JPH08290293A - Ａｌ系めっき鋼板のろう付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高接合強度が得るため硬ろうによるAl系めっ
き鋼板のろう付け方法を開発する。 【構成】 Alの融点より高融点である黄銅ろう材を使用
し、フッ化アルミを含む塩化物フラックスを使用し、め
っき層を排除して直接鋼板と鋼板とをろう付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Al系めっき鋼板のろう
付け方法、特にAl系めっき鋼板同士のろう付け方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車および家電製品用に使用される金
属材料を接合する場合、一般には電気溶接 (アークおよ
び抵抗溶接) が行われている。

【０００３】接合する相手材料が非鉄金属の場合、電気
溶接が不可能なことがある。その場合樹脂接着法または
ろう付けが主に行われ、特に接合強度が要求される場合
や熱のかかる雰囲気下で使用される場合、ろう付けが広
く行われる。

【０００４】ここに、“ろう付け (Brazing)" とは、ろ
う材を用いて金属を接合することを意味し、そのときの
接合形態は、金属−ろう材−金属である。一般に金属ろ
うは、加熱により母材よりも容易に溶融 (接合金属より
低い温度で溶融する) する金属、あるいは合金であり、
母材金属を濡らす性質を有している。

【０００５】このように、ろう付けは精密な接合が簡便
な手段で可能となり、特に自動車の車体のAlめっき鋼板
の接合にその実用化が求められている。例えば、自動車
の車体の一部 (ドアサッシュ) や燃料タンク、燃料回路
などに適用することが製造コストの低減の観点からも強
く求められている。特に最近ではそのような部材をAlめ
っき鋼板またはAl合金めっき鋼板から構成することが試
みられていることから、そのような材料へのろう接合の
適用、特に高強度を確保できるろう接合の技術の確立が
求められている。

【０００６】従来の考えに従えば、Alめっき鋼板やAl合
金めっき鋼板 (本明細書ではAl系めっき鋼板と総称す
る) をろう付けする場合もAlおよびAl合金材のろう付け
に準じ、はんだ付けやAl−Si合金ろうを用いたろう付け
を行うことが一般に考えられるが、それではいずれも接
合強度は低い。はんだおよびろう材自体の強度が低いた
めである。

【０００７】ちなみに、AlまたはAl合金材をろう付けす
る場合、従来より、はんだ付けかAl−Si合金をろう材と
したろう付けが一般的に行われている。AlおよびAl合金
より融点が低い金属は、Al−Si合金 (融点 580〜615
℃) ろう材かあるいははんだと称される低融点金属、低
融点合金に限られるためである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の目的
は、近年自動車用にその適用が拡大してきているAl系め
っき鋼板のろう付け方法、特に高い接合強度が得られる
ろう付け方法を開発することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで検討したところ、
従来は、ろう付けは被接合材の融点より低い温度に融点
をもったろう材を用いることが半ば常識化してきている
ために、その考えにしたがう限りにおいてAl系めっき鋼
板のろう付けにあってもAlおよびAl合金より融点が低い
金属、つまり、Al−Si合金ろう材かあるいははんだと称
される低融点金属、低融点合金を使用せざるを得ない。

【００１０】ところで、ろう材には、軟ろう材と硬ろう
材があり、ろう材の溶融点で規定され、450 ℃を境に低
い方が軟ろう材、以上を硬ろう材と区別している。日本
では軟ろう材をはんだ、硬ろうを単にろう材と称してい
る。したがって、本明細書でろう材と言えば硬ろう材を
意味する。

【００１１】一方、ろう付けは大気下と真空下で行う方
法があり、大気下でのろう付け作業はフラックスを使用
する。フラックスは各種の塩からなり、融点やエッチン
グ性能で使い分けされている。

【００１２】フラックスはろう付け作業温度で被接合材
の高温酸化防止と、被接合材表面に存在する酸化皮膜除
去の性質が要求される。真空下ではフラックスは使用さ
れない。

【００１３】このような従来技術の内容を整理すると、
高融点金属ろう材や黄銅や銀ろうは接合強度は優れてい
るがAl系めっき鋼板の場合、接合温度域では母材が、つ
まりAl系めっき層が溶解するため使用できない。しか
も、そのような硬ろうによるろう付け温度はめっき金属
の融点より高いためアルミニウムの溶解、そして酸化に
よるアルミナの生成が生じろう付けが困難となることが
予想される。実際、上述の黄銅ろうの場合には、ろう金
属自体の強度はあるが、ろう付け作業の温度が高いた
め、めっき金属のAlが溶融そして酸化物になりバリアー
被膜を形成するため、ろう接合はできない。

【００１４】そこで、本発明者らは、適宜フラックスを
組合わせて使用することでそのような問題の解決が図れ
ることを着想し、Al系めっき鋼板のろう付け法において
Al系めっき層を排除することでAl系めっき鋼板の鋼板に
直接ろう付けすることにより、上述の課題が効果的に達
成できることを知り、本発明を完成した。

【００１５】ここに、本発明の要旨とするところは、Al
系めっき鋼板のろう付けにおいて、Alの融点より高融点
金属をろう材として、またフッ化アルミニウムを含む塩
化物をフラックスとして使用し、加熱によってめっき金
属を昇華させるか、ろう金属に溶け込まし、直接Al系め
っき鋼板の鋼板にろう付けすることを特徴とするAl系め
っき鋼板のろう付け方法である。さらに本発明の好適態
様にあっては、ろう材として黄銅ろうを使用するAl系め
っき鋼板のろう付け方法である。

【００１６】

【作用】次に、図面を参照しながら、本発明にかかるろ
う付け法について具体的にその作用とともに説明する。

【００１７】図１は、本発明にかかるろう付け法の説明
図であり、図中、ろう付けすべきAl系めっき鋼板10、10
の間にはAl系めっき層12を介してろう材14が挟持されて
おり、全体としてろう付け組立体20を構成している。

【００１８】このろう付け組立体20を酸素アセチレンな
どのガスバーナ方式で、あるいは適宜加熱炉( 含高周波
加熱炉) に入れ、ろう付け温度に加熱する。本発明の場
合、ろう接合作業の温度が高いから、昇温の過程で、ろ
う材とめっき層12が溶融し、めっき金属は昇華される
か、ろう材14に溶け込み、ろう材14と鋼板10とが直接に
接合される。そしてその境界部に一種の拡散層を形成す
る。このとき得られた接合領域の構造を図２にその概略
図でもって示す。

【００１９】本発明の場合、接合に際してフッ化アルミ
ニウムを含む塩化物フラックス（図示せず）を使用して
おり、これにより大気による酸化を防止するとともに母
材である鋼板10の表面を濡らし、ろう付けを行う。もち
ろん、あらかじめAl系めっき層12が存在していた表面で
あることからろう材の濡れは容易に行われ、ろう材、母
材からの相互拡散も進み、図２に示すように、それによ
り生じた拡散層18を介して鋼板10とろう材14とは直接強
固に接合されるのである。

【００２０】かくして、本発明による接合領域は、その
断面を考えると、鋼板−拡散層−ろう材層−拡散層−鋼
板という構成を採り、ろう材を介して両側の鋼板は直接
に接合される。

【００２１】なお、めっき金属はろう付け温度により溶
解して、ろう材中に溶け込むか蒸発昇華してもよい。こ
れにより鋼板とろう材とがめっき金属を介することなく
直接ろう付けされる。

【００２２】本発明において用いるろう材は、Alの融点
より高融点金属であればよく、これは硬ろうのうち特に
高温強度を確保するためである。例えば黄銅ろう材、JI
S Z3262、BCuZn-1(Cu-Zn40%) 等がある。１つの態様と
してAlめっき鋼板の場合のように、Alつまりめっき金属
の融点より高い融点のろう材を使用すればろう材と鋼板
との直接の接合が容易になる。

【００２３】本発明において上述のような作用が発揮さ
れれば、フラックス成分については特に制限はないが、
本発明の好適態様によれば、大気雰囲気下で加熱して上
述のろう付けを行う場合、Alめっき層表面の酸化を防止
し、活性化を図るために、フラックスを用いるが、その
フラックスとして好ましくは、フッ化アルミニウムと塩
化物の混合物からなるものを使用する。

【００２４】好適態様によれば、次の組合せが好まし
い。 ろう材：銅−亜鉛合金 (40〜70重量％Cu−残Zn) フラックス成分 フッ化アルミニウム： 1〜10重量％もしくは２〜６重量％ 塩化ナトリウム ： 30〜80重量％好ましくは35〜68重量％ 塩化カリウム ： 10〜60重量％好ましくは26〜59重量％。

【００２５】本発明におけるAl系めっき鋼板としては純
Alめっき、Al−合金めっき (例：Al-Mn、Al−Si合金め
っき) 等数多くの例を挙げることができ、まためっき手
段も蒸着めっき、溶融めっき、電気めっき等があり、そ
れらのいずれにも本発明は適用されるが、好ましくは、
Al−Mn合金の溶融塩電解めっき鋼板が好ましい。

【００２６】また、ろう接合する相手は同じAl系めっき
鋼板同士をめっき面を対面させてろう付けするのが好ま
しいが、相手面は鋼の裸面であっても、あるいは電気Zn
めっき鋼板、溶融Znめっき鋼板、電気Zn−Niめっき鋼板
等の他の金属であってもよい。次に、実施例によって本
発明の作用効果をさらに具体的に説明する。

【００２７】

【実施例】予備試験 (ろう付け性の評価) 本例では予備試験としてろう付け用母材めっき (鋼板）
上のろう付け性評価を次の要領で行った。

【００２８】Al系めっき鋼板 (50×50mm) 上に２〜３ｇ
のフラックスと１〜２ｇ程度のろう金属を置き鋼板下側
よりアセチレンガスバーナで加熱を行った。評価はろう
金属と鋼板の濡れ (なじみ) 広がり面積の大小で５段階
で行った。

【００２９】 供試材：ａ) 蒸着Alめっき鋼板 (付着量２g/m²片面) ｂ) 溶融Alめっき鋼板 (付着量80g/m²片面、Al−10％S
i) ｃ) Al−Mn合金溶融塩電気めっき鋼板 (付着量：20g/m²
片面、組成：Al−25％Mn) ろう濡れ性評価：◎ (良い) −○−△−×−×× (悪
い) の５段階評価を行った。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１の結果からも判るように市販フラック
スと黄銅ろう材とを使用した場合、Al系めっき鋼板に対
するろう材の濡れ性は非常に悪い。なお、本例での加熱
ではAl系めっき層は溶解後酸化が進行しアルミナ被膜が
生成される。上述の濡れ性は直接鋼板に対する濡れ性を
意味する。これは以下の実施例においても同じである。
そこで今度は各種のフラックスを調合してAl系めっき鋼
板への濡れ性を評価した。結果を表２にまとめて示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】次に、フラックス組成をフッ化Al含有塩化
物系に変えて、その組成割合を変えたときの濡れ性を評
価した。結果は表３にまとめて示す。上述のフラックス
を使用すれば黄銅ろう材でも十分な濡れ性を示すことが
分かる。

【００３４】

【表３】

【００３５】ろう付け試験 更にJIS Z 3192 (ろう継手の剪断試験法) に準じてろう
付け部の剪断強度を評価した。結果を表４にまとめて示
す。

【００３６】 ろう材： (株) ナイス製 Bron 68 (Cu−Zn−Sn系) を使用 フラックス：調合フラックス (塩化Na：塩化Ｋ：フッ化Al＝40：50：10) 市販フラックス[A] ＝F87(塩化Zn系) ナイス製 [B] ＝F19(塩化物系) ナイス製 [C] ＝F68(ホウ酸−ホウ砂系) ナイス製 ろう付け方法：酸素−アセチレンガスによるトーチろう付け法 さしろうで試験片を製作。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Al系めっき鋼板のろう付けによって169 N/mm² 以上とい
う高い接合強度 (剪断強度) が実現でき、これまでその
適用ができなかった自動車の車体の分野へもAl系めっき
鋼板を使用することができるようになり、本発明の実用
上の意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】Al系めっき鋼板同士のろう付け組立体の概略説
明図である。

【図２】図１のろう付け組立体を加熱してろう付けを行
ったときの接合領域の構造の概略説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 103:16 (72)発明者 平山 克郎 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金 属工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Al系めっき鋼板のろう付けにおいて、Al
   の融点より高融点金属をろう材として使用し、フラック
   スとしてフッ化アルミニウムを含む塩化物フラックスを
   使用してめっき層を排除して直接Al系めっき鋼板の鋼板
   にろう付けすることを特徴とするろう付け方法。
2. 【請求項２】 ろう材として黄銅ろうを使用する請求項
   １記載のろう付け方法。