KR950011322B1

KR950011322B1 - 솔더링 합금

Info

Publication number: KR950011322B1
Application number: KR1019930016632A
Authority: KR
Inventors: 박상근
Original assignee: 안순혁
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1995-09-30
Also published as: KR950006011A; JPH07113135A

Abstract

내용 없음.

Description

솔더링 합금

본 발명은 통상 금속간 또는 금속과 비철금속을 접합시키기 위한 솔더링 또는 브레이징으로 정합할 수 있는 합금에 관한 것이다.

또한 초강내식성 도금용 용해금속으로도 겸용할 수 있는 금속정합용 솔더링 합금에 관한 것이다.

통상 주석과 납(Pb)을 주로한 합금으로 이루어지는 솔더링(soldering)합금은 지금까지 납땜용 정도로만 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 종류의 합금은 강도가 떨어지고 접합부에 취성이 심하여 조직파괴 내지 균열이 심하며 사용금속에 있엇어, 철, 함석 알루미늄이나 구리 등이 극히 일부에 한정되고 독성마저 있어 그 용도는 극히 제한되어 왔다.

그 외에도 여러가지 용접방법이 강구되어 왔으나, 용접부 조직의 취약성은 물론 융점이 높아 실제 작업상으로도 문제점이 많았으므로 이를 해결하기 위하여 여러가지 접합수단이 강구되어 왔다. 그러나, 이종끼리의 금속간 접합은 물론 강도와 연신율을 아울러 갖춘 매끈한 용접부를 가질 수 있는 방법이 강구되지 못하였다.

따라서, 본 발명은 텅스텐(W), 티타늄(Ti)을 제외한 금속간, 금속과 비철금속 또는 일부 비금속-금속간 용접 접합도 가능하고, 접합부가 강도와 연신율을 모두 가질 수 있도록 다년간 연구끝에 이루어진 합금에 관한 것으로, 기본적으로 그 성분은 60~80중량% Sn, 20~40중량% Zn, 0.5~3중량% Ag, 0.05~1중량% Mn 및 Se와 Te의 각각의 중량%를 0.05~2중량%로 하되 이들 Se와 Te를 각각 동일 중량%로 혼합하여 그 혼합물 중량%는 0.1~4중량%(Se+Te)으로 구성한다.

이 합금성분은 본 출원인의 선특허출원 제93-10544호의 발명에 비하여 내부조직상의 취상을 가져올 수 있는 성분인 닉켈을 첨가하지 않고 그 대신 강도증가와 더불어 피용접부가 색깔과 같이 미려한 색깔을 나타내도록 은성분을 첨가하고 이 은과의 화합으로 공기중이나 빛에서도 안정된 화합물을 만들어 주는 촉매로서의 텔루륨(Te) 또는 텔루륨(Te)과 셀레늄(Se)의 혼합물 분말성분을 셀레늄(Se) 대신 치환한데 특징이 있다. 즉, 본 발명상의 합금은 상술한 합금성분의 단체를 각각 괴상 또는 분말상등으로 하고 이를 충분히 균일히 혼합되게 한후 융점이상의 온도에서 용융하고 공냉하여서 된 합금으로서, 주로 용접봉 또는 인곳트(ingot)상으로 사용하는데 피용접부를 용이하게 용해시키고 높은 연신율 강도를 유지해 주면서도 아울러 보다 미려한 은색깔 확보와 안정된 표면을 얻고저 한 개량합금에 관한 것이다.

본 발명상의 솔더링 합금은, 주석과 아연을 주성분으로 하여 이루어진 솔더링 합금으로서, 그 목적은 솔더링은 물론 브레이징으로도 금속과 금속 또는 금속과 비철금속의 접합을 가능케 하고, 아울러 주석(Sn), 구리(Cu), 주철, 스텐레스강, 알루미늄(Al)등의 통상의 금속 및 마그네슘등의 비철금속과 금속간 도금에도 이용가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명상의 합금은 기본적으로 120~140g 젤라틴, 70~75g 염화마그네슘, 350~410g의 염화아연, 50~52g의 불화나트륨, 180~230g의 염화암모늄, 710~800g의 물로 조성된 1ℓ(1000cc)플럭스 용액 또는 젤라틴(Gelatin) 200~270g, B-나프타놀 115~135g, 에타놀 230~265g, 염화암모늄 100~120g으로 조성된 1000cc 플럭스 용액을 이용하여 이들 용액중 용도에 따라 어느 하나를 일부 피접합재에 바르고 가스등으로 피접합재의 표면을 가열한 다음 용접을 위해 본 발명상의 합금의 당접부를 가급적 220℃ 이상의 온도에서 용해시켜 용접되도록 한 것이다.

또한, 본 발명상의 합금은 전기도금에도 사용가능한 것으로 전해액으로서 10~15g 황산아연(ZnSo₄), 100~200mg의 황산(H₂So₄), 30~50g의 황산주석(SnSo₄), 0.2~0.6g 황산망간(MnSo₄) 광택제(Brigth solution) 10~15mg으로 조성된 1ℓ의 비율로 된 전해액 속에서 극간 연결에 의하여 피도금재의 표면을 은색으로 피복가능케하고 아울러 도금 속도를 빨리하며 피복도금의 부착성을 향상할 수 있는 성질도 가지고 있다.

상술한 본 발명상의 합금은 통상의 주석과 납과의 합금이 아닌 주석(Sn)과 아연(Zn)을 주성분으로 하여 용해성과 접합성을 높이고 연(Pb)와 주석과의 합금시와 달리 강도가 지나치게 낮아지지 않도록 하면서 연신율을 높이며 금속간 접합을 위한 합금의 용융점을 가급적 통상 220℃ 이하로 낮추도록 한 것을 기본 개념으로 하고 여기에 용접시 용접재의 용접응집성과 은색깔을 확보하고 용접강도를 높이기 위하여 은(Ag)을 0.5~0.3중량%를 첨가하고 아울러 본 출원인의 선특허출원 제93-10544호의 발명에서 개시한 방 있는 셀레늄(Se)과 또는 텔루륨(Te)을 각각 0.05~2중량%로 하거나 또는 셀레늄(Se)과 텔루륨(Te)의 혼합물이 0.1~4중량% 되도록 하므로써 은(Ag) 성분을 빛이나 화학변화로부터 안정시켜주고 은색깔의 확보가 가능하도록 하며 아울러 내부식성과 강도를 높이도록 한 것이다. 이는 피도금재 표면이 은색을 보다 미려하게 확실히 나타나게 하면서도 아울러 Ni 보다는 경도가 덜 증가되고 그 대신 강도증가 효과를 가져오기 때문이다. 즉, 본 발명상의 합금에 닉켈을 많이 구성케 할수록 경도증가 및 강도증가에도 도움이 되지만 조직이 경화되고 취약화 되는 문제가 있다.

특히 망간은 내부식성과 강도를 높이는 역할을 하고 열충격에도 견딜 수 있는 장점을 부여하나 0.05중량% 이하로 첨가하면 강도확보에 어려움이 있고 1중량% 이상 첨가할 경우에는 도리어 용접성과 도금성을 해치게 된다.

한편, 본 발명상의 셀레늄(Se)과 텔루륨(Te)은 전술한 바와 같이 용접성 및 도금성을 향상시켜주고 강도도 높여주며 내식성 향상과 더불어 은(Ag) 성분등을 안정시켜 주는 역할을 한다.

또한 Se과 Te을 같이 구성케 하여도 거의 동일한 효과를 가져옴을 알게 되었다.

셀레늄(Se)과 텔루륨(Te)은 중간 매체로서 그 자체의 융점이 각각 대략 217℃ 및 452℃정도로 되어 있어, 합금의 융점을 낮추는 역할도 하지만, 무엇보다도 도금시에 피도금재의 화학 변화를 막아주고 내식성 향상과 강도향상은 물론 피복색깔이 은색(silver color)을 내게 하는데 중요한 역할을 한다. 왜냐하면 특히 은(Ag)을 첨가할때에는 일종의 촉매역할을 하며 특히 Te은 Ag와 화합하여 빛·공기중에도 안정된 상태를 유지해 준다. 그러나, 본 발명상 셀레늄이나 텔루륨 각각 0.05중량% 이하로 첨가하거나 또는 첨가되는 셀레늄과 텔루륨의 중량합이 0.1중량% 이하이면 상술한 효과가 거의 나타나지 않는다. 또한 셀레늄이나 텔루륨을 각각 2중량% 이상 또는 이들의 합이 4중량% 이상 첨가하면 오히려 금속화합물을 불안정하게 하고 용접성이나 또는 도금성을 해치게 됨을 알게 되었다.

이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 일실시예를 들어 설명한다.

[실시예 1]

69.8중량% Sn, 27.5중량% Zn, 0.5중량% Mn, 대략 반반씩의 성분으로 0.8중량% Se+Te 및 1.3중량%의 Ag의 비율로 된 분말을 균일하게 혼합하여 용융시키고 공냉한 합금 500g과, 또한 135mg의 젤라틴, 74mg의 염화마그네슘, 386mg의 염화아연 및 80mg의 불화나트륨, 210mg의 염화암모늄, 760mg의 물로 조성된 1ℓ의 비율로 된 금속접합 용액을 약 100cc 준비한 다음, 이 용액을 가스 플레임으로 표면을 달군 피접합재에 바르고 본 발명상의 합금의 당접부를 피접합재(피용접재)의 상기 용액이 발라진 부분에 당접시켜 용해되도록 한 후 피접합재를 상호 접합시켰다. 이와같이 하여 얻어진 접합재에 통상의 시험 기준에 의하여 전단 하중을 걸어 전단응력을 측정한 결과 얻어진 항장력은 10.2kg/㎟이었으며 아울러 평균 전단 강도는 다음과 같다.

[표 1]

또한, 상기 접합재의 연신율 테스트 결과는 각각 29.3%, 30.1%. 29.8% 였는바, 이는 통상의 솔더링(Soldering), 접합 또는 용접금속의 연신율 10%~15%를 훨씬 상회하는 획기적인 결과를 나타냈다. 뿐만아니라, 본 발명에 의하여 연신율 확보와 아울러 닉켈성분을 삭제한데 따른 조직의 취약성제거 그리고 높은 강도가 유지되는 솔더링 합금이 얻어짐은 물론 용접시 피용접부가 미려한 은색깔이 한층 더 선명하게 돋보이는 결과를 가져옴을 알게 되었다.

[실시예 2]

또한, 본 발명상의 접합금속합금 또는 솔더링 합금이 도금성을 양호하게 하므로 구체적으로 어떠한 영향을 미치는 가를 알아보기 위하여 다음의 전해액을 이용하여 전해도금을 실시하였다. 즉, 황산아연(ZnSo₄) 12.7g, 황산주석(SnSo₄) 35.9g, 광택제(Bright solution) 13mg으로 조성된 1ℓ 전해액의 비율로 구성되 용액을 이용하여 본원 발명상의 합금봉과 피도금 금속판을 각기 전극에 연결하여 전기도금한 것을 꺼내어 표준 염수분무 시험을 행한바 1500시간의 염수분무가 있는 후에 겨우 도금판 표면 색깔에 다소의 변화가 보이므로써 그 부식저항이 통상의 경우에 비하여 2~5배 이상 강하다는 것을 알게 되었다.

더우기 본 발명상의 합금이 솔더(solder)로서의 전기 전도도가 18.3%(IACS)에 이르는 등 높으므로 도금속도가 빨라 피도금재 표면에 도금막 두께 1~2㎛ 피복에 불과 1분 전후라는 시간 밖에 걸이지 않았으며 15㎛ 두께의 피막을 형성하는 데에도 불과 약 17분 정도의 시간밖에 소요되지 않아 종래에 비하여 동일량으로도 몇배의 많은 도금을 할 수 있음을 알게 되었다.

상술한 바와 같은 본 발명상의 합금은 티타늄(Ti)과 텅스텐(W)을 제외한 거의 모든 금속과 비철금속을 솔더링(Soldering)등으로 접합할 수 있을 뿐 아니라 서로 다른 이종의 금속간 또는 금속간 또는 금속과 비철금속도 일부 접합할 수 있는 특성을 갖고 있다. 또한, 본 발명상의 합금은 종래에 비하여 대략 3배 이상의 강도에도 불구하고 융점이 낮아 솔더링 작업속도가 빠르며 동시에 많은 량을 작업할 수 있을뿐더러 구리, 주철, 스텐레스강 또는 알루미늄등의 판과 파이프 배관에 있어 고강도를 필요로 하지 않을 경우에 특히 이를 접속하거나 이음에 적합하다. 또한 본 발명상의 합금은 피접합 금속에 용융에 의한 점착, 즉 융점시 그 용융액의 모세관 작용(capillarity) 및 침투성(penetration)이 높으므로 두 접합(용합) 물체의 틈을 완전히 파고들어 메꾸어주기 때문에 용접후에도 균열과 기포가 없고 드라이 조인트(dry joint)등 취약부가 전혀 발생하지 않는다. 특히 파이프 접합(용접)시 슬리브(sleeve)를 사용하면 모세관 현상으로 그 내부를 완전히 메꾸어 주므로써 매끈한 용접부위를 형성한다. 아울러 염산, 초산, 가성소다, 아황산등에도 강한 저항성을 보여준다.

또한, 본 발명상의 합금은, 상술한 바와 같이 강한 접착성과 침투성을 가지고 있어 아연, 주석, 크롬, 니켈등의 도금등 모든 금속의 도금에도 이용할 수 있다. 또한, 종래의 무전해 도금법과 같이 작업시간이 길고 경제성이 낮으며 폐수발생이 심한 무전해 도금과 달리 이러한 문제점의 발생 없이도 도금을 할 수 있을뿐 아니라 도금속도가 빠르고 동일량으로 많은 도금을 할 수 있어 강력한 도금 접착성과 내구성을 요하는 금속 부품 도금등에 매우 접합하고 그러면서도 그 부착성, 내식성은 물론 은색의 칼라를 표출하는 특징도 아울러 갖고 있다.

Claims

주석과 아연으로 이루어진 솔더링 합금에 있어서, 주석(Sn) 60~80중량%, 아연(Zn) 20~40중량%, 은(Ag) 0.5~3중량%, 망간(Mn) 0.05~1중량%, 그리고 0.05~2중량%의 셀레늄(Se)과 0.05~2중량% 텔루륨(Te)으로 이루어지되, 이들 텔루륨(Te)과 셀레늄(Se)은 각각 동일 중량%로 혼합하여 그 혼합물(Te+Se)의 중량%는 0.1~4중량%의 비율로 조성된 솔더링합금.