(57)【要約】【課題】  フラックス成分の一つとして使用するフッ化セシウムを用いてアルミニウム合金をろう付けする際、フッ化セシウムの被ろう付け面への塗布を均一に行い、併せてフラックススラリー塗布機器への負担を軽減する。【解決手段】  フッ化セシウムを除く他のフラックス成分を分散媒に懸濁させたスラリーを被ろう付け面に塗布するとともに、フッ化セシウムをスラリーに混入させることなく他のフラックス成分とは別に、例えばろう材粉末と混合して被ろう付け面に散布する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化物系フラックスの一成分としてフッ化セシウムを用い、かつアルミニウム合金ろう材を用いてアルミニウム又はアルミニウム合金をろう付けする際に、フッ化セシウムを除く他のフラックス成分を分散媒に懸濁させたスラリーを被ろう付け面に塗布するとともに、前記フッ化セシウムを他のフラックス成分とは分離して被ろう付け面に塗布又は散布することを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金のろう付け方法。
【請求項２】
フッ化セシウムを除く他のフラックス成分を分散媒に懸濁させたスラリーを被ろう付け面に塗布した後、当該スラリーが乾燥する前にフッ化セシウムの粉末を散布する請求項１に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金のろう付け方法。
【請求項３】
フッ化セシウムの粉末を塗布又は散布した後、フッ化セシウムを除く他のフラックス成分を分散媒に懸濁させたスラリーを塗布する請求項１に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金のろう付け方法。
【請求項４】
ろう材が、Ｃｕ：２３〜３７質量％，Ｓｉ：４〜１０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有するものである請求項１〜３の何れか１項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金のろう付け方法。
【請求項５】
ろう材が、アルミニウム合金溶湯を、真空中又は不活性中で噴霧して急冷することにより得られた１０〜１００μｍの平均粒径を有する粉末状である請求項４に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金のろう付け方法。
【請求項６】
ろう材粉末とフッ化セシウムの粉末を予め混合し、被ろう付け面に同時に散布する請求項５に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金のろう付け方法。
【請求項７】
フッ化セシウムを除く他のフラックス成分を懸濁させる分散媒に界面活性剤が添加されている請求項１〜６の何れか１項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金のろう付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金のろう付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般にアルミニウム或いはアルミニウム合金のろう付けには、アルミニウム合金からなるろう材が用いられている。そのろう付け温度は約６００℃であり、通常、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ系合金を用い、さらに接合部の酸化物を除去するためにフラックスを用いている。しかし、ろう付け温度は、対象となるアルミニウム合金部材の材質によっては、それ自体の融点に近くなる。このため、より低い温度でろう付け可能なろう材が要求されている。
【０００３】
上記要求を満たすために、ろう材として低融点のＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金を用いる技術が提案されている（特許文献１）。またろう材の低融点化に対応させるために、フラックス中にフッ化セシウム（ＣｓＦ）を添加し、フラックスの融点を下げる技術が提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平７−２９０２７２号公報
【特許文献２】特開２００３−４８０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フッ化セシウムはその比重が大きく、他のフラックス成分とともに水等の分散媒に懸濁してスラリー化すると、比重の違いにより時間の経過とともにフッ化セシウムが分離してしまう。その結果、被ろう付け面にスラリーを塗布する際、フラックスの各成分が均一に塗布されないおそれが生じる。またスラリー塗布機器の内部にフッ化セシウムが沈降・残存し、機器の不具合の原因にもなる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ろう付け時に、フラックス成分の一つとして使用するフッ化セシウムの被ろう付け面への塗布を均一に行い、併せてフラックススラリー塗布機器への負担を軽減してアルミニウム合金をろう付けする方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のアルミニウム又はアルミニウム合金のろう付け方法は、その目的を達成するため、フッ化物系フラックスの一成分としてフッ化セシウムを用い、かつアルミニウム合金ろう材を用いてアルミニウム又はアルミニウム合金をろう付けする際に、フッ化セシウムを除く他のフラックス成分を分散媒に懸濁させたスラリーを被ろう付け面に塗布するとともに、前記フッ化セシウムを他のフラックス成分とは分離して被ろう付け面に塗布又は散布することを特徴とする。
【０００６】
フッ化セシウムを除く他のフラックス成分を分散媒に懸濁させたスラリーを被ろう付け面に塗布した後、当該スラリーが乾燥する前にフッ化セシウムの粉末を散布してもよいし、逆に、フッ化セシウムの粉末を散布した後、フッ化セシウムを除く他のフラックス成分を分散媒に懸濁させたスラリーを塗布してもよい。
【０００７】
ろう材としては、Ｃｕ：２３〜３７質量％，Ｓｉ：４〜１０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有するものが好ましい。またこのろう材は、アルミニウム合金溶湯を、真空中又は不活性中で噴霧して急冷することにより得られた１０〜１００μｍの平均粒径を有する粉末状で用いることが好ましい。
さらに、ろう材粉末とフッ化セシウム粉末を予め混合し、被ろう付け面に同時に散布することが好ましい。
なお、フッ化セシウムを除く他のフラックス成分を懸濁させる分散媒には界面活性剤が添加されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、融点を低下させるためにフッ化物系フラックスに一成分として加える比重の大きいフッ化セシウム（ＣｓＦ）を、スラリーとして供給する他のフラックス成分と分離し、別の形態で被ろう付け面に供給している。このため、被ろう付け面にフラックスの各成分を均一に塗布・供給することができる。
また、スラリーとして供給させるフラックス成分には、比重の大きいＣｓＦが除かれているので、塗布機器中にＣｓＦが残存することがなく、それにより塗布機器に不具合を生じさせることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
通常、アルミニウム又はアルミニウム合金をろう付けする際には、フッ化物系フラックスが用いられている。特に非腐食系のＫＦ−ＡｌＦ3系の錯体からなるフッ化物系フラックスが好適に用いられている。
しかしながら、Ｃｕ及びＳｉを含有させて融点を下げたアルミニウム合金ろう材を用いてろう付けしようとすると、フラックス自体も、さらにその融点を低くする必要がある。このためにＣｓＦを含有させている。
【００１０】
ＣｓＦの有無にかかわらずフッ化物系フラックスは、通常、純水やアルコール等の揮発性液体からなる分散媒に懸濁されてスラリー状にされ、被ろう付け面に塗布されている。
ところが、フッ化物系フラックスにＣｓＦを添加してスラリー化し、スラリーの状態で長期間放置すると、ＫＦ−ＡｌＦ3系錯体と比べるとかさ比重が２倍程度であるＣｓＦの間の比重差が大きいために、比重の大きいＣｓＦが沈降しやすくなる。したがって、この状態のままで被ろう付け面に塗布すると、被ろう付け面上に所望のＣｓＦ量を確保できなくなる。また、塗布機器内で沈降すると、閉塞を起こしたりして塗布機器に不具合を起こさせる原因にもなる。
そこで、フラックス成分の一種にＣｓＦを用いてろう付けする際に、当該ＣｓＦをスラリー中に含ませることなく、別の形態で被ろう付け面に供給する形態について、種々検討を重ね、本発明に到達したものである。
【００１１】
本発明を具体的に説明する。
まず、アルミニウム又はアルミニウム合金をろう付けする際に好適に用いられる低融点のアルミニウム合金ろう材について説明する。
ろう材は、Ｃｕ：２３〜３７質量％，Ｓｉ：４〜１０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有するアルミニウム合金を基材とする。このような成分組成の合金とすることで融点を下げ、ろう付け温度を５４０〜５６０℃に下げることができる。このため、接合部材の変形や強度低下を抑制したろう付けが可能となる。Ｃｕ及びＳｉの含有量が上記数値を外れると、ろう材の融点及びろう付け温度が上昇し、ろう付け時にろう付け部材の変形や強度低下を起こすことにもつながる。
【００１２】
なお、ろう材の融点をさらに低下させる目的ではＺｎ等の元素を含有させることも可能である。しかしながら、Ｚｎは溶融したろう材の流動性を低下させ、ろう付け部での空孔等の欠陥を発生させる原因を作り出すことがある。このため、本発明の粉末状アルミニウム合金ろう材の組成はＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉの三元合金とし、他は不純物とすることが好ましい。不純物としては、Ｆｅ：０．２５質量％以下，Ｖ：０．２質量％以下，Ｚｎ：０．２質量％以下，Ｍｎ：０．２質量％以下，Ｍｇ：０．２質量％以下，Ｔｉ：０．２質量％以下が許容される。
【００１３】
また、アルミニウム合金ろう材は、箔やワイヤーの形態でよいが、アルミニウム合金製サンドイッチパネルの製造等、広いろう付け面を有する製品を、連続的なライン上で効率的かつ安定したろう付けを行うためには、真空又は不活性雰囲気中での噴霧・急冷法で製造された粉末状のものを均一に散布する態様を採ることが好ましい。上記の成分組成を有するアルミニウム合金溶湯を、真空中または不活性ガス中に噴霧し、急冷して得た平均粒径１０〜１００μｍの粉末状であることが好ましい。
【００１４】
アルミニウム合金ろう材として、真空中又は不活性ガス中で噴霧されることにより得られた粉末状のものを用いると、ろう材表面に形成される酸化物の量が少ないために、フラックス使用量を低減することができる。このため、ろう付け製品の外観を良好にできるばかりでなく、結果的にコスト低減にもつながる。
上記で言う真空とは、真空度が２００ｔｏｒｒ以下の雰囲気であり、また不活性ガスとは、ろう材を酸化させることのないガスで、例えばアルゴン等の希ガス、水素等の還元性ガス、窒素等の非酸化性ガスである。
【００１５】
アルミニウム合金ろう材は、後述するようにフラックス成分であるＣｓＦ粉末と均一に混合させるためには、細かな粉末の形態で用いることが好ましい。しかし、細かすぎると反応性が増し通常での保管が困難になるばかりでなく、製造コストも高くなる。逆に大きすぎると、フラックス成分としてのＣｓＦ粉末との混合時に混合物の均一性が保てなくなる。したがって、粉末状アルミニウム合金ろう材の平均粒径は１０〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。
【００１６】
ろう材とともにアルミニウム又はアルミニウム合金をろう付けする際に用いられるフラックスとしては、通常、フッ化物系フラックスが用いられる。特に非腐食性のＫＦ−ＡｌＦ3系錯体からなるフッ化物系フラックスを用いることが好ましい。上記したように、ろう材をＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系の合金としてそれ自身の融点を低くしているために、フラックス自体もその融点を低くする必要がある。このために本発明ではフラックス成分の一部としてＣｓＦを含有させている。具体的には、１１質量％以上の割合になるようにすることが好ましい。ＣｓＦの割合がフラックス全体の１１質量％に満たないとフラックスの融点を下げる効果が少なく、その融点がＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系ろう材の融点よりも高くなって、ろう付け時にフラックスが溶融しないおそれがある。
【００１７】
本発明にあっては、フッ化物系フラックスの主たる成分としては具体的には、ＫＦ−ＡｌＦ3系錯体を用いることが好ましい。そして、このＫＦ−ＡｌＦ3系錯体のみを、通常のスラリーとして被ろう付け面に供給する。供給態様としては、通常の塗布機器を用いて塗布すれば十分である。なお、スラリーとする際にも、水やアルコール等の通常の分散媒に通常の割合で懸濁させればよい。特に制限はないが、取り扱い易さを考慮すると、分散媒には、水、特に純水を用いることが好ましい。また、分散媒には予め界面活性剤を添加しておくことが好ましい。界面活性剤が添加されていると面材表面との濡れ性が向上し、スラリーとしてフラックス成分を被ろう付け面上に供給する際、表面を粗面にすることなくフラックス成分を均一に供給することができる。この界面活性剤にも制限はない。通常のノニオン系界面活性剤が用いられる。
【００１８】
本発明では、フッ化物系フラックスとなる他の成分のＣｓＦを、スラリー中に混入させず、他の形態、例えば粉末状で被ろう付け面上に供給する。粉末状であれば、散布することで十分である。また、粉末状で用いることにより、粉末状のアルミニウム合金ろう材と混合して被ろう付け面上に供給できるため、供給される両者の割合が一定になって、均質なろう付け状態が得られるばかりでなく、操業も簡略化できる。
【００１９】
なお、被ろう付け面に供給するＣｓＦとしては、それのみの粉末に限定される必要はない。供給すべきＣｓＦが少量でろう付け面が広く、均一に散布するのが困難である場合には、他の成分との化合物、例えばＣｓ−Ｋ−Ａｌ−Ｆ系化合物の粉末としてもよい。
また、分散媒との懸濁による分離の恐れがなければ、分離させたＣｓＦ粉末についてもスラリーとして散布してもよい。
【００２０】
例えば、面材とコア材を組み合わせたサンドイッチパネルをろう付けで製造する際には、フラックス成分及びろう材成分を被ろう付け面材の表面全体に均一に塗布・載置した後にコア材を組み付け、この組み付け物を所定ろう付け温度に加熱された炉内に装入してろう付けされる。このように、被ろう付け面全面にフラックス成分及びろう材成分が均一になるように供給されるろう付け態様では、ＫＦ−ＡｌＦ3系錯体とＣｓＦを合わせたフラックス使用量は、ろう材使用量１００重量部に対して、５〜１００重量部程度とすることが好ましい。
【００２１】
次に、実際のろう付け手順について説明する。
上記したように、好ましくは合金溶湯を真空中又は不活性ガス中に噴霧することで得られた粉末状のアルミニウム合金ろう材、ＣｓＦ以外のＫＦ−ＡｌＦ3系錯体からなるフッ化物系フラックスを通常の分散媒に懸濁させたスラリー、及びＣｓＦ粉末を準備する。この際、好ましくは、粉末状のアルミニウム合金ろう材とＣｓＦ粉末を、予め所定割合で混合しておく。
【００２２】
被ろう付け材のろう付け面上に、ろう材とＣｓＦ粉末混合物の供給と、フッ化物系フラックス懸濁スラリーの塗布を行う。順序に制限はない。通常は、フッ化物系フラックス懸濁スラリーを塗布した後、スラリーが乾く前にろう材とＣｓＦ粉末の混合物を散布することが好ましい。この態様を採用すると、スラリーの塗布方法として噴霧法が用いられ、均一な塗布が簡便に行える。刷毛塗り法やロールコーティング法を用いてもよい。
逆に、ろう材粉末とＣｓＦ粉末の混合物を散布した後にフッ化物系フラックス懸濁スラリーを塗布する場合には、散布した粉末混合物の均一性が損なわれないように塗布する必要がある。浸漬法や刷毛塗り法は適用し難い。噴霧法やロールコーティング法を適用することが好ましい。
【００２３】
ろう材とフラックス成分が塗布・散布された被ろう付け材を乾燥後、そのろう付け面上に他方の被ろう付け材を組み付け、組み付けられた被ろう付け部材を所定温度に加熱された炉内で、所定時間保持することにより、ろう付けがなされる。このろう付け方法に制限はない。通常と同じろう付け方法で十分である。ただし、本発明にあっては、好ましくは酸化物の付着量が少ない粉末状のアルミニウム合金ろう材を用いている。したがって、ろう付けも、ろう材が酸化されることのない不活性ガス中で行われることが好ましい。ろう材の酸化をより防止するためには、ろう付け雰囲気を一旦真空にした後、窒素等の不活性ガスで置換することが好ましい。
【００２４】
本発明の好ましい態様にあっては、ろう材として成分組成を限定したＣｕ−Ｓｉ含有のアルミニウム合金と、フラックスとしてＣｓＦ添加のフッ化物系フラックスを用いているので、ろう付け温度を従来の６００℃から５４０〜５６０℃程度まで下げることができる。このため、被ろう付け材の変形を抑えることができ、結果的に優れた外観を有するろう付け製品を得ることができる。
【００２５】
以上に説明した通り、本発明によれば、融点を低下させるために加えるＣｓＦを、スラリーとして供給する他のフラックス成分と分離し、別の形態で被ろう付け面に供給するために、被ろう付け面にはフラックスの各成分を均一に供給することができ、少量のフラックス使用量で安定したろう付けを行うことができる。また、スラリーとして供給させるフラックス成分には、比重の大きいＣｓＦが除かれているので、塗布機器内に沈降することはなく、長期間安定したフラックスの塗布が行える。
さらに、ろう材としてＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系アルミニウム合金を使用すれば、低温でのろう付けが可能になって、形状精度に優れ、強度低下のないアルミニウム又はアルミニウム合金ろう付け製品が得られる。
【実施例】
【００２６】
ろう材の調整
Ｃｕ：３０．９質量％及びＳｉ：９．３質量％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金溶湯を、窒素ガス中にて噴霧・急冷することにより、アルミニウム合金粉末を得た。この合金粉末は、平均粒径が４０μｍの球状を呈し、表面及び内部に欠陥や酸化物は含まれていなかった。なお、この合金の融点は５２５℃である。
【００２７】
フッ化セシウム粉末の準備
フッ化セシウム（ＣｓＦ）として、第一稀元素化学工業株式会社製のＣＦ−２ペーストを乾燥させたものを用意した。なお、このＣＦ−２はＣｓ−Ｋ−Ａｌ−Ｆ化合物で、ＣｓＦを約５０モル％含有するものである。
フッ化セシウムを除くフッ化物系フラックスの準備
フッ化セシウムを除くフラックスとして、ＫＦ−ＡｌＦ3系のフラックスである市販のノコロック（登録商標）粉末を用意した。
スラリーの調製
本発明例では、上記フッ化セシウムを除くフッ化物系フラックス７５ｇを１３０ｍｌの純水に加えて懸濁させ、本発明フラックススラリーとした。また、比較例では、上記フッ化セシウム粉末５０ｇを、７５ｇの他のフッ化物系フラックスとともに１３０ｍｌの純水に加えて懸濁させ、比較フラックススラリーとした。
【００２８】
被ろう付け性試験材の準備
ろう付け性評価のために、ＪＩＳ  Ａ３００３のＡｌ合金からなるサンドイッチパネルを組み立てるための、いずれも同じ上記Ａｌ合金からなるＬ＝２０００ｍｍ，Ｗ＝１０００ｍｍ，ｔ＝２ｍｍの面材用板材、ｔ＝０．５ｍｍの板材を直径２５ｍｍの円筒体に成形した高さ４０ｍｍのコア材、及びｔ＝２．５ｍｍで，幅３０ｍｍ，高さ４０ｍｍの断面矩形の枠材を用意した。
【００２９】
ろう付け
パネル面材用板材の被ろう付け面表面に、スプレー式の塗布装置を使用してフラックススラリーを塗布した。そして、本発明例では、本発明フラックススラリーが乾燥する前に、ろう材粉末とフッ化セシウム粉末の混合粉末を散布した。比較例にあっては、比較フラックススラリーが乾燥する前に、ろう材粉末を散布した。
なお、実施例，比較例とも、スラリー調整後速やかにスプレー式の塗布装置を用いて面材に塗布した例と、スラリー調整後８時間後及び２４時間後に塗布した事例の３タイプの例を採った。
【００３０】
面材表面に上記各スラリーを塗布し、粉末を散布した後に約２００℃で乾燥した。乾燥後の固形分付着量はろう材：約１３０ｇ／ｍ2，フラックス：約５５ｇ／ｍ2であった。
次いで面材、コア材及び枠材の組み付けを行い、その組付け体を雰囲気炉に入れ、雰囲気炉の内部を一旦真空にした後に窒素ガスで置換した。その後、この炉内で、パネルを５４０℃まで約４０分で加熱し、５４０〜５６０℃で５分保持した後、冷却することでろう付けを行った。
【００３１】
ろう付け性評価
ろう付け後、パネルを切断してろう付け状態を目視で観察してろう付け性を評価した。その結果を表１に示す。
なお、表中の評価は、外観観察により全てのコア材，枠材についてその全てが面材とろう付けされているものを良好として○で、一部に面材とろう付けされていないものがあるものを一部不良として△で表示した。
【００３２】
2006346680.tif 000002
【００３３】
上記結果からも明らかなように、フッ化セシウム粉末をスラリー中に含ませず、別の形態で供給した本発明例では、スラリーを塗布機器に投入した後、実際に塗布するまでの時間にかかわらずろう付け状況に問題はなかった。
これに対して、フッ化セシウム粉末をスラリー中に懸濁させた比較例では、スラリーを塗布機器に投入した直後に塗布した場合にはろう付け状況に問題はなかったが、塗布機器投入の８時間後に塗布した場合、一部ろう付け不良が見られた。フッ化セシウムが沈降し、ろう付け面に十分な割合でフッ化セシウムを供給することができなかったためと推測される。また、塗布機器投入後２４時間経過すると、塗布機器内におけるフッ化セシウムの沈降度合いが著しく、配管に詰る等の不具合を生じて塗布そのものができなかった。