KR100507031B1 - 땜납을사용하지않는알루미늄용접방법및그에사용되는용제및용제조제품 - Google Patents

Abstract

땜납 첨가제를 사용하지 않고 6∼50wt.%의 K₂SiF₆와 50∼94wt.%의 칼륨플루오르알루미네이트를 함유하는 용제 및 이를 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용접방법.

Description

땜납을 사용하지 않는 알루미늄 용접방법 및 그에 사용되는 용제 및 용제 조제품

본 발명은 땜납을 사용하지 않는(solderless) 알루미늄의 용접 방법과 이에 적합한 용제에 관한 것이다.

용접은 용융 땜납(solder)을 사용하여 금속재를 접합시키는 것이다. 용접 작업에서는 용접 표면을 깨끗하게 하고 견고하게 접합시키기 위하여 용접 용제(soldering flux)를 사용한다. 알루미늄을 용접하는 경우에 이와 같은 문제점들을 잘 해결할 수 있는 용제가 이미 개발되어 있다. 특히 칼륨플루오르알루미네이트(kalium fluoraluminate)계의 용제가 적합하다고 알려져 있다. 칼륨플루오르알루미네이트의 제조 방법과 이것을 용제로 사용하는 것에 대해서는, 예를 들면 미국 특허 3,951,328호, 4,428,920호, 4,579,605호, 5,318,764호와 독일 특허 DE 195 19 515 A1을 비롯하여 195 20 812, 195 37 216에 알려져 있다. 미국 특허 4,906,307호에는 70∼90wt.%의 K₂SiF₆와 30∼10wt.%의 AlF₃을 함유하는 알루미늄계 합금의 용접용 용제가 알려져 있다. 이 용제에는 필요한 경우에 리튬플루오라이드 또는 나트륨플루오라이드와 같은 첨가제를 더 첨가할 수 있다. 그리고 또한 분산제도 사용할 수 있다.

기존의 잘 알려진 알루미늄의 용접에 관한 방법과 기술에 있어서, 용접에는 용제뿐만 아니라 용접용 금속도 사용하여야 하고, 미국 특허 5,100,048호와 5,190,596호에서는 실리콘, 구리 또는 게르마니움과 같은 금속도 용제에 혼합하여 사용할 수 있다는 것이 알려져 있다. 또 다른 방법으로는 용접 금속으로 도금된 알루미늄을 사용할 수 있다는 것이 기존의 특허에 알려져 있다. 이러한 기존에 알려진 방법의 단점은 용접 금속 또는 실리콘, 구리 또는 게르마니움과 같은 기타의 다른 금속을 공급 또는 혼합하는 작업 공정을 항상 포함한다는 것이다.

본 발명은 땜납을 필요로 하지 않는 알루미늄 용접방법을 제공하는데 있다. 이 과제는 본 발명에 따른 방법과 용제 및 본 발명의 방법에 사용하기 위한 용제 조제품에 의해 해결된다.

본 발명의 칼륨플루오르알루미네이트 함유 용제를 사용한 알루미늄 용접 방법은 땜납 첨가제를 사용하지 않고, 6∼50wt.%의 K₂SiF₆와 50∼94wt.%의 칼륨플루오르알루미네이트를 함유하거나 또는 이러한 성분으로 구성된 용제를 사용하는 것을 특징으로 한다. 6wt.% 이하의 K₂SiF₆을 사용하는 경우에는 용접 접합이 나빠지게 된다. 7∼30wt.%의 K₂SiF₆을 함유한 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 칼륨플루오르알루미네이트는 용제에 70∼93wt.%가 함유되도록 하는 것이 좋다. 특히 7∼30wt.%의 K₂SiF₆와 70∼93wt.%의 칼륨플루오르알루미네이트가 함유되도록 한다.

"칼륨플루오르알루미네이트" 는 칼륨계의 복합 알루미늄플루오라이드로 알려져 있으며, 이것은 칼륨, 알루미늄, 불소 및 물로 구성되어 있는 것이다. 본 발명의 용제에는 KAlF₄, K₂AlF₅ 및 K₂AlF₅·H₂O중에서 1종 이상을 칼륨플루오르알루미네이트로 사용한다. K₃AlF₆은 전혀 첨가하지 않거나 5wt.% 이하의 소량을 용제에 첨가한다. 여기에서는 또한 비가역성 무수물 형태의 펜타플루오르알루미네이트도 사용할 수 있는데, 이것은 수화물 형태를 약 260℃ 이상의 온도에서 가열하여 제조하는 것으로 기존의 독일 특허 DE 195 19 515 A1에 알려져 있다.

필요한 경우에는 보조제를 혼합한 용제도 사용할 수 있다. 예를 들면 결합제를 보조제로 사용할 수도 있는데, 이것은 접합하는 알루미늄의 표면에 용제가 접착되도록 하는 것이다.

본 발명에서는 유기 액체 또는 물과 유기 액체의 혼합물을 함유하는 현탁액(suspension) 또는 페이스트(paste) 형태로 용제를 사용할 수 있다. 본 발명에서 "유기 액체" 로는 일반적으로 알코올 특히, 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 이소프로판올과 같은 유기 용매를 사용할 수 있다. 조합물을 제조하기 위해서는 K₂SiF₆와 칼륨플루오르알루미네이트를 각각 따로 사용하거나 이들을 액상과 혼합하여 사용할 수도 있다.

물과 유기 액체의 함량은 제조하고자 하는 현탁액과 페이스트에 따라서 조절한다. 현탁액과 페이스트는 3∼70wt.%의 용제와 기타 물, 유기 액체, 소량의 불순물 및 소량의 보조제인 분산제가 함유되도록 하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 방법은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 용접에 적용할 수 있다. 그러나 합금에 포함된 마그네슘의 양은 0.5wt.% 이하가 되도록 하여야 한다. 용접은 일반적으로 전기로 또는 토치를 사용하여 실시할 수 있다. 용접 온도는 시험을 통하여 적합한 값을 구할 수 있다. 알루미늄인 경우에는 580℃에서 605℃까지의 온도 범위에서 용접할 수 있다.

용접 부품의 코팅은 일반적인 방법, 즉 담그기(dipping), 살포(sprinkling), 분무(spraying), 프린팅(printing) 또는 코팅(coating)법을 통하여 실시한다.

본 발명에 따른 방법은 땜납 첨가제를 사용하지 않고 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부품을 적합하게 용접할 수 있는 것을 특징으로 한다. 특히 예를 들면 자동차 공업에서의 냉각기와 열교환기의 용접을 비롯하여 전자 공업에서의 모든 종류와 다양한 크기의 도체를 용접하는 것과 같은 분야에 적합하게 적용할 수 있다. 또한 매우 얇은 호일의 용접에도 본 발명의 방법을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 하나의 대상은 땜납이 포함되지 않은 용제이다. 이것은 6∼50wt.%의 K₂SiF₆와 50∼94wt.%의 칼륨플루오르알루미네이트가 포함되어 있거나 또는 이들 두가지 물질로 구성되어 있다. 이들 두가지 물질의 양과 칼륨플루오르알루미네이트의 첨가량은 상기에 기술하였다. 필요한 경우에는 결합제와 같은 보조제를 용제에 첨가할 수 있다. 본 발명의 땜납이 포함되지 않은 용제는 키트의 형태일 수도 있는데, 키트에서 이들 두가지 물질은 각각 서로 분리되어 있으나 본 발명의 방법을 실시할 때는 함께 사용된다.

본 발명의 또다른 대상은 땜납이 포함되지 않은 용제 조제품이다. 이것은 땜납이 포함되지 않은 알루미늄 용접에 유효한 양의 용제를 함유하는데, 즉 6∼50wt.%의 K₂SiF₆와 50∼94wt.%의 칼륨플루오르알루미네이트를 포함하고, 또한 물 및/또는 유기 액체로 이루어진 기타의 보조물질을 함유한다. 땜납이 포함되지 않은 용제 조제품은 3∼70wt.%의 용제 및 물 및/또는 유기 액체로 구성되어 있고 나머지는 결합제 또는 분산제와 같은 보조재료로 구성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

알루미늄 또는 알루미늄 합금을 땜납을 사용하지 않고 용접하는데 적합한 용제 또는 용제 조제품의 제조에 K₂SiF₆와 칼륨플루오르알루미네이트를 사용하는 것은 기존의 특허에서는 시도하지 않은 전혀 새로운 것이고 본 발명에서 새롭게 제시한 물질이다.

본 발명의 방법에서는 특별한 접합제 또는 금속을 사용하지 않고 알루미늄을 용접하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법을 이용할 경우 용접을 기술적으로 용이하게 하고, 또한 용접 공정의 비용을 절감할 수 있다.

다음의 실시예를 통하여 본 발명의 범위를 제한하지 않고 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

실시예 1. 본 발명에 따른 용제의 제조

K₂SiF₆ 2.5g과 Nocolok^R 10g, 그리고 솔베이 플루오르 운트 데리바테 게엠베하(Solvay Fluor und Derivate GmbH)의 제품인 KAlF₄와 K₂AlF₅ 계의 칼륨플루오르알루미네이트를 미세하게 분산시킨 형태로 서로 혼합하였다.

실시예 2. 본 발명에 따른 용제 현탁액의 제조

a) 고형물 함량이 약 43wt.%가 되도록 K₂SiF₆ 2.5g과 Nocolok^R 10g 및 물 5g을 혼합하여 수성 현탁액을 만들었다.

b) 고형물 함량이 약 43wt.%가 되도록 실시예 1에서 얻은 용제 12.5g과 물 5g을 혼합하여 수성 현탁액을 만들었다.

실시예 3. 접합용으로 K ₂ SiF ₆ 와 Nocolok ^R 를 함유한 현탁액의 사용

일반 사항: 크기 40 x 5 x 0.5mm인 알루미늄 합금 AA 3003을 크기 25 x 25 x 0.3mm인 동일 재료로 이루어진 알루미늄 판에 접합하였다. 용접 부품을 용제를 함유한 현탁액 속에 담그고 프로판 가스 토치로 가열하였다.

현탁액은 물, K₂SiF₆와 Nocolok^R을 다음에 제시된 량으로 혼합하여 제조하였다.

실시예 4. 용접용 전기로를 사용한 용접

실시예 3.5와 동일하게 실시한 부품을 약 600℃로 가열한 용접용 전기로에 넣었다. 전기로에서 꺼내어 본 결과 부품이 용접되어 있음을 알 수 있었다.

Claims (7)

1. 땜납 첨가제를 사용하지 않고 6∼50wt.%의 K₂SiF₆와 50∼94wt.%의 칼륨플루오르알루미네이트를 함유하는 용제를 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용접방법.
2. 제 1 항에 있어서, 칼륨플루오르알루미네이트로서 KAlF₄, K₂AlF₅ 및 K₂AlF₅·H₂O 중 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용접방법.
3. 제 1 항에 있어서, 7∼30wt.%의 K₂SiF₆와 70~93wt.%의 칼륨플루오르알루미네이트를 함유하는 용제를 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용접방법.
4. 제 1 항에 있어서, 용제로서 유기 액체 또는 물과 유기 액체의 혼합물을 함유하는 현탁액(suspension) 또는 페이스트(paste) 형태의 용제 조제품을 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용접방법.
5. 제 1 항에 있어서, 580℃에서 605℃까지의 온도 범위에서 알루미늄을 용접하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용접방법.
6. 땜납을 함유하지 않고, 6∼50wt.%의 K₂SiF₆와 50∼94wt.%의 칼륨플루오르알루미네이트를 함유하며, 서로 분리되어 있는 각각의 물질을 함께 사용하도록 키트의 형태로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 용제.
7. 6∼50wt.%의 K₂SiF₆와 50∼94wt.%의 칼륨플루오르알루미네이트를 함유하는 용제 및 물과 유기 액체와 같은 보조재료를 포함하며, 땜납을 사용하지 않고 알루미늄 용접에 유효하게 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 땜납을 함유하지 않은 용제 조제품.