KR100605556B1 - 이종금속 용융 접합용 플럭스 및 이를 이용한 이종금속 융용 접합방법 - Google Patents

Abstract

이종금속의 용융접합방법으로서, 별도의 용접처리가 필요 없는 접합방법이 개시된다. 본 발명에 의하면 플럭스를 접합하고자 하는 이종금속에 도포시키고 접합하고자 하는 주형내에 삽입한 후 용융 금속을 주입함으로서, 주조하고자 하는 모재와 이종금속이 주물과정과 동시에 접합되는 구성으로 이루어지는 이종금속 접합방법이 제공된다.

Description

이종금속 용융 접합용 플럭스 및 이를 이용한 이종금속 융용 접합방법{Fulx and Method for Joining Dissimilar Metals}

본 발명은 이종금속간의 접합방법용 플럭스 및 이를 이용한 이종금속 용융접합 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 붕사계열의 플럭스를 이용하는 이종금속간을 용융 접합에 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 삽입 하고 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 실제 사용에 있어서 많은 문제점을 안고 있다.

이와 관련해 본 출원인 명의로 출원한 한국 특허출원 제 2004-5718 호에서는, 플럭스와 금속분말을 혼합하여 접합하고자 하는 금속에 코팅한 후 예열한 다음 예열된 금속을 이종금속의 용융접합 방법을 개시하고 있습니다.

그러나 상기 특허출원에서는 플럭스와 금속분말을 혼합물을 만들고 예열 등의 공정을 거치는 등 복잡한 면이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 열처리 방법들과는 달리, 이종금속을 접합하고자 하는 모재를 주조하면서 동시에 이종금속을 접합하는데 사용하기 적합한 플럭스를 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 플럭스를 이용하여 이종금속을 용융접합 하는 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

8~13중량%의 붕산, 21~26중량%의 붕사, 34~44.5중량%의 불화칼슘, 26~32중량%의 불화수소산 및 0.5~1.5중량%의 기타물질로 이루어지는 페이스형 붕사계열의 플럭스를 제공한다.

상기에서 붕사는 용착 금속표면의 청정화기능으로 녹(금속 산화물)을 제거하는 기능을 갖는다. 과대하게 사용 시에는 용착부의 용탕면측에 보론탄화물(B₄C)이 과대하게 형성되어 가공 시 절삭공구의 과대 마모와 크랙의 위험이 따르므로 상기 와 같이 정하고, 또한, 붕산은 확산 촉진제로 사용하며 수용성으로 묽은 페스트로 하여 도포가 용이하게 한다. 과대한 사용 역시 보론탄화물(B₄C)이 다량 석출될 수 있어 사용 비율 범위를 설정한다.

불화칼슘은 금속 표면의 용융촉진제로 낮은 온도에서 고체표면을 용융할수 있게 하여 용착될수 있게 하는 주재료이다. 사용온도가 700℃ ~ 800℃로 조정하기 위하여 34~44.5%로 설정한다.

또한 불화수소산은 주철중의 용착부의 규소(Si)의 제거 및 탄소(C)의 회분제거기능과 용탕이 접합금속표면에 번지게 하는 기능으로 사용한다. 이 기능을 충분히 하기 위하여 26 ~ 32%의 범위가 적합하다. 사용중 독성이 강하여 과대한 사용은 좋지 않다.

상기에서 기타물질은 불가피한 불순물로서 산화칼슘, 산화나트륨으로 제조과정에서 자연히 함유되는 물질들이다.

본 발명은 또한 플럭스를 접합하고자 하는 금속의 표면에 물로 희석하여 도포하고 건조하는 단계(S1);

상기 단계(S1)에서의 금속을 주형내에 삽입하는 단계(S2); 그리고

상기 주형내로 용융금속을 주입하는 단계(S3)로 이루어지는 플럭스를 이용한 이종금속의 용융접합 방법을 제공한다.

상기 단계(S1)에서의 플럭스는 상기한 페이스트형 붕사계열 플럭스를 물로 적당히 희석하여 사용함이 바람직하고, 상기 단계(S1)와 상기 단계(S2)는 반대로 하여도 상관없다. 즉, 접합하고자 하는 금속을 주형내에 삽입한 다음 접합면에 플럭스를 도포하고 용융금속을 주입하여도 된다.

또한 상기 단계(S1)에서의 플럭스 도포는 도포후 약 30㎛~100㎛로 함이 바람직한데 너무 과대한 도포는 접행면의 취성과 가스발생으로 표면주변에 핀홀을 발생시킬 수 있으므로 상기와 같은 두께로 도포한다.

상기와 같은 본원발명은 도포된 플럭스에 의해 용융금속의 확산에 의한 접합이므로 접합하고자 하는 이종금속이 금속간 화합물일 필요는 없다. 따라서 접합하고자 하는 용융금속은 주철뿐만 아니라 주강도 가능하며 타 이종금속은 주철, 주강, 동 합금 및 스테인레스 계열의 금속도 가능하다.

이하에서는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

구상화흑연 주철과 철판의 용융접합 경우를 예로 설명한다.

먼저 상기와 같은 본원발명의 페이스트형 붕사계열 플럭스를 준비하고, 주형내에 설치된 철판에 상기 플럭스를 약 60㎛으로 도포한 후 용융구상화흑연주철을 주입하여 주조하였다.

주조부와 철판사이는 완벽하게 융착되었고 조직검사결과 용접부에서 주조방향으로 약 0.28㎜정도는 페라이트 조직이 펄라이트 조직(HV220)으로 변형되었고 철판부도 약 0.5mm정도가 펄라이트 조직으로 변형되었으며, 부분적으로 주조부의 페라이트와 펄라이트의 경계부에서 탄화물이 석출되었다.

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

Claims (6)

1. 이종금속을 용융접합하기 위한 플럭스로서,

   8~13중량%의 붕산, 21~26중량%의 붕사, 34~44.5중량%의 불화칼슘, 26~32중량%의 불화수소산 및 0.5~1.5중량%의 불가피한 불순물을 포함함을 특징으로 하는 페이스트형 붕사계열의 플럭스.
2. 제 1항에 있어서, 상기 플럭스는 물로 희석하여 페이스트형으로 도포 사용됨을 특징으로 하는 페이스트형 붕사계열의 플럭스.
3. 제 1항에 있어서, 상기 불가피한 불순물은 산화칼슘(CaO) 또는 산화나트륨(Na₂O) 중 선택되는 것이거나 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트형 붕사계열의 플럭스.
4. 이종융용 금속의 접합방법에 있어서, 접합하고자 하는 금속을 주형내에 삽입한 다음, 접합면에 8~13중량%의 붕산, 21~26중량%의 붕사, 34~44.5중량%의 불화칼슘, 26~32중량%의 불화수소산 및 0.5~1.5중량%의 불가피한 불순물을 포함하는 플럭스를 도포하고 용융금속을 주입함을 특징으로 하는 이종용융 금속의 접합방법.
5. 삭제
6. 제 4항에 있어서, 상기 플럭스의 도포는 30㎛~100㎛의 두께로 함을 특징으로 하는 이종용융 금속의 접합방법.