KR101545531B1

KR101545531B1 - 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스

Info

Publication number: KR101545531B1
Application number: KR1020137029001A
Authority: KR
Inventors: 타카히로 나가에
Original assignee: 다이치 키겐소 카가쿠 코교 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2015-08-19
Also published as: CN103648710B; EP2732906A4; EP2732906B1; US20140202594A1; WO2013008729A1; CN103648710A; JP5713829B2; JP2013018049A; EP2732906A1; KR20140027971A

Abstract

본 발명은 경납으로써 Al-Si 공융 합금(Si 함유량 7 ~ 12 중량%, A4343 합금, A4047 합금, 용융 시작 온도: 약 577 ~ 615 ℃)을 이용한 경우에도 마그네슘을 1.5 중량% 이상 함유하는 A5052 합금 등등을 경납땜할 수 있는 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스를 제공한다.
본 발명은 구체적으로 화합물을 mol% 표시로, 20 mol% ≤ CsF ≤ 49 mol%, 1 mol% ≤ LiF ≤ 58 mol%, 19 mol% ≤ AlF₃ ≤ 41 mol% 및 0 mol% ＜ NaF 및/또는 KF ≤ 19 mol%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스를 제공한다.

Description

알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스{Flux for brazing aluminum materials}

본 발명은 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스, 특히 마그네슘을 1.5 중량% 이상 함유한 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스에 관한 것이다.

이전부터 알루미늄 재료 혹은 알루미늄 합금 재료(이하, 단순히 알루미늄계 재료라고 함)의 경납땜에는 경납으로써 알루미늄계 재료보다 약간 융점이 낮은 알루미늄-실리콘(Al-Si) 공융 합금이 주로 사용되고 있다.

이때, 경납을 알루미늄계 재료와 양호하게 접합시키기 위해서는 상기 알루미늄계 재료의 표면에 존재하는 산화 피막 등을 제거할 필요가 있다. 이러한 산화 피막 등을 제거하기 위해서는 경납과 함께 플럭스를 납땜부에 공급할 필요가 있다.

최근 플럭스 재료로써 종래의 염소계 플럭스 대신에 비부식성, 비수용성의 불화물계 플럭스가 주류를 이루고 있다.

상기 불화물계 플럭스는 종래의 염소계 플럭스에 비해 부식성 및 수용성, 흡습성이 거의 없는 우수한 특징이 있다.

한편, 알루미늄 합금은 마그네슘을 함유함으로써 강도를 높일 수 있기 때문에, 일반적으로 열 교환기, 자동차 부품, 자전거 부품, 배관 등의 알루미늄 합금 제품은 고강도이며, 내식성이 뛰어난 마그네슘이 1.5 중량% 이상 함유된 알루미늄 합금제를 사용하여 이를 경납땜함으로써 제조하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 그 결과 제품의 박육화에 따른 경량화가 달성된다.

그러나 불화물계 플럭스를 사용한 경납땜의 경우에 알루미늄 합금 중의 마그네슘 함유량이 1.5 중량% 이상이 되면, 마그네슘과 불화물계 플럭스가 반응하여 알루미늄 합금 표면에 고융점 화합물을 생성하고 플럭스 작용의 저하를 가져오거나 경납의 젖음성 또는 침투성을 저해한다는 문제점이 있다. 때문에, 경납땜성이 극도로 저하되어 경납땜이 불가능하게 되는 경우도 있다.

특허 문헌 1에는 "LiF, AlF₃ 및 CsF로 이루어지는 분말 혼합물의 용융·응고물을 주성분으로 하는 조성물로 하고, 상기 3 성분의 조성(LiF mol%, AlF₃ mol%, CsF mol%)을 나타내는 삼각 좌표에서 (2, 0, 98)와 (2, 98, 0)를 잇는 직선 A, (0, 22, 78)와 (78, 22, 0)를 잇는 직선 B, (30, 0, 70)와 (30, 70, 0)를 잇는 직선 C, 및 (60, 40, 0)와 (0, 70, 30)를 잇는 직선 D의 4 개의 직선이 둘러싸는 범위 내 있도록 제조되는 Al 재료 경납땜 플럭스 조성물"이 기재되어 있다. 하지만, 상기 특허 문헌 1에서는 경납으로써 Zn-Al 합금(용융 시작 온도: 약 380 ℃ 이상)을 사용하고 있으며, 부식 전위의 차이에 의한 공식이 발생한다는 문제점이 있다.

특허 문헌 2에는 "경납 성분으로써 Al, Si, Cu 및 플럭스 성분을 함유하는 플럭스 함유 Al 합금 경납이며, 상기 경납 성분 중의 Si 함량이 0.05 ~ 20 중량%, Cu 함유량이 5 ~ 10 중량%이며, 상기 플럭스 성분이 KF, LiF 및 CsF를 포함하고 이들이 KF-LiF-CsF의 3원 상태도에서 550 ℃의 액상선으로 둘러싸인 범위에 배합된 불화물계 플럭스이고, 상기 경납 성분과 상기 플럭스 성분이 중량 대비 99.9 : 0.1 ~ 70 : 30의 비율로 배합되고 밀도가 이론치의 90 % 이상인 것을 특징으로 하는 플럭스 함유 Al 합금 경납"이 기재되어 있다. 상기 특허 문헌 2에서는 경납으로써 Al-Si-Cu 합금(용융 시작 온도 : 약 524 ℃ 이상)을 이용한 경우에는 마그네슘 2.2 ~ 2.8 중량%를 함유하는 A5052 합금을 경납땜할 수 있다는 기재는 있지만 경납으로써 Al-Si공융 합금(Si 함유량 7 ~ 12 중량%, A4343 합금, A4047 합금, 용융 시작 온도 : 약 577 ~ 615 ℃)을 이용한 경우에는 경납땜할 수 없다는 문제점이 있다.

특허 문헌 3에는 "화합물의 mol% 표시에서 불화 칼륨이 42 mol% 미만(0 mol%는 제외), 불화 세슘이 2 ~ 74 mol%(74 mol%는 제외), 불화 알루미늄이 26 ~ 67 mol%의 조성 또는 상기 불화 칼륨이 42 ~ 54 mol%, 불화 세슘이 20 ~ 32 mol%(20 mol%는 제외), 불화 알루미늄이 26 ~ 38 mol%(38 mol%는 제외)의 조성을 가지며, 칼륨 및 세슘이 불화 알루미늄산 염으로써 존재하며 유리의 불화 세슘 또는 칼륨을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 재료의 경납땜용 플럭스"가 기재되어 있다. 상기 특허 문헌 3에서는 경납으로써 Al-Si 공융 합금(Si 함유량 7 ~ 12 중량%, A4343 합금, A4047 합금, 용융 시작 온도 : 약 577 ~ 615 ℃)을 이용한 경우에는 마그네슘 함유 1 중량%(A6061합금)이 한계이고, 마그네슘 2.2 ~ 2.8 중량%를 함유하는 A5052 합금으로는 경납땜을 할 수 없다는 문제점이 있다.

[특허 문헌 1] 일본특허 특공평 5-5600호 공보 [특허 문헌 2] 일본공개특허 특개평 7-1177호 공보 [특허 문헌 3] 일본특허 특공평 5-51398호 공보

본 발명은 상기 문제점에 비추어 이루어진 것이고, 그 목적은 경납으로써 Al-Si 공융 합금(Si 함유량 7 ~ 12 중량%, A4343 합금, A4047 합금, 용융 시작 온도 : 약 577 ~ 615 ℃)을 이용한 경우에도 마그네슘을 1.5 중량% 이상 함유하는 A5052 합금 등을 경납땜할 수 있는 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스를 제공하는 것이다.

본 발명자 등은 상기 목적을 달성하기 위해 열심히 연구한 결과, CsF, LiF, AlF₃ 및 NaF 및/또는 KF를 특정량 포함시킴으로써, 경납으로써 Al-Si 공융 합금을 이용하는 경우에도 마그네슘을 1.5 중량% 이상 함유하는 A5052 합금 등을 경납땜할 수 있는 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스를 얻을 수 있음을 알아냈다.

상기 지식에 근거하여, 본 발명은 (1) 화합물을 mol% 표시로, 20 mol% ≤ CsF ≤ 49 mol%, 1 mol% ≤ LiF ≤ 58 mol%, 19 mol% ≤ AlF₃ ≤ 41 mol% 및 0 mol% ＜ NaF 및/또는 KF ≤ 19 mol%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스를 제공한다.

본 발명의 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스는 경납으로써 Al-Si 공융 합금을 이용한 경우에도 마그네슘을 1.5 중량% 이상 함유하는 A5052 합금 등을 경납땜할 수 있으므로 당 분야에서 적합하게 사용할 수 있다.

덧붙여, 본 발명의 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스는 마그네슘 함유량이 1.5 중량% 미만 또는 마그네슘을 포함하지 않는 알루미늄계 재료의 경납땜에도 문제없이 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 사용된 젖음성의 평가 방법의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에서 사용된 역 T자 경납땜 평가 방법의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에서 사용된 역 T자 경납땜 평가 결과를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 화합물을 mol% 표시로, 20 mol% ≤ CsF ≤ 49 mol%(바람직하게는 21 mol% ≤ CsF ≤ 48 mol%), 1 mol% ≤ LiF ≤ 58 mol%(바람직하게는 2 mol% ≤ LiF ≤ 57 mol%), 19 mol% ≤ AlF₃ ≤ 41 mol%(바람직하게는 20 mol% ≤ AlF₃ ≤ 40 mol%) 및 0 mol% ＜ NaF 및/또는 KF ≤ 19 mol%(바람직하게는 0.01 mol% ＜ NaF 및/또는 KF ≤ 19 mol%, 특히 바람직하게는 1 mol% ＜ NaF 및/또는 KF ≤ 18 mol%)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스이다. 본 발명의 경납땜 플럭스는, 상기 각 성분으로 이루어진 혼합물 또는 화합물이고, 분말 또는 물, 알코올 등의 용매에 분산시킨 슬러리로 사용할 수 있다.

덧붙여 NaF와 KF는 각각 단독이어도 되며, 혼합물이라도 된다.

플럭스를 구성하는 CsF, LiF, AlF₃ 및 NaF 및/또는 KF의 비율이 상기 범위를 벗어나면 그 용융 온도가 높아진다. 또한, 알루미늄 합금 중의 마그네슘과의 반응에 기인하며, 경납땜 성능이 충분히 발휘되지 않고, 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 없게 된다.

나아가, 경납으로서는 범용성이 있는 Al-Si 공융 합금(Si 함유량 7 ~ 12 중량%, A4343 합금, A4047 합금, 용융 시작 온도:약 577 ~ 약 615 ℃) 경납을 사용하는 것이 바람직하지만, 그 외에 경납이라도 된다. 또한 유동 개시 온도, 고상 선 온도 및 액상 선 온도를 조정하기 위해 아연, 구리 등의 기타 성분을 첨가해도 상관없다.

한편, 본 발명의 플럭스를 적용할 수 있는 알루미늄계 재료로서는, 마그네슘을 포함하지 않은 것이라도 상관없지만, 마그네슘을 1.5 중량% 이상 함유하는 A5052 합금 등을 적절히 사용할 수 있다.

또한, 알루미늄 합금 중의 마그네슘 함유량의 상한선은 특별히 한정되는 것은 아니지만, JIS로 규격하는 마그네슘을 함유한 알루미늄 합금(A5082 합금:마그네슘 함유량 4 ~ 5 중량%, A5182 합금 : 마그네슘 함유량 4 ~ 5 중량% 및 A5086 합금 : 마그네슘 함유량 3.5 ~ 4.5 중량%)의 마그네슘 함유량을 고려하면 약 5 중량%이다.

본 발명을 적용하는 경납땜 제품의 구성으로서는 예를 들면,

(1) 열 교환기의 핀재나 커넥터재와 같이 마그네슘을 함유한 알루미늄 합금 베어재를 납땜 시트 형태의 예치 경납땜(Preplaced brazing)을 이용해 경납땜하는 경우나, 심재에 마그네슘을 첨가한 납땜 시트 형태를 이용해 경납땜하는 경우,

(2) 마그네슘을 함유한 알루미늄 합금 배관이나 블록의 매김 경납땜(Face-fed brazing)으로 경납땜하는 경우나, 플럭스를 경납으로 충전(Cored)한 와이어로 경납땜하는 경우 등, 알루미늄 합금재의 경납땜이라면, 어느 구성이라도 상관없다.

덧붙여 본 발명은 이하와 같이 기재할 수 있다.

(i) "Al-Si 공융 합금을 경납으로써 알루미늄계 재료를 경납땜할 때 사용하는 플럭스에 있어서, 화합물을 mol% 표시로, 20 mol% ≤ CsF ≤ 49 mol%, 1 mol% ≤ LiF ≤ 58 mol%, 19 mol% ≤ AlF₃ ≤ 41 mol% 및 0 mol% ＜ NaF 및/또는 KF ≤ 19 mol%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스."

(ii) "Al-Si 공융 합금을 경납으로써 알루미늄계 재료를 경납땜할 때의 플럭스 사용에 있어서, 화합물을 mol% 표시로, 20 mol% ≤ CsF ≤ 49 mol%, 1 mol% ≤ LiF ≤ 58 mol%, 19 mol% ≤ AlF₃ ≤ 41 mol% 및 0 mol% ＜ NaF 및/또는 KF ≤ 19 mol%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스 용도."

(iii) "Al-Si 공융 합금을 경납으로써 알루미늄계 재료를 경납땜할 때, 화합물을 mol% 표시로, 20 mol% ≤ CsF ≤ 49 mol%, 1 mol% ≤ LiF ≤ 58 mol%, 19 mol% ≤ AlF₃ ≤ 41 mol% 및 0 mol% ＜ NaF 및/또는 KF ≤ 19 mol%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스를 병용하는 경납땜 플럭스의 사용 방법."

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 자세히 설명한다.

실시예 1

우선 표 1 및 표 2에 나타낸 조성비를 가진 플럭스 분말을 제조하였다. 이어서, 폭 50 mm, 길이 50 mm, 두께 1 mm로, 마그네슘 함유량이 2.2 ~ 2.8 중량%인 알루미늄계 재료 A5052 합금판을 준비하였다.

도 1에 나타낸 바와 같이, A5052 합금판(1) 표면에 A4047 합금으로 된 경납(2) 130 mg과 플럭스(3)를 60 ~ 130 mg 놓고 하부에서 가스 버너로 가열을 수행하여 납의 젖음성을 평가하였다. 그 결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다.

실시번호	플럭스 조성 (mol%)				A5052에서의 경납땜성^주
실시번호	CsF	LiF	NaF	AlF₃	A5052에서의 경납땜성^주
1	50	15	5	30	×
2	48	17	5	30	○
3	46	19	5	30	○
4	45	20	5	30	○
5	44	21	5	30	○
6	40	25	5	30	○
7	35	30	5	30	○
8	28	38	5	30	○
9	25	40	5	30	○
10	23	37	10	30	○
11	21	39	10	30	○
12	19	41	10	30	×
13	20	59	1	20	×
14	22	57	1	20	○
15	24	55	1	20	○
16	25	50	5	20	○
17	25	45	5	25	○
18	30	40	5	25	○
19	35	35	5	25	○
20	40	25	5	30	○
21	40	20	5	35	○
22	40	15	10	35	○
23	40	10	15	35	○
24	41	8	15	36	○
25	41	6	15	38	○
26	41	4	15	40	○
27	43	2	15	40	○
28	45	0	15	40	×
29	35	18	5	42	×
30	35	20	5	40	○
31	35	22	5	38	○
32	35	25	5	35	○
33	35	32	5	28	○
34	30	45	5	20	○
35	30	47	5	18	×
36	39	26	0.01	34.99	○
37	39	26	1	34	○
38	37	25	5	33	○
39	35	23	10	32	○
40	33	22	15	30	○
41	32	21	18	29	○
42	31	21	20	28	×

주) 납의 젖음성 평가

○: 납이 충분히 젖어 번졌다.

×: 납이 거의 젖지 않았다.

실시번호	플럭스 조성 (mol%)				A5052에서의 경납땜성^주
실시번호	CsF	LiF	NaF	AlF₃	A5052에서의 경납땜성^주
2-1	38	25	6	30	○
2-2	37	24	6	33	○
2-3	36	23	6	35	○
2-4	34	23	6	38	○
2-5	32	36	9	23	○
2-6	31	35	9	25	○
2-7	30	34	9	28	○
2-8	29	32	8	30	○
2-9	28	31	8	33	○
2-10	29	32	10	30	○
2-11	29	31	11	29	○
2-12	27	30	15	28	○
2-13	44	25	1	30	○
2-14	27	49	1	23	○
C1	49	32	8	10	×
C2	26	28	20	26	×
C3	22	25	30	23	×
C4	54	23	1	23	×
C5	12	36	15	38	×
C6	21	60	1	18	×
C7	25	60	1	14	×
C8	17	60	1	23	×
C9	28	18	5	50	×
C10	38	42	11	10	×
C11	21	23	6	50	×
C12	48	32	0	20	×
C13	45	30	0	25	×
C14	36	24	0	40	×
C15 (CF-5)	55	-	-	45	×

주) 납의 젖음성 평가

○: 납이 충분히 젖어 번졌다.

×: 납이 거의 젖지 않았다.

표 1 및 표 2에 따라, 화합물을 mol% 표시로, 20 mol% ≤ CsF ≤ 49 mol%, 1 mol% ≤ LiF ≤ 58 mol%, 19 mol% ≤ AlF₃ ≤ 41 mol% 및 0 mol% ＜ NaF 및/또는 KF ≤ 19 mol%로 이루어지는 플럭스라면 납의 양호한 젖음성을 확인할 수 있었다.

실시번호	플럭스 조성 (mol%)				A5052에서의 경납땜성^주
실시번호	CsF	LiF	KF	AlF₃	A5052에서의 경납땜성^주
3-1	38	25	6	30	○
3-2	29	32	8	30	○

주) 납의 젖음성 평가

○: 납이 충분히 젖어 번졌다.

×: 납이 거의 젖지 않았다.

표 3에 따라, NaF를 KF로 대체한 조성에서도 양호한 납땜의 젖음성을 확인할 수 있었다.

비교예 1 (특허 문헌 2의 추가시험에 해당)

플럭스의 조성을 표 4로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 납의 젖음성을 평가하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.

실시번호	플럭스 조성 (mol%)			A5052에서의 경납땜성^주
실시번호	KF	LiF	CsF	A5052에서의 경납땜성^주
4-1	23	36	41	×
4-2	23	51	26	×
4-3	30	24	46	×
4-4	38	30	32	×

주) 납의 젖음성 평가

○: 납이 충분히 젖어 번졌다.

×: 납이 거의 젖지 않았다.

표 4에 따라, 특허 문헌 2의 방법으로는 A5052(마그네슘 함유량: 약 2.5 중량%) 합금의 경납땜은 불가능함을 알 수 있다.

비교예 2 (특허 문헌 3의 추가시험에 해당)

플럭스의 조성을 표 5로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 납의 젖음성을 평가하였다. 그 결과를 표 5에 나타내었다.

실시번호	플럭스 조성 (mol%)			A5052에서의 경납땜성^주
실시번호	KF	AlF₃	CsF	A5052에서의 경납땜성^주
5-1	48	28	24	×
5-2	38	34	28	×
5-3	20	48	32	×

주) 납의 젖음성 평가

○: 납이 충분히 젖어 번졌다.

×: 납이 거의 젖지 않았다.

표 5에 따라, 특허 문헌 3의 방법으로는 A5052(마그네슘 함유량: 약 2.5 중량%) 합금의 경납땜은 불가능함을 알 수 있다.

실시예 2

본 발명의 대표적인 조성인 표 2의 실시번호 2-1 및 2-8의 플럭스를 사용하여 역 T자 경납땜을 평가하였다. 비교 대상으로, CFW(제 1 희원소 화학 공업 주식 회사제 세슘 플럭스 코어드와이어 : Al-Si 공융 합금(A4047 합금) 와이어 내에 CF-5를 25 ~ 36 중량% 충전한 것)을 사용하였다.

폭 50 mm, 길이 50 mm, 두께 1.0 mm의 A5052 합금판(1)과 폭 25 mm, 길이 50 mm, 두께 1.0 mm의 A5052 합금판(4)을 φ 0.55 mm의 스페이서 로드(5)로 클리어런스를 설치하는 형태로 도 2와 같이 조립하여 A4047 합금으로 된 경납(2)와 플럭스(3)를 첨가하였다. 경납은 54 mg, 플럭스량은 24 mg이 되도록 하였다. 이를 600 ℃ × 30 초간 가열하여 형성된 필레트(6)의 길이를 계측해 경납 1 mg 당 필레트의 길이로 비교를 실시하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 기존의 세슘 플럭스에서는 필레트를 형성하지 못했지만, 본 발명의 플럭스를 사용하면 A5052로 양호한 필레트를 형성하였다

1: A5052 합금판
2: 경납
3: 플럭스
4: A5052 합금판
5: 스페이서 로드
6: 필레트

Claims

화합물을 mol% 표시로, 20 mol% ≤ CsF ≤ 49 mol%; 1 mol% ≤ LiF ≤ 58 mol%; 19 mol% ≤ AlF₃ ≤ 41 mol%; 및 NaF, KF 및 NaF와 KF의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종은 0 mol% 초과, 19 mol% 이하;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 재료의 경납땜 플럭스.