WO2012138042A1 - 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재 및 이의 제조 방법 Download PDF

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core material
high strength
aluminum alloy
cast aluminum
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어광준
김수현
강주희
김형욱
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한국기계연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a brazing high strength clad plate material and a method for manufacturing the same, which are formed by using a thin cast high strength aluminum alloy as a core material and cold rolling a brazing material to an outer surface of the core material.
  • Automotive heat exchangers are mainly manufactured by the brazing method.
  • brazing is performed at a high temperature of about 600 ° C. by using a brazing filler metal of an Al—Si alloy. Therefore, there is a need for an aluminum alloy brazing sheet that is excellent in brazing properties and that has high strength and corrosion resistance after brazing.
  • An aluminum alloy heat exchanger manufactured by brazing is mainly composed of a corrugated fin that is responsible for heat dissipation, and a tube for circulating cooling water or a refrigerant.
  • a corrugated fin that is responsible for heat dissipation
  • a tube for circulating cooling water or a refrigerant When the tube penetrates by corrosion or destruction, leakage of cooling water or refrigerant circulating inside occurs. Therefore, in order to improve product life, the aluminum alloy brazing sheet excellent in the strength and corrosion resistance after brazing becomes indispensable.
  • Al-Zn is a tube material of a heat exchanger in which cooling water circulates through an inner surface of a tube, such as an automobile radiator or a heater, on an inner surface side of a core such as an Al-Mn-based alloy as represented by JIS 3003 alloy.
  • a three-layer tube material in which a sacrificial cathode material such as an alloy is clad and a brazing filler metal such as an Al-Si alloy is clad on the air side has been generally used.
  • the strength after brazing of the clad material using the JIS 3003 alloy core material is about 110 MPa, and its strength is insufficient.
  • the fluoride flux used in the Nocolock Brazing reacts with Mg to form a compound such as MgF, thereby significantly reducing the brazing property.
  • Korean Patent Publication No. 2007-0061413 discloses an aluminum alloy brazing sheet manufactured by casting an aluminum alloy for a core material, an intermediate material, and a sacrificial cathode material to produce a core material, an intermediate material, and a sacrificial cathode material, and then performing a homogenization treatment and hot rolling. Method ".
  • An object of the present invention is to solve the conventional problems, more specifically, using a thin cast high-strength aluminum alloy as the core material, brazing the brazing material to the outer surface of the core material by cold rolling process to have a high strength It is to provide a high strength clad plate material for use and a method for producing the same.
  • the high strength cladding plate for brazing using the thin cast aluminum alloy according to the present invention for achieving the above object the core material made of a thin cast aluminum alloy, and the roll is bonded with the core material and cold-rolled after annealing It characterized in that it comprises a brazing material attached to the core material.
  • the core material is 0.7 to 1.0 wt% silicon (Si), 0.45 to 0.5 wt% iron (Fe), 0.1 to 0.15 wt% copper (Cu), 1.2 to 1.6 wt% manganese (Mn) and And it is characterized by including a remainder aluminum (Al) and other unavoidable impurities.
  • the core material is characterized in that it further comprises 0.5% by weight of nickel (Ni).
  • the brazing material is characterized in that it is provided with a plurality.
  • Brazing material is characterized in that the Al-Si-based alloy containing 6.8 to 13.0% by weight of silicon (Si).
  • the brazing material is JIS4343.
  • the core material and the brazing material are cold rolled at a thickness reduction ratio of 30 to 70%.
  • the high strength cladding plate for brazing is characterized by having a tensile strength of 214 MPa or more.
  • the method for producing a high strength cladding plate for brazing using a thin cast aluminum alloy according to the present invention comprises a core material made of a thin cast aluminum alloy and an Al-Si alloy containing 6.8 to 13.0 wt% of silicon (Si).
  • the core material is 0.7 to 1.0% by weight of silicon (Si), 0.45 to 0.5% by weight of iron (Fe), 0.1 to 0.15% by weight of copper (Cu), 1.2 to 1.6% by weight And manganese (Mn), aluminum (Al), and other unavoidable impurities.
  • the annealing step is characterized in that carried out for 1 to 2 hours at 450 °C.
  • the first rolling step is characterized in that the core material and the brazing material cold rolling at a thickness reduction rate of 32 to 36%.
  • the second rolling step is characterized in that the cold rolling at a thickness reduction rate of 30 to 70%.
  • the high strength cladding plate for brazing using the thin cast aluminum alloy according to the present invention uses a thin cast high strength aluminum alloy as a core material, and the brazing material is joined to the core by cold cold rolling.
  • 1 is a table comparing the components of the core material and the core of the comparative example according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a process flow chart showing a method for producing a high strength cladding plate for brazing using a thin cast aluminum alloy according to the present invention.
  • Figure 3 is a table showing the thickness according to the reduction ratio during the manufacture of Comparative Examples 1 to 3 according to the process sequence according to the present invention.
  • Figure 4 is a graph showing the measured tensile strength and yield strength for Comparative Examples 1 to 3 of FIG.
  • Figure 5 is a table showing the configuration of the core material and brazing material of Example 1 to Example 3 and Comparative Example 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the tensile strength and elongation of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 shown in FIG.
  • Figure 7 is a real picture showing the results of the W-bending test carried out to verify whether the peeling of the preferred embodiment 2 of the present invention.
  • Figure 8 is a real picture showing the results of the W-bending test carried out to verify whether the peeling of the preferred embodiment 3 of the present invention.
  • the components of the core which is one component of the high strength cladding plate for brazing using the thin cast aluminum alloy according to the present invention (hereinafter referred to as the "clad plate") will be described with reference to the comparative example. .
  • the clad plate according to the present invention comprises a core material made of a thin cast aluminum alloy, and a brazing material attached to the core material by roll bonding with the core material and being cold rolled after annealing.
  • the core material is 0.7 to 1.0% by weight of silicon (Si), 0.45 to 0.5% by weight of iron (Fe), 0.1 to 0.15% by weight of copper (Cu), 1.2 to 1.6% by weight Manganese (Mn), aluminum (Al), and other unavoidable impurities.
  • the core material may further include 0.5 wt% nickel (Ni) and may be laminated in multiple layers as necessary.
  • the core material is an alloy in which the addition amount of Cu and Ni to the Al-Mn-based alloy is controlled.
  • Cu and Ni elements are known to be effective in increasing the high temperature strength in Al-Mn alloys, and Ni is an element that can increase the strength while minimizing the decrease in conductivity.
  • the brazing material is provided in plurality. That is, the brazing material is provided on each side of the core material one by one.
  • the brazing material is Al-Si alloy containing 6.8 to 13.0% by weight of silicon (Si) is applied.
  • the brazing material is characterized in that JIS4343.
  • the core material and the brazing material are cold rolled at a thickness reduction ratio of 30 to 70% in the second rolling step of many processes to form a clad plate, and the clad plate has a tensile strength of 214 MPa or more.
  • Figure 2 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a high strength cladding plate for brazing using a thin cast aluminum alloy according to the present invention.
  • the clad plate material the material preparation step of preparing a brazing material consisting of a core material consisting of a thin cast aluminum alloy and an Al-Si-based alloy containing 6.8 to 13.0% by weight of silicon (Si) (S100).
  • the core material is 0.7 to 1.0% by weight of silicon (Si), 0.45 to 0.5% by weight of iron (Fe), 0.1 to 0.15% by weight of copper (Cu), 1.2 to It consists of 1.6 weight% of manganese (Mn), remainder aluminum (Al), and other unavoidable impurities.
  • the core material may further include 0.5 wt% nickel (Ni).
  • the material washing step (S200) for washing the core material and the brazing material.
  • the material washing step (S200) is a process of washing the surface of the core material and the brazing material using a solvent such as alcohol or acetone.
  • the brushing step (S300) is a process to improve the bonding force when performing the roll bonding step (S400).
  • the first rolling step (S500) is a process of cold rolling the core material and the brazing material, in the embodiment of the present invention was rolled at a thickness reduction rate of 32 to 36%.
  • the annealing step (S600) is a process for removing the tissue generated in the roll bonding step (S400) is preferably carried out for 1 to 2 hours at 450 °C.
  • the second rolling step (S700) is a process of cold rolling at a thickness reduction rate of 30 to 70% to match the final thickness.
  • FIG. 3 is a table showing the thickness according to the change in the reduction ratio during the manufacturing process according to the comparative example 1 to Comparative Example 3 according to the present invention
  • Figure 4 is a tensile strength for Comparative Examples 1 to 3 of FIG.
  • the core material of the comparative example used JIS3003 alloy, and the brazing material used JIS4343 or JIS4045 alloy.
  • cold rolled aluminum composite sheet having an initial thickness of about 1.5 mm manufactured by a rolling bonding method to 0.2 mm thickness was heat-treated at 450 ° C. for 2 hours, and finally 6 to 43% of Compressed plate materials (Comparative Example 1 and Comparative Example 2) were rolled at a reduction ratio.
  • Comparative Examples 1 to 3 were subjected to a brazing simulation heat treatment (610 ° C., 10 min) in order to evaluate the brazing characteristics and the thickness thereof is shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a table showing the configuration of the core material and brazing material of Example 1 to Example 3 and Comparative Example 1 of the present invention
  • Figure 6 is a tension of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 shown in FIG. It is a graph comparing strength and elongation.
  • the sum of the thicknesses of the core material and the brazing material is set to 5 mm, and then bonded by roll bonding to have a thickness of about 3 mm.
  • the annealing step (S600) was carried out by heating a rolled plate having a thickness of 0.3mm at 450 °C for 2 hours, and performing a second rolling step (S700) of the clad plate having a thickness of 0.2mm, 0.1mm Was prepared. Even when rolling down to a thickness of 0.1 mm, no problems were found and additional cold rolling was considered possible.
  • the tensile strength of the clad plate with the core 2 as the core material was higher than the case with the core 2 as the core material and after cold rolling at a thickness reduction rate of about 33% 214 It showed high strength of 251 MPa and the tensile strength after brazing heat treatment was also maintained at 192-198 MPa. In the case of elongation, good elongation of 4.3-6.0% after cold rolling and 11.8-16.9% after brazing heat treatment was obtained.
  • FIG 7 is a real picture showing the results of the W-bending test carried out to verify whether the peeling of the preferred embodiment 2 of the present invention
  • Figure 8 is a W-bending carried out to verify the peeling of the preferred embodiment 3 of the present invention This is a real picture showing the test results.
  • the W-bending test is a kind of bending test that is mainly conducted to determine the bendability of thin plates.
  • the test standard is JIS H3110.
  • the test method is a bending test with a tip having a curvature in the range of R 0.2 to 2.0 mm using a 90 o bending block.
  • the specimens of 40 ⁇ 10 mm were collected and subjected to the bending test with respect to Examples 2 and 3, and the bendability of the clad plate and the peeling of the brazing material were observed.
  • the high strength clad plate for brazing using the thin cast aluminum alloy according to the present invention a thin cast high strength aluminum alloy was used as the core material, and the brazing material was joined to the core by cold cold rolling.
  • the thickness is small and the composition variation is not so severe that the occurrence of defects is minimized, it can be applied where light weight and high thermal conductivity, such as an automotive heat exchanger, for example, a radiator, a condenser, an evaporator, a heater, an intercooler, and the like are required.
  • an automotive heat exchanger for example, a radiator, a condenser, an evaporator, a heater, an intercooler, and the like are required.

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Abstract

본 발명은 박판 주조된 알루미늄 합금으로 이루어진 심재와, 상기 심재와 롤본딩되어 부착되고 어닐링 후 냉간압연하여 상기 심재와 부착되는 브레이징용 피재를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재에 관한 것이다. 본 발명에 의한 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재의 제조방법은, 박판 주조된 알루미늄 합금으로 이루어진 심재와, 6.8 내지 13.0 중량%의 규소(Si)를 포함하는 Al-Si계 합금으로 이루어진 브레이징용 피재를 준비하는 소재준비단계와, 상기 심재와 브레이징용 피재를 세척하는 소재세척단계와, 상기 심재와 브레이징용 피재의 외면을 와이어브러싱하는 브러싱단계와, 상기 심재와 브레이징용 피재를 적층하여 롤본딩하는 제1롤본딩단계와, 롤본딩된 심재와 브레이징용 피재를 1차압연하는 제1압연단계와, 1차압연된 심재와 브레이징용 피재를 어닐링하는 어닐링단계와, 어닐링된 심재와 브레이징용피재를 2차압연하여 브레이징용 고강도 클래드 판재를 완성하는 제2압연단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재 및 이의 제조 방법
본 발명은 박판 주조된 고강도 알루미늄 합금을 심재로 사용하고, 심재의 외면에 브레이징용 피재를 냉간 압연 접합하여 형성된 브레이징용 고강도 클래드 판재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
알루미늄 합금은 경량이고 높은 열전도성을 구비하고 있기 때문에, 자동차용 열교환기, 예를 들면, 라디에이터, 콘덴서, 증발기, 히터, 인터쿨러 등에 이용되고 있다. 자동차용 열교환기는 주로 브레이징법에 의해 제조된다.
한편, 알루미늄 핀 적층 후 삽관하여 제조하는 공조기 실내/외기용 열교환기의 경우 최근 경량화 및 소형화 요구로 브레이징법에 의한 제조 공정이 적용 시도되고 있다.
통상적으로, 브레이징은 Al-Si계 합금의 브레이징 필러금속을 이용하여, 600℃정도의 고온에서 이루어진다. 따라서, 브레이징성이 뛰어나고, 또한 브레이징후에 높은 강도, 내식성을 가진 알루미늄합금 브레이징 시트가 필요하다.
브레이징을 이용하여 제조하는 알루미늄합금계 열교환기는, 주로 방열을 담당하는 콜 게이트 성형한 핀과, 냉각수나 냉매를 순환시키기 위한 튜브로 구성된다. 튜브가 부식 혹은 파괴에 의해 관통되면, 내부를 순환하고 있는 냉각수나 냉매의 누설이 발생한다. 그 때문에, 제품 수명을 향상시키기 위해서, 브레이징후의 강도, 내식성이 뛰어난 알루미늄합금 브레이징 시트가 필수 불가결로 되어 있다.
그런데, 근래에는 자동차의 경량화에 대한 요구가 높아지고 있으며, 그에 대응하기 위해서 자동차용 열교환기의 경량화도 요구되고 있다. 그 때문에, 열교환기를 구성하는 각 부재를 얇게 하는 것이 검토되고 있으며, 알루미늄합금 브레이징 시트는 브레이징 후의 강도를 더 향상시키는 것이 필요하다.
이는 공조기 실내/외기용 열교환기에 적용되는 알루미늄 브레이징 시트의 경우도 동일하게 요구되고 있는 바이다.
종래에는 자동차용 라디에이터나 히터와 같이, 냉각수가 튜브 내면을 순환하는 열교환기의 튜브재로서, JIS 3003 합금으로 대표되는 바와 같은 Al-Mn계 합금 등의 심재(心材)의 내면측에 Al-Zn계 합금 등의 희생(犧牲) 양극재를 클래드하고, 대기측에 Al-Si계 합금 등의 브레이징 필러금속을 클래드한 3층 튜브재가 일반적으로 이용되어 왔다.
그러나, JIS 3003 합금 심재를 사용한 클래드재의 브레이징후 강도는 110MPa 정도이며, 강도가 불충분하다.
브레이징 후 강도를 향상시키기 위해서, 심재에 Mg를 첨가한 3층 클래드 튜브재가 제안되어 있다(일본 특개평8-246117호 공보, 일본 특개2003-55727호 공보 참조).
그러나, 심재에 Mg를 첨가하면 노코록 브레이징법(Nocolock Brazing)에서 사용되는 불화물계 플럭스와 Mg가 반응함으로써 MgF 등의 화합물을 형성하여, 브레이징성을 현저하게 저하시켜 버린다.
그리고, 대한민국 공개 특허 제2007-0061413호에는 심재, 중간재 및 희생 양극재용 알루미늄 합금을 주조하여 심재, 중간재 및 희생 양극재를 제조하고, 균질화 처리한 후 열간 압연하여 제조되는 "알루미늄합금 브레이징 시트의 제조방법"이 개시되어 있다.
그러나, 합금 원소가 다량 첨가된 합금의 경우 주조조직 불균일성이 증가하여 압연 접합 및 후속 박판압연시 결함 발생이 증가하게 되는 문제점이 있다.
그리고, 많은 압연 공정을 거쳐 제조되므로 생산성이 저하되며 많은 에너지가 요구되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 박판 주조된 고강도 알루미늄 합금을 심재로 사용하고, 심재의 외면에 브레이징용 피재를 냉간 압연 공정으로 접합하여 높은 강도를 갖도록 한 브레이징용 고강도 클래드 판재 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재는, 박판 주조된 알루미늄 합금으로 이루어진 심재와, 상기 심재와 롤본딩되어 부착되고 어닐링 후 냉간압연하여 상기 심재와 부착되는 브레이징용 피재를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 심재는 0.7 내지 1.0 중량%의 규소(Si)와, 0.45 내지 0.5 중량%의 철(Fe)과, 0.1 내지 0.15 중량%의 구리(Cu)와, 1.2 내지 1.6 중량%의 망간(Mn)과, 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 심재에는 0.5 중량%의 니켈(Ni)이 더 포함됨을 특징으로 한다.
상기 브레이징용 피재는 다수로 구비됨을 특징으로 한다.
브레이징용 피재는 6.8 내지 13.0 중량%의 규소(Si)를 포함하는 Al-Si계 합금임을 특징으로 한다.
상기 브레이징용 피재는 JIS4343 인 것을 특징으로 한다.
상기 심재와 브레이징용 피재는 30 내지 70 %의 두께 압하율로 냉간 압연된 것을 특징으로 한다.
상기 브레이징용 고강도 클래드 판재는 214㎫ 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 박판 주조된 알루미늄합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재의 제조방법은, 박판 주조된 알루미늄 합금으로 이루어진 심재와, 6.8 내지 13.0 중량%의 규소(Si)를 포함하는 Al-Si계 합금으로 이루어진 브레이징용 피재를 준비하는 소재준비단계와, 상기 심재와 브레이징용 피재를 세척하는 소재세척단계와, 상기 심재와 브레이징용 피재의 외면을 와이어브러싱하는 브러싱단계와, 상기 심재와 브레이징용 피재를 적층하여 롤본딩하는 롤본딩단계와, 롤본딩된 심재와 브레이징용 피재를 1차압연하는 제1압연단계와, 1차압연된 심재와 브레이징용 피재를 어닐링하는 어닐링단계와, 어닐링된 심재와 브레이징용피재를 2차압연하여 브레이징용 고강도 클래드 판재를 완성하는 제2압연단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 소재준비단계에서, 상기 심재는 0.7 내지 1.0 중량%의 규소(Si)와, 0.45 내지 0.5 중량%의 철(Fe)과, 0.1 내지 0.15 중량%의 구리(Cu)와, 1.2 내지 1.6 중량%의 망간(Mn)과, 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 어닐링단계는 450℃에서 1~2시간 동안 실시됨을 특징으로 한다.
상기 제1압연단계는, 상기 심재와 브레이징용 피재를 32 내지 36%의 두께 압하율로 냉간 압연하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 제2압연단계는, 30 내지 70 %의 두께 압하율로 냉간 압연하는 과정임을 특징으로 한다.
위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 박판 주조된 알루미늄합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재는, 심재로서 박판 주조된 고강도 알루미늄합금을 사용하였고, 브레이징용 피재는 냉간 냉간압연에 의해 심재와 접합된다.
따라서, 두께가 얇고 조성 편차가 심하지 않아 결함 발생이 최소화되는 이점이 있다.
또한 브레이징용 고강도 클래드 판재 제조시에 요구되는 에너지 소비량이 현저하게 감소되므로 제조 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심재와 비교예의 심재의 성분을 비교한 표.
도 2 는 본 발명에 의한 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 3 은 비교예1 내지 비교예3을 본 발명에 따른 공정 순서에 따라 제조시에 압하율 변화에 따른 두께를 나타낸 표.
도 4 는 도 3의 비교예1 내지 비교예3에 대한 인장강도 및 항복강도를 측정하여 나타낸 그래프.
도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예1 내지 실시예3과 비교예1의 심재 및 브레이징용 피재 구성을 나타낸 표.
도 6 은 도 5에 표시된 실시예1 내지 실시예3과 비교예1의 인장강도와 연신율을 비교하여 나타낸 그래프.
도 7 은 본 발명의 바람직한 실시예2의 박리 여부를 검증하기 위해 실시한 W-bending 시험 결과를 보인 실물 사진.
도 8 은 본 발명의 바람직한 실시예3의 박리 여부를 검증하기 위해 실시한 W-bending 시험 결과를 보인 실물 사진.
이하 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 박판 주조된 알루미늄합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재(이하 '클래드 판재'라 칭함)의 일 구성인 심재의 성분을 비교예와 비교하여 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심재와 비교예의 심재의 성분을 비교한 표가 도시되어 있다.
설명에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 의한 클래드 판재는, 박판 주조된 알루미늄 합금으로 이루어진 심재와, 상기 심재와 롤본딩되어 부착되고 어닐링 후 냉간압연하여 상기 심재와 부착되는 브레이징용 피재를 포함하여 구성된다.
그리고, 도 1과 같이 상기 심재는 0.7 내지 1.0 중량%의 규소(Si)와, 0.45 내지 0.5 중량%의 철(Fe)과, 0.1 내지 0.15 중량%의 구리(Cu)와, 1.2 내지 1.6 중량%의 망간(Mn)과, 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성되다.
또한, 상기 심재에는 0.5 중량%의 니켈(Ni)이 더 포함될 수 있으며 필요에 따라 다수 층으로 적층될 수도 있다.
즉, 상기 심재는 Al-Mn계 합금에 Cu, Ni의 첨가량이 제어된 합금이다. Cu, Ni 원소는 Al-Mn 합금에서 고온 강도 증가에 효과적이라 알려져 있으며 Ni의 경우는 전도도 감소를 최소화하며 강도 증가가 가능한 원소이다.
상기 브레이징용 피재는 다수로 구비된다. 즉, 상기 브레이징용 피재는 심재의 양면에 각각 하나 씩 구비된다.
그리고, 상기 브레이징용 피재는 6.8 내지 13.0 중량%의 규소(Si)를 포함하는 Al-Si계 합금이 적용된다. 본 발명의 실시예에서 상기 브레이징용 피재는 JIS4343 인 것을 특징으로 한다.
상기 심재와 브레이징용 피재는 다수 공정 중 제2압연단계에서 30 내지 70 %의 두께 압하율로 냉간 압연되어 클래드 판재로 형성되며, 상기 클래드 판재는 214㎫ 이상의 인장강도를 갖는다.
이하 첨부된 도 2를 참조하여 상기 클래드 판재를 제조하는 과정을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있다.
도면과 같이, 상기 클래드 판재는, 박판 주조된 알루미늄 합금으로 이루어진 심재와, 6.8 내지 13.0 중량%의 규소(Si)를 포함하는 Al-Si계 합금으로 이루어진 브레이징용 피재를 준비하는 소재준비단계(S100)와, 상기 심재와 브레이징용 피재를 세척하는 소재세척단계(S200)와, 상기 심재와 브레이징용 피재의 외면을 와이어브러싱하는 브러싱단계(S300)와, 상기 심재와 브레이징용 피재를 적층하여 롤본딩하는 롤본딩단계(S400)와, 롤본딩된 심재와 브레이징용 피재를 1차압연하는 제1압연단계(S500)와, 1차압연된 심재와 브레이징용 피재를 어닐링하는 어닐링단계(S600)와, 어닐링된 심재와 브레이징용피재를 2차압연하여 브레이징용 고강도 클래드 판재를 완성하는 제2압연단계(S700)를 순차적으로 실시하여 완성된다.
상기 소재준비단계(S100)에서, 상기 심재는 0.7 내지 1.0 중량%의 규소(Si)와, 0.45 내지 0.5 중량%의 철(Fe)과, 0.1 내지 0.15 중량%의 구리(Cu)와, 1.2 내지 1.6 중량%의 망간(Mn)과, 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성된다.
또한 전술한 바와 같이 상기 심재에는 0.5 중량%의 니켈(Ni)이 더 포함될 수 있다.
상기 소재준비단계(S100)에서 심재와 브레이징용 피재가 준비되면, 상기 심재와 브레이징용 피재를 세척하는 소재세척단계(S200)가 실시된다.
상기 소재세척단계(S200)는 심재와 브레이징용 피재의 표면을 알코올, 아세톤 등의 용제를 이용하여 세척하는 과정이다.
상기 소재세척단계(S200) 이후에는 브러싱단계(S300)가 실시된다. 상기 브러싱단계(S300)는 롤본딩단계(S400) 실시시에 접합력이 향상될 수 있도록 하는 과정이다.
상기 롤본딩단계(S400) 이후에는 제1압연단계(S500)가 실시된다. 상기 제1압연단계(S500)는 상기 심재와 브레이징용 피재를 냉간압연하는 과정으로, 본 발명의 실시예에서는 32 내지 36%의 두께 압하율로 압연하였다.
상기 제1압연단계(S500) 이후에는 어닐링단계(S600)가 실시된다. 상기 어닐링단계(S600)는 롤본딩단계(S400)에서 생성된 조직을 제거하기 위한 과정으로 450℃에서 1 ~ 2시간 동안 실시됨이 바람직하다.
상기 어닐링단계(S600) 이후에는 제2압연단계(S700)가 실시된다. 상기 제2압연단계(S700)는 30 내지 70 %의 두께 압하율로 냉간 압연하여 최종 두께를 맞추는 과정이다.
이하 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 비교예의 강도를 살펴보기로 한다.
도 3은 비교예1 내지 비교예3을 본 발명에 따른 공정 순서에 따라 제조시에 압하율 변화에 따른 두께를 나타낸 표이고, 도 4는 도 3의 비교예1 내지 비교예3에 대한 인장강도 및 항복강도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
비교예의 심재는 JIS3003 합금을 사용하였으며 브레이징용 피재는 JIS4343 또는 JIS4045 합금을 사용하였다.
그리고 알루미늄 복합 판재의 박판 냉간압연 가능성을 판단하기 위하여 압연접합법으로 제조된 초기 두께 약 1.5㎜의 알루미늄 복합 판재를 0.2㎜ 두께까지 냉간압연한 후 450℃에서 2시간 동안 열처리하고 6~43%의 최종 압하율로 압연한 압축판재(비교예1 및 비교예2)를 제조하였다.
또한, 중간 열처리를 거치지 않은 최종압하율 95%의 알루미늄 복합 판재(비교예3)를 제조하였다.
상기 비교예1 내지 비교예3은 브레이징 특성을 평가하기 위하여 브레이징 모사 열처리(610℃, 10min)를 거치도록 하였으며 두께를 도 3에 나타내었다.
그 결과, 도 4와 같이 최종압하율이 증가할수록 항복강도 및 인장강도가 비례적으로 증가하는 것을 관찰할 수 있으며 JIS4045 합금을 피재로 사용한 경우 강도가 다소 증가하는 것을 관찰할 수 있다.
그러나 강도에 있어서 최종 압하율을 45%까지 높이더라도 187㎫이하의 강도를 나타내었다.
그리고, 파단 연신율의 경우는 비교예2에서 6% 최종압하율 시편을 제외하고는 대부분 판재에서 2~3.4%의 연신율을 나타내었다.
이하 첨부된 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 클래드 판재의 구성 및 이의 인장강도를 비교예와 비교하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예1 내지 실시예3과 비교예1의 심재 및 브레이징용 피재 구성을 나타낸 표이고, 도 6은 도 5에 표시된 실시예1 내지 실시예3과 비교예1의 인장강도와 연신율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
본 발명의 실시예에서 심재와 브레이징용 피재의 두께 합이 5㎜로 맞춘 후 롤본딩하여 약 3㎜의 두께를 갖도록 접합하였다.
이후 32~36%의 압하율로 제1압연단계(S500)를 실시한 결과, 압연접합이 가능한 것을 확인하였다.
그리고, 상기 어닐링단계(S600)는 0.3㎜의 두께를 가지는 압연판재를 450℃에서 2시간 동안 가열하여 실시하였으며, 제2압연단계(S700)를 실시하여 0.2㎜와, 0.1㎜ 두께를 가지는 클래드 판재를 제조하였다. 0.1㎜의 두께까지 압연시에도 문제점은 발견되지 않았으며 추가적인 냉간압연도 가능할 것으로 판단되었다.
도 6과 같이 클래드 판재의 인장강도를 측정한 결과, 개발심재1을 심재로 한 클래드 판재의 인장강도가 개발심재2를 심재로 한 경우보다 높았으며 33% 정도의 두께압하율로 냉간압연 후 214~251㎫의 고강도를 나타내었으며 브레이징 열처리 후 인장강도의 경우도 192~198㎫을 유지하였다. 연신율의 경우 냉간압연 후 4.3~6.0%, 브레이징 열처리 후 11.8~16.9%의 양호한 연신율을 얻을 수 있었다.
비교예1의 경우 JIS3003을 심재로 사용하고, JIS4343을 브레이징용 피재로 사용하였을 때 브레이징 열처리 전/후 강도 변화가 거의 발생하지 않았으며 연신율만 증가하였다(3.312%)
이하 첨부된 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 의한 클래드 판재의 굽힘시험 결과를 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예2의 박리 여부를 검증하기 위해 실시한 W-bending 시험 결과를 보인 실물 사진이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예3의 박리 여부를 검증하기 위해 실시한 W-bending 시험 결과를 보인 실물 사진이다.
먼저 W-bending 시험은 굽힘시험의 일종으로 주로 박판의 굽힘성을 판단하기 위하여 실시되고 있으며 V-bending에 비하여 상대적으로 가혹한 굽힘조건에 놓이게 된다. 시험 표준은 JIS H3110이며 시험방법으로 90o bending block을 이용하여 R 0.2~2.0㎜ 범위의 곡률을 갖은 팁으로 굽힘 시험을 하게 된다.
이로 인하여 브레이징용 피재의 박리 여부 및 bending부의 조도와 R/t의 상관관계, Normalized minimum bending radius (MBR/t) 등을 얻을 수 있다.
상기와 같은 W-bending 시험을 위해 실시예2와 실시예3에 대하여 40×10㎜의 시편을 채취하여 굽힘 시험을 실시하였으며 클래드 판재의 굽힘성, 브레이징용 피재의 박리여부 등을 관찰하였다.
도 7과 같이 최소 곡률(R) 0.2㎜인 경우에도 브레이징용 피재의 박리, 클래드 판재의 전단 등의 성형 난점이 발생하지 않았으며 클래드 판재 표면의 주름도 발생하지 않아 MBR/t가 2.0 이상인 것을 알 수 있다.
이는 기존 0.5㎜ 두께를 가지는 비교예1의 클래드 판재 MBR/t 1.6~2.0 보다 향상된 것이다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
본 발명에 의한 박판 주조된 알루미늄합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재는, 심재로서 박판 주조된 고강도 알루미늄합금을 사용하였고, 브레이징용 피재는 냉간 냉간압연에 의해 심재와 접합된다.
따라서, 두께가 얇고 조성 편차가 심하지 않아 결함 발생이 최소화되므로, 자동차용 열교환기, 예컨대 라디에이터, 콘덴서, 증발기, 히터, 인터쿨러 등 경량화 및 높은 열전도성이 요구되는 곳에 적용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 박판 주조된 알루미늄 합금으로 이루어진 심재와,
    상기 심재와 롤본딩되어 부착되고 어닐링 후 냉간압연하여 상기 심재와 부착되는 브레이징용 피재를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 심재는 0.7 내지 1.0 중량%의 규소(Si)와, 0.45 내지 0.5 중량%의 철(Fe)과, 0.1 내지 0.15 중량%의 구리(Cu)와, 1.2 내지 1.6 중량%의 망간(Mn)과, 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 심재에는 0.5 중량%의 니켈(Ni)이 더 포함됨을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 브레이징용 피재는 다수로 구비됨을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재.
  5. 제 4 항에 있어서, 브레이징용 피재는 6.8 내지 13.0 중량%의 규소(Si)를 포함하는 Al-Si계 합금임을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 브레이징용 피재는 JIS4343 인 것을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 심재와 브레이징용 피재는 30 내지 70 %의 두께 압하율로 냉간 압연된 것을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 브레이징용 고강도 클래드 판재는 214㎫ 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재.
  9. 박판 주조된 알루미늄 합금으로 이루어진 심재와, 6.8 내지 13.0 중량%의 규소(Si)를 포함하는 Al-Si계 합금으로 이루어진 브레이징용 피재를 준비하는 소재준비단계와,
    상기 심재와 브레이징용 피재를 세척하는 소재세척단계와,
    상기 심재와 브레이징용 피재의 외면을 와이어브러싱하는 브러싱단계와,
    상기 심재와 브레이징용 피재를 적층하여 롤본딩하는 롤본딩단계와,
    롤본딩된 심재와 브레이징용 피재를 1차압연하는 제1압연단계와,
    1차압연된 심재와 브레이징용 피재를 어닐링하는 어닐링단계와,
    어닐링된 심재와 브레이징용피재를 2차압연하여 브레이징용 고강도 클래드 판재를 완성하는 제2압연단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 소재준비단계에서, 상기 심재는 0.7 내지 1.0 중량%의 규소(Si)와, 0.45 내지 0.5 중량%의 철(Fe)과, 0.1 내지 0.15 중량%의 구리(Cu)와, 1.2 내지 1.6 중량%의 망간(Mn)과, 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 어닐링단계는 450℃에서 1~2시간 동안 실시됨을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제1압연단계는, 상기 심재와 브레이징용 피재를 32 내지 36%의 두께 압하율로 냉간 압연하는 과정임을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제2압연단계는, 30 내지 70 %의 두께 압하율로 냉간 압연하는 과정임을 특징으로 하는 박판 주조된 알루미늄 합금을 이용한 브레이징용 고강도 클래드 판재의 제조방법.
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