스테인리스 스틸 브레이징의 주요 과제는 자체 보호 메커니즘에 있습니다. "스테인리스"를 만드는 동일한 요소인 크롬은 표면에 즉시 단단하고 보이지 않으며 자가 치유되는 크롬 산화물 층을 형성합니다. 이 부동태층은 부식을 방지하는 데 탁월하지만, 브레이징 필러 금속이 모재에 젖고 접합되는 것을 방해하는 강력한 장벽 역할을 하여 접합 실패 또는 신뢰할 수 없는 접합으로 이어집니다.
스테인리스 스틸을 성공적으로 브레이징하는 것은 단순히 열과 필러 금속의 문제가 아닙니다. 근본적으로 지속적인 크롬 산화물 층과의 싸움이며, 이는 가열 과정에서 제거하고 재형성을 방지하기 위한 특정 화학적 또는 분위기 전략을 필요로 합니다.
핵심 문제: 크롬 산화물 장벽
이 층은 무엇인가요?
스테인리스 스틸에는 상당량의 크롬(일반적으로 10.5% 이상)이 포함되어 있습니다. 공기 중의 산소에 노출되면 이 크롬은 빠르게 반응하여 매우 얇고 밀도가 높으며 안정적인 크롬 산화물(Cr₂O₃) 층을 형성합니다.
이 층은 "부동태" 상태이며, 이는 환경과 쉽게 반응하지 않는다는 것을 의미합니다. 이것이 스테인리스 스틸이 녹과 부식에 매우 효과적으로 저항하는 이유입니다.
브레이징을 방해하는 방법
성공적인 브레이징은 용융된 필러 금속이 모재 표면을 "적시는" 것을 필요로 합니다. 적심은 액체 필러가 깨끗한 유리 위에 물이 퍼지는 것과 유사하게 표면 전체에 부드럽게 퍼지는 과정입니다.
크롬 산화물 층은 비금속이며 논스틱 코팅처럼 작용합니다. 필러 금속은 이 산화물을 적실 수 없으며, 대신 구슬처럼 뭉쳐 흐르지 않아 야금학적 접합이 완전히 이루어지지 않습니다.
왜 그렇게 끈질긴가요?
크롬 산화물 층은 자가 치유되는 것으로 악명이 높습니다. 표면을 기계적으로 청소하거나 샌딩하면 공기 중에서 거의 즉시 새로운 산화물 층이 형성됩니다. 이로 인해 간단한 표면 준비는 비효율적이며, 브레이징을 위해 부품을 가열할 때 층이 다시 형성됩니다.
산화물 층을 제거하기 위한 전략
견고한 브레이징을 달성하려면 산화물 층을 제거하고 브레이징 온도에서 깨끗한 표면이 재산화되는 것을 방지해야 합니다. 이를 위한 두 가지 주요 방법이 있습니다.
방법 1: 플럭스를 이용한 화학적 제거
개방된 공기 중에서 토치 또는 유도 브레이징을 위해서는 특수 브레이징 플럭스가 필요합니다. 구리 또는 연강용 플럭스와 달리 스테인리스 스틸용 플럭스는 매우 공격적이며 완고한 크롬 산화물을 용해하도록 화학적으로 제조됩니다.
플럭스는 필러 금속보다 먼저 녹아 접합부를 공기로부터 보호하고 산화물 층을 적극적으로 에칭하여 브레이징 합금이 아래의 깨끗한 강철을 적시도록 합니다.
방법 2: 분위기 제어
최고 품질과 가장 반복 가능한 접합을 위해 브레이징은 제어된 분위기 용광로에서 수행됩니다. 이는 환경에서 산소를 제거하여 애초에 산화물 층이 형성되는 것을 방지합니다.
- 진공 브레이징: 밀봉된 용광로에서 공기를 제거하면 산화물을 형성할 수 있는 산소가 없습니다. 진공 상태의 고열은 기존 산화물을 해리시키거나 분해할 수 있습니다.
- 수소 브레이징: 건조한 수소 분위기를 사용하는 것도 효과적인 방법입니다. 고온에서 수소는 "환원"제로 작용하여 크롬 산화물에서 산소 원자와 적극적으로 반응하고 제거하여 브레이징 합금이 접합할 수 있는 완벽하게 깨끗하고 활성적인 금속 표면을 남깁니다.
야금학적 문제점 이해
산화물 문제를 해결한 후에도 스테인리스 스틸은 최종 접합을 손상시킬 수 있는 다른 과제를 제시합니다. 이러한 문제는 열, 모재 및 필러 금속의 상호 작용에서 비롯됩니다.
탄화물 석출 및 민감화
오스테나이트계 스테인리스 스틸(예: 304 또는 316 계열)이 800–1500°F(425–815°C) 온도 범위에 유지되면 강철의 탄소가 크롬과 결합할 수 있습니다. 이는 금속의 결정립계에 크롬 탄화물을 형성합니다.
이 과정은 결정립계에 인접한 영역에서 크롬을 고갈시켜 강철을 "민감화"시킵니다. 이 고갈된 영역은 내식성을 잃고 입계 부식에 매우 취약해져 부식성 환경에서 접합부가 파손될 수 있습니다.
필러 금속 상호 작용 및 취성
필러 금속의 선택은 매우 중요합니다. 특정 요소는 스테인리스 스틸 모재와 유해한 반응을 일으킬 수 있습니다.
예를 들어, 인을 함유한 필러 금속은 니켈 함유 스테인리스 스틸을 브레이징할 때 취성 인화물을 생성할 수 있습니다. 마찬가지로, 미량의 황은 취성 및 균열을 유발할 수 있습니다. 항상 사용 중인 스테인리스 스틸 등급에 특별히 권장되는 필러 금속을 사용하십시오.
응력 균열
브레이징에 관련된 상당한 가열 및 냉각 주기는 열 응력을 유발할 수 있습니다. 부품 형상이 복잡하거나 부품이 냉간 가공된 경우, 이러한 응력은 브레이징 과정 중 또는 후에 열영향부(HAZ)에서 균열을 유발할 수 있습니다.
귀하의 응용 분야에 적합한 선택
스테인리스 스틸 브레이징에 대한 접근 방식은 최종 응용 분야의 요구 사항에 따라 결정되어야 합니다.
- 주요 초점이 현장 수리 또는 소량 생산인 경우: 적절한 흑색 플럭스를 사용한 토치 브레이징은 실행 가능한 옵션이지만, 철저한 청소를 보장하고 민감화 위험에 유의해야 합니다.
- 주요 초점이 최대 접합 강도 및 반복성인 경우: 분위기 브레이징(진공 또는 수소)은 가장 깨끗하고 강하며 중요한 응용 분야에 가장 신뢰할 수 있는 결과를 제공하는 우수한 방법입니다.
- 주요 초점이 내식성 보존인 경우: 브레이징 주기 동안 탄화물 석출 위험을 최소화하기 위해 저탄소 "L" 등급(예: 304L) 또는 안정화 등급(예: 321, 347) 스테인리스 스틸을 사용하십시오.
스테인리스 스틸의 독특한 표면 화학을 이해하고 제어함으로써 어려운 공정을 신뢰할 수 있고 정밀한 접합 방법으로 바꿀 수 있습니다.
요약표:
| 과제 | 주요 문제 | 해결책 |
|---|---|---|
| 표면 장벽 | 크롬 산화물 층이 필러 금속 적심을 방해함 | 강력한 플럭스 또는 제어된 분위기(진공/수소) 사용 |
| 부식 손실 | 가열 중 탄화물 석출(민감화) | 저탄소(L) 또는 안정화 등급(321, 347) 사용 |
| 접합 취성 | 필러 금속 상호 작용(예: 인, 황) | 스테인리스 스틸 등급에 맞는 필러 금속 선택 |
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