브레이징 온도 변화에 따른 ZrO2와 Ti-6Al-4V의 접합 특성
Brazing characteristics of ZrO2 and Ti-6Al-4V brazed joints with increasing temperature
기세호, 박상윤, 허영구, 정재필, 김원중,
소속 상세정보
기세호 ( Kee Se-Ho ) - 서울시립대학교 신소재공학과
박상윤 ( Park Sang-Yoon ) - 서울시립대학교 신소재공학과
허영구 ( Heo Young-Ku ) - (주)네오바이오텍
정재필 ( Jung Jae-Pil ) - 서울시립대학교 신소재공학과
김원중 ( Kim Won-Joong ) - 서울시립대학교 신소재공학과
KMID : 0362420120500030169
Abstract
연구 목적: 온도 변화에 따른 ZrO2와 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 ZrO2 모재(ZirBlank-PS, Acucera, Inc., Gyeonggi do, Korea)는 소결 전의 블록형태(65 mm × 36 mm × 12 mm (t))이며, 이를 잘라 사포(#2400)로 표면연마 후 소결하였다. 소결된 ZrO2 시편의 크기는 3 mm × 3 mm × 3 mm (t) 이다. Ti-6Al-4V 모재(Ti 6Al 4V ELI CG Bar, TMS, Washington, USA)는 직경 10 mm × 5 mm (t)를 사용하였다. 소결된 ZrO2와 Ti-6Al-4V의 접합을 위하여 브레이징 합금을 제조하였다. 시편을 3군으로 나누어A군은 700℃에서, B군은 750℃에서, C군은 800℃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 ZrO2 와 Ti-6Al-4V 는 700℃ - 800℃에서 양호한 접합을 보였다. 브레이징 후 브레이징 온도 변화에 따른 브레이징 부의 두께 및 결함율의 변화는SEM을 사용하여 측정하였다. 브레이징 온도가 700℃에서 800℃로 증가함에 따라 CuTi 금속간 화합물 층 및 Ti-Sn-Cu-Ag계 화합물 층의 두께는 각각 4.5 ㎛에서 10.3 ㎛로, 3.1 ㎛에서 5.0 ㎛로 증가되었다. 또한 브레이징 온도가 700℃에서 800℃로 증가함에 따라 브레이징 접합계면의 결함율은 ZrO2 및 Ti-6Al-4V 계면에서 각각25%에서 16.3%, 5%에서 1.5%로 감소되었다.
결론: 브레이징 온도가 700℃에서 800℃로 증가됨에 따라, 브레이징 접합계면의 결함율은 ZrO2 및 Ti-6Al-4V 계면에서 모두 감소되었다. 이는 결함부에서 ZrO2와 활성원소인 Ti과의 반응이 충분히 일어나지 않아서 브레이징 합금이 ZrO2에 웨팅되지 않은 것이 원인이라고 사료된다.
Purpose: In this study, brazing characteristics of ZrO2 and Ti-6Al-4V brazed joints with increasing temperature were investigated.
Materials and Methods: The sample size of the ZrO2 was 3 mm × 3 mm × 3 mm (thickness), and Ti-6Al-4V was 10 mm (diameter) × 5 mm (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 × 10-6 torr atmosphere, while the brazing temperature was changed from 700 to 800℃ for 30 min.
Results: The experimental results shows that brazed joint of ZrO2 and Ti-6Al-4V occurred at 700 - 800℃. 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 ZrO2 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 ZrO2 and Ti did not occur enough.
키워드
치과 임플란트; 활성금속 브레이징; 접합; 티타늄
Dental implant; Active metal brazing; Joining; Titanium
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