(57)【要約】【課題】ホウ素の拡散を排除し、低コストを実現しながら、熱交換器の環境における特定の要求に適合するろう付けフィラー材料を提供する。【解決手段】本発明は、ニッケル／コバルト／鉄ベースのベースメタルに対する優れた湿潤性を有し、高強度と耐熱性／耐食性を有するろう付け接合部を形成するろう付け用金属フィラー組成物に関する。本発明の鉄ベースのろう付け用金属フィラーは、約２０から３５重量％の量のクロムと、約３から１２重量％の量のシリコンと、約３から１２重量％の量のリンと、残部の鉄と、を含む。これらの金属フィラーは、現時点で知られているろう付け用金属フィラー組成物と比べて大幅に低コストであるという点でいくつかの様々なタイプの熱交換器及び触媒コンバーターの製造に相応しい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
約２０から３５重量％のクロムと、
約３から１２重量％のシリコンと、
約３から１２重量％のリンと、
残部として基本的に鉄と、
を含む実質的に均一な組成を有する鉄ベースのろう付け用金属フィラー。
【請求項２】
アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、イットリウム（Ｙ）及びミッシュメタルの１つ又は複数を約０．２重量％までさらに含む、請求項１に記載の鉄ベースのろう付け用フィラー。
【請求項３】
ニッケルを約２５重量％までさらに含む、請求項１に記載の鉄ベースのろう付け用金属フィラー。
【請求項４】
コバルト及び／又はニッケルを約２５重量％までさらに含む、請求項１に記載の鉄ベースのろう付け用金属フィラー。
【請求項５】
約５重量％までのモリブデンと約５重量％までのバナジウムの１つ又は複数をさらに含む、請求項１に記載の鉄ベースのろう付け用金属フィラー。
【請求項６】
前記クロムは、約２５から３５重量％の範囲であり、前記シリコンは、約３から８重量％の範囲であり、前記リンは、約３から８重量％の範囲である、請求項１に記載の鉄ベースのろう付け用金属フィラー。
【請求項７】
アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、イットリウム（Ｙ）及びミッシュメタルの１つ又は複数を約０．２重量％までさらに含む、請求項６に記載の鉄ベースのろう付け用金属フィラー。
【請求項８】
ニッケルを約２５重量％までさらに含む、請求項７に記載の鉄ベースのろう付け用金属フィラー。
【請求項９】
約５重量％までのモリブデンと約５重量％までのバナジウムの１つ又は複数をさらに含む、請求項８に記載の鉄ベースのろう付け用金属フィラー。
【請求項１０】
約２５から３５重量％の量のクロムと、
約３から１２重量％の量のシリコンと、
約３から１２重量％の量のリンと、
合計で約０．２重量％までの量のアルミニウム、カルシウム、イットリウム及びミッシュメタルの少なくとも１つと、
約２５重量％までの量のニッケルと、
各々の元素において約５重量％までの量のモリブデン及びバナジウムの少なくとも１つと、
残部として基本的に鉄と、
を含む鉄ベースのろう付け用金属フィラー。
【請求項１１】
前記クロムは、約２８から３０重量％の量であり、前記シリコンは、約３から８重量％の量であり、前記リンは、約３から８重量％の量である、請求項１０に記載の鉄ベースのろう付け用金属フィラー。
【請求項１２】
約２０から３５重量％のクロムと、約３から１２重量％のシリコンと、約３から１２重量％のリンと、残部の鉄、二次的含有物及び不純物との均質合金を提供する段階と、
微粒化処理を用いて前記均質合金から粉末粒子を形成して収集する段階と、
を含む、鉄ベースのろう付け用金属フィラー粉末の製造方法。
【請求項１３】
第１表面と第２表面を接合状態にする段階と、
前記第１及び第２表面の間の所定の位置にろう付け金属用フィラーを適用する段階であって、前記ろう付け用金属フィラーが、約２０から３５重量％のクロムと、約３から１２重量％のシリコンと、約３から１２重量％のリンと、残部の鉄、二次的含有物及び不純物との均質合金を含むところの段階と、
前記ろう付け用金属フィラーの融点以上の温度で前記第１及び第２表面と前記ろう付け用金属フィラーとを炉内ろう付けする段階と、
を含む、強力な耐食性を有するろう付け接合部の形成方法。
【請求項１４】
前記ろう付け用金属フィラーは、粉末、ろう付けペースト、及び、転写テープである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２表面は、熱交換器及び触媒コンバーターの１つ又は複数の部品である、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄ベースのろう付け用金属フィラー組成物に関する。より詳細には、これらの金属フィラーは、現時点で知られているろう付け用金属フィラー組成物と比べて大幅に低コストであるという点でいくつかの様々なタイプの熱交換器及び触媒コンバーターの製造に相応しい。
【背景技術】
【０００２】
高クロム含有量のニッケルベースのろう付け用金属フィラーは、通常、それらの耐食特性及び耐熱特性のために使用される。例えば、ニッケルベースのフィラーは、高温環境、腐食性環境、及び／又は、厳しい環境で動作することが必要とされる装置及び部品の組立及び修理に使用されるかもしれない。特に、ニッケルベースまたはコバルトベースのろう付け用金属フィラーは、自動車用の排ガス規制（ＥＧＲ）クーラーなどの特定のタイプの熱交換器に使用することができる。これらの用途の金属フィラーは、使用に適した特定の特性を有していなければならない。このような特性には、耐高温酸化性、耐食性、ベースメタルに対する湿潤性、及び、ろう付け中にベース金属の脆化を引き起こさない性質が含まれる。
【０００３】
いくつかの様々なグレードのニッケルベースのろう付け用金属フィラーが米国溶接学会（ＡＮＳＩ／ＡＷＳ Ａ５．８）標準によって定義されている。これらの金属フィラーの多くは、熱交換器の組立に使用される。例えば、ＢＮｉ−２、すなわち、組成式Ｎｉ−Ｂａｌ、Ｃｒ−７、Ｂ−３、Ｓｉ−４．５、Ｆｅ−３を有するニッケルベースのろう付け用金属フィラーは、高強度のろう付け接合を形成することができる周知の金属フィラーである。この金属フィラーの主な欠点は、ベースメタル（特に、熱交換器で使用される薄板金属）へのホウ素の拡散とベースメタルの腐食によるベースメタルの強度の低下である。ホウ素を含有する他のニッケルベールの金属フィラー（例えば、ＢＮｉ−１、ＢＮｉ−１Ａ、ＢＮｉ−３、ＢＮｉ−４、及び、ＢＮｉ−９など）は、３％に近いホウ素の高い量のために同様の欠点を有する。
【０００４】
ホウ素拡散の欠点を克服するために、ホウ素がない他の合金が検討されている。これらは、ＢＮｉ−６（Ｎｉ−１０Ｐ）合金、及び、ＢＮｉ−７（Ｎｉ−１４Ｃｒ−１０Ｐ）合金である。これらの合金は、約１０％のリンを含み、接合部の脆弱段階のために所望の強度なしに接合を形成した。他のホウ素がないニッケルベースのろう付け用合金は、ＢＮｉ−５（ａ Ｎｉ−Ｂａｌ；Ｃｒ−１９、Ｓｉ−１０）である。これらの合金は、ベースメタルへのホウ素の拡散の悪影響なしに接合部を形成するのに優れているが、他の欠点がある。
【０００５】
米国特許第６，２０３，７５４号及び米国特許第６，６９６，０１７号は、熱交換器のろう付けの幾つかの要求に適合し、優れた耐食性を有するＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｐ組成タイプのニッケルベースの金属フィラーを教示する。しかしながら、これら及び上記のニッケルベースの金属フィラーの全てにおける主たる欠点は、高価なニッケルの高い含有量である。これらの合金は、最小で少なくとも６０％のニッケルを含む。より典型的には、それらは、７０から９０％の範囲のニッケルを含む。これらの合金のニッケル含有量は、ろう付け用金属フィラーのコストを増加させ、従って、熱交換器のコストを魅力のないレベルまで増加させる。さらに、世界市場におけるニッケル原料の供給は不安定であり、そのため、価格が予測不可能な形で増大する。
【特許文献１】米国特許第６，２０４，７５４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６９６，０１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、上述の要因の点で、ホウ素の拡散を排除し、低コストを実現しながら、熱交換器の環境における特定の要求に適合するろう付けフィラー材料に対する要求がこの分野に残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ニッケルベースのベースメタル、コバルトベースのベースメタル、及び、鉄ベースのベースメタルに対する優れた湿潤性を有し、高強度及び耐熱性／耐食性を有するろう付け接合部を形成し、ニッケルベースの金属フィラーと比べてコスト的に大幅に低いろう付け用金属フィラー組成物に関する。特に、これらの金属フィラーは、現時点で知られているろう付け用金属フィラー組成物と比べて大幅に低コストであるという点でいくつかの様々なタイプの熱交換器及び触媒コンバーターの製造に相応しい。
【０００８】
上記のろう付け用金属フィラーにおける典型的な使用は、高温に曝される部品であろう。これらの用途の例は、自動車用の排ガス再循環に使用される幾つかのタイプの熱交換器（プレート形及び管形）である。同様の使用は、触媒コンバーターなどの自動車用及び商用の排気装置でも期待される。これらの用途は、高温に耐え、硫酸凝縮物に対する腐食に抵抗するろう付け合金を必要とする。
【０００９】
本発明の上記の目的は、以下の組成を有するろう付け用金属フィラーで提供される。
クロムが約２０から３５重量％、
シリコンが約３から１２重量％、
リンが約３から１２重量％、
残部の金属、二次的含有物及び微量不純物。
この合金は、任意にニッケル（Ｎｉ）（２５％まで）、モリブデン（Ｍｏ）（５％まで）、バナジウム（Ｖａ）（５％まで）、及び、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、イットリウム（Ｙ）またはミッシュメタルの１つ又は複数（合計で０．２％まで）を含む。
【００１０】
本発明は、約２０から３５重量％のクロムと、約３から１２重量％のシリコンと、約３から１２重量％のリンと、残部の鉄、二次的含有物及び不純物との均質合金を提供する段階と、微粒化処理を用いて前記均質合金から粉末粒子を形成して収集する段階と、を含む、鉄ベースのろう付け用金属フィラー粉末の製造方法を提供する。上記方法で得られる粉末は、通常の方法を用いてろう付けペーストまたは転写テープに変えることもできる。
【００１１】
粉末形態、ペースト状またはテープ形態の上記のろう付け用金属フィラーは、炉内ろう付け方法による熱交換器の製造に使用されてもよい。従って、本発明は、第１及び第２表面を接合状態にする段階を含む、強力な耐食ろう付け接合部を形成する方法を提供する。他の方法は、前記第１及び第２表面の間の所定の位置にろう付け金属フィラーを適用する段階を含み、ここで、前記金属フィラーは、約２０から３５重量％のクロムと、約３から１２重量％のシリコンと、約３から１２重量％のリンと、残部の鉄、二次的不純物及び微量不純物とからなる均質合金を含む。本発明の次の段階は、前記ろう付け用金属フィラーの融点以上で前記第１及び第２表面と前記ろう付け用金属フィラーとを炉内ろう付けする段階を含む。前記ろう付け用金属フィラーは、粉末、ろう付けペースト、及び、転写テープの１つ又は複数の形態で前記第１及び第２表面に適用することができる。
【００１２】
本発明の一側面は、大量の商用におけるニッケルベースのろう付け用金属フィラーと比べて大幅に低コストでろう付け用金属フィラーを提供することにある。本発明の他の側面は、触媒コンバーターまたは熱交換器の組立に首尾よく使用することができるろう付け用金属フィラーを提供することにある。１２００℃未満の融点を有し、ステンレス鋼のベースメタルに対する優れた湿潤性を有するろう付け用金属フィラー組成物を提供することは、本発明のさらなる側面である。本発明は、優れた耐食性及び耐熱性を有するろう付け用金属フィラーも提供する。
【００１３】
本発明のさらなる側面は、大幅に減少した量のニッケルを有するろう付け用金属フィラーを提供することにある。本発明の他の側面は、熱交換器部品及び触媒コンバーターのろう付けを可能にする粉末形態、テープ形態、ペースト状、または他の有用な形態の上記金属フィラーを提供することにある。最後に、大幅に減少したコストで熱交換器及び触媒コンバーターをろう付けする方法を提供することに本発明の他の側面がある。
【００１４】
本発明のさらなる目的及び利点は、以下に続く詳細な説明に記載され、詳細な説明からある程度明らかになるだろう。あるいは、本発明の実施によって習得されるかもしれない。本発明の目的及び利点は、特に以下に指摘される手段及び組み合わせを用いて実現され、得られるかもしれない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の原理を説明するための詳細な説明と共に本発明の実施形態を示す。図１は、典型的な用途におけるろう付けされた接合部の例を提供する。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態がここに詳細に参照され、それらの例が添付の図面に示される。
【００１７】
図１は、本発明のフィラー材料を用いたろう付けされた接合部の典型的な適用の図である。第１金属破片１と第２金属破片２は、ろう付け接合部３で接続される。接合部３は、本発明による鉄ベースのろう付け金属フィラーを用いて形成される。このろう付けされた接合部は、自動車用のＥＧＲクーラーなどの高温サイクル環境のＥＧＲクーラーの部分でありえる。
【００１８】
上記の要求される耐熱性及び耐食性を達成するために、ろう付け用金属フィラーは、通常、約２０から３５重量％の範囲のクロム含有量を有する。クロム含有量が約２０％未満の場合、要求される耐食性は低下し、クロム含有量が約３５％を超える場合、接合強度及び／又はろう付け性が低下する。
【００１９】
リンとシリコンの含有は、融点の抑制のためである。これらの元素を過剰に含むと接合部の脆性が増加するが、融点を約１１００℃まで低下させるのに役立つためにこれらの元素を十分に含まなければならない。したがって、リン及びシリコンの量は、通常、それぞれ約１２％を超えず、これらの元素のより典型的な量としては、リンは約３から８％であり、シリコンは約３から８％である。
【００２０】
いくつかの他の元素も酸素ゲッターとして有用である。これらは、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、イットリウム（Ｙ）及び／又はミッシュメタルである。これらの元素の何れかが任意に最大で約０．２％まで単独で又は組み合わせて使用することができる。
【００２１】
このろう付け用金属フィラーは、主要元素として鉄を主に含む。しかしながら、実際には、原料を考慮に入れるために少量のニッケルを含む必要があるかもしれない。このような場合には、ニッケルは、約２５％まで含んでもよい。モリブデンまたはバナジウムなどの他の任意の元素は、例えば耐酸性を改善するためなどの特別な性能要求に対応してそれぞれ５％まで含んでもよい。
【００２２】
ろう付け用金属フィラー合金は、粉末形態で提供されてもよい。本発明によるフィラー材料の粉末形成は、当該分野で周知の方法を用いて達成してもよい。例えば、上記組成を有する粉末は、均質合金を溶融し、微粒化処理（atomization process）によってそれらを粉末に変えることによって形成してもよい。粉末粒径は、１５０ミクロンから１０ミクロンの範囲でありえ、熱交換器用においては、典型的には１００ミクロンから１０ミクロンの粒径である。
【００２３】
上記粉末は、通常の方法を用いて、ろう付けペースト（ブレーズペースト）、または、転写テープ（トランスファーテープ）に変えることもできる。例えば、ろう付けペーストは、上述の組成の粉末とバインダー材料を混合することによって形成してもよい。転写テープは、例えば、上述の組成の粉末と粘着性の下地（バッキング）を結合して形成してもよい。粉末形態、ペースト状、または、テープ形態の上記のろう付け用金属フィラーは、例えば熱交換器及び触媒コンバーターの耐食性接合を形成するために炉内ろう付け法（furnace brazing method）で使用されてもよい。
【００２４】
当業者であれば、さらなる利点及び修正を容易に行えるであろう。従って、この広い側面の本発明は、ここに記載されて示された特定の具体例や代表的な実施形態に限定されない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその等価物によって画定される本発明の一般的な概念の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】典型的な用途におけるろう付けされた接合部の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  第１金属破片
２  第２金属破片
３  ろう付け接合部
【図１】
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【外国語明細書】
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