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KR20080106888A - 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물, 그것이 도포된알루미늄 함유 부재 및 그것을 이용한 알루미늄 함유부재의 납땜 방법 - Google Patents

알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물, 그것이 도포된알루미늄 함유 부재 및 그것을 이용한 알루미늄 함유부재의 납땜 방법 Download PDF

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KR20080106888A
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도요 알루미늄 가부시키가이샤
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Abstract

도포성이 뛰어나고, 납땜 후 제품의 치수 정밀도가 양호하고, 부식이 발생하기 어려워 납땜 후의 납땜부(필렛)의 외관이 양호한 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물, 그것이 도포된 알루미늄 함유 부재 및 그것을 이용한 알루미늄 함유 부재의 납땜 방법을 제공한다. 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물은 알루미늄 함유 분말을 포함하는 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물로서, 알루미늄 함유 분말의 누적 입도 곡선에서 Q 용량％에 대응하는 입경 D㎛를 D(Q)㎛로 나타낸 경우, D(50)㎛가 20㎛ 이상 150㎛ 이하이고, 또 D(90)㎛／D(10)㎛의 값이 5 이하이고, 크기 45㎛의 체눈을 통과하는 알루미늄 함유 분말 중의 입자의 질량 비율이 50％ 이하이고, 알루미늄 함유 분말의 유동도가 80초／50g 이하이다.
알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물, 알루미늄 함유 부재, 납땜, 납땜 방법, 필렛, 치수 정밀도

Description

알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물, 그것이 도포된 알루미늄 함유 부재 및 그것을 이용한 알루미늄 함유 부재의 납땜 방법{PASTY COMPOSITION FOR ALUMINUM BRAZING, ALUMINUM-CONTAINING MEMBER COATED WITH THE SAME, AND METHOD OF BRAZING ALUMINUM-CONTAINING MEMBER WITH THE SAME}
이 발명은 일반적으로는 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물, 그것이 도포된 알루미늄 함유 부재 및 그것을 이용한 알루미늄 함유 부재의 납땜 방법에 관한 것으로, 특정적으로는 알루미늄 함유 부재끼리 납땜 접합할 때에 납재 분말로서 알루미늄 함유 분말을 포함하는 페이스트상 조성물에 관한 것이다.
종래, 알루미늄 함유 부재의 납땜에는 브레이징 시트(brazing sheet)가 이용되고 있다. 브레이징 시트로는, 예를 들면 3003 합금(이하 4자리의 번호·기호는 JIS로 정해져 있는 것이다)이나 3N03 합금 등의 심재의 편면 또는 양면에 4343 합금이나 4045 합금 등의 납재를 접합한 클래드재가 이용되고 있다. 이와 같은 브레이징 시트를 이용하여 납땜하면, 납땜되는 부분 이외에도 납재가 접합되게 된다. 따라서, 최종 제품의 제조 비용이 높아진다. 또한, 제조상 두께의 제한이 있으므 로, 브레이징 시트로는 두께가 60㎛ 정도인 클래드재를 이용하는 것이 한도이다. 이 두께보다 얇은 클래드재를 제조하는 것은 공업상 매우 어려우며, 제조할 수 있다고 해도 표피재의 두께가 불균일해져 안정된 품질이나 성능을 얻을 수 없다.
최근 들어 브레이징 시트를 사용하지 않고 알루미늄―규소계의 납재 분말과 플럭스(flux)를 혼합한 것을 알루미늄 함유 부재의 납땜부에 도포하여 납땜하는 방법도 제안되고 있다.
일본 공개특허공보 2003―334690호(특허문헌 1)에는, Si:4∼13 질량％, Zn:
0.5∼20 질량％를 함유하고, 잔부가 Al 및 불순물로 이루어지며, 평균 입경이 1∼100㎛인 알루미늄 합금 분말 납재가 기재되어 있다.
또한, 일본 공개특허공보 평10―323792호(특허문헌 2)에는, Si:13∼45％, Zn:6∼35％를 포함하고, 나머지가 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 평균 입경이 5∼100㎛인 Al―Si―Zn 삼원계 과공정(過共晶) 합금 분말과 평균 입경이 1∼50㎛인 Si 분말로 이루어지는 혼합 분말로 구성되는 알루미늄 합금 분말 납재가 기재되어 있다.
또한, 일본 공개특허공보 2001―293593호(특허문헌 3)에는, 납땜용 금속 분말이 평균 입경 1㎛ 이상 10㎛ 미만의 순알루미늄 분말과 평균 입경 0.1㎛ 이상 10㎛ 미만의 규소 분말의 혼합 분말인 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물이 기재되어 있다.
이러한 종래의 알루미늄 납땜용 납재 분말을 사용한 경우, 납땜 후 제품의 치수 정밀도가 여전히 충분하지 않음과 동시에, 부식(erosion)(표면 거칠기의 악 화)이 발생하는 문제가 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2003―334690호
특허문헌 2: 일본 공개특허공보 평10―323792호
특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2001―293593호
따라서, 이 발명의 목적은 도포성이 뛰어나고, 납땜 후 제품의 치수 정밀도가 양호하고, 부식이 발생하기 어려워 납땜 후의 납땜부(필렛(fillet))의 외관이 양호한 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물, 그것이 도포된 알루미늄 함유 부재 및 그것을 이용한 알루미늄 함유 부재의 납땜 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 예의 검토를 거듭한 결과, 납재 분말의 입도 특성, 유동성을 한정함으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내었다. 이와 같은 발명자들의 식견에 기초하여 본 발명이 완성된 것이다.
즉, 이 발명에 따른 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물은 알루미늄 함유 분말을 포함하는 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물로서, 알루미늄 함유 분말 중에 입경 D㎛ 이하의 입자가 포함되는 부피 비율로서 Q 용량％를 가로축 D㎛, 세로축 Q 용량％의 그래프로 플롯한 누적 입도 곡선에서 Q 용량％에 대응하는 입경 D㎛를 D(Q)㎛로 나타낸 경우, D(50)㎛가 20㎛ 이상 150㎛ 이하이고, 또 D(90)㎛／D(10)㎛의 값이 5 이하이고, 크기 45㎛의 체눈을 통과하는 알루미늄 함유 분말 중의 입자의 질량 비율이 50％ 이하이고, 알루미늄 함유 분말의 유동도가 80초／50g 이하이다.
이 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물에 있어서는, 알루미늄 함유 분말을 10 질량％ 이상 70 질량％ 이하, 불화물 플럭스를 2 질량％ 이상 50 질량％ 이하, 바인더를 1 질량％ 이상 15 질량％ 포함하고, 잔부가 실질적으로 유기 용제로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 이 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물에 있어서는, 바인더가 부틸 고무, 석유 수지, 아크릴 수지 및 알키드 수지로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 이 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물에 있어서는, 알루미늄 함유 분말은 알루미늄－규소계의 합금 분말 또는 알루미늄－규소－아연계의 합금 분말인 것이 바람직하다.
이 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물에 있어서는, 알루미늄 함유 분말은 알루미늄 분말과 규소 분말의 혼합 분말 또는 알루미늄 분말과 규소 분말과 아연 분말의 혼합 분말이어도 좋다.
이 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물은 커플링제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이 발명에 따른 알루미늄 함유 부재는 상술한 특징 중 적어도 어느 하나를 갖는 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물이 적어도 일부 표면에 도포된 것이다.
이 발명에 따른 알루미늄 함유 부재의 납땜 방법은 상술한 특징 중 적어도 어느 하나를 갖는 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물을 한쪽의 알루미늄 함유 부재의 적어도 일부 표면에 도포한 후, 한쪽의 알루미늄 함유 부재와 다른 쪽의 알루미늄 함유 부재의 납땜을 실시하는 것이다.
발명의 효과
이 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물을 이용함으로써, 납땜 후의 필렛의 외관을 양호하게 할 수 있고, 흑변화나 백색 잔사를 발생시키지 않는다. 또한, 본 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물을 이용하여 납땜을 실시하면, 건조 후에도 양호한 도막 상태이므로 분진 등이 발생하지 않아 작업 환경이 양호하다. 또한, 본 발명의 납땜 방법은 특별한 장치나 기기가 불필요하므로 기존의 설비에서 실시할 수 있다.
도 1은 납땜 후의 필렛 형성부의 단면을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 알루미늄 함유 분말의 누적 입도 곡선의 일례를 나타내는 도면이다.
〈부호의 설명〉
1: 도판, 2: 알루미늄판, 3: 필렛.
이하에 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.
(알루미늄 함유 분말)
알루미늄 함유 분말은 아르곤 가스 또는 질소 가스를 이용한 가스 분무법(가스 아토마이즈(gas atomization))에 의해 얻어지는 분말이 바람직하다.
알루미늄 함유 분말 중에 입경 D㎛ 이하의 입자가 포함되는 부피 비율로서 Q 용량％를 가로축 D㎛, 세로축 Q 용량％의 그래프로 플롯한 누적 입도 곡선에서 Q 용량％에 대응하는 입경 D㎛를 D(Q)㎛로 나타낸다.
본 발명의 알루미늄 함유 분말의 D(50)㎛는 20㎛ 이상 150㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이상 100㎛ 이하이다. D(50)㎛가 20㎛보다 작은 알루미늄 함유 분말은 산소 함유량이 많아질 가능성이 높음과 동시에, 페이스트상 조성물 중에서 응집되어 페이스트의 매끄러움을 상실하고, 도포성을 악화시키며, 더 나아가서는 양호한 납땜성을 얻기 위해 플럭스를 다량 배합할 필요가 있으므로 제조 비용이 높아진다. 한편, D(50)㎛가 150㎛를 넘는 경우에는, 도포 후의 도막 두께가 필요 이상으로 두꺼워져 납땜 후 제품의 치수 정밀도가 나빠지거나 페이스트상 조성물 중에서의 균일성이 손상될 우려가 있다.
본 발명의 알루미늄 함유 분말의 D(90)㎛／D(10)㎛의 값은 1보다 크고 5 이하, 바람직하게는 3 이하이다. 알루미늄 함유 분말의 D(90)㎛／D(10)㎛의 값이 5를 넘는 경우에는, 도포성이 저하되어 납땜 후 제품의 치수 정밀도가 나빠지거나 페이스트상 조성물 중에서의 균일성이 손상될 우려가 있다.
알루미늄 함유 분말의 D(50)㎛를 20㎛ 이상 150㎛ 이하, 알루미늄 함유 분말의 D(90)㎛／D(10)㎛의 값을 5 이하의 범위로 분말 입도를 제어하기 위해서는, 가스 분무법에서 이용되는 가스의 압력을 10kgf／cm2 이하, 가스 메탈비를 5 이하로 제어하면 된다. 보다 바람직하게는 가스의 압력을 5∼7kgf／cm2로 하면 된다. 가스 메탈비는 1／1000 이상이 바람직하고 3 이하가 바람직하다.
여기에서 말하는 가스 메탈비는 가스 분무법에서 사용되는 가스량을 가스 분무법에서 이용되는 알루미늄 함유 용탕의 유량으로 나눈 값이며, 다음 식으로 나타난다.
가스 메탈비＝가스량(㎏／h)／알루미늄 함유 용탕 유량(㎏／h)
본 발명의 알루미늄 함유 분말은 V(－45)(크기 45㎛의 체눈을 통과하는 입자의 질량 비율)가 50％ 이하, 유동도가 80초／50g 이하이다. 바람직하게는 V(－45)가 30％ 이하, 유동도가 60초／50g 이하이다. V(－45)가 50％를 넘으면, 페이스트상 조성물 중에서 응집됨으로써 페이스트의 매끄러움이 상실되고, 도포성이 저하되어 납 조각이나 필렛 형성이 불안정해지는 등의 폐해를 발생시킬 우려가 있다. 또한, 유동도가 80초／50g을 넘으면, 유동성이 저하되어 납땜 후 제품의 치수 정밀도가 나빠진다. V(－45) 및 유동도를 상기 바람직한 범위 내로 하기 위해서는, 체질(분급)에 의해 알루미늄 함유 분말의 입도 분포를 조정하면 된다.
알루미늄 함유 분말에 포함되는 산소량은 입도나 형상에 따라 다르지만, 1.5 질량％ 이하가 바람직하다. 함유 산소량이 1.5 질량％를 넘는 경우에는, 산화 피막 이 두꺼워져 충분히 용융되지 않거나 다량의 플럭스를 배합함으로써 납땜 후의 외관이 나빠질 우려가 있다.
본 발명에서 이용하는 알루미늄 함유 분말은 순알루미늄 분말 외에도 알루미늄―규소계의 합금 분말 또는 알루미늄―규소―아연계의 합금 분말을 사용할 수 있다. 또한, 알루미늄 함유 분말로서, 순알루미늄 분말에, 규소 분말을 혼합한 혼합 분말 또는 규소 분말과 아연 분말을 혼합한 혼합 분말도 적합하게 사용할 수 있다.
상기 순알루미늄 분말, 알루미늄 합금 분말, 규소 분말 및 아연 분말은 주로 가스 분무법, 분쇄법, 회전 원반법, 캐비테이션법, 멜트 스피닝법 등 또는 이들을 조합한 방법에 의해 얻을 수 있다. 물론 이들 분말은 시판품을 선별하여 사용할 수도 있다. 이들 분말의 형상은 구형, 편평형, 판형, 티어드롭(teardrop)형, 침형, 회전 타원체형, 부정형상 등 중 어느 것이어도 상관없다.
알루미늄 합금 분말에 포함되는 규소의 양, 그리고 혼합 분말인 경우에는 혼합 분말에 포함되는 규소 분말의 양은 금속 성분 100 질량％에 대해 5∼85 질량％의 범위 내인 것이 적절하다. 알루미늄 함유 분말에 규소를 포함시키는 경우, 혼합 분말을 이용하는 것이 바람직하다. 이것은 상기 범위 내의 조성으로 알루미늄과 규소가 합금화될 때 융점이 낮아 용융 상태에서의 유동성이 양호한 것에 따른다. 특히 공정점 이상(평형 상태도에서는 규소 약 12 질량％)의 경우에는, 알루미늄 부재와 합금화함으로써 납땜 온도에서 용융하여 보다 유동화가 증가된다. 혼합 분말을 이용하는 경우에는, 특히 순도 99.0 질량％ 이상, 바람직하게는 99.7 질량％ 이상의 순알루미늄 분말과 순도 90.0 질량％ 이상, 바람직하게는 97.0 질량％ 이상의 규소 분말을 사용하면 된다. 이들 중 순도 미만인 분말에서는 불순물인 철의 함유량이 많아져 납땜 후의 내식성이 저하되므로 바람직하지 않다. 규소 분말의 평균 입경은 0.1㎛ 이상 10㎛ 미만이 바람직하다. 평균 입경이 0.1㎛ 미만인 규소 분말은 산소량이 많아지는데다가 페이스트상 조성물 중에서 응집되기 쉬우므로 바람직하지 않다. 한편, 평균 입경이 10㎛ 이상인 규소 분말은 페이스트상 조성물 중에서의 균일성이 손상될 우려나, 납땜한 알루미늄 부재에 부식이 발생할 경우가 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명의 알루미늄 함유 분말은 희생 방식 효과를 얻기 위해 아연을 포함해도 좋다. 알루미늄 합금 분말에 포함되는 아연의 양, 그리고 혼합 분말인 경우에는 혼합 분말에 포함되는 아연 분말의 양은 금속 성분 100 질량％에 대해 0.5∼60 질량％, 바람직하게는 10∼50 질량％이면 된다. 아연 분말의 평균 입경은 0.1㎛ 이상 10㎛ 미만이 바람직하다. 평균 입경이 0.1㎛ 미만의 아연 분말은 산소량이 많아지는데다가 페이스트상 조성물 중에서 응집되기 쉬우므로 바람직하지 않다. 한편, 평균 입경이 10㎛ 이상인 아연 분말은 도포 후의 도막 두께가 필요 이상으로 두꺼워져 납땜 후 제품의 치수 정밀도가 나빠지거나 페이스트상 조성물 중에서의 균일성이 손상될 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 혼합 분말을 이용하는 경우에는, 순도 90.0 질량％ 이상, 바람직하게는 97.0 질량％ 이상의 아연 분말을 사용하면 된다. 순도 90 질량％ 미만의 아연 분말은 불순물인 Pb(납)의 함유량이 많아져 납땜 후의 내식성이 저하되므로 바람직하지 않다.
또한, 그 밖의 원소를 첨가해도 상관없으며, 필요에 따라 Cu, Mg, Bi, Sb, Ba 등 중 1종 이상의 원소를 금속 성분 100％에 대해 약 5 질량％ 이하 첨가하는 것도 가능하다. 이들 원소는 알루미늄 합금 분말을 구성하는 합금 원소로서 첨가해도 좋으며, 또는 혼합 분말을 구성하는 단체(單體)의 분말로서 첨가해도 좋다.
본 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물에 포함되는 알루미늄 함유 분말의 양은 조성물 전체를 100 질량％로 했을 때, 알루미늄 함유 분말이 10 질량％∼70 질량％, 바람직하게는 20 질량％∼60 질량％로 하면 된다. 알루미늄 함유 분말이 10 질량％ 미만에서는 납재로서의 성능이 부족해져 양호한 필렛을 형성할 수 없을 우려가 있다. 한편, 알루미늄 함유 분말의 함유량이 70 질량％를 넘으면 과잉이 되고 필요한 플럭스나 바인더의 양이 많아져 제조 비용의 상승으로 이어진다.
(불화물계 플럭스)
본 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물에 포함되는 불화물계 플럭스는 AlF3―KF, KAlF4―K3AlF6, K3AlF6 및 KAlF4 등의 불화물계 플럭스가 예시되지만, K3AlF6와 KAlF4를 주성분으로 하는 시판품인 「노코록(NOCOLOK)(상품명)」(알칸사제)이 특히 적합하다. 본 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물에 포함되는 불화물계 플럭스의 양은 2∼50 질량％, 바람직하게는 5∼30 질량％ 정도이다. 불화물계 플럭스의 함유량이 2 질량％ 미만인 경우에는 충분한 플럭스 작용을 얻는 것이 어렵다. 한편, 불화물계 플럭스의 함유량이 50 질량％를 넘으면 과잉이 되어 제조 비용의 상승으로 이어진다.
(바인더)
알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물 중에서 바인더의 작용을 담당하는 수지／고무로는, 부틸 고무, 석유 수지, 아크릴 수지 및 알키드 수지의 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 부틸 고무는 이소부틸렌과 이소프렌의 공중합체인 부틸 고무로, 분자량이 25만∼55만인 것이 바람직하다. 석유 수지는 C5계 석유 수지, C9계 석유 수지 및 C5C9 공중합 석유 수지 중 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직한 분자량은 600∼2000 정도이다.
아크릴 수지로는, 아크릴계 모노머와 다른 에틸렌성 불포화 모노머의 공중합체를 들 수 있다. 상기 공중합에 사용할 수 있는 아크릴계 모노머로는, 아크릴산 또는 메타크릴산의 메틸, 에틸, 프로필, n―부틸, i―부틸, t―부틸, 2―에틸헥실, 라우릴, 페닐, 벤질, 2―히드록시에틸, 2―히드록시프로필 등의 에스테르화물류, 아크릴산 또는 메타크릴산의 2―히드록시에틸의 카프로락톤의 개환 부가물류, 아크릴산 또는 메타크릴산의 글리시딜, 다가 알코올의 (메타)아크릴산 에스테르 등을 들 수 있다. 이들 아크릴계 모노머와 공중합 가능한 에틸렌성 불포화 모노머로는, 스티렌, α―메틸스티렌, 이타콘산, 말레산, 초산 비닐 등을 들 수 있다. 특히, 분자량이 100∼1000000인 것이 적합하다.
알키드 수지로는, 다염기산 및 다가 알코올에, 유지·유지 지방산(대두유, 아마인유, 야자유, 스테아르산 등) 및 천연 수지(로진, 숙신 등) 등의 변성제를 반응시켜 변성시킴으로써 얻어진 알키드 수지를 이용할 수 있다. 다염기산으로는, 예를 들면 무수프탈산, 테레프탈산, 숙신산 등의 포화 다염기산, 말레산, 무수말레 산, 푸마르산 등의 불포화 다염기산 등을 들 수 있다. 다가 알코올로는, 예를 들면 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 등의 2가 알코올, 글리세린, 트리메틸올프로판 등의 3가 알코올 등을 들 수 있다.
본 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물 중의 바인더의 함유량은 1 질량％∼15 질량％가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 질량％∼10 질량％이다. 바인더의 함유량이 1 질량％ 미만에서는 플럭스 조성물의 점도가 낮아, 알루미늄 함유 부재에 도포했을 때에 흘림이 발생하여 알루미늄 함유 부재와의 밀착성이 나빠지므로 바람직하지 않다. 한편, 바인더의 함유량이 15 질량％를 넘으면 과잉이 되어 제조 비용이 상승할 우려가 있다.
본 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물에 포함되는 유기 용제는 상기 바인더가 가용이면 특별히 한정되지 않으며, 톨루엔, 헥산, 옥탄, 시클로헥산 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다. 유기 용제의 함유량은 페이스트상 조성물의 점도 등을 조정하기 위해 적절히 첨가하면 되지만, 구체적으로는 0.1∼87 질량％, 바람직하게는 5∼70 질량％의 범위 내에서 조정하면 된다.
본 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물에는 공지된 첨가물을 첨가해도 상관없고, 예를 들면 소포제, 레벨링제, 틱소트로피제(thixotropic agent), 계면 활성제, 안료 습윤제, 가소제, 분산제, 윤활제, 광안정제, 점착부여제(tackifire), 커플링제 등을 필요에 따라 첨가할 수 있다. 특히 커플링제는 도막의 부착성을 향상시키기 위해 유효하며, 0.001∼1.0 질량％ 정도의 첨가가 유효하다. 그 중에서도 티타네이트계 커플링제는 특히 유효하다.
소포제, 레벨링제로는, 예를 들면 아크릴계 소포제, 아크릴계 레벨링제, 비닐계 소포제, 비닐계 레벨링제, 실리콘계 소포제, 실리콘계 레벨링제, 광물계 소포제, 틱소트로피제(증점제, 침강 방지제, 흘림 방지제) 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
틱소트로피제의 형태에 대해서는 특별히 한정은 없으며, 용제계용 틱소트로피제, 수계용 틱소트로피제 등을 들 수 있다.
용제계용 틱소트로피제로는, 예를 들면 유기 벤토나이트계, 초미분(超微粉) 실리카계, 표면 처리 탄산 칼슘계 등의 무기 미립자계 용제계용 틱소트로피제; 아미드왁스계, 수첨 피마자유 왁스계, 벤질리덴소르비톨계, 금속 비누(스테아르산 아연, 스테아르산 알루미늄 등), 산화 폴리에틸렌계, 중합 식물유계, 황산 에스테르계 음이온 계면 활성제계, 폴리에테르·에스테르형 계면 활성제계, 폴리카르복시산 아민염계 등의 유기계 용제계용 틱소트로피제 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
수계용 틱소트로피제로는, 예를 들면 초미분 실리카계, 마그네슘 알루미늄 실리케이트계 등의 무기 미립자계 수용 틱소트로피제; 키산탄검, 구아검, 폴리아크릴산 소다계, 아크릴산·아크릴산 에스테르 공중합체계, 폴리비닐알코올계, 폴리에틸렌옥사이드계, 우레탄 변성 폴리에테르계 등의 유기계 수용 틱소트로피제 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
계면 활성제로는, 예를 들면 비이온계(폴리에틸렌글리콜형, 다가 알코올형 등), 음이온계(황산 에스테르형, 술폰산형, 카르복시산형, 인산 에스테르형 등), 양이온계(아민염형, 제4급 암모늄염 등), 양성계(아민산형, 베타인형 등)의 계면 활성제 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
안료 습윤제·분산제로는, 예를 들면 용제계용 안료 습윤제·분산제, 수계용 안료 습윤제·분산제 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
용제계용 안료 습윤제·분산제로는, 예를 들면 고분자량 불포화 폴리카르복시산, 폴리에테르·폴리에스테르카르복시산염, 고분자량 폴리에스테르산 폴리아민염, 폴리카르복시산염, 고분자량 폴리에스테르산의 아미드아민염, 장쇄 폴리아미노아미드인산, 지방족 폴리아미드, 장쇄 폴리아미노아미드와 고분자 폴리에스테르산의 염, 고분자 폴리에테르계 화합물 등의 각종 고분자량 화합물; 인산 에스테르, 인산 에스테르염, 지방족 알코올 황산 에스테르염류, 술폰화유, 알킬술폰산염류 등의 음이온성 화합물; 지방족 아민의 염류, 제4급 암모늄염 등의 양이온성 화합물 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
수용 안료 습윤제·분산제로는, 예를 들면 고분자량 폴리카르복시산의 염, 스티렌·말레산 공중합물의 염, 나프탈렌·술폰산의 포르말린 축합물, 장쇄 알킬 유기 술폰산의 염, 리그닌 술폰산의 염, 폴리인산, 폴리규산의 염, 장쇄 알킬아민염, 폴리에틸렌글리콜 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
가소제로는, 예를 들면 프탈산 디메틸, 프탈산 디에틸, 프탈산 디부틸, 프탈산 디옥틸, 프탈산 부틸벤질, 프탈산 디이소데실, 인산 트리크레실, 인산 디페닐크레실, 인산 트리페닐세바신산 디부틸 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
윤활제로는, 예를 들면 지방족 탄화수소계 윤활제, 고급 지방족계 알코올·고급 지방산계 윤활제, 지방산 아미드계 윤활제, 금속 비누계 윤활제, 지방산 에스테르계 윤활제, 복합 윤활제 등을 들 수 있고, 이들이 1종 또는 2종 이상 병존할 수 있다. 광안정제로는, 예를 들면 비스(1,2,2,6,6―펜타메틸―4―피페리딜)세바케이트, 메틸 1,2,2,6,6―펜타메틸―4―피페리딜세바케이트, 비스(2,2,6,6―테트라메틸―1―옥틸옥시―4―피페리딜)데칸디오에이트 등의 힌더드 아민계 광안정제 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
본 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물은 알루미늄 함유 부재 표면의 적어도 일부에, 즉, 적어도 납땜하고자 하는 부분에 필요량을 도포하여 사용할 수 있다. 미건조 상태에서의 도포량은 1∼300g／m2가 바람직하고, 1g／m2∼100g／m2가 더 바람직하다. 1g／m2 미만에서는 도포량이 부족하여 필렛이 충분히 형성되지 않을 우려가 있어 바람직하지 않다. 한편, 도포량이 300g／m2를 넘으면 과잉이 되어 납땜후의 외관을 손상시킬 우려가 있다. 건조시키는 경우, 건조 후의 평균 막두께는 바람직하게는 3∼500㎛, 보다 바람직하게는 10∼150㎛이다. 평균 막두께가 3㎛ 미만에서도 납땜이 가능하기는 하지만, 납땜 강도가 부족할 우려가 있다. 한편, 평균 막두께가 500㎛를 넘으면 과잉이 되어 제조 비용의 상승으로 이어질 우려가 있다. 그런데, 구멍을 막기 위해서나 틈을 메우기 위해 본 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물을 사용하는 경우에는, 건조 후의 평균 막두께가 500㎛로 한정되는 것은 아니며, 건조 후의 평균 막두께가 500㎛를 넘어도 사용할 수 있다.
도포 방법은 공지된 방법을 채용할 수 있으며, 브러시 코팅, 스프레이 도장, 롤 코터, 바 코터, 닥터 블레이드 등의 방법을 이용할 수 있다. 이들 방법 이외에도 본 발명의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물에 알루미늄 함유 부재를 단순히 침지하는 등의 방법이어도 좋다.
페이스트상 조성물의 도포 후의 건조는 통상 실온 건조, 필요에 따라 30∼150℃ 정도의 온도에서 건조시키면 된다. 납땜 방법은 특별히 한정되지 않고 공지된 방법을 채용할 수 있지만, 노 중에서 납땜하는 방법이 특히 바람직하다. 노 중에서 납땜하는 방법은 사람 손을 쓰지 않고도 한번에 대량으로 납땜할 수 있어 공업 생산에 적합하다. 납땜 온도는 페이스트상 조성물의 조성에 따라 다르지만, 통상 450℃∼630℃ 정도이다. 분위기에 대해서는 진공, Ar, 질소 등의 비산화성 분위기가 바람직하다. 납땜 분위기 중의 산소 농도에 대해서는 200ppm 이하, 바람직하게는 100ppm 이하가 바람직하다. 산소 농도가 200ppm을 넘는 경우에는 플럭스 작용의 저하, 납재로 이용되는 알루미늄 합금 분말의 산화 등 때문에 납땜 불량이 발생할 우려가 있다.
본 발명의 페이스트상 조성물은 납땜 가능한 알루미늄 함유 부재에 적용할 수 있고, 예를 들면 히터 코어, 증발기(evaporator), 콘덴서 등의 열교환기를 구성하는 휜(fin)·핀(pin)·파이프·튜브·플레이트 등의 납땜 접합에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 페이스트상 조성물은 열교환기에 한정되는 것은 아니며, 각종 기계 부품, 차량 부품, 구조 부품, 스포츠 용품, OA 기기, 일용품 등에 적용할 수 있다.
실시예
(실시예 1∼2)
알루미늄 함유 분말로서, 가스 아토마이즈 장치를 이용하여, 질소 가스 압력 7kgf／cm2, 가스 메탈비 2로 분무함으로써 얻어진 Al―12 질량％ Si 합금 분말을 분급하여 45㎛ 크기의 체눈으로서 철망을 통과시킴으로써, V(―45)(크기 45㎛의 체눈을 통과하는 입자의 질량 비율)가 표 1에 나타내는 값의 분말을 얻었다. 이 분말을 이용하여 불화물계 플럭스(알칸사제, 제품명 노코록 플럭스 100), 부틸 고무 바인더(엑손 화학사제, 제품명 엑손 부틸 268) 및 유기 용제(톨루엔)를 표 1에 나타내는 비율로 배합하여 페이스트상 조성물을 제작하고 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 3∼4)
알루미늄 함유 분말로서, 가스 아토마이즈 장치를 이용하여, 질소 가스 압력 10kgf／cm2, 가스 메탈비 4로 분무함으로써 얻어진 Al―12 질량％ Si 합금 분말을 분급하여 45㎛ 크기의 체눈으로서 철망을 통과시킴으로써, V(―45)가 표 1에 나타내는 값의 분말을 얻었다. 이 분말을 이용하여 불화물계 플럭스(알칸사제, 제품명 노코록 플럭스 100), 부틸 고무 바인더(엑손 화학사제, 제품명 엑손 부틸 268) 및 유기 용제(톨루엔)를 표 1에 나타내는 비율로 배합하여 페이스트상 조성물을 제작하고 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 5∼6)
알루미늄 함유 분말로서, 가스 아토마이즈 장치를 이용하여, 질소 가스 압력 5kgf／cm2, 가스 메탈비 1로 분무함으로써 얻어진 Al―12 질량％ Si 합금 분말을 분급하여 45㎛ 크기의 체눈으로서 철망을 통과시킴으로써, V(―45)가 표 1에 나타내는 값의 분말을 얻었다. 이 분말을 이용하여 불화물계 플럭스(알칸사제, 제품명 노코록 플럭스 100), 부틸 고무 바인더(엑손 화학사제, 제품명 엑손 부틸 268) 및 유기 용제(톨루엔)를 표 1에 나타내는 비율로 배합하여 페이스트상 조성물을 제작하고 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 1∼2)
알루미늄 함유 분말로서, 가스 아토마이즈 장치를 이용하여, 질소 가스 압력 20kgf／cm2, 가스 메탈비 10으로 분무함으로써 얻어진 Al―12 질량％ Si 합금 분말을 45㎛ 크기의 체눈으로서 철망을 통과시킴으로써, V(―45)가 표 1에 나타내는 값의 분말을 얻었다. 이 분말을 이용하여 실시예 1∼2와 동일하게 하여 페이스트상 조성물을 제작하고 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 3∼4)
알루미늄 함유 분말로서, 가스 아토마이즈 장치를 이용하여, 질소 가스 압력 10kgf／cm2, 가스 메탈비 10으로 분무함으로써 얻어진 Al―12 질량％ Si 합금 분말을 45㎛ 크기의 체눈으로서 철망을 통과시킴으로써, V(―45)가 표 1에 나타내는 값의 분말을 얻었다. 이 분말을 이용하여 실시예 3∼4와 동일하게 하여 페이스트상 조성물을 제작하고 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 5∼6)
알루미늄 함유 분말로서, 가스 아토마이즈 장치를 이용하여, 질소 가스 압력 5kgf／cm2, 가스 메탈비 10으로 분무함으로써 얻어진 Al―12 질량％ Si 합금 분말을 45㎛ 크기의 체눈으로서 철망을 통과시킴으로써, V(―45)가 표 1에 나타내는 값의 분말을 얻었다. 이 분말을 이용하여 실시예 5∼6과 동일하게 하여 페이스트상 조성물을 제작하고 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(종래예)
평균 입경이 8㎛인 시판되는 순알루미늄 분말(순도 99.9 질량％)과 평균 입경 4.8㎛의 규소 분말(순도 99.9 질량％)을 1:1의 배합 비율로 V 블렌더를 이용하여 30분 동안 혼합함으로써, 표 1에 나타내는 특성의 알루미늄 혼합 분말을 얻었다. 이 혼합 분말을 이용하여 불화물계 플럭스(알칸사제, 제품명 노코록 플럭스 100), 부틸 고무 바인더(엑손 화학사제, 제품명 엑손 부틸 268) 및 유기 용제(톨루엔)를 표 1에 나타내는 비율로 배합하여 페이스트상 조성물을 제작하고 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, 표 1에 나타내는 각 특성은 다음과 같이 평가하였다. 표 1에서 밑줄친 수치는 본 발명의 범위를 벗어나 있는 것을 나타낸다.
(D(10), D(50), D(90))
알루미늄 함유 분말 중에 입경 D㎛ 이하의 입자가 포함되는 부피 비율로서 Q 용량％를 가로축 D㎛, 세로축 Q 용량％의 그래프로 플롯한 누적 입도 곡선에서 Q 용량％에 대응하는 입경 D㎛를 D(Q)㎛로 나타낸다. 일례로서 실시예 2와 비교예 4에서 얻어진 누적 입도 곡선을 도 2에 나타낸다.
또한, 입경은 레이저 회절식 입도 측정 장치(Honeywell사제, 제품명 마이크로트랙 HRA)에 의해 측정하였다.
(V(―45))
V(―45)(크기 45㎛의 체눈을 통과하는 입자의 질량 비율)는 크기 45㎛의 스테인레스 합금제 JIS 표준 체용 철망을 통과한 알루미늄 함유 분말의 질량 B와 통과 전의 알루미늄 함유 분말의 질량 A로부터 다음 식에 따라 구하였다.
V(―45)＝(B／A)×100(％)
(유동도)
JIS Z―2502에 기초하여 50g의 분말이 직경 2.63㎜의 오리피스를 통과하는데 소요되는 시간으로서 구하였다.
(페이스트의 매끄러움)
육안으로 페이스트 조성물의 매끄러움을 이하의 기준으로 판정하였다.
A: 매우 매끄럽고 표면에 광택이 있다.
B: 매끄럽지만 광택이 조금밖에 없다.
C: 표면에 광택이 없고 페이스트 표면이 거칠다.
(잔탄(殘炭))
제작한 페이스트상 조성물을 브러시로 3003 알루미늄판(60×50×2㎜)의 편면에(건조 후의 평균 막두께로 100㎛) 도포한 후, 희석용 유기 용제(톨루엔)를 완전히 증발시키기 위해 온도 105℃에서 5분 동안 가열하고, 건조 후의 도판을 알루미늄 호일로 감싼 상태(폐쇄 상태)에서 질소 가스 분위기(질소 가스 플로우 4Nm3／시간)의 노에 넣어 온도 530℃에서 5분 동안 유지하여 냉각한 후, 노에서 추출하여 납땜부의 표면을 육안으로 관찰하였다. 잔탄 상황을 이하의 기준으로 판정하였다.
A: 전혀 흑변화되지 않았다.
B: 약간 흑점부가 있지만 신경쓰이지 않는다.
C: 분명히 흑변부가 있지만 전체의 절반 미만이다.
D: 전체의 절반 이상이 검다.
E: 전체가 검고 상품 가치가 없다.
(필렛 형성)
도 1에 나타내는 바와 같이, 상기에서 제작한 도판(1)의 도포면 중앙에 3003 알루미늄판(2)을 수직으로 세워 스테인레스 와이어로 임시 고정한 후, 질소 가스 분위기(질소 가스 플로우 4Nm3／시간)의 노에 넣어 온도 600℃에서 3분 동안 유지하여 납땜을 실시하였다. 냉각한 후, 노에서 추출하여 납땜부의 필렛(3)의 형성성을 평가하기 위해, 도 1에 나타내는 목두께(d)를 측정하였다. 목두께는 도 1의 지면에 수직인 방향을 따라 여러 군데의 두께를 측정하여 그 최대값과 최소값을 구하였다. 얻어진 최대 목두께(dmax)와 최소 목두께(dmin)로부터 다음 식에 따라 필렛 형성성을 평가하였다.
dmin／dmax＝필렛 형성성(％)
A: 필렛의 형상 상태가 양호하다(필렛 형성성 80％ 이상).
B: 필렛은 형성되어 있지만 약간 불균일하다(필렛 형성성 50∼79％).
C: 필렛은 형성되어 있지만 상당히 불균일하다(필렛 형성성 30∼49％).
D: 필렛이 충분히 형성되어 있지 않고 조각이 있다(필렛 형성성 0∼29％).
[표 1]
실시예 비교예 종래 예
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (1) (2) (3) (4) (5) (6)
알 루 미 늄 함 유 분 말 배합량 (질량％) 45.0 50.0 45.0 50.0 45.0 50.0 45.0 50.0 45.0 50.0 45.0 50.0 40.0
D(50) (㎛) 80 80 45 45 100 100 15.0 15.0 60 60 100 100 6
D(90)／D(10) 2.3 2.3 2.9 2.9 2.0 2.0 9.8 9.8 8.5 8.5 7.6 7.6 10.5
V(―45) (질량％) 21.4 21.4 43.8 43.8 13.3 13.3 85.3 85.3 40.0 40.0 20.0 20.0 99.9
유동도 (초／50g) 45 45 65 65 40 40 유동하지 않음 유동하지 않음 90 90 75 75 유동하지 않음
불화물계 플럭스 배합량 (질량％) 15.0 16.7 15.0 16.7 15.0 16.7 15.0 16.7 15.0 16.7 15.0 16.7 20.0
바인더 배합량 (질량％) 3.6 3.0 3.6 3.0 3.6 3.6 3.6 3.0 3.6 3.0 3.6 3.6 3.6
유기 용제 배합량(질량％) 36.4 30.3 36.4 30.3 36.4 36.4 36.4 30.3 36.4 30.3 36.4 36.4 36.4
페이스트의 매끄러움 A A A A A A C C A A B B B
잔탄 A A A A A A A A A A A A A
필렛 형성 A A A A A A D C B B B B B
표 1의 결과로부터 본 발명의 실시예의 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물을 이용함으로써, 납땜 후의 필렛의 외관을 양호하게 할 수 있고 흑변화를 발생시키지 않는 것을 알 수 있다.
이상으로 개시된 실시형태나 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라는 것이 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 이상의 실시형태나 실시예가 아니라 특허청구범위에 의해 제시되며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 수정이나 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명의 페이스트상 조성물은 납땜 가능한 알루미늄 함유 부재에 적용할 수 있고, 예를 들면 히터 코어, 증발기, 콘덴서 등의 열교환기를 구성하는 휜(fin)·핀(pin)·파이프·튜브·플레이트 등의 납땜 접합에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 페이스트상 조성물은 열교환기로 한정되는 것은 아니며, 각종 기계 부품, 차량 부품, 구조 부품, 스포츠 용품, OA 기기, 일용품 등에 적용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 알루미늄 함유 분말을 포함하는 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물로서,
    상기 알루미늄 함유 분말 중에 입경 D㎛ 이하의 입자가 포함되는 부피 비율로서 Q 용량％를 가로축 D㎛, 세로축 Q 용량％의 그래프로 플롯한 누적 입도 곡선에서 Q 용량％에 대응하는 입경 D㎛를 D(Q)㎛로 나타낸 경우, D(50)㎛가 20㎛ 이상 150㎛ 이하이고, 또 D(90)㎛／D(10)㎛의 값이 5 이하이고, 크기 45㎛의 체눈을 통과하는 상기 알루미늄 함유 분말 중의 입자의 질량 비율이 50％ 이하이고,
    상기 알루미늄 함유 분말의 유동도가 80초／50g 이하인 것을 특징으로 하는
    알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 함유 분말을 10 질량％ 이상 70 질량％ 이하, 불화물 플럭스를 2 질량％ 이상 50 질량％ 이하, 바인더를 1 질량％ 이상 15 질량％ 포함하고, 잔부가 실질적으로 유기 용제로 이루어지는
    알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바인더가 부틸 고무, 석유 수지, 아크릴 수지 및 알키드 수지로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
    알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 함유 분말은 알루미늄―규소계의 합금 분말 또는 알루미늄―규소―아연계의 합금 분말인
    알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 함유 분말은 알루미늄 분말과 규소 분말의 혼합 분말 또는 알루미늄 분말과 규소 분말과 아연 분말의 혼합 분말인
    알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    커플링제를 더 포함하는
    알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물.
  7. 제1항에 따른 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물이 적어도 일부 표면에 도포된
    알루미늄 함유 부재.
  8. 제1항에 따른 알루미늄 납땜용 페이스트상 조성물을 한쪽의 알루미늄 함유 부재의 적어도 일부 표면에 도포한 후, 한쪽의 알루미늄 함유 부재와 다른 쪽의 알루미늄 함유 부재의 납땜을 실시하는
    알루미늄 함유 부재의 납땜 방법.
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