JPH03285761A - 鉄材とアルミニウム材とのろう付方法 - 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 この発明は、例えば風呂釜、給湯器、暖房器等の熱交換
器や、一般産業用継手等において、鉄材とアルミニウム
材との接合に用いられる、鉄材とアルミニウム材とのろ
う付方法に関する。

なお、この明細書において、鉄の語は純鉄のみならずス
テンレス鋼、普通鋼その地鉄系合金を含む意味で用いる
。また、アルミニウムの語はその合金を含む意味で用い
る。

従来の技術 鉄材例えばステンレス鋼とアルミニウム材とのろう付は
、通常のアルミニウム材相互のろう付に用いられるＡｌ
２−８ｔ系ろう材を用いて一応これを行いうろことは知
られている。

発明が解決しようとする課題 ところが、このような従来のＡρ−８ｌ系ろう材を用い
た場合、ろう材の融点が概して高いことから、ろう付温
度が６００℃以上の高温にならざるを得ない。しかるに
、ろう付温度が高いと鉄材とアルミニウム材との接合界
面に厚さ２０〜４０μｍ程度のＦｅＡρ３系の脆い合金
層が形成され、これが原因で接合面の十分な強度が得ら
れないという欠点があった。従って、かかるろう付方法
を適用できる製品は自ずと限定されるものであった。殊
に風呂釜、給湯器、冷熱繰返し継手等のように加熱冷却
が繰返して行われるものでは、特に優れた接合強度が要
求されるため、鉄材とアルミニウム材との接合にろう付
を適用することは問題が大きく、他の煩雑な接合方法に
よらざるを得ないのが実情である。

この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたも
のであって、鉄材とアルミニウム材とのろう付に際し、
接合界面の脆い合金層の形成を抑制しえて十分な接合強
度を実現できるろう付方法の提供を目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的は、鉄材とアルミニウム材とをろう付するに際
し、ろう材としてＡβ−Ｓｉ−高Ｚｎ系のろう材を使用
するとともに、５７０°Ｃ以下の温度でろう付すること
を特徴とする鉄材とアルミニウム材とのろう付方法によ
って達成される。

この発明に用いる鉄材はその組成が具体的に限定される
ことはなく、用途に応じて炭素鋼、オーステナイト系あ
るいはフェライト系ステンレス鋼等を適宜用いれば良い
。またアルミニウム材の組成も限定されるものではなく
、純アルミニウムの外、ＡΩ−Ｍｎ系その他の各種合金
を用いうる。

この発明に用いるろう材は、Ｓｌを０．５〜１２ｖｔ％
程度、Ｚｎを１５〜８０ｖｔ％程度含有するＡΩ−Ｓｉ
−高Ｚｎ系ろう材である。このように、高Ｚｎ含有ろう
材を用いることによりろう材の低融点化が可能となり、
ひいては接合界面にＦｅＡΩ３系の脆い合金層を形成し
ない低温度でのろう付が可能となる。ろう制の具体的組
成の一例を挙げると次のとおりである。

即ち、基本的には、Ｓ　ｉ　：　０．　５〜］、　２ｖ
ｔ％、Ｚｎ：１５〜８０ｗｔ％を含有し、残部アルミニ
ウム及び不可避不純物からなるろう祠を用いれば良い。

上記において、Ｓｉはろう材の融点を低下させるととも
に流動性を高めるのに必要なものである。しかしその含
有量が０．５ｗｔ％未満ではそれらの効果に乏しくなる
虞れがある。

一方、１２ｗｔ％を超えて含有されると却って融点の急
激な増大を招き、ろう材として使用できなくなる虞れが
ある。Ｓｉの特に好ましい含有量は４ｖｔ％以上殊に５
〜８ｗｔ％である。前記Ｚｎはろう材の低融点化に極め
て有効な元素てある。しかし、その含有量が１５ｗｔ％
未満ではその効果に乏しくなる虞れがあり、一方８０ｗ
ｔ％を超えると加工性の悪化を来す虞れがある。特に好
ましいＺｎの含有量は５５ｖｔ％以下殊に２０〜５０ｖ
ｔ％程度である。

また、他の高Ｚｎ含有ろう材として、上記Ｓｉ、Ｚｎに
加えてＢｅを０．０２〜１．０ｗ１％の範囲で含有した
ものを用いても良い。ＢｅはＳｉ、Ｚｎの低融点効果を
損うことなくろう材の強度、伸び等の機械的性質の向上
に寄与するものであり、ひいてはろう付後におけるろう
付接合部（フィレッｌ−）の機械的性質を向上させる作
用効果がある。しかし、０．０２ｗｔ％未満では上記効
果を発揮できない虞れかあり、一方１．０ｗ１％を超え
ても効果が飽和することから経済的な無駄を招く虞れが
ある。Ｂｅを含有する場合の特に好ましい範囲は０，１
０〜０．５ｗｔ％である。

さらに、他の高Ｚｎ含有ろう祠として、上記Ｓｉ、Ｚｎ
に加えて、Ｃｕ　：　０．　２〜２．　　Ｏｗｔ％を含
有したものを用いても良い。ＣｕはＺｎの高濃度含有に
よりろう付後においてフィレットの自然電極電位が卑と
なるのを防止し、電位を貴側にシフトさせることにより
接合部の腐食を防止する役割を果す。しかし、その含有
量が０、　２ｗｔ％未満では上記効果に乏しくなる虞れ
があり、２．　０ｗ１％を超えると加工性の劣化を派生
する危険がある。Ｃｕを含有する場合の好ましい範囲は
０，５〜１．５ｖｔ％である。なお、Ｃｕを含有する場
合、接合部の機械的性質の改善のためにｌｖｔ％程度以
下の範囲でＢｅを含有せしめても良い。

さらに他の高Ｚｎ含有ろう材として、上記Ｓｉ、Ｚｎと
ともにＩ　ｎ　：　０．　０２−０．　２ｗｔ％、Ｓｎ
　：　０．　０５〜０．４ｗｔ％、Ｂｉ：０．０５〜０
．４ｗｔ％の１種または２種以上を含有するものを挙げ
うる。上記において、Ｉｎ、Ｓｎ。

Ｂｉはろう何時に溶融したろう材が濡れ拡がるとき、表
面の酸化膜を弱く欠陥あるものにして良好なろう付を達
成するのに有効な元素である。

かかる効果の点でこれらはいずれも均等物として評価さ
れるものであり、少なくとも１種が含有されれば足りる
。しかし、Ｉｎか０．０２ｗｔ％未満、Ｓｎが０．０５
ｖｔ％未満、Ｂｉが０゜０５ｗｔ％未満では上記効果を
発揮できない虞れがある。一方、Ｉｎが０．２ｗｔ％を
超え、Ｓｎが０．４ｗｔ％を超え、Ｂｉが０．４ｖｔ％
を超えても効果が飽和することから経済的な無駄を招く
危険がある。Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉの１種または２種以上を
含有する場合の特に好ましい含有範囲はＩ　ｎ　：　０
．　０３−０．　　］　５ｖｔ％、Ｓｎ：０゜１．０〜
０．　３０ｗｔ％、Ｂ　ｉ　：　０．　１０〜０．　３
０ｗｔ％である。

なお、ろう材の製造方法については特に限定するもので
はなく、例えば常法に従う押出法によって線材に押出し
ても良く、常法に従う熱間圧延、冷間圧延によって板材
等に製作しても良く、その他任意の製造手段を適用でき
る。

ろう付に際し、上記ろう材はこれを鉄材とアルミニウム
材との接合予定部位の近傍に置きろう材の形で配置し、
あるいはアルミニウム材を心材として、ろう材を皮材と
するプレージングシートの形で供給する。そして、必要
に応じてフラックスを塗布したのち、鉄材とアルミニウ
ム材の組立物を加熱することによりろう付接合が達成さ
れる。ここに、ろう付は５７０°Ｃ以下の温度で行う必
要がある。ろう付温度が５７０°Ｃを超えると鉄材とア
ルミニウム材との接合界面にＦｅＡｆｌｓ系の脆い合金
層が形成され、接合部の強度を劣化させるからである。

もとより、ろう材の融点よりも低い温度ではろう付自体
が不可能となることから、ろう付温度はろう材の融点以
上かつ５７０℃以下の範囲に設定しなければならない。

また、合金層は時間と共に成長するため、ろう何時の加
熱保持時間は良好な接合が得られる範囲で極力短くする
のが好ましい。

特に５４０〜５７０℃の高温側では、保持時間を１０分
以下好ましくは５分以下にするのが良い。

実施例 次にこの発明の詳細な説明する。

第１図に示すように、５ＵＳ３０４からなる肉厚０．４
ｍｍのステンレスチューブ（１）とアルミニウム製のコ
ルゲートフィン（２）とを仮組した。コルゲートフィン
（２）としては、Ａ３００３からなる肉厚０．５ｍｍの
アルミニウム心材の両面にろう材をクラッドしたプレー
ジングシートを用いた。そして、ろう材として第１表に
示すように各種のものを用いることにより、複数種類の
組立物を製作した。なお、ろう材の肉厚はいずれも片面
ｏ、１ｍｍとした。また、ろう材単体の液相線温度を調
べたところ、第１表のとおりであった。

次いで、塩素系フラックスを用いた炉中ろう付により、
雰囲気温度を第１表のように設定して上記各組立物をろ
う付した。

ろう付後、チューブ（１）とフィン（２）の接合部（３
）を目視観察した。また、各組立物につきチューブ（１
）とフィン（２）との接合界面のＦｅＡΩ３系合金層の
有無を顕微鏡で調べた。それらの結果を併せて第１表に
示す。

［以下余白］ ０ また、各紹立物に、漸増引張荷重を付与して接合強度の
強弱を調べたところ、本発明実施品はいずれもチューブ
（１）とフィン（２）との接合面の剥離よりも前にフィ
ン（２）が切断されたのに対し、比較品ではフィン（２
）の切断前に接合面で剥離を生じた。

また、Ａｕ−８ｖｔ％５ｉ−２０ｖｔ％Ｚｎ、ＡＱ−７
ｗｔ％５ｉ−３０ｖｔ％Ｚｎ−１，ｖｔ％Ｂｅ。

Ａｎ−１０ｗｔ％５ｔ−２５ｖｔ％Ｚｎ−０，５ｗｔ％
Ｃｕ、Ａ、Ｑ−４ｖｔ％Ｓｔ−５０ｗｔ％Ｚｎ−０゜１
５ｗｔ％Ｓｎの各組成からなるろう祠を用いて５４０〜
５５０℃の温度で上記と同様のろう付を行ったところ、
接合界面のＦｅＡΩ３系合金層はやはり認められなかっ
た。

以上の試験結果から、本発明によれば、接合界面におけ
るＦｅＡΩ３系合金層の形成を抑制でき、接合部の強度
を向上できることを確認しえた。

発明の効果 ２ この発明は上述の次第で、まず、ろう利としてへΩ−Ｓ
ｉ−高Ｚｎ系のものを用いるから、良好なろうイ」性は
これを維持しつつろう材の融点のみを従来のＡｎ−Ｓｉ
系のものに較べて格段に低くすることができる。しかも
、ろう材中に高濃度のＺｎが含有されているため、鉄材
との濡れか良く、良好な接合が可能となる。そして、こ
のように良好なろう付性を確保しかつろう材の低融点化
を図ったうえで、５７０°Ｃ以下の温度でろう付を行う
から、鉄材とアルミニウム材との接合界面におけるＦｅ
Ａｎ３系の脆い合金層の形成を抑制ないしはなくすこと
ができ、従って該合金層の存在による両部材の接合強度
の低下を防止しえて、強度に優れたろう付品の提供が可
能となる。その結果、従来では適用が困難であった風呂
釜、給湯器等の各種製品において、ろう付による鉄材と
アルミニウム材との接合が十分可能となり、ろう何遍用
範囲を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

３ 第１図は実施例で用いたろうイ」試験片の正面図である
。 （１）・・・ステンレスチューブ、（２）・・アルミニ
ウムフィン。 以　　　」ニ ４ 第１ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄材とアルミニウム材とをろう付するに際し、ろう材と
   してＡｌ−Ｓｉ−高Ｚｎ系のろう材を使用するとともに
   、５７０℃以下の温度でろう付することを特徴とする鉄
   材とアルミニウム材とのろう付方法。