KR101576505B1 - Brazing method of attaching titanium-based alloy to base steel using wet plating - Google Patents

Brazing method of attaching titanium-based alloy to base steel using wet plating Download PDF

Info

Publication number
KR101576505B1
KR101576505B1 KR1020150028527A KR20150028527A KR101576505B1 KR 101576505 B1 KR101576505 B1 KR 101576505B1 KR 1020150028527 A KR1020150028527 A KR 1020150028527A KR 20150028527 A KR20150028527 A KR 20150028527A KR 101576505 B1 KR101576505 B1 KR 101576505B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nickel
steel
layer
titanium
based alloy
Prior art date
Application number
KR1020150028527A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이승훈
김태혁
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020150028527A priority Critical patent/KR101576505B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101576505B1 publication Critical patent/KR101576505B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/20Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/12Electroplating: Baths therefor from solutions of nickel or cobalt

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

The present invention relates to a brazing bonding method of a steel and titanium-based alloy. More specifically, disclosed is the brazing bonding method of steel and titanium-based alloy using wet plating which suppresses or prevents a generation of carbide on a surface of the steel by forming strong solid diffusion combination which a nickel element has a gradual concentration gradient since going to the steel from an interface of a nickel layer, comprising: a first step of forming the nickel layer by wet plating of a nickel or a nickel-based alloy on a steel base metal; a second step of forming a nickel-based insertion layer by wet plating the nickel-based alloy for a filler on the nickel layer; and a third step of arranging the titanium-based alloy base metal on the nickel-based insertion layer, and then bonding by heating the same at a melting temperature of the nickel-based insertion layer for the filler or more, and then cooling the same. According to the present invention, in bonding the steel and the titanium-based metal, the brazing bonding method of the present invention has an effect of securing excellent wetness since suppressing the generation of carbide on the surface of the steel, solving a problem of generating heat stress at the same time by reducing a gap of thermal expansion coefficients of the titanium-based metal and the insertion layer and the steel, and performing a continuous process in accordance to a shape of the bonding base metal as simplifying the brazing process.

Description

습식 도금법을 이용한 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법{BRAZING METHOD OF ATTACHING TITANIUM-BASED ALLOY TO BASE STEEL USING WET PLATING}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brazing method of joining a steel and a titanium-based alloy using a wet plating method,

본 발명은 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 강과 타이타늄계 금속을 접합함에 있어서, 강의 표면에 탄화물의 생성을 억제하면서도, 우수한 젖음성을 확보하고, 타이타늄계 금속과 삽입층 및 강의 열 팽창계수의 격차를 감소시켜 열응력 발생문제를 동시에 해결할 수 있도록, 습식 도금법을 이용하는 강 및 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of joining a steel and a titanium-based alloy, and more particularly, to a method of joining a steel and a titanium-based metal, And a brazing method of a steel and a titanium-based alloy using a wet plating method so as to reduce a difference in the thermal expansion coefficient of the steel to solve the problem of occurrence of thermal stress at the same time.

브레이징이란 접합하고자 하는 금속 (모재: base metal)보다 용융점 (melting point)이 낮은 용가재(filler)를 사용하여 두 모재를 접합하는 기술로, 모재의 용융점 이하에서 열을 가하여 두 모재를 접합하는 기술을 의미한다. 이 때문에 용가재를 이용한 접합 방법 중 브레이징은 모재의 용융점 이상에서 접합이 이루어지는 용융 용접(welding)과, 용융점이 450℃ 이하인 경우로 한정되는 솔더링 (soldering)과 구분된다. Brazing is a technique of joining two base materials using a filler with a melting point lower than that of the base metal to be bonded. It is a technique to bond two base materials by applying heat below the melting point of the base material. it means. Therefore, among the joining methods using a filler, the brazing is distinguished from welding by melting at a melting point of the base material, and by soldering at a melting point of 450 ° C or less.

이러한 브레이징은 자동차, 항공기, 원자력기기, 에어컨 및 냉장고를 비롯한 냉동 공조기기, 액세서리, 초경공구, 방산부품, 수전 금구류, 전기 및 전자기기, 농기계, 건축 배관용 부품 등 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되는 접합방법으로, 접합기술 중 사용분야 및 응용 범위가 넓고 이종 금속 간에도 다양한 접합이 가능하며, 크기 및 두께가 다른 제품의 접합이 용이하며, 미려하고 정교한 접합부를 얻을 수 있는 장점이 있다.These brazes are used extensively throughout the industry, including automotive, aircraft, nuclear equipment, air conditioning and refrigeration, refrigeration and air conditioning equipment, accessories, hard metal tools, defense components, power tools, electrical and electronic equipment, This method has a wide range of applications and applications in bonding technology, enables various bonding between different types of metals, facilitates joining of products having different sizes and thicknesses, and has a merit that a beautiful and elaborate joint can be obtained.

구조용 강의 브레이징에는 동계, 은계, 니켈계 합금이 필러(filler)로 많이 사용되고 있으며, 특히 니켈계 브레이징 필러는 고온강도가 높고, 내식성 및 고온 내산화성이 우수하여, 항공기 부품, 각종 엔진, 터빈, 원자로 등에 많이 사용되고 있다.In particular, nickel-based brazing fillers are widely used as fillers for the structural steel brazing, and nickel-based brazing fillers are excellent in high temperature strength, corrosion resistance and high temperature oxidation resistance, and are used in aircraft parts, various engines, turbines, And so on.

이러한 브레이징의 주된 원리는 모재 사이에 필러금속을 페이스트(paste)나 박판(sheet) 등 다양한 형태로 도포한 후 가열하면 필러금속이 용융되고, 용융된 필러는 젖음(wetting) 및 모세관 현상 (capillary action)에 의해 모재 사이로 침투하여 접합하는 것이라 할 수 있다. 젖음성은 필러금속이 용융되었을 때 모재와의 친화력 여부, 또는 플럭스 (flux)나 분위기 (atmosphere)에 따라 결정된다. 모세관 현상은 접합간격과 밀접한 관계가 있으며, 필러금속 및 플럭스의 종류, 점도, 밀도, 접합면의 중력에 대한 위치, 가열방법 등과도 밀접한 관계가 있다. 만약 필러금속과 모재와의 젖음성이 나쁘면 접합이 이루어지지 않으며, 접합간격이 크면 양 모재 사이에 필러금속이 충분히 충전되지 않기 때문에 불완전한 접합이 된다.
The main principle of this brazing is that the filler metal is melted when the filler metal is applied between the base materials in various forms such as paste or sheet and heated, and the melted filler is wetted and capillary action ) To penetrate between the base materials to be bonded. Wettability is determined by the affinity of the filler metal with the base material when it is melted, or by the flux or atmosphere. Capillary phenomena are closely related to the bonding spacing, and are also closely related to the types of filler metals and fluxes, viscosity, density, location of gravity on the bonding surfaces, and heating methods. If the wettability between the filler metal and the base material is poor, the bonding is not performed. If the bonding interval is large, the filler metal is not sufficiently charged between the base materials, resulting in incomplete bonding.

한편, TiAl합금은 우수한 고온 강성, 비강도, 내산화성을 갖고 있어 터빈휠 등에 적용될 차세대 고온 경량 재료로 각광 받고 있으나, 상온 취성, 난가공성 때문에 최종 제품으로 제작하고 활용하는데 큰 한계가 있다. On the other hand, TiAl alloy has excellent high-temperature stiffness, noble strength and oxidation resistance and is attracting attention as a next-generation high-temperature and light-weight material to be applied to turbine wheels.

이를 해결하기 위한 방안으로 강도와 인성을 겸비한 구조용 강에 TiAl합금을 접합하여 활용하는 방법이 제시되고 있다. 이때, 활성화 금속인 Ti은 구조용 강과의 접합 시 강에 존재하는 미량의 C와 반응하여 TiC를 형성하여 접합 강도를 저하시키는 문제점이 있다. 특히, 합금원소로서 strong carbide former인 Nb, Mo, V등이 첨가된 경우, TiC 외에도 다양한 탄화물이 형성되어 응력 집중 현상을 유발함으로써, 접합 계면의 강도를 크게 저하시키는 문제가 발생한다. 즉, 브레이징 공법을 적용하는 경우에 필러금속이 용융되면서 타이타늄 합금 원소가 필러금속에 용해되고, 용해된 원소들이 강 (steel)쪽으로 확산하여 강에 존재하는 탄소와 반응하여 강의 표면을 따라 탄화물을 형성함으로써 계면의 강도를 급격히 감소시키는 문제를 초래한다. As a solution to this problem, a method of joining TiAl alloy to structural steel having strength and toughness has been proposed. At this time, there is a problem that Ti, which is an activating metal, reacts with a trace amount of C existing in steel when joining with structural steel to form TiC, thereby lowering the bonding strength. In particular, when Nb, Mo, V or the like, which is a strong carbide former as an alloying element, is added, various carbides are formed in addition to TiC to induce stress concentration phenomenon, thereby causing a problem of greatly lowering the strength of the bonding interface. That is, when the brazing method is applied, the filler metal is melted so that the titanium alloy element dissolves in the filler metal, the dissolved elements diffuse to the steel and react with the carbon present in the steel to form carbide along the surface of the steel Resulting in a problem of drastically reducing the strength of the interface.

또한, 타이타늄 합금과 니켈계 접합층 및 강은 매우 다른 열팽창 계수를 가지기 때문에, 접합된 상태에서 계속적인 열적 사이클이 주어 질 경우, 계면에 응력이 집중되어 계면이 급속히 불안정한 상태가 되는 문제가 있다.Further, since the titanium alloy and the nickel-based bonding layer and the steel have a very different thermal expansion coefficient, when the continuous thermal cycle is given in the bonded state, there is a problem that stress concentrates on the interface and the interface rapidly becomes unstable.

더욱이, 브레이징 접합시 적용되는 필러 금속인 니켈계 합금은 용융시 강 표면에서의 젖음성이 열악하여, 계면 형상 및 크기에 따라 건전한 계면 형성이 곤란한 기술적 문제를 해결하는 것이 요구되고 있는 실정이다.
Furthermore, the nickel-based alloy, which is a filler metal to be applied in brazing, has poor wettability on the surface of the steel during melting, and it is required to solve the technical problem that it is difficult to form a sound interface depending on the shape and size of the interface.

따라서, 본 발명에서는 강과 타이타늄계 금속을 접합함에 있어서, 강의 표면에 탄화물의 생성을 억제하면서도, 우수한 젖음성을 확보하고, 타이타늄계 금속과 삽입층 및 강의 열 팽창계수의 격차를 감소시켜 열응력 발생문제를 동시에 해결할 수 있도록, 습식 도금법을 이용하는 강 및 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
Accordingly, in the present invention, in bonding the steel to the titanium-based metal, it is possible to secure superior wettability while suppressing the generation of carbide on the surface of the steel, and to reduce the difference in thermal expansion coefficient between the titanium- To provide a brazing method of a steel and a titanium-based alloy using a wet plating method so as to simultaneously solve the above problems.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

강(steel) 모재에 니켈 또는 니켈계 합금으로 습식 도금하여 니켈층을 형성하는 제1 단계; A first step of wet-plating a steel base material with nickel or a nickel-based alloy to form a nickel layer;

상기 니켈층 상에 필러용 니켈계 합금으로 습식도금하여 니켈계 삽입층을 형성하는 제2 단계; 및A second step of wet-plating the nickel layer with a nickel-based alloy for filler to form a nickel-based intercalation layer; And

상기 니켈계 삽입층 상에 타이타늄계 합금 모재를 배치한 후 상기 필러용 니켈계 삽입층의 용융온도 이상으로 가열하여 접합한 후 냉각하는 제3 단계;를 포함하여, A third step of disposing a titanium-based alloy base material on the nickel-based intercalation layer, heating the same at a temperature not lower than a melting temperature of the nickel-based intercalation layer for the filler,

상기 니켈층 계면에서 강으로 갈수록 상기 니켈 원소가 점진적 농도 구배를 가지며 강 고용체(Steel solution)를 형성하는 강한 고체 확산 결합이 형성되어 상기 강 표면에 탄화물 생성을 억제 또는 방지하는 것을 특징으로 하는, 습식 도금법을 이용한 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법을 제공한다. Characterized in that the nickel element has a gradual concentration gradient as it goes from the interface of the nickel layer to the steel and a strong solid diffusion bond forming a steel solution is formed to suppress or prevent carbide formation on the surface of the steel. The present invention provides a brazing method of a steel and a titanium-based alloy using a plating method.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1 단계의 니켈층은, Fe, Cu, Zn, Mn, Sn 및 Co 중에서 선택되는 하나 이상의 합금원소 0.1~35 원자%, 잔부의 Ni 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the nickel layer in the first step is composed of 0.1 to 35 atomic% of at least one alloying element selected from Fe, Cu, Zn, Mn, Sn and Co, the balance Ni and inevitable impurities .

바람직하게는 상기 제2 단계의 니켈계 삽입층은, P 및 B 중에서 선택되는 하나 이상의 원소 3~20 원자%와 잔부의 Ni 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다. Preferably, the nickel-based intercalation layer in the second step is composed of 3 to 20 atomic% of at least one element selected from P and B, the balance Ni and inevitable impurities.

또한, 바람직하게는 상기 제3 단계의 가열은, 850~1100 ℃의 온도 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직하게는 920~1100 ℃의 온도 범위에서 4~30분간 가열하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the heating in the third step is performed in a temperature range of 850 to 1100 ° C, more preferably in a temperature range of 920 to 1100 ° C for 4 to 30 minutes .

또한 바람직하게는 상기 브레이징 접합방법은 연속공정(continuous process)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the brazing method is a continuous process.

또한 바람직하게는 상기 방법에 의하여 접합된 강 및 타이타늄계 합금의 브레이징 접합부는 적어도 55 Mpa 이상의 전단강도를 가짐을 특징으로 한다.
Also preferably, the brazed joint of the steel and the titanium-based alloy bonded by the above method has a shear strength of at least 55 Mpa or more.

상기 본 발명에 따른 경우, 강 표면에 습식도금에 의하여 강과 건전한 계면을 가지는 니켈층을 형성함으로써 브레이징 접합시 강에 존재하는 탄소와 타이타늄 합금 원소와의 반응을 억제하여 탄화물의 생성을 방지함으로써 계면 강도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, by forming a nickel layer having a strong interface with steel by wet plating on the steel surface, the reaction between the carbon and the titanium alloy element present in the steel during brazing can be inhibited to prevent generation of carbide, Can be remarkably improved.

또한, 본 발명의 방법에 따르면 상기 니켈층 위에 습식도금법을 이용하여 니켈계 삽입층을 형성함으로써 상기 니켈층과 삽입층의 우수한 젖음성을 확보하여 계면 결함이 최소화 된 견고한 계면을 가지는 타이타늄 합금과 강의 효율적인 고강도 접합 구조를 실현할 수 있게 되는 효과가 있다. In addition, according to the method of the present invention, a nickel-based intercalation layer is formed on the nickel layer by a wet plating method to secure an excellent wettability of the nickel layer and the intercalation layer, thereby providing a titanium alloy having a hard interface with minimized interfacial defects, It is possible to realize a high strength bonding structure.

더욱이, 본 발명의 방법에 따라 용융 접합시 습식 도금법을 이용하여 형성된 니켈층과 강의 계면에서 강으로의 니켈의 확산이 발생하여 강과 니켈층간의 강한 확산 결합을 이룸과 동시에 강의 열팽창계수를 감소시킴으로써 니켈계 삽입층의 응고 공정 및 사용 중 발생할 수 있는 열사이클 (cyclic heating and cooling)시 계면에 발생하는 열응력 집중문제를 동시에 해결할 수 있는 효과가 있다. Further, according to the method of the present invention, diffusion of nickel into the steel from the interface between the nickel layer and the steel formed by the wet plating method during the fusion bonding results in strong diffusion bonding between the steel and the nickel layer and reduces the thermal expansion coefficient of the steel, It is possible to simultaneously solve the problem of concentration of thermal stress occurring in the interface during the solidification process of the system insert layer and the cyclic heating and cooling that may occur during use.

또한, 본 발명의 방법에 따라 습식 도금법을 활용할 경우, 기존 건식 코팅법 대비 접합소재의 모양이나, 표면 상태 및 크기 등에 대한 제약을 획기적으로 감소시킬 수 있고, 특히 접합소재의 모양이 판재 또는 선재와 유사한 경우에는 단속 (batch) 또는 연속 (continuous) 도금 공정도 가능한 효과가 있다. 또한, 독립적인 리본 또는 분말형태의 필러를 사용하는 공정과 비교하여, 필러를 위치시키는 공정을 생략함으로써, 브레이징 공정을 간소화 할 수 있다.
In addition, when the wet plating method is used in accordance with the method of the present invention, it is possible to drastically reduce the restrictions on the shape, surface state, and size of the bonding material compared to the conventional dry coating method. Particularly, In a similar case, a batch or continuous plating process is also effective. In addition, the brazing process can be simplified by omitting the step of positioning the filler as compared with a process using an independent ribbon or powder type filler.

도 1은 본 발명에 따른 강 및 타이타늄계 금속이 브레이징 접합된 구조를 모식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 강 및 타이타늄계 금속의 브레이징 접합방법을 순서도로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 접합부 미세조직의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 접합부 미세조직의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접합부의 전단 시험 파단부에 대한 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 접합부의 전단 시험 파단부에 대한 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 접합부의 접합강도를 나타낸 그래프이다.
Fig. 1 schematically shows a structure in which a steel and a titanium-based metal according to the present invention are brazed.
FIG. 2 is a flowchart showing a brazing method of a steel and a titanium-based metal according to the present invention.
3 is a SEM photograph of a microstructure of a joint according to an embodiment of the present invention.
4 is a SEM photograph of the microstructure of the joint according to the comparative example of the present invention.
5 is a SEM photograph of a shear test failure portion of a joint according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a SEM photograph of the shear test failure portion of the joint according to the comparative example of the present invention.
7 is a graph showing bonding strengths of joints according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 강 및 타이타늄계 금속이 브레이징 접합된 구조를 모식화하여 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 강 및 타이타늄계 금속의 브레이징 접합방법을 순서도로 나타낸 것이다. FIG. 1 is a schematic view of a structure in which a steel and a titanium-based metal according to the present invention are brazed together, and FIG. 2 is a flowchart showing a brazing method of a steel and a titanium-based metal according to the present invention.

이를 참고하면, 본 발명은 강(steel) 모재(110)에 니켈 또는 니켈계 합금으로 습식 도금하여 니켈층(120)을 형성하는 제1 단계; 상기 니켈층(120) 상에 필러용 니켈계 합금으로 습식 도금하여 니켈계 삽입층(130)을 형성하는 제2 단계; 및 상기 니켈계 삽입층(130) 상에 타이타늄계 합금 모재(200)를 배치한 후 상기 필러용 니켈계 삽입층의 용융온도 이상으로 가열하여 접합한 후 냉각하는 제3 단계;를 포함하여, 상기 니켈층(120) 계면에서 강(110)으로 갈수록 상기 니켈 원소가 점진적 농도 구배를 가지는 강한 고체 확산 결합이 형성되어 상기 강(110) 표면에 탄화물 생성을 억제 또는 방지하는 것을 특징으로 하는, 습식 도금법을 이용한 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a nickel base plate, comprising: a first step of wet-plating a steel base material 110 with nickel or a nickel-based alloy to form a nickel layer 120; A second step of wet-plating the nickel layer 120 with a nickel-based alloy for filler to form a nickel-based intercalation layer 130; And a third step of disposing a titanium-based alloy base material (200) on the nickel-based insert layer (130), heating the same at a temperature not lower than a melting temperature of the nickel-based insert layer for the filler, Characterized in that a strong solid diffusion bond is formed in the nickel layer (120) from the interface to the steel (110), the nickel element having a gradual concentration gradient, thereby suppressing or preventing carbide formation on the surface of the steel (110) The present invention relates to a brazing method of a steel and a titanium-based alloy.

본 발명에 따르면, 습식도금을 이용하여 상기 타이타늄 합금 모재(200)와 니켈계 삽입층(130), 니켈계 삽입층(130)과 니켈층(120)간의 우수한 젖음성으로 건전한 접합 계면을 형성하게 된다. 또한, 상기 니켈층(120)과 강 (steel) 모재의 강한 고체 확산 결합을 이룸과 동시에 니켈을 강으로 확산시킴으로써 니켈 합금층과 강 (steel) 모재의 열팽창계수 차이를 감소시키고, 니켈층(120) 위에 용융된 니켈계 삽입층(130)이 우수한 젖음성을 가지게 하여, 건전한 니켈층과 니켈계 삽입층간의 접합을 이루게 된다. According to the present invention, a wet bonding interface is formed by the wetting between the titanium alloy base material 200, the nickel-based insert layer 130, the nickel-based insert layer 130 and the nickel layer 120 by wet plating . In addition, a strong solid diffusion bonding between the nickel layer 120 and the steel matrix is performed, and nickel is diffused into the steel to reduce the difference in thermal expansion coefficient between the nickel alloy layer and the steel matrix, The molten nickel-based intercalation layer 130 has excellent wettability, so that a bond between the sound nickel layer and the nickel-based intercalation layer is achieved.

즉, 본 발명의 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합시 습식 도금법을 사용하여 강(steel)을 전처리함으로써 필러 금속을 기계적으로 삽입하는 기존 공정에 비해 접합 계면 형상 및 크기에 따른 제약을 최소화 하고, 브레이징 공정을 단순화하게 된다. 또한 습식 도금을 2차에 걸쳐 실시함으로써 상기 브레이징 접합시 우수한 젖음성 확보를 통해 계면 결함이 최소화된 건전한 접합계면을 확보하고 상기 강 표면에 탄화물 생성을 억제하여 접합 강도를 증가시킴과 동시에, 접합층과 접합 소재간의 열팽창계수 편차를 저감시켜 접합공정 중 또는 접합 후 사용시 발생하는 열적 싸이클에 의한 열응력 발생을 최소화하게 된다. That is, compared to the conventional process of mechanically inserting filler metal by pretreating steel using a wet plating method when brazing a steel and a titanium-based alloy according to the present invention, it is possible to minimize the constraint according to the bonding interface shape and size, . In addition, wet plating is performed in a second step to ensure a good wetting property at the time of brazing, thereby ensuring a sound bonding interface in which interface defects are minimized and suppressing the generation of carbides on the surface of the steel to increase the bonding strength, It is possible to reduce the thermal expansion coefficient deviation between the bonded materials and to minimize the occurrence of thermal stress due to the thermal cycles occurring during or after the bonding process.

또한, 본 발명은 습식 도금법을 이용함에 따라, 접합소재의 모양이나, 표면 상태 및 크기 등에 대한 제약을 현저하게 감소시키게 되는 바, 특히 접합소재의 모양이 판재 또는 선재와 유사한 경우에는 단속 (batch) 또는 연속 (continuous) 도금 공정으로 이루어지는 것도 가능하다. 또한, 독립적인 리본 또는 분말형태의 필러를 사용하는 기존 공정과 비교하여, 필러를 위치시키는 공정을 생략함으로써 브레이징 공정을 간소화하여 브레이징 접합이 이루어진다.
In addition, since the present invention uses the wet plating method, the constraint on the shape, the surface condition, and the size of the bonded material is remarkably reduced. In particular, when the bonded material is similar in shape to the plate or wire, Or a continuous plating process. In addition, brazing is achieved by simplifying the brazing process by omitting the process of positioning the filler, as compared to conventional processes using an independent ribbon or powdered filler.

이하 구체적으로 단계를 나누어 설명하기로 한다.Hereinafter, the steps will be specifically described.

제1 단계는 강(Steel) 모재에 니켈 또는 니켈계 합금으로 전해 도금하여 니켈층을 형성하는 단계이다. 상기 전해도금에 의할 경우, 니켈 또는 니켈계 합금은 강 모재의 계면에 우수한 접착력(전단강도 : 208MPa)으로 니켈층을 형성하게 되어 강 모재의 내식성 및 내마모성을 향상하게 된다. The first step is a step of electrolytically plating a steel base material with nickel or a nickel-based alloy to form a nickel layer. In the case of the above electrolytic plating, the nickel or nickel-based alloy forms a nickel layer with excellent adhesion force (shear strength: 208 MPa) to the interface of the steel base material, thereby improving the corrosion resistance and wear resistance of the steel base material.

이때, 습식 도금법을 적용함으로써, 기존의 건식 코팅 공정 대비 강의 표면 상태(거칠기, 요철모양 등), 형상(나사 모양, 옹기 모양 등) 및 크기 등에 대한 제한을 획기적으로 감소시킬 수 있다. At this time, by applying the wet plating method, it is possible to drastically reduce the surface state (roughness, irregular shape, etc.), shape (screw shape, cast iron shape, etc.) and size of the steel compared to the conventional dry coating process.

또한 이와 같이 형성되는 상기 니켈층은 브레이징 온도에서 니켈층과 강의 계면에서 강으로 갈수록 니켈 원소가 점진적 농도 구배를 갖도록 확산되어 강(니켈) 고용체를 형성하면서 강한 고체 확산 결합이 이루어진다. 이 경우, 강에 니켈의 함량이 증가할수록 열팽창 계수가 감소하며 약 36 중량% Ni 근방에서 최소값을 가진다. 따라서 계면에서의 열팽창계수의 점진적 감소로 열응력의 발생을 최소화 할 수 있다. 또한 필러용 니켈계 삽입층이 용해되어 타이타늄계 합금 모재와 접합되는 브레이징 공정 중에, 타이타늄계 합금 모재로부터 확산되어 온 타이타늄계 합금 원소들이 계면에서 강 모재의 탄소와 만나 탄화물을 생성하는 것을 억제 및 방지하여, 브레이징 접합부의 접합강도를 향상시킬 수 있게 된다. Also, the nickel layer thus formed is diffused so that the nickel element has a gradual concentration gradient toward the steel at the interface between the nickel layer and the steel at the brazing temperature to form a strong solid diffusion bonding while forming a steel (nickel) solid solution. In this case, as the content of nickel in the steel increases, the coefficient of thermal expansion decreases and has a minimum value at about 36 wt% Ni. Therefore, the gradual decrease of the thermal expansion coefficient at the interface can minimize the occurrence of thermal stress. In addition, during the brazing process in which the nickel-based intercalation layer for filler is melted and bonded to the titanium-based alloy base material, the titanium-based alloy elements diffused from the titanium-based alloy base material inhibit and prevent the carbides from forming at the interface with the carbon of the steel base alloy So that the bonding strength of the brazed joint can be improved.

한편, 강과 Ni계 삽입층 대비, 니켈층은 Ni계 삽입층과 매우 좋은 젖음성을 가지므로 계면 결함이 최소화된 건전한 계면을 확보할 수 있다.On the other hand, since the nickel layer has very good wettability with the Ni-based intercalation layer compared to the steel and Ni-based intercalation layer, a sound interface with minimized interface defects can be secured.

이 때, 상기 강(steel)은 철(Fe)을 기지로 하는 대부분의 구조용 합금강을 포함하는 것이다. At this time, the steel includes most structural alloy steels based on iron (Fe).

또한 상기 니켈층은, Fe, Cu, Zn, Mn, Sn 및 Co 중에서 선택되는 하나 이상의 합금원소 0.1~35 원자%와 잔부의 Ni 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.Further, the nickel layer is characterized by comprising 0.1 to 35 atomic% of at least one element selected from the group consisting of Fe, Cu, Zn, Mn, Sn and Co and the balance Ni and inevitable impurities.

다음으로 제2 단계는 상기 니켈층 상에 필러용 니켈계 합금으로 습식도금하여 니켈계 삽입층을 형성하는 단계이다. 상기 무전해 도금에 의하는 경우 균일한 두께로 화학적, 기계적, 물리적 물성이 모두 우수한 니켈계 삽입층을 형성하게 된다. 이 때, 본 발명의 경우 상기 필러용 금속으로 니켈계 삽입층을 형성하도록 하였는바, 제3 단계에서 타이타늄계 금속 모재와의 접합시 접합부의 융점을 낮추어 각 성분 간의 확산을 촉진할 뿐 아니라 우수한 젖음성을 확보하여 건전한 접합이 이루어질 수 있게 된다.Next, the second step is a step of wet-plating the nickel layer with a nickel-based alloy for filler to form a nickel-based intercalation layer. When the electroless plating is performed, a nickel-based intercalation layer having a uniform thickness and excellent chemical, mechanical and physical properties is formed. At this time, in the case of the present invention, the nickel-based intercalation layer is formed of the metal for the filler. In the third step, the melting point of the joint portion is lowered during the bonding with the titanium-based metal matrix to promote diffusion among the components, So that a sound bonding can be achieved.

이 때, 니켈계 삽입층은, P 및 B 중에서 선택되는 하나 이상의 원소 3~20 원자%, 잔부의 Ni 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. At this time, the nickel-based intercalation layer may be composed of 3 to 20 atomic% of at least one element selected from P and B, the remaining Ni and inevitable impurities.

상기 필러용 니켈계 합금의 경우 상기 P 및 B를 3-20 원자% 첨가할 경우 삽입층의 용융온도를 효율적으로 저하시키고, 비정질 층을 형성함으로써 균질한 성분 분포를 가지는 삽입층을 형성 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, P를 10 원자% 포함하는 니켈계 삽입층을 형성하였다. In the case of the nickel-based alloy for filler, when the P and B are added in an amount of 3 to 20 atomic%, the melting temperature of the insert layer is effectively lowered and the amorphous layer is formed to form an insert layer having a homogeneous component distribution . In one embodiment of the present invention, a nickel-based intercalation layer containing 10 atomic% of P was formed.

또한 상기 니켈계 합금에 있어서, 불순물은 Ni계 필러 금속의 제조 과정 또는 원료에 포함되는 불가피한 측면이 있을 수밖에 없다, 그러므로, 이들 불순물은 1중량% 이하, 바람직하게는 0.1중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.01중량% 이하로 유지한다. In addition, in the nickel-based alloy, the impurities must be inevitably included in the manufacturing process or raw material of the Ni-based filler metal. Therefore, these impurities are contained in an amount of 1 wt% or less, preferably 0.1 wt% Is not more than 0.01% by weight.

다음으로 제3 단계는 상기 니켈계 삽입층 상에 타이타늄계 합금 모재를 배치한 후, 상기 필러용 니켈계 합금의 용융온도 이상으로 가열하여 접합한 후 냉각하는 단계로, 상기 제1 단계 및 제2 단계에서 순차적으로 니켈층과 니켈계 삽입층을 형성시킨 강 모재와 타이타늄계 금속 모재를 일정 압력으로 고정시킨 후에 가열하여 접합부를 상기 필러용 니켈계 삽입층의 용융온도 이상으로 가열하여 일정 시간 유지시키면 용융된 필러용 니켈계 삽입층과 타이타늄계 합금 및 니켈층 간의 조성 성분의 차이로 인한 합금 원소의 확산이 일어나게 되면서 강한 접합을 이루게 된다. 또한 강 모재와 상기 니켈층 사이에도 같은 원리의 확산이 일어나서 강한 접합이 이루어진다. 이 때, 상기 타이타늄계 합금은 Al, Nb을 포함할 수 있다. Next, the third step is to place the titanium-based alloy base material on the nickel-based insert layer, heat it to a temperature not lower than the melting temperature of the nickel-based alloy for the filler, , The steel base material and the titanium base metal base material in which the nickel layer and the nickel base intercalation layer are sequentially formed are fixed at a predetermined pressure and then heated so as to be heated to a temperature not lower than the melting temperature of the nickel base intercalation layer for the filler, The diffusion of the alloying element due to the difference in the compositional components between the nickel-based intercalation layer for the melted filler and the titanium-based alloy and the nickel layer takes place, resulting in strong bonding. Also, diffusion of the same principle occurs between the steel base material and the nickel layer, so that strong bonding is achieved. At this time, the titanium-based alloy may include Al and Nb.

또한, 상기 접합을 위한 가열 온도는 상기 필러용 니켈계 합금의 조성에 따라 변화될 수 있으나, 상기 필러용 니켈계 삽입층의 용융점 이상의 온도로서 용융점 위 150℃ 내로 가열할 수 있다. 바람직하게는 850~1100 ℃의 온도 범위일 수 있다. The heating temperature for the bonding may be varied depending on the composition of the nickel-based alloy for filler, but it may be heated to a temperature above the melting point of 150 ° C as the temperature above the melting point of the nickel-based intercalation layer for filler. Preferably from 850 to 1100 < 0 > C.

본 발명의 일 실시예에서는 니켈계 삽입층을 형성하는 필러용 니켈계 합금으로서 니켈-인 합금을 사용하였는바, 니켈-인 합금의 용융점이 920℃이며, 니켈층의 용융점이 1455℃이고, 라멜라 구조의 타이타늄 알루미늄 합금 모재의 알파 변태 시작점이 1120℃이므로, 920~1100℃의 온도 범위로 가열하여 4~30분간 유지하였다. In an embodiment of the present invention, a nickel-phosphorus alloy is used as a nickel-based alloy for a filler to form a nickel-based intercalation layer. The nickel-phosphorus alloy has a melting point of 920 캜, a nickel layer melting point of 1455 캜, Since the starting point of the alpha transformation of the titanium aluminum alloy base material of the structure is 1120 캜, it was heated to a temperature range of 920 캜 to 1100 캜 and maintained for 4 to 30 minutes.

이와 같이 본 발명의 브레이징 접합방법에 따르면, 강 모재 위에 니켈층을 형성하여 계면반응을 제어함으로써 브레이징 접합 중 강 계면에 타이타늄계 금속 모재의 원소들과 반응하여 탄화물이 생성되는 것을 방지하여 브레이징 접합시 접합부의 강도를 향상시킬 수 있게 되는바, 상기 브레이징 접합부는 적어도 55Mpa 이상의 우수한 전단강도를 가질 수 있게 되며, 가열 시간에 따라 100Mpa 이상의 우수한 전단강도를 나타낼 수 있다.
As described above, according to the brazing method of the present invention, a nickel layer is formed on the steel base material to control the interfacial reaction to prevent carbide from reacting with the elements of the titanium-based metal base material at the steel interface during brazing, The strength of the joint portion can be improved. The brazed joint portion can have an excellent shear strength of at least 55 Mpa or more and an excellent shear strength of 100 Mpa or more according to the heating time.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.

<실시예> 타이타늄 알루미나이드 합금과 구조용 강의 브레이징 접합<Examples> Brazing bonding of titanium aluminide alloy and structural steel

구조용 강 모재(SCM 440, C:0.38-0.43 Si:0.15-0.35 Mn:60-0.85 Cr:0.90-1.20 Mo:0.15-0.30, wt%)에 전해도금법을 이용하여 니켈 금속으로 150㎛의 니켈층을 형성하였다. 즉, 우드 스트라이크 도금욕으로 2ASD의 전류밀도로 2분간 seed층을 형성한 뒤 니켈도금(Watt)욕을 활용하여 Ni 전해 도금층을 형성하였다. A nickel layer of 150 占 퐉 in nickel metal was formed on the structural steel base material (SCM 440, C: 0.38-0.43 Si: 0.15-0.35Mn: 60-0.85Cr: 0.90-1.20Mo: 0.15-0.30, wt% . That is, a seed layer was formed at a current density of 2 ASD for 2 minutes by a wood strike plating bath, and then a nickel electroplating layer was formed using a nickel plating bath.

다음으로, 무전해 도금법(ENP solution, 영인 플라켐, 교반속도: 2000RPM, 도금온도: 90℃, 측정도금속도: 20μm/h)을 이용하여 니켈-인 필러로 20㎛의 니켈-인 (10 wt%) 삽입층을 형성하였다. Next, a nickel-phosphorus filler was used as a nickel-phosphorus filler to form a nickel-phosphorus layer 10 (thickness: 10 μm) using an electroless plating method (ENP solution, Youngin Plastics, stirring speed: 2000 RPM, plating temperature: 90 ° C., wt%) intercalation layer.

이후 타이타늄 알루미나이드 합금(Ti:57 Al:27 Nb:16, wt%)과 진공 상태에서 950℃에서 10분간 브레이징 접합을 실시하였다. 8K/s의 승온 속도로 10분 간의 접합을 수행한 뒤 공냉하였다.
Then, brazing was performed with a titanium aluminide alloy (Ti: 57 Al: 27 Nb: 16, wt%) in a vacuum state at 950 ° C. for 10 minutes. After 10 minutes of bonding at a heating rate of 8K / s, the wafer was air-cooled.

<비교예> 타이타늄 알루미나이드 합금과 구조용 강의 브레이징 접합<Comparison example> Brazing bonding of titanium aluminide alloy and structural steel

구조용 강 모재에 무전해 도금법(ENP solution, 영인 플라켐, 교반속도: 2000RPM, 도금온도: 90℃, 측정도금속도: 20μm/h)을 이용하여 니켈-인 필러로 20㎛의 니켈-인 (10 wt%) 삽입층을 형성하였다. A nickel-phosphorus filler was used as a nickel-phosphorus filler to form a nickel-phosphorus (Ni-phosphor) layer by using an electroless plating method (ENP solution, Youngin Plastics, stirring speed: 2000 RPM, plating temperature: 10 wt%).

이후 타이타늄 알루미늄 합금과 진공 상태에서 950℃에서 10분간 브레이징 접합을 실시하였다. 8K/s의 승온 속도로 10분 간의 접합을 수행한 뒤 공냉하였다.
Thereafter, brazing was performed with a titanium aluminum alloy at 950 ° C for 10 minutes in a vacuum state. After 10 minutes of bonding at a heating rate of 8K / s, the wafer was air-cooled.

<시험예 1> 접합 표면 분석&Lt; Test Example 1 >

상기 실시예 및 비교예에서 접합된 타이타늄 알루미늄 합금-구조용 강의 접합부의 접합 상태를 확인하기 위해 다음과 같은 접합 표면 분석을 수행하였다. In the above Examples and Comparative Examples, the following bonding surface analysis was carried out in order to confirm the bonding state of the bonded portions of the titanium aluminum alloy-structural steel bonded.

먼저, 상기 실시예 및 비교예에 따라 접합된 타이타늄 알루미늄 합금과 구조용 강의 접합부의 미세조직을 주사전자현미경으로 관찰한 후, 그 결과를 도 3 내지 도 4에 나타내었다. First, the microstructure of the bonded portion of the titanium aluminum alloy and the structural steel according to the above-described Examples and Comparative Examples was observed with a scanning electron microscope, and the results are shown in FIG. 3 to FIG.

도 3은 상기 실시예에 따라 습식도금법을 이용하여 니켈층과 니켈-인 삽입층을 형성한 경우의 접합부 미세조직을 나타낸 것으로, 구조용 강에 니켈층이 형성되고 니켈-인 삽입층 및 타이타늄 알루미늄 합금 층이 순차적으로 형성되어 있음을 확인할 수 있는바, 이는 니켈층이 타이타늄 알루미늄 합금으로부터 용해되는 타이타늄 등의 원소가 구조용 강의 계면에서 탄소와 만나 반응하는 것을 억제하여 탄화물이 생성을 억제되었음을 의미한다. FIG. 3 shows the microstructure of the joints when a nickel layer and a nickel-phosphorus intercalation layer are formed using a wet plating method according to the embodiment, wherein a nickel layer is formed on the structural steel, and a nickel-phosphorus insertion layer and a titanium aluminum alloy Layer is sequentially formed. This means that the nickel layer inhibits the reaction of the element such as titanium dissolved from the titanium aluminum alloy with the carbon at the interface of the structural steel to inhibit the generation of carbide.

반면 도 4는 상기 비교예에 따라 습식도금법으로 니켈-인 삽입층만 형성한 경우의 접합부 미세조직을 나타낸 것으로, 구조용 강의 계면에서 타이타늄 알루미늄 합금으로부터 용해되는 타이타늄, 나이오븀 원소가 탄소와 반응하여 타이타늄-나이오븀계 탄화물을 생성하였음을 확인할 수 있었다.
On the other hand, FIG. 4 shows the microstructure of the joint when only the nickel-phosphorus intercalation layer is formed by the wet plating method according to the comparative example. Titanium and niobium elements dissolved from the titanium aluminum alloy at the interface of the structural steel react with carbon, - NaBr-based carbide was produced.

<시험예 2> 전단 시험&Lt; Test Example 2 > Shear test

상기 실시예 및 비교예에서 접합된 타이타늄 알루미늄 합금-구조용 강의 브레이징 접합부의 접합 강도를 알아보기 위하여 상기 브레이징 접합부의 시간에 따른 접합 강도를 전단 시험을 통하여 측정하였다. 그 결과를 도 5 내지 도 7 및 하기 표 1에 나타내었다.In order to examine the bonding strength of the brazed joints of the titanium aluminum alloy-structural steel bonded in the examples and the comparative examples, the bonding strength of the brazed joints over time was measured through a shear test. The results are shown in Figs. 5 to 7 and Table 1 below.

도 5는 상기 실시예에 따라 습식도금법을 이용하여 니켈층과 니켈-인 삽입층을 형성한 경우의 접합부의 전단 시험 파단부에 대한 SEM 사진을 나타낸 것이고 도 6은 상기 비교예에 따라 습식도금법으로 니켈-인 삽입층만 형성한 경우의 접합부의 전단 시험 파단부에 대한 SEM 사진을 나타낸 것이다. FIG. 5 is a SEM photograph of a shear test failure portion of a joint portion when a nickel layer and a nickel-phosphorous intercalation layer are formed using the wet plating method according to the embodiment. FIG. 6 is a cross- SEM photographs of the shear test breaks of the joints when only the nickel-phosphorus intercalation layer is formed.

상기 도 5 및 도 6을 비교하면 타이타늄 알루미늄 계면에 생성된 AlNi2Ti 금속간 화합물층을 따라 파단이 발생하는 것은 동일하나, 비교예의 경우에는 구조용 강의 계면에 생성된 탄화물 층을 따라 파단이 더욱 쉽게 일어나는 것을 확인할 수 있었다. The Figure 5 and as compared to Figure 6, titanium aluminum created at the interface AlNi 2 Ti The rupture occurs along the intermetallic compound layer same as the comparative example, if there are broken along the carbide layer forming the interface structural lecture more easily occurs .

또한 도 7 및 하기 표 1은 상기 실시예 및 비교예에 따라 접합된 브레이징 접합부의 전단 강도를 나타낸 것이다.7 and Table 1 below show the shear strength of the brazed joints bonded according to the above Examples and Comparative Examples.

시간(min)Time (min) 전단 강도(MPa)Shear Strength (MPa) 비교예Comparative Example 실시예Example 44 1414 5555 55 1313 124124 1010 1717 159159 3030 3939 146146

상기 표 1 및 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전해도금을 이용하여 니켈층을 형성한 후에 무전해도금으로 니켈-인 삽입층을 형성한 실시예의 경우에 니켈층에 의하여 탄화물의 생성을 억제한 결과 4분정도 가열하여 접합한 것만으로도 비교예에서 30분간 가열하여 접합한 것에 비교하여 현저히 우수한 접합강도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
As can be seen in Table 1 and FIG. 7, in the case of the embodiment in which the nickel layer was formed using electrolytic plating and then the nickel-phosphorus insertion layer was formed by electroless plating, the generation of carbide was suppressed by the nickel layer As a result, it was confirmed that the bonding strength was remarkably improved as compared with the case where the bonding was performed by heating for about 30 minutes in the comparative example.

이러한 실시예의 결과로부터 본 발명은 습식도금법을 이용하여 니켈층 및 니켈계 삽입층을 형성함으로써 고온에서 탄화물 형성이 억제된 상태에서 우수한 특성을 가지는 접합을 완료함으로써 견고한 계면을 형성하여 계면의 강도를 향상할 수 있고, 강과 타이타늄 합금 또는 금속간 화합물이 가지는 열팽창계수의 큰 차이 때문에 열적 사이클시 발생하는 접합의 불안정성을 동시에 극복할 수 있는 브레이징 접합 방법을 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
From the results of these embodiments, it is possible to improve the strength of the interface by forming a nickel layer and a nickel-based intercalation layer by using the wet plating method to form a solid interface by completing the bonding with excellent characteristics in the state where formation of carbide is suppressed at high temperature It is possible to provide a brazing bonding method capable of simultaneously overcoming the unstability of bonding occurring in a thermal cycle owing to the large difference in thermal expansion coefficient of a steel, a titanium alloy or an intermetallic compound.

100: 니켈층 및 니켈계 삽입층이 형성된 구조용 강
110: 구조용 강 모재
120: 니켈층
130: 니켈계 삽입층
200: 타이타늄계 금속 모재
100: Structural steel in which a nickel layer and a nickel-based intercalation layer are formed
110: Structural steel base material
120: Nickel layer
130: Nickel-based insertion layer
200: Titanium-based metal base material

Claims (7)

강(steel) 모재에 니켈 또는 니켈계 합금으로 습식 도금하여 니켈층을 형성하는 제1 단계;
상기 니켈층 상에 필러용 니켈계 합금으로 습식도금하여 니켈계 삽입층을 형성하는 제2 단계; 및
상기 니켈계 삽입층 상에 타이타늄계 합금 모재를 배치한 후 상기 필러용 니켈계 삽입층의 용융온도 이상으로 가열하여 접합한 후 냉각하는 제3 단계;를 포함하여,
상기 니켈층 계면에서 강으로 갈수록 상기 니켈 원소가 점진적 농도 구배를 가지는 강한 고체 확산 결합이 형성되어 상기 강 표면에 탄화물 생성을 억제 또는 방지하는 것을 특징으로 하는, 습식 도금법을 이용한 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법.
A first step of wet-plating a steel base material with nickel or a nickel-based alloy to form a nickel layer;
A second step of wet-plating the nickel layer with a nickel-based alloy for filler to form a nickel-based intercalation layer; And
A third step of disposing a titanium-based alloy base material on the nickel-based intercalation layer, heating the same at a temperature not lower than a melting temperature of the nickel-based intercalation layer for the filler,
Wherein strong solid diffusion bonding is progressively formed in the nickel layer at the interface between the nickel layer and the steel to progressively increase the concentration gradient of the nickel element so as to suppress or prevent carbide formation on the surface of the steel. Bonding method.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 단계의 니켈층은, Fe, Cu, Zn, Mn, Sn 및 Co 중에서 선택되는 하나 이상의 합금원소 0.1~35 원자%, 잔부의 Ni 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 습식 도금법을 이용한 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nickel layer in the first step is composed of 0.1 to 35 atomic% of at least one element selected from the group consisting of Fe, Cu, Zn, Mn, Sn and Co, the balance Ni and inevitable impurities. METHODS FOR BRAZING JOINTS OF RUBBER AND TITANIUM ALLOYS.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 단계의 니켈계 삽입층은,
P 및 B 중에서 선택되는 하나 이상의 원소 3~20 원자%와 잔부의 Ni 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 습식 도금법을 이용한 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nickel-based intercalation layer in the second step is a nickel-
And 3 to 20 atomic% of at least one element selected from P and B and the balance of Ni and unavoidable impurities.
제 1 항에 있어서,
상기 제3 단계의 가열은,
850~1100 ℃의 온도 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 습식 도금법을 이용한 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법.
The method according to claim 1,
In the third step,
Wherein the heat treatment is carried out in a temperature range of 850 to 1100 占 폚.
제 3 항에 있어서,
상기 제3 단계의 가열은,
920~1100 ℃의 온도 범위에서 4~30분간 가열하는 것을 특징으로 하는, 습식 도금법을 이용한 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법.
The method of claim 3,
In the third step,
Wherein the heating is performed at a temperature of 920 to 1100 占 폚 for 4 to 30 minutes.
제 1 항에 있어서,
상기 브레이징 접합방법은 연속공정(continuous process)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 습식도금법을 이용한 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법.
The method according to claim 1,
The method of brazing a steel and a titanium-based alloy using the wet plating method, wherein the brazing method is a continuous process.
제 1 항에 있어서,
상기 방법에 의하여 접합된 강 및 타이타늄계 합금의 브레이징 접합부는 적어도 55 Mpa 이상의 전단강도를 가짐을 특징으로 하는, 습식도금법을 이용한 강과 타이타늄계 합금의 브레이징 접합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the brazed joint of the steel and the titanium-based alloy bonded by the above method has a shear strength of at least 55 Mpa or more.
KR1020150028527A 2015-02-27 2015-02-27 Brazing method of attaching titanium-based alloy to base steel using wet plating KR101576505B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150028527A KR101576505B1 (en) 2015-02-27 2015-02-27 Brazing method of attaching titanium-based alloy to base steel using wet plating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150028527A KR101576505B1 (en) 2015-02-27 2015-02-27 Brazing method of attaching titanium-based alloy to base steel using wet plating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101576505B1 true KR101576505B1 (en) 2015-12-10

Family

ID=54979257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150028527A KR101576505B1 (en) 2015-02-27 2015-02-27 Brazing method of attaching titanium-based alloy to base steel using wet plating

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101576505B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000263249A (en) 1999-03-16 2000-09-26 Tdk Corp Wire connecting method, its structure and coil parts
US20100124669A1 (en) 2008-11-20 2010-05-20 Korea Atomic Energy Research Institute JOINING METHOD BETWEEN Fe-BASED STEELS AND Ti/Ti-BASED ALLOYS HAVING JOINT STRENGTH HIGHER THAN THOSE OF BASE METALS BY USING INTERLAYERS AND THE JOINTS PRODUCED USING THE METHOD

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000263249A (en) 1999-03-16 2000-09-26 Tdk Corp Wire connecting method, its structure and coil parts
US20100124669A1 (en) 2008-11-20 2010-05-20 Korea Atomic Energy Research Institute JOINING METHOD BETWEEN Fe-BASED STEELS AND Ti/Ti-BASED ALLOYS HAVING JOINT STRENGTH HIGHER THAN THOSE OF BASE METALS BY USING INTERLAYERS AND THE JOINTS PRODUCED USING THE METHOD

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3957194A (en) Liquid interface diffusion method of bonding titanium and/or titanium alloy structure
KR101812618B1 (en) Iron-chromium based brazing filler metal
JP2011502786A (en) Workpiece joining method and material welding method having a work piece region made of titanium aluminum alloy
JP6451866B2 (en) Junction structure and manufacturing method thereof
CN106392367A (en) Solder for brazing red copper and graphite and brazing method
Amelzadeh et al. Influence of braze type on microstructure and mechanical behavior of WC-Co/steel dissimilar joints
JP5889705B2 (en) Fluxless brazing method for aluminum material and method for manufacturing brazed structure
KR100787928B1 (en) Method of joining of ti and dissimilar metal using ag diffusion control layer
CN114261156B (en) Multilayer sandwich brazing filler metal foil for titanium alloy brazing and preparation method thereof
CN105965176B (en) For soldering tungsten-copper alloy and the Ni base chilling solders and soldering processes of stainless steel
JP5030633B2 (en) Cr-Cu alloy plate, semiconductor heat dissipation plate, and semiconductor heat dissipation component
Yu et al. Resistance brazing of C/C composites-metallized SnAgCu-Ti powder to T2 copper using AgCuTi filler metal
KR100787929B1 (en) Method of low temperature joining between ti-cu dissimilar metals using amorphous filler material
CN110900037B (en) Brazing filler metal and method for welding molybdenum-rhenium alloy and steel
KR101576505B1 (en) Brazing method of attaching titanium-based alloy to base steel using wet plating
JP2008057032A (en) Cr-Cu ALLOY, MANUFACTURING METHOD THEREFOR, RADIATION PLATE FOR SEMICONDUCTOR AND RADIATION PARTS FOR SEMICONDUCTOR
KR101367865B1 (en) Brazing method between titanium alloy and stainless steel
JP2013220436A (en) Fluxless brazing method for aluminum material and method of manufacturing brazed structure
JP6426883B2 (en) Method of manufacturing joined body excellent in corrosion resistance
CN115229382A (en) High-entropy brazing filler metal for brazing composite material and high-temperature alloy, preparation method of high-entropy brazing filler metal and method for brazing high-temperature alloy
JP2015080812A (en) Joint method
KR100954097B1 (en) Method of joining of pure Ti/Ti-base alloy and Fe-base steel alloy using Ag-based inserted material and Ag diffusion control layer
CN108356376A (en) A kind of surface treatment method improving Welding joint performance
KR101070375B1 (en) Method for enhancing corrosion resistance of joint between pure Ti/Ti-base alloy and Fe-base steel alloy using Ag-Cu-Pd inserted material and Ag diffusion control layer
TWI697373B (en) Aluminum-based metal bonding method

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181126

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191202

Year of fee payment: 5