KR20220018403A - 항균, 강성 및 내변색성이 우수한 합금 및 이의 제조방법 - Google Patents

항균, 강성 및 내변색성이 우수한 합금 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항균, 강성 및 내변색성이 개선된 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 5~30중량% 구리, 1~5중량% 은, 1~3중량% 규소, 2~3중량% 첨가제 및 60~90중량% 알루미늄을 포함하는 합금을 제공하며, 본 발명에 따른 합금은 황색포도상구균과 대장균에 대하여 항균 활성이 우수한 효과가 있으며, 강성을 용이하게 조절할 수 있고, 내변색성을 개선함으로써 오랜 기간 사용하여도 원래의 광택과 색상을 유지하는 합금을 제공할 수 있다.

Description

항균, 강성 및 내변색성이 우수한 합금 및 이의 제조방법{Alloy material with antibacterial activity}
본 발명은 항균, 강성이 개선된 동시에 내변색성이 우수한 합금에 관한 것으로, 구체적으로 5~30중량% 구리, 1~5중량% 은, 1~3중량% 규소, 2~3중량% 첨가제 및 60~90중량% 알루미늄을 포함한 합금에 관한 것이다.
현대사회에서는 청결 및 안전에 대한 웰빙붐을 통하여 병원성 대장균 및 곰팡이균 등의 세균에 경각심이 고조됨으로 인하여, 인체에 접촉되는 제품에 대한 항균처리에 소비자의 요구가 증가되고, 항균성 물질에 대한 관심이 집중되고 있는 상황이다.
은(Silver)의 우수한 항균 기능성은 은 수저, 비녀, 은단 등 예로부터 알려져 오고 있고, 일상생활에 친숙해져 있다. 그러나 은(Ag)은 귀금속으로 분류되어 있어 그 우수한 항균 기능성 대비 고가인 관계로 폭 넓은 제품 적용 및 보급이 어려운 것이 현실이다.
구리 및 구리 합금은 유용한 항균 특성을 갖는 것으로 공지되어 있다. 구리 및 구리 합금은 이. 콜라이(E. Coli) 0157, 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), 살모넬라(Salmonella) 및 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus: MRSA)와 같은 세균을 포함하는 사람 병원체를 사멸시킬 수 있다. 그러나 구리는 우수한 항균성을 가졌음에도 불구하고, 사용 시 공기, 수분 또는 인체와 접촉하는 부분에 습기나 염분 등에 의해서 쉽게 변색되어, 색조 차가 발생하므로 생활 소재로 널리 상용화되지 못하였다.
알루미늄(Aluminum) 소재는 경량금속으로 열전도성 및 전기전도도가 우수하며, 내산화성, 내식성 및 기계적 성능이 우수한 소재로 금속 물성 특성을 개선시키는 합금재로 주로 사용되었다.
종래 합금재로 주로 사용되는 구리에 알루미늄이 약 10% 들어있는 합금인 알루미늄 청동은, 변색에 대한 문제를 개선해야하는 단점이 있으며 고가인 문제점이 있다.
또한, 항균성 및 내변색성 등 다른 특성들을 개선함과 동시에 합금재의 가공성이 저하되지 않도록 유지하는 것이 요구된다.
특허문헌 1은 알루미나, 은 및 활성화제를 다공성 구리 모재에 확산 열처리한 것으로 제안된 바 있으나, 해당 합금에 대해 내변색성을 개선하는 기술은 제안된 바 없다.
KR 10-0886931 B1
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 항균 효과와 강성을 개선하는 동시에 원래의 광택과 색상을 유지하는 항균, 강성 및 내변색성이 우수한 합금 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 합금은 구리(Cu), 은(Ag) 및 규소(Si)를 포함하고, 나머지는 알루미늄(Al)으로 이루어지는 합금에 있어서, 5~30중량% 구리, 1~5중량% 은, 1~3중량% 규소, 2~3중량% 첨가제 및 60~90중량% 알루미늄을 포함한다.
또한, 합금 표면의 박테리아를 적어도 99.9% 를 24시간의 노출 시간 이내에 불활성화시키는 것을 포함할 수 있다.
또한, 박테리아는 황색포도상구균(Staphylococcus Aureus), 대장균(Escherischia Coli(E. Coli)) 중 적어도 어느 하나인 것을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 합금 제조방법은 a) 5~30중량% 구리, 1~5중량% 은, 1~3중량% 규소, 2~3중량% 첨가제 및 60~90중량% 알루미늄으로 구성된 재료들을 준비하는 제 1 단계; b) 상기 준비된 알루미늄을 650~700 ℃ 로 가열하여 용해하는 제 2 단계; c) 상기 제 2 단계의 용해물을 950~1,000 ℃로 가열한 후 준비된 은을 투입하여 용해하는 제 3 단계; d) 상기 제 3 단계의 혼합물을 1,050~1,100 ℃로 가열한 후 준비된 구리를 투입하여 용해하는 제 4 단계; e) 상기 제 4 단계의 혼합물을 1,400~1,450 ℃로 가열한 후 준비된 규소를 투입하여 용해하는 제 5 단계; 및 f) 상기 제 5 단계의 혼합물을 750~800 ℃로 감온한 후 준비된 첨가제를 투입하고 가스처리하여 기포를 제거하는 제 6 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 합금은 황색포도상구균과 대장균에 대하여 항균 활성이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 합금은 구리와 알루미늄 함량 조절에 따라 강성을 조절할 수 있으며, 특히 내변색성을 개선하여 오랜 기간 사용하여도 원래의 광택과 색상을 유지하는 합금을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 합금의 필름 형태 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 합금의 황색포도상구균에 대한 항균효과 분석 결과 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 합금의 대장균에 대한 항균효과 분석 결과 사진이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 항균, 강성 및 내변색성이 우수한 합금 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 항균, 강성 및 내변색성이 우수한 합금 및 이의 제조 방법을 제공한다. 구리(Cu), 은(Ag) 및 규소(Si)를 포함하고, 나머지는 알루미늄(Al)으로 이루어지는 합금에 있어서, 5~30중량% 구리, 1~5중량% 은, 1~3중량% 규소, 2~3중량% 첨가제 및 60~90중량% 알루미늄을 포함한다.
구리는 비교적 산화가 빠르게 일어나고, 단독으로 사용하는 것이 알루미늄을 포함하는 합금으로 사용하는 것에 비해 비경제적이고, 무게가 무거워 가벼운 제품에 활용하기가 어려운 문제가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 구리는 알루미늄과 결합하여 산화 속도를 현저히 늦추고, 알루미늄의 표면 이물질 발생을 현저히 줄일 수 있다. 또한 알루미늄을 포함하는 합금의 경도, 강도, 부식 저항 등에 영향을 미칠 수 있다. 이는 부식 저항을 감소시키지 않으면서도 강도를 향상시킬 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금은 구리가 5중량% 미만이면 내열성이 부족하거나 충분한 항균성을 확보하기 어려운 문제가 있을 수 있고, 30중량%를 초과하면 제조비용이 상승하는 문제와 합금의 무게가 무거워져 가공성이 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
알루미늄 또한 비교적 산화가 빠르게 일어나고, 단독으로 사용하는 것이 구리를 포함하는 합금으로 사용하는 것에 비해 무르기 때문에 활용성이 낮고, 표면의 이물질이 다량 발생하여 때처럼 묻어나오는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금은 알루미늄이 60중량% 미만이면 무게가 무거워질 수 있고, 제조비용이 상승하는 문제가 있을 수 있으며, 내변색성의 특성을 갖는 효과가 현저히 떨어지고, 90중량%를 초과하면 항균 활성에 부정적인 영향, 강도가 무른 알루미늄의 함량이 높아 가공성이 낮은 문제, 표면에 이물질이 묻어나오는 문제가 있을 수 있다.
은은 전성과 연성이 우수하고, 전기 및 열전도도가 높으며 고온에서 내산화성이 우수하다. 또한 색상이 백색으로 각종 장신구와 장식품에 이용되고 있다. 은은 항균력이 뛰어나지만 단독으로 사용하는 경우 제조 비용이 급격하게 올라가는 문제가 있고, 강도가 약하며, 인성이 낮아 가공재로 사용될 경우 경시적으로 연화되며 공기 중의 아황산 성분 등에 의해 흑색으로 변색될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금은 은이 1중량% 미만이면 항균력이 감소되는 문제가 있을 수 있고, 합금에 고유의 연성을 부여하여 가공성을 향상시킬 수 있으므로 가공성을 유지하기 위해 최소 함량을 포함되어야 하고, 5중량%를 초과하면 내변색성 및 경도 강화에 문제가 있을 수 있다.
규소는 합금의 유동성과 인장강도를 향상시킬 수 있고, 응고시간(Solidification time)이 길어지고, 액화온도(liquidus temperature)가 감소됨에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 합금의 주조성이 향상될 수 있다. 또한 석출되는 규소는 마찰 저항을 향상시킬 수 있어 합금의 유동성, 주조성, 열전도성, 인장강도를 향상시킬 수 있다. 또한 독성을 정화할 수 있으며 알루미늄과 구리의 결합 강도를 매우 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금은 규소가 1중량% 미만이면 내열성 향상 효과 및 피로특성이 저하되는 문제와 내변색성의 특성을 갖는 효과가 떨어지고, 3중량% 를 초과하면 환원 재결정 열처리 시에 안정한 산화피막 생성으로 도금 밀착성을 저해하는 문제가 있을 수 있다.
첨가제는 각종 불순물을 포함할 수 있고, 불순물은 용해나 주조 시 탈산과 용탕 유동성 증대, 조직 미세화 등을 목적으로 첨가되는 원소를 포함하며, 원소로는 Ti, Co, Fe, Cr, Nb, V, Zr, Hf, S, C, Cd, Pb, As, Ni, Sn, Se, Mg, Ca, Na 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있고, 붕사와 같은 화합물이 포함될 수 있으며, 제조 공정에서 원재료나 환원 스크랩(scrap)에 의해 불가피하게 첨가되거나 임의로 첨가될 수 있다.
본 발명에서 첨가제는 일 실시예에 따른 합금을 융화시키기 위해 사용되는 것을 포함하며 붕사를 포함할 수 있다. 붕사는 표면에 도포하여 보호피막을 형성시켜 높은 온도에서 기타 합금 소재가 증발하거나 산화하는 것을 방지할 수 있다. 또한 붕사는 산화를 늦추도록 가스처리할 때 사용될 수 있으며 가스처리는 합금을 제조할 시 공기를 빼주거나 기포를 제거시키기 위한 방법을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금은 첨가제가 2중량% 미만이면 산화하는 것을 방지하거나 산화를 늦추기 위한 기능이 현저히 떨어지고, 이는 최종적으로 제조된 합금 특성에 큰 영향을 미치지 않는다. 3중량% 초과하면 합금 내에 포함되는 기타 금속에 영향을 주어 원하는 표면강도, 광택, 항균력이 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금은 합금 표면의 박테리아를 적어도 99.9% 이상 24시간의 노출 시간 이내에 불활성화시킬 수 있다. 이는 본 발명에서 '항균' 또는 '항균 기능'의 의미로 정의될 수 있다.
본 발명에 따른 합금이 불활성화시키는 박테리아는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 대장균(Escherichia Coli ATCC 8739)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 합금의 제조방법은 다음과 같다.
a) 5~30중량% 구리, 1~5중량% 은, 1~3중량% 규소, 2~3중량% 첨가제 및 60~90중량% 알루미늄으로 구성된 재료들을 준비하는 제 1 단계;
b) 상기 준비된 알루미늄을 650~700 ℃ 로 가열하여 용해하는 제 2 단계;
c) 상기 제 2 단계의 용해물을 950~1,000 ℃로 가열한 후 준비된 은을 투입하여 용해하는 제 3 단계;
d) 상기 제 3 단계의 혼합물을 1,050~1,100 ℃로 가열한 후 준비된 구리를 투입하여 용해하는 제 4 단계;
e) 상기 제 4 단계의 혼합물을 1,400~1,450 ℃로 가열한 후 준비된 규소를 투입하여 용해하는 제 5 단계; 및
f) 상기 제 5 단계의 혼합물을 750~800 ℃로 감온한 후 준비된 첨가제를 투입하고 가스처리하여 기포를 제거하는 제 6 단계;
먼저, 구리(Cu), 은(Ag), 규소(Si), 첨가제 및 알루미늄(Al)으로 구성된 재료들을 준비하는 제 1 단계를 거친다. 상기 재료들을 준비에 있어 총 중량% 대비 5~30중량%의 구리(Cu), 1~5중량%의 은(Ag), 1~3중량%의 규소(Si), 2~3중량%의 첨가제 및 60~90중량%의 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
그리고 상기 준비된 재료 중 알루미늄을 650~700 ℃로 가열하여 용해하는 제 2 단계를 거치고, 상기 2 단계의 용해물을 다시 950~1,000 ℃로 가열한 후 준비된 은을 투입하는 제 3 단계를 거친다. 이후 제 3 단계의 혼합물을 1,050~1,100 ℃로 가열한 후 준비된 구리를 투입하는 제 4 단계, 제 4 단계의 혼합물을 1,400~1,450 ℃로 가열한 후 준비된 규소를 Å입하는 제 5 단계를 거친다.
이는 각 준비된 재료의 녹는점에 기초하여 차례로 가열 및 용해를 수행한다. 이는 각 재료 간의 융해, 혼합, 결합이 순차적으로 잘 이루어지게 하기 위함이며, 제조되는 합금의 강도 자체를 높이기 위함이다. 또한 열처리를 통해 표면이 깨끗하게 나오는 효과가 있다.
이후 제 5 단계의 혼합물을 750~800 ℃로 감온한 후 준비된 첨가제를 투입하고 가스처리하여 기포를 제거하는 제 6 단계를 거친다.
이때 첨가제는 혼합물을 융화시키기 위해 사용되며 붕사를 포함할 수 있으며 붕사는 제품이 산화되는 것을 방지하기 위한 것이고, 가스처리를 통해 제조되는 합금의 공기를 빼주거나 기포를 제거시키는 방법을 포함한다.
제 6 단계 이후 첨가했던 첨가제 및 각종 불가피하게 함유된 불순물(예를 들어 산화물, 탄화물, 금속간화합물 등일 수 있다.)들을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이는 제조되는 합금의 기계적 성질 저하 및 부식, 균열 등의 표면 결합 가능성을 낮출 수 있고, 성형 가공성 등을 높일 수 있다.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 추가적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1. 제조예
본 발명의 일 실시예에 따른 제조는 하기 제조 방법에 기초하여 표 1과 같은 조성비로 제조한 후 실시예, 비교예, 실험예에 사용하였다.
a) 5~30중량% 구리, 1~5중량% 은, 1~3중량% 규소, 2~3중량% 첨가제 및 60~90중량% 알루미늄으로 구성된 재료들을 준비하는 제 1 단계;
b) 상기 준비된 알루미늄을 650~700 ℃ 로 가열하여 용해하는 제 2 단계;
c) 상기 제 2 단계의 용해물을 950~1,000 ℃로 가열한 후 준비된 은을 투입하여 용해하는 제 3 단계;
d) 상기 제 3 단계의 혼합물을 1,050~1,100 ℃로 가열한 후 준비된 구리를 투입하여 용해하는 제 4 단계;
e) 상기 제 4 단계의 혼합물을 1,400~1,450 ℃로 가열한 후 준비된 규소를 투입하여 용해하는 제 5 단계; 및
f) 상기 제 5 단계의 혼합물을 750~800 ℃로 감온한 후 준비된 첨가제를 투입하고 가스처리하여 기포를 제거하는 제 6 단계;
이때 제조되는 형태는 50 mm x 50 mm, 두께 5 mm인 사각형의 합금 샘플이다. 하기 표의 단위는 중량%이다.
알루미늄 구리 은 규소 첨가제
실시예1 73 20 3 2 2
비교예1 - 90 5 3 2
비교예2 89 - 5 3 3
비교예3 76 20 - 2 2
비교예4 75 20 3 - 2
비교예5 75 20 3 2 -
실험예1 59 30 5 3 3
실험예2 91 5 1 1 2
실험예3 89 4 3 2 2
실험예4 62 31 3 2 2
실험예5 75.5 20 0.5 2 2
실험예6 70 20 6 2 2
실험예7 74.5 20 3 0.5 2
실험예8 71 20 3 4 2
실험예9 74 20 3 2 1
실험예10 71 20 3 2 4
2. 시험예
1) 항균활성 평가
상기 표 1에서 제조한 실시예, 비교예 및 실험예에 대한 항균 효과를 검정하기 위해 항균시험방법으로 JIS Z 2801:2010 규격에 따라 필름밀착법을 이용하여 각각 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 대장균(Escherichia Coli ATCC 8739)에 대하여 항균활성을 측정하였고, 이를 각각 표 2와 표 3에 표기하였다.
항균활성 측정 방법은 각 실시예, 비교예 및 실험예에 따른 합금의 시료 표면과 대조시료를 소독용 에탄올로 살균한 뒤 그 위에 균 배양액을 0.4 mL 올리고 표준 필름을 덮어 골고루 퍼지게 한 후 24시간 동안 접촉시켰다. 상기 표준 필름은 50 mm × 50 mm 넓이의 Sterilized PP film 을 사용하였다. 이후 균의 증감을 비교하여 균의 감소 수치를 항균활성치(log 값)로 표기하였다. 항균활성치를 나타내는 식은 하기 수학식 1과 같으며, 항균 효과는 항균활성치가 2.0 이상인 것을 기준으로 한다.
Figure pat00001
황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538) 활성 측정
알루미늄 구리 은 규소 첨가제 24시간 후 균 수(CFU/mL) 항균활성치
실시예1 73 20 3 2 2 30 5.1
비교예1 - 90 5 3 2 40000 1.9
비교예2 89 - 5 3 3 45000 1.9
비교예3 76 20 - 2 2 1000 3.5
비교예4 75 20 3 - 2 1500 3.4
비교예5 75 20 3 2 - 150 4.4
실험예1 59 30 5 3 3 50 4.8
실험예2 91 5 1 1 2 60 4.8
실험예3 89 4 3 2 2 90 4.6
실험예4 62 31 3 2 2 80 4.6
실험예5 75.5 20 0.5 2 2 40 4.9
실험예6 70 20 6 2 2 35 5.0
실험예7 74.5 20 3 0.5 2 120 4.5
실험예8 71 20 3 4 2 170 4.3
실험예9 74 20 3 2 1 140 4.4
실험예10 71 20 3 2 4 160 4.3
대조시료 - - - - - 3500000 0(비교대상)
상기 표 2 결과에 따라, 비교예 1 내지 비교예 5 보다는 실험예 1 내지 실험예 10이 황색포도상구균에 대한 항균활성치가 현저히 높았다. 이는 알루미늄, 구리, 은, 규소 및 첨가제의 구성이 항균에 대한 효과가 증진된 것을 예상할 수 있다.
대장균(Escherichia Coli ATCC 8739) 활성 측정
알루미늄 구리 은 규소 첨가제 24시간 후 균 수(CFU/mL) 항균활성치
실시예1 73 20 3 2 2 3 7.0
비교예1 - 90 5 3 2 200000 2.1
비교예2 89 - 5 3 3 250000 2.0
비교예3 76 20 - 2 2 10000 3.4
비교예4 75 20 3 - 2 1000 4.4
비교예5 75 20 3 2 - 750 4.5
실험예1 59 30 5 3 3 40 5.8
실험예2 91 5 1 1 2 75 5.5
실험예3 89 4 3 2 2 120 5.3
실험예4 62 31 3 2 2 105 5.4
실험예5 75.5 20 0.5 2 2 65 5.6
실험예6 70 20 6 2 2 20 6.1
실험예7 74.5 20 3 0.5 2 145 5.3
실험예8 71 20 3 4 2 190 5.1
실험예9 74 20 3 2 1 120 5.3
실험예10 71 20 3 2 4 130 5.3
대조시료 - - - - - 3500000 0(비교대상)
상기 표 3 결과에 따라, 비교예 1 내지 비교예 5 보다는 실험예 1 내지 실험예 10이 대장균에 대한 항균활성치가 현저히 높았다. 이는 알루미늄, 구리, 은, 규소 및 첨가제의 구성이 항균에 대한 효과가 증진된 것을 예상할 수 있다.
2) 강성 평가
상기 표 1에서 제조한 실시예, 비교예 및 실험예에 대한 강성을 평가하기 위하여 KS B 0801에 따라 시편을 제조하고, KS B 0802 금속 재료 인장 시험 방법에 따라 인장강도, 항복강도 및 연신율을 측정하였다. 표 4은 각 실시예, 비교예, 실험예에서 제조된 합금의 주조상태에서의 인장강도, 항복강도 및 연신율을 표기하였다.
알루미늄 구리 은 규소 첨가제 인장강도(MPa) 항복강도(MPa) 연신율(%)
실시예1 73 20 3 2 2 250.2 210.0 12.2
비교예1 - 90 5 3 2 205.1 171.7 8.9
비교예2 89 - 5 3 3 201.9 173.6 8.7
비교예3 76 20 - 2 2 233.7 189.9 10.5
비교예4 75 20 3 - 2 199.1 167.4 11.1
비교예5 75 20 3 2 - 239.7 199.5 11.3
실험예1 59 30 5 3 3 240.2 202.6 11.6
실험예2 91 5 1 1 2 242.5 201.4 11.4
실험예3 89 4 3 2 2 244.7 208.6 11.6
실험예4 62 31 3 2 2 240.0 203.6 11.3
실험예5 75.5 20 0.5 2 2 245.6 207.7 11.9
실험예6 70 20 6 2 2 249.4 208.8 12.0
실험예7 74.5 20 3 0.5 2 225.9 194.3 11.0
실험예8 71 20 3 4 2 245.3 209.2 11.8
실험예9 74 20 3 2 1 248.8 200.2 12.0
실험예10 71 20 3 2 4 247.0 197.6 11.8
상기 표 4 결과에 따라, 비교예 1 내지 비교예 5 과 비교하였을 때 실시예 1, 실험예 1 내지 실험예 10이 인장강도, 항복강도 및 연신율 측면에서 현저한 개선 수치로 측정되었다. 또한 실험예 1 내지 실험예 10에서도 특정 합금 소재가 과도하거나 부족한 경우 강성의 차이가 있었으며, 실시예 1가 우수한 강성으로 측정되었다. 이처럼 본 발명은 종래 합금에 비해 강성이 향상됨으로써 방열 특성이나 내구성이 요구되는 다양한 소재에 활용될 수 있음을 확인하였다.
3) 내변색 평가
상기 표 1에서 제조한 실시예, 비교예 및 실험예에 대한 내변색성을 평가하기 위하여 수돗물, 1%NaCl 수용액, 고온의 정수물 침지 시험을 적용하였다.
원판형의 합금 샘플을 증류수로 세척한 후 각 종류별 용액에 침지시켰다. 자세한 시험 방법으로는, 비커에 침지 용액을 넣은 후 3 개의 제작된 합금을 침지시킨 후 각각 8시간 후 합금을 꺼내 증류수로 다시 세척하여 질소 가스로 건조시켰다. 변색 정도를 평가하는 방법은 침지 전 후의 샘플 표면의 분광색차계(NIPPON DENSHOKU사, NF-555)를 이용하여 JIS Z 8729에 기재된 L*a*b*로 측정하고, JIS Z 8730에 의한 색차(ΔE= {(ΔL*)2＋(Δa*)2＋(Δb*)2}1/2 와, ΔL*, Δa*, Δb*는 2개의 합금 색의 차를 시험 전후의 각각의 L*a*b*로 산출하여 그 색차의 크기로 평가하였다. 이러한 산출 값은 하기 표 5에 나타내었다. 표 5의 산출값을 기초로, 변색이 적은 경우에 색차의 값이 작은 것으로 하여, 내변색성 평가로서 0.0 이상 0.5 이하인 경우 우수, 0.5 초과 ~ 1.5 이하인 경우 보통, 1.5 초과인 경우 낮음으로 표 6에 구분하였다.
침지 전 기준 수돗물 8시간 1%NaCl 8시간 고온 정수물
값 L
a
b		 L
a
b
Figure pat00002
 L
a
b
Figure pat00003
 L
a
b
Figure pat00004
실시예1 83.47
2.62
8.70		 83.40
2.61
8.50		 0.21
 83.27
2.54
8.49		 0.30
 83.30
2.58
8.44		 0.31
비교예1 84.12
4.46
12.80		 82.11
4.54
12.00		 2.16 81.10
4.66
11.87		 3.17 81.00
4.57
11.99		 3.23
비교예2 82.00
0.20
-1.10		 81.00
1.00
-3.10		 2.37 79.70
2.10
-4.10		 4.23 79.90
2.00
-2.70		 3.20
비교예3 83.40
2.60
8.66		 82.70
2.50
7.60		 1.27 82.50
2.40
7.40		 1.56 82.70
2.40
7.64		 1.25
비교예4 83.20
2.61
8.71		 83.12
1.49
8.33		 1.19 83.07
1.23
8.30		 1.45 83.08
1.36
8.24		 1.34
비교예5 83.40
2.60
8.72		 83.60
2.54
8.47		 0.33 83.78
2.56
8.45		 0.47 83.70
2.53
8.40		 0.44
실험예1 83.10
2.69
8.77		 82.64
2.59
8.46		 0.56 82.33
2.54
8.37		 0.88 82.69
2.55
8.47		 0.53
실험예2 84.44
2.77
8.92		 84.33
2.70
8.47		 0.47 84.06
2.66
8.34		 0.70 83.70
2.59
8.44		 0.90
실험예3 83.01
2.55
8.64		 82.70
2.45
8.44		 0.38 82.10
2.30
8.40		 0.97 82.30
2.32
8.41		 0.78
실험예4 83.40
2.74
8.70		 82.90
2.63
8.56		 0.53 82.50
2.60
8.48		 0.94 82.60
2.63
8.49		 0.83
실험예5 83.45
2.61
8.66		 82.87
2.54
8.55		 0.59 82.71
2.54
8.47		 0.77 82.7
2.55
8.55		 0.76
실험예6 83.12
2.64
8.12		 83.66
2.55
8.03		 0.55 83.52
2.47
7.89		 0.49 83.53
2.54
8.55		 0.60
실험예7 83.74
2.47
8.32		 83.41
2.31
8.17		 0.40 83.20
2.17
8.04		 0.68 83.31
2.21
8.09		 0.55
실험예8 83.89
2.45
8.49		 83.67
2.33
8.34		 0.29 83.55
2.26
8.27		 0.45 83.63
2.24
8.30		 0.38
실험예9 83.40
2.60
8.69		 83.14
2.58
8.65		 0.26 83.07
2.53
8.60		 0.35 83.01
2.52
8.62		 0.40
실험예10 83.20
2.47
8.54		 82.95
2.40
8.51		 0.26 82.93
2.39
8.32		 0.36 82.85
2.40
8.33		 0.41
수돗물 1%NaCl 고온 정수물
실시예1 0.21 우수 0.30 우수 0.31 우수
비교예1 2.16 낮음 3.17 낮음 3.23 낮음
비교예2 2.37 낮음 4.23 낮음 3.20 낮음
비교예3 1.27 보통 1.56 낮음 1.25 보통
비교예4 1.19 보통 1.45 보통 1.34 보통
비교예5 0.33 우수 0.47 우수 0.44 우수
실험예1 0.56 보통 0.88 보통 0.53 보통
실험예2 0.47 우수 0.70 보통 0.90 보통
실험예3 0.38 우수 0.97 보통 0.78 보통
실험예4 0.53 보통 0.94 보통 0.83 보통
실험예5 0.59 보통 0.77 보통 0.76 보통
실험예6 0.55 보통 0.49 우수 0.60 보통
실험예7 0.40 우수 0.68 보통 0.55 보통
실험예8 0.29 우수 0.45 우수 0.38 우수
실험예9 0.26 우수 0.35 우수 0.40 우수
실험예10 0.26 우수 0.36 우수 0.41 우수
상기 표 5 및 표 6의 결과에 따라, 내변색 평가에서 대체적으로 수돗물, 고온 정수물, 1%NaCl 순서로 변색의 정도가 있는 것으로 확인되었고, 실시예 1, 비교예5, 실험예 8 내지 10이 모든 항목에서 우수한 것으로 평가되었으며, 그 중에서도 평균 수치 순서로 순서를 나열해보면 실시예1 > 실험예9 > 실험예 10 > 실험예 8 > 비교예5 순서로 내변색성이 우수한 것으로 확인되었다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르는 합금 소재의 특정 원소가 없거나, 임계적으로 수치를 벗어난 경우에 내변색성이 현저하게 떨어지는 것을 확인하였다.

Claims (4)

  1. 구리(Cu), 은(Ag) 및 규소(Si)를 포함하고, 나머지는 알루미늄(Al)으로 이루어지는 합금에 있어서, 5~30중량% 구리, 1~5중량% 은, 1~3중량% 규소, 2~3중량% 첨가제 및 60~90중량% 알루미늄을 포함하는 항균, 강성 및 내변색성이 우수한 합금.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 합금 표면의 박테리아를 적어도 99.9% 를 24시간의 노출 시간 이내에 불활성화시키는 것을 포함하는 항균, 강성 및 내변색성이 우수한 합금.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 박테리아는 황색포도상구균(Staphylococcus Aureus), 대장균(Escherischia Coli(E. Coli)) 중 적어도 어느 하나인 것을 포함하는 항균, 강성 및 내변색성이 우수한 합금.
  4. 제 1항 내지 제 3항을 따르는 합금을 제조하기 위한 방법으로서,
    a) 5~30중량% 구리, 1~5중량% 은, 1~3중량% 규소, 2~3중량% 첨가제 및 60~90중량% 알루미늄으로 구성된 재료들을 준비하는 제 1 단계;
    b) 상기 준비된 알루미늄을 650~700 ℃ 로 가열하여 용해하는 제 2 단계;
    c) 상기 제 2 단계의 용해물을 950~1,000 ℃로 가열한 후 준비된 은을 투입하여 용해하는 제 3 단계;
    d) 상기 제 3 단계의 혼합물을 1,050~1,100 ℃로 가열한 후 준비된 구리를 투입하여 용해하는 제 4 단계;
    e) 상기 제 4 단계의 혼합물을 1,400~1,450 ℃로 가열한 후 준비된 규소를 투입하여 용해하는 제 5 단계; 및
    f) 상기 제 5 단계의 혼합물을 750~800 ℃로 감온한 후 준비된 첨가제를 투입하고 가스처리하여 기포를 제거하는 제 6 단계;
    를 포함한 항균, 강성 및 내변색성이 우수한 합금의 제조방법.
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