KR910008207B1 - 알루미늄-리튬합금 제조용 알루미늄 피복리튬괴 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

알루미늄-리튬합금 제조용 알루미늄 피복리튬괴 제조방법

제1도는 본 발명의 일실시예를 보인 개략 단면도.

제2도는 밀봉된 상태의 알루미늄 피복리튬괴에 대한 단면도.

본 발명은 알루미늄-리튬합금의 제조시에 사용되는 알루미늄 피복리튬괴의 제조방법에 관한 것으로, 특히 압출기로부터 압출되는 고상(固相)의 리튬금속을 압출기선단에 위치하는 알루미늄 용기 내부로 충진시키고, 그 충진된 알루미늄 용기의 주입구를 알루미늄으로 밀봉하여 알루미늄 피복리튬괴(塊)를 제조하는 알루미늄 피복리튬괴 제조방법에 관한 것이다.

리튬(Li)은 그 비중에 0.534의 가장 가벼운 금속으로서 연성(延性)이 매우 우수한 반면 화학적으로 활성이 매우 커서 리튬금속 단독으로는 이용가치가 높지 못하나, 알루미늄에 첨가되어 알루미늄-리튬합금으로 되는 경우에는 알루미늄의 강도를 크게 향상시킴은 물론 알루미늄 합금 전체의 중량을 상당히 감소시키는 역할을 한다.

일예로 알루미늄에 1%의 리튬을 첨가하게 되면 첨가전에 비해 중량은 3% 감소하고, 강성은 6%가량 향상된다.

또한, 지금까지 개발된 알루미늄-리튬금속합금(2090)은 종래의 고력 알류미늄합금(7075)에 비해 비(比)강도 및 비(比) 탄성율에서 10% 가량의 증가치를 나타낸다.

이같이 알루미늄-리튬합금은 경량이면서 강인성을 띔에 따라 항공. 우주산업분야 및 초경량구조체 등의 재료로서의 이용뿐만이 아니라 상기 특성을 요하는 각종 산업분야에의 이용이 기대되고 있다.

종래의 알루미늄-리튬합금의 제조방법으로서 미국특허 제4, 556, 535호에는 외부로부터 아르곤(Ar)과 염소(CL₂)의 혼합가스가 공급되는 밀폐된 혼합조 내부로 용융 알루미늄과 용융 리튬을 연속적으로 공급하여 혼합한 다음 이 알루미늄-리튬혼합 용탕을 필터를 거쳐 잉곳(Ingot)주조장치로 유입시켜 알루미늄-리튬합금의 잉곳을 제조하는 알루미늄-리튬합금의 제조방법이 개시되어 있다.

그러나, 이와같은 합금 제조방법은 용융 합금원 및 혼합조를 비롯한 잉곳 주조장치에 이르는 용해, 혼합 및 주조공정이 대기와 차단된 상태의 불활성가스 분위기로 유지되어야 하며 또한, 리튬의 첨가량 제어를 위한 별도의 제어장치를 필요로 함에 따라 이 방법의 수행을 위해서는 막대한 설비비가 소요되고, 조작이 복잡한 등의 문제점이 있다.

한편, 일본공개특허 (소)62-37331호의 알루미늄-리튬계 합금의 제조방법에 따르면, 산소의 혼입을 방지하기 위한 방편으로 아르곤 등의 불활성가스로 충진된 글로우브박스(Glove Box)내에서 급속리튬을 용해하여 이를 알루미늄 용기에 주입한 다음 그 주입구를 알루미늄으로 밀폐하여 얻어진 알루미늄 피복리튬괴를 대기중에서 용해되는 용융 알루미늄의 용탕내에 첨가하여 알루미늄-리튬합금을 제조하는 방법이 알려져 있으나, 이 방법은 알루미늄 피복리튬의 제조공정이 엄청난 설비비용의 투자를 요하는 글로우브박스 내부에서 수행됨에 따라 리튬의 용해 및 주조작업이 용이하지 않으며 제작비용면에서도 불리한 문제점이 있다.

또한, 일본공개특허 (소)62-17143호에는 불활성가스 분위기중에서 금속리튬을 압연한 다음, 이 압연된 리튬판체를 소정형태로 절단하여 그 절단된 리튬편을 진공증착기 내부에서 알루미늄으로 표면증착하여 알루미늄 피복리튬괴를 제작한 다음 이 피복리튬괴를 알루미늄 용탕중에 첨가하여 알루미늄-리튬합금을 제조하는 방법이 개시되어 있으나. 이 방법 역시 전기한 바의 방법과 마찬가지로 불활성가스 분위기하에서 압연공정을 수행함에 따라 분위기 제어를 위한 막대한 설비와 진공증착을 위한 별도의 진공증착기를 필요로 할 뿐만 아니라 절단작업에 따른 리튬자체의 손실이 커서 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

이상의 종래 알루미늄-리튬합금의 제조방법이 지니고 있는 공통적인 문제점으로는 리튬자체의 특성 즉, 여타금속에 비해 고온에서의 활성도가 매우 높아 대기중의 산소나 수분과 반응하기 쉽다는 성질에 기인하여 리튬의 대기와의 직접적인 접촉을 피하기 위하여 전체용해 공정을 대기와는 차단된 일련의 연속적인 공정을 통해 수행하거나, 불활성가스분위기 또는 진공상태에서 리튬금속의 표면을 알루미늄으로 피복한 알루미늄 피복리튬괴를 제작하여 이 피복리튬괴를 알루미늄 용탕중에 첨가하여 합금을 제조하는 방식을 취함에 따라 대규모의 분위기 제어장치를 필요로 하여 결과적으로 합금제조비용의 상승을 피할 수 없다는데 있다.

따라서, 본 발명은 알루미늄-리튬합금을 제조함에 있어서 금속리튬과 대기와의 차단을 위한 별도의 글로우브박스 등의 분위기 제어장치의 필요를 배제한 채 대기중에서 압출기를 이용하여 고상의 리튬을 압출하고 그 압출되어 나오는 리튬을 직접 알루미늄 용기에 충진 및 밀폐시켜 알루미늄 피복리튬괴를 제조하고, 이와 같이 하여 제조된 알루미늄 피복리튬괴를 대기중에서 용해중인 용융 알루미늄중에 첨가함으로써 알루미늄-리튬합금을 제조하는 알루미늄-리튬합금의 제조시에 사용되는 알루미늄 피복리튬괴 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 일반적인 압출기의 압출구 선단부에 그 압출구멍의 단면형성과 일치하는 내부단면을 갖는 알루미늄 용기의 주입구를 밀착시킨 상태에서 압출작업을 수행함으로써 압출기의 압출구멍을 빠져나오는 고상의 리튬이 대기와의 접촉이 차단된 상태에서 지접 알루미늄 용기내부로 충진되어 진다.

특히, 본 발명의 알루미늄 피복리튬괴 제조방법에 있어서는 압출기의 콘테이너 내부로 금속리튬을 장입하는 과정에서 그 리튬의 표면부가 대기중에 일시적으로 노출되어 리튬소재의 표면부에 산화물스킨이 발생하는 것은 불가피하나 이같은 산화물스킨은 압출기의 다이각도를 크게 유지함으로써 압출과정에서 데드메탈(dead metal)로 되어 컨테이너의 후반부에 잔류하게 됨에 따라 산화물스킨이 알루미늄 용기 내부로 혼입되는 것이 억제된다.

알루미늄 용기 내부에 리튬이 완전히 충진된 다음에는 별도의 알루미늄 판이나 포일로 그 용기의 주입구를 밀봉함으로써 알루미늄 피복리튬괴가 얻어지는데, 이같은 압출공정 및 밀봉공정은 대개 대기중에서 수행되어 지나, 작업의 효율을 더욱 높이기 위하여 이들 공정을 불활성가스 분위기하의 글로우브박스 내에서 수행할 수도 있다.

이와같은 본 발명의 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명 방법에 사용되는 압출기 및 알루미늄 용기의 일실시예를 보인 개략 단면도이며, 제2도는 밀봉된 상태의 알루미늄 피복리튬괴의 단면도이다.

먼저, 압출기의 컨테이너 내부로 제공될 소재 리튬이 기름속에 보존되어 있을 경우에는 소재의 표면에 부착되어 있는 유지성분을 완전히 제거한 다음, 소재 리튬의 대기노출에 의한 산화물 생성을 억제하기 위한 방편으로 그 주위로 아르곤가스를 불어주면서 소재리튬을 컨테이너(1)의 내부(2)에 장입하고, 다이(3) 선단부의 압출구멍(4)에 알루미늄 용기(5)의 주입구(6)를 일치시켜 밀착 고정시킨 상태에서 컨테이너(1) 내부(2)에 설치된 램(7)을 전방으로 이동시킴에 따라 컨테이너(1)의 내부(2)의 리튬(8)은 압출구멍(4)을 경유하여 알루미늄 용기(5) 내부로 채워지게 된다.

도면중 미설명 부호 11은 알루미늄 용기(5)의 고정구이다.

이때, 압출기의 다이각도는 충분히 크게 형성되어 있음에 따라 소재의 외주면에 형성된 산화물스킨(9)은 전방으로의 압출이 억제된 채 컨테이너 내부(2)의 후반부에 데드메탈로 잔류하게 된다. 통상적인 압출에서는 이같은 데드메탈의 생성이 바람직하지 못한 것으로 간주되어 이를 방지하기 위한 방편으로 윤활제를 사용하거나 다이각도를 감소시키게 되나, 이와달리 본 발명의 리튬압출에서는 데드메탈의 생성을 적극적으로 유도함으로써 알루미늄 용기 내부로 산화물스킨(9)이 혼입되는 것을 억제하게 된다.

다음, 일단 알루미늄 용기(5) 내부에 리튬(8)의 충진이 완료되면 표면에 다량의 광유가 묻혀진 커터를 사용하여 알루미늄 용기(5)를 분리해 내게 되는 데, 이때 리튬의 절단면에는 광유막이 형성되어 대기와의 접촉이 방지되게 된다.

다음, 알루미늄 용기(5)의 상부 리튬절단면상에 아르곤가스를 불어 넣으면서 광유막을 닦아냄과 동시에 알루미늄판 또는알루미늄포일로된 밀폐용 덮개(10)를 주입구(6)에 씌워서 밀봉함으로써 알루미늄 피복리툼괴가 얻어지게 된다.

이와같이 하여 제조된 알루미늄 피복리튬괴는 그 자체로서 직접 사용할 수도 있으나, 필요에 따라 압연, 압출 또는 인발 등의 기계가공을 행하여 연신된 상태의 알루미늄 피복리튬괴를 내부의 리튬이 노출되지 않도록 유지한 채 적정 크기로 절단하여 사용할 수도 있다.

이후, 상기 알루미늄 피복리튬괴의 제조와는 별도로 대기중에서 용해된 알루미늄 또는 알루미늄 다원계 합금의 용탕중에 소정량의 알루미늄 피복리튬괴를 첨가하여 교반을 행하면서 용해함으로써 경량이면서도 강인성을 띠는 알루미늄-리튬합금이 얻어지게 된다.

이와같은 본 발명은 불활성가스 분위기의 유지를 위한 별도의 분위기 제어장치를 필요로 함이없이 대기중에서 압출을 통하여 알루미늄으로 리튬을 피복하고, 그 피복리튬괴를 대기중에서 용해된 용융 알루미늄 또는 알루미늄 합금중에 첨가하여 알루미늄-리튬합금을 제조할 수 있기 때문에 합금의 제조비용이 낮아짐은 물론 산화리튬을 비롯한 리튬화합물이 합금내부에 생성되는 것을 방지할 수 있어 비금속 개재물의 존재에 따른 합금의 인성저하를 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 알루미늄 피복리튬괴를 대기중에서 용해된 용융 알루미늄 용탕중에 첨가하여 알루미늄-리튬합금을 제조하는 방법에 있어서, 고상의 리튬금속을 알루미늄 용기 내부로 직접 압출하여 알루미늄 용기 내부에 충진한 다음 그 알루미늄 용기의 주입구를 알루미늄 재질의 덮개로 밀봉함을 특징으로 하는 알루미늄-리튬합금 제조용 알루미늄 피복리튬괴 제조방법.

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