KR20150114381A

KR20150114381A - 땜납 합금

Info

Publication number: KR20150114381A
Application number: KR1020147010733A
Authority: KR
Inventors: 군터 비흘; 프랑크 질처; 베른드 캠프
Original assignee: 우미코레 아게 운트 코 카게
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2015-10-12
Also published as: JP6464096B2; JP2016506870A; EP2945772B1; DE112014000475B4; PL2945772T3; WO2014111538A2; EP2945772A2; CN104411450B; DE112014000475A5; US20150306709A1; CN104411450A; WO2014111538A3; KR102204246B1; WO2014111538A4; US20200030921A1; EP2756914A1

Abstract

결합 기술에 채택될 수 있으며 개선된 젖음 특성들을 구비하는 신규 합금들이 설명된다.

Description

합금{ALLOYS}

비철 땜납을 사용하는, 예를 들어, 강(steel) 부품들, 구리 및 구리 합금들, 니켈 및 니켈 합금들, 황동 합금들 또는 금속화된 세라믹들과 같은, 금속 부품들의 납땜이 공지된다.

전형적인 땜납들은, 은, 금, 니켈 및 구리 땜납들을 망라한다. 은 땜납들은 더욱 비싸고, 일반적으로 구리 합금들 보다 낮은 온도에서 녹는다.

은 땜납의 광범위한 사용에도 불구하고, 여전히, 예를 들어 스틸 기재들 상에서 개선된 납땜 특성들을 보이고 요구되는 은 함유량을 감소시키는, 합금에 대한 요구가 있다.

망간 및/또는 니켈을 가지며 구리 함유량을 구비하는, 은 연땜납 합금들 또는 은 경땜납 합금들이, 예를 들어 일본 특허공개번호 제57-149022호와 제57-149093호에서 또는 미국 특허 제2,303,272호에서 설명된다.

나아가, 스틸의 납땜 또는 스틸 없는 합금들의 납땜이 일반적으로, Cu 및 Mn의 존재와 더불어 은에 기반을 두는 또는 부가적으로 니켈을 포함(브레이즈 655)하는, 공지의 납땜 합금들 "브레이즈 580" 및 "브레이즈 655"를 사용하여 수행된다. 따라서, 개선된 젖음성(wettability)을 구비하는 은 땜납 합금을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은, 높은 저온 변형성, 스테인리스스틸과 구조적 스틸들의 우수한 젖음(wetting) 및 750℃ 내지 900℃의 작동 온도를 보이는, 신규의 본질적으로 아연이 없는 (그리고 따라서 진공 적용들에 사용가능한) 땜납 합금을 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 20 중량% 내지 44 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 및 100 중량% 까지의 나머지로서 구리를 함유하며, 구성성분들이 회피할 수 없는 불순물들을 함유하는, 땜납 합금에 의해 달성된다.

1. 41 중량% 내지 75 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 44 중량% 의 은, 및 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨을 함유하며, 구성성분들은 최대 100 중량% 까지 부가되고, 회피할 수 없는 불순물들을 함유할 수 있는 것인 땜납 합금.

2. 포인트 1에 있어서, 아연의 함유량은 0.01 중량% 이하인 것인 땜납 합금.

3. 포인트 1 또는 2에 있어서, 41 중량% 내지 75 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 44 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 및 0 중량% 내지 15 중량% 의, 인듐, 주석, 게르마늄, 티타늄, 망간, 실리콘, 니켈 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 추가적인 합금 구성성분들로 이루어지며, 구성성분들은 최대 100 중량% 까지 부가되며 그리고 회피할 수 없는 불순물들을 함유할 수 있고, 아연의 함유량은 0.01 중량% 이하인 것인 땜납 합금.

4. 포인트 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 25 중량% 내지 44 중량% 또는 30 중량% 내지 44 중량% 의 은을 함유하는 것인 땜납 합금.

5. 포인트 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 45 중량% 내지 60 중량% 의 구리를 함유하는 것인 땜납 합금.

6. 포인트 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 6 중량% 내지 14 중량% 의 갈륨을 함유하는 것인 땜납 합금.

7. 포인트 1 내지 6 중 하나 이상에 있어서, 20 중량% 내지 44 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 0.1 중량% 내지 15 중량% (또는 0.1 중량% 내지 10 중량%)의, 인듐, 주석, 게르마늄, 티타늄, 망간, 실리콘, 니켈 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 추가적인 합금 요소들, 및 100 중량% 까지의 나머지로서 구리를 함유하며, 구성성분들은 최대 100 중량% 까지 부가되고, 회피할 수 없는 불순물들을 함유할 수 있는 것인 땜납 합금.

8. 포인트 5에 있어서, 인듐은 추가적인 요소로서 주석, 티타늄 또는 망간과 조합으로 존재하는 것인 땜납 합금.

9. 포인트 1 내지 8 중 하나 이상에 있어서, 48 중량% 내지 67 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 25 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 15 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 3 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 갈륨 함유량이 10 중량% 미만일 때 망간의 함유량은 10 중량% 를 초과하며, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.

10. 포인트 1 내지 8 중 하나 이상에 있어서, 58 중량% 내지 65 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 25 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 15 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 3 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 갈륨 함유량이 10 중량% 미만일 때 망간의 함유량은 10 중량% 를 초과하며, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.

11. 포인트 1 또는 2에 있어서, 망간의 함유량이 10 중량% 미만일 때, 갈륨의 함유량은 10 중량% 를 초과하는 것인 땜납 합금.

12. 포인트 1 내지 8 중 하나 이상에 있어서, 41 중량% 내지 54 중량% 의 구리, 38 중량% 내지 42 중량% 의 은, 8 중량% 내지 12 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 5 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.

13. 포인트 1 내지 8 중 하나 이상에 있어서, 41 중량% 내지 52 중량% 의 구리, 38 중량% 내지 42 중량% 의 은, 5 중량% 내지 9 중량% 의 갈륨, 7 중량% 내지 12 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.

14. 포인트 1 내지 8 중 하나 이상에 있어서, 50 중량% 내지 64 중량% 의 구리, 28 중량% 내지 34 중량% 의 은, 8 중량% 내지 12 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 5 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.

15. 포인트 1 내지 8 중 하나 이상에 있어서, 45 중량% 내지 62 중량% 의 구리, 28 중량% 내지 34 중량% 의 은, 5 중량% 내지 9 중량% 의 갈륨, 7 중량% 내지 12 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.

16. 포인트 1 내지 15 중 하나 이상에 있어서, 0.5 중량% 내지 7 중량% 또는 0.2 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량% 의 인듐을 함유하는 것인 땜납 합금.

17. 포인트 1 내지 16 중 하나 이상에 있어서, 0.3 중량% 내지 3 중량% 또는 0.5 중량% 내지 1.5 중량% 의 주석을 함유하는 것인 땜납 합금.

18. 포인트 1 내지 17 중 하나 이상에 있어서, 0.3 중량% 내지 3 중량%, 또는 0.3 중량% 내지 1.5 중량%, 또는 0.4 중량% 내지 1 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 0.75 중량% 의 게르마늄을 함유하는 것인 땜납 합금.

19. 포인트 1 내지 18 중 하나 이상에 있어서, 0.1 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 2 중량% 의 티타늄을 함유하는 것인 땜납 합금.

20. 포인트 1 내지 19 중 하나 이상에 있어서, 0.5 중량% 내지 15 중량% 또는 0.5 중량% 내지 10 중량% 의 망간을 함유하는 것인 땜납 합금.

21. 포인트 1 내지 20 중 하나 이상에 있어서, 0.1 중량% 내지 1 중량% 의 실리콘을 함유하는 것인 땜납 합금.

22. 포인트 1 내지 21 중 하나 이상에 있어서, 0.1 중량% 내지 5 중량% 또는 1 중량% 내지 4 중량% 또는 0.3 중량% 내지 2 중량% 의 니켈을 함유하는 것인 땜납 합금.

23. 포인트 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨으로 이루어지며, 나머지 성분(100 중량% 까지 맞춰지는)은 25:61 내지 44:45 의 비율의 Ag 및 Cu를 함유하는 것인 땜납 합금.

24. 포인트 1 내지 23 중 하나 이상에 있어서, 구리 대 은(Cu/Ag)의 중량비는 1 내지 2.1인 것인 땜납 합금.

25. 포인트 1 내지 23 중 하나 이상에 있어서, 구리 대 갈륨(Cu/Ga)의 중량비는 4.5 내지 7.5인 것인 땜납 합금.

26. 진공 경땜납으로서의 포인트 1 내지 25 중 하나 이상의 땜납 합금의 용도.

27. 자동차 산업에서의, 스위치들의 납땜, 접점들의 납땜, 도구들의 납땜, 견고하게 굳은 경질 재료들의 납땜, 냉동 공조(HVAC) 분야들에서의 납땜, 플랜트 건설 및 특별한 기계 제조에서의 납땜, 가전 제품, 예를 들어 백색 가전제품에서의 납땜, 보석류의 납땜 및 이들의 조합을 위한, 진공 스위칭 챔버들에서의, 진공의 밀봉 또는 진공에 대항하는 밀봉 용도인, 진공 적용들에서의 땜납으로서의 포인트 1 내지 26 중 하나 이상의 땜납 합금의 용도.

28. 적어도 하나의 기재와 접촉하는 포인트 1 내지 27 중 하나 이상의 땜납 합금을 함유하는 것인 성형 물체.

29. 포인트 28에 있어서, 상기 기재는, 구리 및 구리 합금들, 니켈 및 니켈 합금들, 황동 합금들, 구조적 스틸 유형들(예를 들어, S235), 스테인리스 스틸 유형들(예를 들어, 1.4301/1.4306/1.4401/1.4404/1.4571), 및 니켈-도금된, 구리-도금된 또는 금도금된 세라믹들 및 이들의 조합들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것인 성형 물체.

30. 포인트 1 내지 29 중 하나 이상의 땜납 합금으로 성형 물체들을 제조하는 방법으로서,

상기 땜납 합금들은, 열처리를 수행함 없이, 약 60% 초과의, 또는 약 80% 초과이자 약 96% 또는 99% 또는 99.9% 까지의, 냉간 압연 도중에 달성가능한 두께 감소까지, 냉간 성형되는 것인 성형 물체 제조 방법.

31. 포인트 30에 있어서, 성형은 압연, 단조, 와이어 드로잉 또는 압출에 의해 수행되는 것인 성형 물체 제조 방법.

32. 포인트 30 또는 31에 있어서, 열처리가 추가적인 단계에서 실행되며, 추가적인 냉간 성형이 후속적으로 수행되는 것인 성형 물체 제조 방법.

33. 포인트 32에 있어서, 열처리의 온도는 400℃ 내지 600℃ 또는 400℃ 내지 550℃이며, 또는 30분 내지 300분 또는 60분 내지 150분의 시간 동안 수행되는 것인 성형 물체 제조 방법.

34. 기재 납땜 방법으로서, 포인트 1 내지 25 중 어느 하나의 땜납 합금이 사용되고, 납땜 온도는 절대온도 0.3*(TL-Ts)+Ts 의 하한 및 절대온도 TL+50 의 상한을 갖는 범위 이내이며, 여기서 TL 은 개별적인 땜납 합금의 액상선 온도이고, Ts 는 개별적인 땜납 합금의 고상선 온도인 것인 기재 납땜 방법.

35. 포인트 34에 있어서, 상기 기재는, 구리 및 구리 합금들, 니켈 및 니켈 합금들, 철 또는 철 합금들, 황동 합금들, 구조적 스틸 유형들(예를 들어, S235), 스테인리스 스틸 유형들(예를 들어, 1.4301/1.4306/1.4401/1.4404/1.4571), 견고하게 굳은 경질 재료들, 견고하게 굳은 경질 복합 재료들, 예를 들어 CuCr, AgSnO₂ and AgWC 재료들과 같은 접점 재료들, 및 니켈-도금된, 구리-도금된 또는 금도금된 세라믹들 및 이들의 조합들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것인 기재 납땜 방법.

36. 포인트 30 내지 35 중 어느 하나에 따라 획득 가능한 성형 물체.

37. 포인트 26 또는 27에 따른 땜납 합금의 용도, 포인트 28, 29 및 36 중 어느 하나에 따른 성형 물체, 및 포인트 34 또는 35에 따른 기재 납땜 방법에 있어서, 땜납과 적어도 하나의 기재 사이에 상호확산 구역(interdiffusion zone)이 형성되는 것인, 용도, 성형 물체 또는 방법.

38. 포인트 37에 있어서, 상기 기재는, 철 또는 철 합급들 또는, 스테인리스 스틸 1.4404와 같은, 스테인리스 스틸인 것인, 용도, 성형 물체 또는 방법.

땜납 합금은, 20 중량% 내지 44 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 및 100 중량% 로 맞춰지는 구리를 함유하며, 여기서 구성성분들은 회피할 수 없는 불순물들을 함유할 수 있다.

땜납 합금은, 41 중량% 내지 75 중량% 의 또는 45 중량% 내지 60 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 44 중량% 의 은, 또는 25 중량% 내지 44 중량% 의 또는 30 중량% 내지 44 중량% 의 은, 및 5 중량% 내지 15 중량% 의 또는 6 중량% 내지 14 중량% 의 갈륨을 함유하며, 여기서 구성성분들은 100 중량% 까지 부가되고 회피할 수 없는 불순물들을 함유할 수 있다.

구체적인 실시예에서, 땜납 합금은, 20 중량% 내지 44 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 0.1 중량% 내지 15 중량% 또는 0.1 중량% 내지 10 중량%의, 인듐, 주석, 게르마늄, 티타늄, 망간, 실리콘, 니켈 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 추가적인 합금 요소들 및 100 중량% 까지의 나머지로서 구리를 함유할 수 있고, 여기서 구성성분들은 최대 100 중량% 까지 부가되고 회피할 수 없는 불순물들을 함유할 수 있다.

땜납 합금은, 41 중량% 내지 75 중량% 의 또는 45 중량% 내지 60 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 44 중량% 의 은, 또는 25 중량% 내지 44 중량% 의 또는 30 중량% 내지 44 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 또는 6 중량% 내지 14 중량% 의 갈륨 및, 0.1 중량% 내지 15 중량% 또는 0.1 중량% 내지 10 중량%의, 인듐, 주석, 게르마늄, 티타늄, 망간, 실리콘, 니켈 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 추가적인 합금 요소들을 함유하고, 여기서 구성성분들은 최대 100 중량% 까지 부가되고 회피할 수 없는 불순물들을 함유할 수 있다.

추가적인 구체적인 실시예에서, 땜납 합금은, 주석, 티타늄, 망간 또는 이들의 조합과 조합된 인듐을 함유한다.

땜납 합금은 부가적으로, 0.5 중량% 내지 7 중량% 의 인듐, 0.3 중량% 내지 3 중량% 의 주석, 0.3 중량% 내지 3 중량% 의 게르마늄 또는 0.3 중량% 내지 1.5 중량% 의 게르마늄, 0.1 중량% 내지 4 중량% 의 티타늄, 0.5 중량% 내지 15 중량% 의 그렇지 않으면 0.5 중량% 내지 10 중량% 의 망간, 0.1 중량% 내지 1 중량% 의 실리콘, 0.1 중량% 내지 5 중량% 의 또는 1 중량% 내지 4 중량% 의 니켈 또는, 이들의 적절한 양들의 조합을 함유할 수 있고, 여기서 구성성분들은 최대 100 중량% 까지 부가되고 회피할 수 없는 불순물들을 함유할 수 있다.

합급은 또한, 전체의 0.15 중량% 까지 허용되는 회피할 수 없는 불순물들을, 예를 들어, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 철, 아연, 실리콘, 인, 황, 백금, 팔라듐, 납, 금, 알루미늄, 주석, 게르마늄, 탄소, 카드뮴, 스칸듐, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 이트륨, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 산소를, 함유할 수 있다. 탄소 함유량은 0.005 중량%를 초과하지 않아야 하며, 카드뮴, 인, 납 및 아연의 함유량은 각각 0.1 중량%를 초과하지 않아야 한다. 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨 및 황의 전체 함유량은, 특히, 0.01 중량% 이하이다.

다른 실시예에서, 합금은, 48 중량% 내지 67 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 25 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 15 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 3 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 여기서, 갈륨 함유량이 10 중량% 미만일 때, 망간의 함유량은 10 중량% 를 초과하며, 양들은 100 중량% 까지 부가된다. 양호한 결과들이, 갈륨의 함유량이 10 중량% 를 초과할 때 그리고 망간의 함유량이 10 중량% 미만일 때에도, 달성될 수 있다.

다른 실시예에서, 합금은, 58 중량% 내지 65 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 25 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 15 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 3 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 여기서, 갈륨 함유량이 10 중량% 미만일 때, 망간의 함유량은 10 중량% 를 초과하며, 양들은 100 중량% 까지 부가된다. 양호한 결과들이, 갈륨의 함유량이 10 중량% 를 초과할 때 그리고 망간의 함유량이 10 중량% 미만일 때에도, 달성될 수 있다. 갈륨 또는 망간의 함유량이 10 중량% 를 넘는 경우에, 심지어 20 중량% 내지 25 중량% 의 낮은 은 함유량를 구비하는 합금이 바람직한 특성들을 갖는다는 것이, 놀랍게도 확인 된 바 있다. 이러한 경우에, 양호한 결과들이, 1 내지 3 중량% 의 인듐 함유량을 사용하여, 마찬가지로 달성될 수 있다.

다른 실시예에서, 합금은, 41 중량% 내지 54 중량% 의 구리, 38 중량% 내지 42 중량% 의 은, 8 중량% 내지 12 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 5 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 여기서 양들은 100 중량% 까지 부가된다.

다른 실시예에서, 합금은, 41 중량% 내지 52 중량% 의 구리, 38 중량% 내지 42 중량% 의 은, 5 중량% 내지 9 중량% 의 갈륨, 7 중량% 내지 12 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 여기서 양들은 100 중량% 까지 부가된다.

다른 실시예에서, 합금은, 50 중량% 내지 64 중량% 의 구리, 28 중량% 내지 34 중량% 의 은, 8 중량% 내지 12 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 5 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 여기서 양들은 100 중량% 까지 부가된다.

다른 실시예에서, 합금은, 45 중량% 내지 62 중량% 의 구리, 28 중량% 내지 34 중량% 의 은, 5 중량% 내지 9 중량% 의 갈륨, 7 중량% 내지 12 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 여기서 양들은 100 중량% 까지 부가된다.

특히 유용한 땜납 합금들은: (1) 40 중량% 의 은, 50 중량% 의 구리 및 10 중량% 의 갈륨으로 이루어지는 땜납 합금; 또는 (2) 40 중량% 의 은, 46.5 중량% 의 구리, 10 중량% 의 갈륨, 3 중량% 의 인듐 및 0.5 중량% 의 주석으로 이루어지는 땜납 합금; 또는 (3) 5 내지 15 중량% 의 갈륨으로 이루어지고, Ag 및 Cu가 25:61 내지 44:45 의 비율인 나머지 성분(100 중량% 까지 맞춰지는)을 구비하며, 구리 대 은(Cu/Ag)의 중량비는 약 1 내지 2.1이고, 구리 대 갈륨(Cu/Ga)의 중량비는 약 4.5 내지 7.5인, 땜납 합금을 포함한다.

땜납 합금은 당해 기술분야에 공지된 임의의 방식으로 달성될 수 있으며, 당해 기술분야에서 알려진 모든 방법을 사용하여 바람직한 몰드 속으로 쏟아 넣게 된다. 예를 들어, 땜납 합금은 띠 형태, 와이어 형태, 막대 형태, 판 형태, 포일 형태, 가공되지 않은 형태, 분말 형태, 포탄 형태(shot form), 작은 판 형태(platelet form) 또는 페이스트 형태일 수 있다. 합금은 예를 들어 칠 주조(chill casting)로 제조될 수 있다. 더욱 균질의 미세구조를 생성하기 위해, 연속 주조 또는 합금 제립기(alloy granulator) 또는 합금 미립자화(alloy atomization)의 사용이 또한 가능하다.

마찬가지로, 이러한 유형의 합금 분말 제조 단계는, 후속의 치밀화, 예를 들어, 또한 기기명 TEMCONEX® 으로 공지된, 연속적인 분말 압출이 뒤따를 수 있다. 마찬가지로, 후속의 소결 및 압출과 함께 압축성형, 예를 들어 냉간 등압 압축성형(CIP)에 의한 분말의 부가적 처리가 가능하다.

땜납 합금은 약 750℃ 내지 900℃ 또는 약 780℃ 내지 830℃의 범위 내의 온도에서, 땜납 합금이, 예를 들어 스틸 또는 스테인리스 스틸과 같은 철-함유 재료로 형성되는, 기재 상으로 용융되는 것을 허용하기에 충분한 시간 동안, 경질 납땜될 수 있다. 구조적 스틸 유형들(예를 들어, e.g. S235) 및 스테인리스 스틸 유형들(예를 들어, 1.4301/1.4306/1.4401/1.4404/1.4571)은 예를 들어, 마찬가지로 아주 적합하다. 본 발명의 합금들의 용도는, 노를 사용하여, 국부적으로 납땜 램프를 사용하여, 유도 가열기를 사용하여, 저항 가열, 레이저 가열 또는 적외선 가열에 의한 땜납 또는 용제 용기 속으로 담그기(dipping)하여, 수행될 납땜을 가능하게 한다. 사용되는 납땜 공정에 의존하여, 납땜은 불활성 기체 분위기에서, 예를 들어 아르곤 분위기, 또는 다른 유형의 보호 분위기에서, 수행될 수 있다. 이러한 온도들에서, 본 발명의 땜납 합금은, 철-함유 기재 재료의 용융없이 접합되도록, 어려움 없이 용융되고 철-함유 기재 재료를 젖게 한다. 땜납 합금을 사용할 때, 기재 재료가 부분적으로 녹는 상호확산 구역이 흔히 형성된다. 이는, 예를 들어, 땜납 합금들과 조합된 스틸과 같은, 철 합금들의 경우에서 흔히 관찰된다. 그러한 상호확산 구역은 납땜 도중에 발생하며, 땜납과 기재 사이의 활발한 상호작용으로서 유익하고 바람직하다. 예를 들어 AgCu28 또는 Ag60Cu27In13와 같은, 종래 기술의 은-풍부 땜납들의 경우에서, 그러한 상호확산 구역은 일반적으로 스테인리스 스틸들의 납땜 도중에 생성되지 않는다. 본 발명의 땜납 합금은, 그 중에서도, 경질 땜납 스틸 표면들에, 특히 스테인리스 스틸로 구성되는 표면들에 사용될 수 있다. 철-함유 합금의 기재 대신에, 마찬가지로, 구리 또는구리 합금들, 니켈 또는 니켈 합금들, 황동 합금들, 견고하게 굳은 경질 재료들, 견고하게 굳은 경질 복합 재료들, 예를 들어 CuCr, AgSnO₂ and AgWC 재료들과 같은 접점 재료들, 및 니켈-도금된/구리-도금된/금도금된 세라믹들을 사용할 수 있다.

본 발명의 적용은 그러므로 상응하는 성형 물체들을 또한 제공한다.

땜납 합금들은, 예를 들어, 진공 스위칭 챔버들, X-레이 관들 또는 냉각기 구조물에서의, 진공의 밀봉 또는 진공에 대항하는 밀봉과 같은, 진공 적용들을 위해, 그리고 또한 스위치들 또는 자동차 산업에서의 납땜 접점들을 위해, 적당하다. 납땜 합금들은 또한, 도구의 납땜을 위해, 예를 들어 견고하게 굳은 경질 재료들의 납땜 또는 냉동 공조(HVAC) 분야들에서의 납땜에서, 플랜트 건설 및 특별한 기계 제조에서, 적당하다. 가전 제품에서, 예를 들어 백색 가전제품에서, 또는 보석류에서 납땜이 마찬가지로 가능하다.

땜납 합금들의 장점은, 합금 내에서의 높은 갈륨 농도에도 불구하고, 그들의 우수한 냉간 변형성(cold deformability)이다. 이러한 특성은 첫째 납땜된 접합의 기계적 안정성을 개선한다. 둘째, 땜납 합금은 그러므로, 압연, 단조, 와이어 드로잉 또는 압출에 의해, 특히, 어닐링 열처리 또는 재결정화 열처리와 같은 열처리 없이, 약 60% 초과의, 또는 약 80% 초과이자 약 96% 또는 99% 또는 99.9% 까지의, 냉간 압연 도중에 달성가능한 두께 감소까지, 작업할 수 있기 때문에, 압연, 단조 또는 와이어 드로잉에 의한 냉간 성형에서, 용이하게 성형될 수 있다. 이어서, 즉 약 60% 내지 99.9%의 냉간 성형 이후에, 열처리가 수행될 수 있으며 그리고 약 60% 내지 99.9%의 새로운 냉간 성형이 수행될 수 있다. 그러한 열처리는 400℃ 내지 600℃의, 또는 400℃ 내지 550℃의 온도에서 수행될 수 있다. 열처리의 지속시간은 대략 30분 내지 300분, 또는 60분 내지 150분, 또는 90분 내지 140분일 수 있다. 열처리는, 감소된 압력 하에서 또는, 아르곤 또는 질소와 같은 보호 기체들 내에서, 또는 N2/H2 혼합물(예를 들어, N2/H2 95/5, N2/H2 80/20, N2/H2 50/50) 또는 수소과 같은 환원성 분위기(reducing atmosphere)에서 수행될 수 있다. 땜납 합금들이 불활성 기체 분위기, 예를 들어 아르곤 분위기에서, 사용될 때, 임의의 용제(flux)를 사용할 필요가 없다.

설명된 땜납 합금들은 또한, 환원되지 않은 또는 단지 불완전하게 환원된 표면들 상에서, 즉 불완전한 산소 제거와 함께하는 표면들 상에서 사용될 수도 있다. 설명된 땜납 합금들은 잘 젖고, 용이하게 납땜될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 전자폴리싱함에 의해 또는, 금, 니켈, 구리 또는 이들의 조합으로 전자도금함에 의해 수정되어야 하는 표면 없이, 표면 상에 크롬(III) 산화물의 자연발생 층(natural layer)을 구비하는, 크롬-함유 스테인리스 스틸들을 납땜하는 것 또한 가능하다.

땜납 합금들을 사용하는 납땜은 상한이 TL+50 K 로 한정되고 하한이 0.3*(TL-Ts)+Ts K 로 한정되며, TL 은 개별적인 땜납 합금의 액상선 온도이고 Ts 는 개별적인 땜납 합금의 고상선 온도인, 특정 온도 범위에서 용이하게 수행될 수 있다. 따라서, 일 실시예는 또한, 땜납 합금이 사용되며 그리고 납땜 온도가, 0.3*(TL-Ts)+Ts K 의 하한과 TL+50 K 의 상한을 갖고, TL 은 개별적인 땜납 합금의 액상선 온도이고 Ts 는 개별적인 땜납 합금의 고상선 온도인 온도 범위 이내인, 기재를, 바람직하게 스틸로 구성되는 기재를, 납땜하기 위한 방법을 제공한다.

예들

언급된 합금들은 상응하는 합금 구성성분들의 칠 주조에 의해 획득되었다. 용융이 유도로(induction furnace)에서 유효하게 되었다. 1회분의 크기는 각각의 경우에 500g 의 땜납 합금이었다. 합금들은 압연에 의해 추가로 처리되었고, 스테인리스 스틸(1.4404)을 납땜하기 위해, 동일한 재료[스테인리스 스틸(1.4404)]의 기재 상에 감소된 압력 하에서 830℃ 의 온도에서 노-납땜되었다. 젖음이 시각적으로 평가되었다. 냉각 변형성이 압연 중의 두께 감소에 의해 결정되었고, 고상선 온도 및 액상선 온도가 시차 주사 열량측정법(differential scanning calorimetry: DSC)에 의해 결정되었다. 조성 CuAg40Ga10 을 구비하는 합금의 경우에, 열처리 없이 냉간 압연 중에 달성가능한 두께 감소는 96% 이었고, 고상선 온도는 724℃ 이었으며 액상선 온도는 846℃ 이었다.

세로열 B는 스테인리스 스틸들 상에서의 젖음 및 유동 특성을, 세로열 K는 냉각 변형성을 그리고 세로열 L은 830℃ 에서의 납땜 특성을 보고한다. 합금 구성요소들의 양들은 중량% 로 보고된다. 젖음 및 유동 특성의, 830℃ 에서의 납땜 특성의 및 냉간 변형성의 평가는, 매우 우수(++) 등급, 우수(+) 등급, 우수하지 않은 등급(O), 받아들일 수 없는 등급(-)으로 주어진다. 약어 "n.d."는 결정될 수 없는 값들을 언급한다.

Claims

41 중량% 내지 75 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 44 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 및 0 중량% 내지 15 중량% 의, 인듐, 주석, 게르마늄, 티타늄, 망간, 실리콘, 니켈 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 추가적인 합금 구성성분들로 이루어지며, 상기 구성성분들은 최대 100 중량% 까지 부가되고 회피할 수 없는 불순물들을 함유할 수 있으며, 아연의 함유량은 0.01 중량% 이하인 것인 땜납 합금.
제 1항에 있어서,
25 중량% 내지 44 중량% 의 은을 함유하는 것인 땜납 합금.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
45 중량% 내지 60 중량% 의 구리를 함유하는 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
6 중량% 내지 14 중량% 의 갈륨을 함유하는 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
48 중량% 내지 67 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 25 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 15 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 3 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 갈륨 함유량이 10 중량% 미만일 때 망간의 함유량은 10 중량% 를 초과하고, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
58 중량% 내지 65 중량% 의 구리, 20 중량% 내지 25 중량% 의 은, 5 중량% 내지 15 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 15 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 3 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 갈륨 함유량이 10 중량% 미만일 때 망간의 함유량은 10 중량% 를 초과하고, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,
망간의 함유량이 10 중량% 미만일 때, 갈륨의 함유량은 10 중량% 를 초과하는 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
41 중량% 내지 54 중량% 의 구리, 38 중량% 내지 42 중량% 의 은, 8 중량% 내지 12 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 5 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
41 중량% 내지 52 중량% 의 구리, 38 중량% 내지 42 중량% 의 은, 5 중량% 내지 9 중량% 의 갈륨, 7 중량% 내지 12 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
50 중량% 내지 64 중량% 의 구리, 28 중량% 내지 34 중량% 의 은, 8 중량% 내지 12 중량% 의 갈륨, 0 중량% 내지 5 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
45 중량% 내지 62 중량% 의 구리, 28 중량% 내지 34 중량% 의 은, 5 중량% 내지 9 중량% 의 갈륨, 7 중량% 내지 12 중량% 의 망간, 0 중량% 내지 4 중량% 의 인듐으로 이루어지며, 양들은 100 중량% 까지 부가되는 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
0.5 중량% 내지 15 중량% 의 망간, 0.1 중량% 내지 5 중량% 의 니켈, 0.5 중량% 내지 7 중량% 의 인듐, 0.3 중량% 내지 3 중량% 의 주석, 0.3 중량% 내지 1.5 중량% 의 게르마늄, 0.1 중량% 내지 4 중량% 의 티타늄, 0.1 중량% 내지 1 중량% 의 실리콘, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 추가적인 합금 구성성분들을 함유하는 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
은과 구리가 25:61 내지 44:45 의 비율로 존재하는 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
게르마늄 함유량이 1.5 중량% 미만인 것인 땜납 합금.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 땜납 합금의 용도로서,
자동차 산업에서의, 스위치들의 납땜, 접점들의 납땜, 도구들의 납땜, 견고하게 굳은 경질 재료들의 납땜, 냉동 공조 분야에서의 납땜, 진공 경질 땜납으로서, 플랜트 건설 및 특별한 기계 제조에서의 납땜, 백색 가전제품과 같은 가전 제품에서의 납땜, 보석류의 납땜 및 이들의 조합을 위한, 진공 스위칭 챔버들에서의, 진공의 밀봉 또는 진공에 대항하는 밀봉 용도인 진공 적용들에서의 땜납으로서의, 땜납 합금의 용도.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 땜납 합금을 함유하는 성형 물체로서,
적어도 하나의 기재와 접촉하는 것인 성형 물체.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 땜납 합금으로 성형 물체를 제조하는 방법으로서,
상기 땜납 합금들이, 열처리를 수행함 없이, 약 60% 를 초과하는 냉간 압연 도중에 달성가능한 두께 감소까지 냉간 성형되는 것인 성형 물체 제조 방법.
기재를 납땜하는 방법으로서,
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 땜납 합금이 사용되고, 납땜 온도가 절대온도 0.3*(TL-Ts)+Ts 의 하한 및 절대온도 TL+50 의 상한을 갖는 범위 이내이며, 여기서 TL 은 개별적인 땜납 합금의 액상선 온도이고, Ts 는 개별적인 땜납 합금의 고상선 온도인 것인 기재 납땜 방법.
제 16항에 따른 성형 물체 또는 제 18항에 따른 방법에 있어서,
상기 기재는, 구리 및 구리 합금들, 니켈 및 니켈 합금들, 황동 합금들, 구조적 스틸 유형들(예를 들어, S235), 스테인리스 스틸 유형들(예를 들어, 1.4301/1.4306/1.4401/1.4404/1.4571), 견고하게 굳은 경질 재료들, 견고하게 굳은 경질 복합 재료들, 접점 재료들 또는, 니켈-도금된, 구리-도금된 또는 금도금된 세라믹들, 및 이들의 조합들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것인 성형 물체 또는 방법.
제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 따라 획득될 수 있는 성형 물체.
제 15항에 따른 용도, 제 16항 또는 제 20항에 따른 성형 물체, 또는 제 18항에 따른 방법에 있어서,
상호확산 구역이 땜납과 적어도 하나의 기재 사이에 형성되는 것인, 용도, 성형 물체 또는 방법.