WO2018016768A1 - 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법 - Google Patents

산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법 Download PDF

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WO2018016768A1
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oxide layer
aluminum wire
aluminum
winder
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장영배
한창남
이가람
정택일
박순애
허용국
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(주)삼원산업사
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an aluminum wire having an oxide layer, and continuously supplies an aluminum wire rod manufactured through an extrusion or drawing process to an electrolytic cell, passes through an electrolyte solution in the electrolytic cell, and continuously forms an oxide on the surface of the wire rod by a plasma electrolytic oxidation technique.
  • the present invention relates to a method for manufacturing an aluminum wire having an oxide layer formed to form a layer.
  • the electric wire is formed of a conductor layer which allows current to flow smoothly, and an insulating coating layer surrounding the conductor layer, and copper which is excellent in conductivity and workability is mainly used as the conductor layer of the electric wire.
  • copper which is excellent in conductivity and workability is mainly used as the conductor layer of the electric wire.
  • aluminum wires are being used instead of copper wires in consideration of light weight and ease of material recycling in addition to the lack of copper resources.
  • Aluminum wire is usually manufactured by extrusion or drawing process, and it is difficult to change the hardness of wire as it is manufactured through extrusion or drawing process. Therefore, the durability of wire is improved through post-manufacturing of wire. I'm trying to.
  • the metal surface is immediately covered with oxide. Since the natural oxide film has a low industrial use value due to the limitation of the thickness of the film, an artificial method is used to form a film on the surface of aluminum.
  • Surface treatment methods of aluminum wires include chemical conversion treatment, organic coating, anodizing, plasma electrolytic oxidation (PEO), and the like.
  • Chemical film treatment is a method of forming a thin inert chemical film, ie, a passive film, on the surface by using chemical reactions to enhance hydrophilicity, conductivity, corrosion resistance, and rust resistance. , Hydrofluoric acid and the like are used. However, since Cr 6 + is discharged, a separate waste liquid treatment device is required and its use is restricted because it is harmful to the human body.
  • Organic coating using paint is also widely used, and is performed by coating various types of resins on metal surfaces. The organic coating is formed after the pretreatment through etching primer or anodization, and then in the order of top and top. The initial pretreatment is an essential process for improving the bonding properties between the organic coating and the aluminum and forming the passivation film.
  • the organic coating coating method is mainly used for spraying the cost reduction.
  • the anodization technique enables the formation of a film having high transparency, excellent adsorption power during dyeing, coloring, corrosion resistance, abrasion resistance, and hardness, but has a disadvantage in that the film formation time is long.
  • the plasma electrolytic technique which is one of the eco-friendly surface treatment techniques to meet the low-carbon green growth, and the advantage of forming an oxide coating layer with excellent uniformity and adhesion in a few seconds to moisture It has
  • This technique uses a highly electrochemically stable metal (such as stainless steel or platinum alloy) as a cathode and uses the aluminum to be reacted as an anode to conduct a dielectric film on the aluminum surface after electrolyte impregnation.
  • an oxide layer is formed by inducing an arc (or spark or plasma) to a gas (hydrogen or oxygen gas) by applying a dielectric breakdown voltage above.
  • Patent No. 10-0485831 discloses a method of forming an oxide layer for improving the corrosion resistance of aluminum using a plasma electrolytic oxidation technique.
  • Patent Document 1 Published Patent Publication No. 10-2014-0077737 (2014.06.24, aluminum wire, aluminum wire manufacturing method and vehicle)
  • Patent Document 2 Published Patent Publication No. 10-2011-0116837 (2011.10.26, copper-clad aluminum wire and its manufacturing method)
  • Patent Document 3 Published Patent Publication No. 10-2013-0014214 (2013.02.07, aluminum wire)
  • Patent Document 4 Registered Patent Publication No. 10-0485831 (2015.08.13, Manufacturing method of oxide layer and coating layer of aluminum heat exchanger for home appliances)
  • the present invention is to form an oxide layer on the surface of the aluminum wire by using a plasma electrolytic oxidation method, to continuously supply the aluminum wire to the electrolyte solution to pass through to form an oxide layer on the surface of the aluminum wire to be manufactured as a wire
  • the present invention provides a method for manufacturing an aluminum wire having an oxide layer formed thereon.
  • a wire manufacturing method comprising the steps of: preparing an electrolyzer (10) containing an electrolyte containing an oxide material to be located at an exit side of a drawing device; A hollow metal tube 20 having a plurality of holes 21 perforated on its surface, and fitted with an insulator 25 having wire rod through holes 26 formed at both sides of the metal tube 20 and an internal selection position.
  • a coil for accommodating the metal tube 20 to which the insulator 25 is bonded is immersed in the electrolytic solution, and wound on the outside of the electrolytic cell 10 by winding an aluminum wire having an oxide layer formed on the surface thereof by a plasma electrolytic oxidation technique.
  • an oxide layer is formed on the surface of the wire, thereby greatly increasing the yield, and the plurality of holes in the state accommodated in the electrolyte. Since it is made to be coated while passing through the perforated metal tube, it is possible to uniformly coat the wire surface, thereby producing a high quality aluminum wire having excellent corrosion resistance and hardness.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a manufacturing process of the aluminum wire formed with an oxide layer according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of forming an oxide layer on the surface of an aluminum wire by a plasma electrolytic oxidation method according to the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view showing a metal tube according to the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram in which an oxide layer forming apparatus is installed to be positioned at a rear end of a drawing operation of aluminum wire according to the present invention
  • Figure 6 is a test report of salt spray on the aluminum wire formed oxide layer according to the present invention.
  • the method for manufacturing an aluminum wire formed with an oxide layer according to an embodiment of the present invention after forming the oxide layer on the surface of the aluminum wire used as the wire after the resin outside the oxide layer
  • a manufacturing method for manufacturing an aluminum wire by coating with a
  • Step 1 prepare an electrolytic cell 10 containing an electrolyte containing an oxide
  • Step 2 After the hollow metal tube 20 is provided, a plurality of insulators 25 having wire rod through holes 26 are formed in the metal tube 20 to be coupled to each other.
  • Step 3 The metal tube 20 coupled with the insulator 25 is accommodated in the electrolytic cell to be immersed in the electrolytic solution, and the aluminum wire rod having the oxide layer formed on the surface of the electrolytic cell 10 is wound by the plasma electrolytic oxidation method. And a guide roller unit 50 for guiding the aluminum wire to the winder in the winder 40 and the front end of the winder.
  • Step 4 The aluminum wire is inserted into the wire passing hole of the insulator coupled to one side of the metal tube 20 and drawn out through the wire passing hole of the insulator coupled to the other side, and then passed through the guide roller unit 50 to wind the winding machine ( Fixed to 40)
  • Step 5 After connecting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal to the guide roller unit 50 and the metal tube 20, respectively, by applying an AC voltage to coat the surface of the aluminum wire to form an oxide layer
  • Step 6 Operate the winder 40 to immerse the aluminum wire in the electrolyte solution and to wind the aluminum wire having the oxide layer formed thereon into the winder to continuously form an oxide layer on the surface of the aluminum wire.
  • Step 7 unwind the aluminum wire wound on the winder 40 and coat it with a resin to form an electric wire having an outer shell
  • the aluminum wire is manufactured through the steps.
  • the first step may be performed before the second step or may be performed after the second step according to the step of preparing the electrolytic cell.
  • the electrolyzer is equipped with a temperature controller so that the temperature of the electrolyte can be maintained at 0 ⁇ 20 °C, it is adjusted to suitably maintained at 10 °C.
  • the reason why the temperature is kept at 10 ° C is that it may adversely affect the characteristics of the oxide film when the temperature rises in the portion where the plasma is generated.
  • the installation position of the insulator 25 is preferably formed at both sides and the central portion of the metal tube 20 so that the aluminum wire does not contact the metal tube.
  • an oxide layer is formed on the aluminum wire by energizing an alternating current and a voltage.
  • the effective voltage value of the electrode is always 300V or more for forming an effective oxide film, but the AC contact voltage ranges from 300 to 500V, 10 To 10,000 Hz.
  • the effective voltage value is 380V and AC voltage range is 380V, 60Hz.
  • the oxide layer is formed on the surface of the aluminum wire through the above process, there is an advantage of solving corrosion and fracture problems by increasing hardness and increasing hardness.
  • the present invention can significantly increase the production over time by forming an oxide layer on the surface while continuously supplying the aluminum wire as shown in FIG.
  • the electrolyte for forming the oxide layer is preferably composed of an alkali metal hydroxide, an alkali metal silicate, an alkali pyrophosphate, a fluorine compound.
  • the alkali metal hydroxide may be KOH and NaOH, LiOH, NaOH, RbOH, CsOH
  • the alkali metal silicate may be selected from Na 2 SiO 3 and Na 2 SiO 5 , Na 4 SiO 4 , the pyrophosphate As Na 3 PO 4 , Na 4 P 2 O 7 , (NaPO 3 ) 6 and the like can be used
  • the fluorine compound is selected from KF, AlF 3 , CaF 2 , MgF 2 , LiF, NaF, and Na 3 AlF 6 Can be.
  • the alkali metal hydroxide, alkali metal silicate, alkali pyrophosphate, fluorine compound is preferably composed of a ratio of 1 ⁇ 5g: 2 ⁇ 8g: 0.5 ⁇ 5g: 1 ⁇ 3g compared to 1L of the electrolyte, respectively.
  • a cerium compound and vanadium oxide may be further added to the electrolyte.
  • the cerium compound is at least one selected from the group consisting of metal precursors containing cerium ions, such as Ce (NO 3 ) 3 , Ce (OH) 4 , Ce (Ac) 3 , CeCl 3 , 1 to 4 g in the electrolyte / L can be used.
  • metal precursors containing cerium ions such as Ce (NO 3 ) 3 , Ce (OH) 4 , Ce (Ac) 3 , CeCl 3 , 1 to 4 g in the electrolyte / L can be used.
  • NH 4 VO 3 1 to 4 g / L of NH 4 VO 3 may be used as the vanadium oxide.
  • the electrolyte may further comprise titanium dioxide.
  • the oxide layer formed on the surface of the aluminum wire by the plasma electrolytic method is composed of an alumina layer, specifically, ⁇ -Al 2 O 3 having excellent corrosion resistance and hardness may be located thereon, and porous ⁇ -Al thereon.
  • 2 is a laminated structure of O 3, that will be included in the addition of vanadium oxide and cerium Chemistry cargo, titanium dioxide in the alumina layer.
  • an oxide layer forming apparatus for forming an oxide layer on the surface of an aluminum wire using plasma electrolytic oxidation is described.
  • the oxide layer forming apparatus is shown in FIG.
  • an electrolytic cell 10 containing an electrolyte containing an oxide material a hollow metal tube 20 provided to be immersed in the electrolytic solution of the electrolytic cell 10, and installed on one side of the electrolytic cell 10
  • an aluminum wire supply portion 30 for introducing an aluminum wire into the metal tube 20, and an aluminum wire having an oxide layer formed on a surface of the aluminum wire supply portion 30 provided on the other side of the electrolytic cell 10 and passing through the metal tube 20.
  • Guide roller section 50 for guiding the take-up winder 40 and the aluminum wire provided at the front end of the winder 40 to form an oxide layer withdrawn from the electrolytic cell 10 to the winder 40.
  • a voltage supply unit 60 for connecting an anode terminal to the guide roller unit 50 and a cathode terminal to the metal tube 20 to apply an AC voltage.
  • the oxide material includes an alkali metal hydroxide, an alkali metal silicate, an alkali pyrophosphate, and a fluorine compound.
  • the oxide layer is coated on the surface of an aluminum wire by a plasma electrolytic oxidation method in an electrolyte solution containing the oxide material, thereby increasing hardness. Of course, corrosion resistance is improved.
  • the metal tube 20 is to allow the oxide layer to be formed in the coating as the aluminum wire passes through the inside, and should be provided so as not to contact the inner peripheral surface of the metal tube.
  • an insulator 25 is fitted into the metal tube 20 to be coupled to each other, and a wire passage hole 26 is formed in the center of the insulator 25 to allow the aluminum wire to pass therethrough.
  • the number of the insulators 25 installed in the metal tube is sufficient if the number of aluminum wires (2 to 4, for example) does not come into contact with the inner circumferential surface of the metal tube.
  • the oxide layer is formed on the aluminum wire passing through the metal tube by the plasma electrolytic oxidation method. Can be formed.
  • the oxide layer may not be evenly distributed on the surface of the aluminum wire or may be thinner than the thickness of the oxide layer
  • the plurality of holes 21 may be regular or irregular in the surface of the metal tube 20 so that electrolyte may easily flow into the surface of the metal tube 20. It is preferable to be perforated.
  • the electrolyte is easily introduced into the metal tube so that the oxide layer may be evenly coated on the surface of the aluminum wire when the voltage is supplied.
  • the metal tube 20 is installed so as to be positioned at a predetermined height from the bottom using a support member inside the electrolytic cell. The reason for this is to improve the quality by allowing the electrolyte to flow through the holes in the lower surface of the metal tube so that the oxide layer can be evenly formed on the wire surface.
  • the aluminum wire supply unit 30 may be composed of a bobbin or a winder that has been pre-wound in the extrusion or drawing process, as shown in Figure 2, as shown in Figure 4 installed in the rear end of the wire work It can be composed of a roller and the like supplied to the electrolytic cell while supporting the fresh wire.
  • a guide roller may be further installed at the rear end of the aluminum wire supply unit 30 so as to guide the aluminum wire supplied from the aluminum wire supply unit 30 to smoothly supply the electrolytic bath.
  • the stirring means 70 may be installed inside the electrolytic cell 10 for stirring the electrolyte.
  • the stirring means 70 may be configured as an impeller by rotating with a known motor, and the electrolyte is periodically stirred to separate oxides from each other without mixing or oxidizing the oxides to the bottom of the electrolytic cell. This is to prevent the phenomenon, and through this it is possible to form a coating layer having excellent uniformity and adhesion on the surface of the aluminum wire when the film is formed by plasma electrolytic oxidation technique.
  • an air supply or bubble generator, etc. in the electrolytic cell 10 to supply air to the electrolyte periodically so that the electrolyte can be mixed by the air to minimize the precipitate material or to prevent the precipitate material is generated. It may be.
  • red blue corrosive product
  • the aluminum wire of the present invention forms an oxide layer on the surface of the aluminum wire using a plasma electrolytic oxidation method, thereby preventing corrosion from increasing corrosion resistance and increasing hardness compared to conventional wires. Deflection can be minimized.

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  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법에 관한 것으로, 전선으로 사용되는 알루미늄 선재의 표면에 산화물층을 형성한 후 그 산화물층의 외부를 수지로 피복하여 알루미늄 전선을 제조하는 알루미늄 전선 제조방법에 있어서, 산화물질이 포함된 전해액이 수용된 전해조(10)를 신선장치 출측에 위치되게 준비하는 단계; 표면에 복수개의 홀(21)이 타공된 중공형의 금속관(20)을 구비하고, 그 금속관(20)의 양측과 내부 선택위치에 선재 통과홀(26)이 형성된 절연체(25)를 끼워 결합하는 단계; 상기 절연체(25)가 결합된 금속관(20)을 전해조 내부로 수용시켜 전해액에 침지되게 하고, 전해조(10)의 외부에는 플라즈마 전해 산화기법에 의해 표면에 산화물층이 형성된 알루미늄 선재를 권취하기 위한 권취기(40) 및 그 권취기의 전단에 알루미늄 선재를 권취기로 안내하는 안내롤러부(50)를 설치하는 단계; 상기 신선장치를 통과시켜 신선완료된 알루미늄 선재를 상기 금속관(20)의 일측에 결합된 절연체의 선재 통과홀에 끼워 타측에 결합된 절연체의 선재 통과홀을 통해 인출시킨 후 상기 안내롤러부(50)를 통과시켜 권취기(40)에 고정하는 단계; 상기 안내롤러부(50)와 금속관(20)에 각각 양극단자와 음극단자를 연결한 후 교류전압을 인가하여 알루미늄 선재 표면을 코팅하여 산화물층을 형성하는 단계; 상기 권취기(40)를 작동시켜 신선작업되어 공급되는 알루미늄 선재를 전해액에 침지시켜 플라즈마 전해 산화반응으로 표면에 산화물층이 형성되게 함과 아울러 플라즈마 전해 산화반응을 거쳐 표면에 산화물층이 형성된 알루미늄 선재를 권취기에 권취시키도록 하여 알루미늄 선재를 전해조로 공급하면서 연속적으로 알루미늄 선재 표면에 산화물층을 형성하는 단계; 상기 권취기(40)에 권취된 알루미늄 선재를 권출시켜 알루미늄 선재 외부를 수지로 피복하여 외피를 갖는 전선으로 형성시키는 단계; 를 거쳐 신선작업과 산화물층 형성작업을 순차적으로 수행하도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법
본 발명은 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법에 관한 것으로, 압출 또는 신선과정을 거쳐 제조된 알루미늄 선재를 전해조로 연속 공급하여 그 전해조 내의 전해액을 통과하면서 플라즈마 전해 산화기법에 의해 연속적으로 선재 표면에 산화물층을 형성시키도록 한 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전선은 고전압용 전력 케이블을 비롯하여 각종 전기, 전자 설비 및 일반 가전 제품 등에 사용되는 전기케이블까지 다양한 종류가 있으며, 주로 전압과 전류를 공급하기 위해 널리 사용된다.
전선은 전류가 원활히 흐르도록 하는 도체층과, 그 도체층을 둘러싸는 절연 피복층으로 형성되고, 전선의 도체층으로는 도전성과 가공성이 우수한 구리가 주로 사용된다. 그러나 최근 들어서는 구리 자원의 부족에 더하여 경량화와 재료의 재활용의 용이성을 고려하여, 구리 전선 대신에 알루미늄 전선을 사용하고 있는 추세이다.
알루미늄 전선은 통상 압출 또는 신선과정을 통해 선재를 제조하게 되는데, 소재 특성상 압출 또는 신선과정을 통해 제조됨에 따라 선재의 경도를 변경하는데 어려움이 있음으로써 선재의 제조 후 가공을 통해 선재의 내구성을 향상시키도록 하고 있다.
특히 알루미늄은 공기속에 노출되면 금속표면이 즉시 산화물로 덮이게 되는데, 이러한 자연 산화피막은 피막두께의 한계로 공업적 이용가치가 적으므로, 인공적인 방법으로 알루미늄 표면에 피막을 형성하여 사용하고 있다.
알루미늄 선재의 표면처리방법으로, 화성피막처리법(chemical conversion treatment), 유기도막코팅(organic coating), 양극산화기법(anodizing), 플라즈마 전해 산화기법(plasma electrolytic oxidation, PEO)등이 있다.
화성피막처리법은 화학반응을 이용하여 표면에 얇은 불활성 화학피막 즉, 부동태 피막을 형성시켜 친수성 부여, 전도성, 내식성 및 방청성을 높이는 피막의 형성 방법으로서 크롬화합물, 중금속 및 인산화합물 등의 금속처리제와 인산, 불산 등이 사용된다. 그러나 Cr6 +이 배출되어 별도의 폐액 처리 장치가 필요하고 인체에 유해하여 사용이 제한되고 있는 실정이다. 도료를 이용한 유기도막코팅 역시 광범위하게 사용되는 방식으로서 여러 계열의 수지를 금속표면에 코팅하는 방식으로 수행된다. 유기도막은 에칭프라이머 또는 양극산화를 통해 전처리 후 하도, 상도 순으로 형성되며 초기 전처리 공정은 유기도막과 알루미늄간의 결합특성의 향상 및 부동태막의 형성을 위해 필수적 공정이다. 현재 유기도막 코팅법은 단가절감의 이유로 주로 스프레이기법이 사용되고 있다. 양극산화기법은 피막의 우수한 투명성, 염색시 우수한 흡착력, 착색, 내식, 내마모성, 경도가 높은 피막형성이 가능하나 피막의 형성시간이 길다는 단점이 있다.
한편, 최근 플라즈마 전해기법에 대한 관심이 증가하고 있는데, 이 기법은 친환경 표면처리 기법의 하나로서 저탄소 녹색 성장에 부합하는 기술이고, 수초내지 수분내 균일하고 밀착성이 매우 우수한 산화물 코팅층 형성시킬 수 있는 장점을 지니고 있다. 이 기법은 전기 화학적 안정성이 높은 금속(스테인리스틸 또는 백금 합금 등)을 음극(cathode)으로 하고, 반응을 시키고자 하는 알루미늄을 양극(anode)으로 사용하여 전해질 함침 후 알루미늄표면의 유전막을 통전할 수 있는 유전파괴전압(dielectric breakdown voltage) 이상을 외부에서 가함으로써 가스(수소 또는 산소 가스)에 arc(또는 spark 또는 plasma)를 유도하여 산화물층을 형성하는 방법이다. 즉 순간 발생하는 플라즈마 에너지가 순간적으로 산화물을 융착시켜 양극 위에 코팅층을 형성하는 것이다. 이때 양극에 위치한 금속의 표면은 양극산화기법으로 형성된 산화물과는 전혀 다른 매우 치밀하고 단단한 산화물이 형성하게 되며, 특히 알루미늄의 경우 기재에의 표층부에 α-Al2O3 경질 산화물층이 되어 내열성, 내식성이 매우 우수하고, 전구간에 걸쳐 균일한 코팅 두께를 얻을 수 있다. 특허등록 제10-0485831호를 참고하면 플라즈마 전해 산화기법을 이용하여 알루미늄의 내식성을 향상시키기 위한 산화물층을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
(특허문헌 1) 공개특허공보 제10-2014-0077737호(2014.06.24, 알루미늄 전선, 알루미늄 전선 제조방법 및 차량)
(특허문헌 2) 공개특허공보 제10-2011-0116837호(2011.10.26, 동복 알루미늄 전선 및 그 제조방법)
(특허문헌 3) 공개특허공보 제10-2013-0014214호(2013.02.07, 알루미늄 전선)
(특허문헌 4) 등록특허공보 제10-0485831호(2015.08.13, 가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층 및 도료층 제조방법)
본 발명은 플라즈마 전해 산화기법을 이용하여 알루미늄 선재의 표면에 산화물층을 형성하되, 전해액에 알루미늄 선재를 연속적으로 공급하여 통과시키도록 하여 알루미늄 선재의 표면에 산화물층을 형성하도록 한 후 전선으로 제조하도록 한 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법은 전선으로 사용되는 알루미늄 선재의 표면에 산화물층을 형성한 후 그 산화물층의 외부를 수지로 피복하여 알루미늄 전선을 제조하는 알루미늄 전선 제조방법에 있어서, 산화물질이 포함된 전해액이 수용된 전해조(10)를 신선장치 출측에 위치되게 준비하는 단계; 표면에 복수개의 홀(21)이 타공된 중공형의 금속관(20)을 구비하고, 그 금속관(20)의 양측과 내부 선택위치에 선재 통과홀(26)이 형성된 절연체(25)를 끼워 결합하는 단계; 상기 절연체(25)가 결합된 금속관(20)을 전해조 내부로 수용시켜 전해액에 침지되게 하고, 전해조(10)의 외부에는 플라즈마 전해 산화기법에 의해 표면에 산화물층이 형성된 알루미늄 선재를 권취하기 위한 권취기(40) 및 그 권취기의 전단에 알루미늄 선재를 권취기로 안내하는 안내롤러부(50)를 설치하는 단계; 상기 신선장치를 통과시켜 신선완료된 알루미늄 선재를 상기 금속관(20)의 일측에 결합된 절연체의 선재 통과홀에 끼워 타측에 결합된 절연체의 선재 통과홀을 통해 인출시킨 후 상기 안내롤러부(50)를 통과시켜 권취기(40)에 고정하는 단계; 상기 안내롤러부(50)와 금속관(20)에 각각 양극단자와 음극단자를 연결한 후 교류전압을 인가하여 알루미늄 선재 표면을 코팅하여 산화물층을 형성하는 단계; 상기 권취기(40)를 작동시켜 신선작업되어 공급되는 알루미늄 선재를 전해액에 침지시켜 플라즈마 전해 산화반응으로 표면에 산화물층이 형성되게 함과 아울러 플라즈마 전해 산화반응을 거쳐 표면에 산화물층이 형성된 알루미늄 선재를 권취기에 권취시키도록 하여 알루미늄 선재를 전해조로 공급하면서 연속적으로 알루미늄 선재 표면에 산화물층을 형성하는 단계; 상기 권취기(40)에 권취된 알루미늄 선재를 권출시켜 알루미늄 선재 외부를 수지로 피복하여 외피를 갖는 전선으로 형성시키는 단계; 를 거쳐 신선작업과 산화물층 형성작업을 순차적으로 수행하도록 한 것을 특징으로 한다.
상기의 구성으로 이루어진 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법에 따르면, 전해액에 알루미늄 선재를 연속적으로 공급하여 통과시키면서 선재 표면에 산화물층을 형성함으로써 생산량을 대폭 높일 수 있고, 전해액에 수용된 상태에서 복수개의 홀이 타공된 금속관을 통과하면서 코팅되도록 이루어짐으로써 선재 표면에 균일한 코팅이 가능하고, 그에 따라 우수한 내식성 및 경도를 갖는 고품질의 알루미늄 전선을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산화물층이 형성된 알루미늄 전선의 제조과정을 보인 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 전해 산화기법으로 알루미늄 선재의 표면에 산화물층을 형성하는 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 금속관을 보인 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 알루미늄 선재의 신선작업 후단에 위치되게 산화물층 형성장치를 설치한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 전해조 내부에 교반수단을 설치한 상태도,
도 6은 본 발명에 따른 산화물층이 형성된 알루미늄 선재에 염수 분무한 시험성적서.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법 및 알루미늄 전선의 선재 표면에 산화물층을 형성하기 위한 산화물층 형성장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법은 전선으로 사용되는 알루미늄 선재의 표면에 산화물층을 형성한 후 그 산화물층의 외부를 수지로 피복하여 알루미늄 전선을 제조하는 제조방법으로서,
1단계: 산화물질이 포함된 전해액이 수용된 전해조(10)를 준비
2단계: 중공형의 금속관(20)을 구비한 후 그 금속관(20)의 내부에 선재 통과홀(26)이 형성된 절연체(25)를 복수개 끼워 결합
3단계: 상기 절연체(25)가 결합된 금속관(20)을 전해조 내부로 수용시켜 전해액에 침지되게 하고, 전해조(10)의 외부에는 플라즈마 전해 산화기법에 의해 표면에 산화물층이 형성된 알루미늄 선재를 권취하기 위한 권취기(40) 및 그 권취기의 전단에 알루미늄 선재를 권취기로 안내하는 안내롤러부(50)를 설치
4단계: 알루미늄 선재를 상기 금속관(20)의 일측에 결합된 절연체의 선재 통과홀에 끼워 타측에 결합된 절연체의 선재 통과홀을 통해 인출시킨 후 상기 안내롤러부(50)를 통과시켜 권취기(40)에 고정
5단계: 상기 안내롤러부(50)와 금속관(20)에 각각 양극단자와 음극단자를 연결한 후 교류전압을 인가하여 알루미늄 선재 표면을 코팅하여 산화물층을 형성
6단계: 상기 권취기(40)를 작동시켜 전해액에 알루미늄 선재를 침지시킴과 아울러 산화물층이 형성된 알루미늄 선재를 권취기에 권취시키도록 하여 연속적으로 알루미늄 선재 표면에 산화물층을 형성
7단계: 상기 권취기(40)에 권취된 알루미늄 선재를 권출시켜 수지로 피복하여 외피를 갖는 전선으로 형성
하는 단계를 거쳐 알루미늄 전선을 제조하게 된다.
여기서, 상기 1단계는 전해조를 준비하는 단계임에 따라 상기 2단계보다 먼저 수행될 수도 있고, 2단계보다 후에 수행될 수도 있는 것이다.
상기 전해조에는 온도조절기를 설치하여 전해액의 온도가 0~20℃로 유지될 수 있도록 하고, 적절하게는 10℃로 유지되게 조절한다. 온도를 10℃로 유지하는 이유는 플라즈마가 발생하는 부분에서의 온도상승시 산화피막의 특성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
상기 2단계에서 절연체(25)의 설치위치는 알루미늄 선재가 금속관에 접촉되지 않도록 하기 위해, 금속관(20)의 양측과 중앙부에 각각 형성함이 바람직하다.
상기 5단계에서 교류전류 및 전압을 통전시켜 알루미늄 선재에 산화물층을 형성시키게 되는데, 이때 효과적인 산화피막의 형성을 위해 전극의 실효 전압치를 항상 300V이상으로 하되, AC 접압의 범위는 300~500V, 10 내지 10,000Hz로 한다. 바람직하게는 실효 전압치는 380V로하고 AC전압범위는 380V, 60Hz가 되게 한다.
상기 과정을 통해 알루미늄 선재의 표면에 산화물층이 형성되어 짐으로써 내식성 향상은 물론 경도 증가로 부식 및 파단 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 알루미늄 선재를 연속적으로 공급하면서 그 표면에 산화물층을 형성할 수 있음으로써 시간 대비 생산량을 대폭 증가시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 신선장치 후단에 본 발명의 산화물층 형성장치를 설치함으로써 신선작업과 산화물층 형성작업을 한번의 공정으로 연속 수행할 수 있도록 할 수 있도록 하여 작업시간을 대폭 절약시킬 수도 있다.
본 발명에서 상기 산화물층을 형성하기 위한 전해액은 알칼리 금속수산화물, 알카리 금속규산염, 알칼리 피로인산염, 불소화합물을 포함하여 조성된 것이 바람직하다.
상기 알칼리 금속수산화물은 KOH 및 NaOH, LiOH, NaOH, RbOH, CsOH가 사용될 수 있고, 상기 알카리 금속규산염으로는 Na2SiO3 및 Na2SiO5, Na4SiO4 중 선택될 수 있으며, 상기 피로인산염으로는 Na3PO4, Na4P2O7, (NaPO3)6등이 사용될 수 있고, 불소화합물은 KF, AlF3, CaF2, MgF2, LiF, NaF, 및 Na3AlF6 중 선택될 수 있다.
한편, 상기 알칼리 금속수산화물, 알칼리 금속규산염, 알칼리 피로인산염, 불소화합물은 각각 전해액 1ℓ 대비 1 ~ 5g : 2 ~ 8g : 0.5 ~ 5g : 1~3g의 비율로 조성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 전해액에 세륨화합물과 바나듐산화물이 더 첨가될 수 있다.
상기 세륨화합물은 Ce(NO3)3, Ce(OH)4, Ce(Ac)3, CeCl3 등 세륨 이온을 함유하는 금속 전구체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이고, 전해액에 1~4 g/L 가 사용될 수 있다.
상기 바나듐산화물은 전해액에 1~4 g/L의 NH4VO3가 사용될 수 있다.
또한, 여기에 더하여 상기 전해액에는 이산화티타늄이 더 포함되어 조성될 수도 있다.
상기 전해액 내에서 플라즈마 전해기법에 의해 알루미늄 선재의 표면에 형성된 산화물층은 알루미나층으로 구성되며, 구체적으로 내식성 및 경도가 우수한 α-Al2O3가 위치할 수 있고, 그 위에 다공성의 γ-Al2O3의 적층구조이며, 이 알루미나층내에 상기 바나듐산화물 및 세륨화화물, 이산화티타늄이 추가로 포함될 수 있는 것이다.
아래에서는, 상기와 같이 알루미늄 선재의 표면에 플라즈마 전해 산화기법을 이용하여 산화물층을 형성하기 위한 산화물층 형성장치에 대해서 설명한다.
상기 산화물층 형성장치는 도
에 도시된 바와 같이, 산화물질이 포함된 전해액이 수용된 전해조(10)와, 상기 전해조(10)의 전해액에 침지되게 마련되는 중공형의 금속관(20)과, 상기 전해조(10)의 일측에 설치되어 상기 금속관(20) 내부로 알루미늄 선재를 인입시켜 주는 알루미늄 선재 공급부(30)와, 상기 전해조(10)의 타측에 설치되어 상기 금속관(20)을 통과하여 표면에 산화물층이 형성된 알루미늄 선재를 권취하는 권취기(40)와, 상기 권취기(40)의 전단에 설치되어 상기 전해조(10)에서 인출되는 산화물층이 형성된 알루미늄 선재를 상기 권취기(40)로 권취되게 안내하는 안내롤러부(50)와, 상기 안내롤러부(50)에 양극단자를 연결하고 상기 금속관(20)에 음극단자를 연결하여 교류전압을 인가하는 전압공급수단(60)을 포함하여 이루어진다.
상기 산화물질은 알칼리 금속수산화물, 알칼리 금속규산염, 알칼리 피로인산염, 불소화합물을 포함하는 것이고, 이러한 산화물질이 혼합된 전해액에 플라즈마 전해 산화기법에 의해 알루미늄 선재 표면에 산화물층이 코팅 형성됨으로써 경도 증가는 물론, 내식성이 향상되는 것이다.
상기 금속관(20)은 내부로 알루미늄 선재가 통과하면서 그 금속관 내부에서 산화물층이 코팅 형성되도록 한 것으로, 금속관 내주면에 접촉되지 않도록 구비하여야 한다.
이를 위해, 상기 금속관(20)의 내부에는 절연체(25)가 끼워져 결합되고, 절연체(25)의 중앙에는 알루미늄 선재를 통과시키도록 선재 통과홀(26)이 형성된다.
금속관 내부에 설치되는 상기 절연체(25)의 개수는 알루미늄 선재가 금속관의 내주면에 접촉되지 않을 정도의 개수(예로서 2개~4개)로 설치되면 충분하다.
상기 금속관(20)의 내부에는 절연체(25)가 설치되어 있다고 하더라도 선재 통과홀(26)을 통해 내부로 유입된 전해액이 존재하기 때문에 그 금속관을 통과하는 알루미늄 선재에 플라즈마 전해 산화기법으로 산화물층을 형성할 수 있다.
그러나 알루미늄 선재 표면에 산화물층이 고르게 분포되지 않을 수도 있고, 산화물층의 두께보다 얇을 수도 있기 때문에 상기 금속관(20)의 표면에는 내부로의 전해액이 쉽게 유입되도록 복수개의 홀(21)이 규칙 또는 불규칙적으로 타공되는 것이 바람직하다.
상기 홀(21)의 형성으로 인해, 금속관 내부로 전해액이 쉽게 유입되어져 전압공급시 알루미늄 선재의 표면에 산화물층이 고르게 코팅될 수 있는 것이다.
상기 금속관(20)은 상기 전해조의 내부에 지지부재를 이용하여 바닥에서 일정 높이에 위치되게 설치하도록 한다. 그 이유는 금속관의 하면의 홀을 통해서도 전해액이 유입되도록 하여 선재 표면에 고르게 산화물층이 형성될 수 있도록 하여 품질을 높여주기 위함이다.
상기 알루미늄 선재 공급부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 압출 또는 신선공정을 거친 알루미늄 선재를 사전에 권취해 놓은 보빈 또는 권취기로 구성할 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 신선작업 후단에 설치하여 신선된 선재를 지지하면서 전해조로 공급해주는 롤러 등으로 구성할 수 있다.
*상기 알루미늄 선재 공급부(30)에서 공급되는 알루미늄 선재를 안내하여 전해조로 원활히 공급시키도록 알루미늄 선재 공급부(30)의 후단에는 안내롤러가 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 전해조(10)의 내부에는 전해액의 교반을 위해 교반수단(70)이 설치될 수 있다. 상기 교반수단(70)은 공지의 모터 등으로 회전으로 임펠러로 구성할 수 있는 것으로, 전해액을 주기적으로 교반시켜 주도록 함으로써 산화물질이 전해조의 바닥으로 침전되는 현상이나 각 산화물질이 혼합되지 않고 서로 분리되는 현상을 방지하도록 하기 위한 것이고, 이를 통해 플라즈마 전해 산화기법으로 피막 형성시 알루미늄 선재 표면에 균일하고 밀착성이 매우 우수한 코팅층을 형성시킬 수 있도록 한 것이다.
또한, 상기 전해조(10)의 내부에 에어공급기 또는 기포발생기 등을 설치하여 전해액에 주기적으로 에어를 공급하여 줌으로써 에어에 의해 전해액이 혼합될 수 있도록 하여 침전물질을 최소화하거나 침전물질이 발생되지 않도록 할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따라 산화물층이 형성된 알루미늄 선재에 염수를 분무하여 표면에 적청(부식생성물)의 발생유무를 확인한 시험성적서이며, 3번에 걸쳐 500시간 분무한 결과 적청이 발생되지 않았다.
상기와 같이 본 발명의 알루미늄 전선은 알루미늄 선재의 표면에 플라즈마 전해 산화기법을 이용하여 산화물층을 형성함에 따라, 종래의 전선에 비해 내식성의 향상으로 부식발생을 방지하고, 경도를 증가시킬 수 있어 사용시 처짐현상을 최소화할 수 있게 된다.

Claims (2)

  1. 전선으로 사용되는 알루미늄 선재의 표면에 산화물층을 형성한 후 그 산화물층의 외부를 수지로 피복하여 알루미늄 전선을 제조하는 알루미늄 전선 제조방법에 있어서,
    산화물질이 포함된 전해액이 수용된 전해조(10)를 신선장치 출측에 위치되게 준비하는 단계;
    표면에 복수개의 홀(21)이 타공된 중공형의 금속관(20)을 구비하고, 그 금속관(20)의 양측과 내부 선택위치에 선재 통과홀(26)이 형성된 절연체(25)를 끼워 결합하는 단계;
    상기 절연체(25)가 결합된 금속관(20)을 전해조 내부로 수용시켜 전해액에 침지되게 하고, 전해조(10)의 외부에는 플라즈마 전해 산화기법에 의해 표면에 산화물층이 형성된 알루미늄 선재를 권취하기 위한 권취기(40) 및 그 권취기의 전단에 알루미늄 선재를 권취기로 안내하는 안내롤러부(50)를 설치하는 단계;
    상기 신선장치를 통과시켜 신선완료된 알루미늄 선재를 상기 금속관(20)의 일측에 결합된 절연체의 선재 통과홀에 끼워 타측에 결합된 절연체의 선재 통과홀을 통해 인출시킨 후 상기 안내롤러부(50)를 통과시켜 권취기(40)에 고정하는 단계;
    상기 안내롤러부(50)와 금속관(20)에 각각 양극단자와 음극단자를 연결한 후 교류전압을 인가하여 알루미늄 선재 표면을 코팅하여 산화물층을 형성하는 단계;
    상기 권취기(40)를 작동시켜 신선작업되어 공급되는 알루미늄 선재를 전해액에 침지시켜 플라즈마 전해 산화반응으로 표면에 산화물층이 형성되게 함과 아울러 플라즈마 전해 산화반응을 거쳐 표면에 산화물층이 형성된 알루미늄 선재를 권취기에 권취시키도록 하여 알루미늄 선재를 전해조로 공급하면서 연속적으로 알루미늄 선재 표면에 산화물층을 형성하는 단계;
    상기 권취기(40)에 권취된 알루미늄 선재를 권출시켜 알루미늄 선재 외부를 수지로 피복하여 외피를 갖는 전선으로 형성시키는 단계;
    를 거쳐 신선작업과 산화물층 형성작업을 순차적으로 수행하도록 한 것을 특징으로 하는 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화물질은 전해액 1ℓ 대비 1 ~ 3g의 알칼리 금속수산화물, 2 ~ 8g의 알칼리 금속규산염, 0.5 ~ 3g의 알칼리 피로인산염, 1 ~3g의 불소화합물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 산화물층이 형성된 알루미늄 전선 제조방법.
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