4-2.  브레이징 분위기

① 깨끗한 브레이징 면을 얻을 수 있으며,  세척 없이 제품을 사용할 수 있다.
② 복잡한 제품 (예: 열교환기, thrust chamber, 하니 컴 샌드 위치 구조 등)의 브레이징이 가능하다.
③ 플럭스가 잘 빠져 나갈 수 없는 브레이징 면을 가진 제품에도 적합하다.

일반적으로 브레이징 분위기는 다음 3가지가 사용된다.

① 가스분위기 사용
② 가스분위기/플럭스 사용
③ 진공/가스분위기 사용

이제 브레이징을 위한 분위기에 대해 좀 더 체계적으로 알아 보기로 하자.

(1) 분위기의 적용

일반적으로 분위기가 적용되는 곳은 로(furnace)이다. 유도가열 등 다른 경우에도 국부적으로 사용하기도 하지만 대부분 분위기 로용으로 사용된다.
<표 2-11>은 미국 용접협회에서 분류한 브레이징에 사용되는 주요 분위기를 정리한 것이다.

(2) 주요 분위기 인자의 역할

 ① 수소 (Hydrogen, H2)

수소는 고온에서 대부분의 금속 산화물의 생성을 강력히 억제한다. 브레이징시에는 금속 제품 표면의 산화물을 제거하여 아래 식과 같이 환원시킴으로써 용융된 용가재가 젖을 수 있도록 도와준다. 수소에 의한 금속 표면의 산화물 환원의 여부는 수소 가스 중의 수분량 (예 : 이슬점)에 의존한다.

수소는 폭발성이 있으므로, 누출되지 않도록 주의한다. 또, 수소는 산소를 함유한 동 등 몇 몇 모재에 수소취성
(Hydrogen embrittlement)을 일으키기도 한다.

② 일산화탄소 (Carbon monoxide, CO)
일산화탄소는 고온에서 철, 니켈, 코발트, 동의 산화물 생성을 억제하며, 때로는 탄소를 공급하는 용도로도 사용된다. 일산화탄소는 중독성이 있어 위험하기 때문에 반드시 배기 및 통풍을 시켜야 한다.

③ 이산화탄소(Carbon Dioxide, CO2)
이산화탄소는 브레이징 분위기에서 광범위하게 존재하며, CO/CO2의 적정한 비율은 강의 브레이징에 있어서 분위기안정과 탈탄을 방지하기 위하여 필요하다. 고온에서는 CO가 더 안정하며 저온에서는 CO2를 형성한다.

④ 질소(Nitrogen, N2)
질소는 환원성 원소가 아니기 때문에 산화물을 제거하는 능력은 없다. 질소는 로 내의 공기를 치환하기 위하여 사용되는 경우가 많다. 질소는 대부분의 금속과 불활성이이지만, Cr, Mo, Ti, Zr과는 반응하여 질화물을 생성할 염려가 있으므로 함께 사용하는 것을 피하는 것이 좋다. 질소는 대단히 안전하며, 폭발성이 없고 가연성도 아니다.

⑤ 수증기(Water Vapor, H2O) 와 이슬점
분위기 중의 수증기의 양은 이슬점(露点, dew point)으로 표시된다.  이슬점은 가스 내의 수분이 액체 (물)로 응축되기 시작하는 온도를 나타낸다. 이슬점은 기체의 건조도로도 해석되는데, 이슬점 온도가 낮을수록 기체가 건조하다는 것을 의미한다. 즉, 이슬점이 높을수록 분위기 가스 내의 수분이 많아진다.

<표 2-12>는 이슬점 온도와 수분함량을 나타낸 것이다.

수증기는 브레이징 분위기 중 불필요한 물질이며, 다량의 수증기가 존재하면 제품의 산화나 변색, 탈탄의 원인이 되기도 한다. 즉, 이슬점이 높으면 제품의 표면이 산화되기 쉬워지며, 이로 인해 용융된 용가재는 제품표면에 젖음성이 떨어진다. 겨울 철 분위기로 입구에서 물기가 묻어나거나 떨어지는 것은 분위기 중에 수증기가 과도하게 포함되어 있기 때문이다. 분위기 중 수분을 제거하기 위해서는 질소 가스일 경우, 실리카겔을 로 내에 넣기도 하고, 수소 가스일 경우 활성 알루미나를 로 내에 넣기도 한다.

⑥ 산소(Oxygen, O2)

산소는 브레이징 분위기에서 불필요한 원소로, 제품 산화의 원인이 된다.

⑦ 황(Sulfur, S)

황은 분위기에서는 백해 무익하며, 여러 경로를 통해서 분위기에 유입된다.

⑧ 진공(Vacuum)

<표 2-13>은 미국 용접협회에서 브레이징 용가재와 모재에 적절한 진공 분위기를 분류한 것이다.

진공브레이징은브레이징 후 플럭스 잔류물을 제거하기 곤란한 곳이나, 분위기 가스가 침투하기 곤란하게 지나치게 밀착된 곳, 매우 크고 긴 부품의 브레이징에 적합하다.  또한, 타이타늄, 지르코늄, 니오븀, 몰리브데늄, 탄탈륨 등을 포함한 합금은 소량의 가스 분위기와도 브레이징 온도에서 반응하여, 취성을 만들거나 분해되기 때문에 진공 브레이징이 적합하다. 이러한 합금들은 고순도의 불활성가스 분위기에서도 브레이징이 가능하다.

진공 브레이징은 기본적으로 브레이징 부나 모재에 존재하는 모든 가스를 제거하며, 산화가 일어나지 않는 수준으로 유지한다. 상업적으로 사용되는 압력은 10-3 ～ 10-6 torr 이다. 진공상태에서 몇몇 산화물은 브레이징 온도에서 분해되기도 한다. 실제로 스테인레스 강, 슈퍼얼로이, 알루미늄 합금 및 난용성 합금 등의 브레이징시 진공 분위기는 광범위하게 사용된다.