KR20140086133A - 칩 압출법을 이용한 클래드 스트립재 판접점 제조 방법 및 판접점 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접점 재료에 사용되는 금속, 금속 산화물 전기 접점 소재와 이종의 소재를 클래드 스트립재 형태로 제작하는 방법과 그 방법을 통해 제작된 전기 접점 재료에 관한 것으로, 상세하게는 접점 모재와 2 종 이상의 전기접점 재료를 기존의 압연, 압접, 용접의 방법이 아닌 이종 성형과 클래드 압출을 통해 제조하는 방법과 그 방법을 통해 제작된 전기 접점 재료에 관한 것이다.
본 발명을 통해 추가적인 압접 설비 투자 없이 클래드 형태의 전기 접점 재료를 제조할 수 있으며, 압출의 높은 압하율로 인해 일반적인 압접 방식(압연, 압접, 용접)으로 제조된 접점 재료에 비해 상대적으로 양호한 접합 강도를 얻을 수 있다.
본 발명은 일반적인 Ag 합금계, Ag 산화물계를 포함한 도전성을 가진 모든 전기 접점 재료를 제작하는데 적용할 수 있다.

Description

칩 압출법을 이용한 클래드 스트립재 판접점 제조 방법 및 판접점{Manufacturing method of clad strip electric plate contact material using chip extrusion and electric plate contact material}

본 발명은 판접점 재료에 사용될 수 있는 금속과 금속 클래드재의 제조 및 접합 장치와 그 재료에 관한 것으로, 상세하게는 클래드 스트립 형태의 전기 접점재료를 만드는 방법과 그 방법을 활용하여 제작된 클래드 스트립 형태의 판접점 재료에 관한 것이다.

이 방법을 이용하여 클래드 스트립 형태의 전기 접점을 제작할 경우 2 Layer 이상의 다층 전기 접점 재료를 손쉽게 제작할 수 있고 사용자(고객)에게는 이 전기 접점 재료를 활용하여 생산성 향상 및 품질편차 개선 등의 다양한 이점을 줄 수 있다.

일반적으로 전기 접점이란 스위치, 릴레이, 차단기, 개폐기 등에 사용되는 도전성 금속 및 금속산화물 재료로써, 주로 Ag 또는 Ag 합금계, Ag 산화물 합금계, Cu, Fe, W 등이 사용되며 다양한 산업분야에 적용되어 쓰이고 있다.

본 발명에서 적용될 클래드 스트립재 형태의 판접점은 통전을 위한 도전성 금속 및 금속 산화물계, 모재와 필러 메탈의 접합력을 향상시키기 위해 이종의 이종 소재 (여기서는 Pure Ag), 그리고 대재와 용접을 위한 필러 메탈로 구성되어 있다.

필요에 따라서는 고가의 접점재료 사용량을 줄이기 위해 이종 소재 재료를 2 층 이상의 다층으로도 만들 수 있다.

기존의 판접점 재료는 Rivet 타입, Plate 타입의 개별적인 형태로 제작되어 사용했지만 본 발명에 사용되는 접점재료는 클래드 스트립 형태로 제작된 금속 또는 금속 클라드재에 적용하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 클래드 스트립재 형태의 판접점에 재료를 제작하기 위한 방법과 그 방법을 통해 제작된 접점 재료에 관한 것으로서, 기존의 압연이나 압접 방법이 아닌 방법을 통해 클래드 스트립 형태의 접점 재료를 만들어 생산성 향상 및 신규 설비 투자 비용을 절감시키고자 한다.

종래기술은 각각의 클래드 스트립 형태의 접점 재료를 열간 또는 냉간 압접을 통해 접점 재료를 접합하였으나 이 경우에는 압접 전용 설비와 기타 부대 설비가 필요하며, 제작 공정이 복잡해지고 수율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해 압출 공법을 이용하여 연속적으로 접합된 이종 금속 및 금속 산화물계 클래드 전기접점 재료를 제작하는 방법과 그 재료를 제공한다.

여기에서 사용하는 접점재료는 크게 모재와 이종 소재, 그리고 필요에 따라서는 세 가지 이상의 다층의 이종 소재가 접합 되어 있는 형태까지 포함한다.

제조과정은 다음과 같다.

도전성 금속 또는 금속 산화물가 섞여있는 모재와 이종 소재를 용해/주조 후 신선/절단하여 Chip 형태의 크기가 작은 접점 재료를 제조한다.

그리고 다층 구조의 접점 재료를 제조하기 위해 중간에 분리대를 설치하여 금형의 각각에 소재를 장입한다.

그리고 분리대가 장착되어 있는 금형에 각각의 칩을 투입한 후 분리대를 제거하고 이종 성형을 실시하고 가압하여 1차 성형품을 제작한다.

제작된 성형품을 압출기에 넣어 압출을 하여 클래드 스트립 형태의 접점 소재를 제작할 수 있다.

본 발명에 따른 클래드 스트립재 형태의 판접점 재료를 활용하여 사용자(고객)는 획기적으로 수율과 생산성을 향상시킬 수 있으며 품질 편차를 개선 시킬 수 있다.

또한 제공자(공급자)는 부가적인 접합 장치 (압접 설비 또는 전기 용접 설비)를 구비하지 않고서도 압출기를 활용하여 손쉽게 이종의 접합 소재를 연속적으로 제작할 수 있다.

그리고 일반적인 압접 설비나 용접 설비에 비해 압출기는 높은 압하율을 가할 수 있기 때문에 상대적으로 높은 계면간의 접합 강도를 얻을 수가 있다.

아래는 여러 가지 방법으로 제조된 클래드 스트립재의 전기접점재료의 접합강도를 나타낸 것이다. 시험에 사용한 전기 접점 재료의 크기는 6 ㎜ × 4 ㎜ 이며, 이종 소재를 합한 두께는 1.2 ㎜ 이고 20회 측정 후 평균값과 최하값을 나타낸 것이다.

구분	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 1
제조 방법	냉간 압접 후 압연	열간 압접 후 압연	Spot 용접 Flux 사용 안 함	압출 클래드
재질	AgCdO
산화물 함량(wt%)	18.7 %
전단강도(kgf/㎠)	평균 : 241 최하 : 202	평균 : 278 최하 : 265	평균 : 254 최하 : 242	평균 : 326 최하 : 303

도 1은 본 발명에 의해 제조된 전기접점용 소재의 외형과 단면 조직도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의해 제조되는 전기접점용 소재 제조방법의 전체 공정 흐름도이다.

본 발명에 관한 구체적인 사항은 아래와 같이 도면과 함께 설명한다.

먼저, 각기 다른 금속을 용해하여 주조한 후 압출과 신선 공정을 거쳐 1 ~ 3 Φ의 Wire로 만든다.

이 Wire를 1 ~ 3 ㎜의 크기로 절단하여 원소재(이후 Chip이라 칭함)를 각각 제조한다.

이렇게 제조된 원소재를 2층 구조의 빌렛으로 만들기 위해 원형 금형에 분리판을 삽입 후 분리판이 움직이지 않도록 고정한다.

이때 분리판과 금형의 내벽 사이에 간격이 Chip 보다 클 경우 상기 금속이 혼입될 수 있으므로 반드시 금형과 내벽 사이의 간격은 Chip의 크기보다 작게 제작되어야 한다.

분리판의 한쪽에는 은(Ag)를 주성분으로 하고 Cd 등이 첨가된 Chip을 장입하고 표면을 고르게 다진다.

이후에 분리판 반대쪽에는 순수한 은(Pure Ag)로 제조된 Chip을 동일한 방법으로 투입 후 표면을 고르게 다진다.

금형에 투입된 이종의 Chip들은 동일한 장입 높이를 갖게 될 경우 빌렛의 제작이 용이하므로 투입량을 반드시 정확히 산정하여 금형에 투입하여야 한다.

Chip의 투입이 완료되면 중간의 분리대를 조심히 제거한다.

그리고 상부에 더미 금형을 안착시킨 후 재질에 따라 50 ~ 200 kgf/㎠ 의 압력을 가하여 다층의 빌렛 형태로 성형한다.

빌렛의 성형이 완료되면 빌렛의 밀도를 높이기 위해 냉간 또는 열간 압축을 실시한다.

필요 시 열처리를 실시한 후 다시 빌렛을 압축하는 공정을 반복하여 원하는 압축밀도를 얻을 때까지 반복한다.

성형-압축된 다층의 빌렛은 그 후에 압출 공정을 이용하여 스트립재 형태로 제작할 수 있다.

먼저 빌렛을 충분한 온도(700 ~ 850 ℃)로 예열한 후 예열을 실시한다.

예열은 분위기로나 고주파 예열 등 다양한 방법이 활용될 수 있다.

예열이 완료되면 빌렛을 압출기 로더에 장착한 후 압출을 실시한다.

압출이 완료되면 압출 금형에 따라 표면이 거칠고 이물질이 묻거나 산화물이 발생할 수 있다.

따라서 필요 시 브러쉬나 산처리 공정을 통해 표면을 안정화시켜줄 필요가 있다.

그리고 원하는 클래드재 두께를 맞추기 위해 압연을 실시한다.

압연은 소재의 가공성과 설비에 따라 압하율을 다르게 가하여 진행해야 하며 일반적으로 1회당 0.1 ~ 1.0 mm 수준으로 두께가 줄어들도록 압연한다.

이때 최대 가공량이 30% 이상이 되면 소재의 균열이 발생하므로 소둔열처리를 하여 가공응력을 제거한 후 추가적으로 압연가공을 실시한다.

압연이 완료되면 필요한 스트립재의 폭만큼 절단(Slitting) 하여 사용한다.

소재에 따라 이후에 내부 산화와 브러쉬 등의 공정을 거쳐 클래드 형태의 스트립 전기접점 재료를 완성할 수 있다.

필요에 따라서는 필러메탈 등 다른 이종소재의 접합 공정을 진행하여 제품을 완성할 수 있다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 제조된 전기접점용 소재의 외관 형태와 단면 조직도를 나타낸다.

도 1에 따르면 본 발명에 의해 제조된 전기접점 재료는 롤 형태의 클래드 스트립재이며 균일한 두께 편차를 가지고 있다.

도 2는 본 발명에 의해 제조되는 전기접점용 소재 제조방법의 전체 공정 흐름도이다.

접점 모재와 접합하고자 하는 소재를 각각 용해, 주조, 가공, 절단하여 제조한 후 성형 공정에서 클래드로 구성된 빌렛을 만들어서 압출을 실시하여 클래드 스트립재를 만든다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 관해서 설명한다.

[실시예 1]

은(Ag)함량이 90 중량%이고 산화주석(CdO)을 포함한 산화물 함량이 10 중량%인 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)의 2종 구조를 가지는 롤 형상의 클래드 스트립재를 제조한다.

[실시예 2]

은(Ag)함량이 85.2 중량%이고 산화주석(CdO)을 포함한 산화물 함량이 14.8 중량%인 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)의 2종 구조를 가지는 롤 형상의 클래드 스트립재를 제조한다.

[실시예 3]

은(Ag)함량이 83.4 중량%이고 산화주석(CdO)을 포함한 산화물 함량이 16.6 중량%인 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)의 2종 구조를 가지는 롤 형상의 클래드 스트립재를 제조한다.

[실시예 4]

은(Ag)함량이 81.3 중량%이고 산화주석(CdO)을 포함한 산화물 함량이 18.7 중량%인 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)의 2종 구조를 가지는 롤 형상의 클래드 스트립재를 제조한다.

제조 공정은 분리판이 장착된 금형에 복합소재 17.7 kg과 순은 3.7 kg을 각각 장입한 후 더미금형을 분리판을 조심히 제거한 후 표면을 고르게 다진다.

이후에 더미 금형을 상부에 안착시키고 170 kgf/㎠의 압력으로 가압하여 2종 구조의 빌렛을 제조한다.

다음은 진공로 또는 수소나 질소가 투입되어 산화를 방지할 수 있는 열처리로에 400 ~ 800 ℃로 4 ~ 8 시간동안 Annealing을 실시한다.

그리고 170 kgf/㎠ 압력으로 냉간압축 후 열처리 공정을 진행하고, 190 kgf/㎠ 의 압력으로 열간압축을 공정을 진행하여 원하는 빌렛의 밀도에 도달하도록 한다.

필요 시 Annealing을 실시하여 빌렛에 발생된 잔류 응력을 제거한다.

빌렛을 700 ~ 850 ℃로 고주파로 가열 후 압출기 로더에 수평이 되게 안착시킨 후 150 ~ 250 kgf/㎠의 압력으로 압출을 하여 클래드 스트립재 형태의 접점소재를 제조한다.

다음은 클래드재 전단부를 1 m와 압출더미를 절단하여 스크랩 처리 후 나머지 부분을 0.3 mm씩 압연하여 최종 1.12 mm 두께의 클래드 스트립재 접점 소재를 제조한다.

이렇게 제조된 접점소재를 고객의 요구 사양에 따라 절단(Slitting) 을 실시하여 폭 규격을 맞춘다.

이후에 내부산화 공정을 거쳐 Ag가 주성분이고 CdO 등 산화물이 함유된 전기접점 소재를 만든다.

내부 산화 후 브러쉬와 레벨링 공정을 거친 후 고객의 요구에 따라 필러메탈을 접합하는 공정을 진행할 수도 있다.

상기의 전기접점용 복합소재는 AgNi, AgCu, AgPd, AgW, AgC, AgWC, Au, Pt, Pd, AgPd, AgCdO 산화물계, AgSnO2 산화물계, AgSnO2In2O3 산화물계, W 등의 도전성 물질이 이용된다.

Claims (15)

1. 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)이 클래드되어 있는 롤(strip) 형태의 소재를 제조하는 방법에 있어서, 각각의 소재를 용해/주조 후 신선/절단하여 Chip 형태로 제작하고, 분리막을 통하여 금형에 각각 투입하고, 분리막 제거 후 이종 성형을 실시하고 압출하여, 전기접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)이 클래드되어 있는 롤(Strip) 형태의 2종 이상의 다층 구조의 제품을 제조하는 방법.
2. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 AgNi 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
3. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 AgCu 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
4. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 AgPd 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
5. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 AgW 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
6. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 AgC 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
7. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 AgWC 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
8. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 Au 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
9. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 Pt 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
10. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 Pd 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
11. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 AgPd 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
12. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 AgCdO 산화물계 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
13. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 AgSnO2 산화물계 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
14. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 AgSnO2In2O3 산화물계 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.
15. 청구항 제 1항의 제조 방법으로 제작된 도전성을 가진 W 전기 접점 소재와 순은(Pure Ag)으로 등 2 종 이상의 다층 구조로 된 전기 접점 재료.

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