(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (45) 공고일자 2013년12월13일 (11) 등록번호 10-1341342 (24) 등록일자 2013년12월09일 (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) B21C 23/22 (2006.01) B21C 25/00 (2006.01) (21) 출원번호 10-2012-0063169 (22) 출원일자 2012 년 06 월 13 일 심사청구일자 (56) 선행기술조사문헌 JP7121408 B2* JP07012486 B2 KR100561361 B1 JP07323327 A 2012 년 06 월 13 일 * 는심사관에의하여인용된문헌 (73) 특허권자 한국생산기술연구원 충청남도천안시서북구입장면양대기로길 89 (72) 발명자 이상목 서울특별시강남구논현로 213 역삼럭키아파트 105 동 703 호 이근안 경기도안양시동안구귀인로 213 향촌현대 5 차아파트 104 동 201 호 ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 특허법인다인전체청구항수 : 총 4 항심사관 : 최인용 (54) 발명의명칭변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조장치 (57) 요약 본발명은변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조장치에관한것으로그구성은이종의금속에압력을가하여하이브리드금속소재를제조하는장치에있어서, 피복재내측에심재가형성된이종의듀오캐스트소재와, 상기듀오캐스트소재후단에배치되는압력매체를수용하는컨테이너 ; 상기듀오캐스트소재의진행방향에배치되어상기듀오캐스트소재가압출되는다이 ; 가압블록에고정된상태로상기듀오캐스트소재의후단에배치되어상기듀오캐스트소재를가압하는램및 ; 상기듀오캐스트소재를가열함과동시에상기압력매체를액상으로용해할수있도록컨테이너외측에배치한가열블록 ; 을포함하여구성된다. 대표도 - 도 4-1 -
(72) 발명자 박훈재 서울특별시양천구오목로 300 목동현대하이페리온 Ⅱ204 동 2001 호 김응주 인천광역시연수구해돋이로 6 번길 33 송도해모로아파트 104 동 102 호 이종섭 인천광역시연수구새말로 56 번길 11-9 405 호 정기호 인천광역시연수구컨벤시아대로 116 대우월드마크 701 동 401 호 김용배 인천광역시연수구청능말로 21 번길 7 305 호 - 2 -
특허청구의범위청구항 1 이종의금속에압력을가하여하이브리드금속소재를제조하는장치에있어서, 피복재내측에심재가형성된이종의듀오캐스트소재와, 상기듀오캐스트소재후단에배치되는압력매체를수용하는컨테이너 ; 상기듀오캐스트소재의진행방향에배치되어상기듀오캐스트소재가압출되는다이 ; 가압블록에고정된상태로상기듀오캐스트소재의후단에배치되어상기듀오캐스트소재를가압하는램및 ; 상기듀오캐스트소재를가열함과동시에상기압력매체를액상으로용해할수있도록컨테이너외측에배치한가열블록 ; 을포함하며, 상기압력매체는듀오캐스트소재의압출과함께피복재와다이사이에유입되어피복재표면에윤활작용을일으키는하이드로나믹필름 (hydronamic film) 을코팅형성하는것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조장치. 청구항 2 제1항에있어서, 상기가압블록에는상기램을진행방향으로안내하는가이드블록이구비된특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조장치. 청구항 3 삭제청구항 4 제1항에있어서, 상기압력매체는선형저밀도폴리에틸렌수지 (LLDPE) 인것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조장치. 청구항 5 제1항에있어서, 상기다이일측에는지지블록이구비되며, 상기지지블록은압출되는듀오캐스트소재를냉각시키는것을특징으로하는변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조장치. 명세서 [0001] 기술분야본발명은변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조장치에관한것으로, 더욱상세하게는적층된이종금속의형상변형과열적활성화에의한확산메카니즘을유도하여조직학적으로연속적인계면을갖으면서변형전의각금속이갖는우성특성을효과적으로발휘할수있도록한변형및확산동시에제어에의한하이브리드금속소재제조장치에관한것이다. [0002] [0003] 배경기술현재, 송배전용전력선이나지중선케이블등과같이전기의전도가필요한각종전기전도체는, 일반적으로단일금속으로이루어진구리 (Cu) 가사용되고있다. 이와같은단일금속의구리는사용되는전기전도체의형상에따라봉재, 선재, 관재등의형태로제조될수있 - 3 -
는데, 통상다단형상의압연공정이주류를이루고있다. [0004] [0005] [0006] [0007] [0008] [0009] [0010] [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] [0016] [0017] 도 1은상기한다단형상의압연공정을개략적으로나타낸공정도로써, 단일금속인구리의용탕을주조공정을통해잉곳을제조한후, 상기잉곳을적어도 10단이상의롤러에의한다단형상압연을거쳐대략 8mm급으로선재화한다. 그리고, 선재화한단일구리금속은신선공정을통해최종적인요구직경 ( 약 2.6mm이하급 ) 을가진선재로생산할수있게된다. 그러나, 상기한다단압연은여러단의롤러를길이방향으로길게설치함으로써, 압연장치가복잡한문제가있는것은물론, 상기한구리단일소재는가격이비싸고비중이커결국제품을경량화시키는데에한계가있다. 이에, 상기한구리대신에가격이저렴하고비중이작은알루미늄 (Al) 을다단압연하여단일소재의전기전도체로사용하는방안이제시된바있으나, 상기한알루미늄의전기전도도가구리와대비할때에 56% 정도에불과한문제가있다. 더욱이, 구리와알루미늄모두단일소재의제한적한계특성으로인해다양한환경에적용하는것이제약적이고, 형상자유도에상대적으로제한이있다. 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. 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. 발명의내용 - 4 -
[0018] 해결하려는과제본발명의목적은상기한바와같은종래의특성을개선하기위하여제안된것으로서, 적층된이종금속의형상변형과열적활성화에의한확산메카니즘을유도하여조직학적으로연속적인계면을갖으면서변형전의각금속이갖는우성특성을효과적으로발휘할수있도록한변형및확산동시에제어에의한하이브리드금속소재제조장치를제공함에있다. [0019] [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] 과제의해결수단본발명은앞서본목적을달성하기위하여다음과같은구성을가진다. 본발명의이종의금속에압력을가하여하이브리드금속소재를제조하는장치에있어서, 피복재내측에심재가형성된이종의듀오캐스트소재와, 상기듀오캐스트소재후단에배치되는압력매체를수용하는컨테이너 ; 상기듀오캐스트소재의진행방향에배치되어상기듀오캐스트소재가압출되는다이 ; 가압블록에고정된상태로상기듀오캐스트소재의후단에배치되어상기듀오캐스트소재를가압하는램및 ; 상기듀오캐스트소재를가열함과동시에상기압력매체를액상으로용해할수있도록컨테이너외측에배치한가열블록 ; 을포함하여구성된다. 그리고상기가압블록에는상기램을진행방향으로안내하는가이드블록이구비된다. 또한상기압력매체는듀오캐스트소재의압출과함께피복재와다이사이에유입되어피복재표면에윤활작용을일으키는하이드로나믹필름 (hydronamic film) 을코팅형성한다. 그리고상기압력매체는선형저밀도폴리에틸렌수지 (LLDPE) 이다. 또한상기다이일측에는지지블록이구비되며, 상기지지블록은압출되는듀오캐스트소재를냉각시킨다. [0025] [0026] [0027] [0028] 발명의효과본발명에따른, 듀오캐스트소재를압출임계압력미만의일정한압력과정해진시간및온도로정적확산반응을진행하여심재와피복재의계면에확산층을형성한후에, 압출임계압력으로정해진속도와시간, 압력, 온도로동적확산반응을진행하여확산층의깊이를더욱확대시킨다. 따라서, 이종소재의접촉계면에서발생되는유해상을최소화시켜접촉계면을안정화시킬수있으므로, 확산층을균일하게형성하여두소재간의진정한접합강도를발현및유지시킬수있는것은물론, 이종소재가갖고있는여러기계적특성중우성특성이결합된제품을제조할수있는효과가있다. 더욱이, 하이브리드금속소재를송배전용전력선으로사용하는경우, 높은전기전도도를확보하고경량화시킬수있으므로, 기존알루미늄전력선과대비할때전기전도도를향상시킬수있고, 전력선의이도 ( 처짐 ) 를현저하게줄여철탑의수를대폭적으로줄일수있는효과도있다. 또한, 하이브리드금속소재의송배전용전력선의적용을통한경량화및제조원가절감을통해관련산업의경쟁력을향상시켜국내는물론세계시장점유율을크게증가시킬수있고, 또한자원절감및경량화는저탄소녹색성장이가능하여기업의인지도와채산성을가일층높일수있는효과도있다. [0029] 도면의간단한설명 도 1 은종래의단일소재를제조하기위한다단형상의압연공정을개략적으로나타낸공정도. 도 2는종래기술에의해이종소재를직접압출과간접압출하는장치의개략도와압출되는소재의단면형상을나타낸비교도. 도 3은종래기술에의한구리피복와이어 (CCA) 를개략적으로나타낸사시도및그계면단면도. 도 4는본발명에의한하이브리드금속소재의제조장치를나타내는개략도. 도 5 내지도 7은본발명에따른하이브리드금속소재의제조장치의동작상태를나타내는도면. 도 8은본발명에따른정적확산반응과동적확산반응의과정을나타내는그래프. 도 9는본발명에따른정적확산반응과동적확산반응을통한계면에서의확산층의변형및확산상태를나타내는확대도. - 5 -
도 10은본발명의제조장치에의해제조된하이브리드금속소재의전도도와중량을기존의단일알루미늄소재와비교하여나타낸그래프. 도 11은본발명의제조장치의해제조된하이브리드금속소재의시간에따른이도를기존의단일알루미늄소재와비교하여나타낸그래프. [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] [0043] 발명을실시하기위한구체적인내용이하, 본발명의바람직한실시예들을첨부된도면을참고하여더욱상세히설명한다. 본발명의실시예들은여러가지형태로변형될수있으며, 본발명의범위가아래에서설명하는실시예들에한정되는것으로해석되어서는안된다. 본실시예들은당해발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자에게본발명을더욱상세하게설명하기위해서제공되는것이다. 따라서도면에나타난각요소의형상은보다분명한설명을강조하기위하여과장될수있다. 제1, 제2 등의용어는다양한구성요소들을설명하는데사용될수있지만, 구성요소들은용어들에의해한정되어서는안된다. 용어들은하나의구성요소를다른구성요소로부터구별하는목적으로만사용된다. 본출원에서사용한용어는단지특정한실시예를설명하기위해사용된것으로, 본발명을한정하려는의도가아니다. 단수의표현은문맥상명백하게다르게뜻하지않는한, 복수의표현을포함한다. 본출원에서, " 포함하다 " 또는 " 가지다 " 등의용어는명세서상에기재된특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품또는이들을조합한것이존재함을지정하려는것이지, 하나또는그이상의다른특징들이나숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품또는이들을조합한것들의존재또는부가가능성을미리배제하지않는것으로이해되어야한다. 본발명의바람직한실시예를첨부된도면에의하여상세히설명하면다음과같다. 도 4 내지도 7은본발명의변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조장치에대해도시한것으로, 컨테이너 (10), 다이 (20), 베이스 (30), 가열블록 (40), 램 (50) 및가압블록 (60) 을포함하여구성되어있다. 이를구체적으로살펴보면, 먼저컨테이너 (10) 는전후가개방된공간 (11) 이형성되어있어듀오캐스트소재 (13) 와압력매체 (14) 를수용할수있게형성되어있다. 또한상기컨테이너 (10) 의공간 (11) 일측에는공간 (11) 의직경에서외부로확장되는경사진경사입구 (12) 가형성되어후술하는램 (50) 의삽입시원활하게삽입될수있게하고있다. 여기서, 상기듀오캐스트소재 (13) 는융점이서로다른두가지의이종금속을동시에용융하면서계면을조절하여주조함으로써, 심재 (13a) 외측에피복재 (13b) 를주조하거나튜브형태의피복재 (13b) 내경에보다직경이큰봉형태의심재 (13a) 를피복재 (13b) 내경에압입하여이종으로이루어진듀오캐스트 (duo-cast) 소재로이루어진구성을말한다. 그리고본발명에서사용되는듀오캐스트소재로이용되는심재 (13a) 로는알루미늄을사용하고, 피복재 (13b) 는구리를사용하는것이적절하나, 이외에도다른이종의금속소재가적용될수도있으며, 이또한본발명의구성에포함됨은자명한사항에해당한다. 또한상기심재 (13a) 와피복재 (13b) 는이종금속으로유동응력및기계적성질이다르므로, 압출후의왜곡이나뜻하지않은변형이일어나지않고정중심을갖는하이브리드금속소재를획득할수있도록일정한단면비로설계하는것이적절하다. 아울러상기듀오캐스트소재후단에위치한컨테이너 (10) 내부에는고상으로이루어진압력매체 (14) 를내장구비한다. 여기서상기압력매체 (14) 는적절하게는선형저밀도폴리에틸렌수지 (LLDPE) 가사용될수있는것으로, 후술하는가열블록 (40) 에의해압출이전에액상으로용해된다. 즉, 상기한압출과정에서피복재 (13b) 와다이 (20) 사이에는용해된압력매체 (14) 가유입되어듀오캐스트소재 (13) 표면과함께다이 (20) 를빠져나오면서피복재 (13b) 표면에윤활작용을일으키는하이드로나믹필름 (hydronamic film) 이코팅형성된다. 상기다이 (20) 는상기컨테이너 (10) 의공간 (11) 하부에장착되는것으로, 상기듀오캐스트소재 (13) 를축소변형시키며압출할수있도록중앙의인출관 (22) 이전방을향하여점차적으로간격이좁아지게형성한다. - 6 -
[0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] [0053] [0054] [0055] [0056] [0057] [0058] [0059] [0060] [0061] 이에더하여상기인출관 (22) 선단으로부터듀어캐스트소재 (13) 가압입되는방향으로경사진경사관 (21) 이형성되어튜오캐스트소재 (13) 의압입을유도하도록하고있다. 상기베이스 (30) 는상기다이 (20) 하부면을지지하는구조로서공간 (11) 과인출관 (22) 의연장선상에개구공 (32) 을갖는지지블록 (31) 에의해고정되어있고, 상기지지블록 (31) 을통과하는튜오캐스트소재를냉각시키는기능을수행할수있다. 즉, 컨테이너 (10) 내에서가열되어고온상태인튜오캐스트소재가다이를통과하며지지블록에의해냉각되어온도를떨어드려압출에의해변형된형태를유지할수있게하는것이다. 상기가열블록 (40) 은앞서설명한바와같이컨테이너 (10) 의공간 (11) 에삽입된압력매체 (14) 와튜오캐스트소재를가열하기위한수단으로, 상기컨테이너 (10) 외주면을감싸는다수의열선으로이루어진히터로구성되어있다. 즉, 상기컨테이너 (10) 외측에는히터등의가열블록 (40) 을설치하여듀오캐스트소재와압력매체 (14) 에열을가함으로써, 고상의압력매체 (14) 를액상의압력매체 (14) 로용해시킨다. 또한상기가열블록 (40) 은상기컨테이너 (10) 를감싼상태로상부와하부가하부고정대 (41) 와하부고정대 (4 2) 에의해컨테이너에고정되어있다. 상기램 (50) 은상기컨테이너 (10) 의공간 (11) 직경과동일한직경을가지며공간에삽입된압력매체 (14) 에일정한압력을가하는구성으로, 상기램 (40) 선단의외주면에는컨테이너 (10) 의공간 (11) 과밀착된상태로이송되도록씰링 ( 미도시 ) 을결합하여용해된압력매체 (14) 의수밀을유지하게하고있다. 상기가압블록 (60) 은상기램 (50) 이고정된상태로램 (50) 을동작시키기위한구성으로판형상면에유압프레스 ( 미도시 ) 가설치된다. 또한상기가압블록 (60) 에는상기컨테이너 (10) 와가열블록 (40) 를감싸는하부고정대 (41) 와연결되어램 (50) 을진행방향으로안내하게하는다수개의가이드블록 (61) 이구비되어있다. 상기가이드블록 (61) 은램 (50) 의진행방향에대한직진성을안정정으로확보하고가압블록에의해전달되는힘을방향을램측으로균일하게전달하기위한수단이다. 이와같이구성된본발명의작용및효과를상세하게설명하면다음과같다. 본발명에의해하이브리드금속소재중구리피복알루미늄와이어 (Al-Cu wire) 를제조하기위해서는먼저, 심재 (13a) 를알루미늄으로선택하고피복재 (13b) 를구리로선택하여직경이약 30~100mm인듀오캐스트소재 (13) 를주조가공한다. 이때, 상기알루미늄과구리의단면비는정중심을갖고동심원상에위치하도록하여압출후에왜곡이나변형이발생되지않도록설계한다. 이후도 5에도시되바와같이상기듀오캐스트소재 (13) 를컨테이너 (10) 의공간 (11) 내부에삽입하여컨테이너 (10) 선단에설치된다이 (20) 의인출관 (22) 을폐쇄하고, 상기듀오캐스트소재후단에작은알갱이형태로이루어진고상의선형저밀도폴리에틸렌수지 (LLDPE) 를투입한다. 이때삽입된듀오캐스트소재는공간 (11) 의직경보다미세한크기로작게형성되는것이바람직하다. 이는후술하는가열블로에의해압력매체가용해되면듀오캐스트소재표면을감싸도록공간과듀오캐스트소재사이로유입될수있게하기위함이다. 이후도 6에도시된바와같이상기가압블록 (60) 을하강시켜상기램 (50) 이컨테이너 (10) 후단을폐쇄하게한다. 이와함께, 상기가열블록 (40) 을이용해상기컨테이너 (10) 외부를약 200~400 의온도로열을가하여컨테이너 (10) 내부의듀오캐스트소재에열이전도되어가하는것은물론, 고상의선형저밀도폴리에틸렌수지를녹여액상의압력매체 (14) 로용해시켜압력매체 (14) 가공간 (11) 과듀오캐스트소재사이로유입되게한다. 다음으로, 도 7에도시된바와같이상기램 (50) 을상기가압블록 (60) 을이용해진행시켜액상의압력매체 (14) 를가압하여가압된압력매체 (14) 가듀오캐스트소재를가압하여듀오캐스트소재가받는압력을점차적으로상승시킨다. 이때, 도 8에도시된바와같이상기램 (50) 의압력을압출이시작되는압출임계압력 (P) 까지바로증가시키지 - 7 -
않고그보다작은압력으로가압을가압함으로써, 듀오캐스트소재는압출이이루어지지않는상태에서정수압상 태즉, 등방가압상태가되게된다. [0062] [0063] [0064] [0065] [0066] [0067] [0068] [0069] [0070] [0071] [0072] [0073] [0074] [0075] 이러한등방가압상태에서정해진시간만큼가열온도의분위기에서일정하게유지시키게됨으로써, 심재 (13a) 와피복재 (13b) 의계면에도 9의 (b) 와같이소정깊이의확산층 (d) 을형성하게된다. 즉, 외부압력에의해심재 (13a) 와피복재 (13b) 에성형되어있는마이크로기공 ( 도 9의 (a)) 이수축되고, 양금속소재의계면이밀착되는데, 상온보다높은온도분위기하에서가압이이루어지게됨으로써, 심재 (13a) 와피복재 (13b) 의원자들이상대편금속소재에침투하여확산층 (d) 을형성할수있는것이다. 여기서, 상기한확산층 (d) 은 90% 이상이온도와시간의함수에의해정해지는것으로, 소재의융점 ( 절대온도 ) 의 1/2 이상인온도조건에서원활하게확산이일어나며, 이온도를만족시켜준조건하에서는확산층 (d) 의깊이가시간에의존하게된다. 따라서소재의원자들이충분하게확산될수있는온도에서오래머무르면머무를수록상대소재깊숙히침투하여확산층 (d) 의깊이가커지게된다. 이처럼정해진시간동안정적확산반응을실시한후에는, 도 6 및도 7에도시한바와같이다시램 (50) 을전진시켜듀오캐스트소재에가해지는압력을압출임계압력 (P) 까지도달시켜압출을시작하게된다. 이때듀오캐스트소재의압출이일어나는시점에서도 8에도시된바와같이압력이약간떨어진후소재가지속적으로밀려나가면서정상상태 (steady state) 압력을유지하여압출을진행할수있게된다. 또한상기듀오캐스트소재가통과하는다이 (20) 의경사관 (21) 과인출관 (22) 이튜오캐스트소재의진행방향으로점차적으로작아지는직경을하고있기때문에램에의해발생된압력에의해듀오캐스트소재의진행을수월하게할수있게된다. 그리고상기한압출시일정한가열온도의분위기에서정해진속도와압력을유지하며압출이일어나므로상기심재 (13a) 와피복재 (13b) 의원자들이상대편금속소재에침투하여도 9의 (c) 와같이확산층 (d) 의깊이가더욱깊게형성되며압출할수있게된다. 이와같이압출과정에가열블록 (40) 에의해가열되어액상의압력매체 (14) 가피복재 (13b) 인구리와컨테이너 (10) 의공간 (11) 사이에유입되면서, 상기압력매체 (14) 가소재의압출과함께다이 (20) 의인출관 (22) 과피복재 (13b) 사이로자연스럽게젖어들어압출시하이드로나믹필름의코팅막을형성하게됨에따라소재와인출관 (22) 사이에윤활작용을일으켜마찰계수를 '0' 에가깝게만듦으로써압출을용이하게진행시키고마찰에의한소재의표면왜곡을방지할수있게된다. 더욱이, 상기한동적확산반응을위한압출이완료되면, 결국직경이약 8mm이하인하이브리드금속소재의구리피복알루미늄와이어 (Al-Cu wire) 를제조할수있게되는데, 상기한하이브리드금속소재의확산층 (d) 추가확대와계면의안정화를위해필요에따라지지블록을이용해가열열처리하거나냉각처리를더진행할수있다. 또한본발명의변형및확산동시제어에의한하이브리드금속소재제조장치는듀오캐스트소재를압출임계압력 (P) 미만의일정한압력과정해진시간및온도로정적확산반응을진행하여심재 (13a) 와피복재 (13b) 의계면에확산층 (d) 을형성한후에, 압출임계압력 (P) 으로정해진속도와시간, 압력및온도로동적확산반응을진행하여확산층 (d) 의깊이를더욱확대시킬수있기때문에피복재를통한전기전도도효율성을높이고종래의전력선등에단위길이당무게를대폭감소기킬수있게된다. 즉, 이종소재의고온변형중에각각의상계면에서의원자들이열적활성화에의해상기상계면 (Interphase Boundary) 을통과하여상호침투함으로써, 최초의기계적접촉에서조직학적으로상호고용된일정하고균일한상당깊이의확산층 (d) 을형성함으로써가능해지는것이다. 따라서, 이종소재의접촉계면에서발생되는유해상을최소화시켜접촉계면을안정화시킬수있으므로, 확산층 (d) 을균일하게형성하여두소재간의진정한접합강도를발현및유지시킬수있는것은물론, 이종소재가갖고있는여러기계적특성중우성특성이결합된제품을제조할수있게된다. 더욱이, 본발명을통해제조되는하이브리드금속소재는송배전용전력선, 내식성을요하는일반 / 특수배관용파이프소재및열교환기의핵심부품의소재로사용할수있어, 기존단일소재에대비하여동등이상의성능을발휘하면서도약 30~40% 의경량화를실현하고, 약 15% 정도의제조원가를절감할수있게된다. 특히, 본발명의구리피복알루미늄와이어의하이브리드금속소재를송배전용전력선으로사용하는경우, 구리 - 8 -
의전기전도도를확보하면서도중량은크게줄여전력선을경량화시킬수있게된다. [0076] [0077] [0078] [0079] 따라서, 도 10 및도 11에도시한바와같이기존저전도성알루미늄소재의전력선과대비할때전기전도도를크게향상시키는것은물론, 전력선의이도 ( 처짐 ) 를줄여수천개의송전철탑을감축가능하고, 이로인해신규철탑건설에필요한비용을대폭적으로절감할수있게된다. 또한, 송배전용전력선의경우최근중국의전기설비수요증가와미국및유럽의기존노후설비의교체로인해향후수십조원의시장이형성되어지속적인수요증가가예상되는데, 하이브리드금속소재의적용을통한경량화및제조원가절감을통해관련산업의경쟁력을향상시켜국내는물론세계시장점유율을크게증가시킬수있고, 또한자원절감및경량화는저탄소녹색성장이가능하여기업의인지도와채산성을가일층높일수있게된다. 이상, 본발명을바람직한실시예를통해설명하였으나, 이는본발명의기술적내용에대한이해를돕고자하는것일뿐발명의기술적범위를이에한정하고자함이아니다. 즉, 본발명의기술적요지를벗어나지않고도당해발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자라면다양한변형이나개조가가능함은물론이고, 그와같은변경이나개조는청구범위의해석상본발명의기술적범위내에있음은말할나위가없다. [0080] 부호의설명 10 : 컨테이너 20 : 다이 30 : 베이스 40 : 가열블록 50 : 램 60 : 가압블록 - 9 -
도면 도면 1 도면 2-10 -
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