(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう材成分およびフラックス成分を含有し、かつそのろう材成分とフラックス成分とが重量比で９５：５〜７０：３０の割合で配合されたフラックス含有アルミニウムろう材であって、
前記ろう材成分は、Ｚｎ：２０〜６０wt％、Ｓｉ：２〜２０wt％を含有し、さらにＢｅ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｂａのうちの少なくとも１種を合計で０．０１〜０．５wt％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなり、不純物中のＦｅ含有量が０．０１wt％以下であり、
前記フラックス成分は、融点が５５０℃以下のＣｓ−Ｆ系フラックスであることを特徴とするフラックス含有アルミニウムろう材。
【請求項２】
ろう材成分およびフラックス成分を含有し、かつそのろう材成分とフラックス成分とが重量比で９５：５〜７０：３０の割合で配合されたフラックス含有アルミニウムろう材であって、
前記ろう材成分は、Ｚｎ：２０〜６０wt％、Ｓｉ：２〜２０wt％を含有し、さらにＭｎ：０．５〜１．５wt％またはＣｒ：０．１〜０．５wt％のうちの少なくとも１種を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなり、不純物中のＦｅ含有量が０．０１wt％以下であり、
前記フラックス成分は、融点が５５０℃以下のＣｓ−Ｆ系フラックスであることを特徴とするフラックス含有アルミニウムろう材。
【請求項３】
ろう材成分およびフラックス成分を含有し、かつそのろう材成分とフラックス成分とが重量比で９５：５〜７０：３０の割合で配合されたフラックス含有アルミニウムろう材であって、
前記ろう材成分は、Ｚｎ：２０〜６０wt％、Ｓｉ：２〜２０wt％を含有し、さらにＢｅ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｂａのうちの少なくとも１種を合計で０．０１〜０．５wt％と、Ｍｎ：０．５〜１．５wt％またはＣｒ：０．１〜０．５wt％のうちの少なくとも１種とを含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなり、不純物中のＦｅ含有量が０．０１wt％以下であり、
前記フラックス成分は、融点が５５０℃以下のＣｓ−Ｆ系フラックスであることを特徴とするフラックス含有アルミニウムろう材。
【請求項４】
ろう材成分およびフラックス成分を含有し、かつそのろう材成分とフラックス成分とが重量比で９５：５〜７０：３０の割合で配合されたフラックス含有アルミニウムろう材であって、
前記ろう材成分は、Ｚｎ：２０〜６０wt％、Ｓｉ：０．０５〜２０wt％を含有し、さらにＭｇ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｂａのうちの少なくとも１種を合計で０．０１〜０．５wt％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなり、不純物中のＦｅ含有量が０．０１wt％以下であり、
前記フラックス成分は、融点が５５０℃以下のＣｓ−Ｆ系フラックスであることを特徴とするフラックス含有アルミニウムろう材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のフラックス含有アルミニウムろう材を、ろう材成分粉末およびフラックス成分粉末を所定割合で混合し、この混合粉末を加圧することにより圧粉体に成形固形化し、次いで該圧粉体を加熱したのち、所要形状に二次成形することにより製造することを特徴とするフラックス含有アルミニウムろう材の製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載のフラックス含有アルミニウムろう材を用い、アルミニウム材をろう付することを特徴とするアルミニウム材のろう付方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法によりろう付されたことを特徴とするアルミニウムろう付品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム材のろう付に使用されるフラックス含有アルミニウムろう材に関するものである。
【０００２】
なお、この明細書において、「アルミニウム」の語はアルミニウムおよびその合金を含む意味で用いる。
【０００３】
【従来の技術】
アルミニウム材のろう付では、母材の融点よりも低融点のろう材が用いられ、ろう付温度は母材の融点とろう材の融点との中間温度に設定される。このとき、母材とろう材との融点差が小さいと、ろう付温度の設定可能範囲が狭くなって温度管理が難しく良好なろう付性が得られなくなる。
【０００４】
アルミニウムろう材として、従来より、融点が５７７℃以上のＡｌ−８〜１１wt％Ｓｉ合金が多用されているが、上述のような観点から、本出願人はさらに融点の低い５５０℃以下でろう付可能なＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金ろう材を提案した（特願平６−１８２４８１号）。
【０００５】
また、フラックスろう付の場合は、ろう材よりもさらに低融点のフラックスが必要であるため、従来低融点の塩化物系フラックスが用いられる。またフラックスの供給方法としては、フラックス懸濁液の塗布による供給、ろう付雰囲気中へガス状フラックスの供給などが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金ろう材でも母材によっては融点差が十分でなく、母材との融点差を確保すべくさらに低融点のろう材が求められている。また、ろうの流動性が不十分であるために、ガス抜け不良を起こしてろう付後の内部欠陥となるという問題点があった。
【０００７】
さらに、塩化物系フラックスを用いた場合、フラックスそのものは低融点であるにも拘らず、ろう材の融点に拘束されてろう付温度管理がままならず、しかも腐食性であるためにろう付後に残留フラックスの洗浄除去が不可欠である。その上、フラックス供給作業そのものが面倒であるとともに、供給量の適正化および均一化が困難であった。
【０００８】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ろう材およびフラックスの両面から、従来よりも低い温度で良好なろう付を達成できるフラックス含有アルミニウムろう材を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１のフラックス含有アルミニウムろう材は、低温におけるろう付性向上を目的として、ろう材成分およびフラックス成分を含有し、かつそのろう材成分とフラックス成分とが重量比で９５：５〜７０：３０の割合で配合されたフラックス含有アルミニウムろう材であって、前記ろう材成分は、Ｚｎ：２０〜６０wt％、Ｓｉ：０．０５〜２０wt％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなり、不純物中のＦｅ含有量が０．０１wt％以下であり、前記フラックス成分は、融点が５５０℃以下のＣｓ−Ｆ系フラックスであることを特徴とするものである。
【００１０】
また、第２のフラックス含有アルミニウムろう材は、さらに低い温度におけるろう付性の向上を目的として、第１のフラックス含有アルミニウムろう材のろう材成分において、さらにＢｅ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｂａのうちの少なくとも１種を合計で０．０１〜０．５wt％を含有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、第３のフラックス含有アルミニウムろう材は、強度向上を目的として、第１のフラックス含有アルミニウムろう材のろう材成分において、Ｍｎ：０．５〜１．５wt％またはＣｒ：０．１〜０．５wt％のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、第４のフラックス含有アルミニウムろう材は、さらに低い温度におけるろう付性および強度向上を目的として、第１のフラックス含有アルミニウムろう材のろう材成分において、さらにＢｅ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｂａのうちの少なくとも１種を合計で０．０１〜０．５wt％と、Ｍｎ：０．５〜１．５wt％またはＣｒ：０．１〜０．５wt％のうちの少なくとも１種とを含有することを特徴とするものである。
【００１３】
この発明のフラックス含有アルミニウムろう材の製造方法は、請求項１から４のいずれか一項に記載のフラックス含有アルミニウムろう材を、ろう材成分粉末およびフラックス成分粉末を所定割合で混合し、この混合粉末を加圧することにより圧粉体に成形固形化し、次いで該圧粉体を加熱したのち、所要形状に二次成形することにより製造することを特徴とするものである。
【００１４】
この発明のアルミニウム材のろう付方法は、請求項１から４のいずれか一項に記載のフラックス含有アルミニウムろう材を用い、アルミニウム材をろう付することを特徴とするものである。
【００１５】
この発明のアルミニウムろう付品は、請求項６に記載の方法によりろう付されたことを特徴とするものである。
【００１６】
この発明の４種類のフラックス含有アルミニウムろう材は、いずれもろう材成分と特定のフラックス成分とにより構成され、さらに各ろう材成分は、Ａｌ、ＺｎおよびＳｉの主成分元素群、さらにこの主成分元素群とＢｅ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＳｂおよびＢａの融点降下および流動性向上に効果のある添加元素群（以下、「Ｂｅ群」と省略する）、および／またはＭｎおよびＣｒの強度の向上に効果のある添加元素群（以下、「Ｍｎ群」と省略する）とにより構成される。即ち、第１のフラックス含有アルミニウムろう材のろう材成分は主成分元素群のみ、第２のフラックス含有アルミニウムろう材のろう材成分は主成分元素群およびＢｅ群、第３のフラックス含有アルミニウムろう材は主成分元素群およびＭｎ群、第４のフラックス含有アルミニウムろう材は主成分元素群、Ｂｅ群およびＭｎ群により構成される。
【００１７】
前記主成分元素群であるＡｌ、Ｚｎ、Ｓｉのうち、Ｚｎはろう材の融点を下げる効果がある。ろう材は、母材よりも１５０℃以上低い温度で溶融するものが好ましい。ろう材成分組成において、Ｚｎ含有量が２０wt％未満では５５０℃以下でろう付可能なまでに融点を降下させるに至らず、６０wt％を超えるとさらに融点を下げることはできるがろう材の溶融温度範囲が広くなるため、凝固時の引け巣が発生しやすくなってろう付部の気密性を低下させるおそれがある。したがって、Ｚｎ含有量は２０〜６０wt％とする必要がある。Ｚｎ含有量の好ましい下限値は２５wt％であり、好ましい上限値は４５wt％である。また、Ｓｉは、ろう材の融点を下げる効果がある。Ｓｉ含有量が０．０５wt％未満では前記効果に乏しく、また２０wt％を超えて含有量を増やしても前記効果が飽和するだけでなく加工性の低下という不都合を生じる。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５〜２０wt％とする必要があり、Ｓｉ含有量の好ましい下限値は２wt％、好ましい上限値は８wt％である。
【００１８】
前記Ｂｅ群の各元素、Ｂｅ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＳｂおよびＢａは、微量を添加することによりさらに融点を降下させるとともにろうの流れ性の向上に効果のある成分である。これらの元素は前記効果において均等に扱われ、少なくとも１種が含有されていれば足りる、また、その合計量がろう材成分組成において０．０１wt％未満の場合には前記記効果に乏しく、０．５wt％を超えると前記効果が飽和して大量に添加する意味がない、したがって、Ｂｅ群元素の含有量は合計量で０．０１〜０．５wt％とする必要があり、好ましい下限値は０．１wt％であり、好ましい上限値は０．４wt％である。
【００１９】
前記Ｍｎ群の各元素、ＭｎおよびＣｒは、微量を添加することによりろう材の強度向上に効果のある成分である。これらの元素は前記効果において均等に扱われ、少なくとも１種が含有されていれば足りる、Ｍｎ含有量が０．５wt％未満、Ｃｒ含有量が０．１wt％未満の場合には、それぞれ前記効果に乏しく、Ｍｎ含有量が１．５％、Ｃｒ含有量が０．５wt％を超えても前記効果が飽和する。したがって、Ｍｎ含有量は０．５〜１．５％とする必要があり、好ましい下限値は１．０wt％であり、好ましい上限値は１．３wt％である。Ｃｒ含有量は０．１〜０．５wt％とする必要があり、好ましい下限値は０．３wt％であり、好ましい上限値は０．４wt％である。
【００２０】
ろう材成分組成において前記各元素の残部はＡｌであり、不可避不純物の存在は許容されるが、不純物としてＦｅが多く含まれていると融点が上昇するとともに、耐食性が低下するため、Ｆｅ含有量を０．０１wt％以下に規制する必要がある。
【００２１】
また、前記フラックス含有アルミニウムろう材を構成するもう１つの成分であるフラックス成分は、その融点が前記ろう材成分の融点よりも３０℃以上低いものを使用することが好ましく、５５０℃以下で溶融するものを使用する。また、非腐食性であることも必要であるため、この発明においては、Ｃｓ−Ｆ系のものを使用する。具体的には、フルオロアルミン酸セシウム錯体、ＣｓαＡｌＦα＋３（αは自然数）、ＣｓＦとＫＦ＋ＡｌＦ3との混合物等である。
【００２２】
さらに、前記フラックス含有アルミニウムろう材の組成において、前記ろう材成分とフラックス成分との含有比率は重量比で９５：５〜７０：３０であることを要する。これは、フラックス量が９５：５よりも少なくなると十分なフラックス作用を発揮できず良好な接合が困難となり、一方７０：３０を超えてフラックス量が多くなると脆くなって固形化が困難となるからである。ろう材成分とフラックス成分との特に好ましい比率は、９０：１０〜８０：２０である。
【００２３】
この発明に係るフラックス含有アルミニウムろう材は、ろう材成分粉末およびフラックス成分粉末を所定割合で混合し、この混合粉末を加圧することにより圧粉体に成形固形化し、次いで該圧粉体を加熱したのち、所要形状に二次成形することにより製造することが好ましい。
【００２４】
前記ろう材成分粉末は、Ａｌ粉末、Ｚｎ粉末、Ｓｉ粉末、Ｂｅ粉末等のそれぞれ単独粉末を所要割合で混合しても良いし、所要組成の合金粉末を使用しても良い。また、主成分にはＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ合金粉末を使用し、微量添加元素には単独粉末を使用するというように合金粉末と単独粉末とを併用しても良い。
【００２５】
前記ろう材成分粉末やフラックス粉末は、圧粉体の密度を可及的に高めるとともに均一分散させるために、粒度調整したものを使用することが好ましい。具体的には、粒径を１０〜１００μｍとするのが好ましく、さらにＡｌ≧Ｚｎ＞Ｓｉ＞微量添加元素＞フラックス、Ａｌ＜Ｚｎ＞Ｓｉ＞フラックス、合金＞フラックスというように、フラックスはろう材成分よりも粒径を小さく、ろう材成分として単独粉末を使用する場合は含有量の少ないものほど粒径を小さくすることが好ましい。
【００２６】
また、前記ろう材成分粉末は、圧粉体の密度を可及的に高めるために、アトマイズ粉等の球状粉を使用するのが好ましい。
【００２７】
圧粉体は、一般に金型内に材料粉末を充填して製作されるが、多数の気孔を含有する脆い状態でも金型から離型可能で次工程へのハンドリングができる程度に固形化していれば良いから、高密度に圧粉する必要はなく５０％以上あれば良い。そのため、圧粉を高温下で行う必要はなく冷間圧粉も可能である。むしろ、圧粉温度が高すぎると金型内壁に熱融着して離型できなくなる。圧粉温度の上限値は、５５０℃未満が好ましく、特に４００℃未満が好ましい。前記温度域では材料粉末が酸化するおそれがないため、非酸化雰囲気中で圧粉する必要はなく、大気中で圧粉することができる。さらに、前記温度域であれば、温度が高くなるほど小さいプレス圧力で所要の密度に圧粉することができ、あるいは同じプレス圧力であれば高温で圧粉するほど高密度の圧粉体ができ、ハンドリング性が向上して二次成形前の加熱時の工程管理が容易になる。
【００２８】
成形用金型から離型した圧粉体は加熱して軟化させたのち、押出、圧延等の二次成形を行って所要形状のフラックス含有Ａｌ合金ろう材とする。加熱温度は、二次成形が可能な程度に粒子が軟化すれば良く完全に溶融させる必要はないので、３００〜５５０℃が好ましい。加熱雰囲気は、比較的圧粉体密度が低く多数の気孔を含有している場合や前記加熱温度が高い場合は、ろう材成分粉末が酸化しやすいため、ろう付性の低下防止を目的として非酸化性雰囲気中で行うことが好ましいが、比較的圧粉体密度が高い場合や加熱温度が低い場合で酸化のおそれのないときは大気中で加熱しても良い。なお、非酸化性雰囲気であれば真空あるいはＮ2、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気のいずれでも良いが、真空の場合は４Torr以下の高真空が好ましく、不活性ガス雰囲気の場合はＨ2Ｏ濃度が５００ppm 以下、Ｏ2濃度が５００ppm 以下に規制にされていることが好ましい。
【００２９】
【作用】
この発明にかかる４種のフラックス含有アルミニウムろう材は、いずれも、Ａｌ、ＺｎおよびＳｉを主成分とするためにろう材成分そのものが低融点である上に、５５０℃以下で溶融するＣｓ−Ｆ系フラックスを含有しているために、低い温度で溶融して良く流動する。また、ろう材成分が低融点であるために母材との融点差が拡大し、ろう付温度を広い範囲で設定可能となる。そのため、温度管理が容易になってろう付性が向上し、かつフラックスが浮上し易くなるとともにガスの巻込みが少なくなって内部欠陥の発生が抑制される。
【００３０】
また、不純物としてのＦｅ含有量が０．０１wt％以下に規制されていることにより、融点の上昇や耐食性の低下が抑制される。
【００３１】
さらに、微量添加元素としてＢｅ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｂａのうちの少なくとも１種を配合することにより、ろう材の融点をさらに下げることができ、融点降下による上記効果が助長される。
【００３２】
またさらに、Ｍｎ、Ｃｒのうちの少なくとも１種を配合することにより、ろう材強度が向上する。
【００３３】
【実施例】
次に、この発明のフラックス含有アルミニウムろう材の具体的実施例について説明する。
【００３４】
ろう材成分として各元素の単体粉末および合金粉末、フラックス成分としてＣｓＡｌＦ4粉末およびＫＡｌＦ4粉末を用意した。粒径は、Ａｌ粉末が１００μｍ、Ｚｎ粉末が５０μｍ、Ｓｉ粉末が１０μｍ、その他の微量元素粉末が５μｍ、合金粉末が１００μｍ、フラックス粉末が１０μｍである。
【００３５】
フラックス含有アルミニウムろう材の製造に際し、まず前記ろう材成粉末およびフラックス粉末を後掲の表１に示す割合で配合して混合粉末を調製した。なお、ろう材成分として実施例１、３、５、７、９、１１、１３、１５および比較例１７については単独粉末を所要割合で混合した混合粉末を使用し、その他は所要組成の合金粉末を使用した。但し、表１中のＦｅの含有量は、敢えて配合したものではなく、Ｆｅ以外の材料粉末を配合した結果、不純物として含まれていたものである。
【００３６】
次に、前記混合粉末を直径３インチ×高さ１５０mmの円筒形の金型内に充填し、大気中でプレスを用い圧粉成形した。圧粉体を金型から取り出したところ、内部に多数の気孔を含みやや脆いものであったが、離型等のハンドリングには十分に耐える強度を有するものであった。次いで、前記圧粉体を、Ｈ2Ｏ濃度が１００ppm 以下、Ｏ2濃度が１００ppm 以下に規制した窒素ガス中で１２０分間加熱した。続いて、この圧粉体を直径２mmの線状に押出した。
【００３７】
【表１】
0003636823.tif 000002
【００３８】
表１の各実施例および各比較例に示すフラックス含有アルミニウムろう材についてろう付試験を行いった。ろう付試験は、ＪＩＳ  Ａ３００３からなる８mmφのパイプとＪＩＳ  Ａ６０６３からなる穴明きブロックとを組合わせて、上記線状ろう材を用いて種々のろう付温度で自動トーチろう付するものとした。そして、得られたろう付品について、ろう付性、内部欠陥率、ろう付部の強度について、次の方法で評価するとともに、これらを総合的に評価した。
（ろう付性）
外観および断面を観察して評価した。ろう付長さが１０mm以上ある継手でろう付試験を行い、５mm以上のろうの流れのあるものを良好とした。
【００３９】
○：外観、ろう流れともに良好
△：外観あるいはろう流れ性のいずれか一方が不良
×：外観、ろう流れ性がともに不良
（内部欠陥率）
ろう材の流れた面積に対する欠陥の面積率で示す。なお、ろう流れ長さが５mmに達していないものはそれも欠陥とみなした。
（強度）
パイプとブロックをチャッキングして引張試験を行い評価した。
【００４０】
○：パイプ破断
△：パイプとフィレットの境界で破断
×：フィレットで破断
以上の試験結果より、この発明の実施例にかかるフラックス含有アルミニウムろう材は、接合部に所定量のフラックスを供給してろう付作業性が良いことはもとより、Ｃｓ−Ｆ系フラックスを使用することにより従来よりも低い温度でろう付ができるようになり、母材との融点差が大きくなってろう付の温度管理が容易になりろう付性が向上するとともに、内部欠陥が抑制されることを確認しえた。特に、Ｂｅ群元素の添加により、ろう材の融点がさらに下がって流動性が改善され、上記効果が顕著になった。また、Ｍｎ群元素を添加することにより、ろうの強度が向上して、継手強度が改善された。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の第１乃至第４のフラックス含有アルミニウムろう材は、いずれも、ろう材成分およびフラックス成分を含有し、かつそのろう材成分とフラックス成分とが重量比で９５：５〜７０：３０の割合で配合されたフラックス含有アルミニウムろう材であって、前記ろう材成分は、主成分としてＡｌの他にＺｎ：２０〜６０wt％、Ｓｉ：０．０５〜２０wt％を含有し、かつ前記フラックス成分は、融点が５５０℃以下のＣｓ−Ｆ系フラックスであるから、従来のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系ろう材よりも低い温度で溶融する。そのため、この発明のアルミニウム材のろう付方法において、ろう付温度管理が容易になり、ろう流れが良く内部欠陥のない良好なろう付を達成でき、この発明のアルミニウムろう付品を得ることができる。また、ろう付温度が低いことで母材への熱影響が少なく、母材強度を低下させることがない。また、不純物中のＦｅ含有量が０．０１wt％以下であるため、融点の上昇や耐食性の低下というような不都合もない。また、接合部へ常に一定量のフラックスを供給することができ、別途供給する必要もない。
【００４２】
さらに、第２および第４のフラックス含有アルミニウムろう材において、ろう材成分として、Ａｌ、ＺｎおよびＳｉの他に、Ｂｅ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｂａのうちの少なくとも１種が合計で０．０１〜０．５wt％添加されているためさらに融点が下がり、上述の低い温度でのろう付の効果が助長される。
【００４３】
さらに、第３および第４のフラックス含有アルミニウムろう材において、ろう材成分として、Ａｌ、ＺｎおよびＳｉの他に、Ｍｎ：０．５〜１．５wt％またはＣｒ：０．１〜０．５wt％のうちの少なくとも１種が添加されているために、ろう材強度が向上し、ひいてはろう付品強度が向上する。