(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) B23K 20/02 (2006.01) B23K 20/00 (2006.01) B22D 19/08 (2006.01) B22D 19/16 (2006.01) B23K 20/00 (2006.01) B22D 19/08 (2006.01) (21) 출원번호 10-2011-0110803 (22) 출원일자 2011 년 10 월 27 일 심사청구일자 (56) 선행기술조사문헌 JP10277723 A JP03243257 B2 KR1020110021401 A 2011 년 10 월 27 일 (45) 공고일자 2013년04월01일 (11) 등록번호 10-1249540 (24) 등록일자 2013년03월26일 (73) 특허권자 한국생산기술연구원 충청남도천안시서북구입장면양대기로길 89 (72) 발명자 이상목 서울특별시강남구논현로 213, 역삼럭키아파트 105-703 ( 도곡동 ) 이근안 경기도안양시동안구평촌동 899-7 향촌현대 5 차아파트 104-201 ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 유종정전체청구항수 : 총 9 항심사관 : 최인용 (54) 발명의명칭변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법및그하이브리드금속소재 (57) 요약 본발명은이종금속의형상변형과열적활성화에의해연속적인계면을갖으면서각금속이갖는우성특성을발휘할수있도록한변형및확산동시에제어에의한하이브리드금속소재제조방법및그하이브리드금속소재에관한것이다. 이를위해, 심재외측에피복재를주조하여듀오캐스트소재를제조하는단계와 ; 듀오캐스트소재와압력매체를컨테이너에삽입하고열을가해압력매체를용해시키는단계와 ; 듀오캐스트의압출이시작되는압출임계압력미만의등방가압력으로일정시간램을가압하여, 심재와피복재의원자들을상대편소재에침투시켜확산층을형성하는단계와 ; 램의압력을압출임계압력까지도달시켜듀오캐스트소재가압출될수있는압력으로압출가공하면서원자들을상대편소재에더깊게침투시켜확산층의깊이를증가시키는단계로이루어지는것을특징으로한다. 상기한구성에따라, 듀오캐스트소재를압출임계압력미만의압력과정해진시간및온도로정적확산및동적확산을진행하여심재와피복재의계면에확산층을깊게형성할수있으므로, 유해상을최소화시키고계면을안정화시켜두소재의접합강도를향상시키고, 또한이종소재의우성특성을발휘할수있는제품의제조가가능한효과가있으며, 또송배전용전력선으로사용이가능하여높은전기전도도를확보하고, 경량화시키며, 전력선의이도 ( 처짐 ) 를줄일수있는효과도있다. 대표도 - 1 -
(72) 발명자 김응주 인천광역시연수구송도동금호어울림아파트 111-102 이종섭 인천광역시연수구새말로 56 번길 11-9, 405 호 ( 연수동 ) 김용배 인천광역시연수구청능말로 13-11, 201 호 ( 청학동 ) - 2 -
특허청구의범위청구항 1 적층된이종의금속에압력을가하여하이브리드금속소재를제조하는방법에있어서, 심재 (15) 외측에피복재 (16) 를주조하여이종의듀오캐스트소재를제조하는단계와 ; 상기듀오캐스트소재와, 고상의압력매체 (14) 를컨테이너 (10) 내에삽입하고외부에서열을가하여압력매체 (14) 를용해시키는단계와 ; 상기듀오캐스트의압출이시작되는압출임계압력 (P) 을설정하되, 상기압출임계압력 (P) 미만의일정한등방가압력으로정해진시간동안램 (12) 을가압하여, 상기듀오캐스트소재의심재 (15) 와피복재 (16) 의원자들을계면상에서상대편소재에서로침투시켜소정깊이의확산층 (d) 을형성하는정적확산반응단계와 ; 상기램 (12) 의압력을압출임계압력 (P) 까지상승및도달시켜압출을시작하되, 상기듀오캐스트소재가지속적으로압출될수있는일정한압력으로압출가공하면서원자들을상대편소재에더깊게침투시켜확산층 (d) 의깊이를증가시키는동적확산반응단계 ; 로이루어지는것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법. 청구항 2 제 1항에있어서, 상기정적확산반응단계에서램 (12) 의가압을통해듀오캐스트소재의심재 (15) 와피복재 (16) 내부에성형된마이크로기공을수축시키는것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법. 청구항 3 제 1항에있어서, 상기정적확산반응단계에서형성되는확산층 (d) 의깊이는컨테이너 (10) 내부의듀오캐스트소재에가해지는온도와등방가압시간에비례하여증가형성되는것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법. 청구항 4 제 1항에있어서, 상기동적확산반응단계에서형성되는확산층 (d) 의깊이는컨테이너 (10) 내부의듀오캐스트소재에가해지는온도와가압압출시간에비례하여증가형성되는것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법. 청구항 5 제 1항에있어서, 상기동적확산반응단계에서의압출시피복재 (16) 와다이 (11) 사이에는용융된압력매체 (14) 가유입되어피복재 (16) 표면에윤활작용을일으키는하이드로나믹필름 (hydronamic film) 이코팅형성되는것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법. 청구항 6 제 1항또는제 5항에있어서, 상기압력매체 (14) 는선형저밀도폴리에틸렌수지 (LLDPE) 를사용하는것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법. 청구항 7 제 1항에있어서, 상기동적확산반응단계이후에듀오캐스트소재의심재 (15) 와피복재 (16) 의계면을안정화시키고확산층 (d) 을추가하여확산시킬수있도록냉각또는가열중어느하나의후처리단계를더진행할수있는것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법. 청구항 8 제 1항내지제 4항중어느한항에있어서, 상기듀오캐스트소재의심재 (15) 는알루미늄이고, 피복재 (16) 는 - 3 -
구리인것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법. 청구항 9 제 1 항의제조방법에의해제조된하이브리드금속소재. 명세서 [0001] 기술분야본발명은하이브리드금속소재제조방법및그하이브리드금속소재에관한것으로, 적층된이종금속의형상변형과열적활성화에의한확산메카니즘을유도하여조직학적으로연속적인계면을갖으면서변형전의각금속이갖는우성특성을효과적으로발휘할수있도록한변형및확산동시에제어에의한하이브리드금속소재제조방법및그하이브리드금속소재에관한것이다. [0002] [0003] [0004] [0005] [0006] [0007] [0008] [0009] [0010] [0011] [0012] 배경기술현재, 송배전용전력선이나지중선케이블등과같이전기의전도가필요한각종전기전도체는, 일반적으로단일금속으로이루어진구리 (Cu) 가사용되고있다. 이와같은단일금속의구리는사용되는전기전도체의형상에따라봉재, 선재, 관재등의형태로제조될수있는데, 통상다단형상의압연공정이주류를이루고있다. 도 1은상기한다단형상의압연공정을개략적으로나타낸공정도로써, 단일금속인구리의용탕을주조공정을통해잉곳을제조한후, 상기잉곳을적어도 10단이상의롤러에의한다단형상압연을거쳐대략 8mm급으로선재화한다. 그리고, 선재화한단일구리금속은신선공정을통해최종적인요구직경 ( 약 2.6mm이하급 ) 을가진선재로생산할수있게된다. 그러나, 상기한다단압연은여러단의롤러를길이방향으로길게설치함으로써, 압연장치가복잡한문제가있는것은물론, 상기한구리단일소재는가격이비싸고비중이커결국제품을경량화시키는데에한계가있었다. 이에, 상기한구리대신에가격이저렴하고비중이작은알루미늄 (Al) 을다단압연하여단일소재의전기전도체로사용하는방안이제시된바있으나, 상기한알루미늄의전기전도도가구리와대비할때에 56% 정도에불과한문제가있다. 더욱이, 구리와알루미늄모두단일소재의제한적한계특성으로인해다양한환경에적용하는것이제약적이고, 형상자유도에상대적으로제한이있었다. 이에, 근래에는기존소재를합금화하거나복합소재화하여금속소재의다기능화를실현하고, 기능한계를극복할수있도록지속적인연구개발이진행되고있으나, 이를위해서는갈수록고비용, 저효율의새로운공정이요구되어현실적으로는새로운공정개발에어려움을격고있는실정에있다. 특히, 최근사용되고있는복합소재는각각의기능이최적화되어고비전도도 ( 전도도대비중의비 ) 및내식성, 접합성등의표면특성이요구되는환경에사용될수있는하이브리드선재 (duplex wire) 를필요로하고있고, 전기, 전자부품, 자동차, 항공우주및통신등의경쟁력강화를위해서는다기능과임계한계가향상된전기전도체가요구되고있다. 즉, 전세계적으로혁신적인선진기술의발달과그에따른제품의고급화등의요구에따라금속재료의형상, 기능면에서의기술적요구도복잡해지고더욱엄격한특성을요구하고있는실정에있는것이다. 한편, 상기한복합재중구리피복알루미늄 (Copper-clad Aluminum) 소재의경우, 무게가가벼운알루미늄재를심재로사용하고, 전기전도도가우수한구리를피복재로사용하여이종 ( 하이브리드 ) 금속소재를제조함으로써, 알루미늄의경량성과우수한내식성및열전도성을바탕으로구리의우수한전기전도율을함께얻을수있는많은장점을갖고있다. 이러한, 구리피복알루미늄을제조하기위한방법으로일본에서는압출가공법중정수압압출을이용하여압출시의공정조건과금형에의한층상복합재의결합에관한연구를수행하였으나, 접촉계면에서의고상확산에의한결합에대한연구는미흡한실정에있다. - 4 -
[0013] [0014] [0015] [0016] [0017] 그리고, 미국, 영국, 일본등의일부기업들중영국의 HYDROSTATIC EXTRUSION CO. 사에서는간접압출법에의한 Al/Cu(Copper sheath aluminium rod, plates) 에대한기술개발을꾸준히해오고있으며, 독일의 SMS사는압출금형의형상제어와윤활제 (lubricant) 사용등압출공정제어에의해간접압출법으로제조하고있다. 그러나, 상기한직간접의압출방법은도 2에도시한바와같이소재와컨테이너및다이사이의마찰에의해압출되는소재의단면형상이불균일하게제조되는문제가있다. 아울러, 미국의 Copperweld사는여러가지의구리피복와이어 (Copper Clad Wire)(CCA: Copper Clad Aluminium, CCS: Copper Clad Steel) 를생산제조하고있다. 그러나, 도 3에도시한 CCA의경우알루미늄외측에피복되는구리일부를용접해야하는공정특성상, 유해용접면을회피하는것이불가능한문제가있고, 단순압접에의해구리와알루미늄이적층되어구리와알루미늄의계면이불완전함으로써전기적특성이저하되며, 또한용접가공의별도작업이필요하므로제품의수율이매우낮아져생산성이저하되는문제점이있다. 특히, 이종의금속소재가서로접합하여전기전도체등으로사용되기위해서는심재와피복재로사용되는두금속의접촉경계면이기계적으로완전한결합이이루어져야하고, 기계적성질이서로다른이종재료를대상으로하므로내외재의파괴없이균일한유동에의해결함없이제조될수있어야하는데, 상기한종래기술들은이같은문제점을해결하지못하고있다. 선행기술문헌 [0018] 특허문헌 ( 특허문헌 0001) 대한민국공개특허공보공개번호제 10-2001-0022528 호 ( 특허문헌 0002) 대한민국공개특허공보공개번호제 10-2008-0089246 호 ( 특허문헌 0003) 대한민국공개특허공보공개번호제 10-2010-0068484 호 발명의내용 [0019] 해결하려는과제본발명은전술한바와같은종래의문제점을해결하기위하여안출한것으로, 적층된이종금속의형상변형과열적활성화에의한확산메카니즘을유도하여조직학적으로연속적인계면을갖으면서변형전의각금속이갖는우성특성을효과적으로발휘할수있도록한변형및확산동시에제어에의한하이브리드금속소재제조방법및그하이브리드금속소재를제공하는데있다. [0020] [0021] [0022] 과제의해결수단상기와같은목적을달성하기위한본발명의구성은, 적층된이종의금속에압력을가하여하이브리드금속소재를제조하는방법에있어서, 심재외측에피복재를주조하여이종의듀오캐스트소재를제조하는단계와 ; 상기듀오캐스트소재와, 고상의압력매체를컨테이너내에삽입하고외부에서열을가하여압력매체를용해시키는단계와 ; 상기듀오캐스트의압출이시작되는압출임계압력을설정하되, 상기압출임계압력미만의일정한등방가압력으로정해진시간동안램을가압하여, 상기듀오캐스트소재의심재와피복재의원자들을계면상에서상대편소재에서로침투시켜소정깊이의확산층을형성하는정적확산반응단계와 ; 상기램의압력을압출임계압력까지상승및도달시켜압출을시작하되, 상기듀오캐스트소재가지속적으로압출될수있는일정한압력으로압출가공하면서원자들을상대편소재에더깊게침투시켜확산층의깊이를증가시키는동적확산반응단계 ; 로이루어지는것을특징으로한다. 여기서, 상기정적확산반응단계에서램의가압을통해듀오캐스트소재의심재와피복재내부에성형된마이크로기공을수축시킨다. 그리고, 상기정적확산반응단계에서형성되는확산층의깊이는컨테이너내부의듀오캐스트소재에가해지는온도와등방가압시간에비례하여증가형성된다. - 5 -
[0023] [0024] [0025] [0026] [0027] 또한, 상기동적확산반응단계에서형성되는확산층의깊이는컨테이너내부의듀오캐스트소재에가해지는온도와가압압출시간에비례하여증가형성된다. 또, 상기동적확산반응단계에서의압출시피복재와다이사이에는용융된압력매체가유입되어피복재표면에윤활작용을일으키는하이드로나믹필름 (hydronamic film) 이코팅형성된다. 그리고, 상기압력매체는선형저밀도폴리에틸렌수지 (LLDPE) 를사용한다. 또한, 상기동적확산반응단계이후에듀오캐스트소재의심재와피복재의계면을안정화시키고확산층을추가하여확산시킬수있도록냉각또는가열중어느하나의후처리단계를더진행할수있다. 또, 상기듀오캐스트소재의심재는알루미늄이고, 피복재는구리를사용할수있다. [0028] [0029] [0030] [0031] 발명의효과상기한과제해결수단을통해본발명은, 듀오캐스트소재를압출임계압력미만의일정한압력과정해진시간및온도로정적확산반응을진행하여심재와피복재의계면에확산층을형성한후에, 압출임계압력으로정해진속도와시간, 압력, 온도로동적확산반응을진행하여확산층의깊이를더욱확대시킨다. 따라서, 이종소재의접촉계면에서발생되는유해상을최소화시켜접촉계면을안정화시킬수있으므로, 확산층을균일하게형성하여두소재간의진정한접합강도를발현및유지시킬수있는것은물론, 이종소재가갖고있는여러기계적특성중우성특성이결합된제품을제조할수있는효과가있다. 더욱이, 하이브리드금속소재를송배전용전력선으로사용하는경우, 높은전기전도도를확보하고경량화시킬수있으므로, 기존알루미늄전력선과대비할때전기전도도를향상시킬수있고, 전력선의이도 ( 처짐 ) 를현저하게줄여철탑의수를대폭적으로줄일수있는효과도있다. 또한, 하이브리드금속소재의송배전용전력선의적용을통한경량화및제조원가절감을통해관련산업의경쟁력을향상시켜국내는물론세계시장점유율을크게증가시킬수있고, 또한자원절감및경량화는저탄소녹색성장이가능하여기업의인지도와채산성을가일층높일수있는효과도있다. [0032] 도면의간단한설명 도 1 은종래의단일소재를제조하기위한다단형상의압연공정을개략적으로나타낸공정도, 도 2는종래기술에의해이종소재를직접압출과간접압출하는장치의개략도와압출되는소재의단면형상을나타낸비교도, 도 3은종래기술에의한구리피복와이어 (CCA) 를개략적으로나타낸사시도및그계면단면도, 도 4는본발명에의한하이브리드금속소재의제조방법을개략적으로도시한공정도, 도 5는본발명에의한정적확산반응과동적확산반응의과정을도시한그래프, 도 6은본발명에의한정적확산반응과동적확산반응을통한계면에서의확산층의변형및확산상태도, 도 7은본발명의제조방법에의해제조된하이브리드금속소재의전도도와중량을기존의단일알루미늄소재와비교하여나타낸그래프, 도 8은본발명의제조방법에의해제조된하이브리드금속소재의시간에따른이도를기존의단일알루미늄소재와비교하여나타낸그래프. [0033] [0034] [0035] 발명을실시하기위한구체적인내용본발명의바람직한실시예를첨부된도면에의하여상세히설명하면다음과같다. 도 4 내지도 8은본발명의변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법및그하이브리드금속소재에대해도시한것으로, 크게듀오캐스트소재제조단계와, 압력매체용해단계와, 정적확산반응단계와, 동적확산반응단계로이루어진다. 도 4와도 5를통해구체적으로살펴보면, 먼저듀오캐스트소재제조단계에서는융점이서로다른두가지의이종금속을동시에용융하면서계면을조절하여주조함으로써, 심재 (15) 외측에피복재 (16) 를주조하여이종으로 - 6 -
이루어진듀오캐스트 (duo-cast) 소재를적층구성할수있다. [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] 여기서, 본발명에서사용되는듀오캐스트소재로는심재 (15) 는알루미늄을사용하고, 피복재 (16) 는구리를사용하는것이적절하나, 이외에도다른이종의금속소재가적용될수도있으며, 이또한본발명의구성에포함됨은자명한사항에해당한다. 그리고, 상기심재 (15) 와피복재 (16) 는이종금속으로유동응력및기계적성질이다르므로, 압출후의왜곡이나뜻하지않은변형이일어나지않고정중심을갖는하이브리드금속소재를획득할수있도록일정한단면비로설계하는것이적절하다. 압력매체용해단계에서는듀오캐스트소재제조단계에서제조된듀오캐스트소재를컨테이너 (10) 내부에투입하여압출이진행되는다이 (11) 의출구를막고, 고상의압력매체 (14) 를듀오캐스트소재후방에삽입하며, 상기컨테이너 (10) 외부에설치된히터등의가열수단 (13) 을통해열을가하여상기압력매체 (14) 를용해시킨다. 여기서, 상기액상의압력매체 (14) 는유체정역학적인상태에있게되는것으로, 적절하게는선형저밀도폴리에틸렌수지 (LLDPE) 가사용될수있다. 계속해서, 정적확산반응단계에서는듀오캐스트소재의압출이시작되는압출임계압력 (P) 을미리설정한다. 이때, 상기압출임계압력 (P) 은듀오캐스트소재제조에사용된심재 (15) 와피복재 (16) 에따라다르게설정될수있다. 그리고, 기설정된압출임계압력 (P) 미만의일정한등방가압력으로미리정해진시간동안램 (12) 을가압하므로, 상기듀오캐스트소재의심재 (15) 와피복재 (16) 의원자들을서로접촉된계면상에서상대편소재에서로침투시켜도 6의 (b) 와같은소정깊이의확산층 (d) 을형성한다. 이때, 상기확산층 (d) 의깊이는컨테이너 (10) 내부의듀오캐스트소재에가해지는온도와램 (12) 에의한등방가압시간에비례하여점차적으로증가하게된다. 다만, 확산층 (d) 의깊이를무한정늘릴수는없으므로, 듀오캐스트소재에가해지는온도와등방가압시간은정해진시간과온도범위에서실시되어야한다. 그리고, 상기한램 (12) 의등방가압에의해도 6의 (a) 와같은듀오캐스트소재의심재 (15) 와피복재 (16) 내부에포함된마이크로기공을수축시킨다. 여기서, 마이크로기공이존재하는이유는듀오캐스트소재가캐스팅공법을통해제조되기때문에심재 (15) 와피복재 (16) 내부에마이크로기공이포함될수밖에없다. 이러한마이크로기공은각각의심재 (15) 와피복재 (16) 의원자들이서로확산침투하여가는데방해물로작용하게되는데, 정적확산반응단계에서이마이크로기공들을수축하여제거하게됨으로써, 심재 (15) 와피복재 (16) 의계면이밀착되어상대원자들이침투할수있는확률이높아지게된다. 아울러, 도 4 및도 5와같이동적확산반응단계에서는램 (12) 의압력을적어도압출임계압력 (P) 까지상승및도달시켜압출을시작하는것으로, 듀오캐스트소재가지속적으로압출될수있는임의의일정한압력으로압출가공함으로, 심재 (15) 와피복재 (16) 의원자들을상대편소재에더깊숙하게침투시켜도 6의 (c) 와같이확산층 (d) 의깊이를더욱증가시킨다. 여기서, 상기동적확산반응단계에서형성되는확산층 (d) 의깊이는듀오캐스트소재에가해지는온도와, 압출이이루어지는가압압출시간에비례하여점차증가하게된다. 다만, 동적확산반응단계에서의확산층 (d) 의깊이역시무한정늘릴수는없으므로, 듀오캐스트소재에가해지는온도와가압압출시간은정해진온도와가압속도범위내에서실시되어야한다. 그리고, 상기한압출과정에서피복재 (16) 와컨테이너 (10) 사이에는용융된압력매체 (14) 가유입되어함께압출되면서피복재 (16) 표면에윤활작용을일으키는하이드로나믹필름 (hydronamic film) 이코팅형성된다. 아울러, 상기동적확산반응단계이후에는압출이이루어진듀오캐스트소재의심재 (15) 와피복재 (16) 의계면을안정화시키고확산층 (d) 을추가하여확산시킬수있도록냉각또는가열중어느하나의후열처리단계를더진행할수있다. 이와같이구성된본발명의작용및효과를상세하게설명하면다음과같다. 본발명에의해하이브리드금속소재중구리피복알루미늄와이어 (Al-Cu wire) 를제조하기위해서는먼저, 도 4 와같이심재 (15) 를알루미늄으로선택하고피복재 (16) 를구리로선택하여직경이약 30~100mm인듀오캐스트소재를주조가공한다. 이때, 상기알루미늄과구리의단면비는정중심을갖고동심원상에위치하여압출후에왜곡이나변형이발생되지않도록설계한다. - 7 -
[0051] [0052] [0053] [0054] [0055] [0056] [0057] [0058] [0059] [0060] [0061] [0062] [0063] [0064] 그리고, 상기듀오캐스트소재를컨테이너 (10) 내부에삽입하여컨테이너 (10) 전방에설치된다이 (11) 의압출구를폐쇄하고, 상기듀오캐스트소재후방에작은알갱이형태로이루어진고상의선형저밀도폴리에틸렌수지 (LLDPE) 를투입한후, 램 (12) 을통해컨테이너 (10) 후방을폐쇄한다. 이와함께, 상기컨테이너 (10) 외부에서약 200~400 의온도로열을가하여컨테이너 (10) 내부의듀오캐스트소재에열을가하는것은물론, 고상의선형저밀도폴리에틸렌수지를녹여액상의압력매체 (14) 로용융시킨다. 이후, 램 (12) 을전진시켜액상의압력매체 (14) 를가압하게되면, 가압된압력매체 (14) 는듀오캐스트소재를가압하여소재가받는압력이점차적으로올라가게된다. 이때, 도 5와같이램 (12) 의압력을압출이시작되는압출임계압력 (P) 까지바로증가시키지않고그보다작은압력으로가압을하게됨으로써, 듀오캐스트소재는압출이이루어지지않는상태에서정수압상태즉, 등방가압상태로만들어지게된다. 이후, 상기한등방압상태에서정해진시간만큼일정한가열온도의분위기에서유지시켜심재 (15) 와피복재 (16) 의계면에도 6의 (b) 와같이소정깊이의확산층 (d) 을형성하게된다. 즉, 외부압력에의해심재 (15) 와피복재 (16) 에성형되어있는마이크로기공이수축되고, 양금속소재의계면이밀착되는데, 상온보다높은온도분위기하에서가압이이루어지게됨으로써, 심재 (15) 와피복재 (16) 의원자들이상대편금속소재에침투하여확산층 (d) 을형성할수있는것이다. 여기서, 상기한확산층 (d) 은 90% 이상이온도와시간의함수에의해정해지는것으로, 소재의융점 ( 절대온도 ) 의 1/2 이상인온도조건에서원활하게확산이일어나며, 이온도를만족시켜준조건하에서는확산층 (d) 의깊이가시간에의존하게된다. 즉, 소재의원자들이충분하게확산될수있는온도에서오래머무르면머무를수록상대소재깊숙히침투하여확산층 (d) 의깊이가커지는것이다. 이처럼, 정해진시간동안정적확산반응을실시한후에는, 도 4와도 5에도시한바와같이다시램 (12) 을전진시켜듀오캐스트소재에가해지는압력을압출임계압력 (P) 까지도달시키게됨으로써, 압출을시작하게된다. 이때, 압출이일어나게되고소재가진행하게되면, 압력이약간떨어진후소재가지속적으로밀려나가면서정상상태 (steady state) 압력을유지하여압출을진행할수있게된다. 그리고, 상기한압출시일정한가열온도의분위기에서정해진속도와압력을유지하며압출이일어나게됨으로써, 심재 (15) 와피복재 (16) 의원자들이상대편금속소재에침투하여도 6의 (c) 와같이확산층 (d) 을더욱깊게형성할수있게된다. 또한, 상기한압출과정에서도 4와같이액상의압력매체 (14) 가피복재 (16) 인구리와컨테이너 (10) 사이에유입되면서, 상기압력매체 (14) 가소재의압출과함께다이 (11) 와피복재 (16) 사이로자연스럽게젖어들어압출시하이드로나믹필름의코팅막을형성하게된다. 따라서, 소재와다이 (11) 사이에윤활작용을일으켜마찰계수를 '0' 에가깝게만듦으로, 압출을용이하게진행시키고, 마찰에의한소재의표면왜곡을방지할수있게된다. 더욱이, 상기한동적확산반응을위한압출이완료되면, 결국직경이약 8mm이하인하이브리드금속소재의구리피복알루미늄와이어 (Al-Cu wire) 를제조할수있게되는데, 상기한하이브리드금속소재의확산층 (d) 추가확대과계면의안정화를위해필요에따라가열열처리하거나냉각처리를진행할수있게된다. 이와같이, 본발명의변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조방법은듀오캐스트소재를압출임계압력 (P) 미만의일정한압력과정해진시간및온도로정적확산반응을진행하여심재 (15) 와피복재 (16) 의계면에확산층 (d) 을형성한후에, 압출임계압력 (P) 으로정해진속도와시간, 압력, 온도로동적확산반응을진행하여확산층 (d) 의깊이를더욱확대시킨다. 즉, 이종소재의고온변형중에각각의상계면에서의원자들이열적활성화에의해상기상계면 (Interphase Boundary) 을통과하여상호침투함으로써, 최초의기계적접촉에서조직학적으로상호고용된일정하고균일한상당깊이의확산층 (d) 을형성할수있는것이다. 따라서, 이종소재의접촉계면에서발생되는유해상을최소화시켜접촉계면을안정화시킬수있으므로, 확산층 (d) 을균일하게형성하여두소재간의진정한접합강도를발현및유지시킬수있는것은물론, 이종소재가갖고있는여러기계적특성중우성특성이결합된제품을제조할수있게된다. 더욱이, 본발명을통해제조되는하이브리드금속소재는송배전용전력선, 내식성을요하는일반 / 특수배관용파이프소재및열교환기의핵심부품의소재로사용할수있어, 기존단일소재에대비하여동등이상의성능을 - 8 -
발휘하면서도약 30~40% 의경량화를실현하고, 약 15% 정도의제조원가를절감할수있게된다. [0065] [0066] [0067] [0068] 특히, 본발명의구리피복알루미늄와이어의하이브리드금속소재를송배전용전력선으로사용하는경우, 구리의전기전도도를확보하면서도중량은크게줄여전력선을경량화시킬수있게된다. 따라서, 도 7과도 8에도시한바와같이기존저전도성알루미늄소재의전력선과대비할때전기전도도를크게향상시키는것은물론, 전력선의이도 ( 처짐 ) 를줄여수천개의송전철탑을감축가능하고, 이로인해신규철탑건설에필요한비용을대폭적으로절감할수있게된다. 또한, 송배전용전력선의경우최근중국의전기설비수요증가와미국및유럽의기존노후설비의교체로인해향후수십조원의시장이형성되어지속적인수요증가가예상되는데, 하이브리드금속소재의적용을통한경량화및제조원가절감을통해관련산업의경쟁력을향상시켜국내는물론세계시장점유율을크게증가시킬수있고, 또한자원절감및경량화는저탄소녹색성장이가능하여기업의인지도와채산성을가일층높일수있게된다. 한편, 본발명은상기한구체적인예에대해서만상세히설명되었지만본발명의기술사상범위내에서다양한변형및수정이가능함은당업자에게있어서명백한것이며, 이러한변형및수정이첨부된특허청구범위에속함은당연한것이다. [0069] 부호의설명 10 : 컨테이너 11 : 다이 12 : 램 13 : 가열수단 14 : 압력매체 15 : 심재 16 : 피복재 - 9 -
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