Abstract
Purpose: In this study, brazing characteristics of $ZrO_2$ and Ti-6Al-4V brazed joints with increasing temperature were investigated. Materials and methods: The sample size of the $ZrO_2$ was $3mm{\times}3mm{\times}3mm$ (thickness), and Ti-6Al-4V was $10mm(diameter){\times}5mm(thickness)$. The filler metal consisted of Ag-Cu-Sn-Ti was prepared in powder form. The brazing sample was heated in a vacuum furnace under $5{\times}10^{-6}$ torr atmosphere, while the brazing temperature was changed from 700 to $800^{\circ}C$ for 30 min. Results: The experimental results shows that brazed joint of $ZrO_2$ and Ti-6Al-4V occurred at $700-800^{\circ}C$. Brazed joint consisted of Ag-rich matrix and Cu-rich phase. A Cu-Ti intermetallic compounds and a Ti-Sn-Cu-Ag alloy were produced along the Ti-6Al-4V bonded interface. Thickness of the reacted layer along the Ti-6Al-4V bonded interface was increased with brazing temperature. Defect ratios of $ZrO_2$ and Ti-6Al-4V bonded interfaces decreased with brazing temperature. Conclusion: Thickness and defect ratio of brazed joints were decreased with increasing temperature. Zirconia was not wetting with filler metal, because the reaction between $ZrO_2$ and Ti did not occur enough.
연구 목적: 온도 변화에 따른 $ZrO_2$와 Ti-6Al-4V의 접합 특성에 대해 알아보기 위하여 새로운 브레이징 합금을 제조하고, 브레이징 온도가 접합 특성에 미치는 영향에 대하여 조사하고자 하였다. 연구 재료 및 방법: 본 연구에서 사용된 시편으로는 실험용 $ZrO_2$ 모재(ZirBlank-PS, Acucera, Inc., Gyeonggi-do, Korea)는 소결 전의 블록형태($65mm{\times}36mm{\times}12mm(t)$)이며, 이를 잘라 사포(#2400)로 표면연마 후 소결하였다. 소결된 $ZrO_2$ 시편의 크기는 $3mm{\times}3mm{\times}3mm(t)$이다. Ti-6Al-4V 모재(Ti 6Al 4V ELI CG Bar, TMS, Washington, USA)는 직경 $10mm{\times}5mm(t)$를 사용하였다. 소결된 $ZrO_2$와 Ti-6Al-4V의 접합을 위하여 브레이징 합금을 제조하였다. 시편을 3군으로 나누어 A군은 $700^{\circ}C$에서, B군은 $750^{\circ}C$에서, C군은 $800^{\circ}C$에서 각각 브레이징 하였다. 브레이징 부의 두께와 결함율의 측정은 각 군당 하나의 시편으로 각 시편 당 5회씩 반복 측정하여 평균값을 취하였다. 결과: 브레이징 합금을 사용하여 진공 브레이징을 수행한 결과 $ZrO_2$ 와 Ti-6Al-4V 는 $700^{\circ}C-800^{\circ}C$에서 양호한 접합을 보였다. 브레이징 후 브레이징 온도 변화에 따른 브레이징 부의 두께 및 결함율의 변화는 SEM을 사용하여 측정하였다. 브레이징 온도가 $700^{\circ}C$에서 $800^{\circ}C$로 증가함에 따라 CuTi 금속간 화합물 층 및 Ti-Sn-Cu-Ag계 화합물 층의 두께는 각각 $4.5{\mu}m$에서 $10.3{\mu}m$로, $3.1{\mu}m$에서 $5.0{\mu}m$로 증가되었다. 또한 브레이징 온도가 $700^{\circ}C$에서 $800^{\circ}C$로 증가함에 따라 브레이징 접합계면의 결함율은 $ZrO_2$ 및 Ti-6Al-4V 계면에서 각각 25%에서 16.3%, 5%에서 1.5%로 감소되었다. 결론: 브레이징 온도가 $700^{\circ}C$에서 $800^{\circ}C$로 증가됨에 따라, 브레이징 접합계면의 결함율은 $ZrO_2$ 및 Ti-6Al-4V 계면에서 모두 감소되었다. 이는 결함부에서 $ZrO_2$와 활성원소인 Ti과의 반응이 충분히 일어나지 않아서 브레이징 합금이 $ZrO_2$에 웨팅되지 않은 것이 원인이라고 사료된다.
