KR100245764B1 - 분말 위킹제를 사용하여 브레이징된 구조물을 분리하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바람직하게는 액체 결합제와 혼합된 분말로된 위킹제로 블래이징된 접합부를 도포하여 슬러리를 형성하게 하고, 계속해서 상기 접합부를 가열하여 브레이징 합금이 용융되고 그리고 모세관 작용에 의해 분말로 된 위킹제로 흡수시키고 냉각한 후, 분말과 브레이즈 합금을 서로 혼합하여 기계적 또는 화학적 수단으로 용이하게 제거될 수 있는 느슨하게 굳혀진 덩어리를 형성하여 계속해서 부품들이 수리 또는 재 사용을 위해 분리될 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.
Description
제1도는 2개의 부품사이에서 전형적인 브레이징(braze)된 접합부를 나타낸 도면.
제2도는 분말 위킹(wicking)제로 도포된 접합부를 나타낸 도면.
제3도는 디브레이징(debrazing)시키기 위해 가열 및 냉각 순환시킨후의 접합부를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 제1부품 20 : 제2부품
30 : 브레이징 합금 40 : 분말 위킹제
50 : 다공성 덩어리
본 발명은 브레이징된 구조물의 구성 부품들에 손상을 입히지 않고서 이러한 구조물을 분래(해체)시키기 위한 야금 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분말 재료를 사용하여, 접합부에 분말을 도포하고, 이러한 접합부를 상승된 온도로 가열한 후 모세관 작용 또는 위킹(wicking)에 의해, 이미 브레이징되어 있는 접합부에서 브레이징 금속을 빨아내어 흡수하는 방법에 관한 것이다.
많은 복합 금속 구조물은 브레이징에 의해 조립되는데, 이러한 브레이징은 2개의 금속 표면사이에 제3의 금속, 즉 브레이징 합금 또는 충진재 금속을 도입하여 상승된 온도에서 이들 금속 표면을 접합하는 방법이다. 상승된 온도가 비교적 높지 않을때, 예컨데 약 500℃이하일 때, 이러한 공정은 연납땜(soldering)으로 지칭된다. 원래의 2개의 금속 표면은 냉각되어 충진재 합금과 함께 일체식의 구조물로서 야금적으로 결합된다. 바람직하게는 이러한 공정을 가역적으로 행할 수 있어야 하며, 즉 바람직하게는 수리 등을 위해 충진재 금속을 제거하고 2개의 부품 표면을 분리시킬 수 있어야 한다. 그러나, 단지 구조물을 브레이징 온도로 가열하는 것만으로는 충진재 합금이 접합부로부터 용이하게 흘러나오게 할수 없을 뿐만 아니라 오히려 브레이징 합금이 각각의 부품안으로 확산됨으로써 접합부에서의 결합이 보다 강화된다.
이러한 구조물의 부품들은 세라믹등을 포함한 임의의 재료로 제조될 수도 있지만, 본 발명에서 관심을 갖는 부품으로는 예를들어 가스 터빈 엔진부품용으로 항공우주 산업에서 통상적으로 사용되고 있는 니켈, 코발트 및 철 기지의 초합금으로 제조된 것이다. 그러한 부품에서 매우 고가이어서, 수리하여 재사용할만 가치가 있다. 이러한 금속과 함께 통상적으로 사용되고 있는 브레이징 합금으로서는 은, 동, 금 및 니켈 기지 합금이 있다.
브레이징된 부품들을 분리하는데 지금까지 사용되고 있던 한가지 방법은 브레이징 합금이 접합부로부터 화학적으로 침출(leached)될때까지 고온의 화학 반응조에서 이들을 흡수하는 것이다. 그러나 이러한 공정은 복합하고 시간소모가 많으며 강산인 화학 매질은 구조물의 부품이나 환경에 대한 손상을 일으킬 수가 있다. 이에 대해서는, 예를들어 초합금 부품으로부터 금-니켈 브레이징 합금을 제거하는 복합 질산 용액에 대해서 기술하고 있는 출원인 피쉬터(Fischter)등의 미국 특허 제4,274,908호, 개선된 상 용액에 대해서 기술하고 있는 출원인 브린디쉬(Brindisi)등의 미국 특허 제4.302.246호, 그리고 전기분해식으로 처리된 산 침출 공정에 대해서 기술하고 있는 출원인 맥기번(McGivern)등의 미국 특허 제4,324,626호를 참조하면 된다.
지금까지 상술한 바에 따르면, 본 발명의 기술분야에서 브레이징 구조물의 부품들에 손상을 입히지 않고 이러한 구조물을 분해하는 보다 효과적인 방법이 필요하다는 것이 명백하며, 본 발명의 목적은 바로 이를 해결한 새로운 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 접합부에서 금속제 브레이징 합금에 의해 접합된 2개 이상의 부품을 갖춘 형태의 브레이징된 구조물을 분리시키는 방법으로서, a) 상기 접합부가 상기 브레이징 합금의 용융 온도 이상으로 가열될 때 상기 브레이징 합금을 흡수할 수 있으며 상기 브레이징 합금의 용융 온도보다 높은 용융 온도를 갖는 분말을 포함하는 분말 위킹제를 상기 접합부를 따라 도포하는 단계와, b) 상기 브레이징 합금이 상기 접합부로부터 흘러나와서 상기 분말 위킹제에 흡수되기에 충분할 정도로 상승된 온도로 상기 접합부를 가열시키는 단계와, c) 상기 접합부를 실온에서 냉각시켜서 상기 분말 위킹제와 브레이징 합금을 서로 고화시킴으로써 상기 접합부 부근에서 서서히 굳혀진 덩어리를 형성하도록 냉각하는 단계와, d) 상기 굳혀진 덩어리를 상기 접합부 부근으로부터 제거하는 단계와, 그리고 e) 상기 부품을 서로 분리시키는단계를 포함하는 것이다.
또한, 본 발명은 분말 위킹제(다양한 크기 및 형태의 금속 또는 세라믹 미립자 재료일수도 있음)가 신규한 디브레이징 조성물을 포함하며, 액상의 유기 결합제와 혼합되어 점성 슬러리를 형성하고, 상기 슬러리는 디브레이징 하고자 하는 접합부의 길이를 따라 균일하게 적용된다. 이러한 결합제는 선택적으로 사용할 수 있으며, 예컨데 가열 싸이클 동안 분해되어야 하며 위킹 작용을 방해하지 않아야 할것이다. 또한 상기 슬러리에 브레이징 플럭스가 부가되어 당해 기술분야에서 공지된 바와같이 브레이징 합금에 의한 분말의 습윤을 향상시킬 것이다. 로를 가열하는 동안 분말 산화를 막거나 그렇지 않으면 분말 습윤을 촉진 시키기 위해 화학적 환원 또는 비활성 커버 가스 또는 진공 대기가 사용될 수도 있다. 바람직하게는 디브레이징 온도는 고유한 브레이징 온도보다 실질적으로 높지 않아서 부품의 야금학적 구조에 나쁜 영향을 미치지 않도록 한다.
이 명세서에는 본 발명과 관련된 주요 문제를 청구범위로 구별하여 주장하고 몇몇 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 더 용이하게 이해될 것이다.
제1도에 설명된 바와 같이, 전형적인 브레이징된 접합부는 제1부품(10) 및 제2부품(20)과 개개의 부품을 일체식의 구조로 단단히 고정하도록 그들사이에서 고화된 브레이징 합금(30)의 덩어리로 이루어진다. 이 구조물을 분리할 필요가 있을 때, 상기 브레이징 합금에는 제2도에서 설명된 바와같이 분말 위킹제(40)가 도포된다. 상기 위킹제(40)는 브레이징 합금보다 높은 용융 온도를 갖는 미립자 재료일 수도 있고, 브레이징 합금(30)에 의해 습윤가능하며, 약 150메쉬이하의 미세 금속 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 편평한 박편 및 기다란 섬유를 포함하는 약 50메쉬이하의 다양한 크기 및 형태의 분말이 바람직한 것으로 시험되었다. 보다 바람직하게는 약간 편평한 금속 분말을 사용하는 것이다. 알루미늄, 코발트, 구리, 철, 니켈 및 이들의 합금의 분말이 사용될수 있다. 상기 위킹제를 복잡한 접합부 형태에 부착시키기 위해서는, 유리하게는 중간 정도의 점성을 갖는 액체 결합제와 미립자 재료를 혼합하여 디브레이징 슬러리를 형성하여야 한다. 브레이징 분말과 사용할 수 있는 이러한 결합제는 당해 기술분야에서 널리 공지되어 있으며 위킹 작용을 방해하지 않도록 상승된 온도에서 분해된다. 바람직하게는 브레이징 합금의 흡수 성능을 향상시키도록 위킹제(원료 분말)를 충분히 굳혀지지 않은 상태로 제공하기 위해 사용하고자 하는(그 자체가 50 내지 95 부피% 위킹제(40)를 포함하는) 슬러리의 부피는 대략적으로 브레이징 합금 부피의 2 내지 3배이다. 상기 위킹제가 구형 분말보다는 기다란 금속 섬유일때, 부피 분획은 슬러리 내에서 약 10-20%만큼 낮은 것이 우수한 결과를 나타낸다. 다공성 대 고체 부피비가 더 클수록 보다 효과적인 위킹 작용을 제공한다. 유리하게는 코킹건과 같은 분산장치를 사용하여 얽혀져 있거나 또는 기다란 접합부를 따라 슬러리를 균일하게 작용하도록 한다.
상기 브레이징 접합부가 위킹제 또는 슬러리와 겹쳐질때는, 수동 옥시아세틸렌 또는 플라즈마 토오크, 복사, 저항 또는 유도 가열기와 가은 유형의 설비를 사용하거나 또는 당해 기술분야에서 널리 공지된 진공 또는 기체 대기로를 사용하여 디브레이징되도록 가열된다. 겹쳐진 접합부가 충분히 높은 온도로 가열된후에, 브레이징 합금은 유체가 되고 전체 또는 대부분은 모세관 작용에 의해 접합부로부터 인접 위킹제(40)에 형성된 작은 공간내로 흡수되어진다. 제3도에 도시된 바와 같이 냉각된후에, 다시 고화된 브레이징 합금 및 위킹제의 일부(분말)는 함께 혼합되어 접합부 부근에서 느슨하게 굳혀진 다공성 덩어리(50)를 형성한다.
상기 다공성 덩어리(50)는 예를들어 광 분쇄, 고압하에 모래 또는 물에 의한 블라스팅(blasting)(미국 특허 제5,167,720호에 기술된 바와 같음)또는 화학적 스트리핑 배스에서의 비누화에 의해 쉽게 제거되어, 각각의 제1 및 제2부품(10 및 20)이 수리 또는 재사용을 위해 분리될 수 있게 된다. 상기 덩어리의 다공성 특징은 화학 스트리핑 매질을 제거하고자 하는 브레이징 합금의 표면적에 크고 신속하게 접촉하도록 하여 공정을 가속화시킨다.
[실시예]
가스 터빈 고정자 조립체는 약간 편평하게 된 철 분말(예컨데 매쉬 분획 -150, +325) 및 수용성 결합제(예컨데, 니크로브라즈(Nicrobraze) 650)의 슬러리를 모든 브레이징된 접합부에 도포시켜서 디브레이징하여 세척하였다. 슬러리 대 브레이징 합금의 부피 비는 3대 1이어서 위킹제가 초과하도록 하였다. 짧은 시간동안, 공기 건조를 한후 상기 조립물을 (뒤틀림을 방지하도록하는 충분한 지지체 도구를 사용한) 진공 로에 장입시키고 상기 브레이징 합금이 녹도록 충분한 온도로 가열하였다. 즉, AMS 4787(금 기지 합금)으로 브레이징된 어셈블리는 1010℃로 가열하였고, AMS 4787(니켈 기지 합금)의 경우는 1043℃ 내지 1066℃로 가열하였고, PMA 996(다른 니켈 기지 합금)의 경우는 1116℃ 내지 1127℃로 가열하였다. 다른 브레이징 합금을 위한 적절한 온도는 당해 기술 분야에 의해 숙련된 자들에 의해 용이하게 결정될 수도 있다. 상기 부분들은 상기 브레이징 합금을 위킹제에 의해 뽑아내도록 하는 온도로 충분히 긴 약 25 내지 30분동안 가열하였다. 냉각을 수행한후, 위킹제로 모든 브레이징된 접합부에 완전히 도포되었는지 관찰하였다. 만약 일부 면적에 도포되지 않았을 경우는 이 시험을 반복하였다. 그러나, 포함되어 있는 특정 재료에 포함됨에 따라, 바람직하게는 2회 이하로 일정 횟수로 반복을 제한하여서 상기 부품들의 야금 미세 구조에서의 바람직하지 많은 변화를 배제하였다.
디브레이징 싸이클을 수행한후, 몇몇의 위킹제를 브레이징 합금과 조합하여 접합부 근처에서 느슨하게 굳혀진 다공성 덩어이를 형성하도록 하였다. 상기 부품들이 손상없이 분리되도록 이 덩어리를 약 10시간동안 고온의(약 60 ±8.3℃) 질산 기지 스트리핑 용액으로 조립체를 적심에 의해 용이하게 제거하였다. 경우에 따라서는, 몇몇의 조립체는 브레이징을 위해 상기 부품들을 위치시키도록 하는데, 고유하게 사용되는 작은 택(tack) 용접물을 포함한다. 산 반응조에서 수행된 후 남아있는 용접물은 가벼운 그라인딩에 의해 제거될 수도 있다.
본 발명은 하나의 바람직한 실시예의 특정한 경우를 들어 기술하였지만, 당해 기술분야에서는 이들의 다양한 변경, 변형이 가능할 것이다. 이에 따라서 본 발명은 도시하거나 또는 기술된 특별한 특징에 제한되지 않고 첨부된 청구범위에 규정된 본 발명의 정신과 범위내에 포함된 것을 모두 동일한 것으로 간주한다.
Claims (8)
- 접합부에서 금속제 브레이징 합금에 의해 접합된 2개 이상의 부품을 갖춘 형태의 브레이징된 구조물을 분리시키는 방법으로서, a) 상기 접합부가 상기 브레이징 합금의 용융 온도 이상으로 가열될 때 상기 브레이징 합금을 흡수할 수 있으며 상기 브레이징 합금의 용융 온도보다 높은 용융 온도를 갖는 분말을 포함하는 분말 위킹제를 상기 접합부를 따라 도포하는 단계와, b) 상기 브레이징 합금이 상기 접합부로부터 흘러나와서 상기 분말 위킹제에 흡수되기에 충분할 정도로 상승된 온도로 상기 접합부를 가열시키는 단계와, c) 상기 접합부를 실온에서 냉각시켜서 상기 분말 위킹제와 브레이징 합금을 서로 고화시킴으로써 상기 접합부 부근에서 서서히 굳혀진 덩어리를 형성하도록 냉각하는 단계와, d) 상기 굳혀진 덩어리를 상기 접합부 부근으로부터 제거하는 단계와, 그리고 e) 상기 부품을 서로 분리시키는 단계를 포함하고 있는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 a)는 상기 분말 위킹제와 액체 결합제를 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계 및 상기 슬러리를 상기 브레이징된 접합부의 부근에 도포시키는 단계를 포함하고 있는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 분말은 코발트, 동, 철, 니켈, 및 이들의 합금 또는 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 분말이 편평한 박편의 형태로 이루어진 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 분말이 분말 세라믹 재료인 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 슬러리가 50 내지 95 부피%의 상기 분말 위킹제를 포함하고 있고, 브레이징 합금 대 슬러리가 부피 %로 1 : 3의 비율로 접합부를 따라 도포되는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 b)는 상기 브레이징 합금의 용융 온도에 근접한 온도로 상기 접합부를 3회 이하로 가열시키는 단계를 포함하고 있는 방법.
- 브레이징된 구조물로부터 브레이징 합금을 제거하는 방법으로서, a) 상기 브레이징된 구조물이 상기 브레이징 합금의 용융 온도이상으로 가열될 때 상기 브레이징 합금에 의해 흡수될 수 있고 상기 브레이징 합금보다 더 높은 용융 온도를 갖는 분말로 구성되는 분말 위킹제를 브레이징 합금의 적어도 일부분과 접촉하게 도포하는 단계와, b) 상기 브레이징 합금이 상기 분말 위킹제에 흡수되기에 충분한 상승된 온도로 상기 분말 위킹제에 의해 도포된 구조물을 가열시키는 단계와, c) 상기 분말 위킹제와 상기 브레이징 합금이 인접 구조물과 함께 서로 고화되도록 상기 구조물을 냉각시키는 단계와, 그리고 d) 상기 교화된 브레이징 합금과 함께 상기 구조물에서 모든 상기 분말 위킹제를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
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