KR20070071603A - 동 피복 알루미늄 도체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동 피복 알루미늄 도체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 일반적인 동부스바 및 동선의 전기적 특성을 나타내면서, 저렴한 생산비와 가벼운 중량을 가진, 중심부는 알루미늄으로 구성하고 알루미늄의 둘레는 동이 둘러싸고 있는 형상을 가진 도체 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 동판의 내면을 세척하고, 알루미늄봉은 표면을 세척 후 피막처리하는 동판 세척 및 알루미늄 표면처리단계와; 이후 동판 또는 동파이프에에 알루미늄봉을 용접하거나 끼워 동과 알루미늄을 밀착시키는 인발단계와; 이후 인발된 동과 알루미늄을 열처리하여 알루미늄 표면의 피막층을 동쪽 계면으로 확산 접합시켜 접합면을 치밀하게 하는 열처리 단계와; 이 후 목표치수까지 냉간인발하는 단계로 이루어져 알루미늄과 동이 매우 치밀하게 접합된 동피복알루미늄 도체를 제조하는 방법과, 그 동 피복 알루미늄 도체를 특징으로 한다.

동선, 동부스바, Zn,피막층, 인발, 압출

Description

동 피복 알루미늄 도체 및 그 제조방법{Copper-clad aluminum conductor and manufacturing method thereof}

도 1은 기존 동부스바 사시도,

도 2a는 본원 발명의 한 실시예의 제조단계를 보인 공정도,

도 2b는 본원 발명의 또 다른 실시예의 제조단계를 보인 공정도,

도 3a는 본원 발명의 한 실시예에 따른 동피복알루미늄 도체의 사시도,

도 3b는 본원 발명의 또 다른 실시에에 따른 동피복알루미늄 도체의 사시도,

도 4는 본원 발명에 따른 동피복알루미늄 도체의 단면도,

도 5는 본 발명에 따라 제조된 동피복알루미늄 도체의 구리피복율에 의한 도전율 도표,

도 6은 본 발명에 따라 제조된 동피복알루미늄 도체의 단위중량당 길이비교 그래프이다.

본 발명은 동 피복 알루미늄 도체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 자세하게 는 각종 전기 및 전자 제품에 사용되는 동 와이어(wire)를 가격이 저렴하고, 가벼우면서도 전기도전율이 우수한 동피복알루미늄 도체 및 동피복알루미늄 도체의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 동 와이어(wire)는 배전반, 중전기, 변압기 등에서 대전류 송전을 위하여 구성되는 부스바 및 전기, 전자, 건축 등에서 케이블티비(CATV) 및 전화기(Telephone)용 와이어(wire), 건축용 와이어(wire), 산업용 와이어(wire), 전자부품(Electronic components), 트랜지스터(Transistors), 레지스터(Resistors), 커패시터(Capasitors) 등의 리드 와이어(Lead wire) 그리고 안테나 케이블(Antenna cable), 배터리 케이블(Battery cables), 동축케이블, 전선, 스프링, 정밀전선 등에 사용된다.

이러한 목적에 사용되는 종래 동부스바 및 동선이 도 1에 도시되어 있는데, 기존의 동부스바 및 동선은 구리의 우수한 도전율을 이용하여 그동안 배전반, 중전기, 변압기와 동축케이블, 안테나선, 전선에 사용되어 왔으나, 동으로만 이루어져 있기 때문에 높은 가격과 무거운 중량 때문에 설치 공사가 어렵고, 공사기간도 길어 경제성이 좋지 않았다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 미국, 일본, 영국, 독일 등의 선진국에서는 이러한 단점이 있는 동부스바를 대체하여 경제적이고 특성이 우수한 소재를 개발하기 위하여 부단한 노력을 기울여왔다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 일반적인 동부스바 및 동선의 전기적 특성을 나타내면서, 저렴한 생산비와 가벼운 중량을 가진, 중심부는 알루미늄으로 구성하고 알루미늄의 둘레는 동이 둘러싸고 있는 형상을 가진 도체 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위하여 과제를 수행하는 본 발명은 중심부를 알루미늄 재질을 사용하고 알루미늄 둘레를 동 재질이 둘러싸는 형상으로 동피복체를 형성하여 제조된 동피복알루미늄 도체를 그 특징으로 한다.

상기 동피복알루미늄 도체의 알루미늄 계면과 동 계면은 접합되어 이루어진다.

또한 상기 알루미늄은 산화성이 매우 크고 알루미늄산화물은 강고하여 동과 확산 접합을 어렵게 하기 때문에 Zn으로 표면처리를 실시하여 알루미늄의 산화층을 제거하고 동과 접합이 잘 이루어지도록 하였다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설 명하면 다음과 같다.

도 2a는 본원 발명의 한 실시예의 제조단계를 보인 공정도인데, 이를 참조하여 본원 발명 동피복알루미늄 도체의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도체인 동판과, 알루미늄봉재로 순알루미늄 빌렛을 준비하여 환봉상 및 부스바 형태로 압출 후, 동판 및 동관의 표면을 깨끗이 세척하고, 산화성이 큰 알루미늄봉은 알루미늄 표면을 세척 후 알루미늄과 동의 접착력을 높이기 위해서 진케이트(Zincate)처리를 실시하여 알루미늄 표면에 Zn피막을 생성시키는 동판 세척 및 알루미늄 표면처리단계와;

이후 동판 위에 알루미늄봉을 위치한 후, 다이스 앞쪽에서 알루미늄봉을 동판으로 감싼 다음 동판의 양끝부분을 불활성가스 텅스텐 아크용접(TIG) 또는 고주파 유도가열용접의 방법으로 용접한 후 비드를(Bead)를 바이트(Bite)로 절삭 제거하여 연결한 후 단면감소율 30%~60% 정도로 다이스를 통과시켜 동과 알루미늄을 밀착시키는 용접 및 인발단계와;

이후 무산화 분위기 전기로에서 420℃~540℃범위에서 열처리하여 알루미늄 표면의 Zn피막층을 동쪽 계면으로 확산 접합시켜 Zn피막의 효과로 알루미늄과 동의 접합면이 매우 치밀하게 하는 열처리 단계와;

이후 목표치수까지 냉간인발을 실시하여 알루미늄과 동이 매우 치밀하게 접합된 동피복알루미늄 도체를 제조하는 냉간인발단계로 이루어진다.

상기 진케이트(Zincate) 처리라 함은 ZnO+NaOH 용액을 가열한 후 알루미늄을 담그면 알루미늄 표면에 있는 Al₂O₃ 산화피막이 제거되고 Zn가 표면에 씌워지는 것을 말한다.

상기 냉간 인발시의 압출압력은 130~170kg/cm² 이다.

상기 동판 세척 및 알루미늄 표면처리단계는 동판의 내면은 트리클로로에틸렌[trichloroethylene]으로 탈지처리 후 H₂SO₄(황산)5% 수용액에 상온에서 10~30분 침적하여 구리산화물을 제거하여) 세척하고, 산화성이 큰 알루미늄봉은 알루미늄 표면을 NaOH(가성소다) 10%~20%수용액에서 80~100℃로 5~20분 처리하여 수세한다.

상기 동판 세척 및 알루미늄 표면처리단계에서 Zn으로 피막처리 공정을 거치는 이유는 알루미늄 산화층이 존재하게 되면 알루미늄과 동이 접합이 잘 되지 않을 뿐만 아니라 기계적 특성 및 도전율 등이 크게 저하되기 때문에 알루미늄 산화층은 제거하여 주고 동과의 접합력을 좋게 하기 위해 Zn피막처리를 실시한다.

상기 열처리 온도를 420℃ ~ 540℃로 한정한 이유는 420℃ 이하로 열처리시 접합강도가 나쁘고 540℃ 이상으로 열처리시 구리와 알루미늄의 확산층이 성장하여 도전율과 기계적 성질을 나쁘게 하기에 수치 한정하였다.

상기 동판의 두께는 용도에 따라 동판의 두께를 달리하여 피복률 10%, 20%, 30% 등의 다양한 규격의 제품을 제조할 수 있다.

도 3a는 본원 발명에 따른 동피복알루미늄 도체의 사시도인데, 상기와 같은 단계를 거쳐 형성된 동선 및 동부스바를 보이고 있는데, 중심부는 알루미늄으로 구성하고 알루미늄의 둘레를 동이 둘러싸는 형상임을 알 수 있다.

또한 이와 같이 알루미늄을 도체인 동으로 둘러싸기 위해 일측면에서 용접으로 접합한 것임을 도시하고 있다.

도 2b는 본원 발명의 또 다른 실시예의 제조단계를 보인 공정도, 도 3b는 본원 발명의 또 다른 실시에에 따른 동피복알루미늄 도체의 사시도인데, 도 2a와 도 3a와 유사한 변형실시예로 서로 다른점은 동판 대신에 동파이프를 사용한 것이고, 이로 인해 알루미늄을 감싸고 그 일측면을 용접할 필요없이 직접 끼우면 되는 것으로 나머지 공정은 동일하다.

즉, 구체적 공정을 살펴보면 도체인 동파이프와, 알루미늄봉재로 순알루미늄 빌렛을 준비하여 압출 후 냉간인발하는 단계와; 이후 동파이프의 내면을 세척하고, 알루미늄봉은 표면을 세척 후 피막처리하는 동파이프 세척 및 알루미늄 표면처리단계와; 이후 동파이프에 알루미늄봉을 끼운 후, 다이스로 통과시켜 동과 알루미늄을 밀착시키는 알루미늄 끼움 및 인발단계와; 이후 인발된 동과 알루미늄을 열처리하여 알루미늄 표면의 피막층을 동쪽 계면으로 확산 접합시켜 접합면을 치밀하게 하는 열처리 단계와; 이 후 목표치수까지 냉간인발하는 단계로 이루어진다.

도 4는 본원 발명에 따른 동피복알루미늄 도체의 단면도를 도시하고 있는데데, 외곽 둘레를 이루는 동판과 중심을 이루는 알루미늄봉 사이에 Zn층으로 피막 처리된 것임을 알 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예이다.

(실시예1)

도체인 동판(규격 폭 200mm×길이4,000mm)을 피복률 10%, 20%, 30% 되게 각각 두께 1.0mm, 2.25mm, 3.75mm를 준비하고, 알루미늄봉재(직경38mm)를 만들기 위해 순알루미늄 빌렛(규격 직경200mm×길이500mm)을 준비하여 130kg/cm² 의 압출압력으로 압출하고,

이후 동판의 표면을 깨끗이 트리클로로에틸렌[trichloroethylene]으로 탈지처리후 H₂SO₄(황산)5%수용액에 상온에서 10분 침적하여 구리산화물을 제거하여) 세척하고, 산화성이 큰 알루미늄봉은 알루미늄 표면을 NaOH(가성소다) 10%~20%수용액에서 80℃로 5~20분 처리하여 수세하고, 세척 후 알루미늄과 동의 접착력을 높이기 위해서 알루미늄표면에 Zincate 처리방법을 이용하여 Zn피막처리하고,

이후 동판 위에 알루미늄봉을 위치한 후, 다이스 앞쪽에서 알루미늄봉을 동판으로 감싼 다음 동판의 양끝부분을 TIG(Tungsten insert gas weld) 용접하여 연결한 후 다이스로 통과시켜 인발하고,

이후 420℃에서 열처리후 목표치수까지 냉간인발 및 신선(선재 및 봉재 직경1.0mm~직경 수십mm, 부스바 두께 2mm * 폭 50mm~ 두께 30mm * 폭 300mm 정도로 매우 다양한 규격의 제품 제조)을 실시하여 알루미늄과 동이 매우 치밀하게 접합된 동피복알루미늄 도체를 제조하였다.

(실시예 2)

도체인 동파이프를 피복률 10%인 동피복알루미늄 도체를 만들기 위해 직경 40mm와 두께 1mm, 20%인 동피복알루미늄 도체를 만들기 위해 직경 42.5mm와 두께 2.25mm, 30%인 동피복알루미늄 도체를 만들기 위해 직경 45.5mm와 두께 3.75mm를 준비하고, 알루미늄봉재(직경38mm)를 만들기 위해 순알루미늄 빌렛(규격 직경200×길이500mm)을 준비하여 열간압출하고,

이후 동파이프의 내면을 깨끗이 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene)로 탈지처리후 황산(H₂SO₄) 5% 수용액 상온에서 10분 침적하여 구리산화물을 제거하고, 산화성이 큰 알루미늄봉은 알루미늄 표면을 세척 후 알루미늄과 동의 접착력을 높이기 위해서 표면 Zincate처리로 Zn피막처리 하고, 이후 동파이프 위에 알루미늄봉을 끼운 후, 다이스로 통과시켜 인발하고, 이후 420℃에서 열처리 후 목표치수까 지 냉간인발을 실시하여 알루미늄과 동이 매우 치밀하게 접합된 동피막알루미늄 도체를 제조하였다.

도 5와 6에는 상기와 같이 본 발명에 따라 제조된 동피복알루미늄 도체의 구리피복율에 의한 도전율 및 단위중량당 길이비교 그래프가 도시되어 있는데, 도시된 바와 같이 순동으로 되었을 때와 피복되었을 때의 도전율이 심각한 결함이 있을 정도의 도전율 차이가 나지 않음을 알수 있고, 이에 비해 단위중량당 길이는 현저하게 길어졌음을 알 수 있어 본원 발명에 의한 제조비 저감효과가 큼을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명 동피복알루미늄 도체는 중심체로 쓰이는 알루미늄봉과 동피복체가 하나가 되어 도체를 형성하므로 기존의 동부스바 및 동선을 대체할 수 있으면서도, 동보다 훨씬 저렴한 알루미늄을 쓰게 됨으로써 생산비를 저감할 수 있다는 효과와, 단위 길이당 중량 또한 기존의 동부스바 및 동선에 비해서 50%이상의 중량감소를 가져와 경량화가 가능하다는 효과와, 용도에 따라 동판 또는 동파이프의 두께를 달리하여 피복률 10%, 20%, 30% 등의 다양한 규격의 제품을 제조할 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

Claims (8)

1. 동판의 표면을 세척하고, 알루미늄봉은 표면을 가성소다 수용액으로 세척 후 Zincate 피막처리하는 동판 세척 및 알루미늄 표면처리단계와;

   이후 동판 위에 알루미늄봉을 위치한 후, 다이스 앞쪽에서 알루미늄봉을 동판으로 감싼 다음 동판의 양끝부분을 용접하여 연결한 후 다이스로 통과시켜 동과 알루미늄을 밀착시키는 용접 및 인발단계와;

   이후 인발된 동과 알루미늄을 열처리하여 알루미늄 표면의 피막층을 동쪽 계면으로 확산 접합시켜 접합면을 치밀하게 하는 열처리 단계와;

   이 후 목표치수까지 냉간인발하는 단계로 이루어져 알루미늄과 동이 매우 치밀하게 접합된 동피막알루미늄 도체를 제조하는 방법을 특징으로 하는 동 피복 알루미늄 도체의 제조방법.
2. 동파이프의 표면을 세척하고, 알루미늄봉은 표면을 가성소다 수용액으로 세척 후 Zincate 피막처리하는 동파이프 세척 및 알루미늄 표면처리단계와;

   이후 동파이프에 알루미늄봉을 끼운 후, 다이스로 통과시켜 동과 알루미늄을 밀착시키는 알루미늄 끼움 및 인발단계와;

   이후 인발된 동과 알루미늄을 열처리하여 알루미늄 표면의 피막층을 동쪽 계면으로 확산 접합시켜 접합면을 치밀하게 하는 열처리 단계와;

   이 후 목표치수까지 냉간인발하는 단계로 이루어져 알루미늄과 동이 매우 치밀하게 접합된 동피막알루미늄 도체를 제조하는 방법을 특징으로 하는 동 피복 알루미늄 도체의 제조방법.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 열처리 단계는 무산화분위기 전기로에서 420℃ ~ 540℃로 열처리하는 것을 특징으로 하는 동 피복 알루미늄 도체의 제조방법.
4. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 알루미늄 둘레에 감기거나 끼워지는 동판 또는 동파이프의 두께를 달리하여 피복률 10%, 20%, 30% 등으로 조절하여 생산하는 방법을 특징으로 하는 동 피복 알루미늄 도체의 제조방법.
5. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 알루미늄 표면처리단계는 ZnO+NaOH 수용액을 80~100℃ 가열한 후 알루미늄을 담그면 알루미늄 표면에 있는 Al₂O₃ 산화피막이 제거되고 Zn가 표면에 씌워 지는 진케이트(Zincate) 처리하여 Zn 피막처리하는 단계인 것을 특징으로 하는 동 피복 알루미늄 도체의 제조방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 용접 및 인발단계에서 동판의 양끝부분을 불활성가스 텅스텐 아크용접(TIG) 또는 고주파 유도가열용접의 방법으로 용접한 후 비드를(Bead)를 바이트(Bite)로 절삭 제거하여 연결한 후 단면감소율 30%~60% 정도로 다이스를 통과시키는 것을 특징으로 하는 동 피복 알루미늄 도체의 제조방법.
7. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 동판 세척 및 알루미늄 표면처리단계는 동판의 내면은 트리클로로에틸렌[trichloroethylene]으로 탈지처리 후 H₂SO₄(황산)5% 수용액에 상온에서 10~15분 침적하여 구리산화물을 제거하여 세척하고, 산화성이 큰 알루미늄봉은 알루미늄 표면을 NaOH(가성소다) 10%~20%수용액에서 80~100℃로 5~10분 처리하여 수세하는 것을 특징으로 하는 동 피복 알루미늄 도체의 제조방법.
8. 중심부는 알루미늄으로 구성하고 알루미늄의 둘레는 동이 둘러싸며, 동과 알루미늄간의 계면에는 Zn 피막층이 확산 접합되어 구성되도록 제 1항 내지 8항중 어느 한 항에 따라 제조된 동선 또는 동부스바인 것을 특징으로 하는 동 피복 알루미늄 도체.

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