본 발명은 고성능 구리/티타늄 이중금속 모세관의 제조 방법에 관한 것으로, 이중금속 모세관 소재 제조 기술 분야에 속한다.본 발명은 고성능 구리/티타늄 이중금속 모세관의 제조 방법에 관한 것으로, 이중금속 모세관 소재 제조 기술 분야에 속한다. 본 발명에서는 열간 스피닝 공법을 이용하여 Φ(7.0～15.0)mm × (0.5～2.0)mm 치수의 야금학적 결합 구리/티타늄 복합관을 제조한다. 내외 표면을 산세 처리한 후 직접 다패스 인발 가공을 수행하고 중간 소둔을 병용하여 Φ(0.5～6.1)mm × (0.1～0.8)mm 치수의 구리/티타늄 이중금속 모세관을 얻는다. 본 발명은 열간 스피닝으로 소형 구리/티타늄 복합관을 제조한 후 직접 인발 가공을 수행하므로 공정 및 장치가 간단하고 금형 수명이 길며 생산 비용이 낮다. 플로팅 맨드릴 인발과 에어 인발을 조합하고 필요에 따라 중간 소둔을 실시함으로써 구리층 및 티타늄층의 변형 가공이 더욱 용이해지며 치수 정밀도가 높고 표면 품질이 우수한 복합 모세관을 얻을 수 있다.
구리 및 구리합금 모세관은 외경×두께가 Φ(0.5～6.1)mm × (0.1～0.8)mm 범위에 있는 비교적 세경·박육의 관으로, 중앙에어컨, 현대 가전, 계측기기 등에 폭넓게 사용되는 중요한 원자재이다. 가공 난이도가 높고 고부가가치라는 특징을 갖는다. 우리나라의 기계제조, 가전, 해양산업의 급속한 발전에 따라 구리 및 구리합금 모세관에 대한 시장 수요가 증가하고 있다. 그러나 선박, 담수화 플랜트, 연안 발전소 등의 강부식성 해수 환경에서는 해수 부식으로 인해 구리 및 구리합금 모세관의 수명이 단축되어 기기의 신뢰성이 저하된다. 순티타늄 모세관은 매우 우수한 내식성을 갖지만 티타늄은 열전도율이 낮고 후육 모세관은 열교환 성능이 떨어지며 박육 모세관은 기계적 특성이 요구 조건을 충족하기 어렵다. 구리/티타늄 이중금속 모세관은 구리관 내벽에 티타늄층을 코팅한 신규 복합 모세관으로, 티타늄의 장점(저밀도, 고비강도, 우수한 내식성)과 구리의 우수한 열전도성을 겸비하여 종합 성능이 뛰어나다. 따라서 구리/티타늄 이중금속 모세관은 선박장비, 해양산업, 대형 냉동시스템, 가전산업, 계측기기 분야에서 폭넓은 응용 전망을 가지며 선박장비 및 산업기계의 안전성과 신뢰성 향상에 중요한 의의를 갖는다.
현재 구리/티타늄 복합관의 주요 제조 방법으로는 인발 복합, 유압 벌지 복합, 폭발 용접 등이 있다. 인발 및 유압 벌지에 의한 냉간 복합법은 모재 또는 모재와 클래드재의 약간의 소성 변형으로 억지 끼워맞춤을 얻기 때문에 계면 결합 강도가 낮고 2층 간의 변형 협조성이 나쁘며 모세관 가공이 어렵다. 폭발 용접은 폭발 압력으로 계면에서 고상 용접을 실현하므로 계면 결합 강도는 높지만 작업 위험성이 크고 생산 효율이 낮으며 티타늄층 두께가 불균일해지기 쉬워 모세관 가공 후 티타늄층 두께를 보장하기 어렵다.
상기 공정의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 열간 스피닝(고온 회전 단조, 이하「열간 스피닝」이라 함)과 인발을 조합한 구리/티타늄 이중금속 모세관의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 방법은 회전 단조 시 발생하는 3축 압축 응력 변형을 이용하여 복수 패스의 변형을 실현함과 동시에 고온 하에서 복합관의 야금학적 결합을 달성한다. 그 후 플로팅 맨드릴 인발 및/또는 에어 인발을 수행하고 중간 소둔을 병용하여 고성능 구리/티타늄 이중금속 모세관을 얻는다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은 다음과 같다. 열간 스피닝 공법에 의해 Φ(7.0～15.0)mm × (0.5～2.0)mm 치수의 야금학적 결합 구리/티타늄 복합관을 제조한다. 내외 표면을 산세 처리한 후 직접 다패스 인발 가공을 수행하고 중간 소둔을 병용하여 Φ(0.5～6.1)mm × (0.1～0.8)mm 치수의 구리/티타늄 이중금속 모세관을 얻는다. 다패스 인발은 직접 인발 또는 디스크 인발로 수행할 수 있으며 플로팅 맨드릴 인발 및/또는 에어 인발을 포함한다. 1패스당 단면 감소율은 10～40%이고 누적 단면 감소율이 약 70%에 도달했을 때 중간 소둔을 실시한다. 중간 소둔 조건은 온도 500℃, 유지 시간 1시간으로 한다. 인발 시에는 윤활을 실시하며 광유 또는 식물성 오일을 사용할 수 있다. 인발 속도는 1～20 mm/min으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 장점을 갖는다:
1. 열간 스피닝으로 소형 구리/티타늄 복합관을 제조한 후 직접 인발을 수행하므로 공정·장치가 간단하고 금형 수명이 길며 생산 비용이 낮다.
2. 열간 스피닝으로 제조된 구리/티타늄 복합관은 계면이 야금학적으로 결합하고 취성 금속간 화합물이 생성되지 않으므로 인발 시 2층의 변형 협조성이 우수하며 계면 결합 강도가 높은 구리/티타늄 이중금속 모세관을 얻을 수 있다.
3. 플로팅 맨드릴 인발과 에어 인발의 조합 및 중간 소둔에 의해 구리층·티타늄층의 변형 가공이 용이해지며 치수 정밀도가 높고 표면 품질이 우수한 복합 모세관을 얻을 수 있다.
