모든 브레이징 분위기에서 가장 바람직하지 않은 단일 가스는 산소입니다. 미량의 산소와 이를 포함하는 가스(예: 수증기 또는 이산화탄소)는 고온에서 금속 산화물을 형성하여 필러 금속이 모재에 제대로 접착되는 것을 방해하기 때문에 브레이징 접합부 실패의 주요 원인입니다.
브레이징 분위기의 핵심 목적은 접합되는 금속 표면에 산화물이 형성되는 것을 방지하는 것입니다. 따라서 직간접적으로 산소를 유입시키는 모든 가스는 전체 브레이징 공정을 근본적으로 훼손합니다.
브레이징 분위기의 중요한 역할
브레이징은 모세관 현상을 통해 필러 금속이 녹아 접합부로 흘러들어갈 수 있는 온도로 금속을 가열하는 것에 의존합니다. 이 가열 주기 동안 용광로 내부의 분위기는 수동적이지 않습니다. 이는 접합부의 성공 또는 실패를 결정하는 중요한 변수입니다.
산화 방지
높은 브레이징 온도에서 금속은 사용 가능한 산소와 매우 빠르게 반응하여 얇고 점착성이 있는 금속 산화물 층을 형성합니다. 이 산화물 층은 장벽 역할을 하여 용융된 브레이징 필러 금속이 모재와 직접 접촉하는 것을 방해합니다. "젖음성 불량"으로 알려진 이 현상은 약하거나 존재하지 않는 접합부의 주요 원인입니다.
필러 금속 흐름 촉진
깨끗하고 산화되지 않은 표면은 용융된 필러 금속을 접합부의 좁은 틈으로 끌어들이는 모세관 작용에 필수적입니다. 적절한 브레이징 분위기는 가열하는 동안 표면을 보호하여 깨끗하게 유지하고 필러 금속이 전체 접합부에 자유롭고 균일하게 흐르도록 합니다.
주요 원인: 산소 및 그 공급원
순수한 산소가 명백한 적이지만, 브레이징 공정에는 덜 직접적인 공급원에서 유입되는 경우가 많습니다. 고품질 접합부를 얻으려면 이를 제어하는 것이 가장 중요합니다.
자유 산소 (O₂)
이것이 가장 직접적인 오염원입니다. 용광로의 누출, 오염된 분위기 가스 또는 가열 주기 시작 전에 용광로 챔버를 충분히 퍼지하지 않아 발생할 수 있습니다. 수백만분의 일(ppm)의 산소만으로도 스테인리스강과 같은 민감한 재료를 산화시킬 수 있습니다.
수증기 (H₂O)
수증기는 종종 과소평가되는 주요 산소 공급원입니다. 높은 브레이징 온도에서 물 분자는 해리되어 뜨거운 금속 부품에 쉽게 산화물을 형성하는 산소를 방출할 수 있습니다. 분위기 가스의 수분 함량(이슬점으로 측정)은 모니터링하고 제어해야 하는 중요한 매개변수입니다.
이산화탄소 (CO₂)
수증기와 유사하게 이산화탄소도 브레이징 온도에서 산소 공급원이 될 수 있습니다. CO₂ 분자는 분해되어 많은 일반적인 금속, 특히 크롬 또는 기타 쉽게 산화되는 원소를 포함하는 금속에 해로울 수 있는 "산화 전위"를 생성할 수 있습니다.
기타 반응성 가스
염소 또는 황 화합물과 같은 가스도 매우 바람직하지 않습니다. 이들은 반드시 산화물을 형성하지는 않지만, 매우 부식성이 강하며 기본 금속과 공격적으로 반응합니다. 이는 젖음성을 억제하고 치명적인 브레이징 후 부식 또는 접합부 파손으로 이어질 수 있는 다른 표면 화합물(염화물 등)을 생성합니다.
장단점 이해: 불활성 분위기 대 환원 분위기
브레이징 분위기는 일반적으로 불활성 또는 활성(환원)으로 분류됩니다. 선택은 접합되는 재료, 필러 금속 및 비용 고려 사항에 따라 달라집니다.
불활성 분위기: 보호자
질소(N₂) 및 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스는 단순히 산소를 대체하여 작동합니다. 이들은 산화물이 형성될 수 없는 환경을 조성하는 수동적인 보호자입니다. 질소는 많은 응용 분야에서 비용 효율적인 핵심 가스이며, 고순도(및 더 비싼) 아르곤은 티타늄과 같은 고감도 재료에 사용됩니다.
환원 분위기: 세척제
일반적으로 수소(H₂)를 포함하는 활성 또는 "환원" 분위기는 한 단계 더 나아갑니다. 수소는 산소를 대체할 뿐만 아니라 산소와 반응하여 수증기(H₂O)를 형성함으로써 가벼운 표면 산화물을 적극적으로 제거하며, 이 수증기는 용광로에서 배출됩니다. 이는 가벼운 기존 산화물이 있을 수 있는 부품을 세척하는 데 탁월합니다.
이슬점 딜레마
수소 함유 분위기를 사용하면 중요한 절충점이 발생합니다. 수소는 수증기를 형성하여 산화물을 세척하지만, 그 수증기 농도가 너무 높아지면(높은 이슬점) 부품을 재산화시킬 수 있습니다. 성공적인 환원 분위기는 생성된 수증기가 지속적으로 제거되어 전체 분위기를 건조하게 유지하는 신중한 균형이 필요합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
올바른 분위기를 선택하는 것은 재료, 품질 요구 사항 및 예산의 함수입니다.
- 탄소강의 비용 효율적인 브레이징이 주요 초점인 경우: 표준 질소 분위기는 일반적으로 심한 산화를 방지하고 고품질 접합부를 생산하기에 충분합니다.
- 스테인리스강, 초합금 또는 기타 민감한 금속의 브레이징이 주요 초점인 경우: 순수 아르곤 또는 낮은 이슬점을 가진 질소/수소 혼합물과 같은 고순도, 매우 건조한 분위기를 사용해야 합니다.
- 주기 동안 가벼운 표면 산화물이 있는 부품을 세척하는 것이 주요 초점인 경우: 수소 비율이 포함된 환원 분위기는 젖음성을 위한 깨끗한 표면을 보장하는 이상적인 선택입니다.
궁극적으로 용광로 분위기를 제어하는 것은 일관되고 고품질의 브레이징 접합부를 얻는 데 가장 중요한 단일 요소입니다.
요약 표:
| 가스 유형 | 바람직하지 않은 이유 | 일반적인 공급원 |
|---|---|---|
| 산소 (O₂) | 금속 산화물을 직접 형성하여 필러 금속의 젖음성을 방해합니다. | 공기 누출, 오염된 가스, 불충분한 퍼지. |
| 수증기 (H₂O) | 고온에서 해리되어 산소를 방출합니다. | 분위기 가스의 높은 이슬점. |
| 이산화탄소 (CO₂) | 분해되어 산화 전위를 제공할 수 있습니다. | 분위기 가스의 불순물. |
| 염소/황 화합물 | 젖음성을 억제하는 부식성 표면 화합물을 형성합니다. | 오염된 가스 또는 부품. |
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