KR20160058921A - 금속 부분을 접합하는 방법 - Google Patents

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Abstract

제1 금속 부분(11)을 제2 금속 부분(12)과 접합하는 방법이며, 금속 부분(11, 12)은 1000℃ 초과의 고상선 온도를 갖는 것인 방법. 상기 방법은 제1 금속 부분(11)의 표면(15) 상에 용융 강하 조성물(14)을 도포하며, 상기 용융 강하 조성물(14)은 제1 금속 부분(11)의 용융 온도를 저하시키기 위한 인 및 규소를 포함하는 용융 강하 성분을 포함하는 것인 단계, 상기 표면(15) 상의 접촉점(16)에서 제2 금속 부분(12)을 용융 강하 조성물(14)과 접촉시키는 단계, 제1 및 제2 금속 부분(11, 12)을 1000℃ 초과의 온도로 가열하는 단계, 및 제1 금속 부분(11)의 용융된 금속 층(210)을 응고되게 하여 접촉점(16)에서 조인트(25)가 얻어지도록 하는 단계를 포함한다. 용융 강하 조성물 및 관련 제품이 또한 개시된다.

Description

금속 부분을 접합하는 방법 {METHOD FOR JOINING METAL PARTS}
본 발명은 용융 강하 조성물을 사용하여 제1 금속 부분을 제2 금속 부분과 접합하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 용융 강하 조성물 및 접합된 금속 부분을 포함하는 제품에 관한 것이다.
오늘날, 다양한 원소상 금속 뿐만 아니라 다양한 금속성 합금을 포함하는 금속성 원소로 제조된 금속 부분 (금속 물체 또는 금속 가공물)을 접합하는 다양한 접합 방법이 있다. 해당 금속 부분은, 이들을 제조하는 금속성 원소 또는 합금에 의해, 적어도 1000℃의 용융 온도를 가지며, 이는 금속 부분이, 예를 들어 순수한 알루미늄 또는 다양한 알루미늄-기재 합금으로는 제조될 수 없다는 것을 의미한다. 금속 부분을 제조할 수 있는 금속의 일부 예는 전형적으로 철-, 니켈- 및 코발트-기재 합금이다.
이러한 금속 부분을 접합하기 위한 하나의 통상의 방법은, 금속 부분 내의 금속이 추가 재료의 존재 또는 부재 하에 용융되며, 즉 캐스트 제품이 용융 및 후속 재-응고에 의해 형성되는 방법인 용접이다.
또 다른 접합 방법은, 필러 금속을 먼저 접합하고자 하는 2개의 금속 부분 중 적어도 1개 상에 도포한 후, 그의 융점 초과로 가열하고, 모세관 작용에 의해 금속 부분 사이에 분포시키는 금속-접합 공정인 브레이징이다. 필러 금속은 전형적으로 적합한 분위기에 의한 보호 하에 그의 용융 온도 초과에 이르게 한다. 필러 금속은 접촉점을 향해 금속 부분 위를 유동하며, 접촉점에서 조인트를 형성한다.
일반적으로, 브레이징 시, 필러 금속은 접합하고자 하는 금속 부분 사이의 간격 또는 틈새와 접촉하도록 도포한다. 가열 공정 동안 필러 금속은 용융되어 접합하고자 하는 간격을 채운다. 브레이징 공정에서는 3개의 주요 스테이지가 있으며, 여기서 제1 스테이지는 물리적 스테이지라고 부른다. 물리적 스테이지는 필러 금속의 습윤 및 유동을 포함한다. 제2 스테이지는 보통 주어진 접합 온도에서 일어난다. 상기 스테이지 동안, 고체-액체 상호작용이 존재하며, 이는 상당한 물질 전달을 동반한다. 액체 필러 금속에 바로 인접한 금속 부분 중 소부피가 이 스테이지에서 용해되거나 필러 금속과 반응한다. 동시에, 소량의 원소가 액체 상으로부터 고체 금속 부분으로 침투한다. 조인트 영역에서 성분의 이러한 재분배는 필러 금속 조성, 및 때때로 필러 금속의 응고 개시에 변화를 일으킨다. 제2 스테이지와 중첩되는 마지막 스테이지는 최종 조인트 마이크로구조의 형성을 특징으로 하며, 조인트의 응고 및 냉각 동안 진행된다. 액체 필러 금속에 인접한 금속 부분의 부피는 매우 적으며, 즉 조인트는 필러 금속에 의해 거의 대부분 형성된다. 일반적으로, 브레이징 시, 조인트 내의 금속의 적어도 95%가 필러 금속으로부터 비롯된다.
2개의 금속 부분 (모 재료)을 접합하는 또 다른 방법은 융점 강하 요소가 접합 온도에서 중간층으로부터 금속 부분의 격자 및 결정립계로 이동할 때 확산이 일어나는 천이 액상 확산 접합 (TLP 접합)이다. 이어서, 고체 상태 확산 공정은 접합 계면에서 조성의 변화를 야기하고, 다른 중간층은 모 재료보다 낮은 온도에서 용융된다. 따라서, 액체의 얇은 층이 계면을 따라 전개되어 어느 하나의 금속 부분의 융점보다 낮은 온도에서 조인트가 형성된다. 접합 온도의 저하는 용융물의 응고를 야기하고, 이 상은 접합 온도에서 일정 기간 동안 유지됨으로써 후속적으로 금속 부분으로 확산되어갈 수 있다.
접합 방법, 예컨대 용접, 브레이징 및 TLP-접합은 금속 부분을 성공적으로 접합한다. 그러나, 용접은 매우 고가일 수 있거나 접근이 어려운 경우 다수의 조인트를 생성하는 것이 불가능할 수도 있으므로 그의 한계를 갖는다. 브레이징 또한, 예를 들어 가장 적합한 필러 금속을 적절히 도포하는 것 또는 심지어 결정하는 것이 어려울 수 있다는 점에서 그의 한계를 갖는다. TLP-결합은 상이한 재료를 접합하게 될 때 유리하나 그의 한계를 갖는다. 예를 들어, 적합한 중간층을 찾는 것이 종종 어렵고, 상기 방법은 큰 간격을 채워야 하는 조인트를 생성하는데 있어서 또는 비교적 큰 조인트를 형성해야 하는 경우에 사실상 적합하지 않다.
따라서, 특정 접합 방법을 선택할 때 많은 인자가 수반된다. 또한 결정적인 인자는 비용, 생산성, 안전성, 공정 속도 및 금속 부분을 접합하는 조인트의 특성 뿐만 아니라 접합 후 금속 부분 자체의 특성이다. 상기 언급된 방법이 그의 이점을 갖더라도, 특히 비용, 생산성, 안전성 및 공정 속도와 같은 인자를 고려한다면, 현 방법에 대한 보완책으로서 사용될 수 있는 접합 방법이 여전히 필요하다.
본 발명의 목적은 상기 기술 및 선행 기술을 개선시키는 것이다. 특히, 금속 부분 사이에 여전히 강한 조인트를 생성하면서 간단하고 신뢰성 있는 방식으로 금속 부분 (금속 가공물, 즉 금속으로 제조된 가공물 또는 물체)을 접합하는 방법을 제공하는 것이 목적이다.
이들 목적을 해결하기 위해 제1 금속 부분을 제2 금속 부분과 접합하는 방법이 제공된다. 본 방법은 1000℃ 초과의 고상선 온도를 갖는 금속 부분에 사용된다. 본 방법은
제1 금속 부분의 표면 상에 용융 강하 조성물을 도포하는 단계로서, 상기 용융 강하 조성물은 제1 금속 부분의 용융 온도를 저하시키기 위한 인 및 규소를 포함하는 용융 강하 성분, 및 임의로, 표면 상에 용융 강하 조성물의 도포를 용이하게 하기 위한 결합제 성분을 포함하는 것인 단계;
상기 표면 상의 접촉점에서 제2 금속 부분을 용융 강하 조성물과 접촉시키는 단계;
제1 및 제2 금속 부분을 1000℃ 초과의 온도로 가열하는 단계로서, 이에 의해 제1 금속 부분의 상기 표면이 용융되어 제1 금속 부분의 표면 층이 용융되고, 용융 강하 성분과 함께, 접촉점에서 제2 금속 부분과 접촉하는 용융된 (용융) 금속 층이 형성되는 단계;
용융된 금속 층이 응고되도록 하여 접촉점에서 조인트가 얻어지는 단계로서, 상기 조인트는, 가열 전에 제1 금속 부분 및 제2 금속 부분 중 어느 것의 일부였던 적어도 50 중량%의 금속을 포함하는 것인 단계
를 포함한다.
한 실시양태에서 조인트는, 가열 전에 제1 금속 부분 및 제2 금속 부분 중 어느 것의 일부였던 적어도 85 중량%의 금속을 포함한다. 이는 금속 부분의 금속이 접촉점으로 유동하게 하여 조인트를 형성함으로써 달성된다. 이 방식으로 형성된 조인트는 브레이징에 의해 형성된 조인트와 매우 상이한데, 이는 이러한 조인트가 일반적으로, 브레이징 전에 조인트를 형성하는데 사용되었던 브레이징 물질 중 필러 금속의 일부였던 적어도 90 중량%의 금속을 포함하기 때문이다.
한 실시양태에서 용융 강하 성분은 적어도 8 중량%의 인을 포함하고, 또 다른 실시양태에서 용융 강하 성분은 적어도 14 중량%의 인을 포함한다. 용융 강하 조성물은 또한 융점 강하 조성물로도 지칭될 수 있다. 금속 부분은 전형적으로 1000℃ 초과의 고상선 온도를 갖기 때문에, 금속 부분 내의 금속은 예를 들어 철-, 니켈 및 코발트-기재 금속성 합금의 형태를 가질 수 있다. 금속 부분은 1000℃ 초과의 고상선 온도를 갖지 않는 순수한 알루미늄 또는 알루미늄-기재 합금일 수는 없다. 금속 부분 내의 금속 또는 심지어 금속 부분 자체를 "모 금속" 또는 "모 재료"로 지칭할 수 있다. 이와 관련하여, "철-기재" 합금은 합금 내의 모든 원소 중 철이 가장 큰 중량 백분율 (중량%)을 갖는 합금이다. 상응하는 상황이 또한 니켈-, 코발트-, 크로뮴- 및 알루미늄-기재 합금에도 적용된다.
나타낸 바와 같이, 용융 강하 조성물은 용융 강하 성분인 적어도 1종의 성분을 포함한다. 임의로, 용융 강하 조성물은 결합제 성분을 포함한다. 적어도 제1 금속 부분의 용융 온도를 저하시키는데 기여하는 용융 강하 조성물 중 모든 물질 또는 일부는 용융 강하 성분의 일부인 것으로 간주된다. 적어도 제1 금속 부분의 용융 온도를 저하시키는데는 수반되지 않고 대신 용융 강하 조성물이 예를 들어 페이스트, 페인트 또는 슬러리를 형성하도록 이를 "결합"시키는 용융 강하 조성물의 일부는, 결합제 성분의 일부인 것으로 간주된다. 물론, 용융 강하 성분은 다른 성분, 예컨대 소량의 필러 금속을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 필러 금속은 용융 강하 성분의 적어도 25 중량%가 인 및 규소를 포함하므로, 용융 강하 성분의 75 중량% 초과를 나타낼 수는 없다. 필러 금속이 용융 강하 조성물에 포함된 경우, 이는 항상 용융 강하 성분의 일부이다.
이와 관련하여, "인 및 규소"는 중량%로 계산 시 용융 강하 성분 내의 인 및 규소의 합계를 의미한다. 여기서, 중량%는 질량 분율에 100을 곱함으로써 결정되는 중량 백분율을 의미한다. 공지된 바와 같이, 성분 내의 물질의 질량 분율은 성분의 밀도에 대한 그 물질의 질량 농도 (성분 내의 그 물질의 밀도)의 비이다. 따라서, 예를 들어, 적어도 25 중량%의 인 및 규소는 100 g 용융 강하 성분의 샘플 중 인 및 규소의 총 중량이 적어도 25 g인 것을 의미한다. 명백하게, 결합제 성분이 용융 강하 조성물에 포함된 경우, 용융 강하 조성물 내의 인 및 규소의 중량%는 25 중량% 미만일 수 있다. 그러나, 적어도 25 중량%의 인 및 규소는, 나타낸 바와 같이, 포함될 수 있는 임의의 필러 금속을 또한 포함하는 용융 강하 성분에 항상 존재하며, 즉 필러 금속은 항상 용융 강하 조성물의 일부로서 여겨진다.
"인"은 원소상 인 뿐만 아니라 인 화합물 내의 인을 포함하는, 용융 강하 성분 내의 모든 인을 포함한다. 상응하게, "규소"는 원소상 규소 뿐만 아니라 규소 화합물 내의 규소를 포함하는, 용융 강하 성분 내의 모든 규소를 포함한다. 따라서, 인 및 규소는 둘 다, 용융 강하 성분에서, 다양한 인 및 규소 화합물 내의 인 및 규소에 의해 나타내어질 수 있다.
명백하게, 용융 강하 조성물은 인 및 규소와 같은 용융 강하 물질에 비해 훨씬 더 많은 필러 금속을 갖기 때문에 통상적인 브레이징 물질과 매우 상이하다. 일반적으로, 브레이징 물질은 18 중량% 미만의 인 및 규소를 갖는다.
본 방법은 필러 금속을 감소시키거나 심지어 배제할 수 있고 이를 상이한 재료로 제조된 금속 부분에 적용할 수 있다는 점에서 유리하다. 이는 또한 넓은 응용 범위 내에서, 예를 들어 그렇지 않으면 예를 들어 용접 또는 통상적인 브레이징에 의해 접합되는 열 전달 플레이트 또는 임의의 적합한 금속 물체를 접합하는데 사용될 수 있다.
물론, 용융 강하 조성물은 제2 금속 부분 상에 또한 도포될 수 있다.
인은 원소상 인 및 하기 화합물: 인화망가니즈, 인화철 및 인화니켈 중 적어도 어느 것으로부터 선택된 인 화합물의 인 중 어느 것으로부터 유래될 수 있다. 규소는 원소상 규소 및 하기 화합물: 탄화규소, 붕소화규소 및 페로실리콘 중 적어도 어느 것으로부터 선택된 규소 화합물의 규소 중 어느 것으로부터 유래될 수 있다.
용융 강하 성분은 적어도 25 중량%, 적어도 35 중량% 및 적어도 55 중량%의 인 및 규소 중 어느 것을 포함할 수 있다. 이는 임의의 필러 금속이 존재하는 경우에, 각각 75 중량% 미만, 65 중량% 미만, 45 중량% 미만의 양으로 존재한다는 것을 의미한다.
인은 용융 강하 화합물의 인 및 규소 함량의 적어도 10 중량%를 구성할 수 있다. 이는 용융 강하 성분이 적어도 25 중량%의 인 및 규소를 포함하는 경우에, 용융 강하 성분이 적어도 2.5 중량%의 인을 포함한다는 것을 의미한다. 규소는 용융 강하 화합물의 인 및 규소 함량의 적어도 55 중량%를 구성할 수 있다.
용융 강하 성분은 50 중량% 미만의 금속성 원소, 또는 10 중량% 미만의 금속성 원소를 포함할 수 있다. 이러한 금속성 원소는 상기 논의한 "금속 필러"에 상응한다. 이러한 소량의 금속성 원소 또는 금속 필러는 용융 강하 조성물을 예를 들어 공지된 브레이징 조성물과 완전히 구별하는데, 이는 브레이징 조성물이 적어도 60 중량%의 금속성 원소를 포함하기 때문이다. 여기서, "금속성 원소"는 예를 들어, 주기율표 상의 3 내지 12족을 포함하는, 주기율표의 d-블록에 있는 원소인, 모든 전이 금속을 포함한다. 이는 예를 들어 철 (Fe), 니켈 (Ni), 코발트 (Co), 크로뮴 (Cr) 및 몰리브데넘 (Mo)이 "금속성 원소"인 것을 의미한다. "금속성 원소"가 아닌 원소는 영족 기체, 할로겐 및 하기 원소: 붕소 (B), 탄소 (C), 규소 (Si), 질소 (N), 인 (P), 비소 (As), 산소 (O), 황 (S), 셀레늄 (Se) 및 텔루륨 (Tu)이다. 예를 들어, 인이 화합물 인화망가니즈에서 비롯된 경우, 이 화합물의 망가니즈-부분은 금속성 원소들 중에 포함된 금속성 원소이며, 상기 금속성 원소들은 한 실시양태에서는 50 중량% 미만이어야 하고, 다른 실시양태에서는 10 중량% 미만이어야 한다는 것을 유의해야 한다.
제1 금속 부분은 0.3 - 0.6 mm의 두께를 포함할 수 있고, 그러면 용융 강하 조성물의 도포는 제1 금속 부분의 표면 상에 mm2당 평균 0.02 - 1.00 mg의 인 및 규소를 도포하는 것을 포함할 수 있다. 제1 금속 부분의 표면 상에 mm2당 평균 0.02 - 1.00 mg의 인 및 규소의 도포는 예를 들어 제2 금속 부분을 거쳐, 예를 들어 제2 금속 부분에서 제1 금속 부분으로 전달되는 인 및 규소의 임의의 간접 도포를 포함한다. 따라서, 본원에서 지칭되는 인 및 규소는, 제1 금속 부분의 표면 층의 용융에 여전히 기여하는 한, 반드시 제1 금속 부분 상에 직접 도포되어야 하는 것은 아니다.
제1 금속 부분은 0.6 - 1.0 mm의 두께를 포함할 수 있고, 그러면 용융 강하 조성물의 도포는 제1 금속 부분의 표면 상에 mm2당 평균 0.02 - 1.0 mg의 인 및 규소를 도포하는 것을 포함할 수 있다. 앞에서와 같이, 도포는 또한 제2 금속 부분을 거친 간접 "도포"를 포함한다.
제1 금속 부분은 1.0 mm 초과의 두께를 포함할 수 있고, 그러면 용융 강하 조성물의 도포는 제1 금속 부분의 표면 상에 mm2당 평균 0.02 - 5.0 mg의 인 및 규소를 도포하는 것을 포함할 수 있다.
조인트가 형성되도록 할 때 용융된 금속 층 내의 금속이 접촉점으로 유동하도록, 표면은 상기 표면 일부 상에 접촉점에 의해 한정된 영역보다 큰 영역을 가질 수 있다. 이러한 유동은 전형적으로 모세관 작용에 의해 유발된다.
표면의 영역은 접촉점에 의해 한정된 영역보다 적어도 3배 더 클 수 있다. 표면의 영역은 접촉점에 의해 한정된 영역보다 훨씬 더 클 수 있고 (또는 접촉점이 비교적 더 작을 수 있음), 예컨대 적어도 10, 20 또는 30배 더 클 수 있다. 표면의 영역은 용융된 금속이 유동하여 조인트를 형성하는 표면의 영역을 지칭한다.
표면의 영역은 조인트의 단면적보다 적어도 3배 또는 적어도 10배 더 클 수 있다. 표면의 영역은 접촉점에 의해 한정된 영역보다 훨씬 더 클 수 있고 (또는 조인트의 단면적이 비교적 더 작을 수 있음), 예컨대 적어도 6 또는 10배 더 클 수 있다. 조인트의 단면적은 조인트가 그의 가장 작은 연장부 (단면적)를 갖는 위치에서, 접촉점이 위치한 표면에 평행한 평면을 가로질러 조인트가 갖는 단면적으로 한정될 수 있다.
제1 금속 부분 및 제2 금속 부분 중 어느 것은, 제2 금속 부분을 상기 표면과 접촉시킬 때, 복수의 접촉점이 상기 표면 상에 형성되도록, 다른 금속 부분을 향해 연장된 복수의 돌출부를 포함할 수 있다. 이는 전형적으로 금속 부분이, 열 교환기를 형성하도록 적층되고 접합되는 파형 플레이트의 형상을 갖는 경우이다.
제1 금속 부분은 하기 중 어느 것을 포함할 수 있다:
i) >50 중량% Fe, <13 중량% Cr, <1 중량% Mo, <1 중량% Ni 및 <3 중량% Mn;
ii) >90 중량% Fe;
iii) >65 중량% Fe 및 >13 중량% Cr;
iv) >50 중량% Fe, >15.5 중량% Cr 및 >6 중량% Ni;
v) >50 중량% Fe, >15.5 중량% Cr, 1-10 중량% Mo 및 >8 중량% Ni;
vi) >97 중량% Ni;
vii) >10 중량% Cr 및 >60 중량% Ni;
viii) >15 중량% Cr, >10 중량% Mo 및 >50 중량% Ni;
ix) >70 중량% Co; 및
x) >10 중량% Fe, 0.1-30 중량% Mo, 0.1-30 중량% Ni 및 >50 중량% Co.
상기는 제1 금속 부분, 및 제2 금속 부분도 또한 다수의 상이한 합금으로 제조될 수 있다는 것을 의미한다. 명백하게, 상기 예는, 산업계 내에서 통상인 바와 같이, 다른 금속 또는 원소와 균형을 이룬다.
또 다른 측면에 따르면, 조인트에 의해 제2 금속 부분과 접합된 제1 금속 부분을 포함하는 제품이 제공된다. 금속 부분은 1000℃ 초과의 고상선 온도를 갖고, 조인트는, 조인트를 둘러싸고 제1 금속 부분 및 제2 금속 부분 중 어느 것의 일부였던 영역으로부터 얻어진 적어도 50 중량%의 금속성 원소를 포함한다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 방법 또는 그의 실시양태 중 어느 것에 따라 제2 금속 부분과 접합된 제1 금속 부분을 포함하는 제품이 제공된다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 방법 또는 그의 실시양태 중 어느 것에 따라 제1 금속 부분을 제2 금속 부분과 접합하기 위한, 즉 그러하도록 구체적으로 개발되고 구성된 용융 강하 조성물이 제공되며, 상기 용융 강하 조성물은 i) 용융 온도를 저하시키기 위한 인 및 규소를 포함하는 용융 강하 성분, 및 ii) 임의로, 제1 금속 부분 상에 용융 강하 조성물의 도포를 용이하게 하기 위한 결합제 성분을 포함한다.
방법, 제품 및 용융 강하 조성물의 다양한 목적, 특징, 측면 및 이점은 하기 상세한 설명 뿐만 아니라 도면으로부터 나타날 것이다.
이제, 본 발명의 실시양태를 예로서 첨부된 개략적 도면을 참조하여 설명할 것이며, 도면에서
도 1은 용융 강하 조성물이 부분들 중간에 도포된 제1 금속 부분 및 제2 금속 부분의 단면도이고,
도 2는 가열 동안의 도 1의 금속 부분을 나타내고,
도 3은 조인트가 형성된 경우의 도 1의 금속 부분을 나타내고,
도 4는 용융 강하 조성물이 부분들 중간에 도포된 경우 및 제2 금속 부분이 제1 금속 부분에 인접해 있을 때의 제1 및 제2 금속 부분의 단면도이고,
도 5는 가열 동안의 도 4의 금속 부분을 나타내고,
도 6은 조인트가 형성된 때의 도 4의 금속 부분을 나타내고,
도 7은 조인트가 형성된 때 및 조인트의 형성 동안 부분들이 서로를 향해 가압된 경우의 금속 부분을 나타내고,
도 8은 양 금속 부분으로부터의 재료가 용융되어 조인트를 형성한 경우의 도 7에 상응하는 도면이고,
도 9는 도 1에 상응하고 금속 부분 사이의 접촉점의 분포를 나타내고,
도 10은 금속 부분 사이의 접촉점의 영역을 나타내고,
도 11은 도 3에 상응하고 금속 부분 사이의 조인트의 분포를 나타내고,
도 12는 조인트의 단면적을 나타내고,
도 13은 2개의 금속 부분을 어떻게 접합할 수 있는지를 설명하는 다수의 실시예에서 사용된 가압 플레이트를 나타내고,
도 14는 도 13에 나타낸 플레이트와 편평 플레이트 사이의 조인트의 단면의 사진이고,
도 15는 추세선을 포함하는, 측정된 조인트 폭을 용융 강하 조성물의 도포량의 함수로서 플롯팅한 다이어그램을 나타내고,
도 16-20은 SEM (스캐닝 전자 현미경)에서 조사된 조인트의 단면 및 전자 스캐닝 위치를 나타내고,
도 21은 제1 금속 부분 및 제2 금속 부분을 접합하는 방법의 흐름도이다.
도 1은 용융 강하 조성물(14)이 제1 금속 부분(11)의 표면(15) 상에 배열된 제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12)을 나타낸다. 제2 금속 부분(12)은, 접촉점(16)에서, 표면(15) 상의 용융 강하 조성물(14)과 접촉한다. 도시된 제2 금속 부분(12)에 대해, 제1 돌출부(28)는 접촉점(16)에서 용융 강하 조성물(14)과 접촉하고, 제2 돌출부(29)는 또 다른 접촉점(116)에서 용융 강하 조성물(14)과 접촉한다. 제1 금속 부분(11)은 금속성 원소, 예컨대 철-기재 합금으로 제조된다. 제1 금속 부분(11)을 제조할 수 있는 적합한 금속성 원소의 보다 많은 예가 하기 주어진다. 제2 금속 부분(12)도 또한 금속성 원소로 제조되며, 이는 제1 금속 부분(11)을 제조한 것과 동일한 금속성 원소일 수 있다. 도 1에서, 제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12)은 아직 접합되지 않았다.
제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12)을 어떻게 접합하는지를 설명하기 위해 5개의 평면(P1-P5)을 사용한다. 제1 평면(P1)은 용융 강하 조성물(14)의 표면을 한정한다. 제2 평면(P2)은 제1 금속 부분(11)의 표면(15)을 한정하며, 이는 제1 금속 부분(11)의 "상부" 표면(15)이다. 이는 용융 강하 조성물(14)이 제1 평면(P1)과 제2 평면(P2) (표면(15)) 사이의 거리에 상응하는 두께를 갖는다는 것을 의미한다. 용융 강하 조성물(14)의 두께는 도시된 도면에서 크게 과장되었다는 것을 유의해야 한다. 실제 두께, 즉 표면(15) 상의 용융 강하 조성물(14)의 양 뿐만 아니라 용융 강하 조성물(14)의 조성은 하기 상세히 논의되어 있다.
제3 평면(P3)은, 제1 금속 부분(11)의 표면 층(21)을 한정하며, 표면 층(21)은 표면(15)에서 제1 금속 부분(11) 내에 위치한 제3 평면(P3)까지 이른다. 따라서, 표면 층(21)의 두께는 제2 평면(P2) (표면(15))과 제3 평면(P3) 사이의 거리에 상응한다. 제4 평면(P4)은 제1 금속 부분(11)의 하부 표면을 한정한다. 제1 금속 부분(11)의 두께는 제2 평면(P2)과 제4 평면(P4) 사이의 거리에 상응한다. 제1 금속 부분(11)은 또한, 표면 층(21)을 포함하지 않고 제3 평면(P3)에서 제4 평면(P4)에 이르는 제1 금속 부분(11)의 일부인 하부 층(22)을 갖는다. 제5 평면(P5)은 제2 금속 부분(12)의 기준선을 한정하며, 여기서 제1 돌출부(28) 및 제2 돌출부(29)는 기준선으로부터 제1 금속 부분(11)을 향하는 방향으로 돌출되어 있다.
제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12)의 도시된 형상은 단지 예시적인 형상이고 다른 형상도 동등하게 생각할 수 있다. 예를 들어, 평면(P1-P5)이 평평한 2-차원 표면의 형태를 갖는 것이 아니라 대신 곡면의 형태를 갖도록, 금속 부분(11, 12)이 곡선 형상을 가질 수 있다. 특히 평면(P2 및 P3)은 뚜렷한 선이어서는 안되지만 점진적 전이를 나타낼 수 있다.
도 2는 금속 부분(11, 12)을, 용융 강하 조성물(14)이 그 초과에서는 표면 층(21)이 용융되어 용융된 금속 층(210)이 형성되는 것을 유발하는 온도로 가열한 경우의 금속 부분(11, 12)을 나타낸다. 상기 온도는 여전히 제1 금속 부분(11) 내의 재료 및 제2 금속 부분(12) 내의 재료의 용융 온도 미만이다. 간략하게, 금속 부분(11, 12)을 가열 시, 용융 강하 조성물(14) 중에 포함된 인 및 임의로 규소는 제1 금속 부분(11)으로 확산되어 제1 금속 부분(11) (및 제2 금속 부분(12)) 내의 재료의 용융 온도보다 낮은 온도에서 용융되는 것을 유발한다. 용융 강하 조성물(14)을 표면(15) 상에, 표면 층(21)이 용융되어 용융된 금속 층(210)이 형성되는 것을 유발하는 양으로 도포한다. 따라서, 용융 강하 조성물(14)의 양은 인이 표면 층(21)으로만 확산되도록 선택된다 (너무 많은 인은 제1 금속 부분(11) 전체를 용융시킬 수 있음). 용융 강하 조성물(14)의 적합한 조성 및 양은 하기 실시예에 기재되어 있다. 이어서, 용융된 금속 층(210) 내의 금속은 전형적으로 모세관 작용에 의해 접촉점(16) (및 다른 유사한 접촉점, 예컨대 접촉점(116))을 향해 유동한다.
도 3은 모든 용융 강하 조성물(14)이 제1 금속 부분(11)으로 확산된 경우 및 용융된 금속 층(210) 내의 금속이, 이제 조인트(25)가 형성된 접촉점(16)을 향해 유동하는 경우의 금속 부분(11, 12)을 나타낸다. 조인트는 이제, 이전에 제1 금속 부분(11)의 일부였던 금속을 포함한다. 보여질 수 있는 바와 같이, 용융 강하 조성물(14)은 제1 금속 부분(11)으로, 및 전형적으로 어느 정도는 제2 금속 부분(12)으로 확산되기 때문에, 이는 더 이상 제1 금속 부분(11)의 표면(15) 상에 존재하지 않는다. 조인트(25)가 제1 금속 부분(11)으로부터의 금속으로부터 형성되기 때문에, 제1 금속 부분(11)은 이제, 가열 전보다 적어도 국부적으로 약간 더 얇다. 보여질 수 있는 바와 같이, 제1 금속 부분(11)은 이제 제2 평면(P2)에 위치하지 않는 상부 표면(15')을 갖는다. 대신, 상부 표면은 이제 제4 평면(P4)에 더 가깝다. 일반적으로, 용융된 금속 층(210) 내의 모든 금속이 접촉점(16)을 향해 유동하여 조인트(25)를 형성하지는 않지만, 일부는 제1 금속 부분(11)의 상부 표면으로서 남아 거기서 조인트(25)의 응고와 동시에 응고한다. 온도 저하 시에 및 또한 온도 저하 전에 응고가 일어나는데, 이는 예를 들어 용융 강하 조성물 내의 인이 점차 제1 금속 부분(11)의 재료로 확산되어 그와 혼합되기 때문이다. 제1 금속 부분(11) 내의 금속의 용융 후의 물리적 공정 뿐만 아니라 후속 응고는 브레이징 동안 일어나는 용융 및 응고 공정과 유사하다. 그러나, 통상적인 브레이징과 비교하여 용융 강하 조성물(14)이 필러 금속을 전혀 또는 매우 소량 포함하는 큰 차이가 있고; 조인트(25)를 생성하기 위해 필러 금속을 사용하는 대신, 조인트(25)를 생성하기 위해 제1 금속 부분(11)으로부터의 금속을 사용한다. 임의로, 설명될 것인 바와 같이, 조인트(25)를 생성하기 위해 제2 금속 부분(12)으로부터의 금속을 사용할 수 있다.
도 4-6은 도 1-3에 상응하며, 제2 금속 부분(12)이 기본적으로 제1 금속 부분(11)과 접촉하거나 인접할 정도까지 이를 용융 강하 조성물(14)에 가압하는 차이가 있다 (일부 소량의 용융 강하 조성물(14)이 여전히 전형적으로 금속 부분(11, 12) 사이에 존재함).
도 7은 도 3 및 6에 상응하며, 조인트(25)를 형성하는 동안 제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12)을 서로를 향해 가압하는 차이가 있다. 그 결과, 제2 금속 부분(12)은 조인트(25)의 위치에서 제1 금속 부분(11)의 용융된 금속 층(210) 안으로 "가라앉는다".
도 8은 도 7에 상응하며, 여기서 제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12) 둘 다로부터의 재료가 용융되어 조인트(25)가 형성된다. 실제로, 이는 제2 금속 부분(12)이 또한 용융 강하 조성물과 접촉하기 때문에, 특히 제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12)이 동일한 재료로 제조되는 경우에, 조인트(25)를 형성하는 동안 전형적으로 일어나는 것이다.
가열 전에 제2 금속 부분(12)은 선(L2)에 의해 한정된 외부 윤곽을 갖는다. 가열 동안, 제2 금속 부분(12)의 표면 층은 용융된 표면 층을 형성하며, 여기서 이 층의 금속은 접촉점(16)으로 유동하여 거기에 조인트(25)를 형성한다. 제2 금속 부분(12)의 용융된 표면 층은 선(L2)과 선(L1) 사이의 층에 의해 나타내어지고, 여기서 선(L1)은 제2 금속 부분(12)의 금속이 용융되지 않은 경계를 한정한다.
각각 용융되거나 용융되지 않은 제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12)의 금속 사이에 실제 뚜렷한 경계가 없다는 것을 유의해야 한다. 대신, "용융"에서 "비용융"으로의 점진적 전이가 있다.
도 9는 도 1에 상응하고, 제1 금속 부분(11)과 제2 금속 부분(12) 사이의 접촉점(16)의 분포를 나타낸다. 도 10은 동일한 금속 부분(11, 12)을 상면으로부터 및 제1 평면(P1)에서 나타낸다. 도 9는 도 10에서의 선 A-A를 따라 보여지는 바와 같은 단면도이다.
보여질 수 있는 바와 같이, 접촉점(16)은 표면(15) 상의 용융 강하 조성물(14)의 분포보다 현저히 큰 제1 금속 부분(11) 상의 용융 강하 조성물(14)에 대한 분포를 갖는다. 접촉점(16)의 분포는 표면(15) 상의 용융 강하 조성물(14)의 영역(A1)보다 현저히 작은 영역(A2)을 갖는다. 영역(A1)은 영역(A2)을 포함한다. 영역(A1)은 접촉점(16)의 각각의 측에 위치한 2개의 선(L3, L4) 사이에 이른다. 제1 금속 부분(11)의 용융된 금속은 일반적으로 가장 가까운 접촉점을 향해 유동하기 때문에, 선(L3)은 접촉점(16)과 다른 접촉점(116) 사이에 위치한다. 용융 강하 조성물(14)이 도포되는 표면(15)의 영역(A1)은 접촉점(16)에 의해 한정된 영역(A2)보다 적어도 10배 더 크다. 영역(A1)은 용융 강하 조성물(14)이 도포되고 조인트(25)를 형성하도록 영역(A1) 금속이 얻어진 표면(15)의 영역으로 한정될 수 있다. 영역(A2)은 접촉점(16)의 영역, 즉 임의로 (만약 있다면) 접촉점(16)에서의 제1 금속 부분(11)과 제2 금속 부분(12) 사이의 접촉 영역을 포함하는, 용융 강하 조성물(14)과 제2 금속 부분(12) 사이의 접촉 영역으로 한정될 수 있다. 영역(A1)은 일반적으로 영역(A2)보다 적어도 10배 더 크다.
도 11은 도 3에 상응하고, 조인트(25)의 단면적(A3)을 나타낸다. 용융 강하 조성물(14)이 도포된 표면(15)의 영역(A1)은 조인트(25)의 단면적(A3)보다 적어도 3배 더 크다. 도 12는 동일한 금속 부분(11, 12)을 상면으로부터 및 제2 평면(P2)에서 나타낸다. 도 11은 도 12에서의 선 A-A에 따라 본 단면도이다.
보여질 수 있는 바와 같이, 조인트(25)는 표면(15) 상의 용융 강하 조성물(14)의 영역(A1)보다 현저히 작은 단면적(A3)을 갖는다. 앞에서와 같이, 영역(A1)은 용융 강하 조성물(14)이 도포되고 조인트(25)를 형성하도록 영역(A1) 금속이 얻어진 표면(15)의 영역으로 한정될 수 있다. 조인트(25)의 단면적(A3)은 조인트(25)가 제1 금속 부분(11)과 제2 금속 부분(12) 사이에 갖는 가장 작은 영역으로 한정될 수 있다. 단면적(A3)은 곡면의 형상을 가질 수 있다. 명백하게, 영역(A1 및 A2)은 제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12)의 각각의 형상에 따라 곡면의 형상을 가질 수 있다.
접합하고자 하는 금속 부분의 형상에 따라, 용융 강하 조성물이 도포된 영역은 후속적으로 형성되는 조인트의 영역과 실질적으로 동등할 수 있다.
이제, 제1 금속 부분(11), 제2 금속 부분(12)에 적합한 재료, 용융 강하 조성물(14)의 조성, 어떤 양의 용융 강하 조성물(14)이 사용되어야 하는지, 가열에 적합한 온도, 얼마나 오래 가열을 행할 것인지 등에 대해 설명하기 위해 다수의 실험 및 실시예를 제시한다. 따라서, 이들 실험 및 실시예의 결과는 제1 금속 부분(11), 제2 금속 부분(12), 용융 강하 조성물(14), 접촉점(16), 조인트(25) 등과 같은 앞서 기재된 실체에 대해 사용되며, 즉 모든 앞서 기재된 실체는 하기 실험 및 실시예와 관련하여 기재된 각각의 관련된 특색을 포함할 수 있다. 이하에서 용융 강하 조성물은 "블렌드"로서 지칭된다. 금속 부분은 "모 금속"으로 지칭될 수 있다.
다수의 적합한 용융 강하 조성물, 즉 융점 온도 저하 조성물을 시험하였다. 용융 강하 조성물 내의 활성 성분은 인 (P)이다. 인의 화합물을 인을 위한 공급원으로서 선택하였다. 상기 화합물은 Fe3P, NiP 및 Mn3P2를 포함하며, 여기서 Mn3P2는 MnP 및 Mn2P의 혼합물이다. 인을 포함하는 다른 화합물이 또한 바로 사용될 수 있다 - 이들은 Fe3P, NiP 및 Mn3P2에 대해 행하고 하기 약술된 것과 유사한 방식으로 단지 그의 유용성에 관해서 및 이들이 제공하는 결과에 관해서만 입증되기만 하면 된다.
인화철로도 불리는 Fe3P는 회사 알파 에이사(Alfa Aesar)로부터 입수한, CAS (화학 초록 서비스) 번호 12023-53-9 및 MDL (몰레큘라 디자인 리미티드(Molecular Design Limited)) 번호 MFCD00799762의 통상적인 화합물이다.
인화망가니즈로도 불리는 Mn3P2는 회사 알파 에이사로부터 입수한, CAS (화학 초록 서비스) 번호 12263-33-1 및 MDL (몰레큘라 디자인 리미티드) 번호 MFCD00064736의 통상적인 화합물이다.
니켈 인으로도 불리는 NiP는 접합하고자 하는 금속 부분 상에 도금된 통상적인 화합물이다. 접합하고자 하는 금속 부분은 또한 기재 금속 또는 기재 재료로 지칭된다. 도금은, 예를 들어, 스웨덴 노르셰핑에 있는 회사 브링크 푀르니클링스파브리켄 아베(Brink Foernicklingsfabriken AB)에 의해 행해지는 바와 같은 통상적인 니켈 인 도금 방법을 실행하여 행하였다.
실시예 중 일부의 경우 Si 또는 규소를 사용하였다. 규소는 회사 알파 에이사로부터 입수한 통상적인 화합물이고, CAS 7440-21-3 및 MDL MFCD00085311인 "규소 분말, 결정질, -325 메쉬, 99.5% (금속 기준)"으로 지칭된다.
원자량을 적용하고 통상적인 계산 기술을 사용하여 화합물의 원자 조성을 보면, 하기를 결정할 수 있다.
Fe3P는 16 중량%의 P (인)를 포함하고, Mn3P2는 27 중량%의 P를 포함한다. 니켈 도금 시, 대략 11-14 중량%의 P가 NiP 층에 포함된다.
접합하고자 하는 금속 부분 상에 Fe3P 및 Mn3P2를 도포하기 위해 결합제를 사용하였다. 결합제 (중합체 및 용매)는 명칭 니코로브레이즈(Nicorobraz) S-20 (S-20) 하에 월 콜모노이(Wall Colmonoy)에 의해 판매되는 결합제이다. 결합제의 샘플을 금속 플레이트 상에 배치하고, 22℃에서 24시간 동안 건조시켰다. 샘플의 중량은 건조 전에 0.56 g이었고, 건조 후에 0.02 g이었다. 따라서, 결합제의 3.57 중량%는 건조 후에 잔류하는 성분이다. Mn3P2 및 Si가 용융 강하 성분 (융점 온도 강하 성분)을 형성하고, 결합제 S-20이 결합제 성분을 형성하는 용융 강하 조성물을 제조하였다. 먼저 Mn3P2를 Si와 혼합한 후 결합제 S-20을 첨가 및 혼합하여 제조를 행하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 상이한 양의 Si를 함유하는 용융 강하 조성물의 2개의 변형물을 제조하고, A1 Mn3P2 (A1) 및 B1 Mn3P2 (B1)로 지칭하였다.
<표 1>
Figure pct00001
조성물 A1 및 A2를 스테인레스 스틸 유형 316 L (SAE 스틸 등급)의 직경 42 mm의 평평한 원형 시험 조각 상에 도포하였다.
모든 시험 조각 상에 상이한 재료 254 SMO (SAE 스틸 등급)의 또 다른 조각을 위치시켰다. 상기 다른 조각은 도 13에 나타내었고, 직경이 42 mm이고 두께가 0.4 mm인 원형 가압 플레이트(150)의 형태를 갖는다. 가압 플레이트(150)는 각각 대략 20 mm 길이의 2개의 가압 빔(v 및 h)을 갖는다. 빔을 갖는 조각을 평평한 조각 상에 배치했을 때, 조각(150)의 빔이 다른 평평한 조각과 인접하는 접촉점이 형성되었다.
조각, 즉 상기 평평한 원형 조각 및 가압 플레이트를 하나의 샘플로 지칭하고, 여러 샘플을 각각의 샘플에 대해 상이한 온도에서 진공 하에 2시간 동안 열 처리하였다. 표 2는 어떤 양의 조성물이 샘플에 대해 사용되었는지를 나타낸다.
샘플 A1:1 내지 A1:3 및 샘플 B1:1 내지 B1:3에 대해, 열 처리는 샘플을 진공에서 2시간 동안 1120℃의 온도에서 유지하는 것을 포함하였다.
샘플 A1:4 내지 A1:6 및 샘플 B1:4 내지 B1:6에 대해, 열 처리는 샘플을 진공에서 2시간 동안 1140℃의 온도에서 유지하는 것을 포함하였다.
A1은 조성 A1 Mn3P2를 나타내는 한편, B2는 조성 B1 Mn3P2를 나타낸다. A1 및 B2 뒤의 숫자는 각각 표 2에 제시한 바와 같은 상이한 샘플을 나타낸다. 이 표에서는 용융 강하 성분의 중량 및 건조 결합제 성분의 중량을 포함하는 샘플의 중량을 제시하였다.
<표 2>
Figure pct00002
열 처리 후에 샘플을 실온 (22℃)으로 냉각되도록 하고, 2 조각의 샘플이 가압 플레이트(150)의 빔의 길이를 따라 접합되는 것, 즉 샘플이 빔을 따라 조인트를 갖는 것을 관찰하였다. 샘플을 2개의 섹션에서 조인트를 가로질러 절단하고, 각각의 조인트를 그의 가장 넓은 섹션(X)에서 측정하였으며, 이를 도 14에 도시하였다. 결과를 표 3에 제시하고 도 15의 다이어그램에 도시하였으며, 여기서 조인트의 폭을 용융 강하 조성물의 도포량의 함수로서 플롯팅하였다.
<표 3>
Figure pct00003
이어서, 야금학적 조사를 조인트에 대해 실시하였다. 이는 X선 검출기가 구비된 통상적이고 상업적으로 입수가능한 스캐닝 전자 현미경인 소위 SEM-EDX에서 조인트의 절단면을 분석함으로써 행하였다. 도 16은 샘플 A1-6에 대한 3개의 측정 위치를 도시하고, 표 4는 측정 결과를 나타낸다.
<표 4>
Figure pct00004
상기 조사는 조인트가, 가열 전에 제1 금속 부분 및 제2 금속 부분, 즉 샘플의 조각 중 어느 것의 일부였던 적어도 90 중량%의 금속을 포함한다는 것을 나타낸다. 이는 Mn 및 P가 함께 2.2 중량% 미만을 나타내기 때문에 용이하게 결정된다.
샘플 B1-6에 대해 유사한 조사를 또한 실시하였다. 도 17은 샘플 B1-6에 대한 3개의 측정 위치를 도시하고, 표 5는 측정 결과를 나타낸다.
<표 5>
Figure pct00005
상기 조사는 조인트가, 가열 전에 제1 금속 부분 및 제2 금속 부분, 즉 샘플의 조각 중 어느 것의 일부였던 적어도 90 중량%의 금속을 포함한다는 것을 나타낸다. 이는 Mn 및 P가 함께 4.2 중량% 미만을 나타내기 때문에 용이하게 결정된다.
다음 시험에서는, 316으로 지칭되는, 직경이 42mm인 유형 316 스테인레스 스틸의 조각을 3종의 상이한 용융 강하 조성물 (각각의 조각에 대해 1종의 조성물): i) Mn3P2, ii) 316 상에 도금된 NiP 및 iii) 융점 강하제로서 Si와 함께 316 상에 도금된 NiP로 도포하였다. 도금된 NiP의 두께는 50 μm였다. 0.15 g Si를 통상적인 페인팅에 의해 도포하였다. 모든 조각 상에 유형 254 SMO의 도 13의 것과 유사한 가압 조각을 위치시켰다. 이 조각은 샘플을 형성하였으며, 이를 1120℃에서 진공 하에 2시간 동안 열 처리하였다. 조인트가 조각들 사이에 형성되었다.
표 6은 50 μm NiP 도금된 샘플에 대해 SEM-EDX를 사용한 조인트의 절단면의 분석을 나타낸다. 상기 결과로부터, 조인트가, 가열 전에 조각 (제1 금속 부분) 또는 제2 조각 (제2 금속 부분) 중 어느 것의 일부였던 적어도 20 중량%의 금속을 포함한다는 것이 나타난다. 도 18은 조인트 내의 측정 위치를 나타낸다.
<표 6>
Figure pct00006
표 7은 50 μm NiP 도금되고, 0.15g 도포량의 Si가 도금된 표면 상에 도포된 (페인팅된) 샘플에 대해 SEM-EDX를 사용한 조인트의 절단면의 분석을 나타낸다. 상기 결과로부터, Si를 사용하지 않았던 시험과 비교하여 조인트가 보다 많은 금속을 포함한다는 것이 나타난다. Si의 양이 보다 많으면, 시험 조각으로부터 비롯된 조인트 내의 금속의 양이 증가되기 쉬울 것이다. 도 19는 조인트 내의 측정 위치를 나타낸다.
<표 7>
Figure pct00007
표 8은 Mn3P2를 함유하는 샘플에 대해 SEM-EDX를 사용한 조인트의 절단면의 분석을 나타낸다. Mn3P2는 S-20 결합제와 50중량:50중량으로 혼합하였으나, Si를 사용하지는 않았다. 0.2 g의 양 (결합제 성분의 건조 후)을 도포하였다. 상기 결과로부터, 조인트가, 접합 전에 접합된 제품의 일부였던 적어도 80 중량%의 금속을 포함한다는 것이 나타난다. 도 20은 조인트 내의 스펙트럼 1 측정 위치를 나타낸다.
<표 8>
Figure pct00008
방법
도 21과 관련하여, 제1 금속 부분 및 제2 금속 부분을 접합하는 방법의 흐름도를 도시한다. 금속 부분은 상기 기재된 바와 같이 상이한 재료로 제조될 수 있다.
제1 단계(201)에서 용융 강하 조성물을 금속 부분 중 하나 (여기서는 제1 금속 부분)의 표면 상에 도포한다. 도포 자체는 통상적인 기술에 의해, 예를 들어 용융 강하 조성물이 결합제 성분을 포함하는 경우에는 분무 또는 페인팅에 의해, 및 결합제 성분을 사용하지 않는 경우에는 PVD 또는 CVD에 의해 행할 수 있다.
다음 단계(202)에서는 제2 금속 부분을 표면 상의 접촉점에서 용융 강하 조성물과 접촉시킨다. 이는 수동으로 또는 통상적인 자동화 제조 시스템을 이용함으로써 자동으로 행할 수 있다.
다음 단계(203)에서는 금속 부분을 1000℃ 초과인 온도로 가열한다. 정확한 온도는 상기 실시예에서 찾을 수 있다. 가열 동안 적어도 제1 금속 부분의 표면이 용융되고, 용융 강하 성분과 함께, 제1 금속 부분과 제2 금속 부분 사이의 접촉점에서 제2 금속 부분과 접촉하는 용융된 금속 층이 형성된다. 이것이 일어날 때, 용융된 금속 층의 금속이 접촉점을 향해 유동한다.
최종 단계(204)에서는 용융된 금속 층을 응고되게 하여, 접촉점에서 조인트를 수득하며, 즉 접촉점으로 유동한 금속이 응고된다. 응고는 전형적으로 온도를 정상 실온으로 저하시키는 것을 포함한다. 그러나, 온도가 저하되기 전에, 조인트 영역 내의 성분 (인 및 규소)의 재분배의 물리적 공정 동안 응고가 또한 일어난다.
상기 기재로부터, 본 발명의 다양한 실시양태가 기재되고 나타낸 바 있더라도, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니라, 하기 청구범위에서 한정된 대상의 범위 내에서 다른 방식으로 구현될 수도 있다. 다양한 용융 강하 조성물은 또한 금속 부분을 위한 다양한 금속과 조합될 수 있다.

Claims (18)

  1. 제1 금속 부분(11)을 제2 금속 부분(12)과 접합하는 방법이며, 상기 금속 부분(11, 12)은 1000℃ 초과의 고상선 온도를 갖고, 상기 방법은
    - 제1 금속 부분(11)의 표면(15) 상에 용융 강하 조성물(14)을 도포하는 단계(201)로서, 상기 용융 강하 조성물(14)은
    Figure pct00009
    제1 금속 부분(11)의 용융 온도를 저하시키기 위한 인 및 규소를 포함하는 용융 강하 성분, 및
    Figure pct00010
    임의로, 표면(15) 상에 용융 강하 조성물(14)의 도포(201)를 용이하게 하기 위한 결합제 성분
    을 포함하는 것인 단계,
    - 상기 표면(15) 상의 접촉점(16)에서 제2 금속 부분(12)을 용융 강하 조성물(14)과 접촉시키는 단계(202),
    - 제1 및 제2 금속 부분(11, 12)을 1000℃ 초과의 온도로 가열하는 단계(203)로서, 이에 의해 제1 금속 부분(11)의 상기 표면(15)이 용융되어 제1 금속 부분(11)의 표면 층(21)이 용융되고, 용융 강하 성분과 함께, 접촉점(16)에서 제2 금속 부분(12)과 접촉하는 용융된 금속 층(210)을 형성하는 것인 단계, 및
    - 용융된 금속 층(210)이 응고되고 접촉점(16)에서 조인트(25)를 형성하도록 하는 단계(204)로서, 상기 조인트(25)는, 가열(203) 전에, 제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12) 중 어느 것의 일부였던 적어도 50 중량%의 금속을 포함하는 것인 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 인이 하기 화합물: MnxPy, FexPy 및 NixPy 중 적어도 어느 것으로부터 선택된 인 화합물로부터 유래된 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 규소가 원소상 규소 및 하기 화합물: 탄화규소, 붕소화규소 및 페로실리콘 중 적어도 어느 것으로부터 선택된 규소 화합물의 규소 중 어느 것으로부터 유래된 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 강하 성분이 적어도 25 중량%, 적어도 35 중량% 및 적어도 55 중량%의 인 및 규소 중 어느 것을 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 인이 용융 강하 화합물의 인 및 규소 함량의 적어도 10 중량%를 구성하는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 규소가 용융 강하 화합물의 인 및 규소 함량의 적어도 55 중량%를 구성하는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 강하 성분이 50 중량% 미만의 금속성 원소를 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 강하 성분이 10 중량% 미만의 금속성 원소를 포함하는 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 금속 부분이 0.3 - 0.6 mm의 두께를 포함하고, 용융 강하 조성물(14)의 도포(201)가 제1 금속 부분(11)의 표면(15) 상에 mm2당 평균 0.02 - 1.00 mg의 인 및 규소를 도포하는 것을 포함하는 것인 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 금속 부분이 0.6 - 1.0 mm의 두께를 포함하고, 용융 강하 조성물(14)의 도포(201)가 제1 금속 부분(11)의 표면(15) 상에 mm2당 평균 0.02 - 2.0 mg의 인 및 규소를 도포하는 것을 포함하는 것인 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 조인트(25)가 형성되도록 할 때(204) 용융된 금속 층(21') 내의 금속이 접촉점(16)으로 유동하도록, 표면(15)이 상기 표면(15) 상의 접촉점(16)에 의해 한정된 영역(A2)보다 큰 영역(A1)을 갖는 것인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 표면(15)의 영역(A1)이 접촉점(16)에 의해 한정된 영역(A2)보다 적어도 3배 더 큰 것인 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 표면(15)의 영역(A1)이 조인트(25)의 단면적(A3)보다 적어도 10배 더 큰 것인 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 금속 부분(12)을 상기 표면(15)과 접촉시킬 때(202), 복수의 접촉점(16, 116)이 상기 표면(15) 상에 형성되도록, 제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12) 중 어느 것이 다른 금속 부분을 향해 연장되는 복수의 돌출부(28, 29)를 포함하는 것인 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 금속 부분이 하기 중 하나를 포함하는 것인 방법:
    Figure pct00011
    >50 중량% Fe, <13 중량% Cr, <1 중량% Mo, <1 중량% Ni 및 <3 중량% Mn,
    Figure pct00012
    >90 중량% Fe,
    Figure pct00013
    >65 중량% Fe 및 >13중량% Cr,
    Figure pct00014
    >50 중량% Fe, >15.5 중량% Cr 및 >6 중량% Ni,
    Figure pct00015
    >50 중량% Fe, >15.5 중량% Cr, 1-10 중량% Mo 및 >8 중량% Ni,
    Figure pct00016
    >97 중량% Ni,
    Figure pct00017
    >10 중량% Cr 및 >60 중량% Ni,
    Figure pct00018
    >15 중량% Cr, >10 중량% Mo 및 >50 중량% Ni,
    Figure pct00019
    >70 중량% Co,
    Figure pct00020
    >80% Cu, 및
    Figure pct00021
    >10 중량% Fe, 0.1-30 중량% Mo, 0.1-30 중량% Ni 및 >50 중량% Co.
  16. 조인트(25)에 의해 제2 금속 부분(12)과 접합되는 제1 금속 부분(11)을 포함하는 제품이며, 금속 부분(11, 12)은 1000℃ 초과의 고상선 온도를 갖고, 조인트(25)는, 조인트를 둘러싸고 제1 금속 부분(11) 및 제2 금속 부분(12) 중 어느 것의 일부였던 영역(A1)으로부터 얻어진 적어도 50 중량%의 금속성 원소를 포함하는 것인 제품.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제2 금속 부분(12)과 접합된 제1 금속 부분(11)을 포함하는 제품.
  18. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제1 금속 부분(11)을 제2 금속 부분(12)과 접합하기 위한 용융 강하 조성물이며, i) 용융 온도를 저하시키기 위한 인 및 규소를 포함하는 용융 강하 성분, 및 ii) 임의로, 제1 금속 부분(11) 상에 용융 강하 조성물(14)의 도포(201)를 용이하게 하기 위한 결합제 성분을 포함하는 용융 강하 조성물.
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