JPH0440099B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はアルミニウムを基礎とする合金、より
詳細には金属物品たとえばアルミニウムおよびア
ルミニウム合金製のものをろう付けするのに有用
な延性のろう付箔、ならびにそれらを製造する方
法に関する。 ろう付は、しばしば組成の異なる金属部品を互
いに接合させる処置である。一般に互いに接合さ
れる金属部品の融点よりも低い融点をもつ充填用
金属を金属部品の間に挿入してアセンブリーを形
成する。次いでこのアセンブリーを充填用金属が
融解するのに十分な温度に加熱する。融解した充
填用金属は接合される部品と反応して、冷却に際
し強固な接合を形成する。 用いられる充填用金属は合金組成および個々の
用途に応じて一般に粉末状、線状または箔状であ
る。充填用金属はしばしばフラツクスと共に用い
られ、この場合も充填用金属の組成および個々の
用途に応じてその処理は不活性雰囲気中または真
空中で行うことができる。箔状の充填用金属は接
合面に調整された量の充填用金属をあらかじめ配
置することができ、従つて複雑な形状を最少の不
合格率でろう付することができるという利点をも
つ。 アルミニウムおよびアルミニウム合金をろう付
するための充填用金属は、ケイ素７〜13重量％を
含有するアルミニウム−ケイ素合金であり、
AWSBAlSiと表示される。これらの合金の液相
線、固相線およびろう付温度は、ケイ素含有量が
約12.5重量％にまで増加するのに伴つて降下す
る。これらの合金にフラツクスを用いない炉内ろ
う付のため３重量％までのＭｇを含有させること
が提案された。しかし多量のケイ素およびマグネ
シウムを含有する合金は箔状にすることがきわめ
て困難である。これらの合金が脆く、インゴツト
またはスラブから箔を製造するのに必要な多段階
の圧延および焼鈍サイクルに十分に応答しないか
らである。充填用金属箔は現在のところ10重量％
以下の比較的低いケイ素含量および１重量％まで
のマグネシウム含量に、あるいはきわめて低いマ
グネシウム含量（0.5重量％）およびより望まし
いケイ素含量に限られている。いずれの場合も鋳
造および圧延過程に固有の制限のため、ケイ素含
有粒子（以下ケイ素粒子と呼ぶ）の寸法は最低約
1μmに限定され、より一般的には5μmの水準であ
る。1μm以下の均一に分散したケイ素粒子を含む
ろう付箔は、大きな粒子を含むものよりも望まし
い。市販のろう付箔の場合、表面にろう付処理の
障害となる比較的厚い酸化物被膜が存在する傾向
がある。 充填用金属箔の代替はろう付シートとして知ら
れている。ろう付シートは一方または両方の面に
希望する組成のろう付合金が付着したまたは施さ
れたろう付可能なアルミニウム合金ロールからな
る。 ろう付シートを使用する際の制限には、これの
製造に伴う原価の増大が含まれる。さらにこの種
のシートに関しては約0.025インチ（0.64mm）と
いう最小厚がある。シートが比較的厚いとケイ素
がコア内へ拡散し、このため接合の形成に使われ
る充填用金属の量が制限される。 当業界では、フラツクスを用いないろう付処理
における低いろう付温度のために、高ケイ素含量
および高マグネシウム含量であつて、ケイ素粒子
が微細に分散したアルミニウムろう付合金がなお
求められている。この種のアルミニウムろう付合
金が酸化物フイルム厚さの小さな箔状で得られる
ならば特に望ましいであろう。 米国特許第4142571号明細書には、直接に溶融
物から溶融金属を移動している冷却体の表面に加
圧下に、この冷却体の表面に近接した位置にある
スロツトル付きノズルから押出すことにより、か
なりの幅（７mm以上）の連続した多結晶質または
非晶質のストリツプを製造する方法が教示されて
いる。アルミニウム合金の密度、流動性および強
い酸化物傾向のため、溶融物の流れを長期間均一
に維持することがきわめて困難であり、従つてろ
う付に適したアルミニウム合金リボンをナラシマ
ン（Narasimhan）により米国特許第4142571号
明細書に記載された方法で製造することはきわめ
て困難であることが認められた。従つてアルミニ
ウムろう付箔を可能な限り商業的な量で製造する
改良法が求められている。 本発明は、フラツクスを用いないろう付処理に
おけるろう付箔として特に基礎とする合金の延性
リボンの製法を提供する。 一般にこの組成物は本質的にケイ素約９〜13重
量％、マグネシウム０〜３重量％、銅０〜４重量
％、ビスマス、ストロンチウム、リチウム、スカ
ンジウム、イツトリウム、カルシウム、リン、ナ
トリウムよりなる群から選ばれる少なくとも１種
の元素０〜0.2重量％、および希土類元素少なく
とも１種０〜２重量％からなり、残りが本質的に
アルミニウムおよび付髄する不純物である。 本質的にSi12〜13重量％、Mg0.5〜2.5重量％、
BiおよびSrのうち少なくとも１種０〜0.05重量％
からなり、残りがアルミニウムおよび付髄する不
純物からなる合金が特に好ましい。 ケイ素の添加は合金の融点を下げ、一方マグネ
シウムの添加は湿潤性を高め、フラツクスを用い
ないろう付処理における充填用金属の良好な流れ
を助ける。列記した他の元素はマグネシウムが充
填用金属の流れに影響を与えるのと同様な作用を
もち、さらにろう付された接合部の微細組織を整
え、これにより接合部の延性および機械的特性を
改善する。 さらに本発明は、急速な固化速度で得られ、き
わめて微細にかつ均一に分散したケイ素粒子を含
むものに典型的な微細組織をもつ延性の箔を提供
する。上記の組成をもつ箔は、鋳造したままの状
態で、希望する予備成形用形状に切断する以外の
後続処理を必要とすることなく、ろう付用、特に
フラツクスを用いないろう付処理に使用するのに
適している。本発明の箔は好ましくは約25〜
100μmの厚さをもつ。 本発明の延性のろう付箔は、希望する組成の溶
融物を調製し、この溶融物を移動している冷却体
上で少なくとも10⁵℃／秒の速度で急冷すること
よりなる方法によつて製造される。本方法は、さ
らに溶融物パドルを移動する支持体と共に運ばれ
る境界空気層による過度の酸化および物理的障害
から保護する手段を提供することによりなる。こ
の保護は、還元性のガス（たとえばCO）または
不活性ガスをノズル周囲に含有させ、一方溶融物
パドルを妨害する可能性のある異常な風の流れを
除くという二重の目的に役立つ囲い装置によつて
与えられる。 さらに本発明によれば、２個以上の金属部品を
ろう付により接合させるための改良法が提供され
る。この方法は (a) 充填用金属を金属部品間に挿入してアセンブ
リーを形成し、その際充填用金属がいずれの金
属部品の融点よりも低い融点をもち； (b) 該アセンブリーを１×10^-3トル以下の真空中
または還元性の雰囲気中で、少なくとも充填用
金属の融点に加熱し；そして (c) 該アセンブリーを冷却する ことよりなる。 改良点は、充填用金属として前記組成をもつ延
性のアルミニウム箔を用いることによりなる。こ
の種の組成物は現在この形では得られていない。
さらに本発明の箔は、この目的のために現在得ら
れるろう付箔よりの場合よりも有意に小さなケイ
素粒子（好ましくは1μm以下）の分布を含む。さ
らに本発明の箔の酸化物層の厚さは市販のろう付
箔の場合よりも小さく（好ましくは0.01μm以下）
このためろう付処理がより容易になる。 この充填用金属箔は本発明によれば鋳造したま
まの形で使用できる延性リボンとして容易に製造
できる。有利にはアルミニウムを基礎とする金属
箔を複雑な形状に打抜きしてろう付した予備成形
品を得ることができる。 有利には本発明の均質な延性の箔をろう付操作
の前に接合部に入れることができる。 本発明は以下の詳細な記述および添付図面を参
照することによりいつそう十分に理解され、他の
利点も明らかになるであろう。 第１図は支持体、スクレーパ、不活性ガスもし
くは環元性ガスの導入口、および金属を移動する
冷却面上に析出させるノズルの関係を示す側部断
面図である。 第２図は、その配置によりノズル開口付近に不
活性ガスもしくは環元性ガスを方向づけかつ閉じ
込める準密閉室を与える支持体、スクレーパおよ
びサイドシールの配置様式を示す透視図であり； 第３図は第２図に示したものと反対の側から描
いた支持体、スクレーパおよびサイドシールドの
配置を示す透視図であり； 第４図は鋳造したままのAl85重量％−Si１３
重量％−Mg2重量％の箔の断面の光学顕微鏡写
真であり、そして 第５図はAWS表示4004を有する市販の合金箔
（合金の組成はAl90重量％−Si9.5重量％−Mg0.5
重量％である）の断面の光学顕微鏡写真である。 第１図は本発明のろう付箔を鋳造する方法を表
わす側部断面図の一部を示す。第１図に示される
ように希望する組成の溶融金属２を第１リツプ３
と第２リツプ４により規定されるスロツトル付ノ
ズルを通して、ノズルに近接した位置に保持され
かつ矢印の方向に移動する冷却体１の表面上に加
圧下に押出す。スクレーパ７を含む掻取り手段が
冷却用支持体と接触した位置に置かれ、不活性ガ
スまたは環元性ガスがガス導入管８を通してガス
供給手段により導入される。 第２図および第３図は２つの異なる角度から見
た簡略化した透視図であり、第３図に関してはサ
イドシール１８がスクレーパ１９およびガス導入
管２０と連結してノズル２１の周りに準密閉室を
与える様式を示す。 好ましい保護ガスは一酸化炭素であることが見
出された。ただし他のガス、たとえばヘリウム、
窒素またはアルゴンを用いることもできる。CO
を使用することの利点は、これがノズルの周囲に
存身する酸素と結合して高温のCO₂を生成するこ
とである。この方法により、合金の酸化に使われ
る酸素が還元され、ノズルを高温に保持し、空気
よりも低密度のガスを生成して溶融物パドルに衝
突させる。 さらに、スクレーパおよびサイドシールの存在
によつてCO炎の有効性が著しく改善されること
が見出された。スクレーパがないと、COはノズ
ルの下流のみで燃焼する傾向を示し、その結果た
とえリボンが形成されたとしてもそれは薄くかつ
孔が多い。これは溶融物と支持体の接触が不十分
であることを示す。スクレーパがあると、炎はノ
ズルおよびガス導入管の上流で燃焼する。これは
境界空気層を排除し、従つてこの後方に保護ガス
で満たされた低圧領域を作り出す際にスクレーパ
が有効であることを示す。しかしサイドシールが
ないと移動する支持体アセンブリーにより発生す
る異常な風の流れがガスの流れを曲げ、このため
ガス流がノズルおよび溶融物パドルに均一に衝突
しない可能性がある。この条件下ではリボンは不
均質に形成されやすい。特にリボンの一端または
両端が不規則になる可能性がある。しかしスクレ
ーパブレードおよび保護ガスと共にサイドシール
を用いるとガスの流動パターンが均一かつ一定で
あり、リボンを信頼性のある状態で鋳造できるこ
とが認められた。 掻取り手段、ガス供給手段、および遮閉手段の
厳密な寸法および位置は決定的なものではないが
幾つかの一般的概念を堅持すべきであることが認
められた。鋳造装置の掻取り手段、ガス供給部お
よび遮閉部、すなわちサイドシールド、スクレー
パブレードおよびガス導入管は、均一なガスの流
動パターンが確実に維持される位置になければな
らない。一般にガス導入管の開口はノズルから２
〜４インチ（5.08〜10.16cm）の範囲に位置すべ
きである。スクレーパは、保護ガスがガス導入管
の後方の低圧領域へ流入し、周囲の大気中へは流
れないことを保証するために、実用上可能な限り
ガス導入管に近接して配置されなければならな
い。サイドシールドはスクレーパからノズルスロ
ツトの後方約２〜３インチ（5.08〜7.62cm）の位
置まで広がるように配置すべきである。シールド
は底部で支持体アセンブリーと近接するかもしく
は接触し、頂部でノズルもしくはノズル支持体の
下面と近接するかもしくは接触する高さでなけれ
ばならない。ノズルまたはノズル支持体はこれが
鋳造状態にあるとき、スクレーパ、サイドシール
ド、およびノズル支持体下面がノズルスロツトの
周りに準密閉室を形成するものでなければならな
い。これにより不活性ガスないしは保護ガスの効
果が最大限となる（第２図および第３図参照）。 本発明により鋳造される合金は10⁵℃／秒以上
の速度で冷却する急速な固化したリボンである。
この方法によれば、鋳造したままの状態でろう付
箔として使用するのに適しており、他の方法によ
り製造されたアルミニウムろう付箔の場合に可能
であつたよりも低酸素含量でありかつケイ素粒子
のより小さな材料が製造され、この方法はろう付
にきわめて望ましいが他の方法では箔にすること
ができない合金組成にも適している。 本発明をより良く理解するために、下記の具体
例を提示する。示された特定の技術、条件、材料
および報告されたデータは本発明を説明するため
のものであり、本発明の範囲を限定するものと解
すべきではない。 例 １〜10 上記の方法でアルゴンの過圧を採用して溶融ア
ルミニウム合金をスロツト付ノズルから、表面速
度約900〜1500ｍ／分を生じるべく回転している
水冷式の銅合金ホイール上に押出すことによりリ
ボンを鋳造した。リボンは幅2.5cmであり約25〜
85μmの厚さであつた。 溶融物に添加された装填重量に基づく呼称合金
組成を表１にまとめる。液相線温度および固相線
温度を示差熱分析により測定し、表１に示す。簡
単な延性測定法として、リボンの試料をマイクロ
メーターのピストンとアンビルの間でリボンが砕
けるまで曲げた。亀裂が生じた時点のマイクロメ
ーターの読みから判定した曲げ半径を表１に示
す。曲げ半径が小さいほどリボンはより延性であ
る。 表１に示すように、高いシリコン含量を有し、
従つて低い液相線温度および固相線温度を有し、
かつ高いマグネシウム含量を有し、フラツクスを
用いないろう付処理に望ましい本発明の合金は、
最小曲げ半径がより小さいことにより示されるよ
うに、容易に取扱うことができかつろう付予備成
形品として成形しうる薄い箔に鋳造された。

【表】 例 11および12 光学顕微鏡観察により微細組織を調べるため、
標準的な金属組織学的方法によりリボン試料の幾
つかを切断し、マウントし、研摩し、エツチング
した。第４図はAl85重量％、Si13重量％、およ
びMg2重量％の組成を有する代表的な試料の顕
微鏡写真である。この組織は10⁵℃／秒以上で固
化したこれらの合金に典型的なきわめて微細な規
模のものである。ケイ素粒子の寸法はきわめて小
さいので、光学顕微鏡観察による倍率で個々のケ
イ素粒子を判別することはできない。透過型電子
顕微鏡検査により、ケイ素粒子は0.002μm以下で
あることが示された。 比較のため、合金4004と表示され、Si、9.5重
量％およびMg0.5重量％を含有し、残りがAlであ
る市販のアルミニウムろう付箔の試料を同じ方法
で調製した。第５図はこの試料の断面の顕微鏡写
真である。これは順次圧延および焼鈍処理するこ
とにより製造された箔に特徴的な微細組織を示
す。特にこれは平均粒径約2.5cmの明瞭なケイ素
粒子を含む。 例 13〜15 本発明の箔２種および常法により製造された市
販の第１種の酸化物被膜の厚さを、オーガー電子
分光法（AES）（不活性ガスの吹付けと組合わせ
たもの）および化学分析用電子分光法（ESCA）
を伴用して測定した。これらの技術は双方とも表
面分析に慣用されるものであり、AES／不活性
ガス吹付法は破壊的であるのに対し、ESCAは非
破壊的な深部組成の情報を与える。呼称合金組成
および酸化物被膜の厚さを表２に示す。

【表】 例 16および17 AWS C3.2“ろう付接合の強度を評価するため
の標準法”に従つて、ラツプ剪断試験用試料を作
成した。母材として厚さ3.175mm（0.125インチ）
のアルミニウムシート（市販表示1100）を使用し
た。厚さ約25〜85μm、幅約25.4mm（１インチ）
の寸法をもつ特定の組成のリボンを充填用金属と
して使用した。ろう付接合はラツプ型のものであ
り、ラツプ寸法を慎重に6.35mm（0.25インチ）に
調整した。ろう付直前にアルミニウム金属以下の
方法で清浄にした。すなわちアセトン中で脱脂
し、10％HNO₃＋１％HF溶液中で45〜60秒間化
学的にエツチングしたのち水およびアルコールで
すすぎ、次いで風乾した。しかし充填用金属は何
ら処理せずに鋳造したままで使用した。次いでラ
ツプ接合の全長をおおうようにリボンを並べるこ
とにより、本発明の特定のろう付リボンを含むラ
ツプ接合を組立てた。次いで試料をクランプし、
真空炉内でろう付温度に加熱した。 比較のため厚さ100μmの市販の4004箔を用いて
同様な接合を形成した。この場合まずろう付箔か
ら酸化物被膜を酸溶液中での強い酸洗いによつて
除去しなければろう付接合を製造することはでき
なかつた。これに対し本発明のろう付箔は前処理
を必要としなかつた。これは本発明の箔に認めら
れた酸化物層（表２）が薄かつたことの重要性を
強調するものである。 12.7mm（0.5インチ）の重なりをもつろう付接
合のろう付箔の組成、ろう付温度、および機械的
特性を表３に示す。ろう付はすべて２×10^-5トル
の真空中で630℃において２分間行われた。

【表】 本発明を特に好ましい実施態様に関連して記述
したが、当業者には認識されるように他の微量元
素を含む多数の合金変種を用いても同様な結果が
得られる。 以上本発明をかなり詳細に記述したが、この詳
述に固執する必要はなく、当業者には明らかな変
更および修正が自明であることは理解されるであ
ろう。従つて以上の記述および図面に含まれるこ
とはすべて例示であつて限定を意味するものでは
ないと解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スクレーパ、不活性ガスもしくは環
元性ガスの導入口、および金属を移動する冷却面
上に析出させるノズルの関係を示す側部断面図で
あり；第２図は、その配置によりノズル開口付近
に不活性ガスもしくは環元性ガスを方向づけかつ
閉じ込める準密閉室を与える支持体、スクレーパ
およびサイドシールドの配置様式を示す透視図で
あり；第３図は、第２図に示したものと反対の側
から描いた支持体、スクレーパおよびサイドシー
ルドの配置を示す透視図であり；第４図は鋳造し
たままのAl 85重量％、−Si 13重量％−Mg ２重
量％の合金箔の断面の合金組織の光学顕微鏡写真
であり、そして第５図はAWS表示4004を有する
市販の合金箔（合金の組成はAl 90重量％−Si
9.5重量％−Mg 0.5重量％である）の断面の金属
組織の光学顕微鏡写真である。 これらの図面において各記号は以下のものを示
す、１，１４，２３：冷却体、２：溶融金属、
３：ノズルの第１リツプ、４：ノズルの第２リツ
プ、５，１５，２２：リボン；６： 、７，１
２，１９：スクレーパ、８，１１，２０：ガス導
入管、９： 、１０： 、１３，１８：サイドシ
ールド；１６： 、１７： 、２１：ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウムを基礎とする合金をその溶融物
   から直接にスロツトル付ノズルを通して移動して
   いる冷却用支持体上に製造することにより、前記
   合金からなる連続した金属ストリツプを製造する
   ための装置において、 (a) 該スロツトル付ノズルの上流に位置し、支持
   体に乗りかつこれに随伴するガス境界層を排除
   すべく調整された掻取り手段と； (b) 該ノズルの後方に置換ガスを導入して該置換
   ガスを支持体に乗せそして支持体と共にノズル
   の方へ運び、かつ該ノズルと該掻取り手段との
   間の位置に置換ガス雰囲気を保持するために、
   該ノズルの上流で該掻取り手段と該ノズルとの
   間に配置されたガス供給手段と； (c) 該ノズルに接近してその下流に位置し、該ノ
   ズルと該支持体の周りに準密閉室を形成すべく
   設けられた遮断手段であつて、該室が該支持体
   からなる下壁、該ノズルからなる上壁、複数の
   サイドシールからなる側壁、該掻取り手段から
   なる後壁を有し、該遮断手段が該置換ガスを該
   準密閉室内に向けかつそこに閉じ込めるべく操
   作可能であるものと、 の組合わせよりなる改良された装置。 ２ 10−13重量％のSiを含有するアルミニウムを
   基礎とする合金からなる連続した金属ストリツプ
   であつて、Siが1μm以下の平均粒径を有する分散
   粒子として該合金中に存在している前記金属スト
   リツプ。 ３ 前記合金がSi12−13重量％、Mg0.5−2.5重
   量％、BiおよびSrのうち少なくとも１種の0.05重
   量％以下からなり、残りがアルミニウム及び不随
   する不純物からなる特許請求の範囲第２項に記載
   の金属ストリツプ。 ４ 25−100μmの厚さの箔の形状をもつ特許請求
   の範囲第２項に記載の金属ストリツプ。 ５ 前記箔が厚さ0.01μm以下の表面酸化物被膜
   をもつ特許請求の範囲第２項に記載の金属ストリ
   ツプ。 ６ 前記合金が３重量％以下のMg、４重量％以
   下のCu、0.2重量％以下のBi、Ｐ、Sr、Li、Se、
   Ｙ、NaおよびCaの少なくとも１種および２重量
   ％以下の希土類元素の少なくとも１種からなる特
   許請求の範囲第２項に記載の金属ストリツプ。