KR20170136233A - 골드 칼라를 나타내는 동합금 및 동합금 주물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동합금에 관한 것으로, 5 ~ 10 중량%의 알루미늄(Al), 3 ~ 7% 중량%의 철(Fe), 3 ~ 15% 중량%의 아연(Zn), 및 잔부의 구리(Cu)를 포함하고, 골드 칼라를 나타내는 것을 특징으로 한다. 상기 동합금은 2 중량% 이하의 규소(Si), 5 중량% 이하의 니켈(Ni), 2 중량% 이하의 주석(Sn), 3 중량% 이하의 마그네슘(Mg), 7 중량% 이하의 크롬(Cr), 10 중량% 이하의 티타늄(Ti), 3 중량% 이하의 인(P) 및 3 중량% 이하의 붕소(B)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

골드 칼라를 나타내는 동합금 및 동합금 주물{COPPER ALLOY AND COPPER ALLOY CASTING EXPRESSING GOLD COLOR}
본 발명은 5 ~ 10 중량%의 알루미늄(Al), 3 ~ 7% 중량%의 철(Fe), 3 ~ 15% 중량%의 아연(Zn), 및 잔부의 구리(Cu)를 포함하고, 골드 칼라를 나타내는 것을 특징으로 하는 동합금에 관한 것이다.
금(Au)은 화려한 색상을 가지고 있을 뿐만 아니라 그 색상이 변하지 않고 오랜 기간 동안 유지되므로 예로부터 장신구 등에 사용되어 왔다. 그러나 금은 고가의 재료인바 많은 양을 사용하여 일상용품 등을 제작하는데는 제한이 있었다. 이에 금 이외의 금속 성분을 혼합한 합금에 의해 금과 유사한 색상을 나타내려는 여러 시도가 있어 왔다.
일본공개특허공보 소 60-152645호는 장식용 동합금에 관한 것으로, 중량비로 Al 2~15%, Ni 0.5 ~ 8%, Be 0.05 ~ 2%, 잔부 Cu를 포함하고 있다. 그러나 이 장식용 동합금에 포함된 베릴륨(Be)은 유해 물질로, 분진 상태로 공기 중에 2㎍/㎥ 이상 존재하면 만성폐질환, 작업성 피부질환, 급성 간질성 폐렴, 만성 베릴륨 중독증 등을 유발하는 문제점이 있다.
일본공개특허공보 소 60-152645호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 5 ~ 10 중량%의 알루미늄(Al), 3 ~ 7% 중량%의 철(Fe), 3 ~ 15% 중량%의 아연(Zn), 및 잔부의 구리(Cu)를 포함하고, 골드 칼라를 나타내는 것을 특징으로 하는 동합금을 제공함으로써, 동합금에 의해 골드 칼라를 안정적으로 구현하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 5 ~ 10 중량%의 알루미늄(Al), 3 ~ 7% 중량%의 철(Fe), 3 ~ 15% 중량%의 아연(Zn), 및 잔부의 구리(Cu)를 포함하고, 골드 칼라를 나타내는 것을 특징으로 하는 동합금을 제공한다.
상기 동합금은 2 중량% 이하의 규소(Si), 5 중량% 이하의 니켈(Ni), 2 중량% 이하의 주석(Sn), 3 중량% 이하의 마그네슘(Mg), 7 중량% 이하의 크롬(Cr), 10 중량% 이하의 티타늄(Ti), 3 중량% 이하의 인(P) 및 3 중량% 이하의 붕소(B)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 동합금은 제조과정 중에 발생하는 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 동합금으로 주조에 의해 동합금 주물을 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 동합금 및 동합금 주물은 아래의 색차 테스트 결과에서 확인할 수 있듯이 골드 칼라에 가까운 색상을 안정적으로 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 동합금은 유동성이 뛰어나 주조 제품을 제조하기에 적합하다. 따라서, 본 발명에 따른 동합금은 다이 캐스팅, 중력 주조 및 저압 주조 등의 주조(스퀴즈 캐스팅, 로스트 왁스 캐스팅, 틱소 캐스팅 등) 제품이나 분말 형태로 제조하여 코팅 분야나 3D 프린팅 분야에 적용 가능하다.
본 발명에 따른 동합금은 5 ~ 10 중량%의 알루미늄(Al), 3 ~ 7% 중량%의 철(Fe), 3 ~ 15% 중량%의 아연(Zn), 및 잔부의 구리(Cu)를 포함하고, 골드 칼라를 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 동합금은 2 중량% 이하의 규소(Si), 5 중량% 이하의 니켈(Ni), 2 중량% 이하의 주석(Sn), 3 중량% 이하의 마그네슘(Mg), 7 중량% 이하의 크롬(Cr), 10 중량% 이하의 티타늄(Ti), 3 중량% 이하의 인(P) 및 3 중량% 이하의 붕소(B)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 동합금에 포함된 구성 원소의 특징 및 기능에 대해 살펴본다.
알루미늄(Al)은 그 β상이 단단하며, 인장강도와 인성이 높다. 따라서, 합금의 내마멸성, 내피로성, 내식성을 향상시키고, 연신율을 개선시킨다.
철(Fe)은 니켈(Ni)과 함께 강도와 인성을 향상시키고, 고온 내식성/내산화성에 도움을 준다.
아연(Zn)은 합금의 융점을 저하시키고, 동합금의 칼라를 개선하여 골드 칼라를 나타내도록 한다.
규소(Si)는 합금의 주조성, 내식성, 강도 및 인성 등의 개선에 도움을 준다.
니켈(Ni)이 합금에 첨가되면 강도, 내산화성, 내식성이 증가하며, 전기 저항도를 증가시킨다.
주석(Sn)은 합금의 주조성, 내식성, 강도 및 인성 등의 개선에 도움을 준다.
마그네슘(Mg)은 합금의 진동흡수성, 치수안정성을 개선하고, 절삭가공성, 주조성을 향상시킨다.
크롬(Cr)은 합금에 첨가되면 내마모성과 내식성을 향상시킨다.
티타늄(Ti)은 다양한 온도에서의 높은 강도, 강성, 인성, 낮은 밀도, 좋은 내식성을 지니고, 따라서 합금의 강도, 강성, 인성을 개선하면서 무게를 감소시킬 수 있다.
인(P)은 합금의 주조성, 내식성, 강도 및 인성 등의 개선에 도움을 준다.
붕소(B)는 합금의 인성과 내마모성을 향상시킨다.
본 발명에 따른 동합금은 유동성이 뛰어나 주조 제품을 제조하기에 적합하므로, 다이 캐스팅, 중력 주조 및 저압 주조 등의 주조(스퀴즈 캐스팅, 로스트 왁스 캐스팅, 틱소 캐스팅 등)에 의해 동합금 주물을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 동합금은 분말 형태로 제조하여 코팅 분야나 3D 프린팅 분야에 적용 가능하다.
본 발명에 따른 동합금에 대해서 기계적 특성을 평가하기 위해 다음과 같이 강도 및 경도를 측정하였다.
표 1은 본 발명에 따른 실시예 따른 동합금의 구성성분을 중량%로 나타낸 표이다. 시료 01 내지 19에 대해서는 강도를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었고, 시료 20 내지 25에 대해서는 경도를 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었고, 시료 26 내지 29에 대해서는 색차 테스트를 실시하여 그 결과를 표 4에 나타내었다. 표 1에서 기타원소는 Ti, P, B 중의 하나이다.
시료
번호		 Al Fe Zn Si Ni Sn Mg Cr 기타
원소		 Cu
01 9 3 3 2 0 0 0 0 0 나머지
02 15 5 5 0 0 0 0 0 1 나머지
03 6 3 24 0 0 0 0 0 3 나머지
04 4 11 0 0 4 0 0 0 2 나머지
05 8 3 3 2 1 0 0 0 0 나머지
06 7 3 3 2 2 0 0 0 0 나머지
07 6 4 14 0 0 0 0 0 0 나머지
08 7 5 3 1 2 2 0 0 0 나머지
09 10 3 10 2 3 2 0 0 0 나머지
10 8 5 10 2 5 0 0 0 0 나머지
11 10 5 15 0 5 0 0 0 0 나머지
12 7 3 3 2 2 0 0 0 1 나머지
13 6 3 3 2 3 0 0 0 0 나머지
14 7 5 5 0 0 0 3 0 0 나머지
15 7 5 15 0 0 0 0 0 0 나머지
16 7 5 5 0 0 0 0 0 0 나머지
17 5 0 7 0 0 0 0 5 0 나머지
18 5 0 9 0 0 0 0 3 0 나머지
19 5 0 10 0 0 0 0 5 0 나머지
20 5 3 15 2 3 2 0 0 0 나머지
21 10 3 10 2 3 2 0 0 0 나머지
22 10 5 10 2 5 2 1 0 0 나머지
23 8 3 3 2 1 0 0 0 0 나머지
24 7 5 5 0 0 0 0 0 0 나머지
25 7 5 3 1 2 2 1 0 1 나머지
26 8 3 10 2 1 1 1 0 0 나머지
27 10 5 5 2 3 2 0 0 0 나머지
28 10 5 7 2 5 2 1 0 0 나머지
29 8 3 15 2 1 0 0 1 1 나머지
표 2는 본 발명에 따른 동합금의 실시예에 대한 강도를 측정한 결과를 나타낸다.
시료번호 인장강도(MPa) 항복강도(MPa) 연신율(%)
01 379.93 222.96 15.38
02 445.60 212.37 37.57
03 433.50 209.43 28.95
04 450.06 225.35 30.26
05 572.88 288.47 13.82
06 515.33 368.62 12.30
07 436.28 250.82 24.16
08 464.46 293.48 12.56
09 658.13 242.06 17.55
10 461.84 271.75 14.57
11 557.75 290.14 12.91
12 548.28 381.36 13.46
13 504.02 372.05 10.29
14 380.96 253.84 15.78
15 578.53 365.28 14.47
16 370.46 271.91 10.89
17 335.35 209.74 14.32
18 396.33 210.86 25.82
19 366.32 220.25 15.89
강도는 KS B 0801(2007)에 준하는 시험편(14호A 시험편)을 제작, 0.05m/min의 크로스 헤더 속도로 인장시험을 실시하여 측정하였다. 인장강도는 300MPa ~ 660MPa의 값을, 항복강도는 200MPa ~ 380MPa의 값을, 연신율 10% ~ 50%의 값을 가진다.
표 3은 본 발명에 따른 동합금의 실시예에 대한 경도를 측정한 결과(경도 단위: Hv)를 나타낸다.
시료번호 1회 2회 3회 표준편차 평균 시험하중
20 263.3 273.8 273.2 5.9 270.1 500g
21 453.7 471.6 457.3 9.5 460.9 500g
22 418.1 436.6 446.6 14.5 433.8 500g
23 222.5 221.6 231.0 5.2 225.0 500g
24 207.5 235.9 227.0 14.5 223.5 500g
25 221.1 212.3 218.2 4.5 217.2 500g
경도는 비커스 경도계를 이용하여 하중 500g으로 3번 측정한 평균값으로, 220Hv ~ 460Hv의 값을 가진다.
표 4는 본 발명에 따른 동합금의 실시예에 대해 색차 테스트를 실시한 결과를 나타낸다.
24K 18K 시료 26 시료 27 시료 28 시료 29
L* 77.68 86.24 77.81 82.60 81.91 80.21
a* 10.40 3.77 6.64 3.13 2.92 7.10
b* 45.80 22.59 38.08 26.16 26.41 34.90
본 색차 테스트에 사용한 장비는 일본 미놀타사 CM-5와 CM-600d이다. 표 4에서 L*는 명도를 나타내는 뜻으로 L*=100은 흰색(흰색이라기 보다는 광원의 색에 가까움)이고 L*=0은 검은색에 해당된다. a*는 Red와 Green의 정도로, 예를 들어 a*=80은 a*=50보다 더 붉게 보인다라는 의미이다. b*는 Yellow와 Blue의 정도로, 예를 들어 b*=50은 b*=20보다 훨씬 Yellow가 많게 보인다라는 의미이다.
색차 테스트에 사용된 24K와 18K는 시중에서 거래되고 있는 제품으로 표 4에 표시한 결과는 3회 측정한 평균값이다. 본 발명에 따른 동합금의 실시예로 색차 테스트를 실시한 결과 시료 26, 29번은 24K와 유사한 결과를 얻었으며, 시편 27, 28번은 18K와 유사한 결과값을 얻었다.
앞에서 설명된 본 발명의 실시예들은, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (3)

  1. 5 ~ 10 중량%의 알루미늄(Al), 3 ~ 7% 중량%의 철(Fe), 3 ~ 15% 중량%의 아연(Zn), 및 잔부의 구리(Cu)를 포함하고, 골드 칼라를 나타내는 것을 특징으로 하는 동합금.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 동합금은 2 중량% 이하의 규소(Si), 5 중량% 이하의 니켈(Ni), 2 중량% 이하의 주석(Sn), 3 중량% 이하의 마그네슘(Mg), 7 중량% 이하의 크롬(Cr), 10 중량% 이하의 티타늄(Ti), 3 중량% 이하의 인(P) 및 3 중량% 이하의 붕소(B)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동합금.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항의 동합금으로 주조에 의해 제조된 동합금 주물.
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