KR20010045819A

KR20010045819A - 알루미늄 브레이징 시트

Info

Publication number: KR20010045819A
Application number: KR1019990049274A
Authority: KR
Inventors: 지용준; 김기홍; 김재호
Original assignee: 신영주; 한라공조 주식회사
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2001-06-05

Abstract

본 발명은 알루미늄 브레이징 시트에 관한 것으로서, 미량의 Mg를 함유하고 있어도 강도가 저하되지 않음과 아울러 노콜록 브레이징하에서 우수한 브레이징 성능을 갖는 알루미늄 브레이징 시트의 제공을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트는, 전체에 대하여 Si가 0.8∼1.2wt%, Fe가 0.1∼0.7wt%, Cu가 0.15∼0.50wt%, Mn이 0.5∼0.7wt%, Mg가 0.05∼0.25wt%, Ti가 0.08∼0.12wt%이고, 그리고 나머지는 알루미늄 및 불가피 불순물을 함유하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 알루미늄 브레이징 시트의 적어도 일측면에 Si 함량이 5∼15wt% 함유된 Al-Si합금의 브레이징재가 클래드 처리될 수 있고, 이외에 모재의 적어도 일측면에 Al-Si-Cu 또는 Al-Si-Cu-Zn을 주성분으로 하는 합금으로 된 브레이징재가 클래드 처리될 수 있다.

Description

알루미늄 브레이징 시트{ALUMINUM BRAZING SHEET}

본 발명은 알루미늄 브레이징 시트에 관한 것으로서, 특히 강도가 우수할 뿐만 아니라 우수한 브레이징 성능을 갖는 알루미늄 브레이징 시트에 관한 것이다.

알루미늄(이하, 알루미늄 합금을 포함하는 의미로 사용된다)은 가볍고, 비교적 강도가 높으며, 열전도성능이 다른 금속에 비하여 현저하게 뛰어나 열교환성능이 우수할 뿐만 아니라 가공성이 우수하다는 장점으로 인하여 예컨대 자동차용 공기조화장치를 구성하는 열교환기의 중요한 소재로 사용되고 있다.

예컨대 열교환기를 제조할 경우 통상적으로 알루미늄 브레이징 시트를 성형하여 이루어진 알루미늄 부품들을 모두 조립 또는 적층하여 고정함으로써 알루미늄 부품 어셈블리를 만들고, 이 알루미늄 부품 어셈블리를 노(爐)에 넣어 소정온도로 가열하는 브레이징 공정을 통하여 알루미늄 부품들을 서로 접합함으로써 열교환기를 제조하게 된다.

알루미늄 부품들이 잘 접합될 수 있도록 하기 위하여 통상적으로 알루미늄보다 융점이 낮은 브레이징재를 선재 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)막이 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 인터내셔널사에서 시판하고 있는, KF 및 AlF₃로 조성된 이른바 노콜록(NOCOLOK) 플럭스가 주로 사용되고 있다.

알루미늄 브레이징 시트에 고강도 성능을 부여하기 위하여 종래에는 필수적으로 Mg를 첨가하여야만 하였고, 특히 전체에 대하여 0.3wt% 이상의 Mg가 첨가되어야만 소망하는 수준의 강도를 얻을 수 있었다.

그러나 이와 같이 Mg의 함량이 0.3wt% 이상 첨가될 경우에는 상기한 바와 같이 일반적으로 수행되는 노콜록 플럭스를 이용한 브레이징(이하, 편의상 "노콜록 브레이징"이라 칭함)에서는 거의 브레이징이 되지 않아 알루미늄 부품들 상호간의 접합부의 접합강도가 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다. 즉, Mg가 과잉 함유되면 브레이징시 Mg가 용융 플럭스와 반응하여 MgF2 또는 KMgF3 등의 반응생성물이 생성되어 브레이징재의 표면에 부착되고 이 반응생성물에 의하여 플럭스의 유동성이 저하될 뿐만 아니라 브레이징재의 융점도 높아지므로 브레이징 성능이 저하되는 것이다.

따라서, 이 경우에는 특별한 조성을 가진 고가의 플럭스를 사용하여 브레이징할 수밖에 없어 열교환기의 제조비용이 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 미량의 Mg를 함유하고 있어도 강도가 저하되지 않음과 아울러 일반적인 노콜록 플럭스를 사용하여 브레이징 하는 노콜록 브레이징하에서도 우수한 브레이징 성능을 갖는 알루미늄 브레이징 시트의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트는, 전체에 대하여 Si가 0.8∼1.2wt%, Fe가 0.1∼0.7wt%, Cu가 0.15∼0.50wt%, Mn이 0.5∼0.7wt%, Mg가 0.05∼0.25wt%, Ti가 0.08∼0.12wt%이고, 그리고 나머지는 알루미늄 및 불가피 불순물을 함유하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전체에 대하여 Si가 0.9∼1.1wt%, Fe가 0.4∼0.5wt%, Cu가 0.20∼0.45wt%, Mn이 0.55∼0.65wt%, Mg가 0.15∼0.20wt%, Ti가 0.08∼0.12wt%이고, 그리고 나머지는 알루미늄 및 불가피 불순물인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트의 경우 0.3wt% 미만의 Mg에 의하여 Mg₂Si가 형성됨으로써 Mg가 용융 플럭스와 반응하는 것이 방지됨과 아울러 잔류하는 과잉 Si가 강도향상에 기여를 하게 되므로 노콜록 브레이징하에서도 브레이징 성능이 저하되지 않음과 아울러 미량의 Mg로도 고강도의 특성을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트에 함유되는 성분들의 특성은 다음과 같다.

Mn의 경우에는 기본적으로 강도향상에 기여를 하지만 그 함량이 0.7wt% 이상일 경우에는 조대화합물의 형성으로 내식성이 저하된다. 특히 결정입계부식을 촉진시키므로 0.7wt% 이상의 함량이 포함되는 것은 바람직하지 않으며, 0.5wt% 이하일 경우에는 강도향상에 큰 영향을 끼치지 못함과 아울러 내식성 향상에도 도움이 되지 않는다. 특히 Mn과 함께 미량의 Cu가 첨가될 경우 내식성이 향상된다는 점을 고려하여 Mn은 최소한 0.5wt% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 따라서, Mn의 첨가량은 0.5∼0.7wt%의 범위가 바람직하며, 0.55∼0.65wt%의 범위가 가장 이상적이다.

Fe의 경우에는 0.7wt% 이하로 미량 첨가될 경우 강도 향상에 큰 영향을 끼침과 아울러 특히 고온 강도에 양호한 특성을 가진다. Fe의 함량이 0.7wt% 이상일 경우에는 Fe화합물이 형성되므로 내식성이 악화될 뿐만 아니라 기지에 많이 고용되어 열전달 특성이 저하되므로 Fe의 함량은 0.1∼0.7wt%의 범위가 바람직하고, 0.4∼0.5wt%의 범위가 가장 이상적이다.

Cu의 경우에는 0.15wt% 이상의 함량이 첨가될 때 강도 향상에 큰 영향을 끼치며, 전술한 바와 같이 Mn과 더불어 내식성 향상에 기여한다. 그러나 Mn의 함량이 0.50wt% 이상일 경우에는 오히려 내식성이 악화되므로 바람직하지 못하다. 따라서, Cu의 함량은 0.15∼0.50wt%의 범위가 바람직하며, 0.20∼0.45wt%의 범위가 가장 이상적이다.

Si의 경우에는 0.80wt% 이하의 함량에서는 과잉 Si에 의한 강도 향상 효과가 그다지 크지 않고, 1.2wt% 이상의 함량에서는 모재의 융점이 너무 낮아져서 브레이징 동안 에로젼 현상이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라 내식성이 저하되기 쉽다. Si는 전술한 바와 같이 기본적으로 Mg와 반응하여 Mg₂Si 화합물을 형성하며, 이 화합물이 형성되는 과정에서 소재의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 그러나 Mg의 함량이 많을 경우에는 브레이징 성능에 문제가 발생될 수 있으므로 본 발명이 의도하는 바대로 적은 양의 Mg를 사용할 수밖에 없다. 따라서, 본 발명에서는 Mg의 함량보다 훨씬 많은 양의 Si를 첨가하여 과잉 Si에 의한 강도 향상을 도모하고 있다. 본 발명에 있어서 Si의 함량은 0.8∼1.2wt%의 범위가 바람직하고, 0.9∼1.1wt%의 범위가 가장 이상적이다.

Mg의 경우에는 Si와 반응하여 형성되는 Mg₂Si 화합물에 의한 강도 향상이 큰 기여를 하지만 0.15wt% 이하에서는 강도 향상의 효과가 미약하며, 그 이상의 함량에서는 강도 향상에 큰 기여를 하지만 0.25wt% 이상 첨가될 경우 실질적으로 노콜록 브레이징으로는 브레이징이 잘 수행되지 않는다. 따라서, 현실적으로 0.25wt% 이상의 Mg가 첨가된 소재를 사용하기 위해서는 특수한 조성의 고가의 플럭스를 사용해야 하는 문제점이 있으므로 본 발명에서는 미량의 Mg 함량에서도 고강도의 특성을 가질 수 있고 노콜록 브레이징에서도 양호한 브레이징 성능을 가질 수 있도록 하고 있다. 본 발명에 따르면, 0.25wt% 이하의 Mg 함량에서도 기존의 노콜록 브레이징에 있어서 브레이징이 가능할 뿐만 아니라 특히 0.20wt% 이하의 Mg 함량에서는 우수한 브레이징 특성과 함께 강도가 향상되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명에 있어서 Mg의 함량은 0.05∼0.25wt%의 범위가 바람직하며, 0.15∼0.20wt%의 범위가 가장 이상적이다.

Ti의 경우에는 기본적으로 주조시 입자미세화제로 첨가되는 것을 주목적으로 하며, Ti 입자의 미세조직 배열 특성에 의하여 내식성이 향상된다. 0.08wt% 이하의 Ti 함량에서는 내식성에 크게 기여를 하지 못하며, 0.20wt% 이상의 Ti 함량에서는 조대화합물 등의 형성으로 내식성이 저하될 뿐만 아니라 생산성이 저해된다. 따라서, 본 발명에 있어서 바람직한 Ti의 함량은 0.08∼0.12wt%의 범위이며, 0.08∼0.12wt%의 범위가 가장 이상적이다.

〈비교시험예〉

다음의 표 1은 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트의 실시예와 종래 알루미늄 브레이징 시트의 비교예들에 대하여 노콜록 브레이징 성능과 노콜록 브레이징 후의 인장강도를 상대적으로 비교시험하여 그 결과를 나타낸 것이다. 각 성분의 함량의 단위는 wt%이며, 알루미늄 및 불가피 불순물은 나머지 성분이므로 표 1에는 기재하지 않았다. 기호 ◎는 비교성능이 양호한 것을 나타내고 △는 비교성능이 보통임을 나타낸다.

	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ti	브레이징성능	브레이징후 인장강도
실시예	1.0	0.45	0.25	0.60	0.19	0.10	◎	◎
비교예 1	0.2	0.28	0.59	0.78	0.18	0.09	◎	△
비교예 2	0.45	0.23	0.75	1.14	0.30	0.03	△	◎
비교예 3	1.03	0.48	0.41	0.79	0.30	0.09	△	◎

상기한 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트의 경우 일반적인 노콜록 플럭스를 사용한 노콜록 브레이징에서도 브레이징 성능이 우수하지만 비교예 2 및 3의 경우 고가의 특수한 플럭스를 사용하여 브레이징 하였을 경우 브레이징이 가능하였으나 일반 노콜록 브레이징에서는 상대적으로 브레이징이 제대로 되지 않음을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트의 경우 브레이징후 인장강도는 대략 20㎏/㎟을 나타내었으나, 비교예 3 및 4의 경우 대략 18∼21㎏/㎟의 인장강도로 실시예와 비슷한 수치를 나타내었고, 비교예 1의 경우에는 인장강도가 대략 13㎏/㎟ 정도로 아주 나쁜 결과를 나타내었다. 따라서, 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트의 경우 종래의 것과는 달리 실질적으로 브레이징 성능이 우수하면서도 고강도의 특성을 나타냄을 알 수 있다.

본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트의 경우 모재의 적어도 일측면에 브레이징재가 클래드 처리될 수 있다. 브레이징재로는 4000계열이 채용되는 것이 바람직하다. 즉, Si 함량이 5∼15wt% 함유된 Al-Si합금의 브레이징재가 사용되는 것이 바람직하며, 또한 이외에 Al-Si-Cu 또는 Al-Si-Cu-Zn을 주성분으로 하는 합금이 브레이징재로 사용될 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트에 있어서는, 미량의 Mg를 함유하고 있어도 강도가 저하되지 않음과 아울러 일반적인 노콜록 플럭스를 사용하여 브레이징 하는 노콜록 브레이징하에서도 우수한 브레이징 성능을 가질 수 있도록 함으로써 고가의 특수한 플럭스의 사용이 배제되어 생산성 향상 및 원가절감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 알루미늄 브레이징 시트를 이용하여 이루어진 알루미늄 부품들이나 이들을 브레이징하여 이루어진 열교환기 등의 조립체 등의 내구성도 향상시킬 수 있다.

Claims

전체에 대하여 Si가 0.8∼1.2wt%, Fe가 0.1∼0.7wt%, Cu가 0.15∼0.50wt%, Mn이 0.5∼0.7wt%, Mg가 0.05∼0.25wt%, Ti가 0.08∼0.12wt%이고, 그리고 나머지는 알루미늄 및 불가피 불순물을 함유하여 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄 브레이징 시트.
제 1 항에 있어서, 모재의 적어도 일측면에 Si 함량이 5∼15wt% 함유된 Al-Si합금의 브레이징재가 클래드 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄 브레이징 시트.
제 1 항에 있어서, 모재의 적어도 일측면에 Al-Si-Cu 또는 Al-Si-Cu-Zn을 주성분으로 하는 합금으로 된 브레이징재가 클래드 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄 브레이징 시트.