KR20080084825A - 브레이징 조립체 제조방법 - Google Patents

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아드리아누스 자코부스 위테브로드
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알레리스 알루미늄 코블렌쯔 게엠베하
알레리스 알루미늄 캐나다 엘.피.
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Abstract

본 발명은 브레이징에 의해 정형 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 a. 압연 또는 압출에 의해 하나 이상의 평탄면을 갖는 중간 제품을 제조하는 단계, b. 수지, 왁스 및 플럭스 및/또는 플럭스-제조 화합물을 포함하는 브레이징 조성물로 상기 하나 이상의 표면을 코팅하는 단계, c. 상기 중간 제품을 정형 제품으로 재형상화하는 단계 및 d. 정형 제품의 소정 부품 사이에 하나 이상의 브레이징 연결부를 제공하기에 충분한 온도로 정형 제품을 가열하는 단계를 포함하며, 본 발명에 따른 브레이징 조성물이 본 발명의 방법에 이용되는 경우, 변형 동안 추가 윤활이 불필요한 것을 특징으로 한다.

Description

브레이징 조립체 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A BRAZED ASSEMBLY}
본 발명은 브레이징 조립체를 형성하도록 브레이징에 의해 정형 제품(shaped product)을 제조하는 방법, 브레이징 조성물의 소정 코팅층을 갖는 금속 기재 및 상기 방법에서의 브레이징 조성물의 이용에 관한 것이다.
시트 또는 압출물 형태의 알루미늄 또는 알루미늄합금의 기재는 정형 또는 성형 제품을 제조하는데 이용된다. 이들의 제조 공정에서 (정형) 알루미늄함유 기재의 부품은 상호연결되어 있다. 기재의 일단이 타단과 상호연결되거나 또는 하나의 기재가 하나 또는 그 이상의 다른 기재와 조립될 수 있다. 이는 일반적으로 브레이징에 의해 실시된다. 브레이징 공정에 있어서, 브레이징 필러 금속 또는 브레이징 합금, 또는 가열시 브레이징 합금을 제조하는 조성물은 브레이징되는 기재의 하나 이상의 부분에 도포된다. 기재 부품이 조립된 후에, 이들은 브레이징 금속 또는 브레이징 합금이 용융될 때까지 가열된다. 브레이징 재료의 융점은 알루미늄함유 기재의 융점 보다 더 낮다.
정의에 의하면, 브레이징은 450℃ 초과의 액상선 및 베이스 금속의 고상선 미만을 갖는 브레이징 합금으로서 언급되는 필러 금속을 사용한다. 브레이징은 필러 금속의 융점에 의해 솔더링과는 구별되며, 땜납은 450℃ 미만에서 용융된다.
브레이징 시트 제품은 열교환기 및 다른 유사한 설비에 폭넓게 적용되고 있다. 종래의 브레이징 제품은 전형적으로 알루미늄협회 (AA)3000-시리즈의 알루미늄합금 압연 시트로 된 코어를 가지며, 상기 코어 시트의 하나 이상의 표면에 알루미늄 클래트층이 클래드되고, 상기 알루미늄 클래드층은 2 내지 18 중량%, 바람직하게는 7 내지 14 중량% 범위의 실리콘을 포함하는 AA-4000 시리즈 합금으로 제조된다. 알루미늄 클래드층은 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 다양한 방식, 예를 들면 롤접합. 클래딩 스프레이-성형 또는 반연속 또는 연속주조공정에 의해 코어 합금에 결합될 수 있다. 이들 알루미늄 클래드층은 전형적으로 575 내지 605℃ 범위의 액상선 온도를 갖는다.
제어분위기 브레이징("CAB") 및 진공 브레이징("VB")은 산업규모에서의 알루미늄 브레이징에 이용되는 2개의 주요 공정이다. 산업적 진공 브레이징은 1950년대부터 이용되고 있으며, CAB는 Nocolok®(상표명) 브레이징 플럭스가 도입된 후인 1980년대 초에 대중화되었다.
진공 브레이징은 본질적으로 비연속 공정이며, 높은 재료 청정도를 요구한다. 산화물층의 붕괴는 클래드합금으로부터의 마그네슘의 증발에 의해 주로 발생된다. 노내에는 필요 이상으로 마그네슘이 항상 존재한다. 잉여 마그네슘은 노내의 냉점(cold spot)에 응축되며 자주 제거되어야 한다.
CAB는 브레이징 플럭스가 브레이징 전에 도포되어야 하기 때문에 VB와 비교하여 브레이징 전에 추가의 공정 단계를 요구한다. CAB는 본질적으로 연속 공정이 며, 적합한 브레이징 플럭스가 이용되는 경우 많은 양의 브레이징 조립체가 제조될 수 있다. 브레이징 플럭스는 클래드합금의 적절한 유동을 허용하는 브레이징 온도에서 무엇보다도 산화물층을 용해한다. 플럭스 조성물은 플럭스 또는 예컨대 옥시플루오로알루미늄, 히드록시플루오로알루미늄, 포타슘 플루오로알루미네이트, 플루오로보레이트 또는 플루오로진케이트과 같은 플럭스제를 포함한다. Nocolok® 플럭스 또는 다른 플럭스 조성물이 이용될 때, 표면은 플럭스 적용 전에 철저히 세정될 필요가 있다. 양호한 브레이징 결과를 얻기 위해, 브레이징 플럭스는 브레이징 조립체의 전체 표면에 도포되어야 한다. 이는 그 설계 때문에 특정 타입의 조립체에는 어려울 수 있다. 예를 들면, 증발기 형태의 열교환기는 큰 내부 표면을 가지기 때문에 내부로의 낮은 접근성으로 인해 문제점이 발생할 수 있다. 양호한 브레이징 결과를 위해, 플럭스는 브레이징 전에 알루미늄 표면에 부착되어야 한다. 유감스럽게도, 건조 후의 브레이징 플럭스는 작은 기계적 진동에 의해 쉽게 박리될 수 있다.
WO-00/64626 및 WO-03/037559에는 기재가 정형 제품으로 정형 또는 성형되기 전에 알루미늄 또는 알루미늄포함 기재에 코팅층으로서 플럭스 조성물이 도포되며, 후속 단계에서 브레이징되는 것이 기술되어 있다. 이는 플럭스 조성물이 시트-형태 또는 압출-형태 기재에 코팅층으로서 도포될 수 있는 이점을 갖는다.
WO-03/037559-A1 및 WO-00/64626에 있어서, 플럭스 조성물은 메타크릴레이트 호모폴리머, 메타크릴레이트 코폴리머 또는 올레핀-아크릴레이트 코폴리머를 주로 포함하는 합성 수지를 포함하는 것이 기재되어 있다. 플럭스 조성물은 알루미늄 또는 알루미늄포함 기재와 같은 시트에 도포되며, 이들 기재는 정형되고, 정형화 후에 브레이징을 실시한다. 그러나, 이 정형 공정을 용이하게 하기 위해서는 윤활제, 예컨대 윤활오일을 이용하는 것이 일반적으로 요구된다. 이 윤활제는 브레이징 공정 전 또는 후에 제거되어야 한다.
US-6,497,770에 있어서, 플럭스 조성물은 알키드 수지, 아크릴 수지 및 부틸 고무(또는 석유 수지)의 혼합물, 및/또는 폴리에틸렌 수지의 결합제(binder)를 함유하는 것이 기재되어 있다. 부틸 고무를 포함하는 플럭스 조성물로 코팅된 제품은 코팅 후에 소성 가공을 더욱 쉽게 할 수 있다는 것을 밝히고 있다.
EP-1233345-A2는 알루미늄 부재의 표면을 수지로 코팅하고; 후속적으로 알루미늄 부재를 변형시키고, 그 후 다른 수지-코팅 알루미늄 부재와 접합시키는 공정을 기재한다. 수지는 알루미늄 부재를 접합시키도록 융합된다. 바람직한 공정에 있어서, 알루미늄 기재의 변형 단계가 추가의 윤활제를 이용하지 않고 실시될 수 있도록 윤활특성을 갖는 수지가 이용된다. 그러나, 단지 몇몇의 윤활 수지만이 언급되며(폴리에스테르 수지, 나일론 수지, 및 비닐리덴 플루오라이드 수지), 통상적으로 EP-1233345-A2에 기재된 바와 같은 공정을 이용하여 알루미늄 부재 사이에 형성된 접합은 금속 브레이징 공정에서 형성된 접합보다 덜 강하다.
본 발명은 브레이징에 의해 정형 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 시트 또는 압출재에 도포될 수 있는 특정 코팅을 이용하는 것에 의해 추가 윤활제의 이용의 필요성 없이 다양한 형태로 정형될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은:
a. 압연 또는 압출에 의해 하나 이상의 평탄 표면(flat surface)을 갖는 금속, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄합금의 중간 제품(intermediate object)을 제조하는 단계,
b. 상기 하나 이상의 표면을 수지, 왁스 및 플럭스 및/또는 플럭스-제조 화합물을 포함하는 브레이징 조성물로 코팅하는 단계,
c. 상기 중간 제품을 정형 제품으로 재정형하는 단계, 그리고
d. 상기 정형 제품의 소정 부품들 사이에 하나 이상의 브레이징 연결부를 제공하기에 충분한 온도로 상기 정형 제품을 가열하여 브레이징 조립체를 형성하는 단계를 포함하며,
바람직하게는, 브레이징 조작에 이어 즉시, 상기 브레이징 조립체를 100℃ 이하로, 바람직하게는 20℃/min 이상, 더욱 바람직하게는 40℃/min 이상의 냉각속도로 냉각시킨다.
본 발명의 관점에서, 왁스는 20℃에서 고체상태인 자연 발생 또는 합성 재료이다. 왁스의 융점은 일반적으로 40℃ 이상이며, 그 용융 온도에서 상기 재료는 분해되지 않는다. 본 발명에 따라 사용된 브레이징 조성물로서 이용하기에 적합한 왁스는 연하고 유연한 상태에서 부서지기 쉽고 단단한 상태로의 범위가 20℃에서 일정(consistency)하다.
본 발명에 따라 이용된 브레이징 조성물의 이점은 본 발명의 브레이징 조성물이 자기윤활하는 것이며, 달리 말하면, 마찰 특성이 개선된다. 따라서, 본 발명에 따른 플럭스 조성물로 코팅된 알루미늄합금 기재는 추가 윤활제를 이용하지 않고 변형될 수 있다. 그렇지만, 상기 브레이징 조성물은 브레이징 특성의 손실없이 코팅된 기재의 성형을 위해 정규의 윤활제와 이용될 수 있는 것이 밝혀졌다. 또한, 브레이징 조성물은 변형 동안의 막힘방지제(anti-blocking agent)로서 작용한다. 예를 들면, 조성물내의 왁스는 플럭스 조성물의 변형 설비로의 들러붙음 문제를 감소시키거나 제거한다. 또한, 발명에 따른 브레이징 조성물의 이용은 변형 설비의 마모를 감소시킨다. 또한, 본 발명에 따른 플럭스 조성물로 코팅된 기재는 변형 후에 세정 또는 건조가 필요하지 않다.
다른 이점은 브레이징 조성물이 보호층을 형성하기 때문에 특히 벤딩과 같은 변형 동안 기재의 내스크래치성 및 내마모성이 개선된다. 본 발명의 브레이징 조성물의 도포층은 선택적인 건조 및/또는 경화(curing) 후에, 종래의 플럭스 조성물과 비교하여 손상에 대한 개선된 저항을 갖는다.
본 발명에 따라 이용된 브레이징 조성물은 제어된 도포 공정에서 이용하기에 매우 적합하다. 본 발명의 브레이징 조성물의 균일한 도포가 비교적 쉽게 얻어진다. 균일하게 도포된 플럭스 조성물은 개선된 플럭스 분포가 얻어지는 이점을 갖는다. 개선된 플럭스 분포는 개선된 접합품질, 감소된 폐기율 및 기재가 브레이징될 때의 감소된 낭비가 얻어지는 이점을 갖는다.
하나 이상의 평탄 표면을 갖는 금속 기재는 시트 재료, 플레이트 재료 또는 압출물의 형태일 수 있다. 그 후, 이들 알루미늄합금은 구조 부재로서 이용되며, 비열처리가능 및 열처리가능 알루미늄합금 양쪽으로 적용될 수 있다. 전형적으로, 알루미늄협회 AA3xxx, AA5xxx 및 AA6xxx 시리즈 알루미늄합금으로부터 선택된 재료가 이용된다.
실시예에 있어서, 알루미늄합금으로 제조된 금속 기재는 접혀진 튜브 또는 용접된 튜브 또는 랩핑된 튜브, 바람직하게는 랩핑된 튜브는 매니폴드 튜브인 정형 제품으로 제조될 수 있다. 랩핑된 튜브는 특히 브레이크 라인 또는 유압 적용과 같은 고압 용도에 유용하다. 이 종류의 튜브는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 알려져 있다.
일실시예에 있어서, 재정형하기 전의 중간 제품은 코팅되고 나서 코일링된다. 이와 같은 복합 시트 재료의 코일은 브레이징 조립체 제조공장에 공급되며, 이런 면에서, 브레이징 플럭스의 도포 및 제거에 대해 필요한 모든 공정단계를 제거한다.
본 발명에 따른 브레이징 조성물의 플럭스 또는 플럭스-제조 화합물은 불화물(fluoride)을 포함하거나 바람직하게는 불화물을 포함하는 염화물(chloride)일 수 있다. 바람직하게는, 플럭스 또는 플럭스-제조 화합물은 실온에서 고체이며, 더욱 바람직하게는 플럭스는 분말로서 조성물에 첨가된다. 브레이징 조성물은 하나 또는 그 이상의 플럭스 화합물 및/또는 하나 또는 그 이상의 플럭스-제조 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 평탄 표면상에 도포된 플럭스 또는 플럭스-제조 화합물의 양은 0.5 내지 10 g/㎡, 보다 바람직하게는 1 내지 6 g/㎡ 범위이다.
플럭스 화합물을 포함하는 불화물의 예는 하기 화합물로 언급될 수 있다. 포타슘 플루오라이드(KF), 알루미늄 플루오라이드(AlF3), 세슘 플루오라이드(CsF), 루비듐 플루오라이드(RbF), 리튬 플루오라이드(LiF), 소듐 플루오라이드(NaF), 및 칼슘 플루오라이드(CaF2). 포타슘 테트라플루오로알루미네이트(KAlF4), 포타슘 펜타플루오로알루미네이트(K2AlF5, K2AlF5·H20) 및 포타슘 헥사플루오로알루미네이트(K3AlF6)와 같은 포타슘 플루오로알루미네이트. 상기 플럭스의 예는 GB-1438955-A, US-4,428,920, US-3,951,328, US-5,318,764 및 US-4,579,605에 기재되어 있다. Al2F40 및 AlFO와 같은 옥시플루오로알루미늄. AlF2(OH), AlF2(OH)·H20 및 AlF(OH)2와 같은 히드록시플루오로알루미늄. 포타슘 테트라플루오로보레이트(KBF4) 및 소듐 테트라플루오로보레이트(NaBF4)와 같은 플루오로보레이트. 상기 플럭스의 예는 GB-899171-A, GB-1007039-A 및 US-4,235,649에 기재되어 있다. 포타슘 트리플루오로진케이트(KZnF3), 포타슘 테트라플루오로진케이트(K2ZnF4), 세슘 트리플루오로진케이트(CsZnF3) 및 세슘 테트라플루오로진케이트(Cs2ZnF4)와 같은 플루오로진케이트. 상기 플럭스의 예는 DE-19913111-A 및 WO-9948641-A에 기재되어 있다. 세슘 헥사플루오로실리케이트(Cs2SiF6), 포타슘 헥사플루오로실리케이트(K2SiF6), 리튬 헥사플루오로실리케이트(Li2SiF6), 루비듐 헥사플루오로실리케이트(Rb2SiF6), 소듐 헥사플루오로실리케이트(Na2SiF6) 및 암모늄 헥사플루오로실리케이트((NH4)2SiF6)와 같은 알칼리 금속 플루오로실리케이트. 상기 플럭스의 예는 US-5,785,770, DE-19636897-A, US-5,985,233, US-6,019,856-A, US 5980650 및 WO-98/10887-A에 기재되어 있다. 포타슘 세슘 헥사플루오로실리케이트(KCsSiF6), 리듐 세슘 헥사플루오로실리케이트(LiCsSiF6), 루비듐 세슘 헥사플루오로실리케이트(RbCsSiF6), 루비듐 포타슘 헥사플루오로실리케이트(RbKSiF6) 및 암모늄 세슘 헥사플루오로실리케이트(NH4CsSiF6)와 같은 알칼리 바이메탈 플루오로실리케이트. 세슘 히드로플루오로실리케이트(CsHSiF6), 포타슘 히드로플루오로실리케이트(KHSiF6), 리튬 히드로플루오로실리케이트(LiHSiF6) 및 암모늄 히드로플루오로실리케이트(NH4HSiF6)와 같은 알칼리 금속 바이플루오로실리케이트(또한 알칼리 금속 히드로플루오로실리케이트로 언급됨). 세슘 플루오라이드(CsF), 세슘 헥사플루오로알루미네이트(Cs3AlF6), 세슘 테트라플루오로알루미네이트(CsAlF4, CsAlF4·H20) 및 세슘 펜타플루오로알루미네이트(CsAlF5, CsAlF5·H20)와 같은 세슘플루오로알루미네이트 복합체. 상기 플럭스의 예는 US-4,670,067, US-5,171,377, US-5,806,752, US-5,771,962 및 US-4,655,385에 기재되어 있다. 소위 슈퍼 플루이드 플럭스(super-fluid flux)로 불리는 것도 이용될 수 있다.
플럭스-제조 화합물의 예로서, WO-01/38040-A에 기재된 바와 같은 소위 반응성 플럭스로 불리는 하기 화합물 및 혼합물이 언급될 수 있다. 조성물은 K2SiF6 또는 KZnF3에 기반한 플럭스를 포함할 수 있다. 이 형태의 반응성 플럭스는 플럭스 재료로서 작용하는 포타슘 플루오로알루미네이트를 제조할 수 있다.
본 발명의 브레이징 조성물은 하나 이상의 플럭스 또는 플럭스-제조 화합물을 포함한다. 상기 조성물은 플러스 및 플럭스-제조 화합물의 전술한 예의 혼합물을 포함할 수 있다. 한가지 실시예에 있어서, 포타슘 플루오로알루미네이트 또는 포타슘 플루오로알루미네이트(들) 제조 화합물 또는 그 화합물(들)이 이용된다. 상업적으로 이용가능한 포타슘 플루오로알루미네이트 함유 플럭스 재료의 예는 Nocolok® 및 Nocolok Sil®(구 솔베이 케미칼스)로 언급될 수 있다.
본 발명에 따른 브레이징 조성물은 수지를 포함한다. 한가지 실시예에 있어서, 이 수지는 합성 수지이다. 다른 실시예에 있어서, (합성) 수지는 주 구성성분으로서, 아크릴산 에스테르, 바람직하게는 메타크릴산 에스테르를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 수지는 메타크릴레이트 호모폴리머 또는 메타크릴레이트 코폴리머를 주로 포함한다. 또한 상기 수지의 혼합물이 이용가능하다.
상기 수지(들)를 제조하는데 이용될 수 있는 모노머의 예는 하기와 같이 언급될 수 있다: 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 2-메틸프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 옥틸 메타크릴레이트, 이소데실 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, t-부틸아미노에틸 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, 메타테트라히드로푸푸릴 메타크릴레이트.
다른 실시예에 있어서, 본 발명에서 이용된 수지는 브레이징 공정 동안 증발 및/또는 쉽게 분해되며, 따라서 잔여 탄소와 같은 브레이징 결점 없이 브레이징후의 브레이징 부분의 훌륭한 외관을 얻을 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 수지는 90 - 100 wt% 아크릴산 에스테르를 포함하는 합성 수지이며, 예를 들면 수지는 90 - 100 wt% 폴리메틸 메타크릴레이트를 포함한다.
바람직하게는, 수지는 175 - 400℃ 범위, 바람직하게는 350℃ 이하에서 휘발되는 조성물을 갖는다.
한가지 실시예에 있어서, 본 발명에 따라 이용된 브레이징 조성물내의 왁스는 바람직하게 브레이징 공정에서의 가열 동안, 알루미늄 기재가 포함된 경우에, 450℃ 이상, 일반적으로 500 내지 640℃, 더욱 일반적으로 560 내지 620℃ 범위의 온도에서 증발 또는 분해되는 왁스이다.
본 발명에 따라 이용된 브레이징 조성물은 하나 이상의 왁스를 추가로 포함한다. 단일 왁스가 이용될 수 있지만, 2 또는 그 이상의 왁스, 예를 들면 2 또는 그 이상의 왁스의 블렌드(blend)를 이용하는 것도 가능하다. 왁스는 개질되거나 또는 개질되지 않을 수 있다. 식물성 왁스 또는 동물성 왁스와 같은 자연 발생 왁스가 이용될 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 합성 왁스가 이용될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 왁스는 탄화수소 왁스, 즉 탄소 및 수소 원자로 구성되지만 다른 원자는 없거나 또는 실질적으로 없는 왁스이며, 상기 탄화수소 왁스는 바람직하게는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 95% 이상의 탄소와 수소 원자로 구성된다.
다른 실시예에 있어서, 왁스는 폴리올레핀 왁스, 즉 불포화 탄화수소 왁스이다.
다른 실시예에 있어서, 탄화수소 왁스 혼합물, 탄화수소 왁스(들) 및 폴리올레핀 왁스(들) 또는 폴리올레핀 왁스의 혼합물이 이용되며, 탄화수소 왁스(들) 및/또는 폴리올레핀 왁스(들)의 혼합물이 바람직하다.
본 발명에 따른 브레이징 조성물은 브레이징 금속 또는 브레이징 합금, 또는 가열시에 브레이징 합금을 제조하는 조성물에 의해 형성된 브레이징 재료를 추가로 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 브레이징 재료는 브레이징시에 알루미늄과 공정합금 또는 근사-공정(near-eutectic)을 형성한다. 예를 들면, 브레이징 조성물은 Si, 예를 들면 분말 형태의 Si 입자, Zn, Cu 또는 Ge를 포함할 수 있다. 다른 예는 알루미늄 또는 아연과 금속(예컨대, Si, Zn, Cu, Sn, Ge)의 합금이다. 아연합금은 브레이징을 위한 필러 금속으로서 자주 이용된다. 알루미늄과 Si의 상업적으로 이용가가능한 합금의 예는 AA4047 및 AA4045로 언급될 수 있다.
한가지 실시예에 있어서, 브레이징 합금은 실질적으로 합금의 융점을 낮추기 위해 Cu 및/또는 Zn이 첨가된 Al-Si 합금이며, 이에 의해 520℃, 540℃ 또는 560℃와 같은 저온에서 브레이징 작업이 가능하게 된다.
다른 실시예에 있어서, 브레이징 합금은 Al-Si-Zn 과공정 합금(hypereutectic alloy)이며, 바람직하게는 분말 또는 분말의 혼합물로 구성되며, 각 분말 또는 분말의 혼합물은 하나 또는 그 이상의 Al, Si 또는 Zn을 포함하며, Al-Si-Zn 과공정 합금은 14 내지 45 wt% 범위의 Si 및 5 내지 30 wt% 범위의 Zn의 조성을 갖는다.
다른 실시예에 있어서, 520 내지 580℃ 범위의 온도에서의 브레이징을 위해 저융점 브레이징 합금이 이용된다. 브레이징 합금은 0.001 내지 3.0 wt%의 희토류원소, 20 내지 50 wt%의 Zn, 10 wt% 이하의 Si, 선택적으로 0.005 내지 3.0 wt%의 Ti 및 잔부 Al 및 불순물을 포함한다. 선택적으로 존재하는 Ti는 브레이징 연결부의 응고 균열을 방지하는 효과를 갖는다. 모든 희토류원소 또는 그의 혼합물이 사용될 수 있다. 이들 원소 가운데, 저가로 얻을 수 있는 미시메탈(misch metal), La, Ce 또는 Sm이 바람직하게 이용된다.
브레이징 조성물은 하나 또는 그 이상의 용매(solvent)를 포함할 수 있다. 습한 브레이징 조성물의 점도는 조절될 수 있으며 따라서 정규 코팅방법이 이용될 수 있다.
한가지 실시예에 있어서, 브레이징 조성물은 유기 용매를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 친수성 특성을 갖는 용매가 이용된다. 다른 실시예에 있어서 양호한 폴리머 용매화(solvation) 및/또는 적용 특성을 갖는 용매 또는 용매의 혼합물을 이용한다. 바람직한 용매의 예로는 2-프로판올, 1-프로판올, 에틸렌 글리콜 모노-에틸 에테르, 디-에틸렌 글리콜 모노-에틸 에테르, 트리-에틸렌 글리콜 모노-에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노-에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노 에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 에테르, 프로필렌 글리콜 에스테르, 부탄-1-올, 1-메톡시-2-프로판올, 4-히드록시-4-메틸-펜탄-2-온 및 1-메톡시-2-프로필아세테이트, 또는 이들의 혼합물이 있다.
더욱이, 브레이징 조성물이 본 발명에 따라 이용될 때 첨가제가 브레이징 조성물에 첨가될 수 있다. 예를 들면, 항산화제, 항부식제, 항발포제, 농축제(thickener), 가소제, 접합제(tackifier), 결합제 등이 첨가될 수 있다. 이 첨가에 의해, 무엇보다도 셀프 안정성(shelf stability)(예컨대 브레이징 합금 분말의 분리 방지), 코팅 특성(도포된 브레이징 조성물의 적하 방지) 등을 개선시킬 수 있다. 추가적으로, 브레이징 조성물의 윤활 또는 슬립에 영향을 끼치기 위해 미네랄 오일, 파라핀 오일, 실리콘 유체 및/또는 폴리실록산 화합물이 첨가될 수 있다.
수지(들)에 대한 플럭스 및/또는 플럭스-제조 화합물(들)의 중량비는 통상 1:2 내지 6:1, 바람직하게는 1:2 내지 3:1, 더욱 바람직하게는 3:2 내지 5:2의 범위이며, 중량비는 실온에서 미경화 코팅 조성물내의 이들 성분의 중량으로 계산된다. 플럭스 및/또는 플럭스-제조 화합물(들) 및 수지(들)의 결합 중량에 대한 왁스(들)의 중량비는 통상 1:99 내지 30:70, 바람직하게는 1:99 내지 15:85, 더욱 바람직하게는 2:98 내지 10:90의 범위이며, 중량비는 미경화된 코팅 조성물내의 이들 성분의 중량으로 계산된다.
하나 또는 그 이상의 분산제가 존재하는 경우, 플럭스 및/또는 플럭스-제조 화합물(들) 및 수지(들) 및 왁스(들)의 결합 중량에 대한 분산제(들)의 중량비는 통상 0.2:99.8 내지 10:90, 바람직하게는 0.3:99.7 내지 4:96, 더욱 바람직하게는 0.4:99.6 내지 3:97의 범위이다.
한가지 실시예에 있어서, 브레이징 조성물은 브레이징 공정 동안, 이상적으로 가열 사이클 동안 브레이징 공정 온도가 500 내지 640℃ 범위내인, 고온에서 증발 및/또는 쉽게 분해되어 준비된다. 다른 실시예에 있어서, 알루미늄합금이 중간 제품일 때 브레이징 온도는 560 내지 620℃ 범위내이다. 분해된 수지는 최종 정형 및 브레이징된 제품에 잔류 탄소를 거의 남기지 않는다. 다른 실시예에 있어서, 브레이징은 불활성 분위기, 예컨대 불활성 질소 또는 아르곤 분위기에서 실시되다. 브레이징은 정규의 배치식 노, 더욱 일반적으로 연속터널 노내에서 실시될 수 있다.
본 발명은 추가로 본 발명에 따른 브레이징 조성물을 알루미늄함유 기재에 도포하는 공정에 관한 것이다. 브레이징 조성물은 롤러 코팅, 스프레이 방법, 침지 방법, 공압출(co-extrusion), 롤-이송 프린팅 등에 의해 도포될 수 있다. 전체 표면 영역에 걸쳐 도포된 브레이징 조성물의 두께는 실질적으로 동일하다.
(유기) 용매 함유 브레이징 조성물의 경우에 있어서, 용매는 바람직하게는 용매가 기재에 도포된 후에 브레이징 조성물로부터 부분적으로 또는 완전하게 제거된다. 이를 테면, 코팅을 자연적으로 건조시키거나 또는 강제적으로 건조시킬 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 도포된 브레이징 조성물은 가열되며; 더욱 바람직하게는 도포된 브레이징 조성물은 브레이징 조성물이 건조될 때까지, 다시 말해서 조성물이 건조된 조성물의 전체 중량에서 계산했을 때 5 wt% 미만의 용매를 포함할 때까지 가열된다. 상기 가열은 전형적으로 약 30 내지 170℃의 온도에서 실시된다. 도포 후에, 브레이징 조성물의 코팅은 브레이징 공정 전에 완전하게 건조된다. 이는 브레이징 조성물이 건조되지 않으면, 유기 용매가 급속하게 가스화되어 가스를 생성하고, 이 가스에 의해 도포된 브레이징 조성물이 산란되기 때문이다. 그러나, 예열 챔버가 설치된 노가 브레이징 노로서 이용되는 경우, 유기 용매는 예열 단계에서 제거되며, 따라서 도포 후에 브레이징 조성물을 항상 완전하게 건조시킬 필요는 없으며, 브레이징 조성물은 접촉(touch)에 대해 건조되거나 또는 건조되지 않더라도 브레이징 될 수 있다. "접촉에 대해 건조"는 브레이징 조성물이 손으로 눌렀을 때 손에 접착되지 않는 정도로 건조되는 것을 의미한다.
브레이징 조성물과 금속 기재, 바람직하게는 알루미늄합금 기재 사이의 접착성을 더욱 개선시키기 위해, 금속 기재는 브레이징 조성물이 도포되기 전에 세정 또는 표면처리될 수 있다. 한가지 실시예에 있어서, 표면은 브레이징 조성물이 도포되기 전에 그리스제거된다. 다른 실시예에 있어서, 기재의 표면은 브레이징 조성물이 도포되기 전에 예컨대 산 또는 임의의 다른 에칭 매체를 이용하여 에칭된다. 따라서, 이상적인 도포 공정은 (ⅰ)기재를 세정하는 단계, (ⅱ)전술한 기술 중의 하나를 이용하여 브레이징 조성물의 코팅을 도포하는 단계, (ⅲ)용매가 이용되었다면, 브레이징 조성물로부터 용매를 제거하기 위해 도포된 코팅을 건조시키는 단계, (ⅳ)전형적으로 고온에서 코팅을 경화시키는 단계, (ⅴ)바람직한 실시예에 있어서 중간 제품이 금속 시트이고, 바람직하게는 알루미늄합금인 경우, 경화된 코팅을 급냉하는 단계, 그 후 (ⅵ)브레이징 조성물의 급냉된 코팅을 갖는 금속 시트를 코일링하는 단계의 후속 단계를 포함한다.
브레이징 조성물의 코팅이 경화되면, 기재상의 코팅은 공냉 또는 수냉에 의해 급냉된다. 공냉이 적용된 경우에 더욱 나은 윤활 특성이 얻어진다는 것을 발견하였다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 본 발명은 본 명세서 및 청구범위에 기재된 바와 같은 브레이징 조성물의 코팅으로 적어도 부분적으로 커버되고, 적어도 일면이 평탄 표면을 갖는 금속 기재, 바람직하게는 알루미늄합금 기재에 관한 것이다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 본 발명은 본 발명의 브레이징 조성물로 코팅되고 이상적으로 CAB의 의해 다른 브레이징 조립체 부품에 브레이징되는 부품 중의 하나는 금속 기재, 바람직하게는 알루미늄합금 기재의 부품의 브레이징 조립체 제조시에, 본 명세서 및 청구범위에 기재된 바와 같은 브레이징 조성물의 이용 및 이용방법에 관한 것이다.
본 발명은 하기 실시예를 참조하여 설명된다. 이들은 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 본 발명의 보호범위를 어떠한 방식으로도 한정하는 것은 아니다.
알루미늄 포타슘 플루오라이드, 메틸 메타아크릴레이트 코폴리머, 선택적으로 합성 탄화수소 왁스, 건식 실리카(fumed silica), 및 점도를 조정가능한 4-히드록시-4-메틸-펜탄-2-온과 1-메톡시-2-프로필 아세테이트의 혼합물을 포함하는 실험실 규모의 코팅 조성물을 제조했다.
이들 조성물은 3 롤 코팅기(Reverse Application configuration)를 이용하여 5 내지 10 ㎛ 건조막 두께를 얻기에 충분한 4 내지 8 g/㎡로, 전처리된 알루미늄합금 브레이징 시트에 도포되었다. 상기 시트를 대류 오븐내에서 200 내지 230℃ 범위의 온도에서 건조시키고 이어서 공냉 처리하였다. 건조 및 급냉 후에 시트의 일부 특성을 평가하였다. 평가 결과는 하기 표 1에서 알 수 있다.
혼합물 1 혼합물 2*
조성(중량부)
알루미늄 포타슘 플루오라이드 25 25
메틸 메타아크릴레이트 코폴리머 14 14
합성 왁스 2 0
건식 실리카 0.25 0.25
4-히드록시-4-메틸-펜탄-2-온 및 1-메톡시-2-프로필 아세테이트의 혼합물 50 50
물리적 특성
표면 외관 매트,매끄러운 마무리 매트, 매끄러운 마무리
크로스 해치 접착 + 접착 테이프(셀로테이프) 접착 손실 없음 접착 손실 없음
리버스 임팩트 + 접착 테이프(셀로테이프): 20, 40, 60 inch lb 인덴테이션상의 접착 손실 없음 인덴테이션상의 접착 손실 없음
T-벤드 유연성 + 접착 테이프(셀로테이프) 1T-테이프상에 약간 얼룩 1T-테이프상에 약간 얼룩
마찰계수 Av＜0.2 Av = 0.4
브레이징 접합(최대 620℃) 양호한 필릿 형성 양호한 필릿 형성
* 비교 실시예
표 1의 결과로부터, 왁스의 이용은 임의의 다른 관련 특성에 악영향 없이 브레이징 공정 및 이에 의해 얻어진 브레이징 제품에서 이용하기 위해 코팅된 브레이징 시트의 마찰계수의 감소에 상당한 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 브레이징에 의해 정형 제품을 제조하는 방법에 있어서,
    a. 압연 또는 압출에 의해 하나 이상의 평탄 표면을 갖는 금속, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄합금의 중간 제품을 제조하는 단계,
    b. 상기 하나 이상의 표면을 수지, 왁스 및 플럭스 및/또는 플럭스-제조 화합물을 포함하는 브레이징 조성물로 코팅하는 단계,
    c. 상기 중간 제품을 정형 제품으로 재정형하는 단계, 및
    d. 상기 정형 제품의 소정 부품 사이에 하나 이상의 브레이징 연결부를 제공하기에 충분한 온도로 상기 정형 제품을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재정형 단계는 상기 중간 제품의 평탄 표면의 하나 이상의 부분의 벤딩조작을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    중간 제품의 상기 재정형 단계는 추가적인 윤활제의 이용없이 실시되는 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제품은 접혀진 튜브인 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 표면의 코팅 후에 상기 중간 제품은 코일링되는 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플럭스 및/또는 플럭스-제조 화합물은 불화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 수지는 아크릴산 에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브레이징 조성물은 탄화수소 왁스, 폴리올레핀 왁스 및 그들의 혼합물로부터 선택된 왁스를 포함하는 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지에 대한 플럭스 및/또는 플럭스-제조 화합물의 중량비는 1:2 내지 6:1 범위인 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브레이징 조성물을 분산제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  11. 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브레이징 조성물은 브레이징 합금 또는 가열시 브레이징 합금을 제조하는 금속 조성물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정형 제품 제조방법.
  12. 하나 이상의 평탄 표면을 가지며, 제 1 항 또는 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 브레이징 조성물로 적어도 부분적으로 도포된 금속 기재, 바람직하게는 알루미늄합금 기재.
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