KR20120057566A

KR20120057566A - 클래드판

Info

Publication number: KR20120057566A
Application number: KR1020117026617A
Authority: KR
Inventors: 요시미츠 오다; 마사아키 이시오; 토시아키 후지타
Original assignee: 가부시키가이샤 네오맥스 마테리아르
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2012-06-05
Also published as: CN102421561B; US20120058360A1; CN102421561A; US8802242B2; KR101167019B1; WO2010137353A1; JPWO2010137353A1; JP4961508B2

Abstract

[과제] 본 발명은 알루미늄판과 동판 등의 경질 금속판이 각각의 측단면에서 접합된 클래드판으로서, 접합강도, 내굽힘박리성이 뛰어난 것을 클래드판을 제공한다. ［해결 수단］알루미늄판(1)의 측단면과 경질 금속판(2)의 측단면이 니켈층(3)을 통하여 압접에 의해 접합된다. 알루미늄판(1)의 측단면에 형성된 산부(11), 골부(12)는 각각 경질 금속판(2)의 측단면에 형성된 골부(22), 산부(21)에 니켈층(3)을 통하여 결합한 상태로 접합된다. 상기 니켈층(3)의 단부는 상기 알루미늄판(1)의 측단면의 후단부(B)를 넘어 판표면에 노출한 상태로 접합되어 판표면에 노출한 니켈층(3)의 노출부(4)의 폭(W)의 평균이 0.2?1.5mm로 된다.

Description

클래드판{CLAD PLATE}

본 발명은 알루미늄재로 형성된 알루미늄판의 측단면(폭방향의 단면)과 구리재 등으로 형성된 경질 금속판의 측단면이 압접(壓接) 접합된 클래드판(이하, 「병렬 접합 클래드판(parallelly jointed clad plate)」이라고 함)에 관한 것이다.

하이브리드 차량과 각종 전자기기 등에 탑재되는 리튬 이온 배터리 팩(pack)은 필요에 따라 리튬 이온 배터리가 직렬로 접속되고, 또한 직렬 접속된 전지군(群)이 병렬로 접속된다. 이 때문에, 전지끼리를 접속하는 배선재가 다수 사용된다. 리튬 이온 배터리는 알루미늄재로 형성된 양극단자와 주로 구리재로 형성된 음극단자를 갖는다. 이 때문에, 양극단자와 음극단자를 직렬 접속하는 배선재로서는 일단이 알루미늄재, 타단이 구리재 등의 도전성이 좋은 금속재로 형성된 복합 금속재가 적합하다.

이러한 복합 금속재에 적합한 병렬 접합 클래드판을 본 발명자 등은 일본특허공개 제2008-6496호 공보(특허문헌 1)에 이미 제안하였다. 이 병렬 접합 클래드판은 알루미늄재로 형성된 제1 금속판과 구리재 등의 금속재로 형성된 제2 금속판이 각각의 측단면에서 압접 접합된 것이다. 상기 제1 금속판의 측단면의 선단측으로부터 후단측에 산부(山部, ridge)와 골부(谷部, groove)가 형성되고, 상기 제2 금속판의 측단면의 선단측으로부터 후단측에 산부와 골부가 형성되어, 상기 제1 금속판의 산부가 제2 금속판의 골부에, 상기 제1 금속판의 골부가 제2 금속판의 산부에 각각 결합한 상태로 압접 접합된다. 이 병렬 접합 클래드판에서는, 접합면(측단면)에 대하여 산부와 골부가 서로 결합되어 압접 접합된다. 따라서, 양호한 접합성을 얻을 수 있다.

최근, 차량, 전동 공구류 등에 탑재되는 전지 팩이나 전자 부품의 배선재는 진동이나 충격에 대하여 가혹한 사용 환경하에서의 내구성과 신뢰성이 요망되고 있다. 또한, 전지의 접속 형태도 복잡화되고 있고, 배선재를 굽힘가공하여야 하는 경우가 있으므로, 굽힘가공에 대한 내박리성도 요망되고 있다.

한편, 알루미늄판과 동판(銅板)을 판표면(plate surface)끼리 압접 및 확산 접합에 의해 접합한 클래드판이 일본특허공개 평11-156995호 공보(특허문헌 2)에 제안되어 있다. 이 클래드판은 알루미늄판과 동판과의 접합강도를 향상시키기 위해, 알루미늄판과 동판 사이에 니켈층을 통하여 이들을 일체적으로 접합한 것이다.

특허문헌 1：일본특허공개 2008-6496호 공보 특허문헌 2：일본특허공개 평11-156995호 공보

본 발명자 등은 알루미늄판과 동판을 각각 측단면에서 압접 접합한 병렬 접합 클래드판에 있어서, 접합면간의 접합강도를 더 향상시키기 위해, 알루미늄판의 측단면과 동판의 측단면을 그 사이에 형성된 니켈층을 통하여 압접 및 확산접합에 의해 접합한 병렬 접합 클래드재를 제작하였다. 상기 니켈층을 형성함에 따라, 병렬 접합 클래드판의 접합강도의 향상이 확인되었다. 그러나, 동판의 측단면에서의 선단부 및 이에 인접한 니켈층이 알루미늄판의 측단면에서의 후단부에 충분히 압접되지 않기 때문에, 충분한 접합강도가 얻어지지 않았다. 그 결과, 동판의 상기 선단부가 굽힘부의 외측에 위치하도록 병렬 접합 클래드판을 굽힘가공하였을 경우, 동판의 상기 선단부가 니켈층과 함께 알루미늄판의 상기 후단부로부터 박리되기 쉽다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 개발된 것으로, 알루미늄판과 동판 등의 알루미늄판에 대하여 경질인 금속판이 각각의 측단면에서 압접 접합되어 병렬 접합 클래드판으로서, 접합강도, 굽힘가공에 대한 내박리성(「내굽힘박리성」이라고 함)이 뛰어난 병렬 접합 클래드판을 제공하는 것을 목적으로 한다

본 발명자는 알루미늄판과 동판 또는 철판(이하, 양쪽을 「경질 금속판」이라고 함)을 각각의 측단면의 사이에 니켈층을 개재하여 압접 및 확산 접합한 병렬 접합 클래드판을 제작하였다. 그리고, 이 클래드판을 그 접합부를 중심으로 굽힘가공하여, 굽힘부에서의 박리 상태를 상세하게 관찰하였다. 그 결과, 이하의 것을 알 수 있었다. 알루미늄판은 경질 금속판 및 니켈층에 비교하여 연질이어서, 소성변형 하기 쉽다. 이 때문에, 알루미늄판의 측단면에 형성된 요철(凹凸)과 경질 금속판의 측단면에 형성된 요철을 니켈층을 통하여 결합한 상태로 압접하면, 경질 금속판의 측단면의 선단부가 니켈층과 함께 알루미늄판의 측단면의 후단부에 압입되도록 알루미늄판의 상기 후단부가 소성 변형된다. 이 때문에, 경질 금속판의 측단면의 상기 선단부 및 이에 인접한 니켈층에 압하력(壓下力)이 미치기 어렵다. 그 결과, 이 부분에서 충분한 압접을 얻을 수 없다. 이 때문에, 경질 금속판의 상기 선단부와 니켈층이 알루미늄판의 상기 후단부로부터 박리되기 쉬워져, 내굽힘박리성이 열화(劣化)된다. 본 발명은 이러한 지견(知見)에 기초하여 개발된 것이다.

구체적으로, 본 발명의 병렬 접합 클래드판은 알루미늄재로 형성된 알루미늄판과, 구리재 또는 철재로 형성된 경질 금속판을 포함하고 상기 알루미늄판의 측단면과 상기 경질 금속판의 측단면이 니켈층을 통하여 압접에 의해 접합된 것이다. 상기 알루미늄판의 측단면의 선단측으로부터 후단측에 형성된 산부와 골부는 각각 상기 경질 금속판의 측단면의 후단측으로부터 선단측에 형성된 골부와 산부에 상기 니켈층을 통하여 결합한 상태로 접합되고, 상기 니켈층의 단부가 상기 알루미늄판의 측단면의 후단부를 넘어 알루미늄판의 판표면에 노출한 상태로 접합되어, 그 판표면에 노출한 니켈층의 노출부의 평균폭이 0.2?1.5mm로 된다.

이 병렬 접합 클래드판에 의하면, 상기 알루미늄판의 산부와 골부가 상기 경질 금속판의 골부와 산부에, 각각 니켈층을 통하여 결합한 상태로 압접에 의해 접합되므로, 상기 알루미늄판과 상기 경질 금속판은 각각의 측단면의 사이에 니켈층을 통하여 견고하게 접합된다. 또한, 상기 니켈층의 단부가 상기 알루미늄판의 측단면의 후단부(도 1의 도면부호 B 참조)를 넘어 알루미늄판의 판표면에 접합되고 그 판표면에 노출된 니켈층의 노출부(도 1의 도면부호 4 참조)의 평균폭이 0.2?1.5mm로 되므로, 경질 금속판의 측단면의 선단부(도 1의 도면부호 F 참조)가 니켈층에 견고하게 접합되고, 니켈층이 알루미늄판의 상기 후단부로부터 판표면에 덮여진 상태로 알루미늄판에 견고하게 접합한다. 이 때문에, 경질 금속판의 상기 선단부가 굽힘부의 외측으로 되도록 병렬 접합 클래드판이 굽힘가공되어도, 상기 경질 금속판의 상기 선단부가 알루미늄판의 상기 후단부로부터 박리되기 어려워져, 뛰어난 내굽힘박리성을 갖는다.

상기 병렬 접합 클래드판에 있어서, 상기 알루미늄판의 측단면과 상기 경질금속판의 측단면은 니켈층을 통하여 압접 및 확산 접합에 의해 접합되는 것이 바람직하다. 그리고, 도전성의 관점으로부터, 상기 알루미늄재로서는 순(純)Al 또는 도전율이 10%IACS 이상인 알루미늄 합금이 바람직하다. 그리고, 상기 구리재로서는, 순동(純銅) 또는 도전율이 10%IACS 이상인 구리합금이 바람직하고, 상기 철재로서는, 순철(純鐵) 또는 연강(軟鋼)이 바람직하다. 철재는 도전성이 구리재에 비하여 떨어지지만, 강도가 높고, 재료 비용이 낮기 때문에 경제성이 뛰어나다.

또한, 상기 알루미늄판 및 경질 금속판은 각각 0.5?2mm 정도의 판두께가 전지 배선재로서 바람직하며, 양쪽은 판두께를 동일하게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 니켈층은 평균 두께로 30?100㎛가 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명의 병렬 접합 클래드판에 의하면, 알루미늄판의 측단면과 동판 또는 철판으로 형성된 경질 금속판의 측단면이 요철 형상으로 결합하도록 니켈층을 통하여 압접에 의해 함께 접합되므로, 2개 판의 측단면에서의 접합강도가 향상된다. 또한, 상기 니켈층의 단부가 상기 알루미늄판의 측단면의 후단부를 넘어 겹쳐진 상태로 알루미늄판의 판표면에 접합되고, 그 판표면에 노출된 니켈층의 노출부의 평균폭이 0.2?1.5mm로 된다. 그러므로, 상기 경질 금속판의 측단면의 선단부가 굽힘부의 외측이 되도록 굽힘가공되어도, 상기 경질 금속판의 상기 선단부가 알루미늄판의 상기 후단부로부터 박리되기 어려워져, 내굽힘박리성이 뛰어나다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 병렬 접합 클래드판의 판폭방향에서의 접합부 단면도이다.
도 2는 실시형태에 의한 병렬 접합 클래드판의 부분 사시도이다.
도 3은 병렬 접합 클래드판의 압접 전의 소재의 겹침 상태(overlapping condition)를 나타내는 설명도이다.
도 4는 병렬 접합 클래드판의 압접 전의 소재의 겹침 상태를 나타내는 다른 설명도이다.
도 5는 실시예에 의한 병렬 접합 클래드판의 굽힘 시험 요령을 나타내는 설명도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 의한 병렬 접합 클래드판에 대하여 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 실시형태의 병렬 접합 클래드판은 알루미늄재으로 형성된 알루미늄판(1)과 구리재 또는 철재로 형성된 경질 금속판(2)를 구비하고, 상기 알루미늄판(1)의 측단면과 경질 금속판(2)의 측단면이 니켈층(3)을 통하여 압접 및 확산 접합되어 있다.

상기 알루미늄판(1)의 측단면에는, 두 개의 경사면에 의해 오목한 상태로 형성된 골부(12)로 볼록한 모양으로 형성된 산부(11)가 그 측단면의 후단부(B)로부터 그 선단부까지 연속하여 형성되어 있다. 상기 산부(11) 및 골부(12)는 알루미늄판(1)의 길이 방향(도 2 참조)을 따라 같은 단면 형상을 갖도록 형성되어 있다. 또한, 상기 경질 금속판(2)의 측단면에도, 상기 알루미늄판(1)의 골부(12) 및 산부(11)에 결합하도록, 두 개의 경사면에 의해 볼록한 모양으로 형성된 산부(21)와 오목한 모양으로 형성된 골부(22)가 그 측단면의 선단부(F)로부터 후단부까지 연속하여 형성되어 있다. 그리고, 상기 알루미늄판(1)의 측단면에 형성된 산부(11)가 상기 경질 금속판(2)의 측단면에 형성된 골부(22)에, 상기 알루미늄판(1)의 측단면에 형성된 골부(12)가 상기 경질 금속판(2)의 측단면에 형성된 산부(21)에 각각 상기 니켈층(3)을 통하여 결합한 상태로 접합되어 있다.

상기 알루미늄판(1)의 산부(11) 및 경질 금속판(2)의 골부(22)를 형성하는, 인접한 경사면이 이루는 각도(산부(11) 또는 골부(22)의 각도) θ1, 및 상기 경질 금속판(2)의 산부(21) 및 알루미늄판(1)의 골부(12)를 형성하는, 이웃하는 경사면이 이루는 각도(산부(21) 또는 골부(12)의 각도) θ2는 각각 60°?150°정도이고, 통상 θ1과 θ2는 거의 동등하다. 또한, 병렬 접합 클래드판의 판두께를 t, 상기 알루미늄판(1)의 골부(12)의 바닥과 바닥 판표면과의 간격을 d1, 산부(11)의 상부(peak)와 상부 판표면과의 간격을 d2, 산부(11)의 상부와 골부(12)의 바닥과의 간격을 h라고 할 때, d1와 d2는 동등하거나 거의 동등하며, h는(t/3-t/10)?(t/3＋t/10) 정도로 설정된다. 병렬 접합 클래드판의 판두께는 필요에 따라 결정되지만, 병렬 접합 클래드판을 전지의 전극간을 연결하는 배선 접속재 등의 도전성 소재로 하는 경우, 통상 0.5?2mm정도이다.

상기 병렬 접합 클래드판을 도전성 소재로 하는 경우, 상기 알루미늄판(1)을 형성하는 알루미늄재로서는 순Al 또는 도전율이 10%IACS이상, 바람직하게는 20%IACS 이상의 Al합금을 사용하는 것이 바람직하다. 이하, 도전율을 의미하는 "%IACS"(international annealed copper standard)는 간단히 "%"로 표시한다. 임의 재료의 도전율(%IACS)은 아래와 하기식을 이용하여 산출된다. 예를 들면, 순Cu는 100%, 순Al는 65%이다.

도전율(%IACS) = 표준연동(軟銅)(순동)의 체적 저항율(1.7241μΩ?cm)/임의 재료의 체적 저항율×100

상기 도전율이 10% 이상인 Al합금으로서는, Al의 함유량이 많을수록 도전율도 높아지므로, 바람직하게는 90mass%(이하, 간단히 "%"라고 표시함) 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상의 Al합금이 바람직하다. 구체적으로는, JIS 1050, 1060, 1070, 1080, 1100, 1200, 3003, 5005, 6063, 6101에 규정한 Al합금을 예시하는 것을 들 수 있다. 예를 들면, 상기 5005 합금은 Al-(0.5?1.1%) Mn의 고용강화형 합금이며, 도전율은 52%이다. 그 밖에, 적용 가능한 Al 합금으로서 Al-(4?5%) Mg합금(JIS A5082, 도전율 약 29%), Al-(5?6%) Cu합금(JIS A2011, 도전율 약 39%), Al-(3.5?4.5%) Cu-(0.4?1.0%) Mn-(0.2?0.8%) Mg합금(JIS A2017, 듀랄민, 도전율 약 50%) Al-(3.8?4.9%) Cu-(0.3?0.9%) Mn-(1.2?1.8%) Mg합금(JIS A2024, 초듀랄민, 도전율 약 30%), Al-(11?13.5%) Si-(0.8?1.3%) Mg합금(JIS A4032, 도전율 약 40%)을 예시할 수 있다. 경질 금속판이나 니켈층과의 압접성에 대하여는 이러한 Al합금은 순Al보다 딱딱하기 때문에 유리하고, 순Al가 가장 압접성이 좋지 않다.

그리고, 병렬 접합 클래드판을 도전성 소재로 사용하는 경우, 상기 경질 금속판(2)을 형성하는 구리재로서는, 순Cu 또는 도전율이 10% 이상, 바람직하게는 20% 이상의 Cu합금이 바람직하다. 상기 Cu합금은 Cu함유량이 많을수록 도전율도 높아지므로, Cu량이 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상의 Cu합금이 바람직하다. 이러한 Cu합금으로서는, JIS C1020, C1100, C1201, C14500에 규정한 Cu합금, 또 JIS Z3234에 규정되는 Cu-Be합금, Cu-Cr합금을 들 수 있다. 그 밖에, 적용 가능한 Cu합금을 이하에 예시한다. Cu-2%Ni합금(도전율: 33%), Cu-6%Ni합금(도전율: 17%), Cu-9.5%Ni합금(도전율 11%), Cu-30%Zn합금(도전율: 27.4%), Cu-34%Zn합금(도전율: 26.5%), Cu-Fe-P(Fe＋P: O.13%)합금(도전율 93%), Cu-Fe-P(Fe＋P：2.48%)합금(도전율: 69%), Cu-0.2%Zr합금(도전율: 93%)을 예시할 수 있다.

또한, 병렬 접합 클래드판을 도전성 소재로 사용하는 경우, 상기 경질 금속판(2)을 형성하는 철재로서는, 순Fe(도전율: 13%) 또는 도전율이 10% 이상인 Fe합금이 바람직하다. 상기 Fe합금으로서는, C량이 0.2% 이하인 연강을 예시할 수 있다.

상기 니켈층(3)을 형성하는 재료로서는, 순Ni 또는 Ni를 주성분으로서 90% 이상 함유하는 Ni합금이 바람직하다. 이러한 니켈기(基) 금속은, 도전율이 비교적 높고, 알루미늄재, 구리재 또는 철재와의 접합성도 뛰어나다. 상기 Ni합금은 Ni함유량이 많을수록 도전율도 높아지므로, Ni량은 95% 이상이 보다 바람직하다. 매우 적합한 Ni합금으로서는, 예를 들면 Ni-(2%이하) Cu합금(도전율: 16.7% 이상)을 들 수 있다.

상기 니켈층(3)의 두께는 재료 비용과 제조 시의 소재의 취급 용이성으로 부터, 통상, 평균 두께로 20?150㎛정도, 바람직하게는 30?120㎛정도이다. 평균 두께는 클래드판의 두께를 t로 할 때, 상하 표면으로부터 t/4의 위치, t/2의 위치에서의 두께의 산술 평균에 의해서 구해진다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 니켈층(3)의 일단부는 알루미늄판(1)의 측단면의 후단부(견부(肩部))(B)로부터 판표면에 노출된 상태로 알루미늄판의 판표면에 접합되며, 판표면에 노출되는 노출부(4)의 폭(W)은 평균으로 0.2?1.5mm이다. 후술하는 실시예로부터 명백한 바와 같이, 노출부(4)의 평균폭이 0.2mm미만인 경우에는, 상기 후단부(B)로부터 판표면에의 겹침이 매우 작게 되기 때문에, 내굽힘박리성이 저하된다. 한편, 상기 노출부(4)의 평균폭이 1.5mm를 넘으면, 후술하는 제조 과정에서 니켈층(3)과 알루미늄판(1)이 길이 방향(압연 방향)을 따라 균일한 두께로 압하되기 어려워져, 병렬 접합 클래드판의 두께가 길이 방향을 따라 불균일하게 되어, 외관이 물결치는 형상으로 되고, 극단적인 경우에는 두께가 얇은 부분에 균열이 생기게 된다. 그 결과, 내굽힘박리성도 저하되게 된다. 이 때문에, 노출부(4)의 평균폭의 하한을 0.2 mm, 바람직하게는 0.4mm로 하고, 또한 상한을 1.5mm, 바람직하게는 1.2mm로 한다. 상기 니켈층(3)의 다른 쪽의 단부는 도 1에 도시한 바와 같이, 경질 금속판(2)의 측단면의 후단부로부터 판표면에 노출되어도 좋고, 또는 노출되지 않아도 되다. 경질 금속판(2)은 알루미늄판(1)에 비교하여 경도나 강도가 크다. 이 때문에, 압하 시에 경질금 속판(2)의 측단면의 후단부와 판표면은 압하력을 충분히 지지할 수 있다. 이 때문에, 상기 알루미늄판(1)의 측단면의 선단부와 그 부분을 따라 인접하는 니켈층은 충분히 경질 금속판(2)의 측단면에 압접되어 압접성(pressure weldability)이 저하되는 경우가 없다.

상기 병렬 접합 클래드판은 이하 설명하는 제조방법에 의해 제조된다. 먼저, 병렬 접합 클래드판의 알루미늄판(1), 경질 금속판(2), 니켈층(3)으로 형성되는 알루미늄기판(aluminum base plate)(1a), 경질 금속기판(metal bease plate)(2a), 니켈 박판(nickel sheet)(3a)을 준비한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 상기 알루미늄기판(1a)의 측단면에는 병렬 접합 클래드판의 알루미늄판(1)의 산부(11) 및 골부(12)에 대응한 산부(11a) 및 골부(12a)가 형성되어 있다. 또한, 상기 경질 금속기판(2a)의 측단면에는 병렬 접합 클래드판의 경질 금속판(2)의 산부(21) 및 골부(22)에 대응한 산부(21a) 및 골부(22a)가 형성되어 있다. 니켈 박판(4a)은 띠모양(strip-shape) 박판으로 좋고, 또는 사익 산부와 골부를 따르도록 미리 주름을 가공하여 두어도 좋다. 상기 알루미늄기판(1a) 및 경질 금속기판(2a)는 압출성형에 의해, 또 띠모양 박판의 측단면에 프레스 성형이나 기계가공 등에 의해 산부와 골부를 가공함으로써 용이하게 제조할 수 있다.

다음으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 알루미늄기판(1a)의 산부(11a)와 경질 금속기판(2a)의 골부(22a)를, 또한 경질 금속기판(2a)의 산부(21a)와 알루미늄기판(1a)의 골부(12a)를 알루미늄기판(1a)과 경질 금속기판(2a)의 측단면들 사이에 개재된 니켈 박판(3a)을 통하여 겹쳐서 냉간(실온) 또는 온간에서 압연롤을 통해 압접한다. 압하율은 알루미늄기판(1a) 또는 경질 금속기판(2a)에 대하여 40?80% 정도로 하면 좋다. 니켈 박판(3a)을 알루미늄기판(1a)과 경질 금속판(2a) 사이에 개재 장착하려면, 롤 압접 시에, 알루미늄기판(1a)의 접합면과 경질 금속기판(2a)의 접합면 사이에 띠 모양 또는 주름 가공된 니켈 박판(3a)을 끼워 넣도록 하면 좋다. 이 때, 니켈 박판(3a)의 일단부가 알루미늄기판(1a)의 측단면의 후단부를 넘도록 알루미늄기판(1a)의 판표면으로부터 돌출하게 된다. 롤 압접 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 알루미늄판(1)의 측단면과 경질 금속판(2)의 측단면이 니켈층(3)을 통하여 압접되고, 또한 니켈층(3)이 알루미늄판(1)의 후단부(B)로부터 판표면에 걸쳐 겹쳐진 상태로 압접된 압접재가 얻어진다. 롤 압접 시의 판 재료의 이송 방향은 도 2에 도시한 바와 같이, 각 기판(base plate)의 길이 방향에 해당한다.

또한, 상기 압접재는 확산소둔되어, 알루미늄판(1)의 접합면과 니켈층(3)은 물론, 니켈층(3)과 경질 금속판(2)의 접합면이 확산 접합에 의해 함께 접합된다. 이에 의해, 알루미늄판(1)과 경질 금속판(2)이 각각 접합면에서 강력하게 접합된다. 또한, 알루미늄판(1)의 후단부(B)로부터 판표면에 걸쳐 니켈층(3)이 겹쳐져 있으므로, 뛰어난 내굽힘박리성이 얻어진다. 상기 확산소둔의 조건은 소둔온도를 510?580℃정도, 유지시간을 1?5min정도로 하면 좋다. 그런데, 니켈층(3)을 설치하지 않은 경우, 소둔온도를 높게 하면 알루미늄판과 경질 금속판과의 접합면에 취약한 금속간 화합물이 생성하기 쉽고, 접합강도가 저하하기 쉽기 때문에, 비교적 저온으로 장시간 소둔할 필요가 있었다. 이에 대하여, 본 발명에서는 니켈층(3)을 설치하기 위해, 소둔 시에 접합강도의 저하를 초래하는 금속간 화합물은 생기지 않는다. 그러므로, 니켈층(3)을 설치하지 않은 경우에 대하여, 보다 고온, 단시간에서의 소둔이 가능하게 되어, 생산성을 향상시킬 수 있다.

상기 알루미늄기판(1a)과 경질 금속기판(2a) 사이에 니켈 박판(3a)을 설치한 조립체를 롤 압접하면, 기판과 니켈 박판의 각 판두께는 압력 하에 감소되지만, 각 기판의 산부와 골부의 간격(dla, ha, d2a)의 비율은 압접 후의 병렬 접합 클래드판의 것과 거의 다르지 않다. 그러나, 기판(1a, 2a)의 산부와 골부의 각도 θ1a, θ2a에 대하여는, θ1a＜θ1,θ2a＜θ2가 되도록, 기판의 θ1a, θ2a는 병렬 접합 클래드판의 θ1,θ2보다 작은 각도, 예를 들면 40°?100°정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, θ1a와 θ2a는 통상, 동일하게 설정된다.

도 3은 제조 대상을 도 1의 형태의 병렬 접합 클래드판으로 한 조립체를 도시한 것이므로, 알루미늄기판(1a)의 산부(11a) 및 골부(12a), 및 경질 금속기판(2a)의 산부(21a) 및 골부(22a)는 그 단면 형상을 삼각형상으로 하였지만, 산부나 골부의 단면 형상은 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같이, 삼각형상의 산부(11a, 21a)의 선단부를 평탄형상으로 하고, 이를 삼각형상의 골부(22a, 12a)에 결합시키도록 하여도 좋다. 이와 같이 산부의 선단부를 평탄형상으로 함으로써, 골부에의 결합이 용이하게 된다. 또한, 산부, 골부의 단면 형상으로 하여, 산부의 상부, 골부의 저부가 평탄면으로 되는 사다리꼴 형상으로 하여도 좋다.

이하, 본 발명의 병렬 접합 클래드판에 대하여, 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정적으로 해석되는 것은 아니다

[실시예]

두께가 3mm이고, 단면 형상이 직사각형을 이루는 띠 모양의 알루미늄기판 및 경질 금속기판을 준비하였다. 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 알루미늄기판의 측단면에 삼각형 단면의 산부(11a) 및 골부(12a)를 형성하고, 상기 경질 금속기판의 측단면에 같은 단면 형상의 산부(21a) 및 골부(22a)를 형성하였다. 각 부의 치수는 θ1a=θ2a=90°, dla=d2a=ha=1mm로 하였다. 또한, 순Ni로 형성된 두께 0.25mm의 띠 모양의 니켈 박판을 준비하였다.

상기 알루미늄기판, 니켈 박판, 경질 금속기판을 도 3과 같이 서로에 겹쳐 실온에서 상하 한 쌍의 롤을 통해 냉간 압접하여, 두께 1mm의 압접재를 얻었다. 압접 시, 니켈 박판의 삽입 위치를 조정하고, 압접 후의 알루미늄판의 측단면의 후단부로부터 판표면에 여러 가지의 폭의 니켈층의 노출부(4)(도 1 참조)가 형성되도록 하였다. 이러한 압접재를 550℃에서 3분간 소둔하여, 도 1에 나타내는 단면 형상의 병렬 접합 클래드판을 제조하였다. 병렬 접합 클래드판에서의 θ1, θ2는 각 시료 모두 145℃정도이며, d1, d2, h의 두께는 거의 동등하였다. 또한, 니켈층의 평균 두께는 100㎛였다. 또한, 니켈층의 노출부(4)의 폭(W)의 길이 방향의 평균을 표 1에 나타낸다. 비교를 위해, 니켈층이 없는 병렬 접합 클래드판, 니켈층 및 경질 금속판이 없는 알루미늄단판도 준비하였다. 알루미늄단판은 두께 3mm의 순Al판을 1 mm로 압하하여, 550℃에서 3분간 소둔한 것이다.

얻어진 병렬 접합 클래드판에 대하여, 알루미늄판의 판표면에 노출된 니켈층의 노출부(4)의 외관을 육안 관찰하여, 니켈층의 균열의 유무를 조사하였다. 또한, 각 시료로부터, 도 2에 도시한 바와 같이, 판폭 방향을 따라 폭 10mm인 인장시험편(TP)을 채취하고, 시험편이 파단될 때까지 속도 1mm/min로 인장시험을 행하여, 인장강도와 파단 부위를 조사하였다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 인장 시험편과 같은 폭의 굽힘시험편을 채취하고, 알루미늄판(1)의 판표면에 노출된 니켈층의 노출부(4)가 굽힘부의 외측의 중앙 위치가 되도록 반경(내경) 2mm에서 90°굽힘가공하여, 경질 금속판(2)의 측단면에서의 선단부의 박리의 유무를 육안 관찰하였다. 이러한 결과를 표 1에 함께 나타낸다. 표 1에서, 파단 부위의 「모재」는 알루미늄판에서의 접합면을 포함하지 않는 부분에서의 파단, 「계면」은 알루미늄판의 접합계면(골부(12)의 후단측 경사면)을 따라 발생된 파단을 의미한다.

표 1로부터, 니켈층의 노출부(4)의 평균폭이 0.2?1.5mm인 시료 No. 3?6, 8, 9(경질 금속판의 재질이 순Cu 또는 Cu합금), No. 12,13, 15(경질 금속판의 재질이 순Fe 또는 연강)의 병렬 접합 클래드판은 접합강도가 뛰어나고, 인장시험에 있어서 모두 접합면 외의 알루미늄판으로 파단되었다.

또한, 90°굽힘시험에서도, 각 시료의 경질 금속판의 선단부가 박리되지 않았다. 이에 대하여, 니켈층을 갖지 않는 시료 No. 1, 니켈층을 갖지만 그 노출부가 형성되어 있지 않은 시료(시료 No. 2, 11), 노출부가 형성되어도 평균폭이 과대한 시료(시료 No. 7, 14)에서는, 접합강도가 저하되어, 접합계면에서 박리되면서 파단되었다. 또한, 경질 금속판의 선단부가 니켈층과 함께 알루미늄판의 후단부로부터 박리되었다.

1 : 알루미늄판
2 : 경질 금속판
3 : 니켈층
4 : 노출부

Claims

알루미늄재로 형성된 알루미늄판과 구리재로 형성된 경질 금속판을 포함하고, 상기 알루미늄판의 측단면과 상기 경질 금속판의 측단면이 니켈층을 통하여 압접(壓接)에 의해 접합된 클래드판으로서,
상기 알루미늄판은 그 측단면의 선단측으로부터 후단측에 형성된 산부(山部, ridge)와 골부(谷部, groove)를 갖고, 상기 경질 금속판은 그 측단면의 후단측으로부터 선단측에 형성된 골부와 산부를 갖고, 상기 알루미늄판의 산부와 골부가 상기 경질 금속판의 골부와 산부에 각각 상기 니켈층을 통하여 결합한 상태로 접합되고,
상기 니켈층은 상기 알루미늄판의 판표면에 접합되는 단부(端部)를 갖고, 상기 단부가 상기 알루미늄판의 측단면의 후단부를 넘어 그 판표면에 노출되며 상기 판표면에 노출한 니켈층의 노출부의 평균폭이 0.2?1.5mm로 이루어진 클래드판.
알루미늄재로 형성된 알루미늄판과 철재로 형성된 경질 금속판을 포함하고, 상기 알루미늄판의 측단면과 상기 경질 금속판의 측단면이 니켈층을 통하여 압접(壓接)에 의해 접합된 클래드판으로서,
상기 알루미늄판은 그 측단면의 선단측으로부터 후단측에 형성된 산부와 골부를 갖고, 상기 경질 금속판은 그 측단면의 후단측으로부터 선단측에 형성된 골부와 산부를 갖고, 상기 알루미늄판의 산부와 골부가 상기 경질 금속판의 골부와 산부에 각각 상기 니켈층을 통하여 결합한 상태로 접합되고,
상기 니켈층은 상기 알루미늄판의 판표면에 접합되는 단부를 갖고, 상기 단부가 상기 알루미늄판의 측단면의 후단부를 넘어 그 판표면에 노출되며 상기 판표면에 노출한 니켈층의 노출부의 평균폭이 0.2?1.5mm로 이루어진 클래드판.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄판의 측단면과 상기 경질 금속판의 측단면은 니켈층을 통하여 압접 및 확산접합에 의해 접합된 클래드판.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄재는 순(純)알루미늄 또는 도전율이 10%IACS 이상인 알루미늄 합금으로 형성되며, 상기 구리재는 순동(純銅) 또는 도전율이 10%IACS 이상인 구리합금으로 형성된 클래드판.
제2항에 있어서,
상기 알루미늄판의 측단면과 상기 경질 금속판의 측단면이 니켈층을 통하여 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 클래드판.
제2항에 있어서,
상기 알루미늄재는 순알루미늄 또는 도전율이 10%IACS 이상인 알루미늄 합금으로 형성되며, 상기 철재는 순철 또는 연강으로 형성된 클래드판.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 알루미늄판 및 경질 금속판의 판두께가 각각 0.5?2mm인 클래드판.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 니켈층의 평균 두께가 30?120㎛인 클래드판.