KR890003346B1

KR890003346B1 - 비데오 테이프 레코더(vtr)헤드 드럼용 알루미늄 합금

Info

Publication number: KR890003346B1
Application number: KR1019840008430A
Authority: KR
Inventors: 안동훈; 박태석
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 정재은
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1989-09-18
Also published as: KR860005045A; DE3544632C2; DE3544632A1; GB2169000B; US4740250A; GB8530176D0; GB2169000A

Abstract

내용 없음.

Description

비데오 테이프 레코더(VTR)헤드 드럼용 알루미늄 합금

제1도는 본 발명 및 비교합금의 동전위분극 곡선도.

제2도는 본 발명 및 비교합금의 내마모특성.

제3도는 본 발명 및 비교합금의 기계적 특성 측정 시편도.

제4도는 본 발명 및 비교합금의 열팽창특성 측정 시편도.

제5도는 본 발명 및 비교합금의 부식특성 측정 시편도.

제6도는 본 발명 및 비교합금의 마모특성 측정 시편도.

본 발명은 비데오 테이프 레코더(VTR) 헤드드럼에 사용되는 알루미늄 합금으로서 종래 사용되는 재료의 결점을 개선하여 우수한 특성의 헤드드럼의 제작을 목적으로 한다.

헤드드럼으로서 사용되는 금속소재는 비자성체로서 자기테이프를 손상시키지 않고 안정한 테이프의 주행을 유지하여야 하며 장시간 사용 또는 환경변화에 따른 신뢰성이 우수해야 한다. 이러한 조건을 만족시키는데 필요한 구체적인 특성은 다음과 같다. 1) 소정의 경도값 2) 우수한 내마모성 3) 균일한 내부조직 4) 소재의 열팽창 계수가 작을것 5) 소정의 표준조도를 낼수 있는 가공성이 우수할것 6) 우수한 냉간단조성(또는 주조성) 7) 낮은 제조단가가 요구되며, VTR의 개발초기에는 드럼 및 테이프 접촉부 소재로서 표면에 크롬을 코팅한 동금속, 오스트나이트계의 스테인레스재, 세라믹을 코팅 또는 알루마이트처리를 한 알루미늄 주물등이 사용되어 왔으나 특성, 제조기술 및 원가면에서 단점이 많아 현재는 알루미늄 합금계를 주로 사용하고 있다.

종래 사용되던 알루미늄 합금은 AC 5A주조용 합금으로서 내부에 핀홀(Pin hole), 화합물, 조대한 공정화합물, 석출물등의 특성에 의한 테이프(Tape) 접촉면의 표면결함에 의해 안정된 테이프의 주행을 기대할 수 없었다.

이와같은 단점들을 개선하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있으며, 여러가지 알루미늄 합금중에서 주로 Al-Si계, Al-Cu계의 합금들이 개발되고 있다. Al-Si계를 기본으로 하는 합금은 Cu, Mg등의 원소를 첨가하여 주조용 합금으로 개발된 것으로 최근에는 단조용으로 개발된 것도 있다.

이 합금은 우수한 내마모성과 기계적특서을 변화시키지않고 쾌삭성을 갖는 점에서 많이 쓰이고 있으나, 경질의 초성 Si 입자가 박리되어 자기테이프를 손상시키고 가공시 공구의 마모가 심하며 가공면의 표면조도 저하등 가공정도가 떨어지는 결점이 있다. 한편, Al-Cu계를 기본으로하여, Mg, Ni등의 원소를 첨가시킨 단소용 합금은 안정된 테이프의 주행성을 얻을 수 있고, 가공공구의 수명이 긴 장점이 있으나, 충분한 경도를 얻을 수 없어 내마모성이 좋지않은 단점이 있고, 가공시 가공칩이 말려 쾌삭성을 얻을 수 없으며 냉간단조시 크랙(Crack)의 발생율이 높은 단점이 있다.

본 발명은 위에 열거한 단점을 개선하고 VTR 헤드드럼으로서의 제특성을 만족하는 합금을 제작함을 목적으로 하였으며, 그의 요지는 Cu 2-4.7%, Mg 0.7-2.1%, Ni 0.9-2.7%, Si 0.3-0.9%, FE 0.1-0.6%, Ti+B 0.01-0.04%중량비율의 조성과 나머지가 Al으로된 합금에 필요에 따라 Cr 0.003wt% 및 0.1-0.3wt% 의 범위내에서 선택 적용하는 한편, Mn 0.1wt% 이하, Zn 0.2wt% 이하로 제한한 Al 합금으로서 열팽창계수가 20.0×10^-6/℃ 이하 열처리후 경도가 145(Hv) 이상이고, 7.5μ 이하의 미세 석출물 분호가 95%이상으로되는 것을 특징으로 하는 VTR 헤드드럼용 알루미늄 합금이다.

본 발명에는 99.5%의 공업용 Al을 사용하였으며 각 원소의 첨가이유 및 첨가범위는 다음과 같다.

Cu : 열처리 효과를 나타내는 주원소이며 강도 및 절삭성을 좋게한다. 2% 미만이면 강도가 충분하지 않으며 4,7% 이상이 되면 냉간단조성을 저하한다.

Mg : Al-Cu 합금의 석출경화를 증가, 가속시키며 Al₂CuMg으로 석출하거나 Si과 Mg₂Si의 화합물을 형성하여 합금의 강도를 향상시킨다. 특히 내력을 향상시키며 내삭성을 증가시킨다. 0.7% 이하이면 효과가 부족하고 2.1% 이상이 되면 가공정이 나뻐진다.

Ni : Al 또는 Fe와 결합하여 금속간 화합물을 형성, 합금의 강도를 증가시키고 내마모성을 개량한다. 0.9%미만이면 효과가부족하고 2.7% 이상이면 조대한 금속간 화합물이 생겨 냉간단조시 크랙(Crack)이 생기며 또한 가공성을 저하한다.

Si : Mg과 화합물로 석출하여 합금의 강도향상에 기여하며 또한 내마모성을 증가시킨다. 주조성을 좌우하는 원소로서 0.3% 이하이면 효과가 부족하고 0.9% 이상이면 내식성, 가공성을 해친다.

Fe : Al, Ni과 화합물을 형성하여 내마모성을 증가시키는 역할을 수행하는 것으로서, 0.1% 미만이면 효과가 부족하고 0.6% 이상이며 내식성을 저하시키는 현상을 초래하게 된다.

Ti+B : 조조균열을 방지하며 조직의 미세화에 유효한것으로서, 0.01% 이하이면 효과가 부족하고 0.04% 이상이면 합금의 융점이 높아질 위험이 있다.

Cr : 시효열처리시 석출물의 입계석출을 억제, 전기지에 걸쳐 균일한 석출물의 분포를 조장시켜 합금의 강도 및 내식성을 향상시키는 역할을 수행하는 것으로, 0.1-0.3%의 범위가 바람직하다.(의도적으로 Cr을 첨가할때 이외에는 Mn,Zn과 같이 적극 함유량에 대해 제한한다.)

본 발명의 제조공정은 용해, 압출, 소둔, 냉간단조, 열처리가공의 단계로 크게 나눌 수 있고 구체적인 공정은 실시예에서 자세히 설명한다.

본 발명에서는 냉간단조후 T₆열처리를 하였다. 즉, 냉간단조된 제품을 소정의 온도까지 가열, 제품의 내외를 균일하게 용체화처리 시킨 후, 상온의 물에 급냉시켜 시효온도까지 가열하여 소정시간 시효열처리를 시킨다.

용체화 처리에서 고려해야할 사항은 처리온도의 정확성이다. 즉, 용체화저리가능 온도범위가 상당히 좁고, 또한, 미량원소의 첨가에 따른 상태도의 변화를 고려하여 엄밀한 온도관리가 필요한것으로서, 이에대한 열처리조건은 다음에 기재되는 실시예에 자세히 설명하게 되며, 상기 열처리조건에서 용체화 온도가 높아 과열이 되거나 너무낮아 용체하처리가 충분히 되지않은 경우, 후에 진행되는 소입 및 시효처리효과 또는 가공공정에 지대한 영향을 미치게된다. 또한 상온의 물에 소입하게되면 표면과 내부의 온도구배에 의한 냉각속도가 다르므로 재료에 비틀림용력이나 잔류용력이 생겨 열변형의 원인이된다. 이러한것을 보완하기 위해 70-100℃의 온수에 소입하는 경우가 있으나 이 경우에는 시효열저리 과정에서 입계에 집중적인 석출이 일어나 내부 식성이 문제가 된다. 이 경우 Cr을 미량첨가하여 균일한 석출물 분포를 얻을 수 있었다. 석출물의 형태는 미세하며 석출물간의 거리가 작을수록 기계적특성이 증가한다. 표 1에 본 발명의 합금의 화학성분을 나타내었다.

[표 1]

발명합금의 화학성분 범위

[실시예]

표 2 에 본 발명의 실시예에 적용된 합금의 화학성분 및 비교합금의 화학성분을 나타내었다.

[표 2]

화학성분 비교표

표 3 에 본 발명의 실시예에 적용된 제조공정을 나타내었다.

[표 3]

발명품의제조공정

다음에 본 실시예에 의한 발명품의 성능을 종래 사용되던 비교합금들과 비교한다. 표 4 에는 발명품과 비교합금의 T₆열처리후의 기계적 특성을 나타내었다. 표 5 에는 냉간단조성을 결정하는 T₀상태의 기계적 특성을 나타내었다. 표 6 에는 신뢰성을 판단할 수 있는 열팽창계수의 비교를 나타내었다. 표 7 에는 부식특성을 비교하였으며 표 8 에는 석출물상태를 나타내었다. 표 9 에는 7.5 μ이하의 미세석출물 분포량을 나타내었다.

[표 4]

기계적 특서의 비교

[표 5]

열처리전(T₀)상태의 기계적 특성비교

[표 6]

열팽창계수의 비교

[표 7]

부식특서의 비교

[표 8]

석출물 상태 비교

*단위 : Mm

**Si 10%, Cu 2%의 Al-Si계 합금

[표9]

7.5μ이하의 미세 석출물 분포

이상의 결과에서 알수 있듯 본 발명에 의한 합금은 VTR 헤드드럼으로서 모든 제반특성을 갖추고 표 4에서 알수 있듯이 기계적 특성이 우수하며, 특히, 경도값은 150(Hv)이상을 얻을 수 있으나, 가능성을 감안 열처리 조건을 변화시키므로서 적정경도갑을 유지할 수 있다.

한편, Cr을 0.3%까지 첨가한 것은 기계적 특성은 별변화가 없으며 석출물의 전기지에 걸쳐 균일분포되었다.

또한, 냉간단조성을 결정하는 T₀상태의 기계적 특성을 비교해볼때, 인장강도등은 낮고 연신률이 높아 냉간단조성이 우수함을 알 수 있고, 실제 냉간단조작업결과 크랙(Crack)등의 발생이 없었다.

표 6)에서 알 수 있듯 열팽창계수가 평균 20.0×10^-6/℃로서 벼고합금보다 낮은 값을 갖고있DJ온도변화에 따른 신뢰성이 우수하다. 부식특성은 표 7)에서 알 수 있듯이 본 발명 합금은 비교합금 2에 비해 부식전위는 낮으나 비교합금 1과같이 심한 부식환경에 놓이면 아주 얇고 치밀한 부동태 피막을 형성해서 안정되게 유지됨을 알 수 있다.(제 1 도 참조) 또한 마모특성을 검토한 결과 제 2 도와같이 비교합금 1과 거의 비슷한 마모특성을 갖고있다. 이외에 가공성은 대부분의 가공칩이 말리지않고 떨어져나가 가공성이 좋은것을 알 수 있으며 또한 0.3s 이하의 표면 조도까지 가공이 가능하였다. 이제까지의 실시예에 의한 성능검토 결과를 종합분석한 결과를 표 10)에 나타내었다.

[표 10]

본 발명에 대한 소재특성 결과

이상의 결과에서 알 수 있듯이 소재특성중 우수한 것을 기계적특성, 냉간단조성, 열팽창특성, 석출물특성, 가공성등이며 보통으로 나타나는 것을 부식특성, 내마모특성으로서, 본 발명의 VTR헤드드럼용 알루미늄 합금은 공지된 비교합금들에 비해 우수함을 알 수 있다.

참고로 본 발명 합금 및 비교합금의 성능 검토방법을 설명한다. 1) 기계적특성 : 인장강도, 내력, 연신률은 UTM을 사용하여 측정하였으며 시험편 KS B 0801의 4호시험편을 이용하였다. 시험편 규격을 제 3 도에 나타내었다. 2) 열팽창특성 : 측정에 사용된 열팽창 측정기는 Thermal Dilayometer(ULVAC-DL 1500) 사용하였으며 시험편의 규격을 제 4 도에 나타내었다. 3) 부식특성 : 부식특성을 비교하기 위해 동전위법(動電位法)을 이용하여 측정하였으며 사용된 시험기는 P.A.R.CO제 동전위 시험기이고 시험편의 규격은 제 5 도와 같다. 4) 석출물 특성 : Image Analyser(LUZEX 600)를 이용하여 석출물 특성을 검토하였다. 5) 마모특성 : 내마모특성은 마모거리에 대한 무게감량을 측정하였으며 (저울의 신뢰도 10^-5g) 사용된 시험기는 TOYO BALDWIN 제 Modrl EFM-Ⅲ-E를 사용하였다. 시험편 규격은 제 6 도와 같다.

Claims

Cu 2-4.7%, Mg 0.7-2.1%, Ni 0.9-2.7%, Si 0.3-0.9%, Fe 0.1-0.6%, TI+B 0.01-0.04%중량비율의 조성과 나머지가 Al으로된 합금에 대해 Mn 0.1wt%이하, Zn 0.2wt%이하로 제한하는 한편, 필요에 따라 0.003wt% 및 Cr 0.1-0.3wt%으로 배합 조성된 Al합금으로서, 열팽창 계수가 20.2×10^-6/℃이하, 열처리후 경도가 145(Hv)이상이고, 7.5μ이하의 미세석출물 분포가 95%이사의 물리적특성을 지니게 됨을 특징으로 하는 비데오 테이프 레코더(VTR) 헤드드럼용 알루미늄 합금.