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KR101527112B1 - Method for diffusion bonding of nickel-based alloys - Google Patents

Method for diffusion bonding of nickel-based alloys Download PDF

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KR101527112B1
KR101527112B1 KR1020100050494A KR20100050494A KR101527112B1 KR 101527112 B1 KR101527112 B1 KR 101527112B1 KR 1020100050494 A KR1020100050494 A KR 1020100050494A KR 20100050494 A KR20100050494 A KR 20100050494A KR 101527112 B1 KR101527112 B1 KR 101527112B1
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nickel
diffusion
based alloy
intermetallic compound
diffusion bonding
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김민우
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 니켈기 합금의 확산 접합방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 1) 니켈기 합금의 표면에 알루미늄 또는 니켈 알루미나이드를 물리적 증착시키는 단계, 2) 550 ~ 650℃의 온도하에서 상호확산 열처리(inter-diffusion heat treatment) 공정을 수행하여 금속간 화합물층(Intermetallic compound layer)을 형성하는 단계, 및 3) 상기 2) 단계로부터 제조되는 금속간 화합물층이 형성된 니켈기 합금 2종 간에 상기 금속간 화합물층을 접합부로 하여 확산 접합공정을 수행하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따라 제조되는 확산 접합된 니켈기 합금은 접합력이 우수하고, 고온 부식 저항성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a diffusion bonding method of a nickel-based alloy, and more particularly, to a method of diffusion bonding a nickel-based alloy by 1) physical vapor deposition of aluminum or nickel aluminide on the surface of a nickel- a step of forming an intermetallic compound layer by performing a diffusion heat treatment process for forming an intermetallic compound layer on the intermetallic compound layer; and 3) And performing a diffusion bonding process. The diffusion bonded nickel based alloy produced according to the present invention has excellent bonding strength and can improve high temperature corrosion resistance.

Description

니켈기 합금의 확산 접합방법{METHOD FOR DIFFUSION BONDING OF NICKEL-BASED ALLOYS}[0001] METHOD FOR DIFFUSION BONDING OF NICKEL-BASED ALLOYS [0002]

본 발명은 니켈기 합금의 확산 접합방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 초고온 가스 냉각로의 인쇄기판형 열교환기 등에 적용할 수 있는 니켈기 합금을 표면 개질하고, 이를 확산 접합하는 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for surface-modifying a nickel-based alloy applicable to a plate-type heat exchanger of a plate-type heat exchanger of an ultrahigh-temperature gas-cooled furnace and diffusion bonding the nickel-based alloy.

콤팩트 열교환기는 기존 초고온 가스 냉각로의 중간 열교환기인 나선형 관형 열교환기에 비해 부피 및 무게가 상대적으로 매우 작기 때문에 새롭게 중간 열교환기의 후보로 제시되고 있다. 또한, 고온 고압에 견딜 수 있고 온도근접성이 우수하여 효율이 높다는 장점도 지니고 있다. 콤팩트 열교환기는 여러 개념이 제시되고 있는데, 그 중에서 인쇄기판형 열교환기가 밀착도가 가장 높은 것으로 보고되고 있다.The compact heat exchanger is proposed as a candidate for the intermediate heat exchanger because it has a relatively small volume and weight as compared with the spiral tube heat exchanger, which is an intermediate heat exchanger of the conventional ultra-high temperature gas cooling furnace. In addition, it has the advantage of being able to withstand high temperature and high pressure, high temperature proximity, and high efficiency. Various concepts of compact heat exchangers have been proposed, among which printing plate heat exchangers are reported to have the highest degree of tightness.

인쇄기판형 열교환기는 영국의 Heatric 사에서 세계 최초로 상용화에 성공하였다. 인쇄기판형 열교환기의 적용범위는 다른 일반적인 열교환기에 비해 월등히 넓어 현재 고온 고압의 석유화학 플랜트, 연료전지 반응기 및 개질기, CO2 히트펌프 및 온수기 등의 열교환 장치 등 다양한 분야의 열교환 장치에 적용하고 있으며, 전 세계적으로 수요처가 크게 확대되고 있다.The press plate heat exchanger was commercialized in the world by Heatric in the UK for the first time. The application range of the plate-type heat exchanger is far wider than that of other general heat exchangers, and is currently applied to heat exchangers of various fields such as high-temperature and high-pressure petrochemical plants, fuel cell reactors and reformers, CO 2 heat pumps, Demand is expanding globally.

인쇄기판형 열교환기의 제작 과정은 확산 접합을 이용한다. 확산 접합은 다음과 같은 순서로 이루어진다. 먼저 mm 단위로 화학적 에칭된 마이크로채널 박판을 적층 밀착시킨다. 그 후에 융점 이하의 고온에서 모재의 소성 변형이 생기지 않을 정도로 압축한다. 고온 압축 과정에서 접합면 사이의 원자 확산이 이루어져 박판들이 접합이 되며, 이 원자 확산을 이용한 접합을 확산 접합이라고 부른다.The manufacturing process of plate type heat exchanger uses diffusion bonding. The diffusion bonding is performed in the following order. First, the chemically etched microchannel sheet is laminated in the unit of mm. Thereafter, the material is compressed to such a degree that plastic deformation of the base material does not occur at a high temperature below the melting point. At high-temperature compression, atomic diffusion occurs between the junctions, and the junctions between the thin plates are called diffusion junctions.

인쇄기판형 열교환기가 쓰이는 분야 중 하나인 초고온 가스 냉각로의 운전 조건은 기존의 가동중인 발전소보다 훨씬 가혹한 조건에서 운전이 된다. 특히, 900℃ 이상의 가동온도로 인하여 헬륨 냉각재에 포함되어 있는 미량의 불순물들은 구조재료의 건전성에 심각한 영향을 미칠 수 있다.The operation conditions of the ultra-high temperature gas cooling furnace, which is one of the fields where the plate-type heat exchanger is used, are operated under more severe conditions than the existing power plants. In particular, trace amounts of impurities contained in the helium coolant due to operating temperatures above 900 ° C can have a significant impact on the integrity of the structural material.

한편,니켈기 합금은 고온에서의 우수한 기계적 특성 및 내산화성 및 내부식성이 뛰어나기 때문에, 열교환기, 가스터빈, 화학공정 플랜트의 반응용기 등의 가혹한 환경에서 사용된다. 특히, 고온의 환경에서 사용되는 니켈기 합금의 경우 산소, 수증기, 탄소 등을 포함하고 있는 환경적인 영향으로 인하여, 재료 외부 혹은 내부에 산화 및 부식이 진행되어 재료의 기계적인 특성이 감소하게 된다. 이러한 고온 환경에 의한 재료의 특성 저하는 재료의 외부에 산화피막을 형성함으로써 외부환경과의 차단을 통하여 방지할 수 있다.On the other hand, nickel-based alloys are used in harsh environments such as heat exchangers, gas turbines, and reaction vessels of chemical process plants, because they have excellent mechanical properties at high temperatures and excellent oxidation resistance and corrosion resistance. In particular, in the case of a nickel-based alloy used in a high-temperature environment, oxidation and corrosion occur on the outside or inside of the material due to environmental influences including oxygen, water vapor, and carbon, thereby reducing the mechanical properties of the material. Such deterioration of the material properties due to the high-temperature environment can be prevented by blocking the external environment by forming an oxide film on the outside of the material.

그러나, 인쇄기판형 열교환기 유로의 크기는 mm 단위로, 다른 열교환기에 비해 유로의 크기가 미세하기 때문에 비교적 적은 양의 부식에도 불순물 오염 시 열교환기 성능이 크게 떨어지게 된다. 따라서, 기존 재료의 초고온 강도를 유지시키면서 초고온 부식 저항성을 더 높이기 위한 방법이 필요하다.However, since the size of the flow path of the plate-type heat exchanger in the unit of mm is smaller than that of the other heat exchangers, the performance of the heat exchanger at the time of contamination with impurities is greatly reduced even in a relatively small amount of corrosion. Therefore, there is a need for a method for further improving the ultra-high temperature corrosion resistance while maintaining the ultrahigh temperature strength of existing materials.

본 발명은 초고온 가스 냉각로의 인쇄기판형 열교환기 등에 적용할 수 있는 니켈기 합금을 표면 개질하고, 이를 확산 접합시킴으로써 초고온 가스 냉각로의 운전조건인 900℃ 이상의 초고온에서도 안정적인 열교환기를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to a method for producing a stable heat exchanger even at an ultra-high temperature of 900 ° C or higher, which is an operating condition of an ultra-high temperature gas cooling furnace, by surface-modifying a nickel-based alloy applicable to a plate-type heat exchanger of a super- .

이에, 본 발명은Therefore,

1) 니켈기 합금의 표면에 알루미늄 또는 니켈 알루미나이드를 물리적 증착시키는 단계,1) physical vapor deposition of aluminum or nickel aluminide on the surface of the nickel based alloy,

2) 550 ~ 650℃의 온도하에서 상호확산 열처리(inter-diffusion heat treatment) 공정을 수행하여 금속간 화합물층(Intermetallic compound layer)을 형성하는 단계, 및2) performing an inter-diffusion heat treatment process at a temperature of 550 to 650 ° C to form an intermetallic compound layer; and

3) 상기 2) 단계로부터 제조되는 금속간 화합물층이 형성된 니켈기 합금 2종 간에 상기 금속간 화합물층을 접합부로 하여 확산 접합공정을 수행하는 단계3) performing a diffusion bonding process using the intermetallic compound layer as a junction between two nickel-based alloys formed with an intermetallic compound layer formed from the step 2)

를 포함하는 니켈기 합금의 확산 접합방법을 제공한다.Based alloy according to the present invention.

또한, 본 발명은 상기 니켈기 합금의 확산 접합방법으로부터 제조되는 확산접합된 니켈기 합금을 제공한다.Further, the present invention provides a diffusion-bonded nickel-based alloy produced from the diffusion bonding method of the nickel-based alloy.

또한, 본 발명은 상기 확산 접합된 니켈기 합금을 포함하는 인쇄기판형 열교환기를 제공한다.The present invention also provides a plate-type heat exchanger comprising the diffusion-bonded nickel-based alloy.

본 발명에 따른 니켈기 합금의 확산 접합방법을 이용하여 제조되는 확산 접합된 니켈기 합금은 초고온에서도 안정적인 인쇄기판형 열교환기를 제조할 수 있다. 상기 확산 접합된 니켈기 합금은 초고온 부식으로 생성되는 불순물에 의한 오염을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 인쇄기판형 열교환기의 단점인 오염에 의한 성능 감소를 막아줄 수 있으며, 인쇄기판형 열교환기의 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 수명에 따른 교체 비용의 절감으로 인해 에너지 산업에 경제적으로 이득을 가져다 줄 수 있다.The diffusion-bonded nickel-based alloy produced by the diffusion bonding method of the nickel-based alloy according to the present invention can produce a stable plate-type heat exchanger even at an ultra-high temperature. The diffusion-bonded nickel-based alloy can reduce contamination due to impurities generated by ultra-high temperature corrosion, thereby preventing performance deterioration due to contamination which is a disadvantage of a plate-type heat exchanger of a printing plate. Can increase. It can also bring economic benefits to the energy industry due to reduced replacement costs over the lifetime.

도 1은 본 발명의 일구체예로서 알루미늄 증착 후 상호확산 열처리를 수행한 표면 개질된 니켈기 합금의 단면 사진을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일구체예로서 알루미늄 증착 후 상호확산 열처리를 수행한 표면 개질된 니켈기 합금을 1,100℃ 및 10MPa 조건으로 2시간 열간 가압시킨 단면 사진을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일구체예로서 알루미늄 증착 후 상호확산 열처리를 수행한 표면 개질된 니켈기 합금을 1,100℃ 및 10MPa 조건으로 4시간 열간 가압시킨 단면 사진을 나타낸 도이다.
FIG. 1 is a cross-sectional photograph of a surface-modified nickel-based alloy which is subjected to mutual diffusion heat treatment after aluminum deposition as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a surface-modified nickel-based alloy subjected to an interdiffusion heat treatment after aluminum deposition and hot pressing at 1,100 ° C. and 10 MPa for 2 hours according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a surface-modified nickel-based alloy subjected to an interdiffusion heat treatment after aluminum deposition and hot pressing at 1,100 ° C. and 10 MPa for 4 hours as one embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

확산접합(diffusion bonding)은 피접합물을 접촉시켜 가열 및 가압함으로써 모재를 용융시키지 않고 원자간의 확산을 통해 접합시키는 방법이다. 모재를 용융시키지 않는다는 점에서 용접과 다르며, 별도의 접합재를 사용하지 않는다는 면에서 브레이징과 차별화된다. 확산접합의 가장 큰 장점은 모재를 용융시키거나 별도의 접합재를 사용하지 않기 때문에 접합면에서의 성분차이나 조직특성이 달라지지 않으며, 이 때문에 기존의 용접제품이나 브레이징 제품에 비해 내열성이나 접합강도가 훨씬 높아지는 효과를 가져온다.Diffusion bonding is a method in which a member to be bonded is contacted and heated and pressed so that the base member is bonded by diffusion between atoms without melting. It differs from welding in that it does not melt the base material and differentiates it from brazing in that no separate bonding material is used. The greatest advantage of diffusion bonding is that it does not change the compositional or structural characteristics of the joint surface due to the melting of the base material or the use of no separate bonding material. Therefore, the heat resistance and bonding strength .

본 발명에 따른 니켈기 합금의 확산 접합방법의 일구체예는 1) 니켈기 합금의 표면에 알루미늄 또는 니켈 알루미나이드를 물리적 증착시키는 단계, 2) 550 ~ 650℃의 온도하에서 상호확산 열처리(inter-diffusion heat treatment) 공정을 수행하여 금속간 화합물층(Intermetallic compound layer)을 형성하는 단계, 및 3) 상기 2) 단계로부터 제조되는 금속간 화합물층이 형성된 니켈기 합금 2종 간에 상기 금속간 화합물층을 접합부로 하여 확산 접합공정을 수행하는 단계를 포함한다.1) physical vapor deposition of aluminum or nickel aluminide on the surface of the nickel-based alloy; 2) inter-diffusion heat treatment at a temperature of 550 to 650 ° C; diffusion heat treatment to form an intermetallic compound layer, and 3) a step of forming an intermetallic compound layer between the two nickel-based alloys formed with the intermetallic compound layer formed from the step 2) And performing a diffusion bonding process.

본 발명에 따른 니켈기 합금의 확산 접합방법에 있어서, 상기 1) 단계의 알루미늄 또는 니켈 알루미나이드의 물리적 증착은 당 기술분야에 알려진 방법을 이용할 수 있다. 보다 구체적으로 스퍼터링법 등을 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 1) 단계로부터 형성되는 알루미늄 또는 니켈 알루미나이드 증착층의 두께는 3 ~ 5㎛ 일 수 있다.In the diffusion bonding method of the nickel-based alloy according to the present invention, the physical vapor deposition of the aluminum or nickel aluminide in the step 1) may be performed by a method known in the art. More specifically, a sputtering method or the like may be used, but the present invention is not limited thereto. The thickness of the aluminum or nickel aluminide deposit layer formed from the step 1) may be 3 to 5 탆.

본 발명에 따른 니켈기 합금의 확산 접합방법에 있어서, 상기 2) 단계 공정으로부터 니켈기 합금의 표면에는 Al3Ni2를 포함하는 금속간 화합물층이 형성될 수 있다. 상기 금속간 화합물층은 기저 합금에 비해서 높은 초고온 산화 부식 저항성을 나타낼 수 있고, 초고온 산화시 안정한 보호 피막을 형성시킬 수 있다.In the diffusion bonding method of a nickel-based alloy according to the present invention, an intermetallic compound layer containing Al 3 Ni 2 may be formed on the surface of the nickel-based alloy from the step (2). The intermetallic compound layer can exhibit an ultra-high temperature oxidation corrosion resistance higher than that of the base alloy and can form a stable protective film at the time of ultra-high temperature oxidation.

상기 금속간 화합물층의 두께는 10 ~ 20㎛인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The thickness of the intermetallic compound layer is preferably 10 to 20 占 퐉, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 니켈기 합금의 확산 접합방법에 있어서, 상기 2) 단계의 상호확산 열처리 공정은 550 ~ 650℃의 온도하에서 수행되는 것을 특징으로 한다. 상기 2) 단계의 상호확산 열처리 공정의 온도가 550℃ 미만인 경우에는 확산이 충분히 일어나지 않을 수 있고, 650℃를 초과하는 경우에는 알루미늄의 녹는점으로 인해 열교환기를 위한 표면 개질에 사용할 수 없는 조건이 될 수 있어 바람직하지 않다.In the diffusion bonding method of the nickel-based alloy according to the present invention, the mutual diffusion heat treatment step in step 2) is performed at a temperature of 550 to 650 ° C. If the temperature of the step (2) is less than 550 ° C., the diffusion may not be sufficiently performed. If the temperature is higher than 650 ° C., the aluminum may not be used for surface modification for the heat exchanger Which is not preferable.

종래의 니켈기 합금의 열처리 공정은 약 800℃ 이상의 온도에서 수행되었다. 그러나, 본 발명은 550 ~ 650℃의 온도하에서 상호확산 열처리 공정을 수행함으로써, 공정비용, 시간 등을 절감할 수 있다.The conventional heat treatment process of the nickel-based alloy was performed at a temperature of about 800 캜 or higher. However, the present invention can reduce the process cost, time, and the like by performing the interdiffusion heat treatment process at a temperature of 550 to 650 ° C.

상기 2) 단계의 상호확산 열처리 공정은 550 ~ 650℃의 온도하에서 2 ~ 4시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.The interdiffusion heat treatment process in the step 2) is preferably performed at a temperature of 550 to 650 ° C for 2 to 4 hours.

본 발명에 따른 니켈기 합금의 확산 접합방법에 있어서, 상기 3) 단계는 상기 2) 단계로부터 제조되는 금속간 화합물층이 형성된 니켈기 합금을 2종 준비하고, 상기 2종의 니켈기 합금 간에 상기 금속간 화합물층을 접합부로 하여 확산 접합공정을 수행하는 단계이다.In the diffusion bonding method of the nickel-based alloy according to the present invention, in the step 3), two kinds of nickel-based alloys each formed with an intermetallic compound layer formed from the step 2) are prepared, And the diffusion bonding process is performed using the intermediate compound layer as a junction.

상기 3) 단계의 확산 접합공정은 당 기술분야에 알려진 방법을 이용할 수 있다. 상기 3) 단계의 확산 접합공정은 1,000 ~ 1,200℃ 및 5 ~ 15MPa의 조건으로 1 ~ 5시간 열간 가압시킴으로써 수행되는 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The diffusion bonding process in the step 3) may use a method known in the art. The diffusion bonding process in the step 3) is preferably performed by pressurizing the substrate at a temperature of 1,000 to 1,200 ° C and 5 to 15 MPa for 1 to 5 hours, but the present invention is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 니켈기 합금의 확산 접합방법으로부터 제조되는 확산접합된 니켈기 합금을 제공한다.Further, the present invention provides a diffusion-bonded nickel-based alloy produced from the diffusion bonding method of the nickel-based alloy.

상기와 같이, 니켈기 합금의 표면에 알루미늄 또는 니켈 알루미나이드를 물리적으로 증착시킨 후 확산 열처리 방식으로 표면 처리를 하고, 그 후 확산 접합을 수행하게 되면 니켈기 합금의 표면에는 금속간 화합물만이 존재하게 되어 초고온 부식 저항성을 향상시킬 수 있다.As described above, when aluminum or nickel aluminide is physically deposited on the surface of the nickel-based alloy, the surface treatment is performed by a diffusion heat treatment method, and then diffusion bonding is performed, only an intermetallic compound is present on the surface of the nickel- So that it is possible to improve the ultra-high temperature corrosion resistance.

또한, 본 발명은 상기 확산 접합된 니켈기 합금을 포함하는 인쇄기판형 열교환기를 제공한다.The present invention also provides a plate-type heat exchanger comprising the diffusion-bonded nickel-based alloy.

본 발명에 따른 니켈기 합금의 확산 접합방법을 이용하여 제조되는 확산 접합된 니켈기 합금은 초고온에서도 안정적인 인쇄기판형 열교환기를 제조할 수 있다. 상기 확산 접합된 니켈기 합금은 초고온 부식으로 생성되는 불순물에 의한 오염을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 인쇄기판형 열교환기의 단점인 오염에 의한 성능 감소를 막아줄 수 있으며, 인쇄기판형 열교환기의 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 수명에 따른 교체 비용의 절감으로 인해 에너지 산업에 경제적으로 이득을 가져다 줄 수 있다.The diffusion-bonded nickel-based alloy produced by the diffusion bonding method of the nickel-based alloy according to the present invention can produce a stable plate-type heat exchanger even at an ultra-high temperature. The diffusion-bonded nickel-based alloy can reduce contamination due to impurities generated by ultra-high temperature corrosion, thereby preventing performance deterioration due to contamination which is a disadvantage of a plate-type heat exchanger of a printing plate. Can increase. It can also bring economic benefits to the energy industry due to reduced replacement costs over the lifetime.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. It will be apparent to those skilled in the art, however, that these examples are provided to further illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<< 실시예Example 1> 1>

1) 표면 1) Surface 개질된Reformed 니켈기Nickel group 합금의 제조 Manufacture of alloys

초고온 가스로 구조 재료 후보 물질인 니켈기 초합금(Inconel 617)을 기저 금속으로 하여 약 3㎛ 정도 두께의 알루미늄 박막을 스퍼터링을 통해 증착하였다. 상기 스퍼터링의 조건은 다음과 같다.An aluminum thin film with a thickness of about 3 μm was deposited by sputtering using a superconducting gas as a base metal of a nickel-based superalloy (Inconel 617) as a structural material candidate. The conditions of the sputtering are as follows.

증착 온도: 상온Deposition temperature: room temperature

예비 압력: < 3 × 10-6 torrPreliminary pressure: <3 × 10 -6 torr

증착 압력: 5 × 10-3 torr Deposition pressure: 5 × 10 -3 torr

DC power: 180WDC power: 180W

증착 시간: 2시간Deposition time: 2 hours

알루미늄의 녹는점은 660.32℃이기 때문에 확산 열처리의 조건은 녹는점보다 아래인 600℃에서 확산 열처리를 24시간에 걸쳐 실시하였다. 확산 열처리가 실시된 후의 알루미늄에 의해 표면개질이 된 니켈기 초합금 단면을 하기 도 1에 나타내었다. 확산 열처리 후에 확산층이 형성된 것을 확인할 수 있었으며, 확산층은 약 10㎛ 정도로 분포된 것을 확인할 수 있다. 각 층의 조성 분포는 하기 표 1에 나타내었다. 표면 개질의 결과 니켈-알루미늄 금속간 화합물이 형성됨을 확인할 수 있다.Since the melting point of aluminum is 660.32 ℃, the conditions of diffusion heat treatment were diffusion heat treatment at 600 ℃ below the melting point for 24 hours. A cross section of a nickel-base superalloy whose surface was modified by aluminum after the diffusion heat treatment was performed is shown in Fig. It was confirmed that the diffusion layer was formed after the diffusion heat treatment, and that the diffusion layer was distributed to about 10 탆. The composition distribution of each layer is shown in Table 1 below. As a result of the surface modification, it is confirmed that nickel-aluminum intermetallic compound is formed.

[표 1][Table 1]

Figure 112010034525464-pat00001
Figure 112010034525464-pat00001

2) 표면 2) Surface 개질된Reformed 니켈기Nickel group 합금의 확산 접합 Diffusion bonding of alloys

표면 개질된 니켈기 초합금을 확산 접합하기 위한 방법으로는 열간 가압 방법을 사용하였다. 열간 가압의 조건은 다음과 같다.A hot press method was used as a method for diffusion bonding the surface modified nickel based superalloy. The conditions of hot pressing are as follows.

온도: 1,100℃Temperature: 1,100 ° C

분위기: 불활성 분위기(Ar)Atmosphere: inert atmosphere (Ar)

압력: 10MPaPressure: 10 MPa

시간: 2시간 및 4시간Time: 2 hours and 4 hours

두 금속의 열간 가압 후 주사전자현미경(SEM; Scanning Electron Microscope)을 이용한 단면 미세조직을 하기 도 2에 나타내었다. 미세 조직 관찰 결과 열간 가압에 의하여 확산 접합이 된 것을 확인할 수 있다. 가압 및 고온의 조건은 나머지 확산층의 모양에도 약간 변화를 끼쳤음을 알 수 있다. 그 중 특징적인 것은 확산층 중간 Cr-rich 한 층에 Mo-rich 한 상들이 나타난다는 점이다. 각 확산층의 조성을 하기 표 2에 나타내었다.The cross-sectional microstructure using a scanning electron microscope (SEM) after hot pressing of the two metals is shown in FIG. As a result of observation of microstructure, diffusion bonding was confirmed by hot pressing. It can be seen that the conditions of pressurization and high temperature also slightly changed the shape of the remaining diffusion layer. The characteristic feature is that Mo-rich phases appear in the intermediate Cr-rich layer of the diffusion layer. The composition of each diffusion layer is shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112010034525464-pat00002
Figure 112010034525464-pat00002

열간 가압의 시간은 확산층의 변화에는 거의 영향을 끼치지 않았다. 하기 도 3에 열간 가압 시간을 다르게 하였을 때의 미세조직이 나타나 있다. 확산층의 두께나 모양에 있어서 변화를 거의 보이지 않음이 관찰되었다.The time of hot pressing had little effect on the change of the diffusion layer. 3 shows the microstructure when the hot pressing time is different. It was observed that there was almost no change in the thickness or shape of the diffusion layer.

상기와 같은 결과로부터, 본 발명에 따른 니켈기 합금의 확산 접합방법을 이용하여 제조되는 확산 접합된 니켈기 합금은 초고온에서도 안정적인 인쇄기판형 열교환기를 제조할 수 있음을 알 수 있다. 상기 확산 접합된 니켈기 합금은 초고온 부식으로 생성되는 불순물에 의한 오염을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 인쇄기판형 열교환기의 단점인 오염에 의한 성능 감소를 막아줄 수 있으며, 인쇄기판형 열교환기의 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 수명에 따른 교체 비용의 절감으로 인해 에너지 산업에 경제적으로 이득을 가져다 줄 수 있다.From the above results, it can be seen that the diffusion-bonded nickel-based alloy manufactured by the diffusion bonding method of the nickel-based alloy according to the present invention can produce a stable plate type heat exchanger even at an ultra-high temperature. The diffusion-bonded nickel-based alloy can reduce contamination due to impurities generated by ultra-high temperature corrosion, thereby preventing performance deterioration due to contamination which is a disadvantage of a plate-type heat exchanger of a printing plate. Can increase. It can also bring economic benefits to the energy industry due to reduced replacement costs over the lifetime.

Claims (7)

1) 니켈기 합금의 표면에 알루미늄 또는 니켈 알루미나이드를 물리적 증착시키는 단계,
2) 550 ~ 650℃의 온도하에서 상호확산 열처리(inter-diffusion heat treatment) 공정을 수행하여 금속간 화합물층(Intermetallic compound layer)을 형성하는 단계, 및
3) 상기 2) 단계로부터 제조되는 금속간 화합물층이 형성된 니켈기 합금 2종 간에 상기 금속간 화합물층을 접합부로 하여 확산 접합공정을 수행하는 단계
를 포함하는 니켈기 합금의 확산 접합방법.
1) physical vapor deposition of aluminum or nickel aluminide on the surface of the nickel based alloy,
2) performing an inter-diffusion heat treatment process at a temperature of 550 to 650 ° C to form an intermetallic compound layer; and
3) performing a diffusion bonding process using the intermetallic compound layer as a junction between two nickel-based alloys formed with an intermetallic compound layer formed from the step 2)
Based alloy. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 1) 단계로부터 형성되는 알루미늄 또는 니켈 알루미나이드 증착층의 두께는 3 ~ 5㎛인 것을 특징으로 하는 니켈기 합금의 확산 접합방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the aluminum or nickel aluminide deposition layer formed from step 1) is 3 to 5 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 2) 단계의 금속간 화합물층은 Al3Ni2를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈기 합금의 확산 접합방법.
The method according to claim 1,
Wherein the intermetallic compound layer in step 2) comprises Al 3 Ni 2 .
제1항에 있어서,
상기 2) 단계의 금속간 화합물층의 두께는 10 ~ 20㎛인 것을 특징으로 하는 니켈기 합금의 확산 접합방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the intermetallic compound layer in step 2) is 10 to 20 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 3) 단계의 확산 접합공정은 1,000 ~ 1,200℃ 및 5 ~ 15MPa의 조건으로 1 ~ 5시간 열간 가압시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 니켈기 합금의 확산 접합방법.
The method according to claim 1,
Wherein the diffusion bonding step in the step 3) is performed by hot pressing at a temperature of 1,000 to 1,200 ° C and 5 to 15 MPa for 1 to 5 hours.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 니켈기 합금의 확산 접합방법으로부터 제조되는 확산 접합된 니켈기 합금.A diffusion bonded nickel based alloy produced from the diffusion bonding method of the nickel based alloy according to any one of claims 1 to 5. 제6항의 확산 접합된 니켈기 합금을 포함하는 인쇄기판형 열교환기.A plate-type plate heat exchanger comprising the diffusion-bonded nickel-based alloy of claim 6.
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