자동차 릴레이 접점용 클래드의 제조방법 및 이로부터 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드

자동차 릴레이 접점용 클래드의 제조방법 및 이로부터 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드{MANUFACTURING METHOD OF CLAD FOR VEHICLE RELAY CONTACT AND CLAD FOR VEHICLE RELAY CONTACT MANUFACTURED THEREFROM}

본 발명은 자동차 릴레이의 접점에 사용되는 클래드의 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 구동을 제어하기 위해 탑재되는 릴레이는 가동 접점과, 상시 개방측 고정 접점 및 상시 폐쇄측 고정 접점이 배치된 구조를 가진다. 이러한 릴레이는 가동 접점이 2개의 고정 접점에 교대로 접촉함으로써, 2개의 전기 회로를 전환하는 기능을 한다.

상기 릴레이는 탑재되는 곳에 따라 접점 재료인 클래드의 특성이 다양하게 요구된다. 예를 들어, 와이퍼 구동용 모터를 전환하는 릴레이나 파워 윈도우 개폐를 위한 릴레이의 접점 재료로 적용되는 클래드는 모터 구동 전류에 대한 내소모성 및 내용착성과, 모터 제동 전류에 의해 형성되는 재료 전이 돌기를 억제하는 특성이 요구된다.

한편 범용적으로 사용되는 힌지형 릴레이는 상시 개방측 접점 쌍에 비하여 상시 폐쇄측의 접점 쌍의 접촉력이 크지 않기 때문에 상시 폐쇄측 접점 쌍에서 접점 떨림이 발생한다. 이러한 접점 떨림은 접점 전이량을 높이고, 상시 폐쇄측에 생기는 재료 전이 돌기와 구멍에 의한 접점 락킹을 유발하여 릴레이의 오작동을 일으키는 원인이 된다. 이에 따라 상시 개방측 접점 쌍에 비해 상시 폐쇄측 접점 쌍의 접점 경도를 작게 할 필요가 있으며, 이를 위해서는 접점 재료인 클래드의 경도 제어가 요구된다.

이러한 접점 재료인 클래드를 제조하기 위해 종래에는 잉곳(ingot) 형태의 다수 금속을 각각 적층한 후 반복적인 압연을 통해 금속을 서로 접합시키는 방법이 적용되었다. 그러나 이러한 방법은 클래드를 제조하는데 장시간이 소비되어 제조효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 클래드의 경도를 제어하기 어려웠고, 금속간의 접합 강도도 떨어지는 문제점이 있었다. 이외에도 제조된 클래드를 기재(또는 대재)에 용접할 경우 요구되는 만큼의 결합 강도를 얻기 어려운 문제점도 있었다.

본 발명은 제조과정이 간단하고, 경도 제어가 가능하며, 금속 간의 접합 강도 및 기재와의 결합 강도가 우수한 자동차 릴레이 접점용 클래드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드를 제공하는 것도 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, a) 은 및 제1 금속으로 이루어진 제1 합금박과 구리 및 제2 금속으로 이루어진 제2 합금박을 각각 400 내지 700℃에서 1차 열처리하는 단계; b) 상기 1차 열처리된 제1 합금박과 제2 합금박의 표면을 각각 플라즈마처리하는 단계; c) 상기 플라즈마처리된 표면이 서로 마주보도록 제1 합금박과 제2 합금박을 배치한 후 압연 접합하여 제1 합금층과 제2 합금층으로 이루어진 복합체를 형성하는 단계; 및 d) 상기 복합체를 400 내지 500℃에서 2차 열처리하는 단계를 포함하는 자동차 릴레이 접점용 클래드의 제조방법을 제공한다.

이러한 본 발명의 자동차 릴레이 접점용 클래드의 제조방법은 e) 상기 2차 열처리된 복합체를 600 내지 700℃에서 3차 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 자동차 릴레이 접점용 클래드의 제조방법은 f) 상기 3차 열처리된 복합체의 제2 합금층에 요철을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드도 제공한다.

본 발명의 제조방법은 플라즈마처리와 단계적인 열처리 과정을 포함하기 때문에 클래드의 경도 제어가 용이하며, 접합 강도도 우수한 클래드를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법은 반복적인 압연을 거쳐 클래드를 제조하던 종래의 방법에 비해 클래드의 제조과정이 단축되어 클래드의 제조효율을 향상시킬 수 있다. 또 본 발명의 제조방법은 제2 합금층에 요철을 형성시키는 과정을 포함하기 때문에 제조된 클래드를 기재에 결합할 경우 높은 결합 강도를 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 자동차 릴레이 접점용 클래드의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실험예 2에 따른 결과를 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예 4에서 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드가 기재에 결합된 이미지이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 자동차 릴레이 접점용 클래드의 제조방법 및 이의 제조방법으로 얻어진 자동차 릴레이 접점용 클래드에 관한 것으로, 이에 대해 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

1, 자동차 릴레이 접점용 클래드의 제조방법

a) 1차 열처리

먼저, 은 및 제1 금속으로 이루어진 제1 합금박과, 구리 및 제2 금속으로 이루어진 제2 합금박을 각각 400 내지 700℃에서 1차 열처리한다. 이때, 1차 열처리하는 시간은 특별히 한정되지 않으나, 30분 내지 1 시간인 것이 바람직하다. 또한 1차 열처리는 진공 분위기 하에 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제1 합금박을 이루는 제1 금속은 특별히 한정되지 않으나, 니켈(Ni)인 것이 바람직하다. 이때, 제1 합금박에 포함된 니켈의 함유랑은 특별히 한정되지 않으나 제1 합금박 총 중량을 기준으로, 니켈이 10 내지 15중량%로 함유된 것이 바람직하다.

상기 제2 합금박을 이루는 제2 금속은 특별히 한정되지 않으나, 니켈(Ni)인 것이 바람직하다. 이때, 제2 합금박에 포함된 니켈의 함유랑은 특별히 한정되지 않으나 제2 합금박 총 중량을 기준으로, 니켈이 30 내지 44중량%로 함유된 것이 바람직하다.

b) 플라즈마처리

상기에서 1차 열처리된 제1 합금박과 제2 합금박의 표면을 각각 플라즈마처리한다. 상기 제1 합금박과 제2 합금박을 플라즈마처리하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 전력은 1.0 내지 1.5 kw이고, 가스 유속이 500 내지 600 sccm인 불활성 기체(예를 들어, 아르곤) 존재 하에 이루어지는 것이 바람직하다. 한편 제1 합금박과 제2 합금박이 도 1과 같이 롤에 의해 이송되는 라인 상에 배치되어 플라즈마처리될 경우 롤 스피드(Roll Speed)는 100 내지 150 ㎜/min이고, 텐션(Tension)은 150 내지 200 gf인 것이 바람직하다.

c) 압연 접합

상기 플라즈마처리된 표면이 서로 마주보도록 제1 합금박과 제2 합금박을 배치한 후 압연 접합하여 제1 합금층과 제2 합금층으로 이루어진 복합체를 형성한다. 이때, 제1 합금박과 제2 합금박이 서로 마주보는 면은 플라즈마처리되어 표면이 활성화되어 있기 때문에 한 번의 압연 과정만으로도 높은 접합 강도, 구체적으로 접합 강도 3.5 내지 4.5 N/㎜를 나타낼 수 있다. 따라서 본 발명은 반복적인 압연을 거쳐 클래드를 제조하던 종래의 제조방법에 비해 제조과정이 단순해져 클래드의 제조효율을 높일 수 있다.

한편 상기 제1 합금박과 제2 합금박을 압연하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 압연 압력이 4 내지 6 Ton인 것이 바람직하다.

d) 2차 열처리

상기 복합체를 400 내지 500℃에서 2차 열처리한다. 이때, 복합체를 2차 열처리하는 시간은 특별히 한정되지 않으나, 30분 내지 1 시간인 것이 바람직하다. 또한 2차 열처리는 진공 분위기 하에 이루어지는 것이 바람직하다.

e) 3차 열처리

한편 본 발명은 2차 열처리된 복합체를 600 내지 700℃에서 3차 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 복합체를 3차 열처리하는 시간은 특별히 한정되지 않으나, 30분 내지 1 시간인 것이 바람직하다. 또한 3차 열처리는 수소 존재 하에 이루어지는 것이 바람직하다.

f) 요철 형성

또한 본 발명은 3차 열처리된 복합체의 제2 합금층에 요철을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 합금층에 요철을 형성시키는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 형상 가공 롤러 유닛을 이용하여 형성시키는 것이 바람직하다. 즉, 표면에 일정 패턴을 가지는 돌출부가 형성된 제1 롤러와, 표면이 평평한 제2 롤러로 이루어진 형상 가공 롤러 유닛에 복합체를 통과시켜 제2 합금층에 요철을 형성시키는 것이다.

이러한 제2 합금층은 기재(또는 대재)와 결합하는 층으로, 표면에 요철이 형성되어 있어 넓은 표면적을 가지기 때문에 기재와 결합 시 높은 결합 강도, 구체적으로 결합 강도가 180 내지 450 N을 나타낼 수 있다.

한편 형상 가공 롤러 유닛을 이용하여 복합체의 제2 합금층에 요철을 형성시키는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 압력이 0.5 내지 1 Ton이고, 가공 속도가 5 내지 10m/min인 것이 바람직하다.

2. 자동차 릴레이 접점용 클래드

본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드를 제공한다. 상기 제조방법으로 제조된 본 발명의 자동차 릴레이 접점용 클래드는 경도 제어가 용이하다. 구체적으로, 본 발명의 자동차 릴레이 접점용 클래드는 경도가 100±5Hv일 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1] 자동차 릴레이 접점용 클래드의 제조

은과 니켈(15 wt%)로 이루어진 제1 합금박과, 구리와 니켈(30 wt%)로 이루어진 제2 합금박을 각각 진공 분위기 하에 400℃에서 1시간 동안 1차 열처리 하였다.

1차 열처리된 제1 합금박과 제2 합금박 표면을 각각 전력 1.0 및 1.5 kw이고, 가스 유속 580 sccm인 아르곤 가스 존재 하에 플라즈마처리하였다. 이때, 롤 스피드는 100 ㎜/min이고, 텐션은 150 gf로 하였다.

플라즈마처리된 표면이 서로 마주보도록 제1 합금박과 제2 합금박을 배치한 후 4.5 ton의 압연 롤러에 통과시켜 제1 합금층과 제2 합금층으로 이루어진 스트립 형태의 복합체를 형성하였다.

형성된 복합체를 진공 분위기 하에 400℃에서 1시간 동안 2차 열처리하여 자동차 릴레이 접점용 클래드를 제조하였다.

[비교예 1]

형성된 복합체를 600℃에서 2차 열처리하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 릴레이 접점용 클래드를 제조하였다.

[비교예 2]

형성된 복합체를 700℃에서 2차 열처리하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 릴레이 접점용 클래드를 제조하였다.

[비교예 3]

복합체를 2차 열처리하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 릴레이 접접용 클래드를 제조하였다.

[실험예 1] 접합 강도 평가

실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드의 접합 강도를 Peel Test법(클래드의 끝단을 제1 합금층과 제2 합금층으로 분리하고 이를 지그에 고정하여 180° 방향으로 인장력을 가해 두 층이 분리되는 때를 측정)으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1을 참조하면 본 발명의 제조방법으로 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드는 접합 강도가 우수한 것을 확인할 수 있었다. 한편 2차 열처리 온도가 600℃ 이상일 경우에는 제1 합금층 표면에 부풀음이 발생함에 따라 접합 강도가 저하되는 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서 2차 열처리된 복합체를 수소 존재 하에 600℃에서 1시간 동안 3차 열처리하여 자동차 릴레이 접점용 클래드를 제조하였다.

[실시예 3]

상기 실시예 1에서 2차 열처리된 복합체를 수소 존재 하에 700℃에서 1시간 동안 3차 열처리하여 자동차 릴레이 접점용 클래드를 제조하였다.

[실험예 2] 이미지 확인

실시예 3에서 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드의 단면을 전자현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2를 참조하면 제1 합금층과 제2 합금층의 계면이 평평한 상태로 접합이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있었다.

[실험예 3] 접합 강도 평가

실시예 2, 3 및 비교예 1에서 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드의 경도를 마이크로 비커스 경도계(하중 100gr 적용)를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 제조방법으로 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드는 경도 제어가 가능한 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 4]

압력이 1.0 Ton이고, 가공 속도가 10 m/min인 형상 가공 롤러 유닛에 실시예 3에서 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드를 통과시켜 제2 합금층에 요철을 형성시켰다(도 3 참조).

[실험예 4] 결합 강도 평가

상기 실시예 1 및 4에서 제조된 자동차 릴레이 접점용 클래드를 구리 기재에 각각 밀착한 후 Spot 용접방식으로 결합시켜 시료를 제조하였다. 제조된 각각의 시료를 만능시험기 지그에 결합한 후 클래드에 전단력을 가하여 구리 기재에서 클래드가 분리될 때의 강도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

상기 표 3을 참고하면, 자동차 릴레이 접점용 클래드의 제2 합금층에 요철을 형성할 경우 기재와의 결합 강도가 높아짐을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 기재와 용접 시 제2 합금층의 요철 부분에는 저항이 집중되는데, 이는 기재와의 용융 접합을 향상시켜 결과적으로 결합 강도가 높아지는 효과를 얻게 된다.