KR20160109184A - Method for manufacturing metallic substrate having metal foam layer on the surface and metallic substrate manufactured thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속 기재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a metal substrate, and more particularly, to a method of manufacturing a metal substrate having a metal foam layer on a surface thereof.
메탈폼(metal foam)은 발포금속으로도 불리며, 다수의 기공을 포함하는 금속을 가리킨다. 이러한, 메탈폼은 경량성, 에너지 흡수성, 단열성, 내화성 또는 친환경 등의 다양하고 유용한 특성을 구비함으로써, 경량 구조물, 수송 기계, 건축 자재, 에너지 흡수 장치 등의 다양한 분야에 적용될 수 있다.Metal foams, also referred to as foamed metals, refer to metals that contain multiple pores. Such metal foams can be applied to various fields such as lightweight structures, transportation machines, building materials, and energy absorbing devices by having various useful properties such as light weight, energy absorption, heat insulation, fire resistance or environmental friendliness.
특히, 메탈폼 중에서도 최근 나노 사이즈의 기공 및 마이크로 사이즈의 기공이 혼재하는 미세구조를 가지는 나노 메탈폼의 제조가 현실화됨에 따라 높은 비표면적을 가지고, 액체, 기체 등의 유체 또는 전자의 흐름을 보다 향상된 메탈폼을 제조하여, 열 교환 장치용 기판, 촉매, 센서, 액츄에이터, 2차 전지, 연료전지, 가스 확산층(GDL: gas diffusion layer), 미세유체 흐름 제어기(microfluidic flow controller) 등의 고기능성, 고부가가치 소재로 다양한 분야에 이용될 것으로 기대된다.Particularly, as the production of nano metal foams having a microstructure in which nano-sized pores and micro-sized pores are mixed is realized recently among metal foams, it has a high specific surface area, and the flow of fluids such as liquids and gases, The present invention relates to a method for manufacturing a metal foam and a method for manufacturing the same and a method for manufacturing the same. It is expected to be used in various fields as a value added material.
상기한 메탈폼을 제조하기 위해서 다양한 연구가 이루어져 왔으며, 이러한 메탈폼을 제조하는 방법들 중에서도 주조법을 대표적인 예로 들 수 있다. 주조법은 크게 금속 주괴를 용융하여 용탕을 만든 후, 발포제를 투입하여 고온에서의 화학반응으로 기포를 분리하여 팽창·성장시키는 기포생성법 및 금속의 용탕에 직접적으로 수소, 아르곤 또는 공기 등의 가스를 주입하여 발포금속을 제조하는 가스주입법 등으로 나눌 수 있다.Various studies have been conducted to produce the metal foam. Among the methods of manufacturing the metal foam, a casting method is a typical example. The casting method is largely made by melting a metal ingot to make a molten metal, adding a foaming agent, separating the bubbles by a chemical reaction at a high temperature, expanding and growing the bubbles, and injecting gas such as hydrogen, argon or air directly into the molten metal A gas injection method in which a foamed metal is produced, and the like.
그러나, 상기한 주조법을 통해 메탈폼을 제조할 경우, 발포 작업 완료 후 발포괴 밑면에 미발포된 부분이 발생되거나 상층부 역시 조대한 기공이 생성됨에 따라 궁극적으로 메탈폼 내 기공의 균질성이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 상기한 문제점 때문에 현재까지 제조되어온 거의 모든 메탈폼 공정 방식은 마이크로 사이즈 이상의 입경을 가지는 상대적으로 큰 기공 사이즈의 메탈폼 구현으로 제한되어 왔다.However, when the metal foam is produced through the above-described casting method, after the completion of the foaming operation, unfossilized portions are generated on the bottom surface of the foaming granules, or coarse pores are formed in the upper portion, ultimately the homogeneity of the pores in the metal foam is inferior there was. In addition, due to the above-mentioned problems, almost all of the metal foam processing methods that have been manufactured so far have been limited to metal foam implementations having a relatively large pore size with a particle size of more than micro-sized.
최근에는 메탈폼을 제조하기 위한 또 다른 방법으로, 두 가지 이상의 다른 금속 분말을 혼합하고 기계적 합금화 방법으로 결합시킨 후, 형성되는 금속 합금에서 이 합금을 구성하는 금속 중 상대적으로 반응성이 낮은(less noble) 금속을 제거하는 탈합금(dealloying) 방법으로 나노사이즈의 균일한 기공을 가지는 메탈폼을 제조하는 방법이 제안되었다.In recent years, another method for manufacturing metal foams is to mix two or more different metal powders and to combine them by a mechanical alloying method. Then, in the metal alloy to be formed, the metal constituting the alloy is relatively less reactive (less noble A method of producing a metal foam having uniform pores of nano size by a dealloying method of removing a metal has been proposed.
일례로, 은(Ag) 분말 및 금(Au) 분말을 혼합한 후, 용융하여 제조한 Ag-Au의 2원계 합금에서 탈합금에 의해 Ag를 제거하여 Au로 이루어진 메탈폼을 제조하거나, 알루미늄(Al) 분말 및 구리(Cu) 분말을 혼합한 후, 용융하여 제조한 Al-Cu의 2원계 합금에서 탈합금에 의해 Al을 제거하여 Cu로 이루어진 메탈폼을 제조하는 방법 등이 개시된 바 있다.For example, Ag is removed from a binary alloy of Ag-Au produced by mixing silver (Ag) powder and gold (Au) powder and melted to produce a metal foam made of Au, or aluminum A method of producing a metal foam made of Cu by removing Al by a de-alloy from a binary alloy of Al-Cu prepared by mixing Al powder and Cu powder and melting it.
하지만, 탈합금 공정에 의해 메탈폼을 제조할 경우, 탈합금을 수행하기에 앞서 일반적으로 각 구성 금속 분말(powder)을 혼합, 성형, 소결하는 공정을 거쳐 합금을 제조하기 때문에 공정의 복잡화 및 공정 비용 상승이라는 경제성 저하의 문제는 물론, 탈합금 공정 수행 후에 얻어지는 메탈폼의 기계적 강도가 매우 낮아 쉽게 부러지는 문제점(brittleness)이 존재하였으며, 이는 대면적의 메탈폼의 제조에 걸림돌이 되고 있었다.However, when a metal foam is produced by a metal alloying process, alloying is generally performed by mixing, molding and sintering each constituent metal powder prior to performing the de-alloying process. Therefore, There is a problem of lowering the economical efficiency such as an increase in cost and also there is a brittleness due to a very low mechanical strength of the metal foam obtained after the de-alloying process, which has been a hindrance to the production of a large area metal foam.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래보다 간단한 공정으로 기계적 특성이 우수하고, 균일한 나노 스케일의 기공을 가지는 메탈폼을 대면적으로 제조 가능한 새로운 탈합금 메탈폼 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a new metal-metal-alloy fabrication method which is superior in mechanical properties and can produce metal foams having uniform nanoscale pores in a large area.
본 발명은 상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해 안출된 것으로, (a) 제1 금속으로 이루어진 기재에 제2 금속으로 이루어진 와이어를 권취하여 금속 결합체를 제조하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 얻어진 금속 결합체를 압연하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 얻어진 금속 결합체를 열처리하여 상기 기재 및 와이어의 접촉부에서 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 합금층을 형성시키는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)에서 얻어진 상기 합금층을 탈합금(dealloying)하는 단계를 포함하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법을 제안한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: (a) winding a wire made of a second metal on a substrate made of a first metal to manufacture a metal bonded body; (b) rolling the metal bond obtained in the step (a); (c) heat treating the metal bond obtained in the step (b) to form an alloy layer including a first metal and a second metal at a contact portion between the substrate and the wire; And (d) dealloying the alloy layer obtained in the step (c). The present invention also provides a method of manufacturing a metal base material having a metal foam layer on a surface thereof.
또한, 본 발명은, 1) 제1 금속으로 이루어진 기재의 표면에 제2 금속으로 이루어진 시트를 부착시켜 금속 결합체를 제조하는 단계; 2) 상기 단계 1)에서 얻어진 금속 결합체를 압연하는 단계; 3) 상기 단계 2)에서 얻어진 금속 결합체를 열처리하여 상기 기재 및 상기 시트의 접촉부에서 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 합금층을 형성시키는 단계; 및 4) 상기 단계 3)에서 얻어진 상기 합금층을 탈합금(dealloying)하는 단계를 포함하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법을 제안한다.The present invention also provides a method of manufacturing a metal-bonded body, comprising the steps of: 1) attaching a sheet made of a second metal to the surface of a base made of a first metal to produce a metal bonded body; 2) rolling the metal bond obtained in the step 1); 3) heat treating the metal bond obtained in step 2) to form an alloy layer including a first metal and a second metal at a contact portion between the base and the sheet; And 4) dealloying the alloy layer obtained in the step 3). The present invention also provides a method for manufacturing a metal substrate having a metal foam layer on a surface thereof.
또한, 상기 제 1 금속은 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 망간(Mn), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 니오븀(Nb), 코발트(Co), 크로뮴(Cr), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 인듐(In) 및 아연(Zn)으로부터 선택되는 1종으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first metal may be at least one selected from the group consisting of platinum, silver, aluminum, gold, copper, manganese, nickel, titanium, tin, ), Palladium (Pd), niobium (Nb), cobalt (Co), chromium (Cr), magnesium (Mg), silicon (Si), indium (In) and zinc .
또한, 상기 제 2 금속은 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 망간(Mn), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 니오븀(Nb), 코발트(Co), 크로뮴(Cr), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 인듐(In) 및 아연(Zn)으로부터 선택되는 1종으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The second metal may be at least one selected from the group consisting of platinum, silver, aluminum, gold, copper, manganese, nickel, titanium, tin, ), Palladium (Pd), niobium (Nb), cobalt (Co), chromium (Cr), magnesium (Mg), silicon (Si), indium (In) and zinc .
또한, 상기 제 1 금속은 구리(Cu) 이고, 상기 제 2 금속은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 한다.Further, the first metal is copper (Cu), and the second metal is aluminum (Al).
또한, 상기 단계 (c) 또는 단계 3)은 500 내지 1,000 ℃의 온도에서 열처리하여 합금층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법을 제안한다.In addition, the step (c) or step 3) is a method for producing a metal substrate having a metal foam layer on the surface thereof, characterized in that the alloy layer is formed by heat treatment at a temperature of 500 to 1,000 ° C.
또한, 상기 단계 (d) 또는 단계 4)는 상기 금속 결합체를 산성 용액 또는 염기성 용액에 침지시켜 수행되는 것을 특징으로 한다.The step (d) or step (4) is performed by immersing the metal complex in an acid solution or a basic solution.
또한, 상기 단계 (d) 또는 단계 4)는 상기 금속 합금 층을 20 중량%의 수산화나트륨 수용액에 침지시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법을 제안한다.In addition, the step (d) or step 4) is performed by immersing the metal alloy layer in an aqueous solution of sodium hydroxide of 20 wt%, and proposes a method of manufacturing a metal substrate having a metal foam layer on the surface thereof.
그리고, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재를 제안한다.Further, the present invention proposes a metal substrate having a metal foam layer on the surface produced by the above method.
본 발명에 따른 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법은, 분말야금법(powder metallurgy)을 이용해 메탈폼을 제작하는 경우에 비해 대면적 메탈폼을 훨씬 용이하게 제작 가능하고, 기계적 강도가 크게 향상된 메탈폼을 제작할 수 있다.The method of manufacturing a metal base material having a metal foam layer on a surface thereof according to the present invention is advantageous in that a large-area metal foam can be manufactured much easier than when metal foams are produced using powder metallurgy, Improved metal foam can be produced.
또한, 본 발명에 따른 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법에 의하면, 금속 기재의 전면(全面) 또는 일부면에 메탈폼층을 손쉽게 형성시킬 수 있고, 열처리 조건을 변화시켜 메탈폼층의 두께의 제어가 가능하며, 금속 기재 표면으로부터 중심부로 향함에 따라 기공율이 감소하는 계층적 기공구조를 가지는 메탈폼층의 형성이 가능하기 때문에, 다양한 형태의 금속 기재의 제작이 가능하다. According to the method for manufacturing a metal substrate having a metal foam layer on a surface thereof according to the present invention, a metal foam layer can be easily formed on the entire surface or a part of the surface of the metal substrate, and the thickness of the metal foam layer And it is possible to form a metal foam layer having a hierarchical pore structure in which the porosity decreases as the metal surface moves from the surface to the center of the metal substrate. Thus, various types of metal substrates can be manufactured.
그리고, 본 발명에 따라 제조된 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재는 균일하게 분포된 나노 기공으로 인해 높은 비표면적을 가지는 메탈폼층을 기재 표면의 전부 또는 일부에 구비하고 있기 때문에 효율적인 촉매 반응 등이 요구되는 에너지 분야의 소재로서 특히 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 일표면에 메탈폼층을 구비한 플레이트 형상의 금속 기재는 전극 및 집전체(current collector)가 일체화된 리튬이차전지의 음극측 소재로서 사용될 수 있다.Since the metal substrate having a metal foam layer on the surface thereof according to the present invention has a metal foam layer having a high specific surface area due to uniformly distributed nanopores on all or a part of the substrate surface, And can be particularly useful as a material of a required energy field. For example, a plate-shaped metal base having a metal foam layer on one surface can be used as a cathode side material of a lithium secondary battery in which an electrode and a current collector are integrated.
도 1은 본 발명에 따른 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법 중 금속 와이어를 이용한 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법 중 금속 시트를 이용한 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본원 실시예 1에 따라 제조된 양표면에 구리폼 층을 구비한 금속 기재 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 4는 본원 실시예 2에 따라 제조된 일표면에 구리폼 층을 구비한 금속 기재 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a process diagram showing a method of manufacturing a metal base material having a metal foam layer on a surface thereof according to the present invention. FIG.
FIG. 2 is a process diagram showing a manufacturing method using a metal sheet in a method of manufacturing a metal substrate having a metal foam layer on a surface thereof according to the present invention.
Figure 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of a metal substrate surface having a spherical layer on both surfaces prepared according to Example 1 herein.
4 is a scanning electron microscope (SEM) image of a surface of a metal substrate having a single-sided foam layer prepared according to Example 2 of the present application.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법 중 금속 와이어를 이용한 제조방법을 나타낸 공정도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a process diagram showing a method of manufacturing a metal base material having a metal foam layer on a surface thereof according to the present invention. FIG.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법은, (a) 제1 금속으로 이루어진 기재에 제2 금속으로 이루어진 와이어를 권취하여 금속 결합체를 제조하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 얻어진 금속 결합체를 압연하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 얻어진 금속 결합체를 열처리하여 상기 기재 및 와이어의 접촉부에서 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 합금층을 형성시키는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)에서 얻어진 상기 합금층을 탈합금(dealloying)하는 단계를 포함하여 구성된다.
As shown in FIG. 1, a method for manufacturing a metal substrate having a metal foam layer on a surface thereof according to the present invention comprises the steps of: (a) winding a wire made of a second metal on a substrate made of a first metal to manufacture a metal bonded body; (b) rolling the metal bond obtained in the step (a); (c) heat treating the metal bond obtained in the step (b) to form an alloy layer including a first metal and a second metal at a contact portion between the substrate and the wire; And (d) dealloying the alloy layer obtained in the step (c).
또한, 도 2는 본 발명에 따른 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법 중 금속 시트를 이용한 제조방법을 나타낸 공정도이다.2 is a process diagram showing a manufacturing method using a metal sheet in a method of manufacturing a metal substrate having a metal foam layer on a surface thereof according to the present invention.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조 방법은, 1) 제1 금속으로 이루어진 기재의 표면에 제2 금속으로 이루어진 시트(sheet)를 부착시켜 금속 결합체를 제조하는 단계; 2) 상기 단계 1)에서 얻어진 금속 결합체를 압연하는 단계; 3) 상기 단계 2)에서 얻어진 금속 결합체를 열처리하여 상기 기재 및 상기 시트의 접촉부에서 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 합금층을 형성시키는 단계; 및 4) 상기 단계 3)에서 얻어진 상기 합금층을 탈합금(dealloying)하는 단계를 포함하여 구성된다.
As shown in FIG. 2, the method for manufacturing a metal substrate having a metal foam layer on a surface thereof according to the present invention comprises the steps of: 1) attaching a sheet made of a second metal to a surface of a substrate made of a first metal, Producing; 2) rolling the metal bond obtained in the step 1); 3) heat treating the metal bond obtained in step 2) to form an alloy layer including a first metal and a second metal at a contact portion between the base and the sheet; And 4) dealloying the alloy layer obtained in the step 3).
상기 제조방법의 각 단계를 상세히 설명하면, 상기 단계 (a) 또는 1)은 제1 금속으로 이루어진 금속 기재의 표면에 제2 금속으로 이루어진 금속 부재를 부착하여 금속 결합체를 제조하는 단계이다.
Each step of the above manufacturing method will be described in detail. In the step (a) or (1), a metal member made of a second metal is attached to the surface of the metal base made of the first metal to manufacture a metal bonded body.
구체적으로, 상기 단계 (a)에서는, 제1 금속으로 이루어진 기재 표면에 제2 금속으로 이루어진 와이어를 권취하여 금속 결합체를 제조한다.
Specifically, in the step (a), a wire made of a second metal is wound on the surface of the base made of the first metal to produce a metal bonded body.
그리고, 상기 단계 1)에서는 제1 금속으로 이루어진 금속 기재에 제2 금속으로 이루어진 시트를 포개어 금속 결합체를 형성시킨다.
In the step 1), a sheet made of the second metal is superimposed on the metal base made of the first metal to form a metal bond.
상기 단계 (a) 또는 1)에서 금속 결합체 제조에 제공되는 금속 기재의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 플레이트(plate), 봉(rod), 파이프(pipe) 등 다양한 형상을 제한없이 가질 수 있다.
The shape of the metal substrate provided in the step (a) or (1) is not particularly limited, and may have various shapes such as a plate, a rod, and a pipe.
한편, 상기 제1 금속 및 제2 금속은 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 망간(Mn), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 니오븀(Nb), 코발트(Co), 크로뮴(Cr), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 인듐(In) 및 아연(Zn)으로부터 선택되는 1종으로 이루어지되, 상기 제1 금속 및 제2 금속은 서로 상이한 금속이어야 한다.
The first and second metals may be platinum, silver, aluminum, gold, copper, manganese, nickel, titanium, , Tin (Sn), palladium (Pd), niobium (Nb), cobalt (Co), chromium (Cr), magnesium (Mg), silicon The first metal and the second metal should be different from each other.
또한, 후술할 단계 (d) 또는 4)에서 탈합금을 통해 제2 금속을 제거하기 위해서는 제1 금속의 표준 전극 전위(standard electrode potential)가 제2 금속의 표준 전극 전위보다 커야 하며, 나아가, 제1 금속과 제2 금속의 표준 전극 전위의 차이가 1.0 V 이상인 것이 바람직하다.
In order to remove the second metal through the metal alloy in steps (d) or (4) described later, the standard electrode potential of the first metal should be greater than the standard electrode potential of the second metal, The difference between the standard electrode potential of the first metal and the second metal is preferably 1.0 V or more.
다음으로, 상기 단계 (b) 또는 2)는 상기한 금속 결합체를 압연하는 단계로서, 본 단계의 압연과정을 통해서 제1 금속으로 이루어진 상기 금속 기재의 표면에 제2 금속으로 부재(와이어 또는 시트)를 물리적으로 보다 강하게 부착시켜 후술할 단계 (c) 또는 3)의 열처리 단계에서 합금층이 보다 용이하게 형성되도록 구성할 수 있다.
Next, the step (b) or (2) above is a step of rolling the metal bonded body, wherein a member (wire or sheet) is formed of a second metal on the surface of the metal base made of the first metal, So that the alloy layer can be more easily formed in the heat treatment step of step (c) or step (3) to be described later.
바람직하게, 본 단계에서는 압연 롤에서 높은 압력을 가하여 상온 또는 열간에서 액상을 형성시키지 않고 20 내지 50%의 압열율로 압연하면서 제1 금속으로 이루어진 기재와 제2 금속으로 이루어진 부재를 고상접합시키는 압연접합(roll bonding)을 수행하게 된다.
Preferably, in this step, a high pressure is applied in the rolling roll so that the rolled sheet is rolled at a rolling rate of 20 to 50% without forming a liquid phase at room temperature or hot, Thereby performing roll bonding.
그리고, 상기 단계 (c) 또는 3)은, 전 단계인 단계 (b) 또는 2)에서의 압연 공정을 통해 얻어진 금속 결합체를 열처리하여 금속 결합체의 표면에 합금층을 형성시키는 단계로서, 상기 금속 결합체를 제1 금속 및 제2 금속의 융점(melting) 미만의 온도로 가열하여 금속 결합체의 제1 금속 기재와 제2 금속 부재의 계면에서 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 이원계(binary) 합금으로 이루어진 합금층을 형성시킨다. The step (c) or (3) is a step of forming an alloy layer on the surface of the metal bonding body by heat-treating the metal bonding body obtained through the rolling step in step (b) or 2) Is heated to a temperature lower than the melting point of the first metal and the second metal to form a binary alloy containing the first metal and the second metal at the interface between the first metal base and the second metal member of the metal bond Thereby forming an alloy layer.
일례로, 제1 금속이 구리(Cu)이고, 제2 금속이 알루미늄(Al)인 경우에는 500 내지 1,000 ℃의 온도에서 적절히 열처리를 수행해 Al2Cu로 이루어진 금속간화합물 합금층을 형상시킬 수 있다.
For example, when the first metal is copper (Cu) and the second metal is aluminum (Al), an intermetallic compound alloy layer composed of Al 2 Cu can be formed by suitably performing heat treatment at a temperature of 500 to 1,000 ° C .
본 단계에서의 열처리 시간은 형성하고자 하는 메탈폼층의 두께를 고려하여 필요에 따라 적절히 조절할 수 있는데, 이와 같이 열처리 시간을 제어함으로써 표면 최외측에 박막 형태의 메탈폼층을 가지는 금속 기재는 물론, 메탈폼으로만 이루어진 금속 기재까지 다양한 구조의 금속 기재를 형성할 수 있다.
The heat treatment time in this step can be appropriately adjusted as necessary in consideration of the thickness of the metal foam layer to be formed. By controlling the heat treatment time as described above, not only a metal substrate having a thin metal foil layer on the outermost surface, A metal substrate having various structures can be formed.
열처리 분위기는 제1 금속 및 제2 금속의 산화(oxidation)를 방지하기 위해서 환원 또는 비활성 기체 분위기, 예를 들면, 수소(H2), 질소(N2) 또는 아르곤(Ar) 분위기인 것이 바람직하다.
The heat treatment atmosphere is preferably a reducing or inert gas atmosphere such as hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), or argon (Ar) atmosphere in order to prevent oxidation of the first metal and the second metal .
그리고, 상기 단계 (d) 또는 4)는, 상기 금속 기재의 표면에 형성된 합금층을 탈합금(dealloying)하여 메탈폼층을 형성시키는 단계로서, 합금층에 포함된 제2 금속을 성분을 선택적으로 제거하여 금속 기재의 표면에 제1 금속으로 이루어진 메탈폼층을 형성시킬 수 있다. The step (d) or (4) is a step of dealloying the alloy layer formed on the surface of the metal substrate to form a metal foam layer, wherein the second metal contained in the alloy layer is selectively removed Thereby forming a metal foam layer made of the first metal on the surface of the metal substrate.
참고로, 탈합금은 합금을 이루는 2 이상의 성분 중 어떤 금속 성분이 선택적으로 제거되는 것을 말하며, 산성 용액이나 염기성 용액 내에서 합금을 이루는 금속 간의 이온화 경향의 차이에 따라 특정의 금속 성분이 선택적으로 용해되어 합금으로부터 제거되는 것을 그 일례로 들 수 있다.
For reference, a de-alloy refers to selective removal of a metal component of two or more components constituting the alloy, and a specific metal component is selectively dissolved due to a difference in ionization tendency between the metal constituting the alloy in an acid solution or a basic solution As a result, it can be said that the alloy is removed from the alloy.
본 단계에서는 합금층이 형성된 금속 결합체를 산성 용액이나 염기성 용액에 침지시킨 상태에서 일정 시간 동안 유지시킴으로써 합금층으로부터 제2 금속이 용해를 통해 제거되어 메탈폼층이 형성된다.
In this step, the metal complex having the alloy layer formed therein is immersed in an acid solution or a basic solution and is maintained for a predetermined period of time, whereby the second metal is removed from the alloy layer through dissolution to form a metal foam layer.
한편, 본 단계의 탈합금 공정은 제2 금속 성분이 용해됨에 따라 발생되는 수소 기포의 발생을 육안으로 더 이상 관찰할 수 없을 때까지 진행하는 것이 바람직하다.
Meanwhile, it is preferable that the de-alloying process of this step proceeds until the generation of hydrogen bubbles caused by dissolution of the second metal component can not be observed with the naked eye.
위에서 상세히 설명한 본 발명에 따른 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법은, 분말야금법(powder metallurgy)을 이용해 메탈폼을 제작하는 경우에 비해 대면적 메탈폼을 훨씬 용이하게 제작 가능하고, subatrate의 지지 역할로 인해서 기계적 강도가 크게 향상된 메탈폼을 제작할 수 있다. According to the method of manufacturing a metal substrate having a metal foam layer on a surface thereof according to the present invention, it is possible to manufacture a large-area metal foam much more easily than when a metal foam is manufactured using powder metallurgy, It is possible to manufacture a metal foam having a greatly improved mechanical strength.
또한, 본 발명에 따른 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법에 의하면, 금속 기재의 전면(全面) 또는 일부면에 메탈폼층을 손쉽게 형성시킬 수 있고, 열처리 조건을 변화시켜 메탈폼층의 두께의 제어가 가능하며, 금속 기재 표면으로부터 중심부로 향함에 따라 기공율이 감소하는 계층적 기공구조를 가지는 메탈폼층의 형성이 가능하기 때문에, 다양한 형태의 금속 기재의 제작이 가능해 용도로 사용이 가능하다. According to the method for manufacturing a metal substrate having a metal foam layer on a surface thereof according to the present invention, a metal foam layer can be easily formed on the entire surface or a part of the surface of the metal substrate, and the thickness of the metal foam layer And can form a metal foam layer having a hierarchical pore structure in which the porosity decreases as the metal surface moves from the surface to the center of the metal substrate. Therefore, various types of metal substrates can be manufactured and used.
그리고, 본 발명에 따라 제조된 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재는 균일하게 분포된 나노 기공으로 인해 높은 비표면적을 가지는 메탈폼층을 기재 표면의 전부 또는 일부에 구비하고 있기 때문에 효율적인 촉매 반응 등이 요구되는 에너지 분야의 소재로서 특히 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 일표면에 메탈폼층을 구비한 플레이트 형상의 금속 기재는 전극 및 집전체(current collector)가 일체화된 리튬이차전지의 음극측 소재로서 사용될 수 있다.
Since the metal substrate having a metal foam layer on the surface thereof according to the present invention has a metal foam layer having a high specific surface area due to uniformly distributed nanopores on all or a part of the substrate surface, And can be particularly useful as a material of a required energy field. For example, a plate-shaped metal base having a metal foam layer on one surface can be used as a cathode side material of a lithium secondary battery in which an electrode and a current collector are integrated.
이하 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 단, 제시된 실시예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. It is to be understood, however, that the embodiments shown are illustrative and not intended to limit the scope of the invention.
<실시예 1> 알루미늄 와이어를 이용해 형성된 구리폼층을 구비한 구리 기재의 제조Example 1 Preparation of a copper base material having a spherical foam layer formed by using an aluminum wire
다음과 같이 알루미늄 와이어 및 구리 플레이트를 이용해 표면에 구리폼층을 가지는 구리 기재를 제조하였다.A copper substrate having a copper layer on its surface was prepared using aluminum wire and copper plate as follows.
우선, 별도의 접착과정 및 접착물질을 사용하지 않고 구리 플레이트에 알루미늄 와이어를 감아서 구리 플레이트와 알루미늄 와이어의 결합체를 제조하였다. 이때, 알루미늄 와이어는 최종 구리폼 층에 형성되는 기공이 균일한 구조를 가질 수 있도록 균일한 형태 및 간격으로 구리 플레이트에 감아주었다.First, an aluminum wire was wound on a copper plate without using a separate bonding process and an adhesive material to prepare a combination of a copper plate and an aluminum wire. At this time, the aluminum wire was wound on the copper plate in a uniform shape and at intervals so that the pores formed in the final copper foil layer had a uniform structure.
상기와 같이 제조된 구리 플레이트와 알루미늄 와이어의 결합체를 압연기(roll miller)에 넣고 30%의 압연율로 냉간 압연하였다. 압연된 구리 플레이트와 알루미늄 와이어의 결합체를 수소 분위기(H2)에서 600 ℃의 온도에서 24시간 동안 열처리하여 구리 플레이트와 알루미늄 와이어 결합체의 접촉부에서 Al2Cu 합금층을 형성시켰다.The assembly of the copper plate and the aluminum wire thus prepared was placed in a roll mill and cold-rolled at a rolling rate of 30%. The alloy of the rolled copper plate and the aluminum wire was heat treated in a hydrogen atmosphere (H 2 ) at a temperature of 600 ° C. for 24 hours to form an Al 2 Cu alloy layer at the contact portion of the copper plate and the aluminum wire assembly.
상기 Al2Cu 합금층이 형성된 구리 플레이트와 알루미늄 와이어 결합체를 20 wt%의 농도를 가지는 수산화나트륨(NaOH) 수용액에 침지시키고 24 시간 이상 탈합금시켜 표면에 순수한 구리폼층을 형성시켰다.
The copper plate on which the Al 2 Cu alloy layer was formed and the aluminum wire assembly were immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) having a concentration of 20 wt% and de-alloyed for 24 hours or more to form a pure spherical layer on the surface.
도 3은 본원 실시예 1에 따라 제조된 상하면에 구리폼 층을 구비한 금속 기재 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.3 is a scanning electron microscope (SEM) image of a metal substrate surface having a top layer and a top layer formed according to Example 1 of the present invention.
도 3으로부터, 구리 플레이트의 중심부는 구리 플레이트 본래의 미세조직을 유지하고 있는 반면, 상하 표면층에는 나노 스케일의 기공이 균일하게 분포된 구리폼층이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
It can be seen from Fig. 3 that the central portion of the copper plate maintains the microstructure inherent to the copper plate, while the upper and lower surface layers have a uniformly distributed nano-scale pore.
<실시예 2> 알루미늄 시트를 이용해 형성된 구리폼층을 구비한 구리 기재의 제조≪ Example 2 > Preparation of a copper base material having a spherical foam layer formed using an aluminum sheet
다음과 같이 알루미늄 시트 및 구리 플레이트를 이용해 표면에 구리폼층을 가지는 구리 기재를 제조하였다.A copper substrate having a copper layer on its surface was prepared using an aluminum sheet and a copper plate as follows.
우선, 별도의 접착과정 및 물질을 이용하지 않고 구리 플레이트 상에 알루미늄 시트를 덧대어 구리 플레이트와 알루미늄 시트의 결합체를 제조하였다.First, an aluminum sheet was laminated on a copper plate without using a separate bonding process and materials to prepare a combination of a copper plate and an aluminum sheet.
상기와 같이 제조된 구리 플레이트와 알루미늄 시트의 결합체를 본원 실시예 1과 동일한 방법으로 압연하고 열처리하여 구리 플레이트와 알루미늄 시트의 접촉부에서 Al2Cu 합금층을 형성시키고, 본원 실시예 1과 동일한 방법으로 탈합금시켜 구리 플레이트의 한쪽면에 나노사이즈의 기공을 가진 구리폼층을 형성시켰다.
The copper plate and the aluminum sheet thus prepared were rolled and heat-treated in the same manner as in Example 1 to form an Al 2 Cu alloy layer at the contact portion between the copper plate and the aluminum sheet. De-alloyed to form a reformed layer having nano-sized pores on one side of the copper plate.
도 4는 본원 실시예 2에 따라 제조된 한쪽면에 구리폼 층을 구비한 금속 기재 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.4 is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of a metal substrate having a single-sided foam layer prepared according to Example 2 of the present application.
도 4에 따르면, 구리 플레이트의 상측 표면에만 나노 스케일의 기공이 균일하게 분포된 구리폼층이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
According to FIG. 4, it can be seen that a nano-scale pore uniformly distributed over the upper surface of the copper plate is formed.
Claims (9)
(b) 상기 단계 (a)에서 얻어진 금속 결합체를 압연하는 단계;
(c) 상기 단계 (b)에서 얻어진 금속 결합체를 열처리하여 상기 기재 및 와이어의 접촉부에서 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 합금층을 형성시키는 단계; 및
(d) 상기 단계 (c)에서 얻어진 상기 합금층을 탈합금(dealloying)하는 단계
를 포함하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법.(a) winding a wire made of a second metal on a substrate made of a first metal to produce a metal bonded body;
(b) rolling the metal bond obtained in the step (a);
(c) heat treating the metal bond obtained in the step (b) to form an alloy layer including a first metal and a second metal at a contact portion between the substrate and the wire; And
(d) dealloying the alloy layer obtained in step (c)
And a metal foil layer on the surface.
2) 상기 단계 1)에서 얻어진 금속 결합체를 압연하는 단계;
3) 상기 단계 2)에서 얻어진 금속 결합체를 열처리하여 상기 기재 및 상기 시트의 접촉부에서 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 합금층을 형성시키는 단계; 및
4) 상기 단계 3)에서 얻어진 상기 합금층을 탈합금(dealloying)하는 단계
를 포함하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법.1) attaching a sheet made of a second metal to the surface of a substrate made of a first metal to produce a metal bonded body;
2) rolling the metal bond obtained in the step 1);
3) heat treating the metal bond obtained in step 2) to form an alloy layer including a first metal and a second metal at a contact portion between the base and the sheet; And
4) dealloying the alloy layer obtained in the step 3)
And a metal foil layer on the surface.
상기 제1 금속은 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 망간(Mn), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 니오븀(Nb), 코발트(Co), 크로뮴(Cr), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 인듐(In) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The first metal may be at least one selected from the group consisting of Pt, Ag, Al, Au, Cu, Mn, Ni, Ti, Is one kind selected from the group consisting of palladium (Pd), niobium (Nb), cobalt (Co), chromium (Cr), magnesium (Mg), silicon (Si), indium (In) and zinc And a metal foil layer formed on the surface of the metal foil.
상기 제2 금속은 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 망간(Mn), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 니오븀(Nb), 코발트(Co), 크로뮴(Cr), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 인듐(In) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The second metal may be at least one selected from the group consisting of Pt, Ag, Al, Au, Cu, Mn, Ni, Ti, Is one kind selected from the group consisting of palladium (Pd), niobium (Nb), cobalt (Co), chromium (Cr), magnesium (Mg), silicon (Si), indium (In) and zinc And a metal foil layer formed on the surface of the metal foil.
상기 제1 금속은 구리(Cu) 이고, 상기 제2 금속은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the first metal is copper (Cu), and the second metal is aluminum (Al).
상기 단계 (c) 또는 단계 3)은 500 내지 1,000 ℃의 온도에서 열처리하여 합금층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the step (c) or the step (3) is performed at a temperature of 500 to 1,000 DEG C to form an alloy layer on the surface of the metal foil.
상기 단계 (d) 또는 단계 4)는 상기 금속 결합체를 산성 용액 또는 염기성 용액에 침지시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the step (d) or step (4) is carried out by immersing the metal complex in an acid solution or a basic solution.
상기 단계 (d) 또는 단계 4)는 상기 금속 합금 층을 농도 20 wt%의 수산화나트륨 수용액에 침지시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 표면에 메탈폼층을 구비한 금속 기재 제조방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the step (d) or step (4) is performed by immersing the metal alloy layer in an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 20 wt%.
A metal substrate comprising a metal foam layer produced by the method according to claim 1 or 2 and having a pore structure of nano or micro unit size.
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