KITECH 생산기술 전문지

산업기술의 발전과 변화가 하루가 다르게 고도화되고 급속히 진전됨에 따라 다양한 소재의 성능 임계화가 요구되고 있다. 이러한 요구에 효과적으로 대응하기 위해 신소재의 개발과 아울러 기존 소재 성능 향상을 위한 공정기술의 개발은 필수적이다. 지난 수십 년간 복합소재의 개발이 지속되어온 결과, 획기적인 신소재의 개발에는 어려움이 존재하나, 새로운 제조 공정의 적용을 통한 기존 소재의 성능 향상의 가능성은 비교적 높은 편이다. 두 가지 이상의 이종소재를 결합하는 하이브리드 소재는 단일 소재로는 얻기 힘든 성능을 경제적으로 달성할 수 있다. 이러한 하이브리드 소재의 대표적인 예로는 Cu-Al 합금 전도성 경량 하이브리드 선재를 들 수 있다. Cu합금과 Al합금을 각각 피복재 및 심재로 사용하여, 단일 Cu합금과 Al합금에 비해, 전기전도성, 경량화 및 가격 에서 우수한 장점을 가진다. 선재를 제조하기 위한 소성가공 공정 중의 하나인 정수압 압출은 고압의 유체로 둘러싸인 소재가 유체의 압력이 압출 임계압에 도달했을 때 금형의 형상에 따라 성형되는 방법으로, 금형 내 정수압 상태 및 압력매체를 통한 마찰저감 효과에 의해 압출재의 기계적 특성 향상 및 난성형성 재료의 성형성 해결 등의 장점을 가진다[1]. 이러한 장점들을 가지는 정수압 압출을 통해서 하이브리드 선재를 제조하기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다[2-3] 이브리드 소재의 정수압 압출공정을 규명하기 위해, Cu-Al 클래드 봉재 성형에서 유동특성을 예측, 정수압 압출시 접합면 거동에 관한 연구와 하이브리드 소재의 정수압 압출 특성에 관한 연구를 통해 접촉 경계면의 미끄럼 현상을 확인하고, 정수압 압출공정 진행이 양호한 금형반각을 도출한 연구가 수행된 바 있다. 또한 하이브리드 소재의 압출공정에 관해 해석과 실험을 통해 하이브리드 소재의 압출시 피복재 부분에 걸리는 응력 및 피복재 두께에 따른 압출시 결함 발생 가능성 등에 대해 연구된 바 있고[2] 직접 압출공정에서의 압출온도와 압출비 및 다이반각의 공정변수를 변화시켜 압출성[3], 유동상태와 경도 변화에 미치는 영향을 고찰하는 등, 하이브리드 소재의 제조공정 및 특성에 관한 많은 연구가 진행 되고 있다. 본 연구에서는 전도성 경량 하이브리드 소재를 위한 정수압 압출 공정 연구를 수행한다. 정수압 압출 공정 중 피복재와 심재간의 유동응력차이에 의한 변형저항의 차이가 존재한다. 이는 심재와 피복재의 단면적비와 함께 유동속도 차이 및 변형량의 차이를 발생시켜, 하이브리드 소재에 다양한 형태의 결함의 원인이 될 수 있다. 이러한 변형저항차이에 의한 결함을 효과적으로 막기 위한 Cu-Al 빌렛을 설계하고 정수압 압출 실험을 통하여 설계상의 문제점을 확인, 검증 하고자 한다. 또한 압출재의 Cu 두께비율과 밀도 및 도전율을 검토하여 전도성 경량 선재용 중간재로써의 타당성을 확인하였다.

키워드 정수압 압출, 클래드, 경량 하이브리드 선재