(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＫＡｌＦ4及びＫ3ＡｌＦ6と、Ｋ2ＣＯ3、ＳｒＦ2及びＭｇＦ2からなる群から選択された少なくとも１種とを含有する非腐食性フラックスと、Ｓｉ：５乃至１３質量％、Ｃｕ：２乃至６質量％、Ｚｎ：１乃至５質量％及びＮｉ：０．５乃至５質量％を含有し残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる粉末ろう材と、を有し、前記Ｃｕと前記Ｚｎとの含有量の総量は５質量％以上であることを特徴とするろう付材。
【請求項２】
前記粉末ろう材の含有量を［Ａ］とし、前記非腐食性フラックスの含有量を［Ｂ］とするとき、前記［Ａ］と［Ｂ］との比［Ａ］／［Ｂ］は９５／５乃至６０／４０であることを特徴とする請求項１に記載のろう付材。
【請求項３】
前記粉末ろう材の平均粒径は、３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のろう付材。
【請求項４】
前記非腐食性フラックスと前記粉末ろう材との混合物を、部材と部材との接合部に供給してろう付けすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のろう付材。
【請求項５】
アルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付けに使用されるフラックスにおいて、ＫＦ、ＡｌＦ3及びＫ2ＣＯ3を含有し、前記ＫＦの含有量が２３．９乃至５４．５質量％、前記ＡｌＦ3の含有量が２０．５乃至５３．１質量％、前記Ｋ2ＣＯ3の含有量が０．５乃至２５．０質量％であ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材のろう付用フラックス。
【請求項６】
アルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付けに使用されるフラックスにおいて、ＫＦ、ＡｌＦ3及びＭｇＦ2を含有し、前記ＫＦの含有量が２３．９乃至５４．５質量％、前記ＡｌＦ3の含有量が２５．５乃至５３．１質量％、前記ＭｇＦ2の含有量が０．５乃至２５．０質量％であ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材のろう付用フラックス。
【請求項７】
アルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付けに使用されるフラックスにおいて、ＫＦ、ＡｌＦ3及びＳｒＦ2を含有し、前記ＫＦの含有量が２８．５乃至５４．５質量％、前記ＡｌＦ3の含有量が２５．５乃至５３．１質量％、前記ＳｒＦ2の含有量が０．５乃至２０．０質量％であ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材のろう付用フラックス。
【請求項８】
前記ＫＦ及び前記ＡｌＦ3は、一部又は全てがＫ3ＡｌＦ6又はＫＡｌＦ4として添加されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックス。
【請求項９】
前記フラックスは粉末状に混合されていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックス。
【請求項１０】
水又はアルコールにＫ2ＣＯ3を溶解し、ＫＦ、ＡｌＦ3、Ｋ3ＡｌＦ6及びＫＡｌＦ4からなる群から選択された１種以上を、前記水又はアルコールに分散させ、被ろう付材の接合面に塗布するものであることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金材を５７０℃以下の温度でろう付けする低温ろう付けに有効なろう付材及びろう付用フラックスに関し、特に自動車用熱交換器部材等の大型で、ろう付け部位により昇温速度が異なる部材における昇温の遅い接合部又はヘッダとパイプとの接合部等の複雑な形状でブレージングシートが適用し難い部位に簡便かつ必要最低量のろう材を供給することができるろう付材及びろう付用フラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用アルミニウム合金製熱交換器のろう付けには、一般的にブレージングシートが適用されている。また、ヘッダとパイプ類等との形状が複雑な接合部におけるろう付けでは、例えば、リング形状の置きろう又はペースト状の粉末ろう材が使用されている。
【０００３】
ろう付材及びそのろう付け方法としては、通常、例えば、ＪＩＳ  Ａ４３４３及びＡ４０４５等のＡｌ−Ｓｉ系ろう材では、これらのろう材を６００℃前後に加熱する。
【０００４】
また、６００℃よりも低温度でろう付けする低温ろう付け用アルミニウム合金製ろう材としては、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系ろう材があり、このろう材を使用して５８０℃に加熱してろう付をする（特開平８−１０４９３６号公報）。
【０００５】
更に、Ｚｎ−Ａｌ系ろう材を使用した場合には、４５０℃前後に加熱してろう付けされる（特開平６−７９４９５号公報等）。
【０００６】
更にまた、Ａｌ−Ｓｉ−（Ｚｎ）系心材とＣｕ−Ｎｉ系クラッド材を箔として使用する方法が提案されている（Development of ａ fluxes、low temperature aluminum brazing process：フレックスレス低温アルミニウムブレージング方法；ALUMINUM 第７１巻１９９５年２月２１５〜２１９頁）。
【０００７】
一方、粉末ろう材及び粉末ろう材によるろう付け方法としては、アルミニウムろう付け粉末と、ノコロック（商標名）フラックス及び液状ポリイソブチレン及び／又はその水素添加物を含有するペーストを使用するものが開示されている（特開平４−３３３３９０号公報）。
【０００８】
また、アルミニウム粉末、アルミニウムより卑な金属粉末及びフラックス材を含有するアルミニウムろう材が開示されている（特開平６−１７９０９４号公報）。
【０００９】
更に、アルミニウム合金粉末、フラックス、有機高分子バインダ及び有機溶剤を含むアルミニウム部材のトーチろう付け又は炉中ろう付け用アルミニウムろうペーストが開示されている（特開平６−３１５７８９号公報及び特開平７−１５５９８７号公報等）。
【００１０】
更にまた、アルミニウム合金、このアルミニウム合金の融点よりも高い物質及びフラックスを含有するアルミニウムろう材が開示されている（特開平７−２８４９８２号公報）。
【００１１】
ろう材成分として、Ａｌ、Ｓｉ及びフラックス成分を含む混合粉末圧粉体（平板又は線材に加工）であり、ろう材Ｓｉの含有量、ろう材とフラックスとの重量比及びその密度を規定したもの（特開平６−３０４７７８号公報）、及びこれに塩化物系フラックスを使用することにより、Ｍｇを含有するアルミニウム材のろう付けを行うもの（特開平６−９１３９３号公報）が開示されている。
【００１２】
更にまた、弗化物含有非腐食性フラックスを使用し、ろう材に電位低下成分を含有し、Ｍｇ含有アルミニウム合金をろう付けする技術が提案されている（特開平９−１３８４号公報）。
【００１３】
更にまた、自動車用ラジエータ、コンデンサ又はエバポレータ等のコア部の接合に、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう粉末をバインダとして塗布し、加熱ろう付けする方法が提案されている（特開平３−１１４６５４号公報）。
【００１４】
そして、接合される表面の融点よりも低い融点を有する合金ろうを使用して、アルミニウムを金属表面にろう付けする方法が提案されている（特表平６−５０４４８５号公報）。これは接合表面にＳｉ、Ｃｕ及びＧｅの金属粉末と弗化物系フラックス等からなるコーティング用混合物を塗布し、５００乃至６５０℃の温度でアルミニウム材同士をろう付け接合するものである。
【００１５】
また、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ及びＺｎからなるろう材と、ＫＦ、ＬｉＦ及びＣｓＦの３元系状態図で５５０℃以下の液相線温度となる構成のフラックスからなるフラックス含有Ａｌ合金ろう材が提案されている（特開平７−１１７７号公報）。
【００１６】
更に、融点が３４０乃至５５０℃の金属粉末とバインダ及びフラックスを接合部に介在させ、ろう付け加熱する方法が提案されている（特開平３−３５８９４号公報）。
【００１７】
而して、アルミニウム合金材のろう付においては、アルミニウム合金材の表面に形成されている酸化皮膜がろうの濡れ及び流動性を阻害するため、適当なフラックスを使用して、この酸化皮膜を除去することが必要とされている。
【００１８】
従来、アルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付においては、特公昭６２−４６２８０号公報にＫＡｌＦ3及びＫ3ＡｌＦ6の混合物からなるフラックス組成物が提案されている。しかし、このようなフラックスではＫＦ−ＡｌＦ3の共晶点で融解し、フラックスとして作用するが、その溶解開始温度が５６０℃である。このため、ろう付温度は必然的に５６０℃以上になる。
【００１９】
これに対して、融点が５６０℃以上でフラックスとして作用させることができるものとしては、特公平１−４８１２０号公報に、フッ化アルミニウムとフッ化セシウムとのモル比が６７／３３乃至２６／７４に相当する組成を有するフルオロアルミニウム酸セシウム又はフルオロアルミニウム酸セシウムとフッ化アルミニウムとの混合組成物からなるフラックスが開示されている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般的に使用されているＡｌ−Ｓｉ系ろう材を使用したろう付け方法においては、ろう材を６００℃前後に加熱するため、加熱のための電力コストが高くなると共に、炉寿命及び治具寿命が短くなるため、熱交換器の製造コストが高くなる。また、ろう材融点からの制約により、適用対象が高融点材料の接合に限定されるという問題点がある。
【００２１】
また、特開平８−１０４９３６号公報で開示されたＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金の場合には、Ｓｉ、Ｃｕ及びＺｎの含有量の調整により、５７０℃以下でのろう付けを可能とするが、低融点となる高Ｃｕ及び高Ｚｎ組成においては、ろうの濡れ性が不十分であり、十分なろう付け性能を得ることができないという問題点がある。
【００２２】
更に、特開平６−７９４９５号公報等に開示された従来のＺｎ−Ａｌ系ろう材を使用する場合は、塩化物系の腐食性フラックスを使用するため、ろう付後の洗浄が必要となり、環境及び公害の問題から廃液処理が必要になるという問題点がある。更に、このＺｎ−Ａｌ系ろう材を板材として使用する場合には、板材にするための圧延加工性に問題がある。
【００２３】
更にまた、ALUMINUM 第７１巻１９９５年２月２１５〜２１９頁に記載された方法では、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金からなる心材に、Ｃｕ−Ｎｉ系合金を積層したクラッド箔を使用するため、製造コストが極めて高くなると共に、大量生産が困難であるという問題点がある。
【００２４】
一方、上述の従来の粉末ろう材を使用する方法（特開平６−１７９０９４号公報、特開平６−３１５７８９号公報、特開平７−１５５９８７号公報、特開平７−２８４９８２号公報、特開平６−３０４７７８号公報及び特開平９−１３８４号公報）では、５７０℃以下の低温度でろう付けをすることができないという問題点がある。
【００２５】
また、従来のバインダを使用するもの（特開平４−３３３３９０号公報、特開平３−１１４６５４号公報及び特開平３−３５８９４号公報）では、バインダを使用するためコストが嵩むという問題点がある。
【００２６】
更に、特開平６−９１３９３号公報に開示されたろう材はＭｇを含有するアルミニウム材のろう付けを行うものであるため、適用範囲が狭いという問題点がある。
【００２７】
更にまた、特表平６−５０４４８５号公報に開示されたろう材は、ノコロック（商標名）フラックスと、アルミニウム合金と、共晶合金を形成するＳｉ等の１つの金属粉末との粉末混合物を塗布し、６００℃前後でノコロックろう付けするものであり、昇温過程で接合すべきアルミニウム合金材とフラックス中のＳｉ粒子とが反応してＡｌ−Ｓｉ合金を形成し、これがろう材として作用してろう付けされるものである。このため、ろう付けの機構が異なる。また、ろう付け温度が５７０℃以上であるという問題点がある。
【００２８】
特開平７−１１７７号公報に開示されたろう材は、ＣｓＦを使用するためコストが嵩むという問題点がある。
【００２９】
また、特公平１−４８１２０号公報に開示されたフラックスにおいては、フルオロアルミニウム酸セシウムはフルオロアルミニウム酸カリウムに対して大量に入手できず、高価であるため、大量に使用することができないという問題点がある。更に５６０℃以下の温度でろう付できないという問題点がある。
【００３０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、５７０℃以下の温度でろう付性が優れ、簡便で必要最低量のろう付材の供給によりろう付け接合をすることができるろう付材及びアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックスを提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るろう付材は、ＫＡｌＦ4及びＫ3ＡｌＦ6と、Ｋ2ＣＯ3、ＳｒＦ2及びＭｇＦ2からなる群から選択された少なくとも１種とを含有する非腐食性フラックスと、Ｓｉ：５乃至１３質量％、Ｃｕ：２乃至６質量％、Ｚｎ：１乃至５質量％及びＮｉ：０．５乃至５質量％を含有し残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる粉末ろう材と、を有し、前記Ｃｕと前記Ｚｎとの含有量の総量は５質量％以上であることを特徴とする。
【００３２】
この場合、前記非腐食性フラックスは、ＫＡｌＦ4−Ｋ3ＡｌＦ6−ＳｒＦ2系又は前記非腐食性フラックスは、ＫＡｌＦ4−Ｋ3ＡｌＦ6−ＭｇＦ2系からなることが好ましい。また、前記粉末ろう材の含有量を［Ａ］とし、前記非腐食性フラックスの含有量を［Ｂ］とするとき、前記［Ａ］と［Ｂ］との比［Ａ］／［Ｂ］は９５／５乃至６０／４０であることが好ましい。更に、前記粉末ろう材の平均粒径は、３００μｍ以下であることが好ましい。更にまた、前記非腐食性フラックスと前記粉末ろう材との混合物を、部材と部材との接合部に供給してろう付けされるものである。
【００３３】
本発明に係る第１のアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックスは、ＫＦ、ＡｌＦ3及びＫ2ＣＯ3を含有し、前記ＫＦの含有量が２３．９乃至５４．５質量％、前記ＡｌＦ3の含有量が２０．５乃至５３．１質量％、前記Ｋ2ＣＯ3の含有量が０．５乃至２５．０質量％であることを特徴とする。
【００３４】
本発明に係る第２のアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックスは、ＫＦ、ＡｌＦ3及びＭｇＦ2を含有し、前記ＫＦの含有量が２３．９乃至５４．５質量％、前記ＡｌＦ3の含有量が２５．５乃至５３．１質量％、前記ＭｇＦ2の含有量が０．５乃至２５．０質量％であることを特徴とする。
【００３５】
本発明に係る第３のアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックスは、ＫＦ、ＡｌＦ3及びＳｒＦ2を含有し、前記ＫＦの含有量が２８．５乃至５４．５質量％、前記ＡｌＦ3の含有量が２５．５乃至５３．１質量％、前記ＳｒＦ2の含有量が０．５乃至２０．０質量％であることを特徴とする。
【００３６】
この場合、前記ＫＦ及び前記ＡｌＦ3は、一部又は全てがＫ3ＡｌＦ6又はＫＡｌＦ4として添加されたものとすることができる。フラックスは、例えば粉末状に混合されている。また、水又はアルコールにＫ2ＣＯ3を溶解し、ＫＦ、ＡｌＦ3、Ｋ3ＡｌＦ6及びＫＡｌＦ4からなる群から選択された１種以上を、前記水又はアルコールに分散させ、被ろう付材の接合面に塗布するようにすることができる。アルコールの種類としては、特に制限されるものではないが、エチルアルコール、メチルアルコール及びイソプロピルアルコール等を使用することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係るろう付材及びアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックスについて詳細に説明する。本願発明者等は鋭意実験研究の結果、フラックスとして、ＫＡｌＦ4−Ｋ3ＡｌＦ6系をベースとして、このＫＡｌＦ4及びＫ3ＡｌＦ6に、更にＫ2ＣＯ3、ＳｒＦ2及びＭｇＦ2からなる群から選択された少なくとも１種を適宜添加した化合物からなる構成の非腐食性フラックスとすることにより、５７０℃以下のろう付け温度で接合部表面の酸化物皮膜を効果的に破壊する効果を有することを見出した。このため、５７０℃以下の低温でのろう付けが可能であり、アルミニウム接合部材との濡れ性も良好である。
【００３８】
また、ろう材組成及びフラックス組成、更にろう材組成とフラックス組成との混合比及びろう材の平均粒径を規定することにより、５７０℃以下でろう付性が優れ、簡便で必要最低量のろう付材の供給によりろう付け接合が可能であることを見出した。更に、非腐食性のフラックスを使用するため、腐食防止のための後洗浄も不要である。
【００３９】
また、５６０℃以下の温度で溶融するフラックスとして、ＫＦ、ＡｌＦ3及びＫ2ＣＯ3を所定の割合で混合した混合物からなるものを知見し、このフラックスを使用することにより、５６０℃以下でろう付が可能であることを見出した。また、この組成以外にも、５６０℃以下で溶融し、フッ化物だけで構成されるフラックスとして、ＫＦ、ＡｌＦ3並びにＭｇＦ2及びＫ2ＣＯ3からなる群から選択された１種を所定の割合で混合した混合物からなるものを見出した。このフラックスを使用しても５６０℃以下でろう付が可能であることを知見した。
【００４０】
以下、本発明のろう付材及びアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックスの組成限定理由について説明する。
【００４１】
非腐食性フラックス
非腐食性フラックスとしては、ＫＡｌＦ4−Ｋ3ＡｌＦ6系をベースとして、このＫＡｌＦ4及びＫ3ＡｌＦ6に、更にＫ2ＣＯ3、ＳｒＦ2及びＭｇＦ2からなる群から選択された少なくとも１種を適宜添加した化合物からなる構成とすることにより、５７０℃以下のろう付け温度で接合部表面の酸化物皮膜を効果的に破壊する効果を有する。このため、５７０℃以下の低温でのろう付けが可能である。また、非腐食性フラックスなので、塩化物を使用した場合の後洗浄も不要であり、簡便に使用することができる。また、Ｋ2ＣＯ3はＣｓＦ等と比較して、安価である。
【００４２】
Ｓｉ：５乃至１３質量％
Ｓｉはフラックス含有アルミニウム合金ろう材の融点を低下させる作用を有する。Ｓｉの含有量が５質量％未満では、融点を低下させる効果が不十分である。一方、Ｓｉの含有量が１３質量％を超えると、フラックス含有アルミニウム合金ろう材の融点が５７０℃を超えるため、５７０℃以下でのろう付けができなくなる。従って、Ｓｉの含有量は５乃至１３質量％とすることが好ましい。なお、より好ましいＳｉの含有量は７乃至１２質量％である。
【００４３】
Ｃｕ：２乃至６質量％
Ｃｕはフラックス含有アルミニウム合金ろう材を低融点化する作用を有する。Ｃｕの含有量が２質量％未満では、フラックス含有アルミニウム合金ろう材の融点が５７０℃を超えるため、５７０℃以下でのろう付けができなくなる。従って、Ｃｕの含有量は２質量％以上とすることが好ましい。Ｃｕの含有量の上限については特に限定しないが多量に含有すると、ろう付後のろう材部位の電位が腐食から保護すべきチューブ材等の電位より貴となるため、不都合になる。Ｃｕの含有量が６質量％以下ならば実用上問題ない。
【００４４】
Ｚｎ：１乃至５質量％以上
Ｚｎはフラックス含有アルミニウム合金ろう材を低融点化する作用を有する。Ｚｎの含有量が１質量％未満では、フラックス含有アルミニウム合金ろう材の融点が５７０℃を超えるため、５７０℃以下でのろう付けができなくなる。一方、Ｚｎの含有量が５質量％を超えると、ろう付けフィレット部を優先的に腐食させ、ろう付け接合部の耐食性を劣化させる。従って、Ｚｎの含有量は１乃至５質量％とすることが好ましい。
【００４５】
ＣｕとＺｎとの含有量の総量：５質量％以上
ＣｕとＺｎとの含有量の総量が５質量％未満では、フラックス含有アルミニウム合金ろう材の融点が５７０℃を超えるため、５７０℃以下でのろう付けができなくなる。なお、Ｃｕの含有量が６質量％を超えるか、又はＺｎの含有量が５質量％を超えると、フラックス含有アルミニウム合金ろう材を低融点化する作用が飽和するため、これ以上のＣｕ及びＺｎとの添加はコストが嵩むだけである。従って、ＣｕとＺｎとの含有量の総量は５質量％以上とすることが好ましい。
【００４６】
Ｎｉ：０．５乃至５質量％
Ｎｉはろう付け時において、アルミニウム合金からなる接合部材との濡れ性を向上させる作用を有する。このため、Ｎｉは良好なフィレットを形成させるために必須の添加元素である。Ｎｉの含有量が０．５質量％未満では、濡れ性を向上させる効果が不十分である。一方、Ｎｉの含有量が５質量％を超えると、濡れ性が低下する。従って、Ｎｉの含有量は０．５乃至５質量％とすることが好ましい。更に好ましいＮｉの含有量は１乃至３質量％である。
【００４７】
なお、粉末ろう材中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属の微量添加によりＡｌ−Ｓｉ系合金中で共晶Ｓｉを微細化する改良効果によりろう付け性能は更に向上するので、それらの粉末ろう材中への微量添加は制約されない。
【００４８】
粉末ろう材の含有量［Ａ］と非腐食性フラックスの含有量［Ｂ］との比［Ａ］／［Ｂ］：９５／５乃至６０／４０
非腐食性フラックスの含有量［Ｂ］が５質量％未満では、接合部の酸化皮膜を破壊する効果が不十分である。このため、ろう付性が劣化する。一方、非腐食性フラックスの含有量［Ｂ］が４０質量％を超えると、ろう付け自体は可能であるがフィレット部外観がフラックスの残渣により汚くなる等の製品の外観不良につながる。従って、粉末ろう材の含有量［Ａ］と非腐食性フラックスの含有量［Ｂ］との比［Ａ］／［Ｂ］は９５／５乃至６０／４０とすることが好ましい。
【００４９】
粉末ろう材の平均粒径：３００μｍ以下
粉末ろう材の平均粒径は３００μｍを超えると、ろう付けは可能であるが粉末ろう材がフラックスとのペースト中で一様に分散及び懸濁し難くなり作業性が劣化する。従って、粉末ろう材の平均粒径は３００μｍ以下とすることが好ましい。より好ましい粉末ろう材の平均粒径は１００μｍ以下である。
【００５０】
アルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックス
本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付け用フラックスは以下の組成を有する。
【００５１】
▲１▼ＫＦ、ＡｌＦ3及びＫ2ＣＯ3を含有する場合、ＫＦ：２３．９乃至５４．５質量％、ＡｌＦ3：２０．５乃至５３．１質量％、Ｋ2ＣＯ3：０．５乃至２５．０質量％、
▲２▼ＫＦ、ＡｌＦ3及びＭｇＦ2を含有する場合、ＫＦ：２３．９乃至５４．５質量％、ＡｌＦ3：２５．５乃至５３．１質量％、ＭｇＦ2：０．５乃至２５．０質量％
▲３▼ＫＦ、ＡｌＦ3及びＳｒＦ2を含有する場合、ＫＦ：２８．５乃至５４．５質量％、ＡｌＦ3：２５．５乃至５３．１質量％、ＳｒＦ2：０．５乃至２０．０質量％。
【００５２】
本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付け用フラックスは、ＫＦ及びＡｌＦ3に、更にＫ2ＣＯ3、ＭｇＦ2及びＳｒＦ2の少なくとも１種を含有するものである。ＫＦ及びＡｌＦ3の混合状態のフラックスに対し、Ｋ2ＣＯ3、ＭｇＦ2又はＳｒＦ2を添加すると、フラックスの融点が降下し、従来のフラックスではろう付できなかった５６０℃以下のろう付温度でろう付が可能となる。
【００５３】
この場合に、Ｋ2ＣＯ3の含有量が０．５質量％以上であれば、フラックスの融点を降下させる効果が得られる。但し、フラックス中のＫ2ＣＯ3の含有量が２５．０質量％を超えて濃度が高くなり過ぎると、逆に融点が上昇し、また、フッ化物の濃度が減少することになるため、ろう付に必要なフッ素が少なくなり、アルミニウム及びアルミニウム合金材のろう付には適さなくなる。従って、Ｋ2ＣＯ3の含有量は０．５乃至２５.０質量％とする。
【００５４】
Ｋ2ＣＯ3を使用した場合、他の成分であるＫＦ及びＡｌＦ3の割合は、夫々２３.９質量％以上、２０.５質量％以上は必要であり、ＫＦの含有量が２３.９質量％未満、ＡｌＦ3の含有量が２０.５質量％未満では、フラックスの融点が高くなってしまい、低温ろう付に適さない。また、ＫＦの含有量が５４．５質量％を超え、ＡｌＦ3の含有量が５３．１質量％を超えると、同様に、フラックスの融点が高くなってしまい、低温ろう付に適さない。
【００５５】
従って、ＫＦの含有量は２３．９乃至５４．５質量％とし、ＡｌＦ3の含有量は２０．５乃至５３．１質量％とし、Ｋ2ＣＯ3の含有量は０．５乃至２５．０質量％とする。より好ましくは、ＫＦは３３．１乃至５４．０質量％であり、ＡｌＦ3は３６．０乃至５３．１質量％であり、Ｋ2ＣＯ3は１．０乃至１５．０質量％である。
【００５６】
また、ＭｇＦ2及びＳｒＦ2もＫ2ＣＯ3と同様の作用を奏する。即ち、ＭｇＦ2及びＳｒＦ2もＫ2ＣＯ3と同様に、ＫＦ及びＡｌＦ3の混合状態のフラックスに対し、そのフラックスの融点を降下させ、従来のフラックスではろう付できなかった５６０℃以下のろう付温度でのろう付を可能とする。
【００５７】
ＭｇＦ2又はＳｒＦ2の含有量が夫々０．５質量％以上であれば、フラックスの融点を降下させる効果が得られる。但し、この場合においても、フラックス中のＭｇＦ2の含有量が２５.０質量％を超えるか、ＳｒＦ2の含有量が２０．０質量％を超えて、濃度が高くなりすぎると、逆に融点が上昇し、また、フッ化物の濃度が減少することになるため、ろう付に必要なフッ素が少なくなり、アルミニウム及びアルミニウム合金材のろう付には適さなくなる。従って、ＭｇＦ2の含有量は０．５乃至２５.０質量％、ＳｒＦ2の含有量は０．５乃至２０．０質量％とする。
【００５８】
ＭｇＦ2を使用した場合、他の成分であるＫＦ及びＡｌＦ3の割合は、夫々２３.９質量％以上、２５.５質量％以上は必要であり、ＫＦの含有量が２３.９質量％未満、ＡｌＦ3の含有量が２５.５質量％未満では、フラックスの融点が高くなり、低温ろう付に適さない。また、ＫＦの含有量が５４．５質量％を超え、ＡｌＦ3の含有量が５３．１質量％を超えると、同様に、フラックスの融点が高くなってしまい、低温ろう付に適さない。
【００５９】
従って、ＫＦの含有量は２３．９乃至５４．５質量％とし、ＡｌＦ3の含有量は２５．５乃至５３．１質量％とし、ＭｇＦ2の含有量は０．５乃至２５．０質量％とする。より好ましくは、ＫＦは３３．１乃至５３．８質量％であり、ＡｌＦ3は４１．２乃至５３．１質量％であり、ＭｇＦ2は０．８乃至１５．０質量％である。
【００６０】
また、ＳｒＦ2を使用した場合、他の成分であるＫＦ及びＡｌＦ3の割合は、夫々２８.５質量％以上、２５.５質量％以上必要であり、ＫＦの含有量が２８.５質量％未満、ＡｌＦ3の含有量が２５.５質量％未満では、フラックスの融点が高くなり、低温ろう付に適さない。また、ＫＦの含有量が５４．５質量％を超え、ＡｌＦ3の含有量が５３．１質量％を超えると、同様に、フラックスの融点が高くなってしまい、低温ろう付に適さない。従って、ＫＦの含有量は２８．５乃至５４．５質量％とし、ＡｌＦ3の含有量は２５．５乃至５３．１質量％とし、ＳｒＦ2の含有量は０．５乃至２０．０質量％とする。より好ましくは、ＫＦは３３．１乃至５４．０質量％であり、ＡｌＦ3は３６．０乃至５３．１質量％であり、ＳｒＦ2は１．０乃至１５．０質量％である。
【００６１】
本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックスは、上述の範囲で各成分の粉末の混合物をフラックスとして使用するものである。本発明のフラックスを水又はアルコール等の液体中に懸濁させてから加熱することにより、５６０℃以下のろう付温度でろう付することができるものである。
【００６２】
また、Ｋ2ＣＯ3は水に対してある程度の溶解度をもつ。このため、本発明においては、ろう付前、被ろう付材の接合面にフラックスを塗布するために、水を使用するのであれば、予め水溶液中にＫ2ＣＯ3を溶解しておき、Ｋ2ＣＯ3以外の本発明で規定する物質をこの溶液に分散させて塗布し、乾燥させた後、本発明の特許請求の範囲に規定した組成となるようにして、ろう付することもできる。このような塗布方法を使用した場合でも、ろう付前のフラックスはＫ2ＣＯ3を他のフッ化物と混合して水溶液に懸濁させた場合と変わらず、ろう付に及ぼす影響は認められない。
【００６３】
更に、本発明に係るフラックスは、ＫＦ及びＡｌＦ3の複合フッ化物であるＫ3ＡｌＦ6又はＫＡｌＦ4をフラックスの原料として使用した場合でも、ろう付に変化がない。
【００６４】
【実施例】
以下、本発明の範囲に入るろう付材及びアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付用フラックスの実施例について、アルミニウム合金板のろう付け性を比較例と比較して具体的に説明する。図１はろう付け継手を示す模式図である。
【００６５】
第１実施例
下記表１に示す組成を有するアルミニウム合金を溶解し、非酸化性雰囲気中でのアトマイズ法により製造した。なお、ボールミル等による粉砕法により作製することもできる。
【００６６】
次に、種々の粒径に分級し粉末ろう付材として供試した。そして、下記表２に示すフラックスを混合し、ボールミルで粉砕後に供試した。粉末ろう材とフラックスとの混合にはペースト状にするため分散液として、イオン交換水を使用し濃度は２０％とし、粉末ろう材とフラックスとの混合比には下記表３に示す重量比のろう付材を作製した。なお、イオン交換水の代わりにエチルアルコールを使用することもできる。
【００６７】
次に、試験片として、ＪＩＳ  Ｈ４０００に規定されている板厚が１ｍｍ、幅が２０ｍｍ、長さが６０ｍｍのＡ３００３材を使用した。図１に示すように、２枚の試験片１を使用して、１枚を幅方向を水平にし、残りの１枚を水平にした試験片１の上に幅方向に垂直にして逆Ｔ字形状に配置し、これら試験片１の接合部に１枚当たり１乃至２ｇのろう付材２を塗布した。そして、窒素ガス雰囲気中で５７０℃の温度で５分間加熱してろう付け加熱試験を行った。その後、試験片１の外観及び断面のフィレット形成状況について評価した。
【００６８】
フィレット形状はＪＩＳ  Ｚ３２６３（１９８０）に規定されるＢＡ１２ＰＣを使用し、非腐食性フラックスにはノコロック（商標名）フラックスを使用して６０５℃でろう付けした場合を基準とした。
【００６９】
更に、ＣＡＳＳ試験による耐食性評価を行いフィレット部の優先腐食を評価した。
【００７０】
フィレット形成状況の評価は、基準と同程度のものをＡとし、若干劣るものをＢとし、ろう付けは可能であるがフィレット形成が不安定なものをＣとした。
【００７１】
ろう付けの外観の評価については、フラックス残渣も少なく清浄な表面を有するものをＡとし、若干のフラックス残渣又は変色が認められるものをＢとし、フラックスの残渣が固形状で認められ表面がざらついているもの又は黒変化して表面の汚いものをＣとした。
【００７２】
フィレット部の優先腐食を評価は、フィレット部の優先腐食性が認められないものを○とし、フィレット部が若干腐食傾向にあるが、貫通に至らない程度のものを△とし、優先腐食により貫通腐食に至るものを×とした。これらの結果を表４に示す。
【００７３】
なお、表４中で「―」は評価ができなかったものを示す。
【００７４】
【表１】
0003765707.tif 000002
【００７５】
【表２】
0003765707.tif 000003
【００７６】
【表３】
0003765707.tif 000004
【００７７】
【表４】
0003765707.tif 000005
【００７８】
上記表４に示すように、本発明の範囲に入る実施例No.１乃至１２は５７０℃以下でのろう付け性及びフィレット部の耐食性が優れるものであった。一方、比較例１３乃至１９はろう付け性及びフィレット部の耐食性について良好な結果を得ることができなかった。
【００７９】
比較例No.１３はＳｉの含有量が本発明の範囲未満であるため、５７０℃でろう付けすることができなかった。
【００８０】
比較例No.１４はＳｉの含有量が本発明の範囲を超えるため、５７０℃でろう付けがすることができなかった。
【００８１】
比較例No.１５はＮｉの含有量が本発明の範囲未満であるため、試験片と試験片との接合部の濡れ性が低下しフィレットは形成されるものの不安定であった。
【００８２】
比較例No.１６はＮｉの含有量が本発明の範囲を超えるため、試験片と試験片との接合部の濡れ性が低下しフィレットは形成されるものの不安定であった。
【００８３】
比較例No.１７はフラックスが含有されていないため、試験片と試験片との接合部の表面に形成されている酸化皮膜を破壊することができず、５７０℃でろう付けできなかった。
【００８４】
比較例No.１８はフラックスの含有量が本発明の範囲を超えているため、ろう付け性能は良好であるものの、フラックス残渣により表面清浄が汚く、ろう付け製品として不適当であると判断した。
【００８５】
比較例No.１９はＺｎの含有量が本発明の範囲を超えているため、フィレット部の優先腐食により貫通してしまった。
【００８６】
比較例No.２０はＣｕの含有量が本発明の範囲未満であるため、５７０℃でろう付することができなかった。
【００８７】
比較例No.２１はＣｕとＺｎとの含有量の総量が本発明の範囲未満であるため、５７０℃でろう付することができなかった。
【００８８】
比較例No.２２はＺｎの含有量が本発明の範囲未満であるため、５７０℃でろう付することができなかった。
【００８９】
比較例No.２３はフラックスの組成が本発明の範囲から外れるので、５７０℃でろう付することができなかった。
【００９０】
第２実施例
本発明の範囲に入る組成を有するフラックス（実施例No.１乃至３）を作製した。また、比較材（比較例No.１）として、特公昭６０−４６２８０号公報に記載されたフラックスの組成のうち、最も低い温度で融解する組成を有するフラックスを使用した。実施例No.１のフラックスの組成は４５．２質量％ＫＦ−５３．０質量％ＡｌＦ3−１．８質量％Ｋ2ＣＯ3であり、実施例No.２の組成は４６．１質量％ＫＦ−５３．１質量％ＡｌＦ3−０．８質量％ＭｇＦ2であり、実施例No.３の組成は４４．７質量％ＫＦ−５２．８質量％ＡｌＦ3−２．５質量％ＳｒＦ2である。また、比較例No.１のフラックスの組成は、４６．８質量％ＫＦ−５３．２質量％ＡｌＦ3である。
【００９１】
図２は間隙充填ろう付試験における試験材の形状及び配置を示す斜視図である。実施例及び比較例について、間隙充填ろう付試験を行い、ろう付性を評価した。図２に示すように、間隙充填ろう付試験においては、板幅方向を水平にした第２の試験材４の上に円柱状のスペーサ５をその高さ方向と試験材４の板幅方向とを平行にして配置されている。そして、第１の試験材３をその板幅方向を試験材４の上面に対して垂直にし、スペーサ５が所定の位置となるようにして試験材４の上に配置されている。なお、第１の試験材３が倒れないように、ワイヤ１０で第２の試験材４に固定されている。
【００９２】
このろう付試験においては、試験材３として、ブレージングシートを使用した。このブレージングシートの心材及び母材にＪＩＳ  ３００３相当材を使用し、ろう材に５５０℃以下の温度で溶融が開始するように、Ａｌ−７．５質量％Ｓｉ−４．０質量％Ｃｕ−４．０質量％Ｚｎ−２．０質量％Ｎｉの組成を有するアルミニウム合金を使用した。ブレージングシートの板厚は２．０ｍｍであり、心材の両面にブレージングシートの板厚に対して５％づつの割合でろう材がクラッドされている。
【００９３】
また、第１の試験材３は板幅が２５ｍｍ、板の長さが５５ｍｍであり、第２の試験材４はＪＩＳ３００３相当材を使用し、板幅は２５ｍｍ、板の長さは６０ｍｍである。スペーサ５はＳＵＳ３０４からなり、その直径は４ｍｍである。
【００９４】
フラックスは水に対して質量比で１０質量％となるように懸濁させたものを使用し、これをスプレーで試験材３、４の表面全体に約５ｇ／ｍ2となるように塗布し乾燥させた。
【００９５】
その後、ろう付試験は酸素濃度を２００質量ｐｐｍ以下にし、露点を−４０℃以下にした窒素雰囲気中で赤外線加熱炉により加熱し、ろう付してなされる。加熱温度は５１０乃至５９０℃とし、温度範囲における目標温度での加熱保持時間は２分とした。図３はろう付後のろう材の充填長さＦLを示す模式図である。ろう付後、第１の試験材３と第２の試験材４との間に形成された接合部６における材の充填長さＦLを測定した。ろう付試験において、充填長さＦLが３０ｍｍ以上であれば、十分実用に耐えるものである。図４は横軸にろう付保持温度をとり、縦軸に充填長さをとってフラックスのろう付性を示すグラフ図、図５は横軸にろう付保持温度をとり、縦軸に充填長さをとってフラックスのろう付性を示すグラフ図である。図４中、○は実施例No.１を示し、●は比較例No.１を示す。図５中、○は実施例No.２を示し、△は実施利No.３を示し、●は比較例No.１を示す。この結果を図４及び図５に示す。
【００９６】
図４及び５に示すように、実施例No.１乃至３は、ろう付保持温度が５６０℃未満であっても、充填長さが３０ｍｍを超えており、十分に実用に耐えうるものであった。一方、比較例No.１は実用に耐えうるにはろう付け温度が５６０℃以上でなければならなかった。
【００９７】
第３実施例
下記表５乃至８に示す組成のフラックスを使用して、ろう付加熱温度を５５０℃とし、それ以外は第２実施例と同じ条件で間隙充填ろう付試験を行い、充填長さを測定した。ろう付試験の評価は充填長さが３０ｍｍ以上のものを○とし、充填長さが１０ｍｍ以上３０ｍｍ未満のものを△とし、充填長さが１０ｍｍ未満のものを×とした。ＫＦ、ＡｌＦ3及びＫ2ＣＯ3からなるフラックスの結果を表５及び６に示す。また、ＫＦ、ＡｌＦ3及びＭｇＦ2からなるフラックスの結果を表７に示す。更に、ＫＦ、ＡｌＦ3及びＳｒＦ2からなるフラックスの結果を表８に示す。
【００９８】
【表５】
0003765707.tif 000006
【００９９】
【表６】
0003765707.tif 000007
【０１００】
上記表５及び６に示すように、実施例No.１乃至２０は充填長さが長く、十分実用に耐えうるものであった。特に、実施例No.３乃至８及び１３及び１７はフラックスの組成が好ましい範囲にあるので、充填長さが長く評価が良好であった。
【０１０１】
一方、比較例No.５７はＫ2ＣＯ3が含有されていないので、充填長さが短く評価も悪く、実用に耐えうるものではなかった。比較例No.５８、５９及び６３はＫ2ＣＯ3の含有量が本発明の下限値未満であるので、充填長さが短く評価も悪い。比較例No.６０及び６１はＫＦ及びＫ2ＣＯ3の含有量が本発明の下限値未満であるので、充填長さが短く評価も悪い。比較例No.６２はＡｌＦ3の含有量が本発明の上限値を超え、Ｋ2ＣＯ3の含有量が本発明の下限値未満であるので、充填長さが短く評価も悪い。比較例No.６４及び６５はＡｌＦ3及びＫ2ＣＯ3の含有量が本発明の下限値未満であるので、充填長さが短く評価も悪い。
【０１０２】
【表７】
0003765707.tif 000008
【０１０３】
上記表７に示すように、実施例No.２１乃至３９はろう付温度が５５０℃であっても、充填長さが長く、その評価も十分実用に耐えうるものであった。特に、実施例No.２２乃至２８及び３２乃至３６は好ましい範囲にあるので、充填長さが更に長く、その評価は良好であった。
【０１０４】
一歩、比較例No.６６はＭｇＦ2を含有していないので、５５０℃のろう付温度では充填長さが短くなり、その評価が悪く十分に実用に耐えうることができなかった。比較例No.６７及び６９はＡｌＦ3の含有量が本発明の上限値を超え、ＭｇＦ2の含有量が本発明の下限値未満であるので、充填長さが短くなり、その評価が悪い。比較例No.６８はＫＦの含有量が本発明の下限値未満であり、ＭｇＦ2の含有量が本発明の上限値を超えているので、充填長さが短くなり、その評価が悪い。比較例No.７０はＡｌＦ3の含有量が本発明の下限値未満であるので、充填長さが短くなり、その評価が悪い。
【０１０５】
【表８】
0003765707.tif 000009
【０１０６】
上記表８に示すように、実施例No.４０乃至５６は５５０℃のろう付温度であっても、充填長さが長く、十分に実用に耐えうるろう付をすることができた。特に、実施例No.４１乃至４６及び５０乃至５４はフラックスの組成が好ましい範囲にあるため、ろう付温度が５５０℃であっても、ろう付試験の評価が良好なものであった。
【０１０７】
一方、比較例No.７１はフラックスにＳｒＦ2が含有されていないので、充填長さが短くなり、５５０℃のろう付温度では十分なろう付をすることができなかった。比較例No.７２及び７５はＡｌＦ3の含有量が本発明の上限値を超え、ＳｒＦ2の含有量が本発明の下限値未満であるので、充填長さが短くなり、その評価が悪い。比較例No.７３はＳｒＦ2の含有量が本発明の下限値未満であるので、充填長さが短くなり、その評価が悪い。比較例No.７４はＫＦの含有量が本発明の下限値未満であり、ＳｒＦ2の含有量が本発明の上限値を超えているので、充填長さが短くなり、その評価が悪い。比較例No.７６はＡｌＦ3の含有量が本発明の下限値未満であり、ＳｒＦ2の含有量が本発明の上限値を超えているので、充填長さが短くなり、その評価が悪い。
【０１０８】
第４実施例
ＫＦ及びＡｌＦ3の含有量が同じで、フラックスの原料構成が異なる下記表９及び１０に示す組成の各フラックスを使用し、第３実施例と同じ試験条件で間隙充填ろう付試験を行い、充填長さを測定した。なお、本実施例のフラックスには、フラックスの原材料のフッ化物としてＫＦ及びＡｌＦ3を使用し、また、フラックスの原材料のフッ化物としてフッ化物の全量をＫＦ及びＡｌＦ3の代わりに複合フッ化物であるＫＦ及びＡｌＦ3を使用した。その結果を表９及び１０に示す。表９及び１０中で「−」はその元素が添加されていないことを示す。
【０１０９】
【表９】
0003765707.tif 000010
【０１１０】
上記表９に示すように、実施例No.１のフッ化物を実施例No.２のように、複合フッ化物に置き換えてフラックスを作製しても、充填長さは３０ｍｍを超え、十分実用に耐えることができるものであった。
【０１１１】
【表１０】
0003765707.tif 000011
【０１１２】
上記表１０に示すように、実施例No.３及び５のフッ化物を実施例No.４及び６のように、複合フッ化物に置き換えてフラックスを作製しても、充填長さは３０ｍｍを超え、十分実用に耐えることができるものであった。
【０１１３】
第５実施例
下記表１１に示す組成が同一のフラックスを使用し、フラックスの塗布形態を変えて第３実施例と同じ条件で間隙充填ろう付試験をし、充填長さを測定した。
【０１１４】
なお、実施例No.１はフラックスの各成分を混合した後、第１の試験材の接合面に塗布したものである。実施例No.２及び３はＫ2ＣＯ3を予め水及びエチルアルコールに溶解させておき、溶解液を第１の試験材の接合面に塗布し、乾燥させた後、ＫＦ、ＡｌＦ3及びＫ2ＣＯ3の含有量が実施例No.１と同じになるようにＫＦ及びＡｌＦ3を接合面に塗布したものである。この３つの実施例について比較した。この結果を表１１に示す。
【０１１５】
【表１１】
0003765707.tif 000012
【０１１６】
上記表１１に示すように、実施例No.１乃至３ではフラックスの塗布形態によらず、充填長さが長く、その長さが３０ｍｍを超え、十分に実用に耐えうるろう付をすることができた。
【０１１７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明においては、ろう材の組成及び非腐食性フラックスの組成を規定することにより、５７０℃以下でろう付性が優れ、簡便で必要最低量のろう付材の供給によりろう付け接合をすることができる。また、非腐食性のフラックスを使用するため、腐食防止のための後洗浄も不要である。従って、自動車用熱交換器材等の大型で、ろう付け部位により昇温速度が異なる部材における昇温の遅い接合部又はヘッダとパイプとの接合部等の複雑な形状でブレージングシートが適用し難い部位に適用することができる。
【０１１８】
更に、ろう材組成と非腐食性フラックスとの混合比及びろう材の平均粒径を規定することにより、より一層５７０℃以下でろう付性が優れ、簡便で必要最低量のろう付材の供給によりろう付け接合をすることができる。
【０１１９】
また、本発明のフラックスにおいては、フラックスの組成を適切に規定しているので、アルミニウム又はアルミニウム合金材をろう付する場合に、ろう付温度を５６０℃以下５３０℃以上とすることができる。このため、ろう付に使用されるろう材及び心材に適用されるアルミニウム又はアルミニウム合金材の融点による制限が緩和され、多くのアルミニウム又はアルミニウム合金材をろう付の心材として使用することができる。
【０１２０】
また、本発明のフラックスを使用したろう付によれば、ろう付温度を５３０℃以下にすることを可能とすることができるものであり、ろう付時の昇温時間を短縮でき、加熱エネルギを減少、ひいては加熱コスト及び加熱設備の設置費用又は加熱設備の損傷に対する修理コスト等を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ろう付け継手を示す模式図である。
【図２】間隙充填ろう付試験における試験材の形状及び配置を示す斜視図である。
【図３】ろう付後のろう材の充填長さＦLを示す模式図である。
【図４】横軸にろう付保持温度をとり、縦軸に充填長さをとってフラックスのろう付性を示すグラフ図である。
【図５】横軸にろう付保持温度をとり、縦軸に充填長さをとってフラックスのろう付性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１；試験片
２；ろう付材
３、４；試験材
５；スペーサ
６；接合部
１０；ワイヤ
【図１】
0003765707.tif 000013
【図２】
0003765707.tif 000014
【図３】
0003765707.tif 000015
【図４】
0003765707.tif 000016
【図５】
0003765707.tif 000017