KR100320146B1 - 납땜용부식방지알루미늄재료및그제조방법 - Google Patents

Abstract

납땜용 부식방지 알루미늄재료는, 알루미늄재의 표면에 납땜용 금속과 Zn 또는 Zn합금이 섞여진 용사층이 형성되어 있다. 남땜용 금속으로서는, Al와 Si의 혼합체 및/또는 Al-Si계합금 혹은 Si가 있다. 이 납땜용 부식방지 알루미늄재료는, 납땜용 금속으로 된 제1분말과 Zn을 포함하는 부식방지용인 제2분말을 혼합분말로 하고, 이 혼합분말을 알루미늄재의 표면에 용사하므로써 제조된다.

Description

납땜용 부식방지 알루미늄재료 및 그 제조방법.

이 발명은 예를 들어서, 납땜방법에 따라 제작되는 열교환기의 구성부재 등으로 사용되는 납땜용 알루미늄재료, 특히 내식성이 요구되는 부재에 바람직하게 사용되는 납땜용 알루미늄재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

또, 이 명세서에 있어서 알루미늄이라는 말은 그 합금을 포함하는 의미로 사용된다.

알루미늄재의 표면에, 용사(溶射)에 의해 Al-Si계합금으로 구성되는 납재층을 피복형성하여 납땜용 재료로 하는 기술은, 이미 알려지고 있다. 그러나, 납재층을 형성하는 것만으로는 납땜후에 내식성을 부여할 수 없다.

그래서 내식성을 부여할 수 있는 납땜용 알루미늄재료의 제조방법으로서 납재층에 용사를 형성하기 전에 먼저 Zn 또는 Zn합금을 알루미늄재의 표면에 용사하여 부식방지층을 형성하고, 그 다음에 납재를 용사하는 방법이 제안되고 있다 (예를 들면 특개평 1-157794호,특개평 2-46969호).

그러나, 이 방법에서는 부식방지층과 납재층을 순차적으로 따로따로 형성하는 까닭에 용사장치(溶射裝置) 전후 2단으로 배치하지 않으면 않되므로 제조라인이길어진다거나 비용이 많이든다고 하는 결점이 있었다.

그 뿐아니라, 납재층이 부식방지층 위에 형성되므로 납재층의 표면이 넓어서 대기와 접촉하여 강고한 산화피막이 형성되기 쉬우며, 이 산화피막이 납땜성을 저해하므로 양호한 납땜을 할 수 없다고 하는 결점도 있었다. 그래서 이와 같은 납땜용의 부식방지 알루미늄재료는 실용화되지 않고 있다.

이 발명의 목적은 내식성을 부여할 수 있는 납땜용 알루미늄재료를 용사법에 의해 제조하는 것이면서도 제조라인이 너무길어지는등 파생시키는 일이 없을 뿐아니라, 납땜성에도 우수한 납땜용 부식방지 알루미늄재료를 제공하는 데에 있다.

이 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 납땜용 알루미늄재료의 제조방법을 제공하는 데에 있다.

상기한 목적은 알루미늄재의 표면에 납땜용 금속과 Zn 또는 Zn합금이 뒤섞인 용사층이 형성되는 것을 특징으로 하는 납땜용 부식방지 알루미늄재료에 의해 달성된다. 그리고 또, 납땜용인 제1분말과 Zn을 포함하는 부식방지용인 제2분말을 혼합하여 혼합분말로 하고 이 혼합분말을 알루미늄재의 표면에 용사하는 것을 특징으로 하는 납땜용 부식방지 알루미늄재료의 제조방법에 의해 달성된다.

이 발명의 또 다른 목적과 특징, 그리고 이익은 도면을 참조한 이하의 설명에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이 발명에 사용되는 알루미늄재의 조성은 특별히 한정되는 것이 아니라, 용도와의 관련에 의해 요구되는 각종 재질의 것을 사용하면 된다. 또, 알루미늄재의 가공방법도 특별히 한정되는 것이 아니라 압출재, 압연재, 주조재, 기타 각종 재료를 사용할 수 있다. 또, 알루미늄재의 단면형상도 한정되는 것이 아니라 용도와의 관계에 의해 결정되는 임의의 형상으로 제작하면 된다.

알루미늄재 표면의 용사층에 있어서 납땜용 금속은 납재로서 기능한 것이다. 이와 같은 납땜용 금속으로서는 대표적으로 Al-Si계합금을 들 수 있다. 이 경우 Al-Si계합금으로서는 Al와 Si만을 함유하는 Al-Si합금만을 의미하는 것이 아니고 Al, Si외에도 제3성분이 첨가된 예를 들면 Al-Si-Zn합금이어도 되고, Al-Si합금과 Al-Si-Zn합금의 혼합체이어도 된다. 또, 납땜용 금속은 납재로서의 기능을 보유하면 되기 때문에 Al단체와 Si단체의 혼합체이어도 되고 또, 납땜용 금속은 Si단체로 이루어지는 것이어도 된다. 이 Si는 그 후의 납땜가열시에 알루미늄재의 모재인 Al과 반응하여 납재로서의 Al-Si합금을 형성하여 납땜을 가능하게 한다.

상기한 Zn 또는 Zn합금은 납땜 후의 알루미늄재에 내식성을 부여하는 것이다. 구체적으로 Zn단체이어도 좋고 혹은 Zn-Al계합금이어도 좋으며 또는 Zn과 Zn-Al계합금의 혼합체이어도 좋다. 또, Zn-Al계의 합금은 Zn과 Al한을 함유하는 Zn-Al합금만을 의미하는 것은 아니고 Zn,Al외에 제3성분이 첨가된 예를 들면 Zn-Al-Si합금이어도 좋다.

또, 용사층에는 용제입자가 분산되어 있어도 좋다. 이 경우에는 납땜에 있어서 접합부에 별도로 용제를 도포할 필요가 없어진다.

상기한 바와 같은 알루미늄재료의 제조방법에 대해 설명하자면 다음과 같다.

즉, 먼저 납땜용 금속으로 된 제1분말과 Zn을 함유하는 부식방지용인 제2분말을 준비한다. 제1분말로서는 상기한 바와 같이 Al-Si계합금분말이어도 되고 Al분말과 Si분말의 혼합분말이어도 되며, Al분말과 Si분말의 혼합분말에 다시 Al-Si계합금분말을 혼합한 것이어도 되고 Si분말만으로 된 것이어도 된다.

제1분말로서 Al-Si계합금분말 및/또는 Al분말과 Si분말의 혼합분말을 사용할 경우 분말속의 Si량은 용사에 의한 Al,Si량의 변동을 고려하면서 용사 후의 납재에 점유하는 Si량이 5 내지 40wt%가 되도록 설정하는 것이 좋다. 5wt%미만일 경우 혹은 40wt%를 초과할 경우에는 액상선(液相線)온도가 높아져서 납땜이 어렵게 된다. 특히 바람직하게는 용사 후의 납재속의 Si량이 8 내지 13wt%가 되도록 제1분말 속의 Si량을 설정해 두는 것이 좋다. 또, 제1분말로서 Si분말만을 사용할 경우 Si분말은 납땜시에 양질의 Al-Si합금을 형성시키기 위하여 순도98%이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또, Zn을 함유하는 부식방지용인 제2분말로서는 Zn단체의 분말이어도 좋고, 혹은, Zn-Al계의 합금분말이어도 좋으며, 또는 Zn분말과 Zn-Al계합금분말의 혼합분말이어도 좋다. 이와 같은 제2분말에 있어서의 Zn함유량은, 40wt%이상을 확보하는 것이 바람직하다. 40wt%미만에서는 Zn량이 부족해서 충분한 Zn확산층을 형성할 수 없으므로 납땜 후의 내식성이 저하될 우려가 있을 뿐아니라, 융점의 상승을 초래하여 후술하는 "풀(糊)형상의 효과"가 저하될 위험이 있다. 특히 바람직하게는 제2분말의 Zn량을 85wt%이상 확보하는 것이 좋다.

상기한 제1분말과 제2분말은 이것들을 혼합하여 혼합분말로 하는데 제1분말로서 Al-Si계합금분말 및/또는 Al분말과 Si분말의 혼합분말을 사용할 경우 제1분말과 제2분말의 혼합비율은 중량비를 30:70 내지 95:5로설정하는 것이 좋다. 제1분말이 95wt%를 초과하여 많게 되면 용사시 알루미늄재와의 밀착성이 악화될 위험이 있다. 또, 제1분말이 30wt%이하로 적어지면 납재성분이 감소되어 납땜불량을 일으킬 위험이 있다. 제1분말과 제2분말의 특히 바람직한 혼합비율은 중량비 65:35 내지 90:10이다. 또, 제1분말로서 Si분말을 사용할 경우 같은 이유에서 제1분말과 제2분말의혼합비율은 중량비가 30:70 내지 95:5 바람직하게는 45:55 내지 90:10으로 설정하는 것이 좋다.

제1분말과 제2분말의 혼합분말에 다시 용제를 혼합하여도 좋다. 용재의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만 비부식성 측면에서 불화물계(弗化物系)용제가 좋다. 불화물계용제로서는 예를 들면 불화칼륨(KF)과 불화알루미늄(AlF3)을 중량비 45.8:54.2의 공정조성 내지는 그것에 가까운 조성범위로 함유하여 실질적으로 착체화(錯體化)된 착체혼합물,KALF₄, K₂ALLF₅, K₃ALF₆등의 착체화물을 사용하면 된다. 용제를 사용할 경우 제1분말과 제2분말의 합계와 용제 혼합비율은 중량비가 95:5 내지 60:40가 되도록 설정하는 것이 좋다. 용제가 5wt%미만에서는 부착한 용제의 절대량이 적어지므로 납땜시에 충분한 산화막제거작용을 발휘시킬 수 없다는 우려가 있다. 그와 반대로 용제가 40wt%를 초과하여 많게 되면 과잉납땜이 되기도 하고 납땜 후의 알루미늄재 표면의 용제잔사(殘渣)가 많게 되어서 외관상 품질이 악화되기 쉽게 된다. 제1분말과 제2분말의 합계와 용제분말과의 특히 바람직한 혼합비율은 중량비료 90:10 내지 80:20이다.

상기한 제1분말과 제2분말의 혼합분말 혹은 다시 용제를 혼합한 혼합분말의 용사에 의해 알루미늄재의 표면에는 납땜용 금속과 Zn또는 Zn합금이 혼교착종(混交錯綜)되고 혹은 다시 용제가 혼교착종된 용사층이 형성된다. 용사층의 두께는 양호한 납땜성과 납땜 후의 양호한 내식성을 확보하기 위하여 10㎛이상으로 하는 것이 좋다. 또, 용사후의 Zn부착량은 6 내지 20g/㎡로 설정하는 것이 좋다. Zn부착량이 6g/㎡ 미만에서는 양호한 피막밀착성,내식성을 기대하는 만큼 얻지못 할 우려가 있다. 또, 20g/㎡를 초과하면 초기부식이 빨라질 위험이 있다. 특히 바람직한 Zn부착량은 8 내지 12g/㎡이다. 또, 용제를 사용했을 경우 용제의 부착량은 1 내지 10g/㎡이 바람직하다. 1g/㎡미만의 부착량으로는, 용제의 절대량이 충분한 납땜을 할 수 없는 경우가 있다. 그와 반대로 10g/㎡를 초과하는 부착량에서는 과잉납땜이 되기도 하고 납땜 후의 알루미늄재 표면의 용제잔사가 많게 되어서 외관품질이 악화되기 쉽다. 특히 바람직한 용제부착량은 2 내지 7g/㎡이다.

또, 용사의 조건은 특별히 한정되는 것은 아니지만 바람직하게는 부식방지용인 제2분말에 대해서는 용융시킨다(완전용융이 바람직하다). 또, 납땜용인 제1분말에 대해서는 용융을 억제하고 고체상태 그대로이거나 혹은 표면만을 용융시켜서 실시하는 것이 좋다. 그 이유는 다음과 같다.

즉, 제1분말을 용융시키지 않는 것이 좋다는 이유는 완전용융하는 고온상태에서는 표면에 강고한 산화피막이 생성되기 쉽게 되므로 납땜성을 저해하기 때문이다. 또, 완전히 용융되어 버리면 용사후 응고시에는 입자의 내부에 이르기까지 이미 납땜을 한 것과 동일한 조직상태가 되어 버려 그 후의 납땜시에 있어서 이미 충분한 납땜기능을 발휘할 수 없게 되기 때문이다. 또, 부식방지용인 제2분말을 용융시키는 것이 좋다는 이유는 이 제2분말을 용융액상화하여서 고체상태, 혹은 표면만이 용융된 상기한 제1분말입자의 주위에 밀착하고, 혹은 제1분말입자 사이에 충전하므로써 "풀(糊)형상효과"를 발휘시켜 바인더로서 제1분말입자를 유지하는 동시에 알루미늄재에 밀착시키기 위해서이다. 이와 같이 제2분말을 용융시키는 동시에 제1분말의 용융을 억제하여 용사를 했을 경우에는 알루미늄재의 표면에 형성되는 용사층은 대략 제1분말 그대로의 다수의 납땜용 금속입자가 제2분말이 용융응고된 Zn 또는 Zn합금 속에 분산하고 또, Zn 또는 Zn합금을 통하여 알루미늄재 표면에 유지된 상태로 되어있다. 또, 물론 제1분말의 일부에 완전용융되어 있는 것이 포함되어 있어도 되고, 제2분말의 일부에 용융되어 있지 않는 것이 포함되어 있어도 된다.

이와 같이 제1분말의 용융을 억제하고 또, 제2분말을 억제시켜서 용사를 실시하기 위한 구체적인 용사조건으로서는 플라즈마아아크(plasma arc)용사와 같은 용사는 아니고 용사온도 1000 내지 3000℃정도 (바람직하게는 2300 내지 2900℃정도)(단, 제1분말로서 Al-Si계합금분말 및/또는 Al분말과 Si분말의 혼합분말을 사용할 경우)가 좋다. 용사온도가 1000℃미만에서는 분말표면의 용융이 불충분하게 되어서 알루미늄재와의 밀착성이 열화될 위험이 있다. 그와 반대로 3000℃를 초과하면 내부에까지 완전용융될 우려가 있다. 또, 제1분말로서 Si분말을 사용할 경우에는 같은 이유로 용융온도 2000 내지 4000℃정도(바람직하게는 2500 내지 3500℃정도)가 좋다. 이와 같은 용사온도 영역을 실현하는 용사법으로서 플레임법을 들 수 있다.

제1분말로서 Al-Si게 합금분말 및/또는 Al분말과 Si분말의 혼합분말을 사용할 경우 용사거리는 50 내지 500mm가 바람직하다. 50mm미만에서는 분말이 너무 녹아서 납땜용 금속입자가 산화될 뿐아니라, 알루미늄재 그 자체가 열에 의해 형상변화나 조직변화가 발생될 우려가 있다. 또, 500mm를 초과하면 분말이 재응고하여서 부착량이 저하되며 그로 인하여 납땜성이 저하될 우려가 있다. 특히 바람직한 용사거리는 150 내지 300mm이다. 또, 제1분말이 Si분말일 경우의 용사거리는 50 내지 400mm(바람직하게는 200 내지 300mm)가 좋다.

또, 혼합분말의 공급량은, 30 내지 180g/분으로 설정하는 것이 좋다. 30g/분 미만에서는 제1분말에 대응하는 납땜재의 절대량이 부족하여서 납땜성이 저하될 우려가 있도, 180g/분을 초과하면 용사층이 두껍게 되어서 냉각시의 수축차에 의해 밀착성이 저하되는 동시에 경제성도 나쁘게 될 우려가 있다. 특히 바람직하게는 90 내지 150g/분으로 설정하는 것이 좋다.

또, 제1분말의 입경은, 용융을 방지하기 위하여 아토마이즈분말(atomizing powder)과 같은 편평한 것보다 진구(眞球)분말 또는 이것에 가까운 형상인 것이 바람직하다. 또, 제1분말의 입경이 너무 작으면 완전용융되기 쉬우므로 분말입경은, 평균적으로 10㎛이상 확보하는 것이 좋다. 또, 입경이 평균적으로 200㎛를 초과하면, 인접하는 제1분말끼리의 사이에 간극이 발생되기 쉬워서 납땜재 금속입자가 적어질 우려가 있으므로 10 내지 200㎛의 범위로 하는 것이좋다. 제1분말의 특히 바람직한 입경은 50 내지 150㎛이다.

또, 제2분말의 입경은 "풀형상의 효과"에 입각한 양호한 바인더작용과 밀착성을 확보하기위해 10 내지 200㎛의 범위로 하는 것이 좋다. 10㎛미만에서는 연(延)표면적이 많게 되어서 산화물층도 많게 되므로 밀착성이 악화된다. 또 200㎛를 초과하면 잘 용융되지 않으므로 "풀현상의 효과"가 저하된다. 제2분말의 특히 바람직한 입경은 10 내지 150㎛이다.

또, 상기한 제1, 제2분말은, 용사분출기의 가는 노즐 내를 원활하게 통과하게 하기 위해, 분말의 10wt%이상, 바람직하게는 50wt%이상이 구(球)형상입자인 것이 바람직하다. 또, 용제의 평균입경은, 10 내지 200㎛인 것이 바람직하다.

상기한 용사는 분말입자의 산화를 방지하기 위하여 N₂분위기 등의 비산화성 분위기에서 실시하는 것이 좋다. 또, 제1, 제2분말로서도, 산화농도가 0.05wt%이하의 산화도가 적은 입자를 사용하는 것이 좋다. 산화농도가 0.05wt%를 초과하면 용사시에 밀착성이 악화되는 동시에 납땜성도 악화된다.

또, 용사는 코일형상의 알루미늄재를 감아풀면서 혹은 알루미늄재가 특히 압출재인 경우에는 알루미늄재를 압출기로부터 압출하면서 연속적으로 용사하는 것이 생산효율상 바람직하다.

상기한 바와 같이하여 혼합분말의 용사층을 형성한 이 발명에 관계되는 알루미늄재료는, 그 후 납땜품의 구성부재로서 납땜에 제공되어서 600℃전후의 온도로 가열된다. 이 가열에 의한 온도상승의 과정에서 용사층 속의 Zn 또는 Zn합금이 400℃정도로 납재표면의 산화막을 파괴하면서 용융되기 시작하는 동시에 알루미늄재 표면에 확산하여서 방식층이 형성된다. 또, 납땜용 금속이 Si인 경우에는 그 Si와 알루미늄재 속의 Al이 반응하여서 Al-Si계 합금이 형성된다. 더욱이, 온도가 상승하면서 납땜용 금속이 용융되어 납땜접합이 이루어진다. 또, 용사층에 용재가 분산되고 있는 경우에는 납땜가열에 의해 그 용제가 용융되어서 산화막을 파괴제거하여 납땜용 금속의 양호한 습성(wetting property)을 확보한다.

이 발명에 의하면 납땜용금속으로 구성되는 제1분말과 부식방지용인 제2분말의 혼합분말을 용사하는 까닭에 부식방지층과 납재층을 순차적으로 따로따로 형성할 필요가 없어지고, 1대의 영사장치만 설치하면 되므로 복수의 용사장치 설치때문에 제조라인의 대형화나 비용의 상승을 방지할 수 있다. 그 뿐아니라, 용사층 속에 제2분말에 대응하는 부식방지용인 Zn 또는 Zn합금과 제1분말에 대응하는 납땜용금속이 섞인 상태로 존재하므로 납재가 대기와 접하는 면적을 억제할 수 있고, 산화피막의 형성을 억제할 수 있으므로 납땜성이 저해되는 결점을 경감할 수 있다.

그 뿐아니라, 또 본 발명에 관계되는 알루미늄재료를 사용하여 납땜을 하면 가열에 의한 온도상습에 따라서 융점이 낮은 Zn 또는 Zn합금이 먼저 용융되어서 납재표면의 산화막을 제거하므로 산화막에 기인하는 납땜불량을 더욱 억제할 수 있어서 더욱더 양호한 납땜을 할 수 있다.

또, 제2분말을 용융시키는 한편, 제1분말은 용융을 억제하여 용사를 했을 경우에는 제1분말이 완전용융될 정도의 고온상태가 되는 것을 방지할 수 있어서, 입자의 산화를 억제할 수 있으므로 닙땜불량의 발생을 더욱 방지할 수 있다. 그 뿐아니라, 제1분말입자의 적어도 중심부는 용융되지 않고, 용사전의 조직상태를 그대로 유지하고 있으므로 제1분말입자전체가 이미 납땜을 한 것과 동일한 응고조직이 되는 것을 방지할 수 있으며 나아가서는 중심부를 이용하여 양호한 납땜접합을 달성할 수 있다. 따라서 더욱더 양호한 납땜접합을 달성할 수 있으므로 고품질의 납땜품의 제공이 가능하게 된다.

그 밖에도, 용사시에 용응된 Zn 또는 Zn합금이 제1분말입자의 주위에 부착하고, 혹은 제1분말입자 사이에 충전하여서 그 입자를 유지하는 바인더로서 작용하는 동시에 알루미늄재의 표면에 양호한 밀착성으로 부착하므로, 제1분말이 용융되지 않아도 용사층의 박리 등을 발생시키는 일없이 제1분말입자로서의 납땜용 금속입자를 알루미늄재의 표면에 안정적으로 유지할 수 있다.

또, 용융층에 용재가 포함되어 있을 경우에는 납땜을 하기 전에 접합부에 용재를 도포할 필요가 없어지므로 납땜공정의 간소화를 도모할 수 있다.

(실시예 1)

이 실시예는 납땜용의 제1분말로서 Al-Si합금분말 또는 Al분말과 Si분말의 혼합분말을 사용한 실시예이다.

JIS 1070 Al합금으로 된 폭16mm×높이3mm×두께0.5mm의 다공편평압출재를 제1도 및 제2도에 표시하듯이 압출기(10)로부터 압출한 다음 냉각용 수조(30)로 냉각하고, 그 다음 코일(60)에 연속적으로 감았다. 그리고 냉각용 수조(30)의 출구측에 있어서 압출재(20)의 상하에 용사분출기(40),(40)를 코일방향으로 경사시킨 상태로 배치하였다. 용사분출기로서는 제3도에 표시한 것과 같은 노즐부를 보유하는 플레임(flame)방식의 것을 사용하였다. 이 용사분출기에서는 연료송급관(41)을 통하여 공급되는 연소가스 및 산소의 혼합연료가스가 노즐부선단으로부터 분출하고 점화되어서 원기등형상의 플레임을 형성하고, 분말송급관(42)을 통해 이동되는 가스와 함께 플레임 속에 송급되는 원료분말(43)을 가열한다. 그리고, 가열된 분말은압축공기송급관(44)으로부터 송급되는 압축공기의 분류에 의해 분무형상으로 전방으로 분사되어, 압출재(20)의 표면에 부착되도록 되어 있다. 도면중, (45)는 공기흐름을 표시한다. 또, 본 실시예의 용사건에서는 연료가스로서 O₂:700리터/분, 프로필렌:68리터/분의 혼합가스를 사용하고, 압축공기량은 800리터/분으로 하였다. 또, 플레임온도(용사온도)는 약 2700℃였다.

상기한 구성에 있어서 용사해야 할 분말의 종류, Si량, Zn량 용사조건을 표1 및 표2와 같이 여러종류로 바꾸고, 제1분말의 용융을 억제하는 동시에 제2분말은 용융시켜서 용사를 하고, 압출재(20)의 상하양면에 용사층(50),(50)을 피복형성하였다.

그리고, 얻어진 납땜용 알루미늄재료에 대하여 용사층의 막두께를 측정하였다. 그 결과를 표2에 표시한다. 또, 이들 납땜용 알루미늄재료의 용사층을 눈으로 관찰한 바, No.10,12의 각 시료에 대해서는 일부에 약간의 박리를 볼 수 있었지만 실용상의 문제는 없었다. 또, No.17의 시료에 대해서는 용사시에 용사재의 숨구멍을 볼 수 있었다.

다음에 상기한 바와 같이하여 제작한 각 납땜용 알루미늄재료를 열교환 튜브로 사용하여서 제4도 및 제5도에 표시하는 소위 멀티플로우형의 알루미늄제 열교환기에 각각 조립하였다. 또, 제4도 및 제5도에 표시하는 열교환기는 수평상태로 상하로 평행하게 배치된 상기한 납땜용 알루미늄재료로 된 다수개의 튜브(71)와 인접하는 튜브(71)사이에 배치된 파형핀(corrugate fin)(72)을 구비하고, 또 좌측헤더(header)(73)의 상하둘레면에는 냉매입구관(75)과 동출구관(76)이 접속되는 동시에 좌우헤더에는 냉매회로와 S자형회로에 칸을 막는 칸막이판(77)이 설치되어 있다. 또, 파형핀(72)으로서는 JIS 3003 Al합금으로 된 두께 0.15mm의 것을 사용하였다.

다음에 상기한 각 열교환기 조립물에 용제현탁액을 도포하여 건조시킨 다음, N₂분위기속에서 600℃ ×3분 가열하고, 튜브(71)와 파형핀(72), 그리고 튜브(71)와 헤더(73),(74) 그밖에 각 구성부재를 납땜하였다. 이 때 튜브(71)와 파형핀(72)의 접합은, 튜브표면의 용사층에 의해 실시하고, 튜브(71)와 헤더(73),(74)의 접합은 헤더의 내외면에 클래드된 납재에 의해 실시하였다.

그리고, 각 열교환기의 튜브(71)에 대하여 파형핀(72)과의 접합율을 구하므로써 납땜성을 평가하였다. 접합율은 파형핀(72)의 산(山)부분을 남기고 핀을 절제하여 핀이 남아있는 부분의 수의 전체산부분에 대한 접합비율을 가리키며 일부 남아있는 것은 산부분을 4등분하여 계산하였다.

또 비교예(시료 No.21)로서 JIS 1070 Al합금제인 압출튜브재의 표면에 Zn피막(막두께1.6㎛)을 DC아아크 용사에 의해 피복형성하였다. 파형핀으로서 JIS 3003 Al합금심재의 양면에 Al-Si게 납재를 클래드(clad)한 브레이징시이트(brazing sheet)(납재의 편면두께 20㎛)의 형성체를 사용하였다. 그리고, 이들 튜브와 파형핀을 사용하여 제4도 및 제5도에 표시하는 열교환기에 조립하여 상기한 것과 동일 조건으로 납땜을 하고 접합율을 조사하였다.

또, 시료 No.2 및 3의 공시품에 대하여 열교환기에 조립하기 전에 압출튜브표면의 용사층 단면의 금속조직을 현미경으로 확대관찰하였다. 그때의 현미경 사진을 제6도, 제7도(시료 No.2), 제9도, 제10도(시료 No.3)에 표시한다.

이들의 사진에 있어서, (a)는 용사층전체를 현출시킨 것이고, (b)는 Zn성분만을 현출시킨 것이며, (c)는 용사층 중의 Si성분만을 현출시킨 것, 그리고 (d)는 Al성분만을 현출시킨 것이다. 또, 제6도의 사진을 모식적으로 표시한 도면을 제8도에, 그리고 제9도의 사진을 모식적으로 표시한 도면을 제11도에 각각 표시한다.

제6도, 제7도, 제9도, 제10도의 금속조직사진에 대표되듯이 본 발명의 실시품은, 용사층(50)에 있어서 납재입자(51)(제8도, 제11도에 표시함)의 구형상이(球形狀)유지되게 되고, 따라서 용사에 의해 입자의 표면만이 용융되고, 중심부분은 비용융상태 그대로, 혹은 전혀 용융되지 않고, 고체상태 그대로 존재하게 된다는 것을 알 수 있다. 그리고, 이 납재입자의 표면에 용융된 Zn(52)이 부착되게 된다는 것을 알 수 있다. 또, 표2의 결과로 이와 같은 본 발명의 실시품은, 접합부에 충분한 필릿(fillet)이 형성되어서 브레이징시이트를 사용한 비교품(시료 No.21)과 동등 혹은 그 이상으로 납땜성이 우수하다는 것도 알 수 있다.

또, 시료 No.1에 표시하는 본 발명의 실시품 및 시료 No.21의 비교품에 관계되는 열교환기를 CCT부식시험(복합부식시험)에 제공하여 120사이클후의 튜브의 부식깊이를 조사한 결과, 표2에 표시하듯이 실시품이 130㎛, 비교품이 140㎛였다. 따라서, 본 발명에 의하여 우수한 내식성까지도 부여할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

이 실시예는, 제1분말로서 Si분말을 사용한 실시예를 표시한 것이다.

용사해야할 분말의 종류, Zn량 혼합비율 용사조건 등을 표3 및 표4와 같이 여러종류로 바꾼 것 이외는, 실시예1과 동일하게 하여 용사를 하고, 알루미늄 압출재(20)의 상하양면에 용사층을 피복형성하였다. 또, Si분말은, 순도98%의 것을 사용하였다. 또, 시료 No.47에 대해서는 용사시에 용사재에 약간의 숨구멍을 볼 수 있었다.

그리고 얻어진 납땜용 알루미늄재료에 대하여, Si분말과 Zn 또는 Zn합금분말의 합계부착량을 측정한 결과는 표4와 같으며, Si분말입경이 큰 시료 No.43이나, Zn합금분말입경이 큰 시료 No.46이나, 용사거리가 긴 No.51, 그리고, 용사 온도가 낮은 No.52에서는 부착성공율이 약간 나쁘며 부착량이 적게 되었다. 또, 각 시료의 용사층의 단면을 확대하여 금속조직상태를 조사한 결과, 시료 No.41, 43,44,47,49,50,54 내지 56에 대해서는 Si입자형상이 유지되었고, 따라서 용사에 의해 Si입자의 용융이 억제되어 비용융상태 그대로 존재하는 한편, 이 Si입자상호의 간극에 용융된 Zn합금이 충전되어 있었다. 또, 시료 No. 45,46,52에 대해서는 Zn합금의 용융이 다소 불충분하였다. 또, 시료 No.48에 대해서는 Zn합금입자는 용융되었지만 그 절대량이 다소 부족한 것이었다.

또, 시료 No.51에 대해서는 Zn합금입자의 일부에 용융후의 재응고를 볼 수 있었다. 또, 시료 No.42와 53에 대해서는 Zn합금입자는 물론이고, Si입자의 용융도 촉진되고 있었다. 또, 시료 No.50에 대해서는 Si표면의 산화가 심하였다.

다음에 상기한 바와 같이하여 얻어진 각종 납땜총 알루미늄재료에 대하여 이하의 시험을 하였다.

[밀착성 시험]

용사층의 밀착성을 평가하였다. 밀착성은, 길이 600mm로 절단한 각 튜브를 직경 500mm의 링에 짝을 지어서 역U자 형상으로 굽힌 다음, 굽힘방향을 역으로 하여 U자 형상으로 굽히고, 이것을 1사이클로 하는 동시에 이것을 10사이클 반복했을 때의 용사층 등의 박리의 유무에 따라 평가하였다.

[납땜성시험]

실시예1과 동일한 방법에 의하여 핀접합율을 조사하였다.

[내식성시험]

시료 No.41,54에 대하여 실시예1과 동일한 방법에 의하여 내식성을 조사하였다. 그것들의 결과를 표4에 표시한다.

상기한 결과로 알 수 있듯이 본 발명의 실시품은, 알루미늄재에 대한 용사조의 밀착성도 양호하고, 납땜성, 내식성에도 우수한 것을 알 수 있다. 특히 Zn 또는 Zn합금분말을 완전용융시키는 한편, Si분말의 용융을 억제하여 용사를 실시한 실시품(No.41,44,47,54 내지 56)의 경우에는 Zn 또는 Zn합금분말의 용융이 불충분한 No.45,46,51,52에 비하여 밀착성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 또, Si입자의 용융이 촉진되는 No.42,53에 비하여 납땜성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 또, 분말인 Zn 또는 Zn합금의 절대량이 적으면(No.48) 밀착성이 다소 나쁘게 된다는 것도 알 수 있다. 또. Si분말의 절대량이 적은 경우 (No.49)나, 용사거리가 짧은 까닭으로 Si입자의 산화가 심할 경우(No.50)에는 납땜성이 다소 나빠진다는 것도 알 수있다. 또, 부착량이 적을 경우에도(시료 No.43,46, 51,52) 납땜성이 다소 나쁘게 된다는 것을 알 수 있다.

(실시예 3)

실시예2에 있어서의 표3의 시료 No.41 내지 44에 표시되는 제1분말과 제2분말의 혼합분말에 용제를 혼합한 것을 용사재료로서 사용하였다. 제1분말과 제2분말의 합계치와 용제의 증량비는 85:15 및 90:10으로 하였다.

다음에 실시예2의 No.41 내지 44와 동일 조건으로 용사를 하는 동시에 납땝시험에 있어서의 용제현탁액을 도포하지 않았던 점을 제외하고는 실시예2와 동일 조건으로 열교환기를 제조하여 핀접합율을 조사한 결과, 실시예2의 No.41 내지 44와 대략 동일한 값을 얻을 수 있었다.

제1도는, 실시예에 있어서의 용사공정의 개략적 구성도임.

제2도는, 제1도의 주요부의 확대단면도임.

제3도는, 실시예에서 사용한 용사건의 확대단면도임.

제4도는, 실시예에서 제작한 멀티플로우형 알루미늄 열교환기의 정면도임.

제5도는, 제4도의 열교환기의 튜브와 파형핀을 분리하여 표시하는 사시도임.

제6도는, 실시예1에 있어서의 시료No.2의 납땜용 알루미늄재료의 용사층의 금속조직을 표시하는 사진이고, (a)는 용사층전체를 현출시킨 것이며, (b)는 Zn성분만을 현출시킨 것임.

제7도는, 역시 시료No.2의 납땜용 알루미늄재료의 용사층의 금속조직을 표시하는 사진으로서 (c)는 용사층중의 si성분만을 현출시킨 것이고, (d)는 Al성분만을 현출시킨 것임.

제8도는, 제6도의 사진을 모식적으로 표시한 도면임.

제9도는, 실시예1에 있어서의 시료No.3의 납땜용 알루미늄 재료의 용사층 금속조직을 표시하는 사진으로서 (a)는 용사층 전체를 현출시킨 것이고, (b)는 Zn성분만을 현출시킨 것임.

제10도는, 역시 시료 No.3의 납땜용 알루미늄재료의 용사층의 금속조직을 표시하는 사진으로서 (c)는 용사층 중의 Si성분만을 현출시킨 것이고, (d)는 Al성분만을 현출시킨 것임.

제11도는, 제9도의 사진을 모식적으로 표시한 도면임.

Claims (3)

1. Al과 Si의 혼합분말, Al-Si게 합금분말, Al과 Si의 혼합분말을 포함한 Al-Si제 합금분말, Si 분말의 그룹으로부터 선택된 납땝용 급속분말로 된 제1 분말과, Zn 분말 또는 Zn 합금분말로 된 제2 분말을 혼합하여 혼합분말을 형성하는 단계:

   상기 혼합분말을 알루미늄재의 표면에 용사하되, 제2 분말은 용융시키고 제1 분말은 고체상태 또는 표면부만을 용융시킨 상태로 용사하는 단계:

   용융응고된 Zn 또는 Zn 합금 내부에 다수의 입자형 비용융조직의 납땜용 금속이 분산되어 있는 용사층을 상기 알루미늄재의 표면에 형성하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땝용 부식방지 알루미늄재료의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 제1분말과 제2분말이 중량비로 30:70 내지 95:5인 것을 특징으로 하는 납땜용 부식방지 알루미늄재료의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1분말과 제2분말의 혼합분말에 불화물계 용제분말이 더 혼합되고, 상기 제1분말과 제2분말의 합계와 용제분말이 중량비로 95:5 내지 60:40인 것을 특징으로 하는 납땜용 부식방지 알루미늄재료의 제조방법.