KR100555910B1 - 이종금속 용융 접합방법 - Google Patents

Abstract

이종금속의 용융접합방법으로서, 별도의 용접처리가 필요 없는 접합방법이 개시된다. 본 발명에 의하면 플럭스와, 접합하고자 하는 이종금속 간에 금속간 화합물을 만들 수 있는 금속매체 분말을 혼합하여 겔상태로 만든후, 접합하고자 하는 금속에 코팅하고 가열후 건조한 다음 주형내에 삽입한 후 용융 금속을 주입함으로서, 주조하고자 하는 모재와 이종금속이 주물과정과 동시에 접합되는 구성으로 이루어지는 이종금속 접합방법이 제공된다.

Description

이종금속 용융 접합방법{A method of junction for different matal}

본 발명은 이종금속간의 접합방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플럭스를 이용하는 이종금속간을 용융 접합시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 유압모터나 유압펌프 등에 사용되는 실린더 블록 등은 상대마찰재인 밸브 플레이트에 대해 고속, 고압의 회전운동으로 유압을 형성하여 운동에너지를 얻거나 운동에너지를 유압에너지로 변환시키게 된다. 이러한 경우 고속, 고압 회전 운동하는 실린더 블록과 밸브플레이트 간에는 마찰이 발생하게 되고 이러한 마찰로 인해 에너지 손실 및 각 구성 부품의 기계적 마모를 일으키기 때문에 마찰을 최소화시키는 것이 필요하게 된다.

또한, 엔진의 부싱류 등이나 내산화성이 요구되는 파이프 등의 필요에 의해 이종금속을 접합하여야 하는 경우가 필요하게 되고 따라서 다양한 이종금속의 접합방법이 개발되고 있다.

이들과 관련하여 한국특허 제 93-7666 호에서는 모재보다 용융 온도가 높은 삽입재(insert materials)를 사용한 액상확산접합 방법을 공개하고 있다. 이 특허에서는 삽입재로서 순도가 95%이상인 B, C, Hf, Si에서 선택된 원소를 사용하고, 모재로서는 Ni, Co, Fe, Ti로 구성된 그룹 중에서 선택된 것을 사용하여 삽입재와 모재 사이의 확산반응을 이용하는 방법을 개시하고 있다.

한국특허 제 10-205160 호에서는 Ni-Ti계 합금과 이종금속의 접합부 및 그 접합방법을 공개하고 있는데, 이 특허에서는 Ni-Ti계 합금성분과 이종금속성분의 접합면을 접촉하고, 접합부의 어느 한 성분의 융합온도로 가열, 국부 반응 융합시키고 고온 연화시켜서 양쪽에 고압력을 동시 적용시켜 용해접합된 조직을 접합계면 에 성형하는 방법을 개시하고 있다.

한국특허 제 96-15802 호 및 제 98-143744 호에서는 할로우형 실린더의 이종금속 접합방법을 공개하고 있는데, 이들 특허에서는 접합하려는 접합재를 모재의 할로우 내에 넣고, 접합제의 할로우 내면에 방향성 응고를 이루기 위한 보온 또는 단열재를 충진하고 이를 일반 분위기로나 진공로에서 모재의 용융점보다는 낮고 접합재의 용융점보다는 높은 온도로 가열 유지한 다음 냉각하는 방법 및 첨가제로서 Zn, p성분중 하나를 포함하는 할로우형 실린더의 이종금속 접합방법을 개시하고 있다.

또다른 한국특허 제 98-136954 호에서는 알루미늄-스테인레스강과 같은 이종금속간이나 금속-세라믹과 같은 이종소재간의 접합방법을 공개하고 있는데, 여기서는 접합대상재료의 접합면에 활성금속 증발물질을 진공증착하고, 활성금속 증착층을 접합 대상재료에 침투 확산 시킨 후 두 접합 대상 재료 사이에 충진금속을 삽입하고 진공분위기 하에서 900-950℃의 온도로 10-50분간 열처리하여 이루어지는 방법을 개시하고 있다.

한국 공개 특허 제 2000-46439 호에서는 금속모재에 경질분말을 브레이징 금속필러를 이용하여 경질층을 형성하고 경질분말과 브레이징 금송필러를 고분자 결합재를 이용하여 하나의 가요성 매트로 반죽 형성 후 금속모재에 접합하는 이중재질의 접합방법을 개시하고 있고, 한국 공개 특허 제 2001-61826 호에서는 동합금 분말을 이용하여 라이닝 접합재를 소정의 형태로 별도 제작한 후 이라이닝 접합재를 모재위의 올려놓고 0.1-40kgf/cmf으로 가압하면서 650-900℃의 온도로 가압소결 하는 방법으로 공개하고 있다.

또다른 대한민국 공개 특허 제 2002-26768 호에서는 이종긍속 판재의 접합방 법을 개시하고 있는데, 여기에서는 비철합금 판재와 철합금 부재간을 접합하는 것으로 비철합금 판재를 철합금 부재 위에 놓고 융점이하의 온도에서 일정압력을 가해 밀착성을 향상시킨후 환원성 분위기 또는 비사화성 분위기에서 재결정 온도 이상으로 열처리 하여 접합하는 방법을 공개하고 있고, 또다른 공개 특허 제 2002-35089 호에서는 고온 가열로에서 고압으로 모재와 라이닝을 접합시키는 방법을 공개하고 있으며, 한국 특허 제 10-393900 호에서는 동합금 분말을 모재위에 도포하고 가압한 후 880-980℃의 온도에서 소결 후 서냉하여 이종금속을 접합하는 방법을 공개하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래기술들에서는 별도의 열처리 과정을 거치거나 부재를 만들어야 하는 등 실재 사용에 있어서 많은 문제점을 안고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래 의 열처리 방법들과는 달리, 이종금속을 접합하고자 하는 모재를 주조하면서 동시에 이종금속을 접합할 수 있는 이종금속의 용융접합 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

플럭스와 금속분말을 혼합하여 겔형태의 혼합물을 만드는 단계(S1);

상기 단계(S1)에서의 혼합물을 접합하고자 하는 금속에 도포하는 단계(S2),

상기 단계(S2)에서의 금속을 주형내에 삽입하는 단계(S3); 그리고

상기 주형내로 용융금속을 주입하는 단계(S4)로 이루어지는 이종금속의 용융접합 방법을 제공한다.

상기에서 단계(S1)에서의 플럭스와 금속분말의 혼합비는 1 . 0.3 - 1 : 1.5까지가 바람직하고, 상기 금속 분말은 200~600메쉬 것을 사용함이 바람직하다. 상기에서 금속분말의 혼합비는 분말금속의 비중에 따라 혼합비 범위내에서 차이가 나기 때문에 상기와 같이 정하고, 금속분말이 너무 고우면 비경제적이고 그 이상이 되면 접합부 조직이 거칠게 되므로 상기와 같이 정한다.

또한 상기 단계(S1)에서의 금속분말을 접합하고자 하는 두 금속간에 치환반응을 일으킬 수 있는 금속이면 사용가능하다. 즉 금속간 화합물을 만들 수 있는 매체로서의 금속이면 바람직하며, 알루미늄이나 구리분말 또는 은합금 용접재인 은납 분말이 사용 가능하다.

또한 상기 단계(S1)에서의 혼합물은 겔형태의 것이 바람직하고, 상기 단계(S2)에서 혼합물의 도포는 붓으로 페인팅 하듯 코팅함이 바람직하고, 단계(S3) 내에 삽입되기 전 혼합물이 코팅된 금속은 150℃-250℃정도로 예열함이 바람직한데, 150℃ 이하가 되면 금속간 화합물이 형성되어지기가 난해하며, 250℃가 넘으면 플럭스의 기능이 떨어지기 때문이다.

상기에서 플럭스의 사용은 산화막을 막아주는 역할을 하고 금속 분말을 양금속에 치환반응을 하여 두 금속을 접합시키는 역할을 하며, 사용되는 플럭스는 용융된 금속의 열에 의해 증발하므로 깨끗한 표면을 유지시킬 수 있게 된다.

이하에서는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

스테인레스와 주철을 용융접합 하는 경우를 예로 설명한다.

먼저 플럭스와 300메쉬 이하의 구리분말을 혼합비율 1:1로 혼합하여 겔형태로 만든 후, 이 겔형태의 혼합물을 접합하고자 하는 스테인레스의 부위에 페인팅 하듯 코팅한 다음 약 200℃ 정도로 예열한 후 DCI 주철이 주조될 주형과 조립하였다. 이 때 물론 혼합물의 코팅부가 주조되는 용탕과 접촉할 수 있도록 설치하고 주형내로 주철의 용탕을 주입시킨다.

이와 같이 간단한 공정으로 용탕의 열로 인해 구리분말이 양 금속 즉, 스테인레스와 주철간에 치환반응을 일으켜 양 금속이 접합하게 되고 플럭스는 용탕의 열로 증발하므로 깨끗한 표면으로 접합이 가능하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 기술과는 달리 별도의 열처리나 후속 공정 등이 필요 없이 접합하고자 하는 금속간에 금속간 화합물을 만들게 하여 용이하고 쉽게 이종금속을 접합시킬 수 있게 한다. 특히 원하는 모야의 주형을 미리 만들고 이에 적합한 접합금속에 금속분말을 코팅하여 주형과 조립함으로 원하는 주물의 형태를 만듬과 동시에 이종금속 접합을 할 수 있고 그 주형내의 용탕 열을 이용함으로써 경제적이면서도 용이한 이종금속의 접합을 이룰 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 이종금속의 용융접합 방법에 있어서, 플럭스와; 200~600메쉬의 알루미늄분말, 구리분말 또는 은납 분말중 1종 이상의 금속분말을 1 : 0.3 - 1 : 1.5의 혼합비로 혼합하여 겔형태의 혼합물을 만드는 단계(S1);

   상기 단계(S1)에서의 혼합물을 접합하고자 하는 금속에 코팅한 후 150~250℃로 예열하는 단계(S2) ;

   상기 단계(S2)에서의 예열된 금속을 주형에 삽입하는 단계(S3);

   상기 주형 내부로 용융금속을 주입하는 단계(S4)로 구성됨을 특징으로 하는 이종금속의 용융접합 방법.
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