KR20050108404A - 알루미늄 합금 시트 물질의 제조 방법 및 알루미늄 합금시트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방법 및 알루미늄 합금 시트 물질에 관한 것이다. 1 차 입자가 1 ㎛2 이하의 평균 크기를 갖는 물질 미세구조를 확보하는 소정의 고화율에서 시트의 연속적인 스트립 캐스팅 단계 및 냉간 압연 동안 임의의 중간 어닐링을 사용하여 적절한 게이지로 스트립 캐스트 시트의 (냉간) 압연 단계를 특징으로 하는 알루미늄 합금 시트 물질의 제조 방법이다. 높은 Fe-함량을 가진 (염기성) Al-합금 물질을 적용한 향상된 피팅 부식에서 생성된 성분계 열 교환기 시트에서 적용될 수 있는 Al-합금 시트의 제조의 일반적 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
Description
본 발명은 성분계 열교환기 시트의 제조 방법 및 이러한 방법에 의해 제공된 향상된 피팅 내부식성을 갖는 성분에 관한 것이다.
일반적으로 결합된 성분 표면 사이 또는 성분 표면에 인접한 알루미늄 납땜 (brazing) 합금을 배열하고, 납땜 합금은 용융되지만 나머지 성분은 용융되지 않는 온도 (납땜 온도)에서 적절히 조립된 방식으로 납땜 합금 및 결합 표면을 가열하여 알루미늄 성분을 결합시킨다. 후속 냉각시 납땜 합금은 성분의 결합 표면과 연결된 필레 또는 연결부를 형성한다. 가열 단계에서 단일 납땜 합금의 확실한 선택적 용융을 위해, 일반적으로 납땜 합금의 녹는점이 성분의 금속보다 적어도 30 ~ 40℃ 낮은 것이 바람직하다. 통상적인 알루미늄 납땜 합금의 예로는 약 577℃에서 용융이 개시되는 알루미늄-규소 공융 조성물이 있다.
알루미늄은 실온에서 얇지만 거칠고 굳센 산화막을 빠르게 형성하며, 고온에서 두꺼워지고, 충전제 금속 흐름을 억제하고, 습윤되고 그 결과 연결부가 형성된다. 모든 납땜 공정은 납땜 온도에서 원치않는 산화막의 붕괴 또는 제거에 초점이 맞추어져 있다. 알루미늄 열 교환을 위한 가장 일반적인 납땜 방법은 진공 납땜 및 조절 대기 납땜이다.
진공 기술은 납땜 피복 물질에 마그네슘의 첨가에 의한다. 마그네슘은 납땜 온도의 진공로 속에서 증발되며 피복된 산화막을 붕괴시키고, 용융된 충전제 금속이 습윤화되어 흐르게 된다.
조절 대기 납땜 (CAB)은 산화알루미늄과 반응하고 제거되는 유체에 의존한다. 불소계 유체 예를 들면, 테트라플루오로알루민산칼륨과 헥사플루오로트리칼륨 알루민산의 혼합물이 부식성 잔여물을 남기지 않기 때문에 유리하다.
부식 환경에서 납땜된 알루미늄 열 교환의 내구성은 각 성분 (헤더, 핀, 관)의 고유의 부식 특성 및 그것의 상대적 전기 화학적 작용에 의존한다. 일반적으로 이들 성분 및 충전제가 관에 희생되는 방법에서 핀/핀-피복 및 헤더/헤더-피복으로 만드는 것이 수행된다. 더하여, 각 성분 고유의 부식 특성은 주로 피팅 부식의 경향 및 정도에 의해 기술된다.
알루미늄 합금에서 피팅 부식의 소정 정도로의 엄격도는 1 차 입자 구성 요소의 유형 및, 입자와 매트릭스 간의 상대적 전기 화학적 전위차에 의존한다고 공지되어 있다. 1 차 입자의 전기 화학적 전위는 또한 입자 구성 요소에 의존한다. 철 (Fe)은 알루미늄 합금에서 일반적인 불순물이며 알루미늄 물질의 재활용도 증가는 상대적으로 높은 철 함량을 초래한다. 알루미늄에서 Fe의 용해도는 655℃에서의 0.05 중량% 정도로 매우 낮다 (Polmear 1). 이렇듯, 대부분의 Fe은 미립자 침전물의 형태로 존재할 것이다. Fe의 전기 화학적 전위는 알루미늄과 비교하여 캐쏘드가 크다. Fe-계 Fe-함유 입자의 전기 화학적 전위는 예를 들면, 망간을 첨가하여 좀더 큰 애노드를 만들 수 있고, 알루미늄 매트릭스와 입자 사이의 전위차를 감소시킬 수 있다고 공지되어 있다. 이와 같은 Mn 첨가는 알루미늄 합금의 피팅 부식 향상에 효과가 있다는 것이 입증되었다.
피팅 부식 경향에 의해 표현된 고유의 부식 특성은 1 차 입자 구성 요소의 물리적 크기에 좀더 의존한다는 것으로 밝혀졌다. 그러나 부식 전위의 평등화를 위한 망간 첨가의 목적은 SWAAT에서 2 ~ 4 일에서 6 ~ 8 일로 천공을 위한 시간이 증가되며, 입자 크기 조절은 SWAAT에서 20 일부터~ 무한의 수명이 되면 포기하여야 한다.
따라서 본 발명의 목적은 높은 Fe-함량을 갖는 향상된 피팅 부식 적용 (베이스) Al-합금 물질이 생성되는 열 교환기 시트계 성분에 적용할 수 있는 Al-합금 시트의 신규한 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 첨부된 청구항 제1항의 신규한 제조 방법의 제공 및 그리하여 생성된 제7항의 Al 합금 시트에 의해 달성된다. 이러한 방법의 구체예는 종속항인 제2항 ~ 제6항에서 추가로 정의하였으며, 합금 시트의 구체예는 종속항인 제8항 ~ 제11항에서 추가로 정의하였다.
본 발명은 실시예의 방법에 의해 도시되고 첨부된 도 1 ~ 5에 도시된 바와 같이 참조 샘플과 비교한 신규한 제조 방법에 의해 제공된 Al-시트 샘플에서 수행된 SWAAT 테스트의 결과에서 상세히 기술되며 , 여기서
도 1은 납땜 전 Al-시트의 입자 크기 분포 도표를 나타내고,
도 2는 납땜 후 입자 크기 분포를 나타내는 해당 도표이며,
도 3은 납땜 후 본 발명에 의한 스트립 캐스트 물질에서 입자의 주사 전자 현미경 상이고, 및
도 4는 납땜 후 열간 압연 물질에서 입자의 주사 전자 현미경 상이며,
도 5는 테스트 물질에 사용된 모의 실험 납땜 순환 주기이다.
본 발명의 알루미늄 시트의 제조는
- 압연 주괴의 캐스팅 후, 임의의 균질화 단계,
- 주괴에 납땜 피복 물질의 적용 단계,
- 500 ~ 600℃의 범위에서 압연 주괴에 예열처리 단계,
- 피복 주괴의 열간 압연 단계, 및 최종적으로
- 소정의 게이지 시트를 위한 냉간 압연 단계
를 포함하는 납땜 피복 물질을 사용하여 제공된다.
저 고화율에 더하여, 또한 열간 압연 작동 동안 온도를 상승시키기 위한 주괴의 장기 노출은 합금 요소의 분리, 조악한 1 차 입자 및 분산질을 초래한다. 이것은 특히 고화율에 의해 조절되는 Fe-함유 1 차 입자의 크기에 적용된다.
본 발명에 의한 연속적인 스트립 캐스팅 공정의 고유의 특징, 즉 통상의 DC 캐스트 및 열간 압연 주괴 물질과 비교하여 상당한 정도로 높은 캐스트 시트의 냉각비 및 고화율이 신규한 제조 방법에서 적용된다.
신규한 제조 방법은
- 102 ~ 103 ℃/초의 범위의 소정의 고화율에서 Al-합금 시트의 연속적인 스트립 캐스팅 단계, 및
- 캐스트 시트의 냉간 압연 후 임의의 어닐링 단계
를 포함한다.
일반적으로, 비피복 핀 물질은 Al-Si 납땜 금속을 사용한 피복인 용접된 관에 적용된다. 납땜 후, 잔여 피복은 어떻게 해서든지 부식 공격으로부터 관 핵심을 보호한다. 상기 연속적 캐스트 시트 표면에서 유체 보유 코팅의 제공에 의해, 특히 유체가 (반응성) 불소계 유체라면, 추가로 향상된 내부식성을 갖는 열 교환기 성분의 제조에서 연속적인 스트립 캐스트 시트의 향상된 내부식성을 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 상기 연속적인 캐스트 시트의 1 이상의 평판 표면은 납땜 공정에서 연결부를 제공하는 것이 가능한 반응성 유체 보유 코팅을 사용하여 코팅되어 있으며, 평판 표면은 적어도 부분적으로, 주성분으로서 메타크릴레이트 동종중합체 또는 메타크릴레이트 공중합체계 합성 수지를 포함하는 유체 보유 조성물을 사용하여 코팅되는 것을 특징으로 한다.
스트립 캐스팅 동안 고화율을 조절하고, 및 본질적으로 1 ㎛2 이하의 평균 1 차 입자 (입자 크기는 2 차원적 방법인 SEM 후방 산란 상 분석에 의해 측정하였으며, 1 ㎛2의 면적을 가진 입자는 1 ㎛3의 해당 부피 예를 들면, 부피 = (√면적)3을 갖는다는 것을 의미하는 것으로 밝혀짐) 및 실질적으로 철 풍부 입자의 미세 분포를 생성하며, 이런 입자의 잠재적으로 유해한 음극 효과는 실질적으로 감소된 것으로 입증된다.
Al-합금 AA 3003을, 4.5 mm 두께의 Al-시트까지 102 ~ 103℃/초 범위의 냉각율에서 본 발명의 방법에 의한 스트립 캐스트로 처리하며, 그후 냉간 압연 동안 임의의 내부-어닐링을 사용하여 60 ㎛까지 냉간 압연한다. 4.5 mm 두께 스트립은 0.58 mm까지 냉각 압연하고 중간 어닐링 처리한다. 어닐링은 풍로 (air furnace)에서 30℃/시간으로 실온으로부터 340℃로 가열하고, 340℃에서 3 시간 동안 침지하여 수행된다. 50℃/시간으로 340℃에서 200℃로 냉각 후, 물질을 공기 중에서 냉각시킨다. 어닐링 후, 물질은 추가로 60 ㎛까지 냉간 압연한다.
동일한 합금은 압연 주괴의 DC 캐스팅 후, 냉간 압연 동안 통상의 내부-어닐링 방법을 사용하여 동일한 게이지로 주괴의 열간 압연 및 냉간 압연에 의해 제조된 참조 시트를 제공하기 위해 적용된다.
도 1은 납땜 전 핀 물질의 입자 크기 및 분포를 나타낸다.
도 2는 납땜 후 핀 물질의 입자 크기 분포를 나타낸다. 합금의 화학적 조성물은 표 1에 나타내었다. 납땜 전후의 물질에서 입자의 수 밀도는 표 2에 나타내었다.
도 3은 납땜 후 스트립 캐스트 핀 물질에서 입자의 주사 전자 현미경 후방 산란 상이다.
도 4는 납땜 후 열간 압연 핀 물질에서 입자의 주사 전자 현미경 후방 산란 상이다.
도 5는 테스트 물질에 사용된 모의 실험 납땜 순환 주기이다.
3xxx 계열 합금에서 피팅 부식은 조악한 Fe-함유 입자로부터 시작되기 쉽다고 공지되어 있다. Fe-함유 입자의 크기 증가시 캐쏘드 면적은 합금에서 증가할 것이다. 결과적으로, 피팅 부식 비율은 Fe-함유 입자의 부근에서 증가할 것이다. 이것은 합금의 부식 특성에 불리하다.
일반적으로, 도 3 및 도 4에서 나타난 바와 같이, AA 3003 합금에서 2 종류의 Fe-함유 입자가 있다. 한가지는 더 조악한 입자를 나타내는 Al6 (Fe, Mn)이고, 다른 한가지는 α-AlMnFeSi (미세 입자)이다. 첨부된 결과에 의해, 스트립 캐스트 핀 물질은 납땜 전후에 2 가지 형태의 조밀한 미세 입자를 포함하며 매우 적은 입자가 1 ㎛2보다 크다는 것을 알 수 있다. 그러나, 열간 압연된 핀 물질에서 입자는 납땜 전후의 α-AlMnFeSi 및 Al6 (Fe, Mn)의 조악한 입자 (통상 5 ㎛2 초과의 크기)의 소량의 분산질로 구성된 이중 모드 특징을 가진다. 납땜 후, 스트립 캐스트 물질에 서 입자의 수 밀도는 열간 압연된 물질보다 약 4 배이다 (표 1 참조). 따라서, 핀 합금에서 Fe-함유 입자의 크기와 분포는 연속적인 스트립 캐스팅과 그후의 적절한 공정을 통하여 조절 및 개질될 수 있다. 이것은 부식 특성의 관점에서 핀 합금에 매우 유익하다.
더하여, 제공된 캐스트 시트 표면에서 유체 보유 코팅의 제공에 의하여, 특히 유체가 (반응성) 불소계 유체인 경우, 열 교환기 성분의 제조에서 스트립 캐스트 시트의 향상된 내부식성을 사용할 수 있다는 것을 상기에서 언급한 바 있다. 한가지 예로 연속적인 스트립 캐스트 시트는 열 교환기에서 피복 핀 물질과 혼합하기 위한 관으로서 사용할 수 있으며; 이 경우, 상기 연속적 캐스트 시트의 1 이상의 평판 표면은 반응성 유체 또는 정상 유체를 사용하여 코팅된다. 다른 예로, 연속적인 스트립 캐스트 시트는 열교환기에서 헤더로 사용할 수 있으며; 이 경우, 상기 연속적 캐스트 시트의 1 이상의 평판 표면은 Al-Si 분말로 코팅된다.
Claims (11)
- - 1 차 입자가 1 ㎛2 이하의 평균 크기를 갖는 물질 미세구조를 확보하는 소정의 고화율에서 시트의 연속적인 스트립 캐스팅 단계 및- 냉간 압연 동안 임의의 중간 어닐링을 사용하여 적절한 게이지로 스트립 캐스트 시트의 (냉간) 압연 단계를 특징으로 하는 알루미늄 합금 시트 물질의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 시트는 냉간 압연 동안 추가로 어닐링 처리되는 것을 특징으로하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 합금은 4.5 mm 두께 스트립으로 캐스트되고 0.58 mm까지 냉간 압연 처리 후 중간 어닐링 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 어닐링은 풍로 (air furnace)에서 30℃/시간으로 실온으로부터 340℃로 가열하고, 340℃에서 3 시간 동안 침지하여 수행되는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 50℃/시간으로 340℃에서 200℃로 냉각 후, 물질을 공기 중에서 냉각시키는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
- 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 어닐링 후, 물질을 추가로 60 ㎛까지 냉간 압연하는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
- 1 ㎛2 이하의 평균 크기를 가진 1 차 입자가 존재하는 물질 미세구조인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 시트.
- 제7항에 있어서, 1 차 입자는 향상된 피팅 내부식성을 갖는 철 풍부 입자인 것을 특징으로 하는 것인 알루미늄 합금 시트.
- 제7항 또는 제8항에 있어서, 1 이상의 평판 표면은 납땜 (brazing) 공정에서 연결부를 제공하는 것이 가능한 반응성 유체 보유 코팅을 사용하여 코팅되어 있으며, 여기서 평판 표면은 적어도 부분적으로, 주성분으로서 메타크릴레이트 동종중합체 또는 메타크릴레이트 공중합체계 합성 수지를 포함하는 유체 보유 조성물을 사용하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 것인 알루미늄 합금 시트.
- 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 시트를 열 교환시에서 피복 핀 (fin)을 위한 관으로 사용하기 위하여 반응성 유체 또는 일반 유체 사용하여 1 이상의 평판 표면이 코팅되는 것을 특징으로 하는 것인 알루미늄 합금 시트.
- 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 시트를 열 교환기에서 헤더로서 사용하기 위하여 Al-Si 분말을 사용하여 1 이상의 평판 표면이 코팅되는 것을 특징으로 하는 것인 알루미늄 합금 시트.
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