[논문]압연공정을 이용한 가전용 신 바이메탈재의 개발

박상순; 이제헌; 배동현; 배동수

doi:10.5228/kspp.2007.16.5.375

압연공정을 이용한 가전용 신 바이메탈재의 개발
Development of New Bimetal Material for Home Appliances by Using the Rolling Process 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.16 no.5 = no.95, 2007년, pp.375 - 380

박상순 (동의대학교 대학원 신소재공학과) , 이제헌 (국방기술품질원) , 배동현 ((주)한국크래드텍) , 배동수 (동의대학교 대학원 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The bimetals of home appliances are mainly manufactured by cladding process and these are almost consisted with Cu alloy and Ni alloy. But it is very difficult to clad these alloys, because the brittle $Cu_3O_4$ oxide film formed easily on Cu alloy surface during cladding process. Clad rolling and heat treatment processes were applied for the development of bimetals by using the Ni alloy and the 3 types of Cu alloys. Optical microstructure, micro-hardness, specific resistance, and deflection and line profile of newly processed bimetals specimens were observed and measured in this paper. Inter-diffusion was observed between Cu and Ni element in the interface of heat treated Cu alloy and Ni alloy clad material. The C1220 and Invar36 clad material showed the best property of deflection among the 3 kind of clad materials.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 바이메탈 클래드재에 대한 기존 부품수요 및 신규 수요를 창출하고, 작은 전류의 흐름에도 바이메탈의 휨 정도가 정확하고 우수한 가전용 신 바이메탈을 압연 클래딩 공정을 이용하여 개발하는데 목적을 두었다.

가설 설정

Fig. 9(b)단면에서 부분적인 압축영역, 즉 일부 영역에서 고르게 압연되지 못하고 일부만 심하게 압축된 영역이 관찰되므로, 이는 부분적인 금속 소성 유동의 불균일이 발생한 것으로 보인다.

제안 방법

관찰용 시편은 클래드재를 적당한 크기로 절단, 냉간 마운팅한 후 연마하였으며 Cu 합금계열은 ferric chloride용액을 그리고 Invar36합금은 3%Nital용액을 이용하여 에칭 처리를 행하였다.
금속 현미경을 이용하여 압연에 의한 접합 계면과 열처리에 따른 결정입자의 형상을 관찰하였다.
미소경도시험은 제조공정에서의 각각 1차 압연, 응력제거 열처리, 최종 압연 및 최종 열처리를 실시한 이후의 총 4회에 걸쳐, 마이크로 비커스 경도기(100g・15sec)를 이용하여 각각 12회씩 측정한 후, 각각의 최대값 및 최소값을 제외한 측정치의 평균값으로 산출하였다.
비저항은 한국 전기 연구원에서 저항 측정을 행하였으며, 전류는 100mA, 전압의 +와 -간극은 1.5cm로 균일하게 유지하며 저항을 측정하여 비저항으로 환산하였다. 아세톤과 에틸 알코올을 이용하여 표면을 충분히 세척한 후 조건 하나당 2~3 회씩 반복 실험하여 시험오차를 줄였다.
시편의 선정은 일본 제품의 소재를 자체 분석한 후 이루어졌고 3종의 동계합금과 Invar36을 각각 클래딩하여 C₁₁00/Invar36과 C₁₂20/Invar36 및 C₅₂10/Invar36의 기준시편을 비교분석하였다.
5cm로 균일하게 유지하며 저항을 측정하여 비저항으로 환산하였다. 아세톤과 에틸 알코올을 이용하여 표면을 충분히 세척한 후 조건 하나당 2~3 회씩 반복 실험하여 시험오차를 줄였다.
측정 시 온도 변화를 최소한으로 하기 위해 시편을 로(furnace), 유욕로내에 두고 카메라로 접사하여 고정시켜둔 스테인리스강 눈금자로 변위량을 측정하였다. 저온영역에서의 휨율 측정은 에틸알콜에 액체질소의 주입량을 조절하여- 100℃까지 측정하였으며, 고온영역에서와 동일한 방법으로 시행하였다.
접합계면에서의 합금성분의 분포를 관찰하기 위 하여 EDAX를 이용하여 선분석 (line pro#e)을 실시하였다. 관찰용 시편은 클래드재를 적당한 크기로 절단, 냉간 마운팅한 후 연마하였으며 Cu 합금계열은 ferric chloride용액을 그리고 Invar36합금은 3%Nital용액을 이용하여 에칭 처리를 행하였다.
제조공정은 Fig. 1에 나타낸 순서와 같이 Cu 합금/Ni 합금의 냉연압연재를 1차 압연하여 접합시키고 곧바로 응력제거 열처리를 행한 후 최종 두께로의 압연 및 최종 열처리를 행하였다.
휨율의 측정 이전에 최종 열처리를 실시하였고 3종의 시편을 각각의 측정온도에서 30분간 유지하였다. 측정 시 온도 변화를 최소한으로 하기 위해 시편을 로(furnace), 유욕로내에 두고 카메라로 접사하여 고정시켜둔 스테인리스강 눈금자로 변위량을 측정하였다. 저온영역에서의 휨율 측정은 에틸알콜에 액체질소의 주입량을 조절하여- 100℃까지 측정하였으며, 고온영역에서와 동일한 방법으로 시행하였다.
측정영역은 상온 이상의 범위로 대기중에서는400℃, 유욕로(oil bath)에서는 270℃까지 시행하였다. 휨율의 측정 이전에 최종 열처리를 실시하였고 3종의 시편을 각각의 측정온도에서 30분간 유지하였다. 측정 시 온도 변화를 최소한으로 하기 위해 시편을 로(furnace), 유욕로내에 두고 카메라로 접사하여 고정시켜둔 스테인리스강 눈금자로 변위량을 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 시편은 동계합금 (C₁₁00, C₁₂20, C₅₂10)과 Invar36으로서 각각의 화학조성과 경도 및 전기적 특성을 Table l~Table3에 나타내었다.

성능/효과

(1) 경도시험의 결과, 3종의 동계합금과 니켈합금을 각각 클래딩 후 열처리하여도 클래딩 전의 각각의 단일 소재의 경도를 유지 하였다.
(2) C₅₂10재의 비저항은 C₁₁00과 C₁₂20재의 것에 비해 약 5배의 높은 값을 나타내었다.
(3) 경도시험과 금속현미경 관찰을 통해 최종 압연된 소재와 최종 압연 후 열처리한 소재와는 특성 치에 별다른 차이가 없는 것으로 나타났다.
(4) 열처리한 C₁₂20재와 Invar36재의 접합 계면에서 Cu와 Ni원소의 상호확산이 관찰되었다.
(5) 휨율 시험을 통해 3종의 클래드재 중에서 C₁₂20이 바이메탈 소재로 가장 우수한 특성을 나타내었다.
12(b)에 나타낸 것처럼, Fig. 12(a) 및 (c)와는 달리 -100℃의 저온부에서 +250℃의 고온부에 이르기까지, 온도의 변화에 따라서 그 휘어진 변위는 직선적으로 변하며 25#정도의 휘어짐을 보여, 가장 적합한 휨 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.
Fig. 13에 나타낸 바와 같이 3종의 고온/저온시험의 특성을 전기용 바이메탈의 KS규격군과 비교한 결과, C₁₂20/Invar36 클래드재가 가장 우수한휨율 특성을 가지며 KS규격군과 대등한 결과를 나타내는 것을 알 수 있었다.
그리고, C₅₂10의 비저항은 높은 값을 나타내었으며, 나머지 2종의 재료는 C₅₂10의 약 1/5 정도의 비저항을 보였다.
이는 압연 및 열처리에 의해 형성된 GP(Guinier-Preston)정대와준안정상인 e'의 석출로 인한 증가로 보여진다. 열처리 이후 동계합금 3종과 Invar36의 클래드 재의 경도를 측정한 결과, 동계합금의 경우 400- 800℃영역에 걸쳐 후속 압연공정에 적합한 경도 영역을 보였으나, Invar36의 경우 700~800℃ 영역에서 후속 압연공정에 적합한 경도인 2(X)Hv이하로 경도가 감소하였다.
저온에서의 휨율 측정 결과 3종 모두 -100℃까지는 거의 선형적인 휨율을 보여주었으며 -100℃ 이하의 온도에서는 에틸알콜의 응결로 확인하지 못하였다.

참고문헌 (9)

O. Yilmaz, H. Celik, 2003, Electrical and thermal properties of the interface at diffusion-bonded and soldered 304 stainless steel and copper bimetal, Int. J. Mater. Proc. Tech. Vol. 141, pp. 67-76

상세보기
M. Abbasi, A. Karimi Taheri, M. T. Salehi, 2001, Growth rate of intermetallic compounds in AI/Cu bimetal produced by cold roll welding process, Int. J. Alloys and Compounds 319, pp. 233-241

상세보기
J. T. Choi, H. T. Chung, Y. G. Lee, M. J. Ha, 2001, Microstructural Analysis of Fe-36Ni Invar Alloy Sheets Produced by Twin-Roll Strip Casting Process, RIST Research Paper, Vol. 15, pp. 407-415
Y. Yamamura and T.Fukuda, 2001-3, Manufacturing and Bonding strength properties of Roll clad steel, J. JSTP Vol. 42, pp. 206-210
K.Y. Rhee, W.Y. Han, H.J. Park and S.S. Kim, 2004, Fabrication of aluminum/copper clad composite using hot hydrostatic extrusion process and its material characteristics, Mater. Sci. and Eng. A Vol. 384, pp. 70-76

상세보기
K. Raghnukandan, 2003, Analysis of the explosive cladding of cu-low carbon steel plates, J. Mater. Proc. Tech. Vol. 139,pp. 573-577

상세보기
D. S. Bae, S. K. Kim, S. P. Lee, Tamaki shibayama, D. H. Bae, 2007, Interface Properties of Copper/Aluminum/Stainless Steel Clad Materials, Key Engineering Materials Vol. 345-346, pp. 1497-1500

상세보기
William F. Smith, 2003, Structure and Properties of Engineering Alloys 2nd ed., Mcgraw-Hill Press, pp. 267-269
Korea Standard Information Center, 2006, Thermostat Metal Sheets for Electric Apparatus, KSC2610

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증