접합기술/ 납땜 재료의 차등열량분석(DTA) 기술
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제2회부산국제용접&절단&레이저설비산업전시회
납땜 재료의 차등열량분석(DTA) 기술
차등열량분석(DTA)는 전문화된 품질조절기술로서 이것의 목적은 측정온도범위이상으로 재료가 냉각되거나 가열됐을 때 재료내에서 발생할 수 있는 많은 열량사고를 기록하고 확인하는 것이다.

이 기술은 용해 또는 응고가 시작되거나, 금속내에서 상변화가 일어나는 온도를 기록하기 위해 사용될 수 있다. 그러나 이 과정은 시간, 온도(가열속도, 냉각속도)그리고 초고순도의 분위기(산소가 희박해야 한다)의 면밀하게 통제된 조건하에서 발생되야 한다. 왜냐하면 실험금속의 산화를 막기위해서다.

DTA과정은 한 개의 열전자를 두 개의 다른 금속각각에 붙이는 과정을 포함하낟. 두 금속중 하나는 납땜재와 같은 전문재료가 될 수도 있고, 나머지는 순 백금과 같은 기준 참고 견본일 수도 있다.

2개의 견본들은 같이 천천히 그리고 획일적으로 가열되기 때문에 BFM에서 열량발생이 생길때까지는 실험견본과 표준범위 사이에는 어떤 온도 변화도 없을 것이다. 다른 가능성중에서 그러한 발생은 열흘 흡수하고 흡열반응인 용해의 시작일수도 있고, 열을 방출하고 발열반응인 응고의 시작이 될 수 있다.

두 점에서, 두금속의 온도변화는 기록 chart의 스파이크아 발생된 변화가 기록되는 온도를 그림1에서처럼 나타낸다. 그렇게해서, 이 연구는 금속사이의 온도차에 대해 중점을 두기 때문에 DTA에 대한 명명이 개발되었다.

1. DTA실험검토
DTA과정은 수년간 존재해왔고 지금은 많은 회사엣 가치있는 분석수단이 되었다. 연구는, 이전에 개략적으로 설명된 과정을 이용해서 DTA가 BFM의 고상온도와 액상온도를 실질적으로 측정하기 위한 유용한 QC수단이 될 수 있는가를 계속해서 검사하고 있다.

그러나, 비록 미국와 유럽에서 연구가 계속된다하더라도, BFM을 수용하고 거절하는 기준적인 수단으로 DTA효과적으로 이용하는 방법에 대한 합의는 없다.

그러나 많은 수의 과학자아 기술자들이 DTA실험은 BFM의 고상점과 액상점을 허가하고 결정하는 명세서를 구입하는데 필요조건이 되야한다고 믿고 있다. 비록 몇몇실험실들이 다른 재료들은 질적으로 비교하도록 가능하게 해준 DTA가 흥미있는 수단이지만, BFM에 대한 넓은 의미를 가질 수 있는 DTA를 양적으로 실행하고 해석하기 위한 공식적으로 공인된 국제적 절차가 아직도 없다.

DTA실험을 위한 야금학적 샘플을 용해하고 냉각시키는 가장 좋은 방법에 관심을 가진 미국와 유럽의 과학자오 기술자는 지금 장황한 논의를 벌이고 있다. 즉 논의 내용은 다음과 같다.(샘플들은 2℃/시간,5℃/시간 또는 10℃/hr의 속도로 가열 혹은 냉각되어야 하는가?

용해도가니 재료는 알루미늄, 실리콘등으로 표준화디어야 하는가 그리고 열량 data를 가장 효과적으로 열전리로 전달하기 위해서 재료는 얼마나 두꺼워야 하는가?)

다른 질문들은 결과로 나온 DTA곡선으로부터 고상온도와 액상온도를 적절히 결정하는 방법에 중점을 두고 있다. (가열곡선만이 사용되어야 하는가, 혹은 냉각곡선만이 사용되야 하는가? 아니면 양쪽의 평균 온도를 사용해야 하는가?) 여전히 합의점이 없다.

2. Interpheting DTA Findings
한 연구소는 순수한 금에 대해 실허을 해서, 그림 2의 곡선과 비슷하게 열량곡선은 융해범위를 갖는 순수금을 나타낸다는 사실을 발견했다. 만약 곡선이 많은 연구소들이 제시하는 것 처럼 해석된다면, 가열할때의 spike의 시작은 고상선을 나타내고 그리고 spike의 정점은 액상선을 나타낸다. 그란 순수한 금은 융해범위가 아닌 융해점을 가진다.

다른 실험 연구소는, 그들의 연구가 비록 DTA곡선을 만들어냈지만, 고상선/액상선수치의 해석을 연구진에게 맡기기로 했다고 말했다.

게다가 매우 중요한 변수는 형태(분말 고체)에 집중되어있다. 이것은 아직도 미해결상태익, 이 형태는 DTA실험에 있어서 BFM샘플이 초기가열을 위해서 취해야만 한다.

BFM실험견본은 공급된 원래의 BFM분말이어야 하는가? (융점까지 가열됐을 때 그것은(BFM견본)"첫번째 가열 DTA실험"이라 불린다.) 견본은 몇 개의 녹는 분말로 만들어진 고체의 "button"이어야 하는가? (DTA장치에서 융점까지 연속적으로 가열된 그러한 "button"은 "두번째 가열DTA실험"이라 불린다.

실험견본의 형태에 의존해서, 다른 DTA결과가 얻어질 것이다. 분말이 가열되었을 때, 분말은 매우 적게 산화하거나 열을 균일하게 전달하지 않기 때문에, 분말 샘플은 합금에 정확한 고상온도를 제공하지 않을 것이다. 반면에, 몇몇 연구소는 미리 융해된 합금 button을 사용하는 것을 반대한다.
왜냐하면 그것은 고객들이 그들의 brazing노에서 실제로 이용하는 것을 대표하지 않기 때문이다.

만약 BFM분말이 실험견본으로서 사용되어야 한다는 기준이 개발되었다면 어떤 mesh size가 필요하고, 얼만큼의 양이 사용되야 하는가(이론상, sample이 작으면 작을수록, 더 좋다)그리고 고도의 정확성을 위한 어떤 냉각/가열속도가 규정되야 하는가? 그러나 지금까지 해결되어야할 많은 문제중 몇 개가 이것들이다.

고상/액상 온도들은 주로 BFM sample의 화학적 성질에 달려있다. 그리하여, 화학적 성질에 대한 좀더 치밀한 통제는 이론적으로는 고상/액상점의 더욱 면밀한 통제를 하게하면서, DTA의 대안이 될 수 있다

. 모든 BFM은 각각 원소에 대해 공제되는 오차허용도를 가지며 BFM는 원소로부터 만들어진다. (즉 chromium는 12%±2%로 규정될 수 있다.)연구를 통해서, 오차허용범위의 한쪽 끝에서 다른쪽으로 화학성질을 변화시키는 것은 BFM의 융해범위에서 영향을 미칠것이라는 사실을 알 수 있다.

몇몇 연구소들은 이미 BFM의 동일한 sample에 대한 보도된 화학적 성질에 대한 만은 모순을 보여왔기 때문에 BFM요소에 대한 오차허용도를 엄하게 하는 것은 단지 외부실험실에 의한 화학적 분석의 어려운 문제를 약화시키게 될 것이다.

또한, 비록 분말이 완벽하게 좋다하더라도, 더욱 엄격한 오차허용도 규칙은 단지 보도된 "분석을 하지 않은"화학적 성질의 빈도를 증가시키는 결과를 낳을 것이다.

이러한 좁은 화학선택의 대안으로서, 화학적 성질을 고려하는 범위를 기반으로, 액상/고상온도에서 허용가능한 범위를 규정하는 것은 매우 분별있는 것이다.

BFM공급자 또는 외부 실험실에 의한 DTA실험은 공급되는 BFM가격에 엄청난 비용을 증가시키고 선적하는데에 추가의 조달시간을 더한다라는 사실도 생각해야할 문제다.

DTA data의 잘못된 해석을 통해서 완전하게 좋은 BFM 분말을 불필요하게 거절하는 결과도 있을 수 있다.

3. 표준화 조정
니켈을 바탕으로 brazing filler 금속을 제조하는 Wall Colmonoy사는 DTA를 위한 이러한 다른 필요요소를 규정하는 것을 돕기위해 지난 수년간 과학자 그리고 기술자와 더불어 연구해오고 있다. 그러나 업계는 여전히 합의점을 찾지 못하고 있다.

실험과 재료를 위한 미국사회(ASTM)는 brazing filler 금속분말을 위한 DTA요소를 개발을 하는데에 중요한 역할을 해야 한다. 반면에 BFM구매자들은 그들의 구입주문서에 있는 DTA조건을 충족시키기전에 국가적인 그리고 국제적인 기준을 기다리라고 강력하게 종용되고 있다.

DTA가 잘 개발되고 인정되는 국제기준을 가진 것으로, BFM의 검사를 위한 수단이 될 때까지는 Flow tests는 BFM품질을 입증하는 metal Coupons에 사용되어야 한다.

T-시료는 뛰어나고, 저렴한 품질조정 검사기이다. 이 검사기는 어떤 열처리/brazing shop에 있는 분위기조건과 특정한 로하에서 용강로의 분위기, BFM의 기능 그리고 품질을 검사하는데 사용될 수 있다.

여전히 믿을수 있는 구식 기준 냉각곡선은 수년간 의존할 수 있는 것으로 증명되었다. 이 기술에 의해서, 용해된 BFM의 pool은 천천히, 보호분위기하에서 액체상태로부터 냉각 열전지는 BFM액체와 참고 기준 사이의 온도차이 보다는 냉각되는 액체의 온도 측면을 측정한다.

그림 3에 나타났듯이, 미국의 Welding Sochety's 분류, 즉(AWS A5.8, elass BNi-9)와 일치하는 BFM에 있어서 냉각곡선은 온도 1930℉/205℃온도 정지현상을 나타낸다. 곡선의 중앙에 있는 수평선은 재료를 특수하게 가열한 경우에 대한 좁은 용해범위와 조성을 나타내는 즉, 공정형태를 나타내고 있다.

많은 DTA곡선은 같은 합금에 대한 냉각고선과 일치하지 않는다. 언젠가는 이 두곡선은 비슷한 결과를 제시할 것이고, DTA는 BFM고상/액상점을 입증하는 명확하고 쉽게 응용되는 QC기술이 될 것이다.

진행되는 DTA개발과 시험에 참여하고자는 당신의 의지는 중요한 BFM분석을 위한 DTA기술을 발생시키는데 도움이 될 것이다.
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