[논문]진공 브레이징을 이용한 다이아몬드와 Ni계 페이스트의 계면 거동 연구

이장훈; 이영섭; 임철호; 이지환; 송민석; 지원호; 함종오

진공 브레이징을 이용한 다이아몬드와 Ni계 페이스트의 계면 거동 연구
Study on the interfacial reaction vacuum brazed junction between diamond and Ni-based brazing filler metal 원문보기

이장훈 (인하대학교 금속공학과) , 이영섭 (인하대학교 금속공학과) , 임철호 (인하대학교 금속공학과) , 이지환 (인하대학교 금속공학과) , 송민석 (신한다이아몬드공업(주)) , 지원호 (신한다이아몬드공업(주)) , 함종오 (한국화학시험연구원)

Advanced hard materials based on diamond are in common use. In this study our main goal was employed to analyze, the mechanisms for the rich phases and chromium carbide, interface of a diamond grits brazed to a Ni-based brazing filler metal matrix. When Ni-7Cr-3Fe-3B-4Si (wt. %) was utilized as the brazing alloy, an isothermal holding resulted in the various products(Ni-rich/Cr-rich domains, carbide). According to these results, the chemical compounds and chromium carbides products is considered to play an important role in brazing temperature and time. Especially chromium carbide has an influence on brazing junction properties.

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문제 정의

Ni계 브레이징 필러와 다이아몬드 지립의 브레이징 계면에서의 활성화 금속의 거동 분석과 탄화물의 생성반웅 규명해 보았다. Ni계 브레이징 필러 분석은 TGA와 DSC를 이용 하였다.
위와 같은 다이아몬드의 접합 방법 중에서 환경친화적이며, 공정의 용이성, 대량생산, 우수한 접합성을 얻을 수 있는 브레이징법은 현재 다이아몬드공구 접합에 다양하게 이용되고 있으며, 다이아몬드의 접합재인 브레이징 필러 메탈은 Ag 계 합금, Cu계 합금, Ni계 합금, Ag 계 합금, Zn계 합금 등이 연구 되어져 왔으며, 각각의 필러 합금을 이용하여 접합 시 융점을 낮추거나, 접합성을 높이기 위한 방법으로 활성 금속인 Ti, Cr, V, Zr등이 함유된 브레이징용 필러메탈을 사용하여 다이아몬드 접합을 실시하여 왔다. 的 이 연구는 진공 Brazing 의 방법으로 다이아몬드를 Shank에 접합시키기 위해서 기존의 Ag계나 Cu겨의 Brazing Filler metal보다 내부식성 및 내강도, 다이아몬드와의 접합성이 우수한 Ni계 브레이징 Filler metal을 사용하여 접합시키는 연구이며, 또한 진공 Brazing 을 실시함으로써 접합공정시의 다이아몬드의 산화와 탄화를 방지하고자 하였다.

제안 방법

이러한 Ni계 브레이징 필러의 물성 결과를 토대로 진공브레이징을 다음과 같이 실시하였다. 온도는 90(广11000로 약 50"C 의 간격으로, 브레이징 유지시간은 5, 10, 20, 30분로 실시하였다. Fig.
브레이징 유지 시간(5, 10, 15분과 온도 (900, 950, 1000, 1050, 1100。)를 변수로 하여 접합을 실시하였다. Ni 계 합금은 DSC, TGA을 이용하여 Ni계 합금의 용융점 및 합금 내의 바인더의 완전소멸온도를 분석하였으며, 진공 브레이징을 실시한 시편은 EDS, XRD, SEM을 이용하여 브레이징 온도와 시간에 따른 다이아몬드와 Ni 계 합금 계면에서의 재료의 변화를 관찰 하였으며, 금속간 화합물의 생성 유무와 다이아몬드와의 반응 형태를 관찰/분석 하였다.
생성반웅 규명해 보았다. Ni계 브레이징 필러 분석은 TGA와 DSC를 이용 하였다. 우선 Fig.
한다. 건조된 Ni계 합금위에 메탈 마스크(勸를 이용하여 균일하게 다이아몬드 지립을 도포한 후, 고주파 진공로 (High Frequency Vacuum Induction)에서 실험을 실시하였다. 그림 1에서 실험 장치를 나타내었다.
실험 시 진공도 5xl0-5torr 를 유지하였으며, 노냉을 실시하였다. 브레이징 유지 시간(5, 10, 15분과 온도 (900, 950, 1000, 1050, 1100。)를 변수로 하여 접합을 실시하였다. Ni 계 합금은 DSC, TGA을 이용하여 Ni계 합금의 용융점 및 합금 내의 바인더의 완전소멸온도를 분석하였으며, 진공 브레이징을 실시한 시편은 EDS, XRD, SEM을 이용하여 브레이징 온도와 시간에 따른 다이아몬드와 Ni 계 합금 계면에서의 재료의 변화를 관찰 하였으며, 금속간 화합물의 생성 유무와 다이아몬드와의 반응 형태를 관찰/분석 하였다.
c)의 10500에서는 Ni계 브레이징 필러의 완전히 용융되어, 다이아몬드와 Ni계 브레이징 필러의 비중의 차가 역전되어 다이아몬드가 스테인리스 기지쪽으로 침식되는 현상을 보여주고 있다. 이러한 결과를 토대로 10분 유지 시의 각 온도별 계면의 금속 화합물과 rich상의 분포를 분석하여 보았다. 다이아몬드의 계면에서 금속 화합물과 탄화물이 확인되었다.

대상 데이터

다이아몬드 지립과 금속 합금의 기지 금속은 스테인리스 스틸 304로 014x5(而n의 봉재를 사용하였다. 다이아몬드의 접합을 위해 사용되어진 Ni계 합금의 조성을 Table 1에 나타내었다.
연구에 사용된 다이아몬드 규격 MBS 960H의 고순도의 공업용 다이아몬드이며, 크기는 200网 이다. 다이아몬드 지립과 금속 합금의 기지 금속은 스테인리스 스틸 304로 014x5(而n의 봉재를 사용하였다.

성능/효과

1) Ni계 페이스트의 양호한 유동성으로 인해 접합부에서는 void 등의 defect가 거의 없는 다이아몬드/Ni계 페이스트 접합계면을 보였다.
2) 다이아몬드와 Ni계 페이스트의 밀도차로 인하여 페이스트가 완전 용융되는 1040도 이상의 온도 구역에서는 다이아몬드가 페이스트내로 침전되는 현상을 나타내었다.
3) 다이아몬드 주위의 페이스트 구성 원소들의 확산 거동은 Brazing의 온도와 유지시간에 크게 영향을 받고, XRD 분석결과 Cr3Ni5Si2, CrzsCe,3 와 NhB, Ni9Si4B2 관찰되었다.
4) Fe와 Si이 Brazing 과정에서 공정반응을 일으키며, 이 반응이 Cr 화합물과 Ni 화합물의 확산거동에 영향을 미치는 것으로 생각된다.
다이아몬드의 계면에서 금속 화합물과 탄화물이 확인되었다. 건전한 접합온도로 사료 되어 지는 1000~1050℃ 구역에서 다이아몬드 주위의 페이스트 구성 원소들의 확산 거동은 Brazing의 온도와 유지시간에 크게 영향을 받았으며, Fig. 5의 XRD 분석결과 Cr3Ni5Si2, C®% C₁₇C₃ 와 NiaB, Ni9Si4B2 이 관찰되었다. 여기서 Cr 탄화물등은 다이아몬드와 활성화 반응을 일으키는 금속으로 알려져 있으며, * 또한 다이아몬드 주변에 생성되는 이 Cr 화합물 충은 다이아몬드의 접합력의 향상을 주는 것으로 알려져 있다.
또한 그림에서 보듯이 Ni 계 브레이징 필러는 solidus line 과 Liquidus line 차가 작아서 페이스트의 유동성이 매우 좋다. 결과적으로 void 발생률을 최소화 할 수 있었으며, 다이아몬드와 접합 특성 또한 증가 한 것으로 생각된다.

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