(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０重量％〜４４重量％の銀、
５重量％〜１５重量％のガリウム、及び
４８重量％以上の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項２】
３０重量％〜４０重量％の銀、
１０重量％のガリウム、
０．２５重量％〜０．５０重量％のケイ素、及び
４９．５重量％〜５９．８重量％の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項３】
２５重量％〜４０重量％の銀、
５重量％のガリウム、
５重量％〜１３重量％のマンガン、及び
４５重量％〜６０重量％の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項４】
２０重量％〜４０重量％の銀、
１０重量％〜１３重量％のガリウム、
３重量％のインジウム、及び
４６．５重量％〜６４．０重量％の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項５】
２０重量％〜４３重量％の銀、
５〜１３重量％のガリウム、
５重量％〜１５重量％のマンガン、
１重量％〜３重量％のインジウム、及び
４１．０重量％〜５９．５重量％の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下であり、
ガリウムの含有量＜１０重量％である場合には、マンガンの含有量＞１０重量％である、半田合金。
【請求項６】
４０重量％の銀、
１０重量％のガリウム、
１重量％のチタン、
４９．０重量％の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項７】
４０重量％の銀、
１０重量％のガリウム、
１重量％のインジウム、
１重量％のチタン、及び
４８．０重量％の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項８】
４０重量％の銀、
１０重量％のガリウム、
１重量％のスズ、
４９．０重量％の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項９】
３０重量％の銀、
５重量％のガリウム、
５重量％のマンガン、
３重量％のインジウム、及び
５７．０重量％の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項１０】
４０重量％の銀、
１０重量％のガリウム、
３重量％のインジウム、
０．５重量％のスズ、及び
４６．５重量％の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項１１】
４０重量％の銀、
１０重量％のガリウム、
０．５重量％のゲルマニウム、
４９．５重量％の銅と、不可避な不純物元素と、からなる残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項１２】
４０重量％〜４２重量％の銀、
１０重量％のガリウム、
２重量％のニッケル、
４６重量％〜４８重量％の銅と、不可避な不純物元素と、から成る残部
から成り、
前記不可避な不純物元素が亜鉛を含有する場合には、亜鉛の含有量は０．０１重量％以下である、半田合金。
【請求項１３】
真空用途、真空のまたは真空に対するシーリング、真空スイッチングチャンバーにおける、接点の半田付け、スイッチの半田付けのための、自動車工業、工具の半田付け、焼結硬質材料の半田付け、冷蔵または空調（ＨＶＡＣ）の分野での半田付け、真空硬質半田としてプラント建設および特殊機械構築での半田付け、家庭用機器たとえば白物家電での半田付け、宝石類での半田付けにおける、ならびにそれらの組合せにおける、半田としての、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半田合金の使用。
【請求項１４】
少なくとも１つの基材に接触した状態の請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半田合金を含有する造形物。
【請求項１５】
前記半田合金が、熱処理を行うことなく６０％より大きな圧下率の冷間圧延により達成可能な厚さまで冷間成形される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半田合金から造形物を製造する方法。
【請求項１６】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半田合金が使用され、かつ半田付け温度が０．３＊（ＴＬ−Ｔｓ）＋Ｔｓケルビンの下限およびＴＬ＋５０ケルビンの上限を有する範囲内であり、ＴＬは、それぞれの半田合金の液相線温度であり、Ｔｓは、それぞれの半田合金の固相線温度である、基材を半田付けする方法。
【請求項１７】
前記基材が、銅および銅合金、ニッケルおよびニッケル合金、黄銅合金、構造用鋼タイプ（Ｓ２３５等）、ステンレス鋼タイプ（１．４３０１／１．４３０６／１．４４０１／１．４４０４／１．４５７１等）、焼結硬質材料、焼結硬質材料複合体、接点材料、またはニッケルメッキ、銅メッキ、もしくは金被覆のセラミックス、ならびにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１４に記載の造形物。
【請求項１８】
前記基材が、銅および銅合金、ニッケルおよびニッケル合金、黄銅合金、構造用鋼タイプ（Ｓ２３５等）、ステンレス鋼タイプ（１．４３０１／１．４３０６／１．４４０１／１．４４０４／１．４５７１等）、焼結硬質材料、焼結硬質材料複合体、接点材料、またはニッケルメッキ、銅メッキ、もしくは金被覆のセラミックス、ならびにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記半田合金と少なくとも１つの基材との間に相互拡散ゾーンが形成される、請求項１４に記載の造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
非鉄半田を用いて、金属部材、たとえば、鋼部材、銅および銅合金、ニッケルおよびニッケル合金、黄銅合金、または金属化セラミックスを半田付けすることは、公知である。典型的な半田は、銀半田、金半田、ニッケル半田、および銅半田を包含する。銀半田は、より高価であり、一般的には、銅合金よりも低い温度で融解する。
【背景技術】
【０００２】
銀半田が広範に使用されているにもかかわらず、たとえば、鋼基材上への改良された半田付け性を呈するかつ必要とされる銀含有率を低減する、合金の必要性が依然として存在する。
【０００３】
マンガンおよび／またはニッケルを含み、銅含有率を有する銀軟質半田合金または銀硬質半田合金は、たとえば、特開昭５７−１４９０２２号公報、特開昭５７−１４９０９３号公報、または米国特許第２，３０３，２７２号明細書に記載されている。
【０００４】
さらに、鋼またはフリー鋼合金の半田付けは、通常、公知の半田合金「Ｂｒａｚｅ５８０」および「Ｂｒａｚｅ６５５」を用いて行われる。これらは、銀をベースとしてＣｕおよびＭｎが加えられており、または追加的にニッケルを含有する（Ｂｒａｚｅ６５５）。したがって、改良された湿潤性を有する銀半田合金を提供することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高い冷間変形能と、ステンレス鋼および構造用鋼の良好な湿潤性と、７５０℃〜９００℃の使用温度と、を呈する新規な本質的に亜鉛フリーの（したがって真空用途に使用可能な）半田合金を提供することであった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、２０重量％〜４４重量％の銀と、５重量％〜１５重量％のガリウムと、１００重量％に対する残部としての銅と、を含有する半田合金であって、これらの成分は、不可避不純物を含有することもありうる半田合金によって達成される。
【０００７】
１．４１重量％〜７５重量％の銅と、２０重量％〜４４重量％の銀と、５重量％〜１５重量％のガリウムと、を含有し、これらの成分は、合計で１００重量％になり、かつ不可避不純物を含有することもありうる半田合金。
【０００８】
２．亜鉛の含有率が０．０１重量％を超えてはならない、項目１に記載の半田合金。
【０００９】
３．４１重量％〜７５重量％の銅と、２０重量％〜４４重量％の銀と、５重量％〜１５重量％のガリウムと、インジウム、スズ、ゲルマニウム、チタン、マンガン、ケイ素、ニッケル、およびそれらの組合せからなる群から選択される０〜１５重量％のさらなる合金成分と、で構成され、これらの成分は、合計で１００重量％になり、かつ不可避不純物を含有することもありえ、亜鉛の含有率は、０．０１重量％を超えてはならない、項目１または２に記載の半田合金。
【００１０】
４．２５〜４４重量％または３０〜４４重量％の銀を含有する、項目１、２、または３に記載の半田合金。
【００１１】
５．４５〜６０重量％の銅を含有する、項目１、２、３、または４に記載の半田合金。
【００１２】
６．６重量％〜１４重量％のガリウムを含有する、項目１、２、３、４、または５に記載の半田合金。
【００１３】
７．２０重量％〜４４重量％の銀と、５重量％〜１５重量％のガリウムと、インジウム、スズ、ゲルマニウム、チタン、マンガン、ケイ素、ニッケル、およびそれらの組合せからなる群から選択される０．１重量％〜１５重量％（または０．１重量％〜１０重量％）のさらなる合金元素と、１００重量％に対する残部としての銅と、を含有し、これらの成分は、合計で１００重量％になり、かつ不可避不純物を含有することもありうる、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００１４】
８．インジウムが、さらなる元素としてスズ、チタン、またはマンガンと組み合わされて存在する、項目５に記載の半田合金。
【００１５】
９．４８重量％〜６７重量％の銅と、２０重量％〜２５重量％の銀と、５〜１５重量％のガリウムと、０重量％〜１５重量％のマンガンと、０重量％〜３重量％のインジウムと、で構成され、ガリウムの含有率が１０重量％未満である場合、マンガンの含有率は、１０重量％超であり、これらの量は、合計で１００重量％になる、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００１６】
１０．５８重量％〜６５重量％の銅と、２０重量％〜２５重量％の銀と、５〜１５重量％のガリウムと、０重量％〜１５重量％のマンガンと、０重量％〜３重量％のインジウムと、で構成され、ガリウムの含有率が１０重量％未満である場合、マンガンの含有率は、１０重量％超であり、これらの量は、合計で１００重量％になる、項目１〜８の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００１７】
１１．マンガンの含有率が１０重量％未満の場合、ガリウムの含有率が１０重量％超である、項目９または１０に記載の半田合金。
【００１８】
１２．４１重量％〜５４重量％の銅と、３８重量％〜４２重量％の銀と、８〜１２重量％のガリウムと、０重量％〜５重量％のマンガンと、０重量％〜４重量％のインジウムと、で構成され、これらの量は、合計で１００重量％になる、項目１〜８の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００１９】
１３．４１重量％〜５２重量％の銅と、３８重量％〜４２重量％の銀と、５〜９重量％のガリウムと、７重量％〜１２重量％のマンガンと、０重量％〜４重量％のインジウムと、で構成され、これらの量は、合計で１００重量％になる、項目１〜８の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００２０】
１４．５０重量％〜６４重量％の銅と、２８重量％〜３４重量％の銀と、８〜１２重量％のガリウムと、０重量％〜５重量％のマンガンと、０重量％〜４重量％のインジウムと、で構成され、これらの量は、合計で１００重量％になる、項目１〜８の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００２１】
１５．４５重量％〜６２重量％の銅と、２８重量％〜３４重量％の銀と、５〜９重量％のガリウムと、７重量％〜１２重量％のマンガンと、０重量％〜４重量％のインジウムと、で構成され、これらの量は、合計で１００重量％になる、項目１〜８の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００２２】
１６．０．５重量％〜７重量％または０．２重量％〜４重量％または０．５重量％〜３重量％のインジウムを含有する、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００２３】
１７．０．３重量％〜３重量％または０．５重量％〜１．５重量％のスズを含有する、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００２４】
１８．０．３重量％〜３重量％または０．３重量％〜１．５重量％または０．４重量％〜１重量％または０．５重量％〜０．７５重量％のゲルマニウムを含有する、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００２５】
１９．０．１重量％〜４重量％または０．５重量％〜２重量％のチタンを含有する、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００２６】
２０．０．５重量％〜１５重量％または０．５重量％〜１０重量％のマンガンを含有する、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００２７】
２１．０．１重量％〜１重量％のケイ素を含有する、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００２８】
２２．０．１重量％〜５重量％または１重量％〜４重量％または０．３重量％〜２重量％のニッケルを含有する、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００２９】
２３．５〜１５重量％のガリウムで構成され、その残りの組成（１００重量％に対する残部）が２５：６１〜４４：４５の比でＡｇ、Ｃｕを含有する、とくに先行する項目のいずれか一つに記載の半田合金。
【００３０】
２４．銅対銀の重量比Ｃｕ／Ａｇが１〜２．１である、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００３１】
２５．銅対ガリウムの重量比Ｃｕ／Ｇａが４．５〜７．５である、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金。
【００３２】
２６．真空硬質半田としての、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金の使用。
【００３３】
２７．真空用途、真空のまたは真空に対するシーリング、真空スイッチングチャンバーにおける、接点の半田付け、スイッチの半田付けのための、自動車工業、工具の半田付けに、焼結硬質材料の半田付け、冷蔵または空調（ＨＶＡＣ）の分野での半田付け、プラント建設および特殊機械構築での半田付け、家庭用機器たとえば白物家電での半田付け、宝石類での半田付けにおける、ならびにそれらの組合せにおける、半田としての、先行する請求項の１つまたは複数に記載の半田合金の使用。
【００３４】
２８．少なくとも１つの基材に接触した状態の先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金を含有する、造形物。
【００３５】
２９．基材が、銅および銅合金、ニッケルおよびニッケル合金、黄銅合金、構造用鋼タイプ（たとえば、Ｓ２３５）、ステンレス鋼タイプ（たとえば、１．４３０１／１．４３０６／１．４４０１／１．４４０４／１．４５７１）、ニッケルメッキ、銅メッキ、または金被覆のセラミックス、ならびにそれらの組合せからなる群から選択される、項目２８に記載の造形物。
【００３６】
３０．半田合金が、熱処理を行うことなく、約６０％超または約８０％超かつ約９６％または約９９％または約９９．９％までの冷間圧延中に達成可能な厚さ減少まで冷間成形される、先行する項目の１つまたは複数に記載の半田合金から造形物を製造する方法。
【００３７】
３１．成形が、圧延、鍛造、伸線、または押出しにより行われる、項目３０に記載の方法。
【００３８】
３２．さらなる工程で熱処理が行われ、かつ続いてさらなる冷間成形が行われる、項目３０または３１に記載の方法。
【００３９】
３３．熱処理の温度が４００℃〜６００℃もしくは４００℃〜５５０℃であるかまたは３０分間〜３００分間もしくは６０分間〜１５０分間の時間にわたり行われる、項目３２に記載の方法。
【００４０】
３４．項目１〜２５のいずれか一つに記載の半田合金が使用され、かつ半田付け温度が０．３＊（ＴＬ−Ｔｓ）＋Ｔｓケルビンの下限およびＴＬ＋５０ケルビンの上限を有する範囲内であり、ＴＬは、それぞれの半田合金の液相線温度であり、かつＴｓは、それぞれの半田合金の固相線温度である、基材を半田付けする方法。
【００４１】
３５．基材が、銅および銅合金、ニッケルおよびニッケル合金、鉄または鉄合金、黄銅合金、構造用鋼タイプ（たとえば、Ｓ２３５）、ステンレス鋼タイプ（たとえば、１．４３０１／１．４３０６／１．４４０１／１．４４０４／１．４５７１）、焼結硬質材料、焼結硬質材料複合体、接点材料、たとえば、ＣｕＣｒ、ＡｇＳｎＯ２、およびＡｇＷＣ材料など、ならびにニッケルメッキ、銅メッキ、または金被覆のセラミックス、ならびにそれらの組合せからなる群から選択される、項目３４に記載の方法。
【００４２】
３６．項目３０〜３５のいずれか一つに従って取得可能な造形物。
【００４３】
３７．半田と少なくとも１つの基材との間に相互拡散ゾーンが形成される、項目２６または２７に記載の使用、項目２８、２９、または３６のいずれか一つに記載の造形物、および項目３４〜３５のいずれか一つに記載の方法。
【００４４】
３８．基材が鉄もしくは鉄合金またはステンレス鋼たとえばステンレス鋼１．４４０４である、項目３７に記載の使用、方法、または造形物。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
半田合金は、２０重量％〜４４重量％の銀と、５重量％〜１５重量％のガリウムと、１００重量％に対する残部の銅と、を含有する。ただし、これらの成分は、不可避不純物を含有することもありうる。
【００４６】
半田合金は、４１重量％〜７５重量％または４５〜６０重量％の銅と、２０重量％〜４４重量％の銀または２５〜４４重量％もしくは３０〜４４重量％の銀と、５重量％〜１５重量％または６重量％〜１４重量％のガリウムと、を含有する。ただし、これらの成分は、合計で１００重量％になり、かつ不可避不純物を含有することもありうる。
【００４７】
特定の実施形態では、半田合金は、２０重量％〜４４重量％の銀と、５重量％〜１５重量％のガリウムと、インジウム、スズ、ゲルマニウム、チタン、マンガン、ケイ素、ニッケル、およびそれらの組合せからなる群から選択される０．１重量％〜１５重量％または０．１重量％〜１０重量％のさらなる合金元素と、１００重量％に対する残部としての銅と、を含有可能である。ただし、これらの成分は、合計で１００重量％になり、かつ不可避不純物を含有することもありうる。
【００４８】
半田合金は、４１重量％〜７５重量％または４５〜６０重量％の銅と、２０重量％〜４４重量％の銀または２５〜４４重量％もしくは３０〜４４重量％の銀と、５重量％〜１５重量％または６重量％〜１４重量％のガリウムと、さらにまたインジウム、スズ、ゲルマニウム、チタン、マンガン、ケイ素、ニッケル、およびそれらの組合せからなる群から選択される０．１重量％〜１５重量％または０．１重量％〜１０重量％のさらなる合金元素と、を含有する。ただし、これらの成分は、合計で１００重量％になり、かつ不可避不純物を含有することもありうる。
【００４９】
さらなる特定の実施形態では、半田合金は、スズ、チタン、マンガン、またはそれらの組合せと組み合わされてインジウムを含有する。
【００５０】
半田合金は、０．５重量％〜７重量％のインジウム、０．３重量％〜３重量％のスズ、０．３重量％〜３重量％のゲルマニウムもしくは０．３重量％〜１．５重量％のゲルマニウム、０．１重量％〜４重量％のチタン、０．５重量％〜１５重量％さもなければ０．５重量％〜１０重量％のマンガン、０．１重量％〜１重量％のケイ素、０．１重量％〜５重量％もしくは１重量％〜４重量％のニッケル、または適切な量のそれらの組合せを追加的に含有可能である。ただし、これらの成分は、合計で１００％になり、かつ不可避不純物を含有することもありうる。
【００５１】
合金はまた、合計で０．１５重量％までの許容不可避不純物、たとえば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アンチモン、セレン、テルル、鉄、亜鉛、ケイ素、リン、硫黄、白金、パラジウム、鉛、金、アルミニウム、スズ、ゲルマニウム、炭素、カドミウム、スカンジウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、および酸素を含有することもありうる。炭素の含有率は、０．００５重量％以下でなければならず、かつカドミウム、リン、鉛、および亜鉛の含有率は、それぞれ、０．０１重量％以下でなければならない。
【００５２】
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アンチモン、セレン、テルル、および硫黄の全含有率は、特定的には、０．０１重量％以下である。
【００５３】
さらなる実施形態では、合金は、４８重量％〜６７重量％の銅と、２０重量％〜２５重量％の銀と、５〜１５重量％のガリウムと、０重量％〜１５重量％のマンガンと、０重量％〜３重量％のインジウムと、で構成される。ただし、ガリウムの含有率が１０重量％未満である場合、マンガンの含有率は、１０重量％超である。また、これらの量は、合計で１００重量％になる。ガリウムの含有率が１０重量％超である場合かつマンガンの含有率が１０重量％未満である場合にも、好結果を達成することが可能である。
【００５４】
さらなる実施形態では、合金は、５８重量％〜６５重量％の銅と、２０重量％〜２５重量％の銀と、５〜１５重量％のガリウムと、０重量％〜１５重量％のマンガンと、０重量％〜３重量％のインジウムと、で構成される。ただし、ガリウムの含有率が１０重量％未満である場合、マンガンの含有率は、１０重量％超である。また、これらの量は、合計で１００重量％になる。ガリウムの含有率が１０重量％超である場合かつマンガンの含有率が１０重量％未満である場合にも、好結果を達成することが可能である。
【００５５】
驚くべきことに、ガリウムまたはマンガンの含有率が１０重量％超であれば、２０重量％〜２５重量％の低い銀含有率を有する合金でさえも、所望の性質を有することが判明した。この場合、１〜３重量％のインジウム含有率を用いて、同様に好結果を達成することが可能である。
【００５６】
さらなる実施形態では、合金は、４１重量％〜５４重量％の銅と、３８重量％〜４２重量％の銀と、８〜１２重量％のガリウムと、０重量％〜５重量％のマンガンと、０重量％〜４重量％のインジウムと、で構成される。ただし、これらの量は、合計で１００重量％になる。
【００５７】
さらなる実施形態では、合金は、４１重量％〜５２重量％の銅と、３８重量％〜４２重量％の銀と、５〜９重量％のガリウムと、７重量％〜１２重量％のマンガンと、０重量％〜４重量％のインジウムと、で構成される。ただし、これらの量は、合計で１００重量％になる。
【００５８】
さらなる実施形態では、合金は、５０重量％〜６４重量％の銅と、２８重量％〜３４重量％の銀と、８〜１２重量％のガリウムと、０重量％〜５重量％のマンガンと、０重量％〜４重量％のインジウムと、で構成される。ただし、これらの量は、合計で１００重量％になる。
【００５９】
さらなる実施形態では、合金は、４５重量％〜６２重量％の銅と、２８重量％〜３４重量％の銀と、５〜９重量％のガリウムと、７重量％〜１２重量％のマンガンと、０重量％〜４重量％のインジウムと、で構成される。ただし、これらの量は、合計で１００重量％になる。
【００６０】
とくに有用な半田合金としては、（１）４０重量％の銀と、５０重量％の銅と、１０重量％のガリウムと、で構成される半田合金、または（２）４０重量％の銀と、４６．５重量％の銅と、１０重量％のガリウムと、３重量％のインジウムと、０．５重量％のスズと、で構成される半田合金、または（３）５〜１５重量％のガリウムで構成され、その残りの組成（１００重量％に対する残部）が２５：６１〜４４：４５の比例比のＡｇ、Ｃｕである半田合金が挙げられる。銅対銀の重量比Ｃｕ／Ａｇは、一般的には１〜２．１であり、銅対ガリウムの重量比Ｃｕ／Ｇａは、一般的には４．５〜７．５である。
【００６１】
半田合金は、当技術分野で公知の任意の方法により取得可能であり、かつ当技術分野で公知のあらゆる方法を用いて所望の鋳型に注加可能である。たとえば、半田合金は、ストリップ形態、ワイヤー形態、ロッド形態、プレート形態、フォイル形態、未加工形態、パウダー形態、ショット形態、プレートレット形態、またはペースト形態でありうる。合金は、たとえば、チル鋳造により製造可能である。また、より均な一マイクロ構造を生成するために、連続鋳造または合金グラニュレーターまたは合金アトマイゼーションの使用が可能である。
【００６２】
同様に、このタイプの合金粉末製造工程に続いて、後続の緻密化、たとえば、ＴＥＭＣＯＮＥＸ（登録商標）という名称でも知られる連続粉末押出しを行うことが可能である。加圧、たとえば、後続の焼結および押出しを伴う冷間等方圧加圧（ＣＩＰ）による粉末のさらなる処理が、同様に可能である。
【００６３】
半田合金は、約７５０℃〜９００℃または約７８０℃〜約８３０℃の範囲内の温度で、半田合金を融解させるのに十分な時間をかけて、基材上に、たとえば、鋼やステンレス鋼などの鉄含有材料により形成された基材上に硬質半田付けすることが可能である。たとえば、構造用鋼タイプ（たとえば、Ｓ２３５）およびステンレス鋼タイプ（たとえば、１．４３０１／１．４３０６／１．４４０１／１．４４０４／１．４５７１）が同様に好適である。本発明に係る合金を使用すれば、炉を用いて、局所的に半田付け用ランプを用いて、誘導ヒーターを用いて、半田浴中またはフラックス浴中に浸漬して、抵抗加熱、レーザー加熱、または赤外線加熱により、半田付けを行うことが可能である。使用される半田付け方法に依存して、不活性ガス雰囲気中で、たとえば、アルゴン雰囲気中または他のタイプの保護雰囲気中で、半田付けを行うことが可能である。これらの温度では、本発明に係る半田合金は、鉄含有基材材料を融解させることなく結合されるように、難なく融解して鉄含有基材材料を湿潤する。半田合金を使用した場合、基材材料が部分的に溶解される相互拡散ゾーンを形成することが多い。これは、たとえば、半田合金と組み合わされた鋼などの鉄合金の場合に観測されることが多い。そのような相互拡散ゾーンは、半田付け中に発生し、半田と基材との間の活性相互作用として有利でありかつ望ましい。先行技術の銀リッチ半田、たとえば、ＡｇＣｕ２８またはＡｇ６０Ｃｕ２７Ｉｎ１３の場合、そのような相互拡散ゾーンは、一般的には、ステンレス鋼の半田付け中に発生しない。本発明に係る半田合金は、鋼表面とくにステンレス鋼で構成された表面を硬質半田付けするためにとくに使用可能である。鉄含有合金の基材の代わりに、同様に、銅または銅合金、ニッケルまたはニッケル合金、黄銅合金、焼結硬質材料、焼結硬質材料複合体、接点材料、たとえば、ＣｕＣｒ、ＡｇＳｎＯ２、およびＡｇＷＣ材料、またはニッケルメッキ／銅メッキ／金被覆セラミックスを使用することが可能である。
【００６４】
したがって、本特許出願はまた、対応する造形物を提供する。
【００６５】
半田合金は、たとえば、真空のもしくは真空に対するシーリング、真空スイッチングチャンバー、Ｘ線管、またはクーラー構築などの真空用途、さらには、半田付け接点、スイッチ、または自動車工業に好適である。半田合金はまた、工具の半田付け、たとえば、焼結硬質材料の半田付け、または冷蔵もしくは空調の分野、プラント建設および特殊機械構築での半田付けに好適である。家庭用機器たとえば白物家電または宝石類の半田付けが、同様に可能である。
【００６６】
半田合金の利点は、合金中のガリウム濃度が高いにもかかわらず、その冷間変形能が良好なことである。この性質は、第１に、半田付け結合の機械的安定性を改良する。したがって、第２に、焼鈍熱処理や再結晶熱処理などの熱処理を施すことなく約６０％超または約８０％超かつ約９６％または約９９％または約９９．９％までの冷間圧延時に達成可能な厚さ減少まで加工可能であるので、半田合金は、圧延、鍛造、伸線、または押出しによる成形、とくに圧延、鍛造、または伸線による冷間成形を容易に行うことが可能である。続いて、すなわち、約６０％〜約９９．９％の冷間成形後、熱処理を行うことが可能であり、かつ約６０％〜約９９．９％の新たな冷間成形を行うことが可能である。そのような熱処理は、４００℃〜６００℃または４００℃〜５５０℃の温度で行うことが可能である。熱処理の持続時間は、一般的には、３０分間〜３００分間または６０分間〜１５０分間または９０分間〜１４０分間でありうる。熱処理は、減圧下でまたはアルゴンや窒素などの保護ガス中でまたはＮ２／Ｈ２混合物（たとえば、Ｎ２／Ｈ２９５／５、Ｎ２／Ｈ２８０／２０、Ｎ２／Ｈ２５０／５０）や水素などの還元性雰囲気中で行うことが可能である。
【００６７】
不活性ガス雰囲気中たとえばアルゴン雰囲気中で半田合金を使用する場合、なんらフラックスを使用する必要がない。
【００６８】
記載の半田合金はまた、脱酸化されていない表面または不完全に脱酸化されたにすぎない表面すなわち不完全な酸化物除去が行われた表面で使用可能である。記載の半田合金は、これらを良好に湿潤して容易に半田付け可能である。したがって、たとえば、電解研磨または金、ニッケル、銅、もしくはそれらの組合せの電気メッキにより表面を改質する必要なく、表面上に酸化クロム（ＩＩＩ）の天然層を有するクロム含有ステンレス鋼を半田付けすることも可能である。
【００６９】
上限がＴＬ＋５０ケルビンにより定義されるかつ下限が０．３＊（ＴＬ−Ｔｓ）＋Ｔｓケルビンにより定義される特定の温度範囲内で、半田合金を用いた半田付けを容易に行うことが可能である。ただし、ＴＬは、それぞれの半田合金の液相線温度であり、かつＴｓは、それぞれの半田合金の固相線温度である。したがって、一実施形態はまた、半田合金が使用される、かつ半田付け温度が、０．３＊（ＴＬ−Ｔｓ）＋Ｔｓケルビンの下限およびＴＬ＋５０ケルビンの上限を有する範囲内である、基材、好ましくは鋼で構成された基材の半田付け方法を提供する。ただし、ＴＬは、それぞれの半田合金の液相線温度であり、かつＴｓは、それぞれの半田合金の固相線温度である。
【実施例】
【００７０】
対応する合金成分のチル鋳造により、記載の合金を得た。誘導炉内で溶融を行った。バッチのサイズは、いずれの場合も半田合金５００ｇであった。得られた合金を圧延によりさらに加工し、ステンレス鋼１．４４０４の半田付けのために、同一材料（ステンレス鋼１．４４０４）の基材上に減圧下８３０℃の温度で通炉半田付けした。湿潤性を目視評価した。圧延による厚さ減少により冷間変形能を決定し、かつ示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により固相線温度および液相線温度を決定した。組成ＣｕＡｇ４０Ｇａ１０を有する合金の場合、熱処理を施すことなく冷間圧延により達成可能な厚さ減少は９６％であり、固相線温度は７２４℃であり、かつ液相線温度は８４６℃であった。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
Ｂ欄は、ステンレス鋼上での湿潤性および流動挙動を報告しており、Ｋ欄は、冷間変形能であり、かつＬ欄は、８３０℃での半田付け挙動である。合金成分の量は、重量パーセントで報告されている。湿潤性および流動挙動、８３０℃での半田付け挙動、ならびに冷間変形能の評価は、＋＋非常に良好、＋良好、ｏ不良、−許容不可の等級で与えられている。略語「ｎ．ｄ．」は、決定できない値を意味する。