KR930007949B1 - 유백색 알미늄합금기물의 제조방법 및 그 알미늄합금기물 - Google Patents

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내용 없음.

Description

유백색 알미늄 합금기물의 제조방법 및 그 알미늄합금기물

본 발명은 열간압연공정없이 열간압출에 의하여 중간판재를 제조하고 냉간압연으로 최종 판재를 형성하는 방법으로 제조하여 알미늄합금의 기물이 유백색 색상을 가지면서 조직이 치밀하고 광택성이 양호하도록 하는 알미늄합금기물의 제조방법 및 그 알미늄합금기물에 관한 것이다.

종래에도 일본특허소 60-103164호와 같이 철(Fe), 타탄(Ti) 및 실리콘(Si)을 포함하는 알미늄합금을 슬라브로 주조하고 560℃에서 3시간 유지하여 균질처리하고 열간압연 및 냉간압연으로 판재를 형성하고 300-400℃에서 수시간 유지하여 소둔하고 피막처리하므로서 유백색의 자연발색성 색상을 갖는 알미늄합금제품 제조하는 방법이 있었다.

그러나 이러한 종래 일본특개소 60-101364호의 제조방법은 판재형성을 열간압연 및 냉간압연방법에 의하는 것이므로 값비싼 열간압연시설이 필요한 비경제적인 문제가 있는 것일 뿐아니라 주방용 기물과 다품종 소량생산에서는 제품생산수율 및 생산성면에서도 부적합한 것이었다.

다시말하면 일반적으로 알미늄합금기물 생산용 판재생산방식은 주조 슬라브를 균질처리후 열간압연하여 중간판재를 생산하고 이를 냉간압연하여 최종 규격의 판재를 생산하고 있는 위 일본특개소 60-103164호의 발명 역시 이와 같은 방법으로 생산하는 것임에 비하여 본 발명은 상기 공정중 열간압연이 아닌 열간압출에 의해 중간판재를 생산하는 방식을 사용하고 있으며, 이와 같은 방식은 압출과 압연 설비상의 경제성 뿐만 아니라 규격(폭, 두께)이 다양한 주방용품의 다품종 소량생산에는 제품생산수율 및 생산성 면에서 많은 잇점을 줄 수 있는 방법인 것이다.

이와 같은 열간가공(압출 또는 압연) 중간판재 생산방식의 차이로 인해 일본특개소 60-1031643호에서 제시하고 있는 조건은 조건은 본 발명의 생산공정에는 적용될 수 없는 것으로서, 이것은 열간가공시에는 일어나는 금속의 열간변형과정상의 열적변화조건의 차에 기인하는 것이다.

즉 열간압연과 달리 열간압출시에는 비렛드의 급격한 변형 및 이로 인한 온도상승으로 인해 압출전의 열처리조건(균질 및 가열)이 부적합할 경우 결정립성장 또는 압축판재의 떨림현상 등 제품생산수율 및 품질이 현저히 떨어지게 되기 때문인 것이다.

예를들어 일본특개소 60-103164호와 같은 균질 및 소둔온도조건으로 처리하면서 본 발명에서와 같이 압출 및 압연방법으로 판재를 형성하고 기물을 성형피막처리하여 제조할때에는 위에서 설명한 바와 같이 압출시의 입자조대화 및 피막후의 유백색 형성이 불안정하여 제품의 불량율이 높아지는 문제가 있게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고 비교적 값싼 열간압출기에 의한 압출과 냉간압연에 의하여 판재를 형성하는 방법에 의하여서도 위와 같은 문제없이 양호한 유백색의 알미늄합금기물을 제조할 수 있도록 균질공정(550-570℃에서 5-7시간유지)과 소둔공정(580-620℃에서 7-11시간유지)등의 조건을 구체적으로 한정하였다.

다시말하면 본 발명은 일본특개소 60-103164호 등의 종래 발명에 비하여 경제적일 뿐만 아니라 주방용 기물과 같은 다품종 소량생산에 더욱 적합하면서 양호한 유백색 알미늄 합금기물을 제조할 수 있도록 한 것이며 그에 따른 제반의 구체적 조건을 연구제시한 것이다.

본 발명을 공정별로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

[제 1 공정 : 주조공정]

철(Fe) 1.0-2.0%, 티타늄(Ti) 0.05%이하, 실리콘 0.1% 이하이고 나머지는 알미늄(Al)으로 되는 알미늄 합금괴(Billet)를 통상의 방법으로 주조한다.

이와 같이 주조된 알미늄합금의 함유성분 및 성분별 역할에 대해 알아보면 Fe(철)은 유백색 양극산화피막을 얻기 위한 필수원소로써 함유량 1%미만에서는 그 발색효과가 충분치 않아 색상 균일성을 얻기 어려우며 2%를 초과할 경우에는 주조중 조대정출물(AlmFe) 생성이 용이하게 되어 제품제조공정중 압출성 및 성형성을 현저히 떨어뜨리게 되므로 Fe함유량을 1-2%내에서 관리되어져야 한다.

Ti(티타늄)은 유백색 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 제품품위를 저하시키는 결과를 초래하므로 Ti 함유량은 0.05%이하로 관리되어져야 한다.

Si(실리콘)은 유백색 양극산화 피막을 얻는데 필수 원소는 아니며 Al의 제련과정에서 함유되는 불순물원소로써 함유량이 많게 되면 양극산화피막이 회색을 띄게 되므로 균일한 유백색을 얻기 위해서는 적으면 적을수록 좋으므로 양질의 Al In got(괴)내의 Si 함유기준인 0.1% 이하로 관리되어져야 한다.

[제 2 공정 : 균질공정]

제 1 공정에서 얻은 알미늄합금괴를 550-570℃로 가열하고 5-7시간 유지한 후 송풍식냉각으로 시간당 200℃ 이상으로 냉각시켜 약 2-3시간 동안에 실온까지 냉각시킨다.

이와같이 550-570℃로 장시간 가열하는 것은 양질의 제품을 얻기 위한 중요한 공정으로서 주조공정중 알미늄합금괴내에서 형성되어진 주조편석 및 주조응력을 제거하고 균일한 조직을 형성시켜 압출성, 압연성 및 성형가공성을 향상시켜 주게 되며 이와같이 균질처리된 알미늄 합금괴는 흑색 양극산화피막을 갖는 조직 구조를 형성하게 된다.

550℃미만에서는 상기의 효과를 충분히 얻을 수 없으며 570℃를 초과할 경우에는 주조시에 생성된 AlmFe 정출물의 상변화로 인해 압출 및 소둔열처리 열간공정에서 결정된 조대화 및 오렌지필 현상등의 불량이 나타나게 되므로 균질화 열처리는 550-570℃에서 5-7시간의 가열조건을 철저히 준수해 주어야 한다.

이때 알미늄합금괴의 합금구조가 흑색의 자연발색성질을 가지게 된다.

[제 3 공정 : 압출공정]

균질완료된 알미늄합금괴를 380-420℃정도로 가열하고 압출다이스를 통과시켜 일정 일정 두께의 슬라브(Slab)를 얻는다.

이와 같이 가열 온도는 알미늄합금의 압출을 용이하게 하기 위한 예열목적외에 압출시의 압출가공 온도에 의한 알미늄합금내의 주요 금속간 화합물의 상변화 및 결정립 성장을 억제시키기 위한 가열목적이 더 크다고 할 수 있으며 380℃미만에서는 상기의 목적을 달성키 어려우며 420℃를 초과시에는 압출시 지나친 온도 상승으로 인해 결정립 조대화 및 입계용융 등의 조직붕괴 현상을 초래할 수 있으므로 380-420℃ 범위 내에서 철저히 가열온도를 관리해 주어야 한다.

[제 4 공정 : 압연공정]

압출된 슬라브를 적절한 크기로 절단하고 냉간압연하고 필요한 두께의 판재를 형성한다.

[제 5 공정 : 소둔공정]

압연된 판재를 소둔온도 580-620℃로 가열하고 7-11시간 유지한 다음 송풍방식에 의하여 시간단 100℃ 이상의 속도로 실온까지 냉각하며 이때 판재의 합금구조가 흑색의 자연발색 성질에서 양호한 유백색의 자연발색구조로 변화되게 한다.

이와 같은 소둔공정은 성형성 향상을 위한 중간소둔 목적외에 균일한 유백색 제품을 얻기 위한 가장 중요한 공정으로서 주조 및 균질 공정을 통해 형성되어 있는 AlmFe 및 Al₆Fe 정출물을 유백색발색 구조를 갖는 Al₃Fe 안정성으로 상변화시켜 줌에 의해 이후의 양극산화 공정에 의해 얻어지는 피막은 균일한 유백색을 띄게 된다.

580℃미만에서는 충분한 상변화를 시켜 줄 수 없어 색상 불균일을 초래하게 되며 620℃를 초과할 경우에는 과다열처리로 인한 결정립 조대화, 기포발생 등의 불량이 대량 발생되고 이로 인해 성형 가공성이 급격히 떨어지게 된다.

[제 6 공정 : 성형공정]

소둔공정에서 유백색의 자연발색 구조로 된 판재를 원하는 형상의 기물로 성형가공한다.

[제 7 공정 : 피막공정]

성형된 기물에 통상의 황산피막 처리를 하되 이때 황산 전해액의 농도는 15-22%, 전해온도 15-25℃, 전류밀도 0.5-2.5A/d㎡, 전해시간 25-40분으로 하며 이와 같은 피막처리에 의해 기물의 피막색상이 유백색으로 자연발색되고 본 발명이 완성된다.

전해시간은 전류밀도에 따라 상이해지고 전류밀도가 높으면 유백색에서 황색계통으로 색상이 변하고 전류밀도가 낮으면 연한 회색계통의 색상이 된다.

본 설명에서 화학성분, 균질조건, 소둔조건을 각각 다르게 하여 실시한 결과는 아래의 표(1)과 같다.

[표 1]

* 색상 : 양극산화피막색조

◎ : 양호, ○ : 보통, △ : 나쁨

본 발명의 구체적 실시예는 아래와 같다.

[실시예]

150Kg용량의 전기식 알미늄 용해로와 반연속 주조에 의해 표(1)에 나타낸 바와같이 4종의 조성으로 합금괴(직경 178m/m)를 만들고 표(1)에 나타낸 조건으로 전기식 열처리로를 이용해 균질화 열처리를 하였다.

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

이 소둔열치리된 판재를 유압프레스를 이용하여 냄비형성후 20% 황산 수용액(온도 21℃)중에서 전류밀도 2A/d㎡의 전류를 흘려 30분간 양극산화처리를 하였다.

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

Claims (2)

1. 철(Fe) 1.0-2.0%, 티타늄(Ti) 0.05%이하, 실리콘(Si) 0.1%를 함유하는 알미늄합금괴를 균질온도 550-570℃ 정도로 가열하여 5-7시간 유지하고 실온으로 냉각시켜 내부 결정구조가 흑색의 자연발색 성질을 가질 수 있게 하고 이 합금괴를 380℃-420℃로 가열하여 압출하고 냉간압연하여 판재를 얻고 소둔온도 580-620℃로 가열하여 7-11시간 정도 유지한 다음 실온으로 냉각시켜 판재 내부결정구조가 흑색의 자연발색 성질에서 유백색의 자연발색 성질로 변화시켜 주고 이를 원하는 형상의 기물로 성형하고 황산전해액의 농도 15-22%, 전해온도 15-25℃, 전류밀도 0.5-2.5A/d㎡, 전해시간 25-40분의 조건으로 황산피막처리를 하여 제조하는 유백색 알미늄합금기물의 제조방법.
2. 철(Fe) 1.0-2.0%, 티타늄(Ti) 0.05%이하, 실리콘(Si) 0.1%를 함유하는 알미늄합금괴를 균질온도 550-570℃ 정도로 가열하여 5-7시간 유지하고 실온으로 냉각시켜 내부 결정구조가 흑색의 자연발색 성질을 가질 수 있게 하고 이 합금괴를 380-420℃온도로 가열하여 압출하고 냉간압연하여 판재를 얻고 소둔온도 580-620℃로 가열하여 7-11시간 정도 유지한 다음 실온으로 냉각시켜 판재 내부결정구조를 완전히 변화시켜 주고 이를 원하는 형상의 기물로 성형하고 황산전해액의 농도 15-22%, 전해온도 15-25℃, 전류밀도 0.5-2.5A/d㎡, 전해시간 25-40분의 조건으로 황사피막처리를 하여 제조하는 유백색 알미늄합금기물.