KR20230054157A - 전기차 배터리팩 냉각수로용 이종소재 접합방법 - Google Patents
전기차 배터리팩 냉각수로용 이종소재 접합방법 Download PDFInfo
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Abstract
전기차 배터리팩 냉각수로용 이종소재 접합방법이 제공된다.
본 발명의 이종소재 접합방법은, 적어도 그 표면의 일부에 언더컷 형상을 갖는 표면 요철(凹凸)이 형성되어 있는 경질재인 제1 소재를 준비하는 공정; 상기 제1 소재 보다 경도와 용융점이 낮고 연성이 높은 연질재인 제2 소재를 준비하는 공정; 및 상기 요철(凹凸)이 형성된 제1 소재의 표면에 상기 제2 소재를 적층한 후, 이를 가압함으로써 상기 제2 소재가 제1 소재의 요(凹)홈 내부로 소성변형 압입되어 양 소재를 접합시키는 공정;을 포함한다.
본 발명의 이종소재 접합방법은, 적어도 그 표면의 일부에 언더컷 형상을 갖는 표면 요철(凹凸)이 형성되어 있는 경질재인 제1 소재를 준비하는 공정; 상기 제1 소재 보다 경도와 용융점이 낮고 연성이 높은 연질재인 제2 소재를 준비하는 공정; 및 상기 요철(凹凸)이 형성된 제1 소재의 표면에 상기 제2 소재를 적층한 후, 이를 가압함으로써 상기 제2 소재가 제1 소재의 요(凹)홈 내부로 소성변형 압입되어 양 소재를 접합시키는 공정;을 포함한다.
Description
본 발명은 전기차 배터리팩 냉각수로용 이종소재 접합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 접합대상물인 경질재의 표면에 언더컷 형상의 요철(凹凸)을 형성하고, 이에 상기 경질재 보다 경도가 낮고 연성과 전성을 갖는 피접합재인 연질재를 적층한 후, 그 적층체를 치구나 프레스 금형 등을 이용하여 압력을 가함으로써 상기 요(凹)홈에 연질재가 쉽게 변형되어 들어가 종래 용접, 접착제 등의 이용없이 이종재질 소재를 접합하는 접합 방법에 관한 것이다.
현재 자동차 차체 부품을 생산하는 업계에서 경량화를 추진하기 위해 알루미늄, CFRP, 마그네슘 등 가볍고 강성이 높은 재료들을 사용한 부품을 생산 하고 있다. 또한, 친환경 전기차의 효율을 높이기 위해 배터리 팩의 냉각 제어가 중요한 기능으로 대두 되고 있다.
그런데, 배터리팩의 냉각 제어를 위해 열전도율이 높은 소재와 강성 확보를 위한 소재를 이용하여 냉각수의 통로를 튜브 타입으로 구성하기 위해 철강재와의 열전도율이 높은 알루미늄등의 소재와 접합 방법으로 용접 또는 접착제, 리벳 등을 사용하고 있다.
그러나, 이종 재질의 용접이 어렵고 생산성이 낮으며, 접착제의 경우도 비용 및 냉각수 수밀 확보에 어려움을 겪고 있는 것이 현실이다. 따라서 전기 자동차 배터리팩 냉각수로용으로 이용될 수 있는 철강재와 알루미늄과의 이종금속 압접기술에 대한 개발요구가 계속되고 있다.
본 발명은 접합의 결합력을 높이고자 경도가 높은 경질재 표면에 마이크로 텍스쳐링을 하여 표면 요철(凹凸)을 형성한 후 연성이 높은 소재를 상기 표면 요철(凹凸)이 형성된 경질재에 적층하고, 이어, 그 적층체에 압력을 가하여 연성이 높은 소재의 변형되어 상기 요철의 요홈에 압입되어 접합 강도를 높일 수 있는 이종 소재 접합 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일측면은,
적어도 그 표면의 일부에 언더컷 형상을 갖는 표면 요철(凹凸)이 형성되어 있는 경질재인 제1 소재를 준비하는 공정;
상기 제1 소재 보다 경도와 용융점이 낮고 연성이 높은 연질재인 제2 소재를 준비하는 공정; 및
상기 요철(凹凸)이 형성된 제1 소재의 표면에 상기 제2 소재를 적층한 후, 이를 가압함으로써 상기 제2 소재가 제1 소재의 요(凹)홈 내부로 소성변형 압입되어 양 소재를 접합시키는 공정;을 포함하는 접합강도가 우수한 이종소재 접합방법에 관한 것이다.
상기 제2 소재는 금속 또는 비금속일수가 있다.
상기 제1 소재는 스테인리스강이며, 제2 소재는 알루미늄일 수 있다.
상기 제1 소재는 그 표면과 60~85°의 각도를 이루는 언더컷 형상의 표면 철(凸)부를 가질 수 있다.
상기 언더컷 형상의 제1 소재의 표면 철(凸)부의 높이는 0.1~0.3mm인 것이 바람직하다.
상기 제1 소재의 두께는 1mm 이하이며, 상기 제2 소재의 두께는 0.5~3mm 범위에 있을 수 있다.
상술한 바와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 기존의 이종 재질의 접합 방법(용접, 접착제, 리벳 등)으로는 경제성을 갖춘 전기차 배터리팩의 냉각 수로의 제조가 어려운 점을, 이종 재질 각 각 소재의 경도 및 연성이 다름을 이용하여 이종 재질의 접합함으로써 효과적으로 극복할 수 있다.
따라서 원가 및 열전도 등을 동시에 추구하는 전기 자동차 산업에서 배터리팩의 냉각수로 구성 부품등의 제조에 이종 재질의 접합기술을 유효하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전기차 배터리팩 냉각수로용 이종금속 접합방법을 개략적으로 나타낸 공정개략도이다.
도 2는 본 발명의 압접과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 압접과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명을 설명한다.
경도, 연성 및 전성이 다른 이종 재질 소재를 접합함에 있어서, 텍스처링과 압력을 이용하는 접합 방법을 이용할 수 있다.
일반적으로, 서피스 텍스쳐링(surface texturing)이란 대상 물체의 표면에 형성된 수 마이크론 내지 수십 마이크론 크기의 요철을 말하는 것으로서, 이러한 서피스 텍스쳐링에 의해 표면 면적을 증대하여 타 물체와 접착력을 높일 수 있다.
본 발명은 경질재와 연질재의 이종 소재를 접합함에 있어서, 경질재 표면에 형성되는 요철의 형상을 최적으로 제어하여 이종접합 후 접합강도를 제고함을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 이종 금속 접합방법은, 적어도 그 표면의 일부에 언더컷 형상을 갖는 표면 요철(凹凸)이 형성되어 있는 경질재인 제1 소재를 준비하는 공정; 상기 제1 소재 보다 경도와 용융점이 낮고 연성이 높은 연질재인 제2 소재를 준비하는 공정; 상기 요철(凹凸)이 형성된 제1 소재의 표면에 상기 제2 소재를 적층한 후, 이를 가압함으로써 상기 제2 소재가 제1 소재의 요(凹)홈 내부로 소성변형 압입되어 양 소재를 접합시키는 공정;을 포함한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1(a-d)는 본 발명의 전기차 배터리팩 냉각수로용 이종금속 접합방법을 개략적으로 나타낸 공정개략도이다.
도 1(a)에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 먼저, 적어도 그 표면의 일부에 언더컷 형상을 갖는 표면 요철(凹凸:11)이 형성되어 있는 경질재인 제1 소재(10)를 준비한다.
본 발명에서는 상기 표면 요철(凹凸:11)은 전술한 텍스터링 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 본 발명에서는 이러한 텍스처링 방법으로서, 레이저, 금형, 압연기, 기계 가공 등 이미 산업화된 다양한 방법으로 다양한 방법을 활용할 수 있으며, 특정한 방법에 제한되지 않는다. 바람직하게는, 레이저를 이용하여 표면요철을 가공하는 것이다.
한편 본 발명에서는 전술한 텍스쳐링으로 제1 소재(10)의 표면에 다양한 형상을 갖는 표면 요철을 형성할 수 있으나, 본 발명에서는 상기 제1 소재가 그 표면과 5~30°의 각도를 이루는 언더컷 형상의 표면 철(凸)부를 가지도록 형성함을 특징으로 한다. 이러한 언더컷의 형상으로 하였을 시, 피접합물인 연성 소재에 압력을 가했을 시 상기 연질소재가 상기 제1 소재(10)의 요(凹)홈 내부로 압입되어 접합부의 이탈을 효과적으로 막을 수 있어 접합력을 크게 높일 수 있다.
이러한 제 1 소재(10)의 표면 철(凸)부를 언더 컷 형상을 만들기 위해 레이저 등으로 어긋난 각도로 텍스쳐링을 실시하여 언더컷 구조를 효과적으로 형성할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 상기 제 1소재(10)의 표면과 언더컷이 이루는 각도를 60~85°로 제어함이 바람직하다. 만일 상기 각도가 60°미만이면 그 형상에 따른 가공이 힘들어 비경제적이며, 85°를 초과하면 우수한 접합강도를 담보할 수 없을 수 있다.
그리고 본 발명에서 상기 언더컷 형상의 표면 철(凸)부의 높이는 0.1~0.3mm 범위를 만족함이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 제1 소재(10)로 통상의 철강재를 이용할 수 있으며, 바람직하게는, 스테인리스강을 이용하는 것이다.
또한 상기 제 1 소재의 두께는 1mm 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.
이어, 본 발명에서는 도 1(b)와 같이, 상기 제1 소재(10) 보다 경도와 용융점이 낮고 연성이 높은 연질재인 제2 소재(30)를 준비한다.
본 발명에서 상기 제2 소재(30)는 2 금속은 금속 또는 비금속일수가 있다.
바람직하게는, 상기 제2 소재는 알루미늄일 수 있다.
또한 상기 제2 소재(30)의 두께는 0.5~3mm 범위에 있는 것이 바람직하다.
그리고 발명에서는 도 1(c)와 같이 상기 요철(凹凸)이 형성된 제1 소재(10)의 표면에 상기 제2 소재(30)를 적층하여 적층체를 제조한다.
마지막으로, 본 발명에서는 도 1(d)와 같이, 상기 적층체를 가압한다. 이러한 가압공정은 상온에서 이루어질 수 있으며, 특정한 가압조건에 제한되는 것은 아니다.
예컨데 접합을 위한 가압 하중은 접합대상물의 종류 및 그 내부 조직등에 의해 영향을 받을 수 있다. 다만 본 발명에서는 제1 소재(10)가 스테인리스강판이고 제2 소재(30가 알루미늄일때 상기 가압시 적용되는 하중의 범위를 30~200MPa 범위로 관리함이 바람직하다
상술한 가압공정이 진행되면, 그 접합면에서 상대적으로 연질재인 제2 소재(30)에는 소성변형이 일어나 상기 제2 소재(30)가 제1 소재(10)의 요(凹)홈 내부로 압입되어 양 소재를 접합시킨다.
도 2는 본 발명의 압접과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 하중이 상부로부터 가해지면, 표면요철(凹凸)이 형성된 제1 소재(10)의 표면에 상기 제2 소재(30)의 표면이 접하는 영역에서 상대적으로 연질재인 제2 소재(30)의 소성변형이 일어나게 된다.
즉, 도 2와 같이, 소성변형이 발생하면, 제2 소재(30)는 접합계면에서 제 1 소재(10)의 언더컷 형상의 표면요철(凹凸)의 요(凹)홈 내부로 이동하여 압입되어지고, 이에 따라, 상기 제1 소재(10)과 제2 소재(30)가 강제적으로 체결되어 접합강도가 우수한 이종 금속 접합재를 얻을 수가 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 이종 소재간 접합강도를 제고하기 위해서는 경질재인 제1 소재(10)의 표면에 형성되는 표면요철(凹凸)의 형상이 중요함을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서는 상기 제 1 소재(10)의 표면 철(凸)부를 언더 컷 형상으로 구현함으로써 경질재인 제1 소재(10)와 연질재인 제2 소재(30)를 보다 완전하게 접합시킬 수 있으며, 우수한 접합강도를 담보할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 경질재의 표면에 텍스쳐링으로 표면요철(凹凸)을 형성하고, 이러한 표면요철이 형성된 제 1소재의 표면에 연질재인 제 2금속을 적층한 후, 가압함으로써 경질재인 제1 소재와 연질재인 제2 소재를 효과적으로 접합시킬 수 있다.
한편 본 발명에서는 나아가, 텍스처링으로 표면요철(凹凸)을 갖는 경질재인 제1 소재와 접합하는 연질재인 제2 소재는 용융점이 상대적으로 낮음을 이용하여, 마찰 등으로 저융점의 제2 소재를 녹여 상기 표면 요철 사이로 침투시켜 가압 접합에만 국한되지 않고 용융점 차이를 이용한 2차 및 3차의 접합방법을 부가하는 것도 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
Claims (6)
- 적어도 그 표면의 일부에 언더컷 형상을 갖는 표면 요철(凹凸)이 형성되어 있는 경질재인 제1 소재를 준비하는 공정;
상기 제1 소재 보다 경도와 용융점이 낮고 연성이 높은 연질재인 제2 소재를 준비하는 공정; 및
상기 요철(凹凸)이 형성된 제1 소재의 표면에 상기 제2 소재를 적층한 후, 이를 가압함으로써 상기 제2 소재가 제1 소재의 요(凹)홈 내부로 소성변형 압입되어 양 소재를 접합시키는 공정;을 포함하는 접합강도가 우수한 이종금속 접합방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제2 소재는 금속 또는 비금속인 것을 특징으로 하는 접합강도가 우수한 이종금속 접합방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제1 소재는 스테인리스강이며, 제2 소재는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 접합강도가 우수한 이종금속 접합방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제1 소재는 그 표면과 60~85°의 각도를 이루는 언더컷 형상의 표면 철(凸)부를 가지는 것을 특징으로 하는 접합강도가 우수한 이종금속 접합방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 언더컷 형상의 제1 소재의 표면 철(凸)부의 높이는 0.1~0.3mm인 것을 특징으로 하는 접합강도가 우수한 이종금속 접합방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제1 소재의 두께는 1mm 이하이며, 상기 제2 소재의 두께는 0.5~3mm 범위에 있는 것을 특징으로 하는 접합강도가 우수한 이종금속 접합방법.
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