KR101982742B1 - 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재 및 이를 이용한 열교환기 제조방법 - Google Patents

브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재 및 이를 이용한 열교환기 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재 및 이를 이용한 열교환기 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명은 실리콘과 아연 함유 플럭스 및 바인더를 함유하는 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재를 제조하며, 이러한 코팅재가 코팅된 알루미늄 부품을 이용하여 열교환기를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재 및 이를 이용한 열교환기 제조방법{CLAD OF ALUMINIUM PRODUCT FOR BRAZING AND MANUFACTURING METHOD OF HEAT EXCHANGER USING THE SAME}
본 발명은 브레이징 처리용 알루미늄 코팅재에 관한 것으로서, 상세하게는 실리콘계 플럭스를 함유하여 브레이징 시 모재용융 현상이 방지되는 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재 및 이를 이용한 열교환기 제조방법에 관한 것이다.
알루미늄은 가볍고, 비교적 강도가 높으며, 열교환성능이 우수할 뿐만 아니라 가공성이 우수하다는 장점으로 인하여 예컨대 자동차용 공기조화장치를 구성하는 열교환기의 중요한 소재로 사용되고 있다.
열교환기를 제조할 경우 통상적으로 알루미늄 부품들을 모두 조립 또는 적층하여 고정함으로써 알루미늄 부품 어셈블리를 만들고, 이 알루미늄 부품 어셈블리를 노(爐)에 넣어 소정온도로 가열하는 브레이징을 통하여 알루미늄 부품들을 서로 접합함으로써 열교환기를 제조하게 된다.
알루미늄 부품들을 서로 접합하여 제품을 만들기 위하여, 알루미늄보다 융점이 낮은 브레이징재를 압출에 의하여 선재 형태 또는 링 형태로 만들거나, 압연에 의하여 클래딩처리하거나, 또는 분말의 형태로 만들어 이를 알루미늄 부품들의 접합부에 피복 또는 결합하여 브레이징함으로써 알루미늄 부품들을 서로 접합한다. 이러한 브레이징재로는 Al-Si합금을 주재로 하여 이루어진 것이 주로 사용되지만 브레이징 시에는 모재의 표면에 형성되는 산화피막, 즉 산화알루미늄(Al2O3)이 생성되어 브레이징재의 유동성을 방해하기 때문에 미접합부위가 발생하기 쉽고 또 접합상태도 양호하지 못하다.
따라서, 비산화분위기를 조성하여 대기 중에서도 산소와 모재와의 접촉을 차단하여 산화알루미늄막의 생성을 막을 수 있도록 접합부에 플럭스를 공급하여 브레이징하거나 플럭스를 공급하지 않고 진공로에서 브레이징하는 방법이 사용된다.
비산화분위기를 조성하기 위한 플럭스로는 불화물계 플럭스가 가장 많이 사용되며, 이 불화물계 플럭스 중에서도 알칸 인터내셔널 리미티드사에서 시판하고 있는, KF 및 AlF3로 조성된 노콜록(NOCOLOK) 플럭스가 주로 사용되고 있다. 그러나, 브레이징재 및 플럭스를 각각 별도로 공급하여 브레이징하는 방법은 일손이 많이 들어 생산성이 저하되고, 또 접합부에 충분한 플럭스를 도포하기 위해서는 플럭스를 다량으로 사용할 수밖에 없으므로 과잉 플럭스에 의한 각종 문제점이 발생하기 때문에 바람직하지 못하다.
한편, 진공로에서 브레이징을 행하는 방법에 있어서는 플럭스 도포공정을 줄일 수 있고, 또 플럭스에 대한 재료비가 들지 않는다는 장점은 있지만 진공로가 고가이고 가동비용도 많이 들기 때문에 이 방법 또한 권장할만한 방법은 아니다.
따라서, 브레이징재에 미리 플럭스를 포함시켜 이루어진 플럭스 함유 알루미늄 브레이징재를 만들고 이를 알루미늄 부품들의 접합부에 결합 또는 도포하여 브레이징하는 다양한 방법들이 제안되어 실시되고 있다.
미국 등록특허 6153021호에는, 압출튜브와 베어핀을 접합하기 위하여 Si 분말을 주 재료로한 프리플럭스 코팅방법이 개시되어 있다. 그러나, Si 분말의 경우 브레이징 시 모재의 용융을 발생되거나 접합부의 필렛 형성이 부족하여, 브레이징 실시 후 내구성 또는 전도도가 저하되는 문제점이 발생된다.
일본 공개특허 1993-177386호에는, Si와 불화물계 플럭스를 함유하고 또한 Al 및 불가피 불순물을 함유한 플럭스 함유 알루미늄합금 브레이징재가 개시되어 있다. 그러나, 이 브레이징재에 따르면, Mg가 함유된 고강도 알루미늄 부품에 대해서는 브레이징 시 Mg가 용융 플럭스와 반응하여 MgF2 또는 KMgF3 등의 반응생성물이 생성되어 브레이징재의 표면에 부착되고 이 반응생성물에 의하여 플럭스의 유동성이 저하될 뿐만 아니라 브레이징재의 융점도 높아진다.
또한, 일본 공개특허 1994-344179호에는, Al, Si 및 플럭스 성분을 함유하는 브레이징재에 있어서, 상기 브레이징재 성분 중의 Si의 함유량이 3∼15wt%이고, 플럭스 성분이 KF 및 AlF3와, LiF 또는 CsF의 적어도 한 쪽을 함유하는 브레이징재가 개시되어 있다. 이 브레이징재에 따르면, Mg를 함유한 알루미늄 부품들에 적용할 경우 브레이징재 및 플럭스의 융점상승을 초래하고, 또한 CsF를 사용할 경우에는 CsF가 고가이기 때문에 비용이 많이 든다.
1. 미국 등록특허 6153021호 2. 일본 공개특허 1993-177386호 3. 일본 공개특허 1994-344179호
본 발명의 목적은 실리콘계 플럭스를 주재료로 하여 실리콘 분말의 함량이 저감된 알루미늄 부품 코팅재를 사용함으로써, 브레이징 시 알루미늄 부품의 모재용융 현상을 방지하기 위한 것이다.
동시에, 실리콘과 아연 성분을 동시에 함유하는 플럭스를 함유하는 알루미늄 부품 코팅재를 사용함으로써, 브레이징 시 접합부의 충분한 필렛 형성을 보장하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 코팅재를 사용하여 내구성 및 전도도가 향상된 열교환기를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재는 실리콘과 아연 함유 플럭스 및 바인더를 함유한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 플럭스는 실리콘계 플럭스와 아연계 플럭스의 혼합물 또는 실리콘과 아연의 화합물일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 실리콘계 플럭스와 아연계 플럭스의 혼합물은 실리콘계 플럭스 : 아연계 플럭스가 1 : 0.005 내지 200의 중량비로 혼합될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 코팅재는 실리콘 분말을 더 함유할 수 있다. 이때, 상기 실리콘 분말은 0.01 내지 10 g/m2 로 함유될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 실리콘과 아연의 화합물은 하기 화학식으로 표시될 수 있다.
화학식
KaZnbSicFd
상기 화학식에서, 0.5≤a≤5, 0.5≤b≤5, 0.5≤c≤5 및 0.5≤d≤9 일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 코팅재는 실리콘 분말, 아연 분말, 구리 분말 및 알루미늄 분말 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합분말을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기의 실리콘과 아연 함유 플럭스를 포함하는 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재를 알루미늄 부품의 표면에 도포하는 단계, 상기 코팅재가 도포 된 알루미늄 부품을 조립하여 열교환기 본체를 제조하는 단계 및 상기 열교환기 본체를 브레이징 처리하여 상기 부품의 접촉부를 접합시키는 단계를 포함하여 열교환기를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어, 상기 코팅재를 알루미늄 부품의 표면에 도포하는 단계에서, 상기 도포는, 상기 알루미늄 부품 표면에 0.01 내지 5 g/m2의 실리콘 분말, 0.1 내지 20 g/m2의 실리콘계 플럭스 및 0.1 내지 20 g/m2의 아연계 플럭스를 동시에 도포하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어, 상기 도포하는 단계 후, 상기 코팅재가 도포 된 알루미늄 부품을 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어, 상기 브레이징은 제1온도에서 1차 브레이징하는 단계 및 상기 제1온도보다 높은 제2온도에서 2차 브레이징하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어, 상기 1차 브레이징하는 단계에서는, 상기 알루미늄 부품의 알루미늄 성분과 상기 코팅재의 아연 성분이 합금화될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어, 상기 2차 브레이징하는 단계에서는, 상기 알루미늄 부품의 알루미늄 성분과 상기 코팅재의 실리콘 성분이 합금화될 수 있다.
본 발명의 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재는, 실리콘계 플럭스를 주재료로 하되 실리콘 분말의 함량이 저감되어, 이를 사용하여 코팅처리 된 알루미늄 부품의 브레이징 시 모재용융 현상의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘 및 아연 성분을 동시에 함유하는 플럭스를 포함하는 알루미늄 부품 코팅재를 사용함으로써, 브레이징 시 접합부의 충분한 필렛 형성을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 코팅재를 사용하여 내구성 및 전도도가 향상된 열교환기를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기 제조방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
도 2는 일반적인 열교환기용 알루미늄 튜브의 모습을 나타낸 도면이며,
도 3은 일반적인 알루미늄 부품이 조립되어 제조된 열교환기의 모습을 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재 및 이를 이용한 열교환기 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
알루미늄 부품을 이용한 열교환기의 제조에 있어서, 브레이징재에 미리 플럭스를 포함시켜 이루어진 플럭스 함유 알루미늄 브레이징재를 만들고 이를 알루미늄 부품들의 접합부에 결합 또는 도포하여 브레이징하는 다양한 방법들이 제안되어 실시되고 있다.
이러한 브레이징재로서 종래에는 실리콘 분말을 주재료로 하는 프리플럭스 물질이 주로 사용되어 왔으나, 실리콘 분말의 경우 브레이징 시 실리콘-알루미늄 합금물질이 생성되면서 알루미늄 모재를 과도하게 용융시키는 모재용융의 문제가 발생되어 왔다.
본 발명은 이러한 모재용융의 문제를 개선하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재는 실리콘과 아연 함유 플럭스 및 바인더를 함유하는 것을 특징으로 한다. 이때 플럭스 내 포함된 실리콘 성분은 알루미늄 모재와 합금화되면서 알루미늄 부품을 서로 접합시키는 납재 물질일 수 있다. 또한, 플럭스 내 포함된 아연 성분은 상기 실리콘계 납재 물질의 산화를 방지하기 위한 희생양극으로서 포함되어 코팅재의 보관성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 실리콘과 아연 함유 플럭스는 실리콘계 플럭스와 아연계 플럭스의 혼합물이거나, 실리콘과 아연의 화합물일 수 있다.
실리콘과 아연 함유 플럭스가 실리콘계 플럭스와 아연계 플럭스의 혼합물로 이루어지는 경우, 알루미늄 부품 표면에 도포 시 건조 후 중량을 기준으로 실리콘과 아연 함유 플럭스는 0.1 내지 20 g/m2의 실리콘계 플럭스 및 0.1 내지 20 g/m2의 아연계 플럭스가 혼합되어 이루어질 수 있다. 여기서, 실리콘계 플럭스의 함유량이 0.1 g/m2 미만이면 플럭스 내 실리콘 성분이 미미하여 납재 물질의 함량 미달로 인한 접합 불량이 발생되거나, 이를 극복하기 위한 실리콘 분말의 첨가가 과도하게 이루어질 수 있다. 또한, 실리콘계 플럭스의 함유량이 20 g/m2 초과이면 납재 물질의 과도한 함량으로 인한 과잉 플럭스 문제가 발생될 수 있다. 그리고, 플럭스 내 아연계 플럭스의 함량이 0.1 g/m2 미만이면 납재 물질의 희생양극 역할이 원활하게 수행되지 않을 수 있으며, 20 g/m2 초과이면 과도한 부식이 발생되는 원인이 될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따라 제조된 코팅재에 포함되는 실리콘계 플럭스와 아연계 플럭스의 혼합물은 상기 함량 범위로 포함되되, 실리콘계 플럭스 : 아연계 플럭스의 중량비가 1:0.005 내지 1:200의 범위로 포함되는 것이 납재물질에 의한 접합상태를 양호하게 하면서도 코팅재의 보관성을 보장하기 위한 측면에서 바람직할 수 있다.
또한, 이와 같이 실리콘과 아연 함유 플럭스가 실리콘계 플럭스와 아연계 플럭스의 혼합물로 이루어지는 경우, 코팅재에는 실리콘 분말이 더 함유될 수 있다. 실리콘 분말은 전술된 실리콘계 플럭스 내 실리콘 성분과 마찬가지로 알루미늄 모재와 합금화되면서 알루미늄 부품을 서로 접합시키는 납재 물질로서 더 첨가되는 것일 수 있다. 이와 같이 납재 물질로서 실리콘 분말이 더 첨가되면, 납재 물질의 추가로 인한 브레이징 처리가 보다 원활하게 실시될 수 있으나, 브레이징 처리 시 실리콘과 알루미늄의 합금화에 의한 알루미늄 모재 용융 발생이 야기될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 코팅재는 20 g/m2 이하의 실리콘 분말을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 보다 좋게는 0.01 내지 10 g/m2의 실리콘 분말을 포함하는 것이 브레이징 후 알루미늄 부품의 접합상태를 양호하게 보장하면서도 알루미늄 모재 용융 발생을 방지하기 위한 측면에서 바람직할 수 있다. 이와 같이 알루미늄 부품의 접합상태가 양호하게 형성되면, 접합 부분의 연결이 보장되어 이를 이용하여 제조된 제품(열교환기 포함)의 내구성 및 전도도 등의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 코팅재에 포함되는 바인더는 실리콘 분말, 실리콘계 플럭스 및 아연계 플럭스를 혼합할 수 있는 액상의 물질이면 제한없이 사용할 수 있다. 비한정적인 일례로 상기 바인더는 물, 유기용매, 글리세롤, 에틸린 글리콜 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 바인더는 고온에서 브레이징이 실시되면, 기화되어 소실되는 것일 수 있다.
일례로, 전술된 바에 따라 제조된 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재는 K2SiF6 실리콘계 플럭스, KZnF3 아연계 플럭스, 실리콘 분말 및 물을 포함하여 반죽된 것일 수 있다.
한편, 실리콘과 아연 함유 플럭스가 실리콘과 아연의 화합물로 이루어질 수도 있다. 이때 실리콘과 아연의 화합물은 실리콘계 플럭스에 아연 원자가 고용되거나, 아연계 플럭스에 실리콘 원자가 고용되어 형성될 수 있다. 구체적으로 실리콘과 아연의 화합물은 K2SiF6 실리콘계 플럭스에 아연(Zn) 원자가 고용되거나, KZnF3 아연계 플럭스에 실리콘(Si) 원자가 고용되어 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 실리콘과 아연의 화합물은 K2SiF6 실리콘계 플럭스에 아연(Zn) 원자가 고용되거나 KZnF3 아연계 플럭스에 실리콘(Si) 원자가 고용되어 하기 화학식으로 표시되는 플럭스 물질로 형성될 수 있다.
화학식
KaZnbSicFd
여기서, a, b, c 및 d는 K, Zn, Si 및 F 원자로 이루어진 화합물이 형성되면서 각각의 산화수에 따라 특정되는 상수일 수 있으며, 구체적으로 0.5≤a≤5, 0.5≤b≤5, 0.5≤c≤5 및 0.5≤d≤9 인 범위에서 선택되는 상수일 수 있으며, 보다 구체적으로 a는 1 또는 2이고, d는 3 또는 6이며, b+c는 1일 수 있다.
본 발명에 따른 코팅재는 전술된 바와 같이 구성되는 실리콘과 아연의 화합물(KaZnbSicFd)을 포함함으로써, 실리콘계 플럭스(K2SiF6) 및 아연계 플럭스(KZnF3)를 각각 혼합하여 포함하는 전자에 비하여 브레이징 후 불순물로서 잔류되는 칼륨(K) 및 불소(F) 성분을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 코팅재는 알루미늄 부품 표면에 도포 시 건조 후 중량을 기준으로 실리콘과 아연의 화합물을 0.1 내지 20 g/m2로 함유할 수 있다. 이때, 코팅재 내 실리콘과 아연의 화합물의 함량이 0.1 g/m2 미만이면 플럭스 내 실리콘 및 아연 성분이 미미하여 납재 물질의 함량 미달로 인한 접합 불량이 발생되거나, 아연 성분에 의한 납재 물질의 희생양극 역할이 원활하게 수행되지 않아 실리콘 산화물이 불순물로서 형성될 수 있다. 또한, 코팅재 내 실리콘과 아연의 화합물의 함량이 20 g/m2 초과이면, 납재 물질의 과도한 함량으로 인한 과잉 플럭스 문제가 발생되거나 과도한 아연 성분의 함량으로 인하여 과도한 부식이 발생되는 원인이 될 수 있다.
또한, 이와 같이 실리콘과 아연 함유 플럭스가 실리콘과 아연의 화합물로 이루어지는 경우, 코팅재에는 실리콘 분말, 아연 분말, 구리 분말 및 알루미늄 분말 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합분말이 더 포함될 수 있다.
이때, 실리콘 분말은 알루미늄 부품의 브레이징 시, 알루미늄과 실리콘의 합금화에 의하여 알루미늄 부품을 접합시키는 납재 물질로서 첨가되며, 아연 분말은 제조된 코팅재에서 실리콘의 산화를 방지하기 위한 희생양극으로서 첨가되며, 구리 분말은 보호음극으로서 첨가되며, 알루미늄 분말은 모재 손실을 보상하기 위한 모재 물질로서 첨가되는 것일 수 있다. 이와 같은 분말들은 수득하고자 하는 알루미늄 제품의 물성에 따라 비한정적으로 첨가되는 것이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 코팅재에 포함되는 바인더는 실리콘 분말, 실리콘계 플럭스 및 아연계 플럭스를 혼합할 수 있는 액상의 물질이면 제한없이 사용할 수 있다. 비한정적인 일례로 상기 바인더는 물, 유기용매, 글리세롤, 에틸린 글리콜 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 바인더는 고온에서 브레이징이 실시되면, 기화되어 소실되는 것일 수 있다.
일례로, 전술된 바에 따라 제조된 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재는 K2(Si-Zn)F6 실리콘과 아연 화합물, 실리콘 분말, 알루미늄 분말 및 물을 포함하여 반죽된 것일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 열교환기 제조방법은 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재를 알루미늄 부품의 표면에 도포하는 단계, 상기 코팅재가 도포 된 알루미늄 부품을 조립하여 열교환기 본체를 제조하는 단계 및 상기 열교환기 본체를 브레이징 처리하여 상기 부품의 접촉부를 접합시키는 단계를 포함하여, 열교환기(도 2; 1)를 제조한다.
도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면, 먼저 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재를 알루미늄 부품의 표면에 도포한다.(S10)
여기서, 상기 코팅재는 전술된 바에 따라 제조된 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재일 수 있으며, 구체적으로 실리콘과 아연 함유 플럭스를 포함하는 코팅재일 수 있다. 이때, 실리콘과 아연 함유 플럭스는 전술된 바와 같이 실리콘계 플럭스와 아연계 플럭스의 혼합물이거나, 실리콘과 아연의 화합물일 수 있다.
이와 같이 코팅재가 도포되는 알루미늄 부품은 열교환기(1) 제조를 위하여 미리 준비된 각종 부품일 수 있으며, 구체적으로 열교환기(1)의 부품으로서 알루미늄 재질로 이루어진 헤더탱크, 입출구파이프, 배플, 튜브(10), 핀 등을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 코팅재의 도포는 상기 튜브(10) 및 상기 핀에 실시될 수 있다. 또한, 도포면적은 크게 제한되는 것은 아니나 코팅재의 손실을 방지하기 위한 측면에서 각종 부품의 접합면 또는 접합부분에 한정하여 실시할 수도 있다.
여기서, 코팅재에 실리콘계 플럭스와 아연계 플럭스의 혼합물이 포함되어 이루어지는 경우, 비한정적이며 구체적인 일례로, 알루미늄 부품 표면에 도포 시 건조 후 중량을 기준으로 0.01 내지 5 g/m2의 실리콘 분말, 0.1 내지 20 g/m2의 실리콘계 플럭스 및 0.1 내지 20 g/m2의 아연계 플럭스를 동시에 도포하여 수행될 수 있다. 여기서, 실리콘 분말의 함량이 0.01 g/m2 미만이거나 실리콘계 플럭스의 함유량이 0.1 g/m2 미만이면, 플럭스 내 실리콘 성분이 미미하여 납재 물질의 함량 미달로 인한 접합 불량이 발생되거나 이를 극복하기 위한 실리콘 분말의 첨가가 과도하게 이루어질 수 있다. 또한, 실리콘 분말의 함유량이 5 g/m2 초과이거나 실리콘계 플럭스의 함유량이 20 g/m2 초과이면, 납재 물질의 과도한 함량으로 인한 과잉 플럭스 문제가 발생될 수 있다. 그리고, 플럭스 내 아연계 플럭스의 함량이 0.1 g/m2 미만이면 납재 물질의 희생양극 역할이 원활하게 수행되지 않을 수 있으며, 20 g/m2 초과이면 과도한 부식이 발생되는 원인이 될 수 있다.
이때, 코팅재의 도포 이후, 코팅재가 도포된 알루미늄 부품을 건조하여 코팅재가 알루미늄 부품의 표면에 균일하게 도포된 이후 후속 공정이 실시되도록 할 수 있다.
이어, 코팅재가 도포 된 알루미늄 부품을 조립하여 열교환기 본체를 제조한다.(S20) 여기서 열교환기 본체의 형태는 미리 준비된 알루미늄 부품에 따라, 수득하고자하는 열교환기의 형태에 따라 비제한적으로 실시될 수 있다. 이때, 조립하여 제조된 열교환기 본체는 각각의 부품이 서로 고정 접합되지 않고 각종 알루미늄 부품이 단지 조립되어 형태만 완성되어 있는 상태일 수 있다.
이러한 열교환기 본체를 고정 접합하기 위하여, 열교환기 본체를 브레이징 처리한다.(S30) 브레이징은 조립하여 제조된 열교환기 본체를 일정 온도 이상으로 가열하는 공정이다. 여기서, 브레이징은 600℃ 전후의 온도에서 이루어질 수 있다. 열교환기 본체는 브레이징 처리에 의하여, 열교환기 부품 사이 형성된 산화피막이 파괴되어 플럭스를 포함하는 코팅재가 침투하면서 산화피막이 제거되고, 코팅재가 용융되어 부품의 접촉부에서 접합이 이루어지게 될 수 있다.
본 발명에 따른 브레이징은 미리 설정된 제1온도에서 1차 브레이징하는 단계 및 미리 설정된 제2온도에서 2차 브레이징하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 제2온도는 제1온도보다 높은 온도인 것을 특징으로 할 수 있다. 그리고, 열교환기의 알루미늄 부품들의 양호한 고정 접합상태를 보장하기 위하여, 1차 및 2차 브레이징을 일 단위공정으로 하여, 상기 일 단위공정을 반복 수행할 수도 있다.
구체적으로, 1차 브레이징하는 단계는 코팅재 내 포함성분 중 상대적으로 융점이 낮은 아연 성분이 알루미늄 부품의 표면에 확산되어 알루미늄과 합금화되면서, 모재 표면에 희생양극 층을 생성하는 것일 수 있다. 이를 위하여 1차 브레이징이 실시되는 제1온도는 아연의 융점이 420℃인 점을 감안하여 약 400 내지 500℃에서 실시되는 것이 바람직할 수 있다.
그리고, 2차 브레이징하는 단계는 코팅재 내 포함성분 중 상대적으로 융점이 높은 실리콘 성분이 알루미늄 부품의 알루미늄 성분과 반응하여 합금화되면서, 알루미늄 부품간의 접합부분을 용융 접합하는 것일 수 있다. 2차 브레이징이 실시되는 제2온도는 실리콘과 알루미늄의 합금이 형성되는 550 내지 650℃에서 실시되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 코팅재에는 전체 코팅재 중 실리콘 분말의 함량이 비교적 적고 실리콘 플럭스의 함량이 상대적으로 많은 것을 특징으로 할 수 있는데, 이러한 이유로 브레이징에 의하여 알루미늄 부품 간 접합부분에 형성되는 필렛이 충분하여 브레이징 처리 된 열교환기의 내구성을 보장할 수 있는 장점이 있다. 여기서 필렛은 알루미늄 부품 간 접합부분에 형성된 실리콘-알루미늄 합금으로서, 알루미늄 부품을 서로 잇는 접합물질을 지칭하는 것일 수 있다.
이와 같이 1차 및 2차 브레이징을 포함하는 단계적인 브레이징 공정이 실시됨에 따라, 열교환기 부품 표면 및 사이에 형성된 산화피막을 효과적으로 제거하고 열교환기 부품 사이에 납재 물질인 실리콘-알루미늄 합금을 효과적으로 형성시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재는, 실리콘계 플럭스를 주재료로 하되 실리콘 분말의 함량이 저감되어, 이를 사용하여 코팅처리 된 알루미늄 부품의 브레이징 시 모재용융 현상의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘 및 아연 성분을 동시에 함유하는 플럭스를 포함하는 알루미늄 부품 코팅재를 사용함으로써, 브레이징 시 접합부의 충분한 필렛 형성을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 코팅재를 사용하여 알루미늄 부품의 접합상태가 양호하게 형성되면, 접합 부분의 연결이 보장되어 이를 이용하여 제조된 제품(열교환기 포함)의 내구성 및 전도도 등의 향상을 도모할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 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 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 열교환기
10: 열교환기 튜브

Claims (7)

  1. 실리콘과 아연의 화합물인 플럭스 및 바인더를 함유하며,
    상기 화합물은 하기 화학식으로 표기되며, 실리콘계 플럭스에 아연이 고용된 것이거나 아연계 플럭스에 실리콘이 고용된 것을 특징으로 하는 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재.
    [화학식]
    KaZnbSicFd
    (상기 화학식에서, 0.5≤a≤5, 0.5≤b≤5, 0.5≤c≤5 및 0.5≤d≤9이다)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅재는 실리콘 분말, 아연 분말, 구리 분말 및 알루미늄 분말 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합분말을 더 포함하는 브레이징 처리용 알루미늄 부품의 코팅재.
  6. 제1항 또는 제5의 코팅재를 알루미늄 부품의 표면에 도포하는 단계;
    상기 코팅재가 도포 된 알루미늄 부품을 조립하여 열교환기 본체를 제조하는 단계; 및
    상기 열교환기 본체를 브레이징 처리하여 상기 부품의 접촉부를 접합시키는 단계;를 포함하는 열교환기 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코팅재를 알루미늄 부품의 표면에 도포하는 단계에서,
    상기 도포는,
    상기 알루미늄 부품 표면에 0.01 내지 5 g/m2의 실리콘 분말 및 플럭스를 동시에 도포하여 수행되는 열교환기 제조방법.
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