KR100552394B1 - 알루미늄 부품의 브레이징을 위한 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 부품의 브레이징을 위한 표면처리방법에 관한 것으로서, 알루미늄 부품에 전체적으로 또는 부분적으로 빠진 곳이 없이 플럭스층이 형성되도록 함으로써 브레이징 접합품질을 향상시킬 수 있고, 알루미늄 부품에 대한 플럭스층의 부착력이 강하며, 알루미늄 부품에 플럭스층을 형성하는 작업을 신속하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 자연건조에 의하여 알루미늄 부품에 플럭스층을 형성할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 표면처리방법은, 불화물계 혼합 플럭스 분말과, 아크릴 수지 분말이 유기용제에 용해되어 이루어지는 액상의 바인더를 혼합하여 바인더 및 플럭스 혼합용액을 만들고 이를 침적조에 수용하는 단계와; 상기 침적조에 수용된, 바인더가 함유된 플럭스 혼합용액에, 브레이징재가 피복된 브레이징 시트로 성형된 알루미늄 부품을 침적하여 바인더가 함유된 플럭스 혼합용액을 알루미늄 부품의 표면 또는 접합부에 부착시키는 단계와; 그리고, 상기 침적조로부터 바인더가 함유된 플럭스 혼합용액이 부착된 알루미늄 부품을 빼내어 자연건조함으로써 알루미늄 부품의 표면 또는 접합부에 플럭스층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 불화물계 혼합 플럭스 분말의 조성비는 LiF가 0.1～7중량부이고, CsAlF₄ 또는 CsAlF₄/KAlF₄가 0.1～30중량부이며, 나머지 중량부가 노콜록 플럭스로 조성된다.

Description

알루미늄 부품의 브레이징을 위한 표면처리방법

본 발명은 브레이징재가 피복된 알루미늄 부품(또는 알루미늄 합금부품)들을 브레이징에 의하여 서로 접합하기 위하여, 특히 유기용제에 용해된 아크릴 수지와 같은 액상의 바인더와 불화물계 혼합 플럭스 분말을 혼합하여 이루어지는 액상의 플럭스 혼합용액에 알루미늄 부품들을 침적시켜 자연건조함으로써 알루미늄 부품의 표면에 플럭스층이 형성되도록 표면처리하는 알루미늄 부품의 브레이징을 위한 표면처리방법에 관한 것이다.

알루미늄 또는 알루미늄 합금(이하 '알루미늄'이라 칭한다)은 가볍고, 비교적 강도가 높으며, 열교환 성능이 우수할 뿐만 아니라 가공성이 우수하다는 장점으로 인하여 예컨대 자동차용 공기조화장치를 구성하는 열교환기의 중요한 소재로 사용되고 있다.

열교환기를 제조할 때에는 통상적으로 상기한 알루미늄 시트를 성형하여 이루어진 알루미늄 부품들을 차례로 조립하여 고정한 조립체를 노(爐)에 넣어 소정온도로 가열하는 브레이징공정을 통하여 알루미늄 부품들을 서로 부착시킴으로써 열교환기를 제조하게 된다.

이러한 브레이징을 위하여, 알루미늄 부품은 통상 알루미늄 보다 용융점이 낮은 브레이징재가 피복되어 이루어진 브레이징 시트로 성형된다. 상기 브레이징재로는 Al-Si 합금을 주재로 하여 이루어진 것이 주로 사용되며, 이외에 제품의 특성, 사용조건, 모재의 성분에 따라 다양한 성분을 더 첨가하여 이루어진 브레이징재도 제안되고 있다.

따라서, 알루미늄 부품들을 조립 또는 적층하여 이루어지는 알루미늄 부품 조립체를 브레이징에 의하여 접합하기 위하여 상기 알루미늄 부품 조립체를 노에 넣어 알루미늄의 용융점 및 브레이징재의 용융점 사이의 온도로 가열하면, 브레이징재가 용융되면서 확산유동되어 브레이징 접합부로 공급됨으로써 알루미늄 합금들이 서로 접합될 수 있다.

그러나, 알루미늄 부품 조립체를 대기중에서 브레이징하면 모재의 표면에 산화알루미늄막(Al2O3막)이 지속적으로 생성되어 브레이징재의 유동을 계속 방해하기 때문에 브레이징재가 접합부로 원활하게 공급되지 못하고, 접합누락이 발생하고 이에 따라 접합부의 누설현상이 야기되므로 접합품질이 양호하지 못하다.

따라서, 브레이징 시트로 성형된 알루미늄 부품들을 조립하여 알루미늄 부품 조립체로 만들어 이를 고정한 상태에서 알루미늄 부품 조립체의 외부 전체에 물 등의 용제에 플럭스를 용해하여 이루어지는 액상의 플럭스를 도포하고, 또 외부로 노출된 알루미늄 부품 상호간의 접합부나 플럭스가 잘 도포되지 않은 부분에 붓 등을 이용하여 액상의 플럭스를 다시 빠짐없이 도포하여 건조함으로써 브레이징시 모재의 표면에 산화알루미늄막이 생성되지 않도록 하는 방법이 주로 사용되고 있다.

플럭스로는 알칸 인터내셔널 리미티드사에서 시판하고 있는 노콜록(NOCOLOK) 플럭스로 잘 알려져 있는 불화물계 플럭스가 주로 사용되며, 이외에 제품의 특성, 사용조건, 모재 및 브레이징재의 성분에 따라 다양한 종류의 불화물계 플럭스가 제안되어 사용되고 있다.

이러한 플럭스는 브레이징재보다 융점이 낮아 가열시 브레이징재보다 먼저 모재의 표면을 덮음으로써 모재와 대기중의 산소와의 접촉을 차단하는 역할을 하고, 이에 따라 모재의 표면에 산화알루미늄막이 형성되지 않는다. 산화알루미늄막이 모재에 형성되지 않음으로써 용융된 브레이징재의 흐름에 장애를 초래하지 않으므로 브레이징재의 유동성이 증가하고 따라서 미접합 부위의 발생이 방지되므로 알루미늄 부품들간의 접합성이 양호해진다.

이 방법은 별다른 장비를 요하지 않아 비용을 줄일 수 있고 또 플럭스 도포시간이 단축되어 생산성을 높일 수 있다는 장점은 있으나, 부품들의 외부에만 플럭스가 도포됨으로써 예컨대 열교환기의 헤드와 같은 부품 내부에는 플럭스가 도포되지 않아 접합강도가 저하되어 냉매가 누설되는 문제점이 존재하기 때문에 바람직한 방법은 아니다. 특히, 물 등의 용제에 플럭스를 희석하여 이루어진 액상의 플럭스를 도포했을 경우에는 플럭스 건조후에도 부착력이 약하여 플럭스 분말이 휘날려 작업환경이 열악해진다. 또한 브레이징하기 전에 작업자에 의하여 2차로 알루미늄 합금부품 조립체 전체 표면 또는 브레이징 접합부에 플럭스를 붓 등으로 칠하는 방법은 작업자의 숙련도 및 작업방법에 따라 불균일하기 때문에 브레이징 품질에 대한 산포가 커 누설부위의 발생이 증가한다.

이러한 점을 고려하여 플럭스리스 브레이징(fluxless brazing) 방법, 즉 진공로에서 브레이징하는 방법이 제안되어 실시되고 있다. 하지만 이 방법에 의하면 플럭스 도포공정이 배제되고, 또 플러스에 대한 재료비가 들지 않는다는 장점은 있지만, 진공로가 고가이고 가동비용도 많이 들기 때문에 이 방법 또한 권장할만한 방법은 아니다.

이러한 문제점들을 감안하여 비용 및 시간을 줄이기 위하여 알루미늄 시트에 미리 브레이징재 뿐만 아니라 플럭스층을 함께 형성하여 브레이징 시트를 만드는 표면처리방법들이 다양하게 시도되고 있고, 다음에 이 방법들에 대하여 차례로 설명한다.

먼저, 일본 공개특허 평5-128991호에는 일정한 속도로 이송되는 알루미늄 시트상에 브레이징재 성분 분말, 플럭스 성분 분말, 바인더 및 용매를 혼합한 슬리프를 도포하고, 이것을 상기 알루미늄 시트와 소정의 간격을 두고 설치된 플레이트에 의하여 일정한 두께로 만들어 건조시킴으로써 브레이징 시트를 얻는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 광폭의 브레이징 시트를 만들 때에는 유리하지만 브레이징재를 함유한 플럭스층의 접합력이 낮고, 이에 따라 알루미늄 부품으로 만들기 위하여 브레이징 시트를 성형하는 과정에서 상기 플럭스를 함유한 브레이징재층이 벗겨질 우려가 있다. 또한 기계적인 방법에 의하여 아주 얇은 피복두께를 조정하는 공법을 채용함으로써 피복두께에 대한 신뢰성이 저하되고, 이에 따라 알루미늄 부품 조립체의 규격 자체가 맞지 않는 문제가 있다.

또한, 일본 공개특허 평5-244881호에는, 브레이징재 분말과 플럭스 분말을 혼합한 페이스트를 피접합부재(즉, 알루미늄 부품)에 도포하여 건조함으로써 알루미늄 부품을 얻는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에 있어서는, 페이스트의 점도가 높아 도포를 용이하게 하기 위하여 휘발하여 없어지는 알콜이나 케톤과 같은 유기용제를 사용하기 때문에 페이스트와 알루미늄 부품과의 접착력이 약할 뿐만 아니라 페이스트가 불균일하게 도포되고, 이에 따라 브레이징하기 전에 알루미늄 부품 조립체의 브레이징 접합부에 페이스트를 도포하는 공정을 더 수행해야 하는 문제점이 있다.

한편, 일본 공개특허 평7-185884호에는, 브레이징재가 피복된 브레이징 시트의 적어도 한 쪽면에 플럭스를 부착하여 플럭스층을 형성한 다음 플럭스층이 형성된 브레이징 시트를 압연하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 방법에 있어서는 플럭스의 부착력이 비교적 크다는 장점은 있지만 압연하기 위한 고가의 장비가 추가로 필요하고 압연시 플럭스가 압연롤러에 부착되는 일이 많아 압연이 쉽지 않다. 또 플럭스가 브레이징 시트에 강한 부착력으로 부착되어 있다 할 지라도 브레이징 시트를 알루미늄 부품으로 만들기 위한 성형과정에서 플럭스층이 벗겨질 우려가 있고, 따라서 이 방법 역시 알루미늄 부품 조립체를 노에 넣어 브레이징하기 전에 알루미늄 부품 조립체의 브레이징 접합부에 추가로 플럭스를 도포해야 하는 문제점이 있다.

또한, 상기한 방법들은 공히 도포된 플럭스를 건조하기 위한 별도의 건조장치가 필요하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 알루미늄 시트에 브레이징재가 피복되어 이루어진 브레이징 시트로 성형된 알루미늄 부품에 전체적으로 또는 부분적으로 빠진 곳이 없이 플럭스층이 형성되도록 함으로써 브레이징 접합품질을 향상시킬 수 있는 표면처리방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 알루미늄 부품에 대한 플럭스층의 부착력을 높임으로써 알루미늄 부품들을 조립 또는 적층하거나 취급하는 중에 플럭스층이 손상되지 않는 표면처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 알루미늄 부품에 브레이징을 위한 플럭스층을 형성하는 표면처리작업을 신속하게 수행함으로써 생산성을 높임과 아울러 비용을 줄일 수 있는 표면처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 알루미늄 부품에 도포된 플럭스가 자연건조될 수 있도록 함으로써 플럭스 건조비용을 줄일 수 있는 표면처리방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 알루미늄 부품의 브레이징을 위한 표면처리방법은, 불화물계 혼합 플럭스 분말과, 아크릴 수지 분말을 유기용제에 용해시킨 바인더를 혼합하여 바인더 및 플럭스 혼합용액을 만들고 이를 침적조에 수용하는 단계와; 상기 침적조에 수용된 액상의 바인더가 함유된 플럭스 혼합용액에, 브레이징재가 피복된 브레이징 시트로 성형된 알루미늄 부품을 침적하여 액상의 바인더가 함유된 플럭스 혼합용액을 알루미늄 부품의 표면에 부착시키는 단계와; 그리고, 상기 침적조로부터 액상의 바인더가 함유된 플럭스 혼합용액이 부착된 알루미늄 부품을 빼내어 자연건조시킴으로써 알루미늄 부품의 표면에 플럭스층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 브레이징 시트는 알루미늄을 주재로 한 알루미늄 합금으로 이루어진 시트 뿐만 아니라 알루미늄으로 이루어진 시트의 적어도 한 면에 브레이징재가 피복된 시트를 포함하고, 알루미늄 부품은 상기 브레이징 시트를 성형하여 이루어진 것을 말한다. 따라서, 상기 알루미늄 부품은 적어도 한 면에 브레이징재가 피복된 브레이징 시트를 성형하여 이루어짐으로써 알루미늄 부품의 표면에는 당연히 브레이징재가 피복되어 있다.

브레이징재로는 Al-Si 합금이 주로 사용되지만, 이 합금을 브레이징재로 사용할 경우 알루미늄의 강도를 향상시키기 위하여 Mg가 함유된 알루미늄 시트에 대해서는 Mg가 용융 플럭스와 반응하여 플럭스의 융점이 높아지고 따라서 브레이징재의 유동성이 저하된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 플럭스의 양을 증대시켜야 하지만 플럭스의 양을 증대시키면 알루미늄 시트의 두께가 두꺼워질 뿐만 아니라 브레이징중에 플럭스가 잔류하여 제품의 외관품질 또는 표면처리성이 저하되므로 플럭스의 양을 증대시키는 것은 바람직하지 못하다. 따라서 브레이징재의 융점을 떨어뜨려 브레이징재의 유동성이 증가하도록 Mg가 함유된 알루미늄 시트에 대해서는 Al-Si합금에 Zn이 첨가된 Al-Si-Zn 합금을 브레이징재로 사용하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 브레이징재가 피복된 브레이징 시트로 이루어지는 알루미늄 부품으로는 특히 적층형 열교환기나, 열교환기의 일부 구성품을 구성하는 부품이 그 대상으로 적당하고, 이외에 브레이징을 위한 표면처리를 요하는 다양한 부품들도 그 대상이 될 수 있다.

한편, 불화물계 플럭스 분말로는 노콜록 플럭스가 주로 사용되지만, 모재나 피재 중에 Mg성분이 미량이라도 들어 있을 경우 브레이징시 플럭스의 융점 상승 및 플럭스의 유동성 저하를 초래하기 때문에 본 발명에서는 LiF와, CsAlF₄ 또는 CsAlF₄/KAlF₄ 플럭스를 노콜록 플럭스에 소정비율 혼합하여 조성되는 불화물계 혼합 플럭스 분말이 사용되는 것이 바람직하다. 혼합 플럭스 분말의 조성비는 LiF가 0.1～7중량부이고, CsAlF₄ 또는 CsAlF₄/KAlF₄가 0.1～30중량부이며, 나머지 중량부가 노콜록 플럭스이다. 최적의 LiF의 함량은 0.1～3.0중량부가 바람직하고, CsAlF₄ 또는 CsAlF₄/KAlF₄의 최적 함량은 5～15중량부가 바람직하다.

본 발명에 따르면, 플럭스 혼합용액을 만들기 위하여 액상의 바인더가 사용된다. 즉, 액상의 바인더를 상기한 불화물계 혼합 플럭스 분말과 혼합하면 바인더에 함유된 유기용제에 의하여 혼합 플럭스 분말이 용해되므로 혼합 플럭스 분말은 바인더와 함께 액상의 플럭스 혼합용액으로 된다.

본 발명에 따르면, 바인더로는 아크릴 수지 분말이 사용된다. 아크릴 수지는 브레이징시 증발되어 없어져 피접합부품의 접합면에 아무런 악영향을 끼치지 않는 반면에 다른 수지류는 타서 피접합부품의 접합면을 손상시킬 우려가 있기 때문에 본 발명에서는 아크릴 수지 분말을 바인더로 사용하는 것이다. 아크릴 수지 분말을 용해시킴과 아울러 상기 혼합 플럭스를 용해시키기 위한 유기용제로는 메틸계, 에틸계, 케톤계 유기용제(MEK)를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 알루미늄 부품에 바인더가 혼합된 플럭스 혼합용액이 부착되면 플럭스 혼합용액에 함유된 유기용제가 휘발하여 없어지면서 플럭스 혼합용액이 건조되므로 알루미늄 부품에는 바인더가 함유된 플럭스층이 피복될 수 있다. 즉, 플럭스 혼합용액이 자연건조될 수 있다.

본 발명에 따르면, 알루미늄 부품의 전체 표면 또는 브레이징 접합부의 표면에 플럭스층을 균일한 두께로, 또한 신속하고 빠짐없이 형성하기 위하여, 상기 플럭스 혼합용액에 알루미늄 부품을 직접 침적시키는 방법이 채용된다. 즉, 플럭스 혼합용액을 침적조에 채워 플럭스 혼합용액에 알루미늄 부품을 전체적으로 또는 부분적으로 침적하여 들어내면 플럭스 혼합용액이 알루미늄 부품의 표면 전체 또는 일부(즉, 브레이징에 의하여 접합될 부분)에 플럭스 혼합용액이 부착된다. 플럭스 혼합용액은 유기용제의 휘발에 의하여 자연건조됨으로써 알루미늄 부품의 표면 전체 또는 브레이징 접합부에는 플럭스 혼합용액이 건조되어 이루어진 플럭스층이 형성된다. 따라서, 침적단계 및 자연건조단계가 간단하고 신속하게 이루어질 수 있으므로 알루미늄 부품에 플럭스층을 형성하는 공정이 신속하게 이루어질 수 있고, 플럭스 혼합용액이 자연건조되므로 별도의 건조장치를 사용하여 플럭스 혼합용액을 건조할 필요가 없다.

그리고, 본 발명에 있어서는 알루미늄 시트가 아닌 브레이징재가 피복된 브레이징 시트를 성형하여 이루어진 알루미늄 부품에 플럭스층을 형성하는 방법을 채용함으로써 플럭스층이 형성된 알루미늄 부품들은 압연이나 프레스가공과 같은 별도의 성형공정을 요하지 않으므로 취급상의 실수나 성형공정중에 플럭스층이 벗겨져 플럭스층이 손상되는 현상을 방지할 수 있다.

플럭스층이 형성된 알루미늄 부품에 대한 성형공정을 거칠 필요가 없다는 점을 고려할 때 본 발명에 있어서의 알루미늄 부품에 대한 플럭스층의 부착력은 그다지 클 필요가 없지만, 본 발명에 있어서는 플럭스층에 접착력이 우수한 아크릴 수지 분말이 바인더로서 함유됨으로써 알루미늄 부품에 대한 플럭스층의 부착력이 상당히 높다. 따라서 알루미늄 부품들을 조립 또는 적층할 때나 취급시에 플럭스층이 손상되는 일은 거의 발생하지 않는다.

본 발명에 따른 표면처리방법에 따르면, 플럭스층에 손상부위가 없고 또한 침적에 의하여 알루미늄 부품에 플럭스층이 피복됨으로써 알루미늄 부품들의 표면 또는 접합부에 빠진 곳 없이 플럭스층이 피복되어 있으므로, 플럭스층이 형성된 알루미늄 부품들을 적층 또는 조립하여 알루미늄 부품 조립체를 만들어 노에 넣고 가열하면 용융 플럭스의 유동성이 좋다. 따라서 용융 플럭스에 의하여 모재의 표면이 완전히 덮여 모재와 산소와의 접촉차단성이 우수하다.

이와 같이 모재와 산소가 용융 플럭스에 의하여 서로 접촉하지 않도록 차단되므로 모재에 주재로 포함된 Al이 산소와 반응할 수 없다. 따라서 브레이징재의 융점을 높여 결과적으로 브레이징재의 유동성을 떨어뜨리는 산화알루미늄막이 생성되지 않으므로 브레이징재의 융점이 낮아질 뿐만 아니라 브레이징재의 유동성도 증가하여 브레이징재가 접합부에 고르게 확산될 수 있어 브레이징시 알루미늄 부품들에 대한 미접합부위가 없어진다.

또한, 본 발명에 있어서는 침적 및 자연건조를 통하여 알루미늄 부품에 플럭스층이 형성됨으로써 알루미늄 부품의 표면 전체 또는 접합부에 플럭스층이 누락된 부분이 없으므로 브레이징시 알루미늄 부품에 대한 미접합부위의 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있고, 따라서 접합성이 우수하다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 알루미늄 부품의 브레이징을 위한 표면처리방법에 의하면, 아크릴 수지 분말이 유기용제로 용해된 액상의 바인더와 불화물계 플럭스 분말과의 혼합에 의하여 이루어지는 액상의 플럭스 혼합용액에 직접 알루미늄 부품을 전체적으로 또는 부분적으로 침적시킨 후 건조함으로써 알루미늄 부품의 표면 또는 접합부에 플럭스층이 형성되도록 하였으므로 작업성이 우수하고 플럭스층을 신속하게 형성할 수 있어 생산성이 향상된다.

또한, 알루미늄 부품에 부착된 플럭스 혼합용액이 바인더에 함유된 유기용제의 휘발에 의하여 자연건조되도록 함으로써 별도의 건조장치를 요하지 않으므로 설비비용을 줄일 수 있다.

또한, 바인더의 강한 접착력에 의하여 알루미늄 부품에 대한 플럭스층의 부착상태가 견고하게 유지되고, 또 침적 및 자연건조에 의하여 플럭스층을 형성할 수 있도록 함으로써 알루미늄 부품의 표면 전체 또는 일부분에 부분적으로 플럭스층이 누락되는 현상을 방지됨에 따라, 알루미늄 부품들을 조립 또는 적층하여 이루어지는 조립체를 브레이징을 하기 전에 플럭스층의 누락부에 추가로 플럭스를 도포하는 작업을 배제할 수 있으므로, 브레이징의 단순화를 도모할 수 있음과 아울러 브레이징시 미접합부위가 발생하지 않아 브레이징성 및 접합품질도 우수하다.

Claims (1)

1. LiF가 0.1～7중량부이고 CsAlF4 또는 CsAlF4/KAlF4가 0.1～30중량부이며 나머지가 노콜록 플럭스로 조성된 불화물계 혼합 플럭스 분말과, 아크릴 수지 분말을 유기용제에 용해시킨 액상의 바인더를 혼합하여 바인더가 함유된 플럭스 혼합용액을 만들고 이를 침적조에 수용하는 단계;

   상기 바인더가 함유된 플럭스 혼합용액에 브레이징재가 피복된 브레이징 시트로 성형된 알루미늄 부품을 침적하여 바인더가 함유된 플럭스 혼합용액을 알루미늄 부품의 표면에 부착시키는 단계;및

   상기 침적조로부터 바인더가 함유된 플럭스 혼합용액이 부착된 알루미늄 부품을 빼내어 자연건조함으로써 알루미늄 부품의 표면에 플럭스층을 형성하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 부품의 브레이징을 위한 표면처리방법.