JP2006257541A - 溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金およびそのＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】鉛フリーはんだ、特に溶融状態のＳｎ−Ａｇ系鉛フリーはんだに対する耐侵食性が優れたＣｏ基合金およびそのＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材を提供する。
【解決手段】Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらに必要に応じて（ａ）Ｎｉ：１．０〜２４．０％、（ｂ）Ｌａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種、（ｃ）Ｍｇ：０．００１〜０．０５％の内の１種または２種以上、または前記（ａ）〜（ｃ）の内の２種以上を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有するＣｏ基合金およびそのＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材。
【選択図】 なし
【解決手段】Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらに必要に応じて（ａ）Ｎｉ：１．０〜２４．０％、（ｂ）Ｌａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種、（ｃ）Ｍｇ：０．００１〜０．０５％の内の１種または２種以上、または前記（ａ）〜（ｃ）の内の２種以上を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有するＣｏ基合金およびそのＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材。
【選択図】 なし
Description
この発明は、溶融鉛フリーはんだ、特に溶融状態のＳｎ−Ａｇ系はんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金およびそのＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材に関するものである。
近年、環境問題に関する関心が高まり、例えば、ヨーロッパでは電子機器などへの有害物質の含有を規制することが決定されている。その規制物質の１つとして鉛が取り上げられている。鉛は電子部品の接合に用いられているはんだの主成分であることから、鉛を全く使用しないＳｎ−Ａｇ系の鉛フリーはんだ（鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ系はんだの組成としてＳｎ−３．５％Ａｇ、Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．１％Ｃｕなどが知られている）が開発され、従来の鉛はんだとの置き換えが進みつつある。したがって、現在では鉛フリーはんだと言えば前記Ｓｎ−Ａｇ系はんだを一般に示している。ところが、鉛フリーはんだである前記Ｓｎ−Ａｇ系はんだは、従来の鉛はんだに比べて反応性が高くかつ溶融温度が高く、そのために従来から使用されているＳＵＳ３０４（Ｃｒ：１８〜２０質量％、Ｎｉ：８〜１０．５質量％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物）、ＳＵＳ３０９Ｓ（Ｃｒ：２２〜２４質量％、Ｎｉ：１２〜１５質量％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物）、ＳＵＳ３１６（Ｃｒ：１６〜１８質量％、Ｎｉ：１０〜１４質量％、Ｍｏ：２〜３質量％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物）などのステンレス鋼で作製したはんだ付け装置では溶融鉛フリーはんだに対する侵食に耐えられず、したがって、従来のステンレス鋼で作製したはんだ付け装置では損傷して短期間で使用寿命に至り、早期にはんだ付け装置の交換を余儀なくされることが明らかとなってきた。
ここで、溶融鉛フリーはんだである溶融Ｓｎ−Ａｇ系はんだによるステンレス鋼の侵食について説明する。一般に、ステンレス鋼の表面には不働態皮膜と呼ばれる酸化皮膜などの非反応性物質が形成されており、この酸化皮膜などの非反応性物質により溶融Ｓｎ−Ａｇ系はんだが直接金属面に接することを防ぎ、損傷を免れている。しかし、使用中に溶融金属の対流などにより摩耗を受けて表面皮膜が消滅すると、溶融Ｓｎ−Ａｇ系はんだとメタルが直接反応するようになり、損傷の原因となる。すなわち、融点の高いＦｅ、Ｎｉなどの金属がその融点より低い温度で低融点のＳｎと反応すると、低融点金属であるＳｎが高融点金属であるＦｅ、Ｎｉなどに固体内拡散し、Ｓｎと反応生成物を形成し、この反応生成物のＳｎ含有量が高まるに従い、融点が下がり、最終的には溶融金属中に溶融して損傷の原因となる。
そのため、鉛フリーはんだに対するはんだ付け装置の損傷を少しでもやわらげるために、はんだ付け装置を構成するステンレス鋼表面をセラミックコーティングしたり、ステンレス鋼表面に窒化層を設けるなどして装置の溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性を改善しようとしている（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４などを参照）。
ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００３．９．１ 第４９〜５２頁 ＮｉＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００４．１．５ 第９１〜９８頁 ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００４．２．２ 第３７頁 ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００４．２．１６ 第３５頁
そのため、鉛フリーはんだに対するはんだ付け装置の損傷を少しでもやわらげるために、はんだ付け装置を構成するステンレス鋼表面をセラミックコーティングしたり、ステンレス鋼表面に窒化層を設けるなどして装置の溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性を改善しようとしている（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４などを参照）。
ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００３．９．１ 第４９〜５２頁 ＮｉＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００４．１．５ 第９１〜９８頁 ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００４．２．２ 第３７頁 ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００４．２．１６ 第３５頁
しかし、セラミックコーティングまたは窒化処理などの表面処理を施すと、溶接などによる補修が容易にできなかったり、チューブ部材内面などの複雑形状の部材にはこうした処理が施せないなどの課題があり、そのために、コーティングまたは窒化処理などの表面処理せずに使用できる溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性の高い材料が求められていた。
そこで、本発明者は、ＣｏのＳｎに対する固溶限がＮｉやＦｅよりも格段に小さいことに着目し、種々の添加元素を最適化することにより、溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金の金属材料を得るべく鋭意研究を行った。
その結果、質量％（以下、％は質量％を示す）でＣｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらに必要に応じて下記の、
（ａ）Ｎｉ：１．０〜２４．０％、
（ｂ）Ｌａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種、
（ｃ）Ｍｇ：０．００１〜０．０５％、
の内の１種または２種以上を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有するＣｏ基合金は、溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れ、したがって、このＣｏ基合金で作製したはんだ付け装置は、溶接部を含め、溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性が格段に上昇することから、使用寿命が格段に長くなる、という知見を得たのである。
（ａ）Ｎｉ：１．０〜２４．０％、
（ｂ）Ｌａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種、
（ｃ）Ｍｇ：０．００１〜０．０５％、
の内の１種または２種以上を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有するＣｏ基合金は、溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れ、したがって、このＣｏ基合金で作製したはんだ付け装置は、溶接部を含め、溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性が格段に上昇することから、使用寿命が格段に長くなる、という知見を得たのである。
この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、
（１）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（２）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（３）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（４）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（５）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（６）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（７）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（８）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、に特徴を有するものである。
（１）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（２）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（３）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（４）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（５）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（６）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（７）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、
（８）質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金、に特徴を有するものである。
したがって、この発明の溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金は、鉛フリーはんだ付け装置の部材として有効であり、一層具体的には、鉛フリーはんだ付け装置のはんだ槽、噴射ノズル、プロペラ、シャフト、ダクト、ヒーター保護管、ヒーター被覆管など鉛フリーはんだ付け装置の各種構成部品の部材として有効である。したがって、この発明は、
（９）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材、
（１０）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用はんだ槽、
（１１）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用噴射ノズル、
（１２）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用プロペラ、
（１３）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用シャフト、
（１４）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用ダクト、
（１５）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用ヒーター保護管、
（１６）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用ヒーター被覆管、に特徴を有するものである。
（９）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材、
（１０）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用はんだ槽、
（１１）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用噴射ノズル、
（１２）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用プロペラ、
（１３）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用シャフト、
（１４）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用ダクト、
（１５）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用ヒーター保護管、
（１６）前記（１）〜（８）の内のいずれかに記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置用ヒーター被覆管、に特徴を有するものである。
次に、この発明の鉛フリーはんだ付け装置部材の合金組成における各元素の限定理由について詳述する。
Ｃｒ：
Ｃｒは、表面に濃縮して薄くて緻密なＣｒ２Ｏ３を主体とする不働態被膜を形成することにより、溶融鉛フリーはんだである溶融Ｓｎ−Ａｇ系はんだが直接はんだ付け装置部材と接して反応してしまうことを阻害する効果があるが、Ｃｒを２０．０％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、３５．０％を超えて含有すると加工が困難となる。従って、この発明のＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材に含まれるＣｒは２０．０〜３５．０％に定めた。一層好ましくは、２１．０〜２５．０％である。
Ｃｒ：
Ｃｒは、表面に濃縮して薄くて緻密なＣｒ２Ｏ３を主体とする不働態被膜を形成することにより、溶融鉛フリーはんだである溶融Ｓｎ−Ａｇ系はんだが直接はんだ付け装置部材と接して反応してしまうことを阻害する効果があるが、Ｃｒを２０．０％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、３５．０％を超えて含有すると加工が困難となる。従って、この発明のＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材に含まれるＣｒは２０．０〜３５．０％に定めた。一層好ましくは、２１．０〜２５．０％である。
Ｗ：
Ｗは、耐摩耗性を向上させることにより、溶融鉛フリーはんだの流動による損傷を抑制する効果があるが、Ｗを３．０％未満含有させても所望の効果が得られず、一方、Ｗを１５．０％を超えて含有するとＣｒの効果を著しく損ない、結果的に溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性が劣化するので好ましくない。したがって、Ｗの含有量を３．０〜１５．０％に定めた。一層好ましくは１３．０〜１５．０％である。
Ｗは、耐摩耗性を向上させることにより、溶融鉛フリーはんだの流動による損傷を抑制する効果があるが、Ｗを３．０％未満含有させても所望の効果が得られず、一方、Ｗを１５．０％を超えて含有するとＣｒの効果を著しく損ない、結果的に溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性が劣化するので好ましくない。したがって、Ｗの含有量を３．０〜１５．０％に定めた。一層好ましくは１３．０〜１５．０％である。
Ｆｅ：
Ｆｅは、溶融鉛フリーはんだに微量溶出することにより、溶融鉛フリーはんだ、特に溶融Ｓｎ−Ａｇ系はんだの反応性を抑制し、結果的に鉛フリーはんだによる損傷を抑制する効果があるので添加するが、Ｆｅは０．１％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、２５．０％を超えて含有すると鉛フリーはんだに対する耐侵食性が劣化するので好ましくない。したがって、Ｆｅの含有量を０．１〜２５．０％とした。一層好ましくは０．５〜５．０％である。
Ｆｅは、溶融鉛フリーはんだに微量溶出することにより、溶融鉛フリーはんだ、特に溶融Ｓｎ−Ａｇ系はんだの反応性を抑制し、結果的に鉛フリーはんだによる損傷を抑制する効果があるので添加するが、Ｆｅは０．１％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、２５．０％を超えて含有すると鉛フリーはんだに対する耐侵食性が劣化するので好ましくない。したがって、Ｆｅの含有量を０．１〜２５．０％とした。一層好ましくは０．５〜５．０％である。
Ｃ：
Ｃは同時に含有するＷと共に硬化相であるＷＣを形成し、これを素地中に微細に分散させることで耐摩耗性を著しく向上させ、流動する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性を著しく向上させる作用があるが、Ｃは０．０１％未満を含有しても所望の効果が得られず、一方、１．２０％を越えて含有すると、合金が脆化し、板などへの形状付与が困難となるので好ましくない。したがって、Ｃの含有量を０．０１〜１．２０％に定めた。一層好ましい範囲は０．０６〜０．５％である。
Ｃは同時に含有するＷと共に硬化相であるＷＣを形成し、これを素地中に微細に分散させることで耐摩耗性を著しく向上させ、流動する溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性を著しく向上させる作用があるが、Ｃは０．０１％未満を含有しても所望の効果が得られず、一方、１．２０％を越えて含有すると、合金が脆化し、板などへの形状付与が困難となるので好ましくない。したがって、Ｃの含有量を０．０１〜１．２０％に定めた。一層好ましい範囲は０．０６〜０．５％である。
Ｍｎ：
Ｍｎは、母相の結晶構造であるオーステナイト構造を安定化させることにより、脆化を抑制し、その結果、形状付与を容易にする作用があるが、Ｍｎが０．５％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、２．０％を超えて含有すると鉛フリーはんだとの濡れ性を高め、溶融鉛フリーハンダとの反応を促進することとなり、損傷を加速するので好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量を０．５〜２．０％（一層好ましくは、０．５〜１．５％）とした。
Ｍｎは、母相の結晶構造であるオーステナイト構造を安定化させることにより、脆化を抑制し、その結果、形状付与を容易にする作用があるが、Ｍｎが０．５％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、２．０％を超えて含有すると鉛フリーはんだとの濡れ性を高め、溶融鉛フリーハンダとの反応を促進することとなり、損傷を加速するので好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量を０．５〜２．０％（一層好ましくは、０．５〜１．５％）とした。
Ｓｉ：
Ｓｉは酸素との親和性が高いために表面にＳｉＯ２を形成し、Ｃｒ２Ｏ３と共に溶融鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ合金が直接金属と接して反応してしまうことを阻害する効果があるが、Ｓｉを０．１％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、２．０％を越えて含有すると、合金の脆化が顕在化し、板などへの形状付与が困難となるので好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量を０．１〜２．０％に定めた。一層好ましい範囲は０．２〜１．５％である。
Ｓｉは酸素との親和性が高いために表面にＳｉＯ２を形成し、Ｃｒ２Ｏ３と共に溶融鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ合金が直接金属と接して反応してしまうことを阻害する効果があるが、Ｓｉを０．１％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、２．０％を越えて含有すると、合金の脆化が顕在化し、板などへの形状付与が困難となるので好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量を０．１〜２．０％に定めた。一層好ましい範囲は０．２〜１．５％である。
Ｎｉ：
Ｎｉは、母相の結晶構造であるオーステナイト構造を安定化させる元素であることから、凝固状態のままとなる溶接部での有害相の生成を抑制することにより、溶接部における溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性を向上させる効果があるため、必要に応じて添加されるが、Ｎｉを１．０％未満添加しても所望の効果が得られず、一方、２４．０％を越えて含有すると溶融鉛フリーはんだに対する耐摩耗性が低下するようになるので好ましくない。したがって、Ｎｉの含有量を１．０〜２４．０％に定めた。一層好ましい範囲は８．０〜２４．０％である。
Ｎｉは、母相の結晶構造であるオーステナイト構造を安定化させる元素であることから、凝固状態のままとなる溶接部での有害相の生成を抑制することにより、溶接部における溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性を向上させる効果があるため、必要に応じて添加されるが、Ｎｉを１．０％未満添加しても所望の効果が得られず、一方、２４．０％を越えて含有すると溶融鉛フリーはんだに対する耐摩耗性が低下するようになるので好ましくない。したがって、Ｎｉの含有量を１．０〜２４．０％に定めた。一層好ましい範囲は８．０〜２４．０％である。
ＬａおよびＣｅ：
これら成分は、微量に添加することにより、溶融鉛フリーはんだ中で形成されるＣｏ基合金の表面皮膜の密着性を向上させることにより鉛フリーはんだに対する耐侵食性を向上させる効果があるところから、必要に応じて添加される。しかし、Ｌａの含有量が０．０１％未満では所望の効果が得られず、一方、０．１５％を越えて含有すると、逆に表面皮膜は剥離し易くなり、有害となるので好ましくない。したがって、Ｌａの含有量を０．０１〜０．１５％に定めた。Ｌａの含有量の一層好ましい範囲は０．０５〜０．１２％である。
同様に、Ｃｅの含有量が０．０１％未満ではＣｏ基合金の表面皮膜の密着性を向上させるに十分な効果が得られず、一方、０．１５％を越えて含有すると、逆に表面皮膜は剥離し易くなり、有害となるので好ましくない。したがって、Ｃｅの含有量を０．０１〜０．１５％に定めた。Ｃｅの含有量の一層好ましい範囲は０．０５〜０．１２％である。
これら成分は、微量に添加することにより、溶融鉛フリーはんだ中で形成されるＣｏ基合金の表面皮膜の密着性を向上させることにより鉛フリーはんだに対する耐侵食性を向上させる効果があるところから、必要に応じて添加される。しかし、Ｌａの含有量が０．０１％未満では所望の効果が得られず、一方、０．１５％を越えて含有すると、逆に表面皮膜は剥離し易くなり、有害となるので好ましくない。したがって、Ｌａの含有量を０．０１〜０．１５％に定めた。Ｌａの含有量の一層好ましい範囲は０．０５〜０．１２％である。
同様に、Ｃｅの含有量が０．０１％未満ではＣｏ基合金の表面皮膜の密着性を向上させるに十分な効果が得られず、一方、０．１５％を越えて含有すると、逆に表面皮膜は剥離し易くなり、有害となるので好ましくない。したがって、Ｃｅの含有量を０．０１〜０．１５％に定めた。Ｃｅの含有量の一層好ましい範囲は０．０５〜０．１２％である。
Ｍｇ：
ＭｇはＭｎと共存させることにより母相の結晶構造であるオーステナイト構造を安定化させ、それにより脆化を抑制し、形状付与を容易にするという効果があるので必要に応じて添加するが、Ｍｇの含有量が０．００１％未満では所望の効果が発揮されず、一方、０．０５％を超えて含有すると、逆に相安定性を劣化させ加工を困難にさせてしまうので好ましくない。したがって、Ｍｇの含有量を０．００１〜０．０５％（一層好ましくは、０．００２％〜０．０１０％）とした。
ＭｇはＭｎと共存させることにより母相の結晶構造であるオーステナイト構造を安定化させ、それにより脆化を抑制し、形状付与を容易にするという効果があるので必要に応じて添加するが、Ｍｇの含有量が０．００１％未満では所望の効果が発揮されず、一方、０．０５％を超えて含有すると、逆に相安定性を劣化させ加工を困難にさせてしまうので好ましくない。したがって、Ｍｇの含有量を０．００１〜０．０５％（一層好ましくは、０．００２％〜０．０１０％）とした。
不可避不純物：
不可避不純物としてはＰやＳなどが挙げられるが、これら不純物は、高温加工などの合金製造時における割れや溶接部における高温割れの原因となる。したがって、できるだけ低減することが望ましい。
不可避不純物としてはＰやＳなどが挙げられるが、これら不純物は、高温加工などの合金製造時における割れや溶接部における高温割れの原因となる。したがって、できるだけ低減することが望ましい。
この発明のＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材は、鉛フリーはんだに対する耐侵食性、特に溶接部に対する耐侵食性が優れており、したがって、この部材で作製した鉛フリーはんだ付け装置は長期間損傷することなく使用することができ、電子・電気産業上優れた効果をもたらすものである。
通常の高周波溶解炉を用いて溶解し鋳造して表１〜４に示される成分組成を有するＣｏ基合金からなる厚さ：４０ｍｍ、重さ：約５ｋｇを有するインゴットを作製した。このインゴットを１２３０℃で１０時間均質化熱処理を施し、１０００〜１２３０℃の範囲内に保持しながら、１回の熱間圧延で１ｍｍの厚さを減少させつつ最終的に厚さ：３ｍｍの薄板とし、ついで１２００℃で３０分間保持し水焼入れすることにより固溶化処理を施し、表面をバフ研磨することにより本発明鉛フリーはんだ付け装置部材（以下、本発明部材という）１〜４２および比較鉛フリーはんだ付け装置部材（以下、比較部材という）１〜１６からなる薄板を作製した。
さらに、ＳＵＳ３０４からなる厚さ：３ｍｍの従来鉛フリーはんだ付け装置部材（以下、従来部材という）を用意した。
さらに、鉛フリーはんだの基本組成として知られているＳｎ−３．０％Ａｇ−０．１％Ｃｕの組成の鉛フリーはんだを用意した。
さらに、ＳＵＳ３０４からなる厚さ：３ｍｍの従来鉛フリーはんだ付け装置部材（以下、従来部材という）を用意した。
さらに、鉛フリーはんだの基本組成として知られているＳｎ−３．０％Ａｇ−０．１％Ｃｕの組成の鉛フリーはんだを用意した。
前記本発明部材１〜４２、比較部材１〜１６および従来部材からなる薄板をそれぞれ縦：３０ｍｍ、横：２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍの寸法に切断して溶接無し試験片を作製し、さらに前記本発明部材１〜４２、比較部材１〜１６および従来部材からなる厚さ：３ｍｍの薄板をアルゴンアーク溶接機を用いて同材種の突き合わせ溶接を行い、突き合わせ溶接部を含む板から溶接ビードを中央に位置するように縦：３０ｍｍ、横：２０ｍｍの寸法に切断して溶接有り試験片を作製した。これら試験片の表面を研磨し、最終的に耐水エメリー紙＃４００仕上げの表面研摩したのち、これらをアセトン中超音波振動状態に５分間保持し脱脂した。
さらに、Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．１％Ｃｕの組成の鉛フリーはんだを４６０℃に加熱しこの温度に保持することにより溶融鉛フリーはんだを作製した。この溶融鉛フリーはんだを撹拌翼により対流させ、この対流している溶融鉛フリーはんだに前記溶接無し試験片および溶接有り試験片を浸漬し、１０００時間保持した。１０００時間保持後、溶接無し試験片および溶接有り試験片を取出し、溶接無し試験片の断面および溶接有り試験片の溶接部の断面を光学顕微鏡により観察し、母材部および溶接部の最大侵食深さを測定し、その結果を表１〜４に示し、溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性を評価した。
表１〜４に示された結果から、本発明部材１〜４２の溶接無し試験片の最大侵食深さは、従来部材であるＳＵＳ３０４ステンレス鋼の溶接無し試験片の最大侵食深さに比べて小さく、さらに本発明部材１〜４２の溶接有り試験片の溶接部における最大侵食深さは従来部材であるＳＵＳ３０４ステンレス鋼の溶接有り試験片の溶接部における最大侵食深さに比べて一層小さいことから、本発明部材１〜４２は、従来部材に比べて溶融鉛フリーはんだに対する耐食性、特に溶接部に対する耐食性に優れていることが分かる。
しかし、この発明から外れた比較部材１〜１６の溶接有り試験片は溶接部の耐侵食性が劣っていたり、溶接無し試験片および溶接有り試験片の溶接部の両方の耐侵食性が劣っていたり、さらに板に加工する途中で割れが発生するものがあったりして好ましくない特性が有ることが分かる。
しかし、この発明から外れた比較部材１〜１６の溶接有り試験片は溶接部の耐侵食性が劣っていたり、溶接無し試験片および溶接有り試験片の溶接部の両方の耐侵食性が劣っていたり、さらに板に加工する途中で割れが発生するものがあったりして好ましくない特性が有ることが分かる。
Claims (16)
- 質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
- 質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
- 質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
- 質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
- 質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
- 質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
- 質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
- 質量％で、Ｃｒ：２０．０〜３５．０％、Ｗ：３．０〜１５．０％、Ｆｅ：０．１〜２５．０％、Ｃ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％を含有し、さらにＮｉ：１．０〜２４．０％を含有し、さらにＬａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、さらにＭｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなることを特徴とする鉛フリーはんだ付け装置部材。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなることを特徴とする鉛フリーはんだ付け装置用はんだ槽。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなることを特徴とする鉛フリーはんだ付け装置用噴射ノズル。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなることを特徴とする鉛フリーはんだ付け装置用プロペラ。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなることを特徴とする鉛フリーはんだ付け装置用シャフト。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなることを特徴とする鉛フリーはんだ付け装置用ダクト。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなることを特徴とする鉛フリーはんだ付け装置用ヒーター保護管。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の成分組成を有するＣｏ基合金からなることを特徴とする鉛フリーはんだ付け装置用ヒーター被覆管。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005204505A JP2006257541A (ja) | 2005-02-16 | 2005-07-13 | 溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金およびそのＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材 |
| PCT/JP2006/313886 WO2007007797A1 (ja) | 2005-07-13 | 2006-07-12 | 溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金またはＦｅ基合金およびそのＣｏ基合金またはＦｅ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材 |
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|---|---|---|---|
| JP2005038631 | 2005-02-16 | ||
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| JP2005204505A Withdrawn JP2006257541A (ja) | 2005-02-16 | 2005-07-13 | 溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金およびそのＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材 |
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| CN102168211A (zh) * | 2011-05-30 | 2011-08-31 | 中冶京诚(扬州)冶金科技产业有限公司 | 一种轧钢加热炉耐热垫块用的耐高温钴基合金 |
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| CN105154802A (zh) * | 2015-10-16 | 2015-12-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种有效抑制Ni-Mn-Sn-Fe合金中析出第二相的方法 |
| CN106636850A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-05-10 | 重庆材料研究院有限公司 | 高温抗氧化性高强度掺稀土合金材料及制备方法 |
| JP2017206971A (ja) * | 2016-05-16 | 2017-11-24 | 株式会社東芝 | ガスタービン部品の摩耗部位補修方法及びガスタービン部品 |
-
2005
- 2005-07-13 JP JP2005204505A patent/JP2006257541A/ja not_active Withdrawn
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| CN106636850B (zh) * | 2016-11-21 | 2019-02-15 | 重庆材料研究院有限公司 | 高温抗氧化性高强度掺稀土合金材料及制备方法 |
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