KR20160092028A - 알루미늄 핀 합금 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 납땜 열 교환기의 핀스톡 재료로서 사용하기 위한 알루미늄 합금 제품에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 납땜 후 높은 강도와 전도성을 갖는 핀스톡 재료에 관한 것이다. 본 발명은 0.8-1.25 wt%의 Fe; 0.8-1.25 wt%의 Si; 0.70-1.50 wt%의 Mn; 0.05-0.50 wt%의 Cu; 2.5 wt% 이하의 Zn; 각각 0.05 wt% 이하이고 전체적으로 0.15 wt% 이하인 다른 요소들; 및 나머지의 알루미늄인 조성을 포함하는 알루미늄 합금 핀스톡이다. 본 발명은 또한 그러한 핀스톡 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

알루미늄 핀 합금 및 그 제조 방법 {ALUMINIUM FIN ALLOY AND METHOD OF MAKING THE SAME}

본 발명은 납땜된(brazed) 열 교환기 내의 핀스톡(finstock) 재료로서 사용하기 위한 알루미늄 합금 제품에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 납땜 후 높은 강도 및 전도성을 갖고, 양호한 새그 저항성(sag resistance)을 갖는 핀스톡 재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 핀스톡 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

알루미늄 합금들은 수년간 자동차 라디에이터의 생산에 사용되어 왔으며, 그러한 라디에이터들은 일반적으로 핀과 튜브를 포함하고, 이 튜브들은 냉각 유체를 함유한다. 핀들과 튜브들은 일반적으로 납땜 작업으로 연결된다. 핀스톡 재료는 일반적으로 소위 3XXX 시리즈 알루미늄 합금으로부터 제조되고, 여기서 알루미늄 용융물에 첨가되는 주요 합금화 요소는 망간이다 ("International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" 참조, 알루미늄 협회 발행 2001년 1 월 개정; 개시 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다).

차량 및 부품 중량의 감소에 대한 요구를 만족시키기 위해 향상된 핀스톡 재료에 대한 지속적인 요구가 존재한다. 중량 감소를 달성하기 위해 여러 가지 특성들을 최적화할 필요가 있다. 원칙적으로, 그것은 열전도성과 새그 저항성을 손상시키지 않고, 납땜 후 핀스톡 재료의 강도를 유지하거나 개선하는 것을 의미한다. 새그 저항성은 열 교환기 유닛의 납땜 동안 핀들이 붕괴되는 주요 이유인 납땜 주기 동안의 고온 크리프(creep)에 대한 저항성이다. 물론, 열전도성은 열 교환기 유닛의 열 성능에 직접적인 영향을 미치고, 다른 특성들은 유닛의 구조적 안정성에 대해 필수적인 것이다. 이들 특성들 외에, 핀스톡은 부식을 통한 열화를 피하면서 튜브들에 희생 보호를 제공해야 한다. 핀들을 튜브에 대해 상대적으로 전기음성적으로 만들어 핀들이 희생 양극들로서 작용하게 하는 것이 일반적인 방법이다. 열 교환기의 수명 동안 이러한 희생 효과와 열 성능을 유지할 필요성이 균형을 이룰 필요가 있다. 핀들이 너무 빨리 부식되는 경우 열 성능은 손상된다.

유럽 특허 공보 EP1918394는 열 교환기에서 핀으로 사용하기 위한 Al-Mn 호일의 제조 방법을 기재하고, 여기서 합금은 다음 조성 범위 내에서 사용된다(이하, 모든 조성 값들은 wt%로 표현된다): 0.3-1.5의 Si, 0.5 이하의 Fe, 0.3 이하의 Cu, 1.0-2.0의 Mn, 0.5 이하의 Mg, 4.0 이하의 Zn, 각각은 0.3 이하이며 그 합이 0.5 이하인 IVb, Vb 또는 Vlb 족 원소들, 불가피한 불순물들, 및 나머지 알루미늄. 합금은 트윈 롤 주조되고, 압연되고, 인터어닐링되고, 다시 냉간 압연되고, 이어서 호일의 재결정화를 피하기 위해 열처리될 수 있다. 납땜 전후의 강도들이 보고되어 있지만, 전기 전도성은 언급되어 있지 않다.

유럽 특허 공보 EP1693475는 1.4-1.8의 Fe, 0.8-1.0의 Si 및 0.6-0.9의 Mn을 갖는 알루미늄 핀 합금을 기재하며, 여기서 표면 입자(grain) 구조는 80% 보다 많은 입자들이 재결정화되도록 제어된다. 이 합금은 트윈 롤 주조에 의해 연속 주조되었다. 새그 저항성 및 전기 전도성이 양호하였더라도, 납땜 후 강도는 140MPa 미만이었다. 미세 구조는 Al-Fe-Mn-Si 금속간화합물(intermetallic)의 존재를 특징으로 한다.

유럽 특허 공보 EP2048252는 다음 조성을 갖는 알루미늄 핀 합금을 개시한다: 0.7-1.4의 Si, 0.5-1.4의 Fe, 0.7-1.4의 Mn, 0.5-2.5의 Zn, 0.05 이하의 다른 요소들, 나머지의 알루미늄. 시트 제품은 납땜 후 130Mpa 이상의 최대 인장 강도(Ultimate Tensile Strength; UTS), 45Mpa 이상의 항복 강도(Yield Strength; YS), 500㎛ 이상의 재결정화된 입자 크기, 및 47IACS 이상의 전기 전도성을 가진다. 이 제품은 벨트 주조 스트립으로부터 제조되고, 이 주조 스트립의 두께는 5 내지 10mm이다.

미국 특허 공보 US-A-2005/0106410는 클래드 핀스톡 재료를 기재하며, 여기서 코어 재료는 0.10-1.50의 Si, 0.10-0.60의 Fe, 1.00 이하의 Cu, 0.70-1.80의 Mn, 0.40 이하의 Mg, 0.10-3.00의 Zn, 0.30 이하의 Ti, 0.30 이하의 Zr, 나머지의 Al, 및 불순물들로 구성되고, 클래드 층은 Al-Si계 합금이다. 열전도성 데이터는 보고되지 않았다. 보고된 납땜 후 강도는 136 또는 146MPa이지만 이 값들을 제공한 실질적인 합금들은 언급되지 않았다.

미국 특허 공보 US-A-6,620,265는 주요 합금화 요소로 0.6-1.8의 Mn, 1.2-2.0의 Fe 및 0.6-1.2의 Si를 갖는 알루미늄 합금을 트윈 롤 주조하는 것을 기재하고: 여기서 주조 부하가 제어되고, 냉간 압연 동안 적어도 2개의 인터어닐링 단계들을 포함하고 그러한 방식으로 완전한 재결정화를 피한다. 새그 저항성과 전도성은 양호하였지만 납땜 후 강도는 140MPa 미만이었다.

미국 특허 공보 US-A-2005/0150642는 다음 조성을 포함하는 알루미늄 핀스톡 재료를 기재한다: 약 0.7-1.2의 Si, 1.9-2.4의 Fe, 0.6-1.0의 Mn, 약 0.5 이하의 Mg, 약 2.5 이하의 Zn, 약 0.10 이하의 Ti, 약 0.03 이하의 In, 나머지의 알루미늄, 및 불순물들. 연속 주조될 수 있는 이러한 핀스톡 재료는 48% IACS 보다 큰 전도성과 120MPa 보다 큰 납땜 후 강도를 제공한다. 피크 온도로부터 500 ℃ 이하까지 약 70 ℃/분의 냉각 속도를 포함하는 시판 납땜 주기 후에, 납땜 후 강도는 130MPa 또는 131MPa였다.

미국 특허 공보 US-A-7,018,722는 코어와 2개의 클래드 층들을 포함하는 클래드 핀스톡 재료를 기재하고, 코어 조성물은 광범위한 범위로부터 선택되고, 클래드 층들은 Al-Si 합금으로부터 선택된다. 이 발명은 표면에서의 Si 농도 (0.8 이상)와 코어의 중심에서의 Si 농도 (0.7 이하) 사이에 차이가 있도록 하기 위한 코어층 내의 Si 함량의 조절에 관한 것이다. 기계적 특성 데이터 또는 전기 전도성 데이터는 보고되지 않았다.

PCT 특허 공보 WO 07/013380는 핀스톡으로 사용하기 위하여 다음의 조성을 포함하는 알루미늄 합금을 기재한다: 0.8-1.4의 Si, 0.15-0.7의 Fe, 1.5-3.0의 Mn, 0.5-2.5의 Zn, 나머지의 불순물들, 및 알루미늄. 이 합금은 트윈 벨트 주조에 의해 생산된다. 납땜 후 강도 수준은 양호하지만, 전도성은 최대 보고치가 45.8% IACS로 비교적 낮다.

미국 특허 공보 US-A-6,592,688는 1.2-1.8의 Fe, 0.7-0.95의 Si, 0.3-0.5의 Mn, 0.3-1.2의 Zn, 나머지의 Al을 함유하는 연속 주조된 합금을 기재한다. 납땜 후 전도성은 49.8% IACS 보다 크고 납땜 후 강도는 127MPa 보다 컸다. 어떠한 실시예들도 140MPa 이상의 납땜 후 강도를 보이지 않았다.

미국 특허 공보 US-A-6,165,291는 다음 조성 범위 내의 합금에 적용되는 핀스톡 재료의 제조 공정을 기재한다: 1.2-2.4의 Fe, 0.5-1.1의 Si, 0.3-0.6의 Mn, 1.0 이하의 Zn, 0.05 미만의 다른 요소들, 및 나머지의 Al. 이 공정은 냉간 압연 및 인터어닐링 조건들의 제어 하에 함께 주조하는 동안 매우 높은 냉각 속도를 제공하는 트윈 롤 주조를 포함한다. 생성된 핀스톡 재료는 127MPa 보다 큰 납땜 후 강도와 함께 49% IACS 보다 큰 전도성을 갖는 것으로 보고되었다.

미국 특허 공보 US-A-6,238,497는 스트립을 연속 주조하고, 선택적인 열간 압연에 이은 냉간 압연하고, 인터어닐링 및 추가적인 냉간 압연하는 것을 포함하는 알루미늄 핀스톡 재료의 생산 방법을 기재하고 있다. 이 방법은 다음 조성을 갖는 합금에 적용된다: 1.6-2.4의 Fe, 0.7-1.1의 Si, 0.3-0.6의 Mn, 0.3-2.0의 Zn, 0.05 미만의 다른 요소들, 및 나머지의 Al. 생성된 핀스톡 재료는 127MPa 보다 큰 납땜 후 강도와 함께 49% IACS 보다 큰 전도성을 갖는 것으로 보고되었다.

특성들의 균형은 서로에 대한 기준에 따라 변화한다. 때때로, 높은 열전도성이 달성될 수 있지만, 이것은 납땜 후 강도에 대한 대가이다. 다른 경우에 상황은 반전된다.

핀들의 급속한 열화를 피하면서 열 교환기의 튜브들에 대한 희생 보호를 보장하기 위해 충분한 부식 성능과 함께, 높은 강도와 납땜 후 전도성을 갖는 핀스톡 재료를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

발명의 요약

본 발명의 일 실시예는 다음 조성(모든 값들은 wt% 단위임)을 포함하는 알루미늄 핀스톡을 제공한다:

0.8-1.25의 Fe;

0.8-1.25의 Si;

0.7-1.5의 Mn;

0.05-0.5의 Cu;

선택적으로 2.5 이하의 Zn;

존재하는 경우 모두, 각각 0.05 미만이고 전체적으로 0.15 미만인 다른 원소들, 및 나머지를 이루는 알루미늄.

용어 "다른 원소들"은 불순물들과 미량 원소들을 포함하고, 산업에서 일반적인 의도적 실시의 결과로서 존재할 수 있는 소량의 입자 미세화 첨가물들(예를 들면 Ti 및 B)을 포함하도록 또한 의도된다.

조성 원소들은 다음과 같은 이유로 선택된다. 합금은 과도한 양의 고용체 강화 요소들을 첨가하지 않고 높은 납땜 후 강도를 제공하도록 설계된다. 적절한 공정 및 주요 합금화 첨가물인 Fe, Si, Mn, 및 Cu의 조성 조절에 의해, 최종 게이지에서의 결과적인 미세 구조는 높은 밀도의 미세한, 주조 후(as-cast) 금속간화합물 입자를 나타낸다. 이들 입자들의 크기는 합금이 직접-냉기(direct-chill; DC) 주조된 경우 볼 수 있는 크기의 것들과 비교했을 때 비교적 미세하지만, 그것들은 납땜 주기 동안 완전히 용해되지 않고 고용체가 되기에 충분한 크기로 남는다. 이는 전기 전도성을 손상시키지 않고 입자 강화를 통해 더 높은 납땜 후 강도를 제공한다.

주조 동안 단사정계 베타 입자들을 생성하기 위해서는 Fe 함량과 Si 함량의 치밀한 제어가 요구된다. 이들 Al-Fe-Si 삼원 입자들은 이들의 화학양론 및 결정 격자 구조로 인해 Mn이 Fe를 치환하는 것을 허용하지 않는다. 결과적으로, 주조 동안, Mn은 대부분 고용체 중에 남아 있는 한편, 소량이 미세한 분산질들로서 열간 압연 및 인터어닐링 동안 침전된다. 이러한 미세구조의 효과는 재료가 납땜 작업에서와 같이 600℃로 가열될 때, 이 재료는 Mn의 고용체 강화 효과로 인해 강도를 유지하는 것이다.

결과적으로, 강화 효과는 Mn이 다른 Al-Fe-Si 금속간화합물 내에 혼입되는 상황들에서 이와 같이 상대적으로 낮은 Mn 레벨에서 예상되는 것보다 더 크다. 다시 말하자면, Fe 및 Si 함량들은, 주조 후 입자들이 Mn이 Fe 원자들을 대체하도록 허용하는 입방정계-알파 Al-Fe-Si가 주로 되도록 하는 레벨이면, 납땜 후 결과적인 강도는 합금 내의 Mn의 레벨들이 동일한 경우에도 더 낮을 것이다. 입방정계 알파 입자들은 이들의 비교적 큰 크기로 인해 비교적 짧은 납땜 주기 동안 재용해될 수 없거나 또는 고용체 내로 취해질 수 없다.

이러한 방식으로, Mn의 첨가는 특성들의 유용한 균형을 제공하도록 최적화된다. Mn(선택적으로 Cu와 조합됨)이 강도를 제공하도록 충분히 그러나 전기 전도성과 열전도성에 부작용을 너무 많이 미치지 않도록 첨가된다.

Fe 함량과 Si 함량 양자 모두는 0.8-1.25wt%가 되도록 선택된다. 0.8wt% 미만에서는, 금속간화합물 입자들의 수와 크기가 너무 작기 때문에 부적절한 강도가 달성된다. 1.25wt% 초과에서는, 핀스톡의 전도성이 너무 낮다. 이상적으로는 베타 상(phase)의 형성을 보장하기 위해 Fe과 Si 함량들 사이에 엄밀한 일치가 존재하며 그것들은 함량이 대략적으로 동일한 것이 바람직하다. 대략적으로 동일하다는 용어가 사용되는 이유는 통상의 기술자가 잘 알고 있듯이, 금속을 주조할 때 매번 언제나 정확하게 제어하는 것이 불가능하기 때문이다. 바람직하게는 Fe 함량과 Si 함량 양자 모두 0.9-1.1 wt%이고, 더 바람직하게는 양자 모두 약 1.0 wt%이다.

Mn 함량은 0.7-1.5 wt%가 되도록 선택된다. 0.7 wt% 미만의 함량은 불충분한 강도를 유발한다. 1.5 wt%를 초과하는 함량은 전도성의 감소를 유발한다. 0.7 wt% 내지 1.5 wt%의 Mn 함량에서 강도는 현저한 변화가 없는 한편, 전도성은 더 낮은 Mn 함량에서 더 크다. 따라서, Mn에 대한 바람직한 범위는 0.7-1.0 wt%이다.

소량의 Cu의 추가는 납땜 후 강도를 증가시키고, 새그 저항성 특성들을 개선시키는 큰 팬케이크 입자들의 형성에 기여할 수 있다. 0.5 wt%를 초과하는 Cu는 부식 문제들을 유발할 수 있다. 이러한 이유들 때문에, Cu 함량은 0.05 내지 0.5 wt%로 설정된다.

Zn은 알루미늄-기반 합금의 양극 전위에 영향을 미치는 것으로 공지되어 있다. Zn 첨가물들은 알루미늄 합금이 더 전기음성적(희생적)이 되도록 할 것이다. 열 교환기 유닛에서 핀 재료는 튜브 재료에 대해 희생적이고 이는 튜브 재료 자체의 조성에 의존하게 되는 것이 바람직하다. 실제로 이것은 핀의 전위가 튜브보다 더 전기음성적인 한, 일부 제조업자들이 Zn이 첨가되지 않은 핀 합금을 필요로 함을 의미할 것이다. 다른 한편, 튜브 재료의 자유 부식 전위가 이미 전기음성적이면, 전기음성도를 더 증가시키고 희생적이 되게 하기 위해 핀에 Zn이 첨가될 필요가 있을 수 있다. Zn 함량이 너무 높은 경우, 예를 들어 2.5 wt% 보다 클 때, 핀 재료의 자체 부식은 악화되고 열 교환기 유닛의 열적 효율은 급속히 감소된다. 이러한 이유들 때문에, Zn는 선택적인 요소이지만 2.5 wt% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 합금의 전기 전도성은, Zn의 첨가에 의해 추가로 개선되고, 더 큰 전도성 합금이 요구되는 상황에서 (48% IACS 큰) Zn은 0.25-2.5 wt%의 양으로 첨가될 수 있다.

조성 및 공정 제어는 이 재료가 0.07mm 미만의 게이지들로 압연되었을 때에도 높은 새그 저항성을 갖는 것을 보장한다. 조립된 열 교환기가 조절된 분위기 납땜을 수행할 때, 핀스톡, 튜브스톡 및 헤더스톡 재료들은 595-610℃ 범위의 온도에 노출된다. 이 온도에서, 알루미늄 성분들은 크리프(creep)를 시작할 것이다. 납땜의 지속 시간이 짧더라도, 사용된 재료들의 얇은 게이지와 매우 높은 온도는 크리프를 자동차 핀스톡에 있어서 특별한 문제로 만든다. 이러한 고온 크리프는 또한 "새그(sag)"로 지칭되고, 이러한 크리프 형성을 견디는 재료의 능력은 새그 저항성이라 칭한다. 핀스톡의 게이지가 감소됨에 따라, 납땜 작업 동안에 새깅(sagging)을 견디는 핀스톡의 능력은 더 중요해진다. 등축 입자 구조를 갖는 핀스톡 재료들은 크리프될 경향이 큰 반면, 팬케익 입자 구조는 더 큰 새그 저항성을 보여준다. 본 발명의 Mn 함량은 입자 구조의 재결정화를 지연시키고, 그에 따라서 등축 입자들을 형성하는 경향을 감소시킨다. 최종 게이지로 연속 주조 및 압연한 후에 존재하는 금속간화합물의 미세한 분포는 이들이 압연 평면 내에서의 입자들의 성장은 허용하지만 시트 두께를 통해 입자들이 성장하는 것은 방지한다. 압연 방향에서 재결정화의 지연 및 입자 성장의 촉진은 본 발명의 합금이 팬케익 입자 구조 및 만족스러운 새그 저항성을 발전시키도록 한다.

본 발명의 또 다른 특징은 특성들의 균형이 0.05mm만큼 얇은 핀스톡 재료에서 얻어진다는 것이다. 일반적으로 핀스톡 재료들은 약 0.07mm의 게이지들로 공급된다. 그 차이가 작더라도, 백분율의 관점에서 0.02mm의 손실은 상당하며 의미있는 중량 절감을 제공할 것이다. 본 발명의 합금 및 공정은 더 큰 게이지들에서 바람직한 결과들을 제공하겠지만, 본 발명에 따른 핀스톡의 게이지는 0.07mm 미만, 대안적으로 0.06mm 미만, 그리고 대안적으로 0.055mm 미만일 것이다.

이러한 방식으로 조성 및 미세 구조를 제어한 결과로서, 다음의 특성 균형을 나타내는 제품이 개발되고 있다. 600℃에서 납땜 후, 최대 인장 강도(UTS)는 140Mpa 이상이고 전기 전도성은 46% IACS 이상이다.

본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따라, 핀스톡의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 본 발명의 합금을 연속 주조하여 4-10mm 두께의 스트립을 형성하는 단계, 선택적으로 주조 후 스트립을 1-5mm 두께의 시트로 열간 압연하는 단계, 주조 후의 스트립 또는 열간 압연된 시트를 0.07-0.20mm 두께의 시트로 냉간 압연시키는 단계, 중간 시트를 340-450℃에서 1-6시간 동안 어닐링시키는 단계, 및 중간 시트를 최종 게이지(0.05-0.10mm)로 냉간 압연시키는 단계를 포함한다.

열간 압연이 수행되는 경우 주조 후 스트립은 약 400-550℃의 온도에서 열간 압연 공정에 도입되는 것이 바람직하다. 최종 압연 단계에서 냉간 압연의 양은 납땜 후에 110㎛ 보다 큰, 바람직하게는 240㎛ 보다 큰 평균 입자 크기를 제공하도록 조절될 수 있다. 0.05mm 두께의 핀스톡에 대해, 호일의 두께를 따라 그러한 크기의 3개의 입자들이 일반적으로 존재한다. 그러한 "팬케익" 입자들의 장점은 크리프(또는 새그) 저항성에서 명백하다.

주조 과정에서, 평균 냉각 속도가 너무 느리면, 주조 동안 형성되는 금속간화합물 입자들은 너무 커질 것이고, 이는 압연 문제를 유발할 것이다. 금속간화합물은 또한 상기 기재된 바와 같이, 납땜 주기 동안 재용해될 수 없는 입방정계 알파 변형일 것이다. 낮은 냉각 속도는 일반적으로 DC 주조 및 후속 균질화를 수반할 것이다. 주조 동안 더 큰 냉각 속도를 얻기 위해, 연속적인 스트립 주조 공정이 사용되어야 한다. 트윈 롤 주조, 벨트 주조 및 블록 주조를 포함하는 다양한 대체 공정들이 존재한다. 트윈 롤 주조를 위해, 평균 냉각 속도는 약 1500℃/초를 초과하지 않아야 한다. 벨트 주조와 블록 주조 양자 모두는 250℃/초 미만, 또는 더 일반적으로는 200℃/초 미만의 더 낮은 최대 평균 냉각 속도로 작동한다. 연속 주조 공정은 더 많은 수의 미세한 금속간화합물 입자들을 생성하고, 냉각 속도가 더 빠를수록 금속간화합물은 더 미세하다. 금속간화합물의 크기를 더 효과적으로 조절하기 위해, 냉각 속도가 바람직하게 200℃/초보다 큰 경우에는 트윈 롤 주조를 이용하는 것이 바람직한 대안이다.

다음 예들은 예시적인 실시예들의 추가의 예시로서 제공된다. 이하에서, 첨부 도면이 참조되며, 여기서 도 1은 납땜 후 예 3의 합금들의 최대 인장 강도(UTS)에 대한 Fe, Si 및 Cu를 효과를 나타내는 그래프이다.

예 1

표 1에 도시된 조성들을 갖는 합금들 (모든 값들은 wt% 단위임)은 6.0mm의 게이지로 트윈 롤 주조되었고, 이어서 0.78mm의 게이지로 여러 압연 단계들로 냉간 압연되었다. 0.78mm 게이지의 중간 시트는 35시간의 전체 주기 시간 동안 420℃의 피크 노(furnace) 온도로 어닐링되었다. 이러한 인터어닐링 후, 시트 게이지는 H18 템퍼의 재료를 제공하기 위해 0.052mm의 최종 게이지까지 하향 단계들로 냉간 압연함으로써 핀스톡까지 추가로 감소되었다. 4가지 합금들이 준비되었다.

샘플번호	Fe	Si	Mn	Cu
A	0.99	0.96	0.73	0.17
B	1.01	0.97	1.30	0.15
C	0.71	0.65	0.71	0.16
D	0.70	0.65	1.33	0.17

각각의 경우에 다른 원소들은 불순물들로서 존재하고 미량 원소들은 0.05 미만이었고, 나머지는 Al이었다.

샘플 A와 샘플 B는 본 발명에 따른 합금들이고, 샘플 C와 샘플 D는 본 발명의 범위를 벗어난 합금들이다.

이어서, 최종 게이지 핀스톡은 일반적인 공업적 제어 분위기의 납땜 조건들을 모의한 납땜 주기를 거쳤다. 납땜 주기는 570℃로 예열된 제어 분위기의 노 내에 샘플들을 배치하는 것을 포함하였고, 이어서 그 온도는 대략적으로 12분 후에 600℃까지 증가되었고 3분 동안 600℃로 유지되었고, 그 후 노는 50℃/분으로 400℃로 냉각되었고, 그 후 샘플들이 제거된 시점에 실온으로 냉각시켰다.

인장 특성들은 이러한 게이지의 재료에 대한 일반적인 방식으로 측정되었고, 납땜 후 전도성은 JIS-N0505에 따라 측정되었다. 결과들은 표 2에 나타난다.

샘플	납땜 후 UTS MPa	전기 전도성 %IACS
A	143.1	48.5
B	149	46.0
C	126	47.7
D	134	43.2

본 발명에 따른 합금 A와 합금 B는 높은 납땜 후 강도(140MPa 이상)와 높은 전기 전도성(46% IACS 이상)을 가짐.

예 2

Zn의 첨가물들이 포함된 2개의 추가 합금 조성물들이 시험되었다. 합금 조성물들을 표 3에 나타낸다, (모든 값들은 wt% 단위임).

샘플 번호	Fe	Si	Mn	Cu	Zn
E	0.90	0.89	0.78	0.20	0.34
F	0.96	0.93	0.95	0.18	0.47

각각의 경우에 다른 원소들은 불순물들로서 존재하고 미량 원소들은 0.05 미만이었고, 나머지는 Al이었다.

각각의 샘플에 따른 합금들은 6.0mm의 게이지로 트윈 롤 주조되었다. 샘플 E는 35시간의 전체 주기 시간동안 420℃의 피크 노 온도와 0.78mm의 중간 게이지에서 열간 압연 후 인터어닐링되었고, 이후에 H18 템퍼의 재료를 제공하기 위해 0.052mm의 최종 게이지로 냉간 압연되었다.

샘플 F는 또한 H18 템퍼로 제공되었지만, 0.38mm의 게이지에서 열간 압연 후에 샘플 E와 동일한 인터어닐링 온도 및 지속 시간으로 인터어닐링 되었다.

이어서, 최종 게이지 핀스톡은 예 1에 기재된 바와 동일한 납땜 주기에 적용되었다.

인장 특성들은 이러한 게이지의 재료에 대한 일반적인 방식으로 측정되었고, 납땜 후 전도성은 JIS-N0505에 따라 측정되었다. 결과들은 표 4에 나타난다.

샘플	납땜 후 UTS MPa	전기 전도성 %IACS
E	143	49.4
F	148	49.0

Zn 첨가물은 전기 전도성을 향상시켰지만, 강도의 열화는 유발하지 않았다.

예 3

표 5에 기재된 합금들은 25mm × 150mm × 200mm의 "북-몰드(book-mould)" 크기로 주조되었다. 주조 잉곳은 9시간에 걸쳐 실온에서 525℃로 예열되었고 5.5시간 동안 담가졌다. 이어서, 이들은 5.8mm의 게이지로 열간 압연되었고 이후 0.1㎜ 게이지로 냉간 압연되었다.

샘플 번호	Fe	Si	Mn	Cu	Fe + Si
G	1.01	1.00	1.01	0.11	2.01
H	1.01	1.01	1.00	0.28	2.02
J	0.81	0.79	1.00	0.11	1.60
K	0.82	0.80	1.01	0.29	1.62
L	1.21	1.19	1.01	0.11	2.40
M	1.20	1.18	1.00	0.29	2.38

각각의 경우에 다른 원소들은 불순물들로서 존재하고 미량 원소들은 0.05 미만이었고, 나머지는 Al이었다.

이어서, 이들은 예들 1 및 예 2에 기재된 바와 동일한 조절된 분위기의 납땜 주기 및 납땜 후 UTS에 대해 인장 시험을 거쳤다. 특성들은 표 6에 나타난다.

샘플 번호	UTS (MPa)
G	155.0
H	164.0
J	145.8
K	153.5
L	163.5
M	170.6

도 1은 Fe + Si 함량이 증가함에 따라, 납땜 후 UTS도 증가하고, 동일한 Fe + Si 함량에 대한 Cu 함량을 증가시키는 것은 또한 납땜 후 UTS를 증가시키는 것을 도시한다.

Claims (10)

1. 알루미늄 합금 핀스톡이며,
   0.8-1.25 wt%의 Fe ;
   0.8-1.25 wt%의 Si;
   0.7-1.5 wt%의 Mn;
   0.05-0.5 wt%의 Cu;
   2.5 wt% 이하의 Zn;
   각각 0.05 wt% 이하이고 전체적으로 0.15 wt% 이하의 다른 요소들; 및
   나머지의 알루미늄인 조성으로 이루어지고,
   Fe 함량과 Si 함량은 대략적으로 동일하고,
   Al-Fe-Si 삼원 입자들은 단사정계 베타 상을 형성하는 알루미늄 합금 핀스톡.
2. 제1항에 있어서, 상기 Si 함량은 0.9-1.1 wt%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 핀스톡.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Mn 함량은 0.9-1.1 wt%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 핀스톡.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Zn 함량은 0.25-2.5 wt%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 핀스톡.
5. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 핀스톡은 600℃에서 납땜 후에 140MPa 이상의 길이 방향 UTS와 46% IACS 이상의 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 핀스톡.
6. 알루미늄 합금 핀스톡의 제조방법이며,
   a) 0.8-1.25 wt%의 Fe;
   0.8-1.25 wt%의 Si;
   0.70-1.50 wt%의 Mn;
   0.05-0.5 wt%의 Cu;
   2.5 wt% 이하의 Zn;
   각각 0.05 wt% 이하이고 전체적으로 0.15 wt% 이하인 다른 요소들; 및
   나머지의 알루미늄인 조성으로 이루어지고,
   Fe 함량과 Si 함량은 대략적으로 동일하고,
   Al-Fe-Si 삼원 입자들은 단사정계 베타 상을 형성하는 알루미늄 합금 용융물을 연속 주조하는 단계;
   b) 상기 연속 주조된 시트를 열간 압연하는 단계;
   c) 상기 열간 압연된 시트를 인터어닐링(interannealing)하는 단계; 및
   d) 상기 시트를 호일 게이지로 냉간 압연하는 단계를 포함하는 알루미늄 합금 핀스톡의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 연속 주조 단계 a)는 트윈 롤 주조 공정인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 핀스톡의 제조 방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 호일 게이지는 0.07mm 미만인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 핀스톡의 제조 방법.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 호일 게이지는 0.06mm 미만인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 핀스톡의 제조 방법.
10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 호일 게이지는 0.055mm 미만인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 핀스톡의 제조 방법.
    

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