개요 ------------------------------------------------------- ZeroLeak Tube(제로릭튜브)는 고압 알루미늄 다이캐스팅 공정에서 알루미늄 용탕의 뜨거운 온도와 압력을 견뎌내는 인몰드 알루미늄 튜브 제품이다. ZeroLeak Tube는 수냉식 냉각유로 구조를 필요로하는 알루미늄 주조제품에 유용하게 적용이 가능하다. 현재는 엔진/모터 냉각, 컨트롤러하우징 냉각, 배터리 냉각 등 자동차 부품의 냉각유로 구성에 주로 활용되고 있으며, ESS, 진공펌프, 항공기, 전기차 충전기 등과 같은 다양한 산업군에 활용될 수 있다. 2016년 한국의 MH기술개발( www.mhrnd.com)에서 최초 개발되어, 관련 기술에 대한 80여건의 특허가 국내외에 출원되었으며, ZLeak Tube®로 상표 등록이 되었다. ZLeak Tube01.png |제로릭튜브 등록상표 ZeroLeak System.jpg |제로릭시스템 등록상표 배경 ------------------------------------------------------- 알루미늄은 가벼우면서도 강성이 있어 자동차, 항공기 등 다양한 산업군에서 활용이 되고 있다. 그 중에서도 엔진, 모터와 같이 열이 많이 발생하는 부품에도 많이 사용이 되고 있는데, 이 발열체의 냉각을 위해 수냉식 유로가 필요하게 된다. 기존에는 알루미늄 주조물 내에 냉각수 유로를 형성하기 위해서 상하판 2중 조립 방식을 주로 사용해왔다. 하지만, 이 기존 공정의 경우에는 조립 불량, 소재 불량, 내구성 불량 등의 이유로 누수의 위험이 동시에 항상 존재해왔다. 이런 문제를 해결하기 위해 여러가지 방법들이 고안되어 활용되어 왔다. Tube®를 적용한 모터하우징 형태의 ZLeak Tube® 기존의 냉각유로 형성방법 ------------------------------------------------------- 1. 코어 삽입 주조 샌드코어나 소금코어로 유로 형상을 만들어 금형안에 넣어 주조하는 방법이다. 코어 자체의 구조강성이 약해 긴 유로를 형성할 수 없으며, 짧은 유로에만 사용이 가능하다. 주조공정 이후에 샌드와 소금을 용출하는데에 어려움이 있어, 용출 공정에 많은 시간과 노력이 필요하다. 샌드의 불완전 용출은 향후 냉각유로 내에 잔존물로 남아 품질 문제를 야기하는 원인이 된다. 2. 스틸 파이프 삽입 주조 속이 빈 알루미늄 파이프 삽입 주조시에는 알루미늄 파이프가 주물용탕의 온도와 압력을 버티지 못하고 형상이 뭉개져서 유로가 손실되게 된다. 때문에, 그런 문제점을 극복하기 위해 스틸 파이프를 활용하는 방법이 사용되고 있다. 스틸의 경우 물질의 강성으로 인해 주조시에도 그 형상을 비교적 잘 유지한다. 문제는 알루미늄과 스틸의 열팽창계수가 달라 제품의 온도 변화에 따라 알루미늄과 스틸사이에 최대 300um의 틈이 발생하게 된다. 이 틈에는 공기가 채워지게되고, 이 공기층이 알루미늄과 스틸 파이프 사이에 단열층을 형성하여 냉각성능이 급격하게 떨어지게 되는 단점이 있다. 또한 알루미늄과 스틸의 물성차로부터 발생하는 갈바닉 부식이 잠재적 문제점으로 남아 있다. 3. 소금이 충전된 알루미늄 파이프 삽입 주조 알루미늄 파이프는 주조 압력을 버티지 못하지만, 그 안에 소금을 충전하게 되면 그러한 문제점을 극복할 수 있다. 다만, 튜브의 길이가 길어지면 소금 충전재의 용출이 어려워서, 짧은 유로의 냉각채널에만 활용 가능하다는 단점이 있다. 시장의 요구사항 ------------------------------------------------------- 최근 전기차 시장이 급부상함에 따라 수냉식 냉각방식의 활용이 급증하고 있으며, 기존의 방식보다 개선된 제조 기술과 공정의 필요성이 요구되고 있다. 요구되는 항목들로는 아래와 같은 것들이 있다. - 누수의 위험이 없는 완전한 기밀성을 보장할 것 - 고압 다이캐스팅의 주조압력과 온도를 버틸 것 - 복잡한 구조의 형상화가 가능하도록 성형성이 좋을 것 - 유로가 길어도 충전재 용출에 어려움이 없을 것 - 장기간 활용에도 부식이 되지 않을 것 - 같은 알루미늄 재질일 것 - 생산성이 좋을 것 - 공정이 저비용일 것 ZLeak Tube®의 장점 ------------------------------------------------------- 위와 같은 문제점들과 시장의 요구에 맞춰 MH 기술개발에서는 2016년 ZeroLeak System이 고안되어, ZLeak Tube®가 탄생하게 되었다. ZLeak Tube®는 기존의 문제점들을 해결하고, 가격과 성능을 개선할 수 있는 방법을 제시한다. 1. 누수의 위험이 없는 완전한 기밀성 ZLeak Tube®는 1,200bar의 파괴압력을 가지고 있는 강성 구조체이다. 유로의 처음과 끝이 안전한 구조의 압출 파이프로 구성되어 있어 완벽한 기밀성을 보장한다. 2. 고압 다이캐스팅의 주조압력과 온도를 버틸 수 있는 구조 강성 ZLeak Tube®는 MH기술개발이 보유한 내부의 특수 충전재와의 복합 구조체로서, 고압 다이캐스팅시 가해지는 700도의 온도와 1,000bar 이상의 압력에도 그 형상이 무너지지 않고 유지될 수 있는 구조 강성을 가지고 있다. 3. 복잡한 구조의 형상화가 가능한 좋은 성형성 ZLeak Tube®는 외부에 알루미늄 파이프를 사용하여, 성형을 하기에 적합한 물성을 가지고 있다. 특히 내부의 충전재가 굴곡시 맨드릴 역할을 하여 성형시에도 형상을 유지할 수 있도록 지지한다. 4. 용이한 충전재 용출 ZLeak Tube®에는 MH기술개발의 독자기술로 개발된 충전재로 충전이 되어있다. 기존의 샌드나 소금 충전재와는 달리 용출성이 좋은 관계로 긴 유로를 형성해도 충전재를 용출하는데 어려움이 없어 용출공정 시간과 비용을 절감할 수 있다. 5. 내부식성 ZLeak Tube®의 표면은 아노다이징 처리를 통해 높은 수준의 내부식성을 가진다. 아노다이징이란 알루미늄 표면에 산화피막을 형성하도록 하는 공법으로 산화피막이 형성된 이후에는 더 이상 알루미늄 표면에 부식이 발생하지 않는 특성을 가지게 된다. 6. 같은 알루미늄 재질 ZLeak Tube®는 알루미늄 소재의 파이프를 사용하여 제작이 된다. 때문에 알루미늄 다이캐스팅 이후에도 주물과 ZLeak Tube®의 물성이 같아 우수한 접합력을 가지게 된다. 이는 앞서 설명된 열팽창 계수 차이에 의한 박리현상을 없앨 수 있어, 냉각 성능을 유지하는데 매우 중요한 요소이다. 7. 효율적인 생산성 ZLeak Tube®를 사용하여 HPDC (고압다이캐스팅) 방식으로 주조를 하게되면, 중력주조에 비해 공정 시간을 단축할 수 있다. 아울러 누수방지를 위한 표면가공 공정, 실링 공정, 상하판 조립 공정 등이 불필요해지며, 기밀테스트를 장시간 걸리는 헬륨검사에서 기본 누수검사로 대체할 수 있어서 공정 시간을 최대 70%까지 단축시킬 수 있다. 8. 저비용 앞에서 설명한 공정 간소화를 통한 비용 절감 외에도 밀봉재가 필요없음으로 인한 재료비의 절감 효과 및 각종 검사를 단순화 할 수 있어, 공정비용을 최대 30%까지 절감할 수 있다. Tube®의 단면 형태의 ZLeak Tube® ZLeak Tube®의 활용 ------------------------------------------------------- 최근 환경 문제와 더불어 각광을 받고 있는 친환경 자동차, ESS 등 배터리를 활용하는 제품군들이 확장일로에 놓여있다. 이런 제품들의 성능과 안전관리에 있어서 가장 중요한 부분중의 하나가 바로 열관리이다. 온도가 너무 낮거나 높을 경우 제품의 효율이 급격하게 떨어지며, 특히 배터리의 경우 화재의 위험 또한 항상 내재되어 있다. 때문에 제품의 효율적인 열관리와 침수 방지에 대한 고민이 깊어지고 있다. 이런 문제점들을 해결하기 위한 선상에서 ZLeak Tube®가 개발되었으며, ZLeak Tube®를 활용할 경우 열관리를 위한 보다 진전된 해결책이 제시될 수 있다. Tube®의 적용 예 Tube®가 적용된 주조물 Tube®가 적용된 차량용 알루미늄 휠 외부 링크 ------------------------------------------------------- MH기술개발 홈페이지 - www.mhrnd.com