[논문]Ag-CdO계 전기접점재료의 미세조직에 미치는 열처리 조건과 산화 공정의 영향

권기봉; 남태운

문제 정의

연구는 전무한 상태이다. 본 연구에서는 중전류 영역의 전기접점재료에서 가장 많이 사용되는 Ag-CdO의 제조공정의 변화에 따른 산화 미세 조직의 변화를 조사하여 최적의 열처리 조건과 압연조건, 산화공정 조건을 확립하고자 하였다.

가설 설정

둘째, 형성된 산화물의 분포와 형상이다. 시료 전체의 단면조직 관찰에서 기존 공정보다 전산화 공정으로 제조한 시료의 산화 조직이 미세한 것을 확인할 수 있었다.
세째, Ag와 산화조직의 경계이다. Ag 와의 접합층 관찰에서 전산화 공정 시료는 기존 공정과 다르게 직선에 가까운 균일한 경계를 나타내었다.
셋째, Ag와 산화조직의 경계이다. 경계 부분의 미세조직은 Ag 와 압접한 부분으로 약간은 균일하지 못한 형태로 경계가 형성된 것을 확인할 수 있었다.
첫째, 산화희박층의 소멸이다. 전산화 공정에서는 기존 공정의 산화희박층이 존재하지 않기 때문에 경도특성과 내마모 특성, 접점재료의 수명이 향상될 것으로 예상된다.

제안 방법

그리고 기존 공정(후산화 공정)과 다르게 내부산화 공정을 압출, 압연 및 압접 공정보다 먼저하는 전산화 공정을 이용하여 내부산화를 하고 미세조직 관찰과 경도측정을 하였다. 압출은 25:1, 700°C, 열처리는 600°C, 10분으로 한 후, 600。(2에서 1차 압연하고, 내부산화 공정 조건은 산화온도 750°C, 산소압 2kgf7cm², 산화시간 17시간으로 기존 공정과 동일하게 하였다.
압연 두께는 10mm 이다. 내부산화 공정은 산화온도 750°C, 산소압 2 kg此m% 산화 시간 17시간으로 하였으며, 미세조직 관찰과 경도측정을 하였다. Fig.
모합금의 열처리 후, 압연 공정을 하였으며, 최적의 압연온도를 확립하기 위해 압연온도를 700°C, 730°C, 760°C, 800°C 로 변화시키며, 15분 유지한 후 하였다. 압연 두께는 10mm 이다.
모합금의 열처리 후에는 Ag와의 압접과 내부산화를 양호하게 하기 위한 목적으로 압연 공정을 수행했다. Fig.
앞서 언급한 내부산화 조직에서 조대한 산화물과 산화 희박 층의 형성 등을 제거하고 압연 공정에서의 크랙을 최소화하기 위해 공정의 순서를 변경한 전산화 공정으로 내부산화를 하였다. 내부산화 공정 조건은 산화온도 750°C, 산소압 2 kg^cm², 산화시간 17시간으로 기존 공정과 동일하게 하였다.
제조된 모합금은 압출하고, 열처리를 한 후, 압연하고 Ag와의 압접과 냉간가공공정에 이어 내부산화를 통해 접점재료를 제조했다. 이때 압출은 25:1로 700°C에서, 열처리 온도는 700°C, 730°C, 760°C, 800°C 로 변화시켰으며, 유지 온도는 15분, 20분, 45분으로 변화시켰다. 본 연구의 모합금 열처리 조건을 Table 1에 나타내었다.
87 wt%Ag 함량으로 고주파 유도로를 이용하여 아르곤 분위기에서 제조 하였다. 제조된 모합금은 압출하고, 열처리를 한 후, 압연하고 Ag와의 압접과 냉간가공공정에 이어 내부산화를 통해 접점재료를 제조했다. 이때 압출은 25:1로 700°C에서, 열처리 온도는 700°C, 730°C, 760°C, 800°C 로 변화시켰으며, 유지 온도는 15분, 20분, 45분으로 변화시켰다.

대상 데이터

본 연구를 통해 Ag-CdO 접점재료 제조에서 열처리 조건과 압연조건을 확립하였으며, 전산화 공정의 시료.가 양호한 조직과 높은 경도값을 나타내어, 전산화 공정이 우수한 접점재료 제조법임을 확인하였다.
불순물 혼입을 방지하기 위하여 Ag(99.99%), Cd(99.99%)의 소재를 13.13 wt%Cd, 86.87 wt%Ag 함량으로 고주파 유도로를 이용하여 아르곤 분위기에서 제조 하였다. 제조된 모합금은 압출하고, 열처리를 한 후, 압연하고 Ag와의 압접과 냉간가공공정에 이어 내부산화를 통해 접점재료를 제조했다.

성능/효과

그 이유는 700°C 미만의 온도에서 시료가 압연에 필요한 충분한 열을 받지 못하기 때문에 압연 후에 많은 크랙이 발생하여 불량의 시료가 제조되고, 15 분 미만의 유지시간은 압연 시료의 외부와 내부의 온도 차이로 인해 내부의 압연 효과가 없게되어, 내부산화 공정에서 내부의 산화조직이 조대하여 불량으로 제조된다. 열처리 온도의 증가(73(TC, 760°C, 800。(2)는 산소의 확산을 조장하여 내부로의 산화층 성장을 촉진시키기 때문에 산화층의 두께가 두껍게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 열처리 시간도 산화 층 성장에 영향을 주기 때문에 시간이 증가할수록 두꺼운 산화 층이 발생하였다.
1. 본 연구에서 열처리 최적 조건은 700°C, 15분으로 이 조건의 최적 산화층의 두께는 10 gm 정도였다.
2. 압연 공정에서 가공성과 산화층 영향이 고려된 최적의 압연 온도는 73俨C 였다.
3. 기존 공정의 산화조직에서 산화물 입자가 조대하며 불균일하게 형성되고, 중앙부분에 산화희박층이 형성되었다. 산화 조직의 경도값은 평균 Hv 70 정도였다.
4. 전산화 공정으로 내부산화했을 경우, 산화조직이 균일하고 미세하였으며, 미산화층이 없었다. 산화조직의 경도값은 평균 Hv 80 정도였다.
5. 전산화 공정에서 크랙의 영향이 고려된 최적 압연 온도는 80VC 였다.
Fig. 3의 결과와 같이, 열처리 조건에 따른 산화층의 관찰에서 압연 공정을 원활하게 할 수 있고, 형성된 산화층이 얇을수록 양호한 내부산화 공정이 이루어질 수 있기 때문에 700°C 에서 15분간 열처리를 흐}는 것이 최적의 조건임을 알 수 있었다. 이때의 산화층 두께는 약 10|im인 것으로 나타났다.
확립하였으며, 전산화 공정의 시료.가 양호한 조직과 높은 경도값을 나타내어, 전산화 공정이 우수한 접점재료 제조법임을 확인하였다.
8에 전산화 공정으로 제조한 내부산화 조직의 경도값을 나타내었다. 기존 공정보다 약 Hv 10 정도가 증가한 평균 Hv 80을 나타내었다.
10에 압연 온도에 따른 시료의 형상을 나타내었다. 기존공정에서 모든 온도 조건의 시료에서 크랙이 발생된 반면에 전산화 공정에서는 온도가 증가할수록 크랙이 감소하는 경향을 보였다. 낮은 온도(700。。)에서는 기존 공정과 마찬가지로 성형성이 저하되어 압연 공정에서 크랙이 발생했다.
5에 압연온도에 따른 시료의 형상을 나타내었다. 모든 시료에서 크랙 (crack)이 발견되었는데, 낮은 온도(7001)에서는 성형성이 저하되어 압연 공정에서 응력에 의한 크랙이 발생하게 되고, 높은 온도(800。<2)에서는 표면에 산화층이 크게 형성되어 산화 층이 깨지면서 크랙이 발생하는 결과를 보였다. Fig.
3에 열처리의 조건에 따른 모합금의 조직 변화를 나타내었다. 모든 열처리 조건에서 표면에 얇은 산화층이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 이러한 표면 산화층은 압연 공정에도 영향을 주지만 특히, 내부산화에 좋지 않은 결과를 보인다.
둘째, 형성된 산화물의 분포와 형상이다. 시료 전체의 단면조직 관찰에서 기존 공정보다 전산화 공정으로 제조한 시료의 산화 조직이 미세한 것을 확인할 수 있었다. 전산화 공정은 내부산화 공정을 먼저 하기 때문에 추후 가공 공정 등으로 인해 산화조직이 미세화되기 때문에 표면의 산화조직과 내부의 산화 조직이 거의 유사한 형상과 크기로 균일하게 나타났다.
하지만 높은 온도(800。0에서는 크랙 발생이 없는 것을 확인하였다. 전산화 공정에서의 압연 조건은 80ITC가 가장 최적임을 확인하였으며, 기존 공정의 압연 온도보다 높은 이유는 내부산화가 되어 산화물 조직으로 압연을 하기 때문에 높은 온도에서 양호한 특성을 보인 것으로 생각된다.

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