고온 브레이징에서는 고급 슈퍼합금, 내화 금속, 심지어 세라믹을 포함하여 매우 광범위한 재료를 성공적으로 접합할 수 있습니다. 이 공정은 모재 자체에 의해 제한되는 것이 아니라, 채움 금속(브레이즈 합금)이 제어된 산화물 없는 환경에서 표면에 "젖게" 하고 결합할 수 있는 능력에 의해 제한됩니다.
성공적인 고온 브레이징의 결정적인 요소는 접합되는 특정 재료가 아니라, 녹은 채움 합금이 강력하고 야금학적인 결합을 형성하도록 허용하는 산화물 없는 표면을 만드는 것입니다.
핵심 원칙: 표면 습윤
전체 브레이징 공정은 습윤이라는 단일하고 근본적인 개념에 의해 지배됩니다. 이를 이해하는 것이 재료를 선택하고 준비하는 데 핵심입니다.
"습윤"이란 무엇입니까?
습윤은 액체 브레이즈 합금이 모재 표면 위로 흐르고 달라붙는 능력입니다. 성공적인 브레이징은 채움 금속이 모세관 작용을 통해 접합부로 끌려 들어가 냉각 시 연속적이고 강력한 결합을 형성하도록 보장하기 위해 우수한 습윤을 필요로 합니다.
장애물: 표면 산화물
거의 모든 금속은 공기에 노출되면 표면에 얇은 산화물 층을 형성합니다. 이 산화물 층은 장벽 역할을 하여 녹은 채움 합금이 모재와 직접 접촉하는 것을 방지하고, 따라서 습윤을 방해하고 결합 형성을 차단합니다.
산화물 없는 표면 달성
브레이징의 주요 과제는 이 산화물 층을 제거하고 재형성을 방지하는 것입니다. 이는 일반적으로 두 가지 방법으로 달성됩니다.
- 플럭스 브레이징: 플럭스라고 하는 화학 화합물이 접합부에 도포됩니다. 가열되면 플럭스가 녹아 산화물을 용해시키고 브레이즈 합금이 흐를 때까지 표면을 보호합니다.
- 분위기 브레이징: 이 공정은 진공 또는 불활성 가스와 같은 제어된 분위기를 가진로 내부에서 수행됩니다. 이 환경은 산소를 제거하거나(산화 방지) 기존 산화물을 환원시키는 활성 요소를 포함합니다.
고온 응용 분야를 위한 일반적인 모재
고온 브레이징은 까다로운 환경에서 작동해야 하는 재료를 접합하는 데 필수적입니다. 재료의 선택은 최종 응용 분야의 요구 사항에 의해 전적으로 결정됩니다.
강철 및 니켈 기반 슈퍼합금
스테인리스강, 합금강, 니켈, 인코넬과 같은 재료는 항공 우주 및 에너지 분야의 고성능 응용 분야를 위해 자주 브레이징됩니다. 고온에서의 고유한 강도와 내식성은 이 접합 방법에 이상적인 후보가 되게 합니다.
반응성 및 내화 금속
브레이징은 종종 티타늄, 지르코늄, 니오븀 및 몰리브덴을 접합하는 선호되는 방법입니다. 이 재료들은 고온에서 산소와 매우 반응성이 높기 때문에 깨끗하고 강력한 접합을 보장하기 위해 제어 분위기로로 브레이징하는 것이 유일하게 실행 가능한 옵션입니다.
첨단 및 이종 재료
브레이징의 가장 큰 장점 중 하나는 용접할 수 없는 재료를 접합할 수 있다는 것입니다. 여기에는 금속과 세라믹을 접합하거나 구리와 강철과 같이 녹는점이 크게 다른 금속을 접합하는 것이 포함됩니다.
상충 관계 및 한계 이해
다재다능하지만 고온 브레이징은 잠재적인 실패를 피하기 위해 신중한 엔지니어링 고려 사항을 필요로 합니다.
채움 금속 호환성
선택된 브레이즈 합금은 모재만큼 중요합니다. 이는 모재보다 녹는점이 낮아야 하지만 최종 사용 조건을 견딜 수 있어야 합니다. 또한 취성 금속간 화합물 생성을 방지하기 위해 야금학적 결합을 보장하기 위해 화학적으로 호환되어야 합니다.
분위기 제어의 중요성
티타늄 또는 알루미늄을 포함하는 슈퍼합금과 같은 반응성 금속의 경우 분위기 제어는 선택 사항이 아니라 필수 사항입니다. 부적절한 진공 또는 불순한 불활성 가스는 브레이징 온도에서 산화물이 즉시 형성되어 접합 실패를 초래합니다.
열팽창 불일치
금속과 세라믹과 같은 이종 재료를 접합할 때, 서로 다른 열팽창률을 관리해야 합니다. 어셈블리가 브레이징 온도에서 냉각됨에 따라 불일치하는 수축률은 응력을 유발하여 접합부 또는 재료 자체에 균열을 일으킬 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
올바른 재료와 공정을 선택하는 것은 이를 주요 엔지니어링 목표와 일치시키는 문제입니다.
- 고온에서의 구조적 강도에 중점을 둔다면: 니켈 기반 슈퍼합금(인코넬 등) 및 고강도 스테인리스강이 가장 적합한 후보이며, 일반적으로 진공로에서 접합됩니다.
- 이종 재료(강철 대 세라믹) 접합에 중점을 둔다면: 브레이징은 이상적인 선택이지만, 열팽창 응력을 수용하기 위해 접합부를 신중하게 설계하고 연성이 있는 채움 금속을 선택해야 합니다.
- 반응성 금속으로 경량화에 중점을 둔다면: 티타늄 및 알루미늄 합금은 브레이징으로 안정적으로 접합할 수 있지만, 완벽하게 깨끗한 공정과 엄격하게 제어되는로 분위기가 필요합니다.
궁극적으로 성공적인 고온 브레이징은 모재, 채움 합금 및 가공 환경의 정확한 제어에 대한 전체적인 이해에 달려 있습니다.
요약표:
| 모재 범주 | 일반적인 예 | 주요 고려 사항 |
|---|---|---|
| 강철 및 슈퍼합금 | 스테인리스강, 인코넬, 니켈 | 온도에서 높은 강도 및 내식성. |
| 반응성 및 내화 금속 | 티타늄, 지르코늄, 몰리브덴 | 엄격한 분위기 제어 필요(예: 진공). |
| 이종/첨단 재료 | 세라믹, 구리 대 강철 | 용접 불가능한 조합에 이상적; 열 응력 관리. |
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