KR100620368B1 - 주석 및 니켈을 함유한 인동합금 경납땜봉 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 인동합금 경납땜봉의 조성 성분에 주석(Sn) 성분 및 니켈(Ni) 성분을 함유한 인동합금 경납땜봉(Copper Phosphorus Brazing Alloy)에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명의 인동합금 경납땜봉은 인(P) 4.8∼7.5%, 주석(Sn) 0.2∼7.0%, 니켈(Ni) 0.2∼6.0% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어지며, 종래의 인동합금 경납땜봉 조성에 사용되는 은(Ag) 성분을 사용하지 않으면서도 저온에서의 흐름성을 향상시키고 용융점을 낮추고, 종래의 인동합금 경납땜봉과 대등하거나 5∼10% 향상된 인장강도를 보이며, 특히 경납땜시 작업온도를 5∼10% 낮출 수 있으므로 저온 납땜으로 인하여 모재의 산화와 변형을 줄일 수 있으며, 가격 경쟁력을 갖춘 인동합금 경납땜봉을 제공할 수 있다.

경납땜, 경납땜봉, 인, 동, 주석, 니켈

Description

주석 및 니켈을 함유한 인동합금 경납땜봉{COPPER PHOSPHORUS BRAZING ALLOY CONTAINING Ni-Sn ELEMENT}

본 발명은 종래의 인동합금 경납땜봉의 조성 성분에 주석(Sn) 성분 및 니켈(Ni) 성분을 함유한 인동합금 경납땜봉에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 본 발명은 종래 인동합금 경납땜봉 조성에 사용되는 은(Ag) 성분을 사용하지 않으면서도 저온에서의 흐름성을 향상시키고 용융점을 낮추고, 경납땜시 작업온도를 5∼10% 낮추어 저온 납땜이 가능하고, 가격 경쟁력을 갖춘 인동합금 경납땜봉에 관한 것이다.

오랫동안 납땜은 난방, 냉방장치 및 냉장고의 제작에 사용되는 금속결합의 중요한 수단일 뿐 아니라 여러 가지 산업용도로서 사용되어 왔다. 그 일례로 오늘날, 전형적인 난방, 냉방장치나 냉장설비 등은 수백개의 납땜결합으로 이루어져 있다. 또한, 납땜은 구리관과 구리 또는 철로 된 관이나 부분들을 결합하는데 사용되고 있는데, 작업온도에 따라 경납 및 연납으로 구분된다. 이러한 납땜은 경제적이기 때문에, 건축의 배관이나 액체 또는 가스를 담고 있는 밀폐된 체계가 요구되는 난방, 냉방장치 및 냉장설비의 제작에 있어서 금속결합의 중요한 수단으로 선호되어 왔다.

특히 경납땜은 열을 통해 금속들을 결합하는 수단으로서, 저융점 금속을 이용해서 그 표면은 녹이지 않으면서 금속을 맞붙이는 방법으로 두 개의 금속들 사이에 강하고 틈이 없는 결합을 이루게 된다. 따라서, 경납땜은 비슷한 금속이나 서로 다른 금속사이의 결합, 굵은 부분과 가는 부분의 결합이나 녹는점이 크게 다른 금속들 간의 결합에 사용된다.

최근에는 일반 가스 용접 및 아크 용접보다도 낮은 온도에서 실시하는 저온 납땜법에 대한 연구가 활발하다. 이때, 납땜봉의 선택이 중요한데, 주로 모재와 같은 계통의 공정합금을 사용한다. 상기 공정에서 합금은 용융점이 모재보다 낮으므로 납땜봉으로서 첨가제의 역할을 한다. 따라서 저온 납땜봉은 모재의 용융점보다 낮은 온도에서 납땜할 수 있으므로 동파이프 및 알루미늄 제품의 고열용접으로 인한 납땜부위의 모재손상이 없으므로 수명이 길어지고, 모재의 변질과 변형이 작고, 산소 아세틸렌 용기 등을 쓰지 않고 토치 램프로 간편하게 작업할 수 있어 가스 및 전력의 소비량이 적은 동시에 비숙련공도 작업을 쉽게 할 수 있으면서도, 접착성과 침투성이 탁월하여 납땜 효과가 높고, 결정이 치밀하여 강도가 큰 장점을 제공한다.

특히, 현재 통용되는 경납땜봉의 종류로는 동(Cu)-동(Cu) 또는 황동(Cu-Zn)-황동(Cu-Zn)을 경납땜할 때 사용되는 인동합금 경납땜봉이 있고, 동(Cu)과 철(Fe)을 경납땜할 때 사용되는 은 합금 경납땜봉으로 분류된다.

본 명세서에서는 인동합금 경납땜봉에 한정하여 설명하고자 한다. 일반적으로 동(Cu)에 동(Cu)을 경납땜하거나 황동(Cu-Zn)과 황동(Cu-Zn)을 경납땜할 때 사용하는 인동합금 경납땜봉은 별도의 플럭스를 쓰지 않아도 된다. 상기 플럭스는 경납땜 시 금속 표면을 공기에 닿지 않도록 해서 열을 가하는 동안 산화되는 것을 방지하기 위하여 사용되며, 열을 가하는 동안 녹아서 활성화되어 산화물을 흡수하고 금속이 녹아 흐르는 것을 돕는다. 이때, 상기 인동합금 경납땜봉은 조성으로 함유된 인(P) 성분이 플럭스처럼 작용한다.

또한 인동합금 경납땜봉은 경납땜되는 모재 금속들 간의 가장 적당한 간격을 유지하기 위하여, 컵 모양으로 설계되며, 조성 성분비율에 따라 다양한 종류가 공지되어 있다.

인동합금 경납땜봉의 조성 성분은 용융점과 흐름성이 우수하고, 저온 납땜을 통하여 모재금속의 산화와 변형을 줄이기 위한 목적으로 선택되며, 이러한 목적을 달성하기 위하여, 경우에 따라 카드뮴(Cd) 성분이 사용되었으나, 상기 카드뮴(Cd) 성분의 인체 유해성으로 인하여, 이를 대체하기 위한 신규한 조성성분에 대한 탐색이 활발히 진행되고 있다.

또한, 현재 사용되는 인동합금 경납땜봉은 인(P) 성분 및 잔량의 동(Cu)성분으로 이루어진 조성에 은(Ag) 성분을 첨가하거나 주석(Sn) 성분 또는 이들의 혼합형태가 첨가되어 제작된다.

그러나 상기 은(Ag) 성분은 고온에서 유동성을 향상시키고 강도를 증가시키며, 경납땜 시 작업온도를 낮출 수 있으나, 고가의 은(Ag) 함량의 증가는 인동합금 경납땜봉의 장점인 경제성에 불리하다.

이에, 본 발명자들은 종래의 문제점인 인체에 유해한 성분을 배제하고, 고가의 은(Ag) 성분을 배제하면서도 용융점과 흐름성 등 저온 납땜에 필요한 요소를 충족시킬 수 있는 신규한 조성 성분을 탐색한 결과, 인(P) 성분 및 잔량의 동(Cu) 성분으로 이루어진 통상의 인동합금 경납땜봉 조성에 주석(Sn) 성분 또는 니켈(Ni) 성분 또는 이들의 혼합조성을 최적의 함량으로 첨가함으로써, 경납땜 시 작업온도를 낮출 수 있으므로, 가열하기 위하여 소요되는 시간 및 비용을 줄일 수 있고, 저온 납땜으로 인하여 모재의 산화와 변형을 줄일 수 있는 인동합금 저온 경납땜봉을 제조함으로써, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 저온 납땜이 가능한 인동합금 경납땜봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인(P) 성분 및 잔량의 동(Cu) 성분으로 이루어진 인동합금 경납땜봉 제조 조성에 주석(Sn) 성분 또는 니켈(Ni) 성분 또는 이들의 혼합조성을 첨가하여 제조된, 저온 납땜이 가능한 인동합금 경납땜봉을 제공하는 것이다.

본 발명은 인(P) 4.8∼7.5%, 주석(Sn) 0.2∼7.0%, 니켈(Ni) 0.2∼6.0% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 인동합금 경납땜봉을 제공한다.

상기 인동합금 경납땜봉은 실리콘(Si) 0.001∼3.0%를 추가로 함유할 수 있으며, 보다 구체적으로는 인(P) 4.8∼7.5%, 주석(Sn) 0.2∼7.0%, 니켈(Ni) 0.2∼6.0%, 실리콘(Si) 0.001∼3.0% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 인동합금 경납땜봉을 제공한다.

본 발명의 인동합금 저온 경납땜봉은 경납땜 시, 작업온도가 530∼790℃에서 수행되어 종래의 작업온도보다 5∼10% 낮출 수 있으므로 저온 경납땜봉이 가능하다.

본 발명의 인동합금 경납땜봉은 선상, 봉상, 롤상, 링 및 사각재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 형태이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 인(P) 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 인동합금 경납땜봉에 있어서, 인(P) 4.8∼7.5%, 주석(Sn) 0.2∼7.0%, 니켈(Ni) 0.2∼6.0% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 인동합금 저온 경납땜봉을 제공한다. 이때, 이하 퍼센트 함량은 중량비를 기준함은 당연히 이해될 것이다.

인동합금 경납땜봉에 함유되는 인(P) 성분은 동(Cu)-동(Cu) 또는 황동(Cu-Zn)-동(Cu-Zn)을 경납땜할 때, 금속 표면을 공기에 닿지 않도록 해서 열을 가하는 동안 산화되는 것을 방지하는 플럭스(Flux)와 동등한 기능을 수행하는 것으로서 인동합금 경납땜봉에 필수성분이다. 따라서, 통상의 인동합금 경납땜봉은 상기 인(P) 성분 및 상기 인(P) 성분의 함량을 제외한 잔량을 동(Cu) 성분으로 이루어진다.

이때, 본 발명에서 사용되는 인(P) 성분의 바람직한 함량은 4.8∼7.5%이며, 4.8% 미만이면 고융점으로 변하고, 7.5%를 초과하면 인장강도가 낮아져 바람직하지 않다.

본 발명의 인동합금 경납땜봉의 특징은 통상의 인(P) 성분 및 잔량의 동(Cu) 성분으로 이루어진 조성에 저온 납땜을 위하여 선택 사용된 은(Ag) 성분을 배제하고, 상기 은(Ag) 성분의 대체 성분으로서, 주석(Sn) 0.2∼7.0% 및 니켈(Ni) 0.2∼6.0%을 첨가하는 것을 특징으로 한다.

상기 주석(Sn) 성분은 경납땜봉이 저온에서의 냅땜성 및 흐름성을 향상하여 원활히 경납땜할 수 있도록 선택된 조성으로서, 인체의 유해성이 있는 카드뮴(Cd) 성분을 대체하는 성분으로 유리하며, 은(Ag) 성분보다 가격경쟁력을 제공한다.

이때, 본 발명에서 사용되는 주석(Sn) 성분의 바람직한 함량은 0.2∼7.0%이며, 더욱 바람직하게는 1.0∼6.0%, 가장 바람직하게는 4.0∼6.0%를 사용하는 것이다. 이때, 주석(Sn) 성분의 함량이 0.2% 미만으로 사용되면, 용융점이 높아지고 유동성이 취약하여 바람직하지 않고, 7.0%를 초과사용하면, 크랙이 너무 심하여 선재로서의 가공과 인장강도등에 심각한 문제가 발생한다.

또한 저온에서의 납땜성을 향상시키기 위한 조성으로서 사용되는 니켈(Ni) 성분은 냅땜성 향상과 더불어 제조된 인동합금 경납땜봉의 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 성분이다. 통상의 니켈은 기계적 성질 및 화학적 특성이 우수하여, 철강 등 특수 합금에 쓰이고 부식성이 없어 화폐 및 스테인리스강 등에 사용된다.

이때, 니켈(Ni) 성분의 바람직한 함량은 0.2∼6.0%이며, 더욱 바람직하게는 1.0∼4.0%, 가장 바람직하게는 1.0∼3.5%를 사용하는 것이다. 이때, 니켈(Ni) 성분의 함량이 0.2% 미만으로 사용되면, 경납땜 부위의 인장강도와 선재로서 매우 취약한 문제가 있고, 6.0%를 초과사용하면, 인장강도는 좋아지나 용융온도가 상승하고 유동성이 떨어지므로 바람직하지 않다.

상기 성분이외에, 본 발명의 인동합금 경납땜봉은 실리콘(Si) 성분 0.001∼3.0%를 추가로 더 함유할 수 있다.

이때, 실리콘(Si) 성분은 인동합금 경납땜봉에 대하여 산화방지 기능을 수행하기 위해 사용되는 선택적 조성이며, 실리콘 함량이 0.001% 미만이면, 첨가물이 미세하여 바람직하지 않고, 3.0%를 초과하면, 급격한 응고의 문제가 있다.

본 발명의 인동합금 경납땜봉은 미량원소로서 납, 알루미늄 및 철로 이루어진 군에서 선택되는 원소의 총합이 0.01∼0.2%로 함유할 수 있다. 상기 미량원소는 인동합금 경납땜봉의 제조시 불가피하게 포함될 수도 있고, 제조시 첨가할 수도 있으나, 제조된 인동합금 경납땜봉의 기능에 변화에 영향을 미치지 않는 한, 상기 함량을 포함할 수 있다.

경납땜 시 작업온도가 종래 인(P) 6.8∼6.7% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 종래의 인동합금봉(비교예 1)은 735∼845℃이고, 인(P) 5.8∼6.7%, 은(Ag) 4.8∼5.2% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 종래의 인동합금봉(비교예 2)은 720∼815℃인 반면에, 인(P) 4.8∼7.5%, 주석(Sn) 0.2∼7.0%, 니켈(Ni) 0.2∼6.0% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 본 발명의 인동합금 경납땜봉은 경납땜 시, 530∼790℃에서 수행되며, 선택된 조성의 함량에 따라 보다 바람직하게는 640∼750℃에서 실시된다[표 2 참조].

따라서, 본 발명의 인동합금 경납땜봉은 종래의 작업온도보다 5∼10% 낮춤으로써, 저온 납땜이 가능하므로 인동합금 저온 경납땜봉으로 사용될 수 있다.

본 발명의 인동합금 경납땜봉은 0.4∼4.0φ의 선경(線徑)을 갖는 선상; 선경(線徑) 1.2∼4.0φ이고, 길이 50∼100 mm의 봉상; 롤상; 선경(線徑) 0.8∼3.0φ 및 내경(內徑) 4.0∼40φ를 갖는 링; 및 500∼1000mm 두께를 갖는 사각재;로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 형태의 경납땜봉을 제공한다.

또한, 본 발명의 인동합금 경납땜봉은 종래의 경납땜봉과 대등하거나 5∼10% 향상된 인장강도를 보임으로써, 종래의 은(Ag) 성분이 함유된 인동합금 경납땜봉을 대체사용할 수 있는 가격 경쟁력을 갖춘 인동합금 저온 경납땜봉이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1∼3> 인동합금 경납땜봉 제조 1∼3

하기 표 1에 기재된 조성 및 조성비와 같이 혼합하여 인동합금 경납땜봉을 제조하였다.

<비교예 1∼8> 종래의 인동합금 경납땜봉 1∼8

상기 실시예 1∼3에서 제조된 인동합금 경납땜봉과 물성 비교를 하기 위하여, 하기 표 1에 기재된 조성 및 조성비로 이루어진 통용되는 인동합금봉 경납땜봉을 사용하였다. 하기 표 1에서 기타원소합계란 납, 알루미늄, 철 또는 상기 원소들의 혼합함량이다. 비교예의 하단 괄호는 공지된 인동합금 경납땜봉의 제품명이다.

<실험예 1> 인동합금 경납땜봉의 물성측정

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 8에서 제조된 인동합금 경납땜봉에 대하여, 저온 납땜이 가능한지 여부를 측정하기 위하여 하기와 같이 측정하였다.

1. 온도측정

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 8에서 제조된 인동합금 경납땜봉에 대하여, D.T.A(시차 열분석기)를 이용하여 온도에 따른 상변화를 측정하였다.

측정결과는 하기 표 2와 같으며, 고체상태에서 녹기 시작하는 고상선 온도 및 이후, 고체상태에서 완전히 녹은 상태인 액상선 온도를 측정하였다.

상기 측정된 인동합금 경납땜봉을 이용하여 동합금 제품을 경납땜하여 작업온도를 측정하여 하기 표 2에 기재하였다.

2. 인장강도 측정

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 8에서 제조된 인동합금 경납땜봉에 대하여, 저온 경납땜에 요구되는 인장강도에 대하여, 로이드(LLOYD)사의 인장강도측정기(LF-plus)를 이용하여 동-동 및 황동-황동의 납땜 조건에서 측정하였다.

상기 표 2로부터, 실시예 1 내지 3에서 제조된 인동합금 경납땜봉은 비교예 1 내지 8의 인동합금 경납땜봉보다 경납땜 시, 수행온도를 5∼10% 낮추므로 인동합금 저온 경납땜봉으로 사용될 수 있다.

상기 동-동 인장강도에서는 전부 모재 파탄 현상을 확인하였다.

또한, 상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 인동합금 경납땜봉은 인장강도측면에서 종래와 대등하거나 5∼10% 향상된 결과를 확인하였다. 따라서 본 발명의 인동합금 경납땜봉은 종래의 경납땜봉 조성에 사용된 고가의 은(Ag) 성분을 사용하지 않으면서도 경납땜 시, 우수한 인장강도를 갖고 작업온도를 낮출 수 있으므로 저온 납땜으로 인하여 모재의 산화와 변형이 줄일 수 있다.

본 발명은 종래의 인동합금 경납땜봉의 조성에 주석(Sn) 성분 및 니켈(Ni) 성분을 함유하여 경납땜 시, 작업온도를 종래보다 5∼10% 낮춘 인동합금 경납땜봉을 제공하였다.

본 발명의 인동합금 경납땜봉은 상기 인동합금 경납땜봉의 원자재비용에서 고가의 은(Ag)를 사용하지 않으므로 경제적으로 매우 뛰어나고, 은(Ag) 성분을 사용하지 않으면서도 저온에서의 흐름성을 향상시키고 용융점을 낮추고 저온 납땜이 가능하므로 모재의 산화와 변형을 줄일 수 있으며, 종래의 인동합금 경납땜봉과 인강강도면에서 대등하거나 5∼10% 향상되었다.

이에, 본 발명의 인동합금 경납땜봉은 종래의 은(Ag) 성분이 함유된 인동합금 경납땜봉을 대체사용할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

1. 인(P) 4.8∼7.5%, 주석(Sn) 0.2∼7.0%, 니켈(Ni) 0.2∼6.0% 및 잔량의 동(Cu)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인동합금 경납땜봉.
2. 제1항에 있어서, 상기 인동합금 경납땜봉이 실리콘 0.001∼3.0%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인동합금 경납땜봉.
3. 제1항에 있어서, 상기 인동합금 경납땜봉이 경납땜시 작업온도가 530∼790℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 인동합금 경납땜봉.
4. 제1항에 있어서, 상기 인동합금 경납땜봉이 선상, 봉상, 롤상, 링 및 사각재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 상기 인동합금 경납땜봉.