JP2006150449A - アルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】加工性に優れ、５３０〜５６０℃のろう付け温度でアルミニウム合金鋳物のろう付けが可能となるとともに、接合後のフィレットとろう付けの対象となるアルミニウム合金との電位差を小さくし、ろう付け後に接触腐食を起き難いろう材ワイヤを提供する。
【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材のクラッド材から構築された中空の鞘と、当該鞘内に充填されたフッ化セシウムを含むフッ化物系非腐食性フラックス粉末とで構成する。さらに接合後のフィレットの自然電極電位を下げるＺｎを含ませる。
鞘を構築するクラッド材は、Ｓｉ含有量が５〜１５質量％のＡｌ−Ｓｉ系合金板と、鞘全体の質量に対するＣｕの質量が２２〜３７質量％に相当するＣｕ板から構成し、接合後のフィレットの自然電極電位を下げるＺｎを前記Ａｌ−Ｓｉ系合金板かＣｕ板の何れかに含ませておくことが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金をろう付けする際に用いるろう材ワイヤであって、アルミニウム合金製の鞘の中にフラックスを充填したアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤに関する。

一般に、鋳物製品等にはアルミニウム−珪素系の合金（Ａｌ−Ｓｉ系合金）が用いられている。このＡｌ−Ｓｉ系合金は、純アルミニウムに比べて融点が低く、鋳型によって複雑な形状の部品製作が可能なため、例えば、ピストン，シリンダーヘッド等の用途に用いられている。また、灰色系の発色を活かして建築パネル等の用途等にも使用されている。
これらの用途に用いるに当っても、複数の鋳物部品を組合せて接合して使用している。そして、アルミニウム合金鋳物部品の接合方法としても種々の手段があるが、接合面が複雑であったり気密性を必要としたりする場合には、ろう付け法が重用されている。

アルミニウム材のろう付け法としては、フッ化カリウム系非腐食性フラックス（通称「ノコロック」（登録商標名））とＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いる方法が広く知られている。
この「ノコロック」はＫＦとＡｌＦ₃の共晶組成を有するフラックスを使用しており、その共晶点は５６０〜５７０℃である。また、ろう材として用いるＪＩＳ Ａ４０４５やＡ４０４７のＡｌ−Ｓｉ系合金の融点は５７７℃である。このため、上記ろう付け法では、ろう材の融点よりも約３０℃高い６００℃程度まで加熱してろう付けを行っている。
この加熱により、融解したフッ化カリウム系フラックスによってアルミニウム材表面の酸化皮膜が溶解除去されるとともに、ろう材との濡れ性が極めて良くなり、融解されたろう材の流動拡散が助長される。接合部同士の接する部分へ流動したろう材がすみ肉（フィレット）を形成して被ろう付け部材を接合する。

ところが、被ろう付け材がアルミニウム合金鋳物部品の場合、接合の対象部材がろう材と同じ系統のＡｌ−Ｓｉ系合金である場合が多い。このため、フッ化カリウム系フラックスを用いた際のろう付け温度６００℃では、接合対象の部品そのものが融解して製品形状を保てなくなる等の問題が生じてくる。
このろう付け温度の問題は、ろう付け温度をアルミニウム合金の融点よりも低くすることで解決できるので、従来から、ろう材の低融点化、及びフラックスの低融点化の対策が講じられている。

フラックスに関しては、フッ化カリウム系フラックスよりも融点の低いフッ化セシウム系の非腐食性フラックスが開発されている。
一方、低融点ろう材としては融点が４８０℃前後のＺｎ−Ａｌ系合金が古くから知られている。しかしながら、Ａｌ−Ｓｉ系合金に比べてろうの流動性が悪く、フィレットの耐食性の劣ることから、近年では、融点５２０〜５５０℃のＡｌ−Ｃｕ系合金ろう材の開発が報告されている。
また、ろう付け接合部へのフラックスとろう材の供給方式として、作業効率改善のためにフラックスを内包又は含有したろう材ワイヤが提案されている。

例えば、非特許文献１で、ろう付け用アルミニウム合金材（ＪＩＳ Ａ４０４７）を鞘にして、その芯に「ノコロック」フラックス或いはフッ化セシウム系非腐食性フラックスを充填したコアードワイヤが提案されている。
また特許文献１では、アルミニウム材又はその合金（ＪＩＳ Ａ１０００系）を鞘にして、「ノコロック」フラックス或いはフッ化セシウム系非腐食性フラックスに銅，珪素，亜鉛等の金属粉末を所定の比率で混合し、前記鞘の芯に充填したろう材ワイヤが提案されている。
さらに、特許文献２には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元合金組成を得るための各金属粉末とフッ化セシウム含有フッ化物系非腐食性フラックス粉末をアルミニウム缶に封入し、真空下で４００℃に加熱してプレスした固形物を押出して線材化したフラックス含有アルミニウム合金ろう材を製造することが記載されている。
「工業材料」，日刊工業新聞社出版，2003年6月号（Vol.51，No.6）p.90‐91 米国特許第５４１８０７２号明細書 特開平８−１６４４９２号公報

しかしながら、非特許文献１で提案されたろう材ワイヤも、ろう材として融点が５７７℃のＡ４０４７合金が使用されているために、ろう付け温度は６００℃程度である。このため融点が６００℃よりも低いアルミニウム合金鋳物のろう付けには使用できない。
また、特許文献１で提案されたろう付けワイヤでは、鞘に充填する金属粉末として銅を選べば融点が５５０℃前後の合金組成となり、５７０℃程度の温度でのろう付けが可能になるが、融点が５７０℃よりも低い鋳物のろう付けには使用できない。より広範囲の鋳物合金に適用させるためには、銅と珪素等の複数金属の混合粉末を充填して融点がより低くなったろう材とする必要がある。しかも、複数の金属粉末を混合して充填しようとすると、粒度分布や比重の違いによって均一な混合状態での充填は非常に難しい。また、充填する金属粉末は微細であり表面積の総和が非常に大きいため、ろう付け性を阻害する酸化物を非常に多く付随するものになっている。このため、良好なろう付け性を得るには、多量のフラックスの使用が必要になって製造コストを増大させる要因にもなる。

さらに、特許文献２で提案された線材化フラックス含有アルミニウム合金ろう材は、ろう材の融点が５３０℃前後と低いために５５０℃前後の温度でのろう付けが可能である。しかし、製造工程に難があるとともに、フラックスを含有した粉末成形ワイヤは成形性が悪く、リング状等、鋳物の接合部位に沿った形状への曲げ加工を、同文献に記載の実施例からもわかるように４００℃といった高温下で行う必要があり、製造コストの上昇を招いている。

上記のように、従来のろう材においては、Ａｌ−Ｓｉ系合金鋳物をろう付け接合する際には、結果としてろう材の融点が低いＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元系の合金を形成する元素配合組成にできたとしても、生産性の向上が図れず、また製造コストの高いものになるばかりでなく、加工性が低いために使い勝手が良くないといった問題がある。
さらに、ろう材として融点が低いＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶組成を形成する金属・合金を組み合わせたものを用いると、ろう付け後のフィレットもＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶組成となってしまう。

この三元共晶組成はＣｕを比較的多量に含むため、ろう付け対象のアルミニウム合金に比べて電気化学的に貴になる。このため、腐食環境下等の使用環境によっては、フィレットとアルミニウム合金との間の電位差による接触腐食が起き、ろう付け対象となるアルミニウム合金が選択的に腐食されるおそれがある。
これは、ろう付け後に腐食環境に曝されるような、例えば配管等の継手接合に上記ろう材ワイヤを用いると、接触腐食を起こすおそれがあることを意味している。

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、加工性に優れ、５３０〜５６０℃のろう付け温度でアルミニウム合金鋳物のろう付けが可能となるとともに、接合後のフィレットとろう付けの対象となるアルミニウム合金との電位差を小さくし、ろう付け後に接触腐食を起き難いろう材ワイヤを提供することを目的とする。

本発明のアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤは、その目的を達成するため、Ａｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材のクラッド材から構築された中空の鞘と、当該鞘内に充填されたフッ化セシウムを含むフッ化物系非腐食性フラックス粉末とからなることを特徴とする。
鞘を構築するクラッド材は、Ｓｉ含有量が５〜１５質量％のＡｌ−Ｓｉ系合金板と、鞘全体の質量に対するＣｕの質量が２２〜３７質量％に相当するＣｕ板から構成されていることが好ましい。

本発明のアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤは、また、鞘を構築するクラッド材が溶融されて形成されたＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金に対して０.３〜２.３質量％に相当するＺｎが含まれたものが好ましい。Ｚｎは、鞘を構築するＡｌ−Ｓｉ系合金板，Ｃｕ板あるいは鞘内に充填されたフラックス粉末のいずれに含まれていてもよいし、前記の２種又は全てに含まれていてもよい。

鞘を構築するＡｌ−Ｓｉ系合金板又はＣｕ板に含ませておく場合には、クラッド材を構成するＡｌ−Ｓｉ系合金板として０.５〜３.０質量％のＺｎを含むものを用いることが好ましいし、同じくＣｕ板として０.８〜１０.６質量％のＺｎを含むものを用いてもよい。
鞘内に充填されたフラックス粉末中に含ませておく場合には、鞘を構築するクラッド材が溶融されて形成されたＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金に対して０.３〜２.３質量％に相当するＺｎをフッ化物系非腐食性フラックス粉末中に含ませておくことが好ましい。粉末形態に限らず、顆粒状や線状でもよい。ＫＺｎＦ₃なる形態で添加してもよい。

本発明では、ろう材ワイヤを構成するろう材として、Ａｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材のクラッド材を用いている。このため、両材料の質量比を調整することにより、容易に５２５〜５３０℃程度の溶融点を有する合金組成を作り出すことができる。
ろう材の融点を下げることができた結果、低融点フラックスの使用と相俟って５５０℃程度でのろう付け可能となり、アルミニウム合金鋳物、特にＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物も低いろう付け温度で容易にろう付けできる。また、鞘をクラッド材で構築しているために軟質な状態で加工でき、接合部位に沿った所望形状のろう材が安価に提供される。さらに、ろう材ワイヤ中にＺｎを含ませているので、ろう付け後にＺｎを含むフィレットが形成されてＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶組成よりも卑となり、ろう付け対象のアルミニウム合金の電位に近づくことで、フィレットにおける接触腐食の発生を防ぐことができる。
これらを総合すると、本発明ろう材ワイヤの提供により、アルミニウム合金部材のろう付け作業が、生産性よく低コストで行え、しかも、接合後のフィレットとろう付けの対象となるアルミニウム合金との電位差を小さくし、接触腐食の起き難いろう付け部を提供できる。

本発明者等は、低融点化と加工性の向上、さらにはろう付け後のフィレットによる接触腐食の抑制を念頭においてアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤの改良策を検討してきた。
その結果、フラックスの低融点化に関してはフッ化セシウムを含むフッ化物系非腐食性フラックスを用いる技術が採用される。この点に関しては、後記で詳しく説明する。
ろう材の低融点化に関しては、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉの三元共晶組成が融点５２５℃を有することを最大限に活用することが有効である。しかしながら、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶合金は塑性加工性が極めて悪い。そこで、ろう付け加熱された時点でＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶合金を作り出すように、三つの成分をＡｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材で別々に供給することにした。そして供給手段としてクラッド法を採用した。
さらに、ろう付け後のフィレットとろう付け対象アルミニウム合金との電位差低減策として、フィレット形成合金であるＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶組成にさらにＺｎを含ませる手法を採用した。この点も、後記で詳しく説明する。

まず、ろう合金の基本組成として、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶組成を用いる。
前記したように、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶合金は塑性加工性が極めて悪いために、ろう材ワイヤの鞘に形作ることが困難になるばかりでなく、ワイヤを構成することができたとしても、その後に接合品部位に沿った形状への曲げ加工も行い難い。そこで、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶組成になるような比率で組み合わせたＡｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材のクラッド材を用いたものである。
ろう付け加熱時にＡｌ−Ｓｉ系合金とＣｕを反応（共融）させて融点が５２５℃のＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶ろうを生成させることができる。この結果、５３０〜５６０℃の低い温度範囲で容易にろう付けできる。

また両素材をクラッド材にすることにより、通常表面に形成され、ろう付けを阻害する酸化皮膜量を少なくすることができ、充填するフラックス量も少なくすることができる。
さらに、クラッド材を構成するＡｌ−Ｓｉ系合金材及びＣｕ材はともに良好な塑性加工性を有している。クラッド材にした後にあっても良好な塑性加工性を維持しているので、通常のワイヤ製造設備を用いて鞘への成形加工及び中へのフラックス充填が容易に行えるばかりでなく、被ろう付け体の接合部形状に合わせた曲げ加工が容易に行える。そして、自動トーチろう付け装置を使用する場合にも、連続的な供給が問題なく行える。

上記のようにクラッド材として用いる際、共晶ろうを生成しやすくするためには前記クラッド材を構成するＡｌ−Ｓｉ系合金板はＳｉ含有量が５〜１５質量％のもので、Ａｌ−Ｓｉ系合金板とＣｕ板の比率は鞘全体の質量に対するＣｕの質量が２２〜３７質量％に相当するように板厚調整することが好ましい。Ｓｉ、及び／又はＣｕの量が、これらの数値範囲を外れると、生成するろう組成とＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶組成（Ｃｕ；２６.７質量％，Ｓｉ；５.３質量％）との差が大きくなりすぎ、５３０〜５６０℃の温度範囲でのろう付けが困難になる。

Ｓｉ含有量が５〜１５質量％のＡｌ−Ｓｉ系合金材としては、ＪＩＳ Ａ４３４３，Ａ４０４５，Ａ４０４７，４Ｎ４３，４Ｎ４５等が使用できる。
鞘の質量に対するＣｕ材の質量２２〜３７質量％は、Ｃｕの比重が８.９、Ａｌ−Ｓｉ系合金の比重が２.７であるから、鞘の断面積に対するＣｕ材の断面積の割合（管成形前の板状鞘素材のクラッド率）を８〜１５％にすることで満足できる。
なお、Ｃｕ材をクラッドした鞘の断面形状は、図１に示すような四つの形態が想定されるが、いずれでも構わない。クラッド率に関する条件を満たしていればよい。鞘形状への管成形も、通常の方法で変形加工される。

次に、ろう付け後のフィレットとろう付け対象アルミニウム合金との電位差低減策について説明する。
ところで、A.S.M．「Metal Handbook」8^th．Ed.，Vol.1(1948)，p.159によると、９９.９５％のＡｌは−０.８５Ｖの自然電極電位を有し、ＣｕＡｌ₂の金属間化合物は−０.７３Ｖ，４％ＣｕのＡｌ固溶体は−０.６９Ｖの自然電極電位を有している。また、１１００，３００３，６０６１のアルミニウム合金或いはＣｕ含有量の少ないＡＣ４Ｃの鋳造用アルミニウム合金では−０.８３Ｖ程度の自然電極電位を有している。さらに、Ｃｕを４.５質量％程度含有し、Ｚｎ含有量が極微量な２０１４のアルミニウム合金では、−０.７０Ｖ程度の自然電極電位を有している。
なお、この自然電極電位は、２５℃の（５３ｇ／ｌＮａＣｌ＋３ｇ／ｌＨ₂Ｏ₂）水溶液中、０.１Ｎカルメル・スケールで測定したものである。

溶融したときにＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元系の合金を形成するろう材を使用すると接触腐食が起きやすい原因が、形成されたフィレットが多量のＣｕを含むようになるため、ろう付け対象のアルミニウム合金との電気化学的な電位差が大きくなることにある。
そこで、本発明は、ろう付け時に形成されるフィレットの自然電極電位をろう付け対象のアルミニウム合金の自然電極電位に近づけるべく、Ｚｎを使用したものである。

例えば、４.５質量％程度のＣｕを含む２０２４のアルミニウム合金に１質量％程度のＺｎを含有させるとその自然電極電位は−０.８０Ｖ程度となって、Ｚｎ含有量が極微量な２０１４のアルミニウム合金と比較して、その自然電極電位はろう付け対象アルミニウム合金の自然電極電位に近づいている。
すなわち、ろう付け時に形成されるフィレットにＺｎを含ませることにより、ろう付け対象アルミニウム合金との電位差を小さくすることができ、その結果として接触腐食を防ぐことができるようになったものである。

一般的にろう付け対象となるアルミニウム合金がＡＣ４Ｃや３００３等の電位を考慮すると、形成されるフィレットに含ませるＺｎ量としては、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元合金組成に対して０.３〜２.３質量％とすることが好ましい。
フィレットに含ませるＺｎ量が０.３質量％に満たないほどに少ないと電位差を小さくする効果が期待できない。逆に、多量のＺｎを含ませるとフィレットが卑になり過ぎて、腐食環境下ではフィレットの方が選択的に腐食されるようになる。被ろう付けアルミニウム合金自体よりも形成されるフィレットの方を卑にしてフィレットを積極的に腐食させる使用態様もあるが、フィレットに含ませるＺｎ量が２.３質量％を超えるほどに多くなると、フィレットの腐食が激しくなり、使用環境によってはろう付け接合部が剥れてしまうこともある。

形成されるフィレットにＺｎを含ませる方法としては、ろう材ワイヤの鞘を構築するクラッド材のＡｌ−Ｓｉ合金板又はＣｕ板、或いはその両者に合金成分として含ませることができる。鞘を構成する金属中に含ませるのではなく、後述する非腐食性フラックスの中に粉末状、顆粒状で混ぜ込んでおいてもよい。線状で鞘内に挿入しておいてもよい。また、ＫＺｎＦ₃等の化合物形態で添加してもよい。さらには、鞘材を構成する金属板及び鞘内に充填する非腐食性フラックスの双方に含ませておいてもよい。

５〜１５質量％のＳｉを含有するＡｌ−Ｓｉ系合金板に含ませる場合には、当該合金板の質量に対して０.５〜３.０質量％のＺｎとすることが好ましい。
また、Ｃｕ板に含ませる場合には、当該板材の質量に対して０.８〜１０.６質量％のＺｎとすることが好ましい。
Ａｌ−Ｓｉ系合金板及びＣｕ板の双方に含ませる場合には、或いは非腐食性フラックス中に含ませる場合には、形成されるＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元合金組成に対して０.３〜２.３質量％Ｚｎになるように調整される。

次に、鞘内に充填されるフッ化物系非腐食性フラックスについて説明する。
充填されるフラックスとしては、融点が低く、非腐食性に優れたものが用いられる。ろう付け後のフラックス残渣除去工程を省略するためには、フッ化物系非腐食性フラックス粉末を用いることが必要である。また、フラックスの融点をＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶ろう合金の融点５２５℃以下に下げるためには、フッ化セシウム（ＣｓＦ）を含有させることが必須となる。

フッ化物系非腐食性フラックスの化合物形態としては、ＫＡｌＦ₄，Ｋ₂ＡｌＦ₅，Ｋ₃ＡｌＦ₆，ＡｌＦ₃，ＫＦ，ＣｓＦ等があるが、従来と同様にその混合物が使用される。
フッ化物系非腐食性フラックス中に占めるフッ化セシウム（ＣｓＦ）の割合は、コスト的には少ないほど有利であるが、１０モル％に満たないとフラックスの融点を下げる効果が十分ではない。５３０〜５６０℃でのろう付けが困難になる。したがって、フッ化物系非腐食性フラックス中のフッ化セシウム（ＣｓＦ）の割合は１０モル％以上とすることが好ましい。

鞘内部へのフラックスの充填方法としては通常の方法が採用される。
本発明のアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤは、酸化皮膜の少ないクラッド鞘を用いているために、充填したフラックス量が少量でもろう付けが可能である。
ろう材ワイヤの質量に対するフラックスの質量、いわゆる充填率は、特に規定する必要はなく、従来のコアードワイヤの充填率と同程度の１０〜４０％であれば十分である。

上記のように、フッ化セシウムを含有させて融点を下げたフッ化物系非腐食性フラックスを内包し、Ａｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材のクラッド材を鞘とするアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤを加熱すると、まず、融点の低いフッ化物系非腐食性フラックスが４４０〜５１０℃の温度で溶融し、鞘及び被ろう付け体接合部の酸化皮膜を除去する。さらに加熱してＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶温度である５２５℃を超えると鞘であるＡｌ−Ｓｉ系合金とＣｕが反応（共融）してＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶合金ろうが生成し、溶融したろうがろう付け温度５３０〜５６０℃で被ろう付け体接合部に流動して良好なろう付けがなされることになる。

そして、本発明アルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤを用いてろう付けすると、ろう付け加熱されてフィレットが形成された段階で、フィレット中にＺｎが含まれているため、当該フィレット部の自然電極電位が被ろう付け部材であるアルミニウム合金の自然電極電位に近づいているため、ろう付け接合部分を腐食環境下に曝しても、自然電極電位の差に基づく選択的な腐食が抑制される。
なお、本発明アルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤ中のＺｎ添加の効果はそれだけでなく、フィレット形成合金であるＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶組成の融点を低下させることも可能である。

実施例１；
鞘としてのＡｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材のクラッド率を種々変更したろう付けワイヤを実際に作製し、ろう付け試験した例を示す。
Ａｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材のクラッド鞘材の作製
厚さ１０ｍｍのＪＩＳ Ａ４０４５板の２枚の間に、表１に示す厚さのＣｕ板を挟んで先端を溶接して固定し、３００℃に加熱して厚さ２ｍｍまでクラッド圧延した。次いで、中間焼鈍，冷間圧延，最終焼鈍を施して、厚さ０.１ｍｍのクラッド鞘材を作製した。
この鞘材の断面を観察して測定したＣｕのクラッド率と、それを基に計算した鞘材質量に対するＣｕの質量の割合を表１に併せて示す。
なお、Ｎｏ.１及び２の鞘材は、鞘材質量に対するＣｕの質量が本発明範囲の２２〜３７質量％の範囲にあるものである。そして、Ｎｏ.３の鞘材は、鞘材質量に対するＣｕの質量が本発明範囲より少なく、Ｎｏ.４の鞘材は、鞘材質量に対するＣｕの質量が本発明範囲より多いものである。さらに、従来例の鞘材（Ｎｏ.５）として、Ｃｕ板を挟まない板厚２０ｍｍのＪＩＳ Ａ４０４５板から上記と同じ製板工程で厚さ０.１ｍｍの鞘材を作製した。

ろう材ワイヤの作製
表１に示した５種の鞘材を幅１０ｍｍ，長さ２０ｍｍで切断し、外径１ｍｍの鋼製丸棒に二〜三重に巻付けて、肉厚０.３ｍｍ，長さ２０ｍｍのろう材ワイヤの鞘を作製した。この鞘の一端をペンチで閉じておき、これにフッ化セシウムを４８モル％含むＫ−Ｃｓ−Ａｌ−Ｆ系のフッ化物系非腐食性フラックス（第一稀元素工業株式会社製；商品名「ＣＦ−２」）粉末を約３０ｍｇ充填した後、他端を閉じてろう材ワイヤとした。
なお、フラックスの充填率は、Ｎｏ.１〜４の鞘材では２９〜３２質量％であり、Ｎｏ.５の鞘材では３６質量％であった。

ろう付け試験
厚さ１ｍｍ，幅２５ｍｍ，長さ５５ｍｍのＪＩＳ−Ａ３００３アルミニウム合金板を下板とし、厚さ１ｍｍ，幅２５ｍｍ，長さ２５ｍｍのＪＩＳ−Ａ３００３アルミニウム合金板を縦板とした逆Ｔ字型ろう付け試験片を組付け、下板と縦板の交線の片側に前記ろう材ワイヤをセットした。この組付け体を窒素ガス雰囲気炉中で５５０℃まで昇温速度５０℃／分で加熱し、５５０℃で３分間保持した後、約１００℃／分で室温まで冷却した。

ろう付け性評価
ろう付け性は、逆Ｔ字型試験片の外観を肉眼及び実体顕微鏡で観察するとともに、接合箇所中央部断面を光学顕微鏡で観察することにより下地の侵食状態を調べた。
接合部の外観評価は、ろう材ワイヤセット側及び反対側のいずれも十分な大きさのフィレットが形成されたものを○，ろう材ワイヤセット側に鞘材の一部が残存又は反対側のフィレットが小さいものを△，ろうが全く生成しなかったものを×，とした。
また、下地の侵食状態は、溶融したろうによるエロージョン（すなわち下地の融解）の最大深さを測定し、最大深さが０.１ｍｍ以下のものを◎，最大深さが０.１〜０.３ｍｍのものを○，最大深さが０.３〜０.５ｍｍのものを△，最大深さが０.５ｍｍ以上のものを×，とした。
その評価結果を表２に示す。

表２の結果からもわかるように、本発明例であるＮｏ.１，２の鞘材のろう付けワイヤを使用してろう付けしたものにあっては、ろう材ワイヤセット側、反対側のいずれも良好にろう付けされている。ろう材ワイヤセット側に生じた下地の侵食も０.３ｍｍ以下であった。
これに対して、比較例である、Ｃｕの比率が少ないＮｏ.３の鞘材のろう付けワイヤを使用してろう付けしたものにあっては、ろう材ワイヤセット側に鞘材が多量に残存し、反対側に流動したろうは少なかった。また、Ｃｕの比率が多いＮｏ.４の鞘材のろう付けワイヤを使用してろう付けしたものにあっては、ろう材ワイヤセット側の下地が激しく侵食されていた。これは、鞘材に対するＣｕの比率が３７質量％を超えると、ろう材ワイヤのＣｕが余剰となり、接合すべき下地のアルミニウム合金と反応（共融）してＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ三元共晶を生成していき、結果として下地に激しい侵食（エロージョン＝融解）が生じたものと推測される。
なお、Ｃｕを含まない従来の鞘材であるＮｏ.５のろう付けワイヤを使用してろう付けしたものにあっては、溶融したフラックスのしみだしは見られたものの、ろう材ワイヤがそのままの形状で残存し、ろうは生成していなかった。

実施例２；
鞘としてのＡｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材のクラッド材について、Ａｌ−Ｓｉ系合金材のＺｎ含有量を種々変更したろう付けワイヤを実際に作製し、実際にろう付けした後の耐食性を評価した例を示す。
Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金材とＣｕ材のクラッド鞘材の作製
ＪＩＳ ４Ｎ４３合金をベースにＺｎ含有量を種々変更した厚さ１０ｍｍの板２枚の間に、厚さ２ｍｍのＣｕ板を挟んで先端を溶接して固定し、３００℃に加熱して厚さ２ｍｍまでクラッド圧延した。次いで、中間焼鈍，冷間圧延，最終焼鈍を施して、厚さ０.１ｍｍのクラッド鞘材を作製した。
Ａ４Ｎ４３合金に添加したＺｎ量、及び鞘材合金に占めるＺｎの割合を表３に併せて示す。

ろう材ワイヤの作製
表３に示した８種の鞘材を幅１０ｍｍ，長さ２０ｍｍで切断し、外径１ｍｍの鋼製丸棒に二〜三重に巻付けて、肉厚０.３ｍｍ，長さ２０ｍｍのろう材ワイヤの鞘を作製した。この鞘に実施例１で用いたフラックスを同様に充填してろう材ワイヤとした。
なお、フラックスの充填率は、約３０質量％であった。
ろう付け試験
厚さ３ｍｍ，幅２５ｍｍ，長さ５５ｍｍのＪＩＳ−ＡＣ４Ｃアルミニウム合金鋳造板を下板とし、厚さ３ｍｍ，幅２５ｍｍ，長さ５５ｍｍのＪＩＳ−ＡＣ４Ｃアルミニウム合金鋳造板を縦板とした逆Ｔ字型ろう付け試験片を組付け、下板と縦板の交線の片側に前記ろう材ワイヤをセットした。この組付け体を窒素ガス雰囲気炉中で５５０℃まで昇温速度５０℃／分で加熱し、５５０℃で３分間保持した後、約１００℃／分で室温まで冷却してろう付けを行った。

ろう付け接合体の腐食試験
上記の方法でろう付けされた逆Ｔ字型試験体を、何ら処理することなくそのまま腐食環境下に曝して腐食状況を観察する腐食試験を行った。
腐食試験方法としては、噴霧→乾燥→湿潤を繰り返すＣＣＴ試験法を採用した。ＪＡＳＯ規格のＭ６０９−９１に準拠し、５％ＮａＣｌ水溶液噴霧（３５℃×２ｈ）→乾燥（６０℃×４ｈ）→湿潤（湿度９５％以上、５０℃×２ｈ）を１サイクルとしたものを２００サイクル繰り返す腐食試験を行った。
この腐食試験を行った後、被ろう付けアルミニウム合金板自体及びろう付け時に形成されたフィレット部の腐食状況を目視観察した。
その結果を表３に併せて示す。
なお表３中、◎は腐食が認められなかったもの，○は僅かに腐食が認められたもの，×は著しい腐食が認められたことを現している。

表３に示す結果からもわかるように、クラッド材を構成するＡｌ−Ｓｉ系合金中に０.５〜３.０質量％の、すなわち、ろう材となるＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金に対して０.３〜２.３質量％のＺｎを含有させると、接合されたアルミニウム合金部材及び形成されたフィレット部とも、腐食は進行していなかった。ただし、Ｚｎ量が多かったＮｏ.１７ではフィレット部に僅かに腐食が起こっていた。
これに対して、比較例であるＮｏ.１１では、被ろう付け体であるアルミニウム合金そのものに、Ｎｏ.１８では形成されたフィレットに腐食が進行していた。

これは、ろう合金にＺｎを添加することにより、形成されたＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系フィレット中にＺｎを含ませ、フィレットの自然電極電位を被ろう付け体であるＡＣ４Ｃアルミニウム合金の自然電極電位に近づけることができ、その結果、両者間に接触腐食の進行を抑制することができたことを現している。
Ｎｏ.１１，１８で所期の目的が達成できなかった理由は、Ｎｏ.１１ではＺｎ添加量が少なかったためにフィレットの自然電極電位を下げる効果が現れなかったからであり、Ｎｏ.１８ではＺｎ添加量が多すぎたためにフィレットの自然電極電位を下げ過ぎ、ＡＣ４Ｃアルミニウム合金よりも卑になったため、フィレット部の接触腐食が進行した、と理解することができる。

Ａｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材のクラッド材による鞘の断面形状を説明する図

Claims (8)

1. Ａｌ−Ｓｉ系合金材とＣｕ材のクラッド材から構築された中空の鞘と、当該鞘内に充填されたフッ化セシウムを含むフッ化物系非腐食性フラックス粉末とからなることを特徴とするアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤ。
2. 鞘を構築するクラッド材は、Ｓｉ含有量が５〜１５質量％のＡｌ−Ｓｉ系合金板と、鞘全体の質量に対するＣｕの質量が２２〜３７質量％に相当するＣｕ板から構成されている請求項１に記載のアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤ。
3. 鞘を構築するクラッド材が溶融されて形成されたＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金に対して０.３〜２.３質量％に相当するＺｎが含まれたものである請求項１又は２に記載のアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤ。
4. クラッド材を構成するＡｌ−Ｓｉ系合金板が０.５〜３.０質量％のＺｎを含むものである請求項３に記載のアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤ。
5. クラッド材を構成するＣｕ板が０.８〜１０.６質量％のＺｎを含むものである請求項３又は４に記載のアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤ。
6. 鞘を構築するクラッド材が溶融されて形成されたＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金に対して０.３〜２.３質量％に相当するＺｎがフッ化物系非腐食性フラックス粉末中に添加されている請求項３に記載のアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤ。
7. Ｚｎが粉末状態で添加されている請求項６に記載のアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤ。
8. ＺｎがＫＺｎＦ₃なる形態で添加されている請求項６に記載のアルミニウム合金ろう付け用ろう材ワイヤ。

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