KR20230065235A - 다중벽 튜브의 제조 방법, 및 다중벽 튜브 - Google Patents

다중벽 튜브의 제조 방법, 및 다중벽 튜브 Download PDF

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안드레아스 스탄
게오르크 웨익
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테이 오토모티브 (하이델베르크) 게엠베하
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Abstract

본 개시는 금속 스트립을 감아 다중벽 튜브를 형성하는 다중벽 튜브의 제조 방법에 관한 것이다. 금속 스트립은 적어도 하나의 스틸층을 가지고, 적어도 하나의 솔더층이 스틸층에 도포된다. 솔더층은 적어도 부분적으로 금속으로 구성된다. 본 개시에 따르면, 솔더층은 플라즈마 코팅에 의해 스틸층에 도포된다.

Description

다중벽 튜브의 제조 방법, 및 다중벽 튜브
본 개시는 2020년 8월 10일에 출원된 유럽 출원 20190256.6의 우선권의 이익을 주장하는 PCT 출원이며, 각각의 전체 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 개시는 다중벽 튜브를 제조하기 위한 방법으로서, 금속 스트립이 감기어 다중벽 튜브를 형성하고, 금속 스트립은 적어도 하나의 스틸 층을 가지며, 적어도 하나의 솔더층이 스틸층에 도포되고, 솔더층은 적어도 부분적으로 금속으로 구성되고 바람직하게는 적어도 실질적으로 금속으로 구성되는 제조 방법에 관한 것이다. 금속 스트립을 제조하기 위해, 본 프로세스는 스틸 스트립에서 시작하여, 스틸층을 형성하고 대응하는 코팅을 수행한 다음 이를 감아서 다중벽 튜브를 형성한다. 본 발명은 또한 이러한 감긴 금속 스트립을 갖는 다중벽 튜브에 관한 것이다.
전술한 유형의 방법은 실제로 잘 알려져 있다. 솔더층의 증착은 갈바닉 프로세스(galvanic process)의 도움으로 구현된다. 그러나, 이 경우 충분한 접착은 일반적으로 시안화물-함유 전해조(cyanide-containing electrolyte baths)를 통해서만 달성할 수 있다는 것을 발견했다. 독성이 강한 시안화물의 사용은 상당한 단점과 관련이 있다는 것이 자명하다. 또한, 갈바닉 프로세스는 복잡하고 비용이 많이 들며, 프로세스 파라미터의 복잡한 세팅이 필요하다. 개별 방법 단계(전해조 준비, 건조, 세척 등)도 시간이 많이 소요된다. 또한, 잔여 잔류물의 처리에 문제가 있다. 공지된 방법에서, 솔더층으로서 구리층을 도포하기 위해서는, 니켈층이 스틸층과 구리층 사이에 힘들게 개재되어야 한다. 니켈은 또한 건강에 유해한 것으로 분류된다. 이런 점에서, 개선이 필요하다.
이를 고려하여, 본 개시에 의해 해결되는 기술적 문제는 금속 스트립 또는 스틸 스트립이 간단하고 비용 효율적이며 덜 복잡한 방식으로 솔더층으로 코팅될 수 있게 하며 또한 환경 및 건강 관점에서 단점이 적은 전술한 유형의 방법을 특정하는 것이다. 본 발명은 또한 대응하는 다중벽 튜브를 특정하는 기술적 문제를 해결한다.
이러한 기술적 문제를 해결하기 위해, 본 개시는 먼저 다중벽 튜브를 제조하는 방법으로서, 금속 스트립이 감기어 다중벽 튜브를 형성하며, 금속 스트립은 적어도 하나의 스틸층을 가지며, 적어도 하나의 솔더층이 스틸층에 도포되며, 솔더층은 적어도 부분적으로 금속으로 구성되고 바람직하게는 적어도 실질적으로 금속으로 구성되며, 상기 솔더층은 플라즈마 코팅에 의해 스틸층에 도포되는 제조 방법을 교시한다.
따라서, 본 개시에 따른 금속 스트립을 제조하기 위한 출발 스트립 또는 출발 층으로서, 스틸 스트립 또는 스틸층이 사용되고, 추가 코팅이 제공된다. 솔더층을 도포하기 전에, 스틸 스트립 또는 스틸층을 적절하게 세정한다. 본 개시의 범위 내에서 특히 중요한 바람직한 실시 형태는, 코팅될 스틸 스트립 또는 스틸층의 표면이 플라즈마 처리에 의해 세정되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 이 세정은 하기 기술된 바람직하게 사용되는 플라즈마 코팅 장치를 사용하여 수행된다. 이 경우, 플라즈마 제트 또는 플라즈마 화염을 세정될 스틸 스트립 또는 스틸층의 표면에 가하는 것이 바람직하다. 이 세정 방법은 본 개시의 범위 내에서 특히 효과적인 것으로 입증되었다.
본 개시의 매우 권장되는 실시 형태는 솔더층이 적어도 부분적으로 구리로 구성된다는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 솔더층은 완전히 구리로 구성되거나 실질적으로 구리로 구성된다. 원칙적으로, 다른 금속들도 솔더층에 사용될 수 있다.
본 개시의 범위 내에서, 본 개시의 실시 형태는 솔더층 - 특히 구리층 -이 추가 금속 층의 개재 없이 - 특히 니켈층의 개재 없이 - 스틸층 또는 스틸 스트립에 도포된다는 점에서 특히 중요하다. 이러한 점에서, 본 개시는 본 개시에 따른 플라즈마 코팅 덕분에, 니켈층이 문제없이 생략될 수 있고 솔더층의 충분한 접착이 여전히 달성될 수 있다는 발견에 기초한다. 이는 니켈층과 관련된 환경적인 단점도 피할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 개시의 범위 내에서, 스틸층 또는 스틸 스트립은 100 내지 600㎛, 특히 200 내지 400㎛의 두께를 갖는다. 본 개시의 특히 권장되는 실시 형태에 따르면, 솔더층 - 특히 구리층 -이 플라즈마 코팅에 의해 1 내지 50㎛, 바람직하게는 2 내지 20㎛, 특히 3 내지 10㎛의 두께로 스틸층 또는 스틸 스트립에 도포된다. 바람직하게는, 스틸층은 솔더층보다 더 두껍고, 솔더층보다 특히 적어도 5배, 바람직하게는 적어도 7배, 바람직하게는 적어도 10배 두껍다.
본 개시의 범위 내에서, 시안화물을 사용하지 않고 코팅 또는 솔더층의 코팅이 이루어지며, 또한 본 개시의 범위 내에서 니켈을 사용하지 않고 코팅 또는 솔더층의 코팅이 이루어진다. 이러한 점에서, 본 개시는 본 개시에 따른 플라즈마 코팅이 수행될 때 불리한 시안화물-함유 전해조가 완전히 생략될 수 있다는 발견에 기초한다. 본 개시는 또한 스틸층과 솔더층 사이 또는 스틸층과 구리층 사이에 개재된 니켈층도 필요하지 않다는 발견에 기초한다. 따라서 본 개시는 건강 측면 및 환경 측면에서 상당한 이점을 갖는다.
본 개시에 따른 방법의 특히 바람직한 실시 형태는 플라즈마 코팅이 상압 또는 대기압에서 수행되는 것을 특징으로 한다. 이 실시 형태는 단순성과 낮은 복잡도를 특징으로 한다. 그럼에도 불구하고, 다른 압력 조건, 예를 들어 진공에서 플라즈마 코팅을 수행하는 것도 가능하다.
본 개시의 범위 내에서, 플라즈마 코팅은 물리적 기상 증착 및/또는 화학적 기상 증착으로 수행된다. 플라즈마 코팅 장치는 플라즈마 코팅을 도포하기 위해 바람직하게 사용된다. 본 개시의 맥락에서, 솔더층용 재료 - 특히 솔더층용 구리 재료 -는 분말 형태로 플라즈마 코팅 장치에 공급된다. 바람직하게는, 솔더층용 재료 - 특히 솔더층용 구리 재료 -는 플라즈마 코팅 장치에서 기체 상태로 변환된 다음 솔더층 또는 구리층으로서 스틸층 상에 증착된다. 본 개시는 솔더층의 플라즈마 코팅이 놀랍도록 간단하고 덜 복잡한 방식으로 일어날 수 있고, 무엇보다도, 스틸층에 대한 솔더층 또는 구리층의 최적 접착이 니켈층의 개재 없이 달성될 수 있다는 발견에 기초한다.
본 개시의 특히 바람직한 실시 형태에 따르면, 적어도 스틸층 또는 스틸 스트립으로 구성된 금속 스트립과 이에 도포된 솔더층은 이중벽 튜브를 형성하도록 감긴다. 원칙적으로, 2개 이상의 벽을 갖는 튜브도 가능하며, 이러한 튜브는 대응하는 감김(rolling up)에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 본 개시의 범위 내에서 이중벽 튜브가 특히 바람직하다.
권장되는 실시 형태에 따르면, 스틸층 또는 스틸 스트립은 양쪽 표면에 솔더층 - 특히 구리층 -으로 코팅된다. 이 경우, 스틸층 또는 스틸 스트립의 양쪽 표면을 플라즈마 코팅에 의해 솔더층으로 코팅하는 것이 바람직하다.
본 개시의 범위 내에서, 다중벽 튜브, 특히 이중벽 튜브의 벽 층들은 가열에 의해 서로 납땜되거나 접합된다. 권장되는 실시 형태에 따르면, 금속 스트립은 롤러의 도움으로 함께 감겨지거나 감긴다. 또한, 본 개시의 범위 내에서 튜브가 유도로(induction furnace)에 의해 가열되고 그 결과 솔더층이 용융되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 튜브의 벽들은 서로 납땜될 수 있고 튜브는 대응하게 밀봉될 수 있다.
본 개시는 또한 감긴 금속 스트립을 갖는 다중벽 튜브에 관한 것이며, 금속 스트립은 적어도 하나의 스틸층 또는 적어도 하나의 스틸 스트립을 가지며 적어도 하나의 솔더층이 플라즈마 코팅에 의해 스틸층 또는 스틸 스트립에 도포된다. 이것은 특히 바람직하게는 이중벽 튜브이다.
본 개시는 본 개시에 따른 방법으로 다중벽 또는 이중벽 튜브의 매우 간단하고, 비용 효율적이며 덜 복잡한 제조가 가능하다는 발견에 기초한다. 유리하게는, 어떠한 습식 화학적 방법 단계도 필요하지 않으며, 특히 환경적으로 유해한 물질을 사용하는 방법 단계도 필요하지 않다. 본 개시에 따른 방법은 실제로부터 알려지고 도입부에서 설명된 방법보다 덜 복잡하다. 환경적으로 유해한 물질에 대한 건조 단계, 세척 단계 및 폐기 단계와 같은, 많은 추가적이고 복잡한 방법 단계를 피할 수 있다. 시안화물과 같은 독성 물질은 완전히 생략될 수 있으며, 특히 본 개시에 따른 방법에서는 니켈층의 복잡한 개재가 필요하지 않다. 도입부에서 설명된 공지된 방법과 비교하여, 전체적으로 더 적은 재료가 사용되고, 더 적은 에너지가 소비되며, 따라서 본 개시에 따른 방법에서는 비용도 적게 든다. 그러나, 이러한 측면 외에도, 플라스마 처리에 의해 도포된 코팅은 실제로 알려진 코팅보다 상당히 우수한 품질을 갖는다. 솔더층 또는 구리층은 놀라울 정도로 높은 균일성과 특별히 설정된 두께로 도포될 수 있다. 이는 또한 층들의 솔더링(soldering)을 상당히 개선한다. 전반적으로, 본 개시는 다수의 이점들에 의해 특징지어진다. 특히 강조해야 할 것은 단순성, 낮은 복잡성 및 낮은 비용이다.
본 발명은 단지 하나의 예시적인 실시 형태를 도시하는 도면의 도움으로 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 다중벽 튜브를 형성하기 위해 감기기 전의 금속 스트립의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 금속 스트립으로부터 감긴 이중벽 튜브를 통한 단면을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 개시에 따른 방법을 수행하는데 바람직하게 사용되는 플라즈마 코팅 장치의 개략도를 개략적으로 도시한다.
도면은 다중벽 튜브(1)를 제조하기 위한 본 개시에 따른 방법을 도시한다. 바람직하게는 예시적인 실시 형태(특히 도 2 참조)에서, 이중벽 튜브(1)는 본 개시에 따른 방법을 사용하여 제조된다. 이를 위해, 금속 스트립(2)은 이중벽 튜브(1)를 형성하기 위해 감긴다. 바람직하게는 예시적인 실시 형태에서, 금속 스트립은 스틸층(steel layer)(3) 또는 스틸 스트립(steel strip)을 갖는다. 바람직하게는 예시적인 실시 형태에서, 구리의 솔더층(solder layer)(4)이 이 스틸층(3)에 도포된다.
본 실시 형태에서, 스틸층은 200 내지 400㎛의 두께를 가질 수 있고, 솔더층(4) 또는 구리층은 3 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는 예시적인 실시 형태에서, 스틸층(3)은 솔더층(4) 또는 구리층보다 훨씬 더 두껍다. 본 개시에 따르면, 솔더층(4)의 코팅은 종래 기술에서 알려진 바와 같이 니켈층의 개재(interposition) 없이 발생한다.
본 개시에 따르면, 솔더층(4) 또는 구리층은 플라즈마 코팅에 의해 스틸층(3) 또는 스틸 스트립에 도포된다. 바람직하게는, 플라즈마 코팅은 상압(normal pressure) 또는 대기압에서 수행된다. 본 개시의 범위 내에서, 플라즈마 코팅은 물리적 기상 증착으로서 발생한다.
도 3은 본 개시에 따른 방법에 적합한 플라즈마 코팅 장치(5)를 도시한다. 도 3은 이 플라즈마 코팅 장치(5)의 전극(6)과 가스 공급 챔버(7)를 도시한다. 본 개시의 범위 내에서, 솔더층(4)용 재료 - 특히 솔더층(4)용 구리 재료 -는 플라즈마 코팅 장치(5)에 분말 형태로 공급되며, 보다 구체적으로 바람직하게는 예시적인 실시 형태에서, 분말 형태로 덕트(8)를 통해 공급된다. 바람직하게는 예시적인 실시 형태에서, 솔더층(4)용 재료 - 특히 솔더층(4)용 구리 재료는 플라즈마 코팅 장치(5)에서 기체 상태로 변환된 후 솔더층(4) 또는 구리층으로서 스틸층(3) 상에 증착된다. 플라즈마 제트(9)는 또한 도 3에서 볼 수 있다.
솔더층(4)의 증착 후, 도 1에 도시된 코팅된 금속 스트립(2)이 얻어진다. 이 금속 스트립(2)은 바람직하게는 도 2에 도시된 이중벽 튜브(1)를 형성하기 위해 롤러의 도움으로 감긴다. 본 개시의 범위 내에서, 튜브(1) 또는 튜브(1)의 벽 층들은 가열에 의해 서로 납땜되거나 접합된다. 바람직하게는, 이 가열은 유도로(induction furnace)(미도시)에서 발생한다.
다중벽 또는 이중벽 튜브(1)의 개시에 따른 제조는 유리하게는 시안화물-함유 전해조를 사용하지 않고 유리하게 수행될 수 있고 솔더층(4)과 스틸층(3) 사이에 니켈층의 개재 없이 유리하게 발생할 수도 있다.

Claims (15)

  1. 금속 스트립을 감아서 다중벽 튜브를 형성하는 다중벽 튜브의 제조 방법으로서, 상기 금속 스트립은 적어도 하나의 스틸층(steel layer)을 가지고, 상기 스틸층에 적어도 하나의 솔더층(solder layer)이 도포되고, 상기 솔더층은 적어도 부분적으로 금속으로 구성되고 바람직하게는 적어도 실질적으로 금속으로 구성되고,
    상기 솔더층은 플라즈마 코팅에 의해 상기 스틸층에 도포되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더층은 적어도 부분적으로 구리로 구성되고 바람직하게는 구리로 구성되거나 실질적으로 구리로 구성되는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 솔더층, 특히 구리층은 추가 금속층의 개재 없이, 특히 니켈층의 개재 없이 상기 스틸층에 도포되는, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스틸층은 100 내지 600㎛, 특히 200 내지 400㎛의 두께를 갖는, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔더층, 특히 구리층은 플라즈마 코팅에 의해 1 내지 50㎛, 바람직하게는 2 내지 20㎛, 특히 3 내지 10㎛의 두께로 상기 스틸층에 도포되는, 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스틸층은 상기 솔더층보다 두껍고, 상기 솔더층보다 특히 적어도 5배, 바람직하게는 적어도 7배, 바람직하게는 적어도 10배 두꺼운, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅은 시안화물(cyanides)을 사용하지 않고 및/또는 니켈을 사용하지 않고 도포되는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 코팅은 상압(normal pressure) 또는 대기압에서 수행되는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 코팅은 물리적 기상 증착 및/또는 화학적 기상 증착으로서 수행되는, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔더층용 재료 - 특히 상기 솔더층용 구리 재료 -는 플라즈마 코팅 장치에 분말 형태로 공급되는, 방법.
  11. 제 1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔더층용 재료 - 특히 상기 솔더층용 구리 재료 -는 플라즈마 코팅 장치에서 기체 상태로 변환된 후 솔더층 또는 구리층으로서 상기 스틸층 상에 증착되는, 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 스틸층과 상기 솔더층으로 구성된 상기 금속 스트립을 감아서 이중벽 튜브를 형성하는, 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스틸층은 양쪽 표면이 상기 솔더층으로 코팅되고, 바람직하게는 플라즈마 코팅에 의해 양쪽 표면이 상기 솔더층으로 코팅되는, 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다중벽 튜브 - 특히 이중벽 튜브 -의 벽 층들은 가열에 의해 서로 납땜되거나 접합되는, 방법.
  15. 다중벽 튜브로서 - 특히 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 제조됨 - 감긴 금속 스트립을 가지며,
    상기 금속 스트립은 적어도 하나의 스틸층 및 플라즈마 코팅에 의해 상기 스틸층에 도포된 적어도 하나의 솔더층을 가지는, 다중벽 튜브.
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