JP2004050278A

JP2004050278A - Flux and filler metal for brazing magnesium alloy and its brazing method

Info

Publication number: JP2004050278A
Application number: JP2002214753A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Watanabe; 渡辺　健彦
Original assignee: NIIGATA TLO KK; Niigata TLO Corp
Current assignee: NIIGATA TLO KK; Niigata TLO Corp
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: JP3888537B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flux and a filler metal that enable a magnesium alloy to be brazed at temperatures approximately 440-500°C. <P>SOLUTION: The brazing is achieved by providing a flux which has 40-75 wt% calcium chloride (CaCl<SB>2</SB>) as the main component, with 10-30 wt% sodium chloride (NaCl) and 5-30 wt% Lithium chloride (LiCl) contained, which is blended to have a melting temperature of approximately 440-500°C, and which enables a magnesium oxide film to be removed by reduction, and by providing the filler metal which has 50-70 wt% indium (In), 20-50 wt% magnesium (Mg) and 0-10 wt% zinc (Zn) as the main component and which has a melting point of 500°C or below. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は，各種のマグネシウム合金を大気中でろう付けするためのフラックスとろう材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウムおよびマグネシウム合金の表面は非常に酸化しやすく，安定な酸化マグネシウム皮膜（ＭｇＯ）で覆われている。そのため，そのろう付けは簡単ではなく，ろう付けはほとんど行われていない。従来，文献（Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　Ｖｏｌ．３，８ｔｈ　Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，および、ろう接便覧、産報、１９６７）に記載されているマグネシウム合金ろう付け用のフラックスとろう材はそれぞれ表１と表２に示す通りである。
【０００３】
ろう付けが必要とされる展伸材としてのマグネシウム合金ＡＺ３１Ｂ（３ｗｔ％Ａｌ−１ｗｔ％Ｚｎで残りはＭｇ）板を用いて，表１と表２に示されるフラックスとろう材を種々組み合わせてろう付けを行ったが，ろう材は濡れず，さらにマグネシウム合金板が部分溶融を起こし，現状では，マグネシウム合金のろう付けは難しい状態にある。
【０００４】
すなわち，従来考えられているフラックスは酸化マグネシウム皮膜を還元除去する能力が不十分であること，および，ろう材の融点が約５７０℃〜６００℃と高く，マグネシウム合金（たとえば，ＡＺ３１Ｂ合金の固相線：５７５℃，液相線：６３０℃）の融点に近いために，マグネシウム合金がろう付けによって部分的に溶融を起したり，損傷劣化するという問題がある。
【０００５】
【表１】

【０００６】
【表２】

【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は，大気中においてマグネシウム合金を４５０℃〜５００℃の比較的低温度でろう付することができる，フラックスとろう材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は，酸化マグネシウム皮膜の還元除去が可能である塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）を多量に含有し，溶融温度が約４４０℃〜約５００℃の低温度になるように成分配合したフラックス，および，融点が５００℃以下のろう材を開発することによって解決される。
【０００９】
すなわち，４０重量％から７５重量％の塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）を主成分とし，１０重量％から３０重量％の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ），　および５重量％から３０重量％の塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を含有するフラックス，および，５０重量％から７０重量％のインジュウム（Ｉｎ）と２０重量％から５０重量％のマグネシウム（Ｍｇ）および０重量％から１０重量％の亜鉛（Ｚｎ）を主成分とするろう材を提供することによって解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
発明した粉末状フラックスをそのまま，　あるいはアルコールで溶いて，接合面に塗布する。ろう材は適当な大きさの形状に切り出して接合面に挿入し，大気中で加熱することによって接合がなされる。
【００１１】
【実施例】
発明したフラックスの組成は，塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）と塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）および塩化リチウム（ＬｉＣｌ）の三元系の組成となるように調整する。この際、好ましくは三元系の共晶組成にするのがよい。すなわち，請求項に示された組成の範囲すなわち４０重量％から７５重量％の塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）を主成分として、１０重量％から３０重量％の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ），　及び５重量％から３０重量％の塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を添加することにより，　フラックスの溶融温度をろう付けに好適な約４４０℃〜約５００℃に調整する。一例として実測値を示すと，６１．３重量％の塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２），１６．４重量％の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）および２２．３重量％の塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を混合したフラックスは，その溶融温度は約４４０℃となる。
【００１２】
また，ろう付け時のフラックスの作用効果においては，上記組成範囲に調整したフラックスでは，ほとんど差異はなかった。次に発明したろう材の組成の一例と溶融温度（液相線）を表３に示す。この表３にはろう材に適当なろう付け温度と継ぎ手強さも示してある。このろう材の組成のうち，亜鉛（Ｚｎ）の添加量を多くすれば，ろう材の溶融温度は低下するが，フラックスの溶融温度の関係から，上限は約１０重量％とするのが良い。
【００１３】
上記のフラックスとろう材を用いて，板厚１ｍｍのマグネシウム合金ＡＺ３１Ｂ板（幅１０ｍｍ×長さ３０ｍｍ）２枚を十字の形に重ね合わせてろう付けをした。毎秒１０℃の加熱速度で所定のろう付け温度まで加熱して，３０秒間保持してろう付けした。ろう付けされた十字重ね継ぎ手を十字引張ジグに取り付けて引張はがし試験を行い，引き剥がし荷重を継ぎ手強さとした。その継ぎ手強さを表３に示す。
【００１４】
【表３】

【００１５】
表３からわかるように，発明したろう材の溶融温度は４３５℃〜４７０℃であり，当初の目標どおり５００℃以下でろう付けが可能になった。また，継ぎ手の強さも表３に示す値で十分であり，特に表３のろう材１による継ぎ手は母材部で破断して，母材の強さ以上の強い継ぎ手が得られる。亜鉛の添加量を調整することによって溶融温度を調整でき，溶融温度を下げることができるが，反面，継手の強さは低下する。
【００１６】
図１には，走査電子顕微鏡によるろう付け部の断面組織写真と元素分布を示す。発明したフラックスと表３に示すろう材２を用いて，ＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板を４６０℃でろう付けした場合の，　ろう付け部の断面組織の走査電子顕微鏡像（左上）とマグネシウム（Ｍｇ，　左下），亜鉛（Ｚｎ，　右上）とインジウム（Ｉｎ，　右下）の元素分布像を示す。ろう付け部の断面組織写真において，中央の灰色部はろう層部であり，上下の黒い箇所はマグネシウム合金母材部である。両母材が良くろう付けされていることが分かる。また，ろう層部における　Ｍｇ，ＺｎとＩｎの分布を見ると，偏析もなくほぼ均一に分布しており，良くろう付けされていることが分かる。
【００１７】
なお請求項に示すように配合量を５０重量％から７０重量％の重量範囲のインジュウム（Ｉｎ）と、２０重量％から５０重量％の重量範囲のマグネシウム（Ｍｇ）と０重量％から１０重量％の重量範囲の亜鉛（Ｚｎ）に調整したろう材でもほぼ同等の効果を得た。
【００１８】
【発明の効果】
上記の説明のように，本発明による４０重量％から７５重量％の塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）を主成分とし，１０重量％から３０重量％の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）および５重量％から３０重量％の塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を含有するフラックス，および，５０重量％から７０重量％のインジュウム（Ｉｎ）と２０重量％から５０重量％のマグネシウム（Ｍｇ）および０重量％から１０重量％の亜鉛（Ｚｎ）を主成分とするろう材を用いることによって，展伸マグネシウム合金材を大気中でろう付けすることが可能となり，　接合部の強さも初期の目的に達する十分な強さを有するろう付け継ぎ手が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ろう付け部の走査電子顕微鏡による断面組織写真と元素分布[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a flux and a brazing material for brazing various magnesium alloys in the atmosphere.
[0002]
[Prior art]
The surfaces of magnesium and magnesium alloys are very easily oxidized and are covered with a stable magnesium oxide film (MgO). Therefore, the brazing is not easy and brazing is rarely performed. Conventionally, fluxes and brazing filler metals for brazing magnesium alloys described in the literature (Welding Handbook Vol. 3, 8th Edition, American Welding Society, and Brazing Handbook, Production Report, 1967) are shown in Tables 1 and 2, respectively. As shown in FIG.
[0003]
Using a magnesium alloy AZ31B (3 wt% Al-1 wt% Zn, the remainder being Mg) plate as a wrought material that requires brazing, various combinations of fluxes and brazing materials shown in Tables 1 and 2 will be used. Although brazing was performed, the brazing material did not get wet and the magnesium alloy plate partially melted. At present, it is difficult to braze magnesium alloy.
[0004]
That is, the flux considered conventionally has insufficient ability to reduce and remove the magnesium oxide film, and the melting point of the brazing material is as high as about 570 ° C. to 600 ° C., and the magnesium alloy (for example, the solid phase of AZ31B alloy) (Line: 575 ° C., liquidus: 630 ° C.), there is a problem that the magnesium alloy is partially melted or damaged by brazing.
[0005]
[Table 1]

[0006]
[Table 2]

[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a flux and a brazing material that can braze a magnesium alloy at a relatively low temperature of 450 ° C. to 500 ° C. in the atmosphere.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The above-mentioned problems include a flux containing a large amount of calcium chloride (CaCl ₂ ) capable of reducing and removing a magnesium oxide film, and a component blended so that the melting temperature is as low as about 440 ° C. to about 500 ° C., and The problem can be solved by developing a brazing material having a melting point of 500 ° C. or less.
[0009]
That is, 40% to 75% by weight of calcium chloride (CaCl ₂ ) as a main component, 10% to 30% by weight of sodium chloride (NaCl), and 5% to 30% by weight of lithium chloride (LiCl). The flux contained will be based on 50% to 70% by weight of indium (In), 20% to 50% by weight of magnesium (Mg) and 0% to 10% by weight of zinc (Zn). It is solved by providing materials.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invented powdered flux is applied as it is or dissolved in alcohol and applied to the joint surface. The brazing material is cut into an appropriate size, inserted into the joining surface, and heated to be joined in the atmosphere.
[0011]
【Example】
The composition of the invented flux is adjusted to be a ternary composition of calcium chloride (CaCl ₂ ), sodium chloride (NaCl) and lithium chloride (LiCl). At this time, a ternary eutectic composition is preferably used. That is, the composition ranges indicated in the claims, ie, 40% to 75% by weight of calcium chloride (CaCl ₂ ) as a main component, 10% to 30% by weight of sodium chloride (NaCl), and 5% by weight to The melting temperature of the flux is adjusted to about 440 ° C. to about 500 ° C. suitable for brazing by adding 30% by weight of lithium chloride (LiCl). As an example, measured values show that a flux obtained by mixing 61.3% by weight of calcium chloride (CaCl ₂ ), 16.4% by weight of sodium chloride (NaCl) and 22.3% by weight of lithium chloride (LiCl) is: Its melting temperature is about 440 ° C.
[0012]
There was almost no difference in the effect of the flux during brazing with the flux adjusted to the above composition range. Next, an example of the composition of the brazing material invented and the melting temperature (liquidus) are shown in Table 3. Table 3 also shows the appropriate brazing temperature and joint strength for the brazing material. If the amount of zinc (Zn) is increased in the composition of the brazing filler metal, the melting temperature of the brazing filler metal decreases, but the upper limit is preferably about 10% by weight in view of the melting temperature of the flux.
[0013]
Using the above flux and brazing material, two magnesium alloy AZ31B plates (width 10 mm x length 30 mm) having a thickness of 1 mm were overlapped in a cross shape and brazed. It was heated to a predetermined brazing temperature at a heating rate of 10 ° C. per second, and held for 30 seconds for brazing. The brazed cross-lap joint was attached to a cross tension jig to perform a tensile peel test, and the peeling load was defined as the joint strength. Table 3 shows the joint strength.
[0014]
[Table 3]

[0015]
As can be seen from Table 3, the melting temperature of the invented brazing material was 435 ° C. to 470 ° C., and brazing was possible at 500 ° C. or less as originally intended. Also, the strength of the joint shown in Table 3 is sufficient. Particularly, the joint made of the brazing material 1 shown in Table 3 breaks at the base material, and a strong joint having a strength equal to or greater than the strength of the base material is obtained. By adjusting the amount of zinc added, the melting temperature can be adjusted and the melting temperature can be lowered, but the strength of the joint decreases.
[0016]
FIG. 1 shows a cross-sectional structure photograph and the element distribution of the brazed part by a scanning electron microscope. Scanning electron microscope image (upper left) and magnesium (Mg, lower left) of the cross-sectional structure of the brazed part when AZ31B magnesium alloy plate is brazed at 460 ° C using the invented flux and brazing material 2 shown in Table 3. 2 shows element distribution images of, zinc (Zn, upper right) and indium (In, lower right). In the cross-sectional structure photograph of the brazed part, the gray part at the center is the brazing layer part, and the black parts at the top and bottom are the magnesium alloy base material part. It can be seen that both base materials are well brazed. Also, the distribution of Mg, Zn and In in the brazing layer portion shows that they are distributed almost uniformly without segregation, and are well brazed.
[0017]
As shown in the claims, the amount of indium (In) in the range of 50 to 70% by weight, magnesium (Mg) in the range of 20 to 50% by weight, and 0 to 10% by weight. Almost the same effect was obtained with a brazing material adjusted to zinc (Zn) in the weight range of.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, 40% to 75% by weight of calcium chloride (CaCl ₂ ) according to the present invention as a main component, 10% to 30% by weight of sodium chloride (NaCl) and 5% to 30% by weight. And 50% to 70% by weight of indium (In), 20% to 50% by weight of magnesium (Mg), and 0% to 10% by weight of zinc (Zn). ) Makes it possible to braze the wrought magnesium alloy material in the air, and the brazing joint has sufficient strength to reach the initial purpose. can get.
[Brief description of the drawings]
Fig. 1 Cross-sectional structure photograph and element distribution of the brazed part by scanning electron microscope

Claims

40 to 75% by weight of calcium chloride (CaCl ₂ ) as a main component, containing 10 to 30% by weight of sodium chloride (NaCl) and 5 to 30% by weight of lithium chloride (LiCl); Flux for brazing magnesium alloy.

A brazing filler metal for a magnesium alloy, comprising 50% to 70% by weight of indium (In), 20% to 50% by weight of magnesium (Mg), and 0% to 10% by weight of zinc (Zn).

A brazing method of a magnesium alloy, wherein the brazing material according to claim 2 and the flux according to claim 1 are used in combination.