KR20090127929A - 브레이징 피스, 브레이징 피스 제조 방법, 및 상기 브레이징 피스로부터 제조된 컴포넌트들과 브레이징의 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기(self)-플럭스 브레이징 피스에 관한 것이다. 상기 피스는 금속 또는 금속 합금 매트릭스 내에 분배된 하나 이상의 무기질 재료를 포함하는 합성 재료를 포함하며, 무기질 재료는 열적 유도 금속 본드의 구조를 촉진하도록 브레이징 동안 플럭스를 형성한다. 상기 매트릭스는 알루미늄 실리콘 브레이징 합금이될 수 있으며, 무기질 재료는 칼륨-플루오로-알루민산염 플럭스가 될 수 있다. 상기 피스는 스프레이 포밍에 의해 제조된다.
Figure P1020097021482
플럭스, 브레이징, 피스, 스프레이

Description

브레이징 피스, 브레이징 피스 제조 방법, 및 상기 브레이징 피스로부터 제조된 컴포넌트들과 브레이징의 방법 {A BRAZING PIECE, A METHOD OF MAKING A BRAZING PIECE, AND A METHOD OF BRAZING AND COMPONENTS MADE FROM SAID BRAZING PIECE}
본 발명은 브레이징 피스, 브레이징 피스 제조 방법, 및 상기 브레이징 피스로부터 제조된 컴포넌트들과 브레이징의 방법에 관한 것이다.
브레이징은 더 낮은 녹는점을 갖는 필러 합금의 결합 내 금속들 사이에 삽입으로 결합되는 금속들의 녹는점 이하에서 발생하는 열적 유도 금속 본딩이다. 상기 과정은, 표면과 물질 내에 발생하는 많은 야금술 및 화학적 과정을 포함한다. 예를 들어, 표면 상에 녹은 필러 금속의 양호한 웨팅과 스프레딩이 필요하며, 모세관 현상이 발생할지 여부를 결정한다. 녹은 필러 금속이 결합하고자 하는 양 표면들을 습식한다면, 모세관 유동은 적당히 이격된 결합에서 양호한 브레이즈를 확보하는 주요한 물리 법칙이다. 모세관 유동은 산화 필름, 표면 거칠기 및 브레이징 대기 상태와 특성들에 의해 영향받는다.
알루미늄의 브레이징과 그 합금들은 특히 어려우며, 그 이유는 공기에 노출됐을 때 산화 필름이 표면 상에 형성되기 때문이다. 알루미늄 상의 산화 필름의 방 해 작용은 웨팅을 막고 모세관 유동을 저지한다. 녹은 필러 금속과 기저 금속 사이의 밀접한 접촉을 위해, 예를 들어, 플럭스로 작용하는 무기의 사용을 통해 산소를 차단해야 한다. 녹은 필러 금속의 재산화와 플럭스 자체의 산화를 막도록 산소와 수증기가 없는 비활서 브레이징 대기가 필요하다. 이는 질소 조건 하의 브레이징 또는 진공을 이용하여 달성된다.
알루미늄 부품의 브레이징이 사용되는 하나의 분야는, 예를 들어, 자동차 라이에이터, 응축기, 증발기, 오일 냉각기, 차지 에어 냉각기 및 연료 냉각기로 사용하기 위한 열 교환기와 고정(stationary) 열 교환기의 제조이다.
GB1438955는 알루미늄 브레이징의 방법을 개시하며, 노코록(Nocolok, 상표) 과정으로 특허권자에 의해 거래된다. 브레이즈되는 알루미늄 시트는 일면 또는 양면에 클래딩된 표면 필러 금속을 갖는다. 코어는 비합금 알루미늄이며, 표면 클래딩은 알루미늄 실리콘 공융(eutectic) 합금이다. 알루미늄 12wt%의 실리콘은 녹는점 577℃를 갖는 공융 합금이다. 비합금 알루미늄의 녹는점은 660℃보다 상당히 높다. 따라서, 표면 층은, 상기 브레이징 시트로부터 제조된 컴포넌트들이 서로 결합될 수 있는 수단에 의해 하드 솔더 또는 필러를 형성한다. 브레이징 작용에서, 상기 2개의 컴포넌트들은 접촉하며, 코어를 녹이지 않으면서 표면 층을 녹이는 온도 조건이 된다. 플럭스가 필요하며, GB1438955호는 75 미크론보다 미세한 칼륨 플로오라이드(KF)와 알루미늄 플루오라이드(AlF3) 파우더의 혼합물을 얻는 것을 개시한다. 브레이징을 준비하도록, 이 물질은 물과 함께 슬러리되며 브레이즈되는 표면에 적용된다. 다음으로 브레이징은 약 600℃의 온도에서 브레이징 용광로에서 수행된다. 필러 금속과 플럭스 금속의 양호한 브레이즈 결합이 될 수 있다.
상업적 사용에서, 이 기술을 사용하는 브레이징은 연속적인 터널 용광로를 통해 질소의 비활성 대기 하에 수행된다.
이 접근의 단점은 시간이 많이 소요되며, 라인의 길이가 많이 요구된다. 플럭스 슬러리를 적용하고 건조하는데 시간이 소요되며, 상기 2개의 단계들에는 매우 많은 처리 라인이 필요하다. 또한, 플럭스를 적용하는 방식 때문에, 단위 영역당 플럭스 양은 제품들의 묶음(batch) 사이에서 변할 수 있으며, 또한 접근하기 어려울 수 있는 장소로 플럭스를 통과시키기 어렵다. 불충분한 플럭스 양은 불완전한 브레이징을 초래할 것이며, 반면 너무 많은 플럭스는 처리 비요을 증가시킬 뿐만 아니라, 조인트의 외관을 손상시키고, 다른 연속적인 표면 처리를 방해할 수 있는, 브레이즈 조인트에서 잔류 플럭스와 같은 문제들을 초래할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 모든 영역들이 성공적으로 브레이즈 되도록 초과 플럭스를 사용하는 것이 전체적으로 필요하다. 브레이즈되는 피스들로부터 떨어지는 초과 플럭스에 의한 브레이징 용광로의 오염 문제도 있다. 게다가, 열 교환기의 모든 컴포넌트들이 브레이징 합금과 클래딩될 필요가 없다. 예를 들어, 일반적으로 라이에이터는 클래드 튜브들과 언클래드 핀들에 의해 형성된다. 용광로 내에서 브레이징 전에 슬러리를 사용하여 라이에이터를 플럭싱할 때, 브레이즈 클래드 표면들 뿐만 아니라 모든 표면들은 플럭스로 뒤덮인다. 이는 불필요하게 큰 플럭스 소비가 된다.
샌드빅 오스프레이(Sandvik Osprey)에 의해 사용된 접근은 입자 기술의 사용 을 통해 표면 클래딩을 갖는 알루미늄 브레이징 시트의 필요를 제거해 왔다. 따라서, 그들의 국제특허출원 WO94/17941호에서, 플럭스로 코팅된 파우더 재료의 생산 방법이 개시된다. 그들의 앞서의 국제특허출원 WO92/15721호에서, 2개 또는 3개의 스프레이를 사용하여 형성되는 스프레이가 개시되며, 스프레이들 각각은 동일한 녹인 금속 합금 피드 재료를 사용한다. WO94/17941호에서, 하나의 스프레이는 알루미늄 실리콘 합금이며, 다른 스프레이는 포타슘 플로라이드와 알루미늄 플로라이드 입자들의 일대일 혼합물이다. 상기 입자들은 원자화된 합금 드랍릿과 접촉하며, 합금 드랍릿 상에 코팅 또는 부분 코팅을 형성하도록 용융되고, 코팅된 파우더로 경화되며, 따라서 상대적으로 밀접하게 결합한 합금과 플럭스의 혼합물을 제공하고, 비록 플럭스 입자들과 경화된 합금 드랍릿들의 비율이 분리된 입자들로 유지되더라도 비행동안 접촉이 없으며, 그러한 플럭스의 분리된 입자들은 비행과 컬렉션 동안 용융되지 않는다.
이 재료를 브레이즈 하도록, 원하는 위치 또는 위치들 내에 파우더를 점착하도록 바이더를 포함하는 캐리어 매체 내에서 파우더가 적용되는, 언클래드 알루미늄 피스가 사용될 수 있다. 브레이징 온도에서, 알루미늄 실리콘 공융 파우더는 녹으며, 코팅은, 녹은 공융과 밀접한 접촉이 가능하도록 언클래드 알루미늄 피스 상에 산화 층을 저지하는 플럭스로서 작용하여, 브레이즈 조인트가 형성될 수 있다.
이 기술의 가장 큰 단점은 플럭스와 필러 재료 모두의 용융의 착수에 앞서 바인더를 제거하는 것이 필요하다는 것이다. 이 작업에 실패하면, 불완전하게 형성된 브레이즈 조인트를 초래한다. 열 교환기들의 경우에, 그들의 성질 때문에, 바인 더 분해 제품들이 새어나오거나 제거될 수 없으므로, 열 교환기들은 입자와 바인더 시스템에 의해 쉽게 브레이즈될 수 없는 내부 표면들을 포함했다.
이 코팅된 파우더 방법은 더 낮은 녹는점을 갖는 알루미늄 실리콘 브레이징 합금과 클래딩되는 알루미늄 스트립을 생산할 필요가 없는 반면, 플럭스 코팅 파우더로 브레이즈되는 알루미늄 부분들을 코팅하시키는 추가적인 처리 공정들이 여전히 필요하다. 브레이즈되는 부품들에 불균일하게 파우더를 적용하는 것은 어렵다. 브레이즈 조인트들에 파우더를 적용하는 공정은 건강 위험을 포함할 수 있다. 파우더는, 파우더에 의해 차지되는 공간 때문에, 알루미늄 열 교환기 튜브와 냉각기 핀들과 같은, 조인트되는 부품들의 위치에 정확히 위치시키는 것이 어려웠다.
파우더를 서로 혼합하는 것에 의해 브레이징 제품들을 생산하는 여러 접근들이 있다. 예를 들어, EP552567에서, 코어 시트가 표면 클래딩을 갖는 배열로의 회귀가 있다. 클래딩을 형성하는 재료는 특허 출원에서 "브레이징 작용제(agent)"로 언급된다. 작용제를 형성하도록, 다른 파우더들이 혼합된다. 상기 파우더들은, 99.5% 순도의 알루미늄 파우더, 실리콘 파우더, 아연 파우더, 주석 파우더, 인듐 파우더, 및 KF와 AlF3의 공융 구조인 플로라이드 플럭스 파우더이다. 금속 기저 파우더들은 44 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 반면, 플럭스 파우더들은 30 미크론의 평균 직경을 갖는다. 혼합 후에, 파우더들은 수분과 수소를 제거하여 파우더들의 가스를 제거하도록 500℃에서 진공 내에 위치된다. 이어서, 파우더 묶음은 480℃로 가열되며, 핫 프레싱 공정으로 처리된다. 다음으로 결과 블록은 500℃에서 압 출 성형된다. 상기 특허출원은, 5 또는 10wt%의 실리콘 파우더와 5, 8 또는 10wt%의 플럭스로 달성되는 브레이즈 가능성에 양호한 결과를 설명한다. 상기 특허출원에서 브레이즈 가능성이, JIS-A3003 알루미늄 합금으로 형성된 지지 플레이트 상에 테스트 피스를 설정하고 질소 가스 내에서 10분동안 600에서 620℃로 가열하는 것에 의해 시험된다. 추가적인 플럭스가 가해지지 않았다.
또한, FR2855085호는, 1 미크론에서 10 미크론 사이의 입자 크기를 갖는 10wt% 크리올라이트 플럭스이고, 나머지는 모두 입자 크기가 50 내지 300 미크론인 98wt%의 아연과 2wt%의 알루미늄으로 구성되는 혼합물인 경우에, 파우더 혼합물의 핫 이소스태틱 프레싱을 개시한다. 혼합된 파우더는 3시간 동안 1200 bar의 압력과 350℃에서 핫 프레스된다. 이 출원의 청구항들에서 결과 바(bar)가 예를 들어 회전에 의해 작용할 수 있다는 것이 제시된다.
US 6,164,517호는 고른, 링-형상의 브레이징 재료의 생산을 개시한다. 필러 합금의 파우더는, Al 10wt%의 Si가 취해지며, 재료 파우더를 형성하는, 합금 파우더와 플럭스가 80:20의 비율에서 AlF3 파우더와 KF 파우더와 혼합된다. 혼합된 파우더는 상온에서 프레스되며, 감소된 대기 버너에서 400℃로 가열되며, 파이프를 형성하도록 압출성형된다. 상기 파이프는 1.6mm 폭의 고른, 링-형상 브레이징 피스들을 제공하도록 슬라이스 된다.
금속과 플럭스 파우더의 혼합과 이어지는 경화는 다음과 같은 본질적인 여러 단점들을 갖는다.
(i) 앞서 언급된 개시에서 파우더 혼합은, 파우더 야금학 기술분에서 잘 문서화된, 다양한 평균 크기, 크기 분배 또는 특정 중량이며, 다른 조성의 파우더들의 일부 분리 없이 균일한 혼합을 성공적으로 제공하는 것이 어렵다; 게다가, 압축된 상태에서 플럭스의 분배는 사용되는 금속 파우더의 크게에 의해 제한될 것이다.
(ii) 밀링(milling)은 파우더들 혼합의 본질적인 문제들을 극복하는데 종종 사용된다. 그러나, 이는, 산소 픽업(pick-up)이 과도하며, 밀링 알루미늄 기저 파우더들이 매우 위험할 수 있다는 점에서 다른 상당한 단점들을 갖는다. 또한, 플럭스의 기계적 작용은 플럭스의 감손이 될 수 있다.
(iii) 알루미늄은 매우 반응적인 금속이며, 생산과 처리를 위해 필요한 긴 시간에 걸친 상기 파우더는 필연적으로 그 표면에 산화 필름을 형성한다. 그 후에, 파우더는, 예를 들어, 핫 프레싱 또는 핫 이소스태티컬 프레스(HIP)에 의해 경화되며, 이 산소는 최종 제품에 포함된다. 이는 최종 브레이징 작용에서 플럭스 요구를 증가시키거나, 또는 주어진 플럭스 용량에 대한 최종 제품의 웨팅 활동을 감소시킨다. 피치니(Pechiney), 스프레이 포밍의 제2 국제회의 발행문, 1993, "오스프레이 루트(Osprey route)에 의해 생산된 높은 강성과 피로 강도의 Al-Si-Fe 기저(base) 합금들"에서, 파우더 형성 내 제조되는 동일한 합금을 위한 1200ppm에 대한 140ppm와, 유사한 직접 칠 캐스트 합금을 위한 5ppm의 제품을 형성하는 스프레이를 위한 산소 용량들을 나타낸다.
(iv) (여분의 플럭스의 필요와 함께) US 6,164,517호에 언급된 산소는, 제품을 더 약하게 하며, 이는 이어지는 기계적 작용의 범위를 감소시킨다.
(v) 또한 알루미늄 파우더는 수분과 수소를 취하기 쉬우며, 결과적으로 이는 핫 프레싱 또는 히피에 의한 경화에 앞서 혼합되고 미리 준비된 파우더의 장기적인 가스 제거가 필요한 이유이다.
(vi) 파우더 생산에 필요한 많은 처리 작업과 이어지는 가스 제거 및 경화는 그러한 처리들을 복잡하고, 고비용, 고에너지 소비로 만들며, 따라서, 경쟁력이 없고, 환경적으로 바람직하지 않다.
(vii) 기초 파우더가 사용되는 경우에, 예를 들어, 앞서 언급된 EP552567호에서, 실리콘 입자들의 크기는, 브레이징 시트 내 추가된 파우더 크기(즉, 40 미크론)과 실질적으로 유사하게 유지된다.
파우더 혼합과 경화에 관한 여러 문제들을 극복하고, 더 경제적인 제조 방법을 제공하도록, 녹인 알루미늄 실리콘 합금이 플럭스 파우더가 추가되는 유사-용융 상태로 경화되며, 유사-용융 혼합물이 뒤섞이고, 이어서 냉각 및 경화되는 기술이 무효된 특허 JP7001185호에 개시된다. 그러한 접근이 파우더 혼합과 경화 기술의 일부 측면에서 향상을 나타낼 수 있는 반면, 경화된 제품은 캐스트의 전형적인 특징들과 상대적으로 느리게 경화된 제품을 나타낼 것이다. 예를 들어, 주로 경화된 Si 상태는 상대적으로 거칠며, 부분적으로 바늘(acicular) 형태이고 대량분리되며, 이어지는 열(hot) 실행 가능성을 갖는 모든 해로운 특징들을 가질 수 있다. 나아가, 유사-용융 알루미늄 실리콘 합금에 추가되어 용융되는 플럭스 파우더는 불용해성, 불혼화성(immiscibility) 및 밀도 차이로 인해 알루미늄 실리콘 합금으로부터 분리될 것이다. 그리고 그러한 분리는 느린 경화 과정동안 약한 플럭스 상태로 이 끌 것이며, 다시 제품에 불충분한 핫 가동성(workability) 특성을 남길 것이다. 또한, 균질의 혼합물을 달성하는 것은 매우 어려울 것이다. 유사-용융 금속의 혼합은 어느 정도 도움이 될 수 있으며, 녹인 합금 혼합(즉, 반응고 성형 가공법(rheocasting)과 딕소 성형(thixoforming) 처리)은 녹인 합금의 특정 체적 비로 제한되고, 그 이하에서의 혼합은 용융 상태의 점성이 증가하므로 매우 어렵다는 것이 문서에 의해 입증되었다. 혼합은 제품 내로 산소 결합을 초래할 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 자기 플럭스 브레이징 피스, 금속 또는 그목 합금 매트릭스 내 분배된 하나 이상의 무기질 재료를 포함하는 합성물을 형성하는 스프레이를 포함하는 피스, 브레이징 동안 열적 유도 금속 결합 구조를 촉진하도록 플럭스를 형성하는 무기질 재료 또는 무기질 재료들을 제공한다.
브레이징 동안, 무기질 재료가, 산화-금속 경계로부터 표면 산화의 붕괴를 유리하게 촉진시키는 합성 재료로부터 유리되며(liberated), 인접하는 터칭(touching) 표면들 사이의 열적 유도 금속 본드의 빠른 구성을 활성화하면서 일부 산화물을 용융 필러 금속이 감싼다.
매트릭스의 산소 용량은 중량으로 바람직하게 350ppm 이하이거나 또는 적합하게 250ppm 이하이다. 더 바람직하게, 매트릭스의 산소 용량은 100ppm 이하이며, 더욱 바람직하게, 50ppm 이하가 될 수 있다. 피스의 전체 산소 용량은 실질적으로 매트릭스로의 삽입에 앞서 무기질 재료 네 포함된 산소 용량에 실질적으로 따른다. 중요하게, 전체 산소 용량은, 금속 파우더들의 본질적인 높은 표면 영역 때문에, 특히 금속 파우더들이 알루미늄과 같은 반응성 요소들을 포함할 때, 금속 파우더들을 무기질 재료와 혼합하여 만들어진 것보다 실질적으로 적을 것이다. 또한, 전체적으로 낮은 산소 용량은 무기질 재료에 대한 요구를 실질적으로 감소시킬 것이며, 이러한 2개의 요인들은 합성물의 유연성을 크게 향상시켜서 핫 또는 콜드 작업을 용이하게 한다.
금속 또는 금속 합금은 어떠한 적합한 금속 또는 금속 합금이 될 수 있으나, 바람직한 실시예에서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이다. 바람직하게 매트릭스는 브레이징 합금이며, 하나의 주요한 구성요소로 알루미늄을 가질 수 있으며, 실리콘은 다른 주요한 구성요소가 될 수 있다. 실리콘 용량은 5 내지 15wt%, 또는 6 또는 6.8 내지 13wt% 또는 10 내지 12wt%, 또는 11 내지 12wt%가 될 수 있다. 알루미늄 실리콘 합금은 이 범위에서 공융을 형성하며, 결과적으로 감소된 용융 온도를 갖는다. 다른 적합한 범위는 Al이 6.8 내지 8.2wt%인 Si(AA4343), Al이 9 내지 11wt%인 Si(AA4045) 및 Al이 11 내지 13wt%인 Si(AA4047)이다. 다른 합금 추가가 이어지는 브레이즈 조인트의 특성들을 향상시키도록 존재할 수 있다.
각각의 무기질 재료는 브레이징 동안 플럭스를 형성하도록 어떠한 적합한 재료가 될 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 포타슘 알루미늄 플로라이드 플럭스는 무기질 재료로 제공되며, 2 이상의 무기질 재료들이 제공되어, 브레이징 동안, 포타슘 알루미늄 플로라이드 플럭스를 형성한다. 다른 바람직한 실시예에서, 포타슘-플로오르-알루민산염 재료가 무기질 재료로 제공되며, 2 이상의 무기질 재료들이 제공되어, 브레이징 동안, 포타슘-플로오르-알루민산염 플럭스를 형성한다. 각각의 무기질 재료 또는, 브레이징 동안 각각의 무기질 재료로부터 형성된 재료는 적합하게 비금속이 될 수 있으며, 이온이 되거나, 포타슘-플로오르-알루민산염과 같은 염이 될 수 있다.
놀랍게도, 그 자체를 공기 중에서 가열하면, 염이 산화물을 형성하도록 산소와 반응한다는 것이 확인되었다. 이는 순수 염 샘플들의 미분 스캐닝 열량 측정(Differential Scanning Calorimetry, DSC) 분석의 질량 이득으로 관찰되었다. 도 8 참조. 합성물을 형성하는 스프레이의 경우에, 브레이징 작용 동안 침전 시기로부터 재용융할 때까지 염은 알루미늄 매트릭스 내에 완전히 둘러싸이므로, 염은 산화와 수화로부터 보호된다. 압밀과 치밀화(densification)에 앞서, 개방 공극은 실질적이며, 대기 내 산소는 몸체 내부로 접근한다. 염의 이 산화는 이어지는 플럭스 활동에 대해 염의 산화는 불리하다. 화합물을 형성하는 스프레이 내 염은 가열 시 공기 노출의 역효과로부터 보호되며, 또한 실질적으로 문제되는 내부 산화를 갖지 않는다. 플럭스 작용은 따라서 염이 용융되는 시간까지 유지되며, 합성물의 내부러부터 방출되며, 산화를 막고, 표면 상에 퍼진다.
합성물은 0.2 내지 10wt%의 무기질 재료 용량을 가질 수 있다. 합성물은 바람직하게 적어도 0.9wt%, 더 바람직하게 적어도 1.2wt%의 무기질 재료 용량을 갖는다. 바람직하게 합성물은 5wt% 이하, 더 바람직하게, 4wt% 이하의 무기질 재료 용량을 갖는다. 특히 바람직한 실시예에서, 합성물은 약 2 내지 3wt%의 무기질 재료 용량을 갖는다. 만약 합성물 내에 충분한 염이 없다면, 조인트의 질이 영향을 받거나, 조인트가 형성되지 않을 것이다. 만약 합성물 내에 너무 많은 무기질 재료가 있으면 이어지는 기계적 작업을 수용하는데 더 이상 충분히 유연하지 않으며, 이는 대부분의 상황에서 중요하다.
합성물을 형성하는 스프레이는 비-매크로-분리, 실리콘과 알루미늄의 신속한 경화 상태에 의해 특징적일 것이며, 여기서, 주요한 Si 상태는, 5 내지 15 미크론의 전형적 크기를 갖는 주입된 무기질 재료 또는 무기질 재료들의 크기보다 훨씬 큰 매우 넓은 크기 범위로 분배된 덜 신속한 경화된 무기염 상태와 함께, 5 미크론 이하의 최대 크기와 1 미크론 이하의 평균 크기를 보일 것이고, 그러한 합성물은, 1 미크론 이하 크기의 극히 미세한 염 입자들과, 경화되는 합성물이 마지막 부분에 대응하는 크기로 최대 200 미크론에 이르는 입자들을 갖는 미소분리 상태를 포함한다. 도 3, 4, 5, 6, 7, 9 및 10의 이미지들은 본 발명에 따른 재료의 실시예의 미소구조의 일부 양상들을 도시한다. 앞서의 표시들은 실시예들이 바이-모달(bi-modal) 로그(log) 일반 분배를 나타낸다는 것이다.
합성물을 형성하는 스프레이 내 Si 입자 크기들은 캐스팅을 이용하여 만든 것보다 훨씬 작으며, 직접 칠 캐스틴 또는 레오캐스팅 공정들을 포함한다. 도 9 및 10 참조. Sr. 소형(small) Si 입자 크기는, 브레이즈 클래딩 재료의 신속한 용융과, 예상되는 조인트 지점들로 용융의 효과적인 유동을 제공하는데 유리하다. 소형 Si 입자들은 변경된 물질들의 추가 없이 달성될 수 있으며, 예를 들어, 직경이 10 미크론 이하, 바람직하게 5 미크론 이하, 더 바람직하게 3 미크론 이하인, 재료 내 Sr. 소형 Si 입자들은 작은 클래딩을 갖는 매우 얇은 제품들에 유리하다. 소형 Si 입자들은 더 효율적인 조인트 구조를 제공하도록 예를 들어, 응축기 핀 스탁의 표면 상에 연속적인 용융 풀(pool)을 만드는 것을 보조한다. 또한, 합성물을 형성하는 스프레이의 더 작은 Si 입자 크기는 클래드가 감긴 제품들(강도의 증가)의 고온 강도에 유리해야 하며, 차례로, 예를 들어, 롤링 잉곳들의 측면들 상에 덜 오버플로(overflow)하도록 제공되어야 하고, 따라서, 재료 생산량과 클래딩 두께 균등성을 향상시킨다.
주입된 무기질 재료 또는 무기질 재료들은 주입, 비행 및 침전 단계들 동안 탈수화된다. 나아가, 예상과 달리, 도 12 및 13과 같이, 합성물을 형성하는 스프레이 내에 함유된 무기질 재료는 주입 전의 무기질 재료의 그것 또는 탈수화 후의 그러한 재료와 달리 상당히 결정학적(crystallographically)이다. 우리의 조사는 합성물 내 염의 상태 합성은 주입된 원재료의 그것과 현저하게 다르며, 용융과 이어지는 급속 경화로 인해 일부분 비결정질로 보일 수 있다. 이는, 플럭스와 알루미늄 실리콘 파우더의 단순 혼합 및 압밀의 종래 공지의 방법으로부터 예상될 수 없거나 (플럭스가 용융되지 않으므로), 또는 플럭스와 알루미늄-실리콘 합금을 포함하는 용융된 금속의 레오캐스팅으로부터 예상될 수 없다 (플럭스는 느리게 경화하기 때문이다). 앞서의 지표들은 합성물 내 변형된 염의 녹는점이 주입된 염의 녹는점보다 낮다는 것이다. DSC를 사용하여 합성물 내의 염에 행해진 실험들은, 종종 563℃에서 용융의 제2 개시가 뒤따르는, 약 550℃에서 용융의 개시를 나타낸다. 도 2 참조. 이는 주입된 염만 있을 때의 용융과 명확히 대비되며, 단일 용융 엔도썸(endotherm)을 표시한다. 또한, 어떠한 염도 없는 동일한 알루미늄-실리콘 합금과 명확히 대비되며, 여기서, 단지 577℃에서 일반적이며 예상되는 공융 엔도썸이 보였다. 이 변형된 무기염은 브레이징 작용동안 향상된 플럭스 활동을 일으킨다.
피스 내 인접한 염 크리스털들 사이의 입자 간 공간은 바람직하게 10 미크론 이하 또는 더 바람직하게 5 미크론 이하이다.
전체적으로 피스의 전체 산소 용량은 중량으로 1000ppm 이하이다. 더 바람직하게 피스의 산소 용량은 500ppm 이하이며, 더욱 바람직하게 300ppm 이하이고, 250 ppm 이하도 될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 빌렛, 잉곳 또는 슬랩과 같은 금속 물품에 부착된 본 발명의 제1 양상에 따른 하나 이상의 피스를 포함하는 컴포넌트가 제공된다.
각각의 피스는, 예를 들어, 핫 또는 콜드 롤링과 같은 기계적 작용의 수단에 의해 금속 물품 상에 야금학적으로 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 제1 양상에 따른 2개의 피스들이 그 맞은편 측 상의 금속 물품에 부착된다. 이는 예를 들어 시트에 롤링하는 것에 의해 더 작용할 것이다. 상기 컴포넌트는 어떠한 적합한 형태가 될 수 있으며, 적합하게 사용될 수 있으나, 컴포넌트의 바람직한 실시예에서, 작업 후의 컴포넌트는, 자동차 라이에이터, 응축기, 증발기, 오일 냉각기, 차지 에어 냉각기 또는 연료 냉각기와 같은 열 교환기, 또는 고정 열 교환기 내 브레이징에 의해 연결되는 컴포넌트이다. 상기 컴포넌트는, 자동차 라이에이터와 같은, 열 교환기 내 적당한 위치에 브레이징되는 플레이트, 핀 또는 튜브가 될 수 있다. 또한 브레이징 시트는, 제한됨이 없이, 전자, 기계 및 공학 부품들을 포함하는 어떠한 브레이징 부품의 제조를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명의 제1 양상에 따른 피스 또는 본 발명의 제2 양상에 따른 컴포넌트의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 용융 금속 또는 금속 합금 재료의 스트림을 드랍릿의 스프레이로 원자화하는 단계, 각각의 무기질 재료를 상기 스트림 또는 스프레이로 도입하는 단계, 및 금속 또는 금속 합금 매트릭스 내 무기질 재료가 분배되는 합성물 피스를 형성하도록 스프레이 포밍(forming)에 의해 상기 재료들을 경화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 자기 플럭스 브레이징 피스의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 용융 금속 또는 금속 합금 재료의 스트림을 드랍릿의 스프레이로 원자화하는 단계, 브레이징 동안 플럭스를 형성하도록 배열된 무기질 재료 또는 무기질 재료들인 하나 이상의 무기질 재료를 상기 스트림 또는 스프레이로 도입하는 단계, 및 금속 또는 금속 합금 매트릭스 내 무기질 재료가 분배되는 합성물 피스를 형성하도록 스프레이 포밍에 의해 상기 재료들을 경화하는 단계를 포함한다.
스프레이 포밍 기술은 스프레이 포밍 작용의 극도의 신속성 때문에 특히 알루미늄 합금들과 같은 재료들에 매우 적은 산화를 일으키며, 불활성 가스 원자화 드랍릿이 형성되고, 불활성 대기, 일반적으로 질소 하에서 밀리세컨드 내에 재경화된다. 이는 브레이징 동안 플럭스를 형성하는 무기질 재료 또는 재료들을 의미하며, 무기질 재료 또는 재료들이 원하는 소량의 고유 산화물 용량만을 가지며, 필요한 영역, 즉, 브레이즈되는 표면들 상에 효과적인 플럭스의 능력(ability)을 방해하지 않는다. 나아가, 플럭스가 합성물 내에 포함되므로, 용융과 브레이징에 앞서 가열 단계동안 그 자체가 산화되지 않을 것이다. 결과적으로, 염의 최소량만이 요구되며, 매트릭스 합금의 낮은 산화 용량에 결합하고, 상기 재료를 상대적으로 유연하게 하여 핫 또는 콜드 작업을 쉽게 하도록 한다. 따라서, 상당히 놀랍게, 하나의 신속하고 집적된 작용에서, 합성물은, 무기 입자들로 되는 알루미늄 상태와 같은 미세한 실리콘 침전 및 입자가 고운 알루미늄 상태를 포함하는 신속히 경화된 매트릭스와 함께, 최소 산소 픽업으로 형성될 수 있으며, 경화 염의 대량분리는 최종 경화 동안 서로 연결되지 않은 공극을 갖는 고밀도를 나타내는 합성물을 형성할 수 없으며, 우수한 실행 가능성과 우수한 브레이징 특성들과 함께 더 이상의 공정동안 산화물이 추출되지 않으며, 브레이징 동안 실질적으로 모든 무기질 염은 열적 유도 금속 본드의 구조를 촉진하는데 이용된다.
합성물의 산소 용량은 바람직하게 500ppm 이하이며, 용융 합금과 상기 합성물을 제조하는 플럭스가 결합된 산소 용량 이상이다. 더 바람직하게 합성물의 산소 용량은 250ppm 이하이며, 더욱 바람직하게 상기 컴포넌트 부품들이 제조되는 100ppm 이하일 수 있다.
무기질 재료는 원자화될 수 있다. 무기질 재료는, 50 내지 150 미크론의 범위의 평균 직경을 갖는 금속 또는 금속 합금 재료의 드랍릿보다 더 작은 크기의 드랍릿으로 원자화될 수 있다. 대안적으로, 무기질 재료는 고체 입자로써 도입될 수 있다. 무기질 재료의 고체 입자들은 10 미크론 이하의 평균 직경을 가질 수 있다.
도입된 재료는 무기질이며, 더 낮은 녹는점을 갖고, 용융 형태에서 금속 또는 금속 합금 재료와 불용해성, 불혼화성이 될 수 있으며, 금속 또는 금속 합금 재료에 웨팅되며, 또한 산화를 분해하여 플럭스를 형성할 수 있다. 금속 또는 금속 합금 내에서 상기 무기질 입자들이 불용해성, 불혼화성임에도 불구하고, 스프레이된 금속 또는 금속 합금의 신속한 경화는 무기질 입자들로 만들어서, 경화된 무기질 재료의 대량분리가 최종 경화 과정에서 발생하지 않는다. 무기질 재료는 도입될 때 또는 비행 중에 적어도 부분적으로 용융될 것이나, 침전 후 즉시 실질적으로 완전히 용융될 것이다. 여기서, 침전은 금속 합금의 약 솔리더스 온도, 따라서 염의 녹는점 이상에서 일어날 것이다. 여기서, 연속적인 고체 피스가 형성되며, 종래 기술은, 가능한 한 잔존 고체를 통해 높은 녹는점을 갖는, 비(non)-용융 세라믹 입자들과 함께, 용융 금속 또는 금속 합금 재료의 스프레잉에 주로 의존하였다. 발명자들은 놀랍게도, 용융 금속 또는 하나 이상의 무기질을 갖는 금속 합금 재료의 스프레이 포밍과, 상기 금속 또는 금속 합금 재료보다 낮은 녹는점을 갖는 재료들을 형성하는 플럭스와, 도입 또는 스프레이 될 때의 적어도 부분적인 용융에 의해 비(non) 대량분리된 합성 구조를 형성할 수 있다는 것을 발견했다. 무기질 재료는 적어도 부분적으로 용융될 수 있으며, 금속 또는 금속 합금 재료와 함께 콜렉터 상에 스프레이가 침전될 때, 실질적으로 완전히 용융된다. 이는, 더 놀랍게도 그 불용해성과 불혼화성으로 인해 금속 또는 금속 합금 매트릭스 내에 무기질 재료 비(non) 대량분리된 합성 피스 구조를 만든다. 금속 또는 금속 합금 드랍릿으로부터의 열 배출은, 무기 염을 분리하도록 스프레이 동안 조절되며, 대규모의 분리를 막는다. 금속 또는 금속 합금 매트릭스 내 플럭스 입자들의 크기와 분배는 주입된 무기 염의 크기와 무관하다. 예를 들어, 주입된 염의 평균 크기는 일반적으로 10 미크론이며, 5 내지 15 미크론의 범위가 될 수 있다. 비행과 서로 충돌하는 침전과 염의 빠른 침전 동안의 금속 드랍릿과 염의 밀접히 결합한 혼합물과, 침전 표면 상의 드랍릿들은 염 용융을 일으키며, 경화되는 합성물의 말단 영역에서 염의 제한된 유착(coalescence)으로부터 형성된 200 미크론 크기에 이르는 거친 입자들과, 합금 매트릭스 내에 형성된 1 미크론보다 작은 플럭스의 극히 미세한 입자들을 광범위한 크기 분배로 경화시킨다(도 3 참조). 이어지는 기계 작업에서, 염 상태는 점진적으로 전형적으로 5 미크론 크기 이하인 미세한 미립자로 분열된다.
피스 내 인접하는 염 크리스털들 사이의 입자 간 공간은 바람직하게 합성 피스를 만드는 스프레이로부터의 알루미늄-실리콘 드랍릿의 직경 이하이다. 피스 내 인접하는 염 크리스털들 사이의 입자 간 최대 공간은 바람직하게 어떤 경우에 10 미크론 이하이며, 더 바람직하게 5 미크론 이하이다.
본 발명의 방법에 의해 형성된 합성 피스는 개별적 물품으로 그 자체로 사용될 수 있다. 대안적으로, 합성 재료는 잉곳, 빌렛 또는 슬랩과 같은 금속 물품에 부착될 수 있다. 합성 재료는 금속 물품의 일면에 부착될 수 있으며, 또는 대안적으로 합성 재료의 2개 피스들은 반대편 면들 상의 금속 물품에 부착될 수 있다. 합성 재료는 어떠한 적합한 기술에 의해 금속 물품에 부착될 수 있으며, 예를 들어, 핫 또는 콜드 롤 본딩에 의해 부착될 수 있다. 대안적으로, 재료들이 금속 물품에 결합하도록 형성되는 스프레이가 될 수 있다는 점에서, 합성 재료는 스프레이 포밍에 의해 재료들의 경화 동안 금속 물품에 부착될 수 있다. 나아가 특정한 변형은, 합성 재료가 실린더형 또는 관형 빌릿 또는 금속 스트립의 형태인 금속 물품 상에 직접 형성되는 스프레이가 될 수 있다는 것이다.
합성 재료가 금속 물품에 부착되면 생성된 컴포넌트는, 예를 들어, 포징(forging) 및/또는 롤링 및/또는 압출 성형에 의한 기계적 작업을 거칠 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면 브레이즈 조인트 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 본 발명의 제1 양상에 따른 브레이징 피스를 배치하는 단계 또는 다른 금속 또는 금속 합금 피스와 직접 접촉시키는 본 발명의 제2 양상에 따른 컴포넌트의 합성 재료 부품을 배치시키는 단계와, 추가된 플럭스 없이 조인트를 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 브레이즈 조인트 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 본 발명의 제3 또는 제4 양상에 따른 방법을 수행하는 단계, 금속 또는 금속 합금 피스와 직접 접촉하는 합성 재료를 배치하는 단계와, 추가된 플럭스 없이 조인트를 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 앞서의 2개 양상들 중 어느 하나에 있어서, 조인트의 가열은 불활성 또는 감소된 대기, 또는 적당한 진공에서 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 알루미늄 매트릭스 내 균일하게 분배된 10 미크론 이하의 평균 크기의 1차 실리콘 침전을 특징으로 하는 신속히 응고된 알루미늄-실리콘 합금을 포함하는 합성 재료를 포함하는, 스프레이를 형성하거나, 또는 스프레이를 형성하며 기계적으로 작동하는 자기-플럭스 브레이징 피스가 제공되며, 상기 알루미늄 매트릭스는 알루미늄 실리콘 합금보다 더 낮은 녹는점을 갖는 하나 이상의 무기질 염 재료와 함께 분산(interdisperse)되며, 알루미늄 실리콘 합금 내에서 불용해성이고 불혼화성이며, 상기 무기질 재료 또는 무기질 재료들은 열적 유도 금속 결합의 구조를 촉진하도록 브레이징동안 용융된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 알루미늄 매트릭스 내 균일하게 분배된 10 미크론 이하의 평균 크기의 1차 실리콘 침전을 특징으로 하는 신속히 응고된 알루미늄-실리콘 합금을 포함하는 합성 재료를 형성하는 스프레이를 포함하는 자기-플럭스 브레이징 피스가 제공되며, 상기 알루미늄 매트릭스는 알루미늄 실리콘 합금보다 더 낮은 녹는점을 갖는 하나 이상의 무기질 염 재료와 함께 분산(interdisperse)되며, 알루미늄 실리콘 합금 내에서 불용해성이고 불혼화성이며, 상기 무기질 재료 또는 무기질 재료들은 열적 유도 금속 결합의 구조를 촉진하도록 브레이징동안 용융되고, 상기 무기질 염 재료 또는 재료들은 크기가 10 미크론 이하의 미세 크리스털과 크기가 5 내지 200 미크론인 거친 크리스털의 바이모달 분배를 나타내는 응고된 크리스털 형태의 피스 내 존재하며, 상기 거친 크리스털들은 경화되는 합성물의 최종 영역으로 미소분리된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 자기 플럭스 브레이징 피스의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 용융 알루미늄 실리콘 합금 재료의 스트림을 드랍릿의 스프레이로 원자화하는 단계, 하나 이상의 무기질 재료를 상기 스트림 또는 스프레이로 도입하는 단계, 상기 무기질 재료 또는 무기질 재료들은 브레이징 동안 플럭스를 형성하도록 배열됨, 알루미늄 매트릭스 내 균일하게 분배된 10 미크론 이하의 평균 크기의 1차 실리콘 침전을 특징으로 하는 합성 피스를 형성하도록 스프레이 포밍에 의해 상기 재료들을 경화시키는 단계를 포함하며, 상기 알루미늄 매트릭스는 알루미늄 실리콘 합금 내에서 불용해성이고 불혼화성이며, 더 낮은 녹는점을 갖는 하나 이상의 무기질 염 재료와 함께 분산(interdisperse)되며, 상기 염 재료 또는 재료들은 크기가 10 미크론 이하의 미세 크리스털과 크기가 5 내지 200 미크론인 거친 크리스털의 바이모달 분배를 나타내는 응고된 크리스털 형태이고, 상기 거친 크리스털들은 경화되는 피스의 최종 영역으로 미소분리되어, 어떠한 염 크리스털들 사이의 입자간 공간은, 합성물을 형성하는 상기 스프레이를 형성하는 알루미늄-실리콘 드랍릿의 직경에 비해 현저하게 작고, 어떠한 경우에 20 미크론 이하이고, 상기 합성물은 100ppm 이하이고, 용융된 알루미늄-실리콘 합금과 상기 합성물을 본래 형성하는 무기질 염이 결합된 산소 용량 이상인 산소 용량에 특징이 있어서, 실질적으로 모든 무기질 염이 열적 유도 금속 결합의 구조를 촉진하도록 브레이징 동안 플럭스를 형성하는데 이용될 수 있다.
도 1은 제조 단계의 순서를 나타낸다.
도 2는 3개의 DSC 트레이스를 나타내며, 도 2a 및 2b는 각각 표 1로부터 샘플 3과 4의 재료를 형성하는 스프레이이며, 도 2c는 일반적인 AA4045 알루미늄-실리콘 합금이다.
도 3은 EDS 맵들인 최대 이미지와 6개의 소형 이미지들로써 스캐닝 일렉트론 마이크로그래프를 나타낸다. 상기 재료는 표 1의 샘플 4이다.
도 4 및 5는 각각 더 크게 확대된 대응하는 도면들이다.
도 6은 표 2에서 샘플 11인 합성 재료를 형성하는 초마이크로톰 스프레이로부터의 TEM 캡션(caption)을 나타낸다.
도 7은 마이크로그래프 상의 스케일에 의해 볼 수 있는 바와 같이 증가된 확대 상태에서, 도 2의 샘플 11인 합성 재료 샘플을 형성하는 초마이크로톰 스프레이의 다른 부분으로부터의 TEM 캡션을 나타낸다.
도 8은 탈수 형태의 실시예에서 사용되는 순수 포타슘-플루오르-알루민산 염의 DSC 트레이스이다.
도 9는 직접 칠 캐스트 AA4045 알루미늄-실리콘 표준 합금의 초마이크로톰 샘플로부터의 TEM 캡션이다.
도 10은 도 2의 샘플 11인 합성 샘플을 형성하는 초마이크로톰 스프레이로부터의 TEM 캡션이다.
도 11은 도 2의 샘플 11인 합성 샘플 재료를 형성하는 마이크로톰 스프레이로부터의 TEM 캡션이다.
도 12는 수산화와 탈수된 염의 XRD 스펙트라이며, 상기 탈수 염은 본 발명에 따른 재료들에 사용되었다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 2개의 샘플들의 XRD 스펙트라와 일반 AA4045 표준 알루미늄 실리콘 합금이다. 높은 염 용량 재료는 도 2의 샘플 12에 대응하며, 낮은 염 용량 재료는 도 2의 샘플 7에 대응한다.
도 1에 도시된 제1 작용에서, 장치(10)를 형성하는 스프레이는 A에 도시된 바와 같이 사용된다. 장치(10)는 턴디쉬(14)와, 챔버(12)의 상부에 설치되는 호퍼(16)와 함께 밀봉가능한 스프레이 챔버(12)로 구성된다. 수직 컬럼(18)은 스프레이 챔버(12)의 바닥으로부터 연장하며, 컬렉터 플레이트(20)가 상부 표면에 설치된다. 컬럼(18)은 수직 축에 대해 회전가능하며, 컬렉터 플레이트(20)의 높이를 제어하도록 축방향으로 이동가능하다.
사용에 있어, 턴디쉬(14)는, 턴디쉬(14)에서 액상선(liquidus) 이상으로 유지되는 용융 금속 또는 금속 합금으로 채워진다. 호퍼(16)는 브레이징 동안 플럭스를 형성하도록 무기질 염들의 혼합 또는 무기질 염의 입자들로 채워진다. 턴디쉬(14)는 용융 금속 또는 금속 합금의 스트림을 스프레이 챔버(12)로 유출시키며, 가스 제트(미도시)를 원자화하는 것에 의해 원자화된 드랍릿의 스프레이로 변환된다; 우선 불활성 가스로 스프레이 챔버가 정화되어, 산소의 픽업이 최소화된다. 원자화된 금속 또는 금속 합금과 합쳐지도록 호퍼(16) 내 입자들은 스프레이 챔버로 주입되어, 결합된 스프레이는 충돌하며 컬렉터 플레이트(20) 상에 모인다. 이 방법에서 빌릿(22)은 도 1의 B에 도시된 바와 같이 형성되며, 예를 들어 500mm의 직경과 2m의 길이가 될 수 있다. 샌드빅 오스프레이의 특허 출원 WO92/15721호는 어떻게 빌릿이 형성된 스프레이가 될 수 있는지 더 상세하게 기재하며, 그 개시는 참조로써 여기서 병합된다.
포징(forging) 장치(24)는 도 1의 C에 도시된다. 스프레이 침전 재료는 도 1 의 D와 E에 도시된 바와 같이, 슬랩(26)을 형성하도록 단조(forge)되며, 130mm의 두께를 가질 수 있다.
슬랩(26)은 도 1의 F에 도시된 바와 같이 시트 또는 라이너(28)를 형성하도록 감길(rolled) 수 있다.
상대적으로 두꺼운 알루미늄 슬랩(30)은, 도 1의 G에 도시된 바와 같이 상대적으로 얇은 라이너(28) 2개와 함께 2개의 반대편 주요한 표면들 상에 클래드 될 수 있다. 이 라미네이트된(laminated) 컴포넌트(32)는 도 1의 H에 도시된 바와 같이 핫 롤링과 콜드 롤링되며, 코일(34)로 말린다.
코일(H)은 도 1의 I에 도시된 바와 같이 핀스탁 컴포넌트(36)를 형성하도록 찢어진다.
각각의 핀스탁 컴포넌트(36)는 주름지며, 도 1의 J와 K에 자세히 도시된 바와 같이, 열 교환기 튜브(38)의 층들로 조립되며, 도 1의 L에 도시된 바와 같이, 완전한 열 교환기(40)를 형성하도록 다른 부품들과 조립하기 전에 질소 대기 하에 브레이징 되고, 예를 들어, 자동차 라이에이터로 사용될 수 있다.
실시예1
특정한 일 실시예에서, 턴디쉬(14)는 용융 알루미늄 10wt%의 실리콘 합금을 포함한다. 호퍼(16)에서, 고체 입자들은 평균 직겨 10 미크론인 포타슘-플루오르-알루민산염 입자들이었다. 스프레이 포밍을 위한 파라미터들은 다음과 같다:
금속 유동률: 6.94kg/min
금속 온도: 700℃
입자 유동률: 0.71kg/min
입자 온도: 20℃
원자화 가스: 질소
질소 가스의 온도: 상온
가스 유동률: 9.71m3/min
컬렉터 플레이트(20)와의 거리: 890mm
이는 50 미크론의 평균 입자 직경을 갖는 금속 합금 입자가 된다. 컬럼(18) 상의 컬렉터 플레이트(20)는 침전을 보장하도록 회전하며, 상기 재료의 이동이 컬렉터 플레이트(20)로 최적의 스탠드 오프 거리를 유지하도록 하방으로 수축한다.
포타슘-플루오르-알루민산염 입자들은, 약 577℃인 알루미늄 실리콘 합금의 솔리더스(solidus)보다 적은 약 560℃의 온도에서 용융된다. 무기질 염 재료는 원자화 가스, 금속 합금 드랍릿과 접촉하는 것에 의해 가열되어, 무기질 염의 입자들은 컬렉터 플레이트에 충돌하기 전에 적어도 부분적으로 용융을 일으킨다. 포타슘-플루오르-알루민산염은 알루미늄 합금 내에서 불용해성이고, 스프레이 포밍 과정에서 분리가 유지된다.
상기 기재된 파라미터들을 제어하는 것에 의해, 열 배출은 제어될 수 있다. 금속 매트릭스 내 가둬진 무기질 염 재료를 갖는 합성 피스가 제조될 수 있으며, 플럭스 입자들 간의 최대 거리는 침전 드랍릿의 평균 입자 크기 이하이나, 일반적으로 이보다 훨씬 작고, 일반적으로 10 미크론 이하이다. 금속 합금 내 무기질 염 재료가 불혼화성임에도 불구하고, 새로운 드랍릿의 일정한 도착과 경화의 온도 제어는, 결과적인 합성 빌릿을 통해 필요한 분배를 형성하면서 무기질 염 재료가 경화 침전 내에 가둬지는 결과와 함께, 무기질 염 재료가 매크로-스케일로 분리될 수 없는 것을 의미한다.
알루미늄 합금 내에 사용된 무기질 플럭스 재료는 불혼화성이므로, 만약 조건들이 정확히 유지되지 않는다면, 예를 들어, 만약 침전 조건들이 원자화 가스에 의해 배출된 불충분한 열의 결과로써 매우 뜨겁다면, 무기질 염 재료는 대량분리되어, 간섭성(coherent) 빌릿을 형성하는 것이 더 어렵고, 기계적으로 작업하기 어려우며, 덜 만족스럽고 덜 균일한 브레이징 결과를 산출하는 제품을 만들 것이다. 또한, 비행 동안 합금 드랍릿으로부터 과잉 열을 추출할 수 있으며, 침전 드랍릿 경계들을 묘사하는 플럭스의 선들을 갖는 미립자 미소구조를 만들 수 있다. 그러한 구조도 기계적으로 작업하기 어려우며, 처리하는 동안 바라지 않는 내부 산화를 이끄는 서로 연결된 공극을 포함할 수 있다.
상기 개설된 조건들은, 대략 무기질 염 4wt%와 동등한, 알루미늄 실리콘 합금 내 포타슘 1.2wt%를 갖는 합성 피스를 만든다.
피스의 전체 산소 용량은 중량으로 232ppm이다. 무기질 염은 이 수준을 넘는 고유의 산소 용량을 갖기 쉬우므로, 합금 매트릭스의 산소 용량은 중량으로 232ppm 보다 작은 경향이 있다.
이 재료는 양호한 브레이즈 조인트를 형성하며, 양호한 유연성을 갖고, 컴포넌트들을 형성하는 시트를 형성하도록 작업될 수 있다.
실시예 2
합성 피스가 입자 유동률을 제외하고 실시예 1과 유사한 방법으로 제조되어, 빌릿은 길이를 따라 0.1 내지 6wt%의 다양한 염 용량을 갖도록 형성된다. 가스 유동률은 플럭스 입자들의 다양한 양들의 도입 과정에서 일저한 침전 조건들을 유지하도록 제어되었다.
5개의 슬라이스가 빌릿으로부터 취해졌다. 슬라이스들은 각각 대략 0.1, 0.9, 2, 4.3 및 6wt% 무기질 염을 포함했다. 슬라이스들은 10mm에서 대략 0.4mm의 두께로 감겨졌다. 결과는 이하의 표 1에 도시된다. 결과로부터, 과도한 작업 후에 에지를 따라 균열하기 시작한, 6%의 무기질 염을 포함하는 샘플을 제외하고, 롤링 작업은 성공적으로 보였다.
직경 5mm인 소형 디스크는 각각의 감겨진(rolled) 슬라이스로부터 천공되었으며, 코어 층을 나타내는 AA3003 알루미늄 합금의 17 X 28 mm 를 측정하는 토큰(token) 상에 배치되었다. 샘플들은 용광로 내 질소 하에서 표준 브레이징 싸이클을 거쳤다. 샘플 1 (0.1% 염)은 반응에 실패했고, 일부 산소 스킨 증거와 함께 용융되는데 시간이 걸렸으며, 가시적인 플럭스 활동이 없었다. 샘플 2 (0.9% 염)는 필러 금속 상에서 일부 표면 플럭스 활동과 함께 브레이징 온도에서 볼을 형성하였으나, AA3003 토큰 상에서 가시적인 플럭스 활동은 없었다. 단기간의 주기 후에, 상기 볼은 표면을 습식하는데 실패했다. 샘플 3, 4 및 5 (각각 2, 4.3 및 6%)는 양호한 플럭스 활동과 토큰을 웨팅하는 양호한 필러 금속과 함께 빠르게 용융되었다. 용융 활동 율은 필러 금속 스프레드에 대한 상대적인 플럭스의 스프레딩 영역들로부터 유도된다.
표 1 : 재료를 포함하는 다양한 무기질 염의 롤링 및 브레이징 특성들의 요약
샘플 번호 K wt% 대략적 무기질 염 wt% 롤링 특성 기계적 특성 브레이징 디스크 용융 활동 율
1 0.031 0.1 양호 유연 플럭스 활동 없음 0
2 0.3 0.9 양호 유연 한계 1
3 0.57 2 양호 유연 활발 1.3
4 1.21 4.3 양호 유연 활발 1.5
5 1.7 6 불충분 불안정 매우 활발 2.2
상대적인 무기질 염 용량의 함수로써 브레이징 특성들을 접근하도록, 샘플들은 다양한 빌릿의 길이를 따라 20mm 간격으로 천공되었으며, 대략 0.12g의 재료가 브레이즈 가능성 테스트를 위해 AA3003 토큰 상에 배치되었다. 0.06 내지 0.14% 염을 포함하는 샘플들은 명백한 브레이징 활동을 갖지 않았다. 브레이징 활동은, 0.14 내지 1.2% 무기질 염 사이에서 관측되는 브레이즈 가능성의 변화에 따라 염 용량과 함께 증가하였다. 양호한 브레이징 특성들은 1.2% 무기질 염 함유 재료에 의해 나타났으며, AA3003 토큰의 표면 상에 습식되고 퍼지는 활성 용융을 갖는 더 양호한 플럭스 활동을 나타냈다. 최고 수준의 염(5.73%)을 포함하는 재료는 가장 큰 플럭스 활동을 나타냈으며, 실제에 있어 양호한 필러 금속 유동을 위해서는 더 많이 필요하다.
표 2 : 무기질 염 용량의 함수로써 브레이즈 활동
샘플 K wt% 대략적 무기질 염 wt% 용융 활동 율
6 0.019 0.06 활동 없음
7 0.022 0.08 활동 없음
8 0.048 0.14 활동 없음
9 0.345 1.22 1.1
10 0.686 2.47 1.3
11 0.710 2.54 1.4
12 1.212 4.34 1.5
13 1.750 5.73 1.9
AA3003에 결합되고, 0.4mm의 최종 게이지에 감기며, 언클래드 AA3003 토큰에 브레이즈된 재료 롤 샘플들 사이의 브레이즈 조인트 구조가 평가되었다. 샘플들은 상기 기재된 다양한 플럭스 용량 빌릿의 경우였다. 2.5 및 5.7wt% 무기질 염을 포함하는 샘플들은 언클래드 재료를 갖는 매우 우수한 T-브레이즈 조인트를 산출했다. 양호한 플럭스 활동이, 조인트로의 필러 금속의 빠른 모세관 유동과 함께 관측되었다. 브레이즈 조인트들은 접합(faying) 표면들 사이의 매끈한 메니스커스로 잘 정의되었다. 유사한 양호한 브레이즈 조인트들이 언클래드 핀 재료와, 2.5% 무기질 염을 포함하는 클래드 샘플 재료 사이에서 형성되었다. 브레이즈 조인트들은 클래드 재료의 기준 샘플과, 종래 방법으로 플럭스된 핀 사이에서 산출된 그것들과 유사하였다. 플럭스 적용없이 기준 샘플들은 브레이즈 되지 않았다.
폐쇄된 컵(cup) 브레이징 실험들에서, 양호한 내부 브레이즈 조인트들이, 2.5wt% 무기질 염을 포함하여 형성된 샘플 재료의 클래드 표면들 사이에서 산출되었다. 클래드 표면들이 브레이즈 될 때, AA3003 토큰 상에 한계 브레이징 활동을 나타냈던 샘플들은 수용할 수 있는 내부 브레이즈 조인트들을 형성하였으나, 외부 브레이즈 조인트들은 불충분했다.
도 2는 3개의 DSC 트레이스들을 도시한다. 도 2a 및 2b는 각각 표 1로부터 샘플들 3과 4의 재료를 형성하는 스프레이이다. 도 2c는 일반 AA4045 알루미늄-실리콘 합금이다. 합성 샘플들을 형성하는 스프레이는 알루미늄-실리콘 합금 매트릭스의 용융 개시보다 낮은 온도들에서 하나(a)와 둘(b)의 흡열성 용융 피크들(peaks)을 나타낸다. 추가적인 용융 피크들은 무기질 염의 용융에 대응한다.
도 3은 EDS 맵들인 최대 이미지와 6개의 소형 이미지들로써 스캐닝 일렉트론 마이크로그래프를 나타낸다. 상기 재료는 표 1의 샘플 4이다. EDS 맵들에서, 맵 내의 콘트라스트의 휘도는 농축의 지표이다. 스케일은 주요 마이크로그래프의 말단(foot)에 주어진다.
도 4 및 5는 각각 더 크게 확대된 대응하는 도면들이다.
도 3, 4 및 5는 합금 매트릭스 내 염의 분배와 스케일을 나타내며, 실리콘 입자들의 분배와 존재를 나타낸다.
도 6은 표 2에서 샘플 11인 합성 재료를 형성하는 초마이크로톰 스프레이로부터의 TEM 캡션(caption)을 나타낸다. 화살표된 영역 위에 EDS 스펙트럼에서 지시되는 바와 같이, Si 입자로부터 큰 풀아웃에 인접하여, 플럭스 잔존물이 보여질 수 있다. Cu는 TEM 내에 샘플을 설치하는데 사용되는 Cu 그리드(grid)로부터 생긴다.
도 7은 마이크로그래프 상의 스케일에 의해 볼 수 있는 바와 같이 증가된 확대 상태에서, 도 2의 샘플 11인 합성 재료 샘플을 형성하는 초마이크로톰 스프레이의 다른 부분으로부터의 TEM 캡션을 나타낸다. Si 입자부터의 큰 풀아웃에 인접하여, EDS 스펙트럼에 지시된 바와 같이 플럭스 잔존물들이 보여질 수 있다. 전에, Cu는 TEM 내에 샘플을 설치하는데 사용되는 Cu 그리드(grid)로부터 생긴다. 입자 잔존물과 샤드(shard)는, 스프레잉에서 원자화된 합금 드랍릿 상에 형성되는 무기질 염의 쉘(shell) 분열의 예상되는 결과이며, 이어서 핫 합금 드랍릿과 상기 합금에 불혼화성인 무기질 재료의 고체 입자 사이에서 접촉한다.
도 8은 탈수 형태의 실시예에서 사용되는 순수 포타슘-플루오르-알루민산 염의 DSC 트레이스이다. 플럭스의 산화를 지시하는 용융 상에 빠른 질량 이득이 있음을 보여준다. 합성물을 형성하는 스프레이의 경우에, 염은, 브레이징 작용 동안 침전의 시기로부터 재용융까지 알루미늄 매트릭스로 완전히 둘러싸이므로, 상기 염은 산화와 탈수로부터 보호된다. 따라서, 플럭스 활동은, 염이 용융되고, 산화가 해제되며, 표면으로 퍼질 때까지 유지된다.
도 9는 직접 칠 캐스트 AA4045 알루미늄-실리콘 표준 합금의 초마이크로톰 샘플로부터의 TEM 캡션이다. 연한 Si 입자들로부터의 큰 풀아웃들을 주의한다. 실리콘 입자들은 직경이 500nm 이상이다.
도 10은 도 2의 샘플 11인 합성 샘플을 형성하는 초마이크로톰 스프레이로부터의 TEM 캡션이다. Si 입자들로부터의 다양하나 작은 풀아웃들이 보인다.
도 11은 도 2의 샘플 11인 합성 샘플 재료를 형성하는 마이크로톰 스프레이로부터의 TEM 캡션이다. 이미지는 삼중 이득 경계에서 (화살표인) K-Al-F-리치(rich) 입자를 도시한다. 입자는 가로질러 약 100nm이며 따라서 도 9의 기준 브레이징 합금에서 보여지는 실리콘 입자들보다 훨씬 작다.
도 12는 수산화와 탈수된 염의 XRD 스펙트라이며, 상기 탈수 염은 본 발명에 따른 재료들에 사용되었다. 회색 화살표는 KAlF4의 피크 위치들을 나타내며, 흑색 화살표는 K2AlF5(H2O)의 피크 위치들을 나타내는 반면, X로 표시된 피크 위치들은 확인될 수 없다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 2개의 샘플들의 XRD 스펙트라와 일반 AA4045 표준 알루미늄 실리콘 합금이다. 높은 염 용량 재료는 도 2의 샘플 12에 대응하며, 낮은 염 용량 재료는 도 2의 샘플 7에 대응한다. X로 표시된 화살표는 확인될 수 없는 피크들의 피크 위치들을 나타내며, 나머지 피크들은 금속 알루미늄과 실리콘으로부터 생긴다.
주입된 칼륨-플루오로-알루민산염 재료는 주입, 비행 및 침전 단계들 동안 탈수된다. 나아가, 예상과 달리, 합성을 형성하는 스크레이에 포함된 칼륨-플루오로-알루민산염 재료는, 도 12 및 13에 도시된 바와 같이, 주입 전의 칼륨-플루오로-알루민산염 재료의 그것 또는 탈수 후의 재료와 결정학적으로 상당히 다르다. 우리의 조사들은 합성물 내 염의 상태 구조가 주입된 원재료의 상태 구조와 현저히 다르며, 용융과 이어지는 빠른 경화로 인해 비결정질 상태로써 부분적으로 나타난다는 것을 보여준다. 도면들은 합성물 내 변화된 염의 녹는점이 주입된 염의 녹는점보다 낮다는 것을 나타낸다. 미분 스캐닝 캘로리미트리를 사용하여 합성물 내의 염에 수행된 실험들은 약 550℃에서 용융의 개시와, 때때로 563℃에서 용융의 제2 개시가 뒤따른다는 것을 나타낸다. 도 2 참조. 이는, 단일 용융 엔도썸을 나타내는, 주입된 염만 있을 때의 용융과 명확히 대비된다. 도 8 참조. 또한, 어떠한 염 도 없는 동일한 알루미늄-실리콘 합금과 명확히 대비되었으며, 577℃에서 일반적이고 예상되는 공융 엔도썸만이 보여졌다. 도 2c 참조. 이 변화된 무기질 염은 브레이징 작용동안 향상된 플럭스 활동을 가져온다.
플럭스들을 형성하는 대안적인 무기질 염들은 칼륨 테트라-(tetra-), 펜타-(penta-), 및 헥사-플루오로알루민산염 (KAlF4, K2AlF5·H2O, K3AlF6)을 포함하며, 앞서 언급된 염들은 하이드록시플루오로-(hydroxyfluoro-), 옥시플루오로알루미늄 종들(species) (AlF2OH·H2O, Al2F4O, AlF(OH)2, AlFO); 나트륨 플루오로알루민산염 (Na3AlF6), 세슘 알루미늄 플루오라이드 (CsAlF4, Cs2AlF5); 칼륨 실리코플루오라이드 (K2SiF6, K3SiF7), 알칼리 아연 플루오라이드 (KZnF3) 및 칼륨 주석 플로오라이드 염 (KSnF3, KSnF5, K2SnF6 및 K3SnF7)과, 상기 언급된 모든 할로겐화 염들의 수산화물들을 포함할 수 있다.
비록 무기질 염 재료가 호퍼(16)로부터 고체 입자들로 제공되는 것으로 설명되었으나, 대안적인 실시예에서, 상기 무기질 염 재료는, 금속 합금과 같이, 액체 형태로 제공될 수 있으며, 동일한 방식으로 원자화될 수 있다.
실린더형 빌릿(22)이 도시되었으나, 스프레이 포밍 공정은 빌릿을, 플레이트 또는 튜브 또는 클래드 제품들과 같이, 다양한 형태로 만드는데 사용될 수 있다.
국부적인 가열이 적용되는 곳에, 본 발명에 따라 전체 컴포넌트가 하나의 피스로 제조될 수 있으며, 브레이징에 의해 소정 위치에 부착될 수 있다.
클래드 컴포넌트가 필요한 곳에, 코어 재료의 잉곳이 컬렉터 표면(20) 상에 놓여져서 설명된 바와 같은 스프레이 침전이 잉곳에 직접 발생할 수 있다. 결과적인 컴포넌트는 설명된 바와 같이 바로 사용되거나 단조되거나(forged) 또는 감길 수 있다.
재료를 형성하는 스프레이는, 추가적인 작업없이, 침전되는데 사용되거나, 필요에 따라 작업될 수 있다. 비록 롤링과 포징이 설명되었으나, 필요에 따라, 예를 들어, 압출 성형과 같은, 핫 또는 콜드 기계적 작업의 다른 형태가 본 발명에 따라 만들어진 피스들 상에 수행될 수 있다.
비록 질소 환경 하의 브레이징이 설명되었으나, 브레이징은 감소된 대기 또는 진공 하에 발생할 수 있다. 본 발명에 따라 만들어진 피스의 낮은 고유 산소의 관점에서, 진공은 고(high) 진공을 필요로 하지 않으며, 적당한 진공이 양호한 브레이징 결과를 가져올 것이다.

Claims (68)

  1. 자기-플럭스 브레이징 피스로서,
    금속 또는 금속 합금 매트릭스 내에 분배된 하나 이상의 무기질 재료를 포함하는 합성 재료를 형성하는 스프레이를 포함하고,
    상기 무기질 재료 또는 무기질 재료들은 열적 유도 금속 결합의 구조를 촉진하도록 브레이징 동안 플럭스를 형성하는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스의 산소 용량은 중량으로 350ppm 이하인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스의 산소 용량은 중량으로 250ppm 이하인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스의 산소 용량은 중량으로 100ppm 이하인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스의 산소 용량은 중량으로 50ppm 이하인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 또는 금속 합금은 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스는 브레이징 합금인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 브레이징 합금은 주요 구성성분으로 알루미늄과 실리콘을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 브레이징 합금은 5 내지 15wt%의 실리콘 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 브레이징 합금은 6 내지 13wt%의 실리콘 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 브레이징 합금은 9 내지 13wt%의 실리콘 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 브레이징 합금은 10 내지 12wt%의 실리콘 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스는 실리콘 입자들을 포함하며, 상기 실리콘 입자들은 10 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  14. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스는 실리콘 입자들을 포함하며, 상기 실리콘 입자들은 5 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 것을 특징 으로 하는 브레이징 피스.
  15. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스는 실리콘 입자들을 포함하며, 상기 실리콘 입자들은 3 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 칼륨-알루미늄-플루오라이드 플럭스가 무기질 재료로 제공되거나, 브레이징 동안 칼륨-알루미늄-플루오라이드 플럭스를 형성하는 2 이상의 무기질 재료가 제공되는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 칼륨-플루오로-알루민산염 플럭스가 무기질 재료로 제공되거나, 브레이징 동안 칼륨-플루오로-알루민산염 플럭스를 형성하는 2 이상의 무기질 재료가 제공되는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 재료는 0.2 내지 10wt%의 무기질 재료 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 합성 재료는 0.9wt% 이상의 무기질 재료 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 합성 재료는 1.2wt% 이상의 무기질 재료 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  21. 제 18 항, 제 19 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 재료는 5wt% 이하의 무기질 재료 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  22. 제 18 항, 제 19 항 또는 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 재료는 4wt% 이하의 무기질 재료 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 재료는 약 2 내지 3wt%의 무기질 재료 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 무기질 재료는 상기 금속 또는 금속 합금보다 낮은 녹는점을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 무기질 재료는 상기 금속 또는 금속 합금과 함께 용융 형태일 때 불혼화성인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 무기질 재료는 상기 금속 또는 금속 합금과 함께 용융 형태일 때 불용해성인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료 또는 재 료들은 합성 재료 내에 1 미크론 이하 크기의 입자들을 형성하는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료 또는 재료들은 합성 재료 내에 5 내지 200 미크론 크기의 입자들을 형성하는 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료 또는 재료들은 합성 재료 내에 입자들을 형성하며, 인접하는 입자들 사이의 입자 간 공간은 10 미크론 이하인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  30. 제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료 또는 재료들은 합성 재료 내에 입자들을 형성하며, 인접하는 입자들 사이의 입자 간 공간은 5 미크론 이하인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  31. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스의 산소 용량은 1000ppm 이하인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스의 산소 용량은 500ppm 이하인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스의 산소 용량은 300ppm 이하인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  34. 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스의 산소 용량은 250ppm 이하인 것을 특징으로 하는 브레이징 피스.
  35. 잉곳, 빌릿 또는 슬랩과 같은 금속 물품에 부착되는, 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항의 하나 이상의 피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴포넌트.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 각각의 피스는 상기 금속 물품에 롤 결합(roll bond)하는 것을 특징으로 하는 컴포넌트.
  37. 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항의 2개의 피스들이 상기 금속 물품의 반대편 면들에 부착되는 것을 특징으로 하는 컴포넌트.
  38. 제 35 항, 제 36 항 또는 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컴포넌트는 자동차 라이에이터, 응축기, 증발기, 오일 냉각기, 차지 에어 냉각기 또는 연료 냉각기와 같은 열 교환기, 또는 고정(stationary) 열 교환기에 브레이징에 의해 연결되는 컴포넌트인 것을 특징으로 하는 컴포넌트.
  39. 제 35 항, 제 36 항 또는 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컴포넌트는 자동차 라이에이터, 응축기, 증발기, 오일 냉각기, 차지 에어 냉각기 또는 연료 냉각기와 같은 열 교환기, 또는 고정 열 교환기 내의 위치에 브레이징 되는 핀, 플레이트 또는 튜브인 것을 특징으로 하는 컴포넌트.
  40. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항의 피스 또는 제 35 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항의 컴포넌트의 제조 방법으로서,
    용융 금속 또는 금속 합금 재료의 스트림을 드랍릿의 스프레이로 원자화하는 단계, 각각의 무기질 재료를 상기 스트림 또는 스프레이로 도입하는 단계, 및 금속 또는 금속 합금 매트릭스 내 무기질 재료가 분배되는 합성물 피스를 형성하도록 스프레이 포밍(forming)에 의해 상기 재료들을 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  41. 자기 플럭스 브레이징 피스의 제조 방법으로서,
    용융 금속 또는 금속 합금 재료의 스트림을 드랍릿의 스프레이로 원자화하는 단계, 브레이징 동안 플럭스를 형성하도록 배열된 무기질 재료 또는 무기질 재료들인 하나 이상의 무기질 재료를 상기 스트림 또는 스프레이로 도입하는 단계, 및 금속 또는 금속 합금 매트릭스 내 무기질 재료가 분배되는 합성 피스를 형성하도록 스프레이 포밍에 의해 상기 재료들을 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  42. 제 40 항 또는 제 41 항에 있어서, 상기 각각의 무기질 재료는 형성되는 스프레이가 되도록 용융되며 원자화되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  43. 제 40 항 또는 제 41 항에 있어서, 상기 무기질 재료는 고체 입자들로 도입되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 무기질 재료의 고체 입자들은 10 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  45. 제 40 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 또는 금속 합금 재료는 50 내지 150 미크론 범위의 평균 직경을 갖는 드랍릿으로 원자화되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  46. 제 40 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료는 상기금속 또는 금속 합금 재료보다 낮은 녹는점을 갖는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  47. 제 40 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료는 상기 금속 또는 금속 합금 재료 내에서 불용해성인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  48. 제 40 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료는 도입되거나 또는 스프레이 될 때, 적어도 부분적으로 용융되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  49. 제 40 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료는, 금속 또는 금속 합금 재료를 갖는 컬렉터 표면 상에 스프레이가 침전될 때, 실질적으로 완전히 용용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  50. 제 40 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료는 상기 금속 또는 금속 합금 재료와 불혼화성인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  51. 제 40 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료 또는 재료들은 상기 합성 재료 내에 입자들을 형성하며, 인접하는 입자들 사이의 입자 간 공간은, 합성 피스를 형성하는 스프레이를 형성하는 알루미늄-실리콘 드랍릿들의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  52. 제 40 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료 또는 재료들은 상기 합성물 재료 내에 입자들을 형성하며, 인접하는 입자들 사이의 입자 간 공간은 10 미크론 이하인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  53. 제 40 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 재료 또는 재료들은 상기 합성물 재료 내에 입자들을 형성하며, 인접하는 입자들 사이의 입자 간 공간은 5 미크론 이하인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  54. 제 40 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료들의 드랍릿들로부터의 열 배출은, 상기 금속 또는 금속 합금으로부터 무기질 재료의 분리 또는 대량분리를 막도록, 스프레이 동안 제어되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  55. 제 40 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스의 산소 용량은 500ppm 이하이며, 용융 금속 또는 금속 합금과, 원자화와 스프레이 전의 무기질 재 료 또는 무기질 재료들의 결합된 산소 용량보다 큰 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  56. 제 40 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스의 산소 용량은 250ppm 이하이며, 용융 금속 또는 금속 합금과, 원자화와 스프레이 전의 무기질 재료 또는 무기질 재료들의 결합된 산소 용량보다 큰 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  57. 제 40 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스의 산소 용량은 100ppm 이하이며, 용융 금속 또는 금속 합금과, 원자화와 스프레이 전의 무기질 재료 또는 무기질 재료들의 결합된 산소 용량보다 큰 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  58. 제 40 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 재료는 잉곳, 빌릿 또는 슬랩과 같은 금속 물품에 부착되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  59. 제 58 항에 있어서, 합성 재료의 2개의 피스들은 상기 금속 물품의 반대편 면들 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  60. 제 58 항 또는 제 59 항에 있어서, 상기 합성 재료는 상기금속 물품 상에 핫 또는 콜드 롤 본딩에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  61. 제 58 항 또는 제 59 항에 있어서, 상기 합성 재료는 스프레이 포밍에 의해 상기 재료들의 경화 동안 상기 금속 물품에 부착되며, 상기 재료들은 금속 물품에 결합하도록 금속 물품 상에 형성된 스프레이인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  62. 제 58 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 재료 및 금속 물품이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  63. 제 62 항에 있어서, 상기 합성 재료 및 금속 물품은 하나 이상의 핫 롤링, 콜드 롤링, 압출 성형 및 포징에 의해 작업되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  64. 브레이즈 조인트 제조 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항의 피스를 배치하는 단계, 또는 제 35 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항의 컴포넌트의 합성 재료 부품을 다른 금속 또는 금속 합금 피스와 직접 접촉하도록 배치시키는 단계와, 추가된 플럭스 없이 상기 조인트를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  65. 제 64 항에 있어서, 상기 합성 피스는, 제조된 후와 상기 다른 금속 또는 금속 합금 피스에 접촉하도록 배치되기 전에 사용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  66. 제 65 항에 있어서, 상기 합성 피스는 하나 이상의 핫 롤링, 콜드 롤링, 압출 성형 및 포징에 의해 작업되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  67. 브레이즈 조인트 제조 방법으로서,
    제 40 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 단계, 다른 금속 또는 금속 합금 피스와 직접 접촉하는 합성 재료를 배치하는 단계와, 추가된 플럭스 없이 상기 조인트를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  68. 제 64 항 내지 제 67 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조인트는 불활성 또는 감소된 대기 하에 가열되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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