KR20180001187A - 용접 재료 - Google Patents

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Abstract

브레이징 플럭스(brazing flux) 및 브레이징 용가재(brazing filler metal)를 포함하는 구강 의학(stomatology) 분야용 용접 재료로서, 상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 15 내지 20 중량부, 붕소 무수물(boric anhydride) 10 내지 15 중량부, 붕사(borax) 30 내지 35 중량부, 및 붕산 30 내지 45 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 은(Ag) 30 내지 40 중량부, 구리(Cu) 15 내지 16 중량부, 아연(Zn) 15 내지 17 중량부, 니켈(Ni) 4 내지 6 중량부, 및 망간(Mn) 4 내지 8 중량부를 포함한다.

Description

용접 재료 {A welding material}
본 발명은 용접 재료에 관한 것으로, 특히 구강 의학(stomatology) 분야를 위한 용접 재료에 관한 것이다.
현재, 일반적인 치과용 금속 재료는 Co-Cr 합금, Ni-Cr 합금 및 스테인리스 스틸을 포함한다. 상기 Co-Cr 합금은 안정한 화학적 안정성, 우수한 생체 적합성, 내식성(corrosion resistance), 내마모성 및 기계적 특성을 가진다. 그러나, 상기 Co-Cr 합금은 건실하지 못한(unreliable) 용접으로 인해 구강(oral cavity) 내에서 파괴되는 경우, 환자에게 새로운 손상을 야기할 수 있다. 또한, 다양한 외국의 용접 재료들은 매우 값비싸지만 좋지 못한 효과를 가지며, 이는 소비자의 선택을 제한한다. 따라서, 안전하고 건실한 치과용 재료 용접용 신규한 용접 재료가 시급하게 필요하다.
본 발명의 목적은 낮은 비용과 우수한 성능을 가지고, 치과용 금속 재료들 간의 용접 건실성을 향상시킬 수 있는 구강 의학 분야용 용접 재료를 제공하는 것이다.
본 발명에 의해 제공되는 용접 재료는 브레이징 플럭스(brazing flux) 및 브레이징 용가재(brazing filler metal)를 포함하고, 상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 15 내지 20 중량부, 붕소 무수물(boric anhydride) 10 내지 15 중량부, 붕사(borax) 30 내지 35 중량부, 및 붕산 30 내지 45 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 은(Ag) 30 내지 40 중량부, 구리(Cu) 15 내지 16 중량부, 아연(Zn) 15 내지 17 중량부, 니켈(Ni) 4 내지 6 중량부, 및 망간(Mn) 4 내지 8 중량부를 포함한다.
전술한 용접 재료는 Co-Cr 합금과 1Cr18Ni9Ti 스테인리스 스틸의 용접에 사용된다. 습윤성 테스트, 이음부 충진(joint filling) 테스트, 신장 강도 테스트, 기계적 경도 특성 테스트와 금속 조직 구조(metallographic structure) 관찰 및 분석을 통해, 본 발명의 용접 재료는 낮은 용융점, 우수한 습윤성, 및 우수한 내식성을 가지고, U.S. 3M COMPANY 사의 구강 용접 플럭스의 것보다 우수한 용접 이음부(welded joint) 기계적 특성을 가진다는 것이 나타난다. 금속 조직 분석으로부터 상기 용접 이음부는 균일한 아공정 조직(hypoeutectic texture)을 가지고, 많은 양의 Ag-계 및 Cu-계 상을 함유하고, 이에 의해 본 발명의 용접 재료에 더 높은 강도와 경도 및 더 우수한 가소성(plasiticity)을 부여함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 용접 재료는, 치과용 재료의 연결에 사용되는 값비싼 외국의 용접 재료를 완전히 대체할 수 있다.
실시예 1
이 실시예에서, 상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 15 중량부, 붕소 무수물 10 중량부, 붕사 30 중량부 및 붕산 45 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 은(Ag) 30 중량부, 구리(Cu) 15 중량부, 아연(Zn) 15 중량부, 니켈(Ni) 4 중량부 및 망간(Mn) 4 중량부를 포함하였다. 상기 브레이징 플럭스를 페이스트(paste)로 만들었고, 상기 브레이징 용가재는 Φ1.6mm 직경의 와이어 형태를 가졌다.
실시예 2
이 실시예에서, 상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 20 중량부, 붕소 무수물 15 중량부, 붕사 35 중량부 및 붕산 30 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 은(Ag) 40 중량부, 구리(Cu) 16 중량부, 아연(Zn) 17 중량부, 니켈(Ni) 6 중량부 및 망간(Mn) 8 중량부를 포함하였다. 상기 브레이징 플럭스를 페이스트로 만들었고, 상기 브레이징 용가재는 Φ1.6mm 직경의 와이어 형태를 가졌다.
실시예 3
이 실시예에서, 상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 18 중량부, 붕소 무수물 12 중량부, 붕사 32 중량부 및 붕산 40 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 은(Ag) 35 중량부, 구리(Cu) 15 중량부, 아연(Zn) 16 중량부, 니켈(Ni) 5 중량부 및 망간(Mn) 6 중량부를 포함하였다. 상기 브레이징 플럭스를 페이스트로 만들었고, 상기 브레이징 용가재는 Φ1.6mm 직경의 와이어 형태를 가졌다.
실시예 4
이 실시예에서, 상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 17 중량부, 붕소 무수물 13 중량부, 붕사 33 중량부 및 붕산 35 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 은(Ag) 38 중량부, 구리(Cu) 16 중량부, 아연(Zn) 15 중량부, 니켈(Ni) 6중량부 및 망간(Mn) 7 중량부를 포함하였다. 상기 브레이징 플럭스를 페이스트로 만들었고, 상기 브레이징 용가재는 Φ1.6mm 직경의 와이어 형태를 가졌다.
테스트를 통해, 본 발명의 실시예들의 여러 가지 성능들을 측정하였고, 결과들은 하기와 같았다:
주로 브레이징 용가재의 퍼짐(spreading) 영역 및 습윤각(wetting angle)에 의해 상기 브레이징 용가재의 습윤성을 평가하였다. 상기 브레이징 용가재의 퍼짐 영역을 측정함으로써 이 테스트를 수행하였다. 1Cr18Ni9Ti 재료로 시료를 만들고, GB11364-89 브레이징 용가재 퍼짐성 테스트 방법에 따라 상기 테스트를 수행하였고, 상기 퍼짐성 테스트용 시료는 40×40×1mm의 크기를 가졌으며, 각 실시예의 브레이징 용가재 0.2g을 사용하였다. 상기 테스트 방법은 하기 단계들을 포함하였다: 상기 시료를 750℃까지 예열된 단열 벽돌(insulating brick) 상에 평평하게(flatwise) 위치시키는 단계, 상기 브레이징 용가재 와이어를 작은 고리로 권취(winding)하는 단계, 그 후 상기 시료의 중심부에 상기 고리를 위치시키는 단계, 상기 브레이징 플럭스를 사용하여 상기 브레이징 용가재를 덮는 단계, 상기 브레이징 용가재가 완전히 용융될 때까지 GT3000S-타입 용접 토치(torch)로 가열하는 단계, 30초 동안 유지하는 단계, 및 공랭(air cooling)을 위해 그것들을 꺼내는 단계.
그것의 평균 퍼짐 영역은 386 mm2인 것으로 입증되었다.
고품질의 용접 이음부를 형성하기 위한 전제 조건은 다음과 같다: 액체 상태 브레이징 용가재가 상기 용접 이음부 내로 충분히 흐르고 상기 용접 이음부 전체를 압축-충진(compaction-fill)한다. 상기 브레이징 용가재가 이음부 충진 동안 액체 상태이기 때문에, 액체의 습윤성과 용접 이음부 틈(gap)의 모세관 활동(capillary action)이 브레이징 용가재의 이음부 충진을 강화시키기 위한 전제 조건을 구성한다. 응축 이후 상기 브레이징 용가재의 유동 거리를 측정함으로써 습윤성을 측정하기 위해 이 테스트를 수행하였다.
GB11364-89 이음부 충진 테스트 방법에 따라, 각 실시예들의 브레이징 용가재 0.8 g을 사용하였고, 시료는 20×110×4mm 크기의 하부 플레이트와 20×100×4mm 크기의 수직 플레이트를 포함하였다. 상기 테스트 방법은 하기 단계들을 포함하였다: 상기 하부 플레이트 및 수직 플레이트가 서로 수직이 되도록 위치시키는 단계, Φ2.25mm 직경의 1Cr18Ni9Ti 스테인리스 스틸 와이어를 한쪽 단부에 삽입하는 단계, 1Cr18Ni9Ti 스테인리스 스틸 와이어를 가느다란 내열성 와이어로 고정하는 단계, 상기 브레이징 용가재를 한쪽 단부에 빈틈 없이 위치시키는 단계, 상기 브레이징 용가재를 덮기 위해 상기 브레이징 플럭스를 첨가하는 단계, 상기 시료를 750℃까지 예열된 단열 벽돌 상에 평평하게 위치시키는 단계, 용광로 내에 그것들을 위치시키는 단계, 7 분 동안 750℃로 유지하는 단계, 및 공랭을 위해 그것들을 꺼내는 단계.
그것의 이음부 충진 길이는 73 mm로 측정되었다.
용접 이음부의 기계적 특성은 재료를 평가하기 위한 예비적인 기준이다. 각각 Co-Cr 합금(Co 62.5%, Cr 30.0%, Mo 5.0%, Fe 1.0%, 및 다른 재료 1.5% 함유) 시료와 1Cr18Ni9Ti 스테인리스 스틸 시료의 2 종류의 치과용 재료들을 갖고 이 테스트를 수행하였다. 상기 1Cr18Ni9Ti 스테인리스 스틸은 Φ2.25mm 직경의 가느다란 와이어였고, 상기 Co-Cr 합금은 Φ1.40mm 직경의 가느다란 와이어였다.
맞댐 이음(butt joint) 방식과 겹침 이음(overlap joint) 방식으로 용접 이음부용 시료들을 제조하였다.
본 발명의 실시예들의 용접 재료와 비교하기 위해 U.S. 3M COMPANY 사에 의해 제조된 브레이징 용가재가 포함된 은-계 브레이징 플럭스(하기에서 비교예로 지칭됨)를 사용하였고, 상기 비교예는 브레이징 플럭스의 역할을 수행할 수 있는 미량의 원소를 함유하고, 주로 Ag, Cu, Zn 및 Sn을 함유한다.
본 발명의 용접 시료를 하기 단계들에 의해 제조하였다: 2 개의 잘 절단된 시료들을 맞댐 이음 방식으로(또는 겹침 이음 방식으로) 750℃까지 예열된 단열 벽돌 상에 위치시키는 단계, 가열로 인한 시료 변형에 의해 야기되는 시료 변위를 방지하기 위해 그것들을 고정시키는 단계, 상기 이음 위치를 덮기 위해 상기 브레이징 플럭스를 사용하는 단계, 상기 브레이징 플럭스를 그것이 약간 붉게 될 때까지 용접 토치로 가열하는 단계, 상기 브레이징 용가재를 가열하여 용융된 브레이징 용가재를 이음 위치에 두어 용접을 끝내도록 하는 단계, 30초 동안 유지하여 맞댐 이음 시료 및 겹침 이음 시료를 얻는 단계.
상기 비교예에서, 브레이징 용가재가 포함된 브레이징 플럭스를 사용하였고, 브레이징 용가재를 처리할 필요가 없었으며, 이 경우에 있어서, 맞댐 이음 시료와 겹침 이음 시료를 하기 단계들에 의해 제조하였다: 상기 시료 아래에 석영 플레이트를 위치시키는 단계, 기저 재료와 상기 브레이징 용가재가 포함된 브레이징 플럭스를 직접 가열하고 용접하는 단계, 및 용접이 끝난 이후 공랭을 수행하는 단계.
상기 용접된 맞댐 이음 시료 및 겹침 이음 시료를 연마(polish)하여 불필요한 브레이징 용가재를 제거함으로써, 상기 기저 재료와 동일한 크기를 가지는 맞댐 이음 시료와 겹침 이음 시료를 얻었다. GB11363-89 용접 이음부 강도 테스트 방법에 따라 상기 맞댐 이음 시료와 겹침 이음 시료의 기계적 특성들을 테스트하였다. 결과들을 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
1Cr18Ni9Ti 용접 이음부 기계적 특성
용접 재료 맞댐 이음(Butt joint) 겹침 이음(Overlap joint)
파괴 강도
(mpa)		 신장율
(%)		 파괴 강도
(mpa)		 신장율
(%)
실시예 1 479.36 1.59 169.36 2.69
실시예 2 483.52 1.66 175.55 2.75
실시예 3 481.57 1.68 176.68 2.70
실시예 4 491.30 1.58 172.13 2.85
비교예 256.52 3.20 130.71 3.38
Co-Cr 합금 용접 이음부 기계적 특성
용접 재료 맞댐 이음(Butt joint) 겹침 이음(Overlap joint)
파괴 강도
(mpa)		 신장율
(%)		 파괴 강도
(mpa)		 신장율
(%）
실시예 1 467.37 1.58 167.33 2.68
실시예 2 481.51 1.67 178.52 2.76
실시예 3 485.52 1.60 175.67 2.72
실시예 4 471.46 1.51 171.15 2.86
비교예 256.52 3.24 131.41 3.39
상기 용접 이음부의 금속 조직 구조로부터 다음과 같은 것을 관찰할 수 있다: 본 발명의 실시예들은 단단한 용접 구조를 가지는 데 반하여, 상기 비교예는 사이에 낀 용접 슬래그(welding slag)를 가진 느슨한 용접 구조를 가진다. 본 발명의 실시예들의 브레이징 용가재 용접 이음부들은 균일한 아공정 조직을 가지고, 많은 양의 Ag-계 및 Cu-계 상을 함유하고, 이에 의해 본 발명의 용접 재료에 더 높은 강도와 경도 및 더 우수한 가소성(plasiticity)을 부여한다.
전술한 본 발명의 실시예들은 본 발명을 한정함을 의미하는 것이 아니고, 서로 조합될 수 있다.

Claims (5)

  1. 브레이징 플럭스(brazing flux) 및 브레이징 용가재(brazing filler metal)를 포함하는 구강 의학(stomatology) 분야용 용접 재료로서,
    상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 15 내지20 중량부, 붕소 무수물(boric anhydride) 10 내지 15 중량부, 붕사(borax) 30 내지 35 중량부, 및 붕산 30 내지 45 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 은(Ag) 30 내지 40 중량부, 구리(Cu) 15 내지 16 중량부, 아연(Zn) 15 내지 17 중량부, 니켈(Ni) 4 내지 6 중량부, 및 망간(Mn) 4 내지 8 중량부를 포함하는, 구강 의학 분야용 용접 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 15 중량부, 붕소 무수물 10 중량부, 붕사 30 중량부 및 붕산 45 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 Ag 30 중량부, Cu 15 중량부, Zn 15 중량부, Ni 4 중량부 및 Mn 4 중량부를 포함하는, 구강 의학 분야용 용접 재료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 20 중량부, 붕소 무수물 15 중량부, 붕사 35 중량부 및 붕산 30 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 Ag 40 중량부, Cu 16 중량부, Zn 17 중량부, Ni 6 중량부 및 Mn 8 중량부를 포함하는, 구강 의학 분야용 용접 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 18 중량부, 붕소 무수물 12 중량부, 붕사 32 중량부 및 붕산 40 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 Ag 35 중량부, Cu 15 중량부, Zn 16 중량부, Ni 5 중량부 및 Mn 6 중량부를 포함하는, 구강 의학 분야용 용접 재료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 브레이징 플럭스는 플루오르화 포타슘 17 중량부, 붕소 무수물 13 중량부, 붕사 33 중량부 및 붕산 35 중량부를 포함하고; 상기 브레이징 용가재는 Ag 38 중량부, Cu 16 중량부, Zn 15 중량부, Ni 6 중량부 및 Mn 7 중량부를 포함하는, 구강 의학 분야용 용접 재료.
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