KR100509587B1 - 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종 또는 동종의 금속부재를 접합하는데 사용되는 브레이징재에 관한 것으로, Al 또는 Al+Si가 10 - 40 중량% 포함되고 잔부가 Zn인 Zn 합금분말에, 불화세슘계 플럭스가 상기 합금분말 중량의 10 - 40% 함유되어 조성된 혼합분말을 분말단조와 압출성형으로 이어지는 기계적인 가공을 거쳐 3차원 형상으로 성형된 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재이다.

본 발명의 플럭스가 함유된 브레이징재는, 브레이징 금속분말과 플럭스를 혼합하여 기계적인 성형공정을 통해서 소정의 3차원 형상으로 가공함으로써 브레이징 접합시 플럭스 도포공정의 배제를 통한 브레이징 작업의 단순화 및 플럭스의 적량제어를 통한 접합품질의 향상을 도모할 수 있는 이점이 있으며, 브레이징재 자체의 융점이 기존의 브레이징재에 비해 낮게 유지되도록 하여 브레이징 접합시 소모되는 열원 코스트 및 접합시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재{Brazing agent containing a flux for brazint at a low temperture}

본 발명은 동종 또는 이종의 금속부재를 접합하는데 사용되는 브레이징재에 관한 것으로, 보다 자세하게는 아연합금으로 이루어진 금속분말에 불화세슘계 플럭스를 혼합하여 얻어진 혼합분말을 소정 형상으로 성형하거나 페이스트화하여 브레이징 공정의 단순화 및 저온 브레이징이 가능하도록 한 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재에 관한 것이다.

브레이징(brazing)은 접합할 모재 금속에 비해 낮은 융점을 갖는 용접재 (filler metal)를 사용하여 동종 또는 이종의 금속부재를 접합하는 기술로서, 금이나 은 등의 귀금속 접합에서부터 자동차와 냉장고 열교환기의 파이프 접합 등에 이르기까지 광범위하게 적용되어 오고 있다.

브레이징 접합과정은, 먼저 금속부재의 접합대상 부위에 액상의 플럭스를 도포함과 아울러 브레이징재를 위치시킨 후 가열하여 금속부재의 표면에 형성되어 있던 산화물이 고용제거되도록 하는 한편 브레이징재가 용융되어 접합대상 부위의 틈새에 채워진 상태로 응고되도록 하여 접합대상 금속부재간의 접합이 이루어지도록 구성되어 있다.

그런데, 상기 종래의 브레이징 방법은 접합대상 부위에 일차적으로 플럭스를 도포한 후 그 위에 브레이징재를 위치시킨 상태에서 가열을 통한 브레이징재의 용융이 일어나도록 하는 과정을 통해서 수행되기 때문에 작업공정이 복잡하다는 단점이 이 지적되고 있다. 이에 더하여, 접합부위에 미리 도포되는 액상의 플럭스가 금속부재의 표면으로부터 흘러내려서 원하는 부위에 적정량의 플럭스를 도포하기가 곤란하다는 문제점도 안고 있다.

상기 종래의 플럭스 도포과정이 포함된 브레이징 방법의 단점을 해결하기 위해 브레이징재와 플럭스를 혼합하여 소정의 형상으로 성형한 플럭스 함유 브레이징재가 본원인에 의해 개발되어 특허 제297609호로 등록되어 있다.

상기 특허는 알루미늄 합금분말에 염화물계나 불화물계 플럭스 분말을 균일하게 혼합하여 이를 성형용기중에 넣고 분말단조하여 원통형의 빌렛으로 성형한 후, 이 빌렛을 약 500℃의 온도로 예비가열한 상태에서 파이프나 선재 등과 같은 소정의 형태로 압출하여 브레이징재와 플럭스가 일체화되어 성형된 브레이징재를 제공하고 있다.

상기 특허의 플럭스가 함유된 3차원 형상의 브레이징재를 이용한 금속부재의 접합시에는, 접합대상 금속부재의 접합부 형상에 부합되게 제작된 브레이징재를 접합부위에 위치시킨 상태에서 가열을 해주기만 하면 브레이징재의 용융에 의한 접합이 이루어지기 때문에 종래 플럭스 도포방식의 브레이징 접합에서 지적되는 단점이 해소되고 있음을 알 수 있다.

한편, 브레이징 접합에 있어서의 경제성을 좌우 하는 요인의 하나로 브레이징 온도를 들 수 있는 바, 브레이징 온도가 높게 되면 높은 가열온도의 유지를 위한 코스트의 상승이 불가피하게 되고, 또한 접합대상 금속부재가 고온에 노출됨에 따른 내부조직의 특성 열화가 초래되기 때문에 저온에서 용융이 가능한 브레이징재가 요망되고 있다.

그런데, 상기의 플럭스 함유 브레이징재 특허의 경우에는 브레이징재를 이루고 있는 알루미늄 합금(융점 약 600℃)과 플럭스(융점 약 550℃) 모두가 비교적 높은 융점을 나타냄에 따라 동 브레이징재를 이용한 브레이징시에는 가열온도를 약 600℃ 이상으로 유지하여야 하는 점에서 경제적이지 못하다는 면이 있다.

일본 공개특허공보 2001-138038호에는 Zn-Al합금 또는 Al-Si-Zn 합금으로 이루어진 브레이징재와 CsF계 플럭스를 사용하여 기존의 브레이징 온도보다는 낮은 500℃ ∼ 550℃ 정도의 온도에서 브레이징 접합이 가능하도록 하는 브레이징재가 개시되어 있다.

즉, 상기 일본 특허에서는 저융점 금속의 하나인 Zn(융점:419.6℃) 을 주성분으로 하는 Zn-Al 또는 Zn-Al-Si 합금으로 브레이징재를 구성함으로서 그 브레이징재의 융점이 450℃ ∼ 550℃의 상대적으로 낮은 온도를 나타내도록 하는 한편으로 역시 융점이 450℃ ∼ 550℃로서 낮은 CsF계 플럭스(구체적인 일예로는 CsF-AlF₃)를 사용하여 저온에서의 브레이징 접합이 가능하도록 하고 있다.

그런데, 상기 일본 특허는 저온에서의 브레이징이 가능하다는 장점이 있긴하나, 접합대상 금속부재의 표면에 액상의 플럭스를 도포하고 그 위에 브레이징재를 위치시켜 가열하는 통상적인 브레이징 방식을 취하고 있음에 따라 앞서 밝혔던 바의 플럭스 도포방식에서 제기되는 문제점이 그대로 존재하고 있다.

본 발명은 종래 브레이징재의 상기 제반 단점을 감안하여 창안된 것으로, 브레이징 금속분말과 플럭스를 혼합하여 기계적인 성형공정을 통해서 소정의 3차원 형상으로 가공함으로써, 브레이징 접합시 플럭스 도포공정의 배제를 통한 브레이징 작업의 단순화 및 플럭스의 적량제어를 통한 접합품질의 향상을 도모한 플럭스가 함유된 브레이징재를 제공함에 일차적인 발명의 목적을 두고 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 융점이 낮은 Zn계 합금을 브레이징 합금으로 하고, 이에 혼합되는 플럭스 역시도 융점이 낮은 것으로 알려진 불화세슘계(CsF) 플럭스를 사용함으로써 플럭스가 함유되어 일체화된 브레이징재 자체의 융점이 기존의 브레이징재에 비해 낮게 유지되도록 하여 브레이징 접합시 소모되는 열원 코스트 및 접합시간을 감소시킬 수 있도록 한 저온접합용 브레이징재를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래의 브레이징 온도에 비해서 상대적으로 낮은 온도에서 별도의 플럭스 도포공정이 없이 접합대상 금속부재의 접합부 형상에 부합되게 성형된 브레이징재를 이용하여 간편하게 브레이징 접합이 이루어짐으로써 접합대상 금속부재의 재질이, 구리 대 구리, 알루미늄 대 알루미늄과 같은 동종 금속은 물론, 구리 대 알루미늄, 구리 대 스테인레스, 알루미늄 대 스테인레스 등의 이종 금속간에도 손쉽게 브레이징 접합이 이루어지도록 한 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재를 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은, Al 또는 Al+Si가 10 - 40 중량% 포함되고 잔부가 Zn인 Zn 합금분말에, 합금분말 중량의 10 - 40%에 해당하는 중량의 불화세슘계 플럭스가 혼합된 혼합분말이 기계적인 가공을 거쳐 3차원 형상으로 성형된 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재에 의해서 달성된다.

이때, 상기 합금분말은 Zn + Al의 이원계 합금이거나 Zn+Al+Si의 3원계 합금으로서, 저융점 금속인 Zn을 주성분으로 채택함으로써 최종적인 브레이징재의 브레이징 온도를 낮출 수 있도록 하고 있다. 그리고, 상기 Zn에 첨가되는 Al이나 Al+Si는 Zn이 갖추고 있지 못하는 브레이징재의 품질특성으로서의 강도 및 연신율 등을 보강하는 역할을 한다.

이때, Zn에 첨가되는 Al이나 Al합금의 첨가량은 10 - 40중량%가 적절한 바, 만일 10% 미만으로 되는 때에는 브레이징재의 강도와 연신율이 저하가 초래되고, 40%를 초과하면 브레이징 접합온도가 올라가는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 상기 합금분말은 450℃ - 500℃ 정도의 융점을 나타낸다.

그리고, 상기 합금분말의 입도는 30메쉬(550㎛) 이하의 크기가 되도록 하는 것이 바람직하다. 플럭스는 액상의 상태에서 합금분말에 코팅되거나 또는, 분말의 형태로 혼합될 수 있는 바, 분말상의 플럭스가 혼합되는 경우, 합금분말의 입도가 분말상 플럭스의 입자에 비해서 상대적으로 크게 되면 압출 후 절곡, 타출 또는 굽힘 등의 2차 가공시 파단이 발생하지 않고, 소성가공이 용이하기 때문에 플럭스 분말보다 조대한 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 분말상의 플럭스 입자가 균일하게 분산되는 것이 방해되지 않는 범위로 그 입도가 유지되어야 하는 바, 이러한 점을 고려하여 선택된 적절한 합금분말의 입도가 30메쉬 이하이다.

이때, 상기 합금분말의 입도분포는 빌렛 제조시 충진성을 향상시킴과 아울러 압출밀도를 증가시킬 수 있도록 넓은 입도분포를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 브레이징재를 구성하는 플럭스는, 불화세슘계(CsF)로서, 그 융점이 440℃ - 500℃범위를 나타내며, 그 구체적인 일예로는 CsAlF₄를 들 수 있으며, 그 외에도 CsAlF₄에 LiF나 KAlF₄가 소량 혼합된 조성의 플럭스가 사용될 수 있다.

상기 CsAlF₄는 CsF와 AlF간의 함량비에 따라 융점이 330℃ - 490℃의 범위내에서 변화되는 바, 분말상으로 제조된 플럭스가 혼합되는 경우, 플럭스 입도는 100 - 200메쉬 범위가 바람직하다. 즉, 플럭스의 입도는 브레이징 금속분말의 입도에 비해서 상대적으로 적을 것이 요구되는 바, 그 이유는 합금분말과 플럭스의 혼합분말로 얻어진 압축성형체를 소정의 형상으로 압출을 할 때 성형체중의 금속입자가 연신되어 상호 연결되어야만이 충분한 성형강도를 유지할 수 있기 때문이다.

만일, 합금분말의 입자를 플럭스 입자와 유사한 크기로 하여 양 입자 사이의 크기 차이가 크지 않을 경우에는 합금입자의 표면적 증가에 따른 산화물의 증가를 피할 수 없게 된다. 이같은 산화물의 증가는 압출을 방해하여 압출작업 자체가 곤란해질 수도 있으며, 또한 압출시 파괴된 산화물들이 압출재 내부에 존재하게 되며 압출되어 나오는 압출선재의 파단점으로 작용할 수도 있다.

본 발명의 브레이징재를 구성하는 플럭스의 함량은 합금분말 중량의 10 - 40% 범위가 적절한 바, 만일 플럭스의 함량이 10% 미만으로 되면 브레이징 접합시 유동성이 떨어져서 접합틈새로 브레이징재가 흘러들지 못하게 되고, 40%를 초과하게 되면 유동성이 너무 좋아서 브레이징재가 접합부의 외부로 흘러나와 접합불량이 초래될 우려가 높다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 합금분말과 플럭스의 혼합분말을 성형 가공하여 소정의 형태로 압출한 형태 이외에 합금분말과 플럭스에 액상의 바인더를 첨가하여 페이스트 형태로도 제조가 가능하다.

이와 같은, 본 발명에 따른 페이스트 형태의 브레이징재 조성은, Al 또는 Al+Si가 10 - 40 중량% 포함되고 잔부가 Zn인 Zn 합금분말에, 불화세슘계 플럭스와 액상의 유기 바인더가 각각 상기 합금분말 중량의 10 - 40% 및 10 - 30% 혼합되는 조성으로 하되, 이때, 상기 유기 바인더는 열가소성수지와 이를 용해하는 용매의 중량비가 1/1 - 1/100인 것을 특징으로 한다.

상기 페이스트 형태의 브레이징재에서 합금분말 및 플럭스의 조성과 입도 등의 특성은 앞서 살펴본 바의 특정 형상으로 압출성형되는 브레이징재와 동일하다.

다만, 페이스트 상태로 제조되는 브레이징재의 경우 합금분말의 입도가 상기 3차원 형상의 브레이징재에 비해서는 적은 입도를 갖도록 하는 것이 바람직한 바, 바람직한 평균입자 크기는 100 - 200메쉬의 범위이다. 합금분말의 입도가 100메쉬보다 크게 되면 페이스트 자체가 거칠어서 접합대상 모재의 접합면상에 도포하기가 불편하고, 반대로 200메쉬보다 적으면 분말의 표면적이 넓어져서 브레이징 작업시 브레이징재의 산화가 일어나게 되는 문제점이 있다.

한편, 상기 본 발명에 따른 페이스트 형태의 브레이징재에서 첨가되는 액상의 유기 바인더에서 바인더 성분의 구체적인 예로는, 폴리아크릴산부틸 등의 열가소성 수지를 들 수 있다. 폴리아크릴산부틸을 바인더로 사용하는 경우 이 수지를 용해하는 용매로는 메틸알콜, 에틸알콜, 프로파놀, 부타놀, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜 등의 저급지방족 알콜을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 합금분말과 플럭스의 혼합은 아래의 여러 방법중에서 어느 한 방법을 택하여 이루어질 수 있다.

1. 액상의 플럭스를 고상으로 제조하는 반응 중에 브레이징용 합금분말을 투입하여 건조하는 방법.

2. 브레이징 합금분말을 아토마이저(atomizer) 장치를 이용해서 제조할 때 급냉응고에 사용되는 냉각용 유체 중에 플럭스를 혼합하여 용탕에 충돌시켜서 브레이징용 합금분말의 냉각과 동시에 그 표면에 플럭스가 도포되도록 하는 방법.

3. 수백 마이크론 크기의 고체 분말상 플럭스와 브레이징 합금분말을 단순 혼합하는 방법.

4. 브레이징용 합금분말을 다공체로 예비성형한 후 이를 액상의 플럭스에 침지시켜 모세관 현상을 이용해서 내부 공공에 액상 플럭스가 함입되도록 하거나 표면에 액상 플럭스가 도포되도록 한 후 건조시켜 분쇄하는 방법.

본 발명에 따른 브레이징용 합금분말과 플럭스의 혼합은 상기의 방법 이외에 기존에 알려진 여타의 방법을 통해서도 이루어질 수 있을 것이다.

상기와 같은 혼합방법을 통해서 혼합된 브레이징용 합금분말과 플럭스의 혼합분말은 일차적으로 성형용기 중에서 분말단조가 행해져서 원통형 등과 같은 형태의 빌렛으로 성형이 이루어지게 된다.

이어서, 상기와 같이 혼합분말로 성형된 빌렛은 약 500℃ 정도로 예비가열된 상태에서 압출기에 의해서 선재, 파이프, 봉재, 판재 등의 용도별 품질특성에 맞춰 3차원의 형상으로 압출되어 진다.

한편, 본 발명에 따른 페이스트 형태의 브레이징재의 경우에는, 상기와 같은 분말단조 및 압출성형의 과정을 거침이 없이 브레이징용 합금분말과 플럭스 및 유기 바인더가 혼합되어 특정한 3차원 형상을 구비하지 않는 슬러리 상태의 페이스트로 존재한다.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과 등에 관련한 사항은 아래의 실시예에 의해서 보다 명확하게 이해될 것이며, 본 발명은 실시예에 의해서 한정되지 않는다.

실시예1

중량%로 Zn78%와 Al22%로 이루어진 Zn-Al 합금을 아토마이저 장치를 이용하여 30메쉬 이하의 합금분말로 제조하였다. 상기 합금분말에, 분말상 불화세슘계 플럭스인 CsAlF₄를 합금분말 중량의 13%만큼 첨가하여 합금분말과 플럭스가 균일하게 혼합된 혼합분말[도1의 (가)]을 얻었다.

이때, 상기 합금분말의 융점은 480℃이고, 플럭스의 융점은 450℃이었다.

이어서, 상기 합금분말과 플럭스의 혼합분말을 원통형의 성형용기중에 넣고 분말단조하여 도1의 (나)와 같은 형태의 지름이 85mm이고 길이가 300mm인 빌렛으로 성형하였다.

다음, 상기 빌렛을 약 500℃ 정도로 예비가열한 상태에서 파이프 성형용 압출기를 이용하여 도1의 (다)와 같은 내경이 8.2mm이고, 외경이 11.2mm인 파이프 형상의 선재를 압출하였다. 상기와 같은 열간압출시에는 압출상태의 빌렛 온도가 합금분말의 재결정 온도 이상으로 높아지게 되어 합금분말과 플럭스가 반용융 상태로 되면서 합금분말의 변형이 발생되어 합금분말간에 결합이 이루어지는 결과 압출되어 나오는 브레이징재는 소정의 강도를 유지하게 된다.

마지막으로, 도1의 (라)에 도시된 바와같이 상기 파이프 형상의 선재를 1.5mm의 폭으로 절단하여 동일한 형상과 크기를 갖는 다수개의 링형상 브레이징재를 제작하였다.

실시예2

본 실시예는 이종금속인 알루미늄관과 구리관을 상기 실시예1에 의해서 얻어진 브레이징재를 이용하여 접합한 예에 대한 것이다.

도2에 접합대상 구리관(1)과 알루미늄관(2)이 도시되어 있으며, 이들은 동일한 외경과 두께을 구비하며, 그 내경은 8mm이고 두께는 0.8mm이다. 상기 구리관(1)은 알루미늄관(2) 접속을 위해 일단부에 9mm 깊이의 확관부로 이루어진 연결용 소켓(1a)이 구비되어 있다.

실시예1에서 얻어진 링형상 브레이징재(B)를 알루미늄관의 일측단부 외주면에 끼운 상태에서 동 부위를 구리관(1)의 연결용 소켓(1a) 내부로 삽입하여 두 관체간의 일차적인 결합이 이루어지도록 하였다. 이어서, 상기 가결합된 두 관체를 전기로 내부에 위치시킨 후 520℃에서 5분간 가열하였다. 이때, 노 내부로 질소가스를 2㎥/min의 주입속도로 공급하였다.

가열이 완료된 접합대상재는 노 외부로 꺼내어 상온에서 냉각이 이루어지도록 하였다. 냉각이 완료된 접합대상재의 접합부를 유관으로 관찰해 본 결과 구리관과 알루미늄관의 접합부, 구체적으로는 구리관의 소켓 내주면과 소켓 내부로 삽입된 부위의 알루미늄과 외주면 사이의 틈새로 브레이징재가 완전히 용융되어 스며든 상태에서 응고가 이루어졌음이 확인되었다.

상기 접합이 완료된 관체에 대하여 내압시험을 행해본 결과, 140Kgf/㎠의 관내부 압력하에서 접합부는 양호하였고, 오히려 접합부와는 거리가 떨어진 지점의 알루미늄관상에서 파열이 발생했다. 그리고, 인장시험의 결과, 접합부는 양호한 반면에 접합부로부터 떨어진 부위의 알루미늄관 상에서 파단이 발생하였다. 이에 따라, 본 발명에 따른 브레이징재를 이용하여 접합된 접합부는 그 강도가 모재에 비하여 높고 매우 양호한 접합상태를 유지하고 있음을 알 수 있었다.

실시예3

실시예1과 동일한 조성 및 제조 공정으로 브레이징재를 제작하되, 다만 플럭스의 효과를 증진시키기 위해서 플럭스를 CsAlF₄에 소량의 LiF가 혼합된 플럭스로 대체하였다. 상기 CsAlF₄와 LiF의 혼합비는 10:1(중량비)로 하였다. 상기 플럭스 성분중 Li는 브레이징 접합시 퍼짐성을 증진시키고 접합부분의 산화를 방지하며 금속중의 산소와 황기를 제거하는 한편 열전도율을 향상시키는 특성을 나타낸다. 실시예2에서와 동일한 접합공정을 통해서 관체의 브레이징 접합이 이루어진도록 한 후, 실시예2에서와 동일한 시험방법으로 관체의 접합부에 대한 내압시험 및 인장시험을 해본 결과 실시예2와 동등한 수준의 양호한 접합결과를 얻었다.

실시예4

실시예1과 동일한 조성 및 제조 공정으로 브레이징재를 제작하되, 다만 플럭스의 효과를 증진시키기 위해서 플럭스를 CsAlF₄에 소량의 KAlF₄가 혼합된 플럭스로 대체하였다. 상기 CsAlF₄와 KAlF₄의 혼합비는 10:1(중량비)로 하였다. 실시예2에서와 동일한 접합과정을 취해서 관체의 접합이 이루어지도록 하되, 전기로의 온도는 550℃로 설정하여 8분간 가열하였다. 실시예2에서와 동일한 시험방법으로 관체의 접합부에 대한 내압시험 및 인장시험을 해본 결과 실시예2와 동등한 수준의 양호한 접합결과를 얻었다.

실시예5

실시예1과 동일한 조성의 브레이징재를 제조하되 혼합분말을 이용한 기계적인 성형과정에서 실시예1과 같은 링형상이 아닌 지름이 3mm인 선재형태의 브레이징재(B')로 성형하여 도3에서와 같이 구리관(1)과 알루미늄관(2)의 접합부에 브레이징재(B')의 단부를 접촉시켜 가열을 행하되 전기로를 사용하지 않고 대기중에서 가스토치로 가열하여 브레이징 접합이 이루어지도록 하였다. 실시예2에서와 동일한 시험방법으로 관체의 접합부에 대한 내압시험 및 인장시험을 해본 결과 실시예2와 동등한 수준의 양호한 접합결과를 얻었다.

실시예6.

합금분말의 조성을 중량비로 Zn:Al:Si이 75: 18: 7가 되도록 한 점을 제외하고는 실시예1과 동일한 조성 및 실시예2와 동일한 제조공정으로 브레이징 접합을 행하였다. 이때, 상기 합금분말의 융점은 492℃이었으며, 실시예2에서와 동일한 시험방법으로 관체 접합부에 대한 접합시험을 행한 결과 실시예2와 동등한 수준의 양호한 접합결과를 얻었다.

실시예7.

실시예6과 모두 동일하되, 접합대상 관체를 구리관 대신으로 스테인레스관을 사용하였는 바, 접합부의 특성은 상기 실시예6과 동등한 수준을 보였다.

실시예8

먼저 Zn-Al(78:22, 중량비) 합금을 아토마이저 장치를 이용하여 150메쉬의 평균입자 크기를 갖는 합금분말을 얻었다. 상기 합금분말의 융점은 480℃이다. 상기 합금분말에 불화세슘계 플럭스인 CsAlF₄와 바인더로서 액상의 폴리아크릴산 부틸(폴리아크릴산부틸: 메탄올의 혼합중량비는 1:10)을 중량비 70: 18: 12로 혼합하여 페이스트 형태의 브레이징재를 제작하였다.

도4에서와 같은 10mm(폭) x 50mm(길이) x 3mm(두께)인 구리판(3) 위에 페이스트상으로 제작된 상기의 브레이징재(B") 2g을 도포한 다음 그 위에 U자형 단면의 알루미늄판(4)[8mm(밑면) x 10mm(높이) x 0.8mm(두께) x 40mm(길이)]을 포개어 놓고 전기로중에서 550℃의 온도로 10분간 가열한 뒤 상온에서 냉각하였다. 이때, 전기로 내부로의 질소가스 주입속도는 2㎥/min으로 하였다.

상기와 같은 브레이징 작업결과 브레이징재는 완전히 용융되어 구리판(3)과 알루미늄판(4)사이에 응고되어 있었으며, 집게를 이용하여 두 판 사이를 분리시켜 본 결과 브레이징 접합면에서 파단이 일어나지 않고 모재(알루미늄판)에서 파단이 발생되었다. 이로부터 접합부의 강도가 모재에 비해서 높고 매우 우수한 접합상태를 유지하고 있음을 알 수 있었다.

실시예9

실시예8에서의 플럭스 효과를 높이기 위해 CsAlF₄에 LiF가 소량 첨가된 조성의 플럭스를 사용하였으며, 이때 CsAlF₄ 대 LiF의 혼합비는 중량비로 10:1로 하였다. 그외의 모든 조성비와 제조공정 및 접합공정은 실시예8과 동일하다. 접합부에 대한 파단시험 결과 실시예8과 동등한 결과를 나타냈다.

본 발명의 플럭스가 함유된 브레이징재는, 브레이징 금속분말과 플럭스를 혼합하여 기계적인 성형공정을 통해서 소정의 3차원 형상으로 가공함으로써 브레이징 접합시 플럭스 도포공정의 배제를 통한 브레이징 작업의 단순화 및 플럭스의 적량제어를 통한 접합품질의 향상을 도모할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 융점이 낮은 Zn계 합금을 브레이징 합금으로 하고, 이에 혼합되는 플럭스 역시도 융점이 낮은 것으로 알려진 불화세슘계 (CsF)계 플럭스를 사용함으로써 플럭스가 함유되어 일체화된 브레이징재 자체의 융점이 기존의 브레이징재에 비해 낮게 유지되도록 하여 브레이징 접합시 소모되는 열원 코스트 및 접합시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이에 더하여, 본 발명은 종래의 브레이징 온도에 비해서 상대적으로 낮은 온도에서 별도의 플럭스 도포공정이 없이 접합대상 금속부재의 접합부 형상에 부합되게 성형된 브레이징재를 이용하여 간편하게 브레이징 접합이 이루어짐으로써 접합대상 금속부재의 재질이, 구리 대 구리, 알루미늄 대 알루미늄과 같은 동종 금속은 물론, 구리 대 알루미늄, 구리 대 스테인레스, 알루미늄 대 스테인레스 등의 이종 금속간에도 손쉽게 브레이징 접합이 가능하도록 한다.

도1의 (가) 내지 (라)는 본 발명의 일실시예 링형상 브레이징재의 제조공정도.

도2는 도1의 링형상 브레이징재를 이용한 관체의 접합과정을 보인 단면도.

도3은 본 발명의 일실시예 선재 형태의 브레이징재를 이용한 관체의 접합과정을 보인 단면도.

도4는 본 발명의 일실시예 페이스트 형태의 브레이징재를 이용한 판체의 접합과정을 보인 사시도.

(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))

B, B', B". 브레이징재 1. 구리관

1a. 연결용 소켓 2. 알루미늄관

3. 구리판 4. 알루미늄판

Claims (9)

1. Al, Si 및 불화물계 플럭스가 함유되며, 동종 또는 이종 금속부재의 접합에 사용되는 브레이징재에 있어서,

   Al 또는 Al+Si가 10∼40중량% 포함되고 잔부가 Zn인 Zn 합금분말과; CsAlF₄ 또는 CsAlF₄에 LiF나 KAlF₄가 10% 이내의 중량비로 혼합된 것 중의 어느 하나로 이루어지고 상기 합금분말 중량의 10∼40%에 상당하는 양의 불화세슘계 플럭스로 조성되며, 분말단조와 압출성형의 기계적인 가공을 거쳐 3차원 형상으로 성형된 것을 특징으로 하는 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재.
2. 제1항에 있어서, 상기 합금분말의 입도는 30∼100메쉬이고, 분말상 플럭스의 입도는 100∼200메쉬인 것을 특징으로 하는 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 3차원 형상은 봉상, 판상, 파이프형, 선재 또는 링형상중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재.
6. 동종 또는 이종 금속부재 접합용 브레이징재에 있어서,

   Al 또는 Al+Si가 10∼40 중량% 포함되고 잔부가 Zn인 Zn 합금분말과;

   상기 합금분말 중량의 10∼40%에 상당하는 양의 분말상 불화세슘계 플럭스와;

   유기 바인더 성분인 불가소성 수지와 이를 용해하는 용매가 1/1∼1/100의 중량비로 혼합되며, 상기 합금분말 중량의 10∼30%에 상당하는 양의 액상 바인더로 조성된 페이스트인 것을 특징으로 하는 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재.
7. 제6항에 있어서, 상기 합금분말의 입도는 100∼200메쉬인 것을 특징으로 하는 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재.
8. 제6항에 있어서, 상기 플럭스는 CsAlF₄ 인 것을 특징으로 하는 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재.
9. 제6항에 있어서, 상기 플럭스는 CsAlF₄에 LiF나 KAlF₄가 10% 이내의 중량비로 혼합된 조성인 것을 특징으로 하는 플럭스가 함유된 저온접합용 브레이징재.