KR20220077196A - beryllium(Be) free copper alloy - Google Patents

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KR20220077196A KR1020200164410A KR20200164410A KR20220077196A KR 20220077196 A KR20220077196 A KR 20220077196A KR 1020200164410 A KR1020200164410 A KR 1020200164410A KR 20200164410 A KR20200164410 A KR 20200164410A KR 20220077196 A KR20220077196 A KR 20220077196A
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김휘준
권도훈
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차은지
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Abstract

본 발명은 베릴륨 프리 동합금에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상인 베릴륨 프리 동합금은, Ni(니켈) Si(실리콘), Mn(망간), B(붕소), Zr(지르코늄) 및 Cu(구리)를 포함하고, 상기 동합금 소재는 인장강도가 850 MPa이상이고, 전도율이 50 %IACS 이상일 수 있다.The present invention relates to a beryllium-free copper alloy. A beryllium-free copper alloy according to an aspect of the present invention includes Ni (nickel) Si (silicon), Mn (manganese), B (boron), Zr (zirconium) and Cu (copper), and the copper alloy material has a tensile strength 850 MPa or more, and the conductivity may be 50% IACS or more.

Description

베릴륨 프리 동합금 {beryllium(Be) free copper alloy}beryllium (Be) free copper alloy}

본 발명은 베릴륨 프리 동합금에 관한 것이다.The present invention relates to a beryllium-free copper alloy.

디바이스의 소형화 및 집적화 요구를 충족하기 위해서는, 높은 강도 및 전기전도성이 필요하다.In order to meet the requirements for miniaturization and integration of devices, high strength and electrical conductivity are required.

기존의 Cu-Be 합금은 고가이고, 특히, 배릴륨(Be)의 극독성 때문에 대체 합금 요구가 높아지고 있다. 구체적으로, 베릴륨을 이용하는 경우, 산화물이 인체 및 환경에 유해하다는 큰 문제점이 있다.Existing Cu-Be alloys are expensive, and in particular, due to the extreme toxicity of beryllium (Be), the demand for replacement alloys is increasing. Specifically, in the case of using beryllium, there is a big problem that the oxide is harmful to the human body and the environment.

또한, Cu-Be 합금에 사용된 Be 성분이 환경유해물질을 생성하기 때문에, 선진국에서는 사용을 제한하려는 움직임이 있고, 대체 제품을 개발하여 판매하려는 움직임을 보이고 있다.In addition, since the Be component used in the Cu-Be alloy generates environmentally harmful substances, there is a movement to limit its use in developed countries, and there is a movement to develop and sell alternative products.

1. JP6296727 (2018.03.02)1. JP6296727 (2018.03.02) 2. JP4809935 (2011.08.26)2. JP4809935 (2011.08.26) 3. US9412482 (2016.08.09)3. US9412482 (2016.08.09)

본 명세서를 통해, 발명자가 제안하고자 하는 기술은, 전술한 문제점을 해소하기 위해, 850 MPa 및 50 %IACS를 동시에 충족시키는 신조성 동합금 소재에 관한 것이다.Through this specification, the technology to be proposed by the inventor relates to a newly formed copper alloy material that simultaneously satisfies 850 MPa and 50% IACS in order to solve the above-mentioned problems.

기존에는 고용강화, 석출강화, 강소성 관련 문제점이 있었고, 특히 유해합금원소를 포함한다는 문제점이 있었다.In the past, there were problems related to solid solution strengthening, precipitation strengthening, and strong plasticity, and in particular, there was a problem that harmful alloying elements were included.

구체적으로, 인장강도-전기전도도 trade off 임계 특성에 한정되고, 강소성에 의해 강화된 판재의 부품화 공정에 부적합하며, 유해 합금 원소의 사용 금지 규정에 위배되는 문제점이 있었다.Specifically, there was a problem in that the tensile strength-electrical conductivity trade-off was limited to the critical characteristic, and it was not suitable for the parting process of the sheet material reinforced by strong plasticity, and violated the prohibition of the use of harmful alloying elements.

또한, 본 발명에서는 나노 입자 석출 강화/잔류응력 활용 핵생성 제어, 다수의 강화 화합물 분산/정축 및 석출 제어형, 정밀하게 제어된 고용강화/핵성성-성장 제어 및 메타휴리스틱스에 의한 전공정 최적화 기술을 통해, 베릴륨 프리 친환경 고강도 고전도도 동합금 소재를 제안하고자 한다.In addition, in the present invention, nanoparticle precipitation strengthening/residual stress utilization nucleation control, dispersion/precipitation control type of a number of strengthening compounds, precisely controlled solid solution strengthening/nucleation-growth control, and entire process optimization technology by metaheuristics Through this, we would like to propose a beryllium-free, eco-friendly, high-strength, high-conductivity copper alloy material.

구체적으로, 인장강도-전기전도도 trade off 곡선의 한계를 넘어서 850 MPa 및 50 %IACS의 특성을 충족하는 신조성 구리 합금을 확립하고자 한다.Specifically, we want to establish a new composition copper alloy that meets the characteristics of 850 MPa and 50% IACS beyond the limits of the tensile strength-electrical conductivity trade-off curve.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상인 베릴륨 프리 동합금은, Ni(니켈) Si(실리콘), Mn(망간), B(붕소), Zr(지르코늄) 및 Cu(구리)를 포함하고, 상기 동합금 소재는 인장강도가 850 MPa이상이고, 전도율이 50 %IACS 이상일 수 있다.Beryllium-free copper alloy, an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, includes Ni (nickel) Si (silicon), Mn (manganese), B (boron), Zr (zirconium) and Cu (copper) and , the copper alloy material may have a tensile strength of 850 MPa or more and a conductivity of 50% IACS or more.

또한, 상기 Ni는 1.0~1.5 weight％, 상기 Si는 0.8~1.2 weight％, 상기 Mn은 0.5~1 weight％, 상기 B는 0.05~0.2 weight％, 상기 Zr은 0.1~0.5 weight％일 수 있다.In addition, the Ni may be 1.0 to 1.5 weight%, the Si may be 0.8 to 1.2 weight%, the Mn may be 0.5 to 1 weight%, the B may be 0.05 to 0.2 weight%, and the Zr may be 0.1 to 0.5 weight%.

또한, Mm(Misch metal, 미시 메탈)을 더 포함하고, 상기 Mm은 1.0 weight％ 이상 포함될 수 있다.In addition, Mm (Misch metal, Misch metal) is further included, and the Mm may be included in an amount of 1.0 weight% or more.

또한, 상기 Mm은, Na(나트륨) 및 Cs(세슘)을 포함하고, 상기 Na와 상기 Cs의 weight％ 비는, 3:7 일 수 있다.In addition, the Mm may include Na (sodium) and Cs (cesium), and a weight% ratio of Na and Cs may be 3:7.

또한, 상기 Ni, Si, Mn, B, Zr 및 Cu에 대해, 진공 플라즈마 멜팅(Vacuum Plasma melting), 수직 주형 원심주조법(Semi-centrifugal casting), 열간 압연(Hot Rolling), 균질화 처리 과정인 노말라이징(Normalizing)과 용체화 처리 과정인 솔리드 솔루션(solid solution), 시효처리(Ageing) 및 냉간 압연(cold rolling)을 적용하여, 상기 동합금 소재가 제조될 수 있다.In addition, for the Ni, Si, Mn, B, Zr and Cu, vacuum plasma melting, vertical casting centrifugal casting (Semi-centrifugal casting), hot rolling (Hot Rolling), normalizing which is a homogenization process The copper alloy material may be manufactured by applying normalizing and solution treatment processes such as solid solution, aging, and cold rolling.

또한, 상기 진공 플라즈마 멜팅의 조건은, 진공도: 10-4, 제조 무게: 2.2 kg, 분위기: Ar+ 10% H2 gas 의 조건일 수 있다.In addition, the conditions of the vacuum plasma melting may be vacuum degree: 10-4, manufacturing weight: 2.2 kg, atmosphere: Ar+ 10% H2 gas.

또한, 상기 수직 주형 원심주조법의 조건은, 도가니: 알루미나, 진공도: 10-2, RPM: 1000, 도형제: 지르코니아, Mold size :

Figure pat00001
의 조건일 수 있다.In addition, the conditions of the vertical mold centrifugal casting method are, crucible: alumina, vacuum degree: 10-2, RPM: 1000, coating agent: zirconia, Mold size:
Figure pat00001
may be a condition of

또한, 상기 열간 압연은, 열처리 동작을 더 포함하고, 상기 열처리 동작에서의 시효처리는, air cooling 냉각방법이 적용되며, 상기 열간 압연 동작의 조건은, Reduction ration: 50 %, Temperature: 900 ℃, Sample size:

Figure pat00002
의 조건이고, 상기 열처리 동작의 조건은, 온도: 1000 ℃, 시간: 2hr, 냉각 방법: ice water quen 의 조건일 수 있다.In addition, the hot rolling further includes a heat treatment operation, the aging treatment in the heat treatment operation, an air cooling cooling method is applied, and the conditions of the hot rolling operation are, Reduction ration: 50%, Temperature: 900 ℃, Sample size:
Figure pat00002
, and the conditions of the heat treatment operation may be a temperature: 1000° C., a time: 2 hr, and a cooling method: ice water quen.

또한, 상기 노말라이징 과정은, 급속한 응고로 인한 디펙트를 수정하여 물질이 균질화 도록 유도하고, 상기 솔리드 솔루션 과정은, 담금질을 통해, 형성되는 시간을 단축시킴으로써, 석출되는 요소들이 빠르게 굳는 상태가 되도록 유도할 수 있다.In addition, the normalizing process corrects defects caused by rapid solidification to induce homogenization of the material, and the solid solution process, through quenching, shortens the formation time, so that the precipitated elements are rapidly hardened can induce

또한, 상기 시효처리는, 조직의 변화를 유도할 수 있는 온도를 가하는 방식으로 수행될 수 있다.In addition, the aging treatment may be performed by applying a temperature capable of inducing a change in the tissue.

또한, 상기 냉간 압연은, 복수의 석출물을 좁은 공간으로 몰아넣어, 가까이 밀착시킴으로써, 전위 이동을 막고, 결정의 변화 없이 상기 복수의 석출물을 분산시키기 위해 냉간에서 수행될 수 있다.In addition, the cold rolling may be performed in cold to prevent dislocation movement by driving a plurality of precipitates into a narrow space and closely adhering to them, and to disperse the plurality of precipitates without changing crystals.

또한, 상기 냉간 압연을 거친 동합금 소재가 상기 인장강도가 850 MPa 이상인 조건은 만족하였으나 상기 전도율이 상기 50 %IACS인 경우, 상기 동합금 소재에 대해 제 2 시효처리(Ageing)를 적용하여 제 2 동합금 소재를 제조할 수 있다.In addition, when the cold-rolled copper alloy material satisfies the condition that the tensile strength is 850 MPa or more, but the conductivity is the 50% IACS, a second aging treatment is applied to the copper alloy material to apply a second copper alloy material can be manufactured.

또한, 상기 제 2 동합금 소재는, 상기 냉간 압연을 거친 동합금 소재와 비교하여, 상기 인장강도는 낮아지지만 상기 전도율은 높아짐으로써, 상기 인장강도가 850 MPa이상이고, 상기 전도율이 50 %IACS 이상이 될 수 있다.In addition, in the second copper alloy material, compared with the copper alloy material that has undergone the cold rolling, the tensile strength is lowered but the conductivity is increased, so that the tensile strength is 850 MPa or more, and the conductivity is 50% IACS or more. can

본 발명에 따르면, 메타휴리스틱스 최적화 기법을 기반으로 하여 인장강도 850 MPa 및 전기전도도 50 %IACS를 동시에 충족시킬 수 있는 베릴륨 프리 동합금 소재에 대한 원천핵심 기술 및 상용화 기술을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a core technology and commercialization technology for a beryllium-free copper alloy material that can simultaneously satisfy a tensile strength of 850 MPa and an electrical conductivity of 50% IACS based on the metaheuristic optimization technique.

또한, 인장강도 850 MPa 및 전기전도도 50 %IACS를 동시에 충족시킬 수 있는 베릴륨 프리 신조성의 동합금에 대한 원천핵심 기술을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a core technology for a new beryllium-free copper alloy that can simultaneously satisfy tensile strength of 850 MPa and electrical conductivity of 50% IACS.

또한, 고강도/고전도 베릴륨 프리 신조성 동합금의 부품화 및 신뢰성 평가 기술을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a technology for componentization and reliability evaluation of a high-strength/high-conductivity beryllium-free new composition copper alloy.

또한, Cu 합금 물성 예측을 위한 지도학습기반 인공지능 예측 모델을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a supervised learning-based artificial intelligence prediction model for predicting Cu alloy properties.

Figure pat00003
Figure pat00003

또한, 구축된 database를 활용한 supervised learning 인공지능 물성 예측 알고리즘 개발이 가능하다.In addition, it is possible to develop a supervised learning artificial intelligence material property prediction algorithm using the established database.

또한, Decision Tree, KNN, SVM, Artificial Neural Network 및 Deep Neural Network 등의 알고리즘 도입/신경망 아키텍쳐 개발이 가능하다.In addition, it is possible to introduce algorithms such as Decision Tree, KNN, SVM, Artificial Neural Network, and Deep Neural Network, and develop neural network architecture.

또한, 첨가원소 역할 규명 및 합금 물성제어 주요 인자 도출을 통한 결정변수 및 목적함수 설정 및 Global 최적점 탐색이 가능하다.In addition, it is possible to set determinant variables and objective functions and search for global optimal points by identifying the roles of additional elements and deriving key factors for controlling alloy properties.

또한, 개발 동합금의 특성에 미치는 고용강화 및 석출강화의 기여도 분석 및 해석이 가능하다.In addition, it is possible to analyze and analyze the contribution of solid solution strengthening and precipitation strengthening on the characteristics of the developed copper alloy.

또한, 인장강도 600 MPa/60 %IACS급 및 인장강도 800 MPa/160 W/mK급 신조성 동합금의 용해/정련 및 주조기술 개발이 가능하다.In addition, it is possible to develop melting/refining and casting technologies for new-form copper alloys with a tensile strength of 600 MPa/60 % IACS and a tensile strength of 800 MPa/160 W/mK.

또한, 열간 및 냉간압연을 통한 기계적 성질과 전기전도도의 상관관계 도출이 가능하다.In addition, it is possible to derive a correlation between mechanical properties and electrical conductivity through hot and cold rolling.

또한, 용체화처리 및 시효강화 공정 최적화 기술 개발이 가능하다.In addition, it is possible to develop solution heat treatment and aging strengthening process optimization technology.

또한, 개발 동합금의 열간압연 공정용 핵심 부품 설계 및 제작 기술을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide core part design and manufacturing technology for the hot rolling process of the developed copper alloy.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be able

도 1은, 본 발명에 따른 850 MPa 및 50 %IACS를 동시에 충족시키는 신조성 동합금 소재 개발 방안을 도시한 것이다.
도 2에서는, 본 발명이 제안하는 목적과 관련하여, 인장강도-전기전도도 trade off 곡선의 한계를 넘어서 850 MPa 및 50 %IACS의 특성을 충족하는 신조성 구리 합금의 특성에 대해 자세하게 제시하였다.
도 3은 본 발명이 제안하는, 베릴륨 프리 친환경 고강도 고전도도 동합금 소재의 제조방법을 도시한 것이다.
도 4는, 합금설계용 역설계 모델의 일례를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명과 관련하여, 메타휴리스틱스를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 메타휴리스틱스를 적용한 공정변수 및 조건 도출 기법을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명과 관련하여 Vacuum Plasma melting [VPM]을 적용한 기구를 도시한 것이다.
도 8은 도 7의 Vacuum Plasma melting [VPM]을 통해 진행된 실험에서, 합금 조성 및 제조 후 형상을 나타낸 것이다.
도 9의 (a) 및 (b)는 Semi-centrifugal casting 장비 형상을 나타낸 것이다.
도 10은 Semi-centrifugal casting 후 Sample 형상을 나타낸 것이다.
도 11의 (a)는 열간압연 장비 형상을 나타낸 것이고, 도 11의 (b)는 열처리 장비 형상을 나타낸 것이다.
도 12는, 열간압연 및 열처리 조건을 표로 정리하여 제시한 것이다.
도 13은 열간압연 후 형상을 나타낸 것이다.
도 14는 용체화처리 후 형상을 나타낸 것이다.
도 15는 시효처리 후 형상을 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명과 관련하여, 냉간압연기의 형상을 도시한 것이다.
도 17은 냉간압연의 시험편 두께 (mm)를 나타낸 것이다.
도 18은, 시효처리 후 시험편 형상을 나타낸 것이다.
다음으로, 도 19는 경도(Hardness) 관련하여, Rockwell hardness [HRB] 를 나타낸 것이다.
또한, 도 20은 경도(Hardness) 관련하여, Rockwell hardness [HRB] 를 나타낸 것이다.
또한, 도 21은 경도(Hardness) 관련하여, Micro Vickers hardness [HV] 를 나타낸 것이다.
또한, 도 22는 경도(Hardness) 관련하여, Rockwell hardness [HRB] 를 나타낸 것이다.
또한, 도 23은 경도(Hardness) 관련하여, Tensile strength (N/mm2) 를 나타낸 것이다.
또한, 도 24는 Electrical conductivity (냉간압연 후 sample) 를 나타낸 것이다.
또한, 도 25는 Electrical conductivity (냉간압연 후 500℃, 1hr 시효처리 후 sample) 를 나타낸 것이다.
또한, 도 26은 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, OM_x200 (etching 전) 를 나타낸 것이다.
또한, 도 27은 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, OM_x200 (etching 후) 를 나타낸 것이다.
또한, 도 28은 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, SEM & EDX_KS_#4 를 나타낸 것이다.
또한, 도 29는 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, SEM & EDX_KS_#8 을 나타낸 것이다.
또한, 도 30은 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, SEM & EDX_KS_#15 를 나타낸 것이다.
또한, 도 31은 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, SEM & EDX_KK_#2 를 나타낸 것이다.
또한, 도 32는 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, SEM & EDX_KK_#4 를 나타낸 것이다.
또한, 도 33은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KK4의 중심부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.
또한, 도 34는 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KK4의 표면부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.
또한, 도 35는 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KK2의 중심부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.
또한, 도 36은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KK2의 표면부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.
또한, 도 37은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS15의 중심부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.
또한, 도 38은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS15의 표면부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.
또한, 도 39는 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS8의 중심부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.
또한, 도 40은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS8의 표면부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.
또한, 도 41은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS4의 중심부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.
또한, 도 42는 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS4의 표면부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.1 shows a method for developing a new composition copper alloy material satisfying 850 MPa and 50% IACS at the same time according to the present invention.
In FIG. 2, in relation to the object proposed by the present invention, the properties of the newly-formed copper alloy satisfying the properties of 850 MPa and 50% IACS beyond the limits of the tensile strength-electrical conductivity trade-off curve were presented in detail.
Figure 3 shows a method of manufacturing a beryllium-free eco-friendly high-strength high-conductivity copper alloy material proposed by the present invention.
4 shows an example of a reverse engineering model for alloy design.
5 is a diagram for explaining metaheuristics in relation to the present invention.
6 illustrates a method for deriving process variables and conditions to which metaheuristics are applied.
7 shows a device to which Vacuum Plasma melting [VPM] is applied in relation to the present invention.
8 shows the alloy composition and shape after manufacturing in an experiment conducted through Vacuum Plasma melting [VPM] of FIG. 7 .
9 (a) and (b) show the shape of the semi-centrifugal casting equipment.
10 shows the shape of a sample after semi-centrifugal casting.
Figure 11 (a) shows the shape of the hot rolling equipment, Figure 11 (b) shows the shape of the heat treatment equipment.
12 shows the hot rolling and heat treatment conditions in a table.
13 shows the shape after hot rolling.
14 shows the shape after solution heat treatment.
15 shows the shape after aging treatment.
16 shows the shape of the cold rolling mill in relation to the present invention.
17 shows the thickness (mm) of the test piece of cold rolling.
18 shows the shape of the test piece after aging treatment.
Next, with respect to hardness (Hardness), Figure 19 shows the Rockwell hardness [HRB].
In addition, in relation to hardness (Hardness), Figure 20 shows the Rockwell hardness [HRB].
In addition, with respect to hardness (Hardness), Figure 21 shows the Micro Vickers hardness [HV].
In addition, in relation to hardness (Hardness), Figure 22 shows the Rockwell hardness [HRB].
In addition, FIG. 23 shows the tensile strength (N/mm2) in relation to the hardness (Hardness).
In addition, Figure 24 shows the electrical conductivity (sample after cold rolling).
In addition, Figure 25 shows the electrical conductivity (sample after cold rolling at 500 ℃, 1 hr aging treatment).
Also, FIG. 26 shows OM_x200 (before etching) in relation to the microstructure.
Also, FIG. 27 shows OM_x200 (after etching) in relation to the microstructure.
In addition, FIG. 28 shows SEM &EDX_KS_#4 in relation to the microstructure.
In addition, FIG. 29 shows SEM &EDX_KS_#8 in relation to the microstructure.
In addition, FIG. 30 shows SEM &EDX_KS_#15 in relation to the microstructure.
In addition, FIG. 31 shows SEM &EDX_KK_#2 in relation to the microstructure.
In addition, FIG. 32 shows SEM &EDX_KK_#4 in relation to the microstructure.
In addition, FIG. 33 shows the test results related to the center of KK4 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.
In addition, FIG. 34 shows the experimental results related to the surface of KK4 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.
In addition, FIG. 35 shows the experimental results related to the center of KK2 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.
In addition, FIG. 36 shows the experimental results related to the surface portion of KK2 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.
In addition, FIG. 37 shows the test results related to the center of KS15 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.
In addition, FIG. 38 shows the test results related to the surface of KS15 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.
In addition, FIG. 39 shows the test results related to the center of the KS8 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.
In addition, FIG. 40 shows the test results related to the surface of KS8 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.
In addition, FIG. 41 shows the test results related to the center of the KS4 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.
In addition, FIG. 42 shows the experimental results related to the surface of KS4 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시례에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시례는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the embodiment described below does not unduly limit the content of the present invention described in the claims, and it cannot be said that the entire configuration described in the present embodiment is essential as a solution for the present invention.

Cu-Be 합금의 문제점Problems with Cu-Be alloys

디바이스의 소형화 및 집적화 요구를 충족하기 위해서는, 높은 강도 및 전기전도성이 필요하다.In order to meet the requirements for miniaturization and integration of devices, high strength and electrical conductivity are required.

기존의 Cu-Be 합금은 고가이고, 특히, 배릴륨(Be)의 극독성 때문에 대체 합금 요구가 높아지고 있다. 구체적으로, 베릴륨을 이용하는 경우, 산화물이 인체 및 환경에 유해하다는 큰 문제점이 있다.Existing Cu-Be alloys are expensive, and in particular, due to the extreme toxicity of beryllium (Be), the demand for replacement alloys is increasing. Specifically, in the case of using beryllium, there is a big problem that the oxide is harmful to the human body and the environment.

또한, Cu-Be 합금에 사용된 Be 성분이 환경유해물질을 생성하기 때문에, 선진국에서는 사용을 제한하려는 움직임이 있고, 대체 제품을 개발하여 판매하려는 움직임을 보이고 있다.In addition, since the Be component used in the Cu-Be alloy generates environmentally harmful substances, there is a movement to limit its use in developed countries, and there is a movement to develop and sell alternative products.

베릴륨 프리 동합금 소재 관련 시장Market for beryllium-free copper alloy materials

형태에 따라 1차원 형태의 선 형재, 2차원의 판 형재, 그리고 3차원 형태의 다면재로 구분된다.According to the shape, it is divided into a one-dimensional linear member, a two-dimensional plate member, and a three-dimensional multi-faceted member.

또한, IT, 전기전자, 반도체산업 등에 필수적으로 2차원 형태의 판재가 주로 사용된다,In addition, two-dimensional plate materials are mainly used in IT, electrical and electronic, and semiconductor industries.

환경 유해 물질을 함유, 고가의 소재로 전기, 전자, 기계 및 화학분야에서 광범위하게 사용되므로, 베릴륨 프리 동합금 소재를 적용하는 경우, 저가, 친환경소재를 개발하여 대체할 수 있어 높은 시장성과 사업화 가능성이 인정된다.Since it contains environmentally harmful substances and is widely used in electrical, electronic, mechanical and chemical fields as an expensive material, when a beryllium-free copper alloy material is applied, a low-cost, eco-friendly material can be developed and replaced, resulting in high marketability and commercialization potential. it is acknowledged

베릴륨 프리 친환경 고강도 고전도도 동합금 소재의 필요성 The need for beryllium-free, eco-friendly, high-strength, high-conductivity copper alloy materials

850 MPa이상의 고강도 및 50 %IACS 이상의 고전도도를 동시에 요구하는 동합금 소재는 전자부품, 자동차 및 산업용으로서 세계적 수준의 소재 및 공정 기술이 동시에 요구되는 고부가가치 핵심소재로서 일본에 의존도가 높은 핵심 소재이다.Copper alloy materials that simultaneously require high strength of 850 MPa or more and high conductivity of 50% IACS or more are high value-added core materials that require world-class materials and process technology for electronic parts, automobiles and industries, and are highly dependent on Japan.

베릴륨 프리 동합금 소재의 장점으로, 고강도, 고전도성, 내마모성, 가공성, 내식성, 고온특성 등이 우수하다는 것을 들 수 있다.Advantages of beryllium-free copper alloy materials include excellent high strength, high conductivity, abrasion resistance, workability, corrosion resistance, and high temperature characteristics.

또한, 베릴륨 프리 동합금 소재의 사용분야는, 커넥터, 스프링, 기어, 베어링, 다이어프램 및 전기 접점재, 플라스틱 성형용 금형, 용접 전극 등이 될 수 있다.In addition, the fields of use of the beryllium-free copper alloy material may be connectors, springs, gears, bearings, diaphragms and electrical contact materials, molds for plastic molding, welding electrodes, and the like.

최근 정보통신 제품의 효율 증가 및 자동차의 전장화 추세에 따라, 관련 부품들의 고성능화, 다극화, 소형화, 박판화, 고밀도 패키징화 및 신호의 고속전달 특성이 중요해지고 있다.With the recent increase in the efficiency of information and communication products and the trend toward electric vehicle electronics, high-performance, multi-polarization, miniaturization, thin-plate, high-density packaging, and high-speed signal transmission characteristics of related parts are becoming important.

또한, 전기, 전자회로의 전류 및 전압이 지속적으로 상승하고 있다.In addition, currents and voltages of electric and electronic circuits are continuously rising.

따라서 기존 동합금소재 보다 더 높은 전기전도도 및 열전도도와 항복강도를 가지면서, 열적 안정성이 우수한 전장용 커넥터용 고전도 고강도 동합금 소재의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for the development of high-conductivity and high-strength copper alloy materials for electrical connectors with superior thermal stability while having higher electrical and thermal conductivity and yield strength than existing copper alloy materials.

자동차 전장용 커넥터용 동합금 소재의 필요성 (Cu-0.2 wt.%Be 대체)The need for a copper alloy material for automotive electrical connectors (replaces Cu-0.2 wt.%Be)

정보통신, 전자제품, 커넥터 부품의 고효율화 요구 및 자동차 전장화 추세가 이어지고 있다.The demand for high efficiency of information communication, electronic products, and connector parts and the trend of automotive electronics are continuing.

따라서 고전도성 및 고강도가 동시에 요구되는 고순도/저합금 원소 동합금 소재의 수요가 증가하고 있다.Accordingly, the demand for high-purity/low-alloy elemental copper alloy materials requiring high conductivity and high strength at the same time is increasing.

또한, 고성능 전장용 고전도/고강도 핵심 동합금 소재에 대한 일본 수입 의존성이 심화된다는 문제점이 있다.In addition, there is a problem in that dependence on Japanese imports for high-conductivity/high-strength core copper alloy materials for high-performance electric equipment is deepened.

따라서 동합금 설계기술의 국산화를 통해 일본산 동소재(C17530)의 대체가 필요한 니즈도 존재한다.Therefore, there is a need to replace Japanese copper material (C17530) through localization of copper alloy design technology.

내마모성 베어링용 부품용 동합금 소재의 필요성 (Cu-2.0 wt.%Be 대체) The need for copper alloy materials for wear-resistant bearing parts (replaces Cu-2.0 wt.%Be)

고강도 동합금 소재는 상대 부품의 공격성이 적고, 적응성이 높으며, 마찰계수가 낮고, 열전도도가 높은 우수한 내마모성 소재이다.High-strength copper alloy material is an excellent wear-resistance material with low aggression of counterpart parts, high adaptability, low coefficient of friction, and high thermal conductivity.

이러한 고강도/고전도도 동합금의 경우 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다.In the case of such high-strength/high-conductivity copper alloys, most of them depend on imports.

따라서 친환경 합금원소를 이용한 대체 소재 개발로 수입대체 효과 및 가격경쟁력을 확보하는 효과를 얻어내는 것이 중요하다.Therefore, it is important to obtain the effect of securing import substitution effect and price competitiveness by developing alternative materials using eco-friendly alloying elements.

본 발명의 목적Object of the present invention

본 명세서를 통해, 발명자가 제안하고자 하는 기술은, 전술한 문제점을 해소하기 위해, 850 MPa 및 50 %IACS를 동시에 충족시키는 신조성 동합금 소재에 관한 것이다.Through this specification, the technology to be proposed by the inventor relates to a newly formed copper alloy material that simultaneously satisfies 850 MPa and 50% IACS in order to solve the above-mentioned problems.

도 1은, 본 발명에 따른 850 MPa 및 50 %IACS를 동시에 충족시키는 신조성 동합금 소재 개발 방안을 도시한 것이다.1 shows a method for developing a new composition copper alloy material that simultaneously satisfies 850 MPa and 50% IACS according to the present invention.

도 1의 (a)를 참조하면, 기존에는 고용강화, 석출강화, 강소성 관련 문제점이 있었고, 특히 유해합금원소를 포함한다는 문제점이 있었다.Referring to (a) of FIG. 1 , there have been problems related to solid solution strengthening, precipitation strengthening, and strong plasticity in the past, and in particular, there was a problem of including harmful alloying elements.

구체적으로, 인장강도-전기전도도 trade off 임계 특성에 한정되고, 강소성에 의해 강화된 판재의 부품화 공정에 부적합하며, 유해 합금 원소의 사용 금지 규정에 위배되는 문제점이 있었다.Specifically, there was a problem in that the tensile strength-electrical conductivity trade-off was limited to the critical characteristic, and it was not suitable for the parting process of the sheet material reinforced by strong plasticity, and violated the prohibition of the use of harmful alloying elements.

또한, 도 1의 (b)를 참조하면, 본 발명에서는 나노 입자 석출 강화/잔류응력 활용 핵생성 제어, 다수의 강화 화합물 분산/정축 및 석출 제어형, 정밀하게 제어된 고용강화/핵성성-성장 제어 및 메타휴리스틱스에 의한 전공정 최적화 기술을 통해, 베릴륨 프리 친환경 고강도 고전도도 동합금 소재를 제안하고자 한다.In addition, referring to FIG. 1 (b), in the present invention, nanoparticle precipitation strengthening/residual stress utilization nucleation control, a number of reinforcing compounds dispersion/alignment and precipitation control type, precisely controlled solid solution strengthening/nucleation-growth control and metaheuristics to propose a beryllium-free, eco-friendly, high-strength, high-conductivity copper alloy material through the optimization technology of the entire process.

구체적으로, 인장강도-전기전도도 trade off 곡선의 한계를 넘어서 850 MPa 및 50 %IACS의 특성을 충족하는 신조성 구리 합금을 확립하고자 한다.Specifically, we want to establish a new composition copper alloy that meets the characteristics of 850 MPa and 50% IACS beyond the limits of the tensile strength-electrical conductivity trade-off curve.

도 2에서는, 본 발명이 제안하는 목적과 관련하여, 인장강도-전기전도도 trade off 곡선의 한계를 넘어서 850 MPa 및 50 %IACS의 특성을 충족하는 신조성 구리 합금의 특성에 대해 자세하게 제시하였다.In FIG. 2, in relation to the object proposed by the present invention, the properties of the newly-formed copper alloy satisfying the properties of 850 MPa and 50% IACS beyond the limits of the tensile strength-electrical conductivity trade-off curve were presented in detail.

베릴륨 프리 친환경 고강도 고전도도 동합금 소재의 제조방법 및 실험 결과Manufacturing method and test results of beryllium-free, eco-friendly, high-strength, high-conductivity copper alloy material

도 3은 본 발명이 제안하는, 베릴륨 프리 친환경 고강도 고전도도 동합금 소재의 제조방법을 도시한 것이다.Figure 3 shows a method of manufacturing a beryllium-free eco-friendly high-strength high-conductivity copper alloy material proposed by the present invention.

도 3을 참조하면, 가장 먼저, 합금설계(alloys design)의 단계(S1)가 진행된다.Referring to FIG. 3 , first, step S1 of alloy design is performed.

본 발명에 따른 합금설계(alloys design)의 단계(S1)에서는, 어떠한 합금을 적용할 것인지 각각의 요소가 어떠한 비율로 포함될 것인지에 대해 열역학 상의 시뮬레이션을 통해 1차적으로 온도 및 온도에 따라 생성되는 석출물 등을 밝혀냈다.In the step (S1) of alloy design according to the present invention, precipitates generated according to temperature and temperature are primarily through thermodynamic simulation for which alloy to apply and at what ratio each element will be included. revealed

이를 토대로 실험을 진행하였고, 최종적으로 본 발명자는 베릴륨을 포함하지 않고, 구리, 니켈, 실리콘, 망간, 지르코늄 및 붕소를 포함하는 합금 설계를 계획하였다.Experiments were conducted based on this, and finally, the present inventors planned an alloy design that did not contain beryllium, but contained copper, nickel, silicon, manganese, zirconium, and boron.

한편, S1 단계에서는, 시간, 비용, 공간 상의 제약을 뛰어넘어 인공 지능 요소를 포함시켜 효율성을 높이기 위해, 메타휴리스틱스 기법을 적용할 수 있다.Meanwhile, in step S1, metaheuristics can be applied to increase efficiency by including artificial intelligence elements beyond time, cost, and space constraints.

도 4는, 합금설계용 역설계 모델의 일례를 도시한 것이다.4 shows an example of a reverse engineering model for alloy design.

도 4를 참조하면, 기존 기계학습, 딥러닝 모델을 통한 합금설계는 합금 조성물, 합금공정 조건 등의 변수를 입력하면 합금의 성능을 예측하는 순방향 예측 모델에 최적화 되어있다.Referring to FIG. 4 , alloy design through existing machine learning and deep learning models is optimized for a forward prediction model that predicts alloy performance when variables such as alloy composition and alloy process conditions are input.

다만, 합금성능을 만족하는 합금 조성물, 합금공정 조건 등을 도출하기 위한 역방향 예측 모델의 경우에는, 일반적인 수학적 법칙에 어긋나 AI를 통해 도출할 수 없다.However, in the case of a reverse prediction model for deriving an alloy composition that satisfies alloy performance and alloy process conditions, it cannot be derived through AI because it violates general mathematical laws.

순방향 예측의 경우 많은 변수에서 기계학습 및 딥러닝을 통해 변수를 소거해가면서 최종적으로 변수보다 적은 경우의 수를 가지는 출력을 도출하게 되는 반면, 역방향 예측의 경우 적은 입력 값에서 입력 대비 많은 수의 출력을 도출해야 함으로써 수학적 법칙에 어긋난다.In the case of forward prediction, an output with fewer cases than that of the variable is ultimately derived while eliminating the variable through machine learning and deep learning from many variables, whereas in the case of backward prediction, a large number of outputs compared to the input at a small input value. It violates the laws of mathematics by having to derive .

확률기반 생성모델을 이용하여 역설계를 시도한 사례가 있었다.There was a case where reverse engineering was attempted using a probability-based generative model.

합금의 성능 목표를 입력하면 이에 정확하게 매칭되는 합금 조성 및 공정조건이 예측되는 기존의 결정적 모델이 아니고, 원하는 합금의 성능 목표에 상응할 확률이 비교적 높은 그럴싸한 가상의 합금 조성 및 공정 조건을 생성하는 방법을 적용할 수 있다.A method of generating a hypothetical hypothetical alloy composition and process condition that has a relatively high probability of matching the performance target of the desired alloy, rather than the existing deterministic model that predicts the alloy composition and process conditions that precisely match the performance target of the alloy can be applied.

즉, 각각의 입출력에 대응값을 매칭하여 회귀분석하는 것이 아니고 전체 데이터의 분포를 예측하는 신형 모델을 개발하여 역설계를 가능케한 시도이다.In other words, it is an attempt to enable reverse engineering by developing a new model that predicts the distribution of the entire data, rather than performing regression analysis by matching corresponding values to each input/output.

도 5는 본 발명과 관련하여, 메타휴리스틱스를 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining metaheuristics in relation to the present invention.

도 5의 (a)는, 일반 분야에서 메타휴리스틱스 적용 역방향 설계 예시를 나타낸 것이고, (b)는, 합금설계 메타휴리스틱스 적용 역방향 설계 예시를 나타낸 것이며, (c)는, 합금설계 메타휴리스틱스의 두가지 다른 사용법 예시를 나타낸 것이다.Figure 5 (a) shows an example of reverse design application of metaheuristics in the general field, (b) shows an example of reverse design application of metaheuristics for alloy design, (c), alloy design metaheuristics Two different usage examples are shown.

일반 분야에서 메타휴리스틱스를 적용하여 역방향 설계를 수행한 사례가 있다(메타휴리스틱스를 적용하여 역방향 설계를 통한 미국 대통령 얼굴 도출).There is a case in which reverse design was performed by applying metaheuristics in general fields (deriving the face of the US president through reverse design by applying metaheuristics).

합금설계 분야에서도 지도학습을 통한 AI 방법론의 역방향 설계에 메타휴리스틱스를 적용하여 합금성능을 입력하였을 때 출력으로 최적의 합금조성, 합금공정 조건 등의 변수를 도출할 수 있다.In the alloy design field, variables such as optimal alloy composition and alloy process conditions can be derived as outputs when alloy performance is input by applying metaheuristics to reverse design of AI methodology through supervised learning.

합금설계에서 메타휴리스틱스 적용은 실제 데이터가 존재하는 경우와 실제 데이터가 존재하지 않는 경우 모두에서 최적의 합금설계 조건을 만족하는 결과를 도출할 수 있다.The application of meta-heuristics in alloy design can derive results that satisfy the optimal alloy design conditions both in the presence of actual data and in the absence of actual data.

즉, 기존 실제 데이터가 존재하는 경우 실제 데이터를 이용하여 직접 생산한 데이터를 목적 함수 값으로 이용하여 단계별 데이터 입력과 메타휴리스틱스에 의한 다음 단계 추출 반복을 통해 최적의 합금설계 조건을 도출할 수 있다.In other words, if there is existing actual data, the optimal alloy design condition can be derived through data input by step and repetition of the next step extraction by metaheuristics by using the data directly produced using the actual data as the objective function value. .

또한, 기존 실제 데이터가 존재하지 않는 경우에도 이론 기반 시뮬레이터를 이용하여 선행 데이터 모델에 맞추는 학습을 수행하여 최적의 합금설계 조건을 도출할 수 있다.In addition, even when there is no existing actual data, it is possible to derive optimal alloy design conditions by performing learning to fit the preceding data model using a theory-based simulator.

도 6은, 메타휴리스틱스를 적용한 공정변수 및 조건 도출 기법을 도시한 것이다.6 illustrates a method for deriving process variables and conditions to which metaheuristics are applied.

도 6을 참조하면, 데이터 기반 합금 설계(S11), 기존의 데이터가 없다고 판단하는 단계(S12), 최적화를 위해 메타휴리스틱스(S13) 및/또는 강화학습(S14)를 적용하는 단계가 수행된다.Referring to FIG. 6 , data-based alloy design (S11), determining that there is no existing data (S12), and applying metaheuristics (S13) and/or reinforcement learning (S14) for optimization are performed. .

또한, S11 단계 이후, 기존의 데이터가 있다고 판단하면(S15), 지도 학습(S16)을 통해 역설계하여 확률적 생성모델(S17) 및 메타휴리스틱스(S18)기법을 적용할 수 있다.In addition, after step S11, if it is determined that there is existing data (S15), it is possible to reverse engineer through supervised learning (S16) to apply the stochastic generation model (S17) and the metaheuristic (S18) technique.

메타휴리스틱스는 기존의 데이터가 없는 경우와 기존의 데이터가 있는 경우 모두 적용 가능하며, 최적화 방법론과 예측 모델 방법론의 역설계 과정에도 모두 적용 가능한 유용한 AI 기법(알고리즘) 중 하나이다.Metaheuristics is one of the useful AI techniques (algorithms) applicable to both the case where there is no existing data and the case where there is existing data, and can be applied to both the optimization methodology and the reverse engineering process of the predictive model methodology.

특히, 합금설계와 같이 기존의 데이터 확보에 많은 시간과 비용이 발생되는 경우에 메타휴리스틱스를 통해 합금설계 조건을 도출할 수 있다.In particular, alloy design conditions can be derived through metaheuristics when a lot of time and money are incurred in securing existing data, such as alloy design.

추가적으로, 메타휴리스틱스를 통해 도출된 합급설계 조건을 다시 지도학습의 역설계에 적용하여 검증할 수 있어 완벽하게 이론적이고 이상적인 합금설계 조건을 확보할 수 있다.In addition, the alloy design conditions derived through metaheuristics can be applied to reverse engineering of supervised learning and verified, so that a perfectly theoretical and ideal alloy design condition can be secured.

하기의 표 1은 본 명세서에서 제안하는 Be free 동합금 조성표의 일례를 도시한 것이다.Table 1 below shows an example of the composition table of the Be-free copper alloy proposed in the present specification.

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 표 1에 설명된 것과 같이, Be free 동합금은, Ni(니켈) Si(실리콘), Mn(망간), B(붕소), Zr(지르코늄) 및 Cu(구리)를 포함할 수 있다.As described in Table 1, the Be-free copper alloy may include Ni (nickel), Si (silicon), Mn (manganese), B (boron), Zr (zirconium), and Cu (copper).

또한, 상기 동합금 소재는 인장강도가 850 MPa이상이고, 전도율이 50 %IACS 이사이 될 수 있다.In addition, the copper alloy material may have a tensile strength of 850 MPa or more and a conductivity of 50% IACS or less.

구체적으로, 상기 Ni는 1.0~1.5 weight％, 상기 Si는 0.8~1.2 weight％, 상기 Mn은 0.5~1 weight％, 상기 B는 0.05~0.2 weight％, 상기 Zr은 0.1~0.5 weight％ 일 수 있다.Specifically, the Ni may be 1.0 to 1.5 weight%, the Si may be 0.8 to 1.2 weight%, the Mn may be 0.5 to 1 weight%, the B may be 0.05 to 0.2 weight%, and the Zr may be 0.1 to 0.5 weight% .

또한, 추가적으로 Mm(Misch metal, 미시 메탈)을 더 포함할 수 있고, 상기 Mm은 1.0 weight％ 이상 포함될 수 있다.In addition, Mm (Misch metal, Misch metal) may be further included, and the Mm may be included in an amount of 1.0 weight% or more.

또한, 상기 Mm은, Na(나트륨) 및 Cs(세슘)을 포함하고, 상기 Na와 상기 Cs의 weight％ 비는, 3:7 가 될 수 있다.In addition, the Mm may include Na (sodium) and Cs (cesium), and a weight% ratio of Na and Cs may be 3:7.

한편, S1 단계에서는, 구리, 니켈, 실리콘, 망간, 지르코늄 및 붕소를 포함하는 합금 설계를 계획하고, Vacuum Plasma melting (VPM)하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, in step S1, planning an alloy design including copper, nickel, silicon, manganese, zirconium and boron, and vacuum plasma melting (VPM) may include.

진공 플라즈마 멜팅(Vacuum Plasma melting) 작업은, S2 단계의 캐스팅 전에 모합금을 제조하기 위한 것이다.Vacuum plasma melting (Vacuum Plasma melting) operation is to prepare the master alloy before casting of the S2 step.

Vacuum Plasma melting (VPM)을 적용하는 이유는, 본 발명이 제안하는 동합금에서 90% 이상이 구리이고, 멜팅 포인트가 대략 1830도 정도가 되므로, 다른 합금들 보론, 니켈 등은 융점이 높아 플라즈마에서는 수초 안에 다 녹일 수 가 있기 때문이다.The reason for applying Vacuum Plasma melting (VPM) is that, in the copper alloy proposed by the present invention, more than 90% is copper, and the melting point is about 1830 degrees, so other alloys such as boron and nickel have high melting points in plasma. Because it can melt everything inside.

만약, 모합금을 만들지 않고 바로 용해를 하게 되면 용해 시간이 너무 길어져 융점이 낮은 것들은 손실될 우려가 있다.If it is immediately melted without making a master alloy, the melting time becomes too long, and there is a risk of loss of those having a low melting point.

따라서 본 발명에서는, Vacuum Plasma melting (VPM)를 통해, 모합금을 빨리 만들 수 있으므로, 한번에 갑자기 녹여서 굳힘으로써, 순간적으로 이들을 합금화 시키고, 융점이 높은 것들도 합금화 되면서 융점이 떨어져 동과 녹일 때 짧은 시간 내에 용해가 가능하도록 사전 작업하는 것이 가능하다.Therefore, in the present invention, through Vacuum Plasma melting (VPM), the master alloy can be made quickly, so by suddenly melting and hardening at once, they are alloyed instantaneously. It is possible to pre-work to enable dissolution.

도 7은 본 발명과 관련하여 Vacuum Plasma melting [VPM]을 적용한 기구를 도시한 것이다.7 shows a device to which Vacuum Plasma melting [VPM] is applied in relation to the present invention.

구체적으로, 진공도: 10-4, 제조 무게: 2.2 kg, 분위기: Ar+ 10% H2 gas 의 조건에서 실험을 진행하였다.Specifically, the experiment was conducted under the conditions of vacuum degree: 10-4, manufacturing weight: 2.2 kg, atmosphere: Ar+ 10% H2 gas.

도 8은 도 7의 Vacuum Plasma melting [VPM]을 통해 진행된 실험에서, 합금 조성 및 제조 후 형상을 나타낸 것이다.8 shows the alloy composition and shape after manufacturing in an experiment conducted through Vacuum Plasma melting [VPM] of FIG. 7 .

합금 조성 및 제조 후 형상은, #S1, #S4, #S5, #S6, #S8, #S13, #S15, #S16, #S17, #S18, #K1, #K2, #K3, #KM4로 나누어 표시하였다.The alloy composition and shape after manufacturing are #S1, #S4, #S5, #S6, #S8, #S13, #S15, #S16, #S17, #S18, #K1, #K2, #K3, #KM4. displayed separately.

다시 도 3으로 복귀하여, S1 단계 이후에는, 수직 주형 원심주조법(Semi-centrifugal casting)을 적용하는 단계(S2)가 진행된다.Returning to FIG. 3 again, after step S1, a step (S2) of applying a vertical mold centrifugal casting (Semi-centrifugal casting) is performed.

본 발명에서 제안하는 합금에 포함되는 보론 등은 산화가 되기 때문에 진공 분위기에서 용해를 하는 것이 유리하다.Since boron contained in the alloy proposed in the present invention is oxidized, it is advantageous to dissolve it in a vacuum atmosphere.

수직 주형 원심주조법(Semi-centrifugal casting)은, 원심력을 이용하여 판재를 제작하고, 회전되는 금형에 용해된 내용을 주입하게 된다.In semi-centrifugal casting, a plate is manufactured using centrifugal force, and dissolved contents are injected into a rotating mold.

이 경우, 중력을 이용하여 대기에서 주조하는 것보다 안에 불순물 등이 없고, 해할 때 발생되는 슬래그 등이 가운데로 모이게 되며, 금형 끝에서부터 원심력에 의해 차오르기 때문에, 진공 원심주조를 적용함으로써, 분석용 시편 관련 건전한 결과물을 도출하는 것이 가능하다.In this case, there are no impurities inside than casting in the atmosphere using gravity, and the slag generated when decomposing is collected in the center, and since it is filled by centrifugal force from the end of the mold, by applying vacuum centrifugal casting, the sample for analysis It is possible to derive relevant sound outcomes.

도 9의 (a) 및 (b)는 Semi-centrifugal casting 장비 형상을 나타낸 것이고, 도 10은 Semi-centrifugal casting 후 Sample 형상을 나타낸 것이다.9 (a) and (b) show the shape of the semi-centrifugal casting equipment, and FIG. 10 shows the shape of the sample after semi-centrifugal casting.

도 9에서 본 실험에서는, 도가니: 알루미나, 진공도: 10-2, RPM: 1000, 도형제: 지르코니아, Mold size :

Figure pat00005
를 적용하였다.In this experiment in FIG. 9, crucible: alumina, vacuum degree: 10-2, RPM: 1000, coating agent: zirconia, Mold size:
Figure pat00005
was applied.

S2 단계 이후, 열간 압연(Hot Rolling) 단계(S3)가 진행된다.After step S2, a hot rolling step (S3) is performed.

도 11의 (a)는 열간압연 장비 형상을 나타낸 것이고, 도 11의 (b)는 열처리 장비 형상을 나타낸 것이며, 도 12는, 열간압연 및 열처리 조건을 표로 정리하여 제시한 것이다.Figure 11 (a) shows the shape of the hot rolling equipment, Figure 11 (b) shows the shape of the heat treatment equipment, Figure 12, the hot rolling and heat treatment conditions are summarized and presented in a table.

열간압연의 조건은, Reduction ration: 50 %, Temperature: 900 ℃Sample size:

Figure pat00006
를 적용하였다.The conditions of hot rolling are: Reduction ration: 50 %, Temperature: 900 ℃Sample size:
Figure pat00006
was applied.

또한, 열처리 조건은, 용체화 처리에 있어, 온도: 1000 ℃시간: 2hr, 냉각 방법: ice water quen를 적용하였다.In addition, the heat treatment conditions, in the solution treatment, temperature: 1000 ℃ time: 2hr, cooling method: ice water quen was applied.

또한, 열처리 조건에서, 시효처리는 냉각방법: air cooling 을 적용하였다.In addition, in the heat treatment conditions, the aging treatment was applied by cooling method: air cooling.

이러한 S3 단계에서의 열간압연 및 열처리는, 열을 1000도 이상 가하여 압연기에서 한번 밀어냄으로써, 특정 온도에서 유지되는 시간 동안 내부에서 주조 상태의 응력을 풀 수 있다.In this hot rolling and heat treatment in step S3, by applying heat to 1000 degrees or more and pushing it out of the rolling mill once, it is possible to release the stress of the cast state from the inside for a time maintained at a specific temperature.

구리(동)의 경우, 과정 상 융점 가까이 도달했기 때문에 융점이 주조 상태에서 디펙트 있던 것들이 열간 압연을 통해 개선될 수 있다.In the case of copper (copper), since it reached the melting point in the process, the defects in the melting point in the as-cast state can be improved through hot rolling.

도 13은 열간압연 후 형상을 나타낸 것이다.13 shows the shape after hot rolling.

S3 단계 이후, 노말라이징(Normalizing) 및 솔리드 솔루션(solid solution) 과정(S4)이 진행된다.After step S3, normalizing and a solid solution process (S4) are performed.

먼저, 노말라이징(Normalizing)은, 균질화 처리과정으로, 주조했을 때 급속히 응고되기 때문에 각 성분들이 자리를 찾아가지 못하고 굳어버리는 것이 빈번하므로, 제자리를 찾도록 하는 작업으로 볼 수 있다.First, normalizing (Normalizing) is a homogenizing process, since it is rapidly solidified when cast, each component is frequently hardened without finding its place, so it can be viewed as a work to find its place.

다음으로, 솔리드 솔루션(solid solution) 과정은, 용체화 처리과정으로, 열간 압연에서의 용체화와 차이가 있다. 즉, 솔리드 솔루션(solid solution) 과정은, 변형이 없기 때문에 변형을 주기 위해 열을 가하는 것으로, 응력을 제거하면서 밀기 위해 진행되는 단계이다.Next, the solid solution process is a solution heat treatment process, which is different from solution heat treatment in hot rolling. That is, the solid solution process is a step in which heat is applied to give deformation because there is no deformation, and it is a step in which stress is removed while pushing.

솔리드 솔루션(solid solution) 과정에서는, 열을 가해서 석출물이 형성되었 때, 담금질(물에다가 담거버리는 것)을 통해, 상들이 발생되었을 때 속도가 느려지면 더 커지면서 형성이 되는 문제점을 막고, 물에 담금으로써 형성되는 시간을 최소화시켜, 미세하게 석출되는 요소들이 바로 굳는 상태가 되도록 유도하는 것이다.In the solid solution process, when a precipitate is formed by applying heat, through quenching (soaking in water), when phases are generated, they become larger and form when the speed is slowed down, and the problem of formation is prevented and immersed in water This is to minimize the formation time and induce the finely precipitated elements to be in a solid state immediately.

이러한 요소들은, 추후 과정에서, 냉간 압연을 하게 되면 깨지면서 분리가 되거나 시효처리할 때 다른 합금들과 화합물을 형성할 수 있다.These elements, in a later process, can break apart when cold-rolled or form compounds with other alloys when aging.

즉, 노말라이징(Normalizing) 및 솔리드 솔루션(solid solution) 과정(S4)은, 정출상들을 균질화 시키는 작업으로, 처음에 주조했을 때 나오는 정출상과 열처리를 하면서 생성되는 석출상을 구분하고, 용체화하는 과정에서 생성되는 것들과 에이징 시효처리 하는 과정에서 생성되는 것들을 균질화 시키는 과정으로 볼 수 있다.That is, the normalizing and solid solution process (S4) is an operation for homogenizing the crystallized phases. The crystallized phase that is initially cast and the precipitated phase generated during heat treatment are separated, and solution formed It can be seen as a process of homogenizing those generated in the process of aging and those generated in the aging process.

도 14는 용체화처리 후 형상을 나타낸 것이다.14 shows the shape after solution heat treatment.

S4 단계 이후, 시효처리(Ageing) 과정(S5)이 적용될 수 있다.After step S4, an aging process (S5) may be applied.

원래 조성마다 온도는 다양하게 변화하고, 적정한 에이징 피크를 확인하기 위해 실험을 진행하였다. S5 단계에서는, 조직의 변화를 유도할 수 있는 온도를 가하는 시효 처리를 통해 수행되었다.The temperature was variously changed for each original composition, and an experiment was conducted to confirm an appropriate aging peak. In step S5, aging was performed by applying a temperature capable of inducing a change in the tissue.

도 15는 시효처리 후 형상을 나타낸 것이다.15 shows the shape after aging treatment.

시효처리(Ageing) 과정(S5) 이후, 냉간 압연(cold rolling) 과정(S6)이 진행될 수 있다.After the aging process (S5), a cold rolling process (S6) may be performed.

S6 단계와 관련하여, 본 발명이 목적하는 강도가 850 파스칼 이상의 합금은, 시효처리를 했을 때 강도가 많이 올라가는데, 큰 두께가 있으면 에이징 처리를 했을 때 석출물이 러프하게 퍼지게 된다.In relation to step S6, the alloy having the desired strength of 850 Pascals or more of the present invention increases the strength a lot when subjected to aging treatment.

S6 단계에서는, 이들을 압연하여 좁은 공간으로 몰아넣어, 가까이 밀착시킴으로써, 전위 이동을 막을 수 있는 확률을 높이게 된다.In step S6, these are rolled, driven into a narrow space, and brought into close contact, thereby increasing the probability of preventing dislocation movement.

본 발명에서는, 열간에서 압연을 하면 오히려 퍼지는 문제가 발생할 수 있어, 냉간에서 진행하였다.In the present invention, when rolling in hot, rather a spreading problem may occur, so it proceeded in cold.

즉, 결정에는 변화가 없고, 석출물들을 분산시키기 위해 냉간 압연을 진행하게 된다.That is, there is no change in the crystal, and cold rolling is performed to disperse the precipitates.

도 16은 본 발명과 관련하여, 냉간압연기의 형상을 도시한 것이고, 도 17은 냉간압연의 시험편 두께 (mm)를 나타낸 것이다.Figure 16 shows the shape of the cold rolling mill in relation to the present invention, Figure 17 shows the thickness (mm) of the test piece of cold rolling.

한편, 도 3에서는, S6 단계에서 도출된 결과물을 기초로 특성을 분석하였으나 S6 단계 이후, 도 43에 도시된 것과 같이 2차 시효처리(Ageing) 과정(S7)이 적용될 수 있다.Meanwhile, in FIG. 3 , characteristics were analyzed based on the result derived in step S6 , but after step S6 , a secondary aging process ( S7 ) may be applied as shown in FIG. 43 .

2차 시효처리(Ageing) 과정(S7)은, S6 단계의 냉간압연에서 강도가 원하는 수치 이상으로 맞춰졌는데 전기전도도가 부족한 경우에 추가적으로 활용될 수 있다.The secondary aging process (S7) may be additionally utilized when the strength is set to a desired value or higher in the cold rolling of step S6, but electrical conductivity is insufficient.

가시효로 에이징 처리를 하게 되면 인장장도는 떨어지더라도 연신율이나 전기전도도는 올라갈 수 있으므로, 목표치보다 인장강도가 높은 경우, 인장강도를 좀 낮추면서 전기 전도도를 높이기 위해 에이징을 가시효로 한번 더 적용하는 S7 단계를 추가적으로 진행할 수 있다.If the aging treatment is performed by visible effect, the elongation or electrical conductivity can be increased even if the tensile strength is decreased. Therefore, if the tensile strength is higher than the target value, the S7 step of applying aging once more by the visible effect to increase the electrical conductivity while lowering the tensile strength a little can be further proceeded.

도 18은, 시효처리 후 시험편 형상을 나타낸 것이다.18 shows the shape of the test piece after aging treatment.

다음으로, 도 19는 경도(Hardness) 관련하여, Rockwell hardness [HRB] 를 나타낸 것이다.Next, with respect to hardness (Hardness), Figure 19 shows the Rockwell hardness [HRB].

또한, 도 20은 경도(Hardness) 관련하여, Rockwell hardness [HRB] 를 나타낸 것이다.In addition, in relation to hardness (Hardness), Figure 20 shows the Rockwell hardness [HRB].

또한, 도 21은 경도(Hardness) 관련하여, Micro Vickers hardness [HV] 를 나타낸 것이다.In addition, with respect to hardness (Hardness), Figure 21 shows the Micro Vickers hardness [HV].

또한, 도 22는 경도(Hardness) 관련하여, Rockwell hardness [HRB] 를 나타낸 것이다.In addition, in relation to hardness (Hardness), Figure 22 shows the Rockwell hardness [HRB].

또한, 도 23은 경도(Hardness) 관련하여, Tensile strength (N/mm2) 를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 23 shows the tensile strength (N/mm2) in relation to the hardness (Hardness).

또한, 도 24는 Electrical conductivity (냉간압연 후 sample) 를 나타낸 것이다.In addition, Figure 24 shows the electrical conductivity (sample after cold rolling).

또한, 도 25는 Electrical conductivity (냉간압연 후 500℃1hr 시효처리 후 sample) 를 나타낸 것이다.In addition, Figure 25 shows the electrical conductivity (sample after cold rolling at 500 ℃ 1hr aging treatment).

또한, 도 26은 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, OM_x200 (etching 전) 를 나타낸 것이다.Also, FIG. 26 shows OM_x200 (before etching) in relation to the microstructure.

또한, 도 27은 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, OM_x200 (etching 후) 를 나타낸 것이다.Also, FIG. 27 shows OM_x200 (after etching) in relation to the microstructure.

또한, 도 28은 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, SEM & EDX_KS_#4 를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 28 shows SEM &EDX_KS_#4 in relation to the microstructure.

또한, 도 29는 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, SEM & EDX_KS_#8 을 나타낸 것이다.In addition, FIG. 29 shows SEM &EDX_KS_#8 in relation to the microstructure.

또한, 도 30은 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, SEM & EDX_KS_#15 를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 30 shows SEM &EDX_KS_#15 in relation to the microstructure.

또한, 도 31은 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, SEM & EDX_KK_#2 를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 31 shows SEM &EDX_KK_#2 in relation to the microstructure.

또한, 도 32는 미크로 조직(Microstructure) 관련하여, SEM & EDX_KK_#4 를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 32 shows SEM &EDX_KK_#4 in relation to the microstructure.

또한, 도 33은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KK4의 중심부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 33 shows the test results related to the center of KK4 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

또한, 도 34는 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KK4의 표면부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 34 shows the experimental results related to the surface of KK4 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

또한, 도 35는 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KK2의 중심부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 35 shows the experimental results related to the center of KK2 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

또한, 도 36은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KK2의 표면부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 36 shows the experimental results related to the surface portion of KK2 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

또한, 도 37은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS15의 중심부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 37 shows the test results related to the center of KS15 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

또한, 도 38은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS15의 표면부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 38 shows the test results related to the surface of KS15 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

또한, 도 39는 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS8의 중심부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 39 shows the test results related to the center of the KS8 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

또한, 도 40은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS8의 표면부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 40 shows the test results related to the surface of KS8 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

또한, 도 41은 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS4의 중심부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 41 shows the test results related to the center of the KS4 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

또한, 도 42는 FE-SEM 특성평가와 관련하여, KS4의 표면부 관련 실험 결과를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 42 shows the experimental results related to the surface of KS4 in relation to the FE-SEM characteristic evaluation.

본 발명에 따른 효과Effects according to the present invention

본 발명에 따르면, 메타휴리스틱스 최적화 기법을 기반으로 하여 인장강도 850 MPa 및 전기전도도 50 %IACS를 동시에 충족시킬 수 있는 베릴륨 프리 동합금 소재에 대한 원천핵심 기술 및 상용화 기술을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a core technology and commercialization technology for a beryllium-free copper alloy material that can simultaneously satisfy a tensile strength of 850 MPa and an electrical conductivity of 50% IACS based on a metaheuristic optimization technique.

또한, 인장강도 850 MPa 및 전기전도도 50 %IACS를 동시에 충족시킬 수 있는 베릴륨 프리 신조성의 동합금에 대한 원천핵심 기술을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a core technology for a new beryllium-free copper alloy that can simultaneously satisfy tensile strength of 850 MPa and electrical conductivity of 50% IACS.

또한, 고강도/고전도 베릴륨 프리 신조성 동합금의 부품화 및 신뢰성 평가 기술을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a technology for componentization and reliability evaluation of a high-strength/high-conductivity beryllium-free new composition copper alloy.

또한, Cu 합금 물성 예측을 위한 지도학습기반 인공지능 예측 모델을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a supervised learning-based artificial intelligence prediction model for predicting Cu alloy properties.

Figure pat00007
Figure pat00007

또한, 구축된 database를 활용한 supervised learning 인공지능 물성 예측 알고리즘 개발이 가능하다.In addition, it is possible to develop a supervised learning artificial intelligence material property prediction algorithm using the established database.

또한, Decision Tree, KNN, SVM, Artificial Neural Network 및 Deep Neural Network 등의 알고리즘 도입/신경망 아키텍쳐 개발이 가능하다.In addition, it is possible to introduce algorithms such as Decision Tree, KNN, SVM, Artificial Neural Network, and Deep Neural Network, and develop neural network architecture.

또한, 첨가원소 역할 규명 및 합금 물성제어 주요 인자 도출을 통한 결정변수 및 목적함수 설정 및 Global 최적점 탐색이 가능하다.In addition, it is possible to set determinant variables and objective functions and search for global optimal points by identifying the roles of additional elements and deriving key factors for controlling alloy properties.

또한, 개발 동합금의 특성에 미치는 고용강화 및 석출강화의 기여도 분석 및 해석이 가능하다.In addition, it is possible to analyze and analyze the contribution of solid solution strengthening and precipitation strengthening on the characteristics of the developed copper alloy.

또한, 인장강도 600 MPa/60 %IACS급 및 인장강도 800 MPa/160 W/mK급 신조성 동합금의 용해/정련 및 주조기술 개발이 가능하다.In addition, it is possible to develop melting/refining and casting technologies for new-form copper alloys with a tensile strength of 600 MPa/60 % IACS and a tensile strength of 800 MPa/160 W/mK.

또한, 열간 및 냉간압연을 통한 기계적 성질과 전기전도도의 상관관계 도출이 가능하다.In addition, it is possible to derive a correlation between mechanical properties and electrical conductivity through hot and cold rolling.

또한, 용체화처리 및 시효강화 공정 최적화 기술 개발이 가능하다.In addition, it is possible to develop solution heat treatment and aging strengthening process optimization technology.

또한, 개발 동합금의 열간압연 공정용 핵심 부품 설계 및 제작 기술을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide core part design and manufacturing technology for the hot rolling process of the developed copper alloy.

상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. The above-described embodiments of the present invention may be implemented through various means. For example, embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.In the case of implementation by hardware, the method according to embodiments of the present invention may include one or more Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), and Programmable Logic Devices (PLDs). , FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고받을 수 있다.In the case of implementation by firmware or software, the method according to the embodiments of the present invention may be implemented in the form of a module, procedure, or function that performs the functions or operations described above. The software code may be stored in the memory unit and driven by the processor. The memory unit may be located inside or outside the processor, and may transmit/receive data to and from the processor by various known means.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. The detailed description of the preferred embodiments of the present invention disclosed as described above is provided to enable any person skilled in the art to make and practice the present invention.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the scope of the present invention.

예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. For example, those skilled in the art can use each configuration described in the above-described embodiments in a way in combination with each other.

따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary.

본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. The present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.In addition, claims that are not explicitly cited in the claims can be combined to form an embodiment or included as a new claim by amendment after filing.

Claims (13)

Ni(니켈) Si(실리콘), Mn(망간), B(붕소), Zr(지르코늄) 및 Cu(구리)를 포함하고,
상기 동합금 소재는 인장강도가 850 MPa이상이고, 전도율이 50 %IACS 이상인 것을 특징으로 하는 동합금 소재.Ni (nickel), Si (silicon), Mn (manganese), B (boron), Zr (zirconium) and Cu (copper),
The copper alloy material is a copper alloy material, characterized in that the tensile strength is 850 MPa or more, and the conductivity is 50% IACS or more. 제 1항에 있어서,
상기 Ni는 1.0~1.5 weight％, 상기 Si는 0.8~1.2 weight％, 상기 Mn은 0.5~1 weight％, 상기 B는 0.05~0.2 weight％, 상기 Zr은 0.1~0.5 weight％인 것을 특징으로 하는 동합금 소재.The method of claim 1,
The Ni is 1.0 to 1.5 weight%, the Si is 0.8 to 1.2 weight%, the Mn is 0.5 to 1 weight%, the B is 0.05 to 0.2 weight%, and the Zr is 0.1 to 0.5 weight%. Material. 제 1항에 있어서,
Mm(Misch metal, 미시 메탈)을 더 포함하고, 상기 Mm은 1.0 weight％ 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 동합금 소재.The method of claim 1,
Further comprising Mm (Misch metal, Misch metal), the Mm is a copper alloy material, characterized in that the content is 1.0 weight% or more. 제 3항에 있어서,
상기 Mm은, Na(나트륨) 및 Cs(세슘)을 포함하고,
상기 Na와 상기 Cs의 weight％ 비는, 3:7 인 것을 특징으로 하는 동합금 소재.4. The method of claim 3,
The Mm includes Na (sodium) and Cs (cesium),
The copper alloy material, characterized in that the Na and the weight% ratio of Cs is 3:7. 제 1항에 있어서,
상기 Ni, Si, Mn, B, Zr 및 Cu에 대해, 진공 플라즈마 멜팅(Vacuum Plasma melting), 수직 주형 원심주조법(Semi-centrifugal casting), 열간 압연(Hot Rolling), 균질화 처리 과정인 노말라이징(Normalizing)과 용체화 처리 과정인 솔리드 솔루션(solid solution), 시효처리(Ageing) 및 냉간 압연(cold rolling)을 적용하여, 상기 동합금 소재가 제조되는 것을 특징으로 하는 동합금 소재.The method of claim 1,
For the Ni, Si, Mn, B, Zr and Cu, vacuum plasma melting, semi-centrifugal casting, hot rolling, normalizing, which is a homogenization process ) and solution heat treatment processes such as solid solution, aging, and cold rolling, the copper alloy material, characterized in that the copper alloy material is manufactured. 제 4항에 있어서,
상기 진공 플라즈마 멜팅의 조건은,
진공도: 10-4, 제조 무게: 2.2 kg, 분위기: Ar+ 10% H2 gas 의 조건인 것을 특징으로 하는 동합금 소재.5. The method of claim 4,
The conditions of the vacuum plasma melting are,
Vacuum degree: 10-4, manufacturing weight: 2.2 kg, atmosphere: Copper alloy material, characterized in that the conditions of Ar+ 10% H2 gas. 제 4항에 있어서,
상기 수직 주형 원심주조법의 조건은,
도가니: 알루미나, 진공도: 10-2, RPM: 1000, 도형제: 지르코니아, Mold size :
Figure pat00008
의 조건인 것을 특징으로 하는 동합금 소재.5. The method of claim 4,
The conditions of the vertical mold centrifugal casting method are,
Crucible: Alumina, Vacuum degree: 10-2, RPM: 1000, Coating agent: Zirconia, Mold size:
Figure pat00008
Copper alloy material, characterized in that the condition of 제 4항에 있어서,
상기 열간 압연은, 열처리 동작을 더 포함하고,
상기 열처리 동작에서의 시효처리는, air cooling 냉각방법이 적용되며,
상기 열간 압연 동작의 조건은,
Reduction ration: 50 %, Temperature: 900 ℃, Sample size:
Figure pat00009
의 조건이고,
상기 열처리 동작의 조건은,
온도: 1000 ℃, 시간: 2hr, 냉각 방법: ice water quen 의 조건인 것을 특징으로 하는 동합금 소재.5. The method of claim 4,
The hot rolling further comprises a heat treatment operation,
Aging treatment in the heat treatment operation, air cooling cooling method is applied,
The conditions of the hot rolling operation are,
Reduction ration: 50 %, Temperature: 900 ℃, Sample size:
Figure pat00009
is the condition of
The conditions of the heat treatment operation are,
Temperature: 1000 °C, time: 2 hr, cooling method: copper alloy material, characterized in that the conditions of ice water quen. 제 4항에 있어서,
상기 노말라이징 과정은, 급속한 응고로 인한 디펙트를 수정하여 물질이 균질화 도록 유도하고,
상기 솔리드 솔루션 과정은, 담금질을 통해, 형성되는 시간을 단축시킴으로써, 석출되는 요소들이 빠르게 굳는 상태가 되도록 유도하는 것을 특징으로 하는 하는 동합금 소재.5. The method of claim 4,
The normalizing process corrects defects caused by rapid solidification and induces the material to be homogenized,
The solid solution process, through quenching, by shortening the formation time, copper alloy material, characterized in that inducing the precipitated elements to be in a state to harden quickly. 제 4항에 있어서,
상기 시효처리는, 조직의 변화를 유도할 수 있는 온도를 가하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 동합금 소재.5. The method of claim 4,
The aging treatment is a copper alloy material, characterized in that it is performed by applying a temperature capable of inducing a change in the structure. 제 4항에 있어서,
상기 냉간 압연은, 복수의 석출물을 좁은 공간으로 몰아넣어, 가까이 밀착시킴으로써, 전위 이동을 막고, 결정의 변화 없이 상기 복수의 석출물을 분산시키기 위해 냉간에서 수행되는 것을 특징으로 하는 동합금 소재.5. The method of claim 4,
The cold rolling is a copper alloy material, characterized in that it is carried out in cold to drive a plurality of precipitates into a narrow space and close contact with each other to prevent dislocation movement and to disperse the plurality of precipitates without changing crystals. 제 4항에 있어서,
상기 냉간 압연을 거친 동합금 소재가 상기 인장강도가 850 MPa 이상인 조건은 만족하였으나 상기 전도율이 상기 50 %IACS인 경우,
상기 동합금 소재에 대해 제 2 시효처리(Ageing)를 적용하여 제 2 동합금 소재를 제조하는 것을 특징으로 하는 동합금 소재.5. The method of claim 4,
When the cold-rolled copper alloy material satisfies the condition that the tensile strength is 850 MPa or more, but the conductivity is the 50% IACS,
A copper alloy material, characterized in that for manufacturing a second copper alloy material by applying a second aging treatment to the copper alloy material. 제 12항에 있어서,
상기 제 2 동합금 소재는,
상기 냉간 압연을 거친 동합금 소재와 비교하여, 상기 인장강도는 낮아지지만 상기 전도율은 높아짐으로써, 상기 인장강도가 850 MPa이상이고, 상기 전도율이 50 %IACS 이상이 되는 특징을 갖는 동합금 소재.13. The method of claim 12,
The second copper alloy material,
Compared with the copper alloy material that has undergone the cold rolling, the tensile strength is lowered but the conductivity is increased, so that the tensile strength is 850 MPa or more, and the conductivity is 50% IACS or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4809935B2 (en) 2009-12-02 2011-11-09 古河電気工業株式会社 Copper alloy sheet having low Young's modulus and method for producing the same
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