KR790000921B1 - 알미늄 합금선의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

알미늄 합금선의 제조방법

본 발명은 전도선으로서 사용하기에 적합한 알미늄 합금선, 보다 상세하게는 적합한 도전율과 개선된 연신율, 굴곡성 및 인장강도를 가진알미늄 합금도선에 관한 것이다.

일반목적의 도전선으로 각종 알미늄 합금선(통상적으로 EC 선이라고함)을 사용하는 것은 이 분야의 기술에서 이미 확립된 기정사실이다. 이외에도 알미늄 합금선은 전자석용의 권선, 다조도선 및 전화 케이블로서 사용되어 왔다. 이러한 각종 용도에 사용된 합금은 국제연동표준(이후 때로는 IACS라고도 함)에 의거 최소 61%의 도전율을 가지고 그 화학적 조성은 상당량의 순수 알미늄과 소량의 규소, 바나듐, 철, 구리, 망간, 마그네슘, 아연, 붕소 및 리타늄과 같은 통상의 불순물을 포함하고 있다. 종래의 알미늄 합금선의 물리적 성질은 여러가지 응용에 바람직하지 않다는 것이 증명되었다. 일반적으로 바람직한 연신을 은인장강도가 부족할때만 얻어지고 바람직한 인장강도는 연신율이 부족할 때만 얻어질수 있다. 이외에도 종래의 알미늄 합금선은 굴곡선 및 내피로성이 매우 낮기 때문에 일반적으로 바람직한 다른 각종 용도에 적합치 못하다.

그러므로 개선된 연신율 및 개선된 인장강도를 가지는 알미늄 합금도선의 필요성이 공업계에 대두되었고, 또한 특정한 지점에서 수많은 굴곡에 견딜 수 있고 사용되는 동안 내피로성을 계속 유지할 수 있는 도선이 필요하게 되었다. 그러므로 우수한 도전율과 물리적인 특성을 가진 알미늄 합금도선을 제공함으로서 새로운 용도에 사용되게 하는 것이 본 발명의 목적의 하나이다. 본 발명의 또 다른 목적은 증가된 최대연신율 및 인장강도, 개선된 굴곡성 및 내피로성, 그리고 우수한 도전율의 신규한 성질을 가진 알미늄 합금도선을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적, 형태 및 이점은 다음에 상술한 본 발명의 보다 상세한 설명을 숙고함으로서 이 분야에 숙달된 자에게는 분명해 질 것이다.

본 발명에 의한 알미늄 합금도선은 알미늄 약 99.70중량%이하, 철 약 0.30중량% 이상, 0.15중량%정도의 규소를 포함하는 합금으로 부터 제조된다. 본 합금의 바람직한 알미늄 함양은 약 98.95-99.45중량%이고, 특히 99.15-99.40중량%의 알미늄을 포함할 때 우수한 결과가 얻어진다. 또 적당한 본 합금의 철의 함양은 약 0.45-0.95중량%이고, 0.50-0.80중량%의 철을 포함할 때 특히 우수한 결과가 얻어진다. 본 합금에 사용되는 규소는 0.07중량%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 철과 규소의 %비는 1.99 : 1이거나 또는 그 이상이고 바람직한 것은 8 : 1 또는 그 이상이다. 그러므로 만일 본 알미늄 합금에서 철의 양이 전기한 범위에서 낮은쪽에 있으면 규소의 %를 증가시켜 전술한 한계비율을 벗어나게 하기보다는 알미늄의 %를 증가시켜야 한다. 상기 범위내에 있는 알미늄 합금성분을 가지는 적절히 처리된 도선은 적당한 도전율, 개선된 인장강도 및 최대 연신율을 가지고 있으며, 이외에도 놀라울 정도로 증가된 굴곡성 및 내피로성등의 새로운 성질을 가지고 있다.

본 알미늄 합금은 우선 알미늄을 공정에 필요한 철 또는 다른 성분의 필요한 양을 함께 녹여서 제조된다.

규소의 양은 용융중에 추가 하지 않고 가능하면 적은 양이 유지되도록 하는 것이 보통이다. 또한 보통의 불순물 즉 흔적정도의 성분들이 용융물에 존재하나, 각각 0.05중량% 이하로 미량으로 존재하며 일반적으로 전 불순물양은 0.15중량%를 넘지 못한다. 물론 흔적 성분의 양을 조절하는 경우에는 최종 합금의 도전율을 고려하여야만 한다. 왜냐하면 어떤 흔적성분은 다른것보다도 도전율에 심한 영향을 주기 때문이다.

전형적인 흔적성분은 바나듐, 구리, 망간, 마그네슘, 아연, 붕소 및 티타늄이다. 만일 티타늄 양이 비교적 높다면(그러나, 알미늄, 철 및 규소양에 비하여 매우 낮다), 소량의 붕소를 초과된 티타늄과 상쇄하도록 가하면 도선의 전도율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.

철은 본 발명의 합금을 생성하기 위하여 용융물에 가하는 주요한 성분이다. 보통 약 0.50중량%를 본 합금을 제조하는데에 사용되는 알미늄 성분에 가한다. 물론 본 발명의 범위에는 모든 합금성분의 양을 조절하는데에 다소의 다른 합금성분과 함께 철의 첨가량을 증감하는 것도 포함된다.

합금후 용융된 알미늄 조성물은 연속 바(bar)로 연속 주조된다. 바는 주조기로부터 받아들여지는 상태 그대로 열간 가공된다. 전형적인 열간가공은 바형태로 주조한 후 곧 압연기로 바를 압연시키는 것으로 구성된다.

연속로드(rod)를 제조하는 연속적 주조 및 압연 공정은 일예를 들면 다음과 같다.

연속주조기는 용융된 알미늄 합금금속을 고화하여 주조바(cast bar)로 되어 고화될 때의 상태 그대로 연속 주조기에서 압연기로 이동되며 각지게 배열된 다수의 축을 따라 주조바에 실질적인 운동을 부여하는 방식으로 압연기가 주조바를 열간성형시켜 로드 또는 다른 열간성형체로 성형하는 장치로서 작용한다.

연속 주조기는 조주윤 및 아이들러 풀리로 지지된 무단벨트에 의하여 부분적으로 막힌 주조홈이 있는 주조윤을 가진 통상적인 형이다. 주조윤 및 무단 벨트는 주형을 형성하여 주형의 일단에는 용융금속을 부어 고화시키고 타단으로부터는 실질적으로 고화되었을 때의 상태에서 주조바를 취출한다.

압연기는 일연의 변형에 의하여 주조바를 열간성형하도록 배열된 다수의 압연 스텐드(stand)를 가진 흔히 사용되는 형이다.

연속주조기와 압연기는 서로 상대적으로 위치되어서 주조바는 고화된 후 즉시 실질적으로 고화시의 상태 그대로 압연기속으로 들어간다. 이러한 조건에서는 주조바는 주조기와 압연기 사이에서 가연함이 없이 열간 성형초기에 주조바를 열간성형 하기 위한 온도 범위내의 열간성형 온도에 있게 된다. 만일 열간성형의 통상적인 온도범위내에서 주조바의 열간성형 온도를 정밀하게 조절하려면 주조바의 온도 조절장치를 연속 주조기와 압연기 사이에 설치할 수 있다.

압연 스텐드는 주조바가 맞물리는 다수의 롤을 가진다. 압연스템드의 롤은 두개 이상이 있으며 서로 정 반대로 배열시키거나 또는 압연기를 통하여 주조바의 이동축에 대하여 동일 간격으로 배열시킨다. 압연기의 각각의 압연스텐드의 롤은 한개 또는 여러개의 전기 모타에 의하여 예정된 속도로 회전되고 주조윤은 그 운전특성에 의하여 결정된 속도로 회전된다. 압연기는 주조바를 열간성형시켜 압연기로 들어감에 따라 주조바의 절단면보다 적은 절단면적을 갖는 로드가 되게 한다.

압연기에 있는 인접 압연 스텐드의 롤의 원주면 형상은 변화된다. 즉 주조바는 상이한 형상의 표면을 가진 일련의 압연스텐드의 롤에 의하여 상이한 방향으로 맞물려져 있다. 압연 스텐드에 있는 주조바의 이러한 상이한 맞물림은 각각의 압연 스텐드에서 작용하는 방식으로 주조바에서 비금속을 반죽 또는 형삭시키는 작용을 하고 동시에 주조바의 단면적을 로드의 단면적으로 감소변화시킨다.

각각의 압연 스텐드가 주조바와 맞물리므로 롤이 주조바의 금속에 효과적으로 작용하도록 압연 스텐드의 롤에 의하여 형성된 공간을 채우기 위하여 주조바에 대하여 압연 스텐드에서 시간당 충분한 부피로서 주조바가 들어가는 것이 바람직하다. 그러나 각각의 롤 스텐드의 롤에 의하여 생긴 공간은 주조바가 롤 사이의 틈속으로 강제로 들어가지 않도록 지나치게 채우지 않는 것이 좋다. 그러므로 롤 스텐드의 롤에 의하여 생긴 공간을 충분히 채워지긴 하나 너무 지나치게 채워지지 않는 단위시간당의 부피로 각각의 압연 스텐드를 향하여 로드가 공급되는 것이 바람직하다.

주조바는 연속 주조기로부터 받아들여지는 까닭에 무단 밴드(endless band)의 표면에 상응하는 하나의 넓은 면을 가지고 주조윤에 있는 홈 형태에 상응하여 측면이 안쪽으로 점점 가늘어진다. 주조바가 압연스텐드의 롤에 의하여 압축됨에 따라, 주조바가 변형되어 각각의 압연스텐드의 롤의 인접 원주에 의하여 생성된 절단면 형태로 된다.

이상과 같이 이러한 장치를 사용하여 상이한 길이를 갖는 무수한 주조 알미늄 합금로드가, 용융 알미늄 합금을 주조와 동시에 주조 알미늄바를 열간성형 또는 압연하여 만들어진다.

주조 및 압연 공정으로 생성된 연속로드는 여러 표준치수의 연속선을 제조하도록 압축가공 처리된다.

원하는 직경의 연속선을 만들기 위하여 중간 소둔함이 없이 일연의 점차적으로 소경(小徑(인 다이스를 통하여 미소문 (즉 f 템퍼로 압연된) 로드를 냉각인발 시킨다. 이러한 인장조작이 끝나면 합금선은 매우 높은 인장강도를 가지며 그 최고연신율은 허용한도 이하로 저하하고 도전율도 IACS의 16%의 최하허용치보다 저하된다. 이 선을 소망의 인장강도를 가지도록 완전 소둔하거나 부분적으로 소둔한후 냉각시킨다.

소둔이 끝난 합금선은 우수한 도전율과 본 명세서내에서 앞서 기술한 바와 같은 놀라울 정도의 개량된 최고 연신율과 개량된 인장강도와 놀라울 정도로 증가된 굴곡성과 피로내성을 가지고 있다는 것이 발견되었다.

소둔조작은 저항 소둔, 유도소둔, 연소로(爐)에 의한 환류소둔 또는 연속로에 의한 방열 소둔과 같은 연속적인 것이 있거나 또는 뱃취로에서 소둔하는 것이 적당하다. 연속소둔 할 때에 온도는 232-648℃로서 시간은 약 5-1/10,000분 정도로 소둔한다. 그러나 일반적으로 원하는 인장강도가 얻어질 수 있는 범위내에서 연속 소둔 온도와 시간은 전체 공정과 관련하여 조절된다.

비연속식 소둔의 경우는 204-398℃의 온도로 하여 약 30-24시간 보지시킨다. 연속소둔에서 언급한 바와 같이 비연속식 소둔에서의 시간과 온도는 바람직한 인장강도를 얻을 수 있는 범위내에서 전체 공정에 알맞게 조절될 수 있다. 비연속식 소둔 온도와 시간에 대하여 얻어진 본 알미늄 선의 인장강도는 다음표와 같다.

[표 1]

인장강도(㎏/㎟) 온 도 시 간

8.4 - 9.8 343℃ 3시간

9.8 - 10.5 288℃ 3시간

10.5 - 11.9 271℃ 3시간

11.9 - 15.4 249℃ 3시간

이러한 합금을 연속 주조하는 동안 합금에 존재하는 상당한 양의 철이 철알미늄 금속간 화합물(FeAl₃)로서 용체로부터 석출된다. 그러므로 주조 이후 바는 과포화 고용체의 기지조직중에 확산된 FeAl₃를 포함하고 있다. 과포화 기지조직은 0.17중량%의 철을 포함하고 있다. 주조이후 곧 바가 열간압연됨에 따라 FeAl₃입자가 파괴되어 기지조직내로 분산되며 큰 입자의 형성은 억제된다.

로드를 최종 치수의 크기로 중간 소둔을 하지 않고 인장시키고 그 후 최종소둔 조작에서 시효화시키면 인장강도, 연신성과 굴곡성은 적은 격자 크기 및 전위면에서 FeAl₃가 선택적으로 침전되어 생기는 핀닝현상(pinning)때문에 증가된다. 그러므로 새로운 전위원은 인장공정의 응력하에서 활성화되어야하며 이것은 인장강도 및 연신성을 더욱 개선시키는 원인이 된다.

본 알미늄 합금선의 성질은 기지조직내의 FeAl₃입자의 크기에 의하여 크게 영향을 받는다. 조대석출은 핵 형성과 큰 입자의 성장을 조장하여 합금선의 재결정온도를 저하시키므로 연신율과 굴곡율을 저하시킨다. 미세석출은 핵형성을 줄이고 재결정온도들 증가시키므로서 연신율 및 굴곡율을 개선시킨다. 심하게 조대한 FeAl₃의 석출은 합금선을 부스러지기 쉬워 사용할 수 없게 된다. 조대석출의 입자의 크기는 2,000옹스트름 이상인 경우이고 미세석출이란 입자크기가 2,000옹스트름 이하인 경우이다.

본 발명의 전형적인 합금 AWG 12번 선은 인장강도 11.2㎏/㎟ 최대 연신 20%, IACS 도전율 61% 및 파단에 이르기까지의 굴곡회수는 20이다. 본 합금으로부터 제조된 AWG 12번선의 물리적 성질은 인장강도가 약 8.4-15.4㎏/㎟, 최대연신율이 약 40-50%, 도전율이 약 61-63% 및 파단에 이르는 굴곡회수는 약 45-10이다.

특수한 최종 제품을 만들 때에는 제조 공정단계에서 조정를 할 수 있으며 또한 추가 단계가 수행될 수 있다. 따라서 절연도선이 제조 될 때에 연속적으로 제조되는 로드는 AWG 0000번선(단면직경 또는 최대평행 대면거리 11.684㎜) 내지 40번선(단면 직경 또는 최대평행 대면거리 0.07874㎜)으로 압하된다. 소둔후 알미늄 합금선은 표준 연속절연 공정으로 연속적으로 절연된다. 전형적인 절연공정은 압출해드(nead)를 통하여 도선을 통과시키는 것이다. 압출해드를 통과시킴에 따라 연속적인 열가소성 절연피복이 도선표면에 이루어진다. 피복선을 기류 또는 냉각욕에 접촉시켜 냉각시킨다. 절연물질은 도선을 절연시킬 수 있는 충분한 두께가 있어야 하고 사용시의 물리적 위험에 견딜 수 있어야 한다. 전형적인 절연 두께는 약 0.40-1.19㎜ 사이이다. 적당한 열가소성 절연 물질은 염화폴리비닐이고 네오프렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같은 물질도 사용된다.

본 발명의 절연피복 AWG 12번선은 인장강도 11.2㎏/㎟, 최대연신 20%, 도전율 IACS 61% 및 파단까지의 굴곡회수 30의 물리적 성질을 가지고 있다. 본 합금으로부터 제조된 AWG 12번선의 물리적 성질의 범위는 인장강도가 약 9.1-14㎏/㎟, 최대연신 약 35-50%, 도전율 61-63%, 파단굴곡회수 45-10이다. 본 발명에서 사용하기에 바람직한 합금선은 인장강도 9.8-12.6㎏/㎟, 사이이고 최대연신율이 30-15% 사이이며, 도전율이 61-63% 및 파단굴곡회수 40-15 사이이다.

절연전화선을 제조하는 경우에는 연속인발하여 AWG 12번선(단면직경 혹은 최대평행 대면거리가 2.0574㎜) 내지 AWG 30번선(단면직경 혹은 최대평형 대면 0.254㎜)으로 하여 소둔한 후 알미늄 합금선을 표준 연속절연공정에서 연속적으로 절연시킨다. 전형적인 절연공정은 압출해드를 통하여 합금선을 통과시키는 것이다. 합금선이 압출해드를 통과함에 따라 연속적인 열 가소성 절연피복이 도선표면에 이루어진다.

피복선을 기류 또는 냉각욕에 접촉시켜 냉각시킨다. 절연물질은 합금선을 절연시킬 수 있는 능력이 있어야 하고 두께는 합금선을 절연시키기에 충분하여야 하고 전화선으로 합금선을 가공시킬 때에 미치는 물리적 위험에 견딜 수 있어야 한다. 전형적인 절연 두께는 약 0.0254-5.08㎜이다. 적당한 절연물은 폴리에틸렌이고 네오프렌, 폴리프로필렌 및 염화폴리비닐과 같은 물질도 사용된다.

선을 각각 절연시키고 난 후 2개 이상의 절연된 선을 함께 묶어 한 짝으로서 끈다. 이러한 짝들이 군(group)으로 케이블화되고 이러한 군들이 보다 큰 군 또는 케이블로 된다. 이러한 군 또는 케이블은 두번째의 압출해드로 공급되고 여기에서 각각 절연된 선의 주위로 절연외장을 입힌다. 절연외장을 입히기 전에 군이나 케이블 주위에 플라스틱 물질은 엷은 쉬이트 또는 테이프로 감쌀 수 있다. 절연된 전화 케이블이 두번째의 압출 해드로부터 나오는 것을 기류 또는 냉각욕에 접촉시키므로서 냉각시킨다. 적당한 외부 절연물질은 폴리프로필렌, 염화폴리비닐 및 네오프렌과 같은 열 가소성 물질과 함께 폴리에틸렌이 사용된다. 만일 필요하다면 완성된 전화 케이블에 종래의 방법에 따라 한 번 더 외장할 수도 있다.

본 발명의 전화케이블에 사용되기 적당한 알루미늄 합금선의 대표적인 AWG 18번선은 인장강도 11.9㎏/㎟, 최대연신율 14% 및 도전율 61% IACS의 물리적 성질이 있다. 본 합금으로 제조된 AWG 18번선의 일반적인 물리적 성질의 범위는 인장강도 9.1-15.4㎏/㎟, 최대연신율 약 40-5% 및 도전율 약 61-63% 이다. 바람직한 합금은 인장강도 11.2-12.6㎏/㎟, 최대연신율 20-10% 및 도전율 61-63%이다.

절연전자석용 권선을 제조하는 데에는 연속인발하여 AWG 8번선(단면직경 또는 최대평행 대면거리 3.2512㎜) 내지 AWG 40번선(단면직경 또는 최대평형 대면 0.07874㎜)으로 한다. 미소둔된 로드는 중간 소둔하지 않고 원하는 직경의 연속선을 만들기 위하여 일연의 점차적으로 압축되는 다이스를 통하여 냉간 인발시킨다. 만일 절단면의 형태가 둥근것을 원하지 않는 단면 인장되는 선을 냉간압연시키거나 또는 적당한 형태의 압연기 또는 다이스를 통하여 인장시키므로서 적당한 형을 만들 수 있다. 둥근형태 이외의 전형적인 절단면의 형태는 다각형과 장방형이다.

소둔시킨후 알미늄 합금선은 표준 절연공정으로 연속적으로 절연시킨다. 대표적인 절연공정은 에나멜욕을 통과시키므로서 연속적인 에나멜 절연피막을 연속식로에서 소부하는 것이다. 절연에나멜은 절연성이 충분해야 하고 그 두께는 사용시 일어나는 물리적 위험에 견딜 수 있어야 한다. 적당한 절연물질로는 유성레진과 같은 에나멜, 섬유, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화폴리비닐, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리비닐포르말린수지, 폴리비닐포르말린수지에 나일론을 피복한 것, 우레탄변성 폴리비닐포르말린수지, 폴리우레탄에 나일론을 피복한 것, 변성 폴리에스텔에 선형폴리에스텔을 피복한 것, 폴리이미드수지, 면섬유 및 폴리에스텔이 사용될 수 있다. 열가소성 수지를 절연재로 사용할때도 압출해드를 이용하여 도선이 해드를 통하여 이동될 때 피복하는 것이 보통이다.

본 발명의 대표적인 절연 전자석용권선 AWG 12번선은 인장강도 11.2㎏/㎟, 최대연신율 20%, 도전율 61% IACS, 및 파단굴곡회수 30을 가진 선으로부터 제조된다. 본 합금으로부터 제조된 AWG 12번선의 물리적 성질의 범위는 인장강도 8.4-11.9㎏/㎟, 연신율 약 40-15%, 도전율 61-63% 및 파단굴곡회수 45-15 사이이다. 본 발명에서 사용하기 위한 바람직한 합금선은 인장강도 9.1-10.5㎏/㎟, 최대연신율 35-25% 및 굴곡회수 35-20 있다.

다수의 필라메트로 된 다조도선을 제조할 때에는 연속인발하여 AWG 0000번선(단면직경 또는 최대평행 대면거리 11.684㎜) 내지 AWG 40번선(단면직경 또는 최대평형 대면 0.07874㎜)사이의 단선으로하여, 소둔한 후 각각의 필라멘트선을 다른 선과 함께 꼬아서 다수의 팔라멘트로 된 다조도선을 제조한 다음 표준 연속 절연공정에서 연속적으로 절연된다. 전형적인 절연공정은 압출기 해드를 통하여 꼬여진 도선을 통과시키는 것이다. 도체가 압출기 해드를 통과함에 따라 열가소성 절연피복이 도선주위에 연속적으로 입혀진다. 피복된 도선은 기류 또는 냉각욕에 접촉 시키어 냉각된다. 절연물질은 다조도선을 절연시킬 수 있어야하고 절연물의 두께는 도선을 절연시키고 도선에 일어나는 물리적 위험에 견딜 수 있어야 한다. 절연체의 전형적인 두께는 약 0.025-1.00㎜이다. 바람직한 열가소성 절연물질은 염화폴리비닐이나 네오프렌, 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 교차 결합된 폴리에틸렌 등이다.

대표적 다조도선용 AWG 12번선은 인장강도 11.2㎏/㎟, 최대연신율 20%, 도전율 61% IACS, 및 파단굴곡회수 30의 물리적 성질을 가지고 있다. 본 합금으로 제조되는 AWG 12번선의 일반적인 물리적 성질의 범위는 인장강도 약 9.115.4㎏/㎟, 최대연신율을 약 35-5%, 도전율 약 61-63% 및 파단굴곡회수 45-10 사이이며, 바람직한 것은 인장강도 9.1-12.6㎏/㎟이고, 최대 연신율은 30-15%이며, 도전율 61-63% IACS, 파단굴곡회수 40-15 이다.

본 합금으로부터 제조되는 도선은 각각 절연하기 전에 동심연식, 집합연식, 평행연식 및 로프식 등의 연선방식으로 합쳐질 수 있다. 동심연식에서는 하나의 중심단선 주위로 6개 또는 그 이상의 단선을 나선형으로 꼬아서 이를 압출기의 압출해드를 통하여 연선외주면에 절연피복을 하게 된다.

집합 연식에서는, 복수의 단선을 꼬아서 합치고 그 외면에 절연피복을 행한다.

평행 연식에서는 각각의 합금선을 꼬지 않고 나란히 묶어서 절연피복을 시행한다.

로프식에서는 연선케이블을 다시 수개의 동심연식 또는 집합연식으로 꼬아 복합케이블로 하여 그 외부표면에 전체적으로 절연이 이루어진다.

본 합금의 절연연선(撚線) 케이블은 보통의 절연선 및 EC 합금의 절연연선보다 우수한 굴곡성을 가지고 있음이 실증되었다.

다음 실시예에서 본 발명을 보다 완전히 이해 할 것이다.

[실시예 1]

공지의 EC 알루미늄선과 본 발명의 알미늄 합금선의 비교는 알미늄 99.73중량%, 철 0.18중량%, 규소0.059중량% 및 불순물이 미량 포함된 종래의 EC 합금과 알미늄 99.45중량%, 철 0.45중량%, 규소 0.056중량% 및 미량의 불순물로 본 합금선을 만들어 행하였다. 이들 합금을 연속주조압연하여 냉각 인발시켜 AWG 12번선을 제조한다. 절단 합금선을 분리된 보빈(bobbin)에 모으고 여러 온도 및 시간에서 뱃취로에 소둔시켜 여러가지 인장강도를 가진 종래의 EC 합금과 본 합금을 생성한다. 특정 굴곡점에서 파단에 요하는 굴곡회수를 측정하는 장치에서 시험한다. 균일한 힘과 장력으로 이 장치는 약 135도로 각각의 셈플을 만곡시킨다. 합금선의 직경과 동일한 직경을 가지며 간격을 두고 마주보는 한쌍의 심봉(mandrel) 너머로 합금선을 꾸부린다. 심봉의 간격은 합금선의 1 내지 1.5배의 거리로 떨어져 있다. 합금선의 수직 위치로부터 일방의 극한까지 휘어지고, 수직으로 복귀되고, 또 반대편 극한까지 휘어지며 다시 원래의 수직위치로 복귀되면 한개의 굴곡이 기록된다. 모든 시험용 셈플에 대하여 휘어지는 속도와 여기에 작용하는 힘 및 장력은 동일하다. 다음과 같은 결과를 얻었다.

[표 2A]

EC 합 금 본 합 금

인장강도(㎏/㎟) 파단에 이르는 굴곡회수 인장강도 파단에 이르는 평균굴곡회수

7.0581 43 1/2 9.4500 44

8.9516 24 10.0100 43

9.4360 21 1/2 10.5700 36

9.9230 14 11.2175 29 1/2

10.6400 13 3/4 11.9350 23

13.2700 11 11.9938 18

11.9875 9 3/4 12.7771 14

12.7302 8 3/5 13.6997 13

16.1483 51/2 17.7002 43/4

20.5163 4 25.1902 31/2

표 2A에서 나타난 바와 같이 본 합금은 통상적인 EC 합금보다 놀라울 정도로 굴곡성이 개량되었다.

앞에 기술한대로 처리된 본 합금 AWG 12번선과 EC 합금 AWG 12번선의 셈플은 표준 시험법에 따라 최대연신율에 대하여 시험된다. 합금선의 신장된 길이를 파단시에 측정한다. 최대연신율은 합금선 셈플의 증가된 길이를 원래의 길이로 나누어 계산된다. 합금선 셈플의 인장강도는 최대 연신율 시험에서 파단에 요하는 힘으로서 단면적당 압력으로 표시된다. 결과는 다음과 같다.

[표 2B]

EC 합 금 본 합 금

인장강도(㎏/㎟) 최대연신율(%) 인장강도 최대연신율(%)

7.0000 30.5 9.4500 30.8

8.8900 21 10.0100 30

10.8675 24

9.4500 14 11.3050 19

9.9400 11.5 11.5850 16

10.5000 8 12.0400 13.2

11.5500 3.5 12.7890 8.6

12.8100 2 13.3000 6.7

표 2B에서 나타난 바와 같이 본 합금은 통상적인 EC 합금보다 최대연신율이 놀라울 정도로 개량되었다.

[실시예 2-7]

주성분의 양을 바꾸어 가면서 6개의 알미늄 합금을 제조한다.

이러한 합금은 다음표에 기술하였다.

[표 3]

실시번호 Al % Fe % Si %

2 99.73 0.180 0.059

3 99.52 0.385 0.063

4 99.46 0.450 0.056

5 99.36 0.540 0.064

6 99.275 0.680 0.015

7 99.20 0.750 0.030

6개의 합금을 6개의 바로 연속주조시키고 가열압연하여 6개의 연속로드로 만들었다. 점차적으로 압축되는 다이스를 통하여 냉간인발시켜 AWG 12번선을 만들었다. 실시번호 2와 4의 합금으로부터 만들어진 합금선을 저항 소둔시키고 나머지는 뱃취로에 소둔시켜 표 Ⅳ에 기술한 바와 같은 인장강도를 갖게 되었다.

소둔한 후 각각의 합금선을 도전율, 인장강도, 최대연신율 및 평균굴곡회수를 시험 측정하였다. 서냉(徐冷)시킨후, 파단에 이르는 평균굴곡회수를 결정하는 데에 실시예 1에 설명된 방법을 사용하는 것 이외에는, 표준시험 방법에 의하여 도전율, 인장강도, 최대연신율 및 파단에 이르는 평균 굴곡회수에 대하여 각각 시험하였다.

이러한 결과는 다음표와 같다.

[표 4]

실시번호 IACS%의전도율 인장강도(㎏/㎟) 최대연신율(%) 파단에이르는평균굴곡회수

2 62.8 10.6050 8.1 15 1/2

3 61.3 10.6071 28.0 27 1/2

4 61.5 10.6064 37.5 28

5 61.5 10.6064 35.0 28 1/2

6 61.25 10.0100 28.0 32

7 61.2 11.0600 25 28

이러한 결과로부터 실시예 2의 선은 본 발명의 성분 범위 밖인 까닭에 기타의 것에 비하여 연신율과 굴곡성 모두가 열등하다는 사실을 알 수 있다.

[실시예 8]

알미늄 99.43중량%, 철 0.50중량%, 규소 0.55중량% 및 통상의 불순물이 미량 포함된 알미늄 합금이 제조된다.

가열압연시켜 연속바를 주조하여 열간압연시켜 연속로드를 제조한다.

점차적으로 압축되는 다이스를 통하여 냉간인발시켜 AWG 12번선을 만들었다. 합금선을 76㎝(30inch)의 보빈상에서 무게가 약 113㎏ 될 때까지 놓았다.

보빈을 차가운 제너럴일렉트릭 밸로(Generral Electric Bell 爐) 속에 넣고 여기에서 온도를 249℃로 올린다. 이 온도를 3시간 유지한 후 204℃로 냉각시킨다. 다음 로를 급냉시키고 보빈을 제거시킨다. 시험결과 그 합금선이 도전율 61.5% IACS, 인장강도 11.55㎏/㎟ 최대연신율 20%, 및 파단에 이르는 굴곡회수 18인 것이 밝혀졌다.

[실시예 9]

벨로의 온도를 260℃로 올리고 냉각전에 3시간동안 유지한다는 것 외에는 실시예 8과 동일하게 처리한다.

소둔한 합금선은 도전율 61.4% IACS, 인장강도 10.5.㎏/㎟, 최대연신율 27% 및 파단에 이르는 굴곡회수는 28이다.

[실시예 10]

벨로의 온도를 316℃로 올리고 냉각전에 3시간동안 유지한다는 것 이외에는 실시예 8과 동일하게 처리한다. 소둔한 합금선은 도전율 61.2% IACS, 인장강도 9.8㎏/㎟, 최대연신율 30% 및 파단에 이르는 굴곡회수는 43이다.

[실시예 11]

벨로의 온도를 310℃로 올리고 냉각전에 한시간 반동안 유지한다는 것 이외에는 실시예 8과 동일하게 처리한다. 소둔한 합금선은 도전율 61.5% IACS, 인장강도 11.2㎏/㎟, 최대연신율 21% 및 파단에 이르는 굴곡회수는 23이다.

[실시예 12]

실시예 8의 합금을 주조하여 연속바를 만들고 다음 열간 압연시켜 0.95㎝(3/8 inch) 직경의 연속로드를 만들었다.

로드를 점차적으로 압축되는 다이스를 통하여 냉간인발시켜 AWG 14번선을 제조하였다. 이를 연속 저항소둔기를 갖춘 씽크로모델 BG-16 연신기에서 재인발시킨다. 최종속도 분당 1,000m로 합금선을 AWG 28번선으로 인발시키고 소둔기는 번호 8로 변압기 탭(tap)을 고정하고 52볼트로 운전된다. 소둔된 합금선은 도전율이 62% IACS이고, 인장강도 10.8㎏/㎟이며, 최대연신율 25%이다. 합금선의 구성이 매우 작으므로 파단에 이르는 굴곡회수는 상당히 크다.

[실시예 13]

실시예 8과 같은 성분의 합금을 주조하여 연속바로 하고 이것을 열간압연시켜 0.95㎝(3/8 inch) 직경의 연속로드를 제조한다. 연속소둔기를 장비한 씽크로형 FX 13호 연신기로 냉간인발시킨다. 최종속도가 분당 610m로 인발하여 AWG 12번선으로 하고 예열기 1호에서 연속소둔기의 전압은 35볼트이고 예열기 2호는 35볼트이며 소둔기는 22볼트로 한다. 3개의 변압기 탭은 5번으로 고정시킨다.

소둔된 합금선의 도전율은 62% IACS, 인장강도 11.4㎏/㎟, 최대연신율 20% 이다.

[실시예 14]

절연도선

알미늄 합금이 알미늄 99.42중량%, 철 0.50중량%, 규소 0.055중량%이고 통상의 불순물은 미량 존재하도록 제조한다. 합금을 주조하여 연속바로 하고 이것을 열간압연시켜 연속로드를 제조한다. 이를 점차적으로 압축되는 다이스를 통하여 냉간인발시켜 AWG 12번선으로 한다. 선의 무게가 약 113㎏ 될 때까지 선을 76㎝(30 inch) 보빈상에 모은다. 보빈을 제너렐일렉트릭 벨로에 넣고 온도를 249℃로 올린다.

로의 온도를 249℃에서 3시간 동안 유지하고 열이 없어지면 로를 204℃로 냉각시킨다.

다음 로를 급냉시키고 보빈을 제거한다. 소둔된 선을 압출기 해드를 통과시키고 염화폴리비닐로 절연시킨다. 시험 결과 절연된 합금선은 도전율이 61.6% IACS이고 개량된 물리적 성질을 가진다.

[실시예 15]

절연도선

실시예 14의 합금을 주조하여 연속바로 하고 이것을 열간압연시켜 직경 0.95㎝(3/8 inch)의 연속 f 템퍼로드를 제조한다.

연속소둔기를 장비한 씽크로 모델 F×13 연신기로 냉간인발시킨다. 최종속도가 분당 915m로 인발시켜 AWG 12번선으로 하고, 1번 예열기에서 연속소둔 장치전압은 35볼트이고, 2번 예열기에서는 35볼트이며 소둔장치는 22볼트로 운전한다. 3개의 변압기 탭을 5번으로 고정한다. 소둔선을 압출기 해드를 통과시켜 염화폴리비닐로 연속적으로 절연시킨다. 소둔 및 절연된 선은 도전율이 62% IACS이고 개량된 물리적 성질을 가진다.

부분적으로는 본 발명이 알미늄 합금의 절연된 도선에 관한 것이라는 것을 이해하여야 한다. "절연도선"이라고 표현하는 범위에는 개개의 절연된 알미늄 합금도선들로 구성되는 절연케이블이 포함되어 있다. 본 발명에 의하여 형성된 특수 절연도선 또는 케이블의 예는 건축용도선, NM 외장케이블, 지하구축용도선, 배전케이블, TW형단선, 하니스(harness)선, 네온싸인케이블, 무선접속선, 방범방화경보선, 매설선, 제어용도선, 공작기계용도선, 이넌시에이터도선(enunciator), DD도선, 및 철도신호 케이블등이 있다.

[실시예 16]

절연 전화 케이블

알미늄 99.42중량%, 철 0.50중량%, 규소 0.055중량% 및 통상의 불순물이 미량 존재하는 알미늄 합금이 제조된다. 합금을 주조하여 연속 바로하고 이것을 열간 압연하여 연속로드를 만든다.

점차적으로 압축되는 다이스를 통하여 냉간인발시켜 AWG 12번선을 만든다. 모여진 선의 무게가 113㎏될 때까지 76㎝(30 inch) 보빈에 선을 모은다. 그리고 이 보빈을 차거운 제너럴일랙트릭밸로 속에 넣고 온도를 249℃로 올린다. 로의 온도를 249℃로 3시간동안 유지시킨 후 로를 204℃로 냉각시킨다. 다음 로를 급냉시키고 보빈을 제거한다. 소둔된 선을 압출기 해드를 통과시켜 폴리에틸렌으로 절연시킨다. 각각의 절연선 2개를 꼬이지 않게 함께 묶어 제2의 압출기 해드로 보내어 폴리에틸렌으로 절연 외장시킨다.

[실시예 17]

절연 전화 케이블

실시예 16의 합금을 주조하여 연속바로 하고 이것을 열간압연시켜 직경이 0.95㎝(3/8 inch)인 연속 f 템퍼로드를 만든다. 연속소둔 장치를 포함하는 씽크로 모델 F× 13 연신기로 냉간인발시킨다. 최종속도를 분당 610m로 인발시켜 AWG 12번선으로 하고, 1번 예열기에 있는 연속소둔장치 전압은 22볼트로 하고, 2번 예열기에서는 35볼트이며 소둔장치는 22볼트이다. 3개의 변압기 탭은 5번으로 고정한다. 소둔된 선을 압출기 해드로 통과시켜 폴리프로필렌으로 연속적으로 절연시킨다. 각각의 절연된 선 8개를 통상적형으로 함께 꼬아서 폴리프로필렌으로 외장피복하는 제 2의 압출기 해드로 공급한다.

전화케이블의 각각의 선은 폴리에틸렌을 절연물질로 사용하는 절연공정시 받는 힘에 견딜 수 있는 정도의 인장력을 가지도록 처리될 수 있다. 폴리에틸렌이 표준 절연물질이기 때문에 각각의 합금선은 이 폴리에틸렌으로서 절연할 수 있어야 한다.

그러나 만일 폴리에틸렌이 절연물질로서 사용된다면 최대 연신율은 증가되고 굴곡성은 좋아지는 반면 인장강도는 감소한다.

합금선은 폴리에틸렌이 절연물질로서 사용될 때 센 힘으로 압출기 해드로부터 합금선을 잡아당길 수 없기 때문에 이러한 특별한 형태인 경우에는 인장강도가 낮아진다.

이 외에도 두개 이상의 절연된 선이 전화케이블로 사용될 때에 이 합금선은 동심연식, 집합연식, 교차연식, 평행연식, 및 로프식 또는 쌍을 형성하여 케이블로 되는 것 등과 같은 형태로 꼬여진다. 꼬여지거나 케이블로 된 후 합금선은 전술한 바와같이 절연된다. 본 발명의 케이블 내의 선의 수는 제한이 없으며 압출이나 튜빙(tubing) 처리전에 테이핑하거나 외장처리를 할 수도 있다.

[실시예 18]

절연 전자석용 권선.

알미늄 99.42중량%, 철 0.50중량%, 규소 0.055중량% 및 통상의 불순물이 소량 포함된 알미늄 합금이 제조된다. 합금을 주조하여 연속바로 하고 이것을 열간압연하여 연속 로드를 제조한다.

점차적으로 압축되는 다이스를 통하여 냉간인발하여 AWG 12번선으로 만들었다. 모여진 선의 무게가 약 113㎏ 될 때까지 합금선을 보빈에 모은다. 보빈을 차거운 제너럴일렉트릭 밸로에 넣고 온도를 249℃를 3시간 동안 유지시키고 로를 204℃로 냉각시킨다. 소둔된 선을 에나멜욕을 통과시켜 에나멜로 절연시킨다. 시험결과 절연된 합금자기선이 도전율 61.6% IACS, 인장강도 11.6㎏/㎟ 및 최대연신율 19.8%라는 것을 알았다.

본 전자석용 합금선에서 가장 흥미있는 사실은 소둔 처리함에 따라 소둔한 EC 합금선보다 높은 인장강도에서 연신율이 증가되었다는 것이다. 이외에도 EC 합금선을 소둔할 때 연신율을 개량시키기 위해서는 합금선을 완전히 연화시켜야 한다. 본 발명의 합금선은 소둔시간과 온도가 증가함에 따라 연신율이 점차 개량되었고 완전히 연화하지 않아도 우수한 연신율이 얻어진다.

[실시예 19]

절연다조도선

알미늄 99.42중량%, 철 0.50중량%, 규소 0.055중량% 및 통상의 불순물이 미량 포함된 알미늄 합금을 제조한다. 합금을 주조하여 연속바로 하고 이것을 열간압연하여 연속 로드를 만든다.

점차적으로 압축되는 다이스로 냉간인발하여 AWG 12번선으로 만든다. 모여진 선의 무게가 약 113㎏ 될 때까지 합금선을 76㎝(30 inch)의 보빈에 모은다. 보빈을 차거운 제너럴일렉트릭 밸로에 넣고 온도를 249℃로 올린다. 로의 온도를 249℃로 3시간 유지시키고 204℃로 냉각시킨다. 소둔된 선을 같은 방법으로 제조된 6개의 다른선과 함께 동심연식으로 꼬이게 한다. 꼬여진 단위를 압출기 해드로 통과시켜 염화폴리비닐로 절연시킨다. 절연 다조도선 합금이 도전율 61.6% IACS 및 개량된 물리적 성질이 있다는 것을 시험결과 알 수 있다.

[실시예 20]

절연다조도선

알미늄 99.42중량%, 철 0.50중량%, 규소 0.055중량% 및 전형적인 불순물이 미량 포함된 알미늄 합금을 제조된다. 합금을 주조하여 연속바로 하고 이것을 열간압연시켜 연속 로드로 만든다. 중간 소둔없이 점차적으로 압축되는 다이스를 통하여 냉간인발하여 AWG 12번선을 만든다. 같은 방법으로 제조된 6개의 다른선과 함께 동심연식으로 꼬이게 한다. 모여진 선의 무게가 약 113㎏ 될 때까지 76㎝(30 inch)의 보빈을 모은다. 보빈을 차거운 제너럴일렉트릭 밸로에 넣고 온도를 3시간동안 249℃로 올리고 로를 냉각시키고 보빈을 제거한다. 꼬여진 단위를 보빈으로부터 압출기 해드로 공급하여 염화폴리비닐로 절연시킨다. 다조도선의 절연합금선이 도전율 61.6% IACS 및 개량된 물리적 성질이 있다는 것을 시험하여 알 수 있었다.

본 발명이 적어도 부분적으로는 절연 알미늄 합금도선에 관한 것이라는 것을 이해하여야 한다.

특수한 절연 다조도선 및 케이블의 예로는 건축용 케이블, 자동차 점화 1차 배선 케이블, 지하 구조물 배선 케이블, 바테리 케이블 및 바테리 케이블 지하선, 항공기 케이블, 하니스 케이블, 네온싸인 케이블, 무선접속 케이블, 방범방화 경보기 케이블, 매설선, 제어용 케이블, 공작기계용 케이블, 이넌시에이터 케이블, 전열기코오드, 렘프코오드, 전기코오드, 용접기 및 광산 케이블, 견인차 케이블, 외장 케이블, 가교결합폴리올레핀으로 절연된 SEU 케이블, 가공인입선, 편조선 케이블, 기구배선 케이블 및 철 또는 알미늄 합금을 중심선으로 한 알미늄 또는 구리의 복합케이블등이 있다.

본 발명의 목적을 명확히 하기 위하여 본 명세서에 사용된 술어의 뜻은 다음과 같다.

로드(rod)-단면에 비해 길이가 긴 고체제품으로 보통 그 단면적은 7.62-0.95㎝ 정도이다.

선(wire)-단면에 비해 길이가 긴 고체의 가공된 제품으로 단면형상은 원형, 장방형, 정육각형 및 정팔각형이다.

그 단면 직경 또는 최대평행 대면 거리는 0.95-0.007874㎝의 범위이다.

본 발명은 바람직한 구체예에 대하여 특별히 상세하게 기술하였으나 변화와 개량이 본 발명의 의의와 범위내에서 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (1)

1. 국제연동표준(IACS)의 61% 이상의 도전율을 가지며 2,000응스트롬 단위 이하의 입도로 대략 균일하게 분포한 철 알미늄 금속간화합물을 개재 함유한 알미늄합금선의 제법으로서 99.70중량퍼센트 이하의 알미늄 0.30중량 퍼센트 이상의 철, 0.15중량 퍼센트 이하의 규소 및 흔적량의 불순물을 합금시키는 단계와 이 합금을 연속 주조하여 연속주조 바를 만들어 이 바를 대략 주조된 그대로의 상태에서 연속 열간압연하여 연속 로드를 만들며 사전 또는 중간소둔을 행하지 않고 전기한 로드를 인발하여 이 선을 완전 또는 부분소둔하는 단계로 되는 알미늄 합금선의 제조방법.