KR101499774B1 - 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법 - Google Patents

티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법 Download PDF

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Abstract

티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법이 개시된다. 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법은, (a) 티타늄 재질의 티타늄 다공체를 제조하고, 표면을 연마하는 단계와, (b) 티타늄 다공체를 티타늄 벌크재에 위치시키고, 티타늄 다공체와 상기 티타늄 벌크재의 접촉면의 이물질을 제거하는 단계와, (c) 상기 (b) 단계에서 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 표면의 이물질이 제거된 것으로 확인되면, 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재와의 사이에 용가재(filer metal)을 삽입하는 단계와, (d) 상기 (c) 단계에서 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재 및 용가재를 함께 가열하여 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재를 접합하는 단계를 포함한다.

Description

티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법{METHOD FOR JOINING TITANUM POROUS MATTER AND TITANUM BULK MATERIAL}
본 발명의 일 실시예는 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재를 효과적으로 접합하는 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법에 관한 것이다.
일반적으로 우수한 물성을 갖고 있는 티타늄은 항공, 조선, 화학 플랜트 및 해수 담수화 설비 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 티타늄은 현재 소재 설계 및 공정 기술 개발 등을 통해 그 용도가 더욱 확대되고 있다.
티타늄의 적용을 확대하기 위해 티타늄 다공체에 대한 연구가 진행되고 있으며, 분말 야금법 및 주조법으로 제조한 다공체를 소재화하기 위해 기존 소재와의 접합 특성은 상당히 중요하다.
이러한 티타늄의 우수한 물성을 기반으로 다공체의 기능성을 확보하기 위해, 타금속이 아닌 티타늄과의 접합 특성이 중요하다. 그러나 티타늄의 벌크재 접합을 효율적으로 구현하는 연구 개발 진행은 미비하다.
본 발명의 일 실시예는 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재를 브레이징 방법으로 효과적으로 접하는 하는 것이 가능한 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, (a) 티타늄 재질의 티타늄 다공체를 제조하고, 표면을 연마하는 단계와, (b) 티타늄 다공체를 티타늄 벌크재에 위치시키고, 티타늄 다공체와 상기 티타늄 벌크재의 접촉면의 이물질을 제거하는 단계와, (c) 상기 (b) 단계에서 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 표면의 이물질이 제거된 것으로 확인되면, 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재와의 사이에 용가재(filer metal)을 삽입하는 단계와, (d) 상기 (c) 단계에서 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재 및 용가재를 함께 가열하여 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재를 접합하는 단계를 포함한다.
(b) 단계는, 버프(buff)를 이용한 폴리싱(polishing) 방법을 이용하여 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접촉면의 이물질을 제거할 수 있다.
(c) 단계에서 용가재는, Ag(은) 또는 Al(알루미늄)을 포함한 재질일 수 있다.
(d) 단계는 용가재의 용융점 보다 섭씨 150도 이상의 온도에서 5분 내지 15분의 범위로 가열할 수 있다.
용가재는 Al-Si(알루미늄-실리콘) 합금일 수 있다.(d) 단계는 용가재를 섭씨 650도에서 5분 내지 15 분의 범위로 가열할 수 있다.
용가재는 Ag-Cu-Ti(은-구리-티타늄) 합금일 수 있다. (d) 단계는 용가재를 섭씨 920도에서 5분 내지 15 분의 범위로 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재를 용가재를 이용한 브레이징 방법으로 접합하는 것이 가능하여, 티타늄의 형상 변형에도 접합계면의 품질을 향상시키면서 효과적인 접합이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 사이에 용가재를 위치시킨 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 계면을 다양하게 도시한 요부 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이고, 도 2는 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 사이에 용가재를 위치시킨 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 이하에서 도 1 및 도 2를 참조하여 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 티타늄 재질의 티타늄 다공체를 제조하고, 표면을 연마한다(S10). (S10) 단계에서는 티타늄 재질의 티타늄 다공체(10)는 티타늄 소재를 용해하고 원심 또는 압력제어를 이용한 정질 주조를 이용하여 제조하는 것이 가능하다.
(S10) 단계에서 티타늄 다공체(10)의 표면을 연마하는 것은 폴리싱(polishing) 방법을 이용하여 표면을 연마하는 것이 가능하다. 보다 구체적으로 설명하면, 버프(buff)의 고속 회전을 이용하여 티타늄 다공체(10)의 표면을 연마하여 티타늄 벌크재(20)와의 접촉면을 보다 넓은 범위로 마련하는 것이 가능하다.
다음, 티타늄 다공체(10)를 티타늄 벌크재(20)에 위치시키고, 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)의 접촉면의 이물질을 제거한다(S20). (S20) 단계에서 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)의 접촉면의 이물질을 제거하는 것은, 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)의 접촉면을 초음파 세척을 함으로써, 이물질을 제거하는 것이 가능하다. 이와 같이, 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)의 접촉면의 이물질을 제거하여 효과적인 접합이 가능하도록 할 수 있다.
이어서, 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)의 표면의 이물질이 제거된 것으로 확인되면, 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)와의 사이에 용가재(30, filer metal)를 삽입한다(S30). 이러한 용가재(30)는 필러(filler)를 포함한 재질로 이루어지는 것으로 브레이징(brazing) 방법을 이용한 접합을 위해 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)와의 사이에 위치되는 것이다.
본 실시예에서 용가재(30)는, Ag(은) 또는 Al(알루미늄)을 포함한 재질로 적용될 수 있다. 여기서 용가재(30)는 Ag(은)를 포함하는 경우에는 Ag-Cu-Ti(은-구리-티타늄)로 적용되는 것이 가능하다, 또한, 용가재(30)는 Al(알루미늄)을 포함하는 경우에는 Al-Si(알루미늄-실리콘)으로 적용되는 것도 가능하다.
이어서, 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20) 및 용가재(30)를 함께 가열하여 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)를 접합한다(S40). (S40) 단계에서는 용가재(30)의 용융점 온도보다 150도 이상의 온도를 유지한 상태로 5분 내지 15분의 범위로 가열하여, 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)를 접합한다.
(S40) 단계에서의 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20) 및 용가재(30)를 함께 가열하는 것은, 가열로(미도시)의 내부에서 정확한 온도를 유지한 상태로 가열 작용이 이루어지록 한다. 보다 구체적으로 설명하면, 가열로의 내부에 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20) 및 용가재(30)를 함께 삽입한 상태에서 기설정된 온도 제어 프로그램을 이용하여 분당 섭씨 10도 이내로 온도를 상승시킴으로써 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20) 및 용가재(30)를 함께 가열하도록 한다. 이에 따라, 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)는 용가재(30)의 용융 작용에 의해 원활한 접합이 이루어질 수 있다. (S40) 단계에서 가열 작용은 아르곤 분위기에서 가열 작용이 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 용가재(30)를 Ag-Cu-Ti(은-구리-티타늄) 합금 재질로 적용하는 경우에는 용가재(30)를 섭씨 650도에서 5분 내지 15 분의 범위로 가열할 수 있다. 그리고, 용가재(30)를 Al-Si(알루미늄-실리콘) 합금 재질로 적용하는 경우에는 용가재(30)를 섭씨 920도에서 5분 내지 15 분의 범위로 가열할 수 있다.
이와 같이, 용가재(30)를 가열하는 온도를 Ag-Cu-Ti(은-구리-티타늄) 합금 재질에서는 섭씨 650도를 적용하고, Al-Si(알루미늄-실리콘) 합금 재질에서는 섭씨 920도로 적용하는 것은, 용가재(30)의 용융점 온도 보다 섭씨 150도 이상에서 가열하기 위한 것이다.
본 실시예에서 용가재(30)를 가열하여 티타늄 다공체(10)와 티타늄 벌크재(20)를 접합하는 것은 진공 또는 불활성 가스 분위기 하에서 실시하는 것이 가능하다. 이와 같이, 용가재(30)와 티타늄 다공체(10) 및 티타늄 벌크재(20)의 가열을 진공 또는 불활성 가스 분위기 하에서 실시하는 것은, 고온에서 티타늄의 산화를 억제하기 위한 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법에 의하면, 다공체의 형상의 변형에 대응하여 벌크재와 접합되는 접합 계면에서의 불량 및 기공 등의 결함은 발생하지 않는다.
도 3은 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 계면을 다양하게 도시한 요부 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다공체의 형상의 변형에 대응하여 벌크재와 접합되는 접합 계면(A)에서의 결함 발생은 발생하기 않고 원활한 접합이 이루어진다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.
10...티타늄 다공체 20...티타늄 벌크재
30...용가재

Claims (8)

  1. (a) 티타늄 재질의 티타늄 다공체를 제조하고, 표면을 연마하는 단계;
    (b) 상기 티타늄 다공체를 티타늄 벌크재에 위치시키고, 상기 티타늄 다공체와 상기 티타늄 벌크재의 접촉면의 이물질을 제거하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 상기 티타늄 다공체와 상기 티타늄 벌크재의 표면의 이물질이 제거된 것으로 확인되면, 상기 티타늄 다공체와 상기 티타늄 벌크재와의 사이에 용가재(filer metal)을 삽입하는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계의 상기 티타늄 다공체와 상기 티타늄 벌크재 및 상기 용가재를 함께 가열하여 상기 티타늄 다공체와 상기 티타늄 벌크재를 접합하는 단계;
    를 포함하는 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 버프(buff)를 이용한 폴리싱(polishing) 방법을 이용하여 상기 티타늄 다공체와 상기 티타늄 벌크재의 접촉면의 이물질을 제거하는 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 용가재는, Ag(은) 또는 Al(알루미늄)을 포함한 재질인 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 용가재의 용융점 보다 섭씨 150도 이상의 온도에서 5 내지 15분의 범위로 가열하는 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용가재는 Al-Si(알루미늄-실리콘) 합금인 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 용가재를 섭씨 650도에서 5분 내지 15 분의 범위로 가열하는 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 용가재는 Ag-Cu-Ti(은-구리-티타늄) 합금인 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 용가재를 섭씨 920도에서 5분 내지 15 분의 범위로 가열하는 티타늄 다공체와 티타늄 벌크재의 접합 방법.
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