JPH0195894A - 焼結合金用銅基ろう合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鉄系焼結合金、あるいはこれと鋼とのろう接
に使用されて、焼結とろう接とを同時に、かつ良好にな
しうる銅基ろう合金に関する。

［従来の技術］ 鉄系焼結合金のろう接には、従来、銀を主成分とする銀
ろう、銅またはニッケル粉末等がろう材として使用され
ている。

一方、近年、圧粉成形体の焼結とろう接とを同時に行な
うことが試みられており、エネルギーの節約および低コ
スト化の面で注目されている。しかしながら、焼結の初
期段階では圧粉成形体の強度が充分でないため、従来の
ろう材では焼結体の変形やクラックの発生といった不具
合を生ずる。

また、銀ろうは高価であるため、コスト面で難がある。

そこで、この種の用途に使用するろう材として、例えば
Ｃｕ−４ＯＮｉＣｕ−４ＯＮｉ−１７合金、Ｃｕ−Ｎｉ
−（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｇ）−８ｎ合金（特開昭５６
−５８９４１号公報）等が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、焼結とろう接とを同時に行なう場合、ろう接
は、圧粉成形体の焼結温度で行なわれることになるから
、その温度がろう材の最適なろう接温度と一致すること
が望ましい。しかしながら、鉄系焼結合金のろう接に用
いるには、上記従来のろう材は、前者ではその融点が低
すぎ、後者では高すぎるという欠点があった。さらに、
ろう接に際しては、ろう材が圧粉成形体の空孔内へ溶浸
するのを極力抑えることが重要であるが、前者では局部
的な溶浸が大きく、後者においても、幾分改良されては
いるものの、未だ充分とは言えない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、鉄系焼結合金のろう接に用いるに適正な融点を有する
とともに、圧粉成形体の空孔内への溶浸が小さく、焼結
とろう接とを同時に、かつ良好になしうるろう接材料を
提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者等は、上記実情に鑑み鋭意検討した結果、ニッ
ケル、マンガン、ケイ素およびホウ素を特定の範囲で含
有する銅基ろう合金が、焼結合金用のろう接材料として
好ましい諸性質を有し、圧粉成形体の空孔内への溶浸が
小さいことを見出した。また、上記組成に鉄を添加した
銅基ろう合金が、同様の効果を有するとともに、より安
価に得られることを見出だし、これらの知見に基づいて
本発明を完成した。

すなわち、本発明の要旨は、（１）ニッケル１５〜３０
重量％、マンガン５〜１５重量％、ケイ素０．５〜３重
量％、ホウ素０．５〜１．５重量％を含有し、残部が銅
および不可避不純物よりなる焼結合金用銅基ろう合金、
および（２）ニッケル１５〜３０重量％、マンガン５〜
１５重量％、ケイ素０．５〜３重量％、ホウ素０．５〜
１．５重量％、鉄２〜５ａ＋１２ｂ重量％（ただし、ａ
、ｂはそれぞれケイ素およびホウ素の含有量（重量％）
を表わす。）を含有し、残部が銅および不可避不純物よ
りなる焼結合金用銅基ろう合金に存する。

本発明の第１の焼結合金用銅基ろう合金は、銅を基体と
し、ニッケル１５〜３０重量％、マンガン５〜１５重量
％、ケイ素０，５〜３重量％、ホウ素０．５〜１．５重
量％を含有する。次に、各成分元素について、それぞれ
のろう接に与える効果と、含有量の限定理由を述べる。

本発明の銅基ろう合金において、ニッケルはろう材の圧
粉成形体への溶浸を抑制する効果があり、ニッケルが増
加するほど溶浸深さが小さくなる。

含有量は１５〜３０重量％の範囲にあることが望ましく
、１５重量％より少ないと溶浸深さが大きく、ろう接す
るに十分なろう材が接合面に残らないなめに大きな接合
欠陥を生ずるおそれがある。

含有量を３０重量％より多くしても、溶浸深さに対する
効果は大きく変わらず、また、コストの面で不利である
。

マンガンは、ろう接待に、溶融したろう材が圧粉成形体
を局部的に侵食することを抑えるとともに、ろう材の融
点を下げることに寄与する。含有量は５〜１５重量％の
範囲とすることが望ましく、５重量％より少ないとその
効果が小さく、１５重量％より多いと逆に局部的な溶浸
を助長するので好ましくない。

ケイ素はろう材の融点を下げ、かつ溶融したろう材の流
動性を調節して、ろう材の、接合部外への過度な垂れ流
れを防止する。含有量は０．５〜３重量％の範囲とする
ことが望ましく、０．５重量％より少ないとその効果が
小さい。また、３重量％より多いと溶浸深さが大きくな
る上、圧粉成形体母材が局部的に侵食されるするので好
ましくない。

ホウ素はろう材の圧粉成形体への溶浸を抑えるとともに
ろう材の融点を下げる効果がある。含有量は０．５〜１
．５重量％とすることが望ましく、この範囲内では、ホ
ウ素の増加にほぼ比例して溶浸深さが小さくなる。含有
量が０．５重量％より少ないとろう材の溶浸深さが大き
く所望の効果を達成することができない。また、１．５
重量％より多い場合でもろう材の溶浸深さが大きくなる
ので好ましくない。

本発明の第２の銅基ろう合金は、上記組成にさらに鉄を
添加してなり、特に、圧粉成形体の成形密度が低い場合
において、ろう材の溶浸抑制に高い効果を有する。また
、ろう合金を溶製する際に、高価なホウ素を安価なフェ
ロボロンとして添加することが可能であるので、製造コ
ストが低下するという利点がある。

鉄は、２重量％以上含有されてその効果を発揮する。た
だし、含有量が多いとろう材の融点が過度に上昇するの
で、以下に示す計算式で表わされる量を上限とすること
が好ましい。

２８ａ＋７３ｂ／６＝５ａ＋１２ｂ ここで、ａ、ｂはそれぞれケイ素およびホウ素の含有量
（重量％）を表わす。すなわち、上記計算式は、鉄の添
加により生ずる融点の上昇を、ケイ素およびホウ素の添
加による融点低下分まで許容するという考えに基づくも
ので、ａ、ｂの係数はそれぞれ、ケイ素あるいはホウ素
を１重量％添加した時の融点の変化（℃／重量％）を示
す実験値である。

本発明の銅基ろう合金は、上記組成になるように各成分
元素を配合し、必要形状に鋳造、加工して、あるいは粉
末化した後、適宜必要形状に成形して用いられる。

本発明の銅基ろう合金は、鉄系焼結合金、または鉄系焼
結合金と鋼等のろう接用ろう林として好適に使用できる
。特に、焼結前の圧粉成形体の段階で使用され、焼結と
同時にろう接を行なう場合に高い効果を発揮する。

ろう接は、通常、被接合材間に本発明の銅基ろう合金を
配し、その融点（約１０００℃前後〉以上に加熱するこ
とにより行われる。焼結とろう接を同時に行なう場合に
は、ろう接温度は、接合される焼結合金の材質によって
決まる焼結温度で制限されるため、接合される焼結合金
の材質によって、適正な融点を有するように銅基ろう合
金の組成を上記範囲内で適宜変更するのが望ましい。

加熱雰囲気は、窒素ガス、水素ガス、またはこれらの混
成ガスや、アンモニア分解ガス、吸熱形変成ガス等、粉
末冶金において通常使用される雰囲気とすればよい。

また、本発明の銅基ろう合金は、元来、自溶性に富むも
のではあるが、必要に応じ、補助的にフラックスを用い
てもよい。

［作用］ 本発明の銅基ろう合金は、特定の成分元素を特定量配合
することにより圧粉成形体への溶浸を抑制することがで
きる。溶浸抑制のメカニズムについては、各成分元素の
配合量によって決まるろう材の融点とろう接温度との関
係や、成分元素の相互作用があって詳細は明らかでない
が、概ね、次のように考える。

（１）ろう材が被ろう接材の空孔内へ侵入し、母材を溶
解する。

（２）ろう材中のホウ素が、被ろう接材内の鉄と選択的
に反応して固相を形成する。このなめ、ろう材中のホウ
素の存在量が非常に小さくなる。

（３）空孔壁／ろう材界面で固相が出現し、これが層と
なって生長する。

（４）銅は侵入部分で分離する場合があり、存在量が小
さくなる。

（５）他の成分元素の量比も、被ろう接材母材の溶解、
および続いて起こる固相反応によって初期の量比とは異
なってくる。

（６）これらの結果、侵入部分のろう材の融点が上昇し
、加熱温度下では固相になって、それ以上ろう材が侵入
できなくなる。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明
はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるも
のではない。

実施例１ 第１図に示す組成を有する銅基ろう合金を作製し、本発
明材と従来のろう材、および試溶材との融点の比較を行
なった。図中には、機械部品として一般的に用いられて
いるＪＩＳ　　ＳＭＦ４種焼結合金の焼結温度である１
１２０℃を併記した。

本発明の銅基ろう合金が、鉄系焼結合金用のろう接材と
して充分に実用的であることがわかる。

なお、本発明においては、被ろう接材の焼結温度が１１
２０℃から大きく外れる場合でも、適正な融点を有する
組成を選択することによって対応することが可能である
。

実施例２ 銅粉：２重量％、グラファイト粉：０．８重量％、残部
アトマイズ鉄粉からなる組成で、これに対して更に潤滑
剤としてステアリン酸亜鉛粉末０゜８重量％を添加した
混合合金粉を使用して、直径４６ｎｗｎ、厚さ１０ｍｍ
の圧粉成形体１、および中心部に１２ｎｗｎの貫通穴２
１を有する直径４６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの圧粉成形体２
を作製した。密度はいずれも６．８５ｇ／ａｍ’であっ
た。

次に、Ｃｕ−Ｎｉ−５％Ｍｎ−２％５ｉ−１％Ｂの組成
を有する銅基ろう合金を調製し、これをろう材として使
用して、上記圧粉成形体１．２の焼結とろう接を行なっ
た。まず、上記圧粉成形体１の上方に圧粉成形体２を配
置しく第２図、第３図）、貫通穴２１にろう材約５ｇを
配した後、１１２０℃で、３５分間、窒素雰囲気中で加
熱して、焼結とろう接を同時に行なった。ろう材中のニ
ッケル量を１５〜３０重量％まで変化させ、得られた焼
結・接合体へのろう材の溶浸深さを測定した結果、溶浸
深さは約４００〜８００μであった（第４図）。

実施例３ Ｃｕ−１５％Ｎｉ−５％Ｍｎ−８ｉ−１％Ｂ、Ｃｕ−２
５％Ｎｉ−５％Ｍｎ−８ｉ−１％Ｂの組成を有する銅基
ろう合金を調製し、これをろう材として使用して、実施
例１と同様の方法で上記圧粉成形体１．２の焼結とろう
接を行なった。ろう材中のケイ素量をそれぞれ変化させ
、得られた焼結・接合体へのろう材の溶浸深さを測定し
た結果を第５図に示す。ケイ素１０．５重量％〜３重量
％の範囲では、溶浸深さは約５００〜８００μと小さい
が、ケイ素量が３重量％を超えると溶浸深さが急激に大
きくなることがわかる。

実施例４ Ｃｕ−１５％Ｎｉ−５％Ｍｎ−２％５ｉ−Ｂ、Ｃｕ−２
５％Ｎｉ−１０％Ｍｎ−１％５ｉ−Ｂ、およびＣｕ−２
５％Ｎｉ−１０％Ｍｎ−２％５ｉ−Ｂの組成を有する銅
基ろう合金を調製し、これをろう材として使用して、実
施例１と同様の方法で上記圧粉成形体１．２の焼結とろ
う接を行なりた。ろう材中のホウ素量をそれぞれ変化さ
せ、得られた焼結・接合体へのろう材の溶浸深さを測定
した結果を第６図に示す。図に明らかなごとく、ホウ素
１０．５重量％〜１．５重量％の範囲内では、溶浸深さ
は約４００〜１０００μで、ホウ素量の増加に伴い溶浸
深さは小さくなる。

実施例５ 粉体化したＣｕ−２５％Ｎｉ−１０％Ｍｎ−２％５ｉ−
１％Ｂ合金、および粉体化したＣｕ−２５％Ｎｉ−１０
％Ｍｎ−２％５ｉ−１％Ｂ−５％Ｆｅ合金に、それぞれ
２％のフラックスを混合したものをろう材として使用し
て、実施例１と同様の方法で′上記圧粉成形体１．２の
焼結とろう接を行なった。得られた焼結・接合体の断面
の写真を撮影し、それぞれ第７図、第８図に示した。な
お、これらはいずれも、ろう材と焼結・接合体を区別し
やすくするため、鏡面研磨した後、エツチングを施しで
ある。

図に明らかなごとく、両者とも溶浸が抑制されて、少な
い量のろう材でろう接が完了したなめに、余分なろう材
が中心部に溜っている。また、焼結・接合体両端部表面
へのろう材の垂れ流れはなく、深さ０．８ｎｗｎ程度の
惨出を見る程度であった。さらにこれらから試験片を切
出して引張り試験を行なった結果、両者とも約４５ｋｔ
／ｍｒｒｒの接合強度を示した。

次に、比較のため、従来のろう材（Ｃｕ−４０％Ｎｉ−
１７％Ｍｎ−２％５ｉ−１，５％Ｂ合金粉末〉に２％の
フラックスを混合使用して、同様の方法で焼結とろう接
を行い、得られた焼結・接合体の断面写真を撮影した。

第９図に示すごとく、従来のろう材では、焼結・接合体
の底部にまで達する、大きな局部的溶浸が生じたために
、上記本発明の銅基ろう合金におけるような、ろう材溜
りが認められない。また、局部的な溶浸のため、ろう材
が消耗し、接合が不完全であった。

実施例６ 銅粉＝２重量％、グラファイト粉：０６８重量％、残部
アトマイズ鉄粉からなる組成で、これに対して更に潤滑
剤としてステアリン酸亜鉛粉末０．８重量％を添加した
混合合金粉を使用して、直径３０ｍｍ、厚さ１１ｍｍの
圧粉成形体を作製した。

この上に、ろう材約４ｇを配し、１１２０℃で、３０分
間、窒素雰囲気中で加熱後冷却し、その断面を観察した
。

ろう材は実施例うで使用した３種とし、圧粉成形体の成
形圧力を変えて、焼結体上のろう材の厚さと、最大溶浸
深さを測定した結果を第１０図に示す。本発明の銅基ろ
う合金は、従来のろう材に比べ、最大溶浸深さにおいて
著しく向上していることがわかる。また、成形圧力が小
さい（３ｔ／−）場合、圧粉成形体内の隙間が大きく、
鉄無添加の銅基ろう合金では、ろう材の大半が溶浸する
ためにろう材の厚さは約４０μと極めて小さい値を示す
。これに対し、鉄を５重量％添加したものでは、ろう材
厚さは約６００μであり、鉄が溶浸抑制に高い効果を有
することがわかる。

［発明の効果］ 本発明の銅基ろう合金は、圧粉成形体への溶浸が小さい
ので、鉄系焼結合金の焼結とろう接を同侍に、しかも強
固、確実に行なうことができる。

さらに、比較的低密度の圧粉成形体であってもろう接が
可能であり、溶浸によるろう材の損失が小さいなめに、
ろう接に必要な量が少なくて済むこと、鉄系焼結合金用
として適正な融点を有するなど優れた特性を示し、実用
上高い価値を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の銅基ろう合金および従来材の融点を示
す図、第２図は圧粉成形体のろう接試験方法を示す圧粉
成形体の正面図、第３図は第２図の圧粉成形体の縦断面
図、第４図〜第６図はそれぞれろう材中のニッケル、ケ
イ素、ホウ素の量と溶浸深さとの関係を示す図、第７図
〜第８図は本発明の銅基ろう合金を使用して圧粉成形体
のろう接を行なった場合の金属組織を示す図、第９図は
従来材を使用して圧粉成形体のろう接を行なった場合の
金属組織を示す図、第１０図は圧粉成形体の成形圧力と
ろう材の厚さおよび最大溶浸深さと第２図 第３回 第４図 Ｎｉ量（重量０１０） 第５図 ５ｉｔ（重量０１０） 第６図 ＢｔＭ’／、） １０ｍｍ 第１０図 ；謙１−二ｈア、 成形圧力（ｔ／ｃｍ”）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ニッケル１５〜３０重量％、マンガン５〜１５重
   量％、ケイ素０．５〜３重量％、ホウ素０．５〜１．５
   重量％を含有し、残部が銅および不可避不純物よりなる
   焼結合金用銅基ろう合金。
2. （２）ニッケル１５〜３０重量％、マンガン５〜１５重
   量％、ケイ素０．５〜３重量％、ホウ素０．５〜１．５
   重量％、鉄２〜５ａ＋１２ｂ重量％（ただし、ａ、ｂは
   それぞれケイ素およびホウ素の含有量（重量％）を表わ
   す。）を含有し、残部が銅および不可避不純物よりなる
   焼結合金用銅基ろう合金。