KR100393900B1 - 이종금속의 접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종금속의 접합방법에 관한 것으로, 특히 철계합금재질로 된 모재(20)의 한쪽표면을 곡면으로 가공하고, 그 가공면위에 동합금분말(24)을 일정한 형상으로 도포한 후, 그 위에 지그를 올려 압력을 가한 상태에서 질소와 수소를 혼합한 환원성 분위기의 노에 장입하고 900~980 ℃까지 온도를 서서히 올려 1~3시간 유지시킨 후, 700℃까지 노냉한 다음 노에서 꺼내어 공냉시키면서 서로 접합시킨다. 이와 같은 방법에 따르면 동합금분말을 사용하므로 접합부의 형상에 제약을 받지 않고, 접합계면에서 액상이 출현하므로 안정적인 접합을 얻을 수 있다. 특히 액상량을 제어하면 응고시 기공이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

Description

이종금속의 접합방법{Junction method between different materials}

본 발명은 이종금속의 접합방법에 관한 것으로, 특히 안정된 접합력을 유지하면서 보다 적은 비용으로 대량생산이 가능하게 한 유용한 이종금속 접합방법에 관한 것이다.

유압모터, 유압펌프의 핵심부품으로 사용되는 실린더블록은 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더블록(10)이 상대 마찰재인 밸브플레이트(12)에 대해 고속, 고압의 회전운동으로 유압을 형성하여 운동에너지를 얻게 된다.

이러한 고속, 고압의 회전운동을 하는 실린더블록(10)과 밸브플레이트(12)간에는 마찰을 최소화하기 위해 윤활성을 확보하는 것이 중요한 바, 이를 위해 일반적으로 실린더블록이나 밸브플레이트에 윤활성이 뛰어난 동합금재질의 라이닝재(14)를 상기 실린더블록(10) 또는 밸브플레이트(12)의 어느 한쪽에 접합하여 사용하고 있다.

이때 동합금을 접합하는 방법으로는 종래에 주조접합법, 확산접합법 등이 사용되고 있다.

먼저 주조접합법은 예열된 모재에 용융된 동합금의 접합제를 부어 제작하거나, 접합제를 미리 가공된 모재에 놓고 가열하여 용융상태로 만들어 제작하는 용융에 의한 접합하는 것으로, 생산코스트가 낮아 가장 선호되는 접합방법이긴 하지만,

동합금의 조성을 제어하기가 어렵고 편석등의 문제가 있으며 용해와 예열을 위한 고가의 장비가 별도로 필요하여 주물공장등과 같이 제한적으로만 적용가능하다.

또, 확산접합법은일예로서 일본국 공개특허공보 평1-108304호로 알려져 있다. 이러한 확산접합법은모재와 접합재를 밀착시켜 모재의 융점 이하의 조건으로 소성변형이 발생하지 않을 정도로 가압해서 접합면간에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 접합하는 방법으로, 일정한 수준이상의 접합력을 얻기 위하여는 접합하려는 양쪽 부재(모재와 접합재) 표면이 밀착하도록 가공하여야 하고, 특히 접합면이 평면이 아닌 경우 높은 가공비가 소요되므로 양산공정에 적용하기에는 문제점이 있었다.

한편, 소결접합법은 조성제어가 가능하고, 형상에 따른 영향을 비교적 적게 받는 장점은 있으나, 위 다른 접합법에 비하여 접합안정성이 낮고, 공정시간이 길다는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 확산접합법에서의 단점인 기계가공에 따른 낮은 생산성과 고비용문제를 해결하면서도 뛰어난 접합 안정성과 균일한 합금조성을 유지할 수 있는 이종금속의 접합방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이종금속 접합방법은, 동합금분말을 모재위에 도포하고, 그 위에 지그를 얹어 놓은 후, 비산화성 진공분위기 혹은 환원성 분위기의 노에 장입하여 동합금분말의 액상선과 고상선의 중간 온도에서 일정시간 가열하여 고상과 액상이 공존하는 상태로 접합하는 데 특징이 있다.

상기 방법으로 이종금속을 접합하면 동합금분말을 사용하므로 접합부의 형상에 제약을 받지 않고, 접합계면에서 액상이 출현하므로 안정적인 접합을 얻을 수 있다. 특히 액상량을 제어하면 응고시 기공이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

도 1 은 유압실린더블록의 구조를 도시한 개략단면도,

도 2 는 본 발명에 따른 이종금속의 접합방법에 대한 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 실린더블록 12 : 밸브플레이트

14 : 동합금라이닝재

20 : 모재 24 : 동합금분말

30 : 가압지그

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 이종금속 접합방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 이종금속 접합방법은 모재(20)위에 동합금분말(24)을 도포하는 단계; 동합금분말(24)위에 가압지그(30)를 얹어 동합금분말을 가압하는 단계; 동합금분말이 도포되어 가압된 모재를 비산화성 진공분위기 혹은 환원성 분위기의 노에 장입하는 단계; 동합금분말의 액상선과 고상선의 중간 온도로 1-3시간 가열하여 고상과 액상이 공존하는 상태로 2개의 이종금속을 접합하는 단계;를 포함한다.

상기한 방법으로 동합금분말과 철계합금을 서로 접합할 때, 중요한 공정요소중 하나는 노의 분위기이다. 노의 분위기는 환원성 분위기 혹은 진공분위기가 되어야 한다. 동합금분말에는 표면에 산화피막이 필연적으로 형성되는 데, 접합과정에서 이들 산소가 외부로 빠져나오지 못하고 동합금내에서 갇혀 있어 기공으로 존재하므로 로의 분위기를 통하여 동합금 표면의 산화막을 충분히 제거하여야 한다.

또한 철계합금에 아무런 전처리가 없을 경우도 환원성 분위기는 유용하다. 철계합금에도 얇은 산화막이 형성되어 있는 데, 이러한 산화막은 접합에 악영향을 미치게 되므로 환원성 분위기안에서 접합을 하면 철계합금 표면에 있는 산화막을 제거하여 접합력이 향상되게 된다.그리고 모재와 동합금분말의 접합성을 향상시키기 위하여 모재는 철계합금에 니켈도금 혹은 동도금등과 같은 도금을 한 것이 사용될 수도 있고, 니켈도금과 동도금을 함께 한 것을 사용될 수도 있다. 이때 도금두께가 너무 두꺼우면 접합계면에 금속간 화합물이 많이 발생하여 접합력을 오히려 저하시키고, 도금두께가 너무 얇으면 도금의 효과가 낮아지므로 도금두께는 2~40㎛정도가 적합하다. 이러한 도금은 통상 전기도금으로 행한다.

또 접합시 고려하여야 할 또 다른 공정요소는 접합온도이다.예컨대 980℃ 이상의 접합온도에서는 동합금분말의 액상의 량이 너무 과다해지므로 이 온도에서 용융접합을 하게 되면 접합부에 기공이 발생할 수 있고, 반면에 880℃ 이하의 접합온도에서는 액상의 량이 너무 적어 고상접합에서의 문제점을 가지게 되므로 접합온도는 880~980℃로 유지하는 것이 바람직하다.

그리고 접합시 압력을 가하지 않더라도 양호한 접합력을 얻을 수 있지만 일정압력을 가하면 더욱 접합면을 얻을 수 있다. 하지만 4kgf/mm2 이상의 압력에서는 동합금성분이 접합부 외측으로 빠져나오게 되므로 적정압력을 유지하여야 한다.

[실시예1]

저합금강인 SCM440로 된 모재의 한쪽표면을 곡면으로 가공하고, 그 가공면위에 연청동분말( Pb 5~20%,Sn 3~13%, 기타 2%, 나머지 Cu로 조성됨)을 일정한 형상으로 도포한 후, 그 위에 지그를 올려 압력을 가한 상태에서 질소와 수소를 혼합한 환원성 분위기의 노에 장입하고 900~980 ℃까지 온도를 서서히 올려 1~3시간 유지시킨 후, 700℃까지 노냉한 다음 노에서 꺼내어 공냉시키면서 서로 접합시킨다.

상기 과정을 통하여 얻어진 조직은 도 3에 도시한 바와 같이 접합면에 기공이 없었다.

[실시예2]

GCD500의 구상흑연주철로 된 모재를 사용하고, 그 모재의 한쪽면을 일정한 형상으로 가공한 후 그 가공면위에 인청동(Cu 80~95%,Sn 5~20%, 기타 2%)분말을 도포하고, 그 위에 지그를 올려 가압한 상태로 진공로에 장입하고 920~990℃까지 온도를 서서히 올려 1~3시간 유지시킨 후, 700℃까지 노냉하고나서 상온까지 담금질한 다음 서로 접합하였다.

이때의 조직은 도 3에 도시된 바와 같이 접합면에 기공이 없었다.

[실시예3]

S45C의 탄소강으로 된 모재의 한쪽면을 일정한 형상으로 가공하고, 그 위에황동분말을 도포한 후, 그 위에 흑연지그를 올리고 다시 그위에 가압지그를 올려 놓고, 그 상태로 비산화성 분위기의 로에 장입한 다음 880~970℃에서 1~3시간 유지시킨 후, 600℃까지 노냉한다.그리고 나서 상온까지 담금질하여 서로 접합완료하였다.

이와같은 본 발명의 제조방법에 따르면, 동합금분말을 사용하므로 접합부의 형상에 제약을 받지 않고, 접합계면에서 액상이 출현하므로 안정적인 접합을 얻을 수 있다. 특히 액상량을 제어하면 응고시 기공이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

Claims (5)

1. 모재위에Pb 5~20%,Sn 3~13%, 기타 2%, 나머지 Cu로 조성된 연청동, Cu 80~95%,Sn 5~20%, 기타 2%로 조성된 인청동 중에서 선택된 어느 하나의동합금분말을 도포하는 단계; 동합금분말 위에 가압지그를 얹어 동합금분말을 가압하는 단계; 상기 동합금분말이 도포되어 가압된 상태의 모재를 비산화성 진공분위기 혹은 환원성 분위기의 노에 장입하는 단계; 동합금분말의 액상선과 고상선 중간의 온도인,880~980℃의 온도에서 1-3시간 동안 가열하여고상과 액상이 공존하는 상태에서 소결하는 단계; 동합금이 소결된 모재를 공냉 또는 노냉하여 냉각시키는 단계;를 포함하는 이종금속의 접합방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 모재는 그 표면에2~40㎛ 두께의 니켈도금 또는 동도금을 하거나 니켈도금과 동도금을 동시에 한 것을 특징으로 하는 이종금속의 접합방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 접합단계에서, 동합금분말이 도포된 모재를 가압하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이종금속의 접합방법.