브레이징에 사용되는 가장 일반적인 가스는 연료가 아니라 보호 분위기입니다. 이는 접합부를 산소로부터 보호하도록 설계되었습니다. 주로 사용되는 가스는 질소(N₂), 수소(H₂), 아르곤(Ar)이며, 종종 해리 암모니아로 생성된 이들의 혼합물입니다. 각 가스는 고온 브레이징 주기 동안 산화를 방지하는 중요한 역할을 합니다.
이해해야 할 핵심 원리는 용광로 또는 유도 브레이징에서 브레이징 "가스"의 역할이 거의 항상 분위기 제어라는 것입니다. 그 역할은 금속 산화물 형성을 방지하는 것입니다. 금속 산화물은 강하고 깨끗하며 적절하게 젖은 브레이징 접합부를 만드는 데 주요 장벽입니다.
보호 분위기가 중요한 이유
브레이징 온도에서 금속은 공기 중의 산소와 매우 빠르게 반응합니다. 이 반응은 접합하려는 부품 표면에 얇고 종종 보이지 않는 산화물 층을 생성합니다.
산화의 문제점
산화물은 오염 물질 층 역할을 합니다. 이는 용융된 브레이징 필러 금속이 모재 금속과 직접적이고 깨끗하게 접촉하는 것을 방해합니다.
먼지 덮인 표면에 스티커를 붙이려고 하는 것과 비슷하다고 생각해보세요. 스티커는 표면 자체가 아니라 먼지에 달라붙어 약하고 신뢰할 수 없는 결합을 초래합니다.
분위기가 접합부를 보호하는 방법
제어된 분위기는 브레이징 환경에서 산소가 풍부한 공기를 대체합니다. 특정 가스로 부품을 둘러쌈으로써 산소가 금속에 도달하는 것을 방지하거나 이미 형성된 가벼운 산화물을 적극적으로 제거합니다.
이를 통해 필러 금속이 모세관 현상을 통해 금속 표면을 깨끗하게 흐를 수 있도록 하여 강력한 야금학적 결합을 생성합니다.
일반적인 브레이징 분위기 유형
브레이징 분위기는 일반적으로 불활성 또는 화학적으로 활성(환원성)으로 분류됩니다. 선택은 접합되는 모재 금속과 원하는 결과에 따라 달라집니다.
불활성 분위기: 보호막
불활성 가스는 비반응성입니다. 그들의 유일한 임무는 용광로나 브레이징 영역에서 산소를 물리적으로 대체하는 것입니다.
- 질소(N₂): 이는 특히 구리와 탄소강 브레이징에서 산화 방지를 위한 가장 일반적이고 비용 효율적인 분위기입니다.
- 아르곤(Ar): 아르곤은 질소보다 무겁고 더 불활성 가스입니다. 더 비싸지만 반응성이 높은 금속에 탁월한 보호 기능을 제공합니다.
환원 분위기: 세척제
환원 분위기는 산소를 대체할 뿐만 아니라 금속 표면에서 기존의 가벼운 산화물과 적극적으로 반응하여 제거합니다.
- 수소(H₂): 순수 수소는 강력한 환원제이며 스테인리스강, 니켈 합금 및 단단한 산화물을 형성하는 기타 재료를 브레이징하는 데 탁월합니다. 매우 밝고 깨끗한 접합부를 생성합니다.
- 해리 암모니아(DA): 이는 순수 수소에 대한 저렴한 대안입니다. 암모니아(NH₃)를 가열하여 75% 수소와 25% 질소 혼합물로 분해하여 고도로 환원적인 분위기를 만듭니다.
- 질소-수소 혼합물: 더 많은 제어를 위해 특정 혼합물(예: 95% N₂ / 5% H₂)은 순수 수소보다 인화성이 낮고 취급하기에 더 안전하면서도 일부 환원 능력을 제공합니다.
진공: 궁극적인 분위기 부재
가스는 아니지만 진공은 브레이징에 가장 효과적인 "분위기"입니다. 밀폐된 챔버에서 거의 모든 공기를 펌핑하여 산소 및 기타 오염 물질을 제거합니다.
이 방법은 티타늄 및 지르코늄과 같은 극도로 반응성이 높은 금속을 브레이징하는 데 필수적이며, 복잡하고 고순도 항공우주 응용 분야에도 필수적입니다.
절충점 이해
올바른 분위기를 선택하는 것은 비용, 성능 및 안전의 균형을 맞추는 것을 포함합니다. 모든 응용 분야에 "최고의" 가스는 없습니다.
비용 vs. 순도
질소는 아르곤보다 훨씬 저렴합니다. 많은 일반적인 응용 분야에서 질소는 충분한 보호 기능을 제공하므로 가능한 경우 기본 선택입니다.
성능 vs. 안전
순수 수소는 브레이징하기 어려운 금속에 가장 깨끗한 결과를 제공합니다. 그러나 인화성이 높고 특수 취급 절차와 안전 장비가 갖춰진 용광로가 필요하여 운영 복잡성과 비용이 증가합니다.
가스 순도 및 이슬점
모든 분위기의 효과는 순도에 크게 좌우됩니다. 소량의 습기(수증기) 또는 산소 오염도 산화를 유발할 수 있습니다. 습기 함량 측정치인 이슬점은 일관된 브레이징 결과를 위해 모니터링해야 하는 중요한 매개변수입니다.
귀하의 응용 분야에 적합한 선택
브레이징 가스 선택은 접합하는 재료와 최종 제품의 품질 요구 사항에 따라 결정됩니다.
- 구리 또는 탄소강의 비용 효율적인 브레이징에 중점을 둔다면: 질소는 일반적으로 저렴한 비용으로 탁월한 보호 기능을 제공하는 최선의 선택입니다.
- 스테인리스강 또는 단단한 산화물을 가진 합금을 브레이징하는 경우: 산화물을 적극적으로 환원하고 깨끗한 접합부를 보장하려면 수소 혼합물 또는 순수 수소 분위기가 필요합니다.
- 티타늄과 같은 반응성이 높은 금속을 접합하거나 중요한 항공우주 부품의 경우: 부품 오염을 방지하는 유일한 신뢰할 수 있는 옵션은 고품질 진공입니다.
- 수소의 성능이 필요하지만 비용 제약이 있는 경우: 해리 암모니아는 순수 수소보다 저렴한 가격으로 강력한 환원 분위기를 제공합니다.
궁극적으로 올바른 분위기를 선택하는 것은 성공적인 브레이징을 달성하는 데 필수적입니다.
요약표:
| 브레이징 분위기 유형 | 주요 특징 | 최적 재료 |
|---|---|---|
| 질소 (N₂) | 비용 효율적, 불활성, 산소 대체 | 구리, 탄소강 |
| 수소 (H₂) | 강력한 환원제, 산화물 제거 | 스테인리스강, 니켈 합금 |
| 아르곤 (Ar) | 고도로 불활성, 우수한 보호 | 반응성 금속 |
| 해리 암모니아 | 75% H₂ / 25% N₂ 혼합물, 비용 효율적인 환원제 | 스테인리스강 (비용에 민감한 경우) |
| 진공 | 거의 모든 공기 제거, 최고 순도 | 티타늄, 지르코늄, 항공우주 부품 |
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올바른 브레이징 분위기를 선택하는 것은 산화를 방지하고 접합부의 강도와 무결성을 보장하는 데 중요합니다. 잘못된 선택은 약한 결합, 오염 및 제품 고장으로 이어질 수 있습니다.
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