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JWJ > Volume 34(2); 2016 > Article
MBF 20으로 브레이징한 STS304 콤팩트 열교환기 접합부의 미세조직에 미치는 가열속도의 영향

Abstract

Effect of heating rate on microstructure of brazed joints with STS 304 Printed Circuit Heat Exchanger (PCHE), which was manufactured as large-scale(1170(L) × 520(W) × 100(T), mm), have been studied to compare bonding phenomenon. The specimens using MBF 20 was bonded at 1080°C for 1hr with 0.38°C/min and 20°C/min heating rate, respectively. In case of a heating rate of 20°C/min, overflow of filler metal was observed at the edge of a brazed joints showing the height of filler metal was decreased from 100μm to 68μm. At the center of the joints, CrB and high Ni contents of γ-Ni was existed. For the joints brazed at a heating rate of 0.38°C/min, the height of filler was decreased from 100μm to 86μm showing the overflow of filler was not appeared. At the center of the joints, only γ-Ni was detected gradating the Ni contents from center. This phenomenon was driven from a diffusion amount of Boron in filler metal. With a fast heating rate 20°C/min, diffusion amount of B was so small that liquid state of filler metal and base metal were reacted. But, for a slow heating rate 0.38°C/min, solid state of filler metal due to low diffusion amount of B reacted with base metal as a solid diffusion bonding.

1. 서 론

해양플랜트 및 선박 운용에 대한 유류비 인상 및 탄소배출 규제강화 등의 환경문제가 대두됨에 따라 오염물질 배출량이 적고 연료비가 적게 드는 천연가스를 사용한 추진선에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 LNG를 사용한 엔진 시스템이 각광을 받고 있으며, 고압의 압출 및 분리 과정에서 사용되는 열교환기의 효율에 따라 그 성능이 달라진다고 알려져 있다1-3).
선박에 탑재되는 열교환기는 공간적 제한으로 인해 콤팩트형 열교환기가 주로 사용되고 있으며, 고온 및 고압의 다양한 분위기에서 사용되고 있다5-6). 콤팩트형 열교환기는 종류로는 Plate-fin형, PCHE(Print Circuit Heat Exchanger)등이 있다. 특히 에칭에 의해 유로가 형성된 PCHE의 경우 고내압력(최대 600bar), 고내열(최대 800도), 높은 압축성(기존 대비 85공간 축소), 고효율성(열교환율 최대 98.7%)의 장점으로 인해 많이 적용되고 있다. PCHE 소재로는 고온 강도, 크리프 강도가 우수하고 고내압 특성을 가지는 오스테나이트 스테인리스강이 주로 사용된다7-9).
PCHE의 접합방법으로는 확산접합법과 브레이징 공법 두 가지가 있다. 확산접합의 경우 플럭스가 없고, 삽입금속이 필요 없기 때문에 인장성질 및 부식측면에서 장점이 있으나 고온에서 하중을 가하기 위한 장치 제작에 드는 비용이 크므로 고가인 단점도 있다. 그러나 브레이징 공법의 경우 단순한 하중을 사용하여 접합이 가능하며, 이음부위에서 개스킷(gasket) 없이 유로사이의 밀봉이 아주 확실하며, 교차점에서도 접합이 이루어져 기계적 강도 또한 우수한 특성을 나타내기 때문에 복잡한 형상의 콤팩트형 열교환기 제작에 있어 최적의 공정이라 할 수 있다10-13).
일반적인 소형열교환기 제작에서 브레이징 가열속도는 빠른 것으로 보고되어지며14-16), 대형열교환기(1000(L) × 500(W) × 50(T)mm 이상)를 브레이징하여 제작하는 경우 판재의 열전달계수에 의한 내외부 온도차를 적게 하기 위해서 느린 가열 속도가 요구된다. 이는 산업적인 적용에 방해되는 요소이며17), 판재의 열변형과 브레이징 삽입금속에 함유된 B, Si과 같은 저융점 원소의 확산에 영향을 주기 때문에 접합부 결함 형성(미접합부, 크랙, 보이드)에 영향을 줄 것이라 예상된다.
본 연구에서는 소형, 대형 열교환기 제작 시 가열속도를 재현하는 목적으로 에칭된 유로를 가지는 STS 304 판재에 MBF 20 삽입금속을 이용하여 브레이징 접합 시, 가열속도에 따른 접합부 미세조직을 체계적으로 조사하여 접합 현상과 기구를 규명하고자 하였다.

2. 실험 방법

2.1 실험 방법

Table 1은 모재의 삽입금속의 화학조성 및 융점을 표시한 것이다. 유로가 형성된 스테인리스강 304 포토에칭 된 판재 (33*16.5*2mm)를 사용하였고, 삽입금속으로는 Ni기 삽입금속인 MBF 20 비정질 시트(t= 50μm) 2장을 겹쳐서 사용하였으며, 접합시편의 모식도를 Fig. 1에 나타내었다.
Table 1
Chemical composition of STS 304 and filler metal (MBF 20)
Materials Nominal Composition (wt%) Melting Temperature
Fe N C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo B
STS304 Bal. 0.06 0.054 0.017 1.177 0.037 0.017 0.298 5.86 22.40 3.49 - -
MBF 20 3.0 - 0.06 4.2 - - - - Bal. 7.4 - 2.8 978-1024
Fig. 1
Schematic diagram of 4-layer brazed with filler metal
jwj-34-2-46-fig-1.tif
Fig. 2는 브레이징 접합 가열속도를 나타낸 그래프를 나타낸 것이다. 접합은 시편을 진공 소결로에 장입한 후, 5×10-5torr의 고진공 분위기에서 1080°C까지 분당 0.38°C와 분당 20°C로 가열하였으며, 1시간동안 유지한 뒤 노냉 하였다.
Fig. 2
Heating cycle of brazing
jwj-34-2-46-fig-2.tif
접합부 미세조직을 관찰하기 위하여 접합된 시편을 접합면에서 수직방향으로 절단하고, 마운팅 하여 접합부까지 마이크로 폴리싱(1um)을 실시하였다. 전해에칭을 사용하여 삽입금속 영역의 공정조직을 관찰하고자 했으며, 에칭 용액은 증류수(100ml) + 옥살산(10g) 용액에서 8~10(s)간 전해부식 시켜 관찰하였다. 상분석 및 성분분석은 광학현미경 (Optical Microscope, 이하 OM), 주사식 전자현미경 (Scanning Electron Microscope, 이하 SEM), 전자현미분석기(Electron Probe Micro Analyzer, 이하 EPMA)로 행하였다. 접합부 내의 입계 형성을 파악하기 위하여, 후방산란전자 회절법 (EBSD : Electron Back-Scattered Diffraction)을 사용하여 하였다. 상동정은 XRD(X-Ray Diffraction)를 통해 실시하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 브레이징 접합부 형상에 미치는 가열속도의 영향

대형 열교환기(1170(L) × 520(W) × 100(T), mm)를 브레이징하는 경우, 로의 열용량과 내외부의 온도 차를 적게 하기 위하여, 가열속도를 느리게 하여 브레이징 한다. 실제 브레이징시, 평균 가열속도를 측정한 결과, 0.38°C/min이었다. 한편 아주 작은 소형 열교환기는 20°C/min의 가열속도로 브레이징이 가능하였다. MBF 20 삽입금속(Ni-7.4Cr-3.0Fe-4.2Si-2.8B-0.06C)을 사용하여 느린 가열속도로 브레이징하는 경우, 융접저하원소인 B의 확산속도가 아주 빠르므로, 삽입금속의 융점 혹은 브레이징 온도(1080°C)에 도달하기 전에 많은 양의 B이 모재로 확산될 가능성이 많다. 따라서 모재 경계에서 삽입금속의 B의 농도는 현저히 낮아져 접합온도에서 액상이 형성되지 않을 가능성이 많다. 그래서 본 연구에서는 느린 가열속도인 0.38°C/min와 비교적 빠른 가열속도인 20°C/min로 브레이징 한 경우, 접합현상의 차이를 비교하고자 하였다.
먼저 거시적인 브레이징의 접합부 형상을 비교하였다. Fig. 3Fig. 4는 각각 0.38°C/min와 20°C/min 가열속도로, 1080°C에서 1hr 동안 유지하여 브레이징 한 경우, 접합부 근방의 거시조직을 비교한 것이다. (a)는 접합된 시편이고, (b)는 1개의 패턴부와 플레이트부의 접합된 거시조직이며, (c)는 접합부 중앙부와 필릿부의 미세조직을 연속적으로 나타낸 것이다. 가열속도에 따른 접합부 중앙부(c)를 비교하면 다음과 같다. 첫째, 0.38°C/min와 20°C/min의 접합부 폭은 각각 86μm와 32μm으로, 원래의 삽입금속 두께 100μm에서 각각 14μm과 68μm이 감소하였다. 둘째, 느린 가열속도의 것은 중앙부에 제 2상이 존재하지 않지만, 빠른 것은 제2상이 존재한다. 셋째, 모재에 형성된 반응층은 느린 것이 두껍다. 또한 입계에 반응상이 존재하는 입계 깊이는 느린 것은 모재로부터 약 112μm, 빠른 것은 47μm으로, 느린 것이 2배 이상 깊다.
Fig. 3
Cross-sectional of brazed joints with different heating rate (a)~(c) 0.38°C/min (at 1080°C for 1hrs)
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Fig. 4
Cross-sectional of brazed joints with different heating rate (a)~(c) 20°C/min (at 1080°C for 1hrs)
jwj-34-2-46-fig-4.tif
이상의 접합부의 거시적 비교 결과로부터, 가열 속도에 따라 접합현상이 큰 차이가 있음을 알 수 있다.

3.2 0.38°C/min 가열속도로 브레이징된 접합부의 미세조직

Fig. 5는 0.38°C/min의 가열속도로 브레이징한 접합부를 EPMA로 Fe(b), Ni(c), Cr(d), B(e), Si(f), N(g), C(h)원소에 대해 면분석한 결과를 나타낸 것이다. 삽입금속에만 함유된 B과 모재보다 많이 함유된 Ni은 모재 쪽으로, 스테인리스 모재에 많이 함유된 Fe과 Cr은 삽입금속 쪽으로 상호확산 한다. 따라서 접합부에 Fe와 Ni의 농도에 따라 다양한 확산층이 형성되어 있고, 모재 쪽에는 Cr과 B이 농화되어 있는 확산층과 입계에 따라 Cr과 B으로 이루어진 생성상이 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한 모재/접합부 계면에 N와 B으로 이루어진 구상이 존재함을 볼 수 있다. 각 확산층 및 생성상의 미세조직을 정확히 파악하기 위하여 고배율 SEM으로 관찰하였고, 그 결과를 Fig. 6에 나타내었다. 접합부 미세조직은 입계에 석출상을 제외하고, 단상조직으로 구성되어 있다. 한편 접합계면에는 구상(5)이 존재하고, 모재에는 Fig. 5에서 Cr과 B농도가 높은 반응층으로 보였던 곳에서 미세한 생성상들과 기지조직으로 구성되어 있다. 또한 입계에 미세한 생성상들이 존재함을 볼 수 있다.
Fig. 5
Optical micrograph (a) brazed joint denoted as x in Fig. 3 (c) and EPMA mapping results showing distribution of elements : Fe (b), Ni (c), Cr (d), Ni (e), Si (f), N (g), C (h)
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Fig. 6
Magnified SEM images of the brazed joints marked X area in (a) of Fig. 5
jwj-34-2-46-fig-6.tif
접합부와 모재에 존재하는 상들의 조성을 파악하기 위하여 EPMA로 분석하였다. Table 2Fig. 6에 번호로 표시한 상들의 조성을 나타낸 것이다. 그리고 이들 상이 어떤 상인지 동정(identification)하기 위해, 접합부 정중앙부, 모재/접합부 계면의 접합부 쪽과 모재 쪽이 표면이되도록 순차적으로 연마와 XRD 분석을 수행하였다. Fig. 7은 전술한 3개의 표면에 대하여 XRD 분석결과를 나타낸 것이다. 이들 결과로부터, 접합부 및 모재에 형성된 상들은 다음과 같이 정리할 수 있다. 접합부(Fig. 6의 1, 2, 3)는 위치에 따라 조성이 다소 차이가 있지만, 단상인 Ni 고용체인 것을 확인할 수 있다.
Table 2
Chemical composition of analysis point denoted as 1~8 in (b) of Fig. 6
Element Composition(wt.%) Phase
Fe Ni B Si Cr N
1 9.39 75.92 0.44 5.24 9.01 - γ-Ni
2 15.03 71.97 0.81 4.47 7.88 -
3 22.29 65.46 0.92 3.52 7.81 -
4 43.39 42.35 0.94 1.68 11.64 - Fe(Ni)
5 16.03 18.11 32.00 0.42 4.61 25.38 BN
6 57.70 3.54 6.13 0.33 32.30 - CrB
7 58.99 0.81 4.89 0.03 35.38 - Cr2B
8 75.82 9.21 1.15 0.51 13.31 - γ-Fe
Fig. 7
The layer-by-layer XRD patterns of brazed joints (heating rate : 0.38°C/min) analyzed from the center of brazed joints to base metal
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접합계면에 형성된 기지(4)는 Ni과 Fe가 거의 비슷한 조성으로 구성된 것으로부터, 삽입금속과 모재의 원소들이 상호확산 하여 형성된 고용체임을 알 수 있다. Fe-Ni은 전율고용체이고 면심입방(FCC) 결정구조를 하여, 접합부의 조직(NI농도가 농도가 높은 FCC 고용체)과 구별하기가 어렵다. 이 영역에 형성된 구상(Fig. 6의 5)은 BN이다. 이 상은 모재에 함유된 N과 삽입금속으로부터 확산하여 온 B이 결합하여 형성된 것으로 생각된다.
한편 접합부 계면 근방의 모재(기지)는 Fe-고용체이고, 미세한 CrB와 Cr2B가 입내와 입계에 형성되어 있다. 이들 상들도 삽입금속으로부터 확산하여 온 B과 모재에 함유된 Cr이 반응하여 형성된 것으로 생각된다. 특히 B의 확산속도가 입내보다 입계에서 빠르기 때문에 계면에서 멀리 떨어진 곳에도 Cr 보라이드들이 형성된다.
스텐인리스강을 Ni-B계 삽입금속으로 브레이징 한 경우, 접합계면에 BN의 형성과 접합계면 근방의 모재에 CrB와 Cr2B가 입내와 입계에 형성된다는 보고는 다수 있다14-16).

3.3 20°C/min 가열속도로 브레이징된 접합부의 미세조직

Fig. 8은 20°C/min의 가열속도로 브레이징한 접합부를 EPMA로 Fe(b), Ni(c), Cr(d), B(e), Si(f), N(g), C(h)원소에 대해 면분석한 결과를 나타낸 것이다. 접합부에는 0.38°C/min(Fig. 5)의 것과 달리 크게 2개의 영역으로 구분된다. 즉 접합부 중앙부에 Ni, Cr 및 B의 농도가 높은 상과 Ni 고용체로 구성된다. 접합계면 모재 쪽에는 0.38°C/min과 동일하게 Cr과 B이 농화되어 있는 확산층과 입계에 따라 Cr과 B으로 이루어진 생성상이 형성되어 있음을 알 수 있다. 다만 확산층 및 입계에 상이 형성된 영역의 폭이 0.38°C/min의 것보다 좁다.
Fig. 8
Optical micrograph (a) brazed joint denoted as y in Fig. 4 (c) and EPMA mapping results showing distribution of elements : Fe (b), Ni (c), Cr (d), Ni (e), Si (f), N (g), C (h)
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Fig. 9은 고배율 SEM으로 관찰한 접합부의 미세조직을 나타낸 것이고, Table 3Fig. 9에 번호로 표시한 접합부와 모재에 존재하는 상들의 조성을 파악하기 위하여 EPMA로 분석한 결과를 나타낸 것이다. 또한 Fig. 10Fig. 7과 같은 방법으로 접합부 정중앙부(a), 모재/접합부 계면의 접합부 쪽(b)과 모재 쪽(c)을 XRD로 분석한 결과를 나타낸 것이다. 이들 결과로부터, 접합부 중앙부는 Ni 고용체(γ)인 기지와 CrB으로 이루어져 있음을 알 수 있다.
Fig. 9
Magnified SEM images of the brazed joints marked X area in (a) of Fig. 8
jwj-34-2-46-fig-9.tif
Table 3
Chemical composition of analysis point denoted as 1~7 in (b) of Fig. 9
Element Composition(wt.%) Phase
Fe Ni B Si Cr N
1 8.83 40.38 20.76 6.23 22.35 - CrB
2 25.06 56.14 4.54 5.60 10.42 - γ-Ni
3 21.41 57.28 4.40 6.48 10.43 - Ni(Fe)
4 20.27 23.09 23.09 0.25 5.88 17.30 BN
5 55.51 23.26 23.26 0.88 14.62 - CrB
6 60.38 15.84 15.84 0.92 19.51 - CrB
7 69.35 5.11 5.11 1.05 19.22 - γ-Fe
Fig. 10
The layer-by-layer XRD patterns of brazed joints (heating rate : 20°C/min) analyzed from the center of brazed joints to base metal
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한편 접합계면 접합부 쪽에 형성된 기지조직을 0.38°C/min의 것(Fig. 64)과 20°C/min의 것(Fig. 93)을 비교하면, 0.38°C/min의 것은 중앙부의 Ni 농도 차가 아주 큰 Ni 고용체이었지만, 20°C/min의 것은 Ni의 농도가 중앙부와 거의 비슷한 Ni 고용체이다. 또한 BN의 생성 양도 아주 적은 것이 특징이다.

3.4 가열속도에 따른 접합부 형성과정 차이 고찰

일반적으로 브레이징 공정에서 접합부의 상의 형성은 삽입금속의 융점 이상으로 가열되면, 삽입금속이 액상으로 되고, 삽입금속 중의 융점저하 원소가 모재로 확산하여 모재의 일부가 용융되어 접합된다. 유지시간이 길어지게 되면, 모재근방의 액상은 융점저하 원소가 모재 쪽으로 확산됨에 따라서 융점이 증가하여 브레이징 온도에서 등온응고 하고, 냉각하게 되면 잔류액상이 응고한다. 따라서 등온응고에 의해 형성된 고체와 냉각 중에 형성된 고체는 결정방위 관계가 다를 수가 있으므로, 역으로 모재와 접합부의 결정방위 관계를 안다면, 가열속도 혹은 냉각속도에 따른 접합현상을 예측할 수 있다.
그래서 가열속도와 냉각속도에 따른 접합부와 모재의 결정방위 관계를 EBSD를 이용하여 분석하였다. Fig. 11Fig. 12는 각각 0.38°C/min와 20°C/min의 가열속도로 브레이징한 접합부를 분석 결과로서, (a)는 SEM 조직이고 (b)는 결정방위 관계를 나타내는 IPF (Inverse Pole Figure) 그림(map)이며, (c)는 결정 구조를 나타내는 Orientation Index이다. Fig. 11의 (b)에서, 0.38°C/min의 가열속도인 접합부의 결정립은 접합부 폭만큼의 크기로 성장한 모습이다. 또한, 모재와 삽입금속간에 일부 결정립들을 제외한 대부분의 결정립들이 독립적인 결정방위로 성장되어 있다. 반면에, 20°C/min의 가열속도인 Fig. 12의 (c)에서 접합부의 결정립은 중앙부와 양쪽 모재 사이에 형성되어 접합부 폭의 1/2 크기로 성장한 모습이며, 많은 결정립들이 모재와 동일한 결정방위로 성장한 것으로 관찰된다.
Fig. 11
(a) SEM image and (b) IPF(Inverse Pole Figure) map and (c) Orientation index by EBSD for crystal orientation for a heating rate 0.38°C/min
jwj-34-2-46-fig-11.tif
Fig. 12
(a) SEM image and (b) IPF(Inverse Pole Figure) map and (c) Orientation index by EBSD for crystal orientation for a rate heating rate 20°C/min
jwj-34-2-46-fig-12.tif
Fig. 13은 각각 0.38°C/min(a, b)와 20°C/min(c, d)의 가열속도로 브레이징한 접합재의 필릿부의 SEM 조직을 나타낸 것이다. 그리고 Table 4Fig. 13의 (b)와 (d) 1-5로 표시한 상의 EPMA 분석결과를 정리한 것이다. (c)에서 모재로부터 덴드라이트 돌기 형상으로 성장한 모습이 관찰되고 (d)의 미세조직에서 공정상(Ni-CrB, Ni-NiSi)들이 존재한다. 이것은 액상에서 냉각과정 중에 응고하였다는 것을 의미한다. 한편 0.38°C/min(a, b)에서는 접합온도에서 액상이라고 볼 수 있는 상이 없고, Ni고용체만이 존재한다.
Fig. 13
SEM micrographs (a), (b) of brazing joints fillet area heated by 0.38°C/min rates and SEM micrographs (c), (d) of brazing joints fillet area heated by 20°C/min rates (brazing condition 1080°C-1hrs)
jwj-34-2-46-fig-13.tif
Table 4
Chemical composition of analysis point denoted as 1~5 in (b) of Fig. 13
Element Composition(wt.%) Phase
Fe Ni B Si Cr N
1 11.56 73.98 0.74 5.14 8.58 - γ-Ni
2 2.52 86.55 6.52 0.09 3.99 0.33 γ-Ni
3 1.66 63.77 8.42 6.58 19.57 - Ni-Cr-B-Si
4 3.21 82.63 1.28 7.16 5.34 0.38 γ-Ni
5 0.66 2.89 17.88 0.04 78.49 0.04 CrB
EBSD의 접합부와 모재의 결정립 방위 관계와 필릿부의 미세조직으로부터, 가열속도에 따른 접합부의 형성과정을 고찰하면, 다음과 같다. 20°C/min의 가열속도로 접합한 경우, 1080°C 접합온도로 가열되면, 액상이 형성되고, 유지하는 동안 자중에 의해 액상은 패턴부의 양 끝단 쪽으로 밀려나가 필릿부를 형성한다. 또한 융점저하 원소(B, Si)가 모재 쪽으로 확산함에 따라 모재부에 CrB가 형성되고, 접합부 내부에서는 등온응고 하여 고체가 성장하고, 접합부 중앙부에서 CrB는 잔류액상이 냉각 과정에서 형성되는 것으로 생각된다.
한편 0.38°C/min의 가열속도로 접합한 경우, 가열속도가 아주 느리므로, 1080°C 접합온도로 가열되기 전에 이미 B과 Si이 확산이 많이 일어나, 모재/접합부 계면 근방의 삽입금속 영역은 액상선 온도(1023°C)에서 B과 Si의 평형농도보다 낮아 고체상태로 존재하는 것으로 추측된다. 그러나 삽입금속 중앙부는 B과 Si의 농도가 다소 높기 때문에, 고상선 온도 (977°C)와 액상선 온도(1023°C) 사이에서 액상이 형성되고, 자중에 의해 액상은 패턴부의 양 끝단 쪽으로 밀려나가 필릿부를 형성하지만, 아주 양이 적어 Fig. 13의 (b)와 같이 형성되는 것으로 추측된다. 이것은 접합부 중앙부에는 접합온도에서 액상이었던 상들이 전혀 보이지 않고, Ni고용체만이 존재하는 것이 증거이다. 결국 아주 느린 가열속도(0.38°C/min)의 경우, 모재와 삽입금속과의 접합은 액상이 개재된 브레이징 공정이 아니라, 고상확산접합으로 이루어지는 것으로 생각된다.

4. 결 론

대형 콤팩트 열교환기 접합공정으로 MBF 20 (Ni-7.4Cr-3.0Fe-4.2Si-2.8B)을 사용한 브레이징을 적용할 때, 로의 용량으로 인해 아주 느린 가열속도(0.38°C/min)를 적용하여야만 한다. 그래서 느린 가열속도와 빠른 가열속도(20°C/min)로 1080°C까지 가열한 후 10min동안 유지하여 브레이징 한 경우, 접합현상 차이를 접합부, 계면 및 모재에 형성되어 있는 조성분포(WDS, EPMA), 상의 종류(XRD) 및 결정방위(EBSD)를 분석하고 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 20°C/min로 빠르게 가열한 접합부의 형상 특징은 접합부 폭이 32μm으로, 원래의 삽입금속 두께 100μm에서 68μm이 감소하는 대신에 패턴부에 상당 양의 필릿이 형성되었다. 접합부의 미세조직은 접합부 중앙에 CrB가 형성되어 있었고, 기지는 Ni의 농도가 높은 Ni고용체이었다. 결정립은 중앙부와 양쪽 모재 사이에 형성되어 이었고, 따라서 접합부 폭의 1/2 크기로 성장하였다.
2) 0.38°C/min로 느리게 가열한 접합부의 형상 특징은 접합부 폭이 86μm으로, 삽입금속 두께보다 14μm이 감소하였고, 패턴부에 필릿이 거의 형성되 않았다. 접합부의 미세조직은 중심부에서 모재 쪽으로 갈수록 Ni 농도가 낮지만, 모두 Ni고용체이었다. 결정립은 접합부 폭에 가까운 크기로 성장되고, 모재와 독립적인 결정방위로 성장되어 있었다.
3) 가열속도에 따른 접합부의 형상, 상의 종류와 분포, 결정립의 결정방위 관계로부터, 접합부 형상을 검토한 결과, 빠른 가열속도(20°C/min)의 경우, 모제 쪽으로 융점저하원소인 B의 확산 양이 적어, 액상과 모재와 반응하여 접합부가 형성된다. 그러나 가열속도가 느린 0.38°C/min의 경우는 가열 중에 모재 쪽으로 확산된 B 양이 많아, 모재/삽입금속 계면의 근방의 삽입금속 부위는 접합온도로 가열되어도 액상으로 되지 않고, B농도가 높은 중앙부 일부 많이 액상이 존재하므로, 실제적으로 고상확산접합으로 접합되는 것으로 생각된다.

감사의 글

이 논문은 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단-글로벌프론티어사업 (재)하이브리드 인터페이스기반 미래소재연구단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2013M3A6B1078869).

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