브레이징에 가장 적합한 알루미늄 합금은 마그네슘 함량이 낮고 고상(용융) 온도가 높은 합금입니다. 특히 1xxx, 3xxx, 6xxx 계열의 합금은 재료 특성이 브레이징 공정과 매우 호환되므로 훌륭한 후보입니다. 3003 및 6061과 같은 합금은 성형성, 강도 및 우수한 브레이징성의 균형이 잘 잡혀 있어 일반적으로 사용됩니다.
"최고의" 합금을 찾는 것은 근본적으로 호환성을 찾는 것입니다. 성공적인 알루미늄 브레이징은 단일 완벽한 재료를 찾는 것보다 공정의 두 가지 중요한 제약 조건을 이해하는 데 더 많이 달려 있습니다. 즉, 합금의 녹는점은 필러 금속의 유동점보다 안전하게 높아야 하며, 마그네슘 함량은 고집스럽고 브레이징할 수 없는 산화층 형성을 방지할 만큼 충분히 낮아야 합니다.
핵심 과제: 알루미늄 산화층
알루미늄을 접합하기 어려운 이유
모든 알루미늄 합금은 즉시 얇고 단단하며 투명한 알루미늄 산화물(Al₂O₃) 층으로 덮입니다.
이 산화층의 녹는점은 2000°C(3632°F) 이상으로, 알루미늄 모재 자체의 녹는점(약 660°C 또는 1220°F)보다 훨씬 높습니다.
브레이징 필러 금속이 알루미늄과 결합하려면 이 강력한 산화층이 먼저 제거되거나 대체되어야 합니다.
브레이징이 이 장벽을 극복하는 방법
브레이징 공정은 산화층을 제거하기 위해 두 가지 방법 중 하나를 사용합니다. 기존의 용광로 또는 토치 브레이징에서는 화학 플럭스를 사용하여 산화물을 용해하고 대체합니다.
진공 브레이징에서는 부품을 고진공 상태에서 가열합니다. 이 환경은 마그네슘 증기와 같은 금속 활성제와 결합하여 산화층이 분해되도록 하여 필러 금속이 아래의 깨끗한 알루미늄 표면을 적시도록 합니다.
브레이징 가능한 합금 선택을 위한 주요 요소
요소 1: 높은 고상 온도
고상은 합금이 녹기 시작하는 온도입니다. 브레이징이 작동하려면 모재의 고상 온도가 브레이징 필러 금속의 액상(완전 유동) 온도보다 훨씬 높아야 합니다.
이는 "브레이징 창"을 생성합니다. 즉, 필러가 완전히 녹아 있지만 모재는 고체 상태를 유지하고 안정적인 안전한 온도 범위입니다.
대부분의 알루미늄 브레이징 필러는 570°C에서 610°C(1060°F에서 1130°F) 사이에서 흐릅니다. 따라서 이상적인 기본 합금은 이 범위보다 훨씬 높은 온도에서 녹기 시작해서는 안 됩니다.
요소 2: 낮은 마그네슘 함량
마그네슘은 알루미늄 브레이징에 가장 방해가 되는 단일 요소입니다. 일반적으로 기본 합금의 마그네슘 함량은 2.0% 미만이어야 하며, 많은 전문가들은 최상의 결과를 위해 0.5% 미만을 선호합니다.
마그네슘을 함유한 알루미늄 합금이 가열되면 표면에 산화마그네슘이 형성됩니다. 이 산화물은 순수 알루미늄 산화물보다 훨씬 안정적이며 화학 플럭스나 진공 공정으로 제거하기 어렵습니다.
이것이 마그네슘으로 강화된 5xxx 계열의 모든 합금이 일반적으로 브레이징할 수 없는 것으로 간주되는 이유입니다.
장단점 및 문제점 이해
마그네슘의 역할: 흔한 혼동 지점
합금 내 마그네슘과 공정에서 사용되는 마그네슘을 구별하는 것이 중요합니다.
합금 원소로서의 마그네슘(예: 5xxx 계열)은 부품 자체에 내화성 산화층을 생성하기 때문에 해롭습니다.
반대로, 소량의 순수 마그네슘은 종종 진공로 내부에 의도적으로 배치됩니다. 여기서 마그네슘은 "게터" 역할을 하여 증발하고 진공 내 잔류 산소 또는 수증기와 반응하여 알루미늄 부품을 보호하고 산화층을 분해하는 데 도움이 됩니다.
브레이징할 수 없는 및 브레이징하기 어려운 합금
위의 원칙에 따라 일부 합금 계열은 브레이징 응용 분야에서 피해야 합니다.
- 5xxx 계열: 이 합금은 고농도의 마그네슘으로 강화되어 브레이징할 수 없는 것으로 간주됩니다.
- 2xxx 및 7xxx 계열: 이 고강도 합금은 종종 고상 온도가 낮아 브레이징 창이 거의 또는 전혀 없습니다. 복잡한 화학적 조성도 공정을 방해합니다.
귀하의 응용 분야에 적합한 선택
이상적인 합금은 브레이징 용이성, 브레이징 후 강도 또는 기타 제조 고려 사항 중 무엇이 우선순위인지에 따라 달라집니다.
- 최대 브레이징성과 성형성이 주요 초점인 경우: 1xxx(순수 알루미늄) 또는 3xxx(알루미늄-망간) 계열의 합금을 선택하십시오. 이들은 가장 관용적입니다.
- 열처리 후 강도가 주요 초점인 경우: 6061 또는 6063과 같은 6xxx 계열의 합금을 사용하십시오. 이들은 우수한 브레이징성과 접합 후 더 높은 강도로 열처리할 수 있는 능력의 훌륭한 균형을 제공합니다.
- 프로젝트에 고마그네슘 또는 고강도 합금(5xxx, 2xxx, 7xxx)이 필요한 경우: 브레이징이 잘못된 접합 방법일 가능성이 높으므로 TIG 또는 MIG 용접과 같은 대안을 조사하십시오.
이러한 원칙에 따라 처음부터 올바른 재료를 선택하는 것이 성공적인 브레이징 알루미늄 접합을 위한 가장 중요한 단계입니다.
요약표:
| 합금 계열 | 브레이징성 | 주요 특성 | 일반적인 응용 분야 |
|---|---|---|---|
| 1xxx & 3xxx | 매우 우수 | 높은 고상 온도, 낮은 Mg, 브레이징 용이 | 열교환기, 라디에이터 |
| 6xxx | 우수 | 우수한 브레이징성, 강도를 위해 열처리 가능 | 구조 부품, 자동차 부품 |
| 5xxx, 2xxx, 7xxx | 불량/브레이징 불가 | 낮은 고상 온도, 높은 Mg 함량 | 브레이징에는 피하고, 대신 용접 고려 |
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