확산접합 (Diffusion Bonding)
한 줄 정의: 두 재료를 녹이지 않고 고온·가압 상태에서 원자 확산으로 접합하는 고상 접합법
쉽게 풀면
두 금속 면을 아주 매끄럽게 다듬어 맞대고, 녹는점보다 낮은 온도에서 오래 눌러 주면 접촉면의 원자들이 서로 건너다니며 경계가 사라집니다. 이것이 확산접합입니다. 녹여 붙이는 용접과 달리 용융부가 없으므로 조직 변화와 변형이 작고, 성질이 크게 다른 이종 재료도 붙일 수 있습니다. 대신 표면을 매우 깨끗하게 준비해야 하고 시간이 오래 걸립니다.
왜 중요한가
티타늄 항공 부품, 열교환기 코어, 금속과 세라믹의 접합처럼 용접으로는 다루기 어려운 조합에서 표준적인 해법이 되어 왔습니다. 초소성 성형과 결합해 복잡한 중공 구조를 한 번에 만드는 공정으로도 활용되어, 제조 공정 연구에서 꾸준히 다뤄집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"900도에서 2시간 동안 가압 유지한 확산접합부에서는 접합 계면의 공극이 거의 소멸하였고 모재와 유사한 인장강도가 확보되었다."
온도·시간·압력 조건이 계면의 빈틈을 없애고 접합 강도를 결정한다는 점을 보여주는 결과입니다.
조금 더 깊게 보면
접합은 표면 돌기가 눌려 접촉 면적이 늘어나는 단계, 남은 공극이 확산으로 줄어드는 단계, 계면 자체가 사라지고 결정립이 계면을 가로질러 성장하는 단계로 진행됩니다. 표면 산화막은 원자 이동을 막으므로 진공이나 불활성 분위기에서 수행하며, 알루미늄처럼 산화막이 질긴 금속은 중간층을 넣어 돕습니다. 이종 재료 접합에서는 계면에 취성 금속간화합물이 자라기 쉬워, 온도와 시간을 그 층 두께가 허용 범위에 머물도록 제한합니다.
주의할 점
확산접합은 모재를 녹이지 않는 고상 접합이고, 낮은 녹는점의 삽입재를 녹여 붙이는 브레이징과는 접합 원리가 다릅니다. 열과 압력을 쓴다는 점은 같지만 마찰열로 재료를 섞는 마찰교반용접과도 구별해야 합니다.