KR100432186B1 - 금속부재의 접합구조 및 접합방법 - Google Patents

Abstract

제 1 금속부재와 제 2 금속부재를 땜납으로 접합한 금속부재의 접합구조에 있어서, 제 1, 제 2 금속부재 중 적어도 한 쪽에 SnZn 합금 도금을 실시하고, 땜납을 SnAg 합금으로 하였다. 이것에 의해, 도금의 열열화와 땜납 및 도금끼리의 접촉부식을 방지함과 동시에 땜납의 부착 퍼짐성을 향상시켜, 접합구조의 내식성과 접합강도 등의 품질을 향상시킨다.

Description

금속부재의 접합구조 및 접합방법 {Structure and method for joining metal members}

예를들면 도 10에 도시한 바와 같은 차량용 연료 탱크(1)에는 급유를 위한 필러 넥(filler neck) 파이프(2), 급유시의 공기를 빼기 위한 브리더(breather) 파이프(3), 연료 탱크(1)내의 압력 릴리스를 위한 벤트(vent) 파이프(4) 등의 파이프가 접합되어 있다. 이러한 파이프를 연료 탱크(1)에 접합하는데 있어서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 파이프(P)의 일단부를 연료 탱크(1)에 압입하고, 이어서, 파이프(P)와 연료 탱크(1)와의 경계에 근접하여 링형상 땜납(S)을 배치하여, 이 땜납(S)을 고주파 유도 가열용 전극(6)에 의해 가열용융한다. 이것에 의해, 도 12에 도시된 바와 같이, 용융한 땜납(S)이 파이프(P)와 연료 탱크(1)의 경계의 모퉁이부에서 고화하여, 양자를 기밀하게 접합한다.

그런데, 땜납으로는 종래부터 Pb-Sn 합금이 대표적이었지만, 페이퍼 쉬레더(paper-shredder) 더스트 등의 산업 폐기물로부터의 Pb 용출규제라고 한 환경규제가 있기 때문에, Pb 사용은 바람직하지 못하고 대체재가 요청되고 있다. 이 때문에, 최근에는 Ag 합금, Cu 및 Cu-Zn계 합금, Zn-Al 합금 등이 사용되고, 또한 특개평 10-71488호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, Sn 합금(SnAg계)의 땜납도 알려져 있다.

한편, 연료 탱크나 파이프의 재료로는 Zn 도금, Al 합금 도금, Zn 합금 도금 등을 실시한 표면처리강판이 사용된다. 또는, 강판으로 소재를 가공한 후에 도금을 실시하는 후처리 도금이 행해지는 적도 있지만, 어느 쪽의 경우라도, 도 12에 도시된 바와 같이, 도금(M1, M2)이 실시된 연료 탱크(1) 및 파이프(P) 끼리가 땜납(S)으로 접합된다. 이들의 접합에 땜납(S)을 사용하는 것은 다른 용접 등의 방법에 비하여 가열온도가 낮고, 박판으로 치수정밀도가 요구되는 부위의 열변형을 억제할 수 있는 것, 시일성이 좋은 것, 설비를 콤팩트하게 할 수 있는 등의 이유에 의한다.

그런데, 자동차용 연료 탱크에서는 내부 연료의 증기가 온도차로 팽창하기 때문에, 땜납 부착 부분에는 높은 내압에 견디는 시일성이 요구됨과 동시에, 자동차 주행시의 진동이나 가속도에 대하여 기능을 손상하지 않을 것 같은 신뢰성과 내구성이 요청된다. 또한, 연료 탱크는 차체의 플로어 밑에 배치되는 일이 많고, 융설염(融雪鹽), 진흙(泥), 물, 습도, 비석이라는 가혹한 도로환경이나 기상환경에 바래지기 때문에, 땜납 부착 부분에도 높은 도장성과 내식성이 요청되고 있다. 또한, 연료 탱크내의 가솔린이 열화하면, 산이나 과산화물이라는 부식성 성분이 생성되기 때문에, 내면의 내식성도 요청된다.

그런데, 땜납 부착을 행할 때의 가열에 의해, 그 부근의 도금도 가열되기 때문에, 도금이 열열화하는 문제가 있었다. 즉, 땜납의 부착 퍼짐성(습윤성)을 높여 부재에 강고하게 고착시키기 위해서는, 땜납의 융점보다도 50℃(바람직하게는 100℃) 이상의 온도로 가열해야 한다. 이 가열에 의해, 고주파 가열용 전극 바로 위의 파이프벽부가 특히 고온으로 되어, 도금 금속이 소재의 Fe와 합금화하여 내식성이 저하하거나 도금 자체가 약해진다. 경우에 따라서는, 도 13(a)에 도시하는 바와 같이, 도금(M2)이 용융하여 흘러 내리거나, 도 13(b)에 도시하는 바와 같이, 도금(M2)이 산화하여 다공성 산화피막(M3)이 된다거나 하여, 내식성이 크게 저하함 과 동시에 후자의 경우에는 도장성도 저하한다.

또한, 땜납과 도금의 재료가 다르면, 비금속이 음극으로 되는 접촉부식이 생겨 내식성이 저하하는 문제도 있었다. 따라서, 본 발명은 가혹한 사용조건에 있어서도 높은 신뢰성과 내구성을 확보할 수 있는 금속부재의 접합구조 및 접합방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로는, 본 발명은 이하의 점을 고려하여 도금과 땜납의 재료를 선정한 것이다.

① 땜납부의 강도가 높고 내부결함이 적어서 품질이 뛰어난 접합구조를 얻기 위해, 도금에 대하여 부착 퍼짐성이 양호한 땜납을 선정한다.

② 땜납과 도금과의 접촉부식을 억제하기 위해, 땜납과 도금의 재료에 부식전위 차가 작은 것을 선정한다.

③ 도금의 내식성을 향상시키기 위해, 염수나 열화 가솔린에 대한 내식성이 높은 것을 선정한다.

④ 땜납 부착시의 가열에 의한 도금의 열열화를 억제하고, 더 나아서는 도막밀착성을 높이기 위해, 융점이 낮은 땜납을 선정한다. 단, 후공정에서의 도금 도장이 150℃ 이상에서 행해지는 것을 고려하면, 땜납 및 도금의 융점은 180℃ 이상인 것이 바람직하다.

본 발명은 예컨대 자동차용 연료 탱크 등의 탱크와 파이프의 접합구조에 적용하는 바람직한 금속부재의 접합구조에 관한 것으로, 특히 Pb를 사용하지 않고서 내식성과 시일성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.

도 1은 각종 금속의 부식전위서열을 나타내는 도면이다.

도 2(a)∼(d)는 땜납 부착부의 상세를 나타내는 단면도이다.

도 3은 땜납 부착부의 표면의 Zn 함유율을 Ag 함유율과의 관계로 나타내는 그래프도이다.

도 4는 Zn 함유율과 파이프 뽑기 강도 및 붉은 녹 발생 사이클과의 관계를 나타내는 그래프도이다.

도 5(a)∼(c)는 땜납 부착부의 냉각방법을 각각 나타내는 종단면도이다.

도 6은 땜납 부착부의 측정온도개소를 나타내는 종단면도이다.

도 7은 땜납 부착부의 각 부의 온도를 나타내는 그래프도이다.

도 8은 가열시의 전력과 땜납부 및 도금부의 온도와의 관계를 나타내는 그래프도이다.

도 9는 땜납 부착부를 냉각하는 경우와 냉각하지 않은 경우의 가열전력의 관리폭을 나타내는 그래프도이다.

도 10은 연료 탱크를 나타내는 사시도이다.

도 11은 연료 탱크에 파이프를 땜납 부착하고 있는 상태를 나타내는 사시도이다.

도 12는 땜납 부착부의 상세를 도시하는 종단면도이다.

도 13(a), (b)는 땜납 부착부에 생긴 품질불량을 나타내는 종단면도이다

(1) 도금의 열열화 방지

본 발명자들은 상기한 관점에서 도금 및 땜납의 재료를 검토하였다. 우선, 도금의 열열화 방지의 관점에서, 이하에 각종 합금 또는 금속의 융점을 열거하였다. 표 1의 대비로부터, 아연∼구리 아연 합금은 융점이 높기 때문에, 도금재(납 주석 합금 등)의 산화 등의 열열화가 생기는 것이 예상된다. 따라서, 땜납의 재료로는 주석 은 합금∼주석 아연 합금이 바람직하다.

(2) 도금의 내식성

자동차용 연료 탱크에서는 외부 환경에 대한 내식성과 연료의 열화로 발생하는 산이나 과산화물에 대한 내식성이 요청된다. 그래서, 염수 환경에서 소재인 Fe 에 대하여 적절한 방식(防食)으로서 기능하거나(외면 내식성), 개미산이나 초산을 포함하는 열화 가솔린에 대하여 안정성을 갖는지의 여부(내면 내식성)에 관하여, 각종 금속에 대한 평가를 표 2에 기재하였다. 표 2의 대비로부터, 도금 재료로는 알루미늄 규소 합금과 주석 아연 합금이 바람직하다.

(3) 내접촉부식성ㆍ땜납 부착 퍼짐성

도 1에 각종 금속의 해수 중에서의 부식전위서열을 나타낸다. 땜납 및 도금에 도 1에 나타내는 2개의 금속을 사용한 경우에, 양자의 부식전위서열이 떨어져 있을수록 부식전위차가 커지며, 비금속이 부식하기 쉽다. 이것을 규준으로서, 각종 금속의 조합의 내접촉부식성을 평가하여, 표 3에 기재하였다. 또한, 각 금속의 조합에 있어서, 납 주석 땜납과 납 주석 도금과 동일한 땜납 부착 퍼짐성을 갖는 경우를「」, 약간 뒤떨어지지만 허용범위인 경우를「△」, 땜납 부착이 곤란 또는 불가능한 경우를 「 ×」 로서 표 3에 병기하였다.

표 3으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 내접촉산화성에 관해서는, 주석 아연 합금 끼리를 조합시킨 경우가 가장 우수하다. 그렇지만, 이 조합에서는 땜납 부착시에 용융금속의 표면에 아연 산화물이 생성되기 때문에 부착 퍼짐성이 좋지 않고, 거의 실용성이 없다. 한편, 주석 은 합금의 땜납과 주석 아연 합금의 도금의 조합에서는 땜납 부착 퍼짐성이 양호하고 내접촉부식성도 허용범위이다. 또한, 이들 합금은 융점도 낮고, 또한 내면 및 외면내식성도 우수하다.

따라서, 본 발명은 상기한 검토에 의거하여 이루어진 것으로, 제 1 금속부재와 제 2 금속부재를 땜납으로 접합한 금속부재의 접합구조에 있어서, 제 1, 제 2 금속부재의 적어도 한 쪽에는 SnZn 합금 도금이 실시되고, 땜납은 SnAg 합금인 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성의 금속부재의 접합구조에 있어서는, 땜납과 도금의 융점이 근사하기 때문에 서로 용융하기 쉽고, 따라서 땜납의 부착 퍼짐성이 양호하고 내부결함이 적으며 금속부재에 강고하게 고착한다. 따라서, 연료 탱크 내부의 높은 내압에 견디는 시일성과, 자동차 주행시의 진동이나 가속도에 대하여 기능을 손상하지 않는 신뢰성 및 내구성을 얻을 수 있다. 이것에 대하여, 땜납 및 도금의 융점 차가 크면, 높은 쪽의 융점에 가열온도를 합치지 않으면 안된다. 이 때문에, 저 융점측 금속이 과열에 의해 산화하여 산화피막이 형성됨으로써, 소재의 Fe가 부식되기 쉽게 됨과 동시에 도막밀착성이 저하하지만, 본 발명에서는 그와 같은 불량은 생기지 않는다. 또한, 도금이 SnZn 합금이기 때문에 내면내식성 및 외면내식성이 뛰어나고, 또한 부식전위차가 적기 때문에 접촉부식 발생도 억제된다.

여기서, 땜납과 도금이 용합한 부분의 표면에는, 땜납에 SnZn 합금 도금이 합금화하여 이루어지는 Zn 농후층을 갖는 것이 바람직하다. Zn 농후층을 가짐으로써, 땜납 및 도금 사이의 접촉부식이 방지됨과 동시에, 전처리 공정에서 화성 피막이 형성되기 쉽게 되어 도막밀착성이 향상한다.

또한, SnZn 합금 도금은 Sn: 93∼55중량%, Zn: 7∼45중량%의 조성을 갖는 것이 바람직하다. Zn 함유율이 7중량% 미만인 경우에는, Fe에 대한 방식으로서의 Zn 양이 적고, 이 때문에 Fe가 부식되기 쉽게 되어 염수환경에서의 내식성이 저하한다. 한편, Zn의 함유율이 45중량%를 넘으면, 땜납과 도금이 용합 부분의 표면에 Zn 산화물이 형성되고, 더구나 그것은 다공성상으로 된다. 이 때문에, 땜납의 부착 퍼짐성이 열화하여, 고착강도가 저하한다.

본 발명의 금속부재의 접합방법은 제 1 금속부재와 제 2 금속부재를 땜납에 의해 접합하는 금속부재의 접합방법에 있어서, 제 1, 제 2 금속부재 중 적어도 한쪽에 SnZn 합금 도금을 실시함과 동시에, 상기 땜납으로서 SnAg 합금을 사용하고,또한 접합개소를 냉각하면서 접합하는 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명에 의하면, 도금의 과열에 의한 유실이나 도금의 산화에 의한 다공성 층의 형성을 확실히 방지할 수 있다. 특히, 한 쪽의 금속부재가 파이프와 같은 중공 부재인 경우에는, 중공 부재의 내측에 바람직하게는 공기나 가스라고 한 기체의 냉매를 공급함으로써, 적절한 냉각효과를 얻을 수 있다. 또한, 종래는 고주파 가열용 전극에 공급하는 전력을 관리하는 것으로 땜납 조건을 제어했지만, 이것에 냉각에 의한 제어가 가해지기 때문에, 전력 관리 폭이 넓어져 제어가 용이하게 됨과 동시에 품질도 안정한다.

다음에, 도 2를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 연료 탱크(제 1 금속부재; 1)는 Fe제 소재(1a)의 내외면에 SnZn 합금 도금(M1)이 실시된 것이다. 이 연료 탱크(1)에는 내외면에 SnZn 합금 도금(M2)이 실시된 파이프(제 2 금속부재; P)가 압입되어 있다. 또한, 도면에서는 내면측의 도금의 기재를 생략하고 있다. 파이프(P)에는 링형상 땜납(S)이 끼워 맞춰져, 땜납(S)은 이것에 근접하여 배치된 고주파 가열용 전극(도시 생략)에 의해 가열용융된다. 도 2(b), (c)는 땜납(S)이 고화한 상태를 나타내고 있다. 도 2(c)에 도시하는 바와 같이, 땜납(S)의 표면에는 도금(M1, M2)이 땜납(S)에 합금화하여 Zn 농후층(R)이 형성되어 있다. 이어서, 연료 탱크(1) 및 파이프(P)에는 도 2(d)에 나타낸 바와 같이, 바람직하게는 전처리 공정을 거쳐 도장이 실시되고, 이것은 도막(C)으로 덮여진다. 이러한 금속부재의 접합구조에서는, 땜납(S)의 표면에 Zn 농후층(R)이 형성되어 있기 때문에, 땜납 및 도금 사이의 접촉부식이 방지됨과 동시에, 전처리 공정에서 화성 피막이 형성되기 쉬우므로 도막밀착성이 양호하다. 따라서, 땜납(S) 표면의 내식성을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 땜납으로는 Sn: 94∼98중량%, Ag: 2∼6중량%의 것이 바람직하지만, Zn, Cu, Bi 등의 제 3 첨가금속을 3중량% 미만 함유하고 있어도 좋다. 또한, 본 발명에서는 제 1, 제 2 금속부재의 적어도 한 쪽에 SnZn 합금 도금이 실시되어 있으면 좋고, 다른 쪽의 금속부재에 대해서는 SnZn 합금 도금 이외의 Ni 도금을 실시하거나, 또는 도금을 행하지 않을 수도 있다. SnZn 합금 도금 중의 Zn 함유율은 7∼45중량%인 것이 바람직하다. Zn 함유율이 7중량% 미만인 경우에는, Fe에 대한 방식으로서의 Zn 양이 적고, 이 때문에 Fe가 부식되기 쉬워져 염수환경에서의 내식성이 저하한다. 한편, Zn 함유율이 45중량%를 넘으면, 땜납(S)의 도 2(c)의 부호(Z)로 나타내는 영역에 Zn 산화물이 형성되고, 더구나 그것은 다공성상으로 된다. 이 때문에, 땜납의 부착 퍼짐성이 열화하여, 고착강도가 저하한다. 또한, SnZn 합금 도금의 두께는 3∼13㎛가 바람직하다. 또한, SnZn 합금 도금의 표면에 크로메이트(chromate) 처리피막이나 두께 1㎛ 이내의 유기피막, 또는 무기복합피막을 형성하면 내식성이 더욱 향상한다.

이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 더 상세히 설명한다.

1. 제 1 실시예

A. 시료의 작성

외경이 16㎜, 내경이 14㎜이고 내외면에 SnZn 합금 도금 또는 Ni 도금이 실시된 강철제 파이프(부재 A)와, 표리면에 SnZn 합금 도금이 실시된 두께 1㎜의 강판(부재 B)을 준비하였다. 강판에 구멍을 뚫어 파이프를 압입하여, 링형상 SnAg 합금제 땜납을 사용하여 접합함으로써, 도 13에 나타낸 바와 같은 실시예의 접합구조를 얻었다. 또한, 부재(A, B)의 도금 성분을 SnZn 합금 이외의 것으로 한 것 이외에는 실시예와 동일하게 하여 비교예의 접합구조를 얻었다. 또한, 각 접합구조에는 두께 20㎛의 도장을 전면에 대하여 행하였다. 각 접합구조에 있어서의 땜납 및 도금의 종류와 Ag 및 Zn 함유율(중량%)을 표 4에 기재하였다.

B. 시험

각 접합구조에 대하여 자동차 규격(JASO M 610-92)에 의거하는 복합부식시험을 행하여 내식성을 조사하였다. 이 복합부식시험에서는 접합구조에 대하여 ① 35 ℃의 NaCl 수용액을 2시간 분무하고, ② 60℃에서 상대습도가 20∼30%인 분위기에서 4시간 건조하여, ③ 50℃에서 상대습도가 95% 이상인 습윤 환경에서 2시간 방치하였다. 이 ①∼③의 공정을 1 사이클로 하여, 접합구조에 붉은 녹이 발생하기 까지의 사이클수를 계수하였다.

도 12에 도시하는 상태에서 파이프를 강판에 대하여 윗쪽으로 끌어올려, 파이프 뽑기 하중을 측정하였다. 또한, 도장전의 땜납 상태를 육안으로 관찰하여 부착 퍼짐성을 평가하였다. 이상의 결과를 표 5에 기재하였다. 땜납의 부착 퍼짐성은 가장 범용되고 있는 Pb-Sn 도금 및 Pb-Sn 땜납의 조합과 동등한 경우를 ◎, 그것보다도 약간 뒤떨어지지만 양호한 경우를, 뒤떨어지지만 허용범위인 경우를 △, 땜납 불량의 경우를 ×로 하였다.

표 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1∼3의 접합구조에서는 땜납 부착 퍼짐성이 우수하기 때문에, 뽑기 하중이 950kgf 전후라는 높은 값을 나타냄과 동시에, 내식성도 양호하다. 또한, 실시예 4, 6에서는 SnZn 합금 도금의 Zn의 함유율이 비교적 높기 때문에, 도금시에 땜납 및 도금 사이에 Zn 산화물이 생겨 땜납 부착 퍼짐성과 파이프 뽑기 하중이 약간 저하하였지만, 실용상은 문제가 없는 범위이다. 실시예 5에서는 부재(A)의 도금이 Fe에 대한 방식이 되지 않는(Fe보다도 귀함) Ni이기 때문에, 내식성이 약간 저하했지만 실용상은 문제없다.

비교예 1에서는 도금이 융점이 높은 Ni이기 때문에, 땜납 부착시에 도금이 용융하는 일이 없고, 양호한 땜납 부착 퍼짐성 및 파이프 뽑기 하중을 나타냈다. 그렇지만, 비교예 1의 도금은 어느 것이나 Ni 이기 때문에 내식성은 뒤떨어져 있었다. 또한, 비교예 2에서는 도금의 Zn 함유율이 높기 때문에, 땜납 및 도금 사이의 합금층에 Zn 산화물이 다공성상으로 생성하여, 땜납의 부착 퍼짐성이 매우 악화되어 있었다. 비교예 2에서는 부재(A) 및 부재(B)의 도금은 SnAg 합금에 대하여 부식전위서열이 꽤 떨어져 있는 Zn 및 ZnNi이다. 이 때문에, 도금 사이에 접촉부식이 일어나서, 내식성이 더욱 뒤떨어져 있었다.

도 3은 실시예 1∼5 및 비교예 1에 있어서의 땜납 표면의 Zn 및 Ag 함유율을 나타내는 그래프도이다. 도 3으로부터 명백한 바와 같이, 도금의 Zn 함유율이 증가함에 따라, SnAg 합금 땜납의 표면에 의해 농후한 Zn층이 형성된다. 그리고, 이 Zn 농후층에 의해, 땜납 및 도금 사이의 접촉부식이 억제됨과 동시에 도막밀착성이 향상하여, 상기한 바와 같은 뛰어난 내식성을 얻을 수 있다.

2. 제 2 실시예

상기 제 1 실시예에 있어서, 부재 A, B의 도금을 Zn 함유율이 서로 같은 SnZn 합금으로 하여, 도금의 Zn 함유율을 O에서 1OO중량%까지 단계적으로 변화시킨 접합부재를 제작하였다. 이어서, 접합부재의 파이프 뽑기 하중을 측정하여, 그 결과를 도 4에 나타냈다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 파이프 뽑기 하중은 Zn 함유율이 많을수록 커지만, 45중량%를 상회한 정도부터 급속히 저하한다. 이것은땜납 및 도금 사이의 합금층에 Zn 산화물이 취약한 다공성상으로 생성되기 때문이다. 이 결과로부터, 도금의 Zn 함유율은 45중량% 이하가 바람직하다는 것을 알 수 있다.

또한, 도금의 Zn 함유율이 0∼55중량%인 것에 관해서 제 1 실시예와 동일한 조건에서 복합부식시험을 행하여, 그 결과를 도 4에 병기하였다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, Zn 함유율이 7중량% 미만이면, Zn의 방식으로서의 기능이 얻어지지 않고 내식성이 급격히 저하한다. 이 때문에, 도금의 Zn 함유율은 7중량% 이상이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

3. 제 3 실시예

도 5는 파이프를 냉각하면서 땜납 부착하는 방법을 나타내는 도면으로, (a)는 냉매에 의해 파이프의 내면을 냉각하는 방법, (b)는 냉매에 의해 파이프의 외면을 냉각하는 방법, (c)는 방열 핀을 파이프의 상단부에 장착함으로써 열을 분산, 방열하는 방법을 도시하고 있다. 상기 제 1 실시예의 실시예 3을 도 5(a)∼(c)에 도시하는 냉각방법을 병용하여 실시하였다. 그리고, 그 때의 접합구조의 도 6에 도시하는 개소의 온도를 측정하여 냉각효과를 조사함과 동시에, 땜납 부착부의 품질(부착 퍼짐성)과 내식성을 제 1 실시예와 동일한 방법으로 조사하여, 그것들의 결과를 표 6에 나타냈다.

표 6에 나타낸 바와 같이, (a-2), (a-3)의 냉각방법에서는 냉각 과잉으로 되고, 특히, 파이프와 땜납의 계면에서 용입 부족이 되어 땜납 품질을 만족시키지 않았다. 또한, (b-1)의 냉각방법에서는 고화하지 않는 땜납의 표면에 냉매에 의한 파상 주름이 발생하고, (b-2)의 냉각방법에서는 땜납의 표면에 급냉에 의한 크랙이 발생하여 땜납 품질을 만족시키지 않았다. 또한, 냉매를 사용하지 않는 (c)의 냉각방법에서는 온도 상승의 억제에 충분한 효과가 얻어지지 않았다. 결국, 공기 또는 가스를 냉매로 한 파이프 내면냉각(a-1)이 적절한 냉각으로 가장 양호하였다.

도 7은 (a-1), (a-3) 및 (c)의 냉각방법에 있어서의 도 6에 나타내는 점(A, B, C)의 온도를 나타내는 그래프도이다. 또한, 비교를 위해 냉각을 행하지 않은 경우의 온도도 병기하였다. 도 7에 나타낸 바와 같이, (a-3)의 냉각방법에서는 냉각 과잉때문에 A점에서의 온도가 필요한 가열온도(약 340℃)를 하회하여, 땜납의 용입 불량이 생겼다. 또한, (c)의 냉각방법에서는, 냉각을 행하지 않은 경우와 온도가 거의 변하지 않았다.

다음에, 표 7에 나타내는 땜납 및 도금의 조합으로 냉각방법을 변화시켜 땜납 부착을 행하여, 제작한 접합부재의 각종 특성을 조사하여 표 7에 병기하였다.여기서, 도장은 땜납 부착후의 접합부재를 에폭시계 또는 멜라민계 도료로 약 20㎛의 막두께로 도장하여, 표준적 시간 건조하여 행하였다. 또한, 도막밀착성은 도장품을 40℃의 이온교환수에 240시간 침지후, 이것을 집어내어 파이프 표면에 1㎜ 각의 바둑판 눈 형상의 컷상을 나이프로 표를 하여, 셀로판 테이프로 바둑판 눈 부위를 벗겨 평가하였다. 또한, 그 평가에 있어서는 벗기기가 1개의 바둑판 눈 면적당 50% 미만이고, 또한 바둑판 눈의 전체수가 그것을 만족하고 있는 경우에「」, 그 이외의 경우를 「 ×」라고 하였다. 또한, 「도금내식성」은 도장전의 복합부식시험에 있어서의 사이클수이고, 「도장내식성」은 도장후의 복합부식시험에 있어서의 사이클수이다.

표 7로부터 이해할 수 있는 바와 같이, (a-1)의 냉각방법에서 도금에 SnZn 합금, 땜납에 SnAg 합금을 사용한 경우에는, 모든 특성에서 매우 뛰어난 결과가 얻어졌다. 특히, (a-1)의 냉각방법에서 도금 및 땜납에 Pb-Sn을 사용한 경우보다도파이프 뽑기 강도, 도금내식성 및 도장내식성이 우수하다는 것을 알았다.

다음에, 땜납 부착시의 가열전력과 도 6의 땜납부(A점) 및 도금부(B점)의 온도와의 관계를 냉각하지 않은 경우와 (a-1) 방법으로 냉각한 경우에서 조사하였다. 또한, 그 결과를 도 8에 나타냈다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 가열온도가 340℃ 미만이면 땜납의 용입 불량이 생긴다. 따라서, A 점의 온도를 340℃ 이상으로 하기 위해, 가열시의 전력은 냉각 유무에 관계되지 않고 1.6kw 이상으로 해야 한다. 한편, 가열온도가 500℃를 넘으면 도금의 열열화가 생긴다. 이 때문에, 냉각을 행하지 않는 경우에는, 가열시의 전력을 1.7kw 이하로 해야 한다. 따라서, 냉각을 행하지 않은 경우에는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 가열시의 전력을 1.6∼1.7kw의 사이, 요컨대 0.1kw의 범위로 제어해야 한다.

그런데, 냉각을 행한 경우의 B 점의 온도는 도 8에 나타낸 바와 같이 가열시의 전력 증가에 대하여 그다지 급격히 상승하지 않는다. 이 때문에, 가열시의 전력을 1.9kw 정도까지 올리더라도 B 점의 온도를 500℃ 이하로 할 수 있다. 따라서, 냉각을 행하는 경우에는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 가열시의 전력을 1.6∼1.9kw 사이, 요컨대 0.3kw의 범위로 제어하면 좋다. 이것은 품질을 안정시키는데 있어서 매우 중요하다. 즉, 땜납 부착을 행하는 경우에는, 종래보다 도금부의 열열화의 방지를 중요시하고 있기 때문에, 가열의 목표온도는 하한치에 가까운 레벨로 관리하지 않을 수 없다. 그런데, 땜납부(A 점)의 온도는 같은 전력이더라도 전극과 땜납 사이의 거리에 의해 크게 변동하니까, 가열온도의 허용범위가 좁은 경우에는, 가열온도의 격차에 의해 땜납의 용입 불량이 발생하기 쉽게 된다. 그 점, 본 실시예에서는 냉각에 의해 가열온도의 허용범위가 넓어지니까, 땜납의 가열온도 격차를 흡수할 수 있어, 간이한 관리로 품질을 안정시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 연료 탱크와 파이프와 같은 구조로 한정되는 것이 아니라, 모든 금속부재의 접합구조에 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 제 1, 제 2 금속부재 중 적어도 한 쪽에 SnZn 합금 도금을 실시하고, 땜납을 SnAg 합금으로 하고 있으므로, 도금의 열열화와 땜납 및 도금끼리의 접촉부식을 방지할 수 있음과 동시에, 땜납의 부착 퍼짐성을 향상시킬 수 있어서, 접합구조의 내식성과 접합강도 등의 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (16)

1. 제 1 금속부재인 차량 등의 연료탱크와 제 2 금속부재인 파이프를 땜납으로 접합한 금속부재의 접합구조에 있어서, 상기 제 1, 제 2 금속부재 중 적어도 한 쪽에는 SnZn 합금 도금이 실시되고, 상기 SnZn 합금 도금은 Sn: 93∼55중량%, Zn: 7∼45중량%의 조성을 가지며, 상기 땜납은 SnAg 합금인 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 땜납과 상기 도금이 용합한 부분의 표면에, 땜납에 상기 SnZn 합금 도금이 합금화하여 이루어진 Zn 농후층을 갖는 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합구조.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 땜납은 Sn: 94∼98중량%, Ag: 2∼6중량%인 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합구조.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 땜납은 Zn, Cu, Bi 중 1종 또는 2종 이상을 총량으로 3중량% 미만 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합구조.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 도금의 두께는 3∼13㎛로 되어 있는 것을 특징으로하는 금속부재의 접합구조.
7. 제 1 금속부재인 차량 등의 연료탱크와 제 2 금속부재인 파이프를 땜납에 의해 접합하는 금속부재의 접합방법에 있어서, 상기 제 1, 제 2 금속부재 중 적어도 한 쪽에 Sn: 93∼55중량%, Zn: 7∼45중량%의 조성을 가지는 SnZn 합금 도금을 실시함과 동시에, 상기 땜납으로서 SnAg 합금을 사용하고, 또한 접합개소를 냉각하면서 접합하는 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 땜납과 상기 도금이 용합한 부분의 표면에, 땜납에 상기 SnZn 합금 도금이 합금화하여 이루어진 Zn 농후층을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합방법.
9. 삭제
10. 제 7 항에 있어서, 상기 땜납은 Sn: 94∼98중량%, Ag: 2∼6중량%인 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합방법.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 땜납은 Zn, Cu, Bi 중 1종 또는 2종 이상을 총량으로 3중량% 미만 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합방법.
12. 제 7 항에 있어서, 상기 도금의 두께는 3∼13㎛로 되어 있는 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합방법.
13. 삭제
14. 제 13 항에 있어서, 상기 파이프의 내부에 냉매를 유통시켜 냉각하는 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합방법.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 파이프의 외표면에 냉매를 내뿜어 냉각하는 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합방법.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 파이프의 단부에 방열부재를 설치하여 냉각하는 것을 특징으로 하는 금속부재의 접합방법.