JPH1177291A - アルミニウムダイカスト材の低温ろう付方法 - Google Patents

アルミニウムダイカスト材の低温ろう付方法

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JPH1177291A
JPH1177291A JP24627197A JP24627197A JPH1177291A JP H1177291 A JPH1177291 A JP H1177291A JP 24627197 A JP24627197 A JP 24627197A JP 24627197 A JP24627197 A JP 24627197A JP H1177291 A JPH1177291 A JP H1177291A
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brazing
temperature
aluminum die
low
based alloy
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Yoshitatsu Otsuka
良達 大塚
Shoichi Furuta
正一 古田
Yuji Asano
裕次 浅野
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Altemira Co Ltd
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Showa Aluminum Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 炉中ろう付によっても健全な継手を形成しう
るアルミニウムダイカスト材の低温ろう付方法の提供す
る。 【解決手段】 アルミニウムダイカスト材を500℃以
下で炉中ろう付する方法であって、Zn−Al系合金ろ
う材、および塩化物−フッ化物の混合フラックスまたは
フッ化物系混合フラックスを用い、加熱過程において前
記Zn−Al系合金ろう材の固相線温度から最高加熱温
度までを15℃/min以下の速度で昇温することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、低融点のアルミ
ニウムダイカスト材を炉中ろう付する方法に関する。
【0002】なお、この明細書においてアルミニウムの
語はその合金をも含むものとする。
【0003】
【従来の技術】炉中ろう付は、連続ろう付が可能で量産
性に優れていることから工業的価値が高く、特にAl−
Si系ろう材を使用する600℃近傍のろう付加工に利
用されている。
【0004】一方、アルミニウムダイカスト材は加熱に
よってふくれや寸法変化を生じるために、射出条件によ
って空気の巻き込みを減らしてふくれを発生しないよう
にしても500℃以上に加熱することができす、ろう付
においても500℃以下の低温域で行う必要がある。そ
のため、ろう材やフラックスも低融点のものを選択する
必要があり、Zn−Al系のろう材や、塩化物系フラッ
クスでに少量のフッ化物を添加した混合フラックスある
いは特殊な低融点フッ化物系フラックスが使用されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低融点
のフラックスを用いても、600℃のろう付に比べると
フラックスの活性度が低いために、アルミニウムダイカ
スト材表面に形成された厚い酸化皮膜が十分に除去され
ないという問題点があった。そのため、母材に対するろ
う材のぬれ性が悪く、接合継手の中でも最もろう付の難
しい垂直ろう付けなどでは健全な継手の形成が困難であ
り、工業的にアルミニウムダイカスト材のろう付は実現
されていない。
【0006】この発明は、このような背景技術に鑑み、
炉中ろう付によっても健全な継手を形成しうるアルミニ
ウムダイカスト材の低温ろう付方法の提供を目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明のアルミニウム
ダイカスト材の低温ろう付方法は、前記目的を達成する
ために、アルミニウムダイカスト材を500℃以下で炉
中ろう付する方法であって、Zn−Al系合金ろう材、
および塩化物−フッ化物の混合フラックスまたはフッ化
物系混合フラックスを用い、加熱過程において前記Zn
−Al系合金ろう材の固相線温度から最高加熱温度まで
を15℃/min以下の速度で昇温することを基本要旨
とする。
【0008】また、前記低温ろう付方法において、前記
アルミニウムダイカスト材は、ろう付予定位置にショッ
トブラストが施されていることが好ましい。また、前記
Zn−Al系合金ろう材は、75wt%以上のZnを含有
し、残部Alおよび不純物からなるもの他、さらにT
i:0.005〜5.0wt%を含有するもの、希土類元
素:0.001〜3.0wt%を含有するもの、Ti:
0.005〜5.0wt%および希土類元素:0.001
〜3.0wt%を含有するものを使用することが好まし
い。
【0009】この発明は、低融点のZn−Al系合金ろ
う材を使用するとともに、ろう材中に高濃度で含有され
るZnを母材であるアルミニウムダイカスト材に拡散さ
せることにより、母材表層部の融点を下げてろう付性を
改善しようというものである。そして、母材表層部に拡
散するZn量を増大させるべく、ろう材が溶融し始めて
から最高加熱温度に到達するまで緩やかに昇温して、ろ
う材の融液が母材に接触する時間が長くなるように温度
制御を行う。そのため、使用するろう材組成について、
ろう材が完全に溶融する温度だけでなく、溶融開始温度
である固相線温度を把握する必要がある。
【0010】図1に示すZn−Al系合金の相状態図
(Constitution of Binary Alloy,First Supplement,R.
P.Elliott 著、McGraw-Hill Book Company) から、50
0℃以下でろう付するために、Zn−Al系合金におけ
るZn含有量は、液相線温度が約500℃を示す70wt
%以上とする必要がある。70wt%を超えてZn含有量
を高くすると液相線温度は下がり、95wt%Zn−5wt
%Alで382℃で共晶融解する。そして、Zn含有量
95wt%を超えると再び液相線温度は上昇する。また、
固相線温度は、75wt%Znで420℃であり、75wt
%を超えてZn含有量を高くすると固相線温度は下が
り、83wt%で共晶温度である382℃に達する。そし
て、83wt%以上のZn濃度における固相線温度は共晶
温度である382℃であり、83〜95wt%Zn−Al
合金のろう材の昇温時の溶融開始温度は理論上382℃
になる。そして、Zn含有量95wt%を超えると再び固
相線温度は上昇する。なお、Zn−Al系合金の固相線
温度および液相線温度は、微量の添加元素を加えても大
きく変化しないため、後述のTiあるいは希土類元素を
添加したろう材を使用する場合においても、この相状態
図に示された固相線温度および液相線温度に基づいて昇
温速度の制御を行えば良い。
【0011】ろう付の加熱過程において、前記固相線温
度から液相線温度に基づいて設定した最高加熱温度まで
間の昇温速度制御を行う。
【0012】固相線温度、即ち溶融開始温度から最高加
熱温度に到達するまでは、15℃/min以下の緩やか
な昇温を行う。15℃/minを超える速い昇温では、
母材に十分な量のZnを拡散させることができず、ぬれ
性の改善効果に乏しい。好ましい昇温速度の上限値は1
0℃/minである。また、この発明は昇温速度の下限
値を定めるものではないが、生産性を考慮すると実用的
な昇温速度の下限値は2℃/minである。
【0013】また、フラックスは低融点の塩化物をベー
スとして活性を高めるために少量のフッ化物を添加した
塩化物−フッ化物の混合フラックスまたは低融点のフッ
化物系混合フラックスを使用する。具体的には、BaC
2 、NaCl、KCl、LiCl、ZnCl2 等の塩
化物にKAlF4 、KF等のフッ化物を10%程度添加
したもの、あるいはCsF,AlF3 、LiFの混合物
などを推奨できる。
【0014】また、アルミニウムダイカスト材に対する
ろう材のぬれ性をさらに高めるためには、母材表面の酸
化皮膜はろう付前にできるだけ除去しておくことが好ま
しい。アルミニウムダイカスト材表面の酸化皮膜を除去
する方法としては、ショットブラストが好ましい。ショ
ットブラストは、酸洗いよりも酸化皮膜除去効果が優れ
ており、フラックスとの相乗効果により一層ぬれ性を向
上することができる。
【0015】また、Zn−Al系合金ろう材として、前
述の75wt%以上のZnを含有するZn−Al合金の他
に、ろう材のぬれ性をさらに高めるために、低融点を確
保するために75wt%以上のZnを含有し、さらにTi
または希土類元素あるいはその両方を含有するZn−A
l系合金ろう材を使用することが好ましい。
【0016】Zn−Al系合金ろう材におけるTi含有
量は、0.005wt%未満では前記効果に乏しく、5.
0wt%を超えるとろう合金の加工性が悪くなるため、
0.005wt%〜5.0wt%とする。Ti含有量の好ま
しい下限値は0.01wt%、好ましい上限値は2.0wt
%である。
【0017】また、希土類元素とは、Sc,Y,La,
Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,D
y,Ho,Er,Tm,Yb,Luの総称であり、これ
らの元素はいずれもアルミニウム材に対するぬれ性を向
上させる作用がある。これら希土類元素は1種類のみを
使用しても良いし、2種以上を併用することもできる。
また、ミッシュメタルのような希土類元素混合物を使用
するのも良い。これらの元素のうちでも、コスト的に有
利なミッシュメタル、La、Ce、Smが好ましい。前
記希土類元素の含有量は、0.001〜3.0wt%とす
る。0.001wt%未満ではぬれ性を向上させる効果に
乏しく、3.0wt%を超えるとろう合金の加工性が悪く
なるためである。希土類元素含有量の好ましい下限値は
0.005wt%であり、特に0.01wt%を超える量が
好ましい。一方、好ましい上限値は1.0wt%である。
【0018】なお、いずれのZn−Al系合金ろう材に
おいても、Zn、Ti、希土類元素の残部はAlおよび
不純物である。
【0019】なお、この発明の低温ろう付方法はアルミ
ニウムダイカスト材に適用するが、相手材はアルミニウ
ムダイカスト材に限定するものではなく、各種アルミニ
ウム展伸材、異種金属材とのろう付にも適用することが
できる。
【0020】
【実施例】次に、この発明のアルミニウムダイカスト材
の低温ろう付方法の具体的実施例について説明する。
【0021】表1および表2に示す各組成のZn−Al
系合金で直径2mmのワイヤ状ろう材を作製した。なお、
実施例8、9、10のろう材で用いたミッシュメタル
は、Laを25wt%、Ceを47wt%を主成分として含
有する希土類元素の混合物である。また、フラックスと
して、BaCl2 、NaCl、KCl、LiCl、Zn
Cl2 の混合比率より融点を約360℃にした塩化物系
フラックスに、10mass%以下のKAlF4 などのフッ
化物を添加したものを使用した。
【0022】試験用接合品は、図2に示すような、JI
S ADC12からなるアルミニウムダイカスト板
(1)を垂直に立て、その垂直面上に、JIS A60
63からなる外径30mm×肉厚2mmのアルミニウムパイ
プ(2)の端面をろう付するものとした。また、実施例
6、10については、アルミニウムダイカスト板(1)
の接合面にショットブラストを施したのちに組み付け
た。
【0023】そして、前記試験用接合品に、各ろう材と
フラックスを供給し、炉内で窒素ガス雰囲気で加熱ろう
付した。この加熱過程において、各ろう材の固相線温度
に達するまでは速やかに昇温し、固相線温度から最高加
熱温度までの間は昇温速度を制御した。ショットブラス
トの有無、固相線温度から最高加熱温度までの温度制御
範囲、およびこの温度制御範囲における昇温速度を表1
および表2に示す。
【0024】同一実施例についてそれぞれ10個のろう
付試験品を製作し、ろう付部のリークの発生率を調べ
た。リークの検査方法は、パイプ(2)内を2kg/c
2 の内圧のN雰囲気にして水中に浸漬し、Nガス
のもれの有無を目視で判定した。また、ろう付部のフィ
レットの形成状態を観察し、A,B,C,Dの4段階に
ランク分けをした。Aは最も優れたフィレットの状態を
示し、B,Cと順次状態が低下する。そして、Dではろ
う材の多くが下方に流れ落ちてしまった状態で、実用的
に不合格であることを示す。これらの試験結果を表1お
よび表2に併せて示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】表1および表2の結果から、ろう材の固相
線温度から最高加熱温度までの間の昇温速度制御によ
り、アルミニウムダイカスト材を500℃以下で炉中ろ
う付できることを確認した。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のアルミ
ニウムダイカスト材の低温ろう付方法は、アルミニウム
ダイカスト材を500℃以下で炉中ろう付する方法であ
って、Zn−Al系合金ろう材および塩化物−フッ化物
の混合フラックスを用い、加熱過程において前記Zn−
Al系合金ろう材の固相線温度から最高加熱温度までを
15℃/min以下の速度で昇温するものであるから、
緩やかに昇温する間にろう材中のZnが母材の表層部に
拡散して表層部の融点が低下するため、母材に対するろ
う材のぬれ性が改善される。その結果、500℃以下の
低温においても炉中ろう付が可能となり、アルミニウム
ダイカスト材のろう付製品の量産が可能となる。
【0029】また、前記低温ろう付方法において、アル
ミニウムダイカスト材のろう付予定位置にショットブラ
ストを施しておくことにより、酸化皮膜が除去され、ろ
うのぬれ性がさらに改善される。
【0030】さらに、Zn−Al系合金ろう材として、
70wt%以上のZnを含有し、残部Alおよび不純物か
らなるものを使用することにより、500℃以下のろう
付が確実になる。さらに、70wt%以上のZnの他に、
Ti:0.005〜5.0wt%または希土類元素:0.
001〜3.0wt%、あるいはTi:0.005〜5.
0wt%および希土類元素:0.001〜3.0wt%の両
方を添加したZn−Al系合金ろう材を使用することに
より、なお一層ろう材のぬれ性が改善され、低温域にお
ける良好なろう付を達成でき、高品質のろう付製品を製
造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Zn−Al合金の相状態図であり、(B)は
(A)の部分拡大図である。
【図2】実施例におけるろう付試験品の斜視図である。
【符号の説明】
1…アルミニウム板 2…アルミニウムパイプ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B23K 35/363 B23K 35/363 G C22C 18/04 C22C 18/04 // B23K 103:10

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウムダイカスト材を500℃以
    下で炉中ろう付する方法であって、 Zn−Al系合金ろう材、および塩化物−フッ化物の混
    合フラックスまたはフッ化物系混合フラックスを用い、
    加熱過程において前記Zn−Al系合金ろう材の固相線
    温度から最高加熱温度までを15℃/min以下の速度
    で昇温することを特徴とするアルミニウムダイカスト材
    の低温ろう付方法。
  2. 【請求項2】 前記アルミニウムダイカスト材は、ろう
    付予定位置にショットブラストが施されている請求項1
    に記載のアルミニウムダイカスト材の低温ろう付方法。
  3. 【請求項3】 前記Zn−Al系合金ろう材は、70wt
    %以上のZnを含有し、残部Alおよび不純物からなる
    請求項1または2に記載のアルミニウムダイカスト材の
    低温ろう付方法。
  4. 【請求項4】 前記Zn−Al系合金ろう材は、Zn:
    70wt%以上およびTi:0.005〜5.0wt%を含
    有し、残部Alおよび不純物からなる請求項1または2
    に記載のアルミニウムダイカスト材の低温ろう付方法。
  5. 【請求項5】 前記Zn−Al系合金ろう材は、Zn:
    70wt%以上および希土類元素:0.001〜3.0wt
    %を含有し、残部Alおよび不純物からなる請求項1ま
    たは2に記載のアルミニウムダイカスト材の低温ろう付
    方法。
  6. 【請求項6】 前記Zn−Al系合金ろう材は、Zn:
    70wt%以上、Ti:0.005〜5.0wt%および希
    土類元素:0.001〜3.0wt%を含有し、残部Al
    および不純物からなる請求項1または2に記載のアルミ
    ニウムダイカスト材の低温ろう付方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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