고순도 아르곤은 용융된 금속과 주변 대기 사이에 중요한 불활성 장벽을 만듭니다. 이 보호 가스는 용융물을 산소와 질소로부터 격리함으로써 망간(Mn) 및 티타늄(Ti)과 같은 반응성 원소의 산화를 방지합니다. 이를 통해 최종 화학 조성이 설계 사양과 일치하도록 보장하고 합금 성능을 저하시키는 산화 불순물의 형성을 방지합니다.
고순도 아르곤 분위기를 사용하는 것은 단순히 청결을 위한 것이 아니라 합금의 화학량론을 유지하기 위한 근본적인 요구 사항입니다. 휘발성 활성 원소의 손실을 방지하고 탄소 반응을 억제하여 필러 금속이 고품질 브레이징에 필요한 연성과 강도를 유지하도록 합니다.
화학 조성 보존
원소 손실 방지
특정 합금 원소, 특히 망간(Mn) 및 티타늄(Ti)은 용융 온도에서 매우 반응성이 높고 휘발성이 있습니다.
보호용 아르곤 차폐 없이는 이러한 원소가 대기 중 산소와 빠르게 반응합니다. 이로 인해 이러한 중요한 구성 요소가 "연소"되거나 손실되어 합금의 의도된 조성 변경 및 성능 특성 저하를 초래합니다.
탄소 함량 안정화
진공 유도 용융과 같은 공정에서는 탄소-산소 반응의 위험이 있습니다.
특정 압력(약 30,000 Pa)에서 아르곤 분위기를 유지하면 이 반응을 억제하는 데 도움이 됩니다. 이는 용융물 위의 부분 압력을 균형 있게 유지하여 과도한 탄소 손실을 방지하고 공정 전반에 걸쳐 탄소 함량이 안정적으로 유지되도록 합니다.
기계적 무결성 보장
산화물 개재물 제거
용융 금속이 공기와 접촉하면 산화물 불순물이 즉시 형성됩니다.
이러한 산화물은 고체화된 필러 금속 내부에 개재물로 갇히게 됩니다. 고순도 아르곤 환경은 용융의 최종 단계에서 이러한 불순물의 침입을 효과적으로 차단합니다.
접합부 취성 방지
산화물 존재와 제어되지 않은 화학적 변화는 열등한 기계적 특성을 초래합니다.
특히 산화물 개재물은 응력 지점을 생성하여 브레이징된 접합부의 취성을 크게 증가시킵니다. 산화를 방지함으로써 아르곤은 필러 금속이 취약한 결합이 아닌 연성 있고 견고한 결합을 생성하도록 합니다.
중요 공정 제어
압력과 휘발성 균형
주요 목표는 산소 배제이지만 아르곤 분위기의 압력도 중요한 변수입니다.
압력이 너무 낮으면 산화 없이도 휘발성 원소가 증발할 수 있습니다. 진공 유도 용융에서 언급했듯이 특정 화학 반응을 억제하고 용융물을 안정화하기 위해 약 30,000 Pa의 압력을 유지해야 합니다.
불순물 침입의 비용
아르곤 가스 자체의 고순도를 유지하지 못하면 분위기의 이점이 상쇄될 수 있습니다.
가스 공급의 미량의 오염 물질이라도 고온에서 용융물과 반응할 수 있습니다. 시스템은 최종 합금이 이론적 설계와 일치하도록 보장하기 위해 가스가 엄격하게 불활성임을 신뢰합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
Ni-Mn-Si-Cu 또는 유사한 복합 합금의 용융 매개변수를 설정할 때 특정 품질 목표를 고려하십시오.
- 화학적 정밀도가 주요 초점인 경우: 망간과 같은 휘발성 원소의 증발 및 산화를 억제하기에 충분한 아르곤 압력을 보장합니다.
- 기계적 연성이 주요 초점인 경우: 취성을 유발하는 산화물 개재물을 엄격하게 제거하기 위해 아르곤 가스의 순도를 우선시합니다.
분위기를 제어하면 최종 브레이징 접합부의 신뢰성을 제어할 수 있습니다.
요약 표:
| 요인 | 고순도 아르곤의 영향 | 실패 시 결과 |
|---|---|---|
| 원소 안정성 | 반응성 Mn 및 Ti의 "연소" 방지 | 변경된 합금 조성 및 성능 저하 |
| 산화물 개재물 | 산소/질소 차단으로 용융물 깨끗하게 유지 | 취약한 접합부 및 내부 응력 지점 |
| 탄소 제어 | 압력을 통한 탄소-산소 반응 억제 | 과도한 탄소 손실 및 불안정한 화학량론 |
| 기계적 특성 | 높은 연성과 결합 강도 보장 | 파손되기 쉬운 취약한 접합부 |
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참고문헌
- S.V. Maksymova, P.V. Kovalchuk. Brazing stainless steel with high chromium nickel alloy. DOI: 10.21203/rs.3.rs-7259392/v1
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