KR20240105004A - 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법에 관한 것으로서, 알루미늄 합금 소재를 양극산화처리하는 산화피막형성단계; 상기 산화피막형성단계를 거쳐 생성된 상기 알루미늄 합금 소재의 접합부위의 산화피막을 제거하는 산화피막 제거단계; 및 상기 산화피막이 제거된 상기 접합부위를 가열 가압하여 접합하는 접합단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 제조방법{Method of manufacturing thin Alluminium alloy vaccuum chamber for heat pipe}

본 발명은 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 제조방법으로서 보다 구체적으로는 확산 접합 방법에 관한 것이다.

방열은 최근 텔레비전, 통신 중계기, 전기자동차, 태양광 및 풍력 발전 분야, 태블릿 및 휴대폰 등 다양한 분야에서 적용하고자 하고 있고 또 고기능, 경량, 경제성 등이 요구되고 있다. 현재 방열용 배큐엄 챔버는 주로 오스테나이트계 스테인리스강이나 구리 등을 접합한 것이 사용되고 있지만 이 두 소재 모두 가격이 비싸고 비중이 높아 무거울 뿐 아니라 가공비도 많이 드는 문제가 있었다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 열전도도도 좋고 가벼우며 가공성도 좋은 알루미늄을 적용할 수 있지만 알루미늄은 표면에 존재하는 산화 피막이 접합을 방해하기 때문에 접합하기가 매우 어렵다, 알루미늄제 진공 챔버를 실용화하기 위해 브레이징이나 레이저 용접 등을 시도한 경우가 있지만 결국 챔버의 누설 문제와 접합 결함이 많다는 문제 때문에 실용화되지 못하고 있다. 또 알루미늄은 자연 상태에서 표면이 Al₂O₃ 로 덮여 있지만 두께가 옹스트롬 단위로 매우 얇아 냉매가 들어가는 경우 내식성이 확보되지않아 실용화되기 어려운 상황이었다.

또한 특허등록 제10-1984482호에서도 알루미늄 합금재를 도막 처리하여 접합을 시도하는 등 접합의 어려움이 있었다.

대한민국 특허등록공보 제10-1984482호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 방열효율이 높고 내부공간에 냉매를 채워넣어 냉각효율을 향상시킬 수 있으며 알루미늄 박판을 사용함으로써, 가볍고 냉매의 누수가 없는 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법은, 알루미늄 합금 소재를 양극산화처리하는 산화피막형성단계; 상기 산화피막형성단계를 거쳐 생성된 상기 알루미늄 합금 소재의 접합부위의 산화피막을 제거하는 산화피막 제거단계; 및 상기 산화피막이 제거된 상기 접합부위를 가열 가압하여 접합하는 접합단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법은 알루미늄 합금 소재의 산화피막을 제거하는 전처리 단계; 상기 알루미늄 합금 소재의 일면에 마스킹 처리하고, 마스킹 되지 않은 반대면을 양극산화처리하는 산화피막 형성단계; 상기 산화피막이 형성된 면에 상기 알루미늄 합금 소재의 접합 부위를 제외한 부분에 마스킹 처리하여 상기 접합 부위의 산화피막을 제거하는 산화피막 제거단계; 및 상기 접합부위를 가열 가압하여 접합하는 접합단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 알루미늄 합금 소재는 프레스 가공을 통해 상기 가장자리 부위인 접합부위를 제외한 나머지 부분이 가압 성형되어 양각성형되어 상기 알루미늄 합금 소재가 상판과 하판으로 접합되었을 때 내부 공간을 형성하도록 프레스 성형단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 상판, 상기 하판이 둘다 양각 성형되거나 상기 상판만 양각 성형되어 상기 상판 및 하판이 접합되었을 때 상기 내부 공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 프레스 성형단계에서 양각을 성형시, 양각 성형부 일부에 음각 변형방지홈이 추가로 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 산화피막 제거단계는, 알루미늄 합금 소재를 10 % NaOH용액중에서 3분 이상 침지하여 산화피막을 제거한 후, 수세하고 5% 이상 농도의 질산 또는 5% 이상 농도의 질산에 0.1% 불산이 혼합된 용액 중에 5분 이상 침지하고, 그 후 수세하고 수세한 후 건조 시간의 절감과 수세시의 물방울 흔적을 없애기 위해 알콜 이나 아세톤에 투입하여 건조하는 수세 건조단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 접합단계는 진공상태에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법은 내부 공간에 냉매를 채워 넣었을 때 일반적인 알루미늄 합금제의 경우 내식성이 떨어지는 문제점이 있어, 알루미늄 합금제 중 진공 챔버를 형성하여 냉매가 채워지는 부분은 산화피막을 형성하여 내부식성을 향상시키고, 알루미늄 합금제의 상판과 하판이 접합되는 접합부분은 산화피막이 형성되는 경우 접합이 어렵고 접합이 되더라도 냉매의 누설 위험이 있어 접합부분의 산화피막을 제거하고 진공상태에서 가열 가압 접합함으로써 신뢰성이 높고 경제성도 높은 방열용 진공 챔버를 제조할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법의 제1실시예에 따른 순서도이다.
도 2는 본 발명에 의한 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법의 제2실시예에 따른 순서도이다.
도 3은 본 발명에 의한 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법의 산화피막제거단계의 구체적 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 사각형 형태의 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 상판과 하판 형상의 개략도이다.
도 5은 본 발명에 따른 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 상판에 변형방지홈이 형성된 실시예를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 원형 형태의 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 상판과 하판 형상의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 링 형태의 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 상판과 하판 형상의 개략도이다.
도 8(a), 8(b)는 본 발명에 따른 사각형 형태의 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 실제 제품 형상을 나타낸다.

이하, 첨부 도면에 의거 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법의 제1실시예에 따른 순서도이고, 도 2는 본 발명에 의한 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법의 제2실시예에 따른 순서도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예에서는 알루미늄 합금 소재를 양극산화처리(anodizing)하는 산화피막형성단계(S100)를 거쳐 알루미늄 합금 소재에 산화피막을 전체적으로 형성하게 된다. 알루미늄 합금 소재의 경우 알루미늄 2000계열, 3000계열, 5000계열 및 6000계열일 수 있고, 양극산화처리하여 산화막의 두께를 마이크로미터 단위로 하여 내식성을 확보할 수 있는 장점이 있고, 색상을 여러 가지로 조절할 수 있기 때문에 미적인 요소도 가미할 수 있는 효과가 있다.

알루미늄 합금소재의 산화피막을 형성하여 내식성을 향상시키게 되면 방열 챔버 내부공간에 냉매를 주입하여 보관하더라도 내식성이 증가되어 부식으로부터 방열 챔버를 보호할 수 있는 효과가 있다.

다만, 알루미늄 합금소재에 산화피막이 형성되면 접합이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있으므로 알루미늄 합금소재의 상판과 하판을 접합하기 위해 알루미늄 합금 소재의 접합부위의 산화피막을 제거하는 산화피막 제거단계(S200)를 거칠 필요가 있다.

도 2 실시예에서는 양극산화처리하기 위해서는 반드시 전처리단계(S10)의 필수 조건으로 1차로 산화피막 제거를 실시하여야 한다. 그렇게 하지 않으면 균일한 피막이 잘 형성되지않고 피막의 특성도 좋지 않는다. 전처리단계는 NaOH 용액중에서 실시한다. 그 후 내식성을 확보하기 위해 한쪽면만 양극산화처리하려면 반대쪽 면은 양극산화처리되지않도록 마스킹해야한다. 양극산화처리된 면이 접합이 되는 면이기 때문에 이 접합하여야 하는 접합부위에는 산화피막이 없어야 하기 때문에 양극산화처리된 면 중에서 접합되지않아야 하는 부분은 또 마스킹하여 접합부위의 산화피막 제거하게 되는데 이때 기존의 양극산화처리된 피막을 보호한다.

접합부위(100)는 제1실시예와 제2실시예 둘 다에서 산화피막이 제거된 상태이고, 산화피막이 없는 상태에서 가열 가압하여 접합하는 접합단계(S300)를 거쳐 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버가 제조된다.

확산 접합 조건은 520℃ 이상의 온도 범위에서 압력 1MPa 이상 10 MPa 이하로 하고 접합시간 30분 이상으로 한다. 다만 알루미늄 5000계열 소재를 접합할 경우에는 접합온도가 580℃를 넘지 않도록 한다. 그 이유는 이 온도에서는 국부적으로 모재가 녹을 수 있기 때문이다

도 3은 본 발명에 의한 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법의 산화피막제거단계의 구체적 순서도이다.

즉, 도 3은 제1실시예에서 알루미늄 산화피막을 제거하기 위해 보다 구체적으로 알루미늄 합금 소재(10)를 10 % NaOH용액중에서 3분 이상 침지하여 산화피막을 제거하는 1차 침지단계(S210)한 후, 수세하는 1차 수세단계(S220)를 거쳐,5% 이상 농도의 질산 또는 5% 이상 농도의 질산에 0.1% 불산이 혼합된 용액 중에 5분 이상 침지하는 2차 침지단계(S230)를 거치고, 그 후 2차 수세하는 2차 수세단계(S240)를 거친 후, 알콜이나 아세톤에 투입한 후 드라이어나 열풍으로 건조하는 건조단계(S250)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

2차 침지하면 1차의 NaOH 용액에서 제거된 산화 피막 잔재 즉 smut는 알루미늄 합금에 주로 첨가되는 원소인 Cu,Si 및 Mn이 주성분으로 이것들은 NaOH 용액에 녹지 않기 때문에 마치 숯검댕처럼 알루미늄 모재에 부착되는데 2차 침지하면 이 smut를 쉽게 박리하며 제거하는 효과가 있어서 접합면의 청정도가 높아지는 효과가 있다.

도 4는 본 발명에 따른 사각형 형태의 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 상판과 하판 형상의 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 상판에 변형방지홈이 형성된 실시예를 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따른 원형 형태의 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 상판과 하판 형상의 개략도이며, 도 7은 본 발명에 따른 링 형태의 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 상판과 하판 형상의 개략도이다.

도 8(a),8(b)는 본 발명에 따른 사각형 형태의 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버의 실제 제품 형상을 나타낸다.

도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금제 상판과 하판을 지그에세팅하여 진공 분위기에서 상판과 하판의 접합부위(100)를 가열, 가압하여 확산접합한다.

진공 챔버의 형상은 정사각형 또는 직사각형일 수 있고, 프레스 가공하여 양각으로 가공함으로써 내부 공간을 확보할 수 있는 프레스 성형단계(S400)를 거치게 된다. 프레스 성형단계(S50)는 산화피막형성단계(S100) 이전에 먼저 할 수도 있고, 산화피막형성단계(S100)이후에 이루어질 수 도 있으나 산화피막을 형성한 이후에는 경도가 올라가기 때문에 산화피막형성단계(S100) 이전에 하는 것이 바람직하다. 프레스 가공하여 내부 공간을 확보한 것 끼리 상하 대칭으로 접합하거나 공간을 가공하지 않은 평판형과 접합할 수도 있다. 진공 뽑기 및 냉매 주입이 가능한 개방구를 가질 수 있고, 접합부위(100)를 접합한 상판과 하판 사이의 내부 공간은 개방구(200)를 통해 진공 배기 및 냉매 주입이 이루어질 수 있다. 개방구(200)가 1개만 있을 경우에는 진공 배기 및 냉매 주입구가 1개로 가능하다는 것이고 두 개인 경우에는 한쪽은 진공 배기용 한쪽은 냉매주입용이다.

개방구(200)의 진공 배기 및 냉매 주입이 끝난 후에는 개방구(200)를 폐쇄하게 된다.

상판과 하판의 접합과정중에 변형이 심하여 평탄도가 확보되지않고 중앙부가 부풀어 오르기 때문에 이를 방지하기 위하여 변형억제홈(300)을 프레스가공시 미리 부여하여 이 변형억제홈(300)이 상대재와 접합되도록 한다. 이 변형억제홈(300)은 직경 2mm이상의 원형이나 폭 0.5밀리미터, 길이 5밀리미터 이상인 것을 대칭적으로 배열한다,

상판과 하판의 접합시 접합된 챔버의 형상은 도 4 내지 8과 같이 다양할 수 있다. 방열 목적상 그 형상이 원형이나 링형인 경우에는 링형(프레스 가공하여 공간을 확보한 것)과 단순히 원형인 소재인 원형을 구비하여 상판과 하판을 접합할 수 있다.

이 경우에도 직경이 커질 경우에는 변형억제홈(300)을 가공하여 홈 끼리 접합되어 변형이 억제되도록 한다. 링형(또는 도우넛 형)도 접합 쌍을 링형과 링형의 상판과 하판이 상하 대칭 접합하는 경우와 링형과 플랫한 면이 접합하는 경우가 있을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 가능하며, 그와 같은 변경은 이하 청구범위 기재에 의하여 정의되는 본 발명의 보호범위 내에 있게 된다.

10: 알루미늄 합금소재 100: 접합부위
200: 개방구 300: 변형억제홈
S10: 전처리단계 S50: 프레스 성형단계
S100: 산화피막형성단계 S200: 산화피막 제거단계
S210: 1차 침지단계 S220: 1차 수세단계
S230: 2차 침지단계 S240: 2차 수세단
S250: 건조단계 S300: 접합단계
S50: 프레스 성형단계

Claims (5)

1. 알루미늄 합금 소재를 양극산화처리하는 산화피막형성단계;
   상기 산화피막형성단계를 거쳐 생성된 상기 알루미늄 합금 소재의 접합부위의 산화피막을 제거하는 산화피막 제거단계; 및
   상기 산화피막이 제거된 상기 접합부위를 가열 가압하여 접합하는 접합단계를 포함하는 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법.
   
2. 알루미늄 합금 소재의 산화피막을 제거하는 전처리 단계;
   상기 알루미늄 합금 소재의 일면에 마스킹 처리하고, 마스킹 되지 않은 반대면을 양극산화처리하는 산화피막 형성단계;
   상기 산화피막이 형성된 면에 상기 알루미늄 합금 소재의 접합 부위를 제외한 부분에 마스킹 처리하여 상기 접합 부위의 산화피막을 제거하는 산화피막 제거단계;
   상기 접합부위를 가열 가압하여 접합하는 접합단계를 포함하는 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 알루미늄 합금 소재는 프레스 가공을 통해 상기 가장자리 부위인 접합부위를 제외한 나머지 부분이 가압 성형되어 양각성형되어 상기 알루미늄 합금 소재가 상판과 하판으로 접합되었을 때 내부 공간을 형성하도록 프레스 성형단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 상판, 상기 하판이 둘다 양각 성형되거나 상기 상판만 양각 성형되어 상기 상판 및 하판이 접합되었을 때 상기 내부 공간이 형성되고,
   상기 프레스 성형단계에서 양각을 성형시, 양각 성형부 일부에 변형방지홈이 추가로 마련되는 것을 특징으로 하는 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 산화피막 제거단계는,
   알루미늄 합금 소재를 10 % NaOH용액중에서 3분 이상 침지하여 산화피막을 제거한 후, 수세하고 5% 이상 농도의 질산 또는 5% 이상 농도의 질산에 0.1% 불산이 혼합된 용액 중에 5분 이상 침지하고, 그 후 수세하고 알콜 이나 아세톤에 투입하여 건조하는 수세 건조단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방열용 알루미늄 합금제 박형 진공 챔버 제조방법.
   

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