KR100541120B1

KR100541120B1 - 이종재질의 접합방법

Info

Publication number: KR100541120B1
Application number: KR1019980063119A
Authority: KR
Inventors: 박우진; 정진현
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 2006-02-28
Also published as: KR20000046439A

Abstract

본 발명은 이종재질간의 접합방법에 관한 것으로, 금속모재에 경질분말을 브레이징 금속필러를 이용하여 경질층을 형성하되, 상기 텅스텐 카바이드 또는 크롬카바이드로 이루어진 경질분말과 브레이징금속필러를 고분자결합재를 이용하여 하나의 가요성 매트로 반죽 성형한 후 금속모재에 접합하는 것으로, 종래의 2개의 가요성매트를 제작하는 데 따른 공정을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 적층된 가요성 매트의 위치이동에 따른 접합불량을 최소화할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

이종재질의 접합방법{Junction method between different materials}

본 발명은 이종재료간의 접합방법에 관한 것으로, 특히 가요성 폴리머 매트를 이용하여 경도가 높은 재료를 모재에 접합하는 이종재료간 접합방법에 관한 것이다.

일반적으로 텅스텐카바이드(WC)와 같이 경도가 높은 재료를 금속모재에 접합하기 위해서는 먼저 텅스텐카바이드를 코발트와 성형한 후 브레이즈재료로 다시 금속과 접합하였다.

이러한 텅스텐카바이드와 코발트가 성형하여 평면인 금속모재에 접합하는 데는 문제없이 용이하게 잘 접합할 수 있었으나, 텅스텐카바이드와 코발트가 성형되면 딱딱하게 되면서 유연성이 없게 되므로 금속모재의 접합면이 곡면이거나 함몰된 형상이면 곡면이나 함몰형상을 따라 텅스텐카바이드를 굴곡시키는 데 어려움이 있었고, 이에 따라 굴곡면을 형성한다 하더라도 접합하고자 하는 금속모재와의 공차를 일정하게 관리할 수 없어 텅스텐카바이드와 금속모재간에 서로 공간을 형성되거나 브레이즈재료가 곡면을 따라 균일하게 웨팅(wetting)이 되지 않아 접합면에 기포가 발생되면서 접합불량이 발생하였다.

이와같이 브레이즈분말은 곡면이 있는 물체에서 곡면을 따라 흘러내리는 특성이 있기 때문에 브레이즈 필러(braze filler)가 불균일하게 분포하게 되면서 접합면에 기포가 발생하게 되는 등 접합을 불완전하게 할 가능성이 많았다.

이러한 브레이즈분말의 특성에 따른 문제점을 개선하기 위하여 1973년 6월 22일자로 출원되고 1975년 4월 8일자로 등록된 미국 특허 제 3876447호 "경질입자층의 제조방법(Method of applying hard-facing materials)"에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리테트라플로오르에틸렌(Polytetraflouoroethylene;PTFE)을 사용하여 경질금속을 포함하는 가요성매트(10)와 브레이징필러재료를 포함하는 가요성 매트(12)를 제작하여 금속모재(14)위에 2단으로 적층한 후 노에서 소결하여 접합시키므로써, 금속모재의 접합면의 곡면상태에 따라 가요성매트를 굴곡시켜 접합시키는 방법이 개시되어 있다.

그러나 이러한 이종재료간의 접합방법은 경질입자를 포함한 가요성매트와 브레이징필러재료를 포함한 가요성매트를 각각 제조하는 데 따른 제작공정이 길어지고, 또한 2개의 매트를 금속모재위에 적층함에 따라 모재와 경질금속매트, 브레이징필러매트가 이동중에 흔들리면서 접합불량이 발생하는 등의 문제점이 있었다.

또한, 가요성매트의 제조시에 사용되는 폴리테트라플로오르에틸렌은 분해속도가 매우 느릴 뿐만아니라 고온에서 인체에 유해한 염소화합물과 강산성물질을 발생하는 등의 문제점이 있었다.

그래서 1988년 1월 23일자로 특허된 독일특허 DE3801958호 "금속기지에 경질물질층을 적층하는 방법"에서는 상기한 미국특허 3876447호에서 사용한 폴리테트라플로오르에틸렌을 사용하는 방법 대신에 에틸렌-초산 비닐공중합체, 에틸-프로필렌 공중합체 및/또는 부틸고무를 사용하는 방법을 제안하고 있다.

그러나 이 방법에서도 경질입자를 포함한 가요성매트와 브레이징필러를 포함한 가요성매트를 각각 제조하여야 하는 문제점을 해결하지 못하였을 뿐만 아니라 세라믹분말과 금속간 분말을 반죽기에 넣고 결합재와 용재를 함께 넣어 혼련한 후 먼저 예비압연을 실시하여야 하는 문제점이 있었다.

그리고 건조를 위해 16시간이라는 장시간이 요구될 뿐만 아니라 수소가스를 보호가스로 사용하여야 하기 때문에 이 수소가스에 의한 폭발의 위험성이 존재하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 굴곡을 이루는 면을 따라 접합되는 이종금속을 기포발생 또는 상호 유동에 의한 접합불량이 없이 용이하게 접합시킬 수 있는 이종재질의 접합방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이종재질의 접합방법은, 텅스텐카바이드 또는 크롬카바이드의 경질분말과 브레이징금속필러를 고분자결합재료에 의해 하나의 가요성매트로 제작하고, 이를 금속모재에 접합시키게 된 것을 특징으로 한다.

이때 상기 경질분말은 텅스텐 카바이드 또는 크롬카바이드중에서 어느 하나를 40 - 90vol%를 포함하게 된 것이고, 또한 상기 브레이징금속필러가 5 - 60vol%인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 디부틸프탈레이트, 디벤조티오펜(DBT), 아세트알데히드, 비닐아세테이트, 물을 주성분으로 하는 폴리머인 고분자물질을 이용하여 구리, BNi2와 같은 브레이징금속필러와, 텅스텐카바이드, 크롬카바이드와 같은 경질입자를 반죽하여 가요성 성형체를 형성하는 것이다.

이때 상기 고분자물질은 중량비로 디부틸프탈레이트(Dibutyle pthalate) 10 - 90%, 디벤조티오펜 (Dibenzothiophene) 0.001 - 1%, 비닐아세테이트 10 -98%, 아세트알데히드 0.05-3%, 물 20 - 60%를 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

상기한 구성으로 된 고분자결합재는 경질입자 40 - 90vol%와 혼합하게 되면, 완성된 매트에 가요성 성질을 유지할 수 있도록 해주게 되며, 휘발특성이 우수하여 105도 이상에서 분해되기 시작하며, 600도 이상에서는 분해되어 잔류물이 거의 남지 않게 된다.

또한 금속, 세라믹분말과 친화성이 매우 좋기 때문에 2종류이상의 분말을 동시에 반죽할 수 있게 되므로써, 경질입자와 브레이징금속필러를 포함하는 2개의 가요성매트를 각각 제작할 필요없이 경질입자와 브레이징금속필러를 함께 성형하여 1의 가요성 매트를 제작하여 공정을 단축할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 가요성 매트의 제조방법을 개략적으로 도시한 것으로, 경질입자와 브레이징금속필러를 고분자물질로 된 결합재를 이용하여 가요성 매트(20)를 제작하고, 이 가요성 매트(20)를 굴곡된 접착면을 갖는 금속모재(22)위에 위치시켜 소결시키게 된다.

이때 상기 소결조건은 노 내에서 상기 가요성매트(20)에 포함된 고분자 결합재료를 분해시키기위해서는 105℃이상으로 가열하여야 하고 잔류물을 남기지 않기 위해서는 600℃ 이상으로 예비 가열하여야 하고, 이어서 가요성 매트에 포함된 브레이징금속필라를 용융시키기 위해서는 소정시간동안 1000 - 1200℃로 소성하여야 한다.

[실시예1]

17㎛입도의 텅스텐카바이드와, Cr : 7wt%, B : 3wt%, Si :4.5wt%, Fe : 3wt%, C : 0.1wt%, Ni : 82.4wt%로 이루어진 브레이징금속 필러 및, 비닐아세테이트, 디부틸프탈레이트, 디벤조티오펜을 주성분으로 하는 고분자물질을 함께 성형하여 하나의 가요성 매트를 제작하였다.

이때 텅스텐카바이드는 볼륨(volume)으로 60%이었다. 제작된 가요성매트를 S45C 스틸모재위에 적응하고 1100℃에서 30분간 유지한 후 냉각하여 스틸위에 텅스텐카바이드의 접합을 실시하여 매우 양호한 접합을 얻었다.

[실시예2]

28㎛입도의 텅스텐카바이드를 Cr : 7wt%, B : 3wt%, Si :4.5wt%, Fe : 3wt%, C : 0.1wt%, Ni : 82.4wt%로 이루어진 브레이징금속필러와 상기 실시예 1의 고분자물질을 함께 성형하여 하나의 가요성매트로 제작하였다. 텅스텐카바이드의 부피분율은 70vol%이었다.

제작된 가요성 매트를 S45C 스틸모재 위에 올려두고 1100℃에서 30분간 유지한 후 냉각하여 스틸위에 텅스텐카바이드의 접합을 실시하여 양호한 접합을 얻었다.

[실시예 3]

13㎛입도의 텅스텐카바이드와 2㎛ 입도의 크롬카바이드를 B :3.2wt%, Si : 4.5wt%, Ni : 92.3wt%로 이루어진 브레이징 금속필러와 상기 실시예의 고분자물질을 함께 반죽 성형하여 하나의 가요성매트를 제작하였다.

이때 텅스켄카바이드와 크롬카바이드의 부피분율은 70vol%이었다.

제작된 가요성 매트를 S45C 스틸모재위에 올려두고 1100℃에서 30분간 유지한 후 냉각하여 스틸위에 카바이드 접합을 실시하여 양호한 접합을 얻었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 텅스텐카바이드 또는 크롬카바이드로 이루어진 경질입자를 브레이징금속필러와 함께 고분자물질로 반죽하여 하나의 가요성 매트를 제작하므로써 종래의 2개의 가요성매트를 제작하는 데 따른 공정을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 적층된 가요성 매트의 위치이동에 따른 접합불량을 최소화할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 이종재질의 접합방법을 설명하기 위한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 이종재질의 접합방법을 설명하기 위한 개략도이다.

Claims

금속모재에 경질층을 형성하기 위한 이종재료의 접합방법에 있어서,

디부탈프탈레이트와 비닐아세테이트를 포함하여 이루어진 고분자 결합재 및 경질분말과 브레이징 금속필러를 혼합하여 가요성 매트를 성형하는 단계와;

상기 가요성 매트를 상기 금속모재에 적층하여 소결과정을 통해 접합하는 단게;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종재질의 접합방법.
제 1 항에 있어서, 상기 가요성 매트는 상기 경질분말이 40 - 90vol% 범위를 가지도록 함유된 것을 특징으로 하는 이종재질의 접합방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 경질분말이 텅스텐카바이드와 크롬카바이드 중에서 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이종재질의 접합방법.
제 1 항에 있어서, 상기 가요성 매트는 상기 브레이징 금속필러가 5 - 60vol% 범위를 가지도록 함유된 것을 특징으로 하는 이종재질의 접합방법.
제 4 항에 있어서, 상기 브레이징금속필러가 Cr : 0.1 - 7wt%, B : 3 - 3.5wt%, Si : 4 - 5 wt%, Fe :0.1 - 3wt%, C : 0.1wt%이하, Ni : 85 - 90wt% 로 구성된 것을 특징으로 하는 이종재질의 접합방법.