KR20160070497A

KR20160070497A - 클래드 판재의 제조방법 및 이로 제조된 클래드 판재

Info

Publication number: KR20160070497A
Application number: KR1020140177522A
Authority: KR
Inventors: 박재성; 연병훈; 양승호; 윤원규
Original assignee: 희성금속 주식회사
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-20

Abstract

본 발명은 클래드 판재의 제조방법 및 이로 제조된 클래드 판재에 관한 것으로, 상기 제조방법은, a) 백금 판재와 백금합금 판재를 적층하는 단계; b) 상기 적층된 백금 판재와 백금합금 판재를 예열하는 단계; 및 c) 상기 예열된 백금 판재와 백금합금 판재를 교차압연하여 백금 판재와 백금합금 판재를 접합하는 단계를 포함한다.

Description

클래드 판재의 제조방법 및 이로 제조된 클래드 판재{The manufacturing method of clad plate and the clad plate manufactured therefrom}

본 발명은 백금을 포함하는 클래드 판재의 제조방법 및 상기 제조방법으로 제조된 클래드 판재에 관한 것이다.

LCD와 같은 표시장치에 사용되는 유리 부품을 제조하는 장치(예를 들어, 용해장치, 도가니, 부싱 등)는 고온에서 내구성 및 강도가 좋은 클래드로 이루어져야 한다. 즉, 유리 부품은 1400℃ 이상에서 용해된 유리물을 이용하여 제조되기 때문에 이를 제조하는 장치는 1400℃ 이상의 온도에서도 내구성 및 강도가 유지되어야 한다.

종래에는 유리 부품을 제조하는 장치에 백금 조직 내에 산화물이 분산된 백금합금 클래드를 적용하였다. 이러한 백금합금 클래드는 미세하게 분산된 산화물 입자가 고온에서의 결정립계 이동을 억제하여 고온에서 장치의 강도를 확보할 수 있기 때문이다. 그러나 상기 백금합금 클래드는 순수 백금에 비해 유리물에 잔존하는 불순물과의 반응성이 높아 장시간 사용할 경우 입계 파괴의 원인으로 작용하여 장치의 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 유리물과 접촉하는 부분은 순수 백금으로 이루어지고, 유리물과 접촉하지 않는 부분은 백금합금 클래드로 이루어지도록 순수 백금과 백금합금 클래드가 접합된 복합 클래드를 유리 부품의 제조를 위한 장치에 적용하였다. 구체적으로 순수 백금 판재와 백금합금 판재를 플라즈마 처리하여 접합시킨 복합 클래드 판재를 적용한 것이다.

그러나 순수 백금 판재와 백금합금 판재의 접합을 위해 플라즈마 처리할 경우 용융에 의한 열 영향부가 형성되고, 이로 인해 산화물이 제거됨에 따라 고온에서 높은 강도를 가지는 복합 클래드 판재를 얻는데 한계가 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2008-0005293호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 고온에서도 내구성 및 강도가 우수한 클래드 판재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 클래드 판재를 제공하는 것도 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 a) 백금 판재와 백금합금 판재를 적층하는 단계; b) 상기 적층된 백금 판재와 백금합금 판재를 예열하는 단계; 및 c) 상기 예열된 백금 판재와 백금합금 판재를 교차압연하여 백금 판재와 백금합금 판재를 접합하는 단계를 포함하는 클래드 판재의 제조방법을 제공한다.

상기 a) 단계는 백금 판재와 백금합금 판재를 적층한 후 둘레를 예비접합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 백금합금 판재는, 백금합금 판재 100중량%를 기준으로, 로듐을 5 내지 20중량%; 지르코늄(Zr), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 유로퓸(Eu) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 0.02 내지 1중량%; 및 백금(Pt)을 80 내지 94중량%로 포함할 수 있다.

상기 b) 단계의 예열온도는 800 내지 1200℃일 수 있다.

상기 c) 단계의 교차압연은 제1 가압롤러와 제2 가압롤러 사이로 상기 백금 판재와 상기 백금합금 판재를 통과시키되, 상기 제1 가압롤러의 축과 상기 제2 가압롤러의 축이 이루는 교각이 3° 내지 6°일 수 있다.

한편 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 클래드 판재도 제공한다.

본 발명에 따른 클래드 판재의 제조방법은 교차압연을 통해 백금 판재와 백금합금 판재를 녹이지 않고 고체 상태로 접합시키기 때문에 클래드 판재에 열 영향부의 형성을 최소화할 수 있다. 따라서 본 발명은 내구성 및 강도가 우수한 클래드 판재를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 클래드 판재의 제조방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 2는 및 도 3은 본 발명의 실험예 1에 따른 결과를 나타낸 이미지이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

1. 클래드 판재의 제조방법

본 발명은 백금을 포함하는 2개의 판재를 서로 적층하여 클래드 판재를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

a) 각 판재의 적층

먼저, 백금 판재와 백금합금 판재를 각각 준비한 후 서로 적층시킨다.

상기 백금 판재는 순수 백금과 미량의 불순물(예를 들어, O, C, S 등)로 이루어진 것으로, 주조법 또는 분말법으로 제조된 것을 사용할 수 있다.

상기 백금합금 판재는 백금과 다양한 원소로 이루어진 것으로, 백금합금 판재도 주조법 또는 분말법으로 제조된 것을 사용할 수 있다. 여기서 백금합금 판재를 이루는 다양한 원소는 특별히 한정되지 않으나, 로듐(Rh)과, 지르코늄(Zr), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 유로퓸(Eu) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소인 것이 바람직하다.

구체적으로 백금합금 판재는 백금합금 판재 100중량%를 기준으로, 로듐(Rh)이 5 내지 20중량%; 지르코늄(Zr), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 유로퓸(Eu) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소가 0.02 내지 1중량%; 및 백금(Pt)이 80 내지 94 중량%로 포함되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 상기 로듐(Rh)이 5중량% 미만이면 클래드 판재의 고용강화 효과가 저하될 수 있으며, 20중량%를 초과하면 고용강화 및 산화물의 분산강화가 과해져 클래드 판재의 가공성이 저하될 수 있기 때문이다. 또한 상기 지르코늄(Zr), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 유로퓸(Eu) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소도 0.02중량% 미만이면 클래드 판재 내 산화물의 분산강화 효과가 저하될 수 있으며, 1중량%를 초과하면 산화물의 분산강화가 과해져 클래드 판재의 가공성이 저하될 수 있기 때문이다.

한편 백금 판재와 백금합금 판재가 적층된 상태에서 외곽 둘레 라인(즉, 적층체의 테두리)를 예비접합시키는 과정을 더 거칠 수 있다. 백금 판재와 백금합금 판재의 외곽 둘레 라인을 예비접합하지 않고 예열 및 교차압연을 진행할 경우 각 판재가 서로 엇갈린 상태로 접합될 수 있기 때문이다. 여기서 적층된 백금 판재와 백금합금 판재의 외곽 둘레 라인을 예비접합시키는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 용접, 브레이징, 기계적 결합법 등을 들 수 있다.

b) 적층체 예열

다음, 적층된 백금 판재와 백금합금 판재를 예열한다. 이와 같이 적층된 백금 판재와 백금합금 판재를 예열할 경우 각 판재 조직의 밀도가 높아져 클래드 판재의 내구성을 향상시킬 수 있다. 여기서 적층된 백금 판재와 백금합금 판재를 예열하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 대기 중에서 800 내지 1200℃의 온도에서 0.5 내지 2시간 행하는 것이 바람직하다. 예열 조건이 0.5시간 이하 또는 800℃ 미만이면 예열이 충분히 이루어지지 않아 교차압연시 크랙 등의 결함이 발생될 수 있으며, 2시간 이상 또는 1,200℃를 초과하면 교차압연시 전단력에 의해 백금 판재와 백금합금 판재의 계면이 국부적으로 용융되거나 결정립이 성장하여 클래드 판재의 강도가 저하될 수 있기 때문이다.

c) 교차압연을 통한 접합

마지막으로 예열된 백금 판재와 백금합금 판재(또는 예비접합 후 예열된 백금 판재와 백금합금 판재)를 교차압연하여 백금 판재와 백금합금 판재를 서로 접합시킨다. 여기서 교차압연은 서로 교차배치된 2개의 가압롤러 사이에 백금 판재와 백금합금 판재를 투입하여 가압함으로써 백금 판재와 백금합금 판재를 접합시키는 것을 의미한다.

구체적으로 도 1을 참조하면 교차압연은 제1 기압롤러(21)와 제2 가압롤러(22) 사이로 백금 판재(11)와 백금합금 판재(12)가 적층된 적층체를 통과시키되, 제1 가압롤러(21)의 축(X)과 제2 가압롤러(22)의 축(Y)이 이루는 교각(θ)의 크기가 3° 내지 6°인 조건에서 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 교각(θ)의 크기가 3° 미만이면 압연시 전단력이 충분하지 않아 백금 판재와 백금합금 판재의 결합력(접합력)이 떨어질 수 있으며, 6°를 초과하면 압연시 뒤틀림이 발생하여 클래드 판재의 가공성이 저하될 수 있기 때문이다. 한편 백금 판재와 백금합금 판재가 서로 충분히 결합될 수 있도록 교차압연시 압하율은 60% 이상인 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 교차압연을 통해 백금 판재와 백금합금 판재를 접합시키기 때문에 복합한 장비 없이 클래드 판재를 용이하게 제조할 수 있다. 또한 가압롤러 폭의 한도 내라면 각 판재의 폭 방향에 대한 크기의 제한 없이 클래드 판재를 제조할 수 있다.

즉, 종래에는 E-Beam, 레이저 등의 열원용접, 또는 플라즈마용접 등으로 각 판재를 접합시켜 클래드 판재를 제조하였다. 그러나, 열원용접은 열원이 도달하는 깊이까지만 각 판재를 서로 접합시킬 수 있어, 판재의 폭의 크기가 제한적이었다. 또한 플라즈마용접은 플라즈마 장비 및 진공 챔버 등의 장비가 구비되어야 하기 때문에 접합을 실시하기 위한 환경이 제한적이었다.

그러나 본 발명은 제1 및 제2 가압롤러의 간단한 장비에 장비만으로 각 판재를 서로 고르게 접합시킬 수 있기 때문에 클래드 판재를 용이하게 제조할 수 있다.

또, 열원용접, 또는 플라즈마용접은 모두 열을 이용하여 각 판재를 접합시키는 것이기 때문에 판재의 접합부위에 열 영향부가 형성되어 제조되는 클래드 판재의 내구성 및 강도가 저하되는 문제점이 발생한다. 그러나 본 발명의 제조방법으로 클래드 판재를 제조할 경우 열 영향부 형성이 최소화된 클래드 판재를 제공하게 되는데, 이에 대한 구체적인 설명은 하기 클래드 판재에 대한 부분에서 설명하기로 한다.

2. 클래드 판재

본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 클래드 판재를 제공한다. 이러한 본 발명의 클래드 판재는 백금 판재와 백금합금 판재를 교차압연하여 접합시키는 과정으로 제조되기 때문에 각 판재가 용융되는 일없이 고체 상태로 접합이 이루어져 용융에 의한 열 영향부의 형성이 최소화된다. 이와 같이 열 영향부의 형성이 최소화되면 클래드 판재 조직 내에 산화물이 제거되지 않기 때문에 고온에서도 높은 내구성 및 강도를 유지할 수 있다.

본 발명의 클래드 판재는 다양한 분야에 사용될 수 있으나, 고온에서 높은 내구성 및 강도가 요구되는 장치(특히, LCD에 적용되는 유리 부품을 제조하는 장치)에 적용되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1] 클래드 판재의 제조

순수 백금 판재와 백금합금 판재(Pt 잔량, Rh 10wt%, Zr-Oxide 0.3wt%의 조성)를 적층한 후 레이저 용접 방법으로 백금 판재와 백금합금 판재가 적층된 적층체의 외곽 둘레 라인을 예비접합시켰다. 다음, 예비접합된 접층체를 800℃에서 1시간 동안 예열시켰다.

그 다음 제1 가압롤러와 제2 가압롤러(각 축이 이루는 교각 5°) 사이에 예열된 적층체를 통과시켜 클래드 판재를 제조하였다(압하율 60%).

[비교예 1]

순수 백금 판재와 백금합금 판재(Pt 잔량, Rh 10wt%, Zr-Oxide 0.3wt%의 조성)를 플라즈마용접하여 클래드 판재를 제조하였다.

[실험예 1]

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 클래드 판재를 주사전자현미경 (Scanning electron microscope) 및 EBSD (Electron Backscatter Diffraction) 분석하였으며, 그 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다.

도 2를 참조하면 백금 판재와 백금합금 판재가 견고하게 접합된 클래드 판재가 제조됨을 확인할 수 있었다.

반면, 도 3을 참조하면 백금 판재와 백금합금 판재 사이에 조대한 열 영향부가 형성된 것을 확인할 수 있었다.

Claims

a) 백금 판재와 백금합금 판재를 적층하는 단계;
b) 상기 적층된 백금 판재와 백금합금 판재를 예열하는 단계; 및
c) 상기 예열된 백금 판재와 백금합금 판재를 교차압연하여 백금 판재와 백금합금 판재를 접합하는 단계를 포함하는 클래드 판재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 a) 단계는 백금 판재와 백금합금 판재를 적층한 후 둘레를 예비접합하는 단계를 더 포함하는 클래드 판재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 백금합금 판재는,
백금합금 판재 100중량%를 기준으로,
로듐을 5 내지 20중량%;
지르코늄(Zr), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 유로퓸(Eu) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 0.02 내지 1중량%; 및
백금(Pt)을 80 내지 94중량%로 포함하는 클래드 판재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 b) 단계의 예열온도는 800 내지 1200℃인 클래드 판재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 c) 단계의 교차압연은 제1 가압롤러와 제2 가압롤러 사이로 상기 백금 판재와 상기 백금합금 판재를 통과시키되, 상기 제1 가압롤러의 축과 상기 제2 가압롤러의 축이 이루는 교각이 3° 내지 6°인 클래드 판재의 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 클래드 판재.