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문제 정의
- 본 연구에서는 냉간 및 온간에서 구리와 알루미늄 미소 판재의 압축 성형실험을 수행하여, 온도 표면 거칠기, 압력, 시간 등의 주요인자의 변화에 따른 접합거동을 조사하고자 한다.
제안 방법
- 또한, 압접시 온도의 영향을 조사하기 위해 온도조 절기(MTS409.83)와 Fumace(653)를 만능재료시험기에 장착하였다. 이때의 온도 분포는 상온, 60, 130, 200℃ 4 가지로 구별하여 압접 실험을 실시하였다.
- 압접실험에 사용한 장비는 최대하중이 25kN 이고, 분해능(resolution)이 1 ㎛인 만능재료시험기(MTS858) 를 사용하였다. 본 시험기는 본체와 연결되어 있는 컨트롤러와 프로그램(Test Star Us)을 이용하여 압접 시 시편에 작용하는 하중과 변위의 값을 쉽게 얻을 수 있도록 시스템이 구성되어 있다.
- 본 실험에서는 알루미늄과 구리가 각각의 위치를 유지하고 접촉부에서 붙어있는 정도만을 유지하는 경우에 접합으로 판별하는 기계적 접합만을 고려하였다.
- 알루미늄과 구리의 시편을 한쪽 면씩 사포로 연마하여 표면을 아세톤으로 세척한 후, 표면조 도측정기를 이용하여 시편의 표면거칠기를 측정 한다. 표면거칠기는 중심선 평균 거칠기(Ra)를 적용하여 I 구간(0.
- 압력은 온도 변화에 따라 50, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500MPa 을 적용했으며 , 이때 유지 시간 은 1 분, 5 분, 10 분으로 하였다.
- 압접 실험에 영향을 미치는 온도, 표면거칠기, 압력, 시간 등의 인자들을 주요 변수로 하여 한 조건별로 3 회씩 실험을 실시하였다.
- 이때의 온도 분포는 상온, 60, 130, 200℃ 4 가지로 구별하여 압접 실험을 실시하였다. 압접 실험용 펀치는 열간 압접 실험이 가능한 STD 61 종(열 간합금공구강)을 사용하였으며, 상하 펀치의 가압면은 정밀 연삭 작업을 실시하였다.
- 압접 실험후 육안상으로 붙어있는 시편을 채취 하여 수지로 마운팅 한 후 연마하여 접합면을 광학현미경으로 관찰하였다.
- 83)와 Fumace(653)를 만능재료시험기에 장착하였다. 이때의 온도 분포는 상온, 60, 130, 200℃ 4 가지로 구별하여 압접 실험을 실시하였다. 압접 실험용 펀치는 열간 압접 실험이 가능한 STD 61 종(열 간합금공구강)을 사용하였으며, 상하 펀치의 가압면은 정밀 연삭 작업을 실시하였다.
- 알루미늄과 구리의 시편을 한쪽 면씩 사포로 연마하여 표면을 아세톤으로 세척한 후, 표면조 도측정기를 이용하여 시편의 표면거칠기를 측정 한다. 표면거칠기는 중심선 평균 거칠기(Ra)를 적용하여 I 구간(0.4a ~ 0.8a), II 구간(0.8a ~ 1.6a), HI 구간(1.6a ~ 3.2a)으로 3가지 구간을 정하였다. 이를 적용한 사포 No.
대상 데이터
- 시편은 시중에서 보편적으로 사용되고 있는 두께가 1mm 인 순수알루미늄(All050)과 인탈산 동(C1220)을 사용하였다. 시편의 크기는 만능재 료시험기의 용량과 알루미늄, 구리의 강도를 고려하여 알루미늄은 직경 4.
- 20)을 사용하였다. 시편의 크기는 만능재 료시험기의 용량과 알루미늄, 구리의 강도를 고려하여 알루미늄은 직경 4.7mm, 구리는 10(폭)X 20(길이)mm로 준비하였다.
성능/효과
- (1) 알루미늄과 구리 판재의 압접은 표면 가공 후 2 분 이내에 실시하여 산화막 형성을 억제 하였을 때, 접합성이 양호하며 온도가 높을수록, 표면거칠기 값이 클수록 접합이 잘되는 경향이 나타났다.
- (2) 온도 변화에 관계없이 기계적 접합을 일으키는 압력은 250MPa 이상으로 나타났으나, 온도가 높아질수록 접합 계면이 양호하게 접합되고 있음을 보여주었다.
- (3) 상온에서 20℃ 까지의 온도 영역에서 접합 압력은 온도가 증가함에 따라 최대 40%정도 감소되는 것으로 나타났다.
- 6, 7 은 상온과 200℃ 의 시편 온도에서 500MPa 의 고압으로 1분간 유지하여, 압접 실험에 의해 접합이 이루어진 알루미늄과 구리의 접합부를 광 학현미경의 500 배율로 인화한 단면 조직 사진을 보여주고 있다. 접합 계면부와 이물질의 분포를 조사한 결과, 상온보다는 200℃의 접합 계면이 양호하게 접합되어 있으며, 이는 온도의 영향이 접합 조건에 주요 변수로 작용하고 있음을 알 수 있다. 접합 계면의 뚜렷한 존재는 확산 접합이 아니며, 대체로 느슨한 접합강도의 기계적 접합인 것으로 사료된다.
후속연구
- 이러한 결과는 비교적 크지 않은 압죽 하중에 의한 기계적 접합 여부를 판별하는데 기초 자료 로써 활용이 가능하다.
- 접합 초기에 가열과 가압력에 의해 접합면의 미세 조직이 변형되어 접합체간의 원소 확산과 접합체의 결정립 이동에 의해 접합 계면을 소멸시키는 확산접합에 관해서는 좀 더 체계적인 연구가 필요하다.
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