KR910006020B1 - 디지탈 오디오테이프레코더(DAT) 헤드 드럼용 Al합금 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

디지탈 오디오테이프레코더(DAT) 헤드 드럼용 Al합금 및 그 제조방법

제1a도는 본 발명에 따른 급속냉각 주조장치의 평면도.

제1b도는 본 발명에 따른 급속냉각 주조장치의 단면도.

제2도는 광학현미경으로 관찰한 본 발명의 급속냉각 주조방식에 의한 주괴 조직상태의 확대사진.

제3도는 광학 현미경으로 관찰한 비교합금 조직상태의 확대사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 주형외벽 2 : 주형내벽

3 : 냉각수 순환용 중공 4 : 용탕주입구

5 : 냉각수 주입구 6 : 냉각수 배출구

a : 공정 Al b : 공정 Si

본 발명은 디지털 오디오 테이프 레코더(DAT)의 자기기록 재생장치인 헤드드럼용 Al합금에 관한 것으로 특히 Sr과 Ti을 첨가하여 내마모성 및 경면 가공성을 개량한 Al-Si-Cu-Mg계 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 경우 비디오테이프레코더(VTR) 헤드드럼용으로 Al-Cu계 합금이 사용되어 왔으나, 최근 생산되는 VHS-C형 VTR, 8mm 형 VTR 및 DAT에 내장되는 헤드드럼은 회전속도가 증가되는 등 고도의 기능을 갖게되고 테이프의 재질변화로 더욱 심한 마모조건이 형성됨에 따라 상기의 Al-Cu계 합금을 소재로 사용하기에는 부적합하였다.

이에따라 내마모성이 향상된 Al-Si-Cu계 합금이 개발되어 왔으나 이 합금은 Si입자의 분포에 따른 내마모성의 향상은 현저했으나 조대한 Si입자들이 표면절삭 가공시 Al기지(基地)로부터 박리되는 현상으로 인해 경면가공성이 극히 불량하다는 문제점이 제기되었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기존의 Al-Si-Cu-Mg계 합금에서 각 성분의 조성범위를 다르게 구성하는 동시에 새로운 성분을 첨가시킨 합금을 급속냉각 주조방식을 이용하여 주조함으로써 조직이 미세하고 우수한 내마모성과 경면가공성을 갖는 Al합금을 제조하는데 목적이 있다.

이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. VTR이나 음향기기의 회전헤드드럼은 테이프를 안내하는 장치로서 고속으로 회전하는 상부드럼과 고정되어 있는 하부드럼으로 구성되는바, 테이프와 밀착되어 고속으로 회전하는 상부드럼은 내마모성이 우수해야 하며, 테이프의 손상을 방지하기 위하여 표면조도가 약 0.6㎛ 이하로 유지될 수 있도록 경면가공성이 우수해야 한다.

이러한 조건을 만족시키기 위하여 아래와 같은 표 1의 조성을 갖는 합금을, 제1도에 도시된 급속냉각주조 장치를 사용하여 주조함으로써 Al기지내에 정출되는 Si입자의 평균크기를 5㎛ 이하로 균일하게 분포되도록 하여 내마모성이 우수하면서 경면가공성이 향상된 Al합금을 제조하도록 한다.

[표 1]

개발합금 및 비교합금의 화학조성(중량％)

본 발명은 상기의 표 1에 제시된 바와같이 내마모성 향상을 위하여 6-14중량％의 Si를 첨가하며 기계적 성질향상을 위하여는 1.5-2.5중량％의 Cu와 0.5-1.0중량％의 Mg을 첨가하였다. 또 Al기지에 정출되는 Si입자의 미세화를 위해 0.04-0.1중량％의 Sr을 첨가하여 개량처리를 하며 초정 Al을 미세화하여 Si입자를 균일하게 분포시키기 위하여 0.1-0.3중량％의 Ti를 첨가한다.

본 발명 합금을 구성하는 각 성분의 기능과 조성 한정 이유를 설명하면 다음과 같다.

1. Si(6-14중량％)

Si는 내마모성을 부여하지만 14％ 이상 첨가시에는 조대한 초정 Si입자의 정출로 경면가공성 및 소성 가공성을 해치며 6％ 이하의 경우 내마모성이 현저히 감소한다.

2. Cu(1.5-2.5중량％)

Cu는 합금에 열처리성을 부여하지만 2.5％ 이상 첨가시 소성가공성 및 절삭성을 저해하며 1.5％ 이하 첨가시 강화효과가 미흡하다.

3. Mg(0.5-1.0중량％)

Mg은 Cu와 함께 Al기지에 고용되어 재료를 강화시키며 Mg₂Si(규화마그네슘)등 미세석출물을 형성하여 열처리성을 부여한다. 그러나 1.0％ 이상 첨가시 주조성 저해 및 용탕의 산화촉진을 조장하며 0.5％ 이하 첨가시 강화효과를 기대할 수 없다.

4. Ti(0.1-3.0중량％)

Ti는 소정 Al의 핵생성자리로 작용하여 조직을 미세화시키며 주조균열방지에 유효하다. 그러나 이상 첨가시 융점 상승으로 주조성을 저해하며 소성가공성을 해진다.

5. Sr(0.04-0.1중량％)

Sr은 공정 Si입자의 미세화로 합금의 연성향상 및 절삭성, 경면가공 향상에 기여한다. 0.04 이하 첨가시 개량처리 효과가 부족하다. 위와같은 본 발명 합금의 제조방법을 공정별로 설명하면 다음과 같다.

[준비 공정]

용해 사전준비 단계로서 모합금을 제조하고 지금(地金)을 준비한다.

[제1공정]

용해 단계로서 제조된 모합금에 합금원소(Mg, Ti등)를 첨가하여 Ar 분위기하에서 700-800℃로 용해하여 용탕을 만든다.

종래에는 Al합금용해는 800-900℃에서 행하고 있으나, 본 발명에서는 용해온도를 700-800℃로 하므로써, 응고후의 미세조직을 더욱 미세하게 해준다.

[제2공정]

급속냉각주조단계로서 제1공정에 만들어진 용탕이 직경 31mm의 구리 주형에 700℃로 주입되고 주입된 용탕을 제1도에 도시된 급속냉각장치에 의하여 25-30℃/sec의 속도로 급속냉각주조한다. 즉 용탕주입구 (4)의 직경을 31mm로 하는 구리 주형을 제작하고 주형내벽(2)과 주형외벽(1) 사이에는 냉각수가 순환할 수 있도록 냉각수 순환용 중공(3)을 형성시켜 냉각수 주입구(5)를 통하여 냉각수 순환용 중공에 들어온 냉각수는 용탕의 아랫부분부터 냉각시키고 열전도에 의하여 가열되어 주형상부에 설치된 냉각수 배출구(6)를 통하여 배출되는 구조로 되어있다. 종래에는 일반주형을 사용하여 냉각속도가 5-15℃/sec로 미세구조가 매우 조대한 반면, 본 발명에서 사용한 급속냉각장치를 이용할 경우 미세한 조직을 얻을 수 있다.

[제3공정]

냉간단조 단계로 300-350℃의 온도 3m/min의 속도로 압출된 주괴를 400ton 이상의 프레스를 사용하여 냉각단조한다.

종래에는 120℃ 정도에서 48시간 정도를 시효처리하여 경도가 150정도 얻어졌다.

본 발명에는 165-175℃에서 8시간 시효처리하여, 경도, Hv를 150이상 얻으므로써, 공정에 소요되는 시간을 단층시킬 수 있다.

[제4공정]

열처리 단계로서 500-520℃에서 1시간 용체화 처리한후 165-175℃에서 8시간 시효처리한다.

[마무리 공정]

정밀가공 단계로서 상기와 같은 공정별로 제조된 주괴를 용체화처리 및 에이징처리를 거쳐 초경 바이트를 사용하여 황삭가공한 후 천연 다이아몬드 바이트를 사용하여 정밀가공한다.

이와같은 공정별 급속냉각구조 방법에 의하면 초정 Al의 조직이 미세화되고 따라서 균일한 분포의 입자를 갖는 주조조직이 얻어진다.

한편 제2도는 본 발명에 따른 급속 냉각 주조방식에 의하여 주조된 합금을 500℃×1hr의 조건에서 열처리한후의 조직상태를 광학현미경으로 관찰한 것을 160배 확대한 사진이며 제3도는 표 1에 제시한 7번의 비교합금을 500℃×1hr의 조건에서 열처리한 후의 조직상태를 광학현미경으로 관찰한 것을 160배 확대한 사진이다.

상기의 확대사진에 따라 제2도와 제3도를 비교하면 제2도에 나타난 합금의 조직상태는 공정 Al (a)이핵생성에 의하여 형성됨으로 인해 제3도에 비해 조직이 미세함을 보여주며 제2도의 공정 Si (b) 분포 역시 제3도의 그것에 비하여 Al기지내에서 균일하게 분포되어 있음을 도시한다.

이상의 본 발명에 따르는 작용효과는 경면가공성의 향상으로 회전헤드드럼과 밀착되어 습동하는 테이트의 손상이 최소화됨에 따라 테이프의 수명이 연장되며 내마모성의 향상으로 테이프와의 마찰에 의한 마모를 최소화하여 드럼의 사용기간은 증가시킨다.

또한 급속냉각방식 주조 방식에 의하여 합금을 주조함에 따라 초정Al의 조직이 미세화되고 따라서 Si 입자가 Al 기지내에 균일하게 분포된다. 이외에 본 발명에 따르는 합금의 제반특성이 비교합금과 대비되어 다음에 표 2에 제시된다.

[표 2]

개발합금 및 비교합금의 제반특성비교

Claims (2)

1. DAT 헤드드럼용 Al합금에 있어서, Al을 주성분으로 하고 중량으로 Si 6-14％, Cu 1.5-2.5％, Mg 0.5-1.0％, Ti 0.1-0.3％, Sr 0.04-0.1％, Fe 0.01-0.1％를 포함하는 것을 특징으로 하는 Al합금.
2. DAT 헤드드럼은 Al합금의 제조방법에 있어서 i) 모합금에 합금원소를 첨가하여 700-800℃로 용해시키는 제1공정과 ; ii) 700℃에서 30℃/sec의 냉각속도로 급속냉각 주조하는 제2공정과 ; iii) 냉간단조하는 제3공정과 ; iv) 500-520℃에서 1시간 용체화 처리한후 165-175℃에서 8시간 시효처리하는 제4공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지탈 오디오 테이프레코더(DAT) 헤드드럼용 Al합금의 제조방법.

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