KR20190091502A - 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료 및 그 제조 방법 - Google Patents

고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 코딩 구리층과 알루미늄 코어 기질을 포함하고, 코딩 구리층과 알루미늄 코어 기질 사이에 원자간 결합된 야금 결합층이 형성되고 상기 결합층의 두께는 5~35um이고 결합강도는 40Mpa이상이며 결합층에 확산 분포된 구리-알루미늄 금속 간 화합물이 존재하고 구리 기질에 가까운 일측의 확산층의 성분은 균일하고 두께는 좁으며 알루미늄 기질에 가까운 일측의 확산층은 두가지 이상의 성분이 혼합된 메쉬 구조를 나타내고 두께가 넓다. 구리-알루미늄 복합재료의 구리-알루미늄 사이의 결합은 야금 결합 상태에 달하고 대응되는 결합강도는 40MPa 이상에 달한다. 구리-알루미늄 복합재료의 측변의 구리층은 평면 구리층의 두께의 약 1.6~2배이고 측변의 코딩 구리층의 두께는 대 전류의 충격 및 방열을 충분히 만족시킬 수 있다. 구리-알루미늄 복합재료의 연장율은 30% 이상이고 새로우 분야에서 응용되는 비틀림, 스크류 및 측면 굽힘 가공을 실현할 수 있다.

Description

고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료 및 그 제조 방법
본 발명은 복합재료 기술 분야에 관한 것으로, 특히 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
구리-알루미늄 복합재료는 구리 코딩 알루미늄 열, 구리 코딩 알루미늄 버스로도 불리우며 그 외층은 구리이고 코어는 알루미늄이며 복합되어 형성된 것이다. 기존의 구리-알루미늄 복합재료의 외층인 구리와 코어인 알루미늄의 결합 방식은 일반적으로 기계적 결합이고, 즉 소위 구리 코딩 알루미늄이고, 그 외층인 구리와 코어인 알루미늄은 고체 작용하에 누르는 힘에 의하여 하나로 접착되고 이러한 결합 방식에서 구리-알루미늄의 계면의 결합강도가 낮아 외력의 작용하에 쉽게 구리와 알루미늄이 분리되는 현상이 나타나게 된다. 고배율 현미경에서 관찰 시, 구리-알루미늄 사이에 서로간의 확산층이 발견되지 않았지만 현미경을 500 ~ 1000배로 확대하여 관찰하였을 경우, 구리-알루미늄 계면에 선명한 틈새가 있고 이는 기계적 결합 방식하에 구리 코딩 알루미늄 재료의 결합강도가 낮음을 설명한다. 특허 "개량형 구리 코딩 알루미늄 열 및 그 제조 방법"(특허번호 CN201010591239.2) 에 있어서 알루미늄로드를 용해된 구리액에 통과시켜 구리-알루미늄의 복합체를 형성하는 작업에 어려움이 있고 알루미늄의 용점은 660도로 구리의 용점인 1083도보다 훨씬 낮고 알루미늄로드가 용해된 구리액을 통과할 때 용해되어 복합될 수 없게 되고 이러한 구조의 구리 코딩 알루미늄 열은 거시적으로 및 미시적으로 구리-알루미늄 계면의 결합강도를 보장할 수 없게 된다.
기존의 구리-알루미늄 복합재료는 각종 응용분야에서 통상적인 굴곡, 펀칭, 밀링, 타래짓기, 리베팅 등 방식의 가공이 수행되는 외, 제품 사용에 대한 요구가 끊임없이 높아짐에 따라 비틀림, 스크류 및 측면 굽힘 등 가공 방식이 제출되었고 이로하여 구리-알루미늄 복합재료는 높은 변형력과 높은 결합강도를 구비하여야 하고 가공 요구를 완성하였을 때 구리-알루미늄 계면이 파괴되지 않도록 보장하여야 한다. 하지만 일반적으로 구리-알루미늄 복합재료의 연장율은 3~20%로 비틀림, 스크류 및 측면 굽힘의 가공 요구를 만족시킬 수 없고 가공 후 제품 표면에 쉽게 셀룰라이트 문제가 나타나고 구리-알루미늄 계면에 쉽게 균열 분리 현상이 나타나며 이러한 불량 제품의 사용과정에 제품 표면에 분포되는 전류 밀도가 아주 불균형하고 균열 분리 부위의 전류 밀도가 상대적으로 커서 분리 부위가 뜨거워지고 심지어 용락된다. 그리고 균열 분리 부위의 구리-알루미늄 사이에 전기 화학 부식이 나타나서 안전 사고를 가져올 가능성이 있다.
상기한 바와 같이, 기존의 구리-알루미늄 복합재료에 하기와 같은 문제점이 존재한다 : ① 구리-알루미늄 사이의 결합 성능이 약하고 복합재료에 본질적으로 요구되는 야금 결합 상태에 달하지 못하며 대응되는 결합강도도 낮다. ② 넓은 모양의 구리-알루미늄 복합재료의 경우, 코딩 구리층의 두께 분포에 설계상 문제가 존재하고 좁은 코딩 구리층의 두께는 얇으며 전류 밀도가 크고 전류 충력을 지원할 수 없게 되고 좁은 코딩 구리층은 쉽게 뜨거워지고 방열성이 낮다. ③ 기존의 구리-알루미늄 복합재료의 가공 성능에 의하면 통상적인 굴곡, 펀칭, 밀링, 리베팅 태핑 등 방식의 가공만을 실현할 수 있을 뿐 새로운 분야에서 응용되는 비틀림, 스크류 및 측면 굽힘 등 방식의 가공을 실현할 수 없다.
현재, 구리-알루미늄 복합재료를 생산하는 방법은 하기와 같은 몇가지가 있다 : ① 코딩 용접 방법, 구리를 알루미늄로드의 외주면에 코딩하고 용접 방법으로 구리의 이음매를 용접한 다음 여러차례의 인발 성형을 수행한다. ② 케이싱 압연 방법, 알루미늄 봉을 구리 관내에 삽입하고 압연 압축을 통하여 구리 관과 알루미늄 봉 사이에 고상 결합 성형시키는 방법이다. ③ 코어 주조 방법, 구리 관의 하부를 밀봉시키고 용해된 알루미늄액을 구리 관내에 붓고 알루미늄액이 응고된 후 구리-알루미늄 복합 봉의 반제품을 형성하며, 그 다음 압연, 인발 성형시킨다. ④ 정역학 액체 압출 방법, 대형 압출 기기를 이용하여 대구경의 구리 관과 순수한 알루미늄 봉을 대압력하에서 압출 성형시킨다. ⑤ 알루미늄 코이 표면에 구리층을 도금하고 압연 성형한다.
상기 방법 ①과 방법 ②는 기본적으로 고체 결합 방법을 이용하고, 즉 소성 변형을 통하여 고체상태의 구리와 알루미늄 두가지 금속으로 하여금 외부 압력하에 기계 결합을 형성하도록 하여 구리-알루미늄 사이에 선명한 상호 확산층이 없고 결합강도가 아주 낮다. 상기 방법 ③은 알루미늄액의 주조 과정이 연속적이지 않고 안정적이지 않으므로 아주 쉽게 구리 관이 용락되고 한번에 주조되는 길이가 한정되었으므로 수율과 생산 효율이 낮고 제품성이 불안정한 문제가 존재한다. 상기 방법 ④에 대하여 국내에는 아직 보도된 것이 없고 정역학 액체 압출 기술은 영국에서 응용되고 있고 생산자인 Bmker는 대형 정역학 액체 압출기를 사용하여 구리 관과 코어 알루미늄로드를 압출 변형시켜 구리-알루미늄 사이의 고상 결합을 실현하고 그 다음 각종 모형으로 구리-알루미늄 복합재료를 성형시키는데 이러한 방법은 사용되는 기기에 대한 요구가 아주 높고 연속적으로 생산할 수 없으며 생산 효율이 낮고 소비가 크며 공정에 대한 요구가 복잡하고 제조 단가가 높으며 대량 생산에 적합하지 않다. 상기 방법 ⑤는 구리층을 도금하는 두께가 한정되었고 일반적으로 도금되는 두께가 기타 방법에 이용되는 구리 관의 두께보다 훨씬 얇고 구리층이 쉽게 탈락되며 제품의 품질을 확보할 수 없는 문제가 존재한다.
기술과제
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여, 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료 및 그 제조 방법을 제공한다.
과제의 해결방안
기술 해결방안
본 발명의 기술방안은 하기와 같이 실현된다 : 코딩 구리층과 알루미늄 코어 기질을 포함하고, 상기 코딩 구리층과 알루미늄 코어 기질 사이에 원자간 결합된 야금 결합층이 형성되고 상기 결합층의 두께는 5~35um이고 결합강도는 40Mpa이상이며 결합층에 확산 분포된 구리-알루미늄 금속 간 화합물이 존재하고 구리 기질에 가까운 일측의 확산층의 성분은 균일하고 두께는 좁으며 알루미늄 기질에 가까운 일측의 확산층은 두가지 이상의 성분이 혼합된 메쉬 구조를 나타내고 두께는 넓으며 넓은 모양의 구리-알루미늄 복합재료의 측면의 구리층의 두께는 평면 구리층의 두께의 1.6~2배인 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료를 제공한다.
고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료를 제조하는 방법은 하기 공정 단계를 포함한다 :
1), 알루미늄 용해
원재료인 알루미늄 주괴를 알루미늄 용해로에 투입하여 용해시키고 비율에 따라 1.5‰~5‰ 함유량의 A1B3와 3‰~7‰의 NH4C1를 알루미늄 용해로에 투입하며 고 순도의 이물질 제거와 탈기를 수행하고, 용해로에 매번 투입하는 량은 100kg~400kg이고 대응되는 탈기 교반봉의 회전 속도는 100~400r/min이고 탈기 교반기에 투입하는 고 순도 아르곤의 흐름량을 0.1~0.5L/min로 제어하고 탈기 시간은 15~20min로 제어하며 찌꺼기 제거 및 탈기후의 알루미늄액은 사용할 수 있고, 알루미늄액의 온도는 770~820도 사이로 제어되고 이때 알루미늄 용해로의 전력을 50~70kw 사이로 제어하며,
2), 구리 용해
원재료인 표준 음극 전해 구리판을 무산소 구리 용해로에 투입하고 전해 구리판 표면의 동청 및 오염물질을 연마기로 연마 처리를 수행하고 구리 용해로의 본체는 용해영역, 보온영역, 정지영역의 3개 영역으로 나누어 지고 전해 구리판은 용해영역에 투입되고 투입 간격은 3~5min이고 구리액의 온도는 1150~1180도 사이로 유지되고 용해된 구리액은 보온영역으로 흐르며 이때 온도를 조절하여야 하고 보온을 완성한 후의 구리액은 정지영역으로 흘러서 구리 사용을 대기하며,
3), 구리-알루미늄 복합
상기한 제1 단계에서 얻은 구리액과 제2 단계에서 얻은 알루미늄액을 각각의 유통 통로를 통하여 복합시키고 구리액은 구리 관로에 따라 복합실로 흘러들어가고 알루미늄액은 코어의 알루미늄 관로에 따라 복합실로 흘러들어가서 두 액체가 복합로에서 복합 모형 및 주위의 결정기, 2차 3차 냉각장치에 의하여 외층이 구리이고 코어가 알루미늄인 구리-알루미늄 복합봉 반제품을 형성하고, 복합 주조 온도를 1200±5도로 제어하고 결정기의 냉각수 회수 온도를 50~60도로 제어하며 흐름량을 4~8L/min로 제어하고, 결정기에 2차 3차 냉각장치가 연결되고 2차 3차 냉각장치의 냉각수의 흐름량은 약 12~25L/min이고 봉 반제품의 견인 속도를 110~180mm/min로 제어하며,
4), 구리-알루미늄 복합봉 반제품의 압연
제3 단계에서 제조된 구리-알루미늄 복합봉 반제품을 압연하고 압연 기기는 2롤러 반전가능 압연기이고, 압연기의 양측에 어펜더가 장착되어 자동적으로 뒤집고 롤러는 상자 구멍 모양으로 직사각형 단면의 구리-알루미늄 복합봉 반제품을 넓은 모양의 단면의 구리-알루미늄 복합 중간 제품으로 압연하고, 압연시 롤러 간격을 통상적으로 2~3mm로 설정하며 압연 속도는 10~40m/min이고,
5), 측변 표층 처리
압연을 완성한 구리-알루미늄 복합 압연 재료의 측변의 재료가 공급될 때 전송롤러의 전동하에 압축 상태에서 균일한 속도로 전동되며 측변 표층 처리 기기로 들어가고 기기의 연삭 롤러가 구리-알루미늄 복합 압연 재료의 측변에 접촉되고 연삭 롤러의 고속 회전을 통하여 공급된 재료의 접촉면의 표층에 연마 처리를 수행하고,
6), 평면 표층 처리
제5 단계의 처리를 거친 반제품의 구리-알루미늄 복합 열의 측변이 연마 처리를 거친 후, 상하 표면도 처리하여야 하고, 공급된 재료는 견인롤러의 헤드를 통하여 평면 처리 기기로 들어가고 상하 롤러의 압축에 의하여 상하 스윙을 방지하고, 공급된 재료의 전동 속도는 3~5m/min이고, 전동장치의 견인하에 공급된 재료는 균일한 속도로 전지하고 상하 평면의 가공 기기에 의하여 상하 평면의 구리층의 표층을 절삭하고 커터 삽입량은 0.10~0.15mm이고 구리층의 절삭량은 0.1~0.15mm이며,
7), 인발
제6 단계의 처리를 거친 공급된 재료를 인발하고 제1차 인발량의 가공율을 25%~30%로 제어하고 가공율은 30% 이하이고 인발후, 코일 형태로 만들거나 또는 일정한 길이의 직선 재료로 톱으로 자르고, 인발, 코일 형태로 만들거나 톱으로 자르는 과정은 모두 자동 제어되고 연속적으로 작업할 수 있으며,
8), 어닐링
어닐링은 제품 성형전의 가장 주요한 공정으로 어닐링 온도는 295~345도이고 어닐링 보온 시간은 3~4.5h이며, 그 다음 깡통에 물을 분사하여 실온으로 냉각시키고,
(9), 표면 세척
자동 재료 공급 기구가 제8 단계에서 완성된 구리-알루미늄 복합 열을 가이드 홈내에 배치하고 기기를 작동시키면 전송롤러의 작용하에 구리-알루미늄 복합 열이 우선 알칼리성 세척 탱크를 통과하고 탱크내에 브러쉬 및 에어 나이프가 설치되고 브러쉬는 표면의 오일 얼룩을 제거하고 에어 나이프는 구리-알루미늄 복합 열의 표면을 건조시키고, 이어서, 분수장치를 통과하여 표면에 남은 알칼리성 물을 제거하고 건조 후 산성 세척 탱크로 진입하고, 산성 세척 탱크내에도 동일하게 브러쉬 및 에어 나이프가 설치되었고 산성 세척 처리를 완성한 후, 한차례의 세척 건조를 거친 후 패시베이션 탱크로 들어가고, 패시베이션 탱크내에는 패시베이션 공정에 따라 패시베이션 액체가 배치되고 분사하여 패시베이션을 완성한 후 자동적으로 건조시키고 컨베이어의 견인하에 패시베이션 탱크로부터 배출되고 이어서 자동 제품 수집 장치가 표면의 세척 패시베이션을 완성한 구리-알루미늄 복합 열을 수집대에 배치한다.
상기 인발 공정중의 가공율이 두께h≥10mm인 경우, 25%〉가공율≤30%이고, 6mm≤두께h<10mm인 경우, 20%〉가공율≤25%이고, 3mm≤두께h<6mm인 경우, 15%〉가공율≤20%이며, 두께h<3mm인 경우, 가공율≤15%인 것이 바람직하다.
상기 어닐링 공정에서 탱크형 어닐링과 온라인 감응 어닐링을 이용하는 것이 바람직하다.
규격 폭이 80mm이상인 구리-알루미늄 복합 열은 온라인 감응 어닐링을 이용하고 규격이 80mm이하인 구리-알루미늄 복합 열은 탱크형 어닐링을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 압연 공정에서 구멍형 9차례 인발 공정을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 인발 공정에서 원판형 인발, 액압 인발과 무한궤도 인발 공정을 이용하는 것이 바람직하다. 폭 규격≤30 mm이면 원판형 인발 인발 또는 액압 인발 또는 무한궤도 인발을 이용하고, 30mm<폭 규격≤120mm인 경우, 액압 인발 또는 무한궤도 인발을 이용하며, 6m/min≤원판형 인발 속도≤60m/min, 50m/min≤무한궤도 인발 속도≤80m/min, 액압 인발 속도≤8m/min이다.
발명의 유익한 효과
유익한 효과
본 발명은 하기와 같은 유익한 효과가 있다 : 본 발명의 고 강도 구리-알루미늄 복합 전도성 재료 구리-알루미늄 사이의 결합이 야금 결합 상태에 달하고 대응되는 결합강도는 40MPa를 초과하며, 구리-알루미늄 복합재료의 측변의 구리층은 평면보도 두껍고 평면의 구리층 두께의 약 1.6~2배에 달하며 측변 코딩 구리층의 두께는 큰 전류의 충격 및 방열을 충분히 만족시킬 수 있으며, 구리-알루미늄 복합재료의 연장율은 30% 이상이고 새로운 분야에서 응용되는 비틀림, 스크류 및 측면 굽힘 가공을 실현할 수 있다.
1) 본 발명은 알루미늄액에 대한 특정 처리 및 설정된 탈기 공정을 통하여 알루미늄액이 고 순도 저기체함유량의 정화 알루미늄이고 이와 동시에 용해로의 냉각량을 제어하므로서 에너지 소비 및 열 손실을 6~8% 줄일 수 있다.
2) 전해 구리판의 표면 동청 및 오염물질을 연마기로 연마 처리하고 용해로를 3개 부분으로 분리하여 용해, 조절, 안정적 상태를 실현하며 밀폐식 두껑이고 용해된 구리액의 표층에 흑연구와 목탄이 있어서 커버하여 보호하여 산화를 방지하며, 이렇게 처리하여 저 수소 저 산소 효과를 실현하고 수소와 산소의 함유량을 10PPM 이하로 제어하여 구리액의 함유량을 저하시켜 후속 생산되는 제품에 기포가 발생하는 것을 피면할 수 있다.
3) 구리-알루미늄의 복합 온도를 1200±5도로 제어하고 이로하여 구리액과 알루미늄액의 유동성을 최적화하며 응고 요구를 만족시킬 수 있다. 2차 3차 냉각의 흐름량은 결정기의 냉각 흐름량의 약 3배이고 냉각수의 흐름량은 약 12~25L/min이며, 알루미늄 코어가 응고될 때 발생되는 결정 잠열을 제거하고 냉각후의 봉 반제품으로 하여금 상온 상태에 달하도록 하는 작용을 실현한다.
4) 주조 온도와 냉각을 결합하여 실현하고 복합 주조 온도를 1200±5도로 제어하고 견인 속도를 110~180mm/로 제어하며 결정기의 냉각수 회수 온도를 50~60도로 제어하고 흐름량을 4~8L/min로 제어하며 구리-알루미늄 결합층의 두께를 5~35μm로 제어하고, 구리, 알루미늄 기질 사이에 명확한 확산층이 존재하며, 즉 야금 결합층이 존재하며 구리-알루미늄 사이에서 원자간 결합을 실현한다.
5) 롤러로는 상자 구멍 모양을 이용하여 구리-알루미늄 복합 열의 계면 결합강도의 강화에 유리하고 결합강도는 40Mpa를 초과하고(기타 방법으로 제조된 구리-알루미늄 복합 열의 결합강도는 이에 달하기 힘들다.）, 이와 동시에 후속되는 여러 차례의 압연의 압연량을 분담할 수 있어 압역량이 크고 재료 가공이 경화되어 압연이 균열되는 현상을 피면할 수 있다.
6) 측면 처리와 평면 처리 가공 공정으로 기존의 표면 처리 방식을 대체하여 가공 속도를 2.2배 향상시키고 재료 표면의 눌림 자국, 주조 무늬, 삼각형 균열 등 문제를 제거할 수 있다.
7) 인발 공정에서 자동적으로 연속 작업을 수행할 수 있고 이와 동시에 수집 방출 장치가 배치되어 수집하거나 방출할 수 있고 직선형 재료를 생산할 때에는 요구된 사이즈에 따라 톱으로 자를 수 있고 이론적으로는 무한 길이의 재료를 공급할 수 있다.
더욱 잘 이해하고 실시하도록 아래 본 발명의 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료 및 그 제조 방법을 상세한게 설명한다. 본 발명중의 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료는 알루미늄 열 기질과 구리층을 포함하고, 코딩 구리층과 알루미늄 코어 기질 사이에 원자간 결합된 야금 결합층이 형성되고 결합층의 두께를 25μm로 제어하고 이 결합층은 일반적인 구리-알루미늄 결합과 다르고 결합강도가 40MPa에 달하여야 하고 그중에 구리-알루미늄 금속 간 화합물 CuAl2, Cu9Al4, CuAl이 분산된다.
구리층 두께가 서로다른 주조 모형을 설계하고 후속되는 가공에서 수평 구명과 수직 구명을 교대로 압연하는 방식으로 좁은 구리층이 두꺼운 제품을 생산하여 구리-알루미늄 복합 열의 측면의 구리층 두께가 평면 구리층의 두께의 1.8배에 달하도록 하며 이러한 제품은 "피부효과" 등 전기학적 원리에 부합되고 넓은 모양의 구리-알루미늄 복합 재료의 좁은 면 방열이 어렵고 차단이 부족한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명중의 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료의 제조 방법은 하기 단계를 포함한다 :
가, 구리-알루미늄 복합봉 반제품의 주조
1. 알루미늄 용해
원재료인 1070(또는 동일한 1060)형 알루미늄 주괴를 알루미늄 용해로에 투입하여 용해시키고 비율에 따라 3‰ 함유량의 A1B3와 5‰의 NH4C1를 알루미늄 용해로에 투입하며, 알루미늄 용해로는 중간 주파수 감응 용해로이고 알루미늄 용해로의 정격 전력은 500KW이다. 매번 투입량은 200kg이고 대응되는 탈기 교반봉의 회전 속도는 20Or/min이며 탈기 교반기로 고 순도의 아르곤을 투입하는 흐름량을 0.2IL/min로 제어하고 탈기 시간은 18min로 제어하여, 이와 같은 대응되는 파라미터 비율에 의하여 각 용해로의 루미늄액의 기체를 께끗이 제거할 수 있다. 알루미늄액 온도를 780도로 제어하고 이때 알루미늄 용해로의 전력을 60kw 사이로 제어하고 이러한 제어 범위의 온도에 의하면 연속 주조 공정의 온도 요구를 만족시킬 수 있고 냉각수를 줄여 열 손실을 줄이며 에너지 소비를 최대로 줄일 수 있다.
2. 구리 용해
원재료인 표준 음극 전해 구리판을 무산소 구리 용해로중의 용해영역에 투입하고 전해 구리판 표면의 동청 및 오염물질을 연마기로 연마 처리를 수행하고 원료 투입 간격은 3~5min이고 용해된 구리액은 보온영역으로 흐르며 보온을 완성한 후의 구리액은 정지영역으로 흘러서 구리 사용을 대기하며, 구리 용해로의 본체는 용해영역, 보온영역, 정지영역의 3개 영역으로 나누어 진다. 전해 구리판은 용해영역에 투입되고 구리액의 온도는 1150~1180도 사이로 유지되고 보온영역과 정지영역의 온도는 1200±10도 사이로 유지되며, 이와 같이 제어하므로서 구리액이 응고되는 고정에 필요한 결정 잠재력을 보전하고 구리-알루미늄 복합 과정에 필요한 열에너지를 보중하여 야금 결합을 실현할 수 있게 된다.
구리 용해로 전체는 밀폐형 두껑을 구비하고 용해된 구리액의 표층에 흑연구와 목탄이 있어서 커버하여 보호하여 구리액의 산화와 기체 흡입을 방지하며, 이렇게 처리하여 저 수소 저 산소 효과를 실현하고 수소와 산소의 함유량을 10PPM 이하로 제어하여 구리액의 기체 함유량을 저하시켜 후속 생산되는 제품에 기포가 발생하는 것을 피면할 수 있다.
3. 구리-알루미늄 복합
상기한 제1 단계와 제2 단계에서 얻은 구리액과 알루미늄액을 각각의 유통 통로를 통하여 복합시키고 구리액은 결정기에 의하여 냉각되어 응고된 구리판을 형성하고 코어 알루미늄액은 알루미늄 관로에 따라 구리 관 내부로 들어가서 재다시 결정기 내부의 구리 커버, 구리 관에 의하여 냉각되어 응고된 코어 알루미늄을 형성하며, 마지막으로 2차 3차 냉각장치의 냉각을 거쳐 구리-알루미늄 복합봉 반제품을 형성한다. 구리액은 구리 관로를 통하여 복합실로 들어가고 복합 주조 온도는 1205도로 제어되고 알루미늄액은 코어의 알루미늄 관로를 통하여 복합실로 들어가며 두 용액은 복합로에서 복합 모형 및 주위의 결정기, 2차 3차 냉각장치에 의하여 외층이 구리이고 코어가 알루미늄인 구리-알루미늄 복합봉 반제품을 형성한다.
결정기의 냉각수 회수 온도를 55도로 제어하고 흐름량을 6L/min로 제어하며 결정기에 2차 3차 냉각 장치가 연결되고 2차 3차 냉각수의 흐름량은 약 18L/min이며 결정기의 냉각수 흐름량의 3배이며, 봉 반제품의 견인 속도를 150mm/min로 제어한다. 구리, 알루미늄 기질 사이에는 선명한 상호 확산층이 존재하고, 즉 야금 결합층이 존재하고 구리-알루미늄 사이는 원자간 결합을 실현하며, 결합층에는 확산 분포된 금속 간 산화물 CuAl2, Cu9Al4, CuAl이 존재한다. 구리 기질에 가까운 일측의 확산층의 성분은 균일하고 두께는 좁으며 알루미늄 기질에 가까운 일측의 확산층은 두가지 이상의 성분이 혼합된 메쉬 구조를 가지고 두께는 넓다.
나, 압연
1) 분괴 압연
반전가능 압연기의 어펜더에 의하여 A1를 90도 회전시키고 롤러 간격을 적당히 조절하며 수직 구멍형 E로 압연하고, 미주조품 규격과 압연 규격의 차이에 따라 압축율도 명확한 차이가 있다. 통상 작은 규격의 미주조품을 큰 규격의 구리-알루미늄 복합 열로 압연할 때, 압연 재료가 충분한 신장 폭을 구비하여야 하므로 압출율이 상대적으로 작다. 하지만 대 규격의 미주조품을 소 규격의 구리-알루미늄 복합 열로 압연할 때, 압연 재료가 큰 수축 폭을 구비하여야 하므로 압축율이 상대적으로 크며, 압축율이 5%~23% 사이이다. 수직 구멍형 E의 측변 경사도가 일반적으로 3도~9도 사이이고 측벽 경사도가 너무 크면 어펜더에 대한 요구가 더욱 높고 뒤집은 후 압연 재료의 작업이 안정적이지 않고 다음 유형의 구멍에 진입할 때 정확하게 맞추기 어렵우며 압연 재료가 물림 시 쉽게 비틀리고, 그리고 경사도가 클수록 압연 재료에 의한 구멍 측벽에 대한 마손이 엄중하며 이와 동시에 구리가 쉽게 구멍 측벽에 부착되고 압연 재료의 결합강도에 아무런 도움도 없으며, 주로 수직 압연시 나타나고 수평 구멍형의 경우 홈 깊이가 작으므로 수평 압연시 이러한 문제가 선명하지 않다. 그리고 측벽의 경사도가 너무 작을 수도 없고 측벽의 경사도가 너무 작으면 압연 재료의 물림과 던지는 것을 방해하게 되고 롤러의 리컨디셔닝에 불리하고 롤러의 이용율이 낮아지게 된다.
2) 제1차 수직 구멍형 압연（수직 압연）
반전가능 압연기의 어펜더로 A1을 90도 회전시키고 수직 구멍형 E로 압연하고 압축율은 20% 사이이다. 수직 구멍형 E의 측벽 경사도는 일반적으로 7도 사이이고 제1차 수직 압연을 거친 압연 재료를 A2라고 한다.
3) 제2차 수평 압연
반전가능 압연기의 어펜더로 A2를 90도 회전시키고 적당한 롤러 간격을 조절하며 수평 구멍형 F로 압연하며 압축율은 55% 사이이고 수평 구멍형 F의 측벽 경사도는 14도 사이이고 이번의 압연 후, 압연 재료의 표면 상태는 거친 상태로부터 매끈하게 변화하였고 이때 얻은 압연 재료를 A3이라고 한다.
4) 제2차 수직 압연
반전가능 압연기의 어펜더로 A3을 90도 회전시키고 적당한 롤러 간격을 조절하며 수직 구멍형 G로 압연하고 압축율은 15% 사이이고 수평 구멍형 G의 측벽 경사도는 5도 사이이고 이때 얻은 압연 재료를 A4라고 한다.
5) 제3차 수평 압연
반전가능 압연기의 어펜더로 A4를 90도 회전시키고 적당한 롤러 간격을 조절하며 수평 구멍형 H으로 압연하고 압축율은 22% 사이이고 수평 구멍형 H의 측벽 경사도는 13도 사이이고 이때 얻은 압연 재료를 A5라고 한다.
6) 제3차 수직 압연
반전가능 압연기의 어펜더로 A5를 90도 회전시키고 적당한 롤러 간격을 조절하며 수직 구멍형 I로 압연하고 압축율은 통상 8% 사이이고 수직 구멍형 I의 측벽 경사도는 5도 사이이고 이때 얻은 압연 재료를 A6이라고 한다.
7) 제4차 수평 압연
반전가능 압연기의 어펜더로 A6을 90도 회전시키고 적당한 롤러 간격을 조절하며 수평 구멍형 J로 압연하고 압축율은 16% 사이이고 수평 구멍형 J의 측벽 경사도는 8~10도 사이이고 이때 얻은 압연 재료를 A7이라고 한다.
8) 제4차 수직 압연
반전가능 압연기의 어펜더로 A7을 90도 회전시키고 적당한 롤러 간격을 조절하며 수직 구멍형 K로 압연하고 압축율은 통상 6% 사이이고 수직 구멍형 K의 측벽 경사도는 3도 사이이고 이번 압연이 마지막 압연이고 압연 재료의 수축 폭 사이즈를 엄격하게 제어하여야 하고 이때 얻은 압연 재료를 A8이라고 한다.
9) 제5차 수평 압연
반전가능 압연기의 어펜더로 A8을 90도 회전시키고 적당한 롤러 간격을 조절하며 수평 구멍형 L로 압엽하고 압축율은 통상 15% 사이이고 수평 구멍형 L의 측벽 경사도는 12도 사이이고 이번 압연이 인발전의 마지막 압연이며 압연 재료의 배출 사이즈를 엄격하게 제어하여야 하고, 즉 저강한 인발량을 사전에 남겨두어야 하고 인발 재료의 표면 상태에 명확한 영향을 주게 된다. 이때 얻은 압연 재료를 A9라고 한다.
다, 측면 연마
압연을 완성한 구리-알루미늄 복합 압연 재료를 전송롤러의 전동하에 측면 연마기내로 들어가고 측면 연마기 그룹은 4개로 나누어지고 측면 연마기의 앞부분의 두 그룹은 상부 측면의 연마를 수행하고 측면 연마기의 뒷부분의 두 그룹은 하부 평면의 연마를 수행하며 연마물체는 사포 플랩 휠이며 좁은 변의 연마량은 0.12mm로 제어하고 사용된느 측면 연마 기기로는 압축 장치가 있고 구리-알루미늄 복합 압연 재료의 상하 스윙 또는 좌우 스윙을 방지할 수 있고 좁은 변의 연마량을 나누어 수행하므로서 한번에 너무 많이 연마하는 것을 피면하고 측변 연마를 나누어 수행하는 것은 두개 좁은 변의 연마를 교대로 수행하는 것이다.
라, 밀링
공급된 재료가 코일형의 구리-알루미늄 복합 열이고 견인롤러를 통하여 밀링 머신으로 들어가며 공급된 재료는 상하 롤러의 압축하에 상하 스윙을 방지하고 공급된 재료의 전동 속도는 4m/min이고, 커터는 원형 롤러 커터 공구에 장착되며 롤러 커터 표면은 스크류형의 커터이고 그 모양은 원형 롤러형 커터이다. 커터는 두 그룹으로 나누어 지고 제1 그룹은 상부 평면을 가공하고 제2 그룹은 하부 평면을 가공하며 커터의 삽입량은 0.13mm이고 구리층의 절삭량은 0.12mm이다. 밀리된 구리 찌꺼기는 송풍기에 의하여 관로를 통하여 회수한다.
마, 인발
인발 공정 단계 :
1) 헤드 롤링. 공급된 재료의 헤드를 롤링하는 길이는 250mm이고, 공급된 재료의 롤링된 헤드측의 구리-알루미늄은 결합되고 눈으로 관찰하였을 때 구리-알루미늄 분리 형상을 발견하지 못하였다. 최적의 롤링 두께는 모형 두께보다 0.3mm 작고 최적의 롤링 길이는 모형으로 진입한 후 120mm를 노출시킨 길이이고 이렇게 롤링하면 상대적으로 쉽게 인발할 수 있고 끊어지는 현상이 나타나지 않는다.
2) 인발. 제1차 인발량은 클 수 있고 가공율은 25% 좌우로 제어하는 것이 적합하고, 최고로 30%를 초과하지 않아야 하고, 두께가 12mm인 경우, 가공율φ(φ=(1-Fl/F0)xl00%)을 25%로 제어하여야 하고 두께 인발량은 될수록 4mm를 초과하지 않는 것이 좋다. 또한 두께가 얇아짐에 따라 인발 회수가 많아지고 가공율이 작아진다.
3) 제품 수집. 제품 수집 시 자동 톱으로 절단하고 제품 길이는 6m 사이로 설정하여야 하며, 직선형 제품으로 인발한 후 임의의 3개 직선형 제품을 가지고 수평도, 길이와 외관을 검사하여 직선형 제품의 수평도, 길이와 외관이 생산 요구에 부합되도록 하였다. 수평도는 임의의 1m 길이내의 좁은 변의 완곡도가 2mm 이하이고 넓은 변의 완곡도가 5mm 이하임을 요구한다. 길이 공차는 제품 길이의 ±3‰이여야 한다.
바, 어닐링
규격 폭이 80mm 이상인 구리-알루미늄 복합 열의 경우 온라인 감응 어닐링을 수행하고, 예를 들어 규격 폭이 100mm인 구리-알루미늄 복합 열을 전송 베어링으로 전송하여 감응 코일 영역을 통과시켜 구리-알루미늄 복합 열의 내부에 감응 전류를 발생시켜 온도를 상승시키고 감응 어닐링 전류를 140A로 설정하고, 출구에서 분수 냉각장치로 고속 냉각시켜 온도가 빠르게 상승하고 빠르게 냉각되는 어닐링 효과를 실현하였다. 감응 어닐링 되는 공급된 재료의 전동 속도는 45mm/s이다. 온라인 감응 어닐링을 배출구의 적외선 온도 측정기를 통하여 구리-알루미늄 복합 열의 온도를 감시하면서 수행하고 어닐링의 온도은 약 295~345도 사이로 설정한다.
규격이 80mm이하인 구리-알루미늄 복합 열의 경우 탱크형 어닐링을 수행하고, 예를 들어 규격 폭이 60mm이고, 그 다음 구리-알루미늄 복합 열의 사이즈를 6.3m로 설정한 후 원료 공급 받침대에 배치하고 겐트리 크레인으로 가열 깡통에 투입하고, 탱크형 광택 어닐링은 서로다른 투입량에 따라 어닐링 보온 시간을 약 4.2h로 설정하고 제어함의 버튼을 통하여 가열실로 투입하고 12min 진공 상태를 유지한 후 아르곤을 0.12MPa 사이로 채우고 구리-알루미늄 복합 열의 규격에 근거하여 어닐링 온도를 330도로 설정하고 투입량에 근거하여 가열 보온 시간을 설정하여 탱크형 광택 어닐링을 수행한다. 깡통에 분수하여 냉각시키고 분사 냉각 관로를 통하여 사면에서 분수하여 깡통이 빠르고 균일하게 냉각될 수 있다.
열 처리 방법을 변경시켜 재료의 가소성 성능을 향상시키고 온라인 감응 어닐링을 수행하여 재료 온도를 아주 짧은 시간(일반적으로 6~10s)내에 350도 정도로 상승시키고, 그 다음 고속 냉각을 통하여 온도를 상온으로 하강시킨다. 이러한 어닐링 방법에 의하면 구리층 내부의 결정립이 재결정을 실현하고 결정립이 커질 수 없고 이와 동시에 구리-알루미늄 계면의 결합층을 파괴하지 않으므로 재료의 가소성 가공 성능이 우수하다. 이러한 어닐링 방법을 통하여 구리-알루미늄 복합재료의 연장율을 30~35%로 제어하여 비틀림, 스크류 및 측면 굽힘 등 가공 방식의 요구를 만족시킬 수 있다.
사, 표면 세척
구리-알루미늄 복합 열을 자동 재료 공급 기구 컨베이어에 배치하고 자동 제품 공급 및 수집 장치가 진공척을 통하여 구리-알루미늄 복합 열의 표면을 흡착하고 스크루를 통하여 상하 및 좌우 이동을 실현하여 구리-알루미늄 복합 열을 가이드 홈내에 배치하고 전송롤러의 작용하에 구리-알루미늄 복합 열은 우선 알칼리성 세척 탱크를 통과하고 탱크내에 브러쉬 및 에어 나이프가 설치되었고 브러쉬는 표면의 오일 얼룩을 제거하고 에어 나이프는 구리-알루미늄 복합 열의 표면을 건조시킨다. 이어서, 분수장치를 통과하여 표면에 남은 알칼리성 물을 물로 세척하고 건조 후 산성 세척 탱크로 들어가고, 산성 세척 탱크내에도 브러쉬 및 에어 나이프가 설치되었고 산성 세척 처리를 완성한 후 세척 건조를 거쳐 패시베이션 탱크로 들어가고, 패시베이션 탱크내에서 패시베이션 액체를 구리-알루미늄 복합 열의 표면에 분사하고 패시베이션 분사를 완성한 후 자동적으로 건조시키며, 컨베이어의 견인하에 패시베이션 탱크로부터 배출되며, 이어서 자동 제품 수집 장치가 표면의 세척 패시베이션을 완성한 구리-알루미늄 복합 열을 수집대에 배치하고 이로하여 표면 세척의 전반 공정이 완성된다.

Claims (7)

  1. 코딩 구리층과 알루미늄 코어 기질을 포함하는 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료에 있어서, 상기 코딩 구리층과 알루미늄 코어 기질 사이에 원자간 결합된 야금 결합층이 형성되고 상기 결합층의 두께는 5~35um이고 결합강도는 40Mpa이상이며 결합층에 확산 분포된 구리-알루미늄 금속 간 화합물이 존재하고 구리 기질에 가까운 일측의 확산층의 성분은 균일하고 두께는 좁으며 알루미늄 기질에 가까운 일측의 확산층은 두가지 이상의 성분이 혼합된 메쉬 구조를 나타내고 두께는 넓으며 넓은 모양의 구리-알루미늄 복합재료의 측면의 구리층의 두께는 평면 구리층의 두께의 1.6~2배인 것을 특징으로 하는 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료.
  2. 청구항 1에 기재된 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료를 제조하는 방법에 있어서,
    1), 알루미늄 용해
    원재료인 알루미늄 주괴를 알루미늄 용해로에 투입하여 용해시키고 비율에 따라 1.5‰~5‰ 함유량의 A1B3와 3‰~7‰의 NH4C1를 알루미늄 용해로에 투입하며 고 순도의 이물질 제거와 탈기를 수행하고, 용해로에 매번 투입하는 량은 100kg~400kg이고 대응되는 탈기 교반봉의 회전 속도는 100~400r/min이고 탈기 교반기에 투입하는 고 순도 아르곤의 흐름량을 0.1~0.5L/min로 제어하고 탈기 시간은 15~20min로 제어하며 찌꺼기 제거 및 탈기후의 알루미늄액은 사용할 수 있고, 알루미늄액의 온도는 770~820도 사이로 제어되고 알루미늄 용해로의 전력을 50~70kw 사이로 제어하며,
    2), 구리 용해
    원재료인 표준 음극 전해 구리판을 무산소 구리 용해로에 투입하고 전해 구리판 표면의 동청 및 오염물질을 연마기로 연마 처리를 수행하고 용해영역에 투입하고 구리액의 온도는 1150~1180도 사이로 유지되고 용해된 구리액은 보온영역으로 흐르며 보온을 완성한 후의 구리액은 정지영역으로 흘러서 구리 사용을 대기하며,
    3), 구리-알루미늄 복합
    상기한 제1 단계에서 얻은 알루미늄액과 제2 단계에서 얻은 구리액을 각각의 유통 통로를 통하여 복합시키고 구리액은 구리 관로에 따라 복합실로 흘러들어가고 알루미늄액은 코어의 알루미늄 관로에 따라 복합실로 흘러들어가서 두 액체가 복합로에서 복합 모형 및 주위의 결정기, 2차 3차 냉각장치에 의하여 외층이 구리이고 코어가 알루미늄인 구리-알루미늄 복합봉 반제품을 형성하고, 복합 주조 온도를 1200±5도로 제어하고 결정기의 냉각수 회수 온도를 50~60도로 제어하며 흐름량을 4~8L/min로 제어하고, 결정기에 2차 3차 냉각장치가 연결되고 2차 3차 냉각장치의 냉각수의 흐름량은 약 12~25L/min이고 봉 반제품의 견인 속도를 110~180mm/min로 제어하며,
    4), 구리-알루미늄 복합봉 반제품의 압연
    제3 단계에서 제조된 구리-알루미늄 복합봉 반제품을 압연하고 압연 기기는 2롤러 반전가능 압연기이고, 압연기의 양측에 어펜더가 장착되어 자동적으로 뒤집고 롤러는 상자 구멍 모양으로 직사각형 단면의 구리-알루미늄 복합봉 반제품을 넓은 모양의 단면의 구리-알루미늄 복합 중간 제품으로 압연하고, 압연시 롤러 간격을 2~3mm로 설정하며 압연 속도는 10~40m/min이고,
    5), 측변 표층 처리
    압연을 완성한 구리-알루미늄 복합 압연 재료의 측변의 재료가 공급될 때 전송롤러의 전동하에 압축 상태에서 균일한 속도로 전동되며 측변 표층 처리 기기로 들어가고 기기의 연삭 롤러가 구리-알루미늄 복합 압연 재료의 측변에 접촉되고 연삭 롤러의 고속 회전을 통하여 공급된 재료의 접촉면의 표층에 연마 처리를 수행하고,
    6), 평면 표층 처리
    제5 단계의 처리를 거친 반제품의 구리-알루미늄 복합 열의 측변이 연마 처리를 거친 후, 상하 표면도 처리하여야 하고, 공급된 재료는 견인롤러의 헤드를 통하여 평면 처리 기기로 들어가고 상하 롤러의 압축에 의하여 상하 스윙을 방지하고, 공급된 재료의 전동 속도는 3~5m/min이고, 전동장치의 견인하에 공급된 재료는 균일한 속도로 전지하고 상하 평면의 가공 기기에 의하여 상하 평면의 구리층의 표층을 절삭하고 커터 삽입량은 0.10~0.15mm이고 구리층의 절삭량은 0.1~0.15mm이며,
    7), 인발
    제6 단계의 처리를 거친 공급된 재료를 인발하고 제1차 인발량의 가공율을 25%~30%로 제어하고 가공율은 30% 이하이고 인발후, 코일 형태로 만들거나 또는 일정한 길이의 직선 재료로 톱으로 자르고, 인발, 코일 형태로 만들거나 톱으로 자르는 과정은 모두 자동 제어되고 연속적으로 작업할 수 있으며,
    8), 어닐링
    어닐링은 제품 성형전의 가장 주요한 공정으로 어닐링 온도는 295~345도이고 어닐링 보온 시간은 3~4.5h이며, 그 다음 깡통에 물을 분사하여 실온으로 냉각시키고,
    (9), 표면 세척
    자동 재료 공급 기구가 제8 단계에서 완성된 구리-알루미늄 복합 열을 가이드 홈내에 배치하고 기기를 작동시키면 전송롤러의 작용하에 구리-알루미늄 복합 열이 우선 알칼리성 세척 탱크를 통과하고 탱크내에 브러쉬 및 에어 나이프가 설치되고 브러쉬는 표면의 오일 얼룩을 제거하고 에어 나이프는 구리-알루미늄 복합 열의 표면을 건조시키고, 이어서, 분수장치를 통과하여 표면에 남은 알칼리성 물을 제거하고 건조 후 산성 세척 탱크로 진입하고, 산성 세척 탱크내에도 동일하게 브러쉬 및 에어 나이프가 설치되었고 산성 세척 처리를 완성한 후, 한차례의 세척 건조를 거친 후 패시베이션 탱크로 들어가고, 패시베이션 탱크내에는 패시베이션 공정에 따라 패시베이션 액체가 배치되고 분사하여 패시베이션을 완성한 후 자동적으로 건조시키고 컨베이어의 견인하에 패시베이션 탱크로부터 배출되고 이어서 자동 수집 장치가 표면의 세척 패시베이션을 완성한 구리-알루미늄 복합 열을 수집대에 배치하는 공정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 인발 공정중의 가공율이 두께h≥10mm인 경우, 25%〉가공율≤30%이고, 6mm≤1두께h<10mm인 경우, 20%〉가공율≤25%이고, 3mm≤두께h<6mm인 경우, 15%〉가공율≤20%이며, 두께h<3mm인 경우, 가공율≤15%인 것을 특징으로 하는 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료의 제조 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 어닐링 공정에서 탱크형 어닐링과 온라인 감지 어닐링을 이용하는 것을 특징으로 하는 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    규격 폭이 80mm이상인 구리-알루미늄 복합 열은 온라인 감지 어닐링을 이용하고 규격이 80mm이하인 구리-알루미늄 복합 열은 탱크형 어닐링을 이용하는 것을 특징으로 하는 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료의 제조 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 압연 공정에서 구멍형 9차례 인발 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료의 제조 방법.
  7. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 인발 공정에서 원판형 인발, 액압 인발과 무한궤도 인발 공정을 이용하고, 폭 규격≤30 mm이면 원판형 인발 인발 또는 액압 인발 또는 무한궤도 인발을 이용하고, 30mm<폭 규격≤120mm인 경우, 액압 인발 또는 무한궤도 인발을 이용하며, 6m/min≤원판형 인발 속도≤60m/min, 50m/min≤무한궤도 인발 속도≤80m/min, 액압 인발 속도≤8m/min인 것을 특징으로 하는 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료의 제조 방법.
KR1020197019297A 2016-12-07 2016-12-16 고 결합강도의 구리-알루미늄 복합 전도성 재료 및 그 제조 방법 KR102278579B1 (ko)

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