KR19990014892A - 비정질 합금 및 비정질 합금으로 만들어진 땜납 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하기 일반식으로 나타난 조성을 갖는 비정질 합금에 관한 것이다:

BA_a- KO_b- GL_c- ZU_d,

상기 식에서,

BA는 염기성 원소인 Ni, Fe 및 선택적으로 Co를 나타내고, 합금 중 철(Fe_x)의 비율은 7 ≤ x ≤ 20 % 이며;

KO는 Cr, Mo, V, W 원소 중에서 적어도 하나의 원소를 포함하는 내부식성 원소를 나타내고;

GL은 P, C, B, Si 원소 중에서 적어도 하나의 원소를 함유하는 유리화제이며;

ZU는 표준 불순물을 포함하는 다른 원소를 포함하는 첨가제이고, 상기 식의 a, b, c, d에 적용되는 비율(%)은 하기와 같다; 59 ≤ a ≤85; 5 ≤ b ≤ 30; 10 ≤ c ≤ 24; 5 ≤ d. 상기 비정질 합금은 바람직하게 열 교환기의 고온 납땜용 땜납으로서 사용된다.

Description

비정질 합금 및 비정질 합금으로 만들어진 땜납

Ni, Co, Fe, Mo, W, Cr, B, P, Si, C 원소 중에서 적어도 소수의 원소를 포함하는 비정질 합금은 이미 공지되어 있다.

유럽 특허 출원서 0 522 699호에는 우수한 내부식성을 갖는 땜납이 공지되어 있다. 상기 땜납은 철 함량이 없고, 원래의 성분으로서 Ni 및 Cr을 포함한다. 원소 Si, B, Cu, Mo, Nb 및 Ta는 선택적으로 존재할 수 있다. 상기 땜납은 스테인레스 강을 납땜하기 위해 사용된다.

또한, 유럽 특허 출원서 0 051 461호에는 적어도 50%까지 비정질인 합금이 공지되어 있다. 상기 합금은 Ni, Fe, Cr, Mo, W 및 Co와 같은 금속 성분 및 B, P, Si 및 C와 같은 준금속으로 조성되고 연성을 가짐으로써, 상기 합금이 땜납으로서 사용될 수 있다.

합금의 내부식성 요구를 충족시키기 위해서는, 예컨대 Cr 및/또는 Mo와 같은 내부식성 원소가 차지하는 부분이 비교적 많아야 한다. 그러나 상기 원소들은, Si, B등과 같은 비정질 합금에 필수적인 원소들과 함께 예컨대 붕화물 및 규화물과 같은 딱딱한 석출물을 형성하는 특성을 갖는다. 이러한 딱딱한 석출물은 합금의 연성에 부정적인 영향을 미친다.

본 발명은 비정질 합금을 포함하는 땜납 및 합금에 관한 것이다.

본 발명은 도면을 참조하여 하기의 실시예에서 자세히 설명된다:

표 1은 본 발명에 따른 땜납의 상이한 조성을 나타낸 표이고,

표 2는 본 발명에 따른 땜납과의 비교 조성을 나타낸 표이며,

도 1은 내부식성 원소의 함량 범위(b) 위에 유리를 형성하는 원소의 함량 범위(c)를 나타낸 다이아그램이다.

선행 기술에서 출발된 본 발명의 목적은, 전술한 단점이 피해질 수 있는 비정질 합금을 제조하는 것이다. 특히, 연성뿐만 아니라 우수한 내부식성을 갖는 비정질 합금이 제조되어야 한다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 연성 및 우수한 내부식성을 갖고 특히 고온 납땜시 안정된 납땜 결합을 제공하는 땜납이 제조되어야 한다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 일반식(BA_a- KO_b- GL_c- ZU_d)을 충족시키는 조성을 가지며, 상기 식에서,

BA가 염기성 원소인 Ni, Fe 및 선택적으로 Co를 나타내고, 합금 중 철(Fe_x)의 비율은 7 ≤ x ≤ 20 % 이며;

KO가 Cr, Mo, V, W 원소 중에서 적어도 하나의 원소를 포함하는 내부식성 원소를 나타내고;

GL가 P, C, B, Si 원소 중에서 적어도 하나의 원소를 함유하는 유리화제이며;

ZU가 표준 불순물을 포함하는 다른 원소를 포함하는 첨가제이고, 상기 식의 a, b, c, d에 적용되는 비율(%)이 59 ≤ a ≤85; 5 ≤ b ≤ 30; 10 ≤ c ≤ 24; 5 ≤ d임으로써 달성된다.

본 발명에 따른 비정질 합금은 우수한 내부식성을 갖는 동시에 충분한 연성을 갖는다.

비정질 합금이 본 발명에 따라 상기와 같이 조성됨으로써, Cr 및/또는 Mo와 같은 내부식성을 위해 요구되는 원소들이 상기 합금의 비정질 특성에 필수적인 유리화제(예컨대 Si 및/또는 B)와 함께 예를 들어 붕화물 또는 규화물, 특히 고융점의 크롬-붕화물 또는 몰리브덴-붕화물 또는 몰리브덴-규화물과 같은 딱딱한 석출물을 형성하는 것이 방지된다. 특히 상기 합금이 급속 응고에 의해 제조되는 경우에는, 상기와 같은 석출물이 말하자면 응고된 합금 내부에 있는 불균일하고 깨지기 쉬운 영역으로 안내된다. 불균일하고 깨지기 쉬운 상기 영역은 합금의 연성에 나쁜 영향을 준다.

철 함유량이 7 ≤ x ≤ 20 %임으로써 또한, 고융점의 딱딱한 상이 형성되는 것이 피해진다. 통상의 합금에서 상기와 같은 딱딱한 상은 비정질 합금이 가열될 때 나타난다. 상기 비정질 상이 용융점에 도달되기 전에 결정상으로 변화되고, 이 때 딱딱한 석출물이 형성된다. 본 발명에 따라 설정된 철 함유량에 의해 비정질 합금의 연성이 더욱 개선된다.

또한 원소 Cr이 부식 저항 및 산화 저항을 개선하는 한편, 원소 B 및 Si는 합금의 용융점을 떨어뜨린다. 이 경우에, c로 표기된 함량 범위는 특히 B를 사용할 때 합금의 캐스팅 특성이 단점으로 작용하지 않도록, 그리고 합금의 연성이 개선되도록 보장해준다. b로 표기된 함량 범위내에 Mo을 사용함으로써, 본 발명에 따른 합금의 유동 특성이 악화되는 것이 방지된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 또한, 합금에 대해 하기의 조건이 적용된다: c ≤ 24 - 0.5 * b. 상기 조건에 의해, 비정질 상태에서 합금의 내부식성 및 우수한 연성이 더욱 개선된다.

본 발명에 따라 상기 비정질 합금에는 하기의 부가 조건이 적용된다: b + c + x ≤ 36. 상기 조건에 의해, 본 발명에 따른 합금의 연성 및 내부식성이 더욱 개선된다.

본 발명의 바람직한 한 실시예에서, 상기 비정질 합금은 전술한 모든 조건을 충족시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 다른 원소 ZU의 부가는, 준금속 및 전이 금속 그룹, 특히 Al, Cl, F, Sn, Ge, In, Be, Sb, Pb, Mn, S, Ti, Ta, Nb와 같은 그룹들로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한다.

본 발명에 따른 비정질 합금은 바람직하게 급속 응고에 의해 제조될 수 있다.

본 발명의 다른 한 특징에 따라, 연성을 갖는 땜납은 본 발명에 따른 전술한 비정질 합금을 포함한다.

일반적으로 땜납에 적용되는 전제 조건은, 상기 땜납이 함께 납땜되어야 하는 부분의 용융점 이하의 용융점을 가져야 한다는 것이다. 땜납은 또한, 화학적으로 뿐만 아니라 정련적으로도 납땜될 부분에 매칭되어야 한다.

상기 전제 조건은 본 발명에 따른 땜납에 의해 충족된다. 상기 땜납은 부가적으로 우수한 연성을 갖는 동시에, 특히 수성 용액내에서 우수한 내부식성을 갖는다.

본 발명에 따른 땜납에서 Mo, W 및 Co를 선택적으로 사용함으로써, 예를 들어 땜납과 납땜될 부분 사이에 강한 결합력이 얻어진다. 상기 방식에 의해, 납땜될 부분들 사이에 안전하고, 견고하며, 강한 납땜 결합이 보장된다.

상기 땜납은 본 발명에 따라 분말 또는 페이스트 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서 땜납은 박막 또는 밴드 형태로 형성될 수 있다. 박막 또는 밴드 형태의 장점은, 납땜 방법을 실시하기 위해 필요한 시간의 소비가 어느 정도 단축될 수 있다는 점이다. 또한, 납땜될 부분에서의 결합 정확도가 증가되고, 납땜 박막과 납땜될 부분 사이의 결합력이 강화될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 박막 또는 밴드의 두께는 25 - 80 ㎛이고, 바람직하게는 35 - 50 ㎛이다.

본 발명에 따른 땜납은 바람직하게 강 및/또는 초합금을 고온 납땜하기 위해 사용된다. 상기 땜납은 특히, 크롬을 많이 함유하고 있기 때문에 일반적으로 납땜하기 어려운 스테인레스 강을 납땜하기 위해서도 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 납땜용 땜납은 보호 가스를 사용하여 및/또는 진공 상태에서 및/또는 약 900℃ 내지 1,300℃의 온도 범위에서 사용될 수 있다. 진공 상태하에서의 납땜을 위해 설정된 진공은 예컨대 13.4 x 10^-3Pa이다. 특히 바람직한 납땜 온도는 약 1,150℃ 내지 1,175℃의 범위이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 원소 Ni, Co, Fe, Mo, W, Cr, B, P, Si, C 중에서 적어도 소수의 원소를 함유하는 합금으로 이루어지고 급속 응고에 의해 제조될 수 있는 연성의 납땜 박막이 만들어지며, 이 경우 상기 합금은 일반식 BA_a- KO_b- GL_c- ZU_d로 나타나고, 상기 일반식에서 BA는 염기성 원소인 Ni, Fe 및 선택적으로 Co를 나타내며, 합금 중 철(Fe_x)의 비율은 7 ≤ x ≤ 20 % 이고, KO는 Cr, Mo, V, W 원소 중에서 적어도 하나의 원소를 포함하는 내부식성 원소로서 나타나고, GL은 P, C, B, Si 원소 중에서 적어도 하나의 원소를 함유하는 유리화제이며, ZU는 표준 불순물을 포함하는 다른 원소를 포함하는 첨가제이고, 상기 식의 a, b, c, d에 적용되는 비율(%)은 59 ≤ a ≤85; 5 ≤ b ≤ 30; 10 ≤ c ≤ 24; 5 ≤ d이다.

땜납은 본 발명에 따라 니켈 및/또는 코발트와 함께 염기성 재료로서 제조되고, 상기 염기성 재료는 약 900℃ 내지 1,300℃의 온도 범위에서 이루어지는 고온 납땜에 적합하며, 이 때 상이한 강과 초합금 사이의 안정된 납땜 결합이 얻어진다. 본 발명에 따른 땜납은 또한, 예컨대 연성 납땜 박막으로서 제조될 수 있고, 급속 응고 방법으로 제조될 수 있으며, 특히 수성 용액내에서 우수한 내부식성을 갖는다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 땜납을 고온 납땜에 사용하는 경우에는 부가적으로, 납땜 장소를 손상시킬 수 있는 딱딱한 석출물의 형성이 방지된다. 상기 종류의 석출물은, 땜납 가열시 용융점에 도달되기 전에 비정질 상이 파괴되어 결정을 형성할 때 나타난다.

본 발명에 따른 철 성분을 땜납을 형성하는 비정질 합금내에 사용함으로써, 특히 진공 가스의 사용하에서 또는 900℃ 내지 1,300℃ 온도 범위의 진공 상태에서 고온 납땜할 때 바람직한 납땜이 이루어질 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징에 따라, 본 발명에 따른 땜납은 열교환기, 특히 플레이트 열교환기를 고온 납땜하기 위해 사용될 수 있다.

열교환기는 예를 들어, 조립 동안 서로 납땜되는 소수의 플레이트로 구성된다. 열교환기는 예컨대 오일 냉각기, 가열 펌프 등과 같은 상이한 방식으로 사용된다. 또한, 상기 열교환기는 작동시 상이한 액체 매체, 상이한 온도 범위 및 상이한 작동 압력에 노출된다. 상기 열교환기의 부품뿐만 아니라 납땜 장소도 상기의 상이한 요구들을 견딜 수 있어야만 된다. 특히 땜납에 대해서는 조성, 특히 우수한 부식성, 파괴 특성, 피로 특성 및 연성이 요구된다. 본 발명에 따른 땜납을 조성하는 본 발명에 따른 비정질 합금은 바람직한 방식으로 상기의 모든 전제 조건들을 충족시킨다.

표 1은 본 발명에 따른 일련의 상이한 합금 조성을 나타내며, 상기 조성으로부터 급속 응고에 의해 연성 및 우수한 내부식성을 갖는 매우 균일한 납땜 박막이 제조될 수 있다. 표 1은 개별 합금의 조성 외에 조건 A, B 및 C도 보여준다.

조건 (A)에서는 식 24 - 0.5 * b에 대한 실제값이 제공된다. 조건 (B)에서는 개별 합금 조성의 실제 함량 범위(c)가 제시된다. 조건 (C)에서는 식 b + c + x에 대한 실제값이 제공된다.

표 1에 나타난 값으로부터 알 수 있는 바와 같이, 모든 합금 조성에 대해서 관계 A ≤ B가 적용된다. 상기 관계는, c ≤ 24 - 0.5 * b의 조건이 전술한 모든 합금을 위해 충족된다는 것을 의미한다. 또한 조건 (C)에 대한 값으로부터, 주어진 모든 합금 조성에서 조건 b + c + x ≤ 36이 충족된다.

연성 납땜 박막으로 사용될 수 있는 매우 바람직한 합금 조성은 일반식 Ni7Cr8Fe1.5B6.5Si3Mo을 갖는다. 상기 합금으로 이루어진 납땜 박막은 매우 우수한 부식성 및 연성을 가지며, 납땜될 부분 사이에 큰 결합력을 형성한다. 납땜 박막은 바람직하게 약 30 ㎜의 두께를 가지며, 1,150℃의 온도에서 납땜된다.

표 2에는 표 1에 제공된 본 발명에 따른 합금 조성과의 비교 조성이 제공된다. 표 2에 따른 조건 A, B 및 C에 대해 검출된 값을 분석해보면, 상기 합금에 바람직한 조건들 및 관계들은 충족되지 않는다. 벗어난 상기 결과들은 특히, 비교 합금의 붕소 함량이 표 1에 따른 본 발명에 따른 합금에서보다 수배만큼 더 높기 때문에 나타난다. 따라서 표 2에 나타난 합금에서는, 딱딱한 석출물이 합금의 연성에 부정적으로 작용하는 붕화물의 형태로 형성될 수 있다.

도 1에는, 내부식성 원소의 함량 범위(b) 위에 유리를 형성하는 원소의 함량 범위(c)가 표 1 및 표 2에 도시된 합금을 위해 도시되었다. 표시된 직선은 유리를 형성하는 원소의 최대 함량을 나타내며, 이 때 조건 c ≤24 - 0.5 * b가 충족되어야 한다. 둥근 점은, 연성 및 내부식성을 갖는 균일한 납땜 박막을 제조할 수 있는 표 1에 따른 합금에서의 c에 대한 b의 관계를 보여준다. 사각형 점은 표 2에 따른 합금에 상응하는 관계를 나타낸다. 상기 합금으로부터는 상기 방식의 바람직한 납땜 박막이 제조될 수 없다.

본 발명에 따른 비정질 합금은, 연성 및 우수한 내부식성을 갖고 특히 고온 납땜시 안정된 납땜 결합을 제공하는 땜납을 제조하기 위해 이용될 수 있다.

Claims (13)

1. 하기 일반식으로 나타난 조성을 갖고,

   BA_a- KO_b- GL_c- ZU_d

   상기 식에서,

   BA는 염기성 원소인 Ni, Fe 및 선택적으로 Co를 나타내고, 합금 중 철(Fe_x)의 비율은 7 ≤ x ≤ 20 % 이며;

   KO는 Cr, Mo, V, W 원소 중에서 적어도 하나의 원소를 포함하는 내부식성 원소를 나타내고;

   GL은 P, C, B, Si 원소 중에서 적어도 하나의 원소를 함유하는 유리화제이며;

   ZU는 표준 불순물을 포함하는 다른 원소를 포함하는 첨가제이고, 상기 식의 a, b, c, d에 적용되는 비율(%)은 59 ≤ a ≤85; 5 ≤ b ≤ 30; 10 ≤ c ≤ 24; 5 ≤ d인 비정질 합금.
2. 제 1항에 있어서, 상기 합금에 대해 부가적으로 조건 c ≤ 24 - 0.5 * b가 적용되는 것을 특징으로 하는 비정질 합금.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 합금에 대해 부가적으로 조건 b + c + x ≤ 36이 적용되는 것을 특징으로 하는 비정질 합금.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 다른 원소 ZU의 첨가는 준금속 및 전이 금속의 그룹, 바람직하게는 Al, Cl, F, Sn, Ge, In, Be, Sb, Pb, Mn, S, Ti, Ta, Nb 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 합금.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 급속 응고에 의해 제조될 수 있는 것을 특징으로 하는 비정질 합금.
6. 연성 특성을 갖는, 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 비정질 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납.
7. 제 6항에 있어서, 분말 또는 페이스트 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 땜납.
8. 제 6항에 있어서, 박막 또는 밴드의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 땜납.
9. 제 8항에 있어서, 상기 박막 또는 밴드의 두께는 25 - 80 ㎛, 바람직하게는 35 - 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 땜납.
10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 강 및/또는 초합금을 고온 납땜하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 땜납.
11. 제 6항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 보호 가스를 사용하여 및/또는 진공 상태에서 및/또는 약 900℃ 내지 1,300℃의 온도 범위에서 납땜하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 땜납.
12. 열교환기를 고온 납땜하기 위한, 제 6항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 땜납의 사용.
13. 플레이트 열교환기를 납땜하기 위한, 제 6항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 땜납의 사용.