초록 ▼

3.1 A1203/STS304간 접합 Al-10 wt% Si 삽입금속을 사용한 Al?O?와 STS304 스테인레스강의 브레이징 접합을 행하였다. 접합은 진공열간가압로 내에서 접합온도(850-953 K), 유지시간(0-3.6 ksec), 접촉압력(0-9.8 MPa) 등을 변수로 주어 4mPa의 진공 중에서 시행하였다. 접합부에서의 계면반응을 조사하기 위하여, 접합부의 형상과 미세조직, 존재원소의 종류 및 분포, 반응생성상 등을 광학현미경과 SEM, EDX, XRD 등을 이용하여 분석하였다. 분석결과에 의하면,

3.1 A1203/STS304간 접합 Al-10 wt% Si 삽입금속을 사용한 Al?O?와 STS304 스테인레스강의 브레이징 접합을 행하였다. 접합은 진공열간가압로 내에서 접합온도(850-953 K), 유지시간(0-3.6 ksec), 접촉압력(0-9.8 MPa) 등을 변수로 주어 4mPa의 진공 중에서 시행하였다. 접합부에서의 계면반응을 조사하기 위하여, 접합부의 형상과 미세조직, 존재원소의 종류 및 분포, 반응생성상 등을 광학현미경과 SEM, EDX, XRD 등을 이용하여 분석하였다. 분석결과에 의하면, Al?O?와 삽입금속간에는 반응이 일어나지 않았으나 STS/삽입금속 계면에서는 (Al, Si, Fe, Cr)으로 이루어진 반응측이 형성되었음을 확인하였다. 께면반응층의 두께는 접합온도와 유지시간이 증가함에 따라 증가하였으며, 잔류하고 있는 삽입금속층에는 기지상을 이루고 있는 Al과 공정상으로 석출된 침상의 Si과 함께 STS의 Fe가 액상의 (Al,Si)에 용해되어 접합후 냉각시 형성되었을 것으로 생각되는 (Al,Fe,Si)의 3원계 화합물이 조대한 상을 이루고 있음을 확인하였다. 인장시험에 의해 측정한 접합강도는 접합조건에 따라 다른 값을 보였으며, 873 K의 접합온도와 4.9 MPa의 접촉압력, 그리고 1.8 ksec의 유지시간에서 얻어진 접합체로부터 최대 평균 접합강도 32 MPa을 얻을 수 있었다. 3.2 Si?N?/STS304간 접합 Al-10 w/o Si 합금을 삽입금속으로 사용하여, 접합온도(853∼893K)와 유지시간(0∼3.6ksec), 접촉압력(0∼9.8MPa)등을 변수로, 304스테인레스강과 Si?N?를 진공브레이징접합하였다. STS/삽입금속/ Si?N? / 삽입금속 / STS의 sandwich 형태로 접합된 접합체는 접합강도를 측정한 후, 양 모재측 파단면과 접합부에 수직으로 절단한 단면의 연마면을 주사 전자현미경(SEM)과 에너지분산형분광분석기(EDS)로 관찰 및 분석하였다. Al-10 w/o Si 합금의 삽입금속으로서의 유용성 조사를 위한 예비 접합실험을 통하여 Al-10 w/o Si 금속만을 삽입재로 사용하여 4.9MPa의 접촉압력과 1.8ksec의 유지시간으로 접합온도를 위와 같은 조건으로 변화시켜 접합할 경우, 온도에 상관없이 접합계면은 STS 측으로부터 (Al,Fe, Si,Cr)등으로 구성된 반응층과 잔류삽입금속층으로 이루어지며, 반응층에 대한 잔류삽입금속층의 두께는 접합온도가 증가할 수록 계속 감소하여, 반응층이 Si?N?측으로 성장하는 것을 확인하였다. 이러한 접합체들의 강도는 접합온도에 따라 7∼12MPa정도의 낮은 값을 보였으며, 이는 순수 Al을 삽입금속으로 사용한 경우와 비슷하거나, 더욱 낮은 수준으로써 Al-Si 합금만을 삽입금속으로 사용할 때에는 우수한 접합특성을 갖는 접합체를 얻을 수 없음을 나타내었다. 그러나, 이들 접합체에 대한 파단면 관찰 결과, STS측에서 Si?N?측으로의 반응층 성장이 과도할 경우, 파단이 Si?N? 표면에서 접합부가 그대로 분리되는 형태로 나타났으며 이는 반응층 형성에 따른 Si?N?에 대한 액상 삽입금속의 젖음성 저하와 그에 따른 접합력(adherence)의 감소에 기인할 것으로 사료되었다. 따라서, 반응층의 Si?N? 표면으로의 성장을 억제시킬 경우, 접합체 강도의 개선을 이룰 수 있을 것으로 기대되었으며, Al 순금속을 Al-Si 삽입금속 사이에 삽입하여 새로운 브레이징재를 제조하였다. 순금속 Al층을 STS층에서 Si?N?측으로의 반응층 성장을 차단하기 위하여 Al-10 w/o Si 삽입금속 사이에 중간재로 삽입하여 접합한 결과, 접합조건에 따라 중간재 사용 전에 비해 접합체 강도채가 3∼5배로 증가한 23∼41MPa을 얻을 수 있었다. 또한 접합체의 파단면 관찰 및 분석결과, 반응층의 Si?N? 표면으로의 성장이 효과적으로 차단됨으로써 Si?N? 표면에서 접합부가 분리되는 양상은 전혀 관찰되지 않았으나, 파단이 일어난 부분은 예외없이 (Al,Fe,Cr,Si), (Al,Fe,Si,Ni)등의 반응상임이 확인되어, 접합체의 강도와 반응상 형성간에 밀접한 연관성이 있음을 확인하였다. 또한 Al 중간재를 사용한 경우에도, 온도, 시간, 접촉압력등의 변화에 따라 접합강도가 변화를 보임으로써, 최적 접합조건이 존재함을 알 수 있었으며, 873K의 접합온도에서 4.9MPa의 접촉 압력으로 1.8ksec 동안 유지하여 접합하였을 때, 최대 평균접합강도 41MPa을 얻을 수 있었다.

Abstract ▼

Al?O? has been joined to STS304 stainless steel by a btazing method using Al-10 wt% Si insert-metal. The joining has been performed in a vacuum hot press under 4mPa vacuum varying the conditions such as temperature(850-953 K), holding time(0-3.6 ksec) and applied contact pressure(0-9.8 MPa). Wit

Al?O? has been joined to STS304 stainless steel by a btazing method using Al-10 wt% Si insert-metal. The joining has been performed in a vacuum hot press under 4mPa vacuum varying the conditions such as temperature(850-953 K), holding time(0-3.6 ksec) and applied contact pressure(0-9.8 MPa). With use of SEM, EDX and XRD observation of the morphology and microstructure for a bonded interface and the analyses for existing elements and phases have been carried out to investigate possible reaction(s) at the bonded interfaces. No reaction at the interface between Al?O? and insert-metal has occured but a formation of reaction layer between STS304 and insert-metal layer has been observed which is composed of Al, Si, Fe and Cr. The thickness of reaction layer increases with a joining temperature and a holding time. In the insert-metal layer the acicular eutectic Si-phase and the new ternary compound of (Al, Fe, Si) exist within the Al-matrix after the joining. The strength of joined body measured by a tensile test has been varied with the joining conditions. The maximum average strength of 32 MPa has been obtained from the joints which were joined at 873 K for 1.8 ksec under a contact pressure of 4.9 MPa. 2. Brazing of Si?N?/ STS304 Si?N? and 304 stainless steel was joined by a vacuum brazing with Al-10 w/o Si alloy as a filler. Joining temperature (853∼893K), holding time (0∼3.6ksec) and contact pressure were chosen as processing variables. After a tensile test for the sandwich-typed joints of STS/Filler/Si3N4/Filler/STS, the fracture surfaces and the bonded interfaces were observed with SEM and the elemental analysis was performed by EDS. To determine the possibility of using Al-10 w/o Si alloy as a filler, some preliminary joining experiments were carried out varying the joining temperature. Other conditions such as holding time and contact pressure were fixed as 1.8ksec and 4.9MPa, respectively. Observations on the bonded interface of these joints showed that, independent of temperature, they consist of two layers, namely a reaction layer composed with (Al, Fe, Si, Cr) near STS side and a residual insert-metal layer. Increase in the joining temperature caused that the reaction layer grew further to the Si?N? side. Their joint strength were in the range of 7∼12MPa which was lower values compared to the value of 13MPa obtained in the joint brazed with pure Al as a filler. Observations on the fracture surfaces showed that the bare Si?N? surface was seperated with no adhesion of filler, especially in case of excessive growth of reaction layer to Si?N? side. This was thought to be resulted from the change in wettability of liquid filler metal on Si?N? and consequently the lowering of adherence. Therefore, it was expected that an improvement in the joint strength would be possible by controlling the growth of reaction layer to Si?N? surface. For this purpose a new braze filler was fabricated in a form of Al-Si/Al/Al-Si. The effect of Al-interlayer on the joint strength was so evident that the joint strengths could be increased by 3∼5 fold compared to those without Al-interlayer. Observations and analysis on the fracture surfaces showed that a good adherence of filler to Si?N? surface could be realized by preventing the growth of reaction layer to Si?N? surface successfully. However, without expections, all the fracture surfaces were composed of the reaction products such as (Al,Fe,Cr,Si) and (Al,Fe,Si,Ni), which implied a relationship between the joint strength and the formation of reaction product in the bonded interface. From the experimetal results it was comfirmed that an optimal joining condition exist. The highest average joint strength of 41MPa could be obtained form the joint brazed at 873K for 1.8ksec under a contact pressure of 4.9MPa.

목차 Contents

• I. 서론...11
• II. 실험 방법...12
• III. 결과 및 고찰...14
• IV. 결론...21
• VI. 논문발표실적 또는 계획...24
• VII. 학위배출실적...25
• VIII. 연구비 항목별 집행내역...26