KR101941163B1 - 구리 합금 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예는 구리(Cu) 87.9 wt% 내지 92.1 wt%, 주석(Sn) 7.0 wt% 내지 9.1 wt%, 니켈(Ni) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%, 실리콘 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 및 알루미늄(Al) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%를 포함하고, 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1 이하인 구리 합금을 제공한다.

Description

구리 합금 및 이의 제조방법{COPPER ALLOY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 구리 합금 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 조성으로 유사한 색상을 나타내면서 기계적 특성을 향상시킨 구리 합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

디자인 업계, 가전업계 등에서는 감각적이면서 차별화된 디자인을 선호하는 소비자가 늘어나면서 소비자의 취향에 맞추어 다양한 소재의 연구를 강화하고 있다.

다양한 소재 중에서 메탈 소재는 청결, 디자인, 내구성 면에서 탁월한 효과가 존재하여 특히 가전업계에서 주목 받고 있는 소재 중 하나이다. 게다가 인테리어에 대한 관심이 더해져 독특한 색상을 갖는 메탈 소재를 선호하는 경향도 지속적으로 증가하고 추세이다.

구체적으로 메탈소재는 디자인 면에서 차분하고 고급스러운 분위기 또는 시원하고 세련된 느낌을 연출하는 등 인테리어 효과에도 뛰어난 특징이 있다.

또한, 상기한 메탈소재는 세균 증식을 막아주고 청소가 용이한 장점이 있어 청결 면에서도 탁월한 효과를 나타낸다. 예를 들면, 냉장고의 내/외부 디자인을 메탈소재를 사용하는 경우, 메탈소재로 인해 항균 효과뿐만 아니라 냉장고 문을 자주 여닫아도 온도를 일정하게 유지시켜 주어 식료품의 변질을 막아줄 수 있다. 게다가 메탈소재를 사용하기 때문에 산소가 수분과 접촉했을 시 발생하는 냄새도 중화시키는 효과도 있다.

또한 메탈소재는 메탈 특유의 특성인 기계적 강도 면에서도 우수하여 외부충격에 강한 장점이 있다.

이와 같이, 메탈 소재는 디자인, 기계적 강도, 청결면에서 탁월하여 소비자의 요구를 충족시키고 있으며, 가전업계에서는 이들 메탈 소재 중에서 전통적으로 항균력이 있는 물질로 알려져 있는 은(silver)과 구리(copper) 등이 자주 사용되고 있다. 이중에서 은(silver)의 경우, 고가의 귀금속으로 외장에 사용하기에 비싼 측면이 있어 주로 구리를 사용하고 있다.

구리는 독특한 색상으로 인해 외장으로 사용할 경우, 고급스러우면서 세련된 분위기를 연출할 수 있으나, 기계적 강도면에서 다른 금속과 비교하여 약한 물질 중 하나이다. 이에 기계적 강도를 향상시킬 목적으로 구리에 강도를 높일 수 있도록 합금을 형성하여 사용하고 있다.

그러나, 구리를 합금으로 제조하는 경우, 구리 특유의 색상을 유지하는데 한계가 있고, 강도를 높이는 측면에서도 한계가 있다.

따라서 구리 특유의 색상을 유지하면서 기계적인 면에서도 강도를 높일 수 있는 조성이 필요한 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다른 조성으로도 유사한 색상을 유지하면서 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 구리 합금 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금은 구리(Cu) 87.9 wt% 내지 92.1 wt%, 주석(Sn) 7.0 wt% 내지 9.1 wt%, 니켈(Ni) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%, 실리콘 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 및 알루미늄(Al) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%를 포함하고, 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1 이하이다.

상기 구리 합금의 색좌표는 노란(yellow) 색상에 배치될 수 있다.

상기 구리 합금의 반사율은 370 내지 430nm의 파장에서 30 내지 35%범위이고, 510 내지 560nm의 파장에서 상기 구리 합금의 반사율이 대략 50 내지 60%범위일 수 있다.

상기 구리 합금의 반사율은 560 내지 600nm파장에서는 60 내지 80%범위이고, 620 내지 700nm파장에서 상기 구리 합금의 반사율이 80% 이상 일 수 있다.

상기 구리 합금은, 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 가질 수 있다.

상기 구리-주석 합금과 색좌표 상으로는 상이한 색좌표로 형성되되, 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 가질 수 있다.

상기 구리 합금의 반사율과 상기 구리-주석 합금 반사율은 560 내지 700nm파장에서는 반사율이 상이하게 형성되되, 상기 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 가질 수 있다.

상기 구리 합금은, 상기 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 0.6 이하이고, 상기 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 가질 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가전제품의 내외장재는 구리(Cu) 87.9 wt% 내지 92.1 wt%, 주석(Sn) 7.0 wt% 내지 9.1 wt%, 니켈(Ni) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%, 실리콘 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 및 알루미늄(Al) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%를 포함하고, 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1 이하인 구리합금을 포함할 수 있다.

상기 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 가질 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구리 합금의 제조방법은 용탕을 준비하는 단계, 구리 혼합물을 준비하는 단계, 상기 구리 혼합물을 가열하는 단계 및 상기 구리 혼합물을 주조하여 구리 합금을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 구리 합금은, 구리(Cu) 87.9 wt% 내지 92.1 wt%, 주석(Sn) 7.0 wt% 내지 9.1 wt%, 니켈(Ni) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%, 실리콘 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 및 알루미늄(Al) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%를 포함하고, 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1 이하이다.

상기 구리 합금의 색좌표는 노란(yellow) 색상에 배치될 수 있다.

상기 구리 합금의 반사율은 370 내지 430nm의 파장에서 30 내지 35%범위이고, 510 내지 560nm의 파장에서 상기 구리 합금의 반사율이 대략 50 내지 60%범위일 수 있다.

상기 구리 합금의 반사율은 560 내지 600nm파장에서는 60 내지 80%범위이고, 620 내지 700nm파장에서 상기 구리 합금의 반사율이 80% 이상일 수 있다.

상기 구리합금은, 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 가질 수 있다.

상기 구리-주석 합금과 색좌표 상으로는 상이한 색좌표로 형성되되, 상기 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 가질 수 있다.

상기 구리 합금의 반사율과 상기 구리-주석 합금 반사율은 560 내지 700nm파장에서는 반사율이 상이하게 형성되되, 상기 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 가질 수 있다.

상기 구리 합금은, 상기 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 0.6 이하이고, 127HV 내지 180HV범위의 기계적 강도를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 구리 합금은 종래의 구리-주석 합금과 조성이 상이하면서도 특유의 색상을 유지하면서 기계적 강도를 향상시킬 수 있어 디자인, 청결, 기계적 강도 측면에서 소비자의 요구를 충족시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 및 비교예의 색좌표를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 및 비교예의 색차를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금의 파장별 반사율을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금의 기계적 강도를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 조성물을 제조방법을 도시한 순서도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 구리 합금을 설명하기 위해 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%을 포함하는 구리-주석 합금을 비교예를 기준 삼아 설명하기로 한다. 여기서 비교예의 구체적인 조성비는 이에 한정하는 것은 아니며, 종래의 구리-주석 합금인 구리(Cu) 85wt% 내지 95 wt%, 주석(Sn) 5 wt% 내지 15wt%의 함량을 포함할 수 있다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금은 구리(Cu) 구리(Cu) 87.9 wt% 내지 92.1 wt%(주석(Sn) 7.0 wt% 내지 9.1 wt%, 니켈(Ni) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%, 실리콘 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 및 알루미늄(Al) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%를 포함한다.

여기서 주석(Sn) 성분은 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금의 주조성 및 기계적 강도를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 여기서 주석(Sn)의 함량은 7.0 wt%미만일 경우, 구리 합금의 함량이 적어 내마모성, 기계적 강도 및 주조성을 저하시킬 수 있다. 그리고 주석이 9.1 wt% 초과일 경우, 구리 합금의 연신율을 저하시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금은 주석(Sn) 성분을 7.0 wt% 내지 9.1 wt% 범위로 포함시키는 것이 바람직하다.

니켈(Ni) 성분은 본 발명에 따른 구리 합금에 전기 저항, 탄성, 내식성 및 내열성을 제공해주는 역할을 할 수 있다. 여기서 니켈(Ni)의 함량은 0.3 wt% 내지 1.0 wt%로 형성될 수 있으며, 0.3 wt% 미만일 경우, 탄성 특성이 저하되어 복원력이 저하될 수 있다. 즉, 구리 합금에 외부로 충격이 가해지는 경우 구리 합금에 충격한 대로 자국이 남을 수 있다. 그리고 1.0 wt% 초과일 경우, 기계적 강도, 내식성 및 내열성이 향상될 수 있으나, 가공성을 저하시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금은 니켈(Ni) 성분을 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 범위로 포함시키는 것이 바람직하다.

실리콘(Si) 성분은 본 발명에 따른 구리 합금에 내식성, 부식균열에 대한 저항성을 제공해주는 역할을 할 수 있다. 여기서 실리콘(Si)의 함량은 0.3 wt% 내지 1.0 wt%로 형성될 수 있으며, 0.3 wt% 미만일 경우, 함량이 적어 내식성, 부식균열에 대한 저항성이 저하될 수 있다. 그리고 1.0 wt% 초과일 경우, 구리 합금의 전도율이 상승될 수 있다. 즉, 가전 제품의 외장재 등에 사용하는 경우 전기가 외장재로 흘려 안정성에 문제가 될 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금은 실리콘(Si) 성분을 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 범위로 포함시키는 것이 바람직하다.

알루미늄(Al) 성분은 본 발명에 따른 구리 합금에 기계적 강도, 내열성, 내식성, 내마멸성 및 가공성을 제공해주는 역할을 할 수 있다. 여기서 알루미늄(Al) 성분의 함량은 0.3 wt% 내지 1.0 wt%로 형성될 수 있으며, 0.3 wt% 미만일 경우, 내마멸성 등의 특성이 저하될 수 있다. 그리고 1.0 wt% 초과일 경우, 기계적 강도, 내열성, 내식성, 내마멸성이 향상될 수 있으나, 가공성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금은 알루미늄(Al) 성분을 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 범위로 포함시키는 것이 바람직하다.

상기와 같은 조성으로, 본 발명에 따른 구리 합금은 구리(Cu) 90 wt%, 주석(Sn) 10 wt%의 함량을 가진 종래의 구리-주석 합금과 상이한 조성임에도 불구하고 동일한 색상을 표현할 수 있으며, 기계적 강도가 향상될 수 있다.

이하에서는 본 실시예에 따른 구리 합금은 종래의 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1미만으로 형성되어 구리-주석 합금과 동일한 색감을 제공할 수 있으면서 기계적 강도가 향상됨을 구체적인 조성비를 예를 들어 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 및 비교예의 색좌표를 나타낸 그래프이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 및 비교예의 색차를 나타낸 그래프이다.

여기서 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들과 비교예를 비교하여 비교예와 실시예들이 색좌표가 유사하게 형성되고, 색차(ΔE)가 1미만 임을 나타내어 비교예와 실시예들이 육안 식별이 곤란한 유사한 색감을 표현한다는 것을 도시한다.

한편, 도면에 나타낸 데이터는 로우 데이터(raw data)로써 Cu-10Sn은 비교예를 나타내고, Quinary1은 실시예1, Quinary2은 실시예2, Quinary3은 실시예3, Quinary4은 실시예4를 나타낸다. 이하에서도 동일하게 적용하여 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 및 비교예인 구리-주석 합금의 색좌표를 측정하기 위해 X-Rite사(社)의i color 5(Spectrophotometer)를 사용하였다. 그리고, 측정의 정확도를 향상시키기 위해 90wt%의 구리(Cu), 10wt%의 주석(Sn)의 비교예 및 실시예들 1 내지 4들을 동일위치에서 색좌표를 측정하였다.

도 1을 참조하면, 비교예로써 구리-주석 합금은 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt% 포함한다. 상기 구리-주석 합금은 색좌표 상에서 노란(yellow) 색상에 해당되는 것으로 측정되었다.

실시예 1의 구리 합금은 구리(Cu) 90 wt%, 주석(Sn) 9.1 wt%, 니켈(Ni) 0.3 wt%, 실리콘(Si) 0.3 wt% 및 알루미늄(Al) 0.3 wt%를 포함한다.

실시예 1의 구리 합금은 색좌표 상에서 노란(yellow) 색상으로 측정되었다. 실시예1에는 Ni, Si, Al 성분이 더 포함되고, 상대적으로 Sn 성분이 저감되어 비교예와 비교하여 빨강(red) 색상 방향으로 시프트(shift)된 것으로 판단된다.

실시예2는 구리 합금은 구리(Cu) 90 wt%, 주석(Sn) 8.5 wt%, 니켈(Ni) 0.5 wt%, 실리콘(Si) 0.5 wt% 및 알루미늄(Al) 0.5 wt%를 포함한다.

실시예 2의 구리 합금은 색좌표 상에서 노란(yellow) 색상으로 측정되었다. 실시예2에는 Ni, Si, Al 성분이 더 포함되고, 상대적으로 Sn 성분이 저감되어 비교예와 비교하여 빨강(red) 색상 방향으로 시프트(shift)된 것으로 판단된다. 실시예2는 실시예1과의 성분에서 Ni, Si, Al의 성분이 더 포함되어 비교예에 유사한 색상을 표현하는 것으로 측정되었다.

실시예3은 구리 합금은 구리(Cu) 90 wt%, 주석(Sn) 7.9 wt%, 니켈(Ni) 0.7 wt%, 실리콘(Si) 0.7 wt% 및 알루미늄(Al) 0.7 wt%를 포함한다.

실시예 3의 구리 합금은 색좌표 상에서 노란(yellow) 색상으로 측정되었다. 실시예3에는 Ni, Si, Al 성분이 더 포함되고, 상대적으로 Sn 성분이 저감되어 비교예와 비교하여 빨강(red) 색상 방향으로 시프트(shift)된 것으로 판단된다. 실시예3은 실시예1과의 성분에서 Ni, Si, Al의 성분이 더 포함되어 비교예에 유사한 색상을 표현하나, 실시예1보다 비교예에 유사한 색상으로 측정되었다.

실시예4는 구리 합금은 구리(Cu) 90 wt%, 주석(Sn) 7 wt%, 니켈(Ni) 1 wt%, 실리콘(Si) 1 wt% 및 알루미늄(Al) 1 wt%를 포함한다.

실시예 4의 구리 합금은 색좌표 상에서 노란(yellow) 색상으로 측정되었다. 실시예4는 Ni, Si, Al 성분이 더 포함되고, 상대적으로 Sn 성분이 저감되어 비교예와 비교하여 빨강(red) 색상 방향으로 시프트(shift)된 것으로 판단된다. 실시예4는 실시예1과의 성분에서 Ni, Si, Al 의 성분이 더 포함되어 비교예에 유사한 색상을 표현하고, 실시예1 내지 3보다 비교예에 가장 유사한 색상을 나타내는 것으로 측정되었다.

종합하면, 비교예와 비교할 경우, 1내지 4 실시예들은 조성비의 차이에 따라 색좌표가 약간 시프트(shift)된 것으로 판단된다. 그러나, 비교예 및 실시예 1내지 4 모두는 노란(yellow) 색상의 범위 안에 포함되어 유사한 색좌표를 갖는 것으로 판단됨에 따라 실시예 1내지 4는 비교예와 유사한 색상을 표현하는 것을 알 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 각각의 실시예들과 비교예는 색좌표 상 약간의 차이를 보이나, 이들의 색상은 어느 정도의 차이를 보이는지 확인하기 위해 색차를 비교하였다.

이를 위해 분광광도계(Spectrophotometer) 장비를 이용하여 실시예들의 시편과 비교예의 시편의 색차를 비교하였다. 여기서, 실험의 정확성을 높이기 위해 동일위치 조건에서 비교예와 실시예들을 측정하였다.

색차(color difference)는 기준색에 대하여 시료의 색깔이 주는 지각적 차이를 정량적으로 표시한 값이다. 환언하면, 색차는 지각적으로 같은 정도의 색입체 중에서 2색 간의 거리로 산출 즉, 2가지 색의 감각적인 차를 색차식을 통해 색차의 정도를 수치적으로 산출할 수 있다. 색차식은 하기의 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

여기서 ΔE는 색차를 나타내고,

ΔL*는 다음의 식을 나타내고,

Δa*는 다음 식으로 나타내고,

Δb*는 다음 식으로 나타내고

를 나타낸다.

실시예 1과 비교예를 비교한 결과 색차 (ΔE)는 대략 0.6 정도로 측정되었고, 실시예 2와 비교예를 비교한 결과 색차 (ΔE)는 대략 0.4 정도로 측정되었고, 실시예 3과 비교예를 비교한 결과 색차 (ΔE)는 대략 0.55 정도로 측정되었고, 실시예 4와 비교예를 비교한 결과 색차 (ΔE)는 대략 0.2 정도로 측정되었다. 전반적으로 비교예와 실시예들은 색차 (ΔE)가 1 이하로 측정되었다.

특히, 실시예 4와 비교예는 색차가 거의 발생하지 않은 것으로 판단된다. 이는 실시예 4의 Sn 성분이 적게 함유되어 비교예와 실시예4는 색차가 거의 발생하지 않는 것으로 판단된다.

그리고, 실시예1이 비교예와 색차가 많이 발생한 것으로 측정되었고, 이는 실시예 1의 Sn이 많이 함유되어 비교예와 실시예1은 색차가 소폭 상승한 것으로 판단된다.

결과적으로, 비교예와 실시예들은 색차 (ΔE) 가 1 이하로 측정되었으며, 일반적으로 색차(ΔE)가 1이하면, 컬러조색(color matching)된 색상은 컴퓨터 매칭 시스템으로 색상의 구분이 가능하나, 육안식별이 거의 불가능한 상태임을 나타낼 수 있다. 즉, 색차(ΔE)가 1이하인 경우 특히 0.6 이하인 경우는, 육안으로 동일한 색상으로 느낄 수 있다. 따라서 비교예와 실시예들은 육안으로 식별이 불가능할 정도인 동일한 색상을 나타내는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 구리 합금은 조성비가 다름에도 불구하고 비교예인 구리-주석 합금과 유사한 색감을 표현할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금의 파장별 반사율을 도시한 그래프이다.

여기서 도 3은 중복 설명을 회피하고 용이한 설명을 위해 도 1 및 도 2를 인용하여 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예들과 비교예의 가시광선 영역에서의 반사율을 비교하기 위해 분광광도계(Spectrophotometer)를 사용하였다. 그리고 실험의 정확도를 높이기 위해 실시예들의 시편과 비교예의 시편을 동일한 사이즈로 준비하였고, 동일위치 조건에서 가시광선 영역에서의 반사율을 측정하였다.

비교예와 실시예들은 블루 파장(370 내지 430nm)에서는 그 반사율이 대략 30 내지 35%로 측정되었다. 그리고 비교예와 실시예들은 그린 파장(510 내지 560nm)에서는 그 반사율이 대략 50 내지 60%로 측정되었다.

여기서, 블루 파장이나 그린 파장 대에서는 실시예들와 비교예는 동일 파장에서 유사한 반사율이 측정되었다.

한편, 비교예와 실시예들은 옐로 파장(560 내지 600nm)에서는 그 반사율이 대략 60 내지 80%로 측정되었고, 비교예와 실시예들은 레드 파장(620 내지 700nm)에서는 그 반사율이 대략 80% 이상인 것으로 측정되었다.

여기서 레드 및 옐로 파장 대에서 실시예들와 비교예는 동일 파장에서 약간의 반사율 차이를 보이나, 전반적으로 유사한 반사율이 측정되었다. 이는 도 1에서와 같이, 반사율의 차이로 인해 약간의 색좌표의 상이함을 형성하는 것으로 판단된다. 그러나 도 2에서와 같이, 비교예와 실시예들은 색차(ΔE)가 1 이하로 측정되어 육안으로 동일한 색상을 나타내는 것으로 판단된다.

이와 같이, 비교예와 실시예들이 색차(ΔE)가 1 이하로 측정되고 레드 및 옐로 파장 대에서 동일 파장에서 약간의 반사율 차이를 보이는 것은, 구리-주석 합금에 니켈, 실리콘, 알루미늄의 원자가 구리-주석 합금의 원자에 치환되면서 원자간 거리에 변형이 발생되어 가사광선 파장에서 반사율 차이가 발생되는 것으로 판단된다.

구체적으로 짧은 파장의 경우, 모스아이(moth eye) 현상에 따라 원자 간의 거리가 변형되는 경우라도 짧은 파장의 가시광으로 인해 구리 합금에 흡수 또는 투과되는 확률이 낮아져 반사율이 일정 수준으로 유지될 수 있다.

반면, 모스아이(moth eye) 현상에 따라 긴 파장대의 가시광은 변형된 원자 간의 거리로 인해 원자간 거리가 불규칙하게 형성됨에도 불구하고 긴 파장대는 일정간격으로 느껴 흡수 또는 투과되는 확률이 높아져 반사율이 저하될 수 있다.

환언하면, 블루 또는 그린과 같은 짧은 파장대 가시광의 경우, 전체적인 반사율은 낮으나, 구리-주석 합금과 유사한 반사율을 가질 수 있다. 그러나 옐로 또는 레드와 같은 긴 파장대의 파장은 짧은 파장에 비해 반사율이 높을 수 있으나, 구리 주석 합금의 원자간 거리에 니켈, 실리콘 및 알루미늄 원자 중 적어도 어느 하나의 치환으로 인해 원자간 거리가 일정하게 유지되지 않음에도 불구하고 흡수 또는 투과되는 가시광이 발생하여 상대적으로 반사율이 저하될 수 있다. 또한 반대로 원자가 거리가 일정하지 않기 때문에 그 반대 현상인 흡수 또는 투과되는 가시광이 저하되어 반사율이 상승할 수도 있다.

그러나 구리-주석의 합금에서 치환된 원자가 원자간 거리를 변형시키더라도 긴 파장의 가시광선에서 색차값이 크지 않고 반사율의 차이도 거의 없는 것으로 판단된다.

따라서 본 발명의 실시예들과 비교예는 육안으로 구분하기 어려운 유사한 색상을 표현할 수 있는 구리 합금임을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금은 종래의 구리-주석 합금과 상이한 조성임에도 불구하고 유사한 색좌표를 가지면서 색차가 1 이하이고, 가시광역 대에서 유사한 반사율을 갖는 구리 합금을 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금의 기계적 강도를 도시한 그래프이다.

여기서 도 4는 중복설명을 회피하고 용이한 설명을 위해 도 1 내지 도 3을 인용하여 설명하기로 한다.

먼저, 실시예들을 비교하기 위해 비교예로써 구리 합금은 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt% 포함한 시편을 준비하였다. 그리고, 실시예들의 시편은 전술한 바와 같이, 각각의 조성이 상이한 구리 합금 조성물을 시편으로 준비하였다.

본 발명에 따른 실시예들과 비교예의 기계적 강도를 비교하기 위해 마이크로비커스 장비를 사용하였다. 여기서, 실험의 정확도를 높이기 위해 실시예들의 시편과 비교예의 시편을 동일한 사이즈로 준비하고, 상기한 시편에 동일한 HV 0.5의 하중을 가하여 기계적 강도를 측정하였다.

도 4를 참조하면, 비교예인 구리-주석 합금은 기계적 강도가 125HV로 측정되었고, 실시예 1의 구리 합금은 기계적 강도가 127HV로 측정되었고, 실시예 2 의 구리 합금은 기계적 강도가 129HV로 측정되었고, 실시예 3 의 구리 합금은 기계적 강도가 135HV로 측정되었고, 실시예 4 의 구리 합금은 기계적 강도가 176HV로 측정되었다.

비교예보다 실시예에서 기계적 강도가 상승한 것을 알 수 있다. 이는 본 발명의 실시예들에 따른 구리 합금 조성물 중에 니켈(Ni), 실리콘(Si) 및 알루미늄(Al) 성분이 추가됨으로 따라 비교예보다 기계적 강도가 향상된 것으로 판단된다.

특히, 실시예4의 경우, 구리 합금의 기계적 강도가 급격히 향상된 것은, 실시예 4의 Ni및 Si성분이 구리 합금의 기계적 성분을 향상시키는 것으로 판단된다. 반면, 실시예1 내지 3의 경우는 Ni 및 Si성분이 실시예 4보다 상대적으로 적은량이 함유되어 기계적 강도가 소폭 상승한 것으로 판단된다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금은 종래의 구리-주석 합금과 조성이 상이하면서도 유사한 색좌표를 갖고 색차가 1 이하임으로써 특유의 색상을 유지하면서 기계적 강도를 향상시킬 수 있어 디자인, 청결, 기계적 강도 측면에서 소비자의 요구를 충족시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금은 구리-주석 합금과 유사한 색상을 갖고 있으면서 기계적 강도가 향상되어 내구성이 우수하여 가전 제품의 내/외장재에 사용할 수 있다. 즉, 가전제품의 내/외장재에 사용함으로써 소비자의 인테리어 요구를 충족 시키면서 가전제품의 견고성을 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 조성물을 제조방법을 도시한 순서도이다.

여기서 도 5는 중복 설명 및 용이한 이해를 위해 도 1 내지 도 4를 인용하여 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 용탕을 마련한다. (S1) 용탕은 구리 혼합물을 가열시킬 수 있는 가열로(heating furnace) 등을 준비할 수 있다. 그러나 가열로에 한정하는 것은 아니고 전기로 등 구리 혼합물을 가열시킬 수 있는 로(furnace)면 어느 것이든 가능하다.

다음으로, 구리혼합물을 준비한다. (S2) 구리혼합물은 구리(Cu) 87.9 wt% 내지 92.1 wt%, 주석(Sn) 7.0 wt% 내지 9.1 wt%, 니켈(Ni) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%, 실리콘 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 및 알루미늄(Al) 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 을 혼합시켜 구리 혼합물을 형성할 수 있다.

구리 혼합물을 가열로에 넣고 구리혼합물을 가열시켜 구리 용율물을 형성한다. (S3) 여기서 가열로는 1200~1300 ℃로 구리 혼합물을 가열시켜 구리 용융물을 형성할 수 있다.

구리 혼합물을 용탕에 넣고 용융시키는 방법 이외에 또 다른 방법으로는, 구리 화합물의 각각 구성물을 각각 개별적으로 가열시켜 용융시키고, 용융 구성물을 혼합시켜 구리 합금을 형성할 수 있다. 이 경우에는, 각각의 구성물을 개별로 용융시키기 때문에 정제된 용융물을 형성할 수 있다는 장점이 존재한다.

그리고 구리 용율물을 주조시킬 수 있다. (S4) 구리 용융물은 용융물로 유동성 발생하여 거푸집 등에 넣어 냉각시켜 주조할 수 있다.

이와 같이, 구리 용융물을 주조시켜 구리 합금을 제조할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 제조방법으로 형성된 구리 합금은 그 색좌표가 노란(yellow) 색상에 형성될 수 있다. 다시 말해 종래의 주리-주석 합금과 상이한 조성임에도 불구하고 구리 합금과 구리-주석 합금은 유사한 색좌표를 가질 수 있다. 더욱이, 구리 주석 합금은 구리-주석 합금과 색좌표 상으로는 상이한 색좌표로 형성되나, 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1 이하로 형성될 수 있다.

더욱이 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 제조방법으로 형성된 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도로 형성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 제조방법으로 형성된 구리 합금의 반사율은 370 내지 430nm의 파장에서 30 내지 35% 범위이고, 510 내지 560nm의 파장에서 상기 구리 합금의 반사율이 대략 50 내지 60%범위로 형성될 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 제조방법으로 형성된 구리 합금의 반사율은 560 내지 600nm파장에서는 60 내지 80%범위이고, 620 내지 700nm파장에서 상기 구리 합금의 반사율이 80% 이상으로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 제조방법으로 형성된 구리 합금은 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1 이하로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 제조방법으로 형성된 구리 합금의 반사율과 구리-주석 합금 반사율은 560 내지 700nm파장에서는 반사율이 상이하게 형성되나, 구리 합금과 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1 이하로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금의 제조방법으로 제조된 구리 합금은 구리-주석 합금과 조성이 상이하면서도 특유의 색상을 유지하면서 기계적 강도를 향상시킬 수 있어 디자인, 청결, 기계적 강도 측면에서 소비자의 요구를 충족시킬 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

1. 구리(Cu) 87.9 wt% 내지 92.1 wt%, 주석(Sn) 7.0 wt% 내지 9.1 wt%, 니켈(Ni) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%, 실리콘 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 및 알루미늄(Al) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%를 포함하고,
   구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1 이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 구리 합금의 색좌표는 노란(yellow) 색상에 배치되는 것을 특징으로 하는 구리 합금.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 구리 합금의 반사율은 370 내지 430nm의 파장에서 30 내지 35%범위이고, 510 내지 560nm의 파장에서 상기 구리 합금의 반사율이 50 내지 60%범위인 것을 특징으로 하는 구리 합금.
4. 제1항에 있어서,
   상기 구리 합금의 반사율은 560 내지 600nm파장에서는 60 내지 80%범위이고, 620 내지 700nm파장에서 상기 구리 합금의 반사율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 구리 합금.
5. 제1항에 있어서,
   상기 구리 합금은, 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 구리 합금.
6. 제1항에 있어서,
   상기 구리-주석 합금과 색좌표 상으로는 상이한 색좌표로 형성되되, 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 구리 합금.
7. 제1항에 있어서,
   상기 구리 합금의 반사율과 상기 구리-주석 합금 반사율은 560 내지 700nm파장에서는 반사율이 상이하게 형성되되,
   상기 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 구리 합금.
8. 제1항에 있어서,
   상기 구리 합금은, 상기 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 0.6 이하이고, 상기 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 구리 합금.
9. 구리(Cu) 87.9 wt% 내지 92.1 wt%, 주석(Sn) 7.0 wt% 내지 9.1 wt%, 니켈(Ni) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%, 실리콘 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 및 알루미늄(Al) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%를 포함하고,
   구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1 이하인 구리 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 가전제품의 내외장재.
10. 제9항에 있어서,
    상기 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 가전제품의 내외장재.
11. 용탕을 준비하는 단계;
    구리 혼합물을 준비하는 단계;
    상기 구리 혼합물을 가열하는 단계; 및
    상기 구리 혼합물을 주조하여 구리 합금을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 구리 합금은, 구리(Cu) 87.9 wt% 내지 92.1 wt%, 주석(Sn) 7.0 wt% 내지 9.1 wt%, 니켈(Ni) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%, 실리콘 0.3 wt% 내지 1.0 wt% 및 알루미늄(Al) 0.3 wt% 내지 1.0 wt%를 포함하고,
    구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 1 이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금의 제조방법.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 구리 합금의 색좌표는 노란(yellow) 색상에 배치되는 것을 특징으로 하는 구리 합금의 제조방법.
13. 제 11항에 있어서,
    상기 구리 합금의 반사율은 370 내지 430nm의 파장에서 30 내지 35%범위이고, 510 내지 560nm의 파장에서 상기 구리 합금의 반사율이 50 내지 60%범위인 것을 특징으로 하는 구리 합금의 제조방법.
14. 제11항에 있어서,
    상기 구리 합금의 반사율은 560 내지 600nm파장에서는 60 내지 80%범위이고, 620 내지 700nm파장에서 상기 구리 합금의 반사율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 구리 합금의 제조방법.
15. 제11항에 있어서,
    상기 구리합금은, 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 구리 합금의 제조방법.
16. 제11항에 있어서,
    상기 구리-주석 합금과 색좌표 상으로는 상이한 색좌표로 형성되되, 상기 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 구리 합금의 제조방법.
17. 제11항에 있어서,
    상기 구리 합금의 반사율과 상기 구리-주석 합금 반사율은 560 내지 700nm파장에서는 반사율이 상이하게 형성되되,
    상기 구리 합금은 127HV 내지 180HV의 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 구리 합금의 제조방법.
18. 제11항에 있어서,
    상기 구리 합금은, 상기 구리(Cu) 90wt%, 주석(Sn) 10wt%를 포함하는 구리-주석 합금과 색차(ΔE)가 0.6 이하이고, 127HV 내지 180HV범위의 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 구리 합금의 제조방법.
    

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