KR20130138620A

KR20130138620A - 은납 브레이징 합금

Info

Publication number: KR20130138620A
Application number: KR1020120062363A
Authority: KR
Inventors: 조주현
Original assignee: (주)알코마
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-12-19
Also published as: KR101494798B1

Abstract

본 발명은 은납 브레이징 합금에 관한 것으로, 구체적으로는 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 갈륨(Ga)으로 구성되며, 추가로 인듐(In), 게르마늄(Ge), 니켈(Ni), 망간(Mn), 규소(Si), 철(Fe), 주석(Sn) 중 어느 하나의 원소 또는 둘 이상의 원소를 포함하여 스테인리스, 철, 황동, 동 등 이종금속 간의 용접을 용이하게 할 수 있는 은납 브레이징 합금에 관한 것이다.
본 발명은 은(Ag) 10~40 중량%, 아연(Zn) 28~40 중량%, 갈륨(Ga) 0.5~10 중량% 잔부는 구리(Cu)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

은납 브레이징 합금{Cu-Ag-Zn-Ga BRAZING ALLOY}

본 발명은 은납 브레이징 합금에 관한 것으로, 구체적으로는 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 갈륨(Ga)으로 구성되며, 추가로 인듐(In), 게르마늄(Ge), 니켈(Ni), 망간(Mn), 규소(Si), 철(Fe), 주석(Sn) 중 어느 하나의 원소 또는 둘 이상의 원소를 포함하여 스테인리스, 철, 황동, 동 등 이종금속 간의 용접을 용이하게 할 수 있는 은납 브레이징 합금에 관한 것이다.

일반적으로 상용되는 은납 용접재는 동, 아연, 은, 카드뮴을 주체로 한 4원 합금을 은납 용접재라고 하며, 은의 함량이 적게는 5%에서 많게는 60% 이상을 함유한 합금이 사용되고 있다.

특히, 은의 가격이 고가임에도 불구하고 용접재로 사용되는 가장 큰 이유는 낮은 융점과 용접시 빠른 침투성, 이종금속 간 양호한 친화력 등의 특징으로 인하여 용접시간의 단축 및 불량 감소로 산업현장에서 널리 사용되고 있다.

이러한 은납 브레이징(brazing)은 주용도로 스테인리스, 철, 황동, 동 등 서로 다른 이종 재료 간 용접에 사용된다. 그 이유는, 용접 시 과열로 인한 소재의 변형 및 용접재의 표면산화 스케일을 줄일 수 있는 장점을 갖고 있기 때문이다.

그러나 은(Ag)은 고가의 귀금속으로 향후 전자산업의 발전추이로 볼 때 수요증가로 인하여 원가부담의 문제를 안고 있다.

또한, 현재 상용되고 있는 은납 용접재는 카드뮴이 첨가된 합금이 사용되었으나, 작업현장의 유해금속 규제로 인하여 카드뮴이 규제금속으로 사용이 금지되어 사용될 수 없으므로 은함량을 낮추면서 동시에 용융점을 낮추어야 하는 기술적 문제를 안고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 적은 함량의 은(Ag)을 포함하여 경제성이 있으면서 종래의 은(Ag)을 포함하는 은납 브레이징 합금과 동일하거나 더 우수한 용접성을 나타내도록 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 갈륨(Ga)으로 구성되며, 추가로 인듐(In), 게르마늄(Ge), 니켈(Ni), 망간(Mn), 규소(Si), 철(Fe), 주석(Sn) 중 어느 하나의 원소 또는 둘 이상의 원소를 포함하는 은납 브레이징 합금을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 은(Ag) 10~40 중량%, 아연(Zn) 28~40 중량%, 갈륨(Ga) 0.5~10 중량% 잔부는 구리(Cu)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 합금에, 주석(Sn) 0.1~3 중량%, 인듐(In) 0.1~5 중량%, 리튬(Li) 0.01~0.5 중량%, 규소(Si) 0.1~0.75 중량%, 망간(Mn) 0.1~1 중량%, 니켈(Ni) 0.1~2 중량%, 게르마늄(Ge) 0.01~0.5 중량%, 철(Fe) 0.1~0.5 중량%로 이루어지는 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 원소를 더 포함한다.

본 발명의 은납 브레이징 합금에 의하면, 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 갈륨(Ga)으로 구성되며, 추가로 인듐(In), 게르마늄(Ge), 니켈(Ni), 망간(Mn), 규소(Si), 철(Fe), 주석(Sn) 중 어느 하나의 원소 또는 둘 이상의 원소를 포함하여, 기존의 은(Ag) 함량에 비하여 은(Ag)을 낮춤으로써, 제조비용을 낮춤과 동시에 기존의 은납 브레이징 합금보다 더 우수한 용접성 및 작업성이 높아지는 효과가 있다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 은납 브레이징 합금을 상세히 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 브레이징 합금은 구리(Cu)를 중심 원소로 하여 은(Ag), 아연(Zn), 갈륨(Ga)으로 구성되는 4원 합금에 인듐(In), 게르마늄(Ge), 니켈(Ni), 망간(Mn), 규소(Si), 철(Fe), 주석(Sn) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 첨가한 것으로 이하, 각 원소들의 특징 및 역할에 대해 설명한다.

은(Ag)은 브레이징 합금원소 중에서 가장 유용하고 중요한 원소로서 융점을 낮추고, 젖음성, 가공성 등을 향상시킨다. 은(Ag) 자체로는 내식성, 전기전도도, 열전도도 등이 우수하며 다른 원소와 결합하면 강도가 향상되는 특징이 있다. 또한 은(Ag) 합금은 용융상태에서 침투력이 우수하기 때문에 인성이 우수한 접합면을 얻을 수 있다. 다만, 비용적인 문제가 있기 때문에 통상적으로 은(Ag)은 40~50 중량% 정도를 포함하고 있다.

그러나 본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 은(Ag) 함유량은 10~40 중량%이다. 이는, 은(Ag)의 함량이 10 중량% 미만인 경우에는 흐름성 및 용접성 등의 개선 효과가 거의 나타나지 않으며, 15 중량%를 첨가하였을 경우에는 통상적으로 30 중량%의 은(Ag)을 함유한 용접재와 동일한 특성을 보이기 때문이다.

아연(Zn)은 융점이 매우 낮고, 합금의 융점을 낮추기 위한 첨가원소로, 용접 시 유동성, 젖음성, 침투력 등을 향상시키는 원소이다.

본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 아연(Zn) 함유량은 28~40 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

갈륨(Ga)은 본 발명의 은납 브레이징 합금의 주원소로서 은을 대체하기 위한 원소이며, 은에 비해 가격이 저렴한 원소이다.

또한, 상기 갈륨은 용융점을 낮추기 위한 원소이며, 고온에서도 표면산화를 막아주며, 용융 시 표면장력을 높인다.

또한, 상기 갈륨은 고온에서 표면산화를 방지하기 위해 0.1 중량%를 첨가 하며, 용융점을 낮추기 위해서는 2~5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 갈륨(Ga) 함유량은 0.1~10 중량%로 첨가하는 것이 바람직하며, 이로 인해 은의 함량을 5~15% 정도 절감시킬 수 있다. 또한, 상기 갈륨을 10 중량%이상 첨가 시 냉간가공성이 어려워지며 용접 후 취성이 발생하므로 10 중량% 미만으로 첨가하는 것이 바람직하다.

주석(Sn)은 융점이 매우 낮아, 브레이징 합금의 융점을 저하시키는 첨가원소이다. 또한 용융 브레이징 합금의 유동도, 젖음성, 침투력 등을 향상시킨다.

본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 주석(Sn) 함량은 0.1~3 중량% 이다. 주석(Sn)함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 흐름성 및 용접성 등의 개선 효과가 거의 나타나지 않으며, 3 중량%를 초과하는 경우에는 저온 취성이 유발되기 때문이다.

인듐(In)은 융점이 150도 정도의 금속으로 저융점 합금에 널리 사용되는 원소이다.

본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 인듐(In) 함량은 0.1~5 중량%이다.

본 발명에서 상기한 갈륨(Ga)과 동일 중량%로 첨가하였을 경우 가장 낮은 온도에서 용융되는 원소로, 0.1~5 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

여기서 상기 인듐을 5 중량%이상 첨가하였을 경우 고온에서(650도~850도) 표면장력이 급격하게 떨어져 용접성을 저해하므로 5 중량% 미만으로 첨가하는 것이 바람직하다.

리튬(Li)은 저융점 합금설계 시 소량(0.01~0.5%)으로 첨가하여 융점을 낮추는 원소이다.

본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 리튬(Li) 함량은 0.01~0.5 중량%이다.

상기 리튬을 0.5 중량%이상 첨가할 경우 고온에서 급격하게 산화피막을 형성하여 용접재의 흐름을 방해하므로 0.5 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

규소(Si)는 황동 용접재, 은납 용접재에서 중요한 첨가원소로 용접재의 흐름성을 증대시키며 탈아연현상을 억제하는 원소이다.

본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 규소(Si) 함량은 0.1~0.75 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.

망간(Mn)은 철강재 용접시 그 표면에 용착성과 기계적 물성을 향상시켜주는 원소이다.

본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 망간(Mn) 함량은 0.1~1 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.

니켈(Ni) 및 철(Fe)은 통상적으로 사용되는 브레이징 합금에 첨가되는 원소로서 기계적 특성을 향상시키는 원소이다. 특히 니켈(Ni)은 탈아연 현상을 줄이는 원소로 사용된다.

본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 니켈(Ni) 함량은 0.1~2 중량%로 첨가하는 것이 바람직하며, 철(Fe)은 0.1~0.5 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

게르마늄(Ge)은 용접 후 용접부위가 응고될 때 조직을 미세화 시켜주며 용접표면에 부식을 막아주는 원소이다.

본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 게르마늄(Ge) 함량은 0.01~0.5 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 브레이징 합금은 상기 합금성분을 제외한 잔부로서 구리(Cu)를 포함한다.

<실시예 1>

다음과 같은 조성으로 은납 브레이징 합금을 제조하였다.

	Cu	Zn	Ag	Ga	In	Sn	Si	Mn	Ni	Ge	Fe
실시예 1	bal.	28	5	4.5	4.5		0.2	0.2	1
실시예 2	bal.	32	13	2	2		0.27	0.2			0.3
실시예 3	bal.	32	20	3	2	0.2	0.2
실시예 4	bal.	30	23	3	3	7,5	0.27			0.2	0.3
실시예 5	bal.	28	27	3	2		0.25			0.2
비교예 1	bal.	26	42	3	2.7	0.5	0.25			0.2
비교예 2	bal.	25	40	3	2		0.2			0.2
비교예 3	bal.	22	45	3	1	1.5	0.2	0.2		0.1
비교예 4	bal.	18	50	5	5	1.5	0.2		1

위와 같이 제조한 은납 브레이징 합금의 고상선 및 액상선을 각각 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 기재하였다.

	고상선(℃)	액상선(℃)
실시예 1	770	800
실시예 2	765	810
실시예 3	750	780
실시예 4	735	756
실시예 5	700	725
비교예 1	678	710
비교예 2	683	700
비교예 3	640	670
비교예 4	600	635

표 2에 나타난 바와 같이 실시예 4의 고상선 및 액상선 값이 기존에 은의 함유량이 많은 비교예 4보다 용융시간이 더 걸렸다. 하지만 실시예 4는 비교예 4보다 용접완료 시간이 더 빨랐다.

따라서 본 발명에 따른 은납 브레이징 합금의 젖음성, 침투성 등이 뛰어나 은(Ag)을 대량으로 함유하는 종래의 은납 브레이징 합금보다 우수한 용접성을 갖는다는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 은납 브레이징 합금이 고상선 및 액상선이 비록 기존의 은납 브레이징 합금보다는 높게 측정이 되지만, 은의 함유량을 줄였기 때문에 기존의 은납 브레이징 합금보다 제조비용을 낮춤과 동시에 효과가 동일하거나 더 우수한 용접성이 있는 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 은납 브레이징 합금의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

은(Ag) 10~40 중량%, 아연(Zn) 28~40 중량%, 갈륨(Ga) 0.5~10 중량% 잔부는 구리(Cu)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 은납 브레이징 합금.
제1 항에 있어서,
상기 합금에,
주석(Sn) 0.1~3 중량%, 인듐(In) 0.1~5 중량%, 리튬(Li) 0.01~0.5 중량%, 규소(Si) 0.1~0.75 중량%, 망간(Mn) 0.1~1 중량%, 니켈(Ni) 0.1~2 중량%, 게르마늄(Ge) 0.01~0.5 중량%, 철(Fe) 0.1~0.5 중량%로 이루어지는 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 은납 브레이징 합금.