KR20130058055A

KR20130058055A - 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법

Info

Publication number: KR20130058055A
Application number: KR1020137007376A
Authority: KR
Inventors: 다카노리 고쿠보; 히사시 호리; 도모히로 사사키
Original assignee: 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2013-06-03
Also published as: WO2012043030A1; TW201213028A; JP2012071335A; CN103068512A; CN103068512B; JP5532520B2; KR101504046B1; TWI504460B

Abstract

단층형의 브레이징 시트를 사용해서 2개의 알루미늄 합금 부재끼리를 무플럭스로 면 브레이징한다. 고상선 온도가 570℃ 이상인 알루미늄 합금 부재끼리의 사이에, Si:3 ~ 12질량％, Mg:0.1 ~ 5.0질량％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 두께 15 ~ 200㎛의 브레이징재로 이루어지는 단층 브레이징 시트를 끼워넣어 면 접촉시킨 상태에서, 불활성 가스 분위기하에서, 브레이징 온도 570℃ 이상으로 유지하면서, 0.6gf/㎟ 이상의 면압을 부가하면서 무플럭스로 알루미늄 합금 부재끼리를 브레이징한다.

Description

알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법 {SURFACE BRAZING METHOD OF ALUMINUM ALLOY MATERIAL}

본 발명은, 알루미늄 합금 부재끼리를 브레이징 시트를 사용해서 불활성 가스 분위기 중, 무플럭스로 면 브레이징하는 방법에 관한 것이다.

예를 들어 알루미늄 열교환기의 핀재와 튜브재의 브레이징에서 볼 수 있는 바와 같이, 지금까지의 브레이징 기술은, 필렛 형상을 얻을 수 있는 선접촉을 기본으로 하고 있었다. 이러한 브레이징법에서는, 예를 들어 하부판이 브레이징 시트이며 그 위에 판형상의 핀을 수직으로 접합하는 경우에, 용융된 브레이징재가 브레이징 시트상을 유동해서 필렛을 형성하게 된다.

이러한 선접촉을 기본으로 하는 브레이징 기술에 있어서는, 브레이징 가열중의 산화를 억제하기 위해서, 대기 중 또는 불활성 가스 분위기 중에 있어서 플럭스를 사용해서 브레이징하는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 그러나, 최근에는, 3층 또는 5층의 클래드층을 형성하고, 박피재와 코어재와의 중간재로서 Al-Si계 합금 브레이징재를 클래드한 브레이징 시트를 불활성 가스 중에서 무플럭스 브레이징하는 방법이 개발되어 있다.

예를 들어 일본 특허 제3780380호 공보에서는, 박피재와 코어재와의 중간재로서 Al-Si계 합금 브레이징재를 사용하고, 박피재 및 코어재에는 브레이징재의 액상선 온도보다 높은 고상선 온도를 갖는 알루미늄 합금을 사용하며, 브레이징 시트 전체의 판 두께가 0.05 ~ 2.0㎜이며, 상기 박피재의 클래드율이 0.1 ~ 10％로 설정되고, 이 박피재는 가열에 의해 용융된 브레이징재에 접해서 용해하는 박피재인 불활성 가스 분위기 중에서 무플럭스로 브레이징하는 알루미늄 합금브레이징 시트가 제안되어 있다.

그런데, 최근, 차량 탑재용 IGBT 등의 발열을 면 접촉으로 냉각하는 열교환 시스템의 수요가 높아지고 있어, 알루미늄 판재의 면끼리를 브레이징재에 의해 면 브레이징하는 기술이 필요해지고 있다.

이 면 브레이징 기술에 있어서는, 알루미늄 판재의 면끼리의 사이에 브레이징재를 삽입해서 브레이징 가열을 행하기 때문에, 접합부에 공극 결함 등이 발생하기 쉽고, 플럭스를 사용하면 플럭스가 봉입되기 쉬운 구조로 되어 있다. 따라서, 상기 필렛 형성을 기본으로 하는 브레이징 기술에 비해 매우 어려운 기술로 되어 있다.

이 면 브레이징을 대기중 무플럭스로 행하는 기술에 대해서, 예를 들어 일본 특허 제3701847호 공보에 따르면, 복수의 알루미늄 모재의 겹침 계면에 미리 알루미늄박 맞댐 판재를 삽입해서 행하는 알루미늄의 겹침 브레이징에 있어서, 알루미늄박 맞댐 판재가 3층 구조의 얇은 맞댐 판재로 되고, 그 코어재는 융점이 600℃ 이하의 브레이징재로 이루어지고, 그 양쪽 피재는 코어재보다 융점이 높은 알루미늄 합금으로 이루어지고, 또한 적어도 피재와 코어재의 어느 하나 이상에 Mg을 0.1 ~ 6％(질량％, 이하 동일) 혹은 또한 Bi를 0.01 ~ 1％ 첨가하고 있고, 겹치게 한 부재 전체를 가압 밀착한 상태에서, 브레이징재의 액상선 온도 이상에서 또한 브레이징재 이외의 각 부재의 고상선 온도 중의 최저값을 초과하지 않는 범위로 가열하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금의 대기중 무플럭스 겹침 브레이징법이 개발되어 있다.

또한, 일본 특허 제4547032호 공보에는, 질량％로, Mg을 0.1 ~ 5.0％, Si를 3 ~ 13％ 함유하고, 잔량부가 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 Al-Si계 브레이징재가 코어재에 클래드되어서 최표면에 위치하는 알루미늄 클래드재를 사용하고, 감압을 수반하지 않는 비산화성 분위기에서, 상기 Al-Si계 브레이징재와 브레이징 대상 부재를 접촉 밀착시켜서 가열하고, 상기 코어재와 상기 브레이징 대상 부재를 접합하는 방법이 제시되어 있다.

그러나, 전술한 일본 특허 제3780380호 공보 및 특허 제3701847호 공보에서 제안된 기술에 의해, 대기중 무플럭스로 겹침 브레이징을 할 수는 있지만, 사용하는 브레이징 시트가 3층 또는 5층의 클래드재이기 때문에 비용이 커지게 된다.

또한, 상기 일본 특허 제4547032호 공보에서 제안된 기술에서는, 브레이징재와 브레이징 대상 부재와의 접촉 상태를 단순히 「접촉 밀착」이라고 애매하게 규정할 뿐이기 때문에, 안정된 브레이징 상태를 얻는 것이 곤란했다.

이로 인해, 종래 기술에 비해 저비용으로 품질이 안정된 면 브레이징 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 안출된 것이며, 단층형 브레이징 시트에 의해 2개의 알루미늄 합금 부재끼리를 무플럭스 면 브레이징하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

또한, 2층형 브레이징 시트에 의해 1개의 알루미늄 합금 부재와 2층형 브레이징 시트를 구성하는 피재를 무플럭스 면 브레이징하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법은, 그 목적을 달성하기 위해서, Si:3 ~ 12질량％, Mg:0.1 ~ 5.0질량％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 두께 15 ~ 200㎛의 브레이징재로 이루어지는 단층 브레이징 시트를 사용해서 알루미늄 합금 부재끼리를 면 브레이징하는 방법이며, 상기 브레이징 시트를 고상선 온도가 570℃ 이상인 알루미늄 합금 부재끼리의 사이에 끼워넣어 면 접촉시킨 상태에서, 불활성 가스 분위기하에서, 브레이징 온도 570℃ 이상으로 유지하면서, 0.6gf/㎟ 이상의 면압을 부가하면서 무플럭스로 알루미늄 합금 부재끼리를 브레이징하는 것을 특징으로 한다.

또한, Si:3 ~ 12질량％, Mg:0.1 ~ 5.0질량％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 두께 15 ~ 200㎛의 브레이징재와 고상선 온도가 570℃ 이상인 알루미늄 합금판으로 이루어지는 피재로 구성되는 2층 브레이징 시트를 사용해서 알루미늄 합금 부재와 상기 피재를 면 브레이징하는 방법이며, 상기 2층 브레이징 시트의 브레이징재면을 고상선 온도가 570℃ 이상인 알루미늄 합금 부재와 면 접촉시킨 상태에서, 불활성 가스 분위기하에서, 브레이징 온도 570℃ 이상으로 유지하면서, 0.6gf/㎟ 이상의 면압을 부가하면서 무플럭스로 상기 알루미늄 합금 부재와 상기 피재를 브레이징해도 좋다.

상기 브레이징재에 포함되는 불가피적 불순물로서의 Cu, Mn, Zn은 각각 1.0질량％ 미만으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 브레이징재는, 두께 15 ~ 150㎛, 나아가서는 두께 20 ~ 100㎛로 하는 것이 바람직하다.

또한, 면 브레이징되는 알루미늄 합금 부재로서는, AA1000계이며, 특히 브레이징면에 형성되어 있는 산화 피막의 두께가 30㎚ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 알루미늄 합금 부재 또는 상기 알루미늄 합금 부재와 상기 피재의 고상선 온도가 580℃ 이상, 또한 상기 브레이징 온도가 580℃ 이상인 것이 바람직하다.

그리고, 면 브레이징시의 상기 브레이징 온도에 있어서의 유지 시간은 2분 이상으로, 특히 5분 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 면 브레이징시의 상기 불활성 가스가 질소 가스이고, 특히 상기 불활성 가스의 산소 농도는 500ppm 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의해 제공되는 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법에 따르면, 단층형 브레이징 시트, 또는 2층형 브레이징 시트에 의해 2개의 알루미늄 합금 부재를 무플럭스로, 또한 2개의 알루미늄 합금 부재간에 면압을 부가해서 면 브레이징하고 있다.

3층 또는 5층의 클래드재로 이루어지는 브레이징 시트를 사용하는 것이 아니라, 단층형 또는 2층형의 브레이징 시트를 사용하고 있기 때문에, 전체로서 저비용화가 도모된다. 또한, 플럭스를 사용하지 않고, 2개의 알루미늄 합금 부재간에 면압을 부가해서 브레이징하고 있기 때문에, 양 알루미늄 합금 부재간에 발생하기 쉬운 공극 결함 등을 억제할 수 있어, 결과적으로 품질이 안정된 면 브레이징을 행할 수 있다.

도 1은 역 T자 시험편의 형상을 설명하는 도면이다.
도 2는 소형 브레이징 시험로를 설명하는 개념도이다.
도 3은 전단 시험 방법을 설명하는 개념도이다.
도 4는 브레이징 온도와 유지 시간의 영향을 도시하는 도이다.
도 5는 브레이징재 중의 Mg 첨가량의 영향을 도시하는 도이다.
도 6은 브레이징재 중의 Si 첨가량의 영향을 도시하는 도이다.
도 7은 브레이징재 중의 불순물 함유량의 영향을 도시하는 도이다.
도 8은 브레이징재의 두께의 영향을 도시하는 도이다.
도 9는 브레이징시의 가압력의 영향을 도시하는 도이다.
도 10은 피브레이징 Al 합금재 표면의 산화물 막 두께의 영향을 도시하는 도이다.
도 11은 브레이징 분위기 중의 산소 농도의 영향을 도시하는 도이다.

통상, 면 브레이징할 때는, 접합하는 알루미늄 합금 부재의 면끼리의 사이에 브레이징재를 삽입해서 브레이징 가열을 행하기 때문에, 접합부에 공극 결함 등이 발생하기 쉽고, 플럭스를 사용하면 플럭스가 봉입되기 쉬운 구조가 되어 버린다. 이것 때문에 브레이징 제품의 품질에 편차가 발생하기 쉽다. 또한, 종래의 면 브레이징법에서는, 3층 또는 5층의 클래드재를 브레이징 시트로서 사용하고 있기 때문에 비용이 높게 된다.

따라서, 본 발명자들은, 종래 기술에 비해 저비용으로 품질이 안정된 면 브레이징법에 대해서 예의 검토를 거듭하는 과정에서, 본 발명에 도달했다.

이하에 그 상세를 설명한다.

우선 제1 발명은, 2개의 알루미늄 합금 부재끼리의 사이에 브레이징재로 이루어지는 단층 브레이징 시트를 끼워넣어 면 접촉시킨 상태에서, 브레이징 시트를 충분히 용해시켜서 알루미늄 합금 부재끼리의 계면을 브레이징재로 적셔서 면 브레이징하는 방법이다.

2개의 알루미늄 합금 부재 중, 한쪽의 알루미늄 합금 부재가 알루미늄 합금판이어도 좋고, 양쪽 모두 알루미늄 합금판이어도 상관없다. 예를 들어 알루미늄 합금제의 부품끼리를 연결할 수 있도록 결합부를 설치하고, 당해 결합부에 브레이징 시트를 끼워넣는 부위를 설치하도록 해도 좋다. 요컨대 본원 제1 발명에 있어서, 피접합재는 알루미늄 합금판에 한정되지 않고, 적어도 일부에 브레이징 가능한 평활면을 갖는 알루미늄 합금제의 것이라면 무엇이라도 좋다.

또한, 제2 발명은, 브레이징재와 피재로 이루어지는 2층 브레이징 시트의 브레이징재면을 알루미늄 합금 부재와 면 접촉시킨 상태에서, 상기 브레이징재를 충분히 용해시켜서 알루미늄 합금 부재와 2층 브레이징 시트를 구성하는 피재의 계면을 브레이징재로 적셔서 면 브레이징하는 방법이다.

알루미늄 합금 부재로서는, 알루미늄 합금판이여도 좋다. 이 제2 발명에 있어서, 피접합재는 알루미늄 합금판에 한정되지 않고, 적어도 일부에 브레이징 가능한 평활면을 갖는 알루미늄 합금제의 것이라면 무엇이라도 좋다.

본 발명의 면 브레이징법을 적용하는 알루미늄 합금 부재로서는, 고상선 온도가 570℃ 이상인 알루미늄 합금으로 이루어지는 것이다.

하기에서 상세하게 서술하는 Al-Si계의 브레이징재를 사용할 때, 당해 브레이징재를 충분히 용해하기 위해서는, 570℃ 이상의 브레이징 온도가 필요하고, 피접합재인 알루미늄 합금 부재로서는 그 고상선 온도가 570℃ 이상인 것에 적용하는 것이 필요하다. 피접합재인 알루미늄 합금 부재의 고상선 온도가 570℃ 미만이면, 면 브레이징의 가열에 있어서, 알루미늄 합금 부재의 적어도 일부가 용해되어 버릴 가능성이 있다. 보다 바람직한 알루미늄 합금 부재의 고상선 온도는 575℃ 이상이다. 또한, 바람직한 알루미늄 합금 부재의 고상선 온도는 580℃ 이상이다.

또한, 제2 발명에 있어서 피재를 사용할 경우, 그 피재로서도 고상선 온도가 570℃ 이상인 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 사용할 필요가 있다.

브레이징재와 피재로 이루어지는 2층 브레이징 시트의 브레이징재면을 알루미늄 합금 부재와 면 접촉시킨 상태에서, 상기 브레이징재를 충분히 용해해서 알루미늄 합금 부재와 상기 피재의 계면을 브레이징재로 적셔서 면 브레이징하게 되기 때문에, 상기 브레이징재를 충분히 용해하는 데는 570℃ 이상의 브레이징 온도가 필요하다. 이 브레이징 온도에서 피재의 용해를 억제하기 위해서는, 2층 브레이징 시트를 구성하는 피재의 고상선 온도는 570℃ 이상인 것이 필요하다. 피재의 고상선 온도가 570℃ 미만이면, 면 브레이징 가열에 의해, 피재의 일부가 용해되어 버릴 가능성이 있다. 보다 바람직한 피재의 고상선 온도는 575℃ 이상이다. 또한 바람직한 피재의 고상선 온도는 580℃ 이상이다.

본 발명의 제1 특징점은, 비용을 줄이기 위해서 브레이징 시트로서, 소정의 두께와 조성을 갖는 브레이징재 단층으로 이루어지는 것을 사용하거나, 브레이징재와 피재로 이루어지는 2층의 것을 사용한 점에 있다.

따라서, 우선 브레이징재에 대해서 설명한다.

브레이징재로서, Si:3 ~ 12질량％, Mg:0.1 ~ 5.0질량％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 합금이며, 두께가 15 ~ 200㎛의 알루미늄 합금 박판을 사용한다.

Si:3 ~ 12질량％

Si는, 그 함유량에 의해 브레이징 시트의 액상선의 온도를 내리는 동시에, 면 브레이징중의 습윤성을 개선하기 위한 원소이다. Si 함유량이, 3질량％ 미만이면, 브레이징 시트의 액상선의 온도가 너무 높아져, 소정의 브레이징 온도에 도달해도 브레이징 시트의 용해가 불충분해지고, 충분한 브레이징 강도(전단 응력)를 얻을 수 없을 가능성이 있다. Si 함유량이, 12질량％를 초과하면, 주조중에 주괴 중앙부에 초정 Si가 석출(정출)할 가능성이 높아지고, 가령 건전한 열연판을 얻을 수 있다 하더라도 마이크로적으로 균질한 조직의 브레이징 시트를 얻는 것이 곤란해진다.

따라서, 브레이징재 중의 Si 함유량은 3 ~ 12질량％의 범위로 한다. 보다 바람직한 Si 함유량은 4 ~ 12질량％의 범위이다. 더욱 바람직한 Si 함유량은 5 ~ 12질량％의 범위이다.

Mg:0.1 ~ 5.0질량％

Mg는, 스스로가 산화됨으로써, 환원제로서 작용하기 때문에, 브레이징 가열에 의한 알루미늄 합금판과 브레이징 시트의 브레이징재와의 계면에 있어서의 알루미늄의 산화를 억제하고, 면 브레이징 중의 습윤성을 개선하기 위한 원소라고 생각된다. Mg 함유량이 0.1질량％ 미만이면, 브레이징 온도나 유지 시간에도 의거하지만, 그 효과가 불충분해지고, 충분한 브레이징 강도(전단 응력)를 얻을 수 없을 가능성이 있다. Mg 함유량이 5.0질량％를 초과하면, 주괴를 열연할 때의 롤에의 부하가 커지고, 또한 에지부 균열도 발생하기 때문에, 열연이 곤란해진다.

따라서, 브레이징재 중의 Mg 함유량은 0.1 ~ 5.0질량％의 범위로 한다. 보다 바람직한 Mg 함유량은 0.2 ~ 4.0질량％의 범위이다. 더욱 바람직한 Mg 함유량은 0.3 ~ 3.0질량％의 범위이다.

잔량부:Al과 불가피적 불순물

불가피적 불순물로서는 Fe, Cu, Mn, Zn 등을 들 수 있지만, 이들 원소에 대해서는, Fe:1.0질량％ 미만, Cu:1.0질량％ 미만, Mn:1.0질량％ 미만, Zn:1.0질량％ 미만의 범위이면, 본 발명의 효과를 방해하는 것은 아니다. 따라서, 불가피적 불순물로서의 상기 성분 함유량은 각각 1.0질량％ 미만으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 기타의 불순물 원소로서, Cr, Ni, Zr, Ti, V, B, Sr, Sb, Ca, Na 등도 생각할 수 있지만, Cr:0.5질량％ 미만, Ni:0.5질량％ 미만, Zr:0.2질량％ 미만, Ti:0.2질량％ 미만, V:0.1질량％ 미만, B:0.05질량％ 미만, Sr:0.05질량％ 미만, Sb:0.05질량％ 미만, Ca:0.05질량％ 미만, Na:0.01질량％ 미만의 범위이면, 본 발명에 관한 브레이징 시트의 성능 특성을 크게 저해하는 경우가 없기 때문에, 불가피적 불순물로서 포함하고 있어도 된다. Pb, Bi, Sn, In에 대해서는, 각각 0.02질량％ 미만, 기타 각 0.02질량％ 미만이며, 이 범위에서 관리외 원소를 함유해도 본 발명의 효과를 방해하는 것은 아니다.

브레이징 시트를 구성하는 브레이징재의 두께; 15 ~ 200㎛

제1 발명에 관한 단층형 브레이징 시트를 구성하는 브레이징재의 두께는 건전한 면 브레이징을 달성할 수 있는 두께이면 된다. 두께가 15㎛ 미만이면, 충분한 브레이징 강도를 얻을 수 없을 가능성이 있다. 두께가 200㎛를 초과하면, 접합면에서 스며나오는 브레이징재의 양이 지나치게 많아져서, 고비용으로 된다. 따라서, 브레이징재의 두께의 범위는 15 ~ 200㎛로 한다. 보다 바람직한 두께의 범위는 15 ~ 150㎛이다. 더욱 바람직한 두께의 범위는 20 ~ 100㎛이다.

브레이징재로 이루어지는 단층형 브레이징 시트의 제조 방법

예를 들어, 100㎛ 두께의 브레이징재로 이루어지는 단층형 브레이징 시트이면, 이하와 같이 제조한다.

원료가 되는 잉곳, 스크랩 등을 배합하고, 용해로에 투입하여, 소정의 브레이징재 조성으로 이루어지는 알루미늄 용탕을 용제한다. 용해로는, 버너의 화염에 의해 직접 원료를 가열용해하는 버너로가 일반적이다. 알루미늄 용탕이 소정의 온도, 예를 들어, 800℃에 도달한 후, 적당량의 찌꺼기 제거용 플럭스를 투입하고, 교반봉에 의해 용탕의 교반을 행하여, 모든 원료를 용해한다. 그 후, 성분 조정을 위해, 추가의 원료, 예를 들어 Mg 등을 투입하고, 30 ~ 60분 정도의 진정(鎭靜)을 행한 후, 표면에 부유하는 메탈 찌꺼기를 제거한다. 알루미늄 용탕이 소정의 온도, 예를 들어, 740℃에까지 냉각된 후, 출탕구로부터 통으로 출탕하고, 필요에 따라서, 인라인 회전 탈가스 장치, CFF 필터 등을 통과시켜 주조를 개시한다. 또한, 용해로와 유지로가 병설되어 있을 경우에는, 용해로에서 용제된 용탕을 유지로에 이탕한후, 유지로에서 다시 진정 등을 행하고 나서 주조를 개시한다.

DC 주조기의 재킷은 1개 주입해도 좋지만, 생산 효율을 중시하여 여러개 주입해도 좋다. 예를 들어, 700㎜×450㎜의 사이즈의 수냉식 주형내에, 딥 튜브, 플로트를 통과시켜서 주탕하면서, 주조 속도 60㎜/분으로 하형을 내리고, 수냉식 주형 하부에 있어서 응고 쉘층에 대하여 직접 수냉(Direct Chill)을 행하면서, 섬프내의 용탕을 응고 냉각하고, 소정의 치수, 예를 들어 700㎜×450㎜×4500㎜ 치수의 슬래브를 얻는다. 주조 종료후, 슬래브의 선단, 후단부를 절단해서 편면 25㎜의 양면 면삭을 실시하고, 400㎜ 두께로 한 슬래브를 소킹로에 삽입하고, 450 ~ 540℃×1 ~ 12시간의 균질화 처리(HO 처리)를 실시한다. 균질화 처리 후, 슬래브를 소킹로로부터 취출하고, 열간 압연기에 의해 몇 패스인가의 열간 압연을 실시하여, 예를 들어 40㎜ 두께로 한 상태에서, 절단하고, 40㎜ 두께의 열간 압연판(평판) 700㎜×40㎜×4000㎜을 1매 확보한다. 그 후, 나머지의 대부분의 열연판은 계속해서 열간 압연기에 의해 몇 패스인가의 열간 압연을 실시하고, 예를 들어 6㎜ 두께의 열간 압연판 코일(Reroll)을 얻는다.

이 6㎜ 두께의 열간 압연판 코일에 몇 패스인가의 냉간 압연을 실시하고, 소정의 두께, 예를 들어 100㎛ 두께의 브레이징재로 이루어지는 단층형 브레이징 시트를 얻는다. 또한, 냉간 압연 공정에 있어서, 냉간 압연판의 가공 경화가 현저한 경우에는, 필요에 따라서, 코일을 어닐링 장치에 삽입하고, 유지 온도 300 ~ 450℃의 중간 어닐링 처리를 실시하고, 냉간 압연판을 연화시키는 것이 바람직하다.

제2 발명에 관한 2층형 브레이징 시트를 구성하는 브레이징재의 두께에 대해서도 마찬가지다. 15 ~ 200㎛로 한다.

또한, 제2 발명에 관한 2층형 브레이징 시트에 있어서의 피재에 대해서는, 고상선 온도가 570℃ 이상인 알루미늄 합금이면 되며, 그 두께에 대해서는 특별히 한정은 하지 않는다.

그러나, 브레이징 가열 온도에도 의하지만, 피재가 지나치게 얇으면, 용해된 브레이징재가 피재로부터 스며나올 우려가 있기 때문에, 피재의 두께는 100㎛ 이상이 바람직하다. 보다 바람직한 피재의 두께는 150㎛ 이상이다. 더욱, 바람직한 피재의 두께는 200㎛ 이상이다. 이와 같이, 제2 발명에 있어서, 브레이징재의 두께보다도 피재의 두께가 두꺼운 쪽이 바람직하다. 예를 들어, 브레이징재의 재료 종류가 AA4045 합금이고 두께가 60㎛일 경우에, 피재의 재료 종류가 AA1100 합금이고 두께가 500㎛인 2층 브레이징 시트를 사용해도 된다.

브레이징재와 피재로 이루어지는 2층형 브레이징 시트의 제조 방법

예를 들어, 40㎛ 두께의 브레이징재와 400㎛ 두께의 피재로 이루어지는 2층형 브레이징 시트라면, 아래와 같이 제조한다.

전술한 바와 같이 소정의 피재 조성으로 이루어지는 700㎜×450㎜×4500㎜ 치수의 슬래브를 DC 주조에 의해 얻는다. 슬래브의 선단, 후단부를 절단해서 편면 25㎜의 양면 면삭을 실시한 후, 상기 피재 조성으로 이루어지는 400㎜ 두께의 면삭후 슬래브와, 전술한 바와 같이 확보해 둔 브레이징재 조성으로 이루어지는 40㎜ 두께의 열간 압연판(평판) 700㎜×40㎜×4000㎜(1매)를 700㎜×4000㎜ 면으로 접합한 상태에서 가접합한다. 이 2층 클래드 슬래브를 소킹로에 삽입하고, 450 ~ 540℃×1 ~ 12 시간의 균질화 처리(HO 처리)를 실시한다. 균질화 처리 후, 슬래브를 소킹로로부터 취출하고, 열간 압연기에 의해 몇 패스인가의 열간 압연을 실시하고, 예를 들어, 6㎜ 두께의 열간 압연판 코일(Reroll)을 얻는다.

이 열간 압연판 코일에 몇 패스인가의 냉간 압연을 실시하고, 소정의 두께, 예를 들어 440㎛ 두께의 브레이징재(두께40㎛)와 피재(두께400㎛)로 이루어지는 2층형 브레이징 시트를 얻는다. 또한, 냉간 압연 공정에 있어서, 냉간 압연판의 가공 경화가 현저할 경우에는, 필요에 따라서, 코일을 어닐링 장치에 삽입하고, 유지 온도 300 ~ 450℃의 중간 어닐링 처리를 실시하고, 냉간 압연판을 연화시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 특징점은, 무플럭스로 면 브레이징을 행하고, 접합면에 있어서 충분한 브레이징 강도(전단 응력)를 얻기 위해서는, 불활성 가스 분위기하에서 특정한 면압을 부가해서 면 브레이징을 행하는 점이다.

불활성 가스 분위기하

전술한 바와 같이 브레이징 시트(브레이징재)를 충분히 용해하고, 알루미늄 합금 부재끼리의 계면, 또는 피재와 알루미늄 합금 부재와의 계면을 적셔서 면 브레이징하기 위해서는, 적어도 유지 온도 570℃ 이상에서 소정 시간 유지하는 것이 필요하다.

이로 인해, 브레이징 가열중이라도, 알루미늄 합금 부재의 브레이징면의 표면 혹은 브레이징 시트의 브레이징재면의 산화를 억제하기 위해서, 불활성 가스 분위기하에서 면 브레이징을 행할 필요가 있다.

불활성 가스로서는, 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, 불활성 가스중의 산소 농도는 500ppm 이하인 것이 바람직하다. 불활성 가스중의 산소 농도가 500ppm을 초과하면, 면 브레이징후의 접합 강도(전단 응력)가 저하한다.

보다 바람직한 불활성 가스중의 산소 농도는 100ppm이다. 더욱, 바람직한 불활성 가스중의 산소 농도는 10ppm 이하이다. 구체적으로는, 공업용 질소 가스에 대해서는, 산소 농도 10ppm 이하로 규격이 정해져 있으므로, 비용면에서도 공업용 질소 가스를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

물론, 브레이징 가열중, 브레이징 온도 유지중 및 냉각중은 가열 장치내를 불활성 가스 분위기로 충만시켜 두는 것이 바람직하다. 그러나, 전자기 유도 가열과 같이 급속 가열할 경우에는 소정의 유지 온도에 도달하기 전에, 불활성 가스를 분사해서 가열 장치내의 대기를 불활성 가스로 치환해도 좋다.

부가 면압;0.6gf/㎟ 이상

본 발명에 관한 면 브레이징 방법에 있어서, 소정의 조성의 브레이징 시트(브레이징재)를 용해하고, 브레이징재와 알루미늄 합금 부재를 면 접촉시킨 상태에서, 브레이징 가열을 행하지만, 이 때 접합면에 대하여 0.6gf/㎟ 이상의 면압을 부가하면서, 소정의 브레이징 온도로 유지할 필요가 있다. 물론, 브레이징 가열시에는 면압을 부가하지 않고, 소정의 유지 온도에 도달하고 나서, 접합면에 대하여0.6gf/㎟ 이상의 면압을 부가해서 면 브레이징을 행해도 된다.

면압이 0.6gf/㎟ 미만인 경우, 충분한 브레이징 강도(전단 응력)를 얻을 수 없다. 물론, 면 브레이징후의 브레이징 강도(전단 응력)를 충분히 확보하기 위해서는 접합면에 대하여 부가하는 면압은 높은 쪽이 바람직하다. 따라서, 보다 바람직한 면압은 1.0gf/㎟ 이상이다. 더욱 바람직한 면압은 2.0gf/㎟ 이상이다.

브레이징의 온도 조건;570℃ 이상으로 유지

본 발명에 관한 면 브레이징 방법에 있어서, 소정의 조성의 브레이징 시트(브레이징재)를 용해하고, 알루미늄 합금 부재끼리의 계면 또는 피재와 알루미늄 합금 부재와의 계면을 적셔, 확실하게 면 브레이징을 행하고, 충분한 브레이징 강도(전단 강도)를 확보하기 위해서는, 적어도 브레이징 온도 570℃ 이상일 필요가 있다.

브레이징 온도가 570℃ 미만일 경우에는, 브레이징재의 용해가 불충분해져, 충분한 브레이징 강도(전단 강도)를 얻을 수 없다. 물론, 유지 온도가 높은 쪽이 보다 충분한 브레이징 강도(전단 강도)를 얻을 수 있다. 따라서, 유지 온도는 575℃ 이상으로 한다. 더 바람직한 유지 온도는 580℃ 이상이다.

브레이징의 유지 시간

브레이징 온도에 있어서의 유지 시간은 2분 이상인 것이 바람직하다. 브레이징 온도에도 의하지만, 유지 시간이 2분 미만이면, 접합면에 있어서의 온도의 불균일에 의해, 충분한 브레이징 강도(전단 강도)를 얻을 수 없다. 보다 바람직한 유지 시간은 5분 이상이다.

실시예

브레이징 시트의 제작

소정의 각종 잉곳을 계량, 배합하고, 이형재를 도포한 #30도가니에 9㎏씩(총13 시료)의 원재료를 장입 장전했다. 이들 도가니를 전기로내에 삽입하고, 760℃로 용해해서 찌꺼기를 제거하고, 그 후 용탕 온도를 740℃로 유지했다. 다음에 소형 회전 탈가스 장치에 의해, 용탕에 유량 1Nl/분으로 질소 가스를 10분간 불어 넣어, 탈가스 처리를 행했다. 그 후 30분간의 진정을 행해서 용탕 표면에 부상된 찌꺼기를 교반봉으로 제거하고, 또한 스푼으로 성분 분석용 주형에 디스크 샘플을 채취했다.

계속해서, 지그를 사용해서 순차 도가니를 전기로내에서 취출하고, 200℃로 예열해 둔 5개의 금형(70㎜×70㎜×15㎜)에 알루미늄 용탕을 부었다. 각 시료의 디스크 샘플은 발광 분광 분석에 의해, 조성 분석을 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

주괴는 압탕을 절단 후, 양면을 3㎜씩 면삭하고, 두께 9㎜로 했다. 전기 가열로에 이 주괴를 장입하고, 100℃/hr의 승온 속도로 480℃까지 가열하고, 480℃×1시간의 균질화 처리를 행하고, 계속해서 열간 압연기에서 3㎜ 두께까지 열간 압연을 실시했다.

이 후, 열간 압연판에 냉간 압연을 실시하고, 1.2㎜ 두께의 냉연판으로 하고, 연화시키기 위해서 390℃×2시간의 1차 중간 어닐링을 실시했다. 또한, 냉간 압연을 실시하고, 0.3㎜ 두께의 냉연판으로 하고, 연화시키기 위해서 390℃×2시간의 2차 중간 어닐링을 실시했다. 또한, 냉간 압연을 실시하고, 0.06㎜(60㎛)의 최종 냉간 압연판으로 했다. 또한, 브레이징재 두께의 브레이징 강도(전단 응력)에 미치는 영향을 조사하기 위해서, D 합금 브레이징재에 대해서는, 두께 15㎛, 20㎛, 30㎛, 60㎛ 및 100㎛의 5 수준의 최종 압연판을 제작했다.

이 최종 냉간 압연판을 소정의 크기(15㎜×8㎜)로 절단하여, 복수매의 브레이징 시트(브레이징재)로 했다.

역 T자 시험편의 제작

도 1에 도시한 바와 같이 AA1100 합금제의 블록 A(35㎜×35㎜×10㎜)의 35㎜×35㎜의 면상 중앙에 브레이징 시트(15㎜×8㎜)를 적재하고, AA1100 합금제의 블록 B(18㎜×15㎜×8㎜)에 있어서의 15㎜×8㎜의 면을 상기 브레이징 시트에 포개도록 해서 블록 A에 있어서의 35㎜×35㎜의 면상 중앙에 블록 B를 세워 설치했다.

또한, 블록 B의 상면에 가압하기 위한 소정의 질량의 분동을 적재하고, 도 2에 도시한 바와 같이 석영관(φ125×330㎜)으로 덮인 시험노 내에 쌓아 올린 블록 등을 삽입했다. 분위기를 불활성 가스로 치환하기 위해서, 유량 10Nl/분으로 공업용 질소 가스(산소 농도 10ppm 이하의 질소)를 흘리면서, 블록 A에 설치한 열전대가 소정의 브레이징 온도를 나타낼 때까지, PID 제어에 의해 50℃/분의 속도로 가열하고, 소정의 브레이징 온도로 소정의 시간 유지한 후, 저항선에의 출력을 OFF로 해서, 쌓아 올린 블록 등을 로냉했다. 블록 A에 설치한 열전대가 400℃ 이하를 나타낸 후, 쌓아 올린 블록 등을 로로부터 취출해서 실온까지 냉각했다.

또한, 브레이징 분위기에 의한 산소 농도의 브레이징 강도(전단 응력)에 미치는 영향을 조사하기 위해서, D 합금 브레이징재(브레이징재 두께:60㎛)에 대해서는, 공업용 질소(산소 농도 10ppm 이하의 질소) 외에, 산소 농도 500ppm의 질소, 산소 농도 2000ppm의 질소를 흘리면서, 혹은 질소를 흘리는 일 없이 대기중에서, 브레이징 온도 605℃, 유지 시간 10분의 조건하에서, 마찬가지로 하여 역 T자 시험편의 제작을 행했다.

또한, 피접합재의 브레이징면에 있어서의 산화 피막 두께의 브레이징 강도(전단 응력)에 미치는 영향을 조사하기 위해서, 블록 A에 대해서 미리 대기중에서 600℃×1hr 가열 처리, 600℃×5hr 가열 처리를 행하여, 산화 막 두께를 두껍게 한 피접합재(블록 A)를 준비한 후, D 합금 브레이징재(브레이징재 두께:60㎛)를 사용하여, 공업용 질소(산소 농도 10ppm 이하의 질소)를 흘리면서, 소정의 조건하에서 브레이징을 행하고, 마찬가지로 하여 역 T자 시험편의 제작을 행했다.

또한, 브레이징전의 피접합재 표면에 있어서의 산화 막 두께의 측정은, 피접합재의 단면에 있어서의 TEM 관찰에 의해 행하고, 가열 처리를 실시하지 않은 피접합재(무처리재)에서는 산화 막 두께 4㎚, 600℃×1hr 가열 처리를 실시한 피접합재에서는 산화 막 두께 30㎚, 600℃×5hr 가열 처리를 실시한 피접합재에서는 산화 막 두께90㎚인 것이 판명되었다.

전단 응력의 측정

상기와 같이 해서 제작한 역 T자 시험편을 도 3과 같은 지그에 고정하고, 블록 A의 단부면(35㎜×10㎜의 면)으로부터 암슬러에 의해 가압해(변형 속도:1㎜/분), 브레이징면에 있어서의 브레이징 강도(파단 전단 응력)의 측정을 행했다.

그 결과를 표 2 ~ 9 및 도 4 ~ 11에 도시한다.

또한, 상기 실시예의 설명중에 있어서, 특히 자세한 조건의 표시가 없는 것에 대해서는, D 합금 브레이징재(브레이징재 두께:60㎛) 및 피접합재(무처리재)를 사용하고, 공업용 질소(산소 농도 10ppm 이하의 질소)를 흘리면서, 브레이징 온도 605℃, 유지 시간 10분, 가압력 5.6gf/㎟의 조건하에서 브레이징을 행하고, 역 T자 시험편의 제작을 행한 것이다.

우선, 표 2에 나타낸 결과로부터, 브레이징 온도는 580℃ 이상으로 하는 것이 바람직한 것을 알았다. 또한, 브레이징 온도 유지 시간은 2분 이상으로, 특히 5분 이상으로 하는 것이 바람직한 것을 알았다.

다음에 브레이징재를 구성하는 알루미늄 합금중의 성분의 영향에 대해서 보면, 605℃로 브레이징했을 때에 원하는 전단 응력을 얻기 위해서는 0.1질량％의 Mg 함유로 충분하다. 그러나, 0.5질량％ 포함되어 있지 않으면 580℃로 브레이징했을 때에 원하는 전단 응력이 얻어지지 않고 있다. 또한, Mg 함유량이 3.0질량％를 초과한 시료에서는 605℃에서의 브레이징을 행하면 전단 응력이 저하되어 있다. 따라서, Mg의 바람직한 함유량은 0.5 ~ 3.0질량％인 것을 알 수 있다.

Si 함유량에 대해서 보면, 3.0 ~ 12.0질량％의 범위에서 포함하는 시료 모두에서, 일단 충분한 전단 응력이 얻어지고 있지만, Si 함유량 3.0질량％에서는, 얻어지는 전단 응력이 약간 낮게 되어 있다. 따라서, Si의 바람직한 함유량은 5.0 ~ 12.0질량％인 것을 알 수 있다.

불가피적 불순물인 Cu, Mn, Zn에 대해서는, 각각 1.0질량％ 미만의 함유이면, 전단 응력에 거의 영향을 미치지 않고 있는 것을 알 수 있다.

브레이징재의 두께에 대해서는, 15㎛ 이상의 두께이면, 일단 충분한 전단 응력이 얻어지고 있지만, 그 두께가 15㎛의 경우, 얻어지는 전단 응력이 약간 낮게 되어 있다. 따라서, 브레이징재의 두께는 20㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 지나치게 두꺼우면 브레이징재가 과잉으로 되어버리기 때문에 상한은 200㎛인 것은 상기한 바와 같다.

브레이징시의 부가 압력에 대해서 보면, 0.6gf/㎟ 이상의 면압을 부가하면서 브레이징을 행하면, 일단 충분한 전단 응력이 얻어지고 있다. 그러나, 보다 전단 응력을 높이려고 하는 경우에는, 1.0gf/㎟ 이상의 면압을 부가하는 것이 바람직한 것을 알았다.

브레이징하는 알루미늄 합금 부재의 표면에 형성되어 있는 산화물막이 30㎚을 초과하고 있으면, 얻어지는 전단 응력이 급격하게 저하하게 된다. 따라서, 브레이징하는 알루미늄 합금 부재는 표면에 형성되어 있는 산화물막이 30㎚ 미만의 것으로 해야 한다.

또한, 브레이징시의 분위기에 대해서 보면, 적어도 질소 등의 불활성 분위기로 해야 하는 것을 알 수 있다. 특히 산소 함유량이 500ppm 이하의 불활성 가스 분위기로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

Claims

Si:3 ~ 12질량％, Mg:0.1 ~ 5.0질량％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 두께 15 ~ 200㎛의 브레이징재로 이루어지는 단층 브레이징 시트를 사용해서 알루미늄 합금 부재끼리를 면 브레이징하는 방법이며, 상기 브레이징 시트를 고상선 온도가 570℃ 이상인 알루미늄 합금 부재끼리의 사이에 끼워넣어 면 접촉시킨 상태에서, 불활성 가스 분위기하에서, 브레이징 온도 570℃ 이상으로 유지하면서, 0.6gf/㎟ 이상의 면압을 부가하면서 무플럭스로 알루미늄 합금 부재끼리를 브레이징하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.
Si:3 ~ 12질량％, Mg:0.1 ~ 5.0질량％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 두께 15 ~ 200㎛의 브레이징재와 고상선 온도가 570℃ 이상인 알루미늄 합금으로 이루어지는 피재로 구성되는 2층 브레이징 시트를 사용해서 알루미늄 합금 부재와 상기 피재를 면 브레이징하는 방법이며, 상기 2층 브레이징 시트의 브레이징재면을 고상선 온도가 570℃ 이상인 알루미늄 합금 부재와 면 접촉시킨 상태에서, 불활성 가스 분위기하에서, 브레이징 온도 570℃ 이상으로 유지하면서, 0.6gf/㎟ 이상의 면압을 부가하면서 무플럭스로 상기 알루미늄 합금 부재와 상기 피재를 브레이징하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 브레이징재에 포함되는 불가피적 불순물로서의 Cu가 1.0질량％ 미만으로 제한되어 있는, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이징재에 포함되는 불가피적 불순물로서의 Mn이 1.0질량％ 미만으로 제한되어 있는, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이징재에 포함되는 불가피적 불순물로서의 Zn이 1.0질량％ 미만으로 제한되어 있는, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이징 시트를 구성하는 브레이징재는 두께 15 ~ 150㎛인, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 부재는, 그 브레이징면에 두께 30㎚ 이하의 두께의 산화 피막이 형성되고 있는 것인, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이징 온도에 있어서의 유지 시간이 2분 이상인, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이징 온도에 있어서의 유지 시간이 5분 이상인, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불활성 가스가 질소 가스인, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불활성 가스의 산소 농도가 500ppm 이하인, 알루미늄 합금 부재의 면 브레이징 방법.