KR19990057652A - Aluminum alloy flange - Google Patents
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Abstract
본 발명은 몸체의 중앙부위에 소정 깊이를 갖는 홈이 형성된 제1결합부와, 상기 몸체의 가장자리에 형성되어 있으며, 다른 플랜지 부재와 연결되는 제2결합부로 이루어진 알루미늄 합금 플랜지에 관한 것으로서, 상기 제1결합부 표면 상부에 니켈, 텅스텐 및 인을 포함하는 도금층이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 알루미늄 합금 플랜지는 알루미늄 합금 플랜지뿐만 아니라 상용 스테인레스 스틸 플랜지와 이음상의 문제점이 없기 때문에 상호사용가능하다. 또한 알루미늄 및 무산소동 가스켓과도 상호사용가능하다. 그리고 플랜지간의 이음후, 헬륨 누출율이 1×10-10Torr·l/s 이하이고, 특히 150℃의 온도에서 수회 베이크- 아웃(bake- out)하는 경우에도 동일한 헬륨 누출율을 갖는다. 이와 같이 진공기밀성이 매우 우수하여 고지공 및 초고진공용 플랜지로서 유용하게 사용할 수 있다.The present invention relates to an aluminum alloy flange comprising a first coupling portion having a groove having a predetermined depth in a central portion of the body, and a second coupling portion formed at an edge of the body and connected to another flange member. The plating layer including nickel, tungsten and phosphorus is provided on the surface of the first coupling portion. The aluminum alloy flange of the present invention can be used interchangeably with the aluminum alloy flange as well as the commercial stainless steel flange because there is no problem in the joint. It is also interoperable with aluminum and oxygen free copper gaskets. After the joints between the flanges, the helium leak rate is 1 × 10 -10 Torr · l / s or less, and the same helium leak rate is obtained even when bake-out is performed at a temperature of 150 ° C. in particular. In this way, the vacuum tightness is very excellent and can be usefully used as a flange for high paper and ultra high vacuum.
Description
본 발명은 알루미늄 합금 플랜지(flange)에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 진공부품간의 연결수단으로 사용되는 알루미늄 합금 플랜지에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum alloy flange, and more particularly to an aluminum alloy flange used as a connecting means between vacuum components.
초고진공에 사용되는 진공챔버는 주로 스테인레스 스틸로 이루어지며, 이러한 진공챔버를 연결시켜 주는 플랜지로는 스테인레스 스틸 플랜지(flange)가 주로 사용된다.The vacuum chamber used for ultra-high vacuum is mainly made of stainless steel, and a stainless steel flange is mainly used as a flange connecting the vacuum chamber.
알루미늄 합금은 완전한 비자성체(non-magnetic)로서 기계적 가공성이 우수하다. 그리고 스테인레스 스틸에 비하여 가볍고 열전도도가 크고 방사화률(radioactivity)이 낮다. 이러한 우수한 특성으로 인하여 최근에는 가속기, 핵융합장치 등의 분야에서 진공챔버와 각종 진공부품 재료로서 스테인레스 스틸 대신 알루미늄 합금을 사용하는 일이 점차 증가되고 있다.Aluminum alloys are completely non-magnetic and have excellent machinability. Compared with stainless steel, it is lighter, has higher thermal conductivity, and has lower radioactivity. Due to such excellent characteristics, in recent years, the use of aluminum alloys instead of stainless steel as a vacuum chamber and various vacuum component materials in the fields of accelerators, fusion devices, and the like is gradually increasing.
그런데, 알루미늄 합금으로 된 진공 챔버를 제조하는 경우, 플랜지 이음에 상당한 어려움이 따른다. 이는 대부분의 상용 진공부품들이 스테인레스 스틸로 이루어져 있기 때문에 이들과 알루미늄 합금 진공 챔버와의 플랜지 이음이 용이하지 않기 때문이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 평평한 모양으로 가공된 알루미늄 합금 플랜지를 사용하고, 오링(O-ring) 모양의 연질(soft) 금속 가스켓을 사용하는 방법을 제안하였다.By the way, when manufacturing a vacuum chamber made of aluminum alloy, there is a considerable difficulty in flange joints. This is because most commercial vacuum components are made of stainless steel, so that the flange joint between them and the aluminum alloy vacuum chamber is not easy. In order to solve this problem, a method of using an aluminum alloy flange processed into a flat shape and using an O-ring shaped soft metal gasket has been proposed.
그러나, 상기 방법에 따르면 알루미늄 합금 플랜지가 상용 스테인레스 스틸 플랜지와 결합되는 것이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 오링 모양의 금속 가스켓이 비싸기 때문에 실용화가 어렵다는 단점이 있다.However, according to the above method, the aluminum alloy flange is not easy to be combined with a commercial stainless steel flange, and the O-ring-shaped metal gasket is expensive, so that it is difficult to be practical.
알루미늄 합금 진공 챔버와의 플랜지 이음 문제를 해결하기 위한 다른 방법으로서, 알루미늄 합금 플랜지를 콘플랫(conflat)형으로 가공하고, 알루미늄 합금 플랜지의 나이프 에지(knife edge) 상에 TiC, TiN 또는 CrN 성분으로 된 도금층을 형성하는 방법이 있다. 이 방법은 플랜지 소성공정후 플랜지와 가스켓 접촉영역에서 발생되는 확산접합(diff usion welding) 현상을 완화시키고 플랜지의 표면경도 특성을 개선하기 위하여 진공조건하에서 TiC, TiN 또는 CrN 등을 이온도금(ion plating)하는 방법이다.As another solution to the problem of flange joints with aluminum alloy vacuum chambers, aluminum alloy flanges can be processed in a flat form, and the TiC, TiN or CrN components on the knife edges of the aluminum alloy flanges There is a method of forming the plated layer. This method is to ion plating TiC, TiN or CrN under vacuum conditions in order to alleviate the diffusion welding phenomenon in the flange and gasket contact area after the plasticity of the flange and to improve the surface hardness of the flange. )
그런데, 이 방법에 따르면 TiC, TiN 또는 CrN로 된 도금층을 형성하는 것이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 제조비용이 매우 비싸다. 그리고 대기중의 수분에 의하여 플랜지가 쉽게 부식되는 문제점이 있다.By the way, according to this method, not only is it easy to form the plating layer of TiC, TiN, or CrN, but manufacturing cost is very expensive. And there is a problem that the flange is easily corroded by moisture in the atmosphere.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 제조비용이 저렴하고 제조하기가 용이할 뿐만 아니라, 기계적 특성 및 진공 특성이 매우 우수한 알루미늄 합금 플랜지를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to solve the above problems to provide an aluminum alloy flange which is not only low in manufacturing cost and easy to manufacture, but also excellent in mechanical and vacuum characteristics.
도 1a는 본 발명에 따른 알루미늄 합금 플랜지의 평면도이고,1A is a plan view of an aluminum alloy flange according to the present invention,
도 1b는 도 1a의 A-A'선을 따라 취한 단면도이고,FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1A;
도 1c는 본 발명에 따른 알루미늄 합금 플랜지의 나이프 에지부를 확대하여 나타낸 도면이다.Figure 1c is an enlarged view of the knife edge portion of the aluminum alloy flange according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부분의 설명><Description of part about main part of drawing>
11... 제1결합부 12... 제2결합부11 ... first coupling part 12 ... second coupling part
13... 나이프 에지(knife edge)부 14... 도금층13 Knife edge section 14 Plating layer
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 몸체의 중앙부위에 소정 깊이를 갖는 홈이 형성된 제1결합부와, 상기 몸체의 가장자리에 형성되어 있으며, 다른 플랜지 부재와 연결되는 제2결합부로 이루어진 알루미늄 합금 플랜지에 있어서, 상기 제1결합부 표면 상부에 니켈, 텅스텐 및 인을 포함하는 도금층이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 플랜지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an aluminum alloy flange including a first coupling part having a groove having a predetermined depth in a central portion of the body, and a second coupling part formed at an edge of the body and connected to another flange member. The aluminum alloy flange is provided with a plating layer including nickel, tungsten and phosphorus on an upper surface of the first coupling part.
상기 제1결합부의 말단부에는 제1결합부의 말단부와 경사지게 연장되어 있는 나이프 에지부가 더 구비되어 있으며, 상기 나이프 에지부 표면 상부에는 니켈, 텅스텐 및 인을 포함하는 도금층이 형성되어 있다.The distal end portion of the first coupling portion is further provided with a knife edge portion extending inclined with the distal end portion of the first coupling portion, a plating layer containing nickel, tungsten and phosphorus is formed on the upper surface of the knife edge portion.
상기 도금층에서 니켈, 텅스텐 및 인의 혼합중량비는 13:6:1 내지 40.5:7.5:1인 것이 바람직하다.The mixed weight ratio of nickel, tungsten and phosphorus in the plating layer is preferably from 13: 6: 1 to 40.5: 7.5: 1.
상기 도금층의 두께는 8 내지 15㎛인 것이 바람직하다.It is preferable that the thickness of the said plating layer is 8-15 micrometers.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 알루미늄 합금 콘플랫 플랜지를 제조하는 방법을 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing an aluminum alloy cone flat flange according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저, 알루미늄 합금으로 된 플랜지 재료를 첨부된 도면에 도시된 바와 같이 가공하여 콘플랫 플랜지를 만든다.First, a flange material of aluminum alloy is processed as shown in the accompanying drawings to form a cone flat flange.
도 1a는 본 발명에 따른 알루미늄 합금 플랜지의 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A'선을 취한 단면도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 알루미늄 합금 플랜지는 몸체의 중앙부위에 소정 깊이를 갖는 홈이 형성된 제1결합부 (11)와, 상기 몸체의 가장자리에 형성된 제2결합부 (12)로 이루어진다. 여기에서 제2결합부는 일명 나사결합부로서 다른 플랜지 부재와 연결되는 영역이다.1A is a plan view of an aluminum alloy flange according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1A. Referring to this, the aluminum alloy flange of the present invention comprises a first coupling portion 11 having a groove having a predetermined depth in the central portion of the body, and a second coupling portion 12 formed at the edge of the body. Here, the second coupling portion is a region that is connected to another flange member as a screw coupling portion.
상기 제1결합부 (11)의 말단에는 나이프 에지부 (13)가 형성되어 있다. 이러한 나이프 에지부 (13)에는 오링모양의 금속 가스켓이 설치됨으로써 진공기밀성을 유지할 수 있게 된다.A knife edge portion 13 is formed at the end of the first coupling portion 11. The knife edge portion 13 is provided with an O-ring-shaped metal gasket to maintain the vacuum hermeticity.
도 1c는 상기 나이프 에지부 (13)을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 1c에서 플랜지 표면에 대한 나이프 에지부의 경사각도 α는 20°정도이고, β는 5°정도이다. 그리고 플랜지 나이프 에지부의 곡률의 반경은 최대 0.1 내지 0.2mm이다.1C is an enlarged view of the knife edge portion 13. In Fig. 1C, the inclination angle α of the knife edge portion with respect to the flange surface is about 20 degrees and β is about 5 degrees. And the radius of curvature of the flange knife edge portion is at most 0.1 to 0.2 mm.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 콘플랫 플랜지의 표면을 알칼리 세정제를 사용하여 세척한 다음, 나이프 에지부 (13)을 비롯한 플랜지의 제1결합부 (11) 상부 표면에 니켈, 텅스텐 및 인을 포함하고 있는 도금층 (14)을 형성한다. 이 때 상기 도금층 (14)의 형성방법은 특별히 제한되지는 않으나, 무전해도금방법을 사용하는 것이 바람직하다. 이 방법을 사용하면 균일한 두께와 밀착성이 우수한 도금층을 얻을 수 있기 때문이다. 여기에서 무전해도금이란 일명 화학도금이라 하는데, 금속이온이 있는 용액중의 환원제에 의하여 물건위에 금속이 환원석출되는 도금방법으로서, 전자제품인 메모리 디스크, 부도체(세라믹) 상의 도금 및 경질 크롬 대용의 철강상의 무전해 니켈, 사무기기나 컴퓨터 부품상의 도금 등 다양하게 실시하고 있다.The surface of the cone-flat flange having the structure as described above is washed with an alkali cleaner, and then nickel, tungsten and phosphorus are included on the upper surface of the first coupling portion 11 of the flange, including the knife edge portion 13; The plating layer 14 which exists is formed. At this time, the method of forming the plating layer 14 is not particularly limited, but it is preferable to use an electroless plating method. It is because a plating layer excellent in uniform thickness and adhesiveness can be obtained by using this method. Electroless plating, also called chemical plating, is a plating method in which a metal is precipitated on a product by a reducing agent in a solution containing metal ions, which is an electronic product such as a memory disk, an insulator (ceramic) plating, and hard chromium. Electroless nickel on top, plating on office equipment and computer parts, etc. are used.
무전해도금방법을 이용한 니켈, 텅스텐 및 인을 포함하는 도금층 형성방법을 설명하면, 다음과 같다.A plating layer forming method including nickel, tungsten and phosphorus using the electroless plating method will be described below.
먼저, 플랜지를 유기용매에 담가 탈지(degreasing)시킨다. 이어서, 상기 결과물을 알칼리 세정제로 세척한 다음, 질산을 이용하여 플랜지 표면을 활성화시킨다.First, the flange is immersed in an organic solvent for degreasing. The resultant is then washed with an alkali cleaner and then the flange surface is activated with nitric acid.
플랜지 표면에 대한 도금층의 밀착성을 높이기 위하여 아연산염(zincate) 처리를 실시한 후, 무전해도금액(황산니켈 7g/ℓ, 텅스텐나트륨 35g/ℓ, 구연산나트륨 15g/ℓ 및 차아인산나트 10g/ℓ이 혼합된 도금액)을 이용하여 90℃에서 30분동안에 걸쳐 도금처리한다.In order to increase the adhesion of the plating layer to the flange surface, after performing zincate treatment, the electroless solution (nickel sulfate 7g / l, tungsten sodium 35g / l, sodium citrate 15g / l and sodium hypophosphite 10g / l) were mixed. Plated solution) for 30 minutes at 90 ° C.
상기 방법에 따라 형성된 도금층은 두께가 8∼15㎛이다. 그리고 플랜지의 비커스 경도는 600∼800Hv로 도금층을 형성하기 이전의 플랜지 비커스 경도 160Hv에 비하여 매우 증가되었다. 이와 같이 본 발명의 알루미늄 합금 플랜지는 종래의 알루미늄 합금 플랜지에 비하여 표면강도가 3배 이상 증가된다.The plating layer formed according to the above method has a thickness of 8 to 15 µm. In addition, the Vickers hardness of the flange was significantly increased compared to the flange Vickers hardness of 160Hv before forming the plating layer at 600 to 800Hv. As described above, the aluminum alloy flange of the present invention increases surface strength by three times or more as compared with the conventional aluminum alloy flange.
또한, 본 발명의 알루미늄 합금 플랜지는 알루미늄 또는 무산소동 가스켓을사용하여 상용 스테인레스 스틸 플랜지와 결합되는 경우에 있어서, 헬륨 누출률이 5×10-11Torr·l/s 이하로서 우수한 진공기밀성을 갖는다. 이 때 플랜지를 100∼150℃에서 4회 이상 소성한 후에도 동일한 헬륨 누출률 특성을 나타낸다.In addition, the aluminum alloy flange of the present invention has excellent vacuum hermeticity with a helium leak rate of 5 × 10 −11 Torr · l / s or less when combined with commercial stainless steel flanges using aluminum or oxygen free copper gaskets. At this time, the same helium leak rate characteristics are obtained even after the flange is calcined four times or more at 100 to 150 캜.
본 발명의 알루미늄 합금 플랜지는 다음과 같은 특성을 갖는다.The aluminum alloy flange of the present invention has the following characteristics.
첫째, 알루미늄 합금 플랜지뿐만 아니라 상용 스테인레스 스틸 플랜지와 이음상의 문제점이 없기 때문에 상호사용가능하다. 또한 알루미늄 및 무산소동 가스켓과도 상호사용가능하다.First, it can be used interchangeably with aluminum alloy flanges as well as commercial stainless steel flanges. It is also interoperable with aluminum and oxygen-free copper gaskets.
둘째, 플랜지간의 이음후, 헬륨 누출율이 1×10-10Torr·l/s 이하이고, 특히 150℃ 이상의 온도에서 수회 소성하는 경우에도 동일한 헬륨 누출율을 갖는다. 이와 같이 진공기밀성이 매우 우수하여 고지공 및 초고진공용 플랜지로서 유용하게 사용할 수 있다.Second, after jointing between flanges, the helium leak rate is 1 × 10 -10 Torr · l / s or less, and especially when fired several times at a temperature of 150 ° C. or more, the same helium leak rate is obtained. In this way, the vacuum tightness is very excellent and can be usefully used as a flange for high paper and ultra high vacuum.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR101279088B1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-06-26 | (주)코비스엔 | A combination department where the various metallic bond is possible the branch aluminum subject matter and method of manufacturing the same |
| KR101285484B1 (en) * | 2005-08-29 | 2013-07-12 | 플란제 에스이 | Composite part with structured tungsten element |
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1997
- 1997-12-30 KR KR1019970077717A patent/KR19990057652A/en not_active Application Discontinuation
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| KR101279088B1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-06-26 | (주)코비스엔 | A combination department where the various metallic bond is possible the branch aluminum subject matter and method of manufacturing the same |
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