JPH0729202B2

JPH0729202B2 - 鉄材とアルミニウム材とのろう付方法

Info

Publication number: JPH0729202B2
Application number: JP8710490A
Authority: JP
Inventors: 富義金井
Original assignee: 昭和アルミニウム株式会社
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPH03285761A

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、普通鋼その他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
-Si系ろう材を用いて一応これを行いうることは知られ
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Al-Si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FeAl₃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、Al-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、Siを0.5〜12wt％程度、Zn
を15〜80wt％程度含有するAl-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FeAl₃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。ろう材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、Si:0.5〜12wt％、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
う材を用いれば良い。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4wt％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である。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80wt％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55wt％以下殊に20〜50wt％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0.02〜1.0wt％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（フィレット）
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があり、一
方1.0wt％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0.10〜0.5wt％である。

さらに、他の高Zn含有ろう材として、上記Si、Znに加え
て、Cu:0.2〜2.0wt％を含有したものを用いても良い。C
u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、2.0wt％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0.5〜1.5wt％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1wt％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
In: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はろう付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が0.02wt％未満、Snが0.05wt％未満、Biが0.05
wt％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0.4w
t％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In:0.03〜0.15wt
％、Sn:0.10〜0.30wt％、Bi:0.10〜0.30wt％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
するブ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℃以下の温度で行う必要が
ある。ろう付温度が570℃を超えると鉄材とアルミニウ
ム材との接合界面にFeAl₃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、ろう付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。

次にこの発明の実施例を説明する。

実施例第１図に示すように、SUS304からなる肉厚0.4mmのステ
ンレスチューブ（１）とアルミニウム製のコレゲートフ
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ブ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0.1mm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FeAl₃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。

また、各組立物に、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、Al-8wt％Si-20wt％Zn、Al-7wt％Si-30wt％Zn-1wt
％Be、Al-10wt％Si-25wt％Zn-0.5wt％Cu、Al-4wt％Si-5
0wt％Zn-0.15wt％Snの各組成からなるろう材を用いて54
0〜550℃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FeAl₃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FeAl₃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。

発明の効果この発明は上述の次第で、まず、ろう材としてAl-Si-高
Zn系のものを用いるから、良好なろう付性はこれを維持
しつつろう材の融点のみを従来のAl-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、鉄材との濡れが良く、
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℃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FeAl₃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、ろう付適用範囲を拡大することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で用いたろう付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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。