KR20190116243A - 압연 접합체 및 그 제조 방법 - Google Patents
압연 접합체 및 그 제조 방법Info
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Abstract
방열성 등의 기능성을 유지하면서, 프레스 가공 후의 치수 정밀도가 우수한 금속 적층재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 2층 이상의 금속층으로 이루어지는 압연 접합체(1)로서, 최표층의 두께(t1)의 표준편차(σ)와, 상기 압연 접합체의 두께(T)의 비(σ/T)가 0~4.0%이고, 또한 상기 두께(T)가 2mm 이내이며, 상기 두께(T)의 편차가 4.0% 이내인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 압연 접합체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 나아가 그 압연 접합체로 제작되는 성형품에 관한 것이다.
금속 재료는 다양한 분야에서 이용되고 있고, 예를 들어 모바일 전자 기기 등의 전자 기기에서의 집적 회로용 실드 커버 등의 내부 보호 부재로서 이용되고 있다. 이들 금속 재료에는, 고강도와 성형 가공성이 요구된다. 이러한 금속 재료로서, 스테인레스가 널리 이용되고 있다. 또한, 다른 금속 재료로서, 2종류 이상의 금속판 또는 금속박을 적층한 압연 접합체(금속 적층재, 클래드재)도 알려져 있다. 압연 접합체는, 단독 재료로는 얻을 수 없는 복합 특성을 갖는 고기능성 금속 재료이며, 예를 들어 열전도성의 향상을 목적으로 하여 스테인레스와 구리를 적층시킨 압연 접합체가 검토되고 있다.
종래의 압연 접합체로서, 예를 들어 특허문헌 1 및 2에 개시되는 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 오스테나이트계 스테인레스에 의해 형성되는 제1층과, Cu 또는 Cu 합금에 의해 형성되어 상기 제1층에 적층되는 제2층과, 오스테나이트계 스테인레스에 의해 형성되어 상기 제2층의 상기 제1층과는 반대측에 적층되는 제3층이 압연 접합된 클래드재로 이루어지고, 상기 제2층의 두께는, 상기 클래드재의 두께의 15% 이상인 섀시와 그 제조 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, Cu판과 스테인레스 강판의 브러싱 처리된 접합면끼리를 겹쳐맞추어 압하율 2~10%의 냉간 압연을 행하여 압접하여 맞춤판으로 한 후, 10-4Torr 이하의 진공 중에서 500~1050℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 Cu-스테인레스강 클래드판의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1과 같이 구리와 스테인레스의 압연 접합체를 제조하는 경우, 압연 및 열처리를 반복함으로써 박육화가 가능하다. 그러나, 이 압연 공정으로 구리-스테인레스 계면의 평탄성이 악화되고, 또한 압연 접합체로부터 프레스 가공에 의해 각종 성형품을 제작할 때의 치수 정밀도가 나쁘다는 문제가 있었다.
특허문헌 2에서는 저압하율로 압연을 행하고 있지만, 브러싱 처리를 행하여 계면에 요철을 부여함으로써 밀착성을 확보하고 있기 때문에, 구리-스테인레스 계면의 평탄성이 떨어지고, 또한 특허문헌 1의 압연 접합체와 마찬가지로 프레스 가공 후의 치수 정밀도가 나쁘다는 결점이 있었다.
최근 집적 회로의 고속화에 의해, 압연 접합체의 열전도성, 방열성의 강화가 요구되고 있다. 또한, 모바일 전자 기기 등의 가동 시간 증가에 의한 2차 전지의 대용량화와, 다기능·고기능화에 따른 부품수 증가에 의해 공간절약화가 요구되고 있다. 이에 따라, 압연 접합체의 두께의 박형화와 적용 부재의 형상 복잡화가 진행되고, 이를 위해 프레스 가공 후의 치수 정밀도의 추가적인 향상이 요구되고 있다.
그래서, 본 발명은 상기 종래의 상황을 감안하여, 방열성 등의 기능성을 유지하면서, 프레스 가공 후의 치수 정밀도가 우수한 압연 접합체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들이 면밀히 검토를 행한 결과, 압연 접합체의 프레스 가공 후의 치수 정밀도는, 압연 접합체를 구성하는 각각의 금속층의 두께 정밀도에 의존하고, 그 두께 정밀도를 특정의 범위 내로 제어함으로써 프레스 가공 후의 높은 치수 정밀도가 얻어지는 것을 알아내어 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.
(1) 2층 이상의 금속층으로 이루어지는 압연 접합체로서,
최표층(最表層)의 두께의 표준편차(σ)와, 상기 압연 접합체의 두께(T)의 비(σ/T)가 0~4.0%이고, 또한 상기 두께(T)가 2mm 이내이며, 상기 두께(T)의 편차가 4.0% 이내인, 상기 압연 접합체.
(2) 최표층의 두께의 표준편차(σ)가 4.0μm 미만인, 상기 (1)에 기재된 압연 접합체.
(3) 2층 이상의 금속층이, 각각 독립하여 Al, Cu, Mg, Fe 및 Ti로 이루어지는 군에서 선택되는 금속 또는 그 합금인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 압연 접합체.
(4) 상기 (1)에 기재된 압연 접합체의 제조 방법으로서,
2층 이상의 금속층 중, 가장 경질인 금속층의 접합 전후에 있어서의 비커스 경도(JIS Z 2244, 하중 50gf)의 변화량이 80 이내가 되도록 상기 2층 이상의 금속층을 접합하는 공정을 포함하고,
접합 전의 상기 2층 이상의 금속층의 총두께(T0)에 대한 압하량(ΔT)의 비(ΔT/T0)가 1.0 미만인, 상기 제조 방법.
(5) 2층 이상의 금속층을 접합하는 공정이, 접합하는 금속층의 표면을 스퍼터 에칭하고, 상기 스퍼터 에칭한 표면끼리를 압접함으로써 행해지는, 상기 (4)에 기재된 압연 접합체의 제조 방법.
(6) 상기 (1)~(3) 중 어느 하나에 기재된 압연 접합체로 이루어지는 성형품.
본 명세서는 본원의 우선권 기초가 되는 일본특허출원번호 2017-020551호의 개시 내용을 포함한다.
본 발명에 의하면, 방열성 등의 기능성을 유지하면서, 프레스 가공 후의 우수한 치수 정밀도를 갖는 압연 접합체를 얻을 수 있다. 이 압연 접합체는, 높은 치수 정밀도를 이용하여, 모바일 전자 기기 등의 커버, 보강 부재, 방열·전자파 실드 등의 기능성 부재로서 적합하게 이용할 수 있다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 압연 접합체(SUS/Cu/SUS의 3층 구조)의 단면의 광학 현미경 사진(1000배)이다.
도 2는, ΔT/T0와 σ/T의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은, V블록법에 의해 굽힘 가공을 실시한 압연 접합체의 광학 현미경 사진(50배)이다.
도 4는, 예 1, 2 및 4의 압연 접합체에 대해, 평균 마무리 각도로부터의 편차의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 예 1, 2 및 4의 압연 접합체에 대해, 평균 마무리 각도로부터의 편차와 확률 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, σ/T와 마무리 각도의 표준편차의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, σ와 마무리 각도의 표준편차의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는, ΔT/T0와 σ/T의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은, V블록법에 의해 굽힘 가공을 실시한 압연 접합체의 광학 현미경 사진(50배)이다.
도 4는, 예 1, 2 및 4의 압연 접합체에 대해, 평균 마무리 각도로부터의 편차의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 예 1, 2 및 4의 압연 접합체에 대해, 평균 마무리 각도로부터의 편차와 확률 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, σ/T와 마무리 각도의 표준편차의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, σ와 마무리 각도의 표준편차의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 실시형태에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 실시형태의 압연 접합체는, 2층 이상의 금속층으로 이루어진다. 바람직하게는 2~4층이며, 특히 바람직하게는 3층이다. 각 금속층의 재료는, 압연 접합체의 용도 등에 따라 적절히 선택할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 금속층을, 각각 독립하여 Al, Cu, Mg, Fe 및 Ti로 이루어지는 군에서 선택되는 금속 또는 그 합금에 의해 구성할 수 있다. 합금으로서는, SUS304, SUS316, Ti합금, Cu합금, 혹은 A5052 등의 알루미늄 합금이나, AZ31, AZ61, AZ91, LZ91 등의 마그네슘 합금 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 스테인레스강의 강도와, 구리, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 열전도성, 방열성을 겸비하는 압연 접합체로서, SUS/Cu/SUS, SUS/Al/SUS, Al/SUS/Al 등의 3층으로 이루어지는 압연 접합체나, SUS/Cu, SUS/Al, SUS/Al합금, Cu/Al합금 등의 2층으로 이루어지는 압연 접합체 등이 적합하게 이용된다. 그 밖에 Ti/Al합금, Ti합금/Al합금 등의 2층으로 이루어지는 압연 접합체도 적합하게 이용된다.
접합하는 금속층으로서는, 금속의 판재 또는 박(箔)을 이용할 수 있다. 단체(單體) 금속의 판재 또는 박은, 예를 들어 알루미늄이나 구리의 경우, 압연 접합체의 용도에도 따르지만, 열전도성 등을 보다 높이는 경우에는 순도가 높은 것이 바람직하고, 구체적으로는 99.5질량% 이상이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
접합시키는 판재 또는 박 등의 금속층의 두께는, 각각 통상 0.01mm 이상이면 적용 가능하고, 얻어지는 압연 접합체의 기계적 강도 및 가공성의 관점에서 0.01mm~1.8mm인 것이 바람직하다. 핸들링성을 고려하면, 0.015mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 압연 접합체의 경량화나 박형화의 관점에서, 접합 전의 금속층의 두께는 보다 바람직하게는 1.2mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.8mm 이하, 특히 바람직하게는 0.5mm 이하이다. 그러나, 압연 접합체의 두께는 접합 후의 재압연에 의해 얇게 하는 것도 가능하기 때문에, 접합 전의 금속층의 두께는 상기 범위로 한정되는 것은 아니다. 또, 접합 전의 금속층의 두께는, 마이크로미터 등에 의해 측정 가능하고, 대상으로 하는 금속층의 표면 상으로부터 랜덤으로 선택한 10점에서 측정한 두께의 평균값을 말한다. 또한, 이용하는 판재 또는 박에 대해서는, 10점의 측정값의 평균값으로부터의 편차가 모든 측정값에서 10% 이내인 것이 바람직하다. 특히, 접합하는 금속층으로서 두께가 1mm 미만의 얇은 박을 이용하는 경우에는, 편차가 크면 방열성 등의 성능에 불균일이 생기는 것이 염려되기 때문에, 편차는 작은 것이 바람직하다.
그리고, 본 실시형태의 압연 접합체는, 최표층의 두께의 표준편차(σ)와, 압연 접합체의 두께(T)의 비(σ/T)가 0~4.0%인 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는 0~1.2%이고, 더욱 바람직하게는 0~0.9%이며, 특히 바람직하게는 0~0.7%이다. 이에 더하여, 그 두께(T)의 편차가 4.0% 이내인 것을 필요로 한다. 보다 바람직하게는 3.0% 이내이고, 더욱 바람직하게는 2.5% 이내이며, 특히 바람직하게는 2.0% 이내이다. 특히, 표준편차(σ)가 4.0μm 미만인 것이 바람직하고, 표준편차(σ)가 1.8μm 미만인 것이 보다 바람직하다. 압연 접합체의 두께(T)는, 너무 얇으면 핸들링성이 나빠지고, 반대로 너무 두꺼우면 압연 접합체의 중량이 증가하고, 또한 릴대릴(reel to reel)에 의한 연속 생산이 어려워지는 경우가 있기 때문에, 이들의 균형을 고려하여 적절히 설정된다. 구체적으로는, 두께(T)는 2mm 이내이고, 보다 바람직하게는 1mm 이내이며, 더욱 바람직하게는 0.5mm 이내이고, 특히 바람직하게는 0.2mm 이내이다.
여기서, 최표층의 두께의 표준편차(σ)란, 도 1에 도시된 바와 같이, 압연 접합체(1)의 단면의 광학 현미경 사진을 취득하고, 그 광학 현미경 사진에서의 폭 300μm의 단면에 대해, 최표층이 되는 금속층의 두께(t1)를 등간격으로 10점 계측하여, 얻어진 10점의 측정값으로부터 구한 표준편차를 말한다. 또한, 압연 접합체(1)의 두께(T)는, 압연 접합체(1) 상의 임의의 30점에서의 두께를 마이크로미터로 측정하여, 얻어진 측정값의 평균값을 말한다. 두께(T)의 편차란, 상기 30점의 두께의 측정값을 각각 Ti(i=1, 2, …, 30)로 할 때, ｜Ti-T｜/T×100(%)의 값을 말한다.
최표층이 되는 금속층의 두께 외에, 접합 후의 압연 접합체의 상태에서의 각 금속층의 두께는, 예를 들어 상기와 같이, 압연 접합체(1)의 단면의 광학 현미경 사진에 기초하여 측정할 수 있다. 즉, 광학 현미경 사진에서의 폭 300μm의 단면에 대해, 각 금속층의 두께를 등간격으로 10점 계측하여, 얻어진 10점의 평균값을 그 금속층의 두께로 한다. 압연 접합체의 상태에서의 각 금속층의 두께는, 각각 통상 0.01mm 이상이면 되고, 압연 접합체의 기계적 강도 및 가공성의 관점에서 0.01mm~1.8mm인 것이 바람직하다. 압연 접합체의 경량화나 박형화의 관점에서는, 각 금속층의 두께는 보다 바람직하게는 1.2mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.8mm 이하, 특히 바람직하게는 0.5mm 이하이다.
표준편차(σ)와, 압연 접합체의 두께(T)의 비(σ/T)를 0~4.0%의 범위 내로 하고, 두께(T)가 2mm 이내, 두께(T)의 편차가 4.0% 이내가 되도록 제어함으로써, 압연 접합체에 프레스 가공을 실시한 후에 높은 치수 정밀도를 유지할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 압연 접합체를 소정의 각도로 소성 변형시켰을 때, 탄성에 의해 그 소정 각도로부터 확대되는 현상(「스프링 백」이라고 함)의 크기의 불균일을 대폭으로 줄일 수 있다. 종래, 프레스 가공 후의 치수 정밀도가, 압연 접합체를 구성하는 금속층의 두께 정밀도에 의존하는 것, 특히 상기와 같은 두께가 얇은 압연 접합체에 있어서 프레스 가공 후의 치수 정밀도에 대한 금속층의 두께 정밀도의 영향이 큰 것은 알려지지 않았고, 본 발명에서 처음으로 알아내었다.
치수 정밀도에 관해, 예를 들어, 금속 프레스 가공품의 보통 치수 공차에 대해 JIS B 0408-1991에서는 「굽힘 및 조임의 보통 치수 허용차」로서, 기준 치수가 6mm 이상 30mm 미만인 경우, B급에서는 ±0.5mm, C급에서는 ±1mm로 규정되어 있다. 여기서, 길이 60mm의 시험편을, 후술하는 V블록법에 의해 중심에서 60도로 절곡하고, 시험편의 한쪽 길이를 30mm로 하였을 때에, 절곡각의 평균값이 60도라고 가정하여 계산하면, 시험편의 각도가 ±1도 어긋나면 시험편의 개방 거리는 ±0.46mm의 어긋남이 발생하고, ±1.1도 어긋나면 ±0.5mm의 어긋남이 발생하며, ±1.4도 어긋나면 ±0.64mm의 어긋남이 발생한다. 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 본 발명에서는, 압연 접합체의 σ/T를 0~4.0%로 함으로써 상기 JIS 기준에서의 C급을 만족시키는 사양으로 하는 것이 가능하고, 나아가 σ/T를 0~1.2%로 함으로써 마무리 각도의 표준편차를 현저하게 줄일 수 있어 상기 JIS 기준에서의 B급을 만족시키는 사양으로 하는 것이 가능해짐을 알아내었다. 또, 기준 치수는 어디까지나 일례이며, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가 압연 접합체(1)에서의 계면과는 반대측의 금속층의 표면에는, 필요에 따라 열도전성, 방열성 등의 기능을 방해하지 않을 정도로, 내식성, 산화 방지, 변색 방지 등을 목적으로 하여 보호층을 마련할 수 있다. 예를 들어, 구리로 이루어지는 금속층에 대한 보호층의 예로서는, 화성 처리층, Ni도금층 등을 들 수 있다. 또한, 마그네슘 합금으로 이루어지는 금속층에 대한 보호층의 예로서는, 인산계, 크로메이트계, 양극 산화 처리 등의 화성 처리층을 들 수 있다.
다음에, 압연 접합체의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시형태의 압연 접합체는, 판재 또는 박 등의 금속층을 준비하고, 이들을 냉간 압연 접합, 열간 압연 접합, 표면 활성화 접합 등의 각종 방법에 의해 서로 접합하여 제조할 수 있다. 그 때, 접합하는 2층 이상의 금속층 중, 가장 경질인 금속층의 접합 전후에 있어서의 비커스 경도의 변화량이 80 이내가 되도록 접합하고, 또한 접합 전의 2층 이상의 금속층의 총두께(T0)에 대한 압하량(ΔT)의 비(ΔT/T0)가 1.0 미만이 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다. 특히, 총두께(T0)에 대한 압하량(ΔT)의 비(ΔT/T0)가 0.7 미만이 되도록 접합하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 최표층의 두께의 표준편차(σ)와 두께(T)의 비(σ/T)가 0~4.0%, 두께(T)의 편차가 4.0% 이내인 압연 접합체를 얻을 수 있고, 프레스 가공 후의 치수 정밀도를 향상시킬 수 있다. 여기서 「가장 경질」이란, 접합하는 금속층의 비커스 경도(JIS Z 2244, 하중 50gf)의 값이 가장 큰 것을 말한다. 또, 접합 후의 각 금속층의 비커스 경도는, 접합한 후의 압연 접합체의 상태에서 측정하고, 3층 이상의 압연 접합체의 중간에 존재하는 금속층에 대해서는, 압연 접합체의 제조 과정에서 그 중간의 금속층이 표면에 위치하고 있는 시점에서 측정하는 것으로 한다.
냉간 압연 접합의 경우, 접합한 후에는 안정화 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 열간 압연 접합은, 접합체의 재결정 온도 이상의 열을 가하면서 압연 접합하는 방법으로, 냉간 압연 접합에 비해 낮은 힘으로 접합할 수 있지만, 접합 계면에 금속간 화합물을 생성하기 쉽다. 따라서, 금속간 화합물을 생성하지 않도록 가열 온도, 가열 시간의 조건 선택에 유의하는 것으로 한다.
압연 접합체(1)를 제조하는 방법으로서 바람직한 태양은 다음과 같다. 우선, 접합하는 금속층의 표면을 스퍼터 에칭하고, 이어서 스퍼터 에칭한 표면끼리를 압접함으로써 2층 구조의 압연 접합체를 제조할 수 있다(표면 활성화 접합). 3층 이상의 압연 접합체에 대해서는, 상기 공정을 반복하여 새로운 금속층을 압접함으로써 제조할 수 있다. 이 방법은, 압하율을 낮출 수 있고(수% 이하), 접합 계면의 평탄성이 양호하며, 각 금속층의 두께 정밀도를 높일 수 있다(두께의 불균일이 작다)는 이점이 있다. 또한, 상온에서도 마그네슘 합금 등의 강도가 작은 금속층이 갈라지지 않고 접합 가능하기 때문에 바람직하다.
스퍼터 에칭 처리는, 예를 들어, 접합할 금속층을 폭 100mm~600mm의 긴 코일로서 준비하고, 금속층의 접합면을 어스 접지한 한쪽의 전극으로 하며, 절연 지지된 다른 전극과의 사이에 1MHz~50MHz의 교류를 인가하여 글로우 방전을 발생시키고, 또한 글로우 방전에 의해 발생한 플라즈마 중에 노출되는 전극의 면적을 상기 다른 전극의 면적의 1/3 이하로 하여 행할 수 있다. 스퍼터 에칭 처리 중은, 어스 접지한 전극이 냉각 롤의 형태를 취하고 있어 반송재의 온도 상승을 막고 있다.
스퍼터 에칭 처리에서는, 진공 하에서 금속층의 접합하는 면을 비활성 가스에 의해 스퍼터함으로써, 표면의 흡착물을 완전히 제거하고, 또한 표면의 산화물층의 일부 또는 전부를 제거한다. 금속층이 마그네슘 합금인 경우는 특히, 산화물층은 반드시 완전히 제거할 필요는 없고, 일부 잔존한 상태이어도 충분한 접합력을 얻을 수 있다. 산화물층을 잔존시키면서 스퍼터 에칭을 행함으로써, 산화물층을 완전히 제거하는 경우에 비해 스퍼터 에칭 처리 시간을 대폭으로 감소시켜, 압연 접합체의 생산성을 향상시킬 수 있다. 한편, 구리의 산화물층은 완전히 제거하는 것이 바람직하다. 비활성 가스로서는, 아르곤, 네온, 크세논, 크립톤 등이나, 이들을 적어도 1종류 포함한 혼합 기체를 적용할 수 있다. 금속의 종류에도 따르지만, 금속층의 표면의 흡착물은 에칭량 약 1nm 정도로 완전히 제거할 수 있고, 산화물층은 통상 5nm~12nm(SiO2 환산) 정도로 제거가 가능하다.
스퍼터 에칭의 처리 조건은, 금속층의 종류 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 진공 하에서 100W~10kW의 플라즈마 출력, 라인 속도 0.5m/분~30m/분으로 행할 수 있다. 이 때의 진공도는, 표면에의 재흡착물을 방지하기 위해 높은 것이 바람직하지만, 예를 들어 1×10-5Pa~10Pa이면 된다.
스퍼터 에칭을 거친 금속층의 표면끼리의 압접은, 롤 압접에 의해 행할 수 있다. 롤 압접의 압연선 하중은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 0.1tf/cm~10tf/cm의 범위로 설정하여 행할 수 있다. 예를 들어 압접 롤의 롤 직경이 100mm~250mm일 때, 롤 압접의 압연선 하중은, 보다 바람직하게는 0.1tf/cm~3tf/cm이며, 더욱 바람직하게는 0.3tf/cm~1.8tf/cm이다. 단, 롤 직경이 커진 경우나 금속층의 접합 전의 두께가 큰 경우 등에는, 접합시의 압력 확보를 위해 압연선 하중을 높이는 것이 필요해지는 경우가 있어므로, 이 수치 범위로 한정되는 것은 아니다. 한편, 압연선 하중이 너무 높으면, 금속층의 표층뿐만 아니라 접합 계면도 변형되기 쉬워지기 때문에, 압연 접합체에서의 각각의 금속층의 두께 정밀도가 저하될 우려가 있다. 또한, 압연선 하중이 높으면 접합시에 가해지는 가공 변형이 커지기 때문에, 접합 후의 비커스 경도가 높아지는 경향이 있다. 두께 정밀도를 유지하는 관점에서, 가장 경질인 금속층의 접합 전후에 있어서의 비커스 경도의 변화량이 80 이내인 것이 바람직하다. 접합 전의 금속층의 두께가 큰 경우, 예를 들어 0.1mm 이상인 경우에는, 비커스 경도가 어느 정도 높아졌다고 해도 80 이내의 변화량이면 각 금속층의 두께 정밀도를 유지할 수 있고, 바람직하게는 60 이내이다. 접합 전의 금속층의 두께가 작은 경우, 예를 들어 0.1mm 미만인 경우는, 금속층의 두께 정밀도와 비커스 경도의 변화량이 보다 민감하게 대응하기 쉬운 점에서 변화량은 50 이내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40 이내이다. 또, 비커스 경도의 측정은, 두께가 얇은 경우, 큰 하중으로 측정하면 하지(下地)의 영향이 보다 커지기 때문에, 본 발명에서는 50gf에서의 측정값을 적용한다.
압접할 때의 압하율은, 최종적으로 제조되는 압연 접합체의 상태에서 측정되는 압하량(ΔT)이 소정의 범위 내이면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 8% 이하, 더욱 바람직하게는 6% 이하이다. 또, 압접 전후에 두께는 변하지 않아도 되기 때문에, 압하율의 하한값은 0%이다.
롤 압접에 의한 접합은, 금속층 표면에의 산소의 재흡착에 의해 양자 사이의 접합 강도가 저하되는 것을 방지하기 위해, 비산화 분위기 중, 예를 들어 진공 중이나 Ar 등의 비활성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
압접에 의해 얻어진 2층 이상의 압연 접합체는, 필요에 따라 추가로 열처리를 행할 수 있다. 열처리에 의해, 금속층의 가공 변형이 제거되고 층간의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 이 열처리는, 고온에서 장시간 행하면, 계면에 금속간 화합물을 생성하여 밀착성(박리 강도)이 저하되는 경향이 있기 때문에, 적절한 조건 하에서 행할 필요가 있다. 예를 들어, SUS와 구리의 압연 접합체에서는 100℃~1050℃에서 10분~8시간, SUS와 Al의 압연 접합체에서는 200℃~400℃에서 5분~8시간의 열처리를 행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표면 활성화 접합에 의해 제조한 압연 접합체는, 필요에 따라 추가로 압연(리롤링)을 실시할 수 있다. 이에 의해, 저가의 두꺼운 구성의 원판으로부터 고가의 얇은 구성의 압연 접합체를 제조할 수 있고, 또한 조질 압연에 의해 재료의 조질을 행할 수 있다는 이점이 있다. 리롤링을 행한 경우, 압하량(ΔT)은 리롤링 후의 상태에서 측정한다. 즉, 접합 전의 2층 이상의 금속층의 총두께(T0)와, 리롤링 후의 압연 접합체의 두께(T)의 차가 압하량(ΔT)이 된다.
이상의 공정에 의해 2층 이상의 압연 접합체를 얻을 수 있다. 얻어진 압연 접합체는, 모바일 전자 기기, PC 등의 각종 전자 기기, 자동차 등의 수송 기기용 전자 부재, 가전용 전자 부재 등의 커버, 하우징, 케이스, 보강 부재, 방열·전자파 실드 등의 기능 부재 등의 성형품으로서 이용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 참고예에 기초하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
예 1~13으로서, 2층 또는 3층의 금속층으로 이루어지는 압연 접합체를 제작하였다. 예 14에서는, 참고예로서 두께 102μm의 스테인레스 강판을 이용하였다. 예 1~13에서 이용한 금속층은 다음과 같다.
예 1: 두께 25μm의 SUS판/두께 52μm의 Cu판/두께 25μm의 SUS판
예 2: 두께 50μm의 SUS판/두께 102μm의 Cu판/두께 50μm의 SUS판
예 3: 두께 102μm의 SUS판/두께 204μm의 Cu판/두께 102μm의 SUS판
예 4: 두께 102μm의 SUS판/두께 204μm의 Cu판/두께 102μm의 SUS판
예 5: 두께 102μm의 SUS판/두께 204μm의 Cu판/두께 102μm의 SUS판
예 6: 두께 50μm의 SUS판/두께 52μm의 Cu판
예 7: 두께 201μm의 SUS판/두께 195μm의 Cu판
예 8: 두께 15μm의 SUS판/두께 74μm의 Al판/두께 15μm의 SUS판
예 9: 두께 51μm의 Al판/두께 198μm의 SUS판/두께 51μm의 Al판
예 10: 두께 0.25mm의 SUS판(SUS304)/두께 0.8mm의 Al합금판(A5052)
예 11: 두께 200μm의 Cu판(C1020)/두께 200μm의 Al합금판(A5052)
예 12: 두께 200μm의 순Ti판(TP270)/두께 600μm의 Al합금판(A5052)
예 13: 두께 200μm의 Ti합금판(Ti15-3-3-3)/두께 600μm의 Al합금판(A5052)
이들 금속층을 접합함에 있어서, SUS판, Cu판, Al판, Al합금판, 순Ti판 및 Ti합금판에 대해 스퍼터 에칭 처리를 실시하였다. SUS판에 대한 스퍼터 에칭은, 1×10-4Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 10분간~20분간의 조건으로 실시하고, Cu판에 대한 스퍼터 에칭은, 1×10-4Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 10분간의 조건으로 실시하며, Al판에 대한 스퍼터 에칭은, 1×10-4Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 20분간의 조건으로 실시하고, Al합금판에 대한 스퍼터 에칭은, 1×10-4Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 20분간의 조건으로 실시하며, 순Ti판에 대한 스퍼터 에칭은, 1×10-4Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 20분간의 조건으로 실시하고, Ti합금판에 대한 스퍼터 에칭은, 1×10-4Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 20분간의 조건으로 실시하였다. 스퍼터 에칭 처리 후의 금속층을 상온에서 압연 롤 지름 130mm~180mm, 압연선 하중 0.5tf/cm~1.5tf/cm로 롤 압접에 의해 접합하였다. 표면 활성화 접합에 의한 압하율은 모두 0%이다. 또, 표 1 중, 「S」, 「C」, 「A」, 「AA」, 「T」 및 「TA」는 각각 스테인레스강, 구리, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄 및 티타늄 합금의 의미이다.
예 2~4, 예 7에 대해서는, 표면 활성화 접합을 행한 후, 압하율 50~75%의 압연(리롤링)을 실시하였다. 예 1, 예 5, 예 6 및 예 8~13에서는 리롤링을 행하지 않았다. 또한, 예 2~4, 예 7에 대해서는, 최종적으로 1000℃~1050℃에서 8시간의 열처리를 행하고, 이에 의해 예 1~13에 관한 2층 또는 3층 구조의 압연 접합체를 제조하였다. 표 1에, 예 1~13의 압연 접합체 및 예 14의 스테인레스 강판에 대한 접합 전의 금속층의 총두께(T0), 최종적인 두께(T), 압하량(ΔT), ΔT/T0, 최표층의 두께의 표준편차(σ), 및 평균값인 두께(T)로부터의 각 측정값의 편차(최소값측 및 최대값측)를 정리하여 나타낸다. 또한, 압연 접합체를 구성하는 금속층 중 가장 경질인 층의 접합 전후에 있어서의 비커스 경도(JIS Z 2244, 하중 50gf)의 값도 아울러 나타낸다. 접합 전의 비커스 경도 측정시에는, 금속층이 얇은 것을 고려하여, 측정 대상과 압연 접합할 예정의 금속층 상에 측정 대상을 놓아두고 측정하였다. 또, 스테인레스 강판, 구리판, 알루미늄판, 알루미늄 합금판, 순티타늄판, 티타늄 합금판에서는 (스테인레스 강판, 티타늄 합금판)>순티타늄판>구리판>알루미늄판의 순으로 경질이다. 도 2에는, 각 압연 접합체에 대한 ΔT/T0와 σ/T의 관계를 나타낸다. 표 1 및 도 2로부터 명백한 바와 같이, 2층의 금속층 중, 가장 경질인 금속층의 접합 전후에 있어서의 비커스 경도의 변화량이 80 이내가 되도록 접합하고, 접합 전의 금속층의 총두께(T0)에 대한 압하량(ΔT)의 비(ΔT/T0)가 1.0 미만이 되도록 제어함으로써, 최표층의 두께의 표준편차(σ)와 두께(T)의 비(σ/T)가 4.0% 이내의 압연 접합체를 얻을 수 있다(예 1~13).
다음에, 예 1~14의 압연 접합체 또는 스테인레스 강판에 대해, V블록법(금구 각도 60도, 누름 금구 가공 R0.5, 하중 1kN, 시험재폭 10mm, JIS Z 2248)에 의해 굽힘 가공을 실시하고, 가공 후의 마무리 각도를 측정하였다. 굽힘 가공을 실시한 압연 접합체의 광학 현미경 사진을 도 3에 나타낸다. 또, 측정수는 각각 30샘플로 하였다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다. 도 4 및 도 5에는, 예 1, 2 및 4의 압연 접합체에 대해, 마무리 각도의 평균값으로부터의 편차의 분포를 나타낸다. 또한, 예 1~14에 대한 σ/T와 마무리 각도의 표준편차의 관계를 도 6에 나타낸다. 나아가 예 1~14에 대한 σ과 마무리 각도의 표준편차의 관계를 도 7에 나타낸다. 도 4~7의 결과로부터 명백한 바와 같이, σ/T의 값이 4.0% 이내인 예 1~13의 압연 접합체는, 마무리 각도의 표준편차를 1.4도 이내로 억제할 수 있어, 높은 치수 정밀도를 가지고 있었다. 특히, σ/T의 값이 0.9% 이내인 예 1~3, 5~6 및 8~13의 압연 접합체는, 마무리 각도의 표준편차를 1도 이내로 억제할 수 있어, 보다 높은 치수 정밀도를 가지고 있었다. 또한, σ의 값이 4.0μm 미만이면, 마무리 각도의 표준편차가 1도 이내로 억제되는 것이 나타났다(도 7).
본 명세서에서 인용한 모든 간행물, 특허 및 특허출원은 그대로 인용에 의해 본 명세서에 도입되는 것으로 한다.
1 압연 접합체
t1 최표층의 두께
T 압연 접합체의 두께
t1 최표층의 두께
T 압연 접합체의 두께
Claims (6)
- 2층 이상의 금속층으로 이루어지는 압연 접합체로서,
최표층(最表層)의 두께의 표준편차(σ)와, 상기 압연 접합체의 두께(T)의 비(σ/T)가 0~4.0%이고, 또한 상기 두께(T)가 2mm 이내이며, 상기 두께(T)의 편차가 4.0% 이내인, 상기 압연 접합체. - 청구항 1에 있어서,
최표층의 두께의 표준편차(σ)가 4.0μm 미만인, 압연 접합체. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
2층 이상의 금속층이, 각각 독립하여 Al, Cu, Mg, Fe 및 Ti로 이루어지는 군에서 선택되는 금속 또는 그 합금인, 압연 접합체. - 청구항 1에 기재된 압연 접합체의 제조 방법으로서,
2층 이상의 금속층 중, 가장 경질인 금속층의 접합 전후에 있어서의 비커스 경도(JIS Z 2244, 하중 50gf)의 변화량이 80 이내가 되도록 상기 2층 이상의 금속층을 접합하는 공정을 포함하고,
접합 전의 상기 2층 이상의 금속층의 총두께(T0)에 대한 압하량(ΔT)의 비(ΔT/T0)가 1.0 미만인, 상기 제조 방법. - 청구항 4에 있어서,
2층 이상의 금속층을 접합하는 공정이, 접합하는 금속층의 표면을 스퍼터 에칭하고, 상기 스퍼터 에칭한 표면끼리를 압접함으로써 행해지는, 압연 접합체의 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 압연 접합체로 이루어지는 성형품.
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