KR20020058030A

KR20020058030A - 브레이징 특성이 우수한 알루미늄 제품

Info

Publication number: KR20020058030A
Application number: KR1020027006510A
Authority: KR
Inventors: 모를리에드
Original assignee: 앨린 앤더슨; 노르스크 히드로 아에스아
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2002-07-12
Also published as: CZ20021797A3; JP2003514671A; EP1232040A1; AU1655300A; WO2001038040A1; PL355680A1; CN1398212A

Abstract

적어도 하나의 평탄한 표면이 메타크릴레이트 단일중합체 또는 메타크릴레이트 공중합체를 주성분으로 하는 합성 수지와 브레이징 플럭스를 포함하는 브레이징 플럭스 조성물로 코팅되고, 상기 브레이징 플럭스는 반응성 플럭스이며, 브레이징 플럭스 조성물의 코팅에는 금속 및/또는 실리콘 입자가 없는 것인 알루미늄 제품.

Description

브레이징 특성이 우수한 알루미늄 제품{ALUMINIUM PRODUCT WITH EXCELLENT BRAZING CHARACTERISTICS}

이러한 알루미늄 제품은 독일 특허 GB-A-2,334,531에 공지되어 있다.

이 공지된 제품에서, 코팅에는 필요한 브레이징 결합을 얻기 위해서 브레이징 입자, 특히 금속 입자, 또는 규소 입자 또는 이들의 혼합물이 함유되어 있다.

이러한 브레이징 입자를 사용하면 여러 가지 불리한 점이 있다.

우선, 브레이징 입자는 코팅의 바인더와 혼합되어야 하는데, 사실상 이와 같은 혼합은 물리적 혼합이기 때문에, 코팅이 분리되고 동종성을 상실하기 쉽게 된다.

일반적으로, 브레이징 입자의 크기는 코팅 두께에 비해 커서 입자는 코팅 표면에서 돌출된 상태이기 때문에, 표면이 거칠어져 조작 중에 튜브의 슬라이딩을 방해하기 쉽게 된다. 또한, 이송 가공(transport machining)과 같은 조작 중에 2 개의 제품의 접촉 표면 사이에서 기계적 마모가 발생하여, 도포된 코팅의 브레이징 특성을 변화시키거나, 심지어는 손상시키기도 한다.

브레이징 입자, 특히 규소 입자를 사용하면, 국소적인 표면 반응이 발생하여, 브레이징 중에 제품의 표면 두께가 불규칙적으로 되거나, 용락(溶落) 현상과 같은 브레이징 오류가 발생하게 된다.

본 발명은 적어도 하나의 평탄한 표면이 브레이징 플럭스와, 메타크릴레이트 단일중합체(methacrylate homopolymer) 또는 메타크릴레이트 공중합체 (methacrylate copolymer)를 주성분으로 하는 합성 수지를 포함하는 브레이징 플럭스 조성물(flux composition)로 코팅되고, 브레이징 특성이 우수한 알루미늄 제품에 관한 것이다.

도 1은 리버스 롤 코팅 또는 롤전사 프린팅 장비를 보여준다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점이 없는 알루미늄 제품을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 브레이징 플럭스가 반응성 플럭스(reactive flux)이고, 브레이징 플럭스 코팅에는 금속 및/또는 실리콘 입자가 없는 것에 의해 달성된다.

반응성 플럭스는 화학적 조성물을 포함하는 플럭스인데, 이 화학적 조성물은 상승된 온도에서 알루미늄과 반응하여 제자리에 그 온도에서 브레이징될 수 있는 브레이징 합금을 형성한다.

반응성 플럭스는 포타슘플루오로규산염 또는 포타슘플루오로아연산염이 바람직하지만, 세슘염 또는 루비듐염도 효과적이다.

이러한 반응성 플럭스 시스템은 국제 특허 출원 WO-A-98.10887에 더 자세히 기재되어 있고, 그 내용은 본 명세서에 참고로 통합된다.

상기 플럭스 조성물에서 브레이징 플럭스 대 합성 수지의 중량비는 9:1 내지 3:2의 범위에 있다. 반응성 플럭스의 중량비가 9를 초과하면, 알루미늄 재료에 대한 플럭스 조성물의 부착성이 불충분해지고, 코팅에는 플레이킹(flaking)이 일어나며, 이와 달리 상기 중량비가 3:2보다 작으면 초과 부분의 합성 수지로 인해 브레이징 분위기를 손상시켜 브레이징 특성을 변화시키고 비용을 상승시킨다.

본 발명은 적어도 하나의 평탄한 표면이 메타크릴레이트 단일중합체 또는 메타크릴레이트 공중합체를 주성분으로 하는 합성 수지가 용해되어 있는 유기 용매와, 브레이징 플럭스를 포함하는 혼합 플럭스 조성물로 코팅되고, 브레이징 특성이 우수한 알루미늄 제품의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 브레이징 플럭스가 반응성 플럭스이고, 브레이징 플럭스의 코팅에는 금속 및/또는 실리콘 입자가 없으며, 리버스 롤 코팅 기법(reverse roll coating technique)에 의해 코팅을 도포하고, 그 후 도포된 코팅을 가열 건조하여 혼합 플럭스 조성물의 유기 용매를 증발시키는 것을 특징으로 한다. 롤전사 프린팅(roll-trnasfer printing)을 도포 방법으로 사용할 수도 있지만, 퇴적층의 질을 우수하게 제어할 수 있기 때문에, 리버스 롤 코팅 기법이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 합성 수지는 주로 메타크릴레이트 단일중합체 또는 2 이상의 메타크릴레이트 공중합체가 바람직하다. 이러한 메타크릴산 에스테르의 특정예로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 2-메틸프로밀 메타크릴레이트, 엔-부틸 메타크릴레이트, 티-부틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 옥틸 메타크릴레이트-이소데실 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 디아틸아미노에틸 메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 티-부틸아미노에틸메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, 메타테라하이드로푸르푸릴 메타크릴레이트 등이 있다.

리버스 롤 코팅 또는 롤전사 프린팅 장비는, 예를 들어 도 1에 도시된 구조를 갖는데, 리와인딩 유닛으로부터 공급된 납작한 압출 알루미늄 다공극 튜브(A)를 공급롤(10)을 통해 조성물 도포 단계로 이송한다. 이 도포 단계에서, 조성물 컨테이너(1)에 저장된 조성물을 부착 픽업롤(2)로 픽업하여, 도포롤(3)에 전사한 후, 도포롤(3)과 백업롤(4)을 통과하는 납작한 압출 알루미늄 다공성 튜브(A)의 표면을 도포한다.

조성물로 코팅된 납작한 압출 알루미늄 다공성 튜브(A)는 공급롤(11)을 통해 건조영역(6)과 냉각영역(7)으로 구성된 대류식 오븐과 같은 오븐(5)으로 이송된다. 납작한 압출 알루미늄 다공성 튜브(A)는, 건조영역(6)에서 약 200 내지 300℃로 가열된 후, 공급롤(12)을 통과하여, 이어서 냉각되고 권취 유닛(9)에 권취된다. 노용 가열 시스템으로는 대류식 가열 시스템이 적합하지만, 원적외선을 이용한 복사식 가열을 사용할 수 있고, 이에 더불어 유기 용매의 증발을 촉진하기 위해 공기를 공급할 수도 있다.

납작한 압출 알루미늄 다공성 튜브(A)는 대체로 몇 초 내에 노(5)를 통과하는데, 이 시간 동안에 상기 튜브에 코팅된 조성물에 함유된 유기 성분은 증발하고,납작한 압출 알루미늄 다공성 튜브 한쪽의 평탄한 표면에 플럭스와 합성 수지를 포함하는 코팅을 남겨둔다. 도 1에는 납작한 압출 알루미늄 튜브의 평탄한 표면 중 단지 한 쪽만을 조성물로 도포하기 위한 장비의 구조가 도시되어 있지만, 하나 이상의 조성물 컨테이너와 롤세트를 부가함으로써 상기 납작한 튜브의 양쪽을 모두 코팅할 수 있다.

이하에서는, 예와 관련하여 본 발명을 더 자세히 설명한다.

예

바인더 시스템은 롬 앤 하스의 파라로이드 B 48(Raraloid B 48, Rohm & Haas)을 기초로 하였다. 플럭스 대 바인더의 비율이 3:2라면 브레이징 측면에서 만족스럽다는 것을 인지하고, 코팅을 형성하였다. 본 실험에서는 1 회분의 K₂SiF₆를 사용하였다. 이 재료를 최대 입자 크기가 튜브 상의 코팅 중의 건식 코팅 두께보다 작도록(특히, <30㎛) 합성하여 스크린 처리하였다. 파라로이드 B 48은 크실렌 용매의 40% 고용체에서 입수할 수 있었다.

이하, 코팅 변수를 조절하는 바코팅 실험을 요약한다.

플럭스(gram)	B 48 용액(ml)	크실렌(ml)	바코터	건식 코팅 두께	g/m²플럭스
75	125	-	브라운	>50	>70
75	125	20	블루	45	>50
75	125	40	그레이(036)	30	40
75	125	60	그레이(036)	25	±30

코팅 평가

바코터(bar coater)를 사용하여 MPE 튜브 샘플을 코팅하였다. 습식 코팅의건조/경화는 240℃로 설정된 오븐에서 1분 30초로 설정한 표준 오븐을 사용하였다. 건식막 두께는 와전류 코팅 두께 측정 장치를 사용하여 검사했을 때, 25 내지 28㎛ 이었다. 60, 40, 및 20 lb.in을 사용한 리버스 충격 테스트는 접착 테이프(셀로테이프)로 테스트한 경우, 만입부에서 접착 손실이 없고, 코팅의 손실도 없었다. 코팅된 튜브 샘플을 완전히 굴곡시켜, 다시 접착 테이프로 접착력을 테스트하였다. 단지 테이프가 약간 변색되는 것만 관찰되었다. 건식 코팅의 표면은 비교적 매끄럽고, 인접한 코팅 표면에 들러붙으려는 경향을 보이지 않았다. 전술한 방법으로 코팅된 튜브를 피복하지 않은 핀(fin)으로 조립하였고, CAB 브레이징 오븐에서 성공적으로 브레이징하였다.

코팅

충분한 코팅 재료는 실험실 롤 코팅 장비의 트레이를 채우도록 구성되었다. 우선, 약 2 리터의 코팅 재료를 플럭스와 파라로이드 비 48의 비율이 3:2와 일치하도록 구성하였다. B 48에 사용한 용매는 DBE(2가 에스테르)로 하였다. 코터에는 2 가지 형태의 롤을 설치하였다(특히, 하나의 픽업롤과 하나의 도포롤). 코팅 재료를 리버스 롤 코팅 기법으로 납작한 튜브 표면에 도포하였다. 도포롤을 조정하여 코팅의 필요한 건식막 두께(25 내지 28㎛)를 형성하였고, 1회분의 튜브를 코팅하였으며, 습식 코팅을 건조하였다. 그 후, 튜브의 반대편을 코팅하였고, 습식막을 한 번 이상 건조시켜 각 튜브의 평탄한 면이 균등한 코팅 두께를 수용하였다. 코팅을 건조하기 위한 최소 요건을 확립하기 위해, 몇 개의 튜브를 실험실 건조 오븐에 평소 유지 시간의 절반인 45초 동안만 배치하였다. 리버스 충격 테스트와 굽힘 테스트에 의한 코팅 테스트에 의하면, 상기 코팅은 오랜 경화 시간을 수용한 튜브의 코팅보다 열등하지 않다는 것이 밝혀졌다.

코팅된 튜브의 평가

코팅된 튜브 샘플의 중량을 측정하고, 그 후 약 10분 동안 350℃의 실험실 머플노에 배치하였다. 그 후, 잔부 코팅을 교란하지 않도록 조심스럽게 튜브를 제거하였고, 냉각 시에 다시 중량을 측정하였다. 그 후, 종이 티슈로 소제하여 물리적으로 잔부 코팅을 제거한 후, 다시 중량을 측정하였다. 무게 차이로부터, 코팅 두께를 정할 수 있고, 따라서 플럭스의 양도 정할 수 있다.

롤 코팅된 튜브의 CAB 브레이징

코팅된 MPE 튜브와 피복하지 않은 핀 재료를 사용하여 5 개의 샘플 코아를 제조하였다. 이 샘플을 아래 조건과 설정을 사용하여 CAB를 통과시켰다.

	영역 1	영역 2	영역 3	영역 4	영역 5	영역 6	영역 7	벨트 속도(in/min)
1	400	450	585	605	610	614	614	12
2	400	450	585	605	610	614	614	15
3	450	480	500	550	580	600	600	9
4	450	480	500	580	600	610	580	12
5	450	480	500	580	600	610	610	15

브레이징 작업의 핵심적인 특성을 아래의 표에 요약한다.

	최대 온도 ℃	577℃보다 온도가 높은 시간 (min)	595℃보다 온도가 높은 시간 (min)	600℃보다 온도가 높은 시간 (min)	400 내지 577℃에서의 경사도 (℃/min)	색깔	브레이징 필렛
1	613	445	345	300	37	튜브의 외표면에 브이. 다크	기본적으로 양호
2	608	3	2	2.6	68	#1 보다 밝음	접촉이 양호한 곳에서 양호
3	600	4.5	2.1	-	30	코팅되지 않은 면에 서도 브라운 색조	불량함
4	604	3.7	2.15	1.35	68	#2와 유사함	#2와 유사함
5	605	2.4	1.6	1.4	61	#2의 코아 내의 어두움보다 어두움	취약

최종 브레이징 조인트에는 우수한 필렛이 형성되고, 이 브레이징 조인트에는 어떠한 자유 규소 입자도 존재하지 않았다.

Claims

적어도 하나의 평탄한 표면이 메타크릴레이트 단일중합체 또는 메타크릴레이트 공중합체를 주성분으로 하는 합성 수지와 브레이징 플럭스를 포함하는 브레이징 플럭스 조성물로 코팅되고, 브레이징 특성이 우수한 알루미늄 제품에 있어서, 상기 브레이징 플럭스는 반응성 플럭스이고, 브레이징 플럭스 조성물의 코팅에는 금속 및/또는 실리콘 입자가 없는 것을 특징으로 하는 알루미늄 제품.
제1항에 있어서, 반응성 플럭스는 포타슘플루오로규산염 및/또는 포타슘플루오로아연산염를 함유하는 것인 알루미늄 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플럭스 조성물에서 브레이징 플럭스 대 합성 수지의 중량비는 9:1 내지 3:2의 범위에 있는 것인 알루미늄 제품.
제2항에 있어서, 상기 브레이징 플럭스는 K₂SiF₆0 내지 100 중량%, KZnF₃0 내지 100 중량%, 및/또는 포타슘 플루오로알루미늄산염 0 내지 50 중량%로 이루어진 것인 알루미늄 제품.
제4항에 있어서, 포타슘 플루오로알루미늄산염은 KAlF₄및/또는 K₂AlF₅인 것인 알루미늄 제품.
제4항에 있어서, 브레이징 플럭스는 K₂SiF₆6 내지 100 중량%를 함유하는 것인 알루미늄 제품.
제2항에 있어서, 브레이징 플럭스는 K₂SiF₆70 내지 90 중량%와, KAlF₄30 내지 10 중량%를 함유하는 것인 알루미늄 제품.
제2항, 제4항, 제5항, 제6항, 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 포타슘염의 일부분 이상을 세슘염 및/또는 루비듐염으로 대체하는 것인 알루미늄 제품.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 반응성 플럭스의 양은 코팅된 표면의 자유 Si, Zn, 또는 Zn + Si의 양이 1 내지 7g/m^`내에 있는 것인 알루미늄 제품.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 합성 수지는 롬 앤 하스의 파라로이드 B 48(Paraloid B 48 of Rohm & Hass)와 같은 상업적으로 입수 가능한 수지를 10 중량% 이상까지 포함하는 것인 알루미늄 제품.
적어도 하나의 평탄한 표면이 메타크릴레이트 단일중합체 또는 메타크릴레이트 공중합체를 주성분으로 하는 합성 수지와 브레이징 플럭스를 포함하는 브레이징 플럭스 조성물로 코팅되고, 브레이징 특성이 우수한 알루미늄 제품의 제조 방법에 있어서, 브레이징 플럭스는 반응성 플럭스이고, 브레이징 플럭스의 코팅에는 금속 및/또는 실리콘 입자가 없으며, 롤전사 코팅 기법으로 코팅을 도포하고, 그 후 도포된 코팅을 가열 및 건조하여 혼합 플럭스 조성물의 유기 용매를 증발시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 제품의 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 유기 용매의 분자 구조에서 산소에 대한 탄소의 원자비가 2 내지 3 사이의 값인 것인 알루미늄 제품의 제조 방법.
제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 플럭스 조성물의 점도는 100 내지 10000 mPA-s 사이인 것인 알루미늄 제품의 제조 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 플럭스 조성물 내에 함유된 플럭스 분말 대 합성 수지의 중량비는 9:1 내지 3:2의 범위에 있는 것인 알루미늄 제품의 제조 방법.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 합성 수지는 롬 앤 하스의 파라로이드 B 48(Paraloid B 48 of Rohm & Hass)과 같은 상업적으로 입수 가능한 수지를 10 중량% 이상까지 포함하는 것인 알루미늄 제품의 제조 방법.