KR20240001930A - 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법 및 이에 의하여 제조된 방열부품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법 및 이에 의하여 제조된 방열부품에 관한 것으로, 본 발명에 의한 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법에 따르면, 본 발명에 의한 열용량이 90 J/(mo·K)이상이며, 그 융점이 270~480℃ 인 가용성 화학염을 충진한 파이프를 밴딩가공한 후 214~220 (W/M·℃)정도로 고 열전도성 알루미늄 합금을 반응성 가스를 주입한 다이캐스팅 기술은 열전도성이 우수하지만 주조성이 열악한 알루미늄 합금 고압주조 방열부품 제조에 유용한 기술이며, 본 발명에서의 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법에 따르면 용융 화학염 혼합물을 주입 응고시킨 알루미늄 파이프의 절곡 발생을 억제시키며, 고압주조 시 이의 압력에 의한 파이프의 형상변화를 방지하는 효과를 갖고, 주조품에서 충진물도 주조금속의 용융점 이하의 온도에서 간단히 가열 추출시킬 수 있고, 추출된 충진 재료는 재활용이 가능하므로 생산적인 측면과 경제적인 측면에서 매우 뛰어난 이점이 있다.

Description

파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법 및 이에 의하여 제조된 방열부품{Method for manufacturing heat sink parts using soluble chemical salt for filling pipes and heat sink parts manufactured thereby}
본 발명은 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법 및 이에 의하여 제조된 방열부품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융 화학염이 충진된 파이프에 의한 방열부품 제조방법 및 이에 의하여 제조된 방열부품에 관한 것이다.
전자제품 내 부품의 고밀도화는 구동시 부품자체에서 많은 열을 발생하게 되며 이러한 전자 부품의 발열은 오작동이나 손상을 발생시키며 기판 상에 탑재되어 있는 각종 부품을 기판으로부터 단락 시키거나 부품의 기능을 상실하게 함으로서 모듈의 수명단축과 효율저하의 원인이 되고 있다.
이를 방지하기 위해 방열이 필요하며, 극복을 위한 다양한 방안이 제시되고 있다. 상기 문제를 해결하기 위한 대표적인 방안으로는 배터리 케이스, 모터하우징, 방열판과 같이 냉각유로가 형성되어 있는 제품은 (1) 구리, 알루미늄 판재를 사용하여 내부의 냉각유로를 분활 기계가공한 후 접합하는 방법, (2) 모래, 세라믹 분말 혹은 수용성 화학염 분말을 충진한 파이프를 밴딩 삽입하여, 고압주조 공법으로 제조하는 방법이 제시되고 있다.
한편, 냉각 유로를 분활 기계가공한 후 접합하는 방법은 대량생산에 적합하지 못하다. 또한, 파이프를 인서트한 후 고압주조하는 방법은 주조 후 모래, 세라믹 분발 등의 충진물을 진동을 가하는 기계적 방법으로 제거하거나, 수용성 화학염 분말의 경우 물을 고압으로 분사하여 녹여내는 방법으로 충진물을 제거해야 하는 한계가 있다.
따라서, 적용하는 파이프의 직경이 작거나, 길이가 긴 경우 충진물의 치밀한 충진이 어려우며, 충진물이 치밀하게 충진되지 못한 경우 파이프 밴딩시 부분적으로 절곡이 되며, 주조압에 파이프의 형상이 변하는 경우가 발생된다. 또한, 너무 치밀하게 충진된 경우 주조후 충진물 제거에 어려움이 있어 제조공정이 복잡하고, 대량 생산이 어려운 문제가 있다.
대한민국 특허공개공보 제10-2013-0047518호 (2013.05.08)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 저융점 화학염을 충진한 파이프를 배딩 및 금형에 장착후 고 열전도성 알루미늄 합금을 다이캐스팅하는 공법으로 구성품을 제작한 후 내부의 화학염을 용해 추출하는 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법 및 이에 의하여 제조된 방열부품을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법에 있어서, 용융온도가 270~480℃인 가용성 화학염을 제조하는 단계; 상기 가용성 화학염에 내열성 경질분말을 균일하게 분산 배합하여 용융 화학염 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제조된 용융 화학염 혼합물을 파이프에 주입 응고시킨 후 파이프를 밴딩성형 후, 금형에 장착하여 고 열전도성 알루미늄 합금을 고압주조 하는 단계: 및 고압주조 후 파이프로부터 화학염을 추출하는 단계를 포함하는 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법에 관한 것이다.
종래 파이프 배딩기술인 볼 맨드럴(ball mandrel)을 사용해 파이프를 밴딩하는 경우 밴딩후 고압주조에 파이프의 형상을 유지시키기 위한 충진물을 충진시키기 어려우며, 모래, 세라믹 분발 및 수용성 화학염 분말을 충진하여 밴딩하는 경우 충진물의 충진이 불충분하면 밴딩 과정에 파이프가 절곡되거나, 고압주조압에 견디지 못하고 변형이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명에서의 파이프 밴딩은 용융상태의 화학염을 파이프에 주입 응고시킨후 밴딩가공함으로 파이프의 형상과 무관하게 화학염을 치밀하게 충진할 수 있으므로 파이프 밴딩가공과 고압주조에 이점이 존재하는 것에 특징이 있다.
본 발명에서의 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법에 따르면 용융 화학염 혼합물을 주입 응고시킨 알루미늄 파이프의 절곡 발생을 억제시키며, 고압주조 시 이의 압력에 의한 파이프의 형상변화를 방지하는 효과를 갖는다.
본 발명에서의 가용성 화학염 혼합물은 질화물계 화학염, 염화물계 화학염, 탄화물계 화학염 및 황화물계 화학염으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 염화물계 화학염은 NaCl, KCl, MnCl2, CaCl2, MgCl2, CrCl2 및 LiCl로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 탄화물계 화학염은 K2CO3, Li2CO3, MgCO3 및 Na2CO3로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 황화물계 화학염은 K2SO4, Na2SO4 및 Li2SO4로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 질화물계 화학염은 KNO3, NaNO3, Ca(NO3)2 및 LiNO3 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서의 가용성 화학염 혼합물은 270~480℃ 용융점을 갖는 것일 수 있다. 상기의 가용성 화학염 혼합물은 이를 이루는 질화물계 화학염, 염화물계 화학염, 탄화물계 화학염 및 황화물계 화학염으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 배합비율을 조절하여 그 용융온도가 270~480℃가 되도록 할 수 있다.
본 발명에 일 구현예에 따른, 가용성 화학염의 융점은 270~480℃정도로 주조하는 용융 금속의 온도 (670~720℃)보다 낮지만, 화학염의 열용량이 90 J/(mo·K) 이상으로, 바람직하게 열용량이 90-100 J/(mo·K)으로서 주조금속인 알루미늄 합금의 열용량(24.20 J/mol·K)의 2.5배 이상이며, 열전도계수가 2.4Х10-4 ~ 1.2Х10-3cal/s.㎝ 정도로 주조금형 재질인 철강의 열전도계수 (1.8Х10-1cal/s.㎝)의 1/100~1/200 정도이므로 고압주조시 순간적으로 충진 완료된 주조금속은 급속히 냉각되기 시작한다. 이때 화학염의 열전도계수가 금형재질인 철강의 열전도계수에 비해 낮기 때문에 용탕이 지니고 있는 열량의 대부분이 금형 쪽으로 전달되며, 화학염의 열용량이 높아 파이프내의 화학염이 용융되기 위해서는 많은 시간과 열량을 필요로 하게 된다. 따라서, 고압주조에서 고압이 가해지는 알루미늄 합금 응고직전까지 파이프내의 화학염은 고체상태로 파이프가 변형을 억지하며, 응고가 완료된 후, 더욱더 시간이 경과된 후에 화학염 서서히 용융된다.
본 발명의 일 구현예에 따른, 화학염을 추출하는 방법으로는 상기의 화학염을 충진한 파이프를 이용해 고압주조한 주조품을 알루미늄이 열적으로 변형이 발생하지 않는 300~500℃ 온도에서 3~5분 정도 서서히 가열하면, 고압주조시와는 달리 화학염의 내부까지 열이 전달되어 화학염은 곧 용융상태가 되어 주조품에서 흘러내려 간단히 화학염을 주조품으로부터 제거할 수 있다. 이렇게 제거된 화학염은 파이프 충진재로서 재사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 일 구현예에 따른, 고압주조 후 파이프로부터 화학염을 추출하는 단계는 고 열전도성 알루미늄 합금의 용융점 이하 온도로 가열하는 단계에서 수행할 수 있다. 바람직하게, 상기 고압주조 후 파이프로부터 화학염을 추출하는 단계는 280~420℃ 이상 560℃ 이하의 온도로 가열하는 단계에서 수행할 수 있다.
본 발명에 일 구현예에 따른, 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법을 보다 구체적으로 기술하면 다음과 같다. 구체적으로, 본 발명에서의 가용성 화학염은 질화물계 화학염, 염화물계 화학염, 탄화물계 화학염 및 황화물계 화학염으로 이루러진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 배합하여 가용성 화학염 혼합물의 용융온도가 270~480℃가 되도록 하여 제조할 수 있다. 그리고 화학염 혼합물에 내열성 경질분말을 균일하게 분산 배합하고 용융 화학염의 열용량이 90 J/(mo·K) 이상이 되도록 하여 제조할 수 있다.
본 발명에서 상기 가용성 화학염 혼합물을 제조하는 배합비율은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 화학염 혼합물의 용융온도 범위(270~480℃)와 용융 화학염의 열용량이 90 J/(mo·K)이상이 되면 가능하므로 특정 성분과 배합비율에 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따른, 가용성 화학염 혼합물의 배합비(Mol %)로, 40.8:59.2의 Ca(NO3)2-LiCl, 5:95의 NaCl-NaNO3, 98:2의 KNO3-K2SO4,45.5:33.5:20의 KCl:MnCl2:NaCl, 41.6:2.2:8.8:47.4의 CaCl2:KCl:MgCl2:NaCl, 60:40의 CrCl2:KCl, 25:43.5:31.5의 K2CO3:Li2CO3:Na2CO3, 55:45의 K2CO3:MgCO3, 75:25의 K2SO4:Na2SO4, 52.9:27.2:19.8의 LiCl:Li2SO4:Li2CO3, 54.8:29:16.1의 LiCl:Li2SO4:NaCl, 52.9:19.8:27.2의 LiCl:Li2CO3:Li2SO4 가용성 화학염 혼합물로 구성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
구체적으로, 이중 일부의 질화물계 화학염, 염화물계 화학염과 탄화물계 화학염 및 황화물계 화학염을 이용한 성분 배합비와 용융온도 및 열용량의 실시예를 표와 같이 예시하여 구체적으로 설명하고자 한다.
구분 종류 배합비(Mol %) 용융점(℃) 열용량(J/mo·K)
NL-270 Ca(NO3)2-LiCl 40.8:59.2 270 98
NN-298 NaCl-NaNO3 5:95 298 101
KK-334 KNO3-K2SO4 98:2 334 104
CL-390 KCl-MnCl2-NaCl 45.5-33.5-20 390 92
CL-460 CaCl2-KCl-MgCl2-NaCl 41.6-2.2-8.8-47.4 460 102
CL-474 CrCl2-KCl 60-40 474 95
CO-397 K2CO3-Li2CO3-Na2CO3 25-43.5-31.5 397 104
CO-460 K2CO3-MgCO3 55-45 460 110
SO-441 K2SO4-Na2SO4 75-25 441 106
SC-455 LiCl-Li2SO4-Li2CO3 52.9-27.2-19.8 455 94
CSL-458 LiCl-Li2SO4-NaCl 54.8-29-16.1 458 93
CSL-445 LiCl-Li2CO3-Li2SO4 52.9-19.8-27.2 445 98
상기 표 1의 기호 NL-270와 같이 질화물계 화학염 Ca(NO3)2, 염화물계 화학염 LiCl을 40.8:59.2(Mol %)혼합 용융시키면 그 용융점이 270℃가 되며, 열용량이 98 J/(mo·K)정도가 된다. 또한, 기호 KK-334과 같이 질화물계 KNO3와 황화물계 화학염 K2SO4 98:2 (Mol %)로 배합 용융시키면, 그 용융점이 334℃가 되며, 열용량이 104 J/(mo·K)이 된다.
CL-390와 같이 염화물계 화학염 KCl, MnCl2, NaCl을 45.5:33.5:20(Mol %)혼합 용융시키면 그 용융점이 390℃가 되며, 열용량이 92 J/(mo·K)정도가 된다.
또한, 기호 CO-397과 같이 탄화물계 화학염 K2CO3, Li2CO3, Na2CO3를 25:43.5:31.5(Mol %)로 배합 용융시키면, 그 용융점이 397℃가 되며, 열용량이 102 J/(mo·K)이 된다.
또한, 기호 SO-520와 같이 황화물계 화학염 K2SO4, Li2SO4을 18:82 (Mol %) 배합 용융시키면, 그 용융점이 520℃가되며, 열용량이 108 J/(mo·K)이 된다.
또한, 기호 SC-455와 같이 염화물계 화학염, 황화물계 화학염, 탄화물계 화학염, LiCl, Li2SO4, Li2CO3을 52.9:27.2:19.8 (Mol %)로 혼합 용융시키면, 용융점이 455℃ 정도가 되며, 열용량이 94 J/(mo·K) 정도가 된다.
같은 방법으로 기호 CSL-445과 같이 염화물계 화학염, 탄화물계 화학염, 황화물계 화학염, LiCl, Li2CO3, Li2SO4을 52.9:19.8:27.2(Mol %)로 혼합 용융시키면, 용융점이 445℃ 정도가 되며, 열용량이 98 J/(mo·K) 정도인 고압주조용 파이프 충진용 원료를 만들 수 있다.
본 발명에서의 가용성 화학염에 TiO2, Al2O3 및 ZrOSiO4으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 내열성 경질분말을 균일하게 분산 배합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서, 가용성 화학염에 내열성 경질분말을 분산 혼합한 용액을 파이프에 주입하여 응고시켜 파이프의 밴딩 및 고압주조에 사용할 수 있다. 따라서, TiO2, Al2O3, ZrSiO4 등의 내열성 경질분말을 균일하게 분산 배합하여 그 열용량이 90 J/(mo·K)이상이 되도록 제조한 용융화학염 혼합용액을 파이프에 주입 응고시켜 제조할 수 있다. 구체적으로, TiO2, Al2O3, ZrSiO4 등의 내열성 경질분말을 추가적으로 균일하게 분산시킬 수 있으며, 상기 내열성 경질분말을 첨가함으로 가용성 화학염의 열용량을 더욱더 높일 수 있으며, 기계적 강도를 향상시킬 수 있게 된다. 바람직하게, 상기 내열성 경질분말은 가용성 화학염에 10~40%(wt%)으로 포함될 수 있다.
본 발명에 일 구현예에 따른, 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법에서의 금형에 장착하여 고 열전도성 알루미늄 합금을 고압주조 하는 단계는 금형에 알루미늄 합금과 발열반응을 일으키는 반응성 가스를 주입하여 알루미늄 합금의 유동성을 향상시킬 수 있다. 고압주조에 있어서 일반적으로 사용되고 있는 ADC 12등의 합금은 유동성의 우수하여 다이캐스팅에 주로 사용되고 있으나, 열전도가 96(W/M·℃) 정도이다. 반면, 본 발명에서 적용하는 알루미늄 합금은 214~220 (W/M·℃)정도로 방열부품 제조에는 보다 더 유리하나, 유동성이 우수하지는 못하는 한계가 있다.
따라서, 용탕의 유동성을 확보하면서 기포가 발생하지 않도록 반응성 가스를 이용하였다. 즉, 다이캐스팅 금형에 상기 용탕과 발열반응을 일으키는 반응성 가스를 주입하여 용탕이 고속으로 주입될 때 반응성 가스와 상기 용탕의 급격한 산화 발열반응으로 발생된 반응열에 의해 상기 용탕의 유동성을 확보할 수 있다.
본 발명에 일 구현예에 따른, 금형에 알루미늄 합금과 발열반응을 일으키는 반응성 가스는 산소를 사용할 수 있다. 상기 반응성 가스로 산소를 사용하여, 상기 다이캐스팅 금형에 산소를 주입한 후 상기 용탕을 주입하면, 알루미늄(Al)과 산소(O2)가 반응하여 산화알루미늄(Al2O3)을 형성하게 된다. 알루미늄(Al)과 산소(O2)의 반응은 발열반응으로 반응열을 발생시키고, 이때 발생된 반응열은 주입되는 용탕에 열원으로 작용하여 용탕이 응고되는 것을 지연시켜 용탕의 유동성을 확보할 수 있다. 또한, 알루미늄(Al)이 산소(O2)와 반응하여 산화알루미늄(Al2O3)으로 고체화되고, 산소가 존재하던 공간은 순간적으로 초진공 상태가 되면서 용탕이 빠른 속도로 충진되므로 조직 내에 기포가 발생하는 것을 차단할 수 있다. 물론, 상기 반응성 기체가 산소에 한정되는 것은 아니고 알루미늄과 발열 반응하면서 고체화된다면 어떠한 기체도 적용될 수 있다.
본 발명에 일 구현예에 따른, 주조금속으로 사용되는 고열전도 합금은 알루미늄 합금일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 상기 알루미늄 합금은, 철(Fe) 1.2 내지 2.2 중량%, 실리콘(Si) 0.8 내지 2.8 중량%, 잔부 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 알루미늄 합금은 상기 구성 외에 티타늄(Ti) 0.2 내지 0.6 중량%를 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 알루미늄 합금은, 철(Fe) 1.2 내지 2.2 중량%, 실리콘(Si) 0.8 내지 2.8 중량%, 티타늄(Ti) 0.2 내지 0.6 중량%, 잔부 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 알루미늄 합금에 고용되기 쉬운 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 아연(Zn)은 전기 및 열전도로를 저하시키므로 각각의 함량은 알루미늄 합금 전체 중량에 대하여 0.05 중량% 미만으로 함유되게 이루어질 수 있다.
본 발명에 일 구현예에 따른, 알루미늄 합금의 일 성분으로서의 철(Fe)은 1.2 내지 2.2 중량%로 포함될 수 있다. 철(Fe)의 함량이 1.2 중량% 미만인 경우 고속 및 고압으로 금형 내에 용융된 알루미늄 합금을 주입하는 다이캐스팅 공정에서 금형 표면에 제품의 소착이 발생되는 문제가 있으며, 철(Fe)의 함량이 2.2 중량%를 초과하는 경우 합금이 매우 취약해져 다이캐스팅 공정으로 제작한 구성품에 균열이 발생되는 문제가 있다.
본 발명에 일 구현예에 따른, 알루미늄 합금의 일 성분으로서의 실리콘(Si)은 0.8 내지 2.8 중량%로 포함될 수 있다. 실리콘(Si)은 주조시 용탕의 유동성을 향상시키며, 알루미늄(Al)과 함께 제품의 강도를 향상시키는 미세한 금속간 화합물을 형성한다. 실리콘(Si) 함량이 0.6 중량% 미만인 경우 상기한 효과가 낮아지고, 용탕의 유동성이 저하되어 다이캐스팅 공정에서 제품 성형이 어려워지는 문제가 있으며, 실리콘(Si) 함량이 2.8 중량%를 초과하는 경우 알루미늄에 고용량이 증가되어 열전도도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 일 구현예에 따른, 알루미늄 합금의 일 성분으로서의 티타늄(Ti)은 0.2 내지 0.6 중량%로 포함될 수 있다. 티타늄(Ti) 함량이 0.2 내지 0.6 중량%이 되는 경우 열전도도를 저하시키는 Al-Ti 고정조직을 생성시키지 않으면서, 알루미늄 합금의 조직과 알루미늄(Al)-철(Fe) 계 금속간 화합물의 생성 형상을 미세화시켜 응고 중에 발생되는 균열을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 티타늄(Ti) 함량이 0.2 중량% 미만인 경우 알루미늄 합금의 조직의 미세화 효과는 얻을 수 있으나, 철(Fe)-알루미늄(Al)계 금속간 화합물의 생성 형태의 개량 효과가 낮은 문제가 있으며, 티타늄(Ti) 함량이 0.6 중량%를 초과하는 경우 조대한 알루미늄(Al)-티타늄(Ti) 금속간 화합물이 생성되면서 용탕의 유동성이 저하되어 응고 과정에서 균열이 발생하는 문제가 있다.
본 발명에 일 구현예에 따른, 잔부 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 알루미늄에 고용되기 쉬운 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 아연(Zn)은 전기 및 열전도로를 저하시키므로 각각의 함량은 알루미늄 합금 전체 중량에 대하여 0.05 중량% 미만으로 이루어진 알루미늄 합금을 용탕으로 사용한다.
본 발명의 다른 측면은 상기 제조방법에 의하여 제조된 방열부품에 관한 것이다. 상기 방열부품은 냉각유로가 형성되어 있는 다양한 분야의 제품에 적용이 가능하다. 바람직하게, 상기 방열부품은 방열판, 배터리 케이스, 모터하우징, 하우징재료, 전극재료, 디스플레이장치 및 반도체 장비로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것일 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 열용량이 90 J/(mo·K)이상이며, 그 융점이 270~480℃ 인 가용성 화학염을 충진한 파이프를 밴딩가공한 후 214~220 (W/M·℃)정도로 고 열전도성 알루미늄 합금을 반응성 가스를 주입한 다이캐스팅 기술은 열전도성이 우수하지만 주조성이 열악한 알루미늄 합금 고압주조 방열부품 제조에 유용한 기술이며, 주조품에서 충진물도 주조금속의 용융점 이하의 온도에서 간단히 가열 추출시킬 수 있고, 추출된 충진 재료는 재활용이 가능하므로 생산적인 측면과 경제적인 측면에서 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방열부품 제조방법의 공정을 나타내는 순서도의 예시를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 가용성 화학염을 파이프에 충진하는 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 파이프에 주입 후 응고시켜 파이프의 밴딩하는 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 고압주조 후 파이프로부터 화학염을 추출한 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 가용성 화학염을 파이프에 충진, 응고시킨후 밴딩성형후 파이프의 단면 사진을 나타낸 것으로, 파이프 내부가 화학염으로 치밀하게 체워져있음을 알 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
실시예 1
기호 NL-270과 같이 질화물계 화학염과 Ca(NO3)2, 염화물계 화학염 LiCl을 40.8:59.2(Mol %)혼합 용융시키면 그 용융점이 270℃가 되며, 열용량이 98 J/(mo·K)정도가 된다. 여기에 20 μm 정도의 TiO2 경질입자 14(wt%)와 80μm 정도의 Al2O3 분말을 30(wt%)정도 혼합하여 350℃정도로 과잉 가열한 용액을 80℃로 예열한 알루미늄 파이프 (외경이 Ø 12mm, 두께가 1mm) 주입시켜 서서히 응고시킨다. 가용성 화학염의 응고가 완료된 파이프를 밴딩설비를 이용해 곡유반경(R) 40mm로 180° 성형 제조한다.
이렇게 제조한 화학염 충진 파이프를 다이캐스팅 금형의 내부에 장착한 후, 산소가스를 120㎖/sec 로 4~5sec 주입한 후, 700℃로 가열한 Al- 1.7%Fe- 1.6%Si- 0.3%Ti 합금을 사용했으며, 용융금속의 게이트 사출속도는 55m/sec, 최종 가압력은 780kg/cm2로 고압주조 했다. 또한 주조 후 코어 추출은 주조품을 340℃의 온도에서 5분 정도 가열하여 코어를 용해 추출시킨 후 물로 세척했다.
한편, 파이프에 충진한 화학염의 용융온도가 270℃ 이하가 되면, 알루미늄 합금의 응고가 완료한 후 제품을 다이캐스팅 금형에서 취출하는 과정에서 가용성 화학염이 이미 용해되어 파이프에서 흘러나오는 경우가 있어 고압주조 작업이 순조롭지 못한 경우가 있다.
실시예 2
기호 CO-397과 같이 탄화물계 화학염 K2CO3, Li2CO3, Na2CO3을 25:43.5:31.5(Mol %)혼합 용융시키면 그 용융점이 397℃가 되며, 열용량이 104 J/(mo·K)정도가 된다. 여기에 20 μm 정도의 TiO2 경질입자 10(wt%)와 120μm 정도의 ZrSiO4, 분말을 35(wt%)정도 혼합하여 440℃정도로 가열한 용액을 80℃로 예열한 알루미늄 파이프 (외경이 Ø 12mm, 두께가 1mm)에 주입시켜 서서히 응고시킨다. 가용성 화학염의 응고가 완료된 파이프를 밴딩설비를 이용해 곡유반경(R) 40mm로 180° 성형 제조한다.
이렇게 제조한 화학염 충진 파이프를 다이캐스팅 금형의 내부에 장착한 후, 산소가스를 120㎖/sec 로 4~5sec 주입한 후, 700℃로 가열한 Al- 1.7%Fe- 1.6%Si- 0.3%Ti 합금을 사용했으며, 용융금속의 게이트 사출속도는 55m/sec, 최종 가압력은 780kg/cm2로 고압주조 했다. 또한 주조 후 코어 추출은 주조품을 460℃의 온도에서 5분 정도 가열하여 코어를 용해 추출시킨 후 물로 세척했다.
실시예 3
기호 CSL-458과 같이 염화물계 화학염과 황화물계 화학염 LiCl, Li2SO4, NaCl을 54.8:29:16.1(Mol %)혼합 용융시키면 그 용융점이 458℃가 되며, 열용량이 93 J/(mo·K)정도가 된다. 여기에 20 μm 정도의 TiO2 경질입자 14(wt%)와 80μm 정도의 Al2O3 분말을 30(wt%)정도 혼합하여 520℃정도로 가열한 용액을 80℃로 예열한 알루미늄 파이프 (외경이 Ø 12mm, 두께가 1mm) 주입시켜 서서히 응고시킨다. 가용성 화학염의 응고가 완료된 파이프를 밴딩설비를 이용해 곡유반경(R) 40mm로 180° 성형 제조한다.
이렇게 제조한 화학염 충진 파이프를 다이캐스팅 금형의 내부에 장착한 후, 산소가스를 120㎖/sec 로 4~5sec 주입한 후, 700℃로 가열한 Al- 1.7%Fe- 1.6%Si- 0.3%Ti 합금을 사용했으며, 용융금속의 게이트 사출속도는 55m/sec, 최종 가압력은 780kg/cm2로 고압주조 했다. 또한 주조 후 코어 추출은 주조품을 500℃의 온도에서 5분 정도 가열하여 코어를 용해 추출시킨 후 물로 세척했다.
한편, 파이프에 충진한 화학염의 용융온도가 480℃이상이 되면, 다이캐스팅 완료 후 제품에 인서트 시킨 파이프 내의 화학염을 추출하기 위한 가열시간이 길어지는 문제점이 발생하는 경우가 있다.
도 5는 상기 제조방법에 의해 고압주조한 후 가용성 화학염을 추출한 방열부품을 X-ray 검사를 한 결과이다. 인서트 시킨 파이프의 형상변화 없이 건전하게 알루미늄과 일체화 됨을 알 수 있다,
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
S111: 파이프 충진용 용융화학염 제조단계
S112: 용융화학염을 충진시킨 유로형상의 파이프 제조단계
S113: 유로형상의 파이프를 금형내에 장착 후, 용탕을 주입하는 다이캐스팅 단계
S114: 다이캐스팅 완료 후, 파이프내의 화학염을 용해 추출하는 단계
S115: 다이캐스팅 제품에서 잔존 화학염을 수세하는 단계

Claims (13)

  1. 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법에 있어서,
    용융온도가 270~480℃인 가용성 화학염을 제조하는 단계;
    상기 가용성 화학염에 내열성 경질분말을 균일하게 분산 배합하여 용융 화학염 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 제조된 용융 화학염 혼합물을 파이프에 주입 응고시킨 후 파이프를 밴딩성형 후, 금형에 장착하여 고 열전도성 알루미늄 합금을 고압주조 하는 단계: 및
    고압주조 후 파이프로부터 화학염을 추출하는 단계를 포함하는 파이프 충진용 가용성 화학염을 이용한 방열부품 제조방법.
  2. 제1항에 있어서.
    가용성 화학염에 TiO2, Al2O3 및 ZrOSiO4으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 내열성 경질분말을 균일하게 분산 배합하는 단계를 더 포함하는 방열부품 제조방법.
  3. 제2항에 있어서.
    상기 내열성 경질분말은 가용성 화학염에 10~40%(wt%)으로 포함되는 것을 특징으로 하는 방열부품 제조방법.
  4. 제1항에 있어서.
    상기 알루미늄 합금은, 철(Fe) 1.2 내지 2.2 중량%, 실리콘(Si) 0.8 내지 2.8 중량%, 티타늄(Ti) 0.2 내지 0.6 중량%, 잔부 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 0.05% 이하 포함하는 방열부품 제조방법.
  5. 제1항에 있어서.
    용융 화학염 혼합물을 주입 응고시킨 알루미늄 파이프의 절곡 발생을 억제시키며, 고압주조 시 이의 압력에 의한 파이프의 형상변화를 방지하는 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 방열부품 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    금형에 장착하여 고 열전도성 알루미늄 합금을 고압주조 하는 단계는 금형에 알루미늄 합금과 발열반응을 일으키는 반응성 가스를 주입하여 알루미늄 합금의 유동성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 방열부품 제조방법.
  7. 제1항에 있어서.
    고압주조 후 파이프로부터 화학염을 추출하는 단계는 280~420℃ 이상 560℃ 이하의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 방열부품 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가용성 화학염은 염화물계 화학염, 탄화물계 화학염, 황화물계 화학염 및 질화물계 화학염으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 고압주조용 가용성 중자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 염화물계 화학염은 NaCl, KCl, MnCl2, CaCl2, MgCl2, CrCl2 및 LiCl로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 탄화물계 화학염은 K2CO3, Li2CO3, MgCO3 및 Na2CO3로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 황화물계 화학염은 K2SO4, Na2SO4 및 Li2SO4로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 질화물계 화학염은 KNO3, NaNO3, Ca(NO3)2 및 LiNO3 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 고압주조용 가용성 중자 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가용성 화학염은 배합비(Mol %)로, 40.8:59.2의 Ca(NO3)2-LiCl, 5:95의 NaCl-NaNO3, 98:2의 KNO3-K2SO4,45.5:33.5:20의 KCl:MnCl2:NaCl, 41.6:2.2:8.8:47.4의 CaCl2:KCl:MgCl2:NaCl, 60:40의 CrCl2:KCl, 25:43.5:31.5의 K2CO3:Li2CO3:Na2CO3, 55:45의 K2CO3:MgCO3, 75:25의 K2SO4:Na2SO4, 52.9:27.2:19.8의 LiCl:Li2SO4:Li2CO3, 54.8:29:16.1의 LiCl:Li2SO4:NaCl 및 52.9:19.8:27.2의 LiCl:Li2CO3:Li2SO4의 가용성 화학염 혼합물로 구성되는 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 고압주조용 가용성 중자 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    가용성 화학염 혼합물은 용융점이 270~480℃가 되며, 열용량이 90-100 J/(mo·K)인 것을 특징으로 하는 방열부품 제조방법.
  12. 제1항 내지 제11항의 제조방법에 의해 제조된 방열부품.
  13. 제12항에 있어서.
    상기 방열부품은 방열판, 배터리 케이스, 모터하우징, 하우징재료, 전극재료, 디스플레이장치 및 반도체 장비로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방열부품.
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