KR20140141824A

KR20140141824A - 가요성이 우수한 전선관용 알루미늄 합금 조성물

Info

Publication number: KR20140141824A
Application number: KR1020130062480A
Authority: KR
Inventors: 이동건; 신건진; 유호돌; 하갑; 모일영; 김현욱
Original assignee: 한국산업기술대학교산학협력단; 주식회사 한양이앤씨
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-12-11
Also published as: KR101544888B1

Abstract

본 발명은 가요성(flexible)이 우수한 알루미늄 합금 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 가요성 향상을 위한 최적의 조성비를 갖는 알루미늄 합금 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 알루미늄 합금의 전기적/화학적 특성을 유지하면서도 가요성이 우수한 전선관용 알루미늄 합금 조성물의 제조가 가능하여 이를 이용한 소정 둘레의 금속제 나선형 전선관 제작 시 굴곡진 부분에서의 절단 현상을 방지할 수 있다. 또한, 알루미늄 합금 조성물의 전기 전도도를 개선하여 금속제 전선관의 소재로 사용 시 기계 교란 등의 전자파 간섭에 대한 차폐 능력이 탁월하다.

Description

가요성이 우수한 전선관용 알루미늄 합금 조성물{For conduit aluminum alloy composition having excellent flexibility}

본 발명은 가요성(flexible)이 우수한 전선관용 알루미늄 합금 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 가요성 향상을 위한 최적의 조성비를 갖는 전선관용 알루미늄 합금 조성물에 관한 것이다.

알루미늄 합금은 용융점이 비교적 낮아 재용해가 비교적 용이하고 무게가 가벼우며 열용량이 커서 주조성이 양호함에 따라 사형, 금형, 다이캐스팅 등의 주조법을 통해 전기기기, 자동차 엔진, 기타 각종 부품 등의 대량 생산품은 물론 수공업적 미술품에 이르기까지 광범위한 분야에 걸쳐 사용되고 있다.

특히, 전선을 수용하기 위해 사용하는 금속제 전선관은 직류 고장 전류를 차단할 시 발생하는 개방 서지 전압으로부터의 영향을 최소화하기 위해 비자성체이자 내식성, 가공성, 전기전도성, 열전도성이 우수하다고 알려진 알루미늄 합금 소재가 통상 사용되었다.

종래 전선관용 알루미늄 합금 조성물은 그 강도 개선을 위하여 보통 망간(Mn), 실리콘(Si), 구리(Cu), 아연(Zn), 마그네슘(Mg) 등을 첨가하여 제조하였고, 이에 따라 강도가 우수한 금속제 전선관을 구현할 수 있었으나, 이러한 강도 향상의 반대작용으로 띠(밴드) 형상의 알루미늄 합금 소재를 사용하여 나선형 전선관을 제조할 경우 그 제조 과정에서 전선관의 굴곡진 부분이 절단되는 현상이 발생하였다.

한편, 종래 전선관용 알루미늄 합금 조성물은 전기전도도가 높지 않아 외부 환경의 변화에 따라 전선관과 위 전선관 내부의 전선간 스파크(spark) 현상이 발생할 우려가 높을 뿐 아니라 기계 교란 등의 전자파 간섭에 대한 차폐 능력도 떨어진다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 알루미늄 합금의 조성비 조절 및 비강도(단위 무게당 강도) 조절을 통해 가요성 향상을 위한 최적의 조성비를 갖는 전선관용 알루미늄 합금 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물은 알루미늄을 주성분으로 하고, 여기에 중량%로, Mn : 0.54 내지 0.60%, Fe : 0.74 내지 0.80%, Si : 0.23 내지 0.29%, Cu : 0.01 내지 0.05%, Mg : 0.001 내지 0.005%, Ni : 0.005 내지 0.009%, Zn : 0.35 내지 0.39%, Cr : 0.003 내지 0.007%, Ti : 0.01 내지 0.03%, Pb : 0.006 내지 0.009% 를 함유할 수 있다.

바람직하게는 알루미늄을 주성분으로 하고, 여기에 중량%로, Mn : 0.57%, Fe : 0.77%, Si : 0.26%, Cu : 0.03%, Mg : 0.003%, Ni : 0.007%, Zn : 0.37%, Cr : 0.005%, Ti : 0.02%, Pb : 0.008% 를 함유할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 알루미늄 합금의 전기적/화학적 특성을 유지하면서도 가요성이 우수한 전선관용 알루미늄 합금 조성물의 제조가 가능하여 이를 이용한 소정 둘레의 금속제 나선형 전선관 제작 시 굴곡진 부분에서의 절단 현상을 방지할 수 있다.

또한, 알루미늄 합금 조성물의 전기 전도도를 개선하여 금속제 전선관의 소재로 사용 시 기계 교란 등의 전자파 간섭에 대한 차폐 능력이 탁월하다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물의 주파수에 따른 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물은, 중량 %로 Mn : 0.54 내지 0.60%, Fe : 0.74 내지 0.80%, Si : 0.23 내지 0.29%, Cu : 0.01 내지 0.05%, Mg : 0.001 내지 0.005%, Ni : 0.005 내지 0.009%, Zn : 0.35 내지 0.39%, Cr : 0.003 내지 0.007%, Ti : 0.01 내지 0.03%, Pb : 0.006 내지 0.009% 를 함유하고, 잔량부는 Al로 조성할 수 있다.

망간(Mn)은 알루미늄 합금의 인장 강도, 내식성, 내열성을 개선하기 위해 첨가하는 원소로, 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물을 이용한 금속제 전선관 제조 시 위 전선관의 인장 강도 개선을 위해 0.54% 이상 함유하되, 상기 전선관의 소정 곡률 반지름을 고려하여 가요성이 저하되는 것을 방지하기 위해 바람직하게는 0.60%를 초과하지 않는 범위에서 그 함유 비율을 결정할 수 있다.

철(Fe)은 알루미늄 합금의 강도 개선을 위해 첨가하는 원소이나, 철(Fe)의첨가로 인하여 내식성이 저하되고 열간 취성(고온에서 금속의 연성이 급격하게 저하되어 취하되는 현상)이 증대되는 특성이 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물은 이를 이용한 전선관 제조 시 위 전선관의 강도 향상을 위해 철(Fe)을 0.74% 이상 함유하되, 상기 철의 첨가로 인한 상기 알루미늄 합금의 부식 방지 및 고온에서의 충격 저항 약화 현상을 방지하기 위해 바람직하게는 0.80%를 초과하지 않는 범위에서 그 함유 비율을 결정할 수 있다.

실리콘(Si)은 알루미늄 합금의 신장률을 크게 손상시키지 않고 강도를 개선하기 위해 첨가하는 원소로, 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물을 이용한 전선관 제조 시 위 전선관의 강도 개선을 위해 0.23% 이상 함유하되, 상기 전선관의 소정 곡률 반지름을 고려하여 가요성이 저하되는 것을 방지하기 위해 바람직하게는 0.29%를 초과하지 않는 범위에서 그 함유 비율을 결정할 수 있다.

구리(Cu)는 알루미늄 합금의 실온에서의 인장 강도 개선 및 가공성 향상을 위해 첨가하는 원소로, 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물을 이용한 전선관 제조 시 위 전선관의 강도 개선을 위해 0.01% 이상 함유하되, 상기 구리의 첨가로 인한 상기 알루미늄 합금 가공 시 우려되는 가공 물질 경화 현상을 방지하기 위해 바람직하게는 0.05%를 초과하지 않는 범위에서 그 함유 비율을 결정할 수 있다.

마그네슘(Mg)은 상기 구리(Cu)와 유사하게 알루미늄 합금의 강도 개선을 위해 첨가하는 원소로, 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물을 이용한 전선관 제조 시 위 전선관의 강도 개선을 위해 0.001% 이상 함유하되, 상기 마그네슘의 첨가로 인한 상기 알루미늄 합금 가공 시 우려되는 가공 물질의 경화 현상을 방지하기 위해 바람직하게는 0.005%를 초과하지 않는 범위에서 그 함유 비율을 결정할 수 있다.

니켈(Ni)은 알루미늄 합금의 고온에서의 강도 개선을 위해 첨가하는 원소로, 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물을 이용한 전선관 제조 시 위 전선관의 고온에서의 강도 개선을 위해 0.005% 이상 함유하되, 상기 전선관의 소정 곡률 반지름을 고려하여 가요성이 저하되는 것을 방지하기 위해 바람직하게는 0.009%를 초과하지 않는 범위에서 그 함유 비율을 결정할 수 있다.

아연(Zn)은 알루미늄의 강도를 향상시키기 위해 첨가하는 원소이나, 아연의 첨가로 인하여 열간 취성이 증대되는 특성이 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금의 조성물은 강도 향상을 위해 아연을 0.35% 이상 함유하되, 상기 아연의 첨가로 인한 알루미늄 합금이 고온에서 충격 저항이 급격히 약화되는 성질을 방지하기 위해 바람직하게는 0.39% 초과하지 않는 범위에서 그 함유 비율을 결정할 수 있다.

크롬(Cr)은 상기 망간(Mn)과 유사하게 알루미늄 합금의 실온에서의 인장 강도 개선을 위해 첨가하는 원소로, 상기 망간(Mn) 조성비 설정과 같은 이유로 0.003 내지 0.007% 함유할 수 있다.

티탄(Ti) 및 납(Pb)은 알루미늄 합금의 내식성 및 가공성 개선을 위해 첨가하는 원소로, 본 발명의 효과를 저하시키지 않는 범위 내에서 함유 비율이 조절될 수 있으며, 바람직하게 티탄(Ti)은 0.01 내지 0.03% 함유할 수 있으며, 납(Pb)은 0.006 내지 0.009% 함유할 수 있다.

이 외에도 본 발명의 효과를 손상시키지 않으면서, 그 양에 따라서는 부수적 기능 개선을 위한 원소가 추가 첨가될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물을 소정 지름을 갖는 나선형 금속제 전선관의 소재로 사용하기 적합한지 여부를 확인하기 위해 상기 알루미늄 합금의 조성비를 달리하며 인장 시험 및 굽힘 시험을 수행한 결과, 특히 망간(Mn)의 첨가 비율에 따라 상기 인장 시험 및 상기 굽힘 시험의 결과에 크게 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

상기 인장 시험은 시험 대상 알루미늄 합금 조성물로 제작된 소정 둘레의 전선관으로부터 길이 300mm 이상의 시료를 잘라내어 최대 피치 상태에서 인장 하중을 소정 단위로 늘려가며 상기 전선관의 관축 방향으로 30mm/min의 속도로 인장 하였을 때 틈이 생기는지 여부를 확인하는 방식으로 수행하였으며, 상기 굽힘 시험은 상기 전선관으로부터 길이 600mm 이상의 시료를 잘라내어 소정 지름의 원통을 따라 나선 형태로 긴밀하게 감아 붙인 다음 이를 다시 푸는 과정을 2회 반복하였을 때 상기 시료에 잔금, 갈라짐 또는 틈이 생기는 여부를 확인하는 방식으로 상기 원통의 지름을 점차 줄여가며 수행하였다.

상기 인장 시험 및 상기 굽힘 시험 결과 상기 망간(Mn)이 1.0% 이상 비율로 첨가된 알루미늄 합금 시료의 경우 강도가 향상되어 상기 인장 시험에서 우수한 결과를 나타내었으나, 연신율 또는 취성(휘는 성질)이 상대적으로 감소함에 따라 제작 대상 나선형 금속제 전선관의 지름 길이를 갖는 원통을 이용한 굽힘 시험에서 상기 시료가 파괴(끊김)되는 현상이 확인되었다.

한편, 상기 망간(Mn)이 0.5% 미만의 비율로 첨가된 알루미늄 합금 시료로 상기 인장 시험 및 상기 굽힘 시험을 수행한 결과, 제작 대상 나선형 금속제 전선관의 지름 길이를 갖는 원통을 이용한 상기 굽힘 시험에서는 잔금, 갈라짐 또는 틈이 생기지 않았으나, 상기 인장 시험에서 인장 하중이 매우 낮게 측점 됨에 따라 인장력 미달에 따른 상기 시료의 절단 현상이 발생하였다.

상기 인장 시험 및 상기 굽힘 시험의 수행 결과를 통해 소정 지름을 갖는제작 대상 나선형 금속제 전선관의 조성비로 망간(Mn)의 비율이 0.57±0.03% 첨가하는 것이 바람직한 것으로 확인하였으며, 그 외 철(Fe) 0.77±0.03%, 실리콘(Si) 0.26±0.03%, 구리(Cu) 0.03±0.02%, 마그네슘(Mg) 0.003±0.002%, 니켈(Ni) 0.007±0.002%, 아연 0.37±0.02%, 크롬 0.005±0.002%, 티탄 0.02±0.01%, 납(Pb) 0.008%±0.001%의 비율로 첨가된 알루미늄 합금이 상기 제작 대상 나선형 금속제 전선관의 형태, 사용 목적, 사용 태양을 고려하였을 때 최적인 것으로 확인하였다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물은 높은 전기 전도도를 나타내어 금속제 전선관의 소재로 사용시 기계 교란 등의 전자파 간섭으로부터 탁월한 차폐 능력을 발휘할 수 있다.

전기전도도의 변화를 설명하기 위한 종래 전선관용 알루미늄 합금 및 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 화학 조성은 아래 표1과 같다.

	화학 조성(중량 %)
원소	Mn	Fe	Si	Cu	Mg	Ni	Zn	Cr	Ti	Pb	Al
비교예	1.12	0.43	0.23	0.09	0.06	0.008	0.25	0.01	0.01	0.008	잔부
실시예1	0.57	0.77	0.26	0.03	0.003	0.007	0.37	0.005	0.02	0.008	잔부
실시예2	0.54	0.74	0.23	0.01	0.001	0.005	0.35	0.003	0.01	0.006	잔부
실시예3	0.60	0.80	0.29	0.05	0.005	0.009	0.39	0.007	0.03	0.009	잔부

도 1은 종래 전선관용 알루미늄 합금과 본 발명의 바람직한 일실시예(상기 표 1의 실시예1)에 따른 알루미늄 합금 조성물의 주파수에 따른 임피던스 변화를 도시한다.

도 1에서 나타낸 그래프는 종래 전선관용 알루미늄 합금(103)과 본 발명의 실시예 1에 따른 알루미늄 합금(101)의 주파수에 따른 임피던스(impedance) 변화를 나타낸 것으로, 위 임피던스는 교류회로에서 전류가 흐르기 어려운 정도를 나타내는 수치이며, 위 임피던스의 수치가 낮을수록 전기 전도도는 높아진다.

도 1 및 표 1을 참조하면, 비교예로 나타낸 종래 전선관용 알루미늄 합금(103) 및 본 발명의 실시예 1에 따른 알루미늄 합금(101)은 주파수가 31kHz 미만 영역에서는 종래 전선관용 알루미늄 합금(103)이 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금(101)에 비해 임피던스가 부분적으로 낮게 나타나고 있으나, 31kHz를 초과하는 고주파 영역에서는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금(101)이 종래 전선관용 알루미늄 합금(103)에 비해 임피던스가 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

즉, 전자파 간섭이 통상 문제되는 고주파 영역에서 본 발명의 실시예 1에 따른 알루미늄 합금(101)이 종래 전선관용 알루미늄 합금(103)보다 낮은 임피던스 즉, 우수한 전기전도도 특성을 나타내어 효과적인 전자파 차폐가 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예 2 및 3에 따른 알루미늄 합금의 주파수에 따른 임피던스 변화 역시 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예 1에 따른 알루미늄 합금(101)의 주파수에 따른 임피던스 변화 추이와 대동소이한 결과를 나타내었다.

한편, 본 발명의 실시예들에 따른 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물은 카본 도가니 노(crucible furnace)에 전술한 각 구성 원소를 비율별로 장입하고, 약 750°까지 가열 용융하는 과정을 통해 생산할 수 있는 것으로, 상기 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물을 이용한 나선형 금속제 전선관은 상기 도가니 노에 가열 용융된 알루미늄 합금의 용탕을 주형에 주입하여 냉각시키는 과정을 통해 소정 크기의 슬라브를 제조하고, 위 슬라브를 띠(밴드) 형상으로 압연 및 압출 성형하는 공정을 거쳐 제조할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

Claims

알루미늄을 주성분으로 하고,
여기에 중량%로,
Mn : 0.54 내지 0.60%,
Fe : 0.74 내지 0.80%,
Si : 0.23 내지 0.29%,
Cu : 0.01 내지 0.05%,
Mg : 0.001 내지 0.005%,
Ni : 0.005 내지 0.009%,
Zn : 0.35 내지 0.39%,
Cr : 0.003 내지 0.007%,
Ti : 0.01 내지 0.03%,
Pb : 0.006 내지 0.009% 를 함유하는 것을 특징으로 하는 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물.
제1 항에 있어서,
알루미늄을 주성분으로 하고, 여기에 중량%로,
Mn : 0.57%,
Fe : 0.77%,
Si : 0.26%,
Cu : 0.03%,
Mg : 0.003%,
Ni : 0.007%,
Zn : 0.37%,
Cr : 0.005%,
Ti : 0.02%,
Pb : 0.008% 를 함유하는 것을 특징으로 하는 가요성이 우수한 알루미늄 합금 조성물.