JPH06179094A - アルミニウムろう材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ろう付け性と孔食防止作用に優れたアルミニ
ウム用ろう材を提供する。 【構成】 アルミニウムろう粉末、アルミニウムより卑
な金属の粉末およびフラックス材を含有するアルミニウ
ムろう材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上利用分野】本発明はアルミニウム及びアルミニ
ウム合金製部材間の接合及び犠牲陽極効果を持たせるの
に使用するアルミニウムろう材とその接合方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術および課題】近年、ラジエーター等構造体
の軽量化のため材料の軽減化と小型化が計られている。
材料の軽減化としてはアルミニウムやアルミニウム合金
の使用が普及しつつあるが、これには二つの大きな問題
がある。一つは孔食の問題であり、他の一つはろう付の
問題である。アルミニウムやその合金は表面に非腐食性
の酸化被覆を形成してそれにより腐食が抑制されている
が、その酸化被膜の一部が破壊すると、その部分から内
部への腐食が進行して、所謂孔食と云う現象が生ずる。
この孔食が液体やガスを搬送するパイプやチューブ類に
発生すると構造体の寿命を著しく短縮する。第２の問題
はアルミニウムやアルミニウム合金のろう付には、ろう
材としてアルミニウム系の合金が用いられるが、適当な
ろう材がないと云う点である。一般にはＡl−Ｓi系の合
金が用いられているが、Ａl−Ｓi系合金は、アルミニウ
ム系構造材料としてよく用いられるＡlまたはＡl−Ｍn
系合金と融点に差があまりなく、ろう付時の熱コントロ
ールを厳密に行う必要があるため、手作業等による極部
的なろう付が困難である。

【０００３】第１の問題を解決するため、亜鉛等のアル
ミニウムより卑な金属とアルミニウムとの合金をろう材
(典型的にはＡl−Ｓi−Ｚn)として用い、この卑なる金
属を犠牲陽極として用い、これを優先的に腐食させてア
ルミニウム母材の孔食を防止する方法が提案されてい
る。その代表的な例はアルミニウム系母材シートまたは
プレートの片面または両面に亜鉛等を含むろう材のシー
トで被覆(クラッド)したブレージングシートを用いる方
法である。このブレージングシートを筒状に丸めて、そ
の両側縁部を加熱してろう付した管(電縫管)は表面の亜
鉛等の卑なる金属が犠牲陽極として働くための孔食を生
じない。しかしながら電縫管の太さには限りがあり、そ
れより細いチューブ類には使用することができない。ま
た構造体の小型化に伴う構造の複雑化は電縫管やブレー
ジングシートの使用が不可能な場合をもたらし、その場
合は手間をかけて細部のろう付を行なっている。

【０００４】この方法は単に作業効率のみでなく、ろう
付温度の微妙な調節ができないと云う第２の問題点を生
ずる。第２の問題はろう付すべき構造体の所定場所にろ
う材を塗布するか、置きろうした上で、構造体全体を、
母材を溶融せず、ろう材のみを溶融する温度に維持した
炉中に入れることにより、ろう材のみを溶融流延あるい
は拡散させることにより解決できる。

【０００５】このような目的に用いられるペースト状の
ろう材は特開昭５４−４３８５３、特開平２−１４７１
９３、特開平２−２６８９９５等に開示されている。し
かしながら、上記公報に開示されたろう材はＡl−Ｓi−
Ｚn系合金の粉末をペーストにしたものであり、このペ
ーストを置き、ろうに付すると亜鉛はシリコンのように
拡散せず、その結果、亜鉛は流れたろう材先端部までは
移動しない。よって、流れたろう材先端部は犠牲陽極と
して働かない為、孔食を起こすと云う問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題を
解決し、複雑なアルミニウム構造体の細部のろう付と孔
食の防止を効果的に達成するためのろう材組成物および
それを用いたアルミニウム部材の接合方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はアルミニウム合
金ろう粉末とフラックス粉末とを少なくとも含有するア
ルミニウム部材接合用アルミニウムろう材であって、該
ろう材が被接合部材であるアルミニウム及びアルミニウ
ム合金に対して犠牲陽極効果を有する金属の粉末をさら
に含有することを特徴とするアルミニウムろう材に関す
る。

【０００８】本発明に使用するアルミニウム合金ろう粉
末の組成は被接合アルミニウム部材類の融点よりも低い
融点を有するアルミニウム合金であればよい。例えば、
アルミニウム−シリコン(５〜１５％)系、アルミニウム
−シリコン(５〜１５％)−Ｘ系(Ｘは銅、マグネシウム
および亜鉛のうち少なくとも一種を含み、更に第３添加
元素として微量のビスマス、錫、バリウムを含有する金
属を示す)、及びアルミニウム−銅系合金粉末が使用出
来、アルミニウム合金ろうに亜鉛、錫、バリウムなどが
含まれていてもよい。

【０００９】このアルミニウム合金ろう粉末としては平
均粒径１０〜５００μmのものが好ましく、より好まし
くは４０〜１５０μmである。１０μm未満になると、粉
末の比表面積が過度に大きくなり、酸化皮膜物の量が多
くなるために、粉末どうしが十分に融着一体化し難くな
り、また５００μmを越えると、該粉末がバインダーと
混練するとき、分散懸濁し難くなるだけでなく粉末どう
しの間隔が大きくなりすぎて、緻密なろう付が困難とな
る。

【００１０】アルミニウム合金粉末の酸素含有量は０．
２重量％以下、好ましくは０．１重量％以下である。こ
れは０．２重量％より多い場合、酸化皮膜が厚くなり、
アルミニウムの場合は特に強固なため、酸化皮膜を破壊
するのに必要なフラックスを２０重量部以上添加しなけ
ればならない。しかし、フラックスを２０重量部以上添
加するとろう付外観がフラックス残渣等により汚くな
り、外観部をそのままにする場合には不都合であり、ま
た、ろう付炉にも悪影響を与える。アルミニウム合金粉
末の形状については特に限定するものではなく、例え
ば、球状、不規則形状、針状、フレーク状等がある。こ
のようなアルミニウム合金粉末にはアトマイズ法で作製
するものが工業的にも有利である。

【００１１】本発明に使用出来るフラックスとしては、
ＡlＦ₃−ＫＦ、ＫＡlＦ₄−Ｋ₃ＡlＦ₆及びＫＡlＦ₄等の
弗化アルミニウム系フラックス等や塩化物系フラックス
が例示出来るが、弗化アルミニウム系フラックス、特に
市販品「ノコロック１００」が好適である。上記フラック
スの配合量は、０．５〜１５重量部、好ましくは０．５
〜１０重量部で、０．５重量部よりも少ない場合には十
分なフラックス作用が得難く、１５重量部よりも多くし
てもフラックス作用の効果は同様であり、前述の通り何
ら良い結果をもたらさない。

【００１２】本発明において最も特徴的な要件はアルミ
ニウム合金ろう粉末に加えて、アルミニウムより卑な金
属、特に亜鉛粉末をろう材中に配合することである。従
って単なるろう材粉末だけでなく犠牲陽極成分を合金と
して含む粉末の場合も制御を受けない。例えば、前述の
ごとく従来のＡl−Ｓi−Ｚn系合金のろう材では溶融し
たろう材中のＺnが先端部に行く程希薄になり、拡散し
ないため、先端部では犠牲陽極としての作用を発揮せず
孔食原因となるが、これに更にアルミニウムより卑なる
金属粉末を合金にせず、単粉に末にして混合するのみで
溶融ろう材の先端まで卑なる金属が運ばれ、末端部でも
犠牲陽極として作用し孔食が防止される。

【００１３】犠牲陽極効果を有する金属としては亜鉛、
錫、インジウム、バリウム、銀、カドミウム、ガリウム
等が例示出来、特に亜鉛が好適である。

【００１４】犠牲陽極効果を有する金属粉末の添加量に
ついてはアルミニウム合金粉末１００重量部に対して
０．５〜２５重量部、好ましくは１．５〜１５重量部で
あり、０．５重量部より少ない場合には添加効果、即ち
犠牲陽極として作用しない。２５重量部よりも多い場合
には添加効果は十分であり、これ以上添加すると腐食が
激しくなり、逆効果になるだけでなく、犠牲陽極効果を
有する金属は充分拡散流動しないため、アルミニウムろ
う材の流動性が損なわれる。

【００１５】混合する犠牲陽極効果を有する金属粉末に
ついては平均粒径については５００μm以下、好ましく
は１５０μm以下であれば問題なく、形状は流動し易い
球状が好ましい。これは混合する犠牲陽極効果を有する
金属粉末が細かく酸化皮膜物の量が多くても、アルミニ
ウムほど酸化皮膜物が強固でないので、酸化皮膜が壊れ
易く、融着一体化が簡単に出来るからであり、又、平均
粒径が細かいほどアルミニウム合金粉末との接触面積が
増えるので合金化し易く好ましいからである。

【００１６】前述のように犠牲陽極効果を有する金属粉
末については亜鉛粉末が好ましい。これは亜鉛が犠牲陽
極効果が大きく、また、アルミニウムと固溶量が大きい
ので、ろう付時にアルミニウム合金ろう粉末と容易に拡
散し、合金化するためである。また、何よりも好都合な
のは前述のように蒸気圧が高く、融点がアルミニウム合
金ろう粉末より低いので、亜鉛の分布はろう材の表面に
向うほど多く、母材方向は少なく分布する。したがっ
て、電位分布は表面が卑で、内部に入るほど貴になるの
で、表面に近いほど犠牲陽極効果が大きくなり、腐食は
表面層で発生し易く、たて方向に深く腐食しない、即
ち、孔食にはなりにくい。よって孔食を抑えるには極め
て有効である。

【００１７】粒径については前述の通り、特に亜鉛粉末
に関しては細かく、球状の方が有効で、細かいために酸
化皮膜物の量が多くても、蒸気圧が高いため、酸化皮膜
を簡単に壊し、溶融流動してアルミニウム合金ろう粉末
と拡散し合うので、金属残渣として残らず、また、球状
であると流動し易いからである。

【００１８】亜鉛粉末は蒸留法、噴霧法によって製造さ
れているが、何方も使用出来、入手においては乾電池
用、防錆塗料用等に広く使用されているので、容易に入
手出来、然も、低価格であり、量的制約もない。

【００１９】犠牲陽極効果を有する金属粉末の酸素含有
量については前述のように添加量が多すぎると問題にな
るが、本発明の添加量範囲であれば、殆ど問題にならな
いので、特に制限しない。

【００２０】また、犠牲陽極効果を有する金属の粉末を
別途混合することにより自由に添加量を調整出来るほ
か、合金粉末のように添加量の違いによる多品種の粉末
を作製する必要がないので、コスト的にも有効であり、
在庫も品種も少なくてすみ、工業的にメリットがある。

【００２１】本発明ろう材の使用により、従来あるろう
材(ブレージングシート、ろうペースト)では犠牲陽極効
果をもたらすろう付が困難な箇所においても犠牲陽極効
果が出ることより、アルミニウム部材の接合方法として
も有用である。

【００２２】本発明ろう材においては塗布方法により様
々な粘度及びバインダーにて分散し、塗布出来る。例え
ば、スプレーにて塗布する場合は粘度の低いシャブシャ
ブ状の懸濁溶液で、刷毛塗りの場合には少し粘度の高い
ソース状の懸濁溶液で行うのが適しており、これらは撹
拌をしなければ、又は沈降防止剤を加えなければ、アル
ミ合金ろう粉末が沈澱し、均一な塗布が出来ない。前述
のように懸濁溶液での塗布方法が色々あり、塗布機器の
違いにより最適粘度も違う。懸濁溶液にするための分散
媒としては非極性溶剤および中分子ポリマーが使用出
来、ヘキサン、トルエン、キシレン、イソパラフィン系
溶剤、平均分子量３００以下の液状ポリイソブチレンお
よび／またはその水素添加物等が例示出来る。又、現場
施工で、短期間であれば、分散媒にも水も使用出来る。

【００２３】接合部に肉盛りする場合にはペースト状が
適している。ペースト状の場合は肉盛りするのに粘度が
高くなければ、分散媒とろう材粉末が二層分離して、肉
盛り出来ず、使えない。よって均一に分散しているペー
スト状ろう材でなければならない。そこで、均一に分散
し、炭化残渣を発生しないバインダーとして平均分子量
３００〜２０００の液状ポリイソブチレンおよび／また
はその水素添加物があり、好適である。このような中分
子ポリマーは無臭無毒で、不活性であるためこの種のペ
ースト化には好都合である。液状ポリソイブチレンおよ
び／またはその水素添加物の平均分子量が３００よりも
小さい場合には沈降防止剤がないと、前述したように分
散媒とろう材粉末が二層分離して肉盛り出来ない。又、
平均分子量が２０００より大きくなる粘度が非常に高く
なるため、塗布作業性が悪くなり、しかも、ろう付性に
も劣る。

【００２４】バインダーの配合量としては３０〜８０重
量部が好ましく、３０重量部よりも少ない場合にはばさ
ばさとなりペーストにならない。又、８０重量部よりも
多くなると、二層分離し、ペースト状にならず、又、金
属含有量が低くなる。

【００２５】前述のアルミニウム用ろう材については塗
布装置、例えばディスペンサー等による塗布作業性を調
整するのに、有機系の粘度調整剤や沈降防止剤を、配合
成分の作用効果を損なわない限度内において、適宜配合
してもよい。粘度調整剤として合成ワックス、石油ワッ
クス、硬化油、硬化ひまし油、脂肪酸アミド、ポリアミ
ド等が例示出来る。溶剤については前述の通りである。
以下、実施例をあげて本発明を説明する。

【００２６】

【実施例】表１の配合に従ってアルミニウムろう材を作
製した。各アルミニウムろう材(３)を材質Ａ３００３の
アルミニウム試験板(１)(２mm×２５mm×６０mm)の面に
直角に別のアルミニウム板(２)(２mm×１５mm×５０mm)
を図１(上面図)及び図２(正面図)に示すように仮止めし
て得たＴジョイントの片側中央部に２６０mg塗布した
後、アルゴン気流中での炉中ろう付(６００℃で溶融後
５分間保持)を行い、その試験片を用いて、各評価を行
った。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１における脚注は次の通りである。 (１)アルミニウム合金粉末 Ａl−１０Ｓi(平均粒径７０μ、酸素含有量０．０３
％) Ａl−１０Ｓi(平均粒径４０μ、酸素含有量０．０５
％) Ａl−１０Ｓi−３Ｚn(平均粒径７０μ、酸素含有量
０．０３％)

【００２９】(２)亜鉛粉末 平均粒径８μ、酸素含有量０．５０％ 平均粒径５０μ、酸素含有量０．１５％ (３)フラックス アルキャン社製「ノコロックフラックス １００」 (４)バインダー成分 液状ポリイソブチレン(平均分子量５００、粘度２０
５cＳt／４０℃) 三井石油化学社製「ハイワックス１１０Ｐ」

【００３０】腐食評価については材質Ａ１０５０のアル
ミニウム試験板(０．５mm×２５mm×６０mm)の上に同材
質の波状の試験板(２)(０．１mm×２５mm×５０mm)を図
３(平面図)、図４(正面図)および図５(左側面図)に示す
ように仮止めし、アルミニウム試験板１の長手方向右端
に５mm巾で、試験板幅一杯にアルミニウムろう材(３)１
５０mgを塗布した後、前述の条件にてろう付した。ＣＡ
ＳＳ試験を１カ月間行い、各試験片のろう材先端部付近
を切断し、光学顕微鏡にて観察した。尚、評価は試験板
いついて行った。

【００３１】表２に各評価結果を示す。各評価の具体的
基準については表２の後に記述する。

【表２】

【００３２】評価基準 金属残渣 Ａ:優 Ｂ:良 Ｃ:可 Ｄ:不可 Ｅ:評価対象外(ろう材が溶融しない)

【００３３】フラックス残渣による外観 Ａ:優 Ｂ:良 Ｃ:可 Ｄ:不可 Ｅ:評価対象外

【００３４】 ろう流動性 Ａ:フィレット形成率１００％ Ｂ:フィレット形成率８０％以上１００％未満 Ｃ:フィレット形成率５０％以上８０％未満 Ｄ:フィレット形成率５０％未満 Ｅ:評価対象外 フィレット形成率とは前述のＴジョイントの垂直壁の長
さ(５０mm)に対するフィレットの長さ(mm)の百分率をフ
ィレット形成率とする。

【００３５】フィレット形状(フィレットの厚さ) Ａ:ろう材の殆どがフィレットに集まり最適張力で弧を
描く。 Ｂ:Ａの７割程度のフィレットが形成されている。 Ｃ:Ａの３割程度のフィレットが形成されている。 Ｄ:フィレットが形成されない。 Ｅ:評価対象外(ろう材が溶融しない)

【００３６】 腐食(断面の孔食状況) Ａ:最大孔食深さ０．１mm未満 Ｂ:最大孔食深さ０．１mm以上０．２５mm未満 Ｃ:最大孔食深さ０．２５mm以上０．５mm未満 Ｄ:貫通 Ｅ:評価対象外

【００３７】

【発明の効果】本発明によるアルミニウムろう材におい
てはろう付特性、即ち、ろう付後の外観不良、接合不良
等を生じない。又、ろう材を拡散させて犠牲陽極効果を
もたせることは既存のろう材では出来なかったが、本発
明ろう材においてはろう材の先端部にあっても犠牲陽極
効果を有する金属が存在し、且つ表面に向うほど濃度が
高くなるので、理想的な被接合部材の防食が可能であ
る。本発明ろう材によれば、従来のブレージングシート
が使えない形状においてもろう付が可能であり、且つ犠
牲陽極効果をろう材が流れた先端部まで有するので熱交
換器のろう付が可能である。特に自動車用においてはブ
レージングシート等にとらわれない設計が出来るので、
軽量、コンパクト化に役立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１で用いたＴジョイント平面図

【図２】 実施例１で用いたＴジョイント正面図

【図３】 腐食評価の試験片平面図

【図４】 腐食評価の試験片正面図

【図５】 左側面図

【符号の説明】 １．アルミニウム試験板 ２．アルミニウム試験板 ３．アルミニウムろう材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹本 正 大阪府豊中市春日町５−11−28−506 (72)発明者 氏江 達之 大阪府大阪市中央区久太郎町三丁目６番８ 号 東洋アルミニウム株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム合金ろう粉末とフラックス
   粉末とを少なくとも含有するアルミニウム部材接合用ア
   ルミニウムろう材であって、該ろう材が被接合部材であ
   るアルミニウム及びアルミニウム合金に対して犠牲陽極
   効果を有する金属の粉末をさらに含有することを特徴と
   するアルミニウムろう材。
2. 【請求項２】犠牲陽極効果を有する金属粉末が亜鉛であ
   る請求項１のアルミニウムろう材。
3. 【請求項３】犠牲陽極効果を有する金属粉末が、アルミ
   ニウム合金ろう粉末１００重量部あたり、０．５〜２５
   重量部である請求項１または２のアルミニウムろう材。
4. 【請求項４】アルミニウム合金ろう粉末の酸素含有量が
   ０．２重量％以下である請求項１、２または３のアルミ
   ニウムろう材。
5. 【請求項５】アルミニウム合金ろう粉末１００重量部あ
   たり、０．５〜２５重量部の亜鉛粉末と０．５〜１５重
   量部のフラックス粉末を少なくとも含有するアルミニウ
   ムろう材をアルミニウム部材同士の接合部周辺に塗布す
   る工程を含むことを特徴とするアルミニウム部材の接合
   方法。