KR20000047330A

KR20000047330A - 알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물 및 상기 플럭스 조성물이함유된 알루미늄 브레이징재

Info

Publication number: KR20000047330A
Application number: KR1019980064133A
Authority: KR
Inventors: 지용준; 김기홍; 김재호
Original assignee: 신영주; 한라공조 주식회사
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 2000-07-25

Abstract

본 발명은 알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물 및 상기 플럭스 조성물이 함유된 알루미늄 브레이징재에 관한 것으로서, 특히 Mg를 함유한 고강도 알루미늄으로 된 알루미늄 부품에 대한 브레이징시 플럭스 및 브레이징재의 유동성을 증가시킴으로써 미접합부위의 발생을 방지하여 브레이징 제품에 대한 우수한 접합품질을 도모하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 플럭스 조성물은, 노콜록 플럭스에 LiF와, CsAlF₄플럭스 또는 CsAlF₄-KAlF₄플럭스가 소정비율 혼합하여 조성되고, 상기 LiF는 전체 합계량에 대하여 0.1∼7wt% 첨가되며, 상기 CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄는 전체 합계량에 대하여 0.1∼30wt% 첨가되어 조성된다. 또한, 본 발명에 따른 브레이징재는, 상기 플럭스 조성물과, 상기 플럭스 조성물을 제외한 전체 합계량에 대하여 1∼15wt%의 Si, 6∼39wt%의 Zn, 그리고 나머지 중량부가 Al인 Al-Si-Zn합금을 소정비율 혼합하여 조성되고, 상기 Al-Si-Zn합금과 플럭스 조성물의 조성비는 중량비로 99.9:0.1∼70:30임을 특징으로 한다. 따라서, LiF 및 CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄에 의하여 플럭스의 유동성이 향상됨은 물론 Zn에 의하여 브레이징재의 융점이 저하되어 브레이징재의 유동성도 향상되므로 브레이징재가 알루미늄 부품들의 상호간의 접합부로 원활하게 확산되어 공급된다. 따라서 미접합부위의 발생이 방지되므로 누설현상이 발생하지 않는다.

Description

알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물 및 상기 플럭스 조성물이 함유된 알루미늄 브레이징재

본 발명은 알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물 및 상기 플럭스 조성물이 함유된 알루미늄 브레이징재에 관한 것으로서, 특히 Mg를 함유한 고강도 알루미늄소재 또는 알루미늄합금(이하 '알루미늄'이라 칭한다.)으로 된 알루미늄 부품에 대한 접합력을 높일 수 있는 알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물 및 상기 플럭스 조성물이 함유된 알루미늄 브레이징재에 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 브레이징시에는 모재의 표면에 형성되는 산화피막, 즉 산화알루미늄(Al₂O₃)이 생성되어 브레이징재의 유동성을 방해하기 때문에 미접합부위가 발생하기 쉽고 또 접합상태도 양호하지 못하다.

따라서, 비산화분위기를 조성하여 대기중에서도 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 플럭스중에서도 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. 다음에 이러한 플럭스 함유 알루미늄 브레이징재들에 대하여 차례로 설명한다.

먼저, 일본 공개특허 평5-177386호에는, 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 브레이징시 Mg가 용융 플럭스와 반응하여 MgF2 또는 KMgF3 등의 반응생성물이 생성되어 브레이징재의 표면에 부착되고 이 반응생성물에 의하여 플럭스의 유동성이 저하될 뿐만 아니라 브레이징재의 융점도 높아진다.

그리고, 일본 공개특허 평5-185287호에는, Si와 불화물계 플럭스를 함유하고 또한 Zn, Sn, In을 1종 또는 2종 이상 함유하며 잔부는 Al 및 불가피 불순물로 이루어지며, 불화물계 플럭스를 제외한 원소의 합계 함유량에 대하여 Si 함유량이 3∼15wt%, Zn 함유량이 0.01∼0.5wt%, In 함유량이 0.01∼0.5wt%인 브레이징재가 개시되어 있다. 이 브레이징재에 따르면, Zn 등에 의하여 브레이징재의 융점 저하를 도모하고 있지만 Zn의 첨가량이 5wt%이하가 되면 실제로 융점을 거의 낮출 수 없다. 이 브레이징재의 경우 Zn 등의 첨가는 단순히 희생약극효과에 의하여 브레이징 제품의 내식성을 향상시킬 목적으로 첨가된다.

한편, 일본 공개특허 평6-79493호에는, Al, Si, Cu, 불화물계 플럭스를 함유하고, 불화물계 플럭스를 제외한 원소의 합계 함유량에 대하여 Si 함유량이 0.05∼20wt%이고, Cu 함유량이 5∼10wt%인 브레이징재와; Al, Si, Cu, 불화물계 플럭스를 함유하고, 불화물계 플럭스를 제외한 원소의 합계 함유량에 대하여 Si 함유량이 0.05∼20wt%이고, Cu 함유량이 5∼10wt%, Zn 함유량이 5∼20wt%인 브레이징재가 개시되어 있다. 전자의 브레이징재의 경우 융점을 낮추기 위하여 Cu가 첨가되지만 종래의 경우에도 일반적으로 융점저하용으로 Cu가 첨가한다는 점에서 전자의 브레이징재를 신규한 브레이징재로 볼 수 없다. 또 후자의 브레이징재의 경우 Cu 및 Zn이 함께 다량 첨가됨으로써 고형화시 보형성이 악화될 우려가 더욱 커지므로 선재나 링 형태로 가공할 때의 가공성이 떨어진다. 또 전자 및 후자의 브레이징재 공히 일반적인 플럭스를 함유함으로써 플럭스의 유동성이 약화되어 Cu 및 Zn에 의한 융점저하효과가 상쇄된다.

또한, 일본 공개특허 평6-344179호에는, 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.

또한, 일본 공개특허 평7-1177호에는, Al, Si, Cu 및 플럭스 성분을 함유하는 브레이징재에 있어서, 상기 브레이징재 성분 중의 Si 함유량이 0.05∼20wt%, Cu 함유량이 3∼10wt%이며, 상기 플럭스 성분이 KF, LiF 및 CsF를 함유하고 또한 이들 KF-LiF-CsF의 삼원상태도에 있어서 550도의 액상선에서 둘러싸인 범위로 배합된 불화물계 플럭스인 브레이징재가 개시되어 있다. 이 브레이징재에 있어서는 Cu가 첨가됨으로써 Cu에 의하여 전위가 높아져 오히려 모재가 부식되는 현상이 나타나 브레이징 제품의 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점들을 감안하여 안출된 것으로서, 특히 Mg를 함유한 고강도 알루미늄으로 된 알루미늄 부품에 대한 브레이징시 플럭스 및 브레이징재의 유동성을 증가시킴으로써 미접합부위의 발생을 방지하여 브레이징 제품에 대한 우수한 접합품질을 도모할 수 있는 알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물 및 상기 조성물이 함유 알루미늄합금 브레이징재의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물은, 노콜록 플럭스에 LiF와, CsAlF₄플럭스 또는 CsAlF₄-KAlF₄플럭스를 소정비율 혼합하여 조성된 것을 특징으로 한다.

LiF와 CsAlF4 또는 CsAlF4-KAlF4가 노콜록 플럭스에 함유되어 조성된 플럭스의 경우 브레이징시 플럭스의 유동성이 양호하다. 즉, 플럭스가 Mg와 반응하기 전에 용융 플럭스가 알루미늄 부품의 표면이나 접합부로 균일하게 퍼져 Mg에 의한 영향을 최소화함으로써 브레이징재의 융점을 낮춤과 아울러 유동성을 향상시키며, 따라서 브레이징재가 접합부로 원활하게 공급되므로 양호한 브레이징성을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 플럭스 조성물에 대한 조성비는 전체 합계량에 대하여 LiF가 0.1∼7wt%이고, CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄가 0.1∼30wt%이며, 나머지가 노콜록 플럭스인 것이 바람직하다.

플럭스 조성물 전체 합계량에 대하여 LiF가 0.1wt% 이하로 첨가되면 브레이징시 플럭스의 유동성 증가효과가 떨어져 노콜록 플럭스만을 사용하여 브레이징할 때와 별로 차이가 없다. 또한 플럭스 조성물 전체 합계량에 대하여 LiF가 7wt%이상 첨가되면 마찬가지로 플럭스의 융점이 상승하여 플럭스의 유동성이 저하된다. 최적의 LiF의 첨가량은 플럭스 조성물 전체 합계량에 대하여 0.1∼3.0wt%인 것이 바람직하다.

그리고 CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄의 경우 플럭스 조성물 전체 합계량에 대하여 30wt%이상 첨가되면 0.1∼30wt%의 범위로 첨가될 때와 마찬가지의 특성이 나타나기 때문에 30wt%이상의 CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄가 첨가되면 재료비만 상승하는 결과를 초래하게 된다. CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄에 대한 최적의 첨가량은 플럭스 조성물 전체 합계량에 대하여 5∼15wt%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 브레이징재는 Al-Si합금에 Zn성분을 첨가한 Al-Si-Zn합금과, 상기 플럭스 조성물을 소정 비율로 혼합하여 조성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 Zn이 첨가된 본 발명에 따른 브레이징재는 Mg가 함유된 알루미늄 부품에 대한 브레이징에 적합하다. 즉, Mg가 함유된 Al-Mg 합금은 Mg와 Si의 반응에 의하여 Mg₂Si 시효석출물을 형성함으로써 고강도의 특성을 발휘하지만 Mg가 플럭스와 반응하여 MgF₂또는 KMgF₃등의 반응생성물이 생성되어 브레이징재의 표면에 부착되고 이 반응생성물은 브레이징재의 융점을 높일 뿐만 아니라 브레이징재의 유동성을 저하시킨다. 또한 이 반응생성물은 플럭스의 양이 많을 경우와 마찬가지로 브레이징 제품의 외관품질 및 표면처리성을 저해하는 요인이 된다. 그러나, 본 발명에서와 같이 브레이징재에 Zn이 함유되면 Cu 및 Si와 마찬가지로 Zn이 브레이징재의 융점을 더욱 크게 저하시킴으로써 브레이징재의 유동성이 향상되고, 따라서 브레이징재가 알루미늄 부품들의 접합부에 원활하게 공급되므로 양호한 접합품질을 가진 브레이징 제품을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 브레이징재를 구성하는 Al-Si-Zn 합금은 플럭스 조성물을 제외한 전체 합계량에 대하여 1∼15wt%의 Si, 6∼39wt%의 Zn, 그리고 나머지가 Al로 조성되는 것이 바람직하며, 기타 미량의 불가피 불순물이 포함될 수 있다.

Si가 1wt%보다 작거나 15wt%보다 많게 첨가되면 브레이징재의 융점이 높아지기 때문에 Si 함량은 상기 범위를 벗어나지 않아야 한다.

또 Zn의 함량이 합금의 전체 합계량에 대하여 5wt% 이하일 경우에는 브레이징재의 융점은 거의 낮아지지 않고, Zn의 함량이 합금의 전체 합계량에 대하여 40wt% 이상일 경우에는 브레이징재에 대한 가공성이 저하되어 브레이징재를 선재 형태나 링 형태 또는 파이프 형태로 압출 등의 방법으로 가공하기 곤란하므로 Zn의 함량은 상기 범위를 벗어나서는 안된다.

그리고, 본 발명에 따른 브레이징재에 있어서는 Al-Si-Zn합금과 플럭스 조성물과의 조성비율은 중량비로 99.9:0.1∼70:30이 바람직하다.

플럭스의 양이 브레이징재 전체에 대하여 0.1 중량부보다 작으면 용융 플럭스의 확산면적이 작아 산소와 모재와의 접촉을 차단하기 어렵기 때문에 산화알루미늄막의 생성을 막을 수 없고, 따라서 브레이징재의 유동성이 저하됨으로써 브레이징이 어렵게 된다. 반대로 플럭스의 양이 30중량부를 넘으면 플럭스와 브레이징재를 혼합하여 알루미늄 시트 또는 알루미늄 부품에 고형화시키는 것이 어려울 뿐만 아니라 과잉 플럭스에 의하여 외관품질이 나쁘기 때문에 Al-Si-Zn합금과 플럭스 조성물과의 조성비율은 상기 범위로 규정되어야 한다.

<비교시험예>

다음에 본 발명에 따른 플럭스 조성물과 일반적으로 널리 사용되고 있는 노콜록 플럭스를 각각 적용한 알루미늄 부품에 대한 브레이징성능을 비교하였다.

브레이징을 하기 위하여 모재를 A3005 계열로 하고 모재의 접합 면중 한 쪽면에 Mg을 함유한 A4047 계열의 피재를 피복하여 A∼H까지의 알루미늄 시트를 만들었다. 즉, 모재는 Si 0.20wt%, Cu 0.21wt%, Mn 1.12wt%, Mg 0.56wt% 및 나머지가 Al로 조성된 것이 사용되었으며, 피재로는 Si 10.4wt%, Mg 0.18wt% 및 나머지가 Al로 조성된 것이 사용되었다.

그리고, 이 알루미늄 시트들에 LiF의 함량과, CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄의 함량을 다양하게 변화시켜 이루어진 플럭스 조성물들을 차례로 도포하고, 나머지 알루미늄 시트에는 노콜록 플럭스만을 도포하였다. 플럭스 도포가 용이하도록 액상의 플럭스를 만들기 위하여 각 플럭스 조성물을 플럭스 전체 합계량에 대하여 30wt%가 되도록 물에 혼합하여 사용하였다. 그리고 상기 플럭스들이 도포된 알루미늄 시트들을 바닥에 놓은 다음 그 위에 A1100 계열의 응축기용 압출재를 V형태로 만들어 직경 1.0mm의 와이어에 의하여 압출재의 한 쪽을 알루미늄 시트상에 받친 후 브레이징함으로써 알루미늄 시트들에 접합된 압출재의 접합길이를 각각 비교하여 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

시트종류	A	B	C	D	E	F	G	H
LiF함량(wt%)	1	1	1	3	5	7	9	-
노콜록플러스함량(wt%)	90	70	99	97	95	93	91	100
CsAlF₄-KAlF₄함량(wt%)	9	29	-	-	-	-	-	-
압출재의접합길이(㎜)	25.9	27.1	27.5	25.5	23.0	19.5	12.5	12.0

상기 표 1에서 알 수 있듯이, A, B 및 C 시트, 즉 노콜록 플럭스 90wt%, LiF 1wt% 및 CsAlF₄-KAlF₄9wt%로 조성된 플럭스 조성물과, 노콜록 플럭스 70wt%, LiF 1wt% 및 CsAlF₄-KAlF₄29wt%로 조성된 플럭스 조성물과, 그리고 노콜록 플럭스 99wt% 및 LiF 1wt%로 조성된 플럭스 조성물이 도포된 시트들이 가장 양호한 접합성능을 나타내었다. 따라서, 상기 표 1의 결과로부터 LiF가 0.1∼7wt%이고, CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄가 0.1∼30wt%인 범위로 노콜록 플럭스에 첨가되어 조성된 플럭스 조성물의 경우 접합품질이 우수함을 알 수 있다.

그리고, 상기한 범위로 조성된 플럭스 조성물이 함유되고, 플럭스를 제외한 나머지 원소의 전체 합계량에 대하여 1∼15wt%의 Si, 6∼39wt%의 Zn, 그리고 나머지 중량부가 Al인 Al-Si-Zn합금으로 이루어진 본 발명에 따른 브레이징재를 적용하여 브레이징함으로써 얻은 알루미늄 브레이징 제품 10개와, 노콜록 플럭스 및 종래 브레이징재를 적용하여 브레이징함으로써 얻은 알루미늄 브레이징 제품 10개에 대하여 동일한 조건으로 각각 누설시험을 한 결과, 본 발명에 따른 플럭스 조성물 및 브레이징재가 적용된 알루미늄 브레이징 제품들에서는 모두 누설현상이 발생하지 않았으나 노콜록 플럭스 및 종래 브레이징재가 적용된 알루미늄 브레이징 제품들에서는 10개중 9개에 미접합부위가 존재하여 누설현상이 발생하였다. 즉, 본 발명에 따른 플럭스 조성물이 함유된 브레이징재가 적용될 경우 우수한 접합품질을 나타내는 것을 알 수 있었다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 플럭스 조성물 및 브레이징재에 있어서는, 노콜록 플럭스에 플럭스의 유동성을 증가시키는 LiF와, CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄가 소정량 첨가됨으로써 브레이징시 용융 플럭스가 알루미늄 부품 표면 또는 접합면을 고르게 덮어 산화알루미늄막의 생성을 차단하고, 또 브레이징재에는 브레이징재의 융점을 떨어뜨리는 Zn이 소정량 첨가됨으로써 브레이징재의 유동성이 증가하여 알루미늄 부품들의 접합부에 브레이징재가 원활하게 공급됨으로써 미접합부위의 발생을 방지하고 또 누설현상도 발생하지 않으므로 우수한 접합품질을 도모할 수 있다.

Claims

노콜록 플럭스에 LiF가 소정비율 혼합하여 조성되고;

상기 LiF는 전체 합계량에 대하여 0.1∼7wt% 첨가되며;

상기 CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄는 전체 합계량에 대하여 0.1∼30wt% 첨가되어 조성됨을 특징으로 하는 알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물.
노콜록 플럭스에 LiF와, CsAlF₄플럭스 또는 CsAlF₄-KAlF₄플럭스가 소정비율 혼합하여 조성되고;

상기 LiF는 전체 합계량에 대하여 0.1∼7wt% 첨가되며;

상기 CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄는 전체 합계량에 대하여 0.1∼30wt% 첨가되어 조성됨을 특징으로 하는 알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물.
전체합계량에 대하여 LiF가 0.1∼7wt%, 그리고 나머지가 노콜록 플럭스로 조성된 플럭스 조성물과, 상기 플럭스 조성물을 제외한 전체 합계량에 대하여 1∼15wt%의 Si, 6∼39wt%의 Zn, 그리고 나머지 중량부가 Al인 Al-Si-Zn합금을 소정비율 혼합하여 조성되며;

상기 Al-Si-Zn합금과 플럭스 조성물의 조성비는 중량비로 99.9:0.1∼70:30임을 특징으로 하는 알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물이 함유된 알루미늄 브레이징재.
전체합계량에 대하여 LiF가 0.1∼7wt%, CsAlF₄또는 CsAlF₄-KAlF₄가 0.1∼30wt%, 그리고 나머지가 노콜록 플럭스로 조성된 플럭스 조성물과, 상기 플럭스 조성물을 제외한 전체 합계량에 대하여 1∼15wt%의 Si, 6∼39wt%의 Zn, 그리고 나머지 중량부가 Al인 Al-Si-Zn합금을 소정비율 혼합하여 조성되며;

상기 Al-Si-Zn합금과 플럭스 조성물의 조성비는 중량비로 99.9:0.1∼70:30임을 특징으로 하는 알루미늄 브레이징용 플럭스 조성물이 함유된 알루미늄 브레이징재.