KR102071484B1

KR102071484B1 - 코팅 조성물 및 코팅된 제품을 제공하는 방법

Info

Publication number: KR102071484B1
Application number: KR1020177000305A
Authority: KR
Inventors: 페르 스웨딘
Original assignee: 알파 라발 코포레이트 에이비
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2020-01-30
Also published as: CR20140447A; KR20140129237A; AU2013241754B2; JP6042458B2; AU2013241720A1; JP6117332B2; ZA201406436B; PH12014502000A1; CA2867427C; JP2015514016A; EP2830815A1; US20150060030A1; CN104302439B; PT2830821T; KR20140129275A; AP2014007939A0; ES2617219T3; CA2864189A1; US20150086776A1; MY169213A

Abstract

본 발명은 하나 이상의 붕소 소스 및 하나 이상의 규소 소스의 블렌드를 포함하는 조성물에 관한 것이며, 조성물은 내마모성을 가진 입자, 표면 강화성을 가진 입자, 촉매성을 가진 입자 또는 이의 조합에서 선택되는 입자를 더 포함하며, 여기서 블렌드는 약 3:100 wt:wt 내지 약 100:3 wt:wt 범위 내의 붕소 대 규소의 중량비로 붕소 및 규소를 포함하며, 여기서 규소 및 붕소는 25 wt% 이상으로 블렌드에 존재하며, 여기서 하나 이상의 붕소 소스 및 하나 이상의 규소 소스는 오염 산소의 필연적인 양을 제외하고는 산소가 없으며, 여기서 블렌드는 250 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 가지는 입자의 기계적 블렌드이다. 본 발명은 추가로 코팅된 제품을 제공하는 방법 및 상기 방법에 의해 수득된 코팅된 제품에 관한 것이다.

Description

코팅 조성물 및 코팅된 제품을 제공하는 방법{COATING COMPOSITION AND METHOD FOR PROVIDING A COATED PRODUCT}

본 발명은 신규한 코팅 개념, 코팅 조성물, 코팅된 제품을 제공하는 방법 및 용도에 대한 것이다.

오늘날 높은 용융 온도를 가진 합금을 서로 접합하는 상이한 접합 방법이 존재한다. 고온은 900 ℃ 초과의 용융 온도를 의미한다. 사용되는 일반적인 방법 중 하나는 용접이다. 용접은 추가 물질이 있거나 없는 베이스 재료(base material)가 용융되는 방법, 즉, 용융 및 재-응고를 통한 캐스트 제품의 생성을 지칭한다. 또 다른 접합 방법은 브레이징이다. 브레이징 공정 동안, 브레이징재를 베이스 재료에 첨가하며, 공정 동안 브레이징재가 450 ℃ 초과의 온도에서 용융, 즉, 접합되는 베이스 재료의 액상 온도 미만의 온도에서 액체 계면을 형성한다. 브레이징할 때, 액체 계면은 우수한 젖음성(wetting) 및 유동을 가져야 한다. 납땜(soldering)은 용가재(filler metal) 즉, 땜납(solder)의 접합부로의 용융 및 유동에 의해 둘 이상의 금속 물품이 서로 접합되는 공정이며, 땜납은 공작물보다 더 낮은 융점을 가진다. 브레이징시, 용가재가 땜납보다 높은 온도에서 용융하나, 공작물 금속은 용융하지 않는다. 납땜과 브레이징의 차이는 충진재 합금의 용융 온도에 기초한다. 450 ℃의 온도가 일반적으로 납땜과 브레이징 사이의 현실적인 식별점으로 사용된다.

브레이징할 때, 브레이징재는 접합되는 베이스 재료 사이의 틈 또는 간격에 접하여 적용한다. 가열 공정 동안, 브레이징재는 용융하여 접합되는 틈을 충진한다. 브레이징 공정시, 세 개의 주요 단계가 있으며, 제1 단계는 물리적 단계로 불린다. 물리적 단계는 브레이징재의 젖음성 및 유동을 포함한다. 제2 단계는 보통 주어진 접합 온도에서 발생한다. 상기 단계 동안, 고체-액체 상호작용이 존재하며, 이는 상당한 물질 이동이 동반된다. 액체 용가재와 밀접한 베이스 재료 부피는 상기 단계에서 용가재를 용해하거나 또는 그와 반응한다. 동시에 액상으로부터의 소량의 원소가 고체 베이스 재료 내로 관통한다. 접합부 영역에서 성분의 이러한 재분배는 용가재의 조성, 및 때때로 용가재의 응고 시작점의 변화를 유발한다. 제2 단계와 중첩되는 마지막 단계는 최종 접합부 미세 구조의 형성 및 접합부의 응고 및 냉각 동안의 진행을 특징으로 한다.

용접 및 브레이징과 밀접한 방법은 확산 브레이징(DFB)이며, 이는 또한 천이 액상 접합(Transient Liquid-phase bonding)(TLP), 또는 활성화 확산 접합(Activated Diffusion Bonding)(ADB)으로 불린다. 때때로, 확산 접합이 언급되나, 확산 접합은 확산 브레이징 또는 확산 용접을 지칭하며 현재 확산 접합은 비-표준 용어로 간주된다.

확산 브레이징(DFB), 천이 액상 접합(TLP), 또는 활성화 확산 접합(ADB)은, 예치된 용가재가 모세관 인력에 의해 용융 또는 유동하거나, 액상이 서로 접한 두 표면 사이에 현장에서 형성되는 적합한 브레이징 온도로 금속을 가열하여 그들을 응집 또는 접합하는 공정이다. 어느 경우에나, 접합부의 물리적 및 기계적 성질이 베이스 금속의 것과 거의 동일해질 때까지 용가재가 베이스 재료 내로 확산한다. DFB, TLP, 또는 ADB의 두 가지 중요한 측면은 다음과 같다:

- 액체가 형성되어야 하고 이는 접합부 영역에서 활성화되어야 하며; 및

- 용가재 원소의 베이스 재료 내로의 대규모 확산이 발생해야 한다.

DFB, TLP, 또는 ADB가 사용될 때 수득되는 것과 가까운 접합부 또는 동일한 것을 수득하는 방법은, 예컨대, 보다 더 큰 틈 등을 브레이징하는 가능성을 가지는 브레이징의 이점을 가지나, WO 2002/38327, WO 2008/060225 및 WO 2008/060226에 개시된 브레이징 기법 및 브레이징재를 사용하는 것이다. 브레이징재 즉, 브레이징 합금을 사용하여, 조성은 베이스 재료에 가까워지며, 융점 강하제 예컨대, 규소 및/또는 붕소 및/또는 인이 추가된다. 이렇게 함으로써, 브레이징재가 베이스 재료와 유사한 조성을 가지기 때문에 브레이징 이후, 브레이징 접합부가 베이스 재료에 가까운 조성을 가질 것이며, 베이스 재료의 용해로 인해 브레이징재가 베이스 재료와 블렌딩되며, 융점 강하제가 베이스 재료 내로 확산된다.

특정 접합 방법을 선택하는 데에는 다수의 이유, 예컨대, 비용, 생산성, 안전성, 속도 및 접합된 제품의 성질이 있다. 밀접한 E-모듈러스는 물질이 로딩될 때 보다 높은 E-모듈러스를 가진 물질에서 고응력의 위험을 감소시킬 것이다. 열팽창계수가 유사할 때, 결과는 열 유도된 응력을 감소시킬 것이다. 전기화학적 전위가 유사할 때, 결과는 부식 위험을 감소시킬 것이다.

베이스 금속을 접합할 때, 충진재, 즉 합금의 사용은 복잡한 공정이다. 충진재는 가열 전에 베이스 금속에 적용될 수 있는 형태여야 한다. 일반적으로 충진재는 미립화(atomization)에 의해 적합하게 제조되는 입자이나, 충진재는 또한 "용융-방사(melt-spinning)" 즉, 급속 응고(RS)에 의해 제조되는 포일(foil)의 형태일 수 있다. RS와 관련하여, 오직 한정된 수의 조성물이 RS에 의해 제조 가능하다. 입자, 즉, 분말로 만들어질 수 있는 조성물의 수는 보다 크며, 분말의 일반 제조는 미립화에 의한 것이다. 충진재가 분말의 형태일 때, 이어서, 그들은 종종 바인더와 조합되어 페이스트를 형성하며, 이는 임의의 적합한 방법으로 베이스 금속에 적용될 수 있다. 포일을 제조하는 것 또는 합금 분말을 제조하는 것은 복잡한 공정이며, 따라서 고비용이다. 분말이 사용될 때, 분말은 상술한 페이스트의 형태로 적합하게 적용되며, 이는 페이스트가 페이스트의 성질에 이익이 되는, 바인더 및 기타 성분과 블렌딩될 필요가 있기 때문에 공정에 추가 단계가 첨가될 것이다. 두 공정에 있어, 용융 및 접합 이전에 충진재의 조성, 올바른 형태, 성질 및 모양을 얻기 위한 다량의 작업을 수행한다.

본 발명의 목적은 모재의 기판을 코팅할 때 가공 단계를 줄이는 것이다. 또 다른 목적은 모재의 코팅을 단순화하고 따라서 비용을 줄이는 것이다.

가능하다면, 브레이징재 코팅 물질을 선택할 때, 모재가 제품 목적을 위해 선택되기 때문에, 모재에 가까운 조성이 유리하다. 이것이 가능하고, 비용에 제한이 없었다면, 각 모재마다 한 브레이징재 코팅을 개발하는 것이 최선일 것이다. 따라서, 본 발명의 또 다른 목적은 브레이징재 코팅의 필요한 수를 줄이는 것이다.

따라서, 본 발명은 신규하고 새로운 코팅 개념으로 기술적 문제 및 목적에 대한 해법을 제공한다.

제1 측면은 하나 이상의 붕소 소스 및 하나 이상의 규소 소스의 기계적 블렌드를 포함하는 코팅 조성물에 관한 것이며, 코팅 조성물은 추가로 입자, 예컨대 내마모성, 또는 입자 표면 강화성 또는 입자 촉매성 또는 이의 조합을 가지는 입자를 포함하며, 여기서 블렌드는 약 3:100 wt:wt 내지 약 100:3 wt:wt의 범위 내에서 붕소 대 규소의 중량비로 붕소 및 규소를 포함하며, 여기서 규소 및 붕소는 25 wt% 이상으로 블렌드에 존재하며, 여기서 하나 이상의 붕소 소스 및 하나 이상의 규소 소스는 필연적인 양의 오염 산소를 제외하고는 산소가 없으며, 여기서 블렌드는 250 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 가지는 입자의 기계적 블렌드이다.

본 발명의 문맥에서 코팅 조성물은 기판 코팅에 적합한 물질을 지칭한다. 코팅 조성물은 코팅된 기판에 성질을 추가한다. 성질의 예는 내마모성, 표면 강화성, 촉매성 또는 이의 조합이다. 성질의 추가는 하나 이상의 붕소 소스 및 하나 이상의 규소 소스의 기계적 블렌드 및 입자를 포함하는 조성물에 의해 추가된다.

분말의 기계적 블렌드는 둘 이상의 성분의 기계적 혼합을 지칭한다. 분말의 기계적 블렌드는 상이한 소스의 입자이며, 각 입자는 붕소 소스 또는 규소 소스이다.

기판의 표면의 성질에 추가되는 성질을 가진 입자는 예컨대, 내마모성을 가진 입자, 또는 표면 강화성을 가진 입자, 또는 촉매성을 가진 입자, 또는 이의 조합을 가진 입자이다.

본 발명의 코팅 조성물은 코팅된 기판을 수득하는 가능성을 제공하는데 이점이 있다. 기판상에 수득된 코팅 물질은 코팅된 층이 코팅 입자 및 블렌드의 원소의 추가량을 함유한다는 것 외에는 기판의 물질(들)과 유사한 물질이다. 코팅된 물질이 기판의 모재로부터 부분적으로 유래되는 코팅된 물질을 형성시킴으로써, 부식 위험이 적어도 낮아질 수 있다.

기판은 수득가능한 제품의 부품을 지칭하며, 상기 부품은 예컨대, 두꺼운 부품, 예컨대, 세퍼레이터 또는 디켄터 등, 또는 얇은 부품, 예컨대, 플레이트 또는 코일일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 기판은 코팅되어야 하는 임의의 부품일 수 있다. 기판은 또한 공작물일 수 있다. 기판은 모재, 즉 코팅되는 물질이다. 모재는 모재 또는 모합금을 지칭하며, 상기 모재 또는 모합금은 코팅에 적합하다. 모재의 예는 표 1에서 찾을 수 있으며, 발명은 표 1의 예에 한정되지 않는다.

모재는 금속 또는 합금이다. 합금은 둘 이상의 원소의 화합물 또는 친밀한 회합물(intimate association)이며, 상기 합금은 금속성으로 일반적으로 기술되는 특성의 전부 또는 대부분의 표시된 정도를 가진다. 합금은 화합물이며 단지 혼합물이 아니다. 금속은 금속성을 가진 원소이다.

붕소는 준금속으로 분류되며, 금속이 아니다. 규소는 4가 준금속이며 금속이 아니다. 규소 및 붕소는 금속 원소와 함께 배합될 때 합금일 수 있다.

화합물은 둘 이상의 원소의 조합이다. 유리, 강, 철 산화물이 화합물이며, 여기서 균일하거나 매우 거의 균일한 고체를 만들기 위해서 모든 원자는 모든 인접한 원자에 의해 당겨지며, 상기 바디는 명확하게 단지 기계적 혼합물, 다양한 또는 규정되지 않은 조성의 화학적 화합물 예컨대, 실리케이트, 중합체가 화학적으로 조합되나 다양한 조성물의 화합물이 아니다.

임의의 특정 이론에 구속됨 없이, 발명자들은 붕소의 존재가 융점의 강하 및 젖음성을 제공하며, 규소가 융점의 강하를 제공한다고 믿는다.

붕소 소스는 원소 붕소(B), 붕소를 함유하는 합금 또는 화합물을 지칭한다.

규소 소스는 원소 규소(Si), 규소를 함유하는 합금 또는 화합물을 지칭한다.

오염 산소는 예컨대, 공업용 규소 소스 또는 붕소 소스 등에 함유된 산소의 필연적인 양을 지칭하며, 상기 양은 붕소 소스 중 5 wt% 산소만큼 높고, 규소 소스중 5 wt%만큼 높을 수 있다. 오염 산소는 10 wt%만큼 높을 수 있다.

한 예에 따르면, 규소 소스는 원소 규소, 규소를 함유한 합금, 또는 규소를 함유한 화합물의 하나 이상에서 선택된다.

또 다른 예에 따르면, 붕소 소스는 원소 붕소, 붕소를 함유한 합금, 또는 붕소를 함유한 화합물의 하나 이상에서 선택된다.

추가 예에 따르면, 붕소 소스는 원소 붕소, 탄화붕소, 붕화니켈, 붕화규소에서 선택되며, 규소 소스는 원소 규소, 탄화규소, 붕화규소 및 규화철에서 선택된다.

추가 예에 따르면, 하나 이상의 붕소 소스는 원소 붕소, B₄C, B₄Si, B₃Si, NiB 및 FeB에서 선택될 수 있으며, 하나 이상의 규소 소스는 원소 규소, FeSi, SiC 및 B₄Si, B₃Si에서 선택될 수 있다.

추가 예에 따르면, 입자는 250 ㎛ 미만의 입자 크기를 가진다. 추가 예에 따르면 입자 크기는 160 ㎛ 미만이다. 추가 예에 따르면, 입자 크기는 100 ㎛ 미만이다. 추가 예에 따르면, 입자 크기는 50 ㎛ 미만이다.

추가 예에 따르면, 규소 및 붕소는 25 wt% 이상으로 블렌드에 존재하며, 바람직하게는 규소 및 붕소는 35 wt% 이상으로 블렌드에 존재하며, 보다 바람직하게는 규소 및 붕소는 40 wt% 이상으로 블렌드에 존재하며, 가장 바람직하게는 규소 및 붕소는 45 wt% 이상으로 블렌드에 존재한다.

추가 예에 따르면, 규소 및 붕소는 50 wt% 이상으로 블렌드에 존재하며, 바람직하게는 규소 및 붕소는 60 wt% 이상으로 블렌드에 존재하며, 보다 바람직하게는 규소 및 붕소는 70 wt% 이상으로 블렌드에 존재하며, 가장 바람직하게는 규소 및 붕소는 80 wt% 이상으로 블렌드에 존재한다.

블렌드에서 규소 및 붕소의 양은 규소 및 붕소의 순도뿐만 아니라, 블렌드에 함유되는 규소 소스 또는 붕소 소스의 유형에 의존한다. 예컨대, 규소 소스가 Fe-Si인 경우, Fe는 무거워 규소 및 붕소의 양은 적어질 것이다. 표에 일부 예가 있다.

추가 예에 따르면, 블렌드는 약 5:100 내지 약 2:1 범위 내의 붕소 대 규소 중량비를 가진다.

추가 예에 따르면, 블렌드는 약 1:10 내지 약 7:10 범위 내의 붕소 대 규소 중량비를 가진다.

추가 예에 따르면, 블렌드는 약 15:100 내지 약 4:10 범위 내의 붕소 대 규소 중량비를 가진다.

한 예에 따르면, 내마모성을 가진 입자는 산화물, 질화물, 탄화물, 붕화물 또는 이의 혼합물에 기반한 입자로부터 선택된 경질 입자이다.

또 다른 예에 따르면, 표면 강화성을 가진 입자는 예컨대 제올라이트이다.

또 다른 예에 따르면, 촉매성을 가진 입자는 예컨대, 산화티탄, 산화마그네슘, 산화아연 등이다.

또 다른 예에 따르면, 내마모성을 가진 입자는 탄화텅스텐, (입방정계) 질화 붕소, 질화티타늄, 다이아몬드, 금속 복합체, 붕화크로뮴 중 하나 이상이다. 입자는 금속, 예컨대 니켈으로 사전-도금된다.

또 다른 예에 따르면, 코팅 조성물은 모재의 분말을 추가로 포함하며, 여기서 모재는 규소, 붕소 및 모재의 총 중량에 대해 계산시 75 wt% 미만의 양으로 존재한다.

또 다른 예에 따르면, 코팅 조성물은 브레이즈 합금을 추가로 포함한다.

추가 예에 따르면, 코팅 조성물은 용매, 물, 오일, 겔, 광택제(lacquer), 바니시(varnish), 중합체, 왁스 또는 이의 조합에서 선택되는 하나 이상의 바인더를 추가로 포함한다.

예로서, 바인더는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 중합체, (메트)아크릴 중합체, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 왁스에서 선택될 수 있다.

추가 예에 따르면, 바인더는 폴리에스테르, 왁스 또는 이의 조합일 수 있다.

추가 예에 따르면, 코팅 조성물은 페인트이거나, 코팅 조성물은 페이스트이거나, 코팅 조성물은 분산물이다.

추가 예에 따르면, 바인더는 겔이며, 코팅 조성물은 페이스트이다.

코팅 조성물이 페이스트일 때 한 이점은 페이스트가 기판상의 선택된 영역에 용이하게 적용될 수 있다는 것이다.

추가 예에 따르면, 바인더는 광택제, 또는 바니시이며, 코팅 조성물은 페인트이다.

코팅 조성물이 페이트인 이점 중 하나는 페인트가 기판의 표면에 걸쳐 용이하게 분포되고 표면에 접착될 수 있고, 따라서 예컨대, 이송, 프레싱, 절단 등의 동안에 다룰 수 있다는 것이다.

추가 예에 따르면, 바인더는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 중합체, (메트)아크릴 중합체, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 왁스 또는 이의 조합에서 선택되며, 코팅 조성물은 페인트이거나 코팅 조성물은 페이스트이다.

추가 예에 따르면, 바인더는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 중합체, (메트)아크릴 중합체, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 왁스 또는 이의 조합에서 선택되며, 코팅 조성물은 페인트이다.

추가 예에 따르면, 바인더는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 중합체, (메트)아크릴 중합체, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 왁스 또는 이의 조합에서 선택되며, 코팅 조성물은 페이스트이다.

추가 예에 따르면, 블렌드는 바인더 내에 분산된다.

추가 예에 따르면, 코팅 조성물은 분산물이다.

코팅 조성물이 분산물일 때 이점 중 하나는 분산물이 기판의 표면상에 적용된 이후 바인더가 용이하게 증발될 수 있다는 것이다. 또 다른 이점은 보다 적은 추가 탄소가 코팅에 포함된다는 것이다.

본 발명의 제2 측면은 모재의 기판을 포함하는 제품에 관한 것이며, 상기 모재는 1100 ℃ 초과의 고상 온도를 가지며, 제품은 또한 제1 측면의 예에 따른 코팅 조성물을 포함하며, 적어도 일부 제품은 코팅 조성물의 표면층을 가진다. 상이한 모재의 예는 표 2에 열거되며, 본 발명의 모재는 열거된 물질에 한정되지 않는다.

본 발명에 따라 어떤 모재가 사용되는지에 의존하여, 상이한 고상 온도, 즉, 물질이 응고하는 온도점을 가지는 상이한 바람직한 모재가 존재한다. 모재의 고상 온도는 1100 ℃ 초과일 수 있다.

추가 예에 따르면, 모재는 1220 ℃ 초과의 고상 온도를 가진다. 추가 예에 따르면, 모재는 1250 ℃ 초과의 고상 온도를 가진다. 추가 예에 따르면, 모재는 1300 ℃ 초과의 고상 온도를 가진다.

한 예에 따르면, 모재는 철계 합금, 니켈계 합금, 크로뮴계 합금, 코발트계 합금, 및 구리계 합금에서 선택된다.

또 다른 예에 따르면, 모재는, 약 15 내지 약 22 wt% 크로뮴, 약 8 내지 약 22 wt% 니켈, 약 0 내지 약 3 wt% 망가니즈, 약 0 내지 약 1.5 wt% 규소, 약 0 내지 약 8 wt% 몰리브데넘 및 나머지 량의 철을 포함한다.

또 다른 예에 따르면, 모재는 약 80 wt% Ni를 포함한다.

또 다른 예에 따르면, 모재는 50 wt% 초과의 Fe, 13 wt% 미만의 Cr, 1 wt% 미만의 Mo, 1 wt% 미만의 Ni, 및 3 wt% 미만의 Mn을 포함한다.

또 다른 예에 따르면, 모재는 10 wt% 초과의 Cr 및 60 wt% 초과의 Ni를 포함한다.

또 다른 예에 따르면, 모재는 15 wt% 초과의 Cr, 10 wt% 초과의 Mo, 및 50 wt% 초과의 Ni를 포함한다.

추가 예에 따르면, 모재는 10 wt% 초과의 Fe, 0.1 내지 30 wt% Mo, 0.1 내지 30 wt% Ni, 및 50 wt% 초과의 Co를 포함한다.

추가 예에 따르면, 기판은 코일, 플레이트, 부품, 시트이다.

제3 측면은 제2 측면의 예에 따른 제품을 브레이징 온도로 가열하여 수득된 코팅된 제품에 관한 것이다.

한 예에 따르면, 코팅된 제품은 코팅된 열교환기 플레이트, 코팅된 반응기 플레이트, 반응기의 코팅된 부품, 세퍼레이터의 코팅된 부품, 디켄터의 코팅된 부품, 펌프의 코팅된 부품, 밸브의 코팅된 부품이다.

제4 측면은 다음을 포함하는 모재의 하나 이상의 기판의 코팅된 제품을 제공하는 방법에 관한 것이다:

내마모성을 가진 입자, 표면 강화성을 가진 입자, 촉매성을 가진 입자 또는 이의 조합에서 선택되는 입자 및 하나 이상의 기판상에 하나 이상의 규소 소스 및 하나 이상의 붕소 소스를 적용하는 단계 (i);

진공의 노, 비활성 기체 하, 환원성 분위기, 또는 이의 조합에서 적용된 하나 이상의 기판을 1250 ℃ 미만의 브레이징 온도로 가열하는 단계 (ii);

가열되고 적용된 하나 이상의 기판을 냉각하여 코팅된 제품을 수득하는 단계 (iii).

한 예에 따르면, 방법은 하나 이상의 규소 소스 및 하나 이상의 붕소 소스의 기계적 블렌드를 적용하는 것을 포함할 수 있다.

한 예에 따르면, 방법은 하나 이상의 규소 소스 및 하나 이상의 붕소 소스가 동일하며, 바람직하게는 붕소 소스 및 규소 소스가 붕화 규소인 것을 포함할 수 있다.

한 예에 따르면, 방법은 하나 이상의 규소 소스가 기판상의 한 층으로서 적용될 수 있으며, 하나 이상의 붕소 소스가 기판상의 또 다른 층으로서 적용될 수 있는 것을 포함할 수 있다.

한 예에 따르면, 방법은 하나 이상의 붕소 소스가 기판상의 제1 층으로서 적용될 수 있으며, 하나 이상의 규소 소스가 기판상의 제1 층의 상부상의 제2 층으로서 적용될 수 있는 것을 포함할 수 있다.

한 예에 따르면, 방법은 단계 (i)에서 제1 측면의 예에 따른 코팅 조성물을 포함한다.

추가 예에 따르면, 방법은 단계 (i)에서 수득된 제품이 제2 측면의 예에 따른 것을 포함한다.

추가 예에 따르면, 방법은 단계 (iii)에서 수득된 제품은 제3 측면의 예에 따른 것을 포함한다.

*한 예에 따르면, 수득된 제품을 1250 ℃ 미만의 온도에서 가열한다. 본 발명의 또 다른 대안에 따르면, 제품을 1200 ℃ 미만의 온도에서 가열할 수 있다. 본 발명의 추가 대안에 따르면, 제품을 1100 ℃ 초과의 온도에서 가열할 수 있다. 본 발명의 추가 대안에 따르면, 제품을 약 1100 ℃ 내지 약 1250 ℃ 범위 내에서 가열할 수 있다.

표면층은 코팅 조성물의 분말로서 또는 물리적 증기 증착(PVD), 또는 화학적 증기 증착(CVD) 등의 수단에 의해 적용될 수 있다. 물리적 증기 증착(PVD)은 다양한 진공 증착이며, 다양한 공작물 표면상에, 예컨대, 반도체 웨이퍼 상에 바람직한 필름 물질의 증기 형태의 응축에 의해 박막을 증착하는 임의의 다양한 방법을 기술하는데 사용되는 일반 용어이다. 코팅 방법은 화학적 증기 증착에서 코팅되는 표면에서 화학적 반응을 수반하기보다는, 순수하게 물리적 공정 예컨대, 차후의 응축과 고온 진공 증발, 또는 플라즈마 스퍼터 충격을 수반한다. 화학적 증기 증착(CVD)은 고-순도, 고-성능 고체 물질을 제조하는데 사용되는 화학적 공정이다. 공정은 예컨대, 박막을 제조하는 반도체 산업에서 사용된다. 전형적인 CVD 공정에서, 웨이퍼, 즉 기판이 하나 이상의 휘발성 전구체에 노출되며, 이는 기판 표면상에서 반응 및/또는 분해하여 바람직한 증착물을 제조한다. 빈번하게, 휘발성 부산물이 또한 제조되며, 이는 반응 챔버를 통한 기체 유동에 의해 제거된다.

방법은 또한 수득된 코팅된 제품이 열 교환기, 플레이트 반응기, 반응기의 부품, 세퍼레이터의 부품, 디켄터의 부품, 펌프의 부품, 밸브의 부품 등에서 선택되는 것을 포함할 수 있다.

제5 측면은 코팅된 제품을 제공하기 위한 코팅 조성물의 사용에 관한 것이다.

제6 측면은 열교환기의 부품 또는 플레이트의 코팅, 플레이트 반응기의 코팅, 반응기의 부품의 코팅, 세퍼레이터의 부품의 코팅, 디켄터의 부품의 코팅, 코팅을 위한 코팅 조성물의 사용에 관한 것이다.

다른 실시태양 및 대안이 청구항에 의해 정의된다.

아래에서, 도 1 내지 6을 사용하여 본 발명이 설명될 것이다. 도면은 본 발명을 입증하기 위한 목적이며 이의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다.

본 발명은 모재의 기판을 코팅할 때 가공 단계를 줄이고, 모재의 코팅을 단순화하여 비용을 줄인다.

도 1은 실시예의 원형의 프레싱된 플레이트의 사용을 나타낸다.
도 2는 "근사치"의 그래프를 나타낸다.
도 3은 적용량(g/3500mm²)의 함수로 측정된 폭과 추세선의 다이어그램을 나타낸다.
도 4는 적용량(g/3500mm²)의 함수로 측정된 폭에 기반한 브레이징 접합부의 산출된 충진 면적과 추세선의 또 다른 다이어그램을 나타낸다.
도 5는 블렌드의 적용량(g/3500mm²)의 함수로서 접합부가 플레이트 물질보다 강하거나 동일한 샘플의 시험된 인장%인 또 다른 다이어그램을 나타낸다.
도 6은 접합 후 샘플 중 하나의 사진을 나타낸다.

도 1은 스테인리스강 타입 316L로 만들어진, 42 mm 직경 및 0.4 mm 두께인 원형의 프레싱된 플레이트를 나타낸다. 프레싱된 플레이트는 두 개의 프레싱된 빔 V 및 H를 가지며, 각각은 약 20 mm 길이이다. 빔 V 또는 v는 좌측 빔을 나타내며, 빔 H 또는 h는 우측 빔을 나타내며, v 및 h는 실시예 5 및 9에 사용된다.

도 2는 브레이징된 시험 샘플의 단면을 기준으로 한 근사치 1을 나타낸다. 도 2의 단면은 도 2의 상부에서 프레싱된 빔을 나타낸다. 도 2의 하부는 평평하고 보다 더 일찍 적용된 플레이트이다. 빔과 평평한 표면 사이의 모세관에서 접합부가 생성된다. 접합부에서 생성된 브레이징 합금의 양을 추정하기 위해 다음의 근사 및 계산을 행하였다. 접합부의 중심의 부피는 무시될 수 있다고 추정되었다. 따라서, 폭, 즉, 1.21 mm 이하의 폭 B를 가지는 접합부에 대해 생성된 브레이징 합금 부피를 0으로 설정한다. 빔의 외측, 즉, ((X - B)/2) 상에서, 형성된 브레이징 합금이 축적된다. 따라서, 용융 형태의 브레이징 합금은 모세관력으로 주로 이웃 영역에서 접합부의 영역으로 이동되어 삼각형의 브레이징 합금 부피를 형성한다.

도 2에 따르면, 두 삼각형이 접합부의 중심의 각 측면 상에서 형성된다는 추정에 의해 면적을 계산하는 것이 가능하다. 삼각형의 각은 약 28°로 측정된다. 총 측정된 폭은 X로, 중심 폭은 B로 지칭된다. 두 삼각형의 총 면적(A)은 따라서 A = 2 × (((X - B)/2) × ((X - B)/2) × tan (α)))/2, 즉, 도 2에 대해 A = 2 × (((X - 1.21)/2) × ((X - 1.21)/2) × tan (28)))/2이다. 틈으로 유동하는, 브레이징 합금의 총 생성된 부피는 면적 곱하기 두 빔의 길이일 것이다. 형성된 브레이징 합금의 일부는 틈으로 유동하지 않으며, 표면상에 남겨진다. 도 3은 적용량(g/3500mm²)의 함수로 측정된 폭과 추세선(trend line)의 다이어그램을 나타낸다. 필렛(fillet) 시험의 결과는 실시예 5의 표 8 및 9, 및 도 3에 나타난다. 도 3의 추세선은 Y = K × X + L에 기반한다. 측정된 폭 및 추정 면적의 결과는 도 3의 다이어그램에 도시된다. 적용량은(표 8 및 9 참조), 실시예 2에 사용된 약 1.3-5.1 mg의 블렌드/mm²와 비교하여, 약 0.017 mg/mm² 내지 0.274 mg/mm²에 상응하는, 0.06 g/3500 mm²내지 0.96 g/3500 mm²이었다.

블렌드에 대한 추세선 Y = K × X + L이 측정되었고, Y는 접합부 폭이며, K는 선의 기울기이며, X는 블렌드의 적용량이며, L은 상수이다(도 3 참조). 따라서, 브레이징 접합부의 폭은 다음과 같다:

Y (A3.3의 폭) = 1.554 + 9.922 × (블렌드 A3.3의 적용량)

Y (B2의 폭) = 0.626 + 10.807 × (블렌드 B2의 적용량)

Y (C1의 폭) = 0.537 + 8.342 × (블렌드 C1의 적용량)

Y (F0의 폭) = 0.632 + 7.456 × - (블렌드 F0의 적용량)

도 3에서 관찰되는 바와 같이, 블렌드 A3.3, B2, C1, D0.5, E0.3 및 F0으로부터의 블렌드 A3.3는 블렌드 적용량의 함수로서 접합부의 브레이징 합금의 최고량을 제공한다. 샘플 F0은 0.20 g/3500 mm² 미만의 임의의 튼튼한 접합부를 제공하지 못했다.

도 4는 적용량(g/3500 mm²)의 함수로 측정된 폭에 기반한 브레이징 접합부의 계산된 충진 면적과 추세선의 또 다른 다이어그램을 나타낸다. 블렌드에 대한 추세선 Y = K × X - L이 측정되었고, Y는 면적이며, K는 선의 기울기이며, X는 블렌드의 적용량이며, L은 상수이다(도 4 참고).

Y (A3.3의 면적) = 4.361 × (블렌드 A3.3의 적용량) - 0.161

Y (B2의 면적) = 3.372 × (블렌드 B2의 적용량) - 0.318

Y (C1의 면적) = 2.549 × (블렌드 C1의 적용량) - 0.321

Y (F0의 면적) = 0.569 × (블렌드 F0의 적용량) - 0.093

브레이징 접합부가 "없는" 샘플 F0 및 데이터가 너무 적은 D0.5를 제외한, 도 4의 다이어그램에 기반하여 생성된 부피의 대략적인 추정, 예컨대, 0.18 g/3500 mm²의 양은 두 빔들 사이의 접합부에서의 브레이징 합금의 생성된 부피에 대한 샘플의 값을 제공한다(아래 참조).

부피 (A3.3) = 0.63 × 길이 40 (20 × 2) = 25.2 mm³

부피 (B2) = 0.30 × 길이 40 (20 × 2) = 12.0 mm³

부피 (C1 ) = 0.12 × 길이 40 (20 × 2) = 4.8 mm³

부피 (E0.3) = 0.10 × 길이 40 (20 × 2) = 4.0 mm³

도 5는 %(퍼센트)가, 접합부가 블렌드의 적용량의 함수, 즉 g/3500 mm²으로서 플레이트 물질과 동일하거나 또는 더 강한 인장 시험된 샘플의 성공률인 또 다른 다이어그램을 나타낸다. 플레이트가 접합부보다 더 강했을 때, 접합부의 갈라짐을 초래하며, 그 결과를 0으로 설정하였다. 접합부가 플레이트 물질보다 더 강한 샘플에 있어, 결과에서의 차이는 통계적으로 유의하지 않았다.

도 6의 사진은 접합 이후를 나타낸 샘플 중 하나이다. 사진은 두 조각 사이에 형성된 접합부가 있음을 나타낸다. 접합된 샘플은 실시예 10에서 유래된다.

본 발명은 다음의 실시예에 의해 보다 상세하게 설명되며, 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다.

실시예

이들 실시예에서의 시험은 베이스 금속의 시험 샘플의 표면상에 적용되었을 때, 규소(Si)가 브레이즈 합금을 생성할 수 있는지를 조사하기 위해 행하였다. 또한 붕소(B)가 브레이즈 합금의 융점을 감소시킬 수 있기 때문에 상이한 양의 붕소를 첨가하였다. 붕소는 또한 브레이즈 합금의 젖음성 거동을 변화시킬 수 있다. 시험된 블렌드의 성질을 또한 조사하였다. 실시예에서, wt%는 중량%이며, atm%는 원자%이다.

기타 언급이 없는 경우, 규소 및 붕소의 블렌드의 샘플을 시험 샘플에 첨가하기 전에, 모든 시험용 모재 금속의 시험 샘플을 식기세척기 및 아세톤으로 세정하였다.

실시예 1: 시험되는 규소 및 붕소 블렌드의 제조:

부쉬 & 홀름(Busch & Holm)의 바리믹서 베어(Varimixer BEAR)에 118.0 g의 결정질 규소 분말 입자 크기 325 메쉬, 99.5 %(금속 기준) 알파에이사-존슨 메티 컴퍼니(Alfa Aesar - Johnsson Matthey Company)의 7440-21-3와 13.06 g의 결정질 붕소 분말 입자 크기 325 메쉬, 98 % 알파에이사-존슨 메티 컴퍼니의 7440-42-8 및 77.0 g의 월 콜모노이(Wall Colmonoy)의 니크로브라즈(Nicrobraz) S-30 바인더를 블렌딩하여 208 g의 페이스트를 제조하여 시험 샘플 번호 C1을 제조하였다(샘플 C1 참조). 모든 시험 샘플을 시험 샘플 C1과 동일한 다음의 과정으로 제조하였다. 블렌드를 표 3에 요약하였다.

샘플 G15, H100, I66 및 J는, 또 다른 바인더를 사용하였고, 바인더가 월 콜모노이의 니크로브라즈 S-20였다는 것을 제외하고는 샘플 F0, E0.3, D0.5, C1, B2 및 A3.3와 동일한 방식으로 제조하였다. 시험 샘플을 표 4에 요약하였다.

샘플을 또한 비율, 중량% 및 원자%를 나타내도록 계산하였고, 이들은 표 5에 나타난다.

S-20 및 S-30 바인더에서 바인더(중합체성 및 용매)의 함량 측정.

또한 겔 내의 "건조" 물질의 함량을 시험하였다. S-20 및 S-30의 샘플을 칭량하였고, 그 후에 98 ℃에서 18 시간 동안 오븐에 두었다. 샘플을 오븐에서 꺼낸 후, 그들을 다시 칭량하였다. 결과는 표 6에서 찾을 수 있다.

실시예 2: 브레이징 시험

선행문헌의 브레이징재에 대한 유동 및 젖음 특성을 시험할 때, 적용된 브레이징재의 중량은 0.2 g의 규소에 상응하는 2.0 g이다. 규소 및 붕소의 블렌드를 시험하였기 때문에, 시험된 조성물에서 유사한 양의 규소 및 붕소를 사용하였다. 브레이징재는 10 wt% 규소를 함유하며, 따라서 0.2 g의 규소 및 붕소의 블렌드를 시험 샘플 상에 적용하였다. 시험 샘플은 83 mm의 직경 및 0.8 mm의 두께를 가지는 원형 시편이었고, 시편은 스테인리스강 타입 316L로 만들어졌다. "형성된 브레이징 합금"이 우선 모재 금속 및 Si 및 B로부터 생성되어야 하기 때문에, 0.2 g의 블렌드(Si 및 B)가 2 g의 브레이징 합금에 상응할 것이라고 예상되지 않았다. 따라서, 보다 많은 양, 즉 0.4 g을 또한 시험하였다. "형성된 브레이징 합금"의 거동을 유동 능력에 대해 시험하였고, "형성된 브레이징 합금"이 유동하지 않는다면, 규소 및 붕소가 베이스 금속 내로 단지 확산하거나, 심지어 베이스 금속을 용융하지 않을 것이다. 모든 샘플을 1 시간 동안 1210 ℃에서 진공의 노에서 브레이징하였다. 이중 시험을 사용하였다. 즉, 두 개의 중량, 0.2 g 및 0.4 g, 이중 시험 샘플 및 여섯 개의 상이한 블렌드, 즉 F0, E0.3, D0.5, C1, B2 및 A3.3가 합쳐져서, 최대 2 × 2 × 6 = 24 샘플이 됨을 의미한다. 약 10 내지 14 mm의 직경, 즉 78 내지 154 mm² 또는 약 1.3-5.1 mg의 블렌드/mm²을 가지는 원형 영역 상에 블렌드를 적용하였다.

결과:

베이스 금속의 시편이 용융되고 몇몇 유형의 용융물이 생성되었다는 것을 명확히 관찰하였다. 일부 측면에서 용융물이 유동과 함께 브레이징 합금으로서 나타났다는 것도 또한 관찰하였다. 젖음성의 크기를 측정하지 않고서, 블렌드에서 증가된 비율의 붕소가 더 양호한 젖음성을 야기하는 것이 명확하였다. 그러나, 대부분의 샘플에 대해, 덮힌 영역의 전체 두께가 용융되고 시편의 중간에 구멍이 생성되었다는 것도 또한 보였다. "0.2 g 샘플"에서는 12 개의 시편 중 5 개가 구멍을 가졌었고, "0.4 g 조각"에서는 12 개의 시편 중 10 개였다.

따라서, 시험 샘플이 얇을 경우, 이 경우에서는 0.8 mm에서는 규소 및 붕소의 블렌드가 베이스 금속에 구멍을 용융할 것이므로, 규소 및 붕소의 블렌드의 "비교용 동일량"으로 점 또는 선을 적용하며 브레이징재 페이스트 등으로부터 변화가 가능하지 않다는 것이 결론 중 하나이다. 보다 두꺼운 시험 샘플이 사용되는 경우, 구멍이 생기지 않을 수 있으나, "홈(groove)"이 베이스 금속에 생성될 수 있다. 이는 예컨대 규소 및 붕소 블렌드에 분말로서 모재 금속을 첨가함으로써 방지될 수 있거나 개선될 수 있다. 오직 규소만 적용되는 경우, 즉 샘플 F0, 규소 및 붕소 둘 모두가 적용되는 다른 샘플보다 더 낮은 유동 및 젖음성을 가지는 결과가 나타난다.

실시예 3: 신규한 적용 과정

본 실시예에서, 동시에 모든 필렛 시험, 부식 시험 및 인장 시험을 위한 시험 플레이트를 제조하였다. 실시예 2로부터, 얇은 벽 플레이트 상에 점 또는 선으로 규소 및 붕소의 블렌드를 적용하는 것이 위험일 수 있다고 결론지었다. 따라서, 신규한 시험 샘플, 즉, 신규한 시험 플레이트를 필렛 시험, 부식 시험 및 인장 시험에 대해 Si 및 B의 상이한 블렌드를 적용하였다.

따라서, 신규한 시험 샘플은 스테인리스강 타입 316L로 만들어진 플레이트였다. 플레이트의 크기는 100 mm 폭, 180 내지 200 mm 길이였고, 두께는 0.4 mm였다. Si 및 B의 블렌드의 샘플의 적용 이전에 모든 플레이트를 식기세척기 및 아세톤으로 세정하였다. 중량을 측정하였다. 각 플레이트 상에서, 단측으로부터 35 mm로 측정된 부분을 마스킹하였다.

사용된 상이한 블렌드는 A3.3, B2, C1, D0.5, E0.3, F0, G15, H100, 및 I66였고, 모두 바인더 S-30이 첨가되었다. 플레이트를 100 mm × 35 mm의 크기를 가진 마스킹되지 않은 표면 영역 상에 블렌드로 "페인팅"하였다. 실온에서 12 시간 넘게 건조한 후, 마스킹 테이프를 제거하였고, 각 플레이트에 대해 플레이트 중량을 측정하였다. 아래의 표 7에 나타낸 중량은 100 mm × 35 mm = 3500 mm² = 35 cm²의 면적 상의 8 개의 블렌드의 총량이다.

실시예 4: 샘플의 부식-굽힘 시험

실시예 3의 시험 플레이트는 35 mm 폭 스트립으로 절단하였고, 각각의 스트립에 35 mm × 35 mm의 적용된 표면적을 생성하였다. 원형의 프레싱된 플레이트를 스트립의 표면적 상에 두었다. 원형의 프레싱된 플레이트는 도 1에 나타난다. 프레싱된 플레이트는 스테인리스강 타입 316L로 만들어졌고 42 mm 직경 및 0.4 mm 두께의 크기를 가졌다. 시험 샘플을 1210 ℃에서 1시간 브레이징하였다. 부식 시험을 위해 제조된 시편에 블렌드 샘플 A3.3, B2, C1, D0.5, E0.3, H100, I66 및 J를 적용하였다(표 5 참조).

부식 시험 방법 ASTM A262, "오스테나이트계 스테인리스강에서 입간 공격에 대한 민감성 검출 위한 표준 시험"에 따라 시편을 시험하였다. "시험E - 구리 - 구리 술페이트-황산. 오스테나이트계 스테인리스강에서 입간 공격에 대한 검출 민감성 시험"을 시험 방법으로부터 선택하였다. 상기 부식 시험을 선택한 이유는 붕소가 강에서 크로뮴과 반응하여, 주로 입계에서 붕화크로뮴을 생성할 위험이 있고, 입간 부식 공격을 증가시킬 수 있다는 의혹때문이다. 표준에서 "실행"으로 지칭되는, 시편을 놓고, 16 % 황산을 황산구리와 함께 20 시간 끓인 후 표준의 챕터 30에 따른 굽힘 시험을 하였다.

시험 샘플의 분획 및 부식 시험의 결과

시편을 챕터 30.1에 따른 부식 시험 방법에 따라 굽힘 시험하였고, 샘플의 어느 것도 굽혀진 표면의 육안 조사에서 입간 공격의 지표를 보이지 않았다. ASTM 조사 이후, 굽혀진 시편을 절단하고, 그라운딩하고 폴리싱하였고, 단면을 EDS, 즉, 에너지 분산 분광기에서 경량 광학 현미경으로 연구하였다. 결과는 표 8에 요약되어 있다.

코멘트:

명백하게 샘플 H100, J, I66에 있어, 다량의 붕소를 첨가할 때, 표면상에 취성 층이 형성된다. 상기 층은 가능하게는 고농도의 붕화크로뮴이 침전하기 때문이며, 붕소량이 증가할 것이다. 비 취성층은 가장 가능하게는 표면상의 부식으로 인해 H100 샘플에서 발견되지 않았다. 붕화크로뮴의 양이 증가된 붕소량과 함께 증가하기 때문에, 또한 부식성이 감소할 수 있다는 고려를 해야한다. 이는 부식 시험에서 샘플 H100이 공격받는 이유를 설명할 것이다. 붕소의 "부정적인" 효과는 보다 두꺼운 기판 및/또는 보다 긴 확산 시간을 사용함으로써 감소될 수 있다. 이어서, 모재 금속으로의 확산에 의해 붕소를 "희석"하는 것도 가능하다. 샘플 A3.3 및 B2의 최소량의 붕소에 대해 보다 얇은 취성 표면층이 형성되었다. 소량의 붕소, 샘플 E0.3에 대해, 일반적으로 > 5 wt%의 규소인 높은 규소 함량을 가진 꽤 두꺼운 취성 표면층이 형성되었음이 보였다. 상기 층은 A3.3, B2, H100, I66 및 J의 취성 표면과 상이한 특징을 가졌다. 규소의 "부정적인" 효과는 보다 두꺼운 베이스 금속 및/또는 보다 긴 확산 시간을 사용함으로써 감소될 수 있다. 이어서, 베이스 금속에서 규소를 "희석"하는 것도 가능하다.

실시예 5: 샘플의 필렛 시험

실시예 3의 시험 플레이트를 35 mm의 폭 스트립으로 절단하여, 각각의 스트립상에 35 mm × 35 mm의 적용된 표면 영역을 생성하였다. 원형의 프레싱된 플레이트를 스트립의 표면 영역상에 놓았다. 원형의 프레싱된 플레이트는 도 1에 나타난다. 프레싱된 플레이트는 42 mm 직경 및 0.4 mm 두께의 크기를 가졌으며, 스테인리스강 타입 316L로 만들어졌다. 프레싱된 플레이트는 각 약 20 mm 길이인 두 개의 프레싱된 빔을 가졌다. 샘플을 약 1200 ℃에서 약 1 시간 브레이징하였다.

필렛 시험의 결과는 도 1에 나타낸 시험 샘플에서 프레싱된 빔과의 접촉 및 평평한 표면 영역 사이에 생성된 접합부 영역에서 발견된 브레이징 합금의 폭을 나타낸다. 가열 전에 블렌드를 평평한 표면 영역상에 적용하였다. 필렛 단면적을 접합부의 중심의 각 면상에 형성된 두 삼각형으로 근사하여 브레이징 합금의 양을 추정하였다(도 2 참조). 중간 부분에서, 추가로 형성된 "브레이징 합금"은 없거나 또는 매우 소량이다. 두 삼각형의 면적은 높이(h)와 밑변(b)을 측정하여 계산할 수 있다. 두 개의 삼각형이 있으므로, 두 삼각형의 총 면적은 최대 (h) × (b)로 합산한다. 상기 계산의 문제는 높이가 측정하기 어렵다는 것이다. 따라서 우리는 두 삼각형 면적을 계산하기 위해 다음의 식을 사용한다:

A = ((X - B) / 2) × ((X - B) / 2) × tan α

A는 두 삼각형의 총 면적이며, X는 형성된 접합부의 총 폭이며, B는 접합부의 중심에서 형성된 브레이징 합금의 부피가 무시될 수 있는 형성된 접합부의 부분이다. 따라서, 각 삼각형의 밑변은 (X - B)/2이다. 높이는 베이스 플레이트와 프레싱된 빔의 접선 사이의 각도인 각 α을 측정하여 계산한다.

틈으로 유동한 형성된 브레이징 합금의 총 생성된 부피의 부피를 계산하기 위해, 두 빔의 높이, 즉, 각 빔은 20 mm와 A를 곱하였다.

두 삼각형의 면적은 표 9 및 10에서 브레이징 이후 추정된 면적이다. 상기 부피는 하나의 빔 상에 형성된 브레이징 합금의 부피이다. 필렛 시험의 결과는 표 9 및 10, 및 도 3에 나타난다. 표 9 및 표 10에서, v 및 h는 v = 좌측 빔을, h = 우측 빔을 나타낸다.

측정된 폭 및 추정된 면적의 결과가 표 9 및 10에 나타나며, 도 3의 다이어그램에 도시된다. 적용량(표 9 및 10 참조)은 0.06 g/3500 mm² 내지 0.96 g/3500 mm²로 다양하다. 이는 실시예 2에서 사용된 약 1.3 - 5.1 mg의 블렌드/mm²와 비교하여 약 0.017 mg/mm² 내지 0.274 mg/mm²에 상응한다.

블렌드에 대한 추세선 Y = K × X + L를 계산하였다. Y는 접합부 폭[mm], K는 선의 기울기, X는 블렌드의 적용량[g] 및 L은 상수를 나타낸다(도 3 참조). 따라서, 브레이징 접합부의 폭은 다음과 같다:

Y (A3.3의 폭) = 1 .554 + 9.922 × (블렌드 A3.3의 적용량)

Y (B2의 폭) = 0.626 + 10.807 × (블렌드 B2의 적용량)

Y (C1의 폭) = 0.537 + 8.342 × (블렌드 C1의 적용량)

Y (F0의 폭) = 0.632 + 7.456 × - (블렌드 F0의 적용량)

다이어그램에서 관찰되는 바와 같이, 블렌드 A3.3, B2, C1, D0.5, E0.3 및 F0으로부터의 블렌드 A3.3는 블렌드 적용량의 함수로서 접합부의 브레이징 합금의 최고량을 제공한다. 샘플 F0은 0.20 g/3500mm² 미만의 임의의 튼튼한 접합부를 제공하지 못했다.

블렌드에 대한 추세선 Y = K × X - L을 측정하였고, Y는 면적[mm²]이며, K는 선의 기울기이며, X는 블렌드의 적용량[g]이며, L은 상수이다(도 4 참조).

Y (A3.3의 면적) = 4.361 × (블렌드 A3.3의 적용량) - 0.161

Y (B2의 면적) = 3.372 × (블렌드 B2의 적용량) - 0.318

Y (C1의 면적) = 2.549 × (블렌드 C1의 적용량) - 0.321

Y (F0의 면적) = 0.569 × (블렌드 F0의 적용량) - 0.093

브레이징된 접합부가 "없는" 샘플 F0 및 데이터가 너무 적은 D0.5를 제외한, 도 4의 다이어그램에 기반하여 생성된 부피의 대략적인 평가치는 예컨대, 0.18 g/3500 mm²의 양은 두 빔들 사이의 접합부에서의 브레이징 합금의 생성된 부피에 대한 샘플의 값을 제공한다(아래 참조).

부피 (A3.3) = 0.63 × 길이 40 (20 × 2) = 25.2 mm³

부피 (B2) = 0.30 × 길이 40 (20 × 2) = 12.0 mm³

부피 (C1) = 0.12 × 길이 40 (20 × 2) = 4.8 mm³

부피 (E0.3) = 0.10 × 길이 40 (20 × 2) = 4.0 mm³

또한, 높은 비율의 붕소를 가진 블렌드, 예컨대, G15, H100, I66 및 J를 시험하였다. 모든 시험된 블렌드는 생성된 블레이징 합금 부피에 관해 블렌드 A3.3 및 B2와 꽤 유사하게 동작하였다. 그러나, 브레이징된 샘플의 야금학적 단면은 붕화물의 양이 보다 많았음을 보인다. 샘플 H100, 즉 순수 붕소에 대해, 또한 취성의 고크로뮴상이 블렌드가 보다 더 일찍 적용되었던 표면상에서 발견되었다는 것을 나타낸다. 경질 상은 가장 가능하게는 붕화크로뮴이었으며, 이는 주변 물질에서 크로뮴 함량을 낮추고, 그렇게 함으로써 내부식성을 감소시킨다. 이는 우수한 내부식성이 요구될 때 문제일 수 있으나, 비부식 환경에서는 문제가 아니다. 붕소의 효과는 열처리를 변화시키거나, 보다 더 많은 양의 붕소를 "흡수"할 수 있는 보다 더 두꺼운 베이스 금속을 사용함으로써 감소될 수 있다. 보다 더 두꺼운 물질(즉, > 1 mm)에 대해, 모재 금속 부피와 비교하여 표면 부피의 비율이 얇은 물질(< 1 mm 또는 < 0.5 mm)보다 훨씬 더 적기 때문에 표면에서 붕소를 "흡수"하는 효과는 또한 덜 심각할 것이다. 붕화크로뮴은 보다 우수한 내마모성이 요구되는 경우 이점이 될 수 있다. 야금학적 조사는 또한 샘플 F0, 즉 순수 규소에 있어, 규소 상을 함유한 두꺼운 취성 층을 발견하였다. 상기 층은 조사된 샘플에서 일부 영역에 대해 플레이트 두께의 > 50 %의 두께를 가졌다. 유사한 상이 또한 접합부에서 발견되었다. 플레이트 두께의 > 30 % 길이를 가진 크랙을 상기 상에서 발견하였다. 상기 크랙은 접합된 제품의 기계적 성능을 저하시킬 것이며, 피로 크랙 및/또는 부식의 개시점이 될 수 있다. 상의 평균 측정된 경도는 400 Hv(비이커) 초과였다. 상기 취성 상은 아마도 붕화물 상과 비교하여, 열 처리에서의 변화 또는 보다 더 두꺼운 베이스 금속을 사용하여 감소시키기가 훨씬 더 어렵다. 여전히 보다 더 두꺼운 베이스 금속에 대해, 상기 효과가 덜 심각할 수 있다.

실시예 6 브레이징된 접합부의 인장 시험

원래 적용된 시험 플레이트를 스트립으로 절단하였다. 플레이트의 크기는 약 100 mm 폭, 180 내지 200 mm 길이 및 두께 0.4 mm이었다. 이어서 각 스트립에 적용된 면적은 10 mm × 35 mm = 350 mm²이었다. 스테인리스강 타입 316L의 보다 더 두꺼운 부분(4 mm)을 총 35 mm 적용된 표면의 30 mm를 덮도록 적용 표면 상에 두었다. 보다 더 두꺼운 부분을 두꺼운 플레이트에 의해 덮이지 않는 적용된 표면의 5 mm를 남겨두고 스트립의 말단에 두었다. 이렇게 함으로써, 접합부가 플레이트보다 더 강할 경우 인장 시험시, 적용된 블렌드로 인한 플레이트 물질 강도의 감소가 측정되었다. 보다 더 두꺼운 플레이트는 또한 10 mm 슬라이스보다 더 넓었다. 모든 시험 샘플을 약 1 시간 동안 약 1200 ℃에서 브레이징하였다.

브레이징 이후, 90 °박리 시험을 수행하였고, 시험 샘플의 두꺼운 부분을 인장 시험기에서 바닥 부분에 수평으로 올려두었다. 브레이징 스트립을 수직 방향으로 90 °로 단호하게 굽혔고, 스트립을 인장 시험기의 상부에 올려두었다. 샘플이 수평 방향으로 이동할 수 있도록 시험 샘플의 두꺼운 부분을 올려 두었다. 샘플은 이어서 로딩되었고 브레이징 접합부가 갈라지거나 또는 스트립이 파괴/크랙되었다.

결과

각 조건에 대해 비-파괴된 접합부의 (%) 비율로서 결과를 나타냈다. 플레이트가 접합부보다 더 강한 경우, 이는 접합부의 갈라짐을 초래하여 시험이 실패하였다. 접합부가 플레이트보다 더 강한 경우(비-파괴 조건), 접합부보다 먼저 플레이트가 크랙/파괴되었다. 상기 결과는 표 11 및 도 5의 다이어그램에 요약되어 있다.

실시예 7

실시예 2에 기술된 바와 같이, 플레이트에 구멍 용락 위험과 적용량 사이의 관계를 정립하기 위해서, 새로운 시험을 수행하였다. 모든 시험 블렌드로, B2(표 6 참조)를 사용하였다. 블렌드 B2에 바인더 S-30을 첨가하였다. 시편은 0.8 mm의 두께 및 83 mm의 직경을 가지는 원형의 스테인리스강 타입 316이었다. 모든 샘플에 대해, 시편의 중간에 블렌드를 적용하였다. 적용된 면적은 28 mm², 즉 6 mm의 직경을 가지는 원형 스팟이었다. 모든 시험 샘플을 적용 전후에 칭량하였고, 결과는 표 12에 요약되어 있다. 그 후에, 시험 샘플을 실온에 12 시간 동안 두었다. 샘플을 다시 칭량하였다.

시험 샘플을 모두 노에 두었고, 약 1 시간 동안 1210 ℃에서 브레이징하였다. 브레이징 동안, 각 샘플의 오직 외부 모서리 만이 고정 물질에 접하였고, 블레이징 동안 플레이트 중심 바닥 표면은 어떤 한 물질과도 접하지 않고 유지하였다. 플레이트 중심 바닥 표면을 접촉하지 않게 유지하는 이유는 중심 물질이 고정 물질에 의해 밑에서부터 지지되는 경우에 용락 또는 붕괴가 방지될 수 있기 때문이다.

0.8 mm 샘플에 대한 용락 및 적용량 결과가 표 12에 요약되어 있다.

시험은 샘플 11이 용락이 있음을 나타낸다. 샘플 10은 2.264 mg/mm² 적용량의 블렌드를 가지며, 샘플 11은 2.491 mg/mm²을 가진다. 1 mm 미만의 두께를 가지는 접합 플레이트에 대해, 약 2.830 mg/mm² 내지 약 3.114 mg/mm² 범위 내의 양에 플레이트 용락의 위험이 존재하며, 상기 범위의 중간에서 양은 2.972 mg/mm²이다. 따라서, 1 mm 미만의 두께를 가지는 플레이트에 대해, 2.9 mg/mm² 미만의 양이 플레이트 용락을 피하는데 적합할 것이다. 결과는 또한 2.491 mg/mm²이 0.8 mm보다 얇은 플레이트를 용락할 것이며 6 mm의 직경을 가진 원형 스팟에 블렌드를 적용시킬 것이라는 것을 나타낸다. 보다 더 작은 적용된 면적을 가진 샘플에 있어, 보다 더 넓은 적용된 면적을 가진 샘플보다 면적당 보다 더 많은 적용된 블렌드를 가질 수 있다.

실시예 8

실시예 8에서, 두 개의 프레싱된 열 교환기 플레이트들 사이의 브레이징 접합부는 세 개의 상이한 방법으로 만든다. 열교환기 플레이트의 두께는 0.4 mm이다.

제1 및 제2 시험 샘플에서, 스테인리스강 타입 316에 가까운 조성을 가진 철계 브레이징재를 사용하였다(WO 2002/38327 참조). 브레이징재는 약 10 wt%의 규소 농도, 약 0.5 wt%의 붕소 농도 및 약 10.5 wt%의 감소된 Fe양을 가졌다. 제1 시험 샘플에서, 브레이징재를 선으로 적용하였고, 제2 시험 샘플에서 브레이징재를 표면상에 균일하게 적용하였다. 두 경우 모두에서, 충전재는 프레싱 이후 적용되었다.

브레이징 이후 시험 샘플 1은 선으로 적용된 브레이징재가 브레이징 접합부로 이끌리게 되었음을 나타냈다. 브레이징재의 일부는 브레이징 접합부로 유동하지 않았고, 따라서 적용된 선에서 국소적으로 두께가 증가하였다. 시험 샘플 2에 대해, 브레이징재가 브레이징 접합부로 유동하였으나, 브레이징재 상의 일부가 표면상에 남아있었고 두께가 증가하였다. 두 시험 샘플 1 및 2 모두에서, 추가된 브레이징재의 양은 플레이트 물질의 약 15 wt%에 상응한다.

시험 샘플 3에서, A3.3 블렌드를 사용하였다(표 7 참조). 블렌드를 프레싱 이전에 플레이트 상에 균일하게 적용하였다. 시험 샘플 1 및 2에 대해 유사한 크기를 가지는 브레이징 접합부를 생성하는 양으로 블렌드를 적용하였다.

시험 샘플 3은 A3.3의 균일 층으로 적용되었다. 상기 양은 약 1.5 : 100의 블렌드 : 플레이트 물질의 중량비에 상응한다. 브레이징시, 주로 모재 금속으로부터 브레이징 합금이 형성되었다. 상기 브레이징 합금은 브레이징 접합부로 유동하였다. 따라서, 모재가 용해되고 브레이징 접합부로 이끌리게 되기 때문에, 플레이트의 두께는 감소하였다.

실시예 9 상이한 Si-소스 및 B-소스로 시험

실시예 9의 시험은 대체 붕소-소스 및 규소-소스를 조사하기 위해 행해졌다. 블렌드 B2를 시험의 참조로서 선택하였다(표 7 참조). 접합부를 생성하는 능력으로 대체 소스를 시험하였다. 각 시험에 있어, 대체 붕소-소스 또는 대체 규소-소스를 시험하였다. 대체 소스를 사용할 때, 제2 원소의 영향을 0으로 가정하였고, 이는 "측정된" 것은 대체 성분 중 붕소 또는 규소의 중량만이었음을 의미한다(표 13 참조). 참조 블렌드 B2에 있어, 규소와 붕소 사이의 중량비는 10 대 2이다. 각 블렌드를 S-30 바인더와 함께 혼합하고 블렌드를 실시예 1에 따른 스틸 플레이트 상에 적용하였다. 모든 샘플을 1 시간 동안 1210 ℃ 진공 노에서 브레이징하였다.

블렌드 B2에 대한 추세선 Y = K × X + L을 측정하였고, Y는 접합부 폭[mm], K는 B2의 선의 기울기, X는 블렌드의 적용량[g] 및 L은 블렌드 B2의 적용량이 없는 상수이다(도 3 참조). 따라서, 브레이징 접합부의 폭 Y = 0.626 + 10,807 × (블렌드의 적용량)이다.

표 14에서 v 및 h는 실시예 5에서 l = 좌측 빔, r = 우측 빔을 나타낸다.

표 13의 결과는 붕소의 대체 소스로서 B₄C, NiB 및 FeB를 사용하는 것이 가능하다는 것을 나타낸다. NiB가 사용되었을 때, 브레이징 합금의 생성된 양은 순수 붕소보다 적었으나, NiB는 Ni 합금 효과가 요구되는 경우 사용될 수 있다.

실시예 10 베이스 금속의 시험

실시예 10에서 다수의 상이한 베이스 금속을 시험하였다. 연강 및 Ni-Cu 합금을 제외하고는 모든 시험을 시험 Y를 따라 시험하였다.

모든 시험 Y에 있어, 약 0.8 mm의 두께를 가진 두 개의 원형의 프레싱된 시편을 서로 위에 두었다. 각 샘플은 프레싱된 원형 빔을 가졌다. 빔의 상면은 서로를 향해 놓였고 조각들 사이에 원형 틈을 생성하였다. 각 샘플에 있어, 바인더 S-20과 B2 블렌드를 페인트 브러쉬로 적용하였다. 시험의 목적이 브레이징재를 생성하는 것이 가능한지를 조사하는 것이지, 상이한 양이 어떻게 결과에 영향을 미치는지를 시험하는 것이 아니기 때문에, 첨가된 양의 중량은 측정하지 않았다. 접합 이후 샘플 중 하나의 사진이 도 6에 나타난다.

연강 샘플 및 Ni-Cu 샘플에 동일한 방식으로 블렌드를 적용하였다. 연강에 대해, 행해진 시험은 실시예 5 "필렛 시험"에서와 같이 수행하였다. Ni-Cu 시험은 두 개의 평평한 시편으로 수행하였다. Ni-Cu를 제외한 모든 샘플을 진공 노에서 약 1200 ℃, 즉 1210 ℃에서 1 시간 동안 노에서 "브레이징"하였다. Ni-Cu 샘플을 동일한 진공 노에서 약 1 시간 동안 약 1130 ℃에서 브레이징하였다. "브레이징" 후, 모든 행해진 시험의 조각들 사이에 접합부가 형성되었다. 모재 금속으로 주로 구성된 생성된 "브레이징 합금"의 접합부로의 유동이 또한 모든 시험된 샘플에서 관찰되었다. 결과는 표 15에 나타난다.

표 15의 결과는 브레이징 합금이 각 샘플 1 내지 20에 대해 블렌드와 베이스 금속 사이에서 형성된다는 것을 나타낸다. 결과는 또한 각 시험된 샘플에서 접합부가 생성되었다는 것을 나타낸다.

실시예 1 내지 10의 결과는 상당량의 브레이징 합금을 생성하는데 붕소가 요구되며, 이는 접합부를 충진할 수 있고, 또한 접합부에서 강도를 생성한다는 것을 나타낸다. 실시예는 또한 두꺼운 취성층이 붕소가 없는 샘플에서 발견되었기 때문에, 붕소가 미세구조에 요구된다는 것을 발견하였다.

실시예 11 사전-브레이징 시험

실시예 11에서 네 개의 상이한 모재를 시험하였다. 시편에 사용된 블렌드는 블렌드 A3.3이었다(이전 실시예 참조). 악조 노벨(Akzo Nobel)(다른 언급이 없다면)의 광택제에 분산된, 융점 감소 소스로서 Si 및 B를 사용하여 모든 블렌드를 만들었다. 시편의 모재는 다음과 같다:

1. 두께 0.4 mm의 스테인리스강 타입 316

2. 두께 0.45 mm의 Ni 타입 200

3. 두께 1.0 mm의 모넬(Monel) 400

4. 두께 0.5 mm의 하스텔로이(Hastelloy) C2000

물질 타입 316에 있어, 큰 시편, 즉 크기 323 mm × 123 mm에 블렌드를 적용하였고, 여기서 각각의 큰 시편 상에 어떠한 바인더, 즉, 광택제도 없이 블렌드 중 규소 및 붕소가 2 g의 총 중량으로 계산되었다. 규소 및 붕소의 계산량은 약 0.05 mg/mm²에 상응한다. 블렌드 중 원소 Si 및 원소 B를 사용하여 시편을 블렌드 A3.3으로 코팅하였다. 블렌드 A3.3에서 규소 및 붕소의 비는 표 4에서 찾을 수 있다. 각각의 코팅된 시편을 건조하고 공기 중 400 ℃ 미만에서 경화하였다. 벨트 노 시험을 제외한 316의 시험에서, 큰 시편을 사용하였다. 벨트 노 시험에 있어, 시편을 노의 최대 폭으로 조정하였다. 다른 물질에 대해, 2-6 개의 상이한 크기의 시편을 사용하였으나, 모두 0.05 mg/mm²의 규소 및 붕소가 적용되었다.

시편을 다음의 사전-브레이징 사이클에 따라 사전-브레이징하였다:

VC1(T) - 진공 사이클, 여기서 T는 최고 온도이며, 최고 온도에서 1 시간을 유지.

VC2(T) - 진공 사이클, 여기서 T는 최고 온도이며, 최고 온도에서 2 시간을 유지.

BF(T, t) - 수소 대기 중 벨트 노 사이클, 여기서 T는 최고 온도이며, t는 최고 온도에서 대략의 시간이다.

수행된 사전-브레이징 사이클은 다음과 같다:

니켈 타입 200, 모넬 400, 및 하스텔로이 C2000 시험,

1) VC1 (1100 ℃) 사이클

스테인리스강 타입 316 시험

2) VC2 (1040 ℃) 사이클

3) VC2 (1060 ℃) 사이클

4) VC2 (1070 ℃) 사이클

5) VC2 (1080 ℃) 사이클

6) VC2 (1090 ℃) 사이클

7) VC2 (1100 ℃) 사이클

8) VC2 (1110 ℃) 사이클

9) VC2 (1120 ℃) 사이클

10) VC2 (1130 ℃) 사이클

11) VC2 (1140 ℃) 사이클

12) VC2 (1160 ℃) 사이클

13) VC2 (1180 ℃) 사이클

14) VC2 (1200 ℃) 사이클

15) BF(1100 ℃, 10 분) 사이클

16) BF(1130 ℃, 10 분) 사이클

시편의 단면 분석

모든 사전처리된 물질의 단면을 SEM-EDX(주사전자현미경-에너지분산분광기)를 사용하여 분석하였다. 단면에서, 수득된 브레이징 합금층의 조성을 분석하였다. 블렌드가 적용된 플레이트 표면으로부터의 깊이의 함수로서 규소 함량을 측정하였다. 분석의 결과가 표 16에 요약되어 있다.

시험의 결과는 모재의 상부 위에 형성된 층이 있음을 나타낸다. 규소 함량은 근사 범위이나, 모재 중 규소의 함량, 즉 0.6 wt% 미만과 실질적으로 상이하다. 시험 결과는 온도가 형성된 브레이징 합금층에 영향을 미침을 나타내나, 결과는 모재의 유형에 더 의존적이다.

사전처리된 316 물질의 형태 분석 및 자기 분석

두 개의 사전처리된 물질, nr 7, VC(1100 ℃) 및 nr 15 BF(1100 ℃, 10 분)을 분석하였다. 두 사전처리된 샘플 모두는 표면층에 있어 모재, 비-자성 스테인리스강 타입 316와 명확히 상이한 자성을 나타낸다. 영구 자석으로 사전처리된 샘플을 들어올리는 것이 가능하나, "비 처리된 샘플"은 그렇지 않기 때문에 자성을 확인하였다. 또한 사전처리된 샘플은 형상이 변하였다. 육안으로 사전처리된 플레이트를 점검할 때, 플레이트가 생성된 볼록 표면에 외부를 향하는 사전처리된 표면으로 굽어진 것을 확인하였다. 이는 또한 물질이 변형될 가능성(본 경우에, 얇은 플레이트)을 가지지 않는 경우, 또는 물질이 양면상에서 사전처리된 경우, 압력 응력이 표면에 존재할 것임을 의미한다. 압력 응력은 예컨대, 압력 피로성을 증가시킬 수 있다.

표면 경도 시험:

수득된 브레이징 합금 표면층을 경도 시험하였다. 시험된 샘플은 Si 및 B로 만들어진 A3.3 및 Si 및 B₄C로 만들어진 A3.3 둘 다가 적용된 시험 샘플 16 BF(1130 ℃, 10분)의 스테인리스강 타입 316, 시험 샘플 15 BF(1100 ℃, 10분)의 스테인리스강 타입 316, 니켈 타입 200, 모넬 400, 및 하스텔로이 C2000이었다. 결과는 표 17에 요약되어 있다.

결과:

경도 시험은 브레이징 합금층의 경도가 모재보다 더 강함을 나타낸다. 모든 시험된 모재는 가열 사전-처리 사이클 또는 브레이징 사이클 이후 약 300 HV0.05 미만의 경도를 가진다. 표면층 및 모재의 경도는 모재 본래 표면에서 약 200 ㎛의 깊이까지로 측정하였다. 증가된 경도값은 브레이징 합금 표면층의 Si의 보다 먼저 측정된 증가에 밀접하였다. 시험은 또한 경도가 모재에 가까운 것보다 표면에서 더 높음을 나타낸다.

실시예 12 브레이징성 시험

본 실시예에서, 실시예 11에서 수득된 브레이징 합금층, 예컨대 샘플 번호 2 내지 14를 시험하였다. 하나의 추가 샘플을 시험하였고, 이는 샘플 번호 17이었고, 여기서 물질은 블렌드가 적용된 처리되지 않은 SS 타입 316이었다. 본 시험은 브레이징 접합부가 브레이징 합금층을 가지는 기판과 어떠한 브레이징 합금층도 가지지 않는 또 다른 기판 사이에서 생성될 수 있는지를 알아내기 위한 목적으로 수행하였다.

시편은 플레이트 SS 타입 316이었고, 브레이징 시험을 보통 브레이징 사이클에서 수행하였다. 사전-처리된 시험-플레이트를 브레이징 합금층과 마주보도록 놓음으로써 시험을 수행하였다. 어떠한 브레이징 합금도 없는 원형의 프레싱된 플레이트(도 1 참조)를 브레이징 합금층 상의 사전-처리된 시험-플레이트의 상부 위에 놓았다. 원형의 프레싱된 플레이트가 사전-처리된 시험-플레이트와 접촉을 유지하도록 이에 중량을 적용하였다. 이어서 시험-플레이트 샘플을 1210 ℃의 온도의 노에서 VC1 (T) 사이클에 노출시켰다. 결과는 사전-처리된 온도의 함수로서 브레이징 면적의 크기로 나타난다. 샘플을 원형의 프레싱된 플레이트를 가로질러 절단하고 수득된 접합부의 중심의 폭을 도 2에 따라 측정하였다. 표 18에서, 각 시험 샘플의 평균 중심 폭이 요약되어 있다.

이들 시험의 결과는 사전-브레이징 온도가 높을수록 브레이징된 접합부, 즉 사전-브레이징된 샘플의 브레이징 합금층이 브레이징 접합부의 성질을 보다 적게 잃는다는 것을 나타낸다. 작은 중심 폭은 낮은 브레이징 성질의 결과이다. 브레이징성을 잃음으로써, 사전-브레이징된 샘플은 브레이징 합금의 첨가 또는 사전-브레이징 단계 이후 붕소 및 규소의 추가 블렌드의 추가 없이는 브레이징에 사용될 수 없다. 임계 온도는 모재에 의존한다. 모재가 높은 융점을 가지는 경우, 수득된 브레이징 합금층은 여전히 보다 더 높은 사전-브레이징 온도에서 브레이징성을 가질 수 있다.

실시예 13 인장 시험

실시예 13에서 여섯 개의 상이한 모재를 시험하였다. 시험 샘플을 상이한 블렌드로 적용하였고, 상기 블렌드는 A3.3, B2 및 C1이었고, 악조 노벨(다른 언급이 없다면)의 광택제 중, 융점 강하제 소스로서 Si 및 B를 사용하여 모든 블렌드를 만들었다. 모재의 큰 시편, 즉 크기 323 mm × 123 mm에 블렌드를 적용하였다. 각각의 큰 시편 상에 어떠한 바인더, 즉, 광택제도 없이 블렌드 중 규소 및 붕소에 대해 계산된 2 g의 총 중량을 큰 시편 상에 적용하였다. 규소 및 붕소의 계산량은 약 0.05 mg/mm²에 상응한다.

샘픔은 다음의 모재이다:

1. 두께 0.4 mm의 SS 타입 316

2. 두께 0.45 mm의 Ni 타입 200

3. 두께 1.0 mm의 모넬 400

4. 두께 0.4 mm의 SS 타입 254SMO

5. > 97 wt%의 철 함량을 가진 두께 0.4 mm의 연강

6. 두께 0.5 mm의 하스텔로이 C2000

본 실시예에서, 브레이징 합금층 물질의 샘플은 실시예 11, 샘플 1(하스텔로이 C2000)에 따라 시험하였다.

상기 시험에서, 각 인장 시험 샘플로 두 개의 조각을 절단하였다. 시편 중 하나는 사전-처리된 조각에서와 동일한 모재의 비-처리된 플레이트(브레이징 합금층 조각)(실시예 11 참조)에서, 또는 악조 노벨의 광택제에 분산된 블렌드 A3.3이 적용된 표면으로 절단하였다. 시편의 크기는 길이 41 - 45 mm, 및 폭 11.3 - 11.7 mm이었다. 각각의 시편은 프레싱 툴을 사용하여 중간에서 굽혔다. 프레싱 툴의 상부의 형태는 3 mm 두께, 약 150 mm 길이의 플레이트였다. 툴의 하부는 1.9 mm 반경을 가진 "기계가공된 홈"의 두꺼운 플레이트로 만들어진다. 프레싱할 때, 시편이 사전-처리된 표면이 아래를 향하면서 하부 프레싱툴에 적용되며, 여기서, 플레이트가 프레싱시 길이의 중간에서 프레싱/굽혀진 이후이다. 때때로, 예컨대, 물질이 큰 스프링백을 가지거나 또는 "너무 두꺼운" 경우에 프레싱 이후 손으로 추가 굽힘을 행하였다.

샘플의 고정

사전-처리된 표면 또는 적용된 표면을 가진 제1 굽혀진 시편을 "비-젖음"성을 가진 1 mm 플레이트(22 × 22 mm) 상에 둘 때 처리된 표면을 위로 향하도록 둔다. 이어서 상기 플레이트와 제1 굽혀진 시편을 함께 정사각형 단면을 가진 과의 대각선 내에 두었다. 관의 치수는 내부 17 × 17 mm 및 외부 20 × 20 mm이었다. 관의 두께는 약 1.4 mm이며 높이는 55 mm이었다.

제2 시편의 곡선 부분이 제1 굽혀진 시편의 곡선 부분의 상부 위에 위치하도록 제2 굽혀진 비-처리된 시편을 두었다. 제2 시편을 제1 시편에 수직 방향으로 관에 놓았고 두 조각들 사이에 작은 접촉 면적을 생성하였다. 이어서 고정된 샘플을 VC1 (1210 ℃) 사이클로 가열하였다.

인장 시험

브레이징된 시험 샘플을 브레이징 후 인장 시험 기기 "인스트론 코포레이션 시리즈 IX 오토메이티드 메터리얼 테스팅 시스템(Instron Corporation Series IX Automated Materials Testing System)"에 두었다. 크로스헤드 스피드(Crosshead Speed)는 약 1 mm/분이었다. 하중은 kN으로 측정하였다. 사전-처리된(PRE) 샘플 및 비 사전-처리된 샘플 둘 다에 대한 인장 시험 결과가 표 19에 요약되어 있다.

표 19는 브레이징 합금층을 가진 샘플에서 브레이징된 접합부가 표면상에 적용된 바인더에 분산된 규소 및 붕소의 블렌드를 가진, 샘플의 브레이징된 접합부로서 필적할만한 인장 강도를 가진다는 것을 나타낸다. 따라서 상기 시험 결과는 브레이징 방법의 선택이 제조된 접합부의 기대되는 인장 강도보다는 다른 측면에 의존할 수 있음을 나타낸다.

Claims

금속 모재 분말과,
제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 기계적 블렌드를 포함하고,
제1 성분은 붕소 소스의 입자의 하나 이상의 분말이고, 붕소 소스 분말의 입자는 250 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖고,
제2 성분은 규소 소스의 입자의 하나 이상의 분말이고, 규소 소스 분말의 입자는 250 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖고,
기계적 블렌드는 3:100 내지 15:100 범위 내의 붕소 대 규소의 중량비로 붕소 및 규소를 포함하며;
기계적 블렌드 내의 각 입자는 붕소 소스 또는 규소 소스이고,
규소 및 붕소는 80 wt% 이상으로 기계적 블렌드 내에 존재하고,
상기 금속 모재 분말은, 금속 모재 분말, 규소 및 붕소의 총 중량에 대해 75 wt% 미만이고,
하나 이상의 붕소 소스 및 하나 이상의 규소 소스는 오염 산소의 필연적인 양을 제외하고는 산소가 없으며, 오염 산소의 필연적인 양은 10 wt% 미만인,
코팅 조성물.
제1항에 있어서,
브레이징 합금을 더 포함하는,
코팅 조성물.
제1항에 있어서,
용매, 물, 오일, 겔, 광택제, 바니시, 중합체 및 왁스에서 선택되는 하나 이상의 바인더를 더 포함하는,
코팅 조성물.
제3항에 있어서,
상기 중합체는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 중합체, (메트)아크릴 중합체, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌 및 왁스에서 선택되는,
코팅 조성물.
제3항 있어서,
상기 기계적 블렌드는 상기 바인더에 분산된,
코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 금속 모재 분말은 1100 ℃ 초과의 고상 온도를 갖는,
코팅 조성물.
제6항에 있어서,
상기 금속 모재 분말은 철계 합금, 니켈계 합금, 크로뮴계 합금, 코발트계 및 구리계 합금에서 선택되는,
코팅 조성물.
제6항에 있어서,
상기 금속 모재 분말은, 15 내지 22 wt% 크로뮴, 8 내지 22 wt% 니켈, 0 내지 3 wt% 망가니즈, 0 내지 1.5 wt% 규소, 0 내지 8 wt% 몰리브데넘 및 나머지 량의 철을 포함하는,
코팅 조성물.
제6항에 있어서,
상기 금속 모재 분말은, 50 wt% 초과의 철, 0 내지 13 wt% 미만의 크로뮴, 0 내지 1 wt% 미만의 몰리브데넘, 0 내지 1 wt% 미만의 니켈 및 0 내지 3 wt% 미만의 망가니즈를 포함하는,
코팅 조성물.
제6항에 있어서,
상기 금속 모재 분말은, 10 wt% 초과의 크로뮴 및 60 wt% 초과의 니켈을 포함하는,
코팅 조성물.
제6항에 있어서,
상기 금속 모재 분말은, 15 wt% 초과의 크로뮴, 10 wt% 초과의 몰리브데넘, 및 50 wt% 초과의 니켈을 포함하는,
코팅 조성물.
제6항에 있어서,
상기 금속 모재 분말은, 10 wt% 초과의 철, 0.1 내지 30 wt%의 몰리브데넘, 0.1 내지 30 wt%의 니켈 및 50 wt% 초과의 코발트를 포함하는,
코팅 조성물.
제6항에 있어서,
상기 금속 모재 분말은 80 wt% 초과의 니켈을 포함하는,
코팅 조성물.
제6항에 따른 코팅 조성물을 기판 상에서 브레이징 온도로 가열하여 수득한 제품이며,
상기 기판은 코일, 플레이트, 부품, 시트로 이루어진 군으로부터 선택된,
제품.
제6항에 따른 코팅 조성물을 브레이징 온도로 가열하여 수득한 코팅된 제품이며,
내마모성, 표면 강화성, 촉매성 또는 이의 조합된 특성을 갖는,
코팅된 제품.
코팅된 제품을 제공하는 방법이며,
하나 이상의 기판상에 제1항에 따른 코팅 조성물을 적용하는 단계와,
진공의 노, 비활성 기체, 환원성 분위기, 또는 이의 조합에서 적용된 하나 이상의 기판을 1250 ℃ 미만의 브레이징 온도로 가열하는 단계와,
가열되고 적용된 하나 이상의 기판을 냉각하여 코팅된 제품을 수득하는 단계를 포함하는,
코팅된 제품을 제공하는 방법.
제16항에 있어서,
적용된 기판은 1100 ℃ 초과의 고상 온도를 갖는 모재의 기판을 포함하고,
코팅된 제품의 적어도 일부는 코팅 조성물의 코팅된 층을 갖는,
코팅된 제품을 제공하는 방법.
제16항에 있어서,
수득된 제품은, 모재의 기판과 코팅 조성물을 포함하는 제품을 브레이징 온도로 가열하여 수득된 코팅된 제품이고,
수득된 제품은 내마모성, 표면 강화성, 촉매성 또는 이의 조합의 특성을 갖는 코팅된 제품이며,
모재는 1100 ℃ 초과의 고상 온도를 가지며, 수득된 제품의 적어도 일부는 코팅 조성물의 코팅된 층을 갖는,
코팅된 제품을 제공하는 방법.
제18항에 있어서,
코팅된 열교환기 플레이트, 코팅된 반응기 플레이트, 반응기의 코팅된 부품, 세퍼레이터의 코팅된 부품, 디켄터의 코팅된 부품, 펌프의 코팅된 부품 또는 밸브의 코팅된 부품이 수득되는,
코팅된 제품을 제공하는 방법.