알루미늄 및 알루미늄 합금의 브레이징

1. 납땜성

알루미늄 및 알루미늄 합금의 브레이징 특성은 주로 표면의 산화막 제거가 어렵기 때문에 좋지 않습니다. 알루미늄은 산소와의 친화력이 강하여 표면에 조밀하고 안정적이며 융점이 높은 산화막(Al2O3)을 쉽게 형성합니다. 동시에, 마그네슘을 함유한 알루미늄 합금은 매우 안정적인 산화막(MgO)을 형성합니다. 이는 땜납의 젖음 및 확산을 심각하게 방해하며 제거하기 어렵습니다. 브레이징 공정은 적절한 플럭스를 사용해야만 가능합니다.

둘째, 알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징 작업은 까다롭습니다. 알루미늄 및 알루미늄 합금의 융점은 브레이징 용가재와 크게 다르지 않습니다. 브레이징 온도 범위가 매우 좁습니다. 온도 조절이 조금만 잘못되어도 모재가 과열되거나 용융되어 브레이징 공정이 어려워질 수 있습니다. 열처리로 강화된 일부 알루미늄 합금은 브레이징 가열로 인해 과시효 또는 어닐링과 같은 연화 현상을 유발하여 브레이징 접합부의 특성을 저하시킵니다. 화염 브레이징에서는 가열 중 알루미늄 합금의 색상이 변하지 않기 때문에 온도 판단이 어렵고, 이로 인해 작업자의 작업 수준에 대한 요구 사항도 높아집니다.

더욱이 알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징 접합부의 내식성은 용가재와 플럭스의 영향을 쉽게 받습니다. 알루미늄 및 알루미늄 합금의 전극 전위는 땜납의 전극 전위와 상당히 다르기 때문에 접합부의 내식성이 저하되며, 특히 연납땜 접합부의 경우 더욱 그렇습니다. 또한, 알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징에 사용되는 대부분의 플럭스는 강한 부식성을 가지고 있습니다. 브레이징 후 세척하더라도 플럭스가 접합부의 내식성에 미치는 영향을 완전히 제거할 수는 없습니다.

2. 브레이징 재료

(1) 알루미늄 및 알루미늄 합금의 브레이징은 브레이징 용가재와 모재의 조성 및 전극 전위가 매우 다르기 때문에 접합부의 전기화학적 부식을 유발하기 쉽기 때문에 거의 사용되지 않는 방법입니다.연성 납땜은 주로 아연계 솔더와 주석-납 솔더를 사용하며, 온도 범위에 따라 저온 솔더(150~260℃), 중온 솔더(260~370℃), 고온 솔더(370~430℃)로 구분할 수 있습니다.주석-납 솔더를 사용하고 알루미늄 표면에 구리 또는 니켈을 사전 도금하여 브레이징하면 접합 계면의 부식을 방지하여 접합부의 내식성을 향상시킬 수 있습니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 브레이징은 필터 가이드, 증발기, 라디에이터 및 기타 부품과 같이 널리 사용됩니다. 알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징에는 알루미늄 기반 필러 금속만 사용할 수 있으며, 그중 알루미늄 실리콘 필러 금속이 가장 널리 사용됩니다. 브레이징 접합부의 구체적인 적용 범위와 전단 강도는 각각 표 8과 표 9에 나와 있습니다. 그러나 이 솔더의 녹는점은 모재의 녹는점과 비슷하므로, 모재의 과열이나 용융을 방지하기 위해 브레이징 중 가열 온도를 엄격하고 정확하게 제어해야 합니다.

표 8 알루미늄 및 알루미늄 합금용 브레이징 필러 금속의 적용 범위

표 9 알루미늄 실리콘 필러 금속으로 브레이징된 알루미늄 및 알루미늄 합금 조인트의 전단 강도

알루미늄 실리콘 솔더는 일반적으로 분말, 페이스트, 와이어 또는 시트 형태로 제공됩니다. 경우에 따라 알루미늄을 코어로 하고 알루미늄 실리콘 솔더를 클래딩으로 하는 솔더 복합판을 사용하기도 합니다. 이러한 솔더 복합판은 유압 방식으로 제작되며, 브레이징 부품의 일부로 자주 사용됩니다. 브레이징 과정에서 복합판의 브레이징 용가재는 모세관 현상과 중력의 작용으로 용융되어 유동하여 접합부 틈을 메웁니다.

(2) 알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징용 플럭스 및 차폐 가스. 특수 플럭스는 피막 제거에 자주 사용됩니다. FS204와 같은 트리에탄올아민 기반 유기 플럭스는 저온 연납땜에 사용됩니다. 이 플럭스의 장점은 모재 부식에 거의 영향을 미치지 않지만, 다량의 가스를 발생시켜 솔더의 습윤 및 코킹에 영향을 미친다는 것입니다. FS203 및 FS220A와 같은 염화아연 기반 반응성 플럭스는 중온 및 고온 연납땜에 사용됩니다. 반응성 플럭스는 부식성이 매우 강하므로 브레이징 후 잔류물을 제거해야 합니다.

현재 알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징은 여전히 ​​플럭스 피막 제거에 의존하고 있습니다. 브레이징 플럭스에는 염화물계 플럭스와 불화물계 플럭스가 있습니다. 염화물계 플럭스는 산화 피막 제거 능력이 뛰어나고 유동성이 좋지만, 모재에 심각한 부식성을 나타냅니다. 브레이징 후 잔류물을 완전히 제거해야 합니다. 불화물계 플럭스는 피막 제거 효과가 우수하고 모재에 부식이 없는 새로운 유형의 플럭스입니다. 하지만 융점이 높고 열 안정성이 낮아 알루미늄-실리콘 솔더에만 사용할 수 있습니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징 시에는 진공, 중성 또는 불활성 분위기가 흔히 사용됩니다. 진공 브레이징을 사용할 경우, 진공도는 일반적으로 10-3Pa 정도에 도달해야 합니다. 보호 가스로 질소 또는 아르곤 가스를 사용할 경우, 순도가 매우 높아야 하며 이슬점은 -40℃ 미만이어야 합니다.

3. 브레이징 기술

알루미늄 및 알루미늄 합금의 브레이징은 공작물 표면 세척에 대한 높은 요구 사항을 가지고 있습니다. 좋은 품질을 얻으려면 브레이징 전에 표면의 오일 얼룩과 산화 피막을 제거해야 합니다. 60 ~ 70℃의 온도에서 5 ~ 10분 동안 Na2CO3 수용액으로 표면의 오일 얼룩을 제거한 다음 깨끗한 물로 헹굽니다. 표면 산화 피막은 20 ~ 40℃의 온도에서 2 ~ 4분 동안 NaOH 수용액으로 에칭하여 제거할 수 있습니다. 그런 다음 뜨거운 물로 세척합니다. 표면의 오일 얼룩과 산화 피막을 제거한 후 공작물을 HNO3 수용액으로 2 ~ 5분 동안 광택 처리한 다음 흐르는 물에 세척하고 마지막으로 건조합니다. 이러한 방법으로 처리된 공작물은 다른 먼지로 만지거나 오염되어서는 안 되며 6 ~ 8시간 이내에 브레이징해야 합니다. 가능하면 즉시 브레이징하는 것이 좋습니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 브레이징 방법에는 주로 화염 브레이징, 납땜 인두 브레이징, 그리고 퍼니스 브레이징이 있습니다. 이러한 방법들은 일반적으로 브레이징에 플럭스를 사용하며, 가열 온도와 유지 시간에 대한 엄격한 요건을 가지고 있습니다. 화염 브레이징 및 납땜 인두 브레이징 시에는 플럭스의 과열 및 파손을 방지하기 위해 열원에서 플럭스를 직접 가열하지 마십시오. 알루미늄은 아연 함량이 높은 연납에 용해될 수 있으므로, 모재 부식을 방지하기 위해 접합부가 형성되면 가열을 중단해야 합니다. 경우에 따라 알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징은 플럭스를 사용하지 않고 초음파 또는 스크래핑 방법을 사용하여 피막을 제거하는 경우도 있습니다. 브레이징을 위해 스크래핑을 사용하여 피막을 제거하는 경우, 먼저 작업물을 브레이징 온도까지 가열한 후, 솔더 봉(또는 스크래핑 도구)의 끝부분으로 작업물의 브레이징 부분을 긁어냅니다. 표면 산화막을 파괴하는 과정에서 땜납 끝이 녹아 모재를 적시게 됩니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 브레이징 방법에는 주로 화염 브레이징, 퍼니스 브레이징, 딥 브레이징, 진공 브레이징, 가스 차폐 브레이징이 있습니다. 화염 브레이징은 주로 소형 공작물 및 단품 생산에 사용됩니다. 산소 아세틸렌 화염을 사용할 때 아세틸렌의 불순물과 플럭스의 접촉으로 인한 플럭스 손상을 방지하기 위해, 모재의 산화를 방지하기 위해 환원성이 약한 가솔린 압축 공기 화염을 사용하는 것이 적합합니다. 특수 브레이징 시에는 브레이징 플럭스와 용가재를 미리 브레이징 위치에 놓고 공작물과 동시에 가열할 수 있습니다. 공작물을 먼저 브레이징 온도까지 가열한 후, 플럭스가 담긴 땜납을 브레이징 위치로 보낼 수도 있습니다. 플럭스와 용가재가 용융된 후, 용가재가 고르게 채워진 후 가열 화염을 천천히 제거합니다.

공기로에서 알루미늄 및 알루미늄 합금을 브레이징할 경우, 브레이징 용가재를 미리 설정하고, 브레이징 플럭스를 증류수에 녹여 50% ~ 75% 농도의 진한 용액을 제조한 후 브레이징 표면에 도포하거나 분사해야 합니다. 브레이징 용가재와 브레이징 표면에 적정량의 분말 브레이징 플럭스를 도포한 후, 조립된 용접부를 브레이징 가열로에 넣어 가열합니다. 모재가 과열되거나 용융되는 것을 방지하기 위해 가열 온도는 엄격하게 제어되어야 합니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 딥 브레이징에는 일반적으로 페이스트 또는 포일 솔더가 사용됩니다. 조립된 공작물은 브레이징 전에 예열하여 브레이징 온도에 가깝게 온도를 맞춘 후, 브레이징 플럭스에 담가 브레이징합니다. 브레이징 중에는 브레이징 온도와 시간을 엄격하게 관리해야 합니다. 온도가 너무 높으면 모재가 쉽게 용해되어 솔더가 손실되기 쉽고, 온도가 너무 낮으면 솔더가 충분히 녹지 않아 브레이징 속도가 감소합니다. 브레이징 온도는 모재의 종류와 크기, 필러 금속의 조성 및 융점에 따라 결정되며, 일반적으로 필러 금속의 액상선 온도와 모재의 고상선 온도 사이입니다. 플럭스 배스에 공작물을 담그는 시간은 솔더가 완전히 용융되어 흐를 수 있도록 해야 하며, 지지 시간은 너무 길어서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 솔더의 실리콘 성분이 모재로 확산되어 이음매 근처의 모재가 취성을 일으킬 수 있습니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 진공 브레이징에서는 금속 작동 활성제를 사용하여 알루미늄 표면 산화막을 개질하고 솔더의 습윤 및 확산을 보장합니다. 마그네슘은 입자 형태로 공작물에 직접 사용하거나, 증기 형태로 브레이징 영역에 도입하거나, 알루미늄-실리콘 솔더에 합금 원소로 첨가할 수 있습니다. 구조가 복잡한 공작물의 경우, 마그네슘 증기가 모재에 미치는 영향을 충분히 확보하고 브레이징 품질을 향상시키기 위해 국소 차폐 공정을 사용하는 경우가 많습니다. 즉, 공작물을 먼저 스테인리스 스틸 상자(일반적으로 공정 상자라고 함)에 넣은 다음 진공로에 넣어 브레이징을 가열합니다. 진공 브레이징 알루미늄 및 알루미늄 합금 접합부는 표면이 매끄럽고 브레이징 접합부가 조밀하며 브레이징 후 세척할 필요가 없습니다. 그러나 진공 브레이징 장비는 가격이 비싸고 마그네슘 증기가 노를 심각하게 오염시키므로 자주 세척하고 유지 관리해야 합니다.

중성 또는 불활성 분위기에서 알루미늄 및 알루미늄 합금을 브레이징할 때 마그네슘 활성제 또는 플럭스를 사용하여 피막을 제거할 수 있습니다. 마그네슘 활성제를 사용하여 피막을 제거하는 경우 필요한 마그네슘 양이 진공 브레이징보다 훨씬 적습니다. 일반적으로 w(mg)는 약 0.2% ~ 0.5%입니다. 마그네슘 함량이 높으면 접합부의 품질이 저하됩니다. 불소 플럭스와 질소 보호를 사용하는 NOCOLOK 브레이징 방법은 최근 몇 년 동안 빠르게 개발된 새로운 방법입니다. 불소 플럭스의 잔류물은 습기를 흡수하지 않고 알루미늄을 부식시키지 않으므로 브레이징 후 플럭스 잔류물을 제거하는 과정을 생략할 수 있습니다. 질소 보호 하에서는 소량의 불소 플럭스만 코팅하면 되며, 필러 금속이 모재를 잘 적실 수 있어 고품질 브레이징 접합부를 쉽게 얻을 수 있습니다. 현재 이 NOCOLOK 브레이징 방법은 알루미늄 라디에이터 및 기타 부품의 대량 생산에 사용되고 있습니다.

불소계 플럭스 이외의 플럭스로 브레이징된 알루미늄 및 알루미늄 합금의 경우, 브레이징 후 플럭스 잔류물을 완전히 제거해야 합니다. 알루미늄용 유기 브레이징 플럭스의 잔류물은 메탄올, 트리클로로에틸렌과 같은 유기 용액으로 세척하고, 수산화나트륨 수용액으로 중화한 후, 마지막으로 냉온수로 세척할 수 있습니다. 알루미늄용 브레이징 플럭스에는 염화물이 잔류하며, 다음과 같은 방법으로 제거할 수 있습니다. 먼저 60~80℃의 뜨거운 물에 10분간 담근 후, 브레이징 접합부의 잔류물을 솔로 깨끗이 닦아내고, 냉수로 세척합니다. 그런 다음 15% 질산 수용액에 30분간 담근 후, 마지막으로 냉수로 헹굽니다.