KR20140138229A - 압출성과 내입계 부식성이 우수한 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금으로서, 내입계 부식성에 문제가 있는 Cu의 함유량을 억제하고, 자연 전위를 불활성으로 유지하는 것이 가능하고, 압출성을 저해하지 않는 전이 금속을 첨가한 우수한 내식성과 압출성을 갖는 알루미늄 합금을 제공한다. 질량％로, Fe:0.05∼0.20％, Si:0.10％ 이하, Cu:0.15∼0.32％, Mn:0.08∼0.15％, Zr:0.05％ 이하, Ti:0.06∼0.15％, Cr:0.03％ 이하, 잔량부:Al 및 불가피 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖고, 합금 빌렛 중의 가스량이 0.25㏄/100g 이하인 알루미늄 합금. 상기 화학 조성을 갖는 DC 주조 빌렛을, 주조 조건과 용탕 처리에 의해, 가스 함유량을 저감시켜 0.25㏄/100g 이하로 하도록 제조하고, 그 후, 80℃/시간 이하의 속도로 550∼590℃로 가열하여 0.5∼6시간 유지한 후, 450∼350℃의 범위에서 0.5∼1시간 유지하거나, 또는 50℃/시간의 냉각 속도로 200℃ 이하까지 냉각하는 균열화 처리를 실시하는 알루미늄 합금의 제조 방법.

Description

압출성과 내입계 부식성이 우수한 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금 및 그 제조 방법 {ALUMINUM ALLOY FOR MICROPOROUS HOLLOW MATERIAL WHICH HAS EXCELLENT EXTRUDABILITY AND GRAIN BOUNDARY CORROSION RESISTANCE, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 알루미늄제 열교환기, 예를 들어 콘덴서, 증발기, 인터쿨러 등을 구성하는 압출제 미세 구멍 중공 편평관에 사용하는, 압출성과 내입계 부식성이 우수한 알루미늄 합금 및 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄제 열교환기는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같은 카 에어컨용 콘덴서에서는, 냉매의 유로를 구성하는 편평관(1)[도 2의 (a)], 공기와 열교환하는 코러게이트 핀(2), 탱크부인 헤더 파이프(3) 및 출입구 부재(4)로 구성되고, 서로 접하는 어느 하나의 부재에 브레이징 수단(납땜재)을 갖고, 비부식성 플럭스를 사용하여 브레이징 접합되어 있다[도 2의 (b)].

알루미늄제 열교환기에는 높은 내구성이 요구되고 있고, 구성하는 부재인 압출 편평관에는, 당연히 내식성, 강도, 브레이징성, 압출성 등이 요구되고 있다.

한편, 열교환기의 경량화 요구나 경제성의 관점에서, 편평관(1)은 도 2에 도시한 바와 같이 복잡한 미세 구멍 중공 구조로 얇게 할 필요가 있고, 그로 인해 압출성이 우수한 알루미늄 합금이 요구되고 있다.

특히 내식성에 대해서는, 편평관 내부에 밀봉되어 있는 냉매가 유출되는 입계 부식에 의한 조기의 관통 결함의 발생 방지가 과제이다.

널리 사용되어 있는 희생 방식 방법으로서, 도 3에 도시한 바와 같이, Zn 금속을 편평관(1)의 표면에 도포, 가열 후에 표층부에 Zn 확산층(1Z)을 형성하는 방법이 있다. 형성된 Zn 확산층(1Z)을 희생 방식으로서 이용하는 것이다. 또한, 도시한 예에서는, 편평관(1)과 핀(2)은 Zn 확산층(1Z) 상에서 브레이징 접합부(5)에 의해 접합되어 있다.

그러나 이와 같이 Zn 금속을 편평관 표면에 도포하는 방법에서는, Zn 확산층의 Zn 농도가 높아지고, 반대로 핀과의 접합부를 포함하는 Zn 확산층부가 조기에 소모되어 열교환기 성능을 저하시키는 과제도 발생한다.

이와 같이 압출성과 내입계 부식성이 요구되는 압출 편평관용의 알루미늄 합금은 많이 제안되어 있지만, 아직 충분히 요구를 충족시키는 해결에 이르고 있지는 않다.

예를 들어, 특허문헌 1, 2에, 압출성과 내식성을 개량한 알루미늄 합금이 제안되고 있다. 이들은, 순알루미늄을 베이스로 하고, Cu 및 Fe을 적극적으로 첨가하여, 재료 강도를 유지하면서, 알루미늄의 매트릭스의 내식성과 압출성을 개량한 것이다.

일본 특허 공개 소60-238438호 공보 일본 특허 공개 평5-222480호 공보

특허문헌 1, 2에서 제안된 합금은, 확실히 압출성은 향상되고, 내식성이 개량되어 있지만, 고압출비로, 파이프 내면에 요철을 형성한 박육 중공 재료의 가일층의 압출성과, 내식성, 특히, 내입계 부식성의 관점에서는 불충분하다.

상기한 바와 같이, 일반적으로는, 열교환기의 편평관의 부식을 방어하는 수단으로서 희생 방식 방법이 채용되어 있다. 특허문헌 1, 2에서 제안된 알루미늄 합금은, 전위적으로 자연 전위가 약 -0.7VvsSCE 정도로 상당히 불활성인 합금이라고 말할 수 있으므로, 희생 방식 방법이 채용되는 부위에서의 사용에는 문제는 없다.

그러나, 상기 합금은 순Al에 Cu가 첨가되어 있고, Al-Cu의 금속간 화합물이 결정립계를 따라 형성되기 때문에, 결정립계의 부식이 촉진될 우려가 있다. 즉, Zn 확산층이 소모된 이후에나, Zn 확산층을 경감하는 대책을 내린 경우, 또는 희생 방식법이 적용되지 않는 등의 열교환기의 부위에서는, 편평관 자신의 부식이 진행될 우려가 있다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것이며, 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금으로서, 내입계 부식성에 문제가 있는 Cu의 함유량을 억제하고, 또한 자연 전위를 불활성으로 유지하고, 공식 및 입계 부식의 발생과 진행을 억제하기 위해, Ti, Mn, Zr, Cr 등의 포정형 응고를 하는 전이 금속을 첨가하고, 또한, 고압출비로 박육 재료인 중공 재료의 압출성을 개량하기 위해, 가스 함유량을 억제한 알루미늄 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 압출성과 내입계 부식성이 우수한 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금은, Fe:0.05∼0.20질량％, Si:0.10질량％ 이하, Cu:0.15∼0.32질량％, Mn:0.08∼0.15질량％, Zr:0.05질량％ 이하, Ti:0.06∼0.15질량％, Cr:0.03질량％ 이하, 잔량부:Al 및 불가피 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖고, 또한, 압출 중의 재료 결함인 기포 발생을 방지하기 위해, 합금 주조 후의 소재(빌렛)의 가스 함유량을 0.25㏄/100g 이하, 바람직하게는 0.20㏄/100g 이하로 함으로써, 압출재의 표면 팽창이나, 평활성을 저하시키는 현저한 줄무늬 형상 결함의 발생을 방지한다.

상기 본 발명의 알루미늄 합금은, 주조 빌렛 및 압출 재료의 조직 미세화를 위해, V:0.05질량％ 이하를 함유해도 된다.

미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금은, 상기한 바와 같은 화학 조성을 갖는 알루미늄 합금의 DC 주조 빌렛을, 80℃/시간 이하의 속도로 550∼590℃로 가열하여 0.5∼6시간 유지한 후, 450∼350℃의 범위에서 0.5∼1시간 유지하거나, 또는 50℃/시간의 냉각 속도로 200℃ 이하까지 냉각하는 균열화(均熱化) 처리를 실시함으로써 얻어진다.

그리고, 상기 균질화 처리가 실시된 빌렛을 450∼550℃로 재가열 후, 압출비 30 이상 1000 이하의 가공도로 원하는 형상으로 압출함으로써, 내입계 부식성이 우수한 알루미늄 합금제 미세 구멍 중공 형재가 얻어진다.

필요한 경우에는, 균질화 처리가 종료된 빌렛을 외주 직경에서 0.1∼1㎜ 정도 면삭한 후에 압출할 수 있다.

본 발명의 압출성과 내입계 부식성이 우수한 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금은, 기본적으로는 순알루미늄을 베이스로 하고, Fe, Cu, Mn, Cr의 함유량은, 소재(빌렛)의 고온 변형 저항을 가미하여 낮게 억제되어 있으므로 압출성은 양호하다. 낮게 억제되어 있다고는 해도, 소요량의 Fe, Cu, Mn 및 Cr 등이 포함되어 있으므로, 열교환기를 구성하는 미세 구멍 중공 형재용으로서의 강도, 내식성은 갖고 있다.

특히, 본 발명 합금에서는 Cu 함유량이 0.15∼0.32질량％ 범위에 억제되어 있기 때문에, Al-Cu계 금속간 화합물의 형성이 억제되고, 입계 부식의 우려는 극히 적어지고 있다. 또한, Ti을 적당량 함유시킴으로써, Ti이 입계 또는 모지(매트릭스)에 분산됨으로써, 입계 부식의 진행을 억제하고, 내식성을 향상시킨다.

Mn, Zr, 그리고 Cr, V 등의 적당량의 첨가는, 매트릭스, 특히 Ti 분산이 성긴 영역의 전위를 불활성으로 하고, Ti 첨가 효과를 더 촉진하고, 입계 부식은 물론이고, 공식이나 전체면 부식 방지에도 효과가 크다.

도 1은 일반적인 카 에어컨용 콘덴서의 개략 구조를 설명하는 도면.
도 2는 편평관 및 그것을 내장한 열교환기의 개략 구조를 설명하는 도면.
도 3은 Zn 확산층의 희생 방식 작용을 설명하는 도면.
도 4는 실시예에서 제작한 열교환기용 중공 편평관의 단면 형상을 도시하는 도면.
도 5는 실시예에 있어서의 가스 함유량이 많은 경우의 압출재 표면 결함을 설명하는 도면.
도 6은 실시예에 있어서의 줄무늬 형상 결함을 도시하는 도면.
도 7은 실시예에 있어서의 균질화 처리 빌렛의 압출 시의 압력-시간 곡선을 비교한 도면.

상기한 바와 같이, 특허문헌 2에서 제안되어 있는 압출 성형용 알루미늄 합금은, 압출 성형성이 우수한 반면, 함유하고 있는 Cu가 Al-Cu계의 금속간 화합물을 결정립계에 형성하여 입계 부식을 발생하기 쉬운 합금이다.

따라서, Cu의 함유량을 저감시키고, 특허문헌 2 등에서 제안되어 있는 압출 성형용 알루미늄 합금과 동등한 기계적 특성을 갖고, 압출성 개량점인 압력 저하를 도모하고, 또한 압출 중의 결함인 기포 및 긁힘 등의 발생을 방지하는 것과, 입계 부식을 야기할 우려가 없는 알루미늄 합금을 발견하기 위해, 예의 검토를 거듭해 왔다.

그 결과, Cu 함유량을 0.15∼0.32질량％ 범위 내로 억제하고, 타 원소의 Fe, Si, Mn, Zr, Cr 등의 함유량을 적절하게 조정하고, Ti을 적당량 첨가하면, 상기 과제인 내입계 부식성을 개량하는 것을, 또한, 압출재 중의 가스량을 규제하는 것, 그리고, 그와 같이 제조된 빌렛을 압출할 때에, 빌렛 표면의 외주 표피를 면삭함으로써, 팽창, 말림 등에 의한 우발적인 압출 결함 발생을 억제할 수 있는 것을 발견하였다.

이하에 그 상세를 설명한다.

본 발명의 압출성과 내공식성과 내입계 부식성이 우수한 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금은, Fe:0.05∼0.20질량％, Si:0.10질량％ 이하, Cu:0.15∼0.32질량％, Mn:0.08∼0.15질량％, Zr:0.05질량％ 이하, Ti:0.06∼0.15질량％, Cr:0.03질량％ 이하를, 또한 필요에 따라, V:0.05질량％ 이하를 함유하고, 잔량부가 Al 및 불가피 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖고, 압출 재료 중의 가스 함유량을 0.25㏄/100g 이하로 한다. 이들 목적과 각 성분의 작용 및 한정 이유와 가스 규제와 빌렛 외주의 표피 제거에 관한 효과를 설명한다. 이하의 「％」 표시는 모두 질량％이다.

Fe :0.05∼0.20％

Fe은, 순알루미늄 합금의 강도를 향상시키는 작용과 함께, 주조 시의 균열 방지, 주조 조직의 미세화 효과를 갖고 있다. 이 작용은 0.05％ 이상의 함유에 의해 발휘되지만, 0.20％를 초과할 정도로 많이 함유시키면 Al-Fe 화합물을 주조 시에 결정립계에 발생시켜, 내공식 부식, 내입계 부식에 악영향을 미칠 우려가 있음과 함께, 압출 시에 긁힘, 균열 등으로 인해 압출성을 나쁘게 할 우려가 있으므로, Fe의 상한값은 0.20％로 하였다.

Si :0.10％ 이하

Si는 Al 모재로부터 혼입되는 불가피적 불순물이지만, 가공성에 악영향을 미치는 Al-Fe-Si 화합물의 생성을 억제하기 위해, 그리고, 과잉 Si 입자는 피트 형상의 부식의 기점으로 됨과 함께, 첨가 원소의 Mn, Zr 등과 화합물을 생성하고, 그러한 효과를 감소시키기 위해, 그 상한값은 0.10％로 하였다.

Cu: 0.15∼0.32％

Cu는 Al지의 깊은 공식을 억제하기 위해 유효한 원소이다. 0.15％ 이상의 함유로 효과가 인지된다. 그러나, 그 함유량이 많아지면 입계에 Al-Cu 화합물 CuAl₂를 형성하여 균질화 처리에서는 입계 편석을 완전히 소실할 수 없어, 입계 부식을 촉진한다. 또한, 압출 압력 증가로 인해, Cu 함유량은, 0.15∼0.32％로 하였다.

Mn :0.08∼0.15％

Mn은 내식성 및 강도, 특히 고온 강도를 향상시키는 작용을 갖고 있다. 이들 작용은, 0.030％ 이상의 함유에 의해 발현되지만, Al 매트릭스의 전위를 개량하고, 부식 전파를 안정적으로 억제하기 위해서는 0.08％ 이상의 Mn 첨가가 바람직하고 또한 고온에서의 강도를 높이기 때문에, 브레이징 시의 대폭적인 연화는 발생하지 않고 구조체의 강성을 유지할 수 있는 큰 역할이 있다. 한편, 고온 강도가 높기 때문에, 압출 시의 가공 압력이 커져 압출성을 저하시킨다. 또한, 결정립계를 따라 Al-Mn계의 금속간 화합물 Al₆Mn이 형성되어, 내입계 부식에 악영향을 미칠 우려가 있다. 따라서, Mn 함유량은 0.15％를 상한으로 하였다.

Zr :0.05％ 이하

Zr은 미량 첨가에 있어서도, 재료의 고온 강도를 Mn 등의 복합 효과로 증대한다. 단, 0.05％를 초과하는 Zr 첨가로는 다른 원소와의 화합물 형성에 영향을 미치고, 효과가 감소함과 함께, 박육재의 압출 시에 압출 압력을 증대한다. 또한, 0.05％ 이하의 Zr 첨가는 매트릭스를 불활성으로 하고, 공식 부식과 함께 입계 부식을 감소하는 효과도 있다. 또한, 단독에 의한 효과를 의도하면, 0.02∼0.05％Zr 첨가가 바람직하다.

Ti :0.06∼0.15％

Ti은 주조 조직을 미세화하고, 그 Ti 원소의 분포 상태는 압출재의 입계 부식을 억제하는 작용을 갖고 있다. 이 작용은 0.06％ 이상의 함유로 효과적으로 발현된다. 그러나, 그 함유량이 많아지면 조대한 금속간 화합물 TiAl₃을 생성하여 압출성을 악화시킴과 함께, Ti 분포의 불균일성을 증가시키기 때문에, 그 상한은 0.15％로 하였다.

V:0.05％ 이하

주조 시에 정출한 V 및 V 화합물이 압출에 의해 층상으로 분산되어 입계 부식의 진전을 방지하는 작용을 갖고 있으므로, 필요에 따라 함유시킨다. 그러나, 그 함유량이 많아지면 압출성을 악화시키므로, 그 상한은 0.05％로 하였다. Ti과 V의 복합 첨가에 의해 입계 부식을 억제하는 효과가 커지지만, 그들의 함유량이 지나치게 많아지면 압출성을 악화시키므로, 그들의 합계량의 상한은 0.20％로 하였다.

Cr :0.03％ 이하

Cr은 압출 조직의 조대화를 억제하는 작용을 갖고 있다. 이 작용은 0.01％ 이상의 함유에 보다 효과적으로 발현된다. 그러나 다량으로 함유하면 압출성을 악화시키므로, 그 상한은 0.03％로 하였다.

그 외는, 불가피적 불순물이다.

가스 함유량:0.25㏄/100g 이하

가스는, 합금의 제조 단계인 용해, 주조 시에 대기 중으로부터 혼입된, 산소, 수소, 그리고 질소이며, 가스 분석(랭글리법)에 의한 결과에서는, 수소(H₂) 가스가 99％ 이상이며, Al 합금에 함유되는 것은 수소 가스가 주된다. 이 가스(H₂)를 제거하기 위해, 일반적으로는 탈가스 처리를 실시하지만, 용해 후의 주조 온도를 제어하고, 탈가스 처리를 행함으로써, 안정적으로, 0.25㏄/100g 이하로 하고, 가스량이 많은 경우의 재료 문제인, 산화 피막, 개재물의 혼입을 저하시킨다. 그리고, 혼입 가스에 의한 압출 시의 결함인 재료 표면의 팽창(기포) 발생을 방지하고, 또한, 이물질(산화막, 개재물) 기점의 압출 결함(긁힘, 균열)과 부식 기점을 감소시켜, 성분만으로는 해결되지 않는, 압출성 저하, 내식성 저하의 우려를 없애는 효과를 갖게 하였다.

이하에, 본 발명의 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금의 제조 방법을 설명한다.

본 발명에 의한 압출성과 내입계 부식성이 우수한 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금은, 통상의 수단에 의해 용제되는데, 용해 후에 탈가스를 포함하는 용탕 처리 조건과 주조 조건을 적정하게 설정한 일반적인 주조법인 반연속 주조법에 의해 원하는 형상의 빌렛으로서 제공된다.

얻어진 알루미늄 합금 빌렛에 있어서, 합금의 함유 성분을 유효하게 이용하기 위해서는, 주조 후의 빌렛을 고온에서 가열하여, 주조 시에 정출한 금속간 화합물을 구성하는 원소 등을 매트릭스에 재고용시킴과 함께, 첨가 원소의 농도 분포를 없애고, 또한 주조 시에 정출물로서 존재하는 화합물을 미세화하는 것 등을 위해 균질화 처리를 실시할 필요가 있다. 이 균일화 처리로서는 550∼590℃에서 0.5시간∼6시간의 가열 처리를 행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 알루미늄 합금은, 순Al을 베이스로 Fe, Si를 규제하고, Cu, Mn, Cr, Zr, 그리고 Ti을 첨가하고, 가스량을 규제한 합금이다.

주조로 얻어진 빌렛을 550℃ 이상에서 0.5시간 이상 유지해야만, Al-Fe-Si계 화합물 또는 Al-(Fe, Mn)-Si계 화합물을 미세하게 분산시킬 수 있고, 높은 가공도로 압출할 때에 결함을 발생시킨다. 또한, 다른 원소인 Cu, Cr, Mn, Zr 등의 화합물을 Al지에 용해시키거나, 미세한 화합물로서 존재시키기 위해서도, 550℃ 이상, 0.5시간 이상의 유지를 필요로 한다.

한편, 590℃를 초과하는 온도에서 0.5시간 이상 가열하면, Fe, Si, Cu에 대해서는 용해가 바람직하게 진행되지만, Mn, Cr, Zr의 용해량이 많아지고, 이후의 압출 시의 가공 압력을 크게 해버리고, 또한, 압출 재료의 조직을 거친 재결정 조직으로 하는 경향이 커진다.

또한, 경제적으로는, 6시간 이하가 바람직하고, 장시간의 균질화 처리는 빌렛 비용이 높아짐과 함께, 빌렛 표면의 산화가 진행되어, 바람직한 품질로 되지는 않는다. 균질화 처리의 적정한 온도는, 570℃±10℃이고, 경제적으로는, 빠르게 승온시키고, 빠르게 냉각하는 것이 좋지만, Mn, Cr, Zr을 함유하는 합금은, 균질화 처리 온도로의 승온이 80℃/h를 초과하는 속도로는 Mn, Cr이 많이 용해된 상태이며, 적정한 승온 속도로 주조인 상태(조대 화합물의 존재, 용해량 많음)를 균질화 처리 온도까지의 확산 시간을 충분히 취하여 조대 화합물의 Al-Fe, Al-Fe-Si 등을 고용시킨다. 한편, 고용되어 있었던 Cr, Mn, Zr을 Al-Fe(Mn, Cr, Zr)-Si계 화합물, Al-Zr, Al-Mn 화합물로서 석출시키고 빌렛의 조직을 개량하고, 압출 압력을 저하시키고, 압출관의 조직을 미세화한다.

한편, 고온에서의 유지에 의해 Mn, Cr, Zr 화합물의 용해가 발생하고 있고, 이것을 확실하게 적정한 화합물로서 석출시키는 것이 필요하며, 이를 위해서는, 450∼350℃의 범위에서 0.5∼1시간 유지하거나, 또는, 완만한 50℃/시간인 냉각 속도로 200℃ 이하까지 냉각할 필요가 있다. 이 조건을 벗어나면, Mn, Cr, Zr이 모지(매트릭스) 중에 고용된 채 남고, 후속 공정의 압출 가공 전의 가열 시에는 소량만 석출되기 때문에 압출 압력이 높고 가공성을 저하시키게 된다. 이와 같은 균질화 처리에서 얻은 빌렛을 압출한 재료는, 압출재의 표면과 내부의 조직이 균일해져, 열간 가공에 의한 결정립의 조대화를 억제할 수 있다.

주조 빌렛 조직의 적정화를 위해 균질화 처리를 행하였지만, 그 빌렛 외주면은, 요철로 되어 있고, 또한 산화 피막이 생성되어 있다. 그로 인해, 압출 다이스 구조, 압출 조건 등에 의해서는, 압출 중에 빌렛 외주부가 압출재, 특히 중공 형재에는 복잡하게 유입되는 경우가 있고, 유입된 빌렛 외주부의 산화 피막 등이 형재 표면 결함으로서 긁힘, 기포를 발생시켜 압출 결함으로 되어, 형재 표면의 평활성을 저하시키고, 깊은 줄무늬 형상의 결함으로 된다.

이들 결함 방지에는, 빌렛 외주의 산화 피막, 오염을 제거할 필요가 있고, 면삭을 실시하는 것이 가장 유효하다. 면삭은 빌렛 외주 직경에서 0.1∼1㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 합금 성분을 주조하여 얻었던 빌렛에 소정의 균질화 처리를 실시하고, 목적으로 하는 미세 중공 압출 형재를 얻기 위해, 당해 빌렛을 450℃ 이상, 550℃ 이하에서 가열하여 압출비 30 이상 1000 이하의 가공도로 압출 가공할 필요가 있다.

450℃에 미치지 않으면, 미세 중공 형재의 압출비가 높기 때문에, 압출기의 압출 압력의 한계 능력(통상은 210㎏/㎠)을 초과해 버려 압출 불가로 된다. 비록 압출할 수 있어도, 미세한 중공재의 내면에 긁힘 등의 결함을 발생시키고, 또한, 형상·치수가 공차 외로 된다.

또한, 550℃를 초과할 정도로 높은 온도의 가열에서는, 압출은 용이하게 할 수 있지만 압출비 및 압출 속도가 높으므로 압출 중의 형재 온도가 높아지고, 미세 중공재의 표면 및 내부에서 긁힘이 다발하거나 또는 국부 용융을 발생시켜, 요구된 형상을 유지할 수 없다.

그리고, 압출비가 30에 미치지 않을 정도로 작은 경우에서는, 본 특허에서의 특징인 Ti 효과(Ti이 형재 내부에 압출 방향을 따라 층상으로 존재하기 위한 상태)가 얻어지기 어려워진다. 반대로, 압출비가 1000을 초과하는 다이스 설계를 하면, 금형 제작 그리고 압출 조건 선정이 곤란해져 압출 가공 그 자체가 불가능하게 된다.

실시예

열교환용 유체로서는 프레온계 냉매를 사용하고 있다. 이로 인해, 열교환기에 사용하는 소재로서는, 내식성, 강도, 브레이징성이 우수하고, 또한 열교환기 조립품의 주요 부재인 0.5∼2㎜ 정도의 미세 구멍 중공 형재(편평관)의 압출 가공이 가능한 합금이 요구된다.

따라서, 표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 각종 알루미늄 합금에 대해, 압출 성형성, 내식성, 강도, 브레이징성을 검증하였다.

먼저, 표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 각종 알루미늄 합금을 용제하고, 6∼10인치의 직경으로 길이 2∼6m의 주조체(빌렛)를 제작하였다. 이 빌렛을, 550∼590℃에서 0.5∼6시간 유지하는 조건으로 균일화 처리를 실시한 후, 460∼550℃로 가열하고, 압출비 30∼1000의 박육 형재용 다이스에 의해, 도 4에 횡단면 형상을 도시하는, 폭(W) 16.2㎜, 두께(H) 1.93㎜, 두께(T) 0.35㎜의 12구멍(P)을 갖는 열교환기용 중공 편평관(1)을 압출하였다.

그리고, 압출한 각 샘플에 대해, 압출 직후의 압출재 표면과 내면을 관찰하였다. 또한, 재료의 품질로서 내식성, 강도, 브레이징성을 조사하였다. 그 결과를 표 1의 성분에 상당하도록 우측부에 나타냈다.

또한, 강도는 어닐링재의 실온 강도로부터 판정하고, 순Al의 65㎫을 기준으로 하고, 90㎫을 초과하는 것을 ◎, 60∼90㎫의 범위를 ○, 60㎫에 미치지 않는 것을 ×로 하였다.

내식성은, 염수 분무 시험(JIS Z2371) 5000시간에 의해, 부식 시험 후의 마이크로 조직 관찰로부터 입계 부식의 유무와 진행 정도를 평가하고, 입계 부식이 거의 인지되지 않는 것을 ◎, 층상 부식이 100㎛ 이하인 것을 ○, 층상 부식이 300㎛ 이상인 것을 ×로 하였다.

압출성은, 압출 시의 압출 압력의 부하 상태와 편평관의 표면 결함(긁힘, 표면 거칠기, 제품의 외주와 내면의 요철, 긁힘)으로 판단하여, 표면 결함이 전혀 없었던 것을 ◎, 약간 있었지만 사용에 문제가 없는 것을 ○, 표면 결함이 많아 사용할 수 없는 것을 ×로 평가하였다.

브레이징성에 대해서는, 본 발명예, 비교예와도 거의 동등하여 차이를 알 수 없었다.

종합 평가로서, 열교환기용 중공 편평관으로서 사용할 수 있는 합격품을 ○, 사용할 수 없는 불합격품을 ×로 하였다.

도 5에 가스 함유량 등이 많은 경우에 발생한 긁힘 형상 결함(픽업)의 확대 사진을 나타내고, 이 미소 긁힘이 다발하면 부식 기점으로 될 우려가 있다.

도 6은 표면 결함인 줄무늬 형상 결함이라고 불리는 미세 요철인데, 요철은 미소한 긁힘을 수반하여, 부식이 촉진될 우려가 있다.

이와 같은 평가 기준으로, 가스량에 의한 평가 시험을 실시하기 위해, 표 2에 나타낸, 가스량이 0.21㏄/100g인 경우에서, 내식성, 압출성 시험 등에 합격한 형재의 빌렛 성분을 사용한다. 이 합금 성분에서, 표 3과 같이 가스량을 변화시킨 시험재에서 압출 시험을 실시하고, 표 3 내의 우측부에 나타내는 결과를 얻었다.

명백하게, 0.25㏄/100g 이상에서는, 표면이 악화되고, 관능적으로 명료한 차이가 발생하였다.

다음으로 균질화 처리 조건에 대해 검증하였다.

표 1 중에서 No.2에 나타내는 화학 조성을 갖는 각종 알루미늄 합금을 용제하고, 탈가스, 미세화, 여과 등의 소정의 용탕 처리를 행한 후, DC 주조법에 의해, 주조 온도 680℃ 이상의 온도에서 직경 210㎜의 빌렛을 주조하였다.

그 후, 590℃의 온도에서, 4시간 유지한 후, 냉각하는 균질화 처리를 행하여, 4000㎜ 길이의 빌렛을 얻었다. 590℃까지의 승온 및 590℃로부터의 냉각은 하기하는 조건으로 행하였다. 이 빌렛을 현행 처리 빌렛이라고 칭하는 것으로 한다.

승온 조건:100℃/시간

냉각 조건:250℃/시간

본 발명예로서, 상기 주조 빌렛을, 균질화 온도 590℃로 하는 과정(승온 과정)의 승온 속도를 80℃/시간 이하로 하고, 또한 균질화 온도로 4시간 유지 후에 냉각할 때에 450∼350℃의 온도 범위를 50℃/시간의 냉각 속도로 냉각하고, 그 후에는 노 외 냉각(노 외 방냉)하였다. 이 빌렛을 본 발명법 빌렛이라고 칭하는 것으로 한다.

현행 처리 빌렛과 본 발명법 빌렛의 마이크로 조직을 관찰해 보면, 현행 처리 빌렛은, 처리 전의 빌렛의 정출물 이외는 현저한 화합물은 인지되지 않지만, 한편, 본 발명법 빌렛의 조직은, 정출물 이외에, 석출물(Al-Mn계)이 미세하게 분산되어 있는 것이 인지되었다.

이어서, 이들 2종의 빌렛을 500㎜ 길이로 하여, 압출비 150으로 도 4와 같은 형상의 편평관을 500℃에서 15m/분의 압출 속도로 제조하였다. 이때, 압출 시의 압출 압력을 측정하였다.

그 결과를 표 4에 나타내었다.

또한, 도 7에, 압출 시의 압력-시간 곡선의 비교를 나타내었다.

본 발명법은 현행법에 비해 최고 압력이 작고, 압력 저하가 빠르다. 그리고 곡선 내의 면적이 작아, 압출 시에 필요로 하는 에너지가 작은 것을 알 수 있다.

또한, 압출 가공 시의 압출비에 대해 검증하였다.

상기 균질화 처리 조건의 검증에 사용한 본 발명법 빌렛을, 480℃로 가열 후, 압출비 150의 편평관과 압출비 20의 플랫바재를 20m/분의 속도로 압출하였다.

이 2종류의 압출재의 마이크로 조직 관찰을 행하고, Ti 화합물의 분산 상태를 비교하였다. 그 결과를 표 5에 나타내었다.

압출 제품에 따라서는, 다이스 설계에 있어서, 가능한 한 다이스와 빌렛 접촉면을 유효하게 사용하고, 생산성을 향상시키기 위해 소품의 경우에는, 하나의 다이스로 복수의 제품을 압출하도록 설계한다. 또한, 큰 제품에서는, 다이스의 외주에 가까운 부분에도 제품 부분이 배치된다. 이와 같은 다이스 설계의 경우, 빌렛 외주가, 다이스 외주에 가까운 부위로부터 제품을 형성해 가기 때문에, 빌렛 외주의 산화 표면 및 품질적으로 불안정한 빌렛 외주 1㎜ 정도까지가 제품에 유입되면, 압출 제품의 표면에 말림, 긁힘, 줄무늬 형상 등의 문제가 발생한다. 이것을 피하기 위해, 빌렛 표면을 면삭하여 압출에 제공하는 것이 유효하다.

빌렛 표피는 그 요철을 고려하고, 또한 빌렛 외주부의 성분 편석 부위도 제거하기 위해서도 0.1 내지 1㎜ 정도의 제거를 필요로 한다.

표 1의 번호 2의 발명 합금 빌렛(가스량은 0.21㏄/100g)을 적정 균질화 조건으로 제조하고, 비교적, 빌렛 표피 상태가 나쁜 빌렛을 선택하여 시험을 실시하였다. 압출 조건을 일정하게 하여 얻어진 압출 재료의 표면 상태를, 도 5의 긁힘과 도 6의 줄무늬 형상의 상태로부터 비교 평가하였다. 결과를 표 6에 나타내었다.

명백하게, 빌렛 표피에 의한 압출재 표면에의 영향이 인지된다. 그러나, 시험수의 관계에서, 제품에 있어서 불합격으로 될 만큼의 정도는 아니었지만, 연속해서 압출을 행함에 따라, 그러한 문제는 많고, 커져, 결함으로 될 것이 예상되었다.

본 발명에 따르면, 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금으로서, 내입계 부식성에 문제가 있는 Cu의 함유량을 억제하고, 또한 자연 전위를 불활성으로 유지하는 것이 가능하고, 압출성을 저해하지 않는 전이 금속을 첨가한 우수한 내식성과 압출성을 갖는 알루미늄 합금 및 그 제조 방법이 제공된다.

Claims (5)

1. 질량％로, Fe:0.05∼0.20％, Si:0.10％ 이하, Cu:0.15∼0.32％, Mn:0.08∼0.15％, Zr:0.05％ 이하, Ti:0.06∼0.15％, Cr:0.03％ 이하, 잔량부:Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고, 합금 빌렛 중의 가스량이 0.25㏄/100g 이하인 것을 특징으로 하는, 압출성과 내입계 부식성이 우수한 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금.
2. 제1항에 있어서,
   또한, V:0.05％ 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는, 압출성과 내입계 부식성이 우수한 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 화학 조성을 갖는 알루미늄 합금의 DC 주조 빌렛에, 80℃/시간 이하의 속도로 550∼590℃로 가열하여 0.5∼6시간 유지한 후, 450∼350℃의 범위에서 0.5∼1시간 유지하거나, 또는 50℃/시간의 냉각 속도로 200℃ 이하까지 냉각하는 균열화 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는, 압출성과 내입계 부식성이 우수한 미세 구멍 중공 형재용 알루미늄 합금의 제조 방법.
4. 제3항에 기재된 상기 균열화 처리를 실시한 후, 450∼550℃로 재가열 후, 압출비 30 이상 1000 이하의 가공도로 원하는 형상으로 압출하는 것을 특징으로 하는, 내입계 부식성이 우수한 알루미늄 합금제 미세 구멍 중공 형재의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 균질화 처리를 실시한 후, 빌렛을 외주 직경에서 0.1∼1㎜ 정도 면삭을 한 후에, 상기 압출을 하는 것을 특징으로 하는, 내입계 부식성이 우수한 알루미늄제 미세 구멍 중공재의 제조 방법.

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