KR20220051215A - 금속계 통재의 제조방법 및 이에 이용되는 배킹 지그 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 금속계 판재를 이용하여 통 형상으로 할 때 발생하는 압축 및 인장에 따른 영향, 통 형상의 가공 난이도에 따른 영향, 및 금속계 판재 단면의 가공 정밀도에 따른 영향을 받지 않고 일체형의 양질인 금속계 통재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 개시에 따른 금속계 통재의 제조방법은, 적어도 1매의 금속계 판재로 이루어지는 통 바디부의 일방의 단면에서 타방의 단면까지 연장되는 슬릿을 적어도 1개 구비하는 슬릿 구비 통 형상체를 형성하는 공정 A와, 슬릿의 길이 방향 전체가 충전재로 채워지도록 상기 충전재를 슬릿에 충전한 충전부를 구비한 충전재 구비 통 형상체를 형성하는 공정 B와, 적어도 충전부에 프로브를 갖는 마찰교반 회전 툴 중 적어도 프로브를 삽입시키고, FSP를 시공함으로써 충전재 구비 통 형상체의 적어도 충전부를 개질하여 FSP부를 구비한 금속계 통재를 얻는 공정 C를 갖는다.
Description
본 개시는 마찰교반 프로세스를 이용한 금속계 통재(筒材)의 제조방법 및 그 제조방법에 이용되는 지그(治具)에 관한 것으로, 예를 들면, 마찰교반 프로세스에 의한 금속재료의 개질(改質)을 이용한 대형 원통형 스퍼터링 타깃의 제조방법 및 그 제조방법에 이용되는 배킹(backing) 지그에 관한 것이다.
원통형 스퍼터링 타깃(이하, 원통 타깃이라고 함)은, 종래, 주류인 평면형 스퍼터링 타깃(이하, 판 타깃이라고 함)과 비교하여 사용 효율이 높고, 러닝 코스트의 저감화에 크게 기여하는 것이 알려져 있다. 더불어, 캐소드 구조가 원통이고, 냉각 성능이 뛰어나고, 자력선의 공간 분포를 자유롭게 조절할 수 있으므로 플라스마의 최적화가 용이해지고, 기판으로의 열부하 저감이 중요한 유기 EL 디스플레이용 및 조명용 반사막의 형성에서의 사용 니즈가 높아지고 있다. 이 유기 EL 디스플레이용 및 조명용 반사막으로서, Al계 반사막, 또는 고휘도, 고효율에 유리한 Ag계 반사막이 이용되고 있다.
대형 디스플레이의 수요로 원통 타깃도 대형화하고 있으며, 예를 들면, 직경 0.2m 및 길이 2m의 대형 원통 타깃이 사용되기 시작하고 있다.
그런데, 원통 타깃의 제조는 종래의 판 타깃의 제조방법과는 크게 다르다. 예를 들면, 원통 형상 기체(基體) 외주에 분말을 충전하여 열간 등방압 프레스(HIP)에 의해 원통 타깃을 성형하는 방법이 기재되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조.). 또한, 원통 형상 기체 외주면에 용사법(溶射法)에 따라 타깃층을 형성하는 방법이 기재되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2를 참조.).
또한, 판 타깃을 접합에 의해 제조하는 수법이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 3 또는 특허문헌 4를 참조.). 특히, 고상 접합법의 1종인 마찰교반 접합(Friction Stir Welding: 이하, FSW라고 함)은 결정립의 크기가 접합부와 모재 부분에서 용융 용접에 비해 동등하다고 주장하고 있다(예를 들면, 특허문헌 4를 참조.). 더불어, Au, Cu, Al, Ag 등의 열전도성이 높은 재질에서 용융 용접은 매우 어렵고 설비도 대형화하고 있으므로, FSW에서의 접합은 보다 효과적이고 대형의 설비도 필요로 하지 않는다는 이점이 있다.
통의 FSW에 관해서, 알루미늄 판재를 라운딩하고 맞댐부를 평탄화한 후 FSW하고, FSW 완료 이후 평탄화한 맞댐부를 원호 형상으로 성형하는 제조방법이 기재되어 있다(예를 들면, 특허문헌 5를 참조.).
그러나, 특허문헌 1에 기재된 제조방법에서는 원통 타깃이 대형이 됨에 따라 HIP에서의 제조는 장치 대형화의 제약을 받는다. 특허문헌 2 기재의 제조방법에서는, 용사에서의 제조는 Al, Ag 등 열전도성이 높은 재료가 되면, 타깃층 내에 기공이 발생하는 문제, 더욱이 타깃층이 벗겨진다는 문제가 생긴다. 또한 용사로 제조하면 타깃재의 산화가 일어나기 쉽다는 문제가 생긴다.
물론, 대형 설비를 이용하여 일체형으로의 원통 타깃을 제조하는 방법도 존재한다. 방법으로는 용융에 의해 원주 빌릿(Billet)을 준비하고, 심공(深穴) 가공 및 피어싱에 의해 중공관을 제작한다. 그 후, 인발 가공으로 목적의 치수로 성형한다. 그러나, 준비한 빌릿에 대해서 제품 중량은 1/2 ~ 1/3 정도가 되어 버리므로 수율이 나빠지고, 그 만큼 제조 코스트가 팽대해 진다. 또한, 30 ~ 50mm 두께의 원통에 고변형(加工)을 넣으므로, 재질에 따라서는 분열이 생겨버리므로 로트 아웃 등의 제조 리스크도 존재한다.
또한, 특허문헌 5에 기재된 제조방법에서는, 판재의 양단부를 동일한 높이로 맞추고, 또한 평탄하게 나열하여 맞대어서 맞댐부로 하는 것이 곤란하다. 또한, 판 두께는 3mm 정도로 얇고, 판 폭도 400mm 이하로 매우 짧다.
예를 들면, 직경 0.2m, 길이 2m 및 두께 10mm의 대형 원통 타깃의 제조에 FSW를 이용하는 경우, 실은 이 맞댐부의 성형이 매우 곤란하다. 직방체의 판재를 라운딩해도, 맞댐부는 내경의 압축 및 외경의 인장에 의해 I형 개선(開先, bevel)은 되지 않는다. 또한, 길이 2m로 장척이기에 스프링백의 영향이 현저하게 나타나고, 길이 방향의 양단은 내부응력이 작기 때문에 용이하게 라운딩할 수 있지만, 중앙부는 내부응력이 크므로 맞댐부가 개방되어 버린다. 다소의 수정은 가능하지만, 맞댐부 판재의 단면에 불일치가 생겨 버린다. 라운딩 가공 후에 판재의 단부를 절삭 가공하여 맞댐부를 I형 개선으로 하는 방법도 있으나, 형상이 원통이므로 맞댐 상태를 추정하여 단부에 개선 가공(開先加工, edge preparation)을 할 필요가 있다. 따라서, 정밀하게 단부를 맞대는 것은 매우 어렵고, 사전에 가공하기에는 많은 비용과 시간이 필요하다.
이와 같이 원통 타깃은 사용 효율이 높고, 기판으로의 열부하 저감에 매우 매력적이긴 하나, 양질의 원통 타깃의 제조법에 대한 문헌은 적어, 현재 팽대한 제조비 및 제조 불안정성에 과제가 남는다.
본 개시는 이러한 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 간편하고 보다 저비용으로 품질이 우수한 금속계 통재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 구체적으로는, 금속계 판재를 이용하여 통 형상으로 할 때 생기는 내경의 압축 및 외경의 인장에 따른 영향, 통 형상의 길이 방향에서의 가공 난이도에 따른 영향, 및 맞대어지는 금속계 판재의 단면 가공 정밀도에 따른 영향을 받지 않고 개질에 따라 일체형의 양질의 금속계 통재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 예의검토한 결과, 판재의 단면을 접촉시키지 않고 마주보고, 판재의 단면 형상을 조정하지 않고 단면 사이에 존재하는 틈새인 슬릿에 충전재를 충전하고, 마찰교반 기술을 이용하여 충전부를 FSP(Friction Stir Processing)에 의해 개질함으로써 상기 과제를 해결하는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법은, 적어도 1매의 금속계 판재로 이루어지는 통 바디부의 일방의 단면에서 타방의 단면까지 연장되는 슬릿을 적어도 1개 구비하는 슬릿 구비(付) 통 형상체를 형성하는 공정 A와, 상기 슬릿의 길이 방향 전체가 충전재로 채워지도록 상기 충전재를 상기 슬릿에 충전한 충전부를 구비한 충전재 구비(充塡材付) 통 형상체를 형성하는 공정 B와, 적어도 상기 충전부에 프로브를 갖는 마찰교반 회전 툴 중 적어도 프로브를 삽입시키고, FSP를 시공함으로써 상기 충전재 구비 통 형상체의 적어도 상기 충전부를 개질하여 FSP부를 구비한 금속계 통재를 얻는 공정 C를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 마찰교반 회전 툴은 숄더부를 더 갖고, 또한, 상기 공정 C에서의 개질은 상기 마찰교반 회전 툴을 회전시키면서 상기 슬릿의 길이 방향으로 일 방향으로 이동시킬 때, 상기 충전부 중 상기 숄더부 및 상기 프로브 주위의 충전부로부터 상기 충전부를 사이에 둔 양측의 상기 금속계 판재에는 돌출된 부분에 걸쳐서 가역성 영역을 형성하고, 상기 가역성 영역 내의 소성 유동체에 상기 마찰교반 회전 툴의 회전 방향의 전단력을 부여하여 상기 소성 유동체 중에 포함되는 결함 및 공극을 제거하고, 더욱 상기 마찰교반 회전 툴이 통과를 끝낸 후에는, 상기 소성 유동체가 냉각·고체화되어 고체 형상의 상기 FSP부가 얻어지는 것이 바람직하다. 마찰교반 회전 툴이 슬릿의 길이 방향을 1회 통과하는, 한 번의 FSP 시공에 의해서 소성 유동체의 형성으로부터 고체 형상의 FSP부의 완성까지를 실시함으로써, 효율적으로 금속계 통재를 얻을 수 있다. 또한, 가역성 영역을 보다 일체로 교반할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 슬릿 구비 통 형상체가 1매의 금속계 판재를 통 형상으로 라운딩한 형상을 갖고, 또한 상기 슬릿이 간격을 두고 대향하는 상기 금속계 판재의 단면 사이의 틈새이거나, 또는 2매 이상의 금속계 판재가 조합된 1개의 통 형상을 이룬 형상을 갖고, 또한 상기 슬릿이 간격을 두고 대향하는 인접하는 상기 금속계 판재의 단면 사이의 틈새여도 좋다. 금속계 판재가 1매여도, 복수 매여도, 슬릿 구비 통 형상체를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 원통 형상체고, 또한 상기 슬릿의 폭이 0.2mm 이상, 0.4Х(2do-1)1/2mm 미만(단, do는 상기 슬릿 구비 원통 형상체의 외경(단위: mm)을 나타낸다.)이거나, 또는 상기 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 타원통 형상체고, 또한 상기 슬릿의 폭이 0.2mm 이상, 0.4Х(2do-1)1/2mm 미만(단, do는 상기 슬릿 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 외경(단위: mm)을 나타낸다.)인 것이 바람직하다. 충전재를 슬릿으로 충전하기 쉽게 하고, 충전부의 개질을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 공정 B는 MIG 또는 TIG법에 의해 상기 슬릿에 충전재를 살올림(肉盛) 하는 공정 B1, 상기 슬릿에 용융체를 유입하는 공정 B2, 상기 금속계 판재의 두께 이상의 살두께(肉厚)를 갖는 블록재를 상기 슬릿에 끼워 넣고, 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴로 가압하는 공정 B3, 또는, 상기 슬릿에 와이어, 입체(粒體) 및 분체(粉體) 중 적어도 1종을 설치하고, 해머, 프레스기, 혹은 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴로 가압하는 공정 B4 중 어느 하나의 공정인 것이 바람직하다. 슬릿에 충전재를 충전시키는 것을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 충전재의 두께가 상기 금속계 판재의 살두께보다 두꺼운 것이 바람직하다. 공정 C에서, 소성 유동체 중에 포함되는 결함 및 공극을 보다 쉽게 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 충전재의 외관의 체적이 상기 슬릿의 용적보다 큰 것이 바람직하다. 공정 C에서, 소성 유동체 중에 포함되는 결함 및 공극을 보다 쉽게 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 공정 B1 또는 상기 공정 B2에서, 배킹부를 구비하는 배킹 지그를 상기 슬릿 구비 통 형상체의 내부에 설치하는 것이 바람직하다. 충전재가 슬릿 구비 통 형상체의 내부에도 살올림 되거나, 또는 용융체가 슬릿으로부터 흘러내리는 것을 막을 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 공정 B3에서, 배킹부를 구비하는 배킹 지그를 상기 슬릿 구비 통 형상체 내부에 설치하고, 상기 슬릿 구비 통 형상체를 파지하고, 상기 배킹부를 향해 상기 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴로 상기 슬릿 구비 통 형상체를 외주 표면측으로부터 가압하거나, 또는 상기 공정 B4에서, 배킹부를 구비하는 배킹 지그를 상기 슬릿 구비 통 형상체의 내부에 설치하고, 상기 슬릿 구비 통 형상체를 파지하고, 상기 배킹부를 향해 상기 해머, 상기 프레스기, 혹은 상기 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴로 상기 슬릿 구비 통 형상체를 외주 표면측으로부터 가압하는 것이 바람직하다. 슬릿에 충전재를 보다 조밀하게 충전할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 공정 C에서, 상기 금속계 판재의 두께를 T1(단위: mm)이라 할 때, 상기 마찰교반 회전 툴의 프로브 길이(Q1)(단위: mm)가, 0＜Q1≤T1-0.5)를 만족하는 것이 바람직하다. 마찰교반 회전 툴의 프로브가 충전부를 관통하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 공정 C에서, 배킹부를 구비하는 배킹 지그를 상기 충전재 구비 통 형상체의 내부에 설치하고, 상기 충전재 구비 통 형상체를 파지하고, 상기 배킹부를 향해 상기 마찰교반 회전 툴을 상기 충전재 구비 통 형상체에 외주 표면측으로부터 삽입하고, 상기 충전재 구비 통 형상체의 적어도 상기 충전부를 개질하는 것이 바람직하다. FSP부의 내부에 공간이나 결함이 없는 보다 양질인 개질을 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 금속계 통재 중 상기 FSP부 이외의 개소의 두께(TA)가 2mm 이상 25mm 이하이며, 상기 금속계 통재의 길이(L1)가 500mm 이상인 것이 바람직하다. 금속계 통재가 장척이라도 대형 설비를 사용하지 않고 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 공정 C의 이후에, 더욱 상기 금속계 통재의 적어도 상기 FSP부에 소성 가공을 시행하는 공정 D를 갖는 것이 바람직하다. 소성 가공에 의한 가공 뒤틀림을 넣음으로써 결정립을 조정하며, FSP부와 통 바디부에서 결정립 크기의 균일성을 향상시킬 수 있음과 동시에, 치수 정밀도가 높은 금속계 통재를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 공정 C와 상기 공정 D 사이, 상기 공정 D 이후, 또는 상기 공정 C와 상기 공정 D 사이 및 상기 공정 D 이후의 양방에서, 상기 금속계 판재의 재결정 온도 이상의 온도로 상기 금속계 통재를 열처리하는 공정 E를 갖는 것이 바람직하다. 금속계 통재의 내부응력을 감소시켜 FSP부와 통 바디부에서, 결정립의 크기의 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 금속계 통재가 Au, Ag, Al, Cu, Zn, Au기 합금, Ag기 합금, Al기 합금, Cu기 합금, 또는 Zn기 합금의 어느 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다. 열전도성이 높은 및/또는 산화되기 쉬운 재질이라도 금속계 통재를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법으로는, 상기 금속계 통재가 스퍼터링 타깃, 압력 용기용 캡슐 또는 압력 용기용 라이너 전체 또는 일부인 것이 바람직하다. 이들 장치 또는 부품에서, 간편성, 저비용 및 고품질을 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 배킹 지그는 본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법에 이용되는 배킹 지그로서, 상기 충전재 구비 통 형상체의 내부에 설치 가능하고, 상기 배킹부와, 상기 배킹부의 표면에 대해서 후방측에 위치하는 다리부를 구비하며, 상기 충전재 구비 통 형상체의 내부에 설치했을 때, 상기 배킹부의 표면이 상기 충전부의 내표면에 대면하고, 상기 다리부의 표면이 상기 통 바디부의 내표면에 접하며, 상기 충전재 구비 통 형상체가 충전재 구비 원통 형상체고, 상기 통 바디부가 원통 바디부고, 상기 배킹 지그를 상기 충전재 구비 원통 형상체의 내부에 설치한 상태에서, 상기 충전재 구비 원통 형상체의 축을 수직으로 횡단하는 횡단면에 나타내는 상기 원통 바디부의 내표면측의 상기 슬릿의 양단부를 직선 형상으로 이은 가상선과 상기 배킹부의 표면과의 최단거리(G)(단위: mm)가, 0≤G≤0.1di를 만족(단, di는 상기 충전재 구비 원통 형상체의 내경(단위: mm)을 나타낸다.)하거나, 또는 상기 충전재 구비 통 형상체가 충전재 구비 타원통 형상체고, 상기 통 바디부가 타원통 바디부고, 상기 배킹 지그를 상기 충전재 구비 타원통 형상체의 내부에 설치한 상태에서, 상기 충전재 구비 타원통 형상체의 축을 수직으로 횡단하는 횡단면에 나타내는 상기 타원통 바디부의 내표면측의 상기 슬릿의 양단부를 직선 형상으로 이은 가상선과 상기 배킹부의 표면과의 최단거리(G)(단위: mm)가 0≤G≤0.1di를 만족하는(단, di는 상기 충전재 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 내경(단위: mm)을 나타낸다.) 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배킹 지그는 본 발명에 따른 금속계 통재의 제조방법에 이용되는 배킹 지그로서, 상기 배킹부와, 상기 배킹부의 표면에 대해서 후방측에 위치하는 다리부와, 상기 배킹부의 표면과 상기 다리부의 표면의 상호간의 길이를 가변시키는 가변기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 개시에 따르면, 간편하고 보다 저비용으로, 품질이 우수한 금속계 통재를 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로는, 금속계 판재를 이용하여 통 형상으로 할 때 생기는 내경의 압축 및 외경의 인장에 따른 영향, 통 형상의 길이 방향에서의 가공 난이도에 따른 영향, 및 맞대어지는 금속계 판재의 단면 가공 정밀도에 따른 영향을 받지 않고, 개질에 의해 일체형의 양질인 금속계 통재를 제공할 수 있다.
도 1은, 공정 A에서의 슬릿 구비 원통 형상체의 제1 형태를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 테이블을 생략한 A-A선 단면도이다.
도 3은, 공정 B에서의 충전재 구비 원통 형상체의 제1 형태를 나타내는 사시도이다.
도 4는, 테이블을 생략한 B-B선 단면도이다.
도 5는, 공정 C에서의 금속계 원통재의 형성 도중 제1 형태를 나타내는 사시도이다.
도 6은, 테이블을 생략한 C-C선 단면도이다.
도 7은, 테이블을 생략한 D-D선 단면도이다.
도 8은, 공정 B1에서 충전재를 살올림한 상태의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는, 공정 B3에서 블록재를 끼워 넣은 상태의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10은, 공정 B4에서 와이어를 설치한 상태의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 11은, 공정 B4에서 입체를 설치한 상태의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는, 입체를 마찰교반 회전 툴에 의해서 단순히 가압하는 상태의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 13은, 입체를 마찰교반 회전 툴에 의해서 소성 유동체로 하는 상태의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 14는, 공정 D에서 소성 가공을 시행하는 금속계 원통재의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 15는, 테이블을 생략한 E-E선 단면도이다.
도 16은, 공정 B에서의 충전재 구비 원통 형상체의 제2 형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은, 원통 형상체의 비교예를 나타내는 사시도이다.
도 18은, 테이블을 생략한 F-F선 단면도이다.
도 19는, 배킹 지그의 제1 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 20은, 배킹 지그의 제2 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 21은, 배킹 지그의 제3 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 22는, 충전재를 충전하기 이전의 배킹 지그의 제4 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 23은, 충전재를 충전한 이후의 배킹 지그의 제4 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 24는, 충전재를 충전하기 이전의 배킹 지그의 제5 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 25는, 충전재를 충전한 이후의 배킹 지그의 제5 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 26은, 충전재를 충전하기 이전의 배킹 지그의 제6 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 27은, 충전재를 충전한 이후의 배킹 지그의 제6 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 2는, 테이블을 생략한 A-A선 단면도이다.
도 3은, 공정 B에서의 충전재 구비 원통 형상체의 제1 형태를 나타내는 사시도이다.
도 4는, 테이블을 생략한 B-B선 단면도이다.
도 5는, 공정 C에서의 금속계 원통재의 형성 도중 제1 형태를 나타내는 사시도이다.
도 6은, 테이블을 생략한 C-C선 단면도이다.
도 7은, 테이블을 생략한 D-D선 단면도이다.
도 8은, 공정 B1에서 충전재를 살올림한 상태의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는, 공정 B3에서 블록재를 끼워 넣은 상태의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10은, 공정 B4에서 와이어를 설치한 상태의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 11은, 공정 B4에서 입체를 설치한 상태의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는, 입체를 마찰교반 회전 툴에 의해서 단순히 가압하는 상태의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 13은, 입체를 마찰교반 회전 툴에 의해서 소성 유동체로 하는 상태의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 14는, 공정 D에서 소성 가공을 시행하는 금속계 원통재의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 15는, 테이블을 생략한 E-E선 단면도이다.
도 16은, 공정 B에서의 충전재 구비 원통 형상체의 제2 형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은, 원통 형상체의 비교예를 나타내는 사시도이다.
도 18은, 테이블을 생략한 F-F선 단면도이다.
도 19는, 배킹 지그의 제1 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 20은, 배킹 지그의 제2 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 21은, 배킹 지그의 제3 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 22는, 충전재를 충전하기 이전의 배킹 지그의 제4 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 23은, 충전재를 충전한 이후의 배킹 지그의 제4 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 24는, 충전재를 충전하기 이전의 배킹 지그의 제5 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 25는, 충전재를 충전한 이후의 배킹 지그의 제5 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 26은, 충전재를 충전하기 이전의 배킹 지그의 제6 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 27은, 충전재를 충전한 이후의 배킹 지그의 제6 변형예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
이후, 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 실시형태를 나타내어 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이러한 기재로 한정하여 해석되지 않는다. 본 발명의 효과를 이루는 한, 실시형태는 다양한 변형을 해도 좋다. 더불어, 본 명세서 및 도면에서 부호가 동일한 구성요소는 서로 동일한 것을 나타내는 것으로 한다.
[제1 형태]
우선, 금속계 통재의 제조방법으로 대해서 슬릿 구비 통 형상체가, 1매의 금속계 판재를 통 형상으로 라운딩한 형상을 갖고, 원기둥체의 배킹 지그를 사용하는 제1 형태에 대해 상세하게 설명한다.
본 실시형태에 따른 금속계 통재의 제조방법은 도 1 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 적어도 1매의 금속계 판재(1)로 이루어지는 통 바디부의 일방의 단면(11c)으로부터 타방의 단면(11d)까지 연장되는 슬릿(12)을 적어도 1개 구비하는 슬릿 구비 통 형상체를 형성하는 공정 A와, 슬릿(12)의 길이 방향(US)의 전체가 충전재(2)로 채워지도록 충전재(2)를 슬릿(12)에 충전한 충전부(22)를 구비한 충전재 구비 통 형상체를 형성하는 공정 B와, 적어도 충전부(22)에 프로브(53)를 갖는 마찰교반 회전 툴(50) 중 적어도 프로브(53)를 삽입시키고 FSP를 시공함으로써, 충전재 구비 통 형상체의 적어도 충전부(22)를 개질하고, FSP부(32)를 구비한 금속계 통재를 얻는 공정 C를 갖는다.
통 형상체에는, 예를 들면, 원통 형상체 또는 타원통 형상체가 있다. 본 실시형태에서는 원통 형상체를 대표예로 하여 설명한다. 금속계 통재에는, 예를 들면, 금속계 원통재 또는 금속계 타원통재가 있다. 본 실시형태에서는 금속계 원통재를 대표예로 하여 설명한다. 이후의 설명에서는 특별한 설명이 없는 한, 통 형상체가 타원통 형상체인 경우 및 금속계 통재가 금속계 타원통재인 경우에도 각각 적합하다.
(공정 A)
공정 A에서는 도 1에 나타내는 바와 같이, 우선 1매의 금속계 판재(1)를 준비한다. 금속계 판재(1)는, 예를 들면, 판면의 외관 형상이 원주의 측면을 전개한 형상인 금속 또는 합금제의 판재이다. 금속계 판재(1)의 제1 단면(11a)과 각(角)을 공유하지 않는 제2 단면(11b)은 마무리 가공면인 것이 바람직하지만, 공정 C에서의 개질에 의해 수정되므로 반드시 마무리 가공면일 필요는 없다.
금속계 판재(1)의 조성은, 예를 들면, Au, Ag, Al, Cu, Zn 또는 이들 금속을 포함한 합금이다. 금속계 판재(1)는 Au, Ag, Al, Cu, Zn, Au기 합금, Ag기 합금, Al기 합금, Cu기 합금 또는 Zn기 합금의 어느 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다. Au기 합금의 바람직한 구체적인 예로는, 예를 들면, Au-Ag계 합금, Au-Pd계 합금, Au-Al계 합금, Au-Cu계 합금, Au-Zn계 합금, Au-Sn계 합금, Au-Ni계 합금 등이 있다. Ag기 합금의 바람직한 구체적인 예로는, 예를 들면, Ag-Au계 합금, Ag-Al계 합금, Ag-Cu계 합금, Ag-Zn계 합금, AgPd계 합금, Ag-Cu-Pd계 합금, Ag-Cu-Pd-Ge계 합금, Ag-In계 합금, Ag-Bi계 합금 등이 있다. Al기 합금의 바람직한 구체적인 예로는, 예를 들면, Al-Au계 합금, Al-Ag계 합금, Al-Cu계 합금, Al-Zn계 합금, Al-Sc계 합금, Al-Ti계 합금, Al-Y합금, Al-Zr계 합금, Al-Hf계 합금, Al-Nd계 합금, Al-Si계 합금 등이 있다. Cu기 합금의 바람직한 구체적인 예로는, Cu-Au계 합금, Cu-Ag계 합금, Cu-Al계 합금, Cu-Zn계 합금, Cu-Ga계 합금, Cu-Ta계 합금, Cu-Cr계 합금 등이 있다. Zn기 합금의 바람직한 구체적인 예로는, Zn-Au계 합금, Zn-Ag계 합금, Zn-Al계 합금, Zn-Cu계 합금, Zn-Fe계 합금 등이 있다. 여기서, "M1 - M2계 합금"(단, M1 및 M2는 금속 원소를 의미한다.)으로 표기했을 때, M1은 주성분을 의미하고, M2는 부성분을 의미한다. "계"란, M2 이외의 부성분 또는 첨가 성분을 포함해도 좋다는 의미를 나타낸다. 주성분이란, M1이 합금 중에서 최대 원자(%)를 갖는 것을 의미한다. M2는 제1 부성분을 나타내고, 합금 중에서 M1을 제외하고 최대 원자(%)를 갖는 것을 의미한다. 첨가 성분이란, 예를 들면, 1원자(%)이하의 함유량의 함유 원소를 의미한다. 덧붙여 Ag-Cu-Pd-Ge계 합금에 대해서는 Ag가 M1에 상당하고, Cu, Pd 및 Ge가 M2에 상당하며, 예를 들면, 국제공개 제2005/031016호에 개시된 은합금을 포함한다.
금속계 판재(1)의 판면 형상은 원통 형상을 이루므로, 바람직하게는 평행사변형, 마름모꼴, 장방형 또는 정방형이며, 보다 바람직하게는, 장방형 또는 정방형이다. 이하, 예고하지 않는 한, 금속계 판재(1)의 판면의 형상이 장방형인 경우를 예를 들어 설명한다.
금속계 판재(1)의 살두께를 T1(단위: mm)이라 할 때, T1은 2mm 이상 25mm 이하인 것이 바람직하다. 형성하는 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 길이 및 직경에 따라 T1을 조정할 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 단면(11a)과 제2 단면(11b)이 길이(WS)의 간격을 두고 대향할 때까지, 휨 가공에 의해 금속계 판재(1) 전체가 원통 형상의 일부를 이루도록, 금속계 판재(1)를 라운딩함으로써 슬릿 구비 원통 형상체(10)를 형성한다.
간격을 둔다는 것은, 제1 단면(11a)과 제2 단면(11b)을 맞대지 않는 것을 말한다. 제1 단면(11a)과 제2 단면(11b)이 간격을 두고 대향할 때, 제1 단면(11a)과 제2 단면(11b)은 서로 경사하여 마주봐도 좋고, 서로 정면을 향해도 좋다.
제1 단면(11a)과 제2 단면(11b)이 서로 경사하여 마주보는 형태에서는, 예를 들면, 도 1 및 도 2에 나타낸 금속계 판재(1)는 원통 바디부(11)를 이루고 있으나, 라운딩하기 전에는 직방체를 이루고 있다. 두께가 있는 금속계 판재(1)를 라운딩하면, 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 원통 바디부(11)의 내표면(11f)이 되는 측이 압축되고, 외주 표면(11e)이 되는 측이 인장됨으로써, 제1 단면(11a)과 제2 단면(11b)은 서로 경사하여 마주본다.
이러한 형태에서의 간격의 길이(WS)(단위: mm)는 다음과 같이 구할 수 있다. 도 2에서, 제1 단면(11a) 상의 임의의 점을 P1이라 하고, 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 중심을 CH라 한다. 또한, 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내경을(단위: mm) di라 하고, 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 외경을 do(단위: mm)라 한다. 또한, 제2 단면(11b) 상에 있는 점으로서, CH로부터의 거리 X2(di/2≤X2≤do/2)가 선분 P1CH의 길이(X1)와 동일한 점을 P2라 한다. 간격의 길이(WS)는 선분(P1P2)의 길이다. WS는 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내표면(11f)을 향함에 따라 작아진다. 상기에서는 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 원통 형상체인 경우를 설명하였으나, 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 타원통 형상체인 경우, 단축과 장축의 교점을 CH라 한다. 또한, 슬릿 구비 타원통 형상체의 축을 수직으로 횡단하는 횡단면에 나타내는 타원통 바디부의 내표면측 슬릿의 양단부(13a, 13b)를 직선 형상으로 이은 가상선과 교점(CH)과의 최단거리의 2배를 di(단위: mm)라 한다. 또한, 슬릿 구비 타원통 형상체의 축을 수직으로 횡단하는 횡단면에 나타내는 타원통 바디부의 외주 표면측 슬릿의 양단부(13c, 13d)를 직선 형상으로 이은 가상선과 교점(CH)과의 최단거리의 2배를 do(단위: mm)라 한다.
제1 단면(11a)과 제2 단면(11b)이 서로 정면을 향하는 형태로는, 예를 들면, 금속계 판재(1)를 준비할 때 제1 단면(11a) 및 제2 단면(11b)을 경사면으로 한 후, 제1 단면(11a)과 제2 단면(11b)이 서로 정면을 향하도록 금속계 판재(1)를 라운딩한 형태, 또는 금속계 판재(1)를 라운딩한 후, 제1 단면(11a) 및 제2 단면(11b)을 절삭 가공하고, 제1 단면(11a)과 제2 단면(11b)이 정면을 향하도록 하는 형태가 있다. 이 때, 간격의 길이(WS)는 도 2에서의 점(P1)의 위치와 상관없이 일정하다.
간격의 길이(WS)는 0.2mm 이상, 0.4Х(2do-1)1/2mm 미만인 것이 바람직하다. 충전재(2)를 슬릿(12)에 충전하기 쉽게 하여 충전부(22)의 개질을 보다 효율적으로 수행할 수 있다. 0.2mm 미만이면, 충전재(2)를 슬릿(12)에 충전하기 어려워질 가능성이 있고, 0.4Х(2do-1)1/2mm 이상이면, 충전부(22)의 개질 시간이 증대할 가능성이 있다. 상기에서는 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 원통 형상체인 경우를 설명하였으나, 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 타원통 형상체인 경우, 슬릿 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 외경을 do(단위: mm)라 한다.
휨(曲) 가공은, 예를 들면, 벤더 가공, 롤 휨 가공, 프레스 가공 또는 딥드로잉(絞加工)에 의한 휨 가공이다.
슬릿 구비 원통 형상체(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 1매의 금속계 판재(1)로 이루어지는 원통 바디부(11)와, 원통 바디부(11)의 일방의 단면(11c)에서 타방의 단면(11d)까지 연장되는 적어도 1개의 슬릿(12)을 갖는다. 슬릿 구비 원통 형상체(10)는 슬릿(12)을 갖고 있으므로, 완전한 원통 형상은 아니다. 원통 바디부(11)의 내표면(11f) 및 외주 표면(11e)은 원호(圓弧)면이다. 슬릿(12)이, 간격을 두고 대향하는 금속계 판재(1)의 제1 단면(11a)과 제2 단면(11b) 사이의 틈새이다. 슬릿(12)의 폭은 간격의 길이(WS)이다.
슬릿(12)의 외관은, 예를 들면, 직선 형상 또는 곡선 형상이고, 공정 B 및 공정 C에서의 조작의 간략화의 관점에서, 바람직하게는 도 1에 나타내는 바와 같이 직선 형상이다.
슬릿(12)의 길이 방향(US)은 원통 바디부(11)의 길이 방향(UH)에 대해서 각도를 이루어도 좋으나, 원통 바디부(11)의 길이 방향(UH)과 일치하는 것이 바람직하다. 공정 B 및 공정 C에서의 조작을 용이하게 할 수 있다. 도 1에서는 방향 US를 방향 UH와 일치시키기 위해서 휨 가공을 할 때, 일방의 단면(11c)이 일평면에 접하고, 타방의 단면(11d)이 상기 평면에 평행한 타평면에 접하도록 금속계 판재(1)를 구부리지만, 금속계 판재(1)가 정방형이라도 동일하게 구부린다. 방향 US가 방향 UH에 대해서 각도를 이루는 경우, 금속계 판재(1)는, 예를 들면, 평행사변형 또는 마름모꼴이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 길이를 L10(단위: mm)이라 할 때, L10은 500mm 이상인 것이 바람직하다. 금속계 원통재(30)의 길이(L1)(단위: mm)를 500mm 이상으로 할 수 있다.
도 2에 나타내는 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 외경(do)은 100mm 이상 300mm 이하를 만족하는 것이 바람직하다. 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내경(di)은 50mm 이상 296mm 이하를 만족하는 것이 바람직하다. 상기에서는 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 원통 형상체인 경우를 설명하였으나, 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 타원통 형상체인 경우, 슬릿 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 외경(do)은 100mm 이상 300mm 이하를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 슬릿 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 내경(di)은 50mm 이상 296mm 이하를 만족하는 것이 바람직하다.
(공정 B)
공정 B를 시작하는데 있어서, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 슬릿 구비 원통 형상체(10)를 테이블(60)에 재치하고, 원기둥체의 배킹 지그(40)를 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부(10a)에 삽입하여 설치한다. 배킹 지그(40)는 배킹부(42)와, 배킹부(42)의 표면(42a)에 대해서 후방측에 위치하는 다리부(43)를 구비한다. 표면(42a)은 배킹 지그(40)의 외주 표면의 일부를 이룬다. 배킹 지그(40)는 강철재로 이루어지거나, 또는 질화규소의 세라믹 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기에서는 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 원통 형상체인 경우를 설명하였으나, 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 타원통 형상체인 경우, 타원 기둥체의 배킹 지그를 이용하여도 좋다.
공정 B에서는, 도 3및 도 4에 나타내는 바와 같이, 슬릿(12)의 길이 방향(US) 전체가 충전재(2)로 채워지도록 충전재(2)를 슬릿(12)에 충전하고, 충전재 구비 원통 형상체(20)를 형성한다. 여기서, 배킹부(42)의 표면(42a)이 충전부(22)의 내표면(22f)에 대면하고, 다리부(43)의 표면(43a)이 원통 바디부(11)의 내표면(11f)에 접한다. 다리부(43)의 표면(43a)은 배킹 지그(40)의 외주 표면의 일부를 이룬다. 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내경을 di(단위: mm)라 할 때, 배킹부(42)의 표면(42a)과 가상선(22g)과의 최단거리(G)(단위: mm)는 0≤G≤0.1di를 만족한다. 여기서, 가상선(22g)은 충전재 구비 원통 형상체(20)의 축(AM)을 수직으로 횡단하는 도 4와 같은 횡단면에 나타내는 원통 바디부(11)의 내표면(11f)측의 슬릿(12) 양단부(14a, 14b)를 직선 형상으로 이은 가상선이다. 상기에서는 충전재 구비 통 형상체가 충전재 구비 원통 형상체인 경우를 설명하였으나, 충전재 구비 통 형상체가 충전재 구비 타원통 형상체인 경우, 충전재 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 내경을 di(단위: mm)라 할 때, 0≤G≤0.1di를 만족한다.
충전재 구비 원통 형상체(20)는 금속계 판재(1)와 충전부(22)를 구비한다.
충전부(22)는 충전재(2)와 슬릿(12)을 갖고, 충전재(2)가 슬릿(12)에 고정되어 있다.
슬릿(12)의 길이 방향(US) 전체가 충전재(2)로 채워진다는 것은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 적어도 폭 방향(UW)에 걸쳐 충전재(2)가 슬릿(12) 내에 고정되어 있는 상태가, 도 3에 나타내는 원통 바디부(11)의 일방의 단면(11c)에서 타방의 단면(11d)까지 걸쳐 형성되어 있는 것을 말한다. 슬릿(12)에서의 충전재(2)의 비율은 슬릿(12)의 폭 방향(UW)에서, 90 ~ 100%인 것이 바람직하고, 슬릿(12)의 길이 방향(US)에서, 90 ~ 100%인 것이 바람직하다.
충전재(2)를 슬릿(12)에 충전한다는 것은 도 4에 나타내는 바와 같이, 원통 바디부(11)의 외주 표면(11e)으로부터 UD 방향을 따라, 예를 들면 0.95T1 이상 T1 이하까지 충전재(2)를 슬릿(12)에 채운 것을 말한다. 충전부(22)에서, 충전재(2)의 내부 및 충전재(2)와 슬릿(12) 사이에는 공정 C에서 개질되므로, 틈새 및 결함이 남아도 좋다.
도 1에 나타내는 슬릿(12)의 용적을 VS(단위: ㎣)라 하고, 도 3에 나타내는 충전부(22)에서의 충전재(2)의 외관의 체적을 V2(단위: ㎣)라 했을 때, 0＜V2≤VS 여도 좋으나, 틈새 및 결함을 고려하여 VS＜V2≤1.1VS인 것이 바람직하다. 여기서 VS＜V2는 충전재(2) 외관의 체적(V2)이 슬릿의 용적(VS)보다 큰 것을 의미한다.
충전재(2)는, 예를 들면, 금속계 판재(1)의 조성과 동일한 조성의 용접재료(102)(도 8), 용융 금속(미도시), 블록재(202)(도 9), 와이어(302)(도 10), 입체(粒體)(402)(도 11), 또는 분체(粉體)(미도시)로 한다. 또한, 충전재(2)의 형태로는, 금속계 판재(1)의 조성과 다른 조성 부재의 조합 형태로 해도 좋다. 예를 들면, 블록재의 형태로는, 블록 형상의 구성부재를 조합한 복합 블록재로서, 금속계 판재(1)의 조성과 다른 조성의 블록 형상의 구성부재를 포함하지만, 상기 복합 블록재의 평균 조성이 금속계 판재(1)의 조성과 동일한 복합 블록재(미도시) 여도 좋다. 와이어의 형태로는, 복수개의 와이어를 그룹핑한 와이어다발로서, 금속계 판재(1)의 조성과 다른 조성의 와이어를 포함하지만, 상기 와이어다발의 평균 조성이 금속계 판재(1)의 조성과 동일한 와이어다발(미도시)이라도 좋다. 입체의 형태로는, 입체 혼합물로서, 금속계 판재(1)의 조성과 다른 조성의 입자를 포함하지만, 상기 입체 혼합물의 평균 조성이 금속계 판재(1)의 조성과 동일한 입체 혼합물(미도시)이라도 좋다. 분체의 형태로는 분체 혼합물로서, 금속계 판재(1)의 조성과 다른 조성의 입자를 포함하지만, 상기 분체 혼합물의 평균 조성이 금속계 판재(1)의 조성과 동일한 분체 혼합물(미도시)이라도 좋다. 도 8 및 도 9에서는 충전재(2)의 두께가 금속계 판재(1)의 살두께보다 두꺼운 형태를 나타낸다.
공정 B는 다음의 공정 B1 ~ B4의 어느 하나의 공정인 것이 바람직하다. 슬릿(12)에 충전시키는 것을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
(공정 B1)
공정 B는 도 8에 나타내는 바와 같이, MIG 또는 TIG법에 의해 슬릿(12)에 용접재료(102)를 살올림하는 공정 B1인 것이 바람직하다. 슬릿(12)에 용접재료(102)를 삽입하여 살올림하므로, 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 외주 표면(11e)으로부터 UD 방향을 따라 금속계 판재(1)의 살두께(T1)까지 용접재료(102)가 슬릿(12)에 채워지는 것이 용이해진다. 공정 B1을 시작하는데 있어, 배킹부(42)를 구비하는 배킹 지그(40)를 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부(10a)에 설치하는 것이 바람직하다. 슬릿(12)에 용접재료(102)를 삽입하여 살올림할 때, 배킹부(42)의 표면(42a)이 슬릿(12)의 내저면이 되고, 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부(10a)에 용접재료(102)를 과잉으로 살올림하여, 내표면(11f)에 용접재료(102)가 퍼지는 것을 방지할 수 있다. 살올림 완료 후, 용접재료(102)가 식어 슬릿(12)에 고정됨으로써, 충전부(22)가 마련되고 충전재 구비 원통 형상체(20)가 형성된다.
(공정 B2)
공정 B는 슬릿(12)에 용융체(미도시)를 유입시키는 공정 B2인 것이 바람직하다. 슬릿(12)에 용융체(미도시)를 유입시킨 상태는 용접재료(102)가 용융체(미도시)인 것 이외는 도 8에 나타낸 상태와 동일하다. 공정 B2를 시작하는데 있어서, 공정 B1과 동일하게, 배킹 지그(40)를 설치하는 것이 바람직하다. 배킹부(42)의 표면(42a)이 슬릿(12)의 내저면이 되고, 용융체(미도시)가 슬릿(12)에서 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부(10a)로 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 용융체(미도시)의 적합한 조성 및 유입시킨 이후의 과정에 대해서는 B1과 동일하다.
(공정 B3)
공정 B는 도 9에 나타내는 바와 같이, 금속계 판재(1)의 살두께(T1) 이상의 두께(T202)를 갖는 블록재(202)를 슬릿(12)에 끼워 넣고, 도 13에 나타내는 바와 같이 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴(70)로 가압하는 공정 B3인 것이 바람직하다. 가압에 의해 금속계 판재(1)와 블록재(202)의 틈새(23)를 채울 수 있다.
공정 B3에서는, 배킹 지그(40)를 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부에 설치하고, 파지부재(미도시)를 이용하여 슬릿(12)을 덮지 않도록 슬릿 구비 원통 형상체(10)를 파지하며, 원통 바디부(11)의 내표면(11f)을 배킹부(42)의 표면에 접촉시켜 테이블(60)에 대해서 슬릿 구비 원통 형상체(10)가 움직이지 않도록 하고, 블록재(202)를 슬릿(12)에 끼워 넣고 배킹부(42)를 향해 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴(70)로 슬릿 구비 원통 형상체(10)를 외주 표면(11e)의 측으로부터, 도 9에 나타내는 방향(UD)으로 가압하는 것이 바람직하다. 배킹부(42)의 표면(42a)이 슬릿(12)의 내저면이 되어 슬릿(12)에 블록재(202)를 보다 조밀하게 충전할 수 있다. 도 2에서의 간격의 길이(WS)는 원통 바디부(11)의 내표면(11f)을 향함에 따라 작아지는 것이 바람직하다. 블록재(202)를 슬릿(12)에 끼워 넣을 때, 블록재(202)를 슬릿에 쉽게 끼워 넣고, 마찰교반 회전 툴(70)로 블록재(202)를 가압해도 블록재(202)가 움직이지 않게 할 수 있다. T1 = T202면, 마찰교반 회전 툴(70)로 블록재(202)와 금속계 판재(1)의 경계부(미도시)를 포함하여 가압해도 좋다. 가압할 때, 슬릿(12)은 소성변형 되어도 좋다.
(공정 B4)
도 10은, 도 2에 나타내는 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 슬릿(12)에 와이어(302)를 복수개 그룹핑하여 설치한 상태의 도면이다. 도 11은, 도 2에 나타내는 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 슬릿(12)에 입체(402)를 슬릿(12)에 설치한 상태의 도면이다.
공정 B는 도 10에 나타내는 바와 같이, 슬릿(12)에 와이어(302)를 설치하거나, 도 11에 나타내는 바와 같이 입체(402)를 슬릿(12)에 설치하거나, 또는 분체를 슬릿(12)에 설치(미도시)의 적어도 어느 하나를 수행하고, 해머(미도시), 프레스기(미도시), 또는 도 12에 나타내는 바와 같이, 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴(70)로 가압하는 공정 B4인 것이 바람직하다. 공정 B4에서는, 공정 B3과 동일하게 배킹 지그(40)를 설치하고, 슬릿 구비 원통 형상체(10)를 파지하며, 와이어(302), 입체(402) 및 분체(미도시) 중 적어도 1종을 설치하고, 공정 B3과 동일하게, 배킹부(42)를 향해 슬릿 구비 원통 형상체(10)를 외주 표면(11e) 측으로부터 가압하는 것이 바람직하다. 공정 B4에서, 와이어(302), 입체(402) 및 분체(미도시) 중 적어도 1종을 설치할 때, 슬릿(12)의 양측을 누름 지그(押治具)(80)로 누르고, 원통 바디부(11)의 내표면(11f)을 배킹 지그(40)의 배킹부(42) 표면에 밀착시키는 것이 바람직하다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 누름 지그(80)는, 예를 들면, 평판 형상을 갖는다. 슬릿(12)의 양측을 각각 누름 지그(80)로 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 중심(CH)을 향해 가압력(84)을 가한다. 가압력(84)이 가해진 원통 바디부(11)의 내표면(11f)은 배킹 지그(40)의 배킹부(42) 표면에 접촉한다. 이 때, 원통 바디부(11)의 내표면(11f)과 배킹부(42)의 표면의 틈새가 없어진다. 원통 바디부(11)의 내표면(11f)과 배킹부(42) 표면의 틈새가 없기 때문에, 와이어(302), 입체(402) 및 분체(미도시)가 이 틈새로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 상기에서는, 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 원통 형상체인 경우를 설명하였으나, 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 타원통 형상체인 경우, 가압력(84)을 가하는 방향은 단축과 장축의 교점(CH)을 향하는 방향이다.
충전재(2)의 형태로는, 와이어(302)만(도 10), 입체(402)만(도 11), 분체만(미도시), 와이어(302)와 입체(402)의 조합(미도시), 와이어(302)와 분체의 조합(미도시), 입체(402)와 분체의 조합(미도시) 또는 와이어(302)와 입체(402)와 분체의 조합(미도시)이 있다.
와이어(302)는 도 1에 나타내는 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 길이(L10) 이상의 길이를 갖는 선 형상의 금속 또는 합금제 부재이다. 입체(402)는 입자 지름 1000㎛ 이상 10000㎛ 미만의 입자 형상의 금속 또는 합금제 부재이다. 분체(미도시)는 입자 지름 10㎛ 이상 1000㎛ 미만의 입자 형상의 금속 또는 합금제 부재이다.
충전재(2)의 형태가 와이어(302)만의 형태인 경우, 와이어(302)를 슬릿(12) 내에 설치한다. 여기서, 와이어(302)가 1개뿐인 경우(미도시)와, 도 10에 나타내는 바와 같이, 복수개의 와이어(302)가 와이어다발에 그룹핑되어 있는 경우가 있다. 설치 후, 예를 들면, 해머(미도시) 또는 프레스기(미도시)로 와이어(302)를 가압하고, 와이어(302)를 슬릿(12)에서의 내표면(11f) 측으로 밀어넣어 와이어(302)와 금속계 판재(1)와의 틈새(23)를 채워간다. 그 후, 마찰교반 회전 툴(70)로 와이어(302)를 가압하여 금속계 판재(1)와 와이어(302)와의 틈새(23)를 더 채워도 좋다. 와이어(302)의 설치두께 H2라 하면, H2?T1인 것이 바람직하다. H2=T1이면, 해머(미도시) 또는 프레스기(미도시)를 사용하지 않고 직접 마찰교반 회전 툴(70)로 와이어(302)를 가압하고, 금속계 판재(1)와 와이어(302)와의 틈새(23)를 채워도 좋다. 또한, 와이어(302)와 금속계 판재(1)의 경계부(미도시)를 포함하여 가압해도 좋다.
충전재(2)의 형태가 입체(402)만의 형태인 경우, 도 11에 나타내는 바와 같이, 와이어(302)를 입체(402)로 변경한 것 이외는 와이어(302)의 형태와 동일하다. 충전재(2)의 형태가 분체(미도시)만의 형태인 경우, 입체(402)만의 형태와 동일하게 공정 B4를 수행한다. 충전재(2)의 형태가 조합의 형태인 경우, 입체(402)만의 형태와 동일하게 공정 B4를 실시한다.
마찰교반 회전 툴(70)로 가압한다는 것은, 예를 들면 도 11에 나타내는 입체(402)를, 도 12에 나타내는 바와 같이, 단순히 가압 방향(76)으로 가압하면서, 도 13에 나타내는 바와 같이, 마찰교반 회전 툴(70)의 숄더부(72)의 회전에 의해서 입체(402)를 변형시키고, 가역성 영역(3) 내에 소성 유동체를 일으켜 도 4에 나타내는 바와 같이, 충전재 구비 원통 형상체(20)의 형성한 후에, 충전부(22)에서의 충전재(2)와 슬릿(12)의 틈새를 줄이는 것을 말한다. 구체적으로는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 마찰교반 회전 툴(70)을 회전 방향(75)으로 회전시키고, 마찰교반 회전 툴(70)의 숄더부(72)를 천천히 입체(402)에 가압 방향(76)으로 누른다. 숄더부(72)가 입체(402)에 접촉하면, 회전에 의한 마찰열에 의해서 접촉한 입체(402)에 고온 가역성 영역(3)이 발생하여 열전도에 의해 입체(402)가 가열되고, 도 13에 나타내는 바와 같이, 가역성 영역(3)이 확대된다. 동시에, 마찰교반 회전 툴(70)로부터 부여된 회전력이 가역성 영역(3) 내의 소성 유동체에 회전 방향(75)의 전단력을 부여하여 틈새(23)가 감소하고, 소성 유동체의 외표면이 더욱 슬릿(12)의 형상으로 추종하도록 변형되면서 충전할 수 있다. 블록재(202)만, 와이어(302)만, 분체만(미도시), 조합 등의 충전재(2) 이외의 형태에서도 동일하다. 여기서, 마찰교반 회전 툴(70)은, 예를 들면, Fe, Ni, Co, W, Ir 및 이들을 기재로 한 합금 이외에 세라믹 재료로 이루어진다. 마찰교반 회전 툴(70)은 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴을 이용할 수 있다. 마찰교반 회전 툴(70)을 누르는 가압은 충전재(2) 및 금속계 판재(1)의 살두께 등의 치수를 매번 고려하여 조정된다. 상기 가압에 의해 도 13에 나타내는 바와 같이, 소성 유동이 내표면(11f)측까지 발생해도 좋다. 숄더부(72)는, 예를 들면, 평탄 형상, 둥그스름한 형상 또는 요철을 띤 조면이며, 바람직하게는 평탄 형상이다. 슬릿 구비 원통 형상체(10)를 파지하고, 입체(402) 상에서 가압하면서 마찰교반 회전 툴(70)을 움직이는 것이 바람직하다. 또한, 슬릿(12)이 가압에 의해 변형해도 좋다. 도 12 또는 도 13에서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 누름 지그(80)로 슬릿(12)의 양단을 누르고, 원통 바디부(11)의 내표면(11f)을 배킹 지그(40)의 배킹부(42) 표면에 접촉시키는 것이 바람직하다.
(공정 C)
공정 C를 시작하는데 있어서, 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 원기둥체의 배킹 지그(40) 및 테이블(60)을 계속 사용한다. 공정 C에서는 적어도 충전부(22)에 프로브(53)를 갖는 마찰교반 회전 툴(50) 중, 적어도 프로브(53)를 삽입시켜 FSP를 시공하고, 충전재 구비 원통 형상체(20)가 적어도 충전부(22)를 개질하여 FSP부(32)를 구비한 금속계 원통재(30)를 형성한다. 개질 후, 금속계 원통재(30)로부터 배킹 지그(40)를 뽑아낸다.
마찰교반 회전 툴(50)은 통상의 FSP로 이용되는 마찰교반 회전 툴을 이용할 수 있다. 마찰교반 회전 툴(50)은, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 원기둥 형상의 동체부(51)와, 동체부(51)의 일단에 설치된 숄더부(52)와, 숄더부(52)에 설치된 프로브(53)를 갖는다. 마찰교반 회전 툴(50)은, 예를 들면, 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴(70)과 동일한 재료로 이루어진다.
마찰교반 회전 툴(50)의 삽입을 시작하는데 있어서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 배킹부(42)를 구비하는 배킹 지그(40)를 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 설치하고, 그 후, 파지부재(미도시)를 이용하여 충전부(22)를 덮지 않도록 충전재 구비 원통 형상체(20)를 파지하여, 테이블(60)에 대해서 충전재 구비 원통 형상체(20)가 움직이지 않도록 하고, 배킹부(42)를 향해 마찰교반 회전 툴(50)을 삽입하고 개질을 수행하는 것이 바람직하다. 배킹부(42)의 표면(42a)이 가압에 의한 힘을 받는 지지면이 되고, FSP부(32) 내부에 공간이나 결함이 없는 보다 양질인 개질을 달성할 수 있다.
FSP의 원리에 대해서 설명한다. 회전하는 마찰교반 회전 툴(50)을, 충전재 구비 원통 형상체(20), 예를 들면 충전부(22)에 외주 표면(11e)측으로부터 삽입한다. 이 때, 마찰교반 회전 툴(50)에서는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 프로브(53)가 충전부(22) 내에 매몰하여 숄더부(52)가 충전부(22)에 꽉 눌려진다. 프로브(53)가 충전부(22)에 삽입되면, 회전에 의한 마찰에 의해서 충전부(22)가 급속히 가열되어 그 결과, 충전부(22)의 기계적 강도가 저하된다. 테이블(60)에 대해서 충전재 구비 원통 형상체(20)를 파지하여, 충전부(22) 상을 지나도록 진행 방향(54)을 따라 마찰교반 회전 툴(50)을 움직이게 한다. 마찰교반 회전 툴(50)이 삽입된 부분에서는 마찰교반 회전 툴(50)의 숄더부(52) 및 프로브(53)가 충전부(22)에 맞닿으면서 회전함에 따라 발생한 마찰열이 숄더부(52) 및 프로브(53) 주위의 충전부(22)에 고온의 가역성 영역(4)을 형성한다. 동시에, 마찰교반 회전 툴(50)로부터 부여된 회전력이 가역성 영역(4) 내의 소성 유동체에 회전 방향(55)의 전단력을 부여하여, 소성 유동체 중에 포함되는 결함 및 공극이 제거되어 개질이 이루어진다. 마찰교반 회전 툴(50)이 통과한 후 소성 유동체는 냉각되고, 도 5 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 고체 형상의 FSP부(32)가 되고, FSP부(32)를 구비한 금속계 원통재(30)가 형성된다. 이러한 현상은 모두 충전재 구비 원통 형상체(20)의 융점보다 낮은 온도에서 생긴다. 도 5, 도 6 및 도 7에서는 마찰교반 회전 툴(50)의 진행 방향(54)의 이동을 충전부(22) 일단에서 타단까지의 편도 1회로 하여, 그 이동에 의해 FSP부(32)의 형성을 완료시키는 형태를 나타낸다.
FSP의 시공은 적어도 충전부(22)를 포함하도록 수행된다. 적어도 충전부(22)를 포함하도록 수행하는 형태로는, 예를 들면, 충전부(22)에만 시공하는 형태, 충전부(22)뿐 아니라 충전부(22)를 사이에 둔 양측의 금속계 판재(1)에는 돌출하여 시공하는 형태, 충전부(22)뿐 아니라 금속계 판재(1) 전체에도 시공하는 형태가 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 숄더부(52)의 숄더 지름을 RS(단위: mm)라 하고, 프로브(53)의 프로브 지름을 RP(단위: mm)라 할 때, 숄더 지름과 프로브 지름의 비율 RP/RS는, 예를 들면 0.3이상 0.5이하이다.
숄더부(52)는, 예를 들면, 오목 형상, 볼록 형상, 평탄 형상이며, 바람직하게는 오목 형상이다.
숄더부(52)가 평탄 형상인 경우, 도 6에 나타내는 바와 같이, 숄더부(52)에서의 프로브(53)의 근원부분의 표면이 금속계 판재(1)의 가상 외주면(5)에 접함과 동시에, 더욱 마찰교반 회전 툴(50)이 밀어 넣어져, 숄더부(52)의 모서리부(P3, P4)가 가상 외주면(5)에 접하도록 맞닿는다. 이 때, 숄더부(52)는 가상 외주면(5)으로부터 최대 감육(減肉)분(TW)이 두께가 감소된 상태에서, 가역성 영역(4) 내의 소성 유동체에 꽉 눌린다. 최대 감육분(TW)(단위: mm)은 0≤TW≤0.5를 만족하는 것이 바람직하다.
숄더 지름(RS)의 적합한 상한값은 소성 유동체에 대한 숄더부(52)가 누름 폭(押堂幅)이 적합한 상한값(WC)이기도 하다. 적합한 상한값(WC)은 도 6에 나타내는 바와 같이, 가상 외주면(5)으로부터 최대 0.5mm 두께 감소된 상태에서 숄더부(52)의 모서리부(P3, P4)가 가상 외주면(5)에 접할 때의 숄더부(52)의 누름 폭이다. 가상 외주면(5)의 중심을 CT라고 하면, 이 상한값(WC)은 이등변 삼각형(P3CTP4)에서의 저변(P3P4)의 길이다. 도 2에 나타내는 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 외경을 do(단위: mm)라 하면, 저변(P3P4)의 길이, 즉 적합한 상한값(WC)은 (2do-1)1/2이 된다. 상기에서는 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 원통 형상체인 경우를 설명하였으나, 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 타원통 형상체인 경우, 슬릿 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 외경을 do(단위: mm)라 한다.
도 2에 나타내는 공정 A에서의 간격의 길이(WS)와, 도 6에 나타내는 프로브 지름(RP)의 관계는 WS≤RP인 것이 바람직하다. 이 때, 적합한 상한값(WC)과 숄더 지름과 프로브 지름의 비율(RP/RS)을 고려하면, WS＜0.4Х(2do-1)1/2인 것이 바람직하다. 금속계 판재(1)와 충전재(2)의 일체화를 용이하게 하면서 마찰교반 회전 툴(50)을 이동시키는 노력을 경감할 수 있다. 상기에서는 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 원통 형상체인 경우를 설명하였으나, 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 타원통 형상체인 경우, 슬릿 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 외경을 do(단위: mm)라 한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 프로브(53)의 길이(Q1)(단위: mm)와, 금속계 판재(1)의 살두께(T1)(단위: mm)의 관계는 0＜Q1≤(T1-0.5)를 만족하는 것이 바람직하다. Q1은 0에서도 교반하는 것은 가능하지만, Q1＞0쪽이 교반 능력이 향상된다. Q1이 (T1-0.5)를 초과하면, 적합한 감육분(TW)의 범위에서, 숄더부(52)의 모서리부(P3, P4)가 가상 외주면(5)에 접하도록 눌렀을(押當) 때, 프로브(53)가 금속계 판재(1)를 관통하는 경우가 있다. 또한, 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 배킹 지그(40)를 설치했을 때, 금속계 판재(1)를 관통한 프로브(53)가 배킹부(42)를 문지르는 경우가 있다.
금속계 원통재(30)는 Au, Ag, Al, Cu, Zn, Au기 합금, Ag기 합금, Al기 합금, Cu기 합금, 또는 Zn기 합금의 어느 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다. 열전도성의 높은 및/또는 산화되기 쉬운 재질로도 금속계 원통재(30)를 제조할 수 있다.
충전재(2)가 입체 혼합물이며, 금속계 판재(1)의 조성과 다른 조성의 입자를 포함하지만, 상기 입체 혼합물의 평균 조성이 금속계 판재(1)의 조성과 동일한 입체 혼합물(미도시)인 경우, 충전부(22)에서의 충전재(2)에는 조성성분의 편향이 발생할 가능성이 있다. FSP에 의해 가역성 영역(4)에서 교반이 발생하므로 충전부(22)가 개질되고, 조성의 편향이 없으며, 금속계 판재(1)의 조성과 동일한 FSP부(32)를 구비한 금속계 원통재(30)를 얻을 수 있다.
(공정 D)
공정 C 이후에, 더욱 금속계 원통재(30)가 적어도 FSP부(32)에 소성 가공을 시행하는 공정 D를 갖는 것이 바람직하다. 소성 가공에 따른 가공 변형을 넣음으로써, 도 5 및 도 7에 나타내는 금속계 원통재(30)의 FSP부(32)와 금속계 판재(1)에서의 결정립을 조정하고, 결정립 크기의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 외관이 아름답고 원통 바디부(531)와 FSP부(532)가 균일한 두께가 되도록 일체화된 금속계 원통재(530)를 제조할 수 있다. 예를 들면, 공정 C 종료 후, 금속계 판재(1)의 살두께T1＞FSP부(32)의 살두께(T32)인 경우, 소성 가공을 시행하는 것이 바람직하다. 적어도 FSP부(32)에 소성 가공을 시행하는 형태로는, 예를 들면, FSP부(32)에만 시공하는 형태, FSP부(32) 뿐 아니라 FSP부(32)를 사이에 둔 양측의 금속계 판재(1)에 돌출하여 시공하는 형태, FSP부(32)뿐 아니라 금속계 판재(1) 전체에도 시공하는 형태가 있다. 소성 가공의 형태로는. 예를 들면, 인발 가공, 압출 가공 또는 형 단조가 있다. 소성 가공에 의해 얻어지는 금속계 통재는 금속계 타원통재여도 좋으나, 금속계 원통재인 것이 바람직하다.
(공정 E)
공정 C와 공정 D 사이, 공정 D 이후, 또는 공정 C와 공정 D 사이 및 공정 D 이후의 양방에서, 금속계 판재(1)의 재결정 온도 이상의 온도로 금속계 원통재(30)를 열처리하는 공정 E를 갖는 것이 바람직하다. 금속계 원통재(30)의 내부응력을 감소시킬 수 있고, FSP부(32)와 금속계 판재(1)에서의 결정립을 조정하여 결정립의 크기의 균일성을 향상시킬 수 있다. 금속계 판재(1)의 재결정 온도를 SR(온도 단위: K)라 했을 때, 0.5SR 이상 0.95SR 이하의 온도범위에서 열처리하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.65SR 이상 0.90SR 이하이며, 특히 바람직하게는 0.70SR 이상 0.80SR 이하이다. 열처리 온도가 0.5SR 미만에서는 내부응력을 감소시킬 수 없는 경우가 있다. 또한, FSP부(32)와 금속계 판재(1)의 결정립 크기의 균일성을 향상시킬 수 없는 경우가 있다. 열처리 온도가 0.95SR을 초과하면, 금속계 원통재(30)가 열변형하는 경우가 있다. 열처리 시간은 열처리 개시 이후 30분 이상인 것이 바람직하고, 60분 이상인 것이 보다 바람직하며, 120분 이상인 것이 특히 바람직하다. 열처리 시간이 30분 미만에서는 금속계 원통재(30)가 충분히 가열되지 않아 내부응력을 감소시킬 수 없는 경우가 있다. 또한, FSP부(32)와 금속계 판재(1)의 결정립 크기의 균일성을 향상시킬 수 없는 경우가 있다. 열처리 시간의 상한은 1440분 이하인 것이 바람직하고, 720분 이하인 것이 보다 바람직하다. 내부응력은 경도 측정 등의 일반적인 방법으로 확인할 수 있다.
금속계 원통재(30) 중 FSP부(32) 이외의 개소의 두께(TA)는 2mm 이상 25mm 이하이며, 금속계 원통재(30)의 길이(L1)는 500mm 이상인 것이 바람직하다. 보다 효율적으로 장척의 금속계 원통재(30)를 제조할 수 있다. 여기서, 금속계 원통재(30) 중 FSP부(32) 이외의 개소의 두께(TA)는 금속계 판재(1)의 살두께(T1)이다. 금속계 원통재(30)의 길이(L1)의 상한은, 예를 들면 20000mm 이하이고, 10000mm 이하인 것이 바람직하고, 4000mm 이하인 것이 보다 바람직하다.
(용도)
금속계 원통재(30)가 스퍼터링 타깃, 압력 용기용 캡슐 또는 압력 용기용 라이너의 전체 또는 일부인 것이 바람직하다. 금속계 원통재(30)의 형태로는 스퍼터링 타깃의 전체, 스퍼터링 타깃의 일부, 압력 용기용 캡슐의 전체, 압력 용기용 캡슐의 일부, 압력 용기용 라이너의 전체, 또는 압력 용기용 라이너의 일부다. 이러한 장치 또는 부품에서, 장척이면서 살두께의 불균형 억제를 간편하고 저비용으로 실현할 수 있다.
[제2 형태]
이어서, 금속계 통재의 제조방법의 제2 형태에 대해서 제1 형태와의 차이점을 중심으로 상세하게 설명한다. 제2 형태에서는, 공정 A에서 2매 이상의 금속계 판재가 조합된 1개의 원통 형상을 이루는 형상을 갖고, 또한 슬릿이 간격을 두고 대향하는 인접하는 금속계 판재의 단면 사이의 틈새인 슬릿 구비 원통 형상체를 이용한다. 제2 형태에서는, 금속계 판재가 2매이면, 슬릿의 갯수는 2개이고, 이후 금속계 판재가 1매 증가할 때마다 슬릿의 갯수가 1개 증가한다. 대표예로 도 16에 나타내는 바와 같이, 3매의 금속계 판재(101, 201, 301) 및 3개의 슬릿(112, 212, 312)의 형태에 대해서 설명한다. 충전재 구비 원통 형상체(20)는 3개의 충전부(122, 222, 322)를 구비하고 있다.
도 16에 나타내는 충전재 구비 원통 형상체(20)에서의 금속계 판재(101, 201, 301)를 평면으로 전개하여 나열한 판면의 외관 형상은 제1 형태에서의 도 4에 나타내는 금속계 판재(1)의 경우와 동일하다.
(공정 A)
3매의 금속계 판재(101, 201, 301)를 조합하여 슬릿 구비 원통 형상체(미도시)를 형성할 때 파지부재(미도시)를 이용하여, 슬릿(112, 212, 312)을 덮지 않도록 금속계 판재(101, 201, 301)를 원기둥체의 배킹 지그(40)에 붙이는 것이 바람직하다. 슬릿 구비 원통 형상체(미도시)의 원통 형상을 유지할 수 있다. 이 배킹 지그(40)는 공정 B 및 공정 C에서 계속 사용할 수 있다.
슬릿(112, 212, 312)은 서로 교차하지 않는 것이 바람직하다. 공정 B 및 공정 C에서의 조작의 간략화 관점으로부터, 보다 바람직하게는 슬릿(112, 212, 312)은 서로 평행하다. 슬릿(12)의 길이 방향(US)이 원통 바디부(11)의 길이 방향(UH)에 대해서 각도를 이루는 경우, 금속계 판재(101, 201, 301)를 평면으로 전개한 판면의 외관 형상은 평행사변형, 마름모꼴 이외에 삼각형이라도 좋다.
(공정 B 및 공정 C)
공정 B에서의 슬릿(112, 212, 312)에 충전재(2)를 충전하는 순서는 한정되지 않는다. 공정 B와 공정 C의 순서의 형태는 슬릿(112, 212, 312) 전체에서 공정 B가 완료된 이후에 공정 C를 수행하는 형태(NA)가 바람직하다. 공정 B와 공정 C의 순서의 형태는 또한, 슬릿(112, 212, 312)의 어느 하나에 대해서 공정 B를 수행한 후 공정 C를 수행하고, 계속하여 나머지 2개의 슬릿 중 하나에 대해서 공정 B를 수행한 후 공정 C를 수행하고, 마지막으로 나머지 하나의 슬릿에 대해서 공정 B를 수행한 후 공정 C를 수행하는 형태(NB)가 바람직하다. 공정 B가 공정 B3 또는 공정 B4인 경우, 형태(NB)를 채용하는 것이 바람직하다. 미충전의 타슬릿에 충전재(2)를 충전하기 쉽게 하기 위해서, 슬릿(112, 212, 312)의 위치를 이동시켰을 때 먼저 충전된 충전재(2)가 슬릿으로부터 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.
[비교예: 단면 사이의 틈새를 없애도록 맞대는 기술]
도 17 및 도 18은, 1매의 금속계 판재(1)를 라운딩하여, 금속계 판재(1) 일방의 단면(91a)과 타방의 단면(91b)을 맞대서 형성한 원통 형상체(91)의 내부(90a)에 배킹 지그(40)를 설치한 상태를 나타내는 도면이다. 1매의 금속계 판재(1)를 라운딩하여 단면(91a)과 단면(91b)을 맞대 원통 형상체(91)를 형성할 때, 원통 형상체(91) 일방의 단면(91c)측 및 타방의 단면(91d)측에서는 단면(91a)과 단면(91b)을 맞대도록 하기 용이하지만, 원통 형상체(91)의 중앙부에서는 단면(91a)과 단면(91b)을 맞댈 때까지 구부리는 것이 곤란하다. 원통 형상체(91)의 길이(L91)가 길어질수록 원통 형상체(91)의 중앙부에서의 맞대기는 더욱 어려워진다. 단면(91a)과 단면(91b)을 맞댈 수 있다 하더라도, 단면(91a) 및 단면(91b)은 면의 거칠기 및 금속계 판재(1)를 라운딩하는 과정에서 변형의 영향을 받으므로, 개구된 비연속부(92)가 발생한다. 비연속부(92)에 FSW(Friction Stir Welding)를 시공하여 비연속부(92)를 접합하는 것은 곤란하다.
[제3 내지 제5 형태]
금속계 통재의 제조방법의 제3 내지 제5 형태에 대해서, 제1 형태와의 차이점을 중심으로 상세하게 설명한다. 제3 내지 제5 형태는 배킹 지그(40)의 변형예를 이용한 형태이다.
본 실시형태에 따른 배킹 지그(40)는 본 실시형태에 따른 금속계 통재의 제조방법에 이용되는 배킹 지그로서, 도 19 내지 도 21에 나타내는 바와 같이, 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 설치 가능하고, 배킹부(42)와, 배킹부(42)의 표면(42a)에 대해서 후방측에 위치하는 다리부(43)를 구비하며, 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 설치했을 때, 배킹부(42)의 표면(42a)이 충전부(22)의 내표면(22f)에 대면하고, 다리부(43)의 표면(43a)이 원통 바디부(11)의 내표면(11f)에 접하며, 배킹 지그(40)를 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 설치한 상태에서 충전재 구비 원통 형상체(20)의 축(AM)을 수직으로 횡단하는 도 19 내지 도 21에 나타내는 횡단면에 나타내는 원통 바디부(11)의 내표면(11f)측의 슬릿(12) 양단부(14a, 14b)를 직선 형상으로 이은 가상선(22g)과 상기 배킹부(42)의 표면(42a)과의 최단거리(G)(단위: mm)가 수학식 1을 만족한다.
[수학식 1]
0≤G≤0.1di
〔수학식 중, di는 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내경(단위: mm)을 나타낸다. 상기에서는 충전재 구비 통 형상체가 충전재 구비 원통 형상체인 경우를 설명하였으나, 충전재 구비 통 형상체가 충전재 구비 타원통 형상체인 경우, 충전재 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 내경을 di(단위: mm)라 할 때, 수학식 1을 만족한다.〕
설치란, 충전부(22)의 하방에 배킹부(42)가 존재하는 상태에서 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 배킹 지그(40)가 삽입되는 것을 말한다. 덧붙여, 도 3에 나타내는 원기둥체의 배킹 지그(40)의 경우, 배킹부(42)를 위치 맞춤할 필요 없이, 삽입 시점에서 충전부(22)의 하방에 배킹부(42)가 존재하는 상태가 된다.
배킹부(42)는 충전재(2)가 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 도달하지 않도록 하는 슬릿(12)의 내저면, 또는 가압에 의한 힘을 받는 지지면이 되는 표면(42a)을 갖는다. 다리부(43)는 원통 바디부(11)의 내표면(11f)에 접하는 표면(43a)을 갖는다. 표면(42a)은 평면이라도 좋으나, 내표면(11f)의 곡률과 일치하는 곡면, 또는 내표면(11f)의 곡률보다 작은 곡률의 곡면인 것이 바람직하다. 표면(43a)은 평면 또는 각을 갖는 면이라도 좋으나, 내표면(11f)의 곡률에 일치하거나 또는 작은 곡면인 것이 바람직하다. 금속계 판재가 복수매인 경우, 표면(43a)은 충전부(22)를 넘어 내표면(11f)에 접해도 좋다(미도시). 표면(43a)이 내표면(11f)에 접할 때, 표면(42a)과 가상선(22g) 사이에는 간격(G)이 존재한다.
수학식 1에서, G=0일 때, 표면(42a)은 충전부(22)를 넘어 내표면(11f)에 대해서 접촉한다. G＞0.1di면, 표면(42a)은 슬릿(12)의 내저면으로서 기능하지 않고, 또한, 힘을 받는 지지면으로서 기능하지 않게 된다. 충전재 구비 원통 형상체(20)의 길이를 L20라 할 때, L20이 증가함에 따라, 충전재 구비 원통 형상체(20)의 휘어진 영향이 커져 배킹 지그(40)를 내부(20a)에 삽입하여 설치하는 것이 곤란해진다. 이 휘어진 상태를 고려하면, 바람직한 최단거리(G)의 범위는 (10di＋L20)/1000≤G≤0.09di이며, 보다 바람직하게는, (10di＋L20)/1000≤G≤0.08di이다.
도 19는, 도 4에 나타내는 배킹 지그(40)를 금속계 통재의 제조방법의 제3 형태에서의 배킹 지그로 치환한 개략 단면도이다. 도 20은, 도 4에 나타내는 배킹 지그(40)를 금속계 통재의 제조방법의 제4 형태에서의 배킹 지그로 치환한 개략 단면도이다. 도 19 또는 도 20에 나타내는 형상의 배킹 지그(40)가, 원통 바디부(11)의 길이 방향(UH)에 걸쳐 설치되어 있는 경우, 다리부(43)는 표면(42a)에 대해서 바로 뒤에 위치한다.
도 21은, 도 4에 나타내는 배킹 지그(40)를 금속계 통재의 제조방법의 제5 형태에서의 배킹 지그로 치환한 개략 단면도이다. 도 21에 나타내는 형상의 배킹 지그(40)가, 원통 바디부(11)의 길이 방향(UH)에 걸쳐 설치되어 있는 경우, 표면(42a)에 대해서 후방에 지지부(44)가 위치한다. 지지부(44)는 후방으로 분기하고, 분기한 말단에 다리부(43)가 위치한다. 따라서, 다리부(43)는 표면(42a)에 대해서 후방에 존재한다.
배킹 지그(40)의 설치방법의 예로서, 공정 B를 시작하는데 있어서, 배킹 지그(40)를 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부(10a)에 설치하는 방법을 설명한다. 표면(42a)이 슬릿(12)을 넘도록, 배킹 지그(40)를 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부(10a)에 삽입하고, 배킹 지그(40)를 내부(10a)에 설치한다. 설치 이후, 도 19 내지 도 21에 나타내는 바와 같이, 충전재(2)를 슬릿(12)에 충전하고, 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 배킹 지그(40)가 설치된 상태에서 충전재 구비 원통 형상체(20)를 형성한다. 공정 C를 시작하는데 있어서, 배킹 지그(40)를 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 설치하는 방법에 대해서도 동일하다.
[제6 내지 제8 형태]
금속계 통재의 제조방법의 제6 내지 제8 형태에 대해서, 제1 형태와의 차이점을 중심으로 상세하게 설명한다. 제6 내지 제8 형태는 가변기구를 이용한 배킹 지그를 채용한 형태이다.
본 실시형태에 따른 배킹 지그(40)는 본 실시형태에 따른 금속계 통재의 제조방법에 이용되는 배킹 지그로서, 도 22 내지 도 27에 나타내는 바와 같이, 배킹부(42)와, 배킹부(42)의 표면(42a)에 대해서 후방측에 위치하는 다리부(43)와, 배킹부(42)의 표면(42a)과 다리부(43)의 표면(43a) 상호간의 길이를 가변시키는 가변기구(45)를 구비한다.
제6 형태에 대해서 설명한다. 제6 형태는 도 22 및 도 23에 나타낸다. 도 22 및 도 23에 나타내는 배킹 지그(40)는 도 19 또는 도 20에 나타내는 배킹 지그(40)에서, 지지부(44)가 가변기구(45)로 치환한 형태의 배킹 지그이다. 가변기구(45)는 잭식 가변기구이다.
배킹 지그(40)의 설치방법의 예로서, 공정 B를 시작하는데 있어서, 배킹 지그(40)를 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부(10a)에 설치하는 방법을 설명한다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 잭식의 가변기구(45)를 줄여서 배킹 지그(40)를 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부(10a)에 삽입한다. 삽입 후, 표면(42a)이 슬릿(12)을 넘도록 표면(42a)을 내표면(11f)에 맞닿게 하여 잭식의 가변기구(45)를 늘리고, 표면(43a)을 내표면(11f)에 맞닿게 하고 배킹 지그(40)를 내부(10a)에 설치한다. 설치 후, 도 23에 나타내는 바와 같이, 충전재(2)를 슬릿(12)에 충전하고, 충전재 구비 원통 형상체(20)를 형성한다. 공정 C를 시작하는데 있어서, 배킹 지그(40)를 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 설치하는 방법에 대해서도 동일하다. 배킹 지그(40)는 잭식의 가변기구(45)에 의해, 내경이 다른 타 형태의 충전재 구비 원통 형상체(미도시)에서도 사용할 수 있다.
제7 형태에 대해서 설명한다. 제7 형태는 도 24 및 도 25에 나타난다. 도 24에 나타내는 배킹 지그(40)는, 도 21에 나타내는 배킹 지그(40)에서 지지부(44)가 가변기구(45)로 치환한 형태의 배킹 지그이다. 배킹 지그(40)의 설치방법은 제6 형태와 동일하다.
제8 형태에 대해서 설명한다. 제8 형태는 도 26 및 도 27에 나타난다. 도 27에 나타내는 배킹 지그(40)는, 라운딩한 판재(46)와, 판재(46)의 단면(46a)과 단면(46b) 사이에 끼워진 쐐기식의 가변기구(45)의 조합이다. 다리부(43)는 라운딩한 판재(46)에서의 단면(46a) 및 단면(46b)에 따른 단부다. 배킹부(42)는 라운딩한 판재(46)에서의 다리부(43)들의 중간이다. 도 27에서는, 쐐기식의 가변기구(45)를 슬릿(12)에 대해서 마주보는 위치에 배치하였으나, 쐐기식 가변기구(45)를 회전시켜 밀려진 위치에 배치시켜도 좋다. 배킹부(42)는 표면(42a)을 갖는다. 표면(42a)은 슬릿(12)의 내저면 또는 가압에 의한 힘을 받는 지지면이 된다. 다리부(43)는 내표면(11f)에 접하는 것이 가능한 표면(43a)을 갖는다. 표면(42a) 및 표면(43a)은 라운딩한 판재(46)의 외주표면의 일부를 이룬다.
배킹 지그(40)의 설치방법의 예로서 공정 B를 시작하는데 있어서, 배킹 지그(40)를 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부(10a)에 설치하는 방법을 설명한다. 도 26에 나타내는 바와 같이, 단면(46a)과 단면(46b) 사이를 줄이도록 구부리면서, 표면(42a)이 슬릿(12) 하부에 위치하도록 라운딩한 판재(46)를, 슬릿 구비 원통 형상체(10)의 내부(10a)에 삽입한다. 라운딩한 판재(46)를 삽입한 후, 단면(46a)과 단면(46b) 사이에 더 쐐기식의 가변기구(45)를 단면(46a, 46b)을 밀어내면서 삽입하고, 라운딩한 판재(46)를 넓혀서 표면(42a)이 슬릿(12)을 넘도록 표면(42a)을 내표면(11f)에 맞닿게 하고 배킹 지그(40)를 내부(10a)에 설치한다. 설치 이후, 도 27에 나타내는 바와 같이, 충전재(2)를 슬릿(12)에 충전하고, 충전재 구비 원통 형상체(20)를 형성한다. 공정 C를 시작하는데 있어서, 배킹 지그(40)를 충전재 구비 원통 형상체(20)의 내부(20a)에 설치하는 방법에 대해서도 동일하다. 쐐기식의 가변기구(45)의 폭 방향의 길이(WJ)의 변경에 의해 표면(42a)이 내표면(11f)에 대해서 가압하는 힘을 조정할 수 있다.
1: 금속계 판재
2: 충전재
3: 가역성 영역
4: 가역성 영역
5: 가상 외주면
10: 슬릿 구비 원통 형상체
10a: 슬릿 구비 원통 형상체의 내부
11: 원통 바디부
11a: 금속계 판재의 제1 단면
11b: 금속계 판재의 제2 단면
11c: 원통 바디부의 일방의 단면
11d: 원통 바디부의 타방의 단면
11e: 원통 바디부의 외주표면
11f: 원통 바디부의 내표면
12: 슬릿
13a: 원통 바디부의 내표면측 슬릿의 단부
13b: 원통 바디부의 내표면측 슬릿의 단부
13c: 원통 바디부의 외주 표면측 슬릿의 단부
13d: 원통 바디부의 외주 표면측 슬릿의 단부
14a: 원통 바디부의 내표면측 슬릿의 단부
14b: 원통 바디부의 내표면측 슬릿의 단부
20: 충전재 구비 원통 형상체
20a: 충전재 구비 원통 형상체의 내부
22: 충전부
22f: 충전부의 내표면
22g: 가상선
23: 틈새
30: 금속계 원통재
32: FSP부
40: 배킹 지그
42: 배킹부
42a: 배킹부의 표면
43: 다리부
43a: 다리부의 표면
44: 지지부
45: 가변기구
46: 판재
46a: 판재의 단면
46b: 판재의 단면
50: 프로브를 갖는 마찰교반 회전 툴
51: 동체부
52: 숄더부
53: 프로브
54: 진행 방향
55: 회전 방향
60: 테이블
70: 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴
72: 숄더부
75: 회전 방향
76: 가압 방향
80: 누름 지그
84: 가압력
90a: 원통 형상체의 내부
91: 원통 형상체
91a: 금속계 판재의 일방의 단면
91b: 금속계 판재의 타방의 단면
91c: 원통 형상체의 일방의 단면
91d: 원통 형상체의 타방의 단면
92: 비연속부
101, 201, 301: 금속계 판재
112, 212, 312: 슬릿
122, 222, 322: 충전부
102: 용접재료
202: 블록재
302: 와이어
402: 입체
530: 금속계 원통재
531: 원통 바디부
532: FSP부
2: 충전재
3: 가역성 영역
4: 가역성 영역
5: 가상 외주면
10: 슬릿 구비 원통 형상체
10a: 슬릿 구비 원통 형상체의 내부
11: 원통 바디부
11a: 금속계 판재의 제1 단면
11b: 금속계 판재의 제2 단면
11c: 원통 바디부의 일방의 단면
11d: 원통 바디부의 타방의 단면
11e: 원통 바디부의 외주표면
11f: 원통 바디부의 내표면
12: 슬릿
13a: 원통 바디부의 내표면측 슬릿의 단부
13b: 원통 바디부의 내표면측 슬릿의 단부
13c: 원통 바디부의 외주 표면측 슬릿의 단부
13d: 원통 바디부의 외주 표면측 슬릿의 단부
14a: 원통 바디부의 내표면측 슬릿의 단부
14b: 원통 바디부의 내표면측 슬릿의 단부
20: 충전재 구비 원통 형상체
20a: 충전재 구비 원통 형상체의 내부
22: 충전부
22f: 충전부의 내표면
22g: 가상선
23: 틈새
30: 금속계 원통재
32: FSP부
40: 배킹 지그
42: 배킹부
42a: 배킹부의 표면
43: 다리부
43a: 다리부의 표면
44: 지지부
45: 가변기구
46: 판재
46a: 판재의 단면
46b: 판재의 단면
50: 프로브를 갖는 마찰교반 회전 툴
51: 동체부
52: 숄더부
53: 프로브
54: 진행 방향
55: 회전 방향
60: 테이블
70: 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴
72: 숄더부
75: 회전 방향
76: 가압 방향
80: 누름 지그
84: 가압력
90a: 원통 형상체의 내부
91: 원통 형상체
91a: 금속계 판재의 일방의 단면
91b: 금속계 판재의 타방의 단면
91c: 원통 형상체의 일방의 단면
91d: 원통 형상체의 타방의 단면
92: 비연속부
101, 201, 301: 금속계 판재
112, 212, 312: 슬릿
122, 222, 322: 충전부
102: 용접재료
202: 블록재
302: 와이어
402: 입체
530: 금속계 원통재
531: 원통 바디부
532: FSP부
Claims (18)
- 적어도 1매의 금속계 판재로 이루어지는 통 바디부의 일방의 단면에서 타방의 단면까지 연장되는 슬릿을 적어도 1개 구비하는 슬릿 구비 통 형상체를 형성하는 공정 A와,
상기 슬릿의 길이 방향 전체가 충전재로 채워지도록, 상기 충전재를 상기 슬릿에 충전한 충전부를 구비한 충전재 구비 통 형상체를 형성하는 공정 B와,
적어도 상기 충전부에, 프로브를 갖는 마찰교반 회전 툴 중 적어도 프로브를 삽입시키고, FSP(Friction Stir Processing)를 시공함으로써, 상기 충전재 구비 통 형상체의 적어도 상기 충전부를 개질하여 FSP부를 구비한 금속계 통재를 얻는 공정 C를 갖는 것을 특징으로 하는,
금속계 통재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 마찰교반 회전 툴은 숄더부를 더 갖고, 또한,
상기 공정 C에서의 개질은 상기 마찰교반 회전 툴을 회전시키면서 상기 슬릿의 길이 방향으로 일 방향으로 이동시킬 때, 상기 충전부 중 상기 숄더부 및 상기 프로브 주위의 충전부로부터 상기 충전부를 사이에 둔 양측 상기 금속계 판재에는 돌출된 부분에 걸쳐서 가역성 영역을 형성하고, 상기 가역성 영역 내의 소성 유동체에 상기 마찰교반 회전 툴의 회전 방향의 전단력을 부여하여 상기 소성 유동체 중에 포함되는 결함 및 공극을 제거하고, 또한, 상기 마찰교반 회전 툴이 통과를 종료한 후, 상기 소성 유동체가 냉각·고체화되어 고체 형상의 상기 FSP부를 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 슬릿 구비 통 형상체가, 1매의 금속계 판재를 통 형상으로 라운딩한 형상을 갖고, 또한 상기 슬릿이, 간격을 두고 대향하는 상기 금속계 판재의 단면 사이의 틈새이거나, 또는 2매 이상의 금속계 판재가 조합된 1개의 통 형상을 이룬 형상을 갖고, 또한 상기 슬릿이 간격을 두고 대향하는 인접하는 상기 금속계 판재의 단면 사이의 틈새인 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 원통 형상체고, 또한 상기 슬릿의 폭이 0.2mm 이상, 0.4Х(2do-1)1/2mm 미만(단, do는 상기 슬릿 구비 원통 형상체의 외경(단위: mm)을 나타낸다.)이거나, 또는 상기 슬릿 구비 통 형상체가 슬릿 구비 타원통 형상체고, 또한, 상기 슬릿의 폭이 0.2mm 이상, 0.4Х(2do-1)1/2mm 미만(단, do는 상기 슬릿 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 외경(단위: mm)을 나타낸다.)인 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 B는,
MIG 또는 TIG법에 의해 상기 슬릿에 충전재를 살올림 하는 공정 B1,
상기 슬릿에 용융체를 유입하는 공정 B2,
상기 금속계 판재의 살두께 이상의 두께를 갖는 블록재를 상기 슬릿에 끼워 넣고, 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴로 가압하는 공정 B3, 또는,
상기 슬릿에 와이어, 입체 및 분체 중 적어도 1종을 설치하고, 해머, 프레스기, 혹은 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴로 가압하는 공정 B4,
중 어느 하나의 공정인 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전재의 두께가 상기 금속계 판재의 살두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전재의 외관의 체적이 상기 슬릿의 용적보다 큰 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 공정 B1 또는 상기 공정 B2에서, 배킹부를 구비하는 배킹 지그를 상기 슬릿 구비 통 형상체의 내부에 설치하는 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 공정 B3에서, 배킹부를 구비하는 배킹 지그를 상기 슬릿 구비 통 형상체의 내부에 설치하고, 상기 슬릿 구비 통 형상체를 파지하여, 상기 배킹부를 향해 상기 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴로 상기 슬릿 구비 통 형상체를 외주 표면측으로부터 가압하거나, 또는 상기 공정 B4에서, 배킹부를 구비하는 배킹 지그를 상기 슬릿 구비 통 형상체의 내부에 설치하고, 상기 슬릿 구비 통 형상체를 파지하여, 상기 배킹부를 향해 상기 해머, 상기 프레스기, 혹은 상기 프로브를 가지지 않는 마찰교반 회전 툴로 상기 슬릿 구비 통 형상체를 외주 표면측으로부터 가압하는 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 C에서, 상기 금속계 판재의 살두께를 T1(단위: mm)이라 할 때, 상기 마찰교반 회전 툴의 프로브 길이(Q1)(단위: mm)가 0＜Q1≤T1-0.5)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 C에서, 배킹부를 구비하는 배킹 지그를 상기 충전재 구비 통 형상체의 내부에 설치하고, 상기 충전재 구비 통 형상체를 파지하여, 상기 배킹부를 향해 상기 마찰교반 회전 툴을 상기 충전재 구비 통 형상체에 외주 표면측으로부터 삽입하고, 상기 충전재 구비 통 형상체의 적어도 상기 충전부를 개질하는 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속계 통재 중 상기 FSP부 이외의 개소의 살두께(TA)가 2mm 이상 25mm 이하이며, 상기 금속계 통재의 길이(L1)가 500mm 이상인 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 C 이후에, 상기 금속계 통재의 적어도 상기 FSP부에 소성 가공을 시행하는 공정 D를 더 갖는 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제13항에 있어서,
상기 공정 C와 상기 공정 D 사이, 상기 공정 D 이후, 또는 상기 공정 C와 상기 공정 D 사이 및 상기 공정 D 이후의 양방에서, 상기 금속계 판재의 재결정 온도 이상의 온도로 상기 금속계 통재를 열처리하는 공정 E를 갖는 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속계 통재가 Au, Ag, Al, Cu, Zn, Au기 합금, Ag기 합금, Al기 합금, Cu기 합금, 또는 Zn기 합금의 어느 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속계 통재가 스퍼터링 타깃, 압력 용기용 캡슐 또는 압력 용기용 라이너의 전체 또는 일부인 것을 특징으로 하는, 금속계 통재의 제조방법.
- 제8항, 제9항 또는 제11항에 기재된 금속계 통재의 제조방법에 이용되는 배킹 지그로서,
상기 충전재 구비 통 형상체의 내부에 설치 가능하고,
상기 배킹부와, 상기 배킹부의 표면에 대해서 후방측에 위치하는 다리부를 구비하고,
상기 충전재 구비 통 형상체의 내부에 설치했을 때, 상기 배킹부의 표면이 상기 충전부의 내표면에 대면하고, 상기 다리부의 표면이 상기 통 바디부의 내표면에 접하고,
상기 충전재 구비 통 형상체가 충전재 구비 원통 형상체고, 상기 통 바디부가 원통 바디부고, 상기 배킹 지그를 상기 충전재 구비 원통 형상체의 내부에 설치한 상태에서, 상기 충전재 구비 원통 형상체의 축을 수직으로 횡단하는 횡단면에 나타내는 상기 원통 바디부의 내표면측의 상기 슬릿의 양단부를 직선 형상으로 이은 가상선과 상기 배킹부의 표면과의 최단거리(G)(단위: mm)가 0≤G≤0.1di를 만족하거나(단, di는 상기 충전재 구비 원통 형상체의 내경(단위: mm)을 나타낸다.), 또는,
상기 충전재 구비 통 형상체가 충전재 구비 타원통 형상체고, 상기 통 바디부가 타원통 바디부고, 상기 배킹 지그를 상기 충전재 구비 타원통 형상체의 내부에 설치한 상태에서, 상기 충전재 구비 타원통 형상체의 축을 수직으로 횡단하는 횡단면에 나타내는 상기 타원통 바디부의 내표면측의 상기 슬릿의 양단부를 직선 형상으로 이은 가상선과 상기 배킹부의 표면과의 최단거리(G)(단위: mm)가 0≤G≤0.1di를 만족하는(단, di는 상기 충전재 구비 타원통 형상체의 단축 방향의 내경(단위: mm)을 나타낸다.) 것을 특징으로 하는, 배킹 지그.
- 제8항, 제9항, 또는 제11항에 기재된 금속계 통재의 제조방법에 이용되는 배킹 지그로서,
상기 배킹부와, 상기 배킹부의 표면에 대해서 후방측에 위치하는 다리부와, 상기 배킹부의 표면과 상기 다리부의 표면과의 상호간의 길이를 가변시키는 가변기구를 구비하는 것을 특징으로 하는, 배킹 지그.
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