KR100617398B1

KR100617398B1 - 세륨을 함유한 인동합금 경납땜봉

Info

Publication number: KR100617398B1
Application number: KR1020050081501A
Authority: KR
Inventors: 최진수
Original assignee: 최진수
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2006-09-01

Abstract

본 발명은 인동합금 경납땜봉의 조성에 희토류 금속인 세륨(Ce)을 함유한 저온 경납땜봉에 관한 것이다.

본 발명은 종래 경납땜봉에 사용되는 유해한 중금속인 카드뮴 또는 납 성분을 사용하지 않으면서 고온에서의 흐름성을 향상시키고 용융점을 낮춰 작업온도를 종래보다 10% 낮춘 저온 경납땜봉으로서, 가열하기 위하여 소요되는 비용 및 시간을 줄일 수 있고, 저온 경납땜으로 인하여 모재의 산화와 변형을 줄일 수 있으며, 인장 강도를 종래보다 5 ∼ 20% 향상시킬 수 있다.

저온경납땜봉, 세륨, 은 함량, 인, 동

Description

세륨을 함유한 인동합금 경납땜봉{COPPER PHOSPHORUS BLAZING ALLOY CONTAINING CERIUM ELEMENT}

본 발명은 세륨을 함유한 저온 경납땜봉에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인동합금 경납땜봉의 조성에 희토류 금속인 세륨(Ce)을 함유시켜 경납땜 시, 수행온도를 종래보다 10% 낮춘, 세륨을 함유한 저온 경납땜봉에 관한 것이다.

일반적으로, 납땜은 비슷한 금속이나 서로 다른 금속사이의 결합, 굵은 부분과 가는 부분의 결합이나 녹는점이 크게 다른 금속들 간의 결합에 사용되는 것으로서, 그의 대표적인 일례로 구리 관과 구리 또는 철로 된 관이나 부분들을 결합하는데 사용된다.

이러한 납땜은 경제적이면서도 납땜에 의해서 강하고 틈이 없는 결합을 만들어 낼 수 있으므로, 액체 또는 가스를 담고 있는 밀폐된 체계가 요구되는 난방, 냉방장치 및 냉장설비의 제작에 있어서 금속결합의 중요한 수단으로 사용되어 왔다.

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특히 최근에는 특수한 경납땜봉을 사용하여 일반 가스 용접 및 아크 용접보다도 낮은 온도에서 실시하는 저온 납땜법에 대한 연구가 활발하다. 이때, 납땜봉의 선택이 중요한데, 주로 모재와 같은 계통의 공정합금을 사용한다. 상기 공정에서 합금은 용융점이 모재보다 낮으므로 납땜봉으로서 첨가제의 역할을 한다. 따라서 저온납땜봉은 모재의 용융점보다 낮은 온도에서 납땜할 수 있으므로 동파이프 및 알루미늄 제품의 고열용접으로 인한 결합부위의 모재손상이 없으므로 수명이 길어지고, 모재의 변질과 변형이 작고, 산소 아세틸렌 용기 등을 쓰지 않고 토치 램프로 간편하게 작업할 수 있어 가스 및 전력의 소비량이 적은 동시에 비숙련공도 작업을 쉽게 할 수 있고, 접착성과 침투성이 탁월하여 납땜효과가 높고, 결정이 치밀하여 강도가 큰 장점을 제공한다.

특히, 현재 통용되는 경납땜봉의 종류로는 동(Cu)과 동(Cu)을 경납땜할 때 사용되는 인동합금 경납땜봉 및 동(Cu)과 철(Fe)을 경납땜할 때 사용되는 은 합금 경납땜봉으로 분류된다.

본 명세서에서는 인동합금 경납땜봉에 한정하여 설명하고자 한다. 동(Cu)에 동(Cu)을 경납땜할 때는 인동합금 경납땜봉을 사용함으로써, 별도의 플럭스를 쓰지 않아도 된다. 이때, 상기 경납땜봉에 함유된 인은 플럭스처럼 작용하기 때문이며, 상기 플럭스는 경납땜 시 금속 표면을 공기에 닿지 않도록 해서 열을 가하는 동안 산화되는 것을 방지하기 위하여 사용되며, 열을 가하는 동안 녹아서 활성화되어 산화물을 흡수하고 금속이 녹아 흐르는 것을 돕는다.

상기 인동합금 경납땜봉은 납땜되는 모재 금속들 간의 가장 적당한 간격을 유지하기 위하여, 컵 모양으로 설계되며, 경납땜봉의 조성 성분비율에 따라 다양한 종류가 있으며, 그 중에서도 은(Ag) 4.8∼5.2%, 인(P) 5.8∼6.7% 및 잔량의 동으로 이루어진 경납땜봉을 주로 사용한다.

반면에, 동(Cu)과 철(Fe)을 경납땜할 때는 인을 함유한 인동합금 경납땜봉을 사용할 수 없는데 이는 부서지기 쉬운 인화철이 생성되기 때문이다. 따라서 인이 없는 은 합금 경납땜봉을 사용해야 하며 이런 경우에는 부품들에 플럭스를 발라야 한다. 이때, 은 합금 경납땜봉은 경납땜봉의 성분비율에 따라 다양한 종류가 있으며, 그 중에서도 은(Ag) 34∼36%, 동(Cu) 25∼27%, 아연(Zn) 20∼22%, 카드뮴(Cd) 17∼20% 정도의 혼합비율로 조성된 경납땜봉이 주로 사용된다.

일반적으로 종래 사용하고 있는 합금 경납땜봉은 저온에서 용접성 및 흐름성을 향상하여 원활히 납땜할 수 있도록 기본 조성인 은(Ag), 동(Cu) 및 황동에 카드뮴(Cd) 0.5∼30%를 함유하고 있다.

그러나, 카드뮴(Cd) 성분은 인체의 유해성이 이미 공지되어 있는 바, 사용이 극히 제한되고 있다. 따라서, 이러한 카드뮴(Cd) 성분을 대체할 수 있는 조성으로서, 주석(Sn) 2 ∼ 5%를 함유하는 것을 제안하고 있다. 이외에도 저온에서의 납땜성을 향상시키기 위한 조성으로서 니켈(Ni) 또는 망간(Mn) 또는 이들의 혼합형태를 첨가하여 제조된 납땜봉이 있으나, 이러한 경우, 은(Ag) 함량이 높아지는 반면에 용융점을 낮추는데도 한계가 있다. 은(Ag) 함량이 높아지면 납땜 작업성이 향상되나, 제품가격이 상승하여 가격경쟁력이 떨어진다.

이에, 본 발명자들은 은(Ag) 함량을 줄이고 유해한 중금속을 사용하지 않으면서 용융점과 흐름성 등 저온 납땜에 필요한 요소를 충족시킬 수 있는 저온 경납땜봉을 얻고자 노력한 결과, 희토류 금속인 세륨(Ce)을 첨가하여, 경납땜 시 작업온도를 낮출 수 있으므로, 가열하기 위하여 소요되는 비용을 줄일 수 있고, 저온 경납땜으로 인하여 모재의 산화와 변형을 줄일 수 있는 저온 경납땜봉을 제조할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 희토류 금속인 세륨(Ce)을 함유하여 저온에서 납땜이 가능한 저온 경납땜봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 세륨(Ce)을 함유하여 저온에서 납땜이 가능한 인동합금 경납땜봉을 제공하는 것이다.

본 발명은 인동합금 경납땜봉의 조성에 세륨(Ce) 0.2∼20%의 희토류 금속을 함유하여 경납땜 시, 530∼780℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 저온 경납땜봉을 제공한다.

상기 인동합금 경납땜봉은 인(P) 4.8∼7.5%, 세륨(Ce) 0.2∼20% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진다.

상기 인동합금 경납땜봉은 은(Ag) 1.8∼15.5% 및 인(P) 4.8∼7.7%, 세륨(Ce) 0.2 ∼ 20% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진다.

또한, 상기 인동합금 경납땜봉은 은(Ag) 1.8∼15.5% 및 인(P) 4.8∼7.7%, 주석(Sn) 2.5∼7.5%, 세륨(Ce) 0.2∼20% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진다.

상기 인동합금 경납땜봉이 납, 알루미늄 및 철로 이루어진 군에서 선택되는 원소 0.01∼0.2%를 추가로 함유할 수 있다.

또한, 상기 인동합금 경납땜봉은 실리콘 0.1∼5%를 추가로 함유할 수 있다.

본 발명은 인동합금 경납땜봉의 조성에 세륨(Ce) 0.2 ∼ 20%의 희토류 금속을 함유하여 경납땜 시, 530∼780℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 저온 경납땜봉을 제공한다. 이때, 이하 퍼센트 함량은 중량비를 기준으로 함은 당연히 이해될 것이다.

본 발명의 바람직한 구현을 위한 제1 실시형태로는 상기 인동합금 경납땜봉이 인(P) 4.8∼7.5%, 세륨(Ce) 0.2∼20% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 저온 경납땜봉을 제공한다.

바람직한 구현을 위한 제2 실시형태로서, 상기 인동합금 경납땜봉이 은(Ag) 1.8∼15.5% 및 인(P) 4.8∼7.7%, 세륨(Ce) 0.2∼20% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 저온 경납땜봉을 제공한다.

바람직한 구현을 위한 제3 실시형태로서, 상기 인동합금 경납땜봉이 은(Ag) 1.8∼15.5% 및 인(P) 4.8∼7.7%, 주석(Sn) 2.5∼7.5%, 세륨(Ce) 0.2∼20% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 저온 경납땜봉을 제공한다.

상기에서 인동합금 경납땜봉이 납, 알루미늄 및 철로 이루어진 군에서 선택되는 원소 0.01∼0.2%를 추가로 함유할 수 있다.

인동합금 경납땜봉에 함유되는 인(P)은 동(Cu)과 동(Cu)을 경납땜할 때, 금속 표면을 공기에 닿지 않도록 해서 열을 가하는 동안 산화되는 것을 방지하는 플럭스(Flux)와 동등한 기능을 수행하는 것으로서 인동합금 경납땜봉에 필수성분이다.

인(P) 성분의 바람직한 함량은 4.8∼7.7%이며, 4.8% 미만이면 고융점으로 변하고, 7.7%를 초과하면 인장강도가 낮아져 바람직하지 않다.

인동합금 경납땜봉에 함유되는 은(Ag) 성분은 유동성이 양호하게 되며 강도가 커진다. 또한 경납땜 시 작업온도를 낮출 수 있는 성분으로서, 1.8∼15.5%를 사용한다. 일반적으로 저온 경납땜봉의 작업온도가 450∼900℃일 때, 은(Ag) 5%를 사용하면 작업온도를 715∼815℃로 제어할 수 있다. 이때, 은(Ag) 성분이 1.8% 미만이면, 작업온도를 낮추는 효과가 미비하여 저온 경납땜에 필요한 요소를 충족시킬 수 없고, 15.5%를 초과하면, 고가의 은(Ag) 함량의 증가는 비경제적인 문제가 있다.

세륨(Ce) 성분 역시 경납땜시 작업온도를 낮출 수 있고, 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 성분이다. 특히, 은(Ag) 성분과 함께 사용할 경우, 효과적으로 작업온도를 낮출 수 있다. 일례로 은(Ag) 5%를 함유하여, 작업온도를 715∼815℃로 낮출 때 세륨(Ce)을 추가로 첨가하면, 작업온도를 670∼760℃로 낮출 수 있다.

세륨(Ce)의 바람직한 함량은 0.2∼20%이며, 보다 바람직하게는 5.0∼20%, 더욱 더 바람직하게는 1.0∼5.0%를 사용한다. 이때, 세륨(Ce) 함량이 0.2% 미만일 때에는 합금에서의 효과가 별로 없고, 20%를 초과하면, 크랙이 발생하여 상대적으로 인장 강도가 낮아진다.

상기 인동합금 경납땜봉의 선택적인 성분으로서, 납, 알루미늄 및 철로 이루어진 군에서 선택되는 원소 0.01∼0.2%를 추가로 함유할 수 있다.

또한, 실리콘 0.1∼5%를 추가로 함유할 수 있다. 이때, 실리콘은 인동합금 경납땜봉에 산화방지 기능을 수행하며, 실리콘 함량이 0.1% 미만이면, 첨가물이 미세하여 바람직하지 않고, 5%를 초과하면, 급격한 응고의 문제가 있다.

본 발명은 인동합금 경납땜봉의 조성에 희토류 금속인 세륨(Ce)을 함유하여 경납땜 시, 수행온도를 종래보다 10% 낮춘 저온 경납땜봉을 제공하였고, 상기 저온 경납땜봉의 온도는 530 ∼ 780℃로서, 가열하기 위하여 소요되는 비용 및 시간을 줄일 수 있고, 저온 경납땜으로 인하여 모재의 산화와 변형이 줄일 수 있으며, 인장 강도를 종래 보다 5 ∼ 20% 향상시킬 수 있다.

Claims

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인(P) 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 인동합금 경납땜봉에 있어서, 인(P) 4.8∼7.5%, 세륨(Ce) 0.2∼20% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세륨을 함유한 인동합금 경납땜봉.
은(Ag), 인(P) 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 인동합금 경납땜봉에 있어서, 은(Ag) 1.8∼15.5%, 인(P) 4.8∼7.7%, 세륨(Ce) 0.2∼20% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세륨을 함유한 인동합금 경납땜봉.
은(Ag), 인(P), 주석(Sn) 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 인동합금 경납땜봉에 있어서, 은(Ag) 1.8∼15.5% 및 인(P) 4.8∼7.7%, 주석(Sn) 2.5∼7.5%, 세륨(Ce) 0.2∼20% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세륨을 함유한 인동합금 경납땜봉.
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