[go: up one dir, main page]

KR102226046B1 - 브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법 - Google Patents

브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102226046B1
KR102226046B1 KR1020200049696A KR20200049696A KR102226046B1 KR 102226046 B1 KR102226046 B1 KR 102226046B1 KR 1020200049696 A KR1020200049696 A KR 1020200049696A KR 20200049696 A KR20200049696 A KR 20200049696A KR 102226046 B1 KR102226046 B1 KR 102226046B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
atomic
metal alloy
brazing
filler metal
base material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020200049696A
Other languages
English (en)
Inventor
이진규
박진수
장보훈
Original Assignee
공주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 공주대학교 산학협력단 filed Critical 공주대학교 산학협력단
Priority to KR1020200049696A priority Critical patent/KR102226046B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102226046B1 publication Critical patent/KR102226046B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
    • B23K35/325—Ti as the principal constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C16/00—Alloys based on zirconium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

본 발명은 제1 금속모재와 제2 금속모재 사이에 삽입되는 브레이징용 필러 메탈합금에 있어서, 상기 브레이징용 필러 메탈합금은 하기 화학식 1로 이루어지며, 하기 관계식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 브레이징용 필러 메탈합금이다.
[화학식 1]
ZraTibNicCud
(상기 화학식 1에서 a는 지르코늄(Zr), b는 티타늄(Ti), c는 니켈(Ni) 및 d는 구리(Cu)의원자%를 의미하며, a는 25 내지 45원자%이며, b는 35 내지 55원자%이며, c는 7 내지 21원자% 및 d는 3 내지 9원자%이다.)
[관계식 1]
35 ≤ (a + b)/2 ≤ 45
(상기 관계식 1에서 a는 지르코늄(Zr)의원자%이며, b는 티타늄(Ti)의원자%이다.)

Description

브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법{Brazing filler metal and the manufacturing method thereof}
본 발명은 브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 지르코늄(Zr)을 25 내지 35%원자%, 티타늄(Ti)을 45 내지 55원자% 포함하여 350㎫이상의 인장강도, 1.5% 이상의 연신율로 Ti-STS를 브레이징하는, 브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
현재 항공, 해양, 운송, 원자력 및 화학 산업 등에서는 기존의 고중량 재료를 대체하며, 고온환경과 극한 환경에서 물성의 변화가 적은 구조 재료에 대한 관심이 증가하고 있다. 그 중 높은 고온 특성 및 비강도, 내식성 등의 우수한 고유한 특성을 가지는 티타늄(Ti)이 주목받고 있다. 하지만 티타늄(Ti)은 기존의 고중량 구조 재료에 비해 상대적으로 높은 비용으로 인하여, 비교적 저렴한 스테인리스 스틸(STS)과 결합한 Ti-STS가 대체 소재로 활발히 연구되고 있다.
하지만 상기 티타늄(Ti)을 스테인리스 스틸과 접합하기 위해서는 기존의 용접법을 적용하기에는 어려운 문제가 있다. 이는, 용접을 위해서는 상기 티타늄(Ti)을 용융온도까지 가열해야 하는데, 티타늄(Ti)을 변태 온도인 882℃ 이상으로 가열하면, 상기 티타늄(Ti)의 미세 구조 및 기계적 특성이 변화하기 때문이다.
이를 해결하기 위하여 모재의 용융 온도보다 낮은 온도에서 접합할 수 있는 브레이징(brazing)접합법이 활발히 연구되고 있으나, 접합 온도를 낮추는 동시에 기계적 특성의 손상을 최소화 하기에 많은 어려움이 있다.
특히 일반적인 필러 메탈합금으로 사용하는 Zr-Ti 합금은 상기 지르코늄(Zr)의 함량이 증가하면, 상대적으로 티타늄(Ti)함량이 감소하고, 상기 티타늄(Ti)의 함량이 증가하면 상대적으로 지르코늄(Zr)의 함량이 감소하는 특징이 있는데, 상기 지르코늄(Zr)의 함량이 증가하면 금속간화합물이 생성되어 접합부의 기계적 특성이 저하되며, 상기 티타늄(Ti)의 함량이 증가하면, 용융온도가 상승하는 문제점이 있었다.
이를 개선하기 위해 본 명세서의 발명자는 KR10-1781692 B1을 통해 티타늄 합금 브레이징용 저융점 삽입합금 조성물을 개시하였으나, 적절한 용융온도에서 충분한 기계적 강도를 확보하기에는 아직 어려움이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1781692호 (2017.09.19.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 지르코늄(Zr)의 함량을 25 내지 35원자%로 저감한 브레이징용 필러 메탈합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 필러 메탈합금과 금속모재 사이에 생성되는 금속간화합물을 억제하여 인장강도와 연신율을 향상시킨 브레이징용 필러 메탈합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 양태는 제1 금속모재와 제2 금속모재 사이에 삽입되는 브레이징용 필러 메탈합금에 있어서, 상기 브레이징용 필러 메탈합금은 하기 화학식 1로 이루어지며, 하기 관계식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는 브레이징용 필러 메탈합금에 대한 것이다.
[화학식 1]
ZraTibNicCud
(상기 화학식 1에서 a는 지르코늄(Zr), b는 티타늄(Ti), c는 니켈(Ni) 및 d는 구리(Cu)의원자%를 의미하며, a는 25 내지 45원자%이며, b는 35 내지 55원자%이며, c는 7 내지 21원자% 및 d는 3 내지 9원자%이다.)
[관계식 1]
35 ≤ (a + b)/2 ≤ 45
(상기 관계식 1에서 a는 지르코늄(Zr)의원자%이며, b는 티타늄(Ti)의원자%이다.)
상기 일 양태에 있어, 상기 제1 금속모재는 티타늄(Ti)이며, 상기 제2 금속모재는 스테인리스 스틸(STS) 일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 브레이징용 필러 메탈합금은 상기 제1 금속모재와 상기 제2 금속모재를 브레이징하여 소정의 접합부를 형성할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 840℃ 미만의 고상선 온도를 가질 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 880℃ 미만의 액상선 온도를 가질 수 있다
상기 일 양태에 있어, 상기 지르코늄(Zr)은 25 내지 45원자%이며, 상기 티타늄(Ti)은 45 내지 55원자%일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 접합부의 인장강도가 350㎫ 내지 500㎫일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 접합부의 연신율이 1.5% 내지 7.0%일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 양태에 있어, a) 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)를 칭량하여 일정 양의 금속을 준비하는 단계, b) 상기 칭량된 금속을 고진공 후 아르곤 분위기의 진공로에 장입하고 아크-용융하여 금속합금을 제조하는 단계, c) 상기 용융된 금속합금을 Ar 분위기에서 멜트 스피닝 후 용융 방사 하여 고형화시는 단계를 포함하는 브레이징용 필러 메탈합금의 제조방법에 대한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 진공로의 아르곤 분위기는 10-2 torr 인 것을 더 포함할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 b) 단계에서 멜트 스피닝 휠의 회전속도는 10 내지 40㎧ 일 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 지르코늄(Zr)의 함량을 25 내지 35원자%로 저감하였으며, 상기 필러 메탈합금과 Ti-STS 사이에 금속간화합물이 형성되는 것을 억제하였다. 이를 통해, 접합부위의 인장강도를 350㎫이상으로 강화하는 동시에 1.5% 이상의 연신율을 확보하였다.
도 1은 본 발명의 브레이징용 필러 메탈합금의 시차열분석 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 2는 필러 메탈합금과 상기 바나듐(V)층의 계면을 SEM 및 EDS Line scanning으로 분석한 결과이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 3 내지 5로 제조된 접합합금의 상기 필러 메탈합금과 상기 바나듐(V)층의 계면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 4는 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2로 제조된 필러 메탈합금을 적용하였을 때의 접합부의 접합강도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5은 실시예 1로 제조된 접합합금의 파단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 6은 실시예 2로 제조된 접합합금의 파단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
이하 본 발명에 따른 브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태는 제1 금속모재와 제2 금속모재를 접합시킬 수 있는 브레이징용 필러 메탈합금에 관한 것으로, 더 상세하게는 상기 제1 금속모재와 상기 제2 금속모재 사이에 삽입되어, 브레이징을 통해 상기 제1 금속모재와 상기 제2 금속모재를 접합시키는 필러 메탈합금에 관한 것이다. 이 때, 상기 제1 금속모재와 상기 제2 금속모재는 이종의 금속물질로 제공될 수 있다.
브레이징이란, 접합하고자 하는 한 쌍의 금속모재 사이에 상기 금속모재의 용융온도보다 낮은 소정의 필러 메탈합금을 삽입하고 상기 필러 메탈합금을 용해시켜 접합하는 방법으로, 경납땜(Hard soldering)으로 부르기도 한다.
즉, 브레이징은 상기 제1 금속모재의 용융점과 상기 제2 금속모재의 용융점 보다 더 낮은 온도에서 상기 제1 내지 제2 금속모재를 접합시킬 수 있으며, 이를 통해 티타늄(Ti) 등 용융점이 높은 금속을 비교적 낮은 온도로 접합시킬 수 있다. 또한, 높은 온도에서 발생되는 열변형, 모재 내부의 잔류응력 발생을 저감할 수 있다.
본 발명에서의 상기 제1 금속모재와 상기 제2 금속모재는 상기 브레이징용 필러 메탈합금의 용융점 보다 높은 용융점을 가진 소정의 금속을 포함할 수 있다. 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속모재는 티타늄(Ti), 상기 제2 금속모재는 스테인리스 스틸(Stainless steel; STS)로 제공될 수 있으며, 상기 스테인리스 스틸(Stainless steel; STS)은 300계의 스테인리스 스틸(Fe-Cr-Ni Stainless steel)일 수 있다. 더 바람직하게는 304 스테인리스 스틸(304 Stainless steel)일 수 있다.
상기 브레이징용 필러 메탈합금(Filler matal)은 상기 제1 금속모재의 용융점과 상기 제2 금속모재의 용융점, 다시 말해 티타늄(Ti) 및 스테인리스 스틸(STS) 보다 더 낮은 온도에서 용융되는 소정의 금속물질로 제공될 수 있으며, 바람직하게는 Zr-Ti계 합금으로 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 필러 메탈합금은 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti) 니켈(Ni) 및 구리(Cu)를 포함하는 합금일 수 있으며, 바람직하게는 하기 화학식 1로 형성되는 합금일 수 있다.
[화학식 1]
ZraTibNicCud
(상기 화학식 1에서 a는 지르코늄(Zr), b는 티타늄(Ti), c는 니켈(Ni) 및 d는 구리(Cu)의원자%를 의미하며, a는 20 내지 70, b는 10 내지 60, c는 7 내지 21 및 d는 3 내지 9를 나타냄)
실시 예에 따르면, 상기 지르코늄(Zr) 및 상기 티타늄(Ti)은 하기 관계식 1을 따를 수 있다.
[관계식 1]
35 ≤ (a + b)/2 ≤ 45
(상기 관계식 1에서 a는 지르코늄(Zr)의원자%이며, b는 티타늄(Ti)의원자%이다.)
다시 말해, 상기 필러 메탈합금은 상기 니켈(Ni) 및 상기 구리(Cu)의원자%는 고정된 상태에서 상기 지르코늄(Zr) 또는 상기 티타늄(Ti) 중 어느 하나의 성분의원자%를 조절하여 제공될 수 있다. 즉, 상기 지르코늄(Zr) 및 상기 티타늄(Ti)의 합이 70원자% 이상 90원자% 이하의 범위 내에서 상기 지르코늄(Zr) 및 상기 티타늄(Ti)의 성분을 조절할 수 있다.
상기 지르코늄(Zr) 및 상기 티타늄(Ti)의 합이 70원자% 미만이면, 상기 제1 금속모재와 상기 제2 금속모재 사이의 결합력이 감소하게 된다. 구체적으로, 상기 필러 메탈합금에 포함된 상기 지르코늄(Zr) 및 상기 티타늄(Ti)의 함량이 일정수준 미만이면, 상기 필러 메탈합금이 용해되었을 때 상기 제1 금속모재 및 상기 제2 금속모재 내로 확산되는 양이 감소한다. 이로 인해, 상기 제1 금속모재 및 상기 제2 금속모재 사이의 결합력이 감소된다.
반면에, 상기 지르코늄(Zr) 및 상기 티타늄(Ti)의 합이 90원자%를 초과하면, 상대적으로 고융점인 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)의 함량이 높아짐에 따라 상기 필러 메탈합금을 용융시키기 위한 열 에너지가 증가한다. 이러한 이유로, 고상선(Ts)온도와 액상선(TL)온도가 상승한다. 이는 제1 모재와 제2 모재의 열변형 및 결정립 성장을 야기할 수 있다. 아울러, 상술한 구리(Cu)의 함량이 감소하여 상기 필러 메탈합금의 연성, 열 전도성, 내부식성 및 젖음성이 저하 될 수 있다. 따라서, 상기 지르코늄(Zr) 및 상기 티타늄(Ti)의 함량은 상기 관계식 1에 해당하는 범위 내에서 선택되는 것이 적절하다.
더 바람직하게 상기 지르코늄(Zr)의 함량은 25 내지 45원자%일 수 있다. 상기 지르코늄의 함량이 25원자% 미만인 경우, 상기 필러 메탈합금의 고상선(Ts)온도와 액상선(TL)온도가 상승되어 상기 필러 메탈합금의 브레이징 온도가 상승된다. 예를 들어, 상기 지르코늄(Zr)의 함량이 25원자% 미만이면, 상기 브레이징 온도가 880℃ 초과하게 된다. 이 때, 브레이징 접합을 위해 상기 필러 메탈합금을 880℃를 초과하는 온도로 가열하게 되면, 상기 티타늄(Ti)의 동소변태온도인 882℃에 근접하여 일부의 티타늄(Ti)이 HCP(α phase)구조에서 BCC(β phase)구조로 변할 수 있다. 상기 구조변화로 인하여, 상기 필러 메탈합금의 특성이 변할 수 있다. 아울러, 고온접합으로 인하여 브레이징 시 모재에 열변형이 발생하여 접합강도 및 연신율이 감소하는 원인이 될 수 있다.
반면에, 지르코늄(Zr) 함량이 45원자%를 초과하면, 상기 지르코늄(Zr)과 후술할 중간층의 바나듐(V)과 결합하여, 계면에 V2Zr 금속간화합물이 발생할 수 있다. 상기 금속간화합물은 브레이징 결합부에 대하여 응력집중효과를 유발하여 취성파괴가 발생될 수 있으며, 이로 인해, 결합부의 기계적 강도가 저하될 수 있다. 상술한 이유에 따라, 상기 지르코늄(Zr)의 함량은 25 내지 45원자%일 수 있으며, 더 바람직하게는 28 내지 32원자%일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 브레이징용 필러 메탈합금은 제1 중간층 및 제2 중간층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 중간층은, 상기 제1 금속모재와 상기 제2 금속모재 중 열팽창 계수가 더 낮은 금속모재와 상기 브레이징용 필러 메탈합금 사이에 순차적으로 삽입될 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 금속모재가 상기 제2 금속모재보다 열팽창 계수가 더 낮은 경우에는 상기 제1 중간층은 상기 제1 금속모재와 상기 브레이징용 필러 메탈합금 사이에 삽입되어 제1 금속모재/제1 중간층/필러 메탈합금/제2 금속모재 구조로 브레이징 결합될 수 있다.
반면에, 상기 제2 금속모재가 상기 제1 금속모재보다 열팽창 계수가 더 낮은 경우에는 상기 제2 금속모재와 상기 브레이징용 필러 메탈합금 사이에 삽입되어 제1 금속모재/필러 메탈합금/제1 중간층/제2 금속모재 구조로 브레이징 결합될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 중간층의 열팽창 계수와 상기 제1 금속모재와 제2 금속모재 중 인접하는 금속모재의 열팽창 계수의 비가 하기 관계식 2를 만족하는 범위 내에서 선택될 수 있다.
[관계식 2]
0.8 ≤ αi/αm ≤ 1.2
(상기 αi는 제1 중간층의 열팽창 계수이며, αm는 제1 금속모재와 제2 금속모재 중 인접하는 금속모재의 열팽창 계수이다.)
이는, 상기 제1 중간층이 브레이징되는 과정에서 팽창하는 양이 상기 브레이징 접합 강도에 미치는 영향력 때문으로, 상기 열팽창 계수의 차이(αi/αm)가 상기 관계식 2를 만족하지 못하면, 상기 제1 중간층과 상기 제2 금속모재 사이 계면에서 극심한 열변형이 발생될 수 있다. 아울러, 상기 변형으로 인해 상기 계면에 열응력이 발생하여 상기 이종금속 접합재의 접합강도가 저하될 수 있다. 따라서, 상기 제1 중간층과 상기 제2 금속모재 사이의 열팽창 계수의 차이(αi/αm)가 0.8이상 1.2이하인 것이 바람직하다.
즉, 상기 제1 중간층은, 상기 제1 금속모재와 상기 제2 금속모재 중 열팽창 계수가 더 낮은 금속모재와 상기 브레이징용 필러 메탈합금 사이에 삽입될 수 있으며, 이 때, 상기 제1 중간층의 열팽창 계수는 인접한 금속 모재의 열팽창 계수의 0.8 내지 1.2배 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 금속모재로 8.6㎛/mK의 열팽창 계수를 갖는 티타늄(Ti)과 상기 제2 금속모재로 17.3 ㎛/mK의 열팽창계수를 갖는 스테인리스 스틸(STS)를 사용한다면, 상기 제1 중간층은 상기 티타늄(Ti)과 상기 스테인리스 스틸(STS) 중 열팽창 계수가 더 낮은 티타늄(Ti)에 인접하여 삽입될 수 있으며, 상기 티타늄(Ti)의 0.8 내지 1.2배의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 중간층은 제1 금속박판을 적층하여 제공될 수 있으며, 더 바람직하게는 바나듐(V)을 적층하여 제공될 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 중간층은 상기 바나듐(V)을 20 내지 100㎛의 두께로 적층한 박판일 수 있다.
상기 제1 중간층의 두께가 20㎛보다 얇으면, 용융된 필러 메탈합금의 일부가 상기 제1 중간층을 통과할 수 있으며, 상기 제1 중간층을 통과한 필러 메탈합금이 상기 제2 금속모재와 결합하여 금속간화합물이 형성될 수 있다. 반대로 상기 제1 중간층의 두께가 100㎛를 초과하면, 상기 필러 메탈합금과 상기제2 금속모재 사이의 결합력이 감소할 수 있다. 상술한 이유로, 상기 제1 중간층의 두께는 20 내지 100㎛ 일 수있으며, 더 바람직하게는 40 내지 70㎛일 수 있다.
상기 제2 중간층은, 상기 제1 중간층과 상기 제1 중간층과 인접한 금속모재 사이에 삽입될 수 있다.
상기 제2 중간층은 상술한 제1 중간층과 마찬가지로 제2 금속박판을 적층하여 제공될 수 있으며, 더 바람직하게는 구리(Cu)를 적층하여 제공될 수 있다. 다시 말해, 다시 말해, 상기 제2 중간층은 상기 구리(Cu)를 5 내지 50㎛의 두께로 적층한 박판일 수 있다.
상기 제2 중간층의 두께가 5㎛보다 얇으면, 상기 제1 중간층과 상기 제2 금속모재의 계면에서 금속간화합물이 생성될 수 있다. 반대로 상기 제1 중간층의 두께가 100㎛를 초과하면, 상기 필러 메탈합금과 상기 제2 금속모재 사이의 결합력이 감소할 수 있다. 상술한 이유로, 상기 제2 중간층의 두께는 5 내지 50㎛ 일 수있으며, 더 바람직하게는 10 내지 30㎛일 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 중간층과 인접한 금속모재 사이에서 금속간화합물이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들에 따른 브레이징용 필러 메탈합금의 구성에 대해 설명하였다. 이하 본 발명의 일 예에 따른 브레이징용 필러 메탈합금의 제조방법에 대해 설명하고자 한다.
본 발명의 일 예에 따른 브레이징용 필러 메탈합금의 제조방법은 a) 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)를 칭량하여 일정 양의 금속을 준비하는 단계, b) 상기 칭량된 금속을 고진공 후 아르곤 분위기의 진공로에 장입하고 아크-용융하여 금속합금을 제조하는 단계 및 c) 상기 용융된 금속합금을 Ar 분위기에서 멜트 스피닝하여 고형화시는 단계 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
우선 a) 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)를 칭량하여 일정 양의 금속을 준비하는 단계를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 브레이징용 필러 메탈합금 조성물은 고순도 물질로 준비하는 것이 바람직한데, 상기 브레이징용 필러 메탈합금 조성물에 불순물이 포함되면 크랙 발생의 원인이 되며, 접합강도가 감소될 수 있기 때문이다. 바람직한 일 예시로 상기 브레이징용 필러 메탈합금 조성물은 각각의 원소를 99.9 내지 99.999원자% 이상 포함하는 고순도 분말로 제공될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 브레이징용 필러 메탈합금 조성물은 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 제공될 수 있다. 상기 브레이징용 필러 메탈합금 조성물의 역할을 구체적으로 살펴보면, 상기 티타늄(Ti)은 필러 메탈합금의 모재 역할을 수행할 수 있으며, 상기 지르코늄(Zr)은 티타늄(Ti)과 반응하여 전율 고용체를 형성할 수 있다. 또한 니켈(Ni)은 지르코늄 및 티타늄과 반응하여 용융점을 감소시키는 역할을 하며 젖음성과 내부식성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 마지막으로 상기 구리(Cu)는 상기 니켈(Ni)과 같이 상기 브레이징용 필러 메탈의 용융점을 저감하는 역할을 수행할 수 있으며, 모재인 스테인레스 스틸(STS)에 포함된 철(Fe), 크롬(Cr)과도 특별한 금속간화합물을 생성하지 않으며, 추가적으로 연성, 열 전도성, 내부식성 및 젖음성을 강화시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 지르코늄(Zr)이 20 내지 70원자%, 상기 티타늄(Ti)이 10 내지 60원자%, 상기 니켈(Ni)이 7 내지 21원자% 및 상기 구리(Cu)가 3 내지 9원자%를 갖도록 칭량하였으며, 더 바람직하게는 상기 지르코늄(Zr) 및 상기 티타늄(Ti)이 상술한 관계식 1을 만족하도록 칭량하였다.
[관계식 1]
35 ≤ (a + b)/2 ≤ 45
(상기 관계식 1에서 a는 지르코늄(Zr)의원자%이며, b는 티타늄(Ti)의원자%이다.)
다음으로, b) 상기 칭량된 금속을 고진공 후 아르곤 분위기의 진공로에 장입하고 아크-용융하여 금속합금을 제조하는 단계를 수행할 수 있다.
구체적으로 단계 a)에서 칭량된 금속을 아크-용융(Arc-melting)하여 금속 합금으로 제조할 수 있다. 상기 아크-용융은 10-4 내지 10-5torr의 고진공 후 소정의 아르곤(Ar) 분위기에서 상기 금속에 아크를 방전시켜 고온의 열에너지를 주입하여 용융할 수 있다. 이 때, 상기 금속 합금의 균질성 향상을 위해 상기 금속 합금을 용융하고 응고하는 과정을 2회 이상 반복하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 5회 이상 반복하여 수행할 수 있다.
다음으로, c) 상기 금속합금을 Ar 분위기에서 멜트 스피닝 하여 고형화시키는 단계를 수행할 수 있으며, 구체적으로 상기 금속 합금을 용융하고 20 내지 40㎧의 표면 속도로 회전하는 구리-휠(Cu-Wheel)로 방사시킨 후 급속 응고하여 소정의 폭을 가진 리본 형태의 상기 브레이징용 필러 메탈합금을 제조할 수 있다. 바람직하게, 상기 브레이징용 필러 메탈합금은 20 내지 80㎛의 두께와 10㎜ 미만의 폭을 가질 수 있으며, 더 바람직하게는 40 내지 50㎛의 두께와 3 내지 4㎜의 폭을 가질 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 브레이징용 필러 메탈합금의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는원자%일 수 있다.
[실시예 1]
각각 99.9% 내지 99.99%의 순도를 갖는 Zr, Ti,Ni 및 Cu를 준비하였으며, 상기 금속들을 아크-용융(Arc-melting)하여 10g의 금속합금을 제조하였다. 구체적으로 상기 Zr, Ti,Ni 및 Cu 금속들에 대하여 Zr 30원자%, Ti 50원자%, Ni 14원자% 및 Cu 6원자%를 칭량하였으며, 상기 칭량된 금속을 진공로에 장입하였다. 상기 진공로를 5×10-5torr의 고진공 상태로 조성한 후에 5 내지 10㎪의 99.99% 고순도 아르곤(Ar)가스를 주입하여 산화방지 조건을 만들었으며, 아크-용융(Arc-melting)법으로 상기 금속들을 용융하여 Zr30Ti50Ni14Cu6의 조성을 갖는 금속합금 10g을 제조하였다. 이 때, 아크-용융(Arc-melting)과정에서의 편석 발생을 방지하기 위해 상기 금속합금을 5회 반복하여 재용융하여 균질성을 확보하였다.
이 후, 상기 Zr30Ti50Ni14Cu6 금속합금을 50 내지 100㎪의 99.99% 고순도 아르곤(Ar)분위기에서 32㎧로 회전하는 구리(Cu) 휠 상으로 멜트 스피닝하고 이를 응고시켜 리본 모양의 브레이징용 필러 메탈합금을 제조하였다. 더 바람직하게는 두께가 40 내지 50㎛, 폭은 3 내지 4㎜이며, Zr30Ti50Ni14Cu6의 조성을 갖는 리본 모양의 브레이징용 필러 메탈합금을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 지르코늄(Zr)의 함량 및 상기 티타늄(Ti)의 함량을 각각 40원자%, 40원자%로 조절하여 Zr40Ti40Ni14Cu6의 조성을 갖는 브레이징용 필러 메탈합금을 제조하였다는 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 1]
상기 지르코늄(Zr)의 함량 및 상기 티타늄(Ti)의 함량을 각각 50원자%, 30원자%로 조절하여 Zr50Ti30Ni14Cu6의 조성을 갖는 브레이징용 필러 메탈합금을 제조하였다는 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 2]
상기 지르코늄(Zr)의 함량 및 상기 티타늄(Ti)의 함량을 각각 58원자%, 22원자%로 조절하여 Zr58Ti22Ni14Cu6의 조성을 갖는 브레이징용 필러 메탈합금을 제조하였다는 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 3]
상기 지르코늄(Zr)의 함량 및 상기 티타늄(Ti)의 함량을 각각 20원자%, 60원자%로 조절하여 Zr20Ti60Ni14Cu6의 조성을 갖는 브레이징용 필러 메탈합금을 제조하였다는 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
Figure 112020042198910-pat00001
[특성 분석]
1) 용융 온도:
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3으로 제작된 브레이징용 필러 메탈합금의 용융 온도를 분석하기 위해 시차열분석(Differential thermal analysis; DTA)을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1에 나타내었다.
Figure 112020042198910-pat00002
상기 표 2 및 도 1을 참조하면, 상기 티타늄(Ti)이 40 내지 50원자% 포함된 상기 실시예 1 내지 2의 경우는 832℃ 및 816℃의 고상선(Ts)을 가졌으며, 857℃ 및 846℃의 액상선(TL)을 가지는 것을 확인하였다. 반면, 상기 티타늄(Ti)이 30원자% 포함된 비교예 1은 773℃의 고상선(Ts) 및 823℃의 액상선(TL)을 가졌으며, 상기 티타늄(Ti)이 22원자% 포함된 비교예 2는 754℃의 고상선(Ts) 및 796℃의 액상선(TL)을 가지는 것을 확인하였다.
또한, 상기 티타늄(Ti)의 함량이 40원자% 이상의 경우, 상기 고상선(Ts)이 800℃를 초과하며, 상기 액상선(TL)이 840℃를 초과하는 것을 확인할 수 있다. 또한 상기 티타늄(Ti)의 함량이 증가할수록, 상기 고상선(Ts) 및 상기 액상선(TL)이 증가한다는 것을 확인할 수 있다.
다만, 상기 실시예 1 내지 2로 제조된 필러 메탈합금 역시 900℃미만의 온도에서, 더 바람직하게는 880℃ 미만의 온도에서 충분히 Ti-STS를 접합할 수 있다.
반면에, 상기 티타늄(Ti)의 함량이 50원자%를 초과한 비교예 3은 816℃의 고상선(Ts) 및 879℃의 액상선(TL)을 가지는 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 티타늄(Ti)의 동소변태온도인 882℃에 근접하여 상기 티타늄(Ti)의 미세구조가 HCP(α phase)에서 BCC(β phase)로 변할 수 있다. 이는, 브레이징 접합시 상기 필러 메탈합금의 물성 저하의 원인이 될 수 있다. 또한, 고온접합으로 인하여 브레이징 시 모재에 열변형을 유도할 수 있으며, 열간 잔류응력을 유발하여 접합강도가 감소하는 원인이 될 수 있다.
2) 접합강도:
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3으로 제작된 브레이징용 필러 메탈합금의 접합강도를 분석하기 위해 티타늄(Ti)과 스테인리스 스틸(STS)로 구성된 금속모재를 준비하였으며, 상기 금속모재 사이에 브레이징용 필러 메탈합금을 삽입하고 브레이징 하였다.
구체적으로, 상기 티타늄(Ti)과 스테인리스 스틸(STS)을 각각 두께가 15㎜, 너비가 10×30㎜2의 직사각형 형태로 가공 후 표면을 SiC 사포를 사용하여 #1500까지 표면을 연마하였다. 이후 아세톤 및 에탄올을 사용하여 초음파로 세척 한 후 공기 중에서 건조하였다.
이 후, 상기 표면처리된 티타늄(Ti)과 스테인리스(STS) 사이에 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2로 제작된 브레이징용 필러 메탈합금을 삽입하였으며, 상기 브레이징용 필러 메탈합금과 스테인리스 사이에 50㎛두께의 바나듐(V)박판과 20㎛ 두께의 구리(Cu)박판을 삽입하여 Zr30Ti50Ni14Cu6/V/Cu 구조의 접합층을 만들었다.상기 바나듐(V) 박판은 상용 제품(V 000110, Goodfellow)를 사용하였으며, 구리(Cu) 박판은 상용 제품(Cu 000110, Goodfellow)를 사용하였다.
마지막으로, 상기 접합층을 5×10-5Torr의 고진공 후에 아르곤(Ar) 분위기에서 상기 티타윰(Ti)과 스테인리스 스틸(STS)을 40kgf/㎠로 가압한 상태로 45℃/min의 속도로 860℃까지 온도를 올린 후 50분간 유지하여 접합하였다.
도 2의 (a)는 상기 필러 메탈합금과 상기 바나듐(V)층의 계면을 SEM으로 촬영한 사진이며, 도 2의 (b)는 상기 필러 메탈합금과 상기 바나듐(V)층의 계면을 EDS Line scanning으로 분석한 결과이며, 도 3은 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2로 제조된 접합합금의 상기 필러 메탈합금과 상기 바나듐(V)층의 계면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 상기 Zr-Ti계 합금층과 상기 제1 중간층 사이 계면에서 Zr-Ti계 합금층의 지르코늄(Zr)과 제1 중간층의 바나듐(V)이 상호 확산되어 소정의 금속간화합물이 생성되는 것을 확인할 수 있다. 일반적으로 금속간화합물이 생성되면, 접합면의 취성을 부여하며 접합부에 응력집중효과를 유발하여 크랙이 발생하여 파괴의 원인이 될 수 있다. 이에 상기 금속간화합물이 생성될수록 상기 접합부의 기계적 특성이 약화될 수 있다는 것을 예측할 수 있다. 상기 금속간화합물을 더 자세히 분석하기 위하여 도 2의 (a)에서 개시된 A영역 및 B영역을 EDS Line scanning으로 분석하였다.
도 2의 (b)를 참조하면, 영역 A는 47.32원자%의 티타늄(Ti), 25.98원자%의 바나듐(V), 19.69원자%의 지르코늄(Zr), 5.31원자%의 니켈(Ni) 및 1.69원자%의 구리(Cu)가 포함되어 있으며, 모재의 조성을 고려하면 이로부터 V2Zr의 금속간화합물이 생성되었음을 확인하였다.
마찬가지로 영역 B 또한 A와 유사한 조성을 가지며, 구체적으로 58.80원자%의 티타늄(Ti), 27.04원자%의 바나듐(V), 12.15원자%의 지르코늄(Zr), 1.57원자%의 니켈(Ni) 및 0.44원자%의 구리(Cu)가 포함되어 있으며, 모재의 조성을 고려하면 이로부터 V2Zr 금속간화합물이 생성되었음을 확인하였다. 상기 A 및 B 영역의 조성을 하기 표 3로 정리하였다.
Figure 112020042198910-pat00003
즉, 상기 Zr-Ti계 합금층과 상기 제1 중간층 사이 계면에서 V2Zr 조성의 금속간화합물이 생성된다는 것을 확인하였다.
도 3을 참조하면, 상기 지르코늄(Zr)조성에 따른 V2Zr 금속간화합물의 생성량을 확인할 수 있다. 구체적으로 상기 지르코늄(Zr)을 58원자% 포함하는 비교예 2의 경우, 계면에서 다량의 V2Zr가 생성되었음을 확인할 수 있다(도 3의 (a)). 이와 유사하게 상기 지르코늄(Zr)을 50원자% 포함하는 비교예 1 또한 계면에서 V2Zr가 생성된 것을 확인할 수 있다(도 3의 (b)). 반면 상기 지르코늄의 함량이 40원자% 이하인 실시예 1(도 3의 (d)) 내지 실시예 2(도 3의 (c))는 극 미량의 V2Zr가 생성되었음을 확인하였다. 특히 상기 지르코늄을 30원자% 포함하는 실시예 1은 V2Zr가 생성되지 않음을 확인할 수 있다.
다시 말해, 지르코늄(Zr)의 함량이 증가할수록 다량의 상기 V2Zr 금속간화합물이 생성되며, 지르코늄(Zr)의 함량이 감소할수록 소량의 상기 V2Zr 금속간화합물의 생성되는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 V2Zr 금속간화합물의 생성이 억제하기 위해서는 상기 지르코늄(Zr)의 함량이 50원자% 미만인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 30원자%를 함유하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있다.
상기 V2Zr 금속간화합물이 상기 접합부의 기계적 성질에 미치는 영향력을 분석하기 위하여 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2로 제조된 필러 메탈합금을 삽입하여 브레이징 접합한 접합부의 인장강도 및 연신율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4으로 나타내었다.
Figure 112020042198910-pat00004
상기 표 4를 참조하면, 비교예 1 내지 2로 제작된 브레이징용 필러 메탈은 인장강도가 각각 320, 332㎫로 350㎫을 넘지 못하였고, 실시예 1 내지 2로 제작된 브레이징용 필러 메탈은 인장강도가 441㎫ 및 359㎫로 350㎫을 초과하는 것을 확인하였다. 연신율 또한, 6.6% 및 1.7%로 비교예 1 내지 2로 제작된 브레이징용 필러 메탈의 0.9% 및 1.1%보다 높은 것을 확인하였다. 이는 앞서 살펴본바와 같이 상기 지르코늄(Zr) 함량이 50원자% 이상인 경우, 상기 Zr-Ti계 합금층과 상기 제1 중간층 사이 계면 계면에 다수의 V2Zr 금속간화합물이 생성되어 인장강도가 크게 감소하였기 때문인 것으로 보인다.
한 편, 비교예 3으로 제작된 브레이징용 필러 메탈합금은 인장강도가 350MPa로 실시예1 내지 2에 비해 인장강도가 감소한 것을 확인할 수 있다. 인장강도가 감소한 원인은, 앞서 설명한대로 상기 티타늄(Ti)의 함량이 55 원자%를 초과하게 되면, 상기 필러 메탈합금의 용융온도가 상기 티타늄(Ti)의 동소변태온도인 882℃에 근접하게 되며, 이로 인해, Ti/필러 메탈합금/STS의 계면에서의 열변형이 발생하여 잔류응력을 유발하였으며, 동시에 상기 금속모재의 결정립이 성장하였기 ‹š문이다.
따라서, 상기 브레이징용 필러 메탈합금의 접합강도를 최적화 하기 위해서는 상기 지르코늄(Zr)의 함량이 25 내지 45원자%, 상기 티타늄(Ti)의 함량이 35 내지 55원자%인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 상기 지르코늄(Zr)의 함량이 25 내지 35원자%, 상기 티타늄(Ti)의 함량이 45 내지 55원자%인 것이 바람직하다.
도 4는 실시예 1 및 실시예 2로 제조된 필러 메탈합금을 적용하였을 때의 접합부의 접합강도를 설명하기 위한 그래프이며, 도 5는 실시예 1로 제조된 접합합금의 파단면을 SEM으로 촬영한 사진이며, 도 6은 실시예 2로 제조된 접합합금의 파단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.
도 4를 참조하면, 실시예 1로 제조된 상기 필러 메탈합금이 실시예 2로 제조된 상기 필러 메탈합금에 비해 인장강도와 연신율이 모두 우수한 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 V2Zr 금속간화합물의 생성이 억제되어 인장강도 및 연신율을 증가시킨 것으로 해석될 수 있다.
도 5을 참조하면, 실시예 1로 제조된 상기 브레이징용 필러 메탈합금으로 접합한 접합부의 파단면은 거의 대부분이 B구역이며, 일부 소량의 A구역이 형성되었음을 확인할 수 있다. 상기 A 및 B구역에 대한 상세 조성은 하기 표 5와 같다.
Figure 112020042198910-pat00005
상기 표 5를 참조하면 상기 A구역은 구리(Cu) 42.2원자%, 철(Fe) 40.8원자%, 크롬(15.7)원자% 및 니켈(Ni) 1.4원자% 포함되었으며, B구역은 구리(Cu) 98.7원자% 및 철(Fe) 0.9원자% 포함되었다. 즉, 실시예 1의 상기 A구역은 스테인리스 스틸(STS)이 유지된 상태로 이루어지며, 상기 B구역은 구리(Cu)층이 유지된 상태로 이루어진다. 이는, 상대적으로 계면 접합강도가 약한 Cu/STS 계면에서 파단이 일어났으며, 계면파괴(interface failure)가 발생했음을 확인할 수 있다.
반면, 도 6을 참조하면, 실시예 2로 제조된 상기 브레이징용 필러 메탈합금으로 접합한 접합부의 파단면은 실시예 1의 파단면과 다르게 A구역과 B구역이 유사한 크기로 분포되었다는 것을 확인할 수 있다. 상기 A구역과 B구역의 상세 조성은 하기 표 6과 같다.
Figure 112020042198910-pat00006
상기 표 6을 참조하면, 상기 A구역은 티타늄(Ti) 43.9원자%, 바나듐(V) 33.1원자%, 지르코늄(Zr) 13.9원자%, 니켈(Ni) 6.3원자% 및 구리(Cu) 2.8원자% 포함되어있다. 상기 B구역은 구리(Cu) 98.9원자% 및 바나듐(V) 1.1원자% 포함되어있다. 즉, 비교예 5의 A구역은 Zr40Ti40Ni14Cu6층에 상당수의 바나듐(V)층이 혼합되었으며, 이는 상기 A구역에는 V2Zr의 금속간화합물층이 생성될 수 있음을 확인하였다. 반면, B구역은 대부분이 구리(Cu)층임을 확인하였다. 즉, 실시예 2의 결합부는 실시예 1과 다르게 상기 Zr-Ti계 합금층과 상기 제1 중간층 사이 계면에서 파단이 발생되었으며, 상기 계면에서 파단이 발생된 원인은, 앞서 설명한대로 V2Zr의 금속간화합물 층이 형성되며, 상기 금속간화합물 층을 따라 다량의 균열(crack)이 발생하였기 때문이며, 상기 다량의 균열에 의해 파괴가 촉진되었기 때문이다. 상술한 결과를 정리하면 하기 표 7과 같다.
Figure 112020042198910-pat00007
즉, 상기 필러 메탈합금에 포함되는 지르코늄(Zr)을 감소시켜 상기 필러 메탈합금과 상기 제1 중간층 사이 계면에서 V2Zr 금속간화합물이 생성되는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해 접합부의 물리적 특성을 강화할 수 있다. 다시 말해, 상기 필러 메탈합금의 지르코늄을 30원자%, 티타늄(Ti)을 50원자%으로 조절하여, 기존의 브레이징 접합합금보다 더 강한 접합력을 갖는 브레이징용 필러 메탈합금을 제공할 수 있으며, 바람직하게는 441MPa의 인장강도 및 6.6%의 연신율을 구현하는 브레이징용 필러 메탈합금을 제공할 수 있다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 제1 금속모재와 제2 금속모재 사이에 삽입되는 브레이징용 필러 메탈합금에 있어서,
    상기 브레이징용 필러 메탈합금은 하기 화학식 1로 이루어지며, 하기 관계식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 브레이징용 필러 메탈합금.
    [화학식 1]
    ZraTibNicCud
    (상기 화학식 1에서 a는 지르코늄(Zr), b는 티타늄(Ti), c는 니켈(Ni) 및 d는 구리(Cu)의원자%로, a는 25 내지 45원자%, b는 35 내지 55원자%, c는 7 내지 21원자%, d는 3 내지 9원자%이다.)
    [관계식 1]
    35 ≤ (a + b)/2 ≤ 45
    (상기 관계식 1에서 a는 지르코늄(Zr)의원자%, b는 티타늄(Ti)의원자%이다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 금속모재는 티타늄(Ti)이며,
    상기 제2 금속모재는 스테인리스 스틸(STS)인 것을 특징으로 하는, 브레이징용 필러 메탈합금.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 브레이징용 필러 메탈합금은 상기 제1 금속모재와 상기 제2 금속모재를 브레이징하여 소정의 접합부를 형성하는 것에 특징이 있는, 브레이징용 필러 메탈합금.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 브레이징용 필러 메탈합금은 840℃ 미만의 고상선 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 브레이징용 필러 메탈합금.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 브레이징용 필러 메탈합금은 880℃ 미만의 액상선 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 브레이징용 필러 메탈합금.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 지르코늄(Zr)은 25 내지 35원자%이며,
    상기 티타늄(Ti)는 45 내지 55원자%로 제공되는, 브레이징용 필러 메탈합금.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 접합부의 인장강도가 350㎫ 내지 500㎫인 것을 특징으로 하는, 브레이징용 필러 메탈합금.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 접합부의 연신율이 1.5% 내지 7.0%인 것을 특징으로 하는, 브레이징용 필러 메탈합금.
  9. a) 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)를 칭량하여 일정 양의 금속을 준비하는 단계;
    b) 상기 칭량된 금속을 고진공 후 아르곤 분위기의 진공로에 장입하고 아크-용융하여 금속합금을 제조하는 단계;
    c) 상기 용융된 금속합금을 Ar 분위기에서 멜트 스피닝하여 고형화시는 단계;를 포함하는 브레이징용 필러 메탈합금의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 진공로의 아르곤 분위기는 10-2torr 인 것에 특징이 있는 브레이징용 필러 메탈합금의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 b) 단계에서 멜트 스피닝 휠의 회전속도는 10 내지 40㎧ 인 브레이징용 필러 메탈합금의 제조방법.
KR1020200049696A 2020-04-24 2020-04-24 브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법 Active KR102226046B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200049696A KR102226046B1 (ko) 2020-04-24 2020-04-24 브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200049696A KR102226046B1 (ko) 2020-04-24 2020-04-24 브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102226046B1 true KR102226046B1 (ko) 2021-03-09

Family

ID=75179938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200049696A Active KR102226046B1 (ko) 2020-04-24 2020-04-24 브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102226046B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101063762B1 (ko) * 2007-08-07 2011-09-08 (주) 요산 이엔지 티타늄 브레이징을 위한 Ｚｒ-Ｔｉ-Ｎｉ(Ｃｕ)계 저융점브레이징 용가재 합금 조성물
KR101367865B1 (ko) * 2013-05-29 2014-02-27 국방과학연구소 티타늄 합금과 스테인리스강의 브레이징 방법
KR101781692B1 (ko) 2015-09-24 2017-09-28 공주대학교 산학협력단 티타늄 합금 브레이징용 저융점 삽입합금 조성물

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101063762B1 (ko) * 2007-08-07 2011-09-08 (주) 요산 이엔지 티타늄 브레이징을 위한 Ｚｒ-Ｔｉ-Ｎｉ(Ｃｕ)계 저융점브레이징 용가재 합금 조성물
KR101367865B1 (ko) * 2013-05-29 2014-02-27 국방과학연구소 티타늄 합금과 스테인리스강의 브레이징 방법
KR101781692B1 (ko) 2015-09-24 2017-09-28 공주대학교 산학협력단 티타늄 합금 브레이징용 저융점 삽입합금 조성물

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101054462B1 (ko) 모재의 강도를 초과하는 접합강도를 갖는, 중간층을 이용한강계열 합금과 티타늄 또는 티타늄계열 합금 간의 고강도 이종금속 접합방법
US20180200844A1 (en) Nickel-based brazing foil, method for producing a brazing foil, object with a brazing seam and brazing method
KR102253406B1 (ko) 이종금속 접합재 및 이를 이용한 이종금속 브레이징 방법
KR101897381B1 (ko) Ni기 내열 합금용 용접 재료 및 그것을 이용하여 이루어지는 용접 금속 및 용접 조인트
JPH0225534A (ja) チタンアルミニウム合金
JP2733016B2 (ja) 酸化雰囲気中で接合可能な耐熱材料用液相拡散接合合金箔
KR19990036151A (ko) 산화분위기중에서 접합 가능한 Ｆｅ기 재료의 액상 확산 접합용 Ｆｅ기 합금 박
WO1995026419A1 (fr) Feuille d'alliage de soudure par diffusion en phase liquide pour materiau resistant a la chaleur pouvant etre soude en atmosphere oxydante
KR20000023754A (ko) 산화분위기 중에서 접합 가능한 액상 확산 접합용 합금 호일
CN112222678A (zh) 一种SiCf/SiBCN复合材料高熵合金钎料及其制备工艺
KR102226046B1 (ko) 브레이징용 필러 메탈합금 및 이의 제조방법
JP5212401B2 (ja) 接合用合金
KR20060051030A (ko) 복합 소재
JPH02185940A (ja) 酸化雰囲気中での接合が可能な液相拡散接合用合金箔
KR100980475B1 (ko) 고강도 저융점의 활성 브레이징용 용가재 합금 조성물
JP3798219B2 (ja) 鉄基合金部材同士の接合体及び接合方法
JP4202626B2 (ja) 冷間加工性およびロウ付け後の疲労強度に優れたメガネフレーム用チタン合金
JP5915135B2 (ja) 高強度の鉄系液相拡散接合構造材
JP4374104B2 (ja) 超微細鋼からなる、脆性き裂伝播停止特性に優れた継手及び構造体
JPH02151377A (ja) 酸化雰囲気中で接合可能なＣｒ含有材料の液相拡散接合用合金箔
JPH02151378A (ja) 酸化雰囲気中で接合可能なＣｒ含有材料の液相拡散接合用合金箔
JP3434126B2 (ja) 酸化雰囲気中で接合可能な液相拡散接合用合金箔
JP5640823B2 (ja) 液相拡散接合用合金
JPH03229824A (ja) 磁気特性の優れたＦｅ―Ａｌ合金軟磁性薄板の製造方法
JP5278348B2 (ja) 接合用の合金

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20200424

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210224

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20210303

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20210304

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20210304

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20231227

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20241224

Start annual number: 5

End annual number: 5