KR20050058991A

KR20050058991A - 알루미늄/니켈 클래드재와 그 제조방법 및 전지용 외부단자

Info

Publication number: KR20050058991A
Application number: KR1020047003904A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 시오미; 마사아키 이시오; 켄이치 후나모토
Original assignee: 가부시키가이샤 네오맥스 마테리아르
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-06-17
Also published as: CN100398312C; KR101012530B1; WO2004020191A1; CN1556751A; AU2003257586A1

Abstract

본 발명의 알루미늄/니켈 클래드재(1)는, 순알루미늄으로 형성된 알루미늄층(3)과 순니켈로 형성된 니켈층(2)이 확산접합되고, 상기 니켈층(2)의 경도가 Hv 130∼170으로 된 것이다. 이 클래드재(1)에 있어서, 상기 알루미늄층(3)과 니켈층(2)을 두께 0.4∼10.0㎛, 바람직하게는 1.0∼6.0㎛의 Al-Ni계 금속간화합물층을 통하여 확산접합함으로써 우수한 박리강도를 얻을 수 있다. 상기 클래드재는, 초음파용접을 적용하여도 알루미늄재에 대하여 안정한 용접접합성이 얻어지고, 또한 굽힘가공을 실시하여도 형상불량이 생기기 어렵다. 이 때문에, 전지용 외부단자의 소재로서 바람직하다.

Description

알루미늄/니켈 클래드재와 그 제조방법 및 전지용 외부단자{Aluminum/Nickel Clad Material, and Method for Manufacture Thereof and Exterior Terminal for Electric Cell}

본 발명은 전지(電池) 외장케이스에 결합되는 외부단자 및 그 소재로서 바람직하게 사용할 수 있는 알루미늄/니켈 클래드재(Clad Material)에 관한 것이다.

휴대전화나 노트형 컴퓨터 등의 소형의 전자·전기기기에는, 소형전지가 탑재되어 있다. 이 소형전지에는, 순알루미늄으로 형성된 외장케이스를 구비한 것이 있다. 전지에 의해 발생한 전기는, 상기 순알루미늄제의 외장케이스에 부설된 외부단자 및 이에 접합된 도전부재를 통하여 각종 전자부품으로 공급된다. 상기 도전부재는, 통상, 내식성, 내구성이 우수한 순니켈로 형성되어 있다.

상기 외부단자는, 폭 3mm, 길이 20mm 정도의 방형(方形)을 취하고 있다. 상기 외부단자에는, 예를들면 일본특개 2001-6746호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 순알루미늄제의 외장케이스 및 순니켈제의 도전부재와의 접합성을 고려하여, 순알루미늄에 의해 형성된 알루미늄층과 순니켈에 의해 형성된 니켈층이 접합된 알루미늄/니켈 클래드재에 의해 형성된 것이 있다.

종래, 이 알루미늄/니켈 클래드재는, 순니켈에 의해 형성된 니켈 시트(Sheet)와 순알루미늄에 의해 형성된 알루미늄 시트를 중합시키고, 그 중합된 시트를 한쌍의 롤(Roll)을 통하여 냉간압연한 후, 그 압접(壓接) 시트에 확산소둔(擴散燒鈍)이 실시되어, 알루미늄층과 니켈층이 확산접합됨으로써 제작된다. 냉간압접에서의 압하율(壓下率)은, 양(兩) 시트가 후공정에서 박리되지 않는 정도의 접합이 얻어지도록 60% 정도 이상으로 한다. 또한, 고온에서의 확산소둔은, 알루미늄층과 니켈층과의 계면(界面)에 취약한 Al-Ni계 금속간화합물이 생성하고, 알루미늄층과 니켈층과의 박리강도를 열화(劣化)시키는 것으로 생각되고 있다. 이 때문에, 확산소둔은, 통상, 상기 금속간화합물이 생성하지 않도록 400℃ 정도 이하의 낮은 소둔온도로 단시간 유지함으로써 행해지고 있다. 전지용 외부단자는, 통상, 상기 알루미늄/니켈 클래드재를 길이방향에 따라 필요한 외부단자폭과 동일한 폭의 스트립(Srtip)으로 슬릿(Slit)하고, 얻어진 스트립을 더 필요한 길이로 전단가공함으로써 제조된다.

상기 외부단자는, 종래, 전지 외장케이스에 스폿(Spot)용접(저항용접)에 의해 접합되었다. 스폿용접부에서는, 클래드재의 알루미늄과 니켈이 용접응고하여 금속간화합물이 생성하기 때문에, 용접부에서 전기저항이 증대하고, 전지의 효율이 저하한다. 이 때문에, 최근에, 외부단자는 초음파용접에 의해 접합되게 되었다. 초음파용접에서는, 용접부가 용융함이 없이, 알루미늄층이 전지 외장케이스에 압접된 상태로 되기 때문에, 금속간화합물은 생성하지 않고, 전지효율의 저하를 방지할 수가 있다.

그러나, 종래의 냉간압접에 의해 접합한 알루미늄/니켈 클래드재를 소재로 하여 제작한 전지용 외부단자를 사용하여 초음파용접하면, 접합강도의 불규칙함이 크고, 접합성이 불안정하다는 문제가 있다.

또한, 최근에는, 외부단자로서 Z자형 등 각종의 굴곡형상의 것이 요구되도록 되어 있다. 이러한 형태의 외부단자를 종래의 클래드재에 의해 형성한 경우, 굽힘가공시에 큰 스프링백(Spring-back)이 생기기 쉽고, 형상불량이 생기기 쉽다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 초음파용접을 적용하여도 안정한 용융접합성이 얻어지고, 또한 굽힘가공을 실시하여도 형상불량이 생기기 어려운 전지용 외부단자, 그 소재로서 바람직한 알루미늄/니켈 클래드재, 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은, 본 발명에 의한 알루미늄/니켈 클래드재의 단면모식도이다.

도 2는, 압접시트의 접합강도, 확산소둔후의 클래드 시트의 박리강도의 측정요령 설명도이다.

도 3은, 알루미늄/니켈 클래드재 시험편의 굽힘시험요령 설명도이다.

도 4는, 알루미늄/니켈 클래드재 시험편의 180°굽힘시험요령 설명도이다.

본 발명자는 종래의 알루미늄/니켈 클래드재에 의해 제작한 전지용 외부단자를 사용하여 초음파용접을 행하면, 접합성이 불안정하게 되고, 또한 종래의 알루미늄/니켈 클래드재는 가공에 있어서 형상불량이 생기기 쉽다는 원인에 대하여 예의조사하였던 바, 알루미늄/니켈 클래드재의 니켈층이 매우 단단한 것이 원인이라는 것을 발견하였다. 또한, 종래, 확산소둔시에 알루미늄층과 니켈층의 계면에 Al-Ni계 금속간화합물이 생성하면, 알루미늄층과 니켈층 사이의 박리강도가 열화하는 것으로 생각되었지만, Al-Ni계 금속간화합물의 두께가 특정의 얇은 영역에서는 박리강도는 오히려 향상한다는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견에 근거하여 이루어진 것이다.

즉, 본 발명의 알루미늄/니켈 클래드재는, 알루미늄의 순도가 98 mass% 이상의 순알루미늄으로 형성된 알루미늄층과, 니켈의 순도가 98 mass% 이상의 순니켈로 형성된 니켈층이 확산접합되고, 상기 니켈층의 경도가 Hv 130∼170으로 된 것이다. 상기 알루미늄층의 두께는 25∼100㎛으로 하는 것이 바람직하고, 또한 상기 니켈층의 두께는 50∼200㎛로 하는 것이 바람직하다.

이 알루미늄/니켈 클래드재에 의하면, 니켈층의 경도가 Hv 130∼170이고, 니켈층이 과도하게 단단하지 않으므로, 초음파용접시에 초음파진동이 초음파진동 출력단자(혼(Horn) 선단부)로부터 니켈층을 통하여 알루미늄층으로 신속하게 전달되기 때문에, 안정한 용접접합성이 얻어진다. 또한, 과도의 스프링백도 생기지 않기 때문에, 양호한 성형가공성이 얻어진다. 한편, 니켈층이 과도하게 연화하지 않으므로, 클래드재를 전단가공하여 전지용 외부단자 또는 그 소재 등의 가공편을 얻을 때에, 가공편의 선단 테두리에 돌기(버어(Burr))가 생기기 어렵다. 버어가 있으면, 용접 상대재료에 대하여 가공편이 밀착하지 않고, 초음파진동이 전달하기 어렵게 된다. 상기 클래드재에서는, 가공편에 버어가 생기기 어렵기 때문에, 초음파진동이 신속하게 전달되고, 양호한 초음파용접성이 얻어진다.

상기 알루미늄/니켈 클래드재에 있어서, 상기 알루미늄층과 니켈층은 두께가 0.4∼10.0㎛, 바람직하게는 1.0∼6.0㎛의 Al-Ni계 금속간화합물층을 통하여 확산용접되는 것이 바람직하다. Al-Ni계 금속간화합물 자체는 취약하지만, 니켈층 또는 알루미늄층과 상기 금속간화합물층과의 경계의 근방영역에서는 취약성은 나타나지 않고, 니켈층 또는 알루미늄층과 상기 금속간화합물층은 양호하게 접합한다. 상기 금속간화합물층의 두께가 0.4∼10.0㎛ 정도에서는, 상기 금속간화합물층 자체의 취약성이 나타나기 어렵기 때문에, 알루미늄층과 니켈층의 접합성은 비교적 양호하다. 더욱이, 상기 금속간화합물층의 두께를 1.0∼6.0㎛로 함으로써, 특히 우수한 접합성이 얻어진다. 이 때문에, 클래드재 또는 그 가공편에 대하여 엄격한 성형가공을 행하여도 알루미늄층과 니켈층은 박리하기 어렵게 되고, 우수한 성형가공성이 얻어진다.

상기 알루미늄/니켈 클래드재는 전지용 외부단자의 소재로서 바람직하고, 상기 알루미늄/니켈 클래드재를 쉬어(Shear)에 의한 절단이나 타발(打拔) 가공 등의 전단가공을 실시함으로써 전지용 외부단자를 용이하게 제작할 수가 있다.

상기 알루미늄/니켈 클래드재는, 니켈의 순도가 98 mass% 이상의 순니켈로 형성된 니켈 시트를 100∼300℃로 가열하고, 이 가열한 니켈 시트와 알루미늄의 순도가 98 mass% 이상의 순알루미늄으로 형성된 알루미늄 시트를 중합하여 압하율 10∼17%로 압접한 후, 얻어진 압접 시트를 확산소둔함으로써 용이하게 제조할 수가 있다. 상기 확산소둔은, 500∼600℃의 온도범위로 행하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄/니켈 클래드재에 의하면, 그 니켈층이 Hv 130∼170의 경도로 조정되어 있으므로, 초음파용접시에 안정한 용접접합성이 얻어지고, 또한 과도의 스프링백이 억제되고, 굽힘가공성도 우수하다. 이 때문에, 전지용 외부단자 등의 소재로서 바람직하다. 또한, 본 발명의 제조방법에 의하면, 특수한 설비를 요구하는 일이 없고, 소정 경도의 니켈층을 구비한 알루미늄/니켈 클래드재를 용이하게 제조할 수가 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 알루미늄/니켈 클래드재(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 알루미늄층(3)과, 니켈층(2)이 압접되어 확산접합된 것이고, 확산소둔후의 상기 니켈층(2)의 경도는 Hv 130∼170으로 되어 있다.

상기 알루미늄층(3), 상기 니켈층(2)은, 각각 순알루미늄, 순니켈에 의해 형성되어 있다. 알루미늄, 니켈의 순도는 높을 수록 바람직하지만, 본 발명에서는 불순물이 2 mass% 정도까지 허용되고, 알루미늄, 니켈의 순도가 98 mass% 이상, 바람직하게는 99 mass% 이상, 보다 바람직하게는 99.9 mass%의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 니켈층(2)의 경도는 본 발명에 있어서 중요하고, 비커스(Vickers) 경도로 Hv 130∼170으로 한다. 니켈층(2)의 경도는, 초음파용접성, 성형가공성 등에 큰 영향이 있고, Hv 170을 초과하면 성형가공시에 스프링백에 의한 형상불량이 과대하게 되기 쉽고, 또한 초음파용접시에 초음파가 니켈층(2)으로부터 알루미늄층(3)으로 전달하기 어렵게 되고, 알루미늄층(3)과 전지의 외장케이스와의 용접이 불안정하게 되고, 안정한 용접접합성이 얻어지지 않게 된다. 한편, Hv 130 미만에서는 강도가 저하함과 함께, 슬릿 등의 전단가공시에 절단면 단부에 큰 버어(Burr)가 생기게 된다. 외부단자의 외주연부에 버어가 생기면, 전지 외장케이스나 초음파용접장치의 초음파진동 출력단부 사이에 간극이 생겨 밀착하기 어렵게 되기 때문에, 초음파진동이 전달하기 어렵게 되고, 용접불량의 원인이 된다. 이 때문에, 본 발명에서는 니켈층(2)의 경도를 Hv 130∼170, 바람직하게는 경도 Hv 140∼160으로 한다.

상기 알루미늄층과 니켈층은 확산소둔에 의해 확산접합되어 있다. 이 확산접합에 따라, 접합계면에 Al-Ni 금속간화합물이 생성하는 경우가 있다. Al-Ni 금속간화합물 그 자체는 취약하기 때문에, 알루미늄층과 니켈층 사이의 박리강도를 저하시키는 것으로 생각되었다. 그러나, 알루미늄층과 니켈층의 계면에 생성한 Al-Ni계 금속간화합물층의 두께가 극히 얇은 영역에서는 접합강도는 저하되지 않고, 경우에 따라서는 오히려 향상됨을 알았다. 상기 금속간화합물층의 두께가 0.4∼10.0㎛ 정도에서는, 실용상, 문제가 없는 정도의 박리강도를 갖는다. 특히, 상기 금속간화합물층의 두께를 1.0∼6.0㎛ 정도로 함으로써, 후술하는 실시예로부터 명백한 바와 같이, 박리강도는 매우 높아지고, 엄격한 성형가공에 대하여 충분히 적용할 수 있도록 된다.

상기 알루미늄층(3)의 두께는, 25∼100㎛가 바람직하다. 알루미늄층(3)이 매우 얇으면, 제조과정에서 니켈층(2)과의 압접이 곤란하게 되고, 한편 매우 두꺼우면, 전지 외장케이스의 초음파용접이 곤란하게 된다. 이 때문에, 25∼100㎛가 바람직하고, 보다 바람직하게는 30∼70㎛ 정도이다, 상기 니켈층(2)의 두께는, 초음파용접성, 내구성의 확보를 위하여 50㎛ 이상이 바람직하지만, 매우 두꺼워도 원가상승을 초래할 뿐이므로, 200㎛ 이하, 바람직하게는 150㎛ 이하로 하는 것이 좋다.

다음에, 상기 실시형태의 알루미늄/니켈 클래드재의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기 알루미늄/니켈 클래드재는, 순알루미늄에 의해 형성된 알루미늄 시트 및 순니켈에 의해 형성된 니켈 시트를 준비하고, 상기 니켈 시트를 100∼300℃로 가열하고, 가열한 니켈 시트를 상기 알루미늄 시트와 중합시키고, 한쌍의 롤의 간극을 통하여 10∼17%의 압하율로 롤압접하고, 이에 따라 얻어진 알루미늄층과 니켈층이 접합된 압접 시트를 확산소둔함으로써 제조된다. 더욱이, 압하율(%)은, (압하에 의해 감소하는 두께) / (원래의 전체 두께)× 100으로 산출된다.

상기 니켈 시트를 100∼300℃로 가열함으로써, 10∼17%의 저압하(低壓下)에 의해서도 2N/mm 정도 이상의 충분한 접합강도를 갖는 압접 시트를 얻을 수 있다. 니켈 시트의 가열온도가 100℃미만에서는, 17%의 압하율로 롤압접하여도 알루미늄 시트와의 접합력이 부족하고, 압접후의 공정에서 박리할 우려가 생긴다. 한편, 300℃를 초과하면, 압접시의 롤의 윤활이 가혹하게 되고, 윤활불량이 생겨서 압접이 곤란하게 된다. 이 때문에, 니켈 시트의 가열온도를 100∼300℃, 바람직하게는 150∼250℃로 한다. 더욱이, 니켈 시트를 소정의 온도로 가열한 후는, 가능한 한 신속하게 롤압접하는 것이 바람직하고, 가열후 5초 이내, 바람직하게는 3초 이내에 알루미늄 시트와 압접하는 것이 권장된다.

한편, 알루미늄 시트는 원칙으로서 가열이 불필요하고, 실온(室溫)인 채로 좋다. 가열하더라도 200℃ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 롤압접에서의 압하율은 저압하율이 채용되기 때문에, 압하전의 알루미늄 시트의 두께도 필연적으로 얇게 된다. 예를들면, 클래드재의 알루미늄층의 두께를 25∼100㎛로 하는 경우, 알루미늄 시트의 두께는 28∼111㎛ 로 한다. 25∼120㎛ 정도의 두께의 알루미늄 시트를 사용하여 롤압접하는 경우, 알루미늄 시트를 200℃ 초과하여 가열하면, 가열에 의해 시트의 강도가 저하하고, 롤압접시에 시트에 장력을 부여하기 때문에 시트에 부여되는 장력에 견딜 수 없게 되고, 부분적으로 신장이 생기거나, 현저한 경우에는 파단하는 등의 문제가 생긴다.

상기 롤압접에서의 압하율은 상기와 같이 10∼17%와 극히 좁은 범위로 할 필요가 있다. 5% 미만에서는, 니켈을 300℃로 가열한 상태에서도, 알루미늄 시트와 니켈 시트와의 접합강도가 2N/mm 정도 이하로 되고 충분한 접합강도가 얻어지지 않고, 박리할 우려가 생긴다. 또한, 5% 이상이라도 10% 미만에서는, 버어가 높아지고, 초음파용접성이 저하하게 된다. 한편, 17%를 초과하여 압하하면, 니켈 시트를 300℃로 가열한 상태에서도 압하후의 경도가 Hv 170을 초과하게 되고, 성형가공성이나 초음파용접성에 문제가 생기게 된다. 따라서, 압하율을 10∼17%, 바람직하게는 11∼15%로 한다.

롤압접에 의해 접합된 압접시트는, 확산소둔에 의해 알루미늄층과 니켈층이 확산접합되어, 클래드재로 된다. 확산소둔조건에 의해, 클래드재에서의 알루미늄층과 니켈층 사이의 박리강도는 다양하게 변화하지만, 클래드재의 박리강도는 실용적으로는 4.0N/mm 정도 이상이면 좋다. 특히, 클래드재에 엄격한 가공을 실시하는 경우에는, 8.0N/mm 정도 이상, 보다 바람직하게는 10.0N/mm 정도 이상의 충분한 박리강도를 갖는 것이 바람직하다. 비교적 단시간으로 충분한 박리강도를 얻기 위하여는, 500∼600℃의 온도에서 확산소둔하는 것이 바람직하다. 400∼450℃에서도 확산소둔할 수 있지만, 충분한 박리강도를 얻기 위하여는, 소둔시간이 1hr 이상 필요하게 되어 생산성이 현저하게 저하한다. 한편, 500℃에서의 소둔에서는 3∼20min 정도, 600℃에서는 1∼5min 정도라는 비교적 단시간으로 충분한 박리강도를 얻을 수 있다. 더욱이, 확산소둔에 의해 니켈층의 경도는 오히려 저하하는 경향이 있지만, 그 정도는 소둔온도가 높아질수록, 소둔시간이 길어질수록 크게 된다.

상기 압접시트의 접합강도 및 확산소둔후의 같은 시트(클래드 시트)의 박리강도는 이하의 요령에 의해 측정된다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 압접시트로부터 채취한 시험편(11)의 단부에서 알루미늄층(13), 니켈층(12)을 일부 박리하고, 박리한 부분을 수직으로 절곡하고, 그 말단을 인장시험기에 의해 인장하고, 박리하는데에 필요한 박리력을 구한다. 그 값을 시험편의 폭으로 나누어 단위폭당 박리력을 접합강도로 하여 구한다. 확산소둔에 의해 알루미늄층과 니켈층이 확산접합된 클래드 시트는, 시험편의 단부에서 각 층을 박리하는 것은 곤란하므로, 확산소둔전에, 압접시트의 단부를 미리 박리하여 두고, 확산소둔후, 미리 박리하여 둔 박리부분을 수직으로 절곡하고, 상기와 마찬가지로 하여 단위폭당 박리력을 구하고, 이를 박리강도로 한다.

이상과 같이 하여 제조된 알루미늄/니켈 클래드재는, 적당한 폭, 예를들면 외부단자의 폭과 동일한 폭의 스트립으로 슬릿된다. 외부단자는, 단자폭으로 슬릿된 스트립을 필요한 외부단자 길이로 전단가공함으로써, 또는 단자폭보다 광폭으로 슬릿된 스트립을 타발가공함으로써 제작된다. 또한, 그와 같이 가공된 평판형상의 가공편에 대하여, 필요에 따라 굽힘가공 등의 성형가공이 실시되어서 소기의 형상으로 가공된다.

이하, 실시예를 들어, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정적으로 해석되지는 않는다.

(실시예)

이하의 요령으로 각종의 클래드재의 시편(試片)을 제작하였다.

폭 60mm, 두께 50㎛의 순니켈(니켈의 순도 99.9% 이상)의 니켈 시트 및 동일한 폭, 두께 50㎛의 순알루미늄(알루미늄의 순도 99.9% 이상)의 알루미늄 시트를 준비하였다. 상기 니켈 시트를 터널로(爐)에서 가열한 후, 터널로를 나가고 나서약 2초 이내로 상기 알루미늄 시트와 중합시켜서 한쌍의 압하롤을 통하여 압접하였다. 각 시료의 니켈 시트의 가열온도, 롤압접시의 압하율을 표 1에 나타낸다.

롤압접에 의해 알루미늄층과 니켈층이 압접된 압접 시트로부터 폭 10mm, 길이 100mm의 시험편을 채취하고, 알루미늄층과 니켈층과의 접합강도를, 먼저 설명한 측정요령에 의해 측정하였다. 접합강도는, 이하의 공정을 문제없이 처리하기 위하여는 2N/mm 정도 이상은 필요하다.

다음에, 압접 시트에 동일한 표에 나타내는 소둔조건에 의해 확산소둔을 실시하고, 알루미늄층과 니켈층을 확산접합한 클래드재를 얻었다. 이 클래드재의 박리강도, 니켈층의 경도를 측정하였다. 박리강도는 폭 10mm, 길이 100mm의 시험편을 사용하여 먼저 설명한 측정요령에 의해, 또한 경도는 비커스경도계로써 0.2kgf(1.96N)의 하중을 가하여 측정하였다.

또한, 상기 클래드재로부터 단면관찰시험편을 채취하고, 하기의 요령으로 클래드재의 알루미늄층과 니켈층 사이에 형성된 Al-Ni계 금속간화합물층의 평균 두께를 측정하였다. 상기 단면관찰시험편을 그 판두께 방향에 따른 단면(판두께 단면)을 관찰면으로 하도록 합성수지에 매립하고, 상기 판두께 단면이 노출하도록 매립시험편을 연마하고, SEM(주사형 전자현미경)으로서 4000배로 단면관찰을 하였다. 측정결과를 표 1에 같이 나타낸다. 더욱이, 관찰된 금속간화합물층은, EPMA에 의해 원소분석하였던 바, Al-Ni계 금속간화합물에 의해 형성되어 있음이 확인되었다.

또한, 상기 클래드재를 니켈층이 하측으로 되도록 슬리터(Slitter)에 공급하여 절단하고, 폭 3mm의 스트립을 얻었다. 상기 슬리터는, 상하 한쌍의 회전칼로 이루어지는 절단부를 복수개 갖고 있고, 상기 회전칼은 회전하면서 서로 교차하도록 근접함으로써 클래드재를 절단한다. 이 때문에, 절단된 스트립의 한쪽의 절단면에 있어서는 니켈층의 하단부에 버어(Burr)가 형성되고, 다른쪽의 절단면에 있어서는 알루미늄층의 상단부에 버어가 형성되었다. 상기 니켈층 및 알루미늄층의 단부에 형성된 버어의 높이(㎛)를 표면조도계에 의해 측정하였다. 버어 높이가 10㎛ 초과하면, 초음파용접성에 악영향을 미치게 되므로, 버어 높이에 대하여는 10㎛ 이하를 합격이라고 한다.

이와같이 하여 얻어진 알루미늄/니켈 클래드의 스트립을 길이 20mm로 전단가공하여 용접시험편을 얻었다. 용접시험편의 알루미늄층측표면을 0.5mm의 순알루미늄판(폭 5mm×길이 30mm)으로 접촉하여, 폭방향의 중앙부를 초음파용접하였다. 용접조건은 이하와 같다.

초음파용접기 : 초음파공업주식회사제, 형식 USW-2410Z15S

가압력 : 200N

인가시간 : 0.3초

피크파워(Peak Power) : 250W

에너지 : 63J

초음파용접후, 용접부의 접합력을 측정하였다. 측정요령은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 용접후의 용접시험편(21)과 순알루미늄판(22)을 용접부(W)의 끝에서 각각 L자형으로 수직하게 절곡하고, 그 단부를 인장하고, 접합부를 박리시키는데 필요한 인장력을 접합력으로 하여 측정하였다. 이와같은 측정을 각 시료에 대해 5점 행하고, 접합력의 최대값과 최소값의 차 ΔF를 구하였다. 접합부는 안정한 용접접합이 얻어지는 것이 중요하고, 상기 ΔF가 0.5kgf(4.9N)을 초과하면 초음파용접의 접합안정성이 문제가 되므로, 초음파용접성에 대하여는 ΔF≤4.9N을 합격이라고 한다.

또한, 상기 스트립으로부터 길이 50mm의 굽힘시험편(S)을 채취하고, 강도(Stiffness) 시험기(P. C. A 사제, 형식 719형)를 사용하여, 스프링백을 관찰하기 쉽도록 개방각 60°(굴곡부의 굽힘반경 0.38mm)의 V형으로 굽힘가공하고, 가공후의 시험편의 V형부의 개방각도 θ°를 측정하고, 스프링백량 Δθ = θ - 60을 구하였다. 상기 Δθ가 20°를 초과하게 되면, 이웃하는 2변이 이루는 각을 90°로 굴곡한 굽힘가공을 행할 때에 가공정밀도의 열화가 현저하게 되므로, 굽힘가공성에 대하여는 Δθ≤20°를 합격이라고 한다. 이들의 측정결과를 표 1에 함께 나타낸다.

또한, 상기 굽힘시험편(S)을 사용하여 180°굽힘시험을 하기의 요령으로 행하였다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 알루미늄층이 내측으로 되도록 시험편(S)의 길이방향의 중앙부를 중심으로 하여 180°절곡하여 중합시킨 후, 원래의 상태로 복귀하고, 중앙부에서의 알루미늄층과 니켈층의 국부적인 박리의 발생상태를 눈으로 관찰하였다. 국부박리가 전혀 생기지 않은 것을 AA, 경미한 국부박리가 생긴 것을 A, 명료한 국부박리가 생긴 것을 B로 하여, 관찰결과를 표 1에 함께 나타낸다.

표 1에 의해, 니켈층의 경도가 Hv 130∼170의 실시예(시료 No. 4∼6, 10∼13, 15∼19, 21, 22)는 초음파용접성, 굽힘가공성이 양호함을 알 수 있다. 한편, 니켈층의 경도가 Hv 170 초과의 시료 No. 1, 7, 8, 23에서는 초음파용접성, 굽힘가공성의 어느쪽도 문제가 있다. 또한, 압하율이 낮기 때문에, 니켈층의 경도가 Hv 120의 시료 No. 3에서는, 알루미늄층측의 버어 높이가 10㎛를 초과하고, 용접성이 저하되고 있다. 시료 No. 2, 9는 압하율 또는 니켈 시트의 가열온도가 부적절하기 때문에, 압접 시트의 박리강도가 지나치게 작고, 니켈층과 알루미늄층이 취급중에 박리했기 때문에, 확산소둔을 할 수 없었던 것이다. 또한, 시료 No. 14는 니켈 시트의 가열온도가 지나치게 높고, 윤활불량이 생겼기 때문에, 압접을 할 수 없었던 것이다.

한편, Al-Ni계 금속간화합물층의 평균 두께가 1.0∼6.0㎛인 실시예(시료 No. 4∼6, 10∼13, 15, 18, 21)에서는, 확산소둔후의 박리강도가 8N/mm 이상으로 우수한 확산접합성이 얻어지고 있다. 평균 두께가 0.4㎛의 시료 No. 17 이나 9.8㎛의 시료 No. 19는, 박리강도가 5N/mm 정도로 약간 낮은 값이었지만, 180°굽힘시험에 있어서 국부박리는 경미하고, 실용상 문제가 없는 성형가공성을 갖고 있다. 이에 대하여, 상기 금속간화합물층이 생기지 않은 시료 No. 16 이나 과대한 두께의 시료 No. 22에서는, 초음파용접성, 굽힘가공성은 양호하지만, 박리강도가 저하하여 국부박리의 정도가 크다. 이 때문에, 이들의 시료의 클래드재는, 엄격한 성형가공이 실시되는 용도에는 매우 적합하지 않다. 시료 No. 20은 550℃의 소둔온도에 대하여 소둔시간이 길기 때문에, 금속간화합물의 생성이 과다하게 되고, 박리강도의 측정이 불가능하였다. 시료 No. 23은, 종래의 클래드재에 대응하는 것이고, 압접시의 압하율이 높기 때문에, 확산소둔온도가 350℃에서도 양호한 박리강도가 얻어졌지만, 니켈층의 경도가 높기 때문에, 초음파용접성, 굽힘가공성의 열화가 현저하다.

Claims

알루미늄의 순도가 98mass% 이상의 순알루미늄으로 형성된 알루미늄층과, 니켈의 순도가 98mass% 이상의 순니켈로 형성된 니켈층이 확산접합된 알루미늄/니켈 클래드재(Clad Material)로서,

상기 니켈층의 경도가 Hv 130∼170인 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재.
제1항에 있어서,

상기 알루미늄층과 니켈층이 두께 0.4∼10.0㎛의 Al-Ni계 금속간화합물층을 통하여 확산접합되어 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재.
제1항에 있어서,

상기 알루미늄층과 니켈층이 두께 1.0∼6.0㎛의 Al-Ni계 금속간화합물층을 통하여 확산접합되어 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재.
제1항에 있어서,

상기 알루미늄층은, 그 두께가 25∼100㎛인 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재.
제2항에 있어서,

상기 알루미늄층은, 그 두께가 25∼100㎛인 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재.
제3항에 있어서,

상기 알루미늄층은, 그 두께가 25∼100㎛인 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재.
제4항에 있어서,

상기 니켈층은, 그 두께가 50∼200㎛인 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재.
제5항에 있어서,

상기 니켈층은, 그 두께가 50∼200㎛인 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재.
제6항에 있어서,

상기 니켈층은, 그 두께가 50∼200㎛인 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재.
제1항에 기재한 알루미늄/니켈 클래드재에 의해 형성된 전지(電池)용 외부단자.
제2항에 기재한 알루미늄/니켈 클래드재에 의해 형성된 전지용 외부단자.
제3항에 기재한 알루미늄/니켈 클래드재에 의해 형성된 전지용 외부단자.
제7항에 기재한 알루미늄/니켈 클래드재에 의해 형성된 전지용 외부단자.
제8항에 기재한 알루미늄/니켈 클래드재에 의해 형성된 전지용 외부단자.
제9항에 기재한 알루미늄/니켈 클래드재에 의해 형성된 전지용 외부단자.
니켈의 순도가 98mass% 이상의 순니켈로 형성된 니켈 시트(Sheet)를 100∼300℃로 가열하는 가열공정과,

가열한 니켈 시트와 알루미늄의 순도가 98mass% 이상의 순알루미늄으로 형성된 알루미늄 시트를 중합하여 압하율(壓下率) 10∼17%로 압접(壓接)하여 압접 시트를 얻는 압접공정과,

상기 압접 시트를 확산소둔(擴散燒鈍)하는 확산소둔공정

을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재의 제조방법.
제16항에 있어서,

상기 확산소둔은 500∼600℃의 온도범위에서 행하는 것을 특징으로 하는 알루미늄/니켈 클래드재의 제조방법.