KR101922909B1 - 알루미늄 브레이징 합금 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금에 Zn 또는 Mg를 첨가하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 파쇄 및 분말화하여 65 μm 내지 75 μm의 망눈 크기를 갖는 분급체에 통과시켜 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말을 얻는 미세 분말화 단계 및 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말을 플럭스(flux) 및 용매와 혼합하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 제조하는 합금 페이스트 조성물 제조단계를 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 브레이징 공정 중 열에 의한 모재의 변형 및 기계적 특성 감소를 최소화하고, 접합특성 및 내식성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

알루미늄 브레이징 합금 조성물 및 이의 제조방법{Al BRAZING ALLOY COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD OF Al BRAZING ALLOY}
본 발명은 알루미늄 브레이징 합금 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브레이징 공정 중 열에 의한 모재의 변형 및 기계적 특성 감소를 최소화하고, 접합특성 및 내식성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 브레이징 합금 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
브레이징(brazing)은 접합할 모재 금속에 비해 낮은 융점을 갖는 용접재 (filler metal)를 사용하여 동종 또는 이종의 금속 부재를 접합하는 기술로서, 금이나 은 등의 귀금속 접합에서부터 자동차와 냉장고 열교환기의 파이프 접합 등에 이르기까지 광범위하게 적용되고 있다.
브레이징 합금은 브레이징 시의 용가재(Filler Metal)를 칭한 것으로 450℃ 이상의 융점을 가진다. 특히 브레이징 합금은 경납(Hard Solder), 은납(Siver Solder), 금납(Gold Solder) 등으로 경우에 따라 다르게 불리기도 한다.
이러한 브레이징 합금 관련 기술은 예를 들어, 한국등록특허 제0672178호 및 일본공개특허 제2001-334387호에서 제안된 바 있다.
종래 브레이징된 구성요소의 조립체 제조방법은 한국등록특허 제0672178호에 개시된 바와 같이, 브레이징된 구성요소의 조립체를 제조하는 방법에 있어서, (i) 하나 이상의 다층 브레이징 시트 제품으로부터 제조되는 상기 구성요소를 성형하는 단계 - 여기서, 상기 다층 브레이징 시트 제품은 2 내지 18중량% 범위의 실리콘을 포함하는 알루미늄 합금으로 제조된 알루미늄 클래드층(b)을 하나 이상의 표면상에 갖는 코어 시트(a), 상기 알루미늄 클래드층의 외부표면상에 니켈을 포함하는 층(c), 및 상기 알루미늄 클래드층의 외부표면과 상기 니켈 포함층 사이에 접합층으로서 아연 또는 주석을 포함하는 층(d)을 포함함; (ii) 상기 다층 브레이징 시트 제품의 코어 시트와 상이하고, 티탄, 도금 티탄, 피복 티탄, 청동, 황동, 스테인레스강, 도금 스테인레스강, 피복 스테인레스강, 니켈, 니켈 합금, 저탄소강, 도금 저탄소강, 피복 저탄소강, 고강도 강, 피복 고강도 강 및 도금 고강도 강으로 구성된 그룹에서 선택된 금속으로 이루어진 하나 이상의 다른 구성요소를 성형하는 단계; (iii) 다층 브레이징 시트 제품의 니켈을 포함하는 상기 층(c)이 상기 다층 브레이징 시트 제품의 코어 시트와 상이한 금속으로 이루어진 하나 이상의 다른 구성요소와 대향하도록 각 구성요소를 조립체로 조립하는 단계; (iv) 상기 조립체를 진공 또는 불활성분위기 중에서 브레이징 플럭스의 비존재하에서 고온에서 상기 알루미늄 클래드층과 그의 외측의 모든 층의 용해 및 스프레딩에 충분한 긴 시간 동안 브레이징하는 단계; (v) 상기 브레이징된 조립체를 냉각하는 단계;를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
한편, 알루미늄 합금 접합용 저온 납재는 일본공개특허 제2001-334387호에 개시된 바와 같이, Si는 4.0 wt%이상 8.0 wt%미만, Zn은 7.0 wt%이상 20.0 wt%이하, Cu는 10.0 wt%이상 35.0 wt%이하로 함유하고, 잔부가 알루미늄과 불순물로 이루어진 것으로 구성할 수 있다.
그러나 상기와 같은 종래기술들에 개시된 고융점의 필러 금속 브레이징은 600℃이상의 높은 공정온도를 필요로 하므로, 브레이징 공정 중 열에 의한 모재의 변형 및 기계적 특성의 감소가 나타나고, 접합부(joints)에서 필러 물질들의 확산을 일으켜 접합부의 강도를 약화시키는 문제점이 있다.
또한, 브레이징 필러 합금은 여러 가지 열 교환장치 등에 사용되는 경우가 많으므로, 이러한 열교환 장치에서 필요로 하는 충분한 성형성, 강도, 낮은 녹는점, 브레이징성, 화학물질 노출에 대한 저항성과, 부식 분위기를 가지는 외부환경에 대한 저항성 등을 가져 외부화학조건과 환경으로부터 접합부를 보호할 수 있어야 한다.
따라서, 540℃ 이하의 상대적으로 낮은 융점을 가지면서도 접합특성 및 내식성 등의 물성이 우수한 브레이징 필러 합금에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다.
KR 0672178 B1 JP 2001-334387 A
본 발명의 목적은 브레이징 공정 중 열에 의한 모재의 변형 및 기계적 특성 감소를 최소화하고, 접합특성 및 내식성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 브레이징 합금 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법은 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금에 Zn 또는 Mg를 첨가하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 파쇄 및 분말화하여 46 μm 내지 140 μm의 망눈 크기를 갖는 분급체에 통과시켜 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말을 얻는 미세 분말화 단계 및 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말을 플럭스(flux) 및 용매와 혼합하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 제조하는 합금 페이스트 조성물 제조단계를 포함하는 것으로 구성된다.
상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계는 고주파 유도로에서 상기 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금과 Zn 또는 Mg를 혼합시켜 1 내지 60 분 동안 500 내지 1200℃ 온도로 가열하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 과정으로 수행될 수 있다.
상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계는 제조된 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 10-5 내지 10-3 torr의 진공 분위기에서 Ar 가스를 퍼징(purging)하는 과정을 적어도 3회 이상 수행하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계는 제조된 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 Ar 분위기에서 470 내지 490℃ 온도로 280 내지 520 분 동안 열처리하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 미세 분말화 단계는 조크러셔(jaw crusher)를 이용하여 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 파쇄하는 1차 파쇄과정 및 상기 1차 파쇄된 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 미 분쇄기에서 1060 내지 1100 rpm으로 8 내지 12분 동안 파쇄하는 2차 파쇄과정을 수행한 5원계 알루미늄 브레이징 합금 분말을 상기 46 μm 내지 140 μm의 망눈 크기를 갖는 분급체에 통과시켜 미세분말을 제조하는 과정으로 수행될 수 있다.
상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물 제조에 사용되는 상기 플럭스는 Al-flux 또는 Cs-flux 이고, 상기 용매는 증류수 또는 글리콜(Glycol)일 수 있다.
상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물에 포함되는 상기 플럭스의 함량은 5 내지 35 중량% 이고, 상기 용매의 함량은 20 내지 50 중량%일 수 있다.
상기 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금은 Al의 함량을 기준으로 Cu는 18 내지 20 중량부, Si는 6 내지 10 중량부, Sn은 4 내지 5 중량부의 함량비를 가질 수 있다.
상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금은 상기 Zn 또는 Mg를 5 내지 20 중량%로 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법은 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 클래드(Clad)재 형태로 제조하는 5원계 알루미늄 브레이징 합금 조성물 클래드 제조단계를 더 포함할 수 있다.
상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물은 브레이징 시 필러 메탈로서의 용융 온도가 500 내지 577℃ 일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 상기 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법에 의해 제조되고, Al의 함량을 기준으로 Cu는 20 중량부, Si는 10 중량부, Sn은 5 중량부의 함량비를 갖는 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금에 Zn 또는 Mg가 첨가된 5원계 알루미늄 브레이징 합금 및 플럭스 및 용매를 포함하되, 상기 플럭스의 함량은 5 내지 35 중량%이고, 상기 용매의 함량은 20 내지 50 중량%인 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 및 이의 제조방법은 브레이징 공정 중 열에 의한 모재의 변형 및 기계적 특성 감소를 최소화하고, 접합특성 및 내식성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 제조방법의 순서를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Zn 함량에 따른 시차주사 열량측정(differential scanning calorimetry, DSC) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 내부 분석을 위한 X-선회절 분석(X-ray Diffraction Spectroscopy: XRD) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물로서 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말, 플럭스(flux) 및 용매의 함량을 각각 다르게 구성하여 제조한 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물의 제조 조건을 나타낸 표이다.
도 5는 도 4의 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물의 제조 조건에서 Al -flux의 첨가량과 용매의 종류 변화에 따른 퍼짐성 테스트 결과를 나타낸 표이다.
도 6은 도 4의 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물의 제조 조건에서 Al-flux의 첨가량과 용매의 종류 변화에 따른 퍼짐성 면적을 비교한 그래프이다.
도 7은 도 4의 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물의 제조 조건에서 Cs-flux의 첨가량과 용매의 종류 변화에 따른 퍼짐성 테스트 결과를 나타낸 표이다.
도 8은 도 4의 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물의 제조 조건에서 Cs-flux의 첨가량과 용매의 종류 변화에 따른 퍼짐성 면적을 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 젖음각 측정방법에 대한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 젖음각 측정에 의해 도출된 최적조성 합금 페이스트 조성물의 Optical microscopy 사진 및 젖음각 크기를 나타낸 표이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Joint gap filling 실험을 위한 구조물의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Joint gap filling 실험에 의해 도출된 최적조성 합금 페이스트 조성물의 평가과정 사진 및 합금 페이스트의 침투 깊이 크기를 나타낸 표이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 접합 과정의 모식도 및 접합부의 SEM 이미지이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 인장테스트 시편 준비 모식도 및 인장 테스트 결과 이미지이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 염수분무 시험을 위한 시편 제조 과정을 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Zn을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 염수분무 시험결과를 나타낸 사진이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 염수분무 시험결과를 나타낸 사진이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 XRD 분석 결과(a) 및 Mg-Si phase diagram(b)을 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Si의 함량에 따른 Mg-Si phase 형성정도를 분석하기 위한 실험과정을 나타낸 모식도 및 실험결과를 나타낸 사진이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Si의 함량에 따른 DSC 분석을 통한 융점을 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 퍼짐성 평가를 위한 Cs-flux, glycol 용매의 혼합 비에 따른 시료의 종류를 분류한 표이다.
도 22는 도 21의 시료의 종류에 따른 퍼짐성 테스트 결과를 나타낸 사진이다.
도 23은 도21의 시료의 종류에 따른 열처리 전후의 퍼짐 면적을 수치화한 데이터를 나타낸 표이다.
도 24는 도21의 시료의 종류에 따른 열처리 전후의 퍼짐 면적을 비교할 수 있도록 나타낸 그래프이다.
도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 젖음각 측정에 의해 도출된 최적조성 합금 페이스트 조성물의 Optical microscopy 사진 및 젖음각 크기를 나타낸 표이다.
도 26은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Joint gap filling 실험에 의해 도출된 최적조성 합금 페이스트 조성물의 평가과정 사진 및 합금 페이스트의 침투 깊이 크기를 나타낸 표이다.
도 27은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용하여 접합한 3003 aluminum 합금의 접합면의 SEM 이미지이다.
도 28은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 인장테스트 시편 준비 모식도 및 인장 테스트 결과 이미지이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 제조방법의 순서를 나타낸 블록도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법은 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금에 Zn 또는 Mg를 첨가하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계(S100), 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 파쇄 및 분말화하여 46 μm 내지 140 μm의 망눈 크기를 갖는 분급체에 통과시켜 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말을 얻는 미세 분말화 단계(S110) 및 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말을 플럭스(flux) 및 용매와 혼합하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 제조하는 합금 페이스트 조성물 제조단계(S120)를 포함하는 것으로 구성된다.
즉 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법은 브레이징성, 강도, 내식성 등의 물성이 우수한 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금에 용융온도 저하 등의 기능성을 부가할 수 있는 Zn 또는 Mg를 첨가하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하여 파쇄 및 분말화하고, 플럭스(flux) 및 용매와 혼합하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 제조함으로써, 브레이징 공정 중 열에 의한 모재의 변형 및 기계적 특성 감소를 최소화하고, 접합특성 및 내식성을 향상시킬 수 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 제조할 수 있는 특징이 있다.
상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계는 예를 들어, 고주파 유도로에서 상기 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금과 Zn 또는 Mg를 혼합시켜 50 내지 70 초 동안 1100 내지 1200℃ 온도로 가열하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 과정으로 수행될 수 있다.
즉, Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금과 Zn 또는 Mg를 고주파 유도로에서 혼합하여 1 내지 60 분 동안 500 내지 1200℃ 온도로 가열하여 용융시켜 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조함으로써, 용이한 방법으로 균일도가 높은 Al-Cu-Si-Sn-Zn 또는 Mg 로 이루어진 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조할 수 있다.
여기서, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계는 금속의 산화를 방지하기 위해 제조된 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 10-5 내지 10-3 torr의 진공 분위기에서 Ar 가스를 퍼징(purging)하는 과정을 적어도 3회 이상 수행하는 과정을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계는 주조 과정에서 냉각속도 차이 등에 따른 내부 미세구조의 불균일을 최소화할 수 있도록, 제조된 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 Ar 분위기에서 470 내지 490℃ 온도로 280 내지 520 분 동안 열처리하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 미세 분말화 단계는 조크러셔(jaw crusher)를 이용하여 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 파쇄하는 1차 파쇄과정 및 상기 1차 파쇄된 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 미 분쇄기에서 1060 내지 1100 rpm으로 8 내지 12분 동안 파쇄하는 2차 파쇄과정을 수행한 5원계 알루미늄 브레이징 합금 분말을 상기 46 μm 내지 140 μm 의 망눈 크기를 갖는 분급체에 통과시켜 미세분말을 제조하는 과정으로 수행될 수 있다.
이 때, 상기 1차 파쇄과정 및 2차 파쇄과정은 예를 들어, 각각 질소, 아르곤, 헬륨 분위기에서 노즐분사 및 낙하방식으로 수행될 수 있다.
즉, 상기 미세 분말화 단계를 1차 파쇄과정 및 2차 파쇄과정을 통해 수행함으로써, 구성원소들의 균일한 분산도를 향상시키고, 페이스트 제조가 용이한 5원계 알루미늄 브레이징 합금 분말을 제조할 수 있다.
한편, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말화 단계는 가스 분무법에 의한 알루미늄 분말의 제조방법에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 진공 또는 Ar 가스 또는 N2 가스 분위기의 분사통으로서 대략 3 내지 10m의 높이를 가지며, 지름이 1 내지 5m 인 분사통의 상부에 유도로를 설치하여, 상기 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 용해한 용탕을 N2 가스를 이용하여 수직으로 분무시켜 분말을 제조할 수 있다. 이 때, 상기 분사통의 용탕 유출 노즐 직경은 대략 13 내지 17Ø 이고, 용탕 유도로 가열 온도는 830 내지 870℃이며, N2 등의 불활성 분무 가스의 압력은 1.3 내지 1.7 MPa일 수 있다.
이와 같이 제조된 5원계 알루미늄 브레이징 합금 분말을 46 μm 내지 74 μm의 망눈 크기를 갖는 분급체에 통과시켜 알루미늄 페이스트용 분말로 사용할 수 있다.
이처럼 제조된 5원계 알루미늄 브레이징 합금 분말은 분말 입자가 구상 형태를 취하고 있으므로 분체 작업이 용이하고, 분말 사이즈 분포가 일정하며, 분사 가스 압력 조절에 의해 입도 조절이 가능한 장점이 있다. 또한, 진공 분위기에서 불활성 기체를 사용하여 제조하므로, 분말 표면에 산화 피막이 거의 형성되지 않아 품질이 우수한 장점이 있다.
한편, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 분말 제조시 분쇄 시간, 분말 사이즈 등의 조건이 적절치 않은 경우 다음과 같은 문제점이 발생할 수 있다.
즉, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 3분 이내로 분쇄할 경우, 2 μm 내지 279 μm까지 다양한 입도 사이즈의 합금 분말이 제조되고, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 30분 이상 1시간여 정도 분쇄할 경우, 1 μm 내지 74 μm 범위의 입도 사이즈를 갖는 합금 분말이 제조되나 46 μm 이하의 미세 분말의 70% 이상 과도하게 생성되므로 알루미늄 브레이징 페이스트를 구성하는 분말입자들은 전체적으로 균일한 점도를 유지하는 것이 바람직한 점을 감안할 때, 상기와 같이 전체적으로 불균일하고 미세분말의 비율이 과도한 합금 분말은 바람직하지 않다.
또한, 알루미늄 합금 분말을 구성하는 분말 입자들의 입도가 46 μm 이하로 너무 작을 경우, 알루미늄 브레이징 공정 중, 질소 분위기의 로(furnace) 내에 일정부분 남아 있는 산소와 반응하여 산화될 수 있는 문제가 있다.
또한, 알루미늄 합금 분말을 구성하는 분말 입자들의 입도가 140 μm 이상으로 너무 클 경우에는 알루미늄 합금 분말의 균일한 혼합이 어려워 알루미늄 합금 페이스트 상태를 만들기 어려울 뿐만 아니라 알루미늄 브레이징 공정 중 용융 거동(melting mechanism)이 느려지고, 균일한 용융 상태를 유지하기 어려워 알루미늄 브레이징 조성물이 미 용융 덩어리 상태로 남거나, 브레이징 납재의 흐름성이 떨어지게 되어 접합시 완전한 용융상태가 되지 않을 수 있는 문제점이 있다.
상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물 제조에 사용되는 상기 플럭스는 바람직하게는 Al-flux 또는 Cs-flux 을 사용할 수 있고, 상기 용매는 증류수 또는 글리콜(Glycol)을 사용할 수 있다. 이러한 Al-flux 또는 Cs-flux와 증류수 또는 글리콜(Glycol) 용매는 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 모재들의 접합 시 접합부위에서 합금 조성물의 퍼짐성(Spreadability)과 젖음성(Wettability)을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물에 포함되는 상기 플럭스의 함량은 바람직하게는 5 내지 35 중량% 이고, 상기 용매의 함량은 20 내지 50 중량%일 수 있다. 이러한 함량 범위의 플럭스와 용매를 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말과 혼합하여 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 제조할 경우, 합금 조성물의 퍼짐성(Spreadability)과 젖음성(Wettability)을 최적화할 수 있는 장점이 있다.
상기 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금은 Cu를 18 내지 20 중량%, Si를 6 내지 10 중량%, Sn을 4 내지 5중량%로 포함하고, 나머지가 Al로 이루어진 함량비를 갖는 것으로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 함량비를 갖는 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금은 우수한 모재들 사이의 접합부위에 적용되었을 경우, 우수한 인장강도 및 내식성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금은 상기 Zn 또는 Mg를 5 내지 20 중량%로 포함할 수 있다. 이와 같이, Zn 또는 Mg를 5 내지 20 중량%로 포함하는 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금은 용융 온도가 저하되어 비교적 낮은 540℃ 이하의 용융 온도를 가지므로, 브레이징 시 모재들의 열손상이나 열변형을 방지할 수 있는 특징이 있다.
상기 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법은 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 클래드(Clad)재 형태로 제조하는 5원계 알루미늄 브레이징 합금 조성물 클래드 제조단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법은 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 알루미늄 브레이징 시 폭 넓게 사용되고 있는 적층구조의 클래드(Clad)재 형태로 제조함으로써, 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 적용범위를 넓이고, 사용시 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물은 브레이징 시 필러 메탈로서의 용융 온도가 500 내지 577℃ 일 수 있다. 즉, 상기 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법에 의해 제조된 알루미늄 브레이징 합금 조성물은 브레이징시 양산 적용온도가 500 내지 577℃인 비교적 저온에서도 용이하게 브레이징을 수행할 수 있으며, 동시에 우수한 브레이징 특성을 발휘할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 또한, 상기 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법에 의해 제조되고, Cu 20 중량%, Si 10 중량%, Sn 5 중량% 를 포함하고 나머지가 Al로 이루어진 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금에 Zn 또는 Mg가 첨가된 5원계 알루미늄 브레이징 합금 및 플럭스 및 용매를 포함하되, 상기 플럭스의 함량은 5 내지 35 중량%이고, 상기 용매의 함량은 20 내지 50 중량%인 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 제공한다.
이러한 알루미늄 브레이징 합금 조성물은 브레이징 공정 중 열에 의한 모재의 변형 및 기계적 특성 감소를 최소화하고, 접합특성 및 내식성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
< 실시예 >
(1) 5원계 알루미늄 브레이징 합금 제조단계
합금 제조는 AI-Cu-Si-Sn-Zn계, AI-Cu-Si-Sn-Mg계의 2가지 조성으로 제조하였으며, 합금의 제조를 위해 초기재료(raw materials)는 99.9% 이상의 순도를 갖는 금속 pellet을 이용하여 조성에 맞게 칭량 후 고주파 유도로를 통해 합금 괴 형태로 제조하였다. 고주파 유도로를 통한 합금 제조 과정에서 금속의 산화를 방지하기 위해 10-3 torr의 진공분위기로 만든 뒤 Ar gas를 퍼징 (purging)하는 과정을 3회 반복 후 실험을 진행하였고，1150℃ 에서 1분간 유지 한 뒤, 그라파이트 몰드에 주조하여 합금을 제조하였다. 이후 주조과정에서 냉각속도에 따른 내부 미세구조의 불균질을 해결하기 위해 Ar 분위기 하에서 480℃, 5 h 조건으로 열처리를 진행하였다.
(2) 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말화 단계
AI-Cu-Si-Sn-Zn계, AI-Cu-Si-Sn-Mg계의 각각의 조성의 합금을 paste 형태의 filler metal로 제조하기 위해 합금 괴를 파쇄 또는 가스 아토마이저 공정을 거쳐 분말화 하였다. 파쇄공정을 통한 분말제조는 Jaw crusher를 이용하여 1 차로 파쇄 후 1 차 파쇄 분말과 stainless 재질의 ball을 1: 10 무게비로 혼합 후 SPEX mill을 통해 1080 rpm속도로 10분간 2차 파쇄를 진행하였다. 이후 75 μm 크기의 분급 체를 이용하여 75 μm보다 작은 크기의 분말을 수득하여 실험에 적용하였다. 또한 가스 아토마이저 공정을 통해 제조된 분말은 재료를 용융시킨 이후 20 bar의 압력으로 가스를 분사하여 분말을 제조하였으며, 제조된 합금 분말은 75 μm 크기의 분급 체를 이용하여 75 μm보다 작은 크기의 합금 분말을 수득하여 실험에 적용하였다.
(3) 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 제조단계
Paste는 앞서 제조된 합금 분말과 flux, 용매를 혼합하여 제조하였다. 이때 첨가되는 flux는 합금 표면에 형성된 산화막을 제거하는 목적으로 적용하였으며， 용매는 유동성을 갖는 paste 형태로 제조하기 위해 적용되었다. 본 연구에서는 금속분말 및 flux첨가 비율에 따른 paste를 제조하기 위해 금속분말과 flux, 용매의 첨가량을 달리한 뒤 brazing 공정에 적용 및 평가하여 최적의 paste조성을 도출하였다.

본원발명의 알루미늄 브레이징 합금 조성물 페이스트는 Al-Cu-Si-Sn 4원계 합금 조성물에 Zn 또는 Mg가 첨가되어 5원계 알루미늄 브레이징 합금 조성물 페이스트로 제조된 것으로 4원계 합금 조성물의 경우, Cu 20 중량%, Si 10 중량%, Sn 5 중량% 를 포함하고 나머지가 Al로 이루어진 알루미늄 브레이징 합금으로 제조되고, 5원계 합금 조성물의 경우, Cu 20 중량%, Si 10 중량%, Sn 5 중량% 를 포함하고, 여기에 Zn 또는 Mg가 5 내지 20 중량%로 추가로 포함되며, 나머지가 Al로 이루어진 알루미늄 브레이징 합금으로 제조되는 것이다.
따라서, 추후 사용되는 Al-20Cu-10Si-5Sn-5Zn, Al-20Cu-10Si-5Sn-5Mg 등의 표현에서 Al-20Cu-10Si-5Sn-5Zn는 Cu를 20 중량%, Si를 10 중량%, Sn을 5 중량%, Zn을 5중량%로 포함하고, 나머지가 Al인 알루미늄 브레이징 합금을 의미하며, Al-20Cu-10Si-5Sn-5Mg는 Cu를 20 중량%, Si를 10 중량%, Sn을 5 중량%, Mg을 5중량%로 포함하고, 나머지가 Al인 알루미늄 브레이징 합금을 의미하는 것이다.
(4) brazing 특성 평가
앞서 도출된 최적조성의 paste를 사용하여 실제로 aluminum 합금을 접합하여 brazing 공정에 적용 가능 여부를 확인하였다. 최적조성의 paste로 이루어진 Filler metal은 brazing 공정 중 용융되어 aluminum 합금 사이로 모세관력 (capillary force)에 의한 침투가 진행되고, 냉각과정에서 용융된 Filler metal이 응고되어, 균일한 접합면을 나타내게 된다. 균일한 접합면을 나타내기 위해서는 용융된 filler metal은 우수한 젖음성/퍼짐성을 나타내어야 하고，aluminum 합금 사이에서 모세관력에 의해 침투가 용이하여야 한다. 이를 평가하기 위해 젖음각， spreading ratio을 평가하여 filler metal의 젖음성/퍼짐성을 평가하였고, 이후 Joint gap filling 실험을 통해 용융된 filler metal의 모세관력에 의한 침투깊이를 평가하였다. 또한 실제로 brazing 공정을 거쳐 접합된 aluminum 합금의 접합부 미세구조, 인장테스트를 통해 접합부 특성평가를 진행하였고. filler metal의 내부식성은 염수분무 시험을 통해 평가하였다.
도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Zn 함량에 따른 시차주사 열량측정(differential scanning calorimetry, DSC) 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 내부 분석을 위한 X-선회절 분석(X-ray Diffraction Spectroscopy: XRD) 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물로서 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말, 플럭스(flux) 및 용매의 함량을 각각 다르게 구성하여 제조한 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물의 제조 조건을 나타낸 표가 개시되어 있다.
도 5에는 도 4의 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물의 제조 조건에서 Al -flux의 첨가량과 용매의 종류 변화에 따른 퍼짐성 테스트 결과를 나타낸 표개 개시되어 있고, 도 6에는 도 4의 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물의 제조 조건에서 Al-flux의 첨가량과 용매의 종류 변화에 따른 퍼짐성 면적을 비교한 그래프가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 4의 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물의 제조 조건에서 Cs-flux의 첨가량과 용매의 종류 변화에 따른 퍼짐성 테스트 결과를 나타낸 표가 개시되어 있다.
도 8에는 도 4의 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물의 제조 조건에서 Cs-flux의 첨가량과 용매의 종류 변화에 따른 퍼짐성 면적을 비교한 그래프가 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 젖음각 측정방법에 대한 모식도가 도시되어 있으며, 도 10에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 젖음각 측정에 의해 도출된 최적조성 합금 페이스트 조성물의 Optical microscopy 사진 및 젖음각 크기를 나타낸 표가 개시되어 있다.
도 11에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Joint gap filling 실험을 위한 구조물의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 12에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Joint gap filling 실험에 의해 도출된 최적조성 합금 페이스트 조성물의 평가과정 사진 및 합금 페이스트의 침투 깊이 크기를 나타낸 표가 개시되어 있으며, 도 13에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 접합 과정의 모식도 및 접합부의 SEM 이미지가 개시되어 있다.
도 14에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 인장테스트 시편 준비 모식도 및 인장 테스트 결과 이미지가 개시되어 있고, 도 15에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 염수분무 시험을 위한 시편 제조 과정을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 16에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Zn을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 염수분무 시험결과를 나타낸 사진이 개시되어 있다.
도 17에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 염수분무 시험결과를 나타낸 사진이 개시되어 있고, 도 18에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 XRD 분석 결과(a) 및 Mg-Si phase diagram(b)을 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 도 19에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Si의 함량에 따른 Mg-Si phase 형성정도를 분석하기 위한 실험과정을 나타낸 모식도 및 실험결과를 나타낸 사진이 개시되어 있다.
도 20에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Si의 함량에 따른 DSC 분석을 통한 융점을 분석 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 21에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 퍼짐성 평가를 위한 Cs-flux, glycol 용매의 혼합 비에 따른 시료의 종류를 분류한 표가 개시되어 있으며, 도 22에는 도 21의 시료의 종류에 따른 퍼짐성 테스트 결과를 나타낸 사진이 개시되어 있다.
도 23에는 도21의 시료의 종류에 따른 열처리 전후의 퍼짐 면적을 수치화한 데이터를 나타낸 표가 개시되어 있고, 도 24에는 도21의 시료의 종류에 따른 열처리 전후의 퍼짐 면적을 비교할 수 있도록 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 25에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 젖음각 측정에 의해 도출된 최적조성 합금 페이스트 조성물의 Optical microscopy 사진 및 젖음각 크기를 나타낸 표가 개시되어 있다.
도 26에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 Joint gap filling 실험에 의해 도출된 최적조성 합금 페이스트 조성물의 평가과정 사진 및 합금 페이스트의 침투 깊이 크기를 나타낸 표가 개시되어 있고, 도 27에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용하여 접합한 3003 aluminum 합금의 접합면의 SEM 이미지가 개시되어 있으며, 도 28에는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물 중 Mg을 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물을 이용한 인장테스트 시편 준비 모식도 및 인장 테스트 결과 이미지가 개시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 우선 Al-20Cu - l0Si-5Sn 4원계 합금에 Zn를 첨가하였을 때， Zn 첨가량에 따른 합금의 융점변화를 DSC 분석을 통해 확인하였고, 이 결과를 도 2에 나타내었다. 초기 Al-20Cu-10Si-5Sn 4원계 합금의 DSC 곡선의 분석 결과 고상선 온도가 505℃, 액상선 온도가 520℃로 나타났지만, Zn 의 첨가량이 5 wt% 이상 되었을 때 고상선 온도가 494℃ 액상선 온도가 508℃까지 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 Al-20Cu-l0Si-5Sn 4원계 합금의 액상 온도에 비해 약 12℃ 정도 감소한 온도이며. Zn가 첨가됨에 따라 기지상으로 존재하고 있는 aluminum과 Zn가 반응하여 전체적인 융점이 감소함에 따라 나타난 결과로 판단된다. 하지만 Zn의 첨가량이 5 wt% 이상이 되어도 융점의 변화는 크지 않은 것으로 확인되었으며 따라서 최적의 조성은 Al-20Cu-10Si-5Sn-5Zn로 파악되었다.
제조된 Al-20Cu-10Si-5Sn-5Zn 합금 내부에 형성된 상을 분석하기 위해 XRD(RIGAKU Cu target)를 이용하여 분석을 진행하였다. XRD 분석은 DSC 분석을 통해 가장 최적 조건으로 판단되는 Al-20Cu-l0Si-5Sn-5Zn 조성의 합금을 대상으로 진행하였으며, 분석은 scan speed: 50/min. step size: 0.02° 로 진행하여 도 3 에 나타내었다. 해당 조성의 시편에서 Si, Sn, Al, Al2CU 피크가 확인되었고, Zn의 띠 크는 관찰되지 않았다. 이러한 이유는 기지상으로 존재하는 aluminum은 쿠에 대해 높은 고용도를 가지고 있어, aluminum 기지 내에 Zn가 고용된 형태로 존재하여 나타난 결과로 판단된다.
* Spreading ratio 측정
상기 Al-20Cu-10Si-5Sn-5Zn 합금을 Al-flux 또는 Cs-flux 및 용매와 혼합하여 액상 형태의 Paste-type filler metal을 제조하기 위해 Al-20Cu-10Si-5Sn-5Zn 합금과 flux, 용매의 종류에 따른 퍼짐성 실험을 진행하였고, 이때의 자세한 실험 조건을 도 4에 나타내었다. 도 4에서 명시된 조건과 같은 비율로 혼합 후 3003 aluminum plate위에 0.6 g씩 위치시킨 후 brazing 공정을 적용하였다. brazing 공정은 불활성 기체인 질소 분위기에서 상온에서 570℃까지 분당 5℃로 승온하였고, 570℃ 에 도달한 뒤 5분간 유지하여 용융시켰다. 이후 초기 paste를 올렸을 때의 면적(파란색)과， 용융 후의 면적(빨간색)을 Image analyzer 프로그램으로 면적분석 후 비교하여 paste 혼합 비, flux 종류, 용매 종류에 따른 퍼짐성 평가를 진행하였다. 도 5는 Al-20Cu-l0Si-5Sn-5Zn 합금 분말과 Al-flux의 혼합비, 용매 종류에 따라 퍼짐성의 변화를 나타낸 이미지이다.
Al-20Cu-10Si-5Sn-5Zn 합긍 분말과 Al-flux, 용매 의 혼합 비율에 따른 퍼짐성의 변화는 용매의 종류에 따라 크게 달라진다는 것을 확인할 수 있다. 용매로 증류수를 사용했을 때는 Al-flux의 양이 20 wt% 이상이 되었을 때부터 paste가 용융되는 것을 확인할 수 있고， 용매로 glycol을 사용했을 때는 Al-flux의 양이 10 wt% 이상만 되어도 paste의 용융이 나타남을 확인 할 수 있다. 이러한 이유는 약 100℃ 정도의 끓는점을 갖는 증류수는 약 200.C의 끓는점을 갖는 glycol 에 비해 빨리 증발되어 합금 분말이 99.9% 순도의 질소 분위기에 노출되어 미량의 산소와 반응할 수 있는 시간이 증가됨에 따른 결과로 판단된다. 도 4에 나타난 합금분말과 Al-flux, 용매의 혼합 비율에 따른 초기 면적과 brazing 공정 이후 면적을 비교하여 도 6 에 나타내었다. 합금 분말과 Al- flux, 증류수를 혼합하여 paste를 제조하였을 때, 합금 분말 : 플럭스 : 증류수가 45:25:30로 혼합되었을 경우 초기면적과 brazing 이후 면적이 약 2배로 가장 퍼짐성이 큰 것으로 확인되었다. 또한 용매로 glycol을 사용하였을 때의 퍼짐성을 분석한 결과 분말 : 플럭스 : glycol이 30:40:30으로 혼합되었을 때 3.14배로 가장 우수한 것으로 나타났다.
이후 flux 종류에 따른 퍼짐성 변화를 확인하기 위해 Al-flux 대신 Cs-flux를 사용하여 퍼짐성의 차이를 관찰하였다. 실험은 앞선 조건과 동일한 조건 하에서 진행되었으며, 금속분말과 Cs-flux, 용매의 혼합비율에 따른 퍼짐성 실험 결과를 도 7에 나타내었다. Cs-flux의 사용으로 인해 전체적으로 용융 후 퍼진 면적이 Al -flux를 사용했을 때 보다 증가된 경향을 보였으며, 용매로 증류수를 사용했을 때는 flux가 10 wt% 첨가되었을 때부터 퍼짐성이 나타났고 이는 용매로 증류수를 사용했을 때 Al-flux와 비교하여 더 작은 양의 flux만으로도 퍼짐성이 크게 증가하는 것을 확인하였다. 또한 용매로 glycol을 사용하였을 때 Cs-flux의 첨가량이 20 - 30 wt% 만큼 첨가된 조성에서 퍼짐성이 매우 우수하게 나타났으며， 분말과 Cs-flux, 용매의 혼합비에 따른 초기면적과 brazing 이후 면적을 비교하여 도 8에 나타내었다. 용매로 증류수를 사용하였을 때의 초기면적과 brazing 이후 면적을 비교했을 때 전반적으로 퍼짐성이 우수하게 나타나는 것을 확인하였고， 특히 분말과 Cs-flux. 증류수가 30:40:30 비율로 혼합되었을 때 면적이 약 3배 증가하여 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한 용매로 glycol을 사용하였을 경우 일정 조성의 경우에서 퍼짐성이 우수하게 나타났으며， 분말과 Cs-flux, glycol이 45:25:30 비율로 혼합되었을 때의 퍼짐성이 약 4.5배 로 가장 우수한 것으로 나타났다. 따라서 paste 혼합비에 따른 퍼짐성은 합금 분말과 Cs- flux. glycol을 각각 flux, 용매로 사용하여 45:25:30 비율로 혼합한 paste를 사용하였을 때 가장 우수한 퍼짐성을 나타내는 것을 확인하였다.
* Wetting test
aluminum brazing에 적용되는 filler metal은 용융 과정 에서 퍼짐성 및 젖음성, 유동성이 우수하여야 접합과정에서 효과적인 모세관 현상에 의해 균일한 접합면을 갖기 때문에, 앞서 최적 조성의 Paste(45wt% 합금powder + 25wt% Cs-flux + 30wt% Glycol)를 이용하여 퍼짐성에 대해 평가 후 젖음성에 대해 평가를 진행하였다. 실험 과정은 앞서와 같이 0.6 g의 paste를 aluminum 합금 위에 위치 후 570℃ 에서 5분간 유지하여 filler metal의 용융을 유도하였다. 이후 도 9에 나타낸 모식도와 같이 용융된 filler metal이 존재하는 구간을 절단하여 aluminum 합금과 filler metal 사이의 젖음각 분석을 진행하였다. 젖음각은 시편 1 개당 용융된 filler metal 양 끝 부분에 대해 평가하였으며，시편은 총 3개로써 6회 분석하여 평균값으로 나타내었다.
시편 가공 후 SiC로 이루어진 sand paper를 이용하여 #2000방까지 연마 후 Optical microscope를 이용하여 aluminum 합금과 용융 filler metal 사이의 미세구조를 확인 후 Image analyzer 프로그램을 이용하여 젖음각을 분석하였다. Optical microscopy를 통해 확인된 미세구조는 도 10에 나타내었으며, 3가지 시편 모두에서 10° 내의 젖음각을 갖는 것을 확인하였다.
* Jolnt gap filling 평가
상기 Al-20Cu-lOSi-5Sn-5Zn 조성의 합금분말을 이용한 최적조성의 paste를 brazing 공정에 적용하였을 때, 용융된 합금의 유동성을 평가하기 위해 Joint gap filling 특성평가를 진행하였다. 본 실혐의 이해를 돕기 위해 실험과정을 도 11에 모식도로 나타내었으며, 초기 paste가 장입된 길이와 brazing 이후 filler metal이 모세관 현상에 의해 침투한 깊이를 비교하여 분석하였다.
3003 aluminum 합금 판재 위 에 약 3-4° 의 각을 나타내도록 다른 aluminum 합금 판재를 올린 뒤, paste를 도포 후 brazing 공정을 적용하였다. 이때, 액상의 paste가 brazing공정을 적용하기 전부터 모세관 현상에 의해 내부로 침투되는 문제를 해결하기 위해 Ar 분위기로 제 어 된 globe box내에서 3 일간 건조하여 액상 paste의 유동성을 억제하고자 하였다. 건조 후 점도가 높은 형태의 paste를 이용하여 본 Joint gap filling 실험에 적용하였고， 그에 따른 실험 결과를 도 12에 나타내었다. 실험은 총 3회 진행하여 각각의 침투 깊이를 나타내었으며， 이때 침투 깊이는 Image analyzer 프로그램을 이용하여 분석하였다. 모든 실험에서 초기 paste의 장입 길이는 5 mm가 되도록 장입하였으며， brazing 공정 이후 침투 깊이는 약 38 - 45 mm를 나타내는 것을 확인하였다. 이는 Al-20Cu-l0Si-5Sn 조성의 filler metal의 침투 깊이인 22.6 mm에 비해 약 2배정도 향상된 것을 확인할 수 있다.
* 접합부 미세구조 분석
본 연구에서 최적 조성으로 평가된 조성의 paste를 이용하여 실제로 3003 aluminum 합금을 접합하여 접합부의 접합성 및 접합부 미세구조를 분석하였다. 접합공정은 상온에서 570℃까지 분당 5℃로 승온하였으며, 570℃도달 후 5분간 유지하여 filler metal에 의한 접합을 유도하였다. 접합공정의 과정을 도 13에 이미지로 나타내었으며， 20*20mm2 크기로 가공한 3003 aluminum 합금 사이에 paste를 도포 후 brazing공정을 통해 접합하였다. 이후 접합된 시편의 cross section 분석을 위해 접합면에 수직한 방향으로 절단 후 SEM을 통해 접합면의 미세구조를 관찰하였다. 접합면의 미세구조는 도 13에 나타낸 SEM 이미지와 같이 모든 부분에서 균일하게 접합이 되었으며, 3003 aluminum 합금과 접합면 사이에 어떠한 결함 없이 접합된 것을 확인할 수 있다. 균일한 접합 이외에도 모재로 사용된 3003 aluminum 합금과 filler metal의 계면에서 brazing공정 중 확산 현상에 의해 바늘모양(needle-like shape)으로 Al2Cu상이 형성된 것을 확인할 수 있는데, 이것은 다양한 연구에서 접합성을 향상시키는 요인으로 알려져 있다. 즉, Al-20Cu-10Si-5Sn-5Zn 합금은 기존 filler metal에 비해 낮은 융점을 갖고 있어 기존 brazing 공정보다 낮은 온도, 짧은 시간 동안 brazing을 하여도 효과적으로 접합된 것을 확인할 수 있다.
* 인장시험
젖음성 및 모재와의 접합성이 우수하게 나타난 합금 분말:Cs-flux: glycol이 45 : 25:30으로 혼합된 paste를 이용하여 3003 aluminum 합금을 접합한 뒤, 접합면의 강도를 확인하기 위해 인장테스트를 진행하였다. 인장테스트용 시편은 도 14에 나타낸 것과 같이 100*25 mm2으로 가공된 3003 aluminum 합금에 최적조성 paste를 25*25 mm2 면적만큼 도포 후 brazing을 통한 접합을 진행하였다. 인장시험은 신뢰성 확보를 위해 3개의 시편을 제작하여 3회 인장시험을 진행하였고, 인장테스트는 상온에서 5 mm/sec의 속도로 파단이 일어날 때까지 진행하였다. 인장테스트 결과 모든 시편에서 모재파단이 발생하였으며, 이를 통해 접합면의 강도가 모재로 사용된 3003 aluminum 합금의 강도보다 우수하다는 것을 간접적으로 확인할 수 있다.
* 염수분무시험을 통한 filler metal의 내부석성 평가
우수한 젖음성 및 접합성을 나타낸 AI-Cu-Si-Sn-Zn계 합금의 내부식성을 평가하기 위해 염수분무 시험을 진행하였다. 합금의 조성은 Al-20Cu-10Si-5Sn 조성의 합금에 1, 3, 5, 10 wt%의 Zn를 첨가하여 Zn 첨가량 별 내부식성을 평가하였으며, 염수분무 테스트의 조건은 3.5% NaCl 농도의 염수를 이용하여 35℃의 온도를 유지하며 실험을 진행하였다. 염수분무 시험 중 시편 내에서 발생하는 부식의 용이한 관찰을 위해 도 15와 같이 AI-Cu-Si-Sn-Zn계 합금을 와이어커팅을 통해 20*10 mm2 크기로 가공 후, 관찰면을 제외한 모든 부분에 페인트를 도포하여 관찰면 이외 부분에서 발생하는 부식을 방지하였다.
부식의 발생은 3시간 간격으로 이미지를 확보하여 비교하였으며, 부식 발생의 시간은 적청이 발생한 시간을 기 준으로 평가하였고， 염수분무를 통한 내부식성 평가 결과는 도 16 에 나타내었다. 이미지 분석을 통한 적청 발생 시간은 모든 조성에서 약 12- 18 시간 사이에서 적청이 발생함을 확인하였다. 이는 Cu의 다량 첨가로 인해 융점 감소 효과 및 Al과 반응하여 Al2Cu상의 형성으로 우수한 강도를 나타내지만, 내부식성 측면에서는 효과적이지 못한 결과로 판단된다.
* Al -Cu-Si -Sn- Mg계 합금의 내부식성 평가
앞선 AI-Cu-Si-Sn-Zn계 합금은 우수한 젖음성 및 접합성을 나타내어 우수한 brazing특성을 나타내었지만. 염수분무를 통한 내부식성 테스트 결과 12 - 18시간 내에 적청이 발생하는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 내부식성이 향상된 filler metal을 개발하기 위해 Mg을 첨가하여 염수분무를 통한 내부식성을 평가하였다. Mg의 첨가 목적은 7000계 알루미늄 합금의 조성인 Al-Si-Mg계 합금은 우수한 내부식성을 갖는다고 알려져 있고, Al과 Mg의 공정온도는 약 437 ~ 450℃로써, 융점 감소에도 효과적일 것으로 판단하였다. Al-Cu-Si-Sn-Mg계 합금의 조성은 Al-20Cu-10Si-5Sn 조성의 합금에 5, 10, 15, 20 wt%의 Mg이 첨가된 조성을 대상으로 실험을 진행하였으며， 염수분무 시험의 조건은 앞서와 같이 염수농도 3.5% 염수온도 35℃로 진행하였다. 또한 시편의 전처리는 커팅을 통해 일정한 크기로 가공한 뒤, 관찰면을 제외한 모든 부분에 방청페인트를 도포하여 관찰면 이외에 부분에서 발생 하는 부식을 방지한 뒤 실험을 진행하였다. AI-Cu-Si-Sn-Mg계 합금의 염수분무 테스트 결과는 도 17에 나타내었으며, 부식이 발생한 시점은 염수분무 시험 중 3시간을 간격으로 확보한 이미지를 바탕으로 적청 발생시점으로 평가하였다. 염수분무 시험을 69시간까지 진행한 결과, 모든 조성에서 적청은 발생하지 않았으며, Al-20Cu-10Si-5Sn-5Mg 조성의 시편에서 약 15시간 동안 염수분무를 진행하였을 때, MgO로 추정되는 백청이 발생함을 확인하였다. 따라서 AI-Cu-Si-Sn-Mg계 합금을 brazing filler metal로 적용하기 위한 최적 조성은 Al-20Cu-10Si-5Sn-10Mg 조성으로 파악되었다.
* XRD를 통한 상분석
염수분무 시험을 통해 도출해낸 조성인 Al-20Cu-10Si-5Sn-10Mg 조성의 합금을 brazing filler metal로 적 용 가능 여부를 판단하기 위해 예비시험 차원에서 sheet 형태로 가공 후 550 - 570℃ 온도 범위에서 용융 여부를 5회 확인한 결과 모든 실험에서 일 부분의 용융만이 관찰되었다. 해당 온도 범위에서 용융이 되지 않는 이유를 확인하기 위해 XRD를 통한 상분석을 진행하여 도 18 (a)에 나타내었다. 상분석 결과 Al-20Cu-10Si-5Sn-10Mg 조성의 합금에서 Mg2Si 상이 관찰되었는데, Mg2Si 상은 도 18(b)에 나타낸 Mg-Si 상태도에서 확인 결과 637.6 ~ 1065℃의 온도 범위에서 용융되는 상으로 확인되었고, Mg2Si상에 의해 융점이 증가하여 Al-20Cu-10Si-5Sn-10Mg 조성의 합금이 예비실험에서 용융되지 않는 것으로 판단된다. 따라서 저융점 filler metal의 개발과정에서는 이러한 Mg2Si상의 형성을 억제하여야 함을 확인하였고, 이를 위해 Mg과 반응할 수 있는 Si의 양을 조절 후에 XRD 분석을 진행하여 도 18(a)에 함께 나타내었다. 그 결과 Si의 첨가량이 10 --> 8 wt%로 감소되었을 때부터 Mg2Si상은 관찰되지 않았고， 이를 통해 Mg이 첨가된 시편에서는 Si의 양이 8 wt% 이하로 제어되어야 함을 확인하였다. 이후 Mg2Si상의 형성억제를 통해 550 ~ 570℃ 온도 범위에서 용융 여부를 확인하기 위해 Si 첨가량을 달리한 합금을 sheet 형태로 가공 후， 일정양의 Cs-flux. glycol 혼합 paste를 도포한뒤, 예비실험을 진행하여 도 19에 나타내었다. 예비실험은 총 3회 진행하였으며， 모든 실험에서 10 wt% Si가 첨가된 합금에서는 변화가 나타나지 않았으며. 6Si, 8Si 조성의 시편은 모두 용융됨을 확인하였다. 하지만, 8wt% Si가 첨가된 조성에서 일부 용융되지 않고 남아있는 부분을 확인하였으며, 이러한 부분을 고려하여 최적 조성은 Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg인 것으로 관찰되었다.
* DSC 분석을 통한 융점분석
앞선 XRD분석에서 Mg2Si상이 형성되지 않으며. 570℃ 에서 예비실험을 진행한 결과 용융이 발생한 조성인 Al-20Cu-(6. 8)Si-5Sn-10Mg 조성의 합금을 대상으로 brazing filler metal로써의 적용 가능성을 평가하기 위해 DSC분석을 통해 융점을 관찰하여 도 20에 나타내었다. Al-20Cu-(6, 8)Si-5Sn-10Mg 두가지 조성의 합금의 고상선 온도는 각각 506, 508℃로 확인되었고, 액상선 온도는 524, 522℃로 확인되었다. 초기 도출 조성인 Al-20Cu-10Si-5Sn조성 합금의 DSC 결과(도 2 참조)인 고상선 온도 505℃, 액상선 온도 520℃와 유사한 범위에서 융점을 갖는 것을 확인하였다. 이는 내부식성의 향상을 위해 Mg을 첨가하여 우수한 내부식성을 확보함과 동시에 560℃ 이하의 융점을 나타내어 효과적으로 brazing fi1ler metal로 적용이 가능한 것으로 판단된다.
* Al -Cu-Si-Sn-Mg계 합금의 Spreading ratio 측정
Al-Cu-Si-Sn-Mg계 합금을 paste 타입의 filler metal로 적용을 위해 파쇄공정을 거쳐 제조된 Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg조성 합금 분말과 산화막 제거에 우수한 특성을 나타낸Cs-flux 및 glycol과의 혼합비에 따른 퍼짐성을 평가하였다. 합금분말과 Cs-flux, glycol의 혼합 비는 도 21에 나타내었고, Cs -flux의 함량이 증가함에 따라 상대적으로 합금 분말의 첨가량이 감소되어 퍼짐성 면적이 작아지는 것을 방지하기 위해 조성별 로 장입량을 달리하여 평가를 진행하였다. 퍼짐성 평가는 99.99%의 순도를 나타내는 N2 gas 분위기 하에서 진행되었으며, 온도는 570℃까지 분당 5℃로 승온한 뒤， 5분간 유지하여 재료의 용융을 유도하고 냉각 후 Image analyzer 프로그램을 이용하여 용융된 면적을 계산하였다.
퍼짐성 테스트를 통해 변화된 면적은 도 22에 초기면적과 떠짐성 테스트 이후 면적을 이미지화 하여 나타내었고， 초기 면적과 후기면적을 계산 후 수치화 하여 도 23에 나타내었다. 이후, 도 23을 바탕으로 면적을 그래프화 하여 도 24에 그래프로 나타내었다. 도 24에서 확인할 수 있듯이, Al-20Cu-6Si-5Sn-l0Mg 조성 합금은 Cs-flux의 첨가량이 증가함에 따라 젖음성이 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있고, 합금분말과 Cs-flux, glycol의 첨가량이 25: 45: 30 일 때 초기면적에 비해 면적이 3.62배 증가하여 가장 우수한 퍼짐성을 나타내는 것을 확인하였다.
* Al -Cu-Si-Sn-Mg계 합금의 Wetting test
Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg 조성 합금분말과 Cs-flux, glycol을 혼합하여 제조된 paste의 젖음성을 평가하기 위해, 앞선 퍼짐성 테스트에서 최적조성으로 평가된 합금분말，Cs-flux, glycol을 25:45:30 비율로 혼합하여 제조된 paste를 이용하여 젖음각 테스트를 진행하였다. 본 실험은 3003 aluminum 합금 판재 위에 0.6 g의 paste를 도포 후 57℃ 에서 5분간 유지하여 filler metal을 용융하였다. 이후 냉각된 시편에 대해 도 9에 나타난 모식도와 같이 끝부분의 젖음각을 측정하였다. 젖음각 측정은 Optical microscopy를 이용하여 이미지를 확보한 뒤 Image analyzer 프로그램을 이용하여 각도분석을 진행하였다. Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg 합금의 brazing 공정을 통한 용융 이후 젖음각 분석결과를 도 25에 나타내었다. 6회 측정된 Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg 합금의 젖음각은 22 ~ 24°의 분포를 나타내었으며, 젖음각의 평균은 23.2105°로 나타났다. Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg 합금의 젖음각은 앞선 Al-20Cu-10Si-5Sn-5Zn 합금의 젖음각 10°내의 각도보다 약 2배정도 증가된 값을 보이는데, 이는 동일 조건에서 실험을 진행하였지 만 Al-20Cu-10Si-5Sn-5Zn의 고상선 온도는 Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg 합금의 고상선 온도인 508℃보다 약 10℃정도 낮은 고상선 온도를 나타내며, 이로 인해 용융된 합금이 더 일찍 출현하여 상대적으로 오랜 시간동안 퍼짐성을 나타낼 수 있어 나타난 결과로 판단된다.
* Al -Cu-Si-Sn-Mg계 합금의 Joint gap filling 평가
Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg 조성 합금분말， Cs- flux. glyc이을 25:45:30 비율로 흔합하여 제조된 paste를 이용하여 brazing 공정 중 paste의 용융이 발생하였을 때, 모세관력에 의한 침투깊이가 얼마나 되는지를 Joint gap filling 평가를 통해 분석을 진행하였다. 실험과정은 앞서 2-4- 3-4에 기술한 바와 같이 3003 aluminum 합금 판재 위에 일정 각을 유지하도록 또 다른 aluminum 합금 판재를 올리고 brazing 공정을 거쳐 침투깊이의 변화를 분석 후 그 결과를 도 26에 나타내었다. 초기 paste를 5 mm가 되도록 장입하였고，brazing 공정 이후의 침투 깊이는 Image analyzer 프로그램을 이용하여 분석하였다. Al-20Cu-6Si-5Sn-l0Mg 조성 합금의 평균 침투깊이는 27.9415 mm를 나타내는 것을 총 3회의 실험을 통해 확인하였고, 이는 Al-20Cu-10Si-5Sn 조성의 filler metal의 침투 깊이인 22.6 mm에 비해 약 5 mm정도 향상된 것을 확인하였다.
* Al -Cu-Si-Sn-Mg계 합금의 접합부 미세구조 분석
실제 brazing 공정을 통해 3003 aluminum 합금을 접합하였을 때， 우수한 접합면을 나타내는지 여부를 확인하기 위해 2장의 판재형태 3003 aluminum 합금을 준비한 뒤 그 사이에 Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg 조성 합금분말. Cs-flux, glycol을 25:45:30 비율로 혼합하여 제조된 paste를 도포한 뒤, 99.99%의 순도를 나타내는 N2 gas 분위기 하에서 brazing 온도를 570℃까지 분당 5℃로 승온한 뒤, 5분간 유지 후 냉각하여 접합을 진행하였다. 이후 접합된 aluminum 합금의 단편을 절단하여 접합면이 균일하게 형성되었는지 여부를 SEM 이미지 분석을 통해 평가하였다. 접합부의 SEM 이미지를 도 27에 나타내었으며, 저배율 및 고배율 이미지를 통해 접합부의 기공 및 접합되지 않은 부분에 대한 분석을 진행하였다. 배율을 약 1000배까지 조절하여 분석결과 모든 접합부분에서 기공이 형성되지 않았으며， 균일한 접합면을 나타내는 것을 확인하였다. 동일 온도 및 조건에서 3003 aluminum 합금을 Al-Cu-Si-Sn-Zn계, Al-Cu-Si-Sn-Mg계 합금으로 접합을 진행하였을 때， 모든 조성에서 균일하며 용융 후 우수한 모세관력에 의해 기공의 형성없이 접합됨을 확인하였다. 다음과 같은 결과를 통해 Al-Cu-Si-Sn-Zn계，Al-Cu-Si-Sn-Mg계 합금은 모두 저온 aluminum brazing용 filler metal로써 적용이 가능하다고 판단된다.
* Al -Cu-Si-Sn-Mg계 합금의 인장시험
Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg계 최적 조성 paste를 이용하여 접합된 판재형 3003 aluminum 합금의 접합부 특성평가를 하기 위해 인장시험을 진행하였다. 인장시험 이후 파단이 일어난 위치를 통해 접합부의 강도를 평가할 수 있는데， 모재인 aluminum 합금에서 파단이 일어나게 되면 접합부의 강도가 aluminum 합금의 인장강도보다 우수함을 간접적으로 확인할 수 있다. 이를 확인하기 위해 100*25 mm2 크기로 가공된 3003 aluminum 합금 사이에 25*25 mm2 면적만큼 paste를 도포한 후 brazing 공정을 거쳐 접합을 진행하였다. 접합된 시편의 이미지를 도 28에 나타내었으며, 옆면과 윗면에서 촬영한 이미지를 통해 목표한 크기로 제조됨을 확인하였다. 이후 인장 시험기를 이용하여 상온에서 5 mm/min의 속도로 인장을 진행한 결과 도 28에 나타낸 것과 같이 모재에서 파단이 남을 확인하였다. 이를 통해 Al- 20Cu-6Si-5Sn-10Mg조성의 합금 또한 brazing용 filler metal로 적용이 가능할 것으로 판단된다.
본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 합금 조성물은 Battery 냉각 Cooler용 저온 aluminum brazing filler metal paste 및 저온 aluminum brazing 공정에 주로 적용될 수 있으며, Al-20Cu-lOSi-5Sn 합금에 Zn 또는 Mg을 첨가하여 저융점 및 내식성이 향상된 브레이징 합금을 제조하였다. Zn가 첨가된 최적조성은 Al-20Cu-lOSi-5Sn-5Zn으로 평가되었으며, Zn가 첨가되지 않은 Al-20Cu-10Si-5Sn 합금에 비해 고상선 온도는 대략 11℃, 액상선 온도는 대략 12℃ 가 감소된 융점을 확인하였다. Al-20Cu-lOSi-5Sn-5Zn 합금을 분말화공정을 거쳐 paste 형태로 제조될 때에는 금속분말과 Cs-flux, glycol을 45:25:30으로 혼합하였을 때 가장 우수한 퍼짐성을 확인할 수 있었으며, spread ratio, joint gap filling, 접합 특성， 인장테스트 등을 통해 brazing filler metal로써의 적용 가능 여부를 확인하였다. 또한 Mg이 첨가되었을 때의 최적조성은 Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg 조성으로 평가되었으며. 매우 우수한 내식성을 갖는것을 염수분무 시험을 통해 확인하였다. Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg 조성 합금의 융점은 Al-20Cu-lOSi-5Sn 합금과 비교했을 때 540℃ 이하의 융점을 나타내어 brazing filler metal로써 적용이 충분히 가능하다고 판단된다. Al-20Cu-6Si-5Sn-10Mg조성의 합금분말을 이용한 paste 제조는 합금분말과 Cs-flux, glycol이 25:45:30 비율로 혼합되었을 때 가장 우수한 퍼짐성을 나타내는 것을 확인하였으며, spread ratio, joint gap filling, 접합 특성, 인장테스트 등을 통해 확인해 본 결과, Al-20Cu- 6Si-5Sn-l0Mg 합금 또한 우수한 brazing 특성을 나타내어 충분히 brazing에 적용 가능할 것으로 판단된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금에 Zn 또는 Mg를 첨가하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계;
    상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 파쇄 및 분말화하여 65 μm 내지 75 μm의 망눈 크기를 갖는 분급체에 통과시켜 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말을 얻는 미세 분말화 단계; 및
    상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금의 미세 분말을 플럭스(flux) 및 용매와 혼합하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 제조하는 합금 페이스트 조성물 제조단계;
    를 포함하고,
    상기 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금은 Cu를 18 내지 20 중량%, Si를 6 내지 10 중량%, Sn을 4 내지 5중량%로 포함하고, 나머지가 Al로 이루어진 함량비를 가지며,
    상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금은 Cu를 18 내지 20 중량%, Si를 6 내지 10 중량%, Sn을 4 내지 5중량%로 포함하고, 상기 Zn 또는 Mg를 5 내지 20 중량%로 포함하며, 나머지가 Al로 이루어진 함량비를 갖는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계는 고주파 유도로에서 상기 Al-Cu-Si-Sn로 이루어진 4원계 알루미늄 브레이징 합금과 Zn 또는 Mg를 혼합시켜 1 내지 60 분 동안 500 내지 1200℃ 온도로 가열하여 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 과정으로 수행되는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계는 제조된 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 10-5 내지 10-3 torr의 진공 분위기에서 Ar 가스를 퍼징(purging)하는 과정을 적어도 3회 이상 수행하는 과정을 더 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 제조하는 단계는 제조된 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 Ar 분위기에서 470 내지 490℃ 온도로 280 내지 520 분 동안 열처리하는 과정을 더 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 미세 분말화 단계는 조크러셔(jaw crusher)를 이용하여 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 파쇄하는 1차 파쇄과정 및 상기 1차 파쇄된 5원계 알루미늄 브레이징 합금을 미 분쇄기에서 1060 내지 1100 rpm으로 8 내지 12분 동안 파쇄하는 2차 파쇄과정을 수행한 5원계 알루미늄 브레이징 합금 분말을 46 μm 내지 140 μm 의 망눈 크기를 갖는 분급체에 통과시켜 미세분말을 제조하는 과정으로 수행되는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물 제조에 사용되는 상기 플럭스는 Al-flux 또는 Cs-flux 이고, 상기 용매는 증류수 또는 글리콜(Glycol)인 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물에 포함되는 상기 플럭스의 함량은 5 내지 35 중량% 이고, 상기 용매의 함량은 20 내지 50 중량% 인 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법은 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물을 클래드(Clad)재 형태로 제조하는 5원계 알루미늄 브레이징 합금 조성물 클래드 제조단계를 더 포함하는 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금 페이스트 조성물은 브레이징 시 필러 메탈로서의 용융 온도가 500 내지 577℃ 인 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법.
  12. 제 1항 내지 제7항 및 제10항 내지 제11항 중 어느 한 항의 알루미늄 브레이징 합금 조성물의 제조방법에 의해 제조되고,
    Cu를 18 내지 20 중량%, Si를 6 내지 10 중량%, Sn을 4 내지 5중량%로 포함하고, 나머지가 Al로 이루어진4원계 알루미늄 브레이징 합금에 Zn 또는 Mg가 첨가된 5원계 알루미늄 브레이징 합금 및 플럭스 및 용매를 포함하되,
    상기 플럭스의 함량은 5 내지 35 중량%이고, 상기 용매의 함량은 20 내지 50중량%이며, 상기 5원계 알루미늄 브레이징 합금은 Cu를 18 내지 20 중량%, Si를 6 내지 10 중량%, Sn을 4 내지 5중량%로 포함하고, 상기 Zn 또는 Mg를 5 내지 20 중량%로 포함하며, 나머지가 Al로 이루어진 알루미늄 브레이징 합금인 알루미늄 브레이징 합금 조성물.

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