KR970009980B1 - 액상확산접합용 용가재합금 조성물 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

액상확산접합용 용가재합금 조성물

제1도는 본 발명에 따른 용가재를 사용한 접합체의 강도측정 비교도표.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 SUS/SUS 접합체의 접합부 단면조직사진.

제3도는 본 발명의 실시예에 따른 Cu/Cu 접합체의 단면조직사진.

본 발명은 금속의 액상확산접합용 용가재합금 조성물에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 탄소강이나 스텐레스강과 같은 철계, 또는 동을 액상확산접합시키는데 사용가능한 Cu계의 용가재합금에 관한 것이다.

근래에 아크용접등의 용접에 의해서는 접합이 곤란한 초합금, 활성금속, 또는 용융온도차가 큰 이종금속간의 접합이나, 접합면이 복잡한 면접합등에 확산접합법이 응용되고 있다. 이러한 확산접합법은 크게 고상접합법과 애교상접합법으로 대별되는데, 고상접합법은 접합모재 사이에 용가재를 개재시키거나 개재시키지 않은 상태에서 접합초기에 가열과 가압 또는 자중에 의해 접합면의 미세조직의 변형됨을 유도하여, 접합계면에서 접합체 상호간 또는 용가재의 접합체간의 원소의 확산과 결정립의 이동에 의해 접합계면을 소멸시키는 일체화접합기술이다. 그러나 이러한 고상접합은 접합재료의 특성에 따라 접합이 불가능한 경우가 있고, 접합면이 넓거나 복잡한 경우에는 접합면의 가공정밀도가 높게 요구되어 접합면에 결함이 발생하기 쉽다는 단점이 있다.

액상확산접합은 고상확산접합과 브레이징접합법의 장점을 취한 것으로서, 접합모재보다 낮은 융점을 갖는 용가재(Insert Metal)를 이용하여 일정 접합온도에서 접합부에 일시적으로 액상을 형성한 후, 그것을 등온응고(Isothermal Solidification)시키며, 접합부의 조직을 모재와 동일하게 하기위해 확산열처리에 의해 접합부를 균일화시키게 된다. 이러한 확산접합법은 융접이 곤란한 분산강화형 합금이나 활성금속, 내열합금 등의 면접합이나 복잡한 면접합이 가능하고, 접합결합이나 잔류응력이 거의 없어서, 동종재료간에는 모재의 특성에 필적하는 접합부를 얻을 수 있고, 이종금속간의 접합도 가능하며 접합모재의 재결정온도이하에서 접합이 가능하다는 장점을 지니고 있다.

종래에 이러한 액상확산접합법을 이용하여 탄소강이나 스텐레스를 접합시키기 위해 Ni-B, Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-Fe-B등, Ni계통의 용가재가 사용되고 있다. 그런데, Ni계 용가재는 접합성은 우수하나 가격이 고가이고, 접합온도가 1000℃ 이상으로서 높아서 접합열싸이클에 의한 모재의 변형이나 런닝코스트상 불리하다. 또한, 용가재에 함유된 Boron이 스탠레스모재의 Cr과 반응하여 접합부내의 Cr결핍증이 발생하여 내식성이 저하되는 단점도 있다. 또한, 강도유지면에서 접합부의 클리어런스를 25㎛이하로 유지해야하는 제한이 있을 뿐만 아니라, Cu계통의 모재에는 사용할 수 없다는 문제점을 가진다.

본 발명은 전술한 바와같은 종래의 확산접합용 용가재의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 가격이 저렴하면서도 철계통이나 동계통의 접합모재에도 적용가능하며, 융점이나 접합시간 등에서 유리한 새로운 액상 접합용 용가재 합금을 제공하고자 하는 것이다.

Cu는 동뿐만 아니라 철계재료와도 친화력이 우수하고, 연성이 풍부하며, 다른 원소와의 고용도도 높다는 일반적인 재료특성을 가지므로 인서트메탈로서 적당하다. 따라서, 본 발명에서는 Cu를 본 발명의 용가재합금의 베이스재료로 선정했다. 그리고 가열에 따른 모재의 변형이나 기계적 성질의 열화, 또는 런닝코스트상의 문제점을 고려해서 융점을 낮추기 위해 용가재의 베이스메탈인 Cu와 전율고용반응을 하며, 모재와의 친화성, 모재에의 용해성과 확산성이 우수한 두가지의 원소를 첨가하여 Cu베이스의 3원계 합금을 제안하게 되었다.

본 발명에 따르면, Cu 70 내지 92wt%, Si 4 내지 15wt, Mn 4 내지 15wt%의 조성비를 가진 액상접합용 용가재 합금조성물이 제공된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 종래의 Ni베이스의 용가재와 융점 및 접합강도의 면에서 비교한다. 본 발명에 따른 용가재의 시편을 제작하기 위해 소정의 성분비의 합금분말(순도 99.99%, 평균입도 325mesh)을 30분간 혼합하고 150㎫의 압력을 가해 ø12×30㎜의 환봉체를 제조하였다. 이를 석영도가니에 넣고 진공 분위기에서 고주파 유도가열하여 잉고트를 제조하였다. 시편의 열분석결과는 아래의 표1과 같다.

상기 표1에서 알수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 용가재 시편의 융점은 750℃∼900℃의 범위에 들어서 비교예인 Ni계 용가재의 융점은 970℃∼1070℃에 비해 낮아서 용가재로 적합한 물성을 나타냈다.

다음은 본 발명의 실시예 중 C75 시편(Cu:Si:Mn=85:7.5:7.5)을 인서트재로 하여 스텐레스(SUS304)와 연강(S45C), 및 구리의 접합체를 제작하여 접합강도를 측정하였다. 접합체는 ø10의 환봉으로 성형하여 사용하였다. 용가재는 박판형태로 제작하였다. 비교예로서는 종래의 Ni베이스의 용가재를 사용하여 SUS304의 접합체를 제작하였다. 표2와 표3은 각각 접합모재의 조성과 기계적 성질을 나타내고, 첩부된 도표 제1도는 접합체의 강도실험결과를 보여준다.

먼저, SUS/SUS접합체에 있어서는, 제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 용가재를 사용한 SUS/SUS접합체의 인장강도는 접합시간 및 온도에 따라 대략 35∼55㎏/㎟의 인장강도를 나타내었으며, 비교예의 39㎏/㎟에 비해 우수한 접합강도를 나타내었다. 한편, 접합체의 접합강도는 모재의 접합강도의 70% 정도의 접합효율을 나타내었다.

첨부된 사진 제2도는 실시예의 접합체의 접합부의 단면조직을 나타내는데, 접합온도가 900℃의 경우에는 접합부가 브레이징조직과 유사한 구조를 보이지만, 접합온도가 1000℃의 경우에는 30분의 경과한 시점에는 인서트층이 일부 잔존하고, 60분이 경과된 후에는 인서트층이 거의 소멸되어 완벽한 액상접합구조를 나타내었다.

동/동의 접합체의 경우의 접합강도는 모재강도의 대략 25% 정도를 나타내었으며, 첨부된 사진 제2도의 접합부단면조직 사진에서 알 수 있는 바와 같이, 접합시간의 경과에 따라 단시간 내에 인서트층이 소멸하고 양모재의 일체화가 진행되었으며, 접하부의 원소분석결과, Si나 Mn이 1% 이하로서 인서트성분이 균일하게 모재로 확산되어 전형적인 액상확산접합거동을 나타내었다.

연강/연강의 접합부의 경우에는 제1도의 나타난 바와같이, 900℃, 120min의 접합조건에서 모재의 강도의 65%에 달하는 접합강도를 나타내어 인서트재를 넣지 않은 고정접합의 경우와 동등한 접합강도를 발휘하여 본 발명의 용가재가 스텐레스강이나 동뿐만 아니라 연강에도 적용될 수 있음을 보여주었다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 Cu계 용가재에 의하면, 종래의 Ni계 용가재에 비해 가격이 저렴하고, 융점이 낮다는 상대적인 장점을 가지고 있다. 또한, 접합과 동시에 용가재성분이 모재안으로 빠르게 확산되어 용가재층이 소멸하게 되므로 모재와 일체화되어 높은 접합강도를 얻을 수 있다. 아울러, 본 발명의 용가재에는 B이 함유되지 않으므로 Cr결핍증이 발생하지 않으므로 내식성도 뛰어나다는 장점을 가진다.

Claims (1)

1. Cu 70 내지 92wt%, Si 4 내지 15wt%, Mm4내지 15wt%의 조성비를 가진 액상 확산접합용 용가재 합금조성물.