[보고서]경량전도성 Cu/Al/Cu 하이브리드 광폭판재(2.5t, 폭540mm급)개발 및 부품화 기반기술개발

김민중

보고서 정보

주관연구기관

(주)한국클래드텍

연구책임자

김민중

참여연구자

이동원 , 백종진 , 홍순익

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2020-06

과제시작연도

2019

주관부처

산업통상자원부
Ministry of Trade, Industry and Energy

등록번호

TRKO202200005413

과제고유번호

1415163815

사업명

소재부품기술개발(R&D)

DB 구축일자

2022-07-23

키워드

하이브리드 합금.신뢰성.성형성.계면강도.가공.소재표준.

표 경량전도성 Cu/Al/Cu 하이브리드 금속 소재
표 Cu/Al/Cu 하이브리드 소재의 특성
표 경량전도성 Cu/Al/Cu 하이브리드소재의 특성 및 연구의 필요성
표 경량전도성 Cu/Al/Cu 하이브리드소재 연구방법 및 연계성
표 경량전도성 Cu/Al/Cu 하이브리드소재의 기능 및 활용분야
표 경량전도성 Cu/Al/Cu 하이브리드소재 개발개념 및 요구특성
표 클래드 공정모식도
표 친환경 자동차用전장품
표 자성체류 효율 평가 및 열 해석 설계
표 계면 신뢰성 증진 제어층 설계 및 계면 기계적 호환성 접합/가공성 증진핵심기술 개략도
표 Al clad재에서의 과압하 시에 발생되는 Crack
표 태양광 및 산업用 전장품
표 버스바 효율 평가 검토
표 Cu/Al/Cu 소재의 가공특성에 따른 가공중 소재 파손예
표 최종 공정 모식도
표 고전압 버스바 적용 전장품
표 자성제품 및 인덕터/컨버터 모듈
표 소재조건별 표면조도(A 표면처리 전, B 표면처리 弱, C 표면처리 中, D 표면처리 强)
표 일반적인 접합력테스트의 방향
표 폭방향기준 접합력테스트결과
표 공정도
표 1차년도 및 2차년도 접합력그래프.(좌 : 1차년도, 우 : 2차년도)
표 압연작업 시, 발생된 Edge Crack
표 수정제조공정도
표 도금판재의 압연표면 및 Edge Crack
표 폭에 따른 전기전도도 Data
표 냉간압연 시, 압하율별 기계적특성치의 변화(좌-min,우-max)
표 압하율에 따른 소재경도변화
표 초도 접합력차이에 따른 압하량에 따른 접합력 변화
표 압하율에 따른 접합력변화(2.5t기준)
표 HT type 및 도유량에 따른 특성비교
표 HT 조건별 금속간화합물의 발생량(좌 : TypeA, 우, Type B)
표 A/B에서의 60분 열처리 시의 금속간화합물분석
표 계면특성확인장치
표 자성체류 효율 평가 및 열해석 설계
표 DC-DC 컨버터 자성체류 컨셉도
표 DC-DC 컨버터용 인덕터 최적화 설계 컨셉도
표 DC-DC 컨버터 인덕터 열해석 진행
표 인덕터 전류 인가 시험 자료
표 PPS 사출물의 온도 특성 평가
표 인덕터 사출 설계 도면
표 태양광 인버터 적용 버스바 및 도면
표 인버터 적용 버스바 도면
표 버스바 JIG
표 클래드 메탈 버스바 및 동 버스바 열화도 분석
표 전류 파형 분석 자료
표 3.5kW 태양광 인버터
표 대용량 태양관용 인버터 필터
표 인버터 적용 버스바 구조
표 버스바 인써트 사출 적용 도면
표 좌 : 기종 양산 버스바 우 : 클래드 개선 버스바
표 클래드 버스바와 동 버스바 온도 시험 평가
표 동 버스바와 클래드 버스바 온도 시험 평가
표 동 버스바와 클래드 버스바 효율 평가
표 동 버스바와 클래드 버스바 소비전력 평가
표 인덕터 제조 공정 및 예상 흐름도
표 11.0kW 인버터 다이어그램
표 클래드 적용 인덕터 예상 연간 수량 및 매출액
표 11.0kW 인버터 회로도
표 11.0kW 인버터 부품 배치도
표 인버터 적용 버스바 및 도면
표 인버터 적용 버스바 온도 평가 및 효율 평가
표 11.0kW 인버터예상 연간 양산 및 매출액(클래드 버스바 기준 단가)
표 Back scattered electron images of Cu/Al/Cu composites after annealing at 500℃ for 3hrs
표 TEM images(b, c, d) of Cu/Al interface in clad metals annealed at 500℃ 3hr
표 TEM image, SAED pattern, EDX results of Cu/Al interface in clad metalsannealed at 500℃ 3hr
표 TEM image, EDX results of Cu/Al interface in clad metals annealed at 500℃ 3hr
표 SEM (a) and EBSD images(b, c, d) of Cu/Al interface in clad metals annealed at500℃ 3hr after peeling test
표 SEM images of 0.12㎛ CCA wire. Low magnification images of the as-drawn (a), andannealed at 300℃for 30min(b) and high magnification images of the as-drawn (c), and annealed at 300℃for 30min(d)
표 SEM images of 0.18㎛ CCA wire. Low magnification images of the as-drawn (a), andannealed at 300℃for 30min(b) and high magnification images of the as-drawn (c),and annealed at 300℃for 30min(d)
표 Strain-stress curves of as-drawn CCA wire and annealed CCA wire(Diameter :0.12, 0.18㎛)
표 Fracture images of 0.12㎛ CCA wire. Low magnification images of the as-drawn (a), andannealed at 300℃for 30min(b) and high magnification images of the as-drawn (c), and annealed at300℃for 30min(d)
표 Fracture images of 0.12㎛ CCA wire. Low magnification images of the as-drawn (a), andannealed at 300℃for 30min(b) and high magnification images of the as-drawn (c), and annealed at 300℃for 30min(d)
표 SEM images and elemental mapping images of interface region of Cu/Al/Cu clad with 25 mmNi interlayer and those annealed at as roll bonded(a, f), 200OC (b, g) 300OC (c, h), 400OC (d, i) and500OC (e, j)
표 Graph of interface region ratio of Cu/Al/Cu clad as roll bonded with 5 ㎛, 13 ㎛ and 25 ㎛at TD direction
표 Average peel strength of as-roll-bonded and annealed Cu/Al/Cu composite plotted against theNi interlayer thickness
표 XRD peaks from the separated Cu(a) and Al(b)plates annealed at 200OC, 300OC, 400OC and 500OC
표 Thickness of intermetallic and electrical conductivity a function of Cu/Al/Cu clad with 5mm,13mm, 25 mm Ni interlayer with heat treatment temperature
표 1.5t 판재의 펀치 r값의 변화에의한 V-bending 실험 결과
표 2.0t 판재의 펀치 r값의 변화에의한 V-bending 실험 결과
표 0.5, 1.0, 1.5, 2.0의 r값을 지닌 펀치로 가공한 1.5t Cu/Al/Cu 하이브리드 판재의V-bending 실험 결과
표 0.5, 1.0, 1.5, 2.0의 r값을 지닌 펀치로 가공한 1.5t Cu/Al/Cu 하이브리드 판재의V-bending 실험 결과 SEM 이미지
표 0.5, 1.0, 1.5, 2.0의 r값을 지닌 펀치로 가공한 2.0t Cu/Al/Cu 하이브리드 판재의 V-bending실험 결과
표 0.5, 1.0, 1.5, 2.0의 r값을 지닌 펀치로 가공한 2.0t Cu/Al/Cu 하이브리드 판재의V-bending 실험 결과 SEM 이미지
표 FEM으로 해석한 V-bending
표 실험 결과와 FEM을 통해 얻은 Load-displacement 그래프
표 r값에 따른 응력 분포
표 r값에 따른 변형률 분포
표 부위별 data 추출 위치 분포
표 펀치와 접촉하는 영역의 응력 분포
표 펀치와 접합하는 영역의 변형률 분포
표 하단 Cu층의 응력 분포
표 하단 Cu층의 변형률 분포
표 0.5r 결과의 Neutral axis
표 1.0r 결과의 Neutral axis
표 1.5r 결과의 Neutral axis
표 2.0r 결과의 Neutral axis
표 인장시험 후 초기시편과
표 초기시편 (as-rolled)의 인장시험 시변형률에 따른 Cu/Al 접합계면의 모습
표 (a)초기 조건, (b)200℃, (c)300℃, (d)400℃, (e)500℃에서 열처리한 Cu 시편의응력 – 변형률 곡선 및 각 온도구간의 FEM 결과
표 압연 공정을 통해 제조된 Cu/Al/Cu 하이브리드 합금 중Cu를 제거한 Al 시편의 상온 및 200~500℃열처리한 시편의응력-변형률 곡선
표 (a)초기 조건, (b)200℃, (c)300℃, (d)400℃, (e)500℃에서 열처리한 Al 시편의 응력– 변형률 곡선 및 각 온도구간의 FEM 결과
표 압연 공정을 통해 제조된 Cu/Al/Cu 하이브리드 합금의 상온 및200~500℃열처리한 시편의 응력-변형률 곡선
표 (a)초기 조건, (b)200℃, (c)300℃, (d)400℃, (e)500℃에서 열처리한 Cu/Al/Cu 하이브리드합금 시편의 응력 – 변형률 곡선 및 각 온도구간의 FEM 결과
표 (a) 연구에 사용된 클래드재 모식도 (b) 도식화 하여 나타낸 3점굽힘시험 방법
표 Cu/Al/Cu 접합소재의 초기시편과 열처리에 따른 미세구조
표 열처리온도에 따른Al/Cu계면 반응층의 두께의변화
표 500℃에서 3시간 동안 열처리한Cu/Al/Cu 접합소재의 Al/Cu 계면에서 생성된반응층을 주사전자현미경(SEM)사진과,EDX 성분분석 결과
표 압연된 초기시편과 열처리 온도에 따른 Cu/Al/Cu 접합소재의 Load-Displacement 그래프(a) 변형속도가 1 mm/min (b) 변형속도가 10 mm/min
표 굽힘된 Cu/Al/Cu 접합소재의 저배율 사진
표 Cu/Al/Cu 하이브리드 합금의 초기시편과열처리온도에 따른 하중-변위 곡선
표 (a)초기 조건, (b)200℃, (c)300℃에서 열처리한 Cu/Al/Cu 하이브리드 합금시편의 하중-변위 곡선
표 3점 굽힘한 초기시편과 열처리된 시편의 굽힘 시험 후의 모습
표 as-rolled (a) 및 200℃ (b), 300℃ (c), 400℃ (d), 450℃ (e),500 ℃ (f) 에서 3시간 열처리한 Al/Cu 클래드재의 접합면
표 500℃에서 열처리한 시편의 EDX 결과
표 온도에 따른 금속간 화합물의 두께 및 분율
표 온도에 따른 peel-test의 Load-displacement 결과
표 실체 현미경을 통해 관찰한 peel test 과정
표 금속간 화합물의 파괴 과정 모식도
표 peel test 후 분리된 Al과 Cu 층 SEM 이미지
표 peel test 한 시편의 분리가 시작되는 지점 SEM
표 400℃에서 열처리한 시편의 EBSD 결과
표 450℃에서 열처리한 시편의 EBSD 결과
표 500℃에서 열처리한 시편의 EBSD 결과
표 분리된 Al면과 Cu면의 XRD 분석 결과
표 대형 Cu/Al/Cu 클래드 판재의 옆면 사진 및 SEM, EDS 분석 결과
표 as-rolled(a ~ c), 300(d ~ f), 500(g ~ i)℃에서 30분간 열처리한 시편의 SEM사진 및 EDS 분석 결과와 mapping 결과
표 열처리 조건에 따른 금속간 화합물의 실제 두께(a) 및 두께 분율(b)
표 Peel test 모식도 및 실제 실험 사진
표 as-rolled, 300, 500℃에서 30분간 열처리한 시편의 peel test 결과. (a : 10-4, b :10-2)
표 as-rolled, 300, 500℃에서 30분간 열처리한 시편의 peel strength (a : 10-4, b :10-2)
표 압연된 초기시편과 열처리 온도에 따른 Cu/Al/Cu 접합소재의 Load-Displacement 그래프(a) 변형속도가 1 mm/min (b) 변형속도가 10 mm/min
표 Cu/Al/Cu 접합소재의 굽힘변위에 따른 상대적인 hardening rate 변화
표 열처리 온도에 따른 Cu/Al/Cu클래드재의 displacement rate sensitivity
표 Cu/Al/Cu클래드재 윗부분의 Cu와 Al 사이의 Curvature 모습
표 굽힘된 Cu/Al/Cu 접합소재의 윗부분의 Cu층과 Al층의 저배율 사진
표 굽힘된 Cu/Al/Cu 접합소재의 아랫부분의 Cu층과 Al층의 저배율 사진
표 열처리 온도에 따른 금속간화합물 형성 및 성장과 전도도 변화
표 Cu-Al계면에서 관찰되어 보고된 금속간화합물의 결정구조와 물리화학적 특성
표 as-rolled, 300, 500℃ 에서 30분간 열처리한 시편을 10-4의 strain rate로 peeltest한 시편의 Al, Cu 면의 mapping 결과
표 as-rolled, 300, 500℃ 에서 30분간 열처리한 시편을 10-2의 strain rate로 peeltest한 시편의 Al, Cu 면의 mapping 결과
표 as-rolled, 300, 500℃ 에서 30분간 열처리한 시편을 10-4, 10-2의 strain rate로peel test한 시편의 Al, Cu 면의 XRD 분석 결과
표 분리된 Al plate의 계면파단면
표 Ridge 모양의 늘어선 선이 보이는 면(a) 과 다각형 모양의 파반반한 단면(b) 에서의EDS peak
표 분리된 Cu plate의 계면파단면
표 Ridge 모양의 늘어선 선이 보이는 섬 (isliand) 형태의 구역(a), 다각형 모양의파반반한 단면구역(b) 그리고 계곡의 오솔길 모양의 연결된 network 구역(c)의 EDS peak
표 분리된 Al plate 와 Cu plate의 계면파단면의 고배율 SEM 사진
표 ARAMIS 5M 장비 및 시편
표 (1) 열처리 온도에 따른 Strain-stress curve, (2) 열처리 온도에 따른 연신율, (3)
표 Normal strain
표 계면 거동
표 400, 450, 500 ℃에서 3시간 열처리한 시편의 normal(horizontal) strain
표 Curling 현상 관찰
표 계면분리 시점 및 변형율 분포

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