KR20060096645A

KR20060096645A - 고 마그네슘 알루미늄 합금용 접합시트 및 고 마그네슘 알루미늄 합금 접합방법

Info

Publication number: KR20060096645A
Application number: KR1020050017320A
Authority: KR
Inventors: 오승택; 김범주
Original assignee: 모딘코리아 유한회사
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-13
Also published as: KR100625090B1; US20060199019A1; DE102006009294A1

Abstract

본 발명은, 마그네슘 성분의 확산을 방지하는 접합재층과, 바인더와 융제분말 및 금속분말을 포함한 혼합분말을 포함하여 접합재층의 양면에 코팅되는 접합층을 포함하여 구성되어, 마그네슘의 함유량이 많은 서로 다른 소재를 보다 튼튼하게 접합시킬 수 있는 접합시트를 제공한다. 또한, 본 발명은, 마그네슘 성분의 고농도화를 방지하며 상기 모재를 상호 접합하는 접합재층 양면에 접합층을 도포하여 접합시트를 마련하는 단계, 알루미늄에 0.2~2.5%의 마그네슘을 포함한 알루미늄 합금으로 이루어지는 모재 사이의 접합지점에 상기 접합시트를 결합하는 단계, 접합시트가 결합된 모재를 브레이징하는 단계를 포함하도록 구성되어, 마그네슘의 함유량이 많은 소재도 브레이징 가공을 통해 간편하고 견고하게 접합시킬 수 있는 고 마그네슘 알루미늄 합금 접합방법을 제공한다.

마그네슘, 브레이징, 접합시트, 바인더, 열교환기

Description

고 마그네슘 알루미늄 합금용 접합시트 및 고 마그네슘 알루미늄 합금 접합방법 {Adhesive sheet for brazing magnesium alloy and method for brazing magnesium and aluminum alloy}

도 1은 본 발명에 의한 고 마그네슘 알루미늄 합금용 접합시트의 분해사시도이다.

도 2는 본 발명에 의한 접합시트가 고 마그네슘 알루미늄 합금 사이에 결합된 형상을 도시하는 사시도이다.

도 3은 본 발명에 의한 고 마그네슘 알루미늄 합금 접합방법의 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 접합시트 110 : 접합재층

120 : 접합층 200 : 고 마그네슘 알루미늄 합금

본 발명은 고 마그네슘 알루미늄 합금을 접합시키기 위한 시트 및 이를 이용 한 고 마그네슘 알루미늄 합금 접합방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 고 마그네슘 알루미늄 합금 사이에 결합되어 브레이징 시 마그네슘 성분의 혼합에 의한 접합효율 저하를 방지하는 접합시트와 상기와 같은 접합시트를 이용하여 마그네슘 성분이 포함된 합금을 접합시키는 방법에 관한 것이다.

통상적으로 열교환기는 열전도율이 좋은 알루미늄 합금재질의 부품이 결합되어 제조되는데, 이때 열교환기는 각 부품이 조립된 후 브레이징을 통해 결합된다. 브레이징 종류에는 진공 브레이징과, 질소분위기 상태에서 연속적으로 제품을 브레이징하는 노코록(Nocolock) 브레이징 방법이 있다. 일반적으로 노코록 브레이징 방법이 진공 브레이징 방법에 비해 생산성이 좋아 이 방법으로 생산방식이 거의 변화하는 추세에 있다.

이 제조방법에서 사용되는 융제(Flux)는 사불화 알루미네이트 칼륨(KAlF₄)을 포함하도록 구성되어 알루미늄과 알루미늄을 브레이징 접합하는데 있어서 565~572℃의 온도에서 용융된다. 따라서, 용융된 융제는 알루미늄 표면에 존재하는 산화층과 반응, 융해시키며 산화막을 제거하는 역할을 하고, 용융된 알루미늄 표면을 피복하여 재산화를 방지한다.

이때, 알루미늄 열교환기에 있어서 고강도가 필요한 부품들이 있는데, 이런 부품의 소재적인 측면에서 강도를 증가시키기 위해서는 마그네슘(Mg)을 포함시킨다.

알루미늄 소재에 마그네슘 함량을 증가시키면, 용매원자(Al) 격자에 용질원 자(Mg)가 고용됨에 따라 고용체(Solid Solution)가 형성되고, 이에 의해 격자의 뒤틀림 현상이 발생되며, 용질원자의 근처에 응력장(stress field)이 형성된다.

용질원자에 의한 응력장이 가동전위의 응력장과 상호작용을 하여, 전위의 이동을 방해함으로써 재료를 강화시키는 고용체 강화(Solid solution strengthening ) 현상이 발생된다. 이러한 고용체 강화현상으로 기지조직의 강도가 강화된다.

그러나 알루미늄 소재에 마그네슘 함량이 증가하면, 사불화 알루미네이트 칼륨 성분이 포함된 융제를 사용하는 노코록 브레이징 시 마그네슘이 모재의 습윤성을 떨어뜨리기 때문에 브레이징에 악영향을 준다. 또한 모재중의 마그네슘과 융제가 반응하여 융점이 1070℃인 플루오르화 칼륨 마그네슘(KMgF₃) 및 융점이 1270℃인 플루오르화 마그네슘(MgF₂)을 형성하여 융제의 기능을 저하시키고 접합재 사이의 접합 성능을 떨어뜨린다. 따라서 열교환기 부품에는 마그네슘의 함량을 0.2%이하로 설정하고, 일반 접합 강도가 필요한 부품에는 마그네슘의 함량을 0.45% 이내로 설정한다.

그러나 이 보다 더 큰 강도를 위하여 0.45% 이상 또는 0.2%이상의 마그네슘을 함유하는 알루미늄 소재는 접합 시 불량이 발생되기 때문에 현재는 사용을 못하고 있다.

따라서 열교환기 부품의 강도 향상에 한계가 있기 때문에, 열교환기의 내구성이 길지 않은 한계가 있으며, 향후 이산화탄소가 냉매로 사용되는 시스템에서는 더욱 구성부품의 내구강도가 요구되기 때문에 마그네슘의 함유율이 높은 알루미늄 합금소재의 브레이징 접합기술 개발은 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마그네슘의 함유량이 많은 소재라도 용이하게 접합시킬 수 있는 접합시트와, 서로 다른 두 소재에 함유된 마그네슘 성분이 합쳐지지 아니하도록 하여 접합효율을 높일 수 있는 접합방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 접합시트는, 마그네슘 성분의 확산을 방지하는 접합재층과; 융제분말과 금속분말을 포함한 혼합분말과, 바인더를 포함하도록 구성되어, 접합재층의 양면에 코팅되는 접합층을 포함하여 구성된다. 이때, 접합층은, 바인더 20 내지 70 중량%와 혼합분말 30 내지 80 중량%를 혼합하여 구성된다.

금속분말은, 알루미늄과, 규소합금분말과, 세슘분말 또는 리튬분말을 포함하도록 구성된다.

이때, 혼합분말은 융제분말 60 내지 66 중량%, 알루미늄과 규소합금분말 30 내지 33 중량%, 세슘분말 1 내지 10 중량%를 포함하도록 구성된다.

또한, 접합재층은 알루미늄 86 내지 94 중량%와 실리콘 6 내지 14 중량%가 혼합되어 제조됨이 바람직하다.

이때, 접합층의 두께는 접합재층 두께의 6 내지 20%가 되도록 형성됨이 바람 직하다.

본 발명에 의한 고 마그네슘 알루미늄 합금 접합방법은, 마그네슘 성분의 고농도화를 방지하며 상기 모재를 상호 접합하는 접합재층 양면에 접합층을 도포하여 접합시트를 마련하는 단계, 알루미늄에 0.2~2.5%의 마그네슘을 포함한 알루미늄 합금으로 이루어지는 모재 사이의 접합지점에 상기 접합시트를 결합하는 단계, 접합시트가 결합된 모재를 브레이징하는 단계를 포함하도록 구성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 고 마그네슘 알루미늄 합금용 접합시트 및 고 마그네슘 알루미늄 합금 접합방법의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 고 마그네슘 알루미늄 합금용 접합시트의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 접합시트가 고 마그네슘 알루미늄 합금 사이에 결합된 형상을 도시하는 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 고 마그네슘 알루미늄 합금용 접합시트(100)는, 마그네슘 성분의 확산을 방지하는 접합재층(110)과, 접합재층(110)의 양면에 도포되는 접합층(120)으로 구성되어, 도 2에 도시된 바와 같이 두 개의 고 마그네슘 알루미늄 합금(200) 사이에 결합된다. 이때, 접합층(120)이 과도하게 얇은 경우에는 접합이 완벽하게 이루어지지 아니하고 접합층(120)이 과도하게 두꺼운 경우에는 재료의 손실을 가져오므로, 접합층(120)의 두께는 접합재층(110) 두께의 6 내지 20%가 되도록 형성됨이 바람직하다.

이와 같은 접합시트(100)는 열교환기를 구성하는 각종 튜브나 핀을 접합시키 는 경우뿐만 아니라 브레이징 가공을 통하여 고 마그네슘 알루미늄 합금을 접합시키는 다양한 경우에 적용될 수 있다.

접합재층(110)은 마그네슘에 의한 접합성 저하를 방지하기 위하여 마그네슘이 전혀 포함되지 아니하는 성분으로 제조되어야 하며, 열전도를 위해 알루미늄 86 내지 94 중량%와 실리콘 6 내지 14 중량%가 혼합되어 제조된다. 이때, 접합재층(110)은 알루미늄 92 내지 89 중량%와 규소 8 내지 11 중량%로 이루어지는 A4045 소재나, 또는 알루미늄 86 내지 88 중량%와 규소 12 내지 14 중량%로 이루어지는 A4047 소재로 제조됨이 바람직하다.

접합층(120)은, 바인더(Binder) 20 내지 70 중량%에 혼합분말이 30 내지 80 중량% 용융되어 제조되며, 이때 혼합분말은 바인더를 용융시키기 위한 융제분말과 열전도를 위한 알루미늄과 점착성 향상을 위한 규소분말을 포함하여 구성된다.

또한 혼합분말은 세슘분말이나 리튬분말을 포함하도록 구성될 수도 있다. 이와 같이 혼합분말에 세슘분말이나 리튬분말이 포함되면, 마그네슘은 융제와 반응하기 이전에 세슘이나 리튬과 반응하여 고융점 화합물인 플루오르화 칼륨 마그네슘(KMgF₃) 및 플루오르화 마그네슘(MgF₂)의 생생을 억제한다. 플루오르화 칼륨 마그네슘(KMgF₃) 및 플루오르화 마그네슘(MgF₂)의 생생이 억제되면 접합층(120)의 유동성이 향상되어 표면이나 접합부로 원활하게 공급되므로 양호한 브레이징성을 얻을 수 있게 된다.

이때, 규소의 함유량이 지나치게 적은 경우에는 점착성이 저하되고 규소의 함유량이 과도한 경우에는 브레이징 시 에로존에 의한 고 마그네슘 알루미늄 합금 (200)에 손상이 발생되며, 세슘의 함유량이 과도하게 많은 경우에는 융제의 기능과 접합효율을 저하시킨다. 따라서 혼합분말은, 융제분말 60 내지 66 중량%, 알루미늄과 규소합금분말 30 내지 33 중량%, 세슘분말 또는 리튬분말 1 내지 10 중량%를 포함하도록 구성됨이 바람직하다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 모재로 고 마그네슘 알루미늄 합금(200)을 선택하고, 접합시트(100)를 이용하여 서로 다른 두 개의 고 마그네슘 알루미늄 합금(200)을 결합시킨 경우를 설명한다.

고 마그네슘 알루미늄 합금(200) 사이에 접합시트(100)의 결합이 완료되면, 브레이징 가공을 통해 접합시트(100)를 매개체로 하여 서로 다른 두개의 고 마그네슘 알루미늄 합금(200)을 접합시킨다. 이때, 고 마그네슘 알루미늄 합금(200)의 용융점은 약 660도 이상이고 접합재층(110)의 용융점은 585~620도 이므로, 외부로부터 열이 인가되면 접합재층(110)이 고 마그네슘 알루미늄 합금(200)보다 먼저 용융되어 서로 다른 두개의 고 마그네슘 알루미늄 합금(200)을 접합시키게 된다.

또한, 서로 다른 두개의 고 마그네슘 알루미늄 합금(200)은 접합재층(110)의 양면에 도포된 각각의 접합층(120)에 결합되므로 상호 직접 접촉되지 아니한다. 또한, 접합재층(110)은 마그네슘 성분이 포함되지 아니한 알루미늄과 규소의 혼합물로 구성되므로, 고 마그네슘 알루미늄 합금(200)에 함유된 각각의 마그네슘 성분은 접합재층(110)에 의해 완벽히 차단된다.

따라서 본 발명에 의한 접합시트(100)를 사용하면 마그네슘 함유량이 높은 합금도 브레이징 가공으로 간편하고 견고하게 접합시킬 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 고 마그네슘 알루미늄 합금 접합방법은, 마그네슘 성분의 고농도화를 방지하며 상기 모재를 상호 접합하는 접합재층 양면에 접합층을 도포하여 접합시트를 마련하는 단계(S10), 알루미늄에 0.2~2.5%의 마그네슘을 포함한 알루미늄 합금으로 이루어지는 모재 사이의 접합지점에 상기 접합시트를 결합하는 단계(S20), 접합시트가 결합된 모재를 브레이징하는 단계(S30)를 포함하도록 구성된다.

이와 같이 접합시트를 사이에 두고 브레이징에 의해 접합되는 두 개의 고 마그네슘 알루미늄 합금은, 접합재층에 의해 각각의 마그네슘 성분이 혼합되지 아니하므로 접착성이 저하되는 현상이 방지된다. 또한, 본 발명에 의한 고 마그네슘 알루미늄 합금 접합방법은 접합시트를 마련하는 단계와 브레이징 단계가 독립적으로 구성되므로, 접합시트 제조와 브레이징 가공을 분업화 할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

본 발명에 의한 접합시트를 사용하면, 마그네슘 성분의 합산을 방지할 수 있으므로, 마그네슘의 함유량이 많은 서로 다른 소재를 보다 튼튼하게 접합시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 접합방법을 이용하면, 마그네슘의 함유량이 많은 소재도 브레이징 가공을 통해 간편하고 견고하게 접합시킬 수 있다는 장점이 있다.

Claims

알루미늄에 마그네슘이 0.1~2.5% 함유된 모재사이에서 모재에 함유된 마그네슘 성분의 고농도화를 방지하며, 상기 모재를 상호 접합하는 마그네슘 성분의 확산을 방지하는 접합재층과;

융제분말 60 내지 66 중량%, 알루미늄과 규소합금분말 30 내지 33 중량%, 세슘분말 또는 리튬분말 1 내지 10 중량%를 포함하여 구성되는 혼합분말과, 바인더를 포함하도록 구성되며, 상기 접합재층의 양면에 코팅되는 접합층;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 접합시트.
청구항 1에 있어서,

상기 접합층은,

상기 바인더 20 내지 70 중량%와, 상기 혼합분말 30 내지 80 중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 접합시트.
청구항 1에 있어서,

상기 접합재층은,

알루미늄 86 내지 94 중량%와, 실리콘 6 내지 14 중량%가 혼합되어 제조되는 것을 특징으로 하는 접합시트.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 접합층의 두께는, 상기 접합재층 두께의 6 내지 20%인 것을 특징으로 하는 접합시트.
마그네슘 성분의 고농도화를 방지하며 상기 모재를 상호 접합하는 접합재층 양면에 접합층을 도포하여 접합시트를 마련하는 단계,

알루미늄에 0.2~2.5%의 마그네슘을 포함한 알루미늄 합금으로 이루어지는 모재 사이의 접합지점에 상기 접합시트를 결합하는 단계,

접합시트가 결합된 모재를 브레이징하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합방법.
청구항 5에 있어서,

상기 접합시트는,

청구항 1 또는 청구항 2에 의한 구성으로 마련되는 것을 특징으로 하는 접합방법.