KR930007947B1 - 흑색알미늄 합금기물의 제조방법 및 그 알미늄 합금기물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

흑색알미늄 합금기물의 제조방법 및 그 알미늄 합금기물

본 발명은 열간압연공정 없이 열간압출 및 냉간압연공정으로 판재를 형성하는 방법으로 제조하여 알미늄합금의 기물이 흑색의 미려한 색상을 가지면서 조직이 치밀하고 광택성이 양호하도록 하는 알미늄 합금기물의 제조방법 및 그 알미늄합금기물에 관한 것이다.

종래에도 흑색류의 자연발색 색상을 갖게하는 알미늄합금의 제조방법이 있었다.

즉 일본특개소 50-43016호에서는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni)을 함유하는 알미늄합금 슬라브(Slab) 또는 비렛트(billet)를 주조하고 주조된 비렛트(billet)를 520℃에서 3시간 유지하고 압출하여 형재를 생산하거나 또는 600℃에서 6시간 유지하여 균질처리하고 열간압연 및 냉간압연공정에 의하여 판재를 형성한 다음 황산피막처리하므로서 회흑색의 알미늄합금판재를 얻는 방법이 설명되어 있다.

그러나 이러한 일본특개소 50-43016호에서는 판재를 형성하기 위하여 열간압연 및 냉간압연공정에 의하므로 값비싼 열간압연기를 필요로 할뿐아니라 주방용기물과 같은 다품종 소량생산에는 부적합한 등의 문제점이 있는 것이었고 또한 위 일본의 발명은 본 발명과 같이 주방용기물을 생산하기 위한 것이 아니고 형재 또는 판재를 생산하기 위한 것이므로 기물생산에서는 필수적인 소둔공정에 대한 구체적 조건의 제시가 없었으며 합금성분 역시 망간(Mn)과 니켈(Ni)를 함유시켜 강도를 높게 하므로서 건축용이나 기타 구조물에 적합하도록한 것이므로 냄비 등 주방용기물 생산에는 적합하다 할수 없는 것이었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 판재형성을 열간압연과 냉간압연공정에 의하지 아니하고 값산 열간압출기에 의한 열간압출 및 냉간압연에 의하여 판재를 생산하는 방법으로 제조하면서도 양호한 흑색의 알미늄합금기물을 얻도록 한 것이다.

다시 말하면 일반적으로 알미늄기물 생산용 판재 생산방식은 주조슬라브를 균질 처리후 열간압연하여 중간판재를 생산하고 이를 냉간압연하여 최종규격의 판재를 생산하고 있고 위 일본특개소 53-43016호에서도 이러한 방법으로 제조하고 있다.

이에 비하여 본 발명에서는 상기 공정 중 열간압연이 아닌 열간압출에 의해 중간판재를 생산하는 방식을 사용하고 있으며, 이와같은 방식은 압출과 압연설비 상의 경제성 뿐만아니라 규격(폭, 두께)이 다양한 주방용품의 다품종 소량생산에는 제품생산 수율 및, 생산성면에서 많은 잇점을 줄 수 있는 방법인 것이며 이와같이 열간가공(압출 또는 압연) 중간판재 생산방식의 차이로 인해 종래의 일본특개소 53-43016호에서와 같은 균질온도 등 제반의 조건은 본 발명생산공정에서는 적용될수 없는 것으로서, 이것은 열간가공시에 일어나는 금속의 열간변형과정 상의 열적변화조건의 차이에 기인하는 것이다.

즉, 열간압연과 달리 열간압출 시에는 비렛드의 급격한 변형 및 이로 인한 온도상승으로 인해 압출전의 열처리 조건(균질 및 가열)이 부적합 할 경우 결정립 성장 또는 압출판재의 떨림현상 등 제품생산 수율 및 품질이 현저히 떨어지게 되는 것이다.

예를들어 위 일본특개소 53-43016호의 실시예와 같이 600℃에서 6시간 유지하여 균질처리하고 이를 열간압연하지 않고 본발명과 같이 열간압출과 냉간압출하여 판재를 형성한다면 Al과 Fe의 금속간화합물의 상변화로 인해 압출시 입자조대화 현상이 초래될 뿐아니라 이와같은 상변화로 인해 향후 피막처리 후에 얻어지는 색상이 본 발명과 달리 흑색이 아닌 회색 또는 유백색 또는 혼합색상의 얼룩이 발색되는 등의 균일한 제품생산 재현성에 문제가 있게 되는 것이다.

또 일본특개소 53-43016호와 같은 종래발명의 판재로 기물을 제조할때 적절한 수둔조건에 의하여 수둔처리하지 않고 기물을 성형하고 황산피막할 경우에는 원하는 흑색이 발색되지 않거나 색상의 안정성이 부족하게 되는 것이다.

본 발명에서는 이러한 소둔조건도 구체화하여 제시한 것이다.

보다 구체적으로 설명하면 압출 및 압연공정에 의하여 판재를 형성하고 기물을 제작하면서도 조대화현상등의 문제가 발생하지 않도록 균질온도를 한정(500℃∼550℃에서 4∼8시간 유지) 하였고 안정된 흑색의 발색을 위하여 소둔조건도 구체적으로 한정한 것이다(520℃∼550℃에서 3∼8시간 유지)

본 발명을 공정별로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 공정 : 주조공정

철(Fe) 1.0-2.0%, 티타늄(Ti) 0.05%이하, 실리콘(Si) 0.10%-0.15%이고 나머지는 알미늄(Al)으로 되는 알미늄합금괴(Billet)를 통상의 방법으로 주조한다.

이와같이 주조된 알미늄합금의 함유성분 및 성분별역할에 대해 알아 보면 Fe(철)은 흑색 양극산화 피막을 얻기 위한 필수원수로써 함유량 1%미만에서는 그 발색효과가 충분치않아 색상 균일성을 얻기 어려우며 2%를 초과할 경우에는 주조 중 조대정출물(AlmFe)생성이 용이하게 되어 제품제조 공정 중 압출성 및 성형성을 현저히 떨어뜨리게 되므로 Fe 함유량은 1-2%내에서 관리되어져야 한다.

Ti(티타늄)은 흑색 색상 형성에는 영향을 미치지 않으나 주조조직을 미세하게 하여 압출성, 압연성, 성형성 및 제품의 최종 광택성에 영향을 주는 원소로써 함유량이 0.05%를 초과할 경우에는 Ti의 조대정출물 생성으로 인하여 오히려 가공성 및 제품 품위를 저하시키는 결과를 초래하므로 Ti 함유량은 0.05%이하로 관리되어져야 한다.

Si(실리콘)은 흑색 양극산화 피막을 얻기위한 보조원소로써 0.10%미만에서는 색조에 미치는 영향이 거의 없으며 0.15%를 초과할 경우에는 오히려 Si정출물로 인한 가공성 저하현상이 초래될 수 있으므로 0.10%-0.15%내에서 관리되어져야 한다.

제 2 공정 : 균질공정

제 1 공정에서 얻은 알미늄합금괴를 500-550℃로 가열하고 4-8시간 유지한 후 송풍식냉각으로 시간당 200℃이상의 냉각속도로 실온까지 냉각시킨다.

이때 알미늄 합금괴는 흑색의 양극산화 자연발색 피막을 생성할수 있는 균일한 합금구조 상태가 된다.

이와같이 500-550℃로 장시간 가열하는 것은 양질의 제품을 얻기 위한 중요한 공정으로서 주조공정 중 알미늄합금괴 내에 형성되어진 주조편석 및 주조응력을 제거하고 균일한 조직을 형성시켜 압출성, 압연성 및 성형가공성을 향상시켜 주게되며 이와같이 균질처리된 알미늄합금괴는 균일한 흑색 양극산화 피막을 갖는 조직구조를 형성하게 된다.

500℃미만에서는 상기의 효과를 충분히 얻을 수 없으며 550℃를 초과할 경우에는 주조시에 생성된 AlmFe 및 Al₆Fe 정출물의 상변화로 인해 양극산화 처리시 색상불균일을 초래할 수 있으므로 균질화 열처리는 500-550℃에서 4-8시간의 가열조건을 철저히 준수해 주어야 한다.

제 3 공정 : 압출공정

균질완료된 알미늄 합금괴를 340-390℃정도로 가열하고, 압출다이스를 통해 압출하여 일정두께의 압출판재를 얻는다.

이와같은 가열온도는 알미늄합금의 압출을 용이하게 하기 위한 예열목적 외에 압출시의 압출가공온도에 의한 알미늄합금내의 주요금속간 화합물의 상변화 및 결정립 성장을 억제시키기 위한 예비가열목적이 더 크다고 할 수 있으며 340℃미만에서는 상기의 목적을 달성키 어려우며 390℃를 초과시에는 압출시 지나친 온도상승으로 인해 결정립 조대화 및 입계용융 등의 조직붕괴현상을 초래할 수 있으므로 340-390℃ 범위 내에서 철저히 가열온도를 관리해 주어야 한다.

제 4 공정 : 압연공정

압출된 슬라브를 적절한 크기로 절단하고 냉간압연하여 필요한 두께의 판재를 형성한다.

제 5 공정 : 소둔공정

압연된 판재를 소둔온도 520-550℃로 가열하고 3-8시간정도 유지한 다음 송풍방식에 의하여 시간당 200℃ 이상의 속도로 실온까지 냉각시킨다.

이와같은 소둔공정은 성형성 향상을 위한 중간소둔 목적외에 균일한 흑색 제품을 얻기 위한 가장 중요한 공정으로서 주조 및 균질공정을 통해 형성되어 있는 AlmFe 정출물을 흑색발색 구조를 갖는 Al₆Fe중간상으로 상변화시켜 줌에 의해 이후의 양극산화 공정에 의해 얻어지는 피막은 흑색을 띄게된다.

520℃미만에서는 충분한 상변화를 시켜 줄수 없어 색상 불균일을 초래하게 되며 550℃를 초과할 경우에는 Al₆Fe중간상의 추가적인 상변화를 진행되어 색상의 변화 및 불균일성을 초래하게 된다.

이때 알미늄 합금판재는 원하는 흑색의 양극산화 자연발색 피막을 생성할 수 있는 균일한 합금구조 상태가 된다.

제 6 공정 : 성형공정

소둔된 판재를 원하는 형상의 기물로 성형가공한다.

제 7 공정 : 파막공정

성형된 기물에 통상의 황산양극산화 피막처리를 하며 이때 "황산 전해액의 농도는 15-22%, 전해온도 15-25%, 전류밀도 0.5-2.5A/d㎡, 전해시간 25-40분으로 한다.

이와같은 황산양극산화 피막처리에 의해 알미늄 합금기물의 색상이 은백색에서 내식성을 가진 흑색의 양극산화 자연발색 피막을 생성하게 된다.

전해시간은 전류밀도에 따라 상이해지고 전류밀도가 높으면 진흑색계통으로 색상이 변하고 전류밀도가 낮으면 회흑색계통의 색상이 된다.

본 발명에서 화학성분, 균질조건, 소둔조건을 각각 다르게하여 실시한 결과는 아래의 표(1)과 같다.

[표 1]

*색상 : 양극산화피막색조

◎ : 양호 ○ : 보통 △ : 나쁨

본 발명의 구체적 실시예는 아래와 같다.

[실시예]

150kg용량의 전기식 알미늄용해로와 반연속 주조에 의해 위의 표(1)에 나타낸 바와 같이 4종의 조성으로 합금괴(직경 178m/m)를 만들고 표(1)에 나타낸 조건으로 전기식 열처리로를 이용해 균질화 열처리를 하였다.

이 균질화 열처리된 합금괴를 1650톤 직접 압출기를 이용해 폭 180mm, 두께 8mm, 길이 8m의 열간압출판재를 생산한 후, 이 판재를 2단 냉간압연기를 이용 2.5mm두께의 압연판재를 생산하고 다시 이 판재를 350mm로 원판절단한 후 전기식 열처리로를 이용해 표(1)의 조건으로 소둔열처리를 하였다.

이상과 같이 본 발명은 열간압연공정 없이 외면색상이 중후한 멋의 흑색이면서도 조직이 치밀하고 광택성이 양호한 알미늄합금기물을 얻게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 철(Fe) 1.0-2.0%, 티타늄(Ti) 0.05%이하, 실리콘(Si) 0.10%-0.15%를 함유하는 알미늄합금괴를 균질온도 500-550℃정도로 가열하여 4-8시간 유지하고 실온으로 냉각시켜 알미늄 합금괴의 합금구조를 흑색의 자연발색 양극산화피막을 생성할 수 있는 상태로 형성시켜준 다음 이 합금괴를 340℃-390℃온도로 예열하여 압출하고 냉간압연하여 판재를 얻고 소둔온도 520-550℃로 가열하여 3-8시간 정도 유지후 실온으로 냉각시켜 균일한 흑색의 자연발색상태가 되도록 하고 이를 원하는 형상의 기물로 성형하고 황산 전해액의 농도 15-22%, 전류밀도 0.5-2.5A/d㎡, 전해시간 25-40분으로 양극산화피막처리를 함에 의해 흑색의 자연발색 양극산화 피막을 생성시켜 제조하는 흑색알미늄합금기물의 제조방법.
2. 철(Fe) 1.0-2.0%, 티타늄(Ti) 0.05%, 실리콘(Si) 0.10-1.15%를 함유하는 알미늄 합금괴를 균질온도 500-550℃정도로 가열하여 4-8시간 유지하고 실온으로 냉각시켜 알미늄 합금괴의 합금구조를 흑색의 자연발색 양극산화 피막을 생성할수 있는 상태로 형성시켜준 다음 이 합금괴를 340-390℃온도로 예열하여 압출하고 냉간압연하여 판재를 얻고 소둔온도 520-550℃로 가열하여 3-8시간정도 유지후 실온으로 냉각시켜 균일한 흑색의 자연발색상태가 되도록 하고 이를 원하는 형상의 형상의 기물로 성형하고 황산 전해액의 농도 15-22%, 전해온도 15-25℃, 전류밀도 0.5-2.5A/d㎡, 전해시간 25-40분으로 양극산화 피막처리를 함에 의해 흑색의 자연발색양극산화피막을 생성시켜 제조하는 흑색알미늄 합금기물.