KR910008148B1 - 내식성 알루미늄 합금과 이로부터 제조되는 회색의 내광성 표면을 갖는 제품 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내식성 알루미늄 합금과 이로부터 제조되는 회색의 내광성 표면을 갖는 제품 및 그 제조방법

본 발명은 바나듐을 함유하는 내식성이 개선된 알루미늄 합금 및 이 합금으로부터 제조되는 제품에 관한 것인데, 이 제품들은 양극산화 처리시 균질한 회색의 내광성(耐光性; light-fast) 표면을 가지며 최대 50％의 반사율을 갖는다.

본 발명의 합금은 철 1.20-1.60중량％, 망간 0.25-0.55중량％, 바나듐 0.05-0.25중량％, 실리콘 최대 0.20중량％, 구리 최대 0.30％, 마그네슘 최대 5.0중량％, 크롬 최대 0.10중량％, 아연 최대 2.0중량％, 지르코늄 최대 0.25중량％, 티타늄 최대 0.10중량％, 총불순물 최대 0.50중량％ 및 잔량이 알루미늄으로 구성된다. 본 발명은 상기 합금으로부터 내식성이 개선되고 양극 산화 처리시 균일한 회색의 내광성 표면을 가지며 최대 50％의 반사율을 갖는 알루미늄 제품을 제조하는 방법을 포함한다.

이제까지 알루미늄 합금 제품에 장식적 회색 색조를 갖도록 하는 여러 방법이 알려져 왔다. 이들 방법들은 알루미늄 합금 제품들의 표면을 양극 산화시키는 방법을 기초로 한 것으로서, 추가로 색상 흡착 처리(absorptive coloring)을 필요로 하지 않는다. 이와 같이 하여 이루어진 색조의 질 및 그 특성들은 여러 가지 공정 변수들, 특히 전해질의 성분, 사용 전압, 전류의 형태, 밀도, 체류 시간 및 사용되는 특정 합금의 성분들에 의해 결정된다.

당업계에서는 2단계의 전기 착색법(electrocoloring processes)들을 이용하는 것이 일반적이며 이들 전기 착색법들은 당업계에 공지되어 있다. 통상적으로, 2단계의 착색 과정 중 제1단계에서는, 전류 밀도가 100-200A/㎡인 직류를 사용하여 황산 또는 황산/옥살산 전해질 내에서 두께 약 20㎛의 산화층이 형성된다. 그 다음에 제2단계로서, 소정 성분의 금속염 용액 내에서 전류밀도 10-100A/㎡의 교류가 사용된다. 제2단계 중에, 금속 성분들이 금속염 용액으로부터 추출되어 산화층상에 전착되고, 이들 금속 성분들은 산화층 내의 기질 부분에 부착되어 산화물의 영구내광성 색상을 형성하게 된다.

전술한 다단계 착색 방법 이외에, 내광성 회색을 내기 위한 다른 마무리 방법에서는 단일 단계의 양극 산화가 이용되는데, 전류 밀도 70-800A/㎡의 직류를 특정 전해질 내에 가하여 자연적인 자가(自家) 색조(self-color tone)를 갖는 산화층을 형성한다. 이러한 단일 양극 산화 착색 단계에서 얻어지는 색상은 합금의 성분에 좌우되고 또 유기산과 필요한 경우 첨가되는 황산으로 이루어진 전해질의 성분에 따라 좌우된다. 이러한 방법에 사용되는 대표적인 합금들은 알루미늄-망간, 알루미늄-마그네슘 및 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 형태의 알루미늄 합금들이다.

전술한 방법들 외에, 알루미늄 반제품들을 제조할 때 선택된 합금과 특정한 처리 공정을 사용함으로써 표준 양극 산화 공정으로 그 반제품 상에 장식적인 회색 색조를 얻을 수가 있게 된다. 경비면에서 극히 유리한 이들 잘 알려진 표준 양극 산화법에서는 전류 밀도가 80-300A/㎡인 직류를 사용하고 카르본산이 첨가되는 경우도 있는 황산 전해질이 이용된다. 현재까지, 이들 양극 산화법을 위하여 선택되는 알루미늄 합금들은 실리콘 4.5중량％ 및 마그네슘 0.5중량％를 함유한다. 상기 알루미늄 합금을 양극 산화시킬 때 150A/㎡의 전류밀도를 사용하면, 40분 후에 두께가 약 18㎛이고 온화한 회색 색조를 나타내는 산화층을 얻을 수 있다. 회색 색상조의 단위로서의 광반사율은 20％에 달한다. 60분 정도 산화 처리를 행하면, 산화층의 두께가 27㎛이고 광반사율이 135％ 자가 색광질(色光質)인 암회색 색상을 얻을 수 있다. 각 경우에 있어서, 광반사율은 LANGE UME 1-LFE1 측정 기구를 사용하여 측정한다.

상기 알루미늄 합금이 반제품의 제조에 사용될 경우 그 반제품의 제조에 사용되는 성형 공구들이 과도하게 마모되게 된다. 더욱이, 색조 및 균질성 면에서 볼 때 공차를 작게 유지하기가 어렵게 된다.

따라서, 본 발명의 주목적은 알루미늄 제품을 제조하는데 사용되는 내식성이 증가된 알루미늄 합금을 개발하려는데 있다.

본 발명의 특정의 목적은 합금의 표면 반사율이 균질한 상기 합금으로부터, 양극 산화 처리한 알루미늄 제품들을 개발하고자 함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 추가의 착색 공정을 요하는 일이 없이 종래의 방법을 사용하여 얻은 것보다 표면의 질이 우수한 개선된 알루미늄 제품을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기타 목적 및 효과는 이하의 설명으로부터 분명하여질 것이다.

본 발명에 의하면, 전술한 목적 및 장점들을 용이하게 얻을 수 있게 된다.

본 발명은 바나듐이 첨가된 신규의 알루미늄 합금 성분으로부터 물성이 개선된 알루미늄 제품들을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 양극 산화 처리된 상태의 알루미늄 제품은 균질한 회색의 표면과 그 광반사율은 양극 산화처리하지 않은 유사한 성분의 제품과 비교시 LA-NGEUME1-LFE1 측정기로 측정할 때 그 광반사율이 최대 50％인 것이 특징이다.

본 발명은 바나듐을 함유하는 내식성이 개선된 것이 특징인 알루미늄 합금에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 본 발명의 방법에 따라 알루미늄 제품을 제조하는데 사용되는 알루미늄 합금은 철 1.20-1.60중량％, 망간 0.25-0.55중량％, 바나듐 0.05-0.25중량％, 실리콘 최대 0.20중량％, 구리 최대 0.30중량％, 마그네슘 최대 5.0중량％, 크롬 최대 0.10중량％, 아연 최대 2.0중량％, 지르코늄 최대 0.25중량％, 티타늄 최대 0.10중량％, 총불순물 최대 0.50중량％ 및 잔량이 알루미늄으로 구성되어 있다. 바람직한 합금 성분에서는, 바나듐 함량이 0.10-0.20중량％, 철 함량이 1.30-1.50중량％ 및 실리콘 함량이 0.08중량％이하이고, 철과 망간의 중량비는 3.0-4.0 대 1이다. 본 발명의 합금의 내식성은 바나듐을 포함하지 않는 유사한 다른 합금들에 비해 현저하게 개선된다.

본 발명에 의한 상기 합금 성분들의 조성 범위는 실험에 의하여 얻은 값들로서, 양극 산화 처리시 균질한 회색의 내광 특성과 최대 50％의 반사율 및 소정의 내식성을 유지하는데 요구되는 값들이다.

본 발명의 합금 성분으로부터 제조되는 알루미늄 제품에 요구되는 광반사 특성을 얻기 위해서는, 합금 성분으로부터 알루미늄 제품을 제조하는 도중에 여러 가지 처리 공정들을 조절할 필요성이 있다. 본 발명에 따르면, 양극 산화 처리된 상태에서 균일한 회색을 띠고, 내광 표면을 가지며 광반사율이 최대 50％인 알루미늄 제품을 제조하는 방법은, 주조 과정으로부터 제품 과정까지 전술한 본 발명의 알루미늄 합금을 560℃이하의 온도로 처리하는 과정 중 500 내지 560℃ 사이에서의 처리 시간을 4시간 이하로 하는 고정을 포함한다.

이와 같이 처리된 알루미늄 제품은 10-25중량％의 황산과 최대 5중량％의 카르본산을 포함하는 황산 전해질 내에서 직류를 사용하여 양극 산화 처리된다. 본 발명의 방법에 따르면, 고온 성형 공정 및 선행의 열성형 공정에서의 온도와 같은 모든 열처리 온도는 가능한 한 최저의 온도 대역으로 하고 300℃이상의 온도에서의 처리 시간은 가능한 한 짧게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 합금 성분과 본 발명의 방법에 따라 제조한 양극 산화 처리 알루미늄 제품은 양극 산화 처리하지 않은, 유사한 성분의 다른 제품에 비해 산화층 두께가 5-30㎛인 경우 광반사율이 8-45％정도이고, 산화층의 두께가 약 10㎛일 때에는 30％이하인 산화층을 형성한다.

본 발명의 장점과 특징 및 더 상세한 설명은 아래의 최선의 실시예로부터 명백하게 드러나게 될 것이다.

[실시예 1]

철 1.44％, 망간 0.38％, 실리콘 0.06％, 바라듐 0.12％, 불순물 0.07％ 및 잔량이 알루미늄인 합금을 단면이 320×1080mm²인 장방형 스트랜드로 되도록 주조하였다. 통상적으로 주조된 잉코트의 양면을 10mm 깊이로 스캘핑(scalping)하였다. 고온 정부(hot-top) 또는 마그네틱 몰드 주조를 사용할 경우에는, 상기 스캘핑 공정을 생략할 수도 있다. 다음에 슬라브를 520℃로 가열하여 곧바로 고온 압연기로 반송하여 두께 8mm의 판이 되도록 압연하였다. 온도가 450℃인 상기 압연기로부터 반출되는 압연판을 수조에 통과시키고, 이어서 두께 1.0mm로 되게 냉간 압연하였다. 320℃에서 3시간 동안 최종 풀림처리(anneal)한 후에, 상기 판의 최종 인장 강도 Rm은 137MPa, 0.2％ 내력 R_po.2은 108MPa, 연신률(A₅)은 42％이었다.

규격이 980×980mm²인 판들을 전해질 내에서 양극 산화 처리하였다. 전해조에는 리터당 180g의 황산과 10g의 옥살산을 함유시켰다. 직류 밀도는 150A/㎡이었다. 산화층은 전 표면에 걸쳐 균질한 중간 회색을 나타내었다. LANGE UME1-LFE1을 사용한 광반사율은 16％이었다. 40분 동안 양극 산화 처리시킨 판들은 그 산화층의 두께가 20㎛이고, 균질한 광반사율은 10％로서 암회색 표면이었다.

[실시예 2]

철 1.43％, 망간 0.14％, 바나듐 0.12％, 지르코늄 0.15％, 실리콘 0.05％, 불순물 0.06％ 및 잔량이 알루미늄인 합금을 사용하여 직경 200mm의 원형 잉고트를 주조하였다. 이 잉고트를 그 주연부에서 2mm 깊이로 기계 가공하였다. 다음에, 압출하기 위하여 그 잉고트를 490℃로 급속 가열한 후 지체없이 각각 단면적이 140mm²인 3개의 부분들로 압출하였다. 압출 접합부가 포함된 압출 스트랜드를 540℃의 온도에서 다이로부터 반출하여 압송 공기 냉각에 의하여 냉각시켰다.

인장 시험 결과 인장 강도 Rm은 155MPa이고, 0.2％ 내력 R_po.2은 88MPa이었다.

상기 압출 스트랜드들을 리터당 황산 180g 및 옥살산 10g이 함유되어 있는 전해조 내에서 전류밀도 200A/㎡의 직류를 사용하여 양극 산화 처리하였다. 13분 동안 처리한 후의 산화층의 두께는 9㎛이었다. 광반사율은 17％이었다. 3개의 단면들은 구조와는 관계없이 모두 균질한 중간 회색을 나타내었다. 분명한 색상차이는 나타나지 않았다.

[실시예 3]

철 1.46％, 망간 0.38％, 마그네슘 1.2％, 실리콘 2.05％, 불순물 0.05％ 및 잔량이 알루미늄인 합금을 사용하여 직경 160mm인 잉고트를 주조하였다. 이 잉고트를 그 주연부에서 3mm의 깊이로 기계 가공하고 압출시키기 위하여 380℃로 급속 가열한 후 이 온도에서 1시간 동안 유지시킨 후, 16m/min의 속도로 4×30mm²의 장방형 단면으로 압출하였다. 압출된 스트랜드를 460℃의 온도에서 다이로부터 반출한 후 공냉시켰다. 인장 강도 Rm은 220MPa, 0.2％ 내력 R_po.2는 112MPa, 그리고 연신률(A₅)은 19％이었다. 3％ 신장시킨 후의 Rm값은 225MPa, R_P0.2는 109MPa, 그리고 연산율(A₅)은 18％이었다.

그 압출물을 리터당 180g의 황산과 10g의 옥살산이 함유된 전해조 내에서 전류밀도 150A/㎡의 직류로 양극 산화처리하였다.

25분 동안 처리한 후의 산화층의 두께는 12㎛이었다. 광반사율은 15％이었다.

[실시예 4]

다음과 같은 합금 성분들을 갖는 4개의 시편들을 준비하였다.

1) 철 1.4중량％, 실리콘 0.11중량％, 망간 0.41중량％, 바나듐 0.003중량％, 알루미늄 잔량.

2) 철 1.4중량％, 실리콘 0.11중량％, 망간 0.41중량％, 바나듐 0.053중량％, 알루미늄 잔량.

3) 철 1.4중량％, 실리콘 0.11중량％, 망간 0.41중량％, 바나듐 0.102중량％, 알루미늄 잔량

4) 철 1.4중량％, 실리콘 0.11중량％, 망간 0.41중량％, 바나듐 0.152중량％, 알루미늄 잔량.

주조, 스캘핑, 균질화 및 열간 압연 후, 시편들을 두께 1mm의 판으로 되도록 냉간 압연하였다. 다음에 이들 시편들을 400℃의 온도에서 풀림 처리하여 연하 상태로 회복귀시켰다. 이어서, 시편들을 가단한 가성세정(caustic pickling)하여 3％ 염화나트륨과 1％의 염화수소를 함유하는 수용액 내에 2시간 동안 침지시켜서 합금의 내식성을 측정하였다. 찌르레더-쭈르부루크(Zeerleder -Zurbrugg) 시험이라 부르는 상기 시험은 알루미늄 합금들의 내식성을 시험하는 통상의 방법이다.

상기 실험의 결과는 다음 표 1에 기재하였다.

[표 1]

상기 표로부터 알루미늄 합금에 대한 부식 정도는 합금 중의 바나듐 함량이 증가함에 따라 현저히 감소됨을 알 수 있다.

본 발명의 기본적인 특성 또는 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 본 발명은 다른 형태 또는 다른 방법으로 수행될 수 있다. 따라서, 본 실시예는 단지 예시적인 것이지 제한적인 것이 아니며, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 범위와 균등성의 범주 내에 드는 모든 변경들이 본 발명에 포함되어야 한다.

Claims (12)

1. 철 1.20-1.60중량％, 망간 0.25-0.55중량％, 바나듐 0.05-0.25중량％, 실리콘 최대 0.20중량％, 구리 최대 0.30중량％, 마그네슘 최대 5.0중량％, 크롬 최대 0.10중량％, 아연 최대 2.0중량％, 지르코늄 최대 0.25중량％, 티타늄 최대 0.10중량％, 총불순물 최대 0.50중량％ 및 잔량이 알루미늄이고, 철 대 망간의 중량비가 2.8-5.0 : 1인 것을 특징으로 하는 내식성이 개선된 알루미늄 합금.
2. 제1항에 있어서, 바나듐 함량이 0.10-0.20중량％인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
3. 제1항에 있어서, 철 함량이 1.30-1.50중량％이고, 실리콘 함량이 0.08중량％ 이하이며, 철 대 망간의 중량비가 3.0-4.0 : 1인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
4. 제2항에 있어서, 철함량이 1.30-1.50중량％이고, 실리콘 함량이 0.08중량％이하이며, 철 대 망간의 중량비가 3.0-4.0 : 1 사이인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
5. 양극 산화 처리된 상태에서 균질한 회색을 띄고 내광성 표면을 가지며 광반사율이 최대 50％인 개선된 알루미늄 제품을 제조하는 방법에 있어서, (a) 철 1.20-1.60 중량％, 망간 0.25-0.55중량％, 바나듐 0.05-0.25중량％, 실리콘 최대 0.20중량％, 구리 최대 0.30중량％, 마그네슘 최대 5.0중량％, 크롬 최대 0.10중량％, 아연 최대 2.0중량％, 지르코늄 최대 0.25중량％, 티타늄 최대 0.10중량％, 총불순물 최대 0.50중량％ 및 잔량은 알루미늄으로 구성된 알루미늄 합금을 마련하는 공정, (b) 이 합금을 주조하는 공정, (c) 이 합금을 주조단계로부터 제품 단계까지 560℃ 이하의 온도에서 처리하는 과정에서, 540-560℃에서의 체류 시간을 4시간 이하로 하는 공정, (d) 공정 (c)에서 얻은 제품을 양극 산화 처리하는 공정의 결합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄 제품의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 바나듐 함량이 0.10-0.20중량％인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제5항에 있어서, 철함량이 1.30-1.50중량％이고, 실리콘 함량이 0.08중량％ 이하이며, 철 대 망간의 중량비가 3.0-4.0 : 1인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 철함량이 1.30-1.50중량％이고, 실리콘 함량이 0.08중량％이하이며, 철 대 망간의 중량비가 3.0-4.0 : 1인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제5항에 있어서, 양극 산화 처리 공정이 전해질 내에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 주조 합금을 10-25중량％의 황산 및 최대 5중량％의 카르본산을 포함하는 황산 전해질 내에서 직류를 사용하여 양극 산화 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제5항 기재의 방법에 의해 제조되는 균질한 회색을 띄고 내광성 표면을 가지며 광반사율이 최대 50％인 것을 특징으로 하는 알루미늄 제품.
12. 철 1.20-1.60중량％, 망간 0.25-0.55중량％, 바나듐 0.05-0.25중량％, 실리콘 최대 0.20중량％, 구리 최대 0.30중량％, 마그네슘 최대 5.0중량％, 크롬 최대 0.10중량％, 아연 최대 2.0중량％, 지르코늄 최대 0.25중량％, 티타늄 최대 0.10중량％, 총불순물 최대 0.50중량％ 및 잔량이 알루미늄이고, 양극 산화 처리된 제품의 산화층의 광반사율이 산화층의 두께가 5-30㎛일 때 8-45％, 산화층의 두께가 10㎛일 때에는 30％ 이하인 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리된 알루미늄 합금.