KR20130035557A - Method for manufacturing powder metallurgy based electric contact materials using extrusion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 롤재(Strip) 형태의 전기접점용 소재의 제조방법에 관한 것으로 상부는 은(Ag)-산화주석(SnO2)을 주성분으로 하고 하부는 순은(Pure Ag)을 주성분으로 하는 재질로 2상의 구조로 이루어져 있는 전기접점용 소재의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a material for electrical contact in the form of a roll (Strip), the upper part is a silver (Ag) -tin oxide (SnO 2 ) as a main component and the lower part is a material mainly composed of pure silver (Pure Ag) 2 It relates to a method for producing a material for electrical contact consisting of a phase structure.
일반적으로 냉간압접의 경우 초기 압하율을 50% 이상 높게 하여야 함으로써 소재의 가공성이 낮은 경우 크랙(Crack)이 발생할 가능성이 높아서 상대적으로 가공성이 양호한 은(Ag)이나 금(Au)을 주성분으로 하는 합금계 재료의 클래딩에 사용되고 있고, 산화주석(SnO2)과 산화아연(ZnO)과 같은 산화물의 함량이 높은 경우 가공성의 저하로 인해 상대적으로 산화물의 함량이 낮은 전기접점용 복합재료의 클래딩에 제한적으로 사용되고 있다.Generally, in the case of cold-pressing, the initial reduction ratio should be increased by 50% or more, so that there is a high possibility of cracking when the workability of the material is low, so that the alloy having a relatively good workability such as silver (Ag) (SnO 2 ) and zinc oxide (ZnO) are high in the cladding of the composite material for electrical contact, which is relatively low in oxide content due to the deterioration of the workability, .
이를 해결하기 위해 열간압연이나 전기저항용접 방법이 롤재(Strip)의 클래딩에 사용되고 있지만, 이런 열간압연기와 전기저항용접기의 경우 고가의 장비로 설비투자에 따른 생산비용이 증가하게 된다. In order to solve this problem, hot rolling or electric resistance welding is used for cladding of a strip. However, in the case of such a hot rolling mill and an electric resistance welding machine, production cost due to facility investment is increased due to expensive equipment.
또한, 열간압연이나 전기저항용접 장치를 이용하여 클래딩을 하기 위해서는 은(Ag)을 주성분으로 하는 복합재료와 순은(Pure Ag)의 소재를 이용하여 개별로 성형 - 소결 - 표면가공 - 압출 - 압연 - 표면처리 공정을 통하여 롤재(Strip)로 가공을 해야 함으로써 공정이 복잡해지고 가공 중 발생하는 로스(Loss)로 인해 제조비용의 상승하는 문제점이 있어 왔다.In order to perform cladding using a hot rolling or electric resistance welding apparatus, it is possible to form a cladding by using a composite material mainly composed of silver (Ag) and a pure silver material, and then forming, sintering, surface processing, extrusion, There has been a problem in that the process is complicated by processing with a strip through a surface treatment process and the manufacturing cost is increased due to a loss occurring during processing.
따라서, 본 발명은 은(Ag)을 기본재질로 하고 산화주석(SnO2)과 산화아연(ZnO)과 같은 금속산화물이 혼합된 복합소재와 순은(Pure Ag)으로 구성된 소재를 클래딩하기 위해 각각의 분말을 2종으로 구성되게 빌렛형상으로 성형하여 압출함으로써 산화물 함량이 높은 복합소재와 순은(Pure Ag)의 클래딩을 용이하게 하는 것을 그 목적으로 하고 있다.Accordingly, the present invention provides a method for cladding a composite material composed of silver (Ag) as a basic material and a composite material in which a metal oxide such as tin oxide (SnO 2 ) and zinc oxide (ZnO) The object of the present invention is to facilitate the cladding of the composite material and the pure silver having a high oxide content by molding the powder into a billet shape and extruding it.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따르면, 은(Ag)를 기본으로 하고 산화주석(SnO2)이 혼합되어 있는 전기접점 복합소재 분말과 순은(Pure Ag)의 분말을 2상 구조의 빌렛으로 성형하고 진공소결한 후, 압출하여 상부는 은(Ag)을 주성분으로 하는 복합소재로 이루어져 있고 하부는 순은(Pure Ag)의 2상의 구조로 이루어진 롤재(Strip)을 제조하는 것이다.According to the present invention for solving the above technical problem, the electrical contact composite powder and pure silver (Pure Ag) powder on which silver (Ag) is based and tin oxide (SnO 2 ) is mixed. After molding and vacuum sintering, extrusion to produce a roll material consisting of a composite material mainly composed of silver (Ag) and a lower part made of a two-phase structure of pure Ag (Pure Ag).
제조과정은 다음과 같다. 은(Ag)을 기본으로 하고 산화주석(SnO2)이 혼합되어 있는 전기접점 복합소재 분말과 순은(Pure Ag)의 분말을 각각 제조한 후, 2중 구조의 빌렛(Billet)을 제조하기 중간에 분리대가 장착되어 있는 금형에 각각의 분말을 장입한 후 분리대를 제거하고 1차 성형품을 제작한 후, 진공소결로에 투입하여 900℃까지 승온 후 소결시킨 후 압출함으로써 롤형태(Strip)의 클래드소재를 제작하는 것을 특징으로 한다.The manufacturing process is as follows. After preparing a powder of pure contact (Pure Ag) and an electrical contact composite material, which is based on silver (Ag) and mixed with tin oxide (SnO 2 ), in the middle of preparing a double-structured billet, After inserting each powder into the mold equipped with the separator, remove the separator and make the primary molded product.Then, it is put into a vacuum sintering furnace, heated to 900 ° C, sintered, and extruded. Characterized in that the production.
본 발명에 따른, 2상 구조로 성형된 빌렛이 압출을 통해 롤재(Strip)로 가공되면서 별도의 추가공정을 거치지 않고 클래드 소재를 가공하게 됨으로써, 기존의 열간압연기나 전기저항용접기와 같은 고가의 장비를 사용하지 않고 간단한 공정으로 클래드재를 제조함으로써 제조비용의 절감효과를 가진다. 또한 가열된 상태에서 압출가공이 이루어짐으로써 기존의 냉간압착 방식에서 가공성의 저하로 클래드 제조가 어려웠던 고함량의 산화물이 혼합된 복합재료의 클래드재의 제조가 가능하게 함으로써 고성능을 가진 소재의 제조가 가능하게 되는 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, as the billet formed in a two-phase structure is processed into a roll material through extrusion to process the clad material without a separate additional process, expensive equipment such as conventional hot rolling mill or electric resistance welding machine By manufacturing the cladding material in a simple process without using a has the effect of reducing the manufacturing cost. In addition, since the extrusion processing is performed in a heated state, it is possible to manufacture a clad material of a composite material in which a high content of oxides is mixed, which is difficult to manufacture clad due to a decrease in workability in the conventional cold pressing method, Can be obtained.
도 1은 본 발명에 의해 제조되는 전기접점용 소재의 클래드재의 외관을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의해 제조되는 클래드재의 단면조직을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의해 제조되는 전기접점용 클래드재의 제조방법의 전체 공정 흐름도이다.Fig. 1 shows the appearance of a clad material of a material for an electrical contact manufactured by the present invention.
Fig. 2 shows a cross-sectional structure of the clad material produced by the present invention.
3 is a flowchart showing the entire process of a method for manufacturing a clad material for an electrical contact manufactured by the present invention.
이하에서, 상기의 공정에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, the above process will be described in detail.
먼저, 2중 구조의 성형용 빌렛을 제조하기 위해 원형 금형에 분리판을 장입하여 금형 내벽에 밀착되도록 고정한다. 이때 분리판이 금형 내벽에 밀착되지 않을 경우 분말의 유동으로 인한 혼입 문제가 발생할 수 있다.First, in order to manufacture a double billet for forming a billet, the separator is charged into a circular mold and fixed to be in close contact with the inner wall of the mold. In this case, if the separator is not in close contact with the inner wall of the mold, mixing of the powder due to the flow of the powder may occur.
분리판의 한쪽에 은(Ag)을 주성분으로 하고 산화주석(SnO2)이 혼합되어 있는 분말형태의 복합소재를 장입하고 표면을 레벨링하여 균일하게 한다. 다음으로 분리판의 반대쪽에 순은(Pure Ag)의 분말을 장입하고 표면을 레벨링하여 균일하게 한다. 이 때 복합소재와 순은(Pure Ag)의 장입 높이의 차이가 나는 경우 분리대 제거시 소재가 반대쪽으로 넘치는 경우가 발생할 수 있으니 장입량을 정확하게 계량한 후 투입하여야 한다.A powdery composite material having silver (Ag) as a main component and tin oxide (SnO 2 ) mixed is charged to one side of the separator, and the surface is leveled to be uniform. Next, powder of pure silver is charged to the opposite side of the separator and the surface is leveled to make it uniform. In this case, when the charging height of the composite material and the pure silver is different, the material may overflow to the opposite side when removing the separator.
분말 장입이 완료되면 상부에 더미금형을 안착시킨 후 분리대를 상부 방향으로 천천히 제거하여 100 kgf/㎠의 압력으로 가압하여 2종 구조의 빌렛(Billet)형태로 성형한다. 빌렛(Billet) 성형이 완료되면 진공소결로에 투입한 후 진공펌프를 이용하여 10-1 Torr까지 감압을 실시한다. 감압이 완료되면 10℃/min의 속도로 승온하면서 900℃까지 도달한 후 6 hr을 유지하여 소결을 완료한다.After the powder charging is completed, the dummy mold is placed on the upper part, and then the separator is slowly removed in the upward direction and pressed at a pressure of 100 kgf / cm 2 to form a billet of a two-kind structure. After the billet molding is completed, it is put into vacuum sintering furnace and vacuum is applied to 10 -1 Torr by using vacuum pump. When the decompression is completed, the temperature is raised at a rate of 10 ° C / min, and the sintering is completed by maintaining the temperature at 900 ° C for 6 hours.
소결이 완료되면 소결로에서 빌렛(Billet)을 꺼낸 후 800℃의 전기로에 장입하여 최소 3 hr동안 예열을 실시한다. 예열이 완료되면 빌렛을 꺼내어 압출기 로더에 안착시킨다. 이 때 2종 구조의 접합면이 수평이 되지 않으면 클래드면이 경사지게 되는 문제가 발생할 수 있다.When the sintering is completed, the billet is taken out from the sintering furnace, charged into an electric furnace at 800 ° C, and preheated for at least 3 hours. When the preheating is complete, take out the billet and seat it on the extruder loader. At this time, if the bonding surface of the two-kind structure is not horizontal, the clad surface may be inclined.
또한, 압출금형의 경우 어프로치(Approach)각도가 30도인 금형을 사용하는 것이 바람직한데, 각도가 작은 경우 압출재 전단부의 클래드 층이 불균일하여 제품으로 사용하기 어렵고, 반대로 각도가 큰 경우 압출 전단부의 클래드 층의 균일도는 향상되지만 더미의 발생양의 증가로 인한 수율의 저하로 오히려 생산성을 저하시키는 원인이 된다.In the case of an extrusion mold, it is preferable to use a mold having an approach angle of 30 degrees. If the angle is small, the clad layer at the front end of the extruded material is uneven and difficult to use as a product. Conversely, But the productivity is lowered due to the decrease in the yield due to the increase in the amount of generation of the dummy.
압출이 완료되면 0.4~0.6 mm씩 압연하여 필요한 두께의 롤재(Strip)의 가공을 완료한다. 이 때 최대 가공량이 30% 이상이 되면 소재의 균열이 발생하므로 소둔열처리를 하여 가공응력을 제거한 후 추가적으로 압연가공을 실시한다.
When extrusion is completed, it is rolled by 0.4-0.6 mm to finish machining the strip of required thickness. At this time, when the maximum machining amount exceeds 30%, cracks occur in the material, so annealing heat treatment is performed to remove the working stress and further rolling processing is performed.
이하, 본발명의 실시 형태에 관해서 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
[실시예1][Example 1]
은(Ag)함량이 86 중량%이고 산화주석(SnO2)함량이 10 중량%인 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)의 2종 구조를 가지는 롤 형상의 클래드재를 제조한다. A roll-shaped clad material having a two-kind structure of a composite material for electrical contacts and a pure silver having a silver (Ag) content of 86 wt% and a tin oxide (SnO 2 ) content of 10 wt% is produced.
[실시예2][Example 2]
은(Ag)함량이 86 중량%이고 산화주석(SnO2)함량이 15 중량%인 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)의 2종 구조를 가지는 롤 형상의 클래드재를 제조한다. A roll-shaped clad material having a two-kind structure of a composite material for electrical contacts and a pure silver having a silver (Ag) content of 86 wt% and a tin oxide (SnO 2 ) content of 15 wt% is produced.
[실시예3][Example 3]
은(Ag)함량이 86 중량%이고 산화아연(ZnO)함량이 14 중량%인 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)의 2종 구조를 가지는 롤 형상의 클래드재를 제조한다.A rolled clad material having a two-kind structure of a composite material for electrical contacts and a pure silver having a silver (Ag) content of 86 wt% and a zinc oxide (ZnO) content of 14 wt% is produced.
제조 공정은 분리판이 장착된 금형에 복합소재 9 kg과 순은 1 kg을 각각 장입한 후 더미금형을 상부에 안착시킨 후 분리판을 제거한 후 100 kgf/㎠의 압력으로 가압하여 2종 구조의 빌렛을 제조한다. In the manufacturing process, 9 kg of composite material and 1 kg of pure silver are charged to a mold equipped with a separator, the dummy mold is placed on the top, the separator is removed, and the billet of two kinds is pressed by applying pressure of 100 kgf / .
제조 공정은 분리판이 장착된 금형에 복합소재 9 kg과 순은 1 kg을 각각 장입한 후 더미금형을 상부에 안착시킨 후 분리판을 제거한 후 100 kgf/㎠의 압력으로 가압하여 2종 구조의 빌렛을 제조한다.In the manufacturing process, 9 kg of composite material and 1 kg of pure silver are charged to a mold equipped with a separator, the dummy mold is placed on the top, the separator is removed, and the billet of two kinds is pressed by applying pressure of 100 kgf / .
다음은 진공소결로에 빌렛을 장입한 후 10-1 MPa까지 감압시킨 후 15℃/min의 속도로 900℃까지 승온시킨 후 6 hr 유지하여 소결을 완료한다. 800℃의 전기로에 소결완료된 빌렛을 장입한 후 3 hr열처리를 한 후 압출기 로더에 수평이 되게 안착시킨 후 180 kgf/㎠의 압력으로 압출을 하여 클래드재를 제조한다. 다음은 클래드재 전단부를 30 cm와 압출더미를 절단한 후 0.3 mm씩 압연하여 1.5 mm두께의 클래드재를 제조한다.Next, the billet was charged into a vacuum sintering furnace, and the pressure was reduced to 10 -1 MPa, and then the temperature was raised to 900 ° C. at a rate of 15 ° C./min. The sintered billet was charged into an electric furnace at 800 ° C and then heat treated for 3 hours. Then, the billet was placed horizontally on the extruder loader and extruded at a pressure of 180 kgf / cm 2 to produce a clad material. Next, the front end of the clad material is cut at a distance of 30 cm and the extrusion pile, and then rolled at 0.3 mm to produce a clad material having a thickness of 1.5 mm.
비교를 위해 은(Ag)함량이 86 중량%이고 산화주석(SnO2)함량이 14 중량%인 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)인 클래드재를 열간압접에 의해 제조하였고, For comparison, a composite material for electrical contacts and a clad material of pure silver, which had a silver (Ag) content of 86 wt% and a tin oxide (SnO 2 ) content of 14 wt%, were prepared by hot-
은(Ag)함량이 88 중량%이고 산화주석(SnO2)함량이 12 중량%인 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)인 클래드재를 열간압접에 의해 제조하였고, 은(Ag)함량이 88 중량%이고 산화아연(ZnO)함량이 12 중량%인 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)인 클래드재를 열간압접에 의해 제조하였다. 제조방법 별로 가공가능한 재질, 산화물의 함량, 수율, 가공성, 전단강도를 표1에 나타내었다.A composite material for electrical contacts and a clad material of pure silver, which had a silver (Ag) content of 88 wt% and a tin oxide (SnO 2 ) content of 12 wt%, were prepared by hot- (ZnO) content of 12 wt% and a clad material of pure silver were prepared by hot-press-contact. Table 1 shows the workable materials, oxide content, yield, workability, and shear strength for each manufacturing method.
(wt%)Oxide content
(wt%)
(가공율)Processability
(Processing rate)
(Max 24%)Good workability
(Max 24%)
(Max 22%)Good workability
(Max 22%)
(Max 22%)Good workability
(Max 22%)
-No processing
-
(Max 8%)Processability
(Max 8%)
(Max 8%)Processability
(Max 8%)
(kgf/cm2)Shear strength
(kgf / cm 2 )
표1에서는, 산화물 함량이 14%인 경우 열간압접가공 중 크랙이 발생하여 클래드 가공이 불가능한 것으로 나타났으며, 산화물 함량이 12%인 경우 클래드 가공은 가능하지만 측면의 크랙으로 인해 수율이 50% 이하 수준으로 나타났다.In Table 1, when the oxide content is 14%, cracking occurs during the hot-pressing process and clad processing is impossible. When the oxide content is 12%, clad processing is possible but yield is 50% or less Respectively.
또한, 클래드층 전단강도를 측정한 결과 압출 클래드재의 경우 42~48 kgf/㎠로 높게 나타난 반면, 열간압연에 의한 클래드재의 경우 21~23 kgf/㎠로 절반수준으로 낮은 결과를 나타내었다. 이는 단면사진에서 보듯이 압출에 의한 클래드재의 경우 접합 경계면이 구분이 되지 않는 반면에 열간압연에 의한 클래드재의 경우 경계면이 선명하게 존재함으로 인해 전단강도가 저하되어 실제 스위치에서 동작 중 접점층으로부터 Ag가 탈락되어 설비의 오동작이 발생할 가능성이 높아진다.In addition, the shear strength of the clad layer was measured to be 42 ~ 48 kgf / ㎠ in the case of extruded clad material, but it was half as low as 21 ~ 23 kgf / ㎠ in case of hot rolled clad material. As shown in the cross-sectional photograph, the bonding interface is not distinguished in the case of the clad material by the extrusion, but the shear strength is lowered due to the existence of the interface clearly in the case of the clad material by hot rolling. There is a high possibility that a malfunction of the equipment is caused.
도 1a, 1b, 1c에서는 각각 실시예, 비교예1, 비교예2에 따른 클래드 후 외관을 나타내었다. 도 1b를 통해 산화물 함량이 14 중량% 이상인 경우 열간압접에 의한 클래드재의 제조가 불가한 것을 알 수 있다.1A, 1B, and 1C show the appearance after clad according to the example, the comparative example 1, and the comparative example 2, respectively. It can be seen from FIG. 1b that when the oxide content is 14% by weight or more, it is impossible to produce the clad material by hot pressing.
도 2a, 2b에서는 각각 실시예, 비교예2의 클래드 접합경계면의 조직사진을 나타내었다. 도 2b를 통해 열간압접으로 클래드재를 제조하는 경우 경계면이 선명하게 구분되는 것을 알 수 있다.FIGS. 2A and 2B show a photograph of the structure of the clad joint interface of Example and Comparative Example 2, respectively. It can be seen that when the clad material is manufactured by hot pressure welding through FIG. 2B, the interface is clearly distinguished.
Claims (3)
전기접점용 복합소재용 분말과 순은(Pure Ag)의 2종 구조의 빌렛을 제조하여 소결하는 단계;
상기 소결된 빌렛을 예열한 후 압출하여 클래드재를 제조하는 단계; 및
상기 클래드재를 냉간압연을 통하여 일정한 두께로 가공하는 단계을 포함하는 압출을 이용한 분말야금계 전기접점 재료의 제조방법.
In producing a strip material having a composite material for an electrical contact and a pure silver clad in which silver (Ag) powder and oxidizing powder are mixed,
Preparing and sintering two types of billets of a composite material for electrical contact and pure silver (Pure Ag);
Preheating and extruding the sintered billet to produce a clad material; And
Method for producing a powder metallurgy electrical contact material using extrusion comprising the step of processing the clad material to a predetermined thickness through cold rolling.
상기 전기접점용 복합소재는 은(Ag)분말과 산화주석(SnO2)분말이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 압출을 이용한 분말야금계 전기접점 재료의 제조방법.The method of claim 1,
The composite material for electrical contact is a method for producing a powder metallurgy electrical contact material using extrusion, characterized in that the silver (Ag) powder and tin oxide (SnO 2 ) powder is mixed.
상기 전기접점용 복합소재는 은(Ag)분말과 산화아연(ZnO)분말이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 압출을 이용한 분말야금계 전기접점 재료의 제조방법.
The method of claim 1,
The composite material for electrical contact is a method for producing a powder metallurgy electrical contact material using extrusion, characterized in that the silver (Ag) powder and zinc oxide (ZnO) powder is mixed.
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Legal Events
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