Ti/Cu 층상복합재 제조기술에 관한 연구

초록

전극봉용으로 사용되고 있는 Ti/Cu 층상복합재(rod type)를 제조함에 있어 Ti과 Cu의 유동응력의 차이로 인하여 균일한 두께의 피복재를 얻기가 매우 곤란하기 때문에 Ti/Cu 층상복합재를 제조하기 위해서느느 정수압압출기를 사용하여 제조되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 간접압출법을 사용하여 Ti/Cu 층상복합재를 압출하고자 하였다. 압출용 빌렛은 피복재로서 Ti을, 심재로 Cu를 사용하였으며, Ti은 외경 74파이, 내경 69파이의 seamiess pipe를 Cu는 순동을 Ti내부로 삽입할수 있도록 가공하였다. 실제 압출공정에서는 빌렛예열온도를 800℃~ 900℃ 사이에서 1시간 유지시켰으며, 빌렛과 다이스와의 마찰을 억제하기 위하여 graphite를 사용하였으며, 컨테이너 온도는 450℃로 일정하게 유지시켰다. 압출속도 15~30mm/sec, 다이스 반각은 20°~60°, 압출비 5~20으로 각각 변화를 주면서 압출실험을 행하였다. 압출재를 대상으로 각 압출조건 및 열처리 조건하에서 접합강도를 측정하였으며, 접합계면에서의미세조직 및 금속간화합물 생성 등을 알아보기 위하여 SEM, EPMA로 분석하였다. Ti/Cu 층상복합재의 간접압출에서 압출온도와 압출압력과의 관계를 살펴보면 압출온도가 증가함에 따라 압출압력은 감소함을 알 수 있으며, 압출비가 증가할수록 압출압력은 감소한다. 압출온도 800℃, 압출비 20에서의 압출압력은 685MPa, 압출온도 900℃, 압출비 7에서의 압출압력은 520MPa을 나타내었다. Ti과 Cu는 금속간화합물 TiCu3, Ti2Cu3를 생성한다. Ti/Cu 층상복합재에서 금속간화합물이 생성되면 접합강도, 전기전도율의 저하, 압출후의 2차 가공시의 균열등을 발생시킨다. 압출온도가 증가하면 Ti/Cu 계면생성물층은 두꺼워진다. 700℃에서 압출한 것에서는 Ti/Cu 계면이 거의 균일하지만, 900℃에서 압출한 것에서는 Ti/Cu 계면의 균일성이 거의 없었으며, 금속간화합물 Ti2Cu3가 생성되었다는 것을 알 수 있었다. Ti/Cu 층상복합재의 접합강도는 압출온도가 증가할수록 감소하였다. 압출온도 800℃, 압출비 20에서 100~120MPa을 나타내었다. 이것은 압출온도가 높을수록 Ti/Cu 계면에서의 금속간화합물의 생성으로 접합강도를 떨어뜨린다고 판단된다.