Cu기 복합재료의 제조에 관한 연구

초록

최근에 자동차 경량화 추세에 힘입어 자동차용 연강판의 수요가 증대되고 있다. 자동차용 연강판의 용접을 위해서는 점용접과 같은 특수용접이 필요한데 이러한 점용접전극홀더로 사용되는 재료는 우수한 전기전도도 및 고온강도가 필요하므로, 석출경화 동합금과 분산강화 동합금이 주로 사용된다. 이러한 분산동합금의 제조법으로는 용탕단조법(Squeez casting), 분무성형법(Spray forming), 분말야금법(Powder metallurgy), 그리고 용탕교반을 이용하는 컴포캐스팅(Compocasting)법이 있다. 그러나 용탕단조법이나 분무성형법은 대량생산이 힘들고 분말야금법은 이론밀도에 가까운 밀도를 얻을 수 있으나, 상대적으로 제조공정이 복잡하고, 제조단가가 고가인 문제를 안고 있다. 따라서 본연구에서는 제조공정이 단순하고 대량생산이 가능한 컴포캐스팅법으로 Cu기 복합재료를 제조하기 위해 기계적 교반법(Mechanical stirring)과 전자장을 이용한 교반법(Electromagnetic stirring)을 이용하였으며, 강화입자의 종류에 따른 Cu기 복합재료 제조에 미치는 용탕교반온도, 용탕교반속도, 강화입자 첨가량의 영향을 관찰하고자 하였다. 본 실험에서는 기지재료 99.95%의 전기동과 강화입자로 TiB₂, Al₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃를 사용하였다. 기계적 교반장치로는 plat type 임펠러를 이용한 기계적 교반장치와 회전자계식 전자장 교반장치를 이용하였다. Cu기 복합재료의 제조조건으로는 용탕교반온도를 1100~1300℃, 용탕교반속도는 200~1000rpm, 강화입자의 첨가량은 0.5~5vol.%까지 변화시켜 실험을 행하였다. Cu기 복합재료의 제조조건에 따른 조직의 변화를 광학현미경과 SEM으로 관찰하였고, 화상분석기(Image analyzer)를 통하여 조직내 강화입자의 면적분율(Area fraction)을 측정하였으며 전기적 특성을 평가하기 위해 전기전도도를 측정하였다. 강화입자 0.5~5vol.%TiB₂, 용탕교반온도 1100~1300℃, 용탕교반속도 200~1000rpm으로 변화시켜 기계적 교반을 이용해 Cu-2vol.%TiB₂복합재료를 제조한 결과, 2vol.%TiB₂, 용탕교반온도 1200℃, 용탕교반속도 400rpm에서 조직내 TiB₂의 양이 가장 많이 분포하였으며 이 때의 전기전도도는 90 IACS(%)이었다. TiB₂의 첨가량이 2vol.%이상에서도 전기전도도는 크게 변하지 않았다.