KR20160098526A - 재생 알루미늄 스크랩을 사용한 충격 압출 용기 - Google Patents

Abstract

형상이 있는 용기 및 기타 제조 품목의 생성을 위한 충격 압출 제조 공정에 사용되는 신규 알루미늄 합금들이 제공된다. 한 가지 구현예에서는 재생 스크랩 알루미늄들의 블렌드를 비교적 순수한 알루미늄과 함께 사용하여 환경 친화적인 공정에서 형성되고 형상을 가질 수 있는 신규 성분들이 생성된다. 기타 구현예에서는 충격 추출 공정에 사용되는 재생 알루미늄을 포함하는 슬러그 물질의 제조 방법들이 있다.

Description

재생 알루미늄 스크랩을 사용한 충격 압출 용기{IMPACT EXTRUDED CONTAINERS FROM RECYCLED ALUMINUM SCRAP}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2011년 9월 16일에 출원된 미국 임시 특허 출원 일련 번호 61/535,807에 대한 우선권을 35 U.S.C. §119(e)에 의거하여 청구하기 위한 것이며, 그 전문은 여기에 참조로 포함되어 있다.

본 발명은 일반적으로 재생 물질로 만드는 합금 그리고 충격 압출로 알려진 공정에 의한 알루미늄 용기의 제조에 사용되는 경우를 비롯한 합금에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 충격 압출에 의한 용기 및 기타 품목들을 만드는데 사용되는 슬러그(slug)의 제조에 사용되는 방법, 장치 및 합금 성분에 관한 것이다.

충격 압출은 금속 용기 및 기타 품목을 고유의 형상으로 만드는데 활용되는 공정이다. 이 제품들은 대개 강, 마그네슘, 구리, 알루미늄, 주석 또는 납으로 구성된 연화된 금속 슬러그로부터 만들어진다. 용기는 펀치에 의해 접촉되는 찬 슬러그로부터 한정된 다이 내부에서 형성된다. 펀치의 힘에 의해 내부에서는 펀치 주위의 금속 슬러그를, 그리고 외부 표면을 따라서는 다이 주위의 금속 슬러그를 변경시킨다. 초기 형상이 형성되고 나면, 용기나 기타 장치를 카운터펀치 배출기를 사용하여 펀치로부터 제거하고 다른 네킹 및 셰이핑 공구를 사용하여 그 장치를 원하는 형상으로 형성하게 된다. 기존 방식의 충격 압출 용기에는 고강도가 요구되는 에어로솔 용기와 기타 압력 용기가 있는데, 이들은 강도가 높아야 하기 때문에 기존 알루미늄 음료수 용기보다 더 두껍고 무거운 물질을 사용한다. 이러한 용기의 두께 및 강도 요건으로 인해, 이러한 용기를 제조하는 원가는 일반적으로 3014 알루미늄을 활용하는 기존의 금속 음료수 용기에 비하여 상당할 수 있다. 기존의 충격 압출 공정에서는 고유의 물리적 특성으로 인하여 거의 순수한 또는 "버진" 알루미늄이 사용되는데, 이를 흔히 "1070" 또는 "1050" 알루미늄으로 칭하며 최소 99.5%의 순수 알루미늄으로 구성된다.

알루미늄과 같은 연한 금속으로 복잡한 형성을 만드는데 따른 복잡성으로 인하여, 충격 압출 공정이 성공하려면 중대한 야금학적 특성이 존재해야 한다. 기본적으로, 여기에는 매우 순수하고 연한 알루미늄 합금을 사용해야 하며, 약 99%가 넘는 순수한 버진 알루미늄이 포함되는 것이 일반적이다. 이러한 요건 때문에 재생 알루미늄, 예를 들어 알루미늄 합금 3104, 3105 또는 3004의 스크랩 알루미늄을 에어로솔 및 음료수 용기를 위한 충격 압출 공정에 사용할 수 없었다.

그러므로, 충격 압출에 의한 용기 및 기타 유용한 품목을 형성하기 위해 가벼우면서도 강성도가 높은 알루미늄을 찾아내고 환경적으로 유익하며 소중한 천연 자원을 절약하기 위해 다른 제조 공정에서 생성되는 스크랩 알루미늄을 활용할 필요가 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 알루미늄 합금 조성물은, 97 wt. % 이상, 100 wt. % 미만의 Al; 0.10 wt. % 이상의 Si; 0.25 wt. % 이상의 Fe; 0.05 wt. % 이상의 Cu; 0.07 wt. % 이상의 Mn; 및 0.05 wt. % 이상의 Mg을 포함하고, 잔부는 불가피한 불순물인, 알루미늄 합금 조성물이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 알루미늄 합금 조성물은 98.47 wt. % 알루미늄; 0.15 wt. % Si; 0.31 wt. % Fe; 0.09 wt. % Cu; 0.41 wt. % Mn; 0.49 wt. % Mg; 0.05 wt. % Zn; 0.02 wt. % Cr; 및 0.01 wt. % Ti으로 구성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금 조성물은, 99.3 wt. % 이하의 Al; 0.40 wt. % 이하의 Si; 0.50 wt. % 이하의 Fe; 0.20 wt. % 이하의 Cu; 0.65 wt. % 이하의Mn; 및 0.75 wt. % 이하의 Mg으로 구성된다.

한편, 본 발명에 일 측면에 따른, 재생 스크랩 물질들을 사용하는 충격 압출 제조 공정에서 슬러그(slug)로부터 단부 마개를 수용할 수 있도록 성형된 용기를 제조하는 공정은, 3104, 3004, 3003, 3013, 3103 및 3105 알루미늄 합금 가운데 적어도 하나를 포함하는 스크랩 금속을 제공하고, 재생 알루미늄 합금의 생성을 위한 상기 3104, 3004, 3003, 3013, 3103 및 3104 알루미늄 합금 가운데 적어도 하나를 비재생 알루미늄 합금과 혼합하고, 붕화 티탄을 상기 재생 알루미늄 합금에 추가하고, 상기 재생 알루미늄을 주조하여 28mm 내지 35mm의 두께를 갖는 슬래브를 제조하고, 상기 슬래브를 열간 압연하여 상기 슬래브의 두께를 6mm 내지 18mm로 감소시켜 열간 압연된 슬래브를 제조하고, 상기 열간 압연된 슬래브를 냉각 압연하여 상기 열간 압연된 슬래브의 두께를 3mm 내지 14mm로 감소시켜 압연된 슬래브를 제조하고, 상기 압연된 슬래브를 펀칭하여 상기 압연된 슬래브로부터 슬러그를 제조하고, 상기 재생 알루미늄으로 구성된 상기 슬러그를 충격 압출 공정으로 일정 형상으로 변형시켜 단부 마개를 수용할 수 있는 형상의 용기를 성형한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 재생 알루미늄 물질을 사용하여 충격 압출 공정에서 단부 마개를 수용할 수 있는 금속 용기를 제조하기 위한 금속 알루미늄 슬러그(slug)의 형성 방법은, 98.5 wt. % 이상의 알루미늄을 가진 합금을 포함하는 알루미늄 스크랩 물질의 제공하고, 상기 알루미늄 스크랩 물질에 비재생 알루미늄 합금을 추가하고, 새로운 재생 합금의 형성을 위해 간접 노에서 상기 비재생 알루미늄 합금을 상기 알루미늄 스크랩 물질과 함께 용융하고, 사전 결정된 두께를 가진 알루미늄 합금의 형성을 위해 주조 기계에서 상기 새로운 재생 합금의 주조하고, 두께의 감소와 열간 압연된 스트립의 생성을 위한 상기 알루미늄 합금 슬래브의 열간 압연하고, 상기 열간 압연된 스트립의 온도 절감과 합금 스트립의 형성을 위해 수용액에서 상기 열간 압연된 스트림의 급랭하고, 사전 결정된 두께를 더욱 감소하기 위한 상기 합금 스트립의 냉간 압연하고, 재생 알루미늄 합금 슬러그의 형성을 위한 상기 합금 스트립의 펀칭하고(여기서, 상기 재생 알루니늄 합금 슬러그의 두께는 3mm 내지 14mm임), 상기 재생 알루미늄 합금 슬러그를 사전 결정된 온도로 가열 및 냉각에 의한 상기 재생 알루미늄 합금 슬러그의 어닐링하고, 높은 표면적의 형성을 위해 외부 표면을 거칠게 하여 상기 재생 알루미늄 합금 슬러그의 표면 처리하는 단계들을 포함한다.

본 발명에서는 다양한 형상의 용기 및 기타 품목들을 형성하는 충격 압출 공정에 사용될 수 있는 고유하면서도 신규 알루미늄 합금을 만들어내기 위해, 다른 금속 물질과 함께 3104, 3004, 3003, 3013, 3103 및 3105 알루미늄과 같은 스크랩 알루미늄 물질을 사용하는 신규한 시스템, 장치 및 방법에 대해 고찰한다. 여기서는 일반적으로 "용기"로서 칭하지만, 현재 공정 및 합금 혼합물들을 충격 압출 공정에서 사용하여 다양한 형상의 용기들 또는 기타 제조품을 형성할 수 있음을 이해해야 한다.

따라서, 본 발명의 구체적인 구현예 중 하나에서는 신규 합금이 충격 압출 공정에서 금속 용기를 형성하기 위해 금속 슬러그의 초기 형태로서 제공된다. 이 구체적인 구현예의 합금은 재생 3105 또는 3104 알루미늄 그리고 비교적 순수한 1070 알루미늄을 포함하는 성분을 바탕으로 신규한 재생 합금을 형성한다. 이 구체적인 구현예에서, 40%의 3104 합금을 활용하는 재생 알루미늄 합금은 1070 합금과 혼합되며, 여기에는 다음의 성분이 포함된다:

약 98.47% 알루미늄;

약 0.15% Si;

약 0.31% Fe;

약 0.09% Cu;

약 0.41% Mn;

약 0.49% Mg;

약 0.05% Zn;

약 0.02% Cr; 및

약 0.01% Ti.

아래의 표, 청구사항 및 상세한 설명에 나와 있는 바와 같이, 여기서는 다양한 성분의 알루미늄 합금들을 통해 고찰하고 있다. 각 합금마다, 각 성분 즉, Si, Fe, Cu, 등의 양은 만족할만한 결과를 얻기 위해 약 15%정도로 변동될 수 있다. 더욱이, 당업자라면 이해하듯이, 여기서 설명되고 충격 압출 공정에 사용되는 신규 합금 혼합물은 재생 성분 및 합금을 반드시 전체 또는 부분적으로 포함할 필요가 없다. 오히려, 상기 합금은 이전 제품이나 공정에 사용되거나 구현된 적이 없는 스톡 물질로부터 얻어지며 혼합될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서 보면, 고유한 합금을 형성하는 신규 제조 공정을 제공할 수 있고, 이는 특별히 충격 압출 공정에 사용하도록 적응형의 고유한 합금을 생성하기 위해 다양한 스크랩 물질과 기타 버진 금속을 혼합할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서 보면, 용기 제조 사업에서 통용되는 네커 및 기타 장치들과 같은 특정 공구들을 신규 합금과 함께 사용하는 것을 고찰하고, 이들은 충격 압출 공정과 병행하여 사용된다. 또한, 신규 합금 혼합물의 사용과 연관된 신규 제조 기법들도 본 발명에서 고찰하고 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서 보면, 여기서 제공되고 설명된 하나 이상의 신규 재생 합금들로 구성된 뚜렷한 형상의 용기 또는 기타 품목이 제공된다. 이러한 용기들은 에어로솔 용기 및 다른 유형의 압력 용기에 가장 적합하지만, 여기서 설명된 혼합 구성 및 공정들은 모든 유형의 형상이 있는 금속 용기를 만드는데 사용할 수 있다.

본 발명의 여러 가지 구체적인 실시예에서, 재생 함유물이 포함된 경량 용기들이 제공된다. 다음의 이점 가운데 적어도 하나는 실현될 수 있다: 강도 대 중량 비율; 파열 압력; 변형 압력; 내덴트성; 긁힘 또는 마모에 대한내성; 및/또는 중량 및 금속 함량의 감소. 다른 이점들도 고찰한다. 나아가, 본 발명의 여러 가지 측면 및 특징들은 보다 높은 경화 온도의 라이닝 재질을 허용하는 백 어닐링에 대해 내성이 증가된 용기를 제공한다. 여러 가지 구체적인 실시예에서, 백 어닐링 내성이 더 높은 충격 압출 용기를 생산하는 합금을 고찰하여 용기의 성능을 향상시키고 보다 높은 경화 온도를 요구하는 코팅을 활용한다. 이러한 용기를 생산하는 데 필요한 용기 설계와 공구 설계도 고찰한다.

본 발명의 여러 가지 구체적인 구현예에서, 알루미늄 슬러그 그리고 재생 물질을 포함하는 이에 상응하는 충격 압출 용기가 제공된다. 재생 함량은 후산업 또는 후소비자 함량일 수 있으며, 그 사용은 전반적인 제품 및 공정 효율을 강화시킨다. 컵 제작 공정에서 나오는 찌꺼기와 같이 알려진 스크랩 중상당 부분에는 현재 사용 중인 기저 1270 합금보다 더 높은 농도의 합금 요소들이 함유되어 있다. 이러한 합금 요소들은 다양한 원가와 환경적 이점을 제공하는 반면 알루미늄의 야금학적 특징을 변형시킨다. 예를 들어, 이러한 요소들이 함유되면 고형화 온도 범위가 증가된다. 따라서, 주조를 고려해야 한다. 항복 강도가 증가하고 연성이 감소하기 때문에, 예를 들어 스트립의 압연에 관련된 문제점이 발생하게 된다. 재결정화 특성이 달라지는 것으로 알려져 있으며, 열기계적 처리(들)가 필요한데 기본적으로 압연 온도, 압연 감소, 어닐링 온도, 어닐링 공정, 및/또는 어닐링 회수가 포함된다. 증가된 궁극의 인장 강도 및 항복 강도는 슬러그 펀칭시 톤수 부하를 증가시킨다.

이 밖에, 본 발명에서 슬러그의 표면 거칠기와 윤활은 변형된 야금학적 특성으로 인하여 매우 중요하다. 압출 프레스에 대한 톤수 부하는 본 발명의 슬러그와 관련하여 높게 나타난다. 여러 가지 구체적인 구현예에서 보듯이, 본 발명에서는 재질 강도를 높였기 때문에 훨씬 더 낮은 용기 중량 및/또는 벽 두께에서 표준 용기의 성능 사양을 달성할 수 있다.

결국, 본 발명의 한 가지 측면에서 재생 스크랩 물질의 충격 압출 공정에 사용되는 슬러그의 제조 방법이 제공되며, 다음이 포함된다:

3104, 3004, 3003, 3013, 3103 및 3105 알루미늄 합금 가운데 적어도 하나를 포함하는 스크랩 금속 제공;

재생 알루미늄 합금의 생성을 위한 상기 3104, 3004, 3003, 3013, 3103 및 3104 알루미늄 합금 가운데 적어도 하나를 비교적 순수한 알루미늄 합금과 혼합;

붕화 티탄을 상기 재생 알루미늄 합금에 추가;

가열 후 상기 알루미늄 합금으로 슬러그 형성;

형상을 갖춘 용기의 형성을 위해 충격 압출 공정에서 상기 재생 알루미늄으로 구성된 상기 슬러그를 원하는 형상으로 변형.

발명의 요약은 본 공개 내용의 전체 및 범위를 나타내기 위한 것이 아니며, 그렇게 해석해서도 안 된다. 본 공개 내용은 발명의 요약과 함께 첨부된 도면 및 발명의 상세한 설명에서 다양한 수준의 세부 사항에 명시되며 요소, 구성 요소 등을 발명의 요약에 포함시키거나 포함시키지 않는다고 해서 발명의 공개 내용에 대한 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 공개 내용의 다른 측면들은 상세한 설명으로부터 특히 도면과 함께 사용된 경우에 보다 신속히 분명해질 것이다.

이러한 이점 및 다른 이점들은 여기에 포함된 본 발명(들)의 공개 내용으로부터 분명하게 될 것이다. 상기 구현예, 목적 및 구성들은 완벽하거나 철저한 것이 아니다. 인정하는 바와 같이, 본 발명의 다른 구현예들도 위에 명시되거나 아래에 상세히 설명된 특징들 가운데 하나 이상을 단독으로 혹은 조합하여 사용함으로써 가능한 것이다. 특히, 발명의 요약은 본 발명의 전체 및 범위를 나타내는 것이 아니며 그렇게 해석해서도 안 된다. 본 발명은 발명의 요약과 함께 첨부된 도면 및 발명의 상세한 설명에서 다양한 수준의 세부 사항에 명시되며 요소, 구성 요소 등을 발명의 요약에 포함시키거나 포함시키지 않는다고 해서 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 다른 측면들은 상세한 설명으로부터 특히 도면과 함께 사용된 경우에 보다 신속히 분명해질 것이다.

제 1도는 재생 알루미늄 소재로부터 합금의 제조 방법을 예시한다.
제 2도는 재생 알루미늄 소재의 사용을 위한 충격 압출 방법을 예시한다.
제 3도는 연속 어닐링 공정을 예시한다.
제 4도는 소재 1 및 소재 2의 성분 비교를 예시한다.
제 5도는 펀치 헤드 및 프레스 다이를 예시한다.
제 6도는 소재 1 및 소재 2를 사용하여 만든 용기에 대한 변형 압력 저항을 예시한다.
제 7도는 소재 1 및 소재 2에 대한 파열 압력 저항을 예시한다.
제 8도는 샘플 소재 1 및 샘플 소재 2에 대한 용기 질량을 예시한다.

본 발명은 광범위한 노력에 걸쳐 중요한 의미와 이점을 제공한다. 본 명세서와 여기에 첨부된 특허 청구의 범위가 공개된 구체적인 실시예들을 참조하는 요건들로 인해 언어적 제한을 받을지라도 본 발명의 범위 및 기본 정신을 유지하고자 넓은 관점에서 일치되도록 하는 것이 본 신청인의 의도이다. 본 발명과 가장 밀접하게 관련이 있는 해당 기술 업계의 당업자에게 익숙하도록 하기 위해, 본 발명을 실무에 응용하도록 고찰하여 최상의 방식으로 보여줄 수 있도록 보편적인 구현예를 본 명세서의 일부로 첨부된 도면에 의해 그리고 이를 참조하여 여기에 설명한다. 본 발명을 구현할 수 있는 모든 다양한 형태 및 변형을 설명하지 않고 이 예시되는 방법만 상세히 설명한다. 따라서, 여기서 설명하는 구현예들은 예시에 불과하며 당업자는 분명히 알게 되겠지만, 본 발명의 범위 및 기본 정신 내에서 여거 가지 방식으로 달라질 수 있다.

다음 문장이 다수의 다른 구현예들을 자세히 설명하고 있더라도, 이 설명의 법적 범위는 본 공개 내용의 끝 부분에 명시된 특허 청구의 범위에 사용된 단어들에 의해 정의됨을 이해해야 한다. 본 상세한 설명은 예시적인 것으로만 성립되어야 하며, 모든 가능한 구현예들의 설명은 불가능하지는 않더라도 실용적이지 않을 것이기 때문에, 모든 가능한 구현예들에 대해서는 설명하지 않는다. 현재의 기술 또는 본 발명의 신청일 이후에 개발되는 기술을 사용하여 다수의 대체 구현예들을 구현할 수 있겠지만, 이 역시 본 특허 청구의 범위에 속할 것이다.

본 발명의 끝 부분에 있는 특허 청구의 범위에 인용된 모든 용어는 하나의 의미와 일치하는 방식으로 본 특허에서 참조되더라도, 이는 독자를 혼동시키지 않기 위한 명백성을 위한 것이며, 그러한 청구항의 용어가 함축에 의해서 또는 다른 방식으로 그 단일 의미로 제한되는 것을 의도하지 않는다. 마지막으로, 청구항 요소가 "의미하다"라는 단어를 인용하여 정의되지 않는 한 그리고 어떤 기능이 어떠한 구조의 인용없이 정의되지 않는 한, 어떠한 청구항 요소의 범위도 35 U.S.C. §112 제6항을 적용하여 해석할 수 있다는 의미는 아니다.

첨부된 표와 텍스트에서 제공되는 바와 같이, 다양한 알루미늄 합금들은 1070 또는 3104와 같은 숫자로 표시하여 식별된다. 이 분야의 전문가들이 이해하는 바와 같이, 여기에 해당되는 알루미늄은 일반적으로 합금 요소들의 4자리수의 배열로 지정된다. 이 네 자리수의 첫 숫자는 주요 합금 요소를 공유하는 알루미늄 합금 군에 상응하는 것으로, 구리의 경우 2XXX, 망간의 경우 3XXX, 실리콘의 경우 4XXX 등이 그 예이다. 따라서, 다양한 알루미늄 합금들에 대한 모든 참조는 알루미늄 및 용기 제조 산업 전반에 걸쳐 사용되는 지정 표식과 일치한다.

이제 다음의 표, 그림 및 사진들에 대하여, 신규 재생 알루미늄 합금이 형상이 있는 금속 용기 및 기타 장치를 제조하는 충격 압출 공정에서 사용되는 금속 슬러그용으로 제공된다. 본 발명의 이해에 필요하지 않거나 이해하기 어려운 다른 세부사항을 나타내는 세부 내용은 이러한 도면과 사진 및 차트로부터 생략된 경우도 있다. 물론, 본 발명은 본 도면에 예시된 특정한 구현으로 제한되지 않음을 이해해야 한다.

아래에 나와 있는 다수의 차트 및 실시예에서, "ReAl" 또는 "RE" 등은 특정 합금을 식별하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, "ReAl" 또는 "RE"의 용어는 단순히 재생 알루미늄을 포함하는 금속의 식별자일 뿐이다. 당업계에서 일반적으로 알려진 3014 알루미늄 합금은 대개의 경우에 1070 알루미늄 합금과 함께 재생된다. "ReAl" 이후에 사용되는 숫자 및 퍼센트는 1070 알루미늄 합금과 합쳐져서 충격 압출 공정에 사용되는 새 합금을 형성하는 3104 재생 합금의 퍼센트를 표시한다. 예를 들어, ReAl 3104 30% 혹은 RE 3104-30은 3104 합금 30과 상대적으로 순수한 1070 알루미늄 합금 70%가 합쳐져 차트에 나와 있는 SI, Fe, Cn, 등의 야금학적 성분을 갖는 새 합금이 형성되었다는 것을 나타낸다. 다른 차트에서는 "3105"이란 숫자 그리고 20%나 40%와 같은 주어진 합금에서 그 합금의 퍼센트를 칭한다. 3104 합금과 유사하게, 용어 "3105"는 이 분야의 당업자에게 잘 알려진 알루미늄 합금이며, 20% 또는 40%는 금속 슬러그 및 에어로솔 캔과 같은 용기 제조를 위한 충격 압출 공정에 사용되는 새 합금을 형성하기 위해 상대적으로 순수한 1070 알루미늄 합금과 혼합되는 그 합금의 양을 나타낸다. 아래 차트에 나와 있지 않지만, 새 합금의 생성 공정에 있어서 3004 스크랩 물질 혹은 스크랩이 아닌 3004 알루미늄 잉곳을 사용할 수도 있다. 아래의 표 1은 여기에서 의논된 합금들의 다양한 성분들을 예시한 것이다. 이 표에 나열된 모든 값들은 대략적인 것이다.

표 2는 재생 슬러그 물질들의 성분을 예시하며, 여기서 순수 알루미늄은 알루미늄 합금 1070이고 재생 스크랩 물질은 다양한 퍼센트를 가진 3104이다. 이 표에 나열된 모든 값은 대략의 것이다.

표 3은 재생 슬러그 물질들의 성분을 예시하며, 여기서 순수 알루미늄은 알루미늄 합금 1070이고 재생 스크랩 물질은 다양한 퍼센트를 가진 3105이다. 이 표에 나열된 모든 값은 대략의 것이다.

표 4는 재생 슬러그 물질들의 성분을 예시하며, 여기서 순수 알루미늄은 알루미늄 합금 1070이고 재생 스크랩 물질은 다양한 퍼센트를 가진 3104이다. 이 표에 나열된 모든 값은 대략의 것이다.

제 1도는 재생 알루미늄 100으로부터 합금을 제작하는 방법을 예시한다. 상기 재생 알루미늄은 처리되어 슬러그를 만들며, 이는 충격 압출 공정에 사용될 수 있다. 슬러그의 형성 이후, 제 2도에 나와 있는 용기의 제조를 위해 슬러그를 처리하며, 이는 다음에 상당히 자세히 설명한다.

본 발명의 한 가지 측면은 재생 알루미늄 물질의 제작 방법이다. 재생된 알루미늄 슬러그 물질은 재생 스크랩 알루미늄과 순수 알루미늄을 포함할 수 있고, 이를 함께 용융하여 주조함으로써 신규 재생 알루미늄 슬러그를 형성하게 된다. 적절한 재생 알루미늄 물질에는 다수의 3XXX 합금들, 특히 3005, 3104, 3105, 3103, 3013, 및 3003이 포함될 수 있다. 다른 합금들을 조금만 사용하더라도 원하는 화학적 성분을 구성할 수 있다. 합금 3014 스크랩은 보통 음료수 캔 공장이 그 공급원이다. 합금3005는 보통 자동차 업계가 그 공급원이다. 순수 알루미늄에는 알루미늄 합금 1070 또는 1050이 포함된다. 다양한 스크랩 알루미늄의 공급원들이 ReAl의 합금 요소의 공급원으로 사용될 수 있다.

1050 또는1070과 같은 순수 알루미늄 합금은 원소를 추가하여 원하는 ReAl 화학적 성분을 구성할 수 있다.

용융

스크랩 알루미늄이 포함된 스크랩 브릭을 녹여서 순수한 용융 알루미늄 102와의 혼합을 원활하게 한다. 재생된 스크랩 알루미늄은 알루미늄 합금 3005, 3104, 3105, 3003, 3013 또는 3103을 포함할 수 있다. 노의 화염이 재생 알루미늄과 직접 접촉하는 경우, 소량의 표면 알루미늄이 산화된다. 압축된 스크랩 브릭과 같이 그 표면적이 크다면, 표면적이 적은 스크랩 브릭에 비해 산화되는 물질의 양과 용융 손실이 더 커진다. 따라서, 물질을 가열하기 위해 간접 방법을 활용하는 용융 노가 직접 화염 충돌을 활용하는 것보다 선호된다.

보다 구체적으로, 용융은 몇 가지 유형의 노에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 반사로 112를 사용할 수 있는데 이는 전통적인 충돌 압출 슬러그를 생산하는 데 사용된다. 알루미늄에 대해 직접 화염 충돌이 이루어진다. 얇은 알루미늄의 압출된 브릭을 용융할 경우, 용융 손실이 커질 수 있다. 그러므로, 반사로 112는 높은 용융 손실로 인하여 ReAl 슬러그를 생산하기에 선호되는 방법은 아니다.

일반적으로, 물질을 가열하기 위해 간접 방법을 활용하는 노가 사용된다. 물질을 가열하기 위해 간접 방법을 활용하는 노에는 사이드 웰(Side Well) 노 및 회전로가 포함되지만 이것이 전부는 아니다. 따라서, 측벽로 110를 상기 노로서 사용할 수 있다. 사이드웰 노는 알루미늄을 포함하며 가스 버너는 열을 용융 금속에 전달한다. 다음, 용융 금속을 사용하여 스크랩을 용융시킨다. 사이드 웰 노에는 사이드 웰을 통해 용융 욕을 순환시키는 임펠러도 있다. 스크랩 알루미늄은 직접 화염 충돌이 가능한 사이드 웰 노의 부분으로 이 물질이 순환되기 전까지 이 물질을 거의 용융시키는 비율로 사이드 웰 안으로 이동한다. 사이드 웰 노 110는 ReAl을 생산하기 위한 스크랩 금속의 용융에 많이 사용되는 방법이다.

또는 회전로 104를 사용할 수 있다. 회전로 104는 콘크리트 믹서와 유사하다. 알루미늄 스크랩이 회전 실린더의 한 구석으로 떨어진다. 화염은 이 영역으로부터 떨어지도록 향하며 내화 라이너를 가열한다. 뜨거운 라이너가 회전하면서 알루미늄과 접촉하여 에너지를 알루미늄에 전달한다. 회전로 104는 ReAl 생산을 위해 스크랩 용융의 선호되는 방법이다. 회전로 104 혹은 사이드웰 노 110를 사용하는 경우, 회전로 104 혹은 사이드웰 노 110에 존재하는 스크랩을 용융하여 슬러그 생산과는 별도의 작업을 통해 잉곳, 소우 또는 피그 106으로 주조할 수 있다. 이러한 잉곳, 소우 또는 피그는 제 2의 반사로 108에서 최소한의 용융 손실로 용융시킬 수 있는데 이는 표면적이 상대적으로 적기 때문이다.

용융 공정에서 용융 손실의 상승이 발생하면, 욕으로부터 드로서를 제거해야 한다.

한 가지 구현예에서, 붕화 티타늄(TiBor) 114을 주조기 바로 이전에 알루미늄 합금들의 용융 블렌드에 추가하는데, 이는 대개 알루미늄의 연속 이동 및 융화 티타늄 분산에 의한 것이다. 또는, 알루미늄 스크랩 합금이 노 안에 있는 동안 TiBor을 추가할 수 있다. TiBor은 처리 과정 동안 ReAl의 결정적 구조를 미세화시킬 수 있다. TiBor 농도는 약 0.5 kg/미터 톤에서 약 1.3 kg/미터톤 사이이다. 일부 구현예에서는, TiBor 농도가 약 0.6 kg/미터톤인 경우도 있다.

주조

용융 공정 이후, 용융 합금이 주조된다. 주조 공정에서는 몇 가지 구조 기법 가운데 하나를 사용하여 용융 합금이 적절한 치수의 연속 슬래브로 고형화된다. 본 발명의 일부 구현예에서는 주조된 슬래브의 너비가 약 8-14인치이고 두께가 약 0.75-1. 5인치이다. 주조 속도는 약 0.5에서 0.8미터톤/시간/너비 인치의 범위이어야 한다. 일부 구현예에서는, 주조 속도가 약 0.62 미터톤/시간/너비 인치일 수도 있다.

다른 주조 방법들을 사용할 수 있는데, 이 경우 휠벨트 주조기 118, Hazelett 주조기 116, 트윈롤 주조기 120 및/또는 블럭 주조기 122로부터 선택하면 된다. 휠벨트 주조기 118를 사용할 때, 고형화 동안 용융 알루미늄은 플랜지가 있는 휠과 두꺼운 금속 벨트 사이에 고정된다. 이 벨트는 휠 주위를 약 180도 정도 감싼다. 휠 및 벨트가 뒷면을 물로 냉각시켜 열 추출을 최적화하고 제어한다. 휠 벨트 주조기 공정은 보통 1070 및 1050 슬러그를 만드는데 사용된다. 하지만, 두꺼운 강철 벨트는 유연성이 없고 변형되지 않으며 고령화에 따라 수축되는 슬래브와 계속 접촉할 수 없다. 이로 인해, ReAl 합금까지 영향을 받는데 이는 ReAl 합금이 보다 순수한 합금들 즉 1050 및 1070보다 더 큰 온도 범위에 걸쳐 고형화되기 때문이다.

또는, Hazelett 주조기 116를 사용할 수 있다. Hazelett 주조기 116를 사용하면, 고형화 동안 용융 알루미늄이 두 개의 유연한 강철 벨트 사이에 유지된다. 강철 댐 블럭은 체인으로 장착되며 주물의 측면들을 형성한다. 평행한 벨트들은 약간 아래쪽으로 기울어져 중력에 의해 용융 알루미늄이 시스템 안으로 이송될 수 있다. 고압의 물을 두 벨트의 뒷면에 분사하여 열 추출을 최적화하고 제어한다. 이 고압의 물이 벨트를 편향시켜서 고형화 및 수축으로 인한 슬래브의 접촉을 계속 유지시킨다. 이러한 벨트 편향은 Hazelett 주조기 116에서 광범위한 알루미늄 (및 기타) 합금들의 생산을 가능케 한다. Hazelett 주조기 공정은 일상적으로 구조적 알루미늄 스트립의 생산에 사용되며 충격 압출 슬러그의 생산에 사용될 수 있다.

또는, 트윈롤 주조기 120를 사용할 수 있다. 트윈롤 주조기 120를 사용하면, 고형화 동안 용융 알루미늄이 두 개의 반대 방향으로 회전하는 수냉 롤들 사이에 고정된다. 이 공정은 매우 적은 고형화 영역을 제공하므로 비교적 가느다란 "슬래브"로 제한된다. 이러한 두께에서는 스트립이라는 용어가 슬래브보다 더 정확할 것이다. 이 공정은 보통 알루미늄 포일의 제조에 사용된다.

또는, 블럭 주조기 122를 사용할 수 있다. 블럭 주조기 122를 사용하면, 고형화 동안 용융 알루미늄이 일련의 체인 장착된 강철 블럭들 사이에 고정되어 주형의 측면을 형성한다. 이 블럭은 물에 의해 냉각되어 열 추출의 최적화 및 제어가 이루어진다.

윤활용 분말은 슬래브와 접촉하는 주조기 부품에 적용할 수 있다. 보다 구체적으로, 필요에 따라 흑연 또는 실리카 분말을 적용할 수 있다. 온도 제어는 주조 공정 동안 및 이후에 중요하다. 주조가 진행되는 동안, 사용되는 주조 공정에 관계 없이 고형화 동안 슬래브의 냉각 속도와 온도 프로필을 세심히 제어해야 한다. 휠 벨트 주조기 118는 냉각수의 유량을 감소시켜서 이를 달성한다. Hazelett 주조기 116를 사용하는 경우, 일반적인 제어를 위해 물의 흐름과 슬래브에 대한 가스 흐름을 밀접하게 사용하여 그 온도를 변형시킬 수 있다. 주위의 조건들 특히, 공기 흐름은 주조기 근처에서 조절해야 한다. 이러한 공기 흐름 조절은 슬래브 온도의 변형을 위해 가스 흐름이 사용되는 경우에 더 중요하다.

주조기 출구에서의 슬래브의 온도 또한 세심히 제어해야 한다. 주조기 116를 통과하는 슬래브의 출구 온도는 약 520℃ 이상이어야 하지만, 주조기를 나가는 슬래브의 모든 부분에서의 최대 온도는 582℃보다 낮아야 한다.

압연

주조 이후, 슬래브의 두께는 약 28-35mm에서 열간 압연기 및 냉간 압연기 124/126의 경우 각각 약 3mm 및 약 14mm의 명시된 두께로 감소된다. 열간 압연기 124/126 및 냉간 압연기 130/132에서 이루어진 상대적인 두께 감소는 완제품의 야금학적 결정립 구조에 상당한 영향을 미친다. 열간 압연기 출구에서 슬래브의 두께는 변동될 수 있다. 일부 구현예를 보면, 열간 압연 124/126 이후 슬래브의 두께는 약 6mm에서 약 18mm의 사이이다. 명시된 두께에 도달하기 위해, 슬래브가 아직 약 450과 550℃ 사이의 고온에 있는 동안 슬래브는 두 개의 반대 방향으로 회전하는 롤 사이를 지나며, 이때 그 갭은 인입 두께보다 작다. 이 압연기에는 두 가지 많이 사용되는 구성이 있다. 슬래브/스트립에 접촉하는 단 2개의 반대 방향으로 회전하는 롤이 포함된 두 개의 높은(Two high) 압연기가 대표적이다. 두 개의 압연기를 사용하여 원하는 두께를 얻는다. 하지만, 다른 숫자의 압연기를 사용할 수 있다: 1, 3 등. 4개의 높은(Four high) 압연기인 고급 설계를 옵션으로 생각해볼 수도 있다. 여기서, 그 작동 롤인 두 개의 반대 방향으로 회전하는 롤들은 더 큰 롤들에 의해 지지된다. 추가적으로 열간 압연기 126를 사용할 수도 있다. 또는, 복수의 열간 압연기를 사용할 수 있으며, 명시된 두께를 달성하기 위해 슬래브를 열간 압연기로 재순환시킬 수 있다.

열간 압연 124/126 동안, 합금 물질은 동적으로 재결정화 및/또는 회복될 수 있다. 이 재결정화 및/또는 회복은 슬래브/스트립 내의 열에 의해 가능한 자가 어닐링 과정이다. 동적 재결정화 및/또는 회복이 발생할 수 있는 온도는 합금 함량에 따라 다르게 나타나기 때문에, 1050/1070 및 ReAl에 대해 다를 수 있다. 대부분의 경우, ReAl 소재에 필요한 동적 재결정화 및/또는 회복에 필요한 온도는 약 350℃와 550℃ 사이이다.

열간 압연기 124/126 이후, 열간 압연된 스트립은 급랭 탱크 128에 담근다. 급랭 탱크 128는 스트립 온도를 거의 주위 온도로 감소시키는 물을 포함한다. 급냉 이후, 스트립은 냉간 압연기130/132를 거친다. 이 스트립은 온도가 주위 온도일 수 있으며 인입 두께보다 적은 갭을 가진 두 개의 반대 방향 회전 롤들 사이를 통과한다. 정상적으로는 원하는 두께를 얻기 위해 두 개의 압연기를 사용할 수 있다. 하지만, 다른 숫자의 압연기를 사용할 수 있다: 1, 3, 등. 냉간 압연된 스트립은 주위 온도에서는 재결정화되지 않는다. 이러한 냉간 작업은 그 물질의 항복 강도를 증가시키고 연성을 감소시킨다. 냉간 압연기 130/132의 구성은 2개의 높은 압연기(two-high) 및 4개의 높은 압연기(four-high)일 수 있다. 4개의 높은 압연기(Four-high) 구성은 두께 제어에 효과적일 수 있기 때문에, 최종 두께가 만들어지는 냉간 압연기 132를 사용할 수 있다. 또는, 복수의 냉간 압연기를 사용할 수 있으며, 명시된 두께를 달성하기 위해 슬래브가 냉간 압연기 130/132로 재순환될 수 있다.

열간 압연 124/126 및 냉간 압연 130/132 동안 이루어진 두께 감소의 상대적 양은 어닐링 동안의 회복 및 재결정화 역학에 많은 영향을 준다. 최적의 비는 합금 합성, 압연기 용량 및 최종 스트립 두께에 따라 다르다.

스트립의 내부 저항은 냉간 압연 130/132 동안 온도를 상승시키기 때문에 스트립이 뜨거워진다. 그러므로, 냉각 압연 130/132 이후 스트립에 의해 약 15 에서50℃ 사이, 바람직하기로는 약 25℃에서 약 4시간 ~ 약 8시간 동안 주위 온도 냉각 134을 수행할 수 있다. 또는, 냉각된 스트립을 대개는 보관 장소에 두어서 주위 온도로 돌아가게 할 수 있다.

냉각된 스트립은 펀칭된다 136. 냉각된 스트립을 펴서 프레스에 장착된 다이 세트 안으로 이송한다. 다이 세트는 스트립으로부터 원형 슬러그로 절단되지만, 다이의 형상 및/또는 원하는 최종 제품에 따라 삼각형, 계란형, 원형, 정사각형, 다이아몬드형, 직사각형, 오각형 등과 같은 모든 형상의 슬러그가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 펀칭 공구는 버의 제어를 위해 변형시킬 수 있다. 한 가지 예를 들면, 다이 버튼 챔퍼가 약 0.039인치와 약 25^o 그리고 0.050인치와 29^o사이가 되도록 이 공구를 변형시킬 수 있다.

어닐링

선택적으로, 펀칭된 슬러그를 가열하여 결정립을 재결정화함으로써 이상적으로 균일한 등방상의 결정립 구조를 형성한다. 이 공정은 물질의 강도를 감소시키고 연성을 증가시킨다. 어닐링은 배치 어닐링 138 및/또는 연속 어닐링 140에 의해 발생할 수 있다.

펀칭된 슬러그를 배치 어닐링하면 138, 펀칭된 슬러그는 철망 바스켓과 같은 고정 장치에 느슨하게 실을 수 있다. 몇 개의 고정 장치를 노 내부에 함께 쌓을 수 있다. 이 노의 문을 닫은 후 슬러그를 대상 온도까지 가열한 다음 명시된 시간 동안 유지할 수 있다. 노의 대상 온도는 바람직하게는 약 470℃와 약 600℃ 사이이며 5시간 ~ 9시간 동안 유지하지만 어닐링 시간과 온도는 강한 상호작용이 있으며 슬러그의 합금 함량에 의해 영향을 받는다. 노를 끈 다음, 슬러그가 노 안에서 천천히 냉각되도록 할 수 있다. 노에 있는 펀칭된 슬러그의 큰 질량 때문에, 슬러그의 온도에는 상당한 불일치가 있을 수 있다. 팩의 외부에 있는 충전된 슬러그는 보다 높은 온도에 더 빨리 도달한다. 중앙의 슬러그는 보다 천천히 가열되어 주변의 슬러그가 도달하는 최대 온도에 절대 도달하지 못한다. 게다가, 슬러그를 대기 중에 건조시키면 산화물이 형성될 수 있다 산화물의 형성을 방지하거나 감소시키려면, 노가 고온에 있는 동안 및/또는 노가 냉각되는 동안 비활성 기체를 노에 순환시킬 수 있다. 배치 어닐링 138을 비활성 분위기 또는 진공 하에서 수행할 수도 있다.

또는, 펀칭된 슬러그가 연속적으로 어닐링된 140일 수 있다. 펀칭된 슬러그를 연속적으로 어닐링한 140인 경우, 슬러그들은 복수의 존이 있는 노를 통과하는 철망 벨트 위에 느슨히 배포된다. 펀칭된 슬러그들은 빨리 최대 금속 온도로 가열된 다음 빨리 냉각된다. 이 작업은 대기 중에서 수행할 수 있다. 최대 금속 온도는 약 450℃와 약 570℃ 사이이다. 최대 금속 온도는 최종 야금학적 특성에 영향을 미친다. 연속 어닐링 140은 ReAl 슬러그의 생산을 위해 바람직한 공정이다. 연속 어닐링 140은 배치 어닐링에 비해 두 가지 이점을 제공한다. 첫째, 상승된 온도에서의 보다 짧은 시간은 슬러그 표면의 산화물 형성을 감소시킨다. 산화 알루미늄은 우려의 대상이지만, 산화 마그네슘은 그 극심한 마모성으로 인해 커다란 우려의 대상이다. 펀칭된 슬러그의 표면에 있는 산화 마그네슘은 충격 압출 공정 동안 과다한 긁힘을 초래할 수 있다. 장기적으로 작동할 경우, 이러한 긁힘은 허용할 수 없는 품질 결함이 된다. 둘째, 연속 어닐링 140에 의한 신속한 가열과 상승된 온도에서의 제한된 시간 그리고 신속한 냉각을 포함하여 정밀하게 제어되는 균질한 열 주기가 향상되어 보다 균일한 야금학적 결정립 구조를 제공한다. 또한, 보다 높은 강도의 충격 압출된 용기를 생산한다. 보다 높은 강도는 충격 압출된 용기에서 추가적으로 경량의 이점도 제공한다. 제 3도는 연속 어닐링 공정의 온도 곡선을 예시한다.

표면 처리

선택적으로, 펀칭된 슬러그의 표면은 펀칭된 슬러그의 표면을 거칠게 하여 처리할 수 있다. 펀칭된 슬러그의 표면 처리에는 여러 방법들이 사용될 수 있다. 본 구현예에서는 텀블러 공정 142이 사용될 수 있다. 대량의 펀칭된 슬러그를 드럼이나 다른 용기에 배치한 다음, 그 드럼을 회전 및/또는 진동시킨다. 표면을 거칠게 하는 목적은 펀칭된 슬러그의 높은 표면적을 증가시키고 윤활유를 보유할 틈을 생성하는 것이다. 펀칭된 슬러그의 커다란 면 또한 절단된 표면과 함께 표면 처리될 수 있다.

다른 구현예에서는 쇼트 블라스팅(shot blast) 144을 사용할 수 있다. 쇼트 블라스팅 처리 공정에서는 144, 다수의 슬러그들을 닫힌 드럼에 배치한 다음, 알루미늄 쇼트나 기타 물질에 의한 충돌을 적용한다. 쇼트는 슬러그의 표면에 작은 움푹한 홈을 형성한다. 알루미늄 쇼트가 슬러그의 모든 표면에 접촉하도록 약간의 텀블링을 수행한다.

쇼트 블라스팅 144은 ReAl 슬러그의 생산에 바람직한 공정이며, 강력한 쇼트 블라스팅은 블럭으로부터 표면 산화물을 제거하는 데 가장 효과적인 것으로 나타났다. 이러한 표면 산화물의 제거는 들러붙은 산화 마그네슘의 제거에 특히 중요하며, 이 산화물이 슬러그에서 제거되지 않으면 충격 압출된 용기에서 긁힘이 유발된다.

슬러그 처리

제 2도는 제 1도에 예시된 재생 스크랩 물질로부터 제조된 슬러그를 사용하여 금속 용기 200를 제조하는 방법을 예시한다.

슬러그 윤활 공정 202이 사용될 수 있으며, 여기서 슬러그와 분말 윤활제가 함께 굴려진다. Sapilub GR8과 같은 모든 적합한 윤활제를 사용할 수 있다. 일반적으로, 약100kg의 슬러그 당 약 100g의 윤활제가 사용된다. 윤활제를 슬러그와 함께 굴림으로써 윤활제가 슬러그 위에 강제로 입혀진다. 슬러그가 거칠게 처리되었다면, 슬러그와 윤활제를 함께 굴려서 표면이 처리되는 동안 생성된 홈 안으로 윤활제가 들어가게 된다.

슬러그 윤활 공정 202 이후, 윤활된 슬러그는 충격 압출 공정 204을 거치게 된다. 보다 구체적으로, 윤활된 슬러그가 정밀한 형상을 가진 시멘트 카바이드 다이에 배치된다. 역시, 정밀한 형상의 강철 펀치에 의해 윤활된 슬러그에 충격이 가해지며, 알루미늄이 다이로부터 뒤쪽으로 압출된다. 용기의 압출된 튜브 부분에서 그 벽 두께는 공구 형상에 의해 결정된다. 이 공정은 일반적으로 후방 압출로 알려져 있지만, 당업자에게 알려져 있는 바와 같이 전방 압출 공정 또는 전방 및 후방 압출을 조합하여 사용할 수도 있다.

선택적으로, 벽 아이어닝 206을 사용할 수 있다. 용기를 펀치와 음의 간극을 가진 아이어닝 다이 사이로 통과시킬 수 있다. 벽 아이어닝 206은 튜브의 벽을 얇게 만든다. ReAl 합금의 강도가 커지면 다이 편향이 증가된다. 따라서, 원하는 벽의 두께를 달성하려면 다이가 작아야 한다. 이러한 선택사양의 공정은 물질 분배를 최적화하며 보다 긴 튜브를 똑바르게 유지한다.

선택적으로, 충격 압출 204 또는 벽 아이어닝 206 이후에 용기의 바닥에 대해 돔 성형 208을 수행할 수 있다. 돔 전체나 돔의 부분을 아이어닝 행정의 끝이나 트리머 안에 성형할 수 있다.

돔 성형 이후, 그 용기에 대한 브러싱 210을 통해 표면의 결함을 제거한다. 회전 용기의 브러싱은 진동하는 금속이나 플라스틱, 대개는 나일론으로 된 브러시로써 이루어진다. 또한, 용기에 대해 벽 아이어닝 206 및/또는 돔 성형 208이 이루어졌더라도 브러싱 210을 수행할 수 있다.

브러싱 210 이후, 그 용기의 윤활제와 다른 찌꺼기의 제거를 위해 가성소다 용액에서 세척 212을 실시한다. 이러한 가성소다 세척 212은 수산화 나트륨이나 수산화 칼륨 혹은 당업자에게 알려진 다른 유사 화합물을 포함할 수 있다.

코팅

용기의 내부에는 대개 랜스 코팅 214a이 이루어진다. 한 가지 구현예에서, 이 코팅은 에폭시 기반일 수 있다. 이 코팅은 일체의 적절한 방법을 사용하여 적용될 수 있으며 스프레이, 페인트, 브러싱, 디핑 등의 방법이 기본적으로 포함된다. 이 코팅은 약 200에서 250℃ 사이의 온도에서 약 5에서 15분 사이 동안 열 경화된다.

기저 코팅 216a은 일반적으로 용기의 외부에 적용된다. 기저 코팅은 백색 또는 투명한 기저 코팅일 수 있다. 이 코팅은 일체의 적절한 방법을 사용하여 적용될 수 있으며 스프레이, 페인트, 브러싱, 디핑 등의 방법이 기본적으로 포함된다. 이 코팅은 약 110과 약 180℃ 사이의 온도에서 약 5에서 15분 사이 동안 열 경화된다 216b.

장식용 잉크 218a도 기저 코팅된 용기에 적용할 수 있다. 장식용 잉크는 일체의 적절한 방법을 사용하여 적용될 수 있으며 스프레이, 페인트, 브러싱, 디핑 등의 방법이 기본적으로 포함된다. 장식용 잉크는 약 120과 180℃ 사이의 온도에서 약 5에서 15분 사이 동안 열 경화된다.

투명한 오버 바니 쉬 220a는 튜브에 적용한다. 이 바니 쉬는 일체의 적절한 방법을 사용하여 적용될 수 있으며 스프레이, 페인트, 브러싱, 디핑 등의 방법이 기본적으로 포함된다. 바니 쉬는 약 150 ?C 와 약 200℃ 사이의 온도에서 약 5에서 15분 사이 동안 열 경화된다 220b.

돔 성형

선택적으로, 돔 성형 222은 용기의 바닥에 성형하거나 완료할 수 있다. 이 단계에서 돔 성형 222을 완료하여 장식을 용기의 직립 표면까지 확장시킬 수 있다. 2단계 돔 성형 작업(트리밍 230 이전 그리고 네킹 224 이전)의 이점은 기저 코팅이 마무리된 캔의 직립 표면까지 확장되는 것이다. 하지만, 이 방법은 내부 코팅의 균열 비율이 높아질 위험이 있다. 네킹 전에 최종 돔의 깊이를 감소시키면 이 문제를 해결할 수 있다.

네킹 및 셰이핑

다수의 순차적 작업에서, 용기의 개구 직경은 네킹 224라고 칭하는 공정에 의해 감소될 수 있다. 이러한 감소에 필요한 단계는 용기의 직경 감소 그리고 목의 형상에 따라 달라진다. ReAl 합금 소재의 경우, 일반적으로 보다 많은 네킹 단계가 필요하다. 특히, 합금의 함량이 달라지면 일부 변형을 예상해야 한다. 예를 들어, 네킹 센터 가이트가 달라지면 변형을 고려해야 하는 경우도 있다. 상부 근처가 더 얇은 경량의 ReAl 용기에 대해 작업할 때는 더 커다란 센터 가이드를 설치해야 한다.

선택적으로, 용기의 몸체에 대해 형상을 갖도록 만들 수 있다 226. 이러한 셰이핑 228은 다양한 단계에서 발생한다. 기존의 충돌 압출 공정과 비교할 때 ReAl 합금은 셰이핑 단계가 추가적으로 요구된다. 네킹과 유사하며, ReAl 용기의 셰이핑 시 보다 적은 숫자의 단계를 사용해야 한다.

엠보싱

선택적으로, 공구 작업은 용기 축 및 용기 내의 엠보싱 형상과 수직하게 이동할 수 있다 228. 엠보싱 228 작업 시 인가되는 힘은 기존의 충돌 압출 소재를 사용할 때보다 ReAl 소재를 사용할 경우에 더 커지는 데 이는 1070 또는 1050 합금에 비해 강도가 더 커지기 때문이다.

트리밍 및 컬링

네킹 224 작업 시 금속 흐름은 평평하지 않은 작업에 의해 경화된 가장자리를 형성시킬 수 있다. 그러므로, 컬링 전에 이러한 가장자리를 트리밍한다 230. ReAl은 이방성 차이로 인해 네킹 224 동안 다른 높이로 두꺼워진다. 따라서, 네킹 감소와 합금 함량이 높으면 추가적으로 트리밍 작업이 요구될 수 있다.

용기의 열린 가장자리에는 스스로 컬링 232이 발생하여 에어로솔 밸브를 위한 장착 표면이 만들어진다. 음료수 병의 경우 이러한 컬은 왕관 밀봉을 수용할 수 있다.

선택적으로, 컬 위로부터 소량의 물질을 기계 가공으로 제거할 수 있는데 이를 마우스 밀(Mouth Mill) 234라고 한다. 마우스 밀 234은 일부 에어로솔 밸브를 장착하는 데 필요하다.

검사 및 포장

검사 235는 용기에 대해 선택 사양으로 수행할 수 있다. 검사 단계에는 카메라 시험, 압력 시험 또는 기타 적합한 시험이 포함될 수 있다.

용기는 포장할 수 있다. 용기를 번들로 합칠 수도 있다 238. 번들 작업 238 시, 용기들을 그룹으로 배열시킬 수 있다. 그룹 크기는 다를 수 있으며 일부 구현예에서 그룹 크기는 약 100개의 용기이다. 그룹의 크기는 용기의 직경에 따라 다를 수 있다. 플라스틱 끈이나 다른 유사한 알려진 공정을 사용하여 그룹을 번들로 합칠 수 있다. ReAl 용기를 위해 특별히 고려해야 할 점은 번들의 높은 접촉 압력에 의해 힐 부분이 움푹 들어가는 것을 방지하기 위해 끝 장력을 조절해야 한다는 것이다.

대체 포장 방법에서는 음료수 용기와 유사하게 용기의 벌크 팔레트화 240를 수행한다.

실시예

ReAl 3104 25% 슬러그를 두 가지 소재를 사용하여 시험했다. 소재 1에는 브리켓 커퍼 스크랩으로부터 생산된 재용융된 이차 잉곳(RSI)을 사용했다. 소재 1 샘플은 캐나다 셔브룩과 버지니아 주에 소재한 Ball Advanced Aluminum Technology에서 제작되었다. 소재 2에는 용융된 브리켓 스크랩을 사용했다. 소재 2 샘플은 프랑스 코팔S.A.S.에서 제작되었다. 제4도는 소재 1 대 소재 2의 비교를 예시한다. 소재 1은 소재 2의 성분과 비교할 때 마그네슘의 상당한 손실로 인하여 18% 3014 커퍼 스크랩 함량에 훨씬 더 가깝다. 브리켓 3014 커피 스크랩을 용융하는 처리 유형이ReAl 물질의 최종 화학적 성분에 영향을 미칠 수 있다.

소재 1 샘플의 표면 처리는 쇼트 블라스팅이었다. 소재 2 샘플의 마무리는 텀블링이었다.

표 5는 표면 처리 이후 기준 소재 1050, 소재 1 및 소재 2의 슬러그 경도를 예시한다.

표면 처리로 인하여, 표 5에 주어진 값들은 어닐링 공정 이후에 측정된 것보다 더 높을 수 있다. 소재 1의 경도는 기준 1050보다 약 35% 더 큰 반면에 소재 2의 경도는 1050보다 약 43% 더 컸다.

사용된 윤활제는 Sapilub GR8이었다. 표 6은 기준 소재 1050, 소재 1 및 소재 2로 만들어진 100kg 슬러그들의 윤활 매개변수와 윤활 중량을 예시한다. 기준 소재 1050(GTTX)에 사용된 윤활 물질은 소재 1 및 소재 2(GR8)를 포함하는 슬러그에 사용된 윤활제와 다름을 주시해야 한다.

윤활 공정은 모든 슬러그들의 오프라인 텀블러에 대해 수행되었다. 윤활 비율의 차이는 표면 처리의 유형에 따른 것이다 (텀블링을 거친 표면에는 쇼트 블라스팅의 표면 처리보다 더 적은 윤활제가 요구된다.)

사용한 모노블럭 다이는 소결된 표준 카바이드 GJ15 - 1000HV였다. 펀치 헤드는 Bohler S600 - 680HV였다. 다이의 형상은 원뿔이었다.

튜브에 대한 브러싱을 실시하여 육안으로 확인할 수 있도록 새겨진 자국과 긁힘을 드러나게 했다. 용기에 적용한 내부 바니쉬는 PPG HOBA 7940-301/B(페놀 에폭시)였다. 내부 바니쉬 페놀 에폭시 PPG 7940의 적용에 사용된 설정값은 표준이었다. 경화 온도 및 시간은 각각 약 250℃ 그리고 약 8분 30초였다. 내부 바니쉬 이후 다공성에 관련된 문제는 없었다.

용기에 백색 기저 코팅 및 광택을 적용했다. 인쇄된 디자인도 용기에 추가되었다.

실시예 1

실시예 1에서는 소재 1 및 소재 2 그리고 직경이 약 44.65mm이며 높이가 약 5.5mm인 슬러그를 활용했다. 슬러그 물질의 질량은 약 23.25g이었다. 트리밍 이전 그리고 처리 이후 용기의 최종 치수는 높이가 약 150mm ± 약 10mm 그리고 직경이 약 45.14mm였다. 최종 용기의 두께는 약 0.28mm ± 0.03mm였다. 용기의 최종 질량은 약 23.22g였다. 표준 네킹 공구 작업이 사용되었다.

소재 1 슬러그는 튜브의 내부와 외부 모두에 새겨진 자국이나 긁힘이 없을 때 일반적으로 그 성능이 더 좋은 경향이 있다. 소재 2 슬러그는 긁힘에 더 민감하며 펀치 헤드 표면에 대한 마모성이 더 크다. 소재 2 슬러그를 사용한 이후, 펀치 헤드가 마모되어 교체할 필요가 있었다. 용기의 매개변수와 부합하려면 더 큰 펀치가 필요할 수 있다.

실시예 2

실시예 2에서는소재 1 및 소재 2 그리고 직경이 약 44.65mm이며 높이가 약 5.0mm인 슬러그를 활용했다. 슬러그 물질의 질량은 약 21.14g이었다. 트리밍 이전 그리고 처리 이후 용기의 최종 치수는 높이가 약 150mm ± 약 10mm 그리고 직경이 약 45.14mm였다. 최종 용기의 두께는 약 0.24mm ± 0.03mm였다. 용기의 최종 질량은 약 23.22g였다. 직경이 더 큰 파일럿을 사용했다. 파일럿의 직경은 약 0.1mm였다.

완전히 새로운 프레스 다이와 펀치 헤드의 사용으로 인해 벽 두께(약 0.02mm 미만)에 대한 이심률은 거의 없었다. 마찬가지로, 소재 1의 슬러그에서 소재 2의 슬러그보다 더 높은 성능이 나타났다. 실제로, 실험 1의 결과와 유사한 정도 이상으로 소재 1에 의한 용기의 내부와 외부 모두에서 보이는 긁힘이 거의 없었다. 소재 2 슬러그를 사용했을 때, 6-7ku 이후 용기의 외부에는 가끔 그리고 용기 내부에 주로 긁힘이 나타났다. 이 밖에, 펀치 헤드가 상당히 마모되었다. 제 5도는 강철 펀치 헤드와 소결된 카바이드 프레스 다이를 예시한다. 모든 소재 1 슬러그를 압착한 이후, 펀치 헤드 표면에는 어떠한 새겨진 자국도 없었다. 소결된 카바이드의 프레스 다이는 가장자리 전체가 상당히 손상되었다. 2가지 실험 모두에서 프레스의 속도는 약 175cpm였으며 두 실험 모두 커다란 중단 없이 실행되었다.

표 7은 소재 1 및 2의 실험 1 그리고 소재 1 및 2의 실험 2에서 의논된 매개변수를 사용하여 제작된 샘플들의 압출 힘을 예시한다. 기준 소재 1050도 제시되어 있다.

슬러그에 사용된 소재나 시작 치수와 관계 없이 샘플들 전반에 걸쳐 압출 힘의 상당한 증가는 없었다. 그 값들은 최종 용기 크기에 대한 안전성 한도보다 훨씬 작았다.표 8은 실험 1의 슬러그 치수를 사용한 소재 1 및 2의 튜브 매개변수 그리고 실험 2의 슬러그 치수를 사용한 소재 1 및 2의 튜브 매개변수를 예시한다.

표 8에 예시된 바와 같이, 하단 두께는 실험 2, 소재 2를 제외하고 모든 소재의 허용 범위를 벗어나지 않았다. 하단 벽 두께 허용치 및 상단 벽 두께 허용치는 실험 2 소재로 달성할 수 없었다. 표 9는 부품 깊이(mm) 및 내부 코팅의 무결성에 대한 측정치인 다공성(mA)을 예시한다.

실험 1 및 실험 2 매개변수의 치수를 가진 튜브들에 대해 소재 1 및 소재 2 슬러그를 사용하여 적절히 네킹을 실시했다. 가벼운 캔의 작업에는 새 파일럿이 필요했으며, 네킹 형상 및 모든 치수 매개변수는 사양에 규정된 내용을 준수했다. 컬링 이전 침니 두께(백색 기저 코팅을 포함하여 약 0.45에서 약 0.48mm)는 충분히 두꺼웠다. 또한, 네킹에서 트리밍 길이는 약 2.4mm로 충분했다.소재 1 및 소재 2로 만들어진 슬러그들은 네킹 스테이션에서의 벌징 이후 다공성을 형성했다. 벌징 깊이를 감소시키면 다공성 수준이 정상으로 돌아왔다. 그리고, 소재 2에 있어서 벌징 깊이를 두 번째로 감소시키면 다공성의 문제의 해결에 도움이 되었다.경량의 캔에서도 압력 저항에 대한 결과는 매우 놀라웠다. 놀랍게도, 소재 1 슬러그의 마그네슘 및 철 백분율이 소재 2의 슬러그보다 적은 경우에도 소재 1 슬러그의 압력 저항(약 +2바)이 더 높다. 그 원인은 분명하지 않지만, 배치 어닐링 대비 소재 1에 대해 수행된 연속 어닐링의 결과일 수 있다. 제 6도는 캔의 일차 변형 압력 저항을 예시하고 제 7도는 캔의 파열 압력을 예시한다. 제 8도는 용기 질량 및 합금 성분을 예시한다. 본 발명의 다양한 구현예들을 상세히 설명했지만, 이러한 구현예의 변형 및 변경을 실시할 수 있다는 점은 당업자에게는 분명하다. 하지만, 그러한 변형 및 변경도 다음 특허 청구의 범위에 명시된 바와 같이 본 발명의 범위와 기본 정신을 벗어나지 않는다. 더욱이 여기서 설명한 발명(들)은 다른 실시예들을 가능케 하거나 다양한 방법으로 실천하거나 실시할 수 있다. 또한, 여기서 사용된 구절과 용어들은 설명의 목적을 위한 것이라도 제한적이지 않고 더 많은 의미를 내포하고 있다는 점을 간과하면 안 된다. 여기서 "포함되는", "포함하는" 또는 "추가하는" 및 이들의 변종들은 그 이후에 나열된 항목들 그리고 그에 대한 동등한 내용은 물론 추가의 항목들을 포괄하는 것을 의미한다.

Claims (7)

1. 단부 마개(end closure)를 수용할 수 있는 금속 용기를 형성하는 충격 압출 공정에서 사용되는 알루미늄 합금 조성물에 있어서,
   97 wt. % 이상, 100 wt. % 미만의 Al;
   0.10 wt. % 이상의 Si;
   0.25 wt. % 이상의 Fe;
   0.05 wt. % 이상의 Cu;
   0.07 wt. % 이상의 Mn; 및
   0.05 wt. % 이상의 Mg
   을 포함하고,
   잔부는 불가피한 불순물인, 알루미늄 합금 조성물.
2. 제 1항의 알루미늄 합금 조성물에 있어서, 재생 스크랩 및 1070 또는 1050 합금의 적어도 하나가 포함되며 상기 적어도 하나의 재생 스크랩 합금은 3104 합금, 3004합금, 3003합금, 3013합금, 3103합금 및 3105합금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 알루미늄 합금 조성물.
3. 제 1항의 알루미늄 합금 조성물에 있어서, 10-60%의 3105, 3004, 3003, 3103, 3013 또는 3104 알루미늄 합금 그리고 40-90%의 1070 또는 1050 합금으로부터 혼합되는 알루미늄 합금 조성물.
4. 제 1항의 알루미늄 합금 조성물에 있어서,
   98.47 wt. % 알루미늄;
   0.15 wt. % Si;
   0.31 wt. % Fe;
   0.09 wt. % Cu;
   0.41 wt. % Mn;
   0.49 wt. % Mg;
   0.05 wt. % Zn;
   0.02 wt. % Cr; 및
   0.01 wt. % Ti
   으로 구성되는 알루미늄 합금 조성물.
5. 제 1항의 알루미늄 합금 조성물에 있어서,
   99.3 wt. % 이하의 Al;
   0.40 wt. % 이하의 Si;
   0.50 wt. % 이하의 Fe;
   0.20 wt. % 이하의 Cu;
   0.65 wt. % 이하의 Mn; 및
   0.75 wt. % 이하의 Mg
   을 포함하는 알루미늄 합금 조성물.
6. 제 1항의 알루미늄 합금 조성물에 있어서,
   상기 알루미늄 합금 조성물의 표면 산화를 감소시키기 위해 간접 가열 공정에서 재생 및 비재생 알루미늄 물질들을 용융하여 슬러그(slug)가 형성되는 알루미늄 합금 조성물.
7. 0.5 kg/미터 톤 내지 1.3 kg/미터톤의 농도로 붕화 티타늄을 더 포함하는 제1항의 알루미늄 합금 조성물.

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