KR100297609B1 - 금속분말과플럭스가균일하게혼합된브레이징소재및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동종 또는 이종의 금속재를 접합하는 데 사용되는 브레이징 소재에 관한 것이다.

본 발명의 브레이징 소재는 플럭스와 브레이징용 금속분말이 균일하게 혼합된 조성을 압출등의 성형가공 공정을 통해서 판상, 각형, 파이프형 또는 링형으로 가공하여 이루어진 것으로, 그 제조공정은 액상 플럭스를 고상으로 제조하는 반응중에 브레이징 분말을 투입하여 건조하거나, 브레이징 금속분말의 급냉응고시 플럭스를 분사하거나, 볼밀(ball mill) 분쇄시 플럭스를 단순 첨가하거나 하여 얻어진 혼합분말을 분말단조등에 의해 빌렛으로 성형한 후 열간압출하여 파이프나 각형의 브레이징 소재를 얻는 공정으로 이루어져 있다.

본 발명의 브레이징 소재는 금속분말과 플럭스간의 거리가 매우 가깝기 때문에 외부 가열시 상대적으로 용융온도가 낮은 플럭스가 먼저 용융되어 유동성이 좋아져서 금속분말의 표면산화물과 접합부 표면의 산화물을 고용 제거하게 되고 온도가 높아짐에 따라 금속분말이 용융되어 접합간격을 채우게 됨으로써 간단한 공정을 통하여 접합효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

금속분말과 플럭스가 혼합된 브레이징 소재 및 그 제조방법

본 발명은 이종 또는 동종의 금속재를 접합하는 데 사용되는 브래이징 재료에 관한 것으로, 보다 자세하게는 브레이징용 금속분말과 플럭스를 균일하게 분포시킨 분말상 혼합체를 압출등의 성형공정을 통해서 소정의 3차원 형상으로 성형가공함으로써 금속분말과 플럭스간의 위치를 근접시켜 외부 가열시 플럭스와 금속분말 각각이 미소영역에서 독립적으로 동시에 브레이징 접합에 참여하여 접합효율의 향상이 이루어지도록 한 금속분말과 플럭스가 균일하게 혼합된 브레이징 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

브레이징(Brazing)은 접합할 모재금속에 비해 낮은 융점(Melting Point)을 갖는 용접재(Filler Metel)를 사용하여 이종 또는 동종의 금속을 접합하는 기술로서, 금이나 은등의 귀금속 접합에서부터 자동차와 냉장고 열교환기의 파이프 접합등에 이르기까지 광범위하게 적용되고 있다.

이와같은 브레이징 접합은, 먼저 접합하고자 하는 부위에 염화물계나 불화물계 플럭스를 도포한 후 외부 열원을 이용하여 금속표면에 형성되어 있던 산화물을 플럭스에 의해서 고용제거하는 한편 용융된 브레이징 선재가 접촉되어 빈 간격을 메꾸면서 응고 접합하는 공정으로 이루어져 있다.

상기 종래의 브레이징 방식은 일차적으로 플럭스를 도포하는 공정과 그 후속 공정으로서 브레이징 선재를 용융시키는 공정을 별도로 수행하여야 하기 때문에 공정이 중복되고 그만큼 비용이 상승한다는 공정상의 문제점과, 접합표면의 산화물을 고용 제거하기 위해 미리 접합부위에 도포된 액상 상태의 플럭스가 금속표면으로부터 흘러내려서 원하는 부위에 적정량의 플럭스를 도포하기가 곤란하다는 두가지의 문제점이 지적되고 있다.

특히, 접합부위에 도포되는 플럭스가 적정량에 미달하는 경우에는 접합부위의 표면산화물을 완전하게 제거하지 못하게 되므로 브레이징이 완료된 후에 접합계면에 산화물이 잔류한 상태로 응고되어 접합면이 취약하게 되거나 파단의 시작점으로 작용하기도 한다.

이와 반대로 플럭스가 적정량을 초과하여 도포되는 경우에는 산화물과 혼합되어 고상으로 부착하게 되는 데, 일예로 파이프 브레이징의 경우에 상기와 같이 파이프의 접합부 내면에 고상의 부착물이 존재하게 되면 이는 세척공정에서 제거가 불가능하게 되는 문제점을 낳게 된다. 이같이 파이프 내주면상에 고착된 잔류물은 파이프 내부를 통과하는 기체나 유체의 흐름을 방해하기도 하고 특히 상기 고착 잔류물이 형성된 파이프가 그 내부로 식음료가 지나는 경우라면 고착 잔류물의 용입으로 내용물의 오염이 발생하여 심각한 문제를 초래할 수도 있다.

상기 종래의 브레이징 방식에서 플럭스 도포 공정과 브레이징 선재 가열공정을 분리하여 행함에 따라서 제기되는 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 직선상의 브레이징 선재를 구성함에 있어 내부에는 플럭스가 위치하도록 하고 그 외부를 금속성분이 감싸도록 한 2중선재가 알려져 있다.

그러나, 상기 2중선재는 브레이징시 접합면의 표면 산화물을 제거하는 역할을 담당한 플럭스가 브레이징 선재의 내부에 위치하므로 안쪽의 플럭스를 외부로 노출시키기 위해서는 바깥쪽에 위치한 금속이 먼저 용융되어야 하기 때문에 다음과 같은 문제점이 있다. 즉, 금속성분인 외부의 선재가 먼저 용융되어 플럭스가 외부로 노출되었을 때에는 모재의 접합면이 지나치게 가열되어 있고 또한 액상의 플럭스보다 금속성분이 접합면상에 불규칙하게 접합되어 있기 때문에 플럭스를 도포한 후 브레이징하여도 접합면의 산화물을 효과적으로 제거하기가 곤란하게 된다.

한편, 상기 2중선재 방식의 브레이징재에서 나타나는 문제점을 해결하기 위하여 금속성분으로 이루어진 선재의 표면에 액상 플럭스를 일정한 두께로 도포하여 건조시킨 형태가 알려지고 있으나, 이러한 형태의 선재는 브레이징시 상기 2중선재에서와 같이 금속성분이 먼저 용융됨에 따른 문제점은 발생하지 않으나 접합면의 산화물을 고용제거하여야 하는 플럭스가 접합면의 중심선으로부터 상대적으로 멀리 떨어져 위치하고 접합용 금속성분은 중심선으로부터 가까이 위치하고 있기 때문에 접합면의 산화물과 금속성분의 표면산화물을 효과적으로 제거하지 못하는 단점을 지니고 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 브레이징재에서 지적되고 있는 플럭스 도포공정과 브레이징 선재 가열공정을 별도로 수행함에 따르는 공정상의 문제점과 플럭스를 적정한 량으로 제어하지 못함에 따르는 접합불량등의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플럭스와 브레이징재가 서로 미소거리에 존재하도록 제조한 후 기계적인 성형공정을 통해서 소정의 3차원 형상으로 가공함으로써 브레이징 공정의 단순화와 플럭스 량의 제어가 손쉽게 이루어지도록 한 금속분말과 플럭스가 균일하게 혼합된 브레이징 소재 및 그 제조방법을 제공함에 목적을 두고 있다.

본 발명은 촉매 역할을 하는 플럭스와 용융시 접합간격을 메우는 금속분말의 위치를 매우 가깝게(사용분말의 크기에 따라 좌우됨) 배열할 수 있기 때문에 외부 가열시 플럭스와 금속분말 각각이 미소영역에서 독립적으로 동시에 브레이징 접합에 참여함으로써 효율적인 접합이 가능하도록 한 데에 기술적 특징이 있다.

즉, 본 발명에서는 종래에 액상상태로 사용하던 플럭스를 고상 분말로 제조하여 사용하므로 브레이징시에 사용되는 플럭스의 양을 적정하게 제어하는 것이 가능하여 플럭스에 대한 적량조절이 어려운 액상 플럭스 도포공정에서 발생되는 여러 문제점을 해결함과 동시에 플럭스 도포공정 자체를 생략할 수 있는 공정상의 이점이 있다. 또한, 플럭스를 고상상태에서 사용할 경우에 분말입자를 수 마이크론에서 수백 마이크론으로 조절이 가능하므로 플럭스 표면적이 매우 넓어지게 되어 액상으로 도포한 경우에 비해 표면산화물을 효과적으로 제거할 수 있다.

도1의 (가) 내지 (라)는 본 발명의 일실시예 링 형상 브레이징재의 제조 공정도.

도2의 (가) 내지(다)는 본 발명의 일실시예 링 형상 브레이징재를 이용한 열교환기 파이프의 브레이징 접합 공정도.

본 발명은 플럭스와 브레이징재 금속분말이 상호 근접된 거리에서 균일하게 존재하도록 하여 외부 가열시 플럭스가 용융한 후 브레이징 분말이 용융하여 접합이 가능하게 하는 데 기술적 구성의 요지를 두고 있는 것으로, 이와같이 플럭스와 브레이징용 분말이 미소거리에 존재하도록 하는 구체적인 제조공정은 아래와 같은 다섯가지의 방법으로 이루어 진다.

1. 액상 플럭스를 고상으로 제조하는 반응중에 브레이징용 금속분말을 투입하여 건조한 후 브레이징재와 금속분말이 혼합되어 있는 소재를 제조하는 공정.

2. 브레이징 금속분말을 급냉응고 또는 볼밀(ball mill)분쇄 방법등을 이용하여 제조할 때 플럭스를 분사하거나 단순 첨가하는 방법으로 분말 표면에 플럭스가 도포되어 있는 상태 또는 플럭스 표면에 금속분말이 분산되어 있는 상태로 제조하는 공정.

3. 수백 마이크론 크기의 고상 플럭스와 브레이징 분말을 단순 혼합한 후 성형 가공하여 제조하는 공정.

4. 액상 플럭스내에 바인더를 첨가하여 브레이징 금속분말을 혼합한 후 슬러리 상태에서 압출등의 가공방법으로 성형 가공한 다음 바인더를 제거하여 제조하는 공정.

5. 브레이징용 금속분말을 다공체로 예비 형성한 후 액상 플럭스에 침지시켜 모세관 현상을 이용하여 내부 공공에 플럭스가 함입되도록 하거나 표면에 플럭스를 도포하는 공정.

상기 다섯가지 방식의 플럭스와 브레이징용 분말이 미소거리에 존재하도록 하는 공정을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 첫번째 제조공정은 액상 플럭스를 고상분말로 제조하는 반응공정의 중간 단계에서 브레이징용 금속분말을 투입하여 혼합하는 공정으로, 구체적인 일예로 KAlF₄액상 플럭스 제조공정중 KF를 H₂O에 완전용해한 후 AlF₃와 반응을 시키면 점도가 높은 용액을 얻게 된다. 이와같이 점도가 높은 용액에 브레이징 금속분말을 혼한한 후 진공건조 과정을 거쳐 파쇄하게 되면 간단하게 플럭스와 브레이징 분말이 균일하게 혼합되어 있는 소재를 얻을 수 있다. 브레이징 분말 혼합시 산화성이 강한 분말인 경우에는 폭발의 위험이 있기 때문에 혼합 및 건조시에 특별히 주의를 하여야 한다.

다음, 두번째 제조공정은 브레이징용 분말을 아토마이저(Atomizer) 장치를 통하여 급냉응고시켜서 제조하는 때에 급냉응고에 사용하는 액체 또는 기체 상태의 냉각용 유체중에 플럭스나 플럭스의 원료를 액상 또는 고상 상태로 혼합하여 용탕에 충돌시켜 응고하는 분말의 표면에 플럭스의 접촉이 이루어지도록 함으로써 브레이징용 분말의 냉각과 동시에 브레이징재 표면에 플럭스가 도포되어 플럭스와 브레이징용 금속분말이 미소거리를 유지한 상태로 혼합되어 있는 소재를 얻는 방법이다.

상기 공정에서는 플럭스 자체를 브레이징용 금속분말에 충돌시켜 금속분말의 표면에 플럭스가 도포되도록 할 수도 있으나, 플럭스의 원료조성, 즉 불화물계 플럭스인 경우 불화카리(KF)와 불화알루미늄(AlF₃)(저온 플럭스인 경우 불화세슘 분말이 추가됨)을 소정의 비율로 혼합한 것을 응고하는 브레이징 분말의 표면에 충돌시켜 플럭스와 브레이징용 금속분말이 균일하게 혼합된 소재(homogenous mixture)를 얻을 수 있게 된다.

이와같이 플럭스 원료분말(KF + AlF₃)을 직접 브레이징 분말에 충돌시키는 경우에는 플럭스 자체를 사용하는 때에 비해 플럭스 제조에 필요로 하는 플럭스 원료의 혼합공정, 반응공정 및 분쇄공정등과 같은 일련의 복잡한 제조공정을 생략할 수 있다는 점에서 경제적이다.

이때, 사용되는 브레이징 분말로는 종래에 Al-Si5-15%, Al-Si-Zn 및 Al-Si-Cu-Zn의 합금상태 분말을 사용하던 것과는 달리 알루미늄(Al)분말, 금속실리콘(Si)분말 및 아연(Zn)분말을 소정의 비율로 혼합한 금속분말을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 브레이징용 금속분말의 제조는 볼밀등을 이용한 기계적인 분쇄방법을 통해서 제조되는 바, 이같은 분쇄과정에서 액상 또는 고상 상태의 플럭스를 첨가하게 되면 금속분말 내부에 플럭스 입자가 고르게 분산된 소재를 얻을 수 있다.

세번째 공정은 고상 상태의 플럭스와 브레이징재 분말을 혼합기를 통하여 혼합한 후 성형하여 가공하는 공정이다.

네번째 공정은 액상 플럭스에 브레이징재 분말을 혼합하여 슬러리 상태로 제조하게 되면 상기 첫 번째 내지 세번째 공정의 결과로 얻어진 소재 보다 유동성이 훨씬 뛰어나므로 이러한 상태에서 직접 압출 후 건조를 하거나 압출과 동시에 건조를 하여 고상 상태에서 압출이 곤란한 금속분말의 브레이징 소재의 제조가 가능하게 된다.

마지막으로, 다섯번째 공정은 압출등의 공정으로 일정치 이상의 밀도를 증가시키기 어려운 브레이징 금속분말의 경우 밀도가 낮은 다공성 예비 성형체를 제조한 후 액상 플럭스에 침지시켜 모세관 현상에 의해 다공성 성형체의 기공내에 플럭스가 채워지도록 하거나 다공성 표면에 플럭스의 도포가 이루어진 소재를 제조하는 공정이다.

상기 본 발명의 다섯가지 제조 공정중 어떠한 공정을 이용하더라도 그 공정에 의해서 제조되는 브레이징재는 플럭스와 브레이징 금속분말이 짧은 거리에 위치해 있으므로, 실제 브레이징시 외부 가열하게 되면 저융점의 고상 분말 플럭스가 용융되어 금속분말 표면과 접합면의 기존 산화물을 제거함과 동시에 액상의 막을 형성하여 가열된 부위가 재산화되는 것을 방지하고 금속분말이 용융되면 액상 금속이 접합면 부위에 응고하여 브레이징이 완료되므로 깨끗한 접합면을 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명의 브레이징재에서는 플럭스 분말 입자와 금속분말 입자가 균일하게 이웃하여 있기 때문에 종래의 2중선재에서 발생되는 문제점이 배제되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 분말야금 방법을 이용하여 브레이징재를 제조함으로써 다양한 종류의 플럭스를 선택할 수 있고, 선택된 플럭스의 양을 임의로 조절할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 본 발명은 알루미늄 브레이징의 경우에는 알루미늄합금 분말을, 아연합금 제품인 경우에는 아연합금 분말을 사용하면 여러 성분의 브레이징재를 제조할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기의 다섯가지 공정으로 제조한 소재를 소정의 3차원 형상, 즉 파이프 형태, 링 형태등의 다양한 형상으로 가공이 용이하다는 장점이 있다. 종래의 브레이징재의 경우 직선상의 로드형태를 취하고 있기 때문에 직선상의 가공물을 접합할 때에는 큰 무리가 없이 브레이징 접합작업을 수행할 수 있으나, 열교환기등과 같이 접합하고자 하는 부위가 원형 또는 복잡한 형태인 경우에는 접합면을 따라서 일일이 가열접합하여야 하는 번거로움이 있다. 그러나 본 발명에서는 상기 브레이징재 제조공정을 통해서 제조된 혼합분말 소재를 이용한 빌렛 압출시 금형 다이만을 교체함으로써 파이프 형상등과 같은 원형을 비롯한 각종 형태의 브레이징재를 압출할 수 있다. 나아가 빌렛을 압출하는 가공 공정이외에도 압출재를 절단, 굴곡하거나, 분말압연 공정으로 판재를 제조한 후 타출등의 2차가공으로 원하는 형상의 브레이징재(일예로 알루미늄 이종 바닥재 접합용 판상 브레이징재등)을 손쉽게 대량으로 가공할 수 있는 장점도 아울러 지니고 있다.

본 발명은 다양한 제조공정을 통하여 브레이징재의 제조가 가능하고 그 원료(플럭스와 금속분말)를 대부분 분말로 사용하므로 플럭스와 금속분말의 양과 종류에 거의 제한을 받지 않는다.

본 발명의 브레이징재를 이루는 플럭스 분말의 조성은 KF-AlF₃, CsF-AlF₃등의 불화물계와 KCL-LiCl-NaF, CaCl₂-KCl-ZnCl₂, NaCl-KCl-LiCl-LiF-ZnCl₂-NaF-NH₄Cl등의 염화물등을 들 수 있다. 그리고, 본 발명 브레이징재의 분말로 사용될 수 있는 종류 및 형태는 제한이 없으나 구체적인 금속분말의 예를 들자면 순금속 분말, Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Cu, Al-Zn, Al-Zn-Si, Al-Mg등의 Al 합금분말과 Cu-Sn과 Cu-Zn등의 Cu 합금분말, Zn을 주성분으로 하는 합금분말등을 사용할 수 있다.

또한, 브레이징성을 향상시키기 위하여 금속분말의 표면을 플럭스로 피복하거나, 다른 금속으로 피복한 복합분말도 사용이 가능하다. 합금분말의 경우에는 평형상태에서 얻을 수 있는 조성 이외에도 급냉응고 방법을 이용하게 되면 비평형 상태의 조성을 갖는 합금분말을 제조할 수 있으므로 이들 분말을 사용할 수도 있다.

한편, 분말형태는 제조공정에 따라 좌우되는 데, 구형, 판상형, 불규칙형등의 형태에 따른 제약은 없으며, 플럭스와의 균일한 혼합 및 압출이 가능하면 모두 사용할 수 있다.

플럭스 분말입자가 미세한 수마이크론 이하의 크기를 갖는 것이 사용되는 때에는 금속분말은 이보다 큰 수십 마이크론 이상의 입자크기를 갖는 것이 사용되어야 한다. 플럭스 분말에 비해 금속분말의 크기를 크게 유지하는 것은 후속공정으로서의 소정 형상으로 압출을 할 때 압출중에 금속입자가 연신되어 상호 연결되어야만이 충분한 성형강도를 유지하기 때문이다.

만일, 금속입자를 플럭스 입자와 유사한 크기로 하여 양 분말입자의 크기 차이가 크지 않을 경우에는 금속입자의 표면적 증가로 인한 산화물의 증가를 피할 수 없게 된다. 이같은 산화물의 증가는 압출을 방해하여 압출되어 압출작업 자체가 곤란해질 수가 있으며, 또한 압출시 파괴된 산화물들이 압출재 내부에 존재하게 되면 압출되어 나오는 압출선재의 파단점으로 작용할 수도 있다.

한편, 금속분말의 평균입도가 큰 경우에는 압출후 절곡, 타출 또는 굽힘등의 2차 가공시 파단이 발생하지 않고, 소성가공이 용이하기 때문에 조대한 입자를 사용하는 것이 바람직하나, 다만 플럭스 분말이 균일하게 분산되는 것을 방해하지 않는 범위로 유지하여야 한다. 그리고, 금속분말의 입도분포는 빌렛 제조시 충진성을 증진시킴과 동시에 압출밀도를 증가시킬 수 있도록 넓은 입도분포를 갖는 것이 바람직하다.

압출에 의해서 플럭스와 금속분말의 혼합체를 빌렛으로 제조함에 있어서는 전처리 공정으로 분말표면의 불순물을 제거하여야 압출시 분말들끼리의 접착성이 좋아진다. 불순물을 제거하는 구체적인 방법으로는 분말 표면의 오염정도에 따라 수소나 암모니아 가스등의 환원분위기, 진공분위기 또는 불활성 분위기중에서 저온 가열을 행하는 방법을 들 수 있다.

본 발명의 브레이징재는 플럭스와 금속분말의 혼합분말에 대하여 1차 또는 1,2차 가공을 통하여 브레이징재의 형상을 용접대상 부재의 형상에 적합한 형태로 성형하는 것이 가능하고 또한 동일한 형상과 칫수의 브레이징재를 대량으로 제조하는 것이 가능하여 브레이징 접합공정의 자동화를 실현할 수 있는 특징이 있다.

즉, 종래 브레이징 공정은 대부분이 손이 많이 가는 수작업에 의존하여 진행되었으나 본 발명의 브레이징재의 경우에는 접합 대상 부재의 형상에 적합한 형태로 대량으로 제작이 되기 때문에 이러한 특정 형상의 브레이징재를 접합하고자 하는 부위에 위치시켜 고정시킨 후 외부에서 열을 가해주기만 하면 브레이징 접합이 이루어지게 된다. 따라서, 동일한 부품에 대한 브레이징 접합시에는 동일한 형태로 제작된 본 발명의 브레이징재를 이용하고 이러한 브레이징재가 소정위치에 자동으로 이송되어 고정되도록 하고 또한 외부 가열이 자동적으로 수행되도록 함으로써 동일한 접합계면을 갖는 브레이징 접합 부재를 대량으로 얻을 수 있다.

이와같이, 브레이징 작업이 자동 공정으로 이루어질 수 있는 이유는 본 발명의 브레이징재의 경우 각 브레이징재가 서로 동일한 형태와 칫수를 유지하도록 제어하는 것이 가능할 뿐만 아니라 브레이징재 내부에 포함되어 있는 플럭스와 금속분말의 양을 정확하게 조절하는 것이 가능하기 때문이다.

상기 본 발명의 브레이징재는 이종 또는 동종의 금속을 접합하는 데 있어 필수 재료로서 금, 은등의 접합에서부터 자동차와 가정용 열교환기 파이프 접합등에 이르기까지 광범위하게 적용될 수 있다. 특히, 본 발명의 브레이징재는 내부에 존재하는 플럭스와 금속분말이 매우 짧은 거리에 위치하므로 아주 적은 제품에서부터 큰 크기의 제품의 접합에 적용이 가능하여 크기의 제한이 없다. 또한 플럭스와 금속분말을 분말상태 또는 슬러리 상태에서 가공하여 성형성을 부여할 수 있음에 따라 다양한 형태의 브레이징재를 가공할 수 있는 장점도 아울러 지니고 있다. 그리고, 동일한 형상으이 브레이징재를 연속적으로 제조하는 것이 용이하고 또한 적용하기가 간편하기 때문에 연속작업이나 자동화 공정에 손쉽게 적용이 가능하다.

한편, 본 발명의 분말 브레이징재는 알루미늄계, 동계, 아연계등을 비롯한 모든 합금계 접합에 적용가능하며, 실제 적용시 브레이징재 내부 플럭스는 외부 가열시 용융온도가 낮은 플럭스가 액상으로 용융되면서 유동성이 좋아져서 금속분말의 표면산화물과 접합표면 산화물을 고용제거하여 깨끗한 표면끼리 용융접합되어 접합간격을 채움으로써 브레이징이 완료된다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

실시예1

본 실시예는 알루미늄 열교환기의 파이프 연결접합에 사용되는 링 형상의 브레이징재를 제조하는 공정에 관한 것이다.

먼저, 본 발명의 여러 가지 플럭스와 금속분말의 혼합 제조공정중에서 첫 번째의 제조공정으로 플럭스와 금속분말의 혼합체를 제조하였다. 도1의 (가) 내지 (라)는 링 형상의 브레이징재의 제조공정도이다.

불화물계의 액상 플럭스를 고상으로 제조하는 반응중에 Al-10wt%Si 합금분말을 투입하여 건조시킴으로써 도1의 (가)와 같은 플럭스와 금속분말이 혼합되어 있는 분말 혼합체를 얻었다. 이때, 상기 불화물계 플럭스의 용융온도는 580℃이하이고, Al-10wt%Si 금속분말의 융점은 600℃ 부근이며, 플럭스 분말과 금속분말의 혼합비는 중량비로 1:9가 되도록 하였다. 이어서, 상기 플럭스와 금속분말의 혼합체를 원통형의 성형용기중에 넣고 분말단조를 하여 도1의 (나)와 같은 지름이 70 -80mm이고 길이가 약 300mm가 되는 빌렛으로 성형하였다.

다음, 상기 빌렛을 약 500℃ 정도로 예비가열한 상태에서 파이프 성형용 압출기를 이용하여 도1의 (다)와 같은 바깥지름이 10mm이고, 안지름이 6mm인 파이프 형상의 선재를 압출하였다. 상기와 같은 열간압출시에는 압출상태의 빌렛의 온도가 500℃ 이상의 금속분말의 재결정 온도 이상으로 높아지게 되어 금속분말과 플럭스가 반용융 상태로 되면서 금속분말의 변형이 발생되어 금속분말간에 결합이 이루어 지는 결과 압출되어 나오는 브레이징재는 소정의 강도를 유지하게 된다.

마지막으로, 도1의 (라)에 도시된 바와같이 상기 파이프 형상의 선재를 약 2mm의 폭으로 절단하여 동일한 형상과 크기를 갖는 다수개의 링형상 브레이징재를 제조하였다.

실시예2

상기 실시예1과 동일한 공정으로 빌렛을 제조한 다음 빌렛을 500℃ 정도에서 예비가열하면서 압출기를 이용하여 지름이 2mm 크기인 선재를 압출하였다. 상기 압출선재를 압출과 동시에 200 -400℃로 유지하고 있는 전기로를 통과하면 링 형태로 성형이 가능한 성형기를 이용하여 상기 실시예1에서 제조되는 링 형상의 브레이징재와 동일한 크기, 즉 내경이 6mm이고, 외경이 10mm이며, 폭이 2mm인 링 형상의 브레이징재를 제작하였다.

실시예3

본 실시예는 상기 실시예1,2에 의해서 제조된 링 형상 브레이징재를 이용하여 알루미늄 열교환기의 몸체 파이프(이하, "몸체 파이프"라 칭함)와 이에 연결되는 냉매등의 유체이송용 파이프(이하, "이송 파이프"라 칭함)의 접합을 행한 예에 대한 것이다.

먼저, 열교환기와 관련한 배경기술을 살펴보면, 그 동안 폭넓게 사용되어 왔던 동계 열교환기는 가격이 비싸서 현재 알루미늄 열교환기로 전량 대체되고 있는 추세이다. 알루미늄 열교환기는 컨펌(conform) 압출방법에 의해 곡선형태의 몸체부분과 몸체의 일측단부에 위치하여 냉매가 유입되는 입구부분과 냉매가 나가는 출구부분은 쉽게 압출이 가능하나 이들 몸체 파이프는 이송 파이프와 접합되어야만 사용이 가능하게 된다. 종래의 열교환기에서는 이들 몸체 파이프와 이송 파이프를 접합하기 위해서는 플럭스 도포공정, 토치 또는 노에서 가열하는 공정을 거쳐야 하기 때문에 적정량의 플럭스가 사용되지 못한 경우나, 작업자의 숙련도가 떨어지는 경우에는 불량율이 크게 증가되는 문제점이 있었다. 이러한 종래의 문제점은 아래와 같은 본 발명의 브레이징재를 이용한 접합을 통해서 완전하게 해결이 가능하다.

도2의 (가) 내지 (다)는 본 발명의 링 형상 브레이징재를 이용하여 알루미늄 열교환기의 파이프를 접합하는 과정을 단계별로 보인 것이다. 도2의 (가)에 도시된 링 형상 브레이징재(1)는 상기 실시예1,2에 의해서 제조된 것이고, 이송 파이프(2a)와 몸체 파이프(2b)의 외경은 6mm로서 링 형상 브레이징재(1)의 내경과 같은 크기이다.

다음, 도2의 (나)에서와 같이 이송파이프(2a)의 단부 외측에 링 형상 브레이징재(1)를 끼우는 한편 몸체 파이프(2b)의 단부 내경이 링 형상 브레이징재(1)의 외경과 동일한 크기인 10mm가 되도록 확관한다.

다음으로, 도2의 (다)에서와 같이 확관된 몸체 파이프(2b)의 단부를 이송 파이프(2a)에 끼워진 링 형상 브레이징재(1)의 외측에 밀착상태로 끼운 다음 외부에서 열을 가하여 브레이징 접합이 이루어지도록 한다.

이때, 링 형상 브레이징재(1)와 그 내외면에 접촉하고 있는 파이프(2a)(2b)간에는 틈새가 없이 밀착상태를 유지하기 때문에 외부에서 열이 가해지면 이들 파이프에 형성되어 있던 산화물이 먼저 용융되어 고용제거가 이루어지게 되고, 가열온도가 증가함에 따라 링 형상 브레이징재(1) 내부의 금속분말이 용융되어 이송 파이프(2a)와 몸체 파이프(2b) 사이으이 간격을 채우면서 응고하여 브레이징이 완료된다. 이와같은 브레이징 접합이 완료된 파이프 접합면을 절단하여 관찰하여 본 바 접합부에서의 접합 결함은 발견되지 않았으며, 접합부위에 압력을 가하는 기밀시험을 해 본 결과 역시 접합 결함을 발견할 수 없었다.

이상과 같은 본 발명의 브레이징재는 브레이징재 제조공정이 액상 플럭스를 고상으로 제조하는 반응 중간에 브레이징 금속분말을 투입하는 제조공정에서부터 다공성의 예비 성형체를 제조한 후 액상의 플럭스를 침지하는 공정에까지 제조공정이 다양하고, 플럭스와 금속분말의 상호 거리가 매우 가깝게 위치하므로 다양한 종류의 브레이징재 및 특수 목적용 브레이징재의 제조가 용이하다.

또한, 본 발명은 플럭스와 금속분말을 분말상태로 혼합하여 제조함으로 양 및 조성과 압출재의 상대밀도에 대한 제어가 용이하고, 압출재 내부에 수 마이크론 크기의 플럭스 입자가 균일하게 분포되어 있음으로 해서 플럭스 도포공정을 생략할 수 있고, 표면적이 넓어서 접합면 산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 브레이징재는 압출다이의 형상에 따라 판체형, 각형, 선재형 또는 파이프형등의 다양한 형태의 압출재를 제조하여 이를 직접 접합에 사용하거나, 상기 압출재를 굴곡, 절단, 가열등의 2차 가공을 통하여 링형이나 보다 복잡한 형상의 브레이징재로 가공할 수 있으므로 적용범위가 넓다.

이에 더하여, 본 발명의 브레이징재는 동일한 형태 및 칫수를 갖는 브레이징재를 연속적으로 생산하는 것이 가능하므로 종래에 수작업에 의존하던 브레이징 공정의 자동화를 실현할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (10)

1. 염화물계나 불화물계 중에서 선택된 플럭스와 순금속 분말, 알루미늄 합금 분말, 구리합금 분말, 스테인레스 분말 또는 귀금속 분말 중에서 선택된 브레이징 금속분말이 혼합되어 조성되고 3차원 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 금속분말과 플럭스가 혼합된 브레이징 소재.
2. 제1항에 있어서, 금속분말의 입자크기는 플럭스 분말의 입자크기에 비해 큰 것을 특징으로 하는 금속분말과 플럭스가 균일하게 혼합된 브레이징 소재.
3. 플럭스와 금속분말을 균일하게 혼합하는 단계와, 균일하게 혼합된 분말 혼합체를 가압하여 빌렛으로 성형하는 단계와, 빌렛을 예비가열한 상태에서 열간 압출하여 판상, 각형, 선재형 또는 파이프형의 압출재를 제조하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 금속분말과 플럭스가 혼합된 브레이징 소재의 제조방법.
4. 제4항에 있어서, 플럭스와 금속분말의 혼합은 액상 플럭스를 고상으로 제조하는 반응중에 금속분말을 투입하여 건조시킴에 의해서 수행됨을 특징으로 하는 금속분말과 플럭스가 균일하게 혼합된 브레이징 소재의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 플럭스와 금속분말의 혼합은 금속분말의 급냉응고시에 플럭스를 분사하여 금속분말의 표면에 플럭스가 도포되도록 함에 의해서 수행됨을 특징으로 하는 금속분말과 플럭스가 균일하게 혼합된 브레이징 소재의 제조방법
6. 제5항에 있어서, 급냉응고시에 분사되는 플럭스는 완제품으로서의 플럭스가 아닌 플럭스 원료로서의 불화칼륨(KF)와 불화알루미늄(AlF₃)의 혼합분말이고, 금속분말은 알루미늄(Al)분말, 금속실리콘(Si)분말 및 아연(Zn)분말이 소정의 비율로 혼합된 금속분말인 것을 특징으로 하는 금속분말과 플럭스가 균일하게 혼합된 브레이징 소재의 제조방법.
7. 제4항에 있어서, 플럭스와 금속분말의 혼합은 금속분말의 분쇄시 플럭스를 단순 첨가함에 의해서 수행됨을 특징으로 하는 금속분말과 플럭스가 혼합된 브레이징 소재의 제조방법.
8. 제4항에 있어서, 상기 압출재에 대하여 추가적인 굴곡, 절단등의 2차 가공을 행하여 보다 복잡한 형태의 브레이징재를 제조함을 특징으로 하는 금속분말과 플럭스가 균일하게 혼합된 브레이징 소재의 제조방법.
9. 액상 플럭스내에 바인더를 첨가하고 브레이징용 금속분말을 혼합하여 얻어진 슬러리를 압출등의 가공방법으로 압출재로 성형가공한 후 압출재에 포함된 바인더를 제거함을 특징으로 하는 금속분말과 플럭스가 균일하게 혼합된 브레이징 소재의 제조방법.
10. 브레이징용 금속분말을 다공체로 예비 성형한 후 이 예비 성형체를 액상 플럭스에 침지시켜 모세관 현상을 이용하여 내부 공공에 플럭스를 내포하게 하거나 표면에 플럭스가 도포되도록 함을 특징으로 하는 금속분말과 플럭스가 혼합된 브레이징 소재의 제조방법.