JP2006334603A - ろう付け用複合材及びそれを用いたろう付け製品 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性、耐酸化性、耐高温性、及び耐食性に優れ、かつ、ろう付け作業性が良好ろう付け用複合材及びそれを用いたろう付け製品を提供するものである。
【解決手段】本発明におけるろう付けするろう付け用複合材１０は、Ｎｉを含まない合金で構成される基材１１の表面に、Ｆｅ又はＦｅ合金層１２、Ｔｉ又はＴｉ合金層１３、及びＮｉ又はＮｉ合金層１４を重ねた複層構造のろう材層を一体的に設けてなることを特徴とし、前記ろう材層に含まれるＮｉ成分の重量Ｗ１と、Ｎｉ成分とＴｉ成分の重量の総和Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２を０．６０〜０．６８とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ろう付け用複合材に係り、特に、熱交換器や燃料電池用部材などの被ろう付け部材をろう付けするろう付け用複合材に関するものである。

自動車用オイルクーラの接合材としてステンレス基クラッド材が使用されている。これは、基材であるステンレス鋼板の片面又は両面に、ろう材としての機能を有するＣｕ材がクラッドされている。

また、ステンレス鋼や、Ｎｉ基又はＣｏ基合金などからなる部材のろう付け材として、ろう付け接合部の耐食性に優れる各種Ｎｉろう材が、ＪＩＳ規格により規定されている。

さらに、熱交換器の接合に用いられるＮｉろう材として、粉末状のＮｉろう材に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はステンレス鋼の中から選択される金属粉末を４〜２２ｗｔ％添加してなる粉末Ｎｉろう材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、基材であるステンレス鋼の表面にＮｉ及びＴｉからなるろう材層を有する、即ちＮｉ／Ｔｉ／ステンレス鋼というろう材層構造を有する自己ろう付け性複合材がある（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−１０７８８３号公報 特開平７−２９９５９２号公報

ところで、従来のろう材又はろう付け用複合材を、高温で、腐食性の高いガス又は液体に晒される熱交換器（燃料電池改質器用クーラや、排ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）と示す）用クーラ）の接合用ろう材として使用する場合、以下に示すような問題があった。

（１）前述したステンレス基クラッド材を自動車用オイルクーラの接合材として使用する場合、耐熱性及び耐食性については全く問題がない。しかし、このステンレス基クラッド材を燃料電池用熱交換器や、ＥＧＲ用クーラの接合材として使用する場合、耐食性に問題があった。具体的には、燃料電池用交換器やＥＧＲ用クーラ内には、高温で、かつ、腐食性の高い溶液や排気ガスが循環されることから、ステンレス基クラッド材のろう材（Ｃｕ材）では、耐熱性及び耐食性が十分でないという問題があった。

（２）特許文献１記載の粉末Ｎｉろう材、及びＪＩＳ規格で規定された各種Ｎｉろう材は、粉末状であることから、各ろう付け接合部に粉末Ｎｉろう材をそれぞれ塗布するという作業が必要になる。つまり、ろう付け作業に多大な労力を要するため、ろう付け製品の生産性が著しく低くなり、その結果、製造コストの上昇を招くという問題があった。また、同じくＪＩＳ規格で規定されたアモルファスＮｉろう材は非常に脆いため、ろう材製造時及びろう付け製品の組立時の取り扱い（ハンドリング）が難しく、作業コストが高くなるという問題があった。

（３）特許文献２記載の自己ろう付け性複合材は、耐熱性及び耐食性については十分な効果を発揮するものの、ろう付けする際に、基材のステンレス鋼が溶融ろう材層により激しく侵食され、ろう付け後の製品の性能（強度、疲労特性）が大きく低下するという“基材食われ”の問題があった。具体的には、Ｎｉ層及びＴｉ層はろう付けする際の熱処理によって溶融するが、Ｔｉの反応性が著しく高いことから、Ｔｉと基材であるステンレス鋼の反応が過大となる。これは、基材であるステンレス鋼のＦｅ成分とＴｉが反応し、Ｆｅリッチな固溶体相及びＦｅ２Ｔｉ、ＦｅＴｉなどの金属間化合物が生じやすいためである。その結果、基材のＦｅ成分がろう材層中へ溶出（溶融・分散）することから、基材において著しい侵食が生じ、ろう付け前の基材の厚さ・体積を確保することができず、接合部の接合強度の低下、即ちろう付け製品の信頼性の低下が生じてしまっていた。

以上の事実を考慮して創案された本発明の目的は、ろう付け時のろう材の濡れ性、湯流れ性を向上させると共に、耐熱性、耐酸化性、及び耐食性を良好にし、ろう付け時における基材食われの問題を改善することによって、ろう付け接合部の作業性・信頼性が良好で、製造コストが安価なろう付け製品を提供することにある。

本発明に係るろう付け用クラッド材は、被ろう付け部材同士をろう付けするろう付け用複合材において、Ｎｉを０．６％以下含有する合金で構成される基材の表面に、Ｆｅ又はＦｅ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、及びＮｉ又はＮｉ合金層を重ねた複層構造のろう付け層を一体的に設けてなることを特徴とし、前記ろう材層に含まれるＮｉ成分の重量Ｗ１と、Ｎｉ成分とＴｉ成分の重量の総和Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２を０．６０〜０．６８に調整することによって、上記目的を達成するものである。

前記基材は、フェライト系ステンレス鋼で構成されることが好ましい。

Ｆｅ又はＦｅ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、及びＮｉ又はＮｉ合金層で構成されるろう材層に占めるＦｅの割合は、１０〜５０ｗｔ％であることが好ましい。

Ｆｅ又はＦｅ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、及びＮｉ又はＮｉ合金層で構成されるろう材層の少なくとも一層がＰを含むことによって、ろう材の湯流れ性、耐酸化性を著しく改善することが好ましい。

前記ろう材層に含まれるＰ濃度は、０．０２〜１０ｗｔ％であることが好ましい。

Ｆｅ又はＦｅ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、及びＮｉ又はＮｉ合金層で構成されるろう材層の少なくとも一層が、Ｃｕ、Ｍｎの少なくとも一種を含むことによって、ろう材の湯流れ性を更に向上させることが好ましい。

前記ろう材層中に含まれるＣｕ濃度は、０．２〜３０ｗｔ％であることが好ましい。

Ｆｅ又はＦｅ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、及びＮｉ又はＮｉ合金層で構成されるろう材層の少なくとも一層が、Ａｌ、Ｃｒの少なくとも一種を含むことによって、ろう付け接合部の耐食性、耐高温酸化性を更に向上させることが好ましい。

前記Ｆｅ合金層として、Ｆｅ−Ｃｒ系合金層を用いる際、Ｆｅ−Ｃｒ系合金層を基材とＴｉ又はＴｉ合金層の間に配置し、ステンレス鋼中のＦｅ成分とＴｉ成分が反応するのを防ぐことが好ましい。

ろう付け層の最外層を構成する金属又は合金に、Ｂ又はＳｉの少なくとも一種を添加することによって、ろう材の融点、濡れ性、靭性、及び接合強度を調整することが好ましい。

本発明は、Ｎｉ−Ｔｉ系のろう付け材を比較的低い温度でろう付けすると同時に、ろう材の湯流れ性、耐食性、耐高温性、耐酸化性を向上させることによって、良好なろう付け用複合材の製造・使用を行うことができるという優れた効果を持つ。

以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

本発明の好適一実施の形態に係るろう付け用複合材の断面図を図１に示す。

本発明に係るろう付け用複合材の第１の形態の断面図を図１に、図１の第１変形例を示す断面図を図２に示す。尚、図２において、図１と同様の部材には同じ符号を付している。

図１に示すように、本実施の形態に係るろう付け用複合材１０は、Ｎｉを含まない合金の板材からなる基材１１の片面（図１中では上面）に、基材１１側から順に、Ｆｅ又はＦｅ合金層１２、Ｔｉ又はＴｉ合金層１３、及びＮｉ又はＮｉ合金層１４を一体的に設けてなる複合材で構成される。ここで言う基材１１の表面は、外部に露出する全ての面を示している。

また、図１においては、基材１１の表面に、基材１１側から順に、Ｆｅ又はＦｅ合金層１２，１２、Ｔｉ又はＴｉ合金層１３，１３、及びＮｉ又はＮｉ合金層１４，１４を設けた場合について説明を行ったが、各層１２，１３，１４の形成順序はこれに限定するものではない。例えば、図２に示すように、基材１１の表面に、基材１１側から順に、Ｎｉ又はＮｉ合金層１４，１４、Ｔｉ又はＴｉ合金層１３，１３、及びＦｅ又はＦｅ合金層１２，１２を設けた複合材２０であっても良い。

基材１１の表面に順不同に設けられたろう材層からなるクラッド材の形成方法は、圧延による方法が挙げられるが、特に限定するものではなく、クラッド材形成のための慣用の方法が全て適用可能である。

本実施の形態においては、基材１１の片面（図１中では上面）のみにろう材層を設けたろう付け用クラッド材１０について説明を行ったが、これに特に限定するものではない。例えば、ろう材層が基材１１の両面（図１中では上・下面）に設けられたろう付け用クラッド材であってもよい。

基材１１を構成するＮｉを０．６％以下含有する合金としては、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼が挙げられ、例えば、ＳＵＳ４３０（ＪＩＳ規格）等が挙げられる。

Ｆｅ又はＦｅ合金層１２を構成するＦｅ又はＦｅ合金としては、Ｔｉ又はＴｉ合金層１３のＴｉと反応してＴｉＣが生成するのを極力防ぐべく、Ｃ含有量の低いもの（例えばＳＵＳ４３６Ｌ）が好ましい。また、Ｆｅ合金としては、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金（フェライト系ステンレス鋼）、又はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系合金（オーステナイト系ステンレス鋼、例えば、Fe-18wt%Cr-8wt%Ni）が好ましい。これは、ＮｉやＣｒは、ろう付け部（接合部）の耐食性や耐酸化性を向上させる効果があるからである。特に、Ｆｅ−Ｃｒ系合金（フェライト系ステンレス鋼）層を基材１１とＴｉ又はＴｉ合金層１３の間に配置することによって、ステンレス鋼中のＦｅ成分とＴｉが反応するのを防ぐバリア層とすることが好ましい。

また、Ｎｉ又はＮｉ合金層１４を構成するＮｉ合金としては、Ｎｉ−Ｐ系合金や、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系耐食耐熱超合金（例えば、インコネル（登録商標）等）が好ましい。これは、これらの合金が、ろう付け時の湯流れ性や濡れ性の改善、及びステンレス鋼中のＦｅ成分の溶解度の低減を図ることができるためである。

さらに、ろう材層の最外層を構成する金属又は合金に、Ｂ又はＳｉの少なくとも一種を添加してもよい。これによって、ろう材の融点、濡れ性、靭性、及び接合強度を調整することができる。

ろう材層１０全体に占めるＮｉ成分の重量Ｗ１とろう材層１０全体に占めるＮｉ成分及びＴｉ成分の重量総和Ｗ２の比Ｗ１／Ｗ２は０．６０〜０．６８となるように調整される。これらの調整は、層１２，１３，１４の層厚の調整、層１２，１３，１４の合金組成の調整などによってなされる。

ここで、Ｗ１／Ｗ２を０．６０〜０．６８と調整したのは、Ｗ１／Ｗ２が０．６０未満又はＷ１／Ｗ２が０．６８を超えると、ろう材層中のＮｉ成分が過小又は過剰になってしまい、ろう材層全体がろう付けするために良好な融点まで下がらず、ろう材の湯流れ性が悪化してしまうためである。
さらに、極端な場合、ろう付け層全体が未溶融となってしまう。

このように、ろう材層全体に占めるＮｉ成分の重量Ｗ１とろう材層１０全体に占めるＮｉ成分及びＴｉ成分の重量総和Ｗ２の比Ｗ１／Ｗ２を調整することによって、融点の高さからろう材として機能させることが困難であったＮｉ又はＮｉ合金を含むろう材の融点を１２００℃近傍に下げることができ、複合材１０〜２０を用いたろう付けを１２００℃近傍で行うことが可能となる。

ろう材層全体（ろう材）に占めるＦｅの割合（Ｆｅの重量／ろう付け層全体の重量）は、１０〜５０ｗｔ％が好ましく、特に２０〜４０ｗｔ％が好ましい。これは、Ｆｅの割合が１０ｗｔ％未満では、ステンレス鋼のＦｅ成分の溶出を抑制することができないためである。また、Ｆｅの割合が５０ｗｔ％を超えると、湯流れ性が著しく低下し、正常なろう付けが困難となるためである。

また、各層１２、１３、１４の少なくとも一層がＰを含有していてもよい。ろう材層全体に、Ｐを０．０２〜１０ｗｔ％、好ましくは０．０２〜５．０ｗｔ％含有させることで、ろう材の湯流れ性、耐酸化性を著しく改善することができる。ここで、Ｐの含有量を０．０２〜１０ｗｔ％と限定したのは、０．０２ｗｔ％未満だと、湯流れ性の向上が期待できないためであり、逆に１０ｗｔ％を超えると、ろう付けを行う被ろう付け部材の種類によっては強度低下が生じるためである。

また、各層１２、１３、１４の少なくとも一層が、Ｃｕ、Ｍｎの少なくとも１種を含有していても良い。ろう材層全体にＣｕ及び／又はＭｎを含有させることで、ろう材層全体の粘性を低下させ、ろう材の湯流れ性を著しく向上させることができる。ここで、ろう材全体に含まれるＣｕ濃度は０．２〜３０ｗｔ％とされる。Ｃｕ濃度が０．２ｗｔ％未満だと、Ｃｕ添加の効果が十分に得られず、逆に３０ｗｔ％を超えると、耐食性が低下するためである。

また、層１２、１３、１４の少なくとも一層が、Ａｌ、Ｃｒの少なくとも１種を含有していても良い。ろう材層全体にＡｌ及び／又はＣｒを含有させることで、ろう付け接合部の表面に、酸化アルミ又は酸化クロムからなる緻密な酸化膜が形成され、ろう付け接合部の耐食性、耐高温酸化性を著しく向上させることができる。

本実施の形態に係るろう付け用クラッド材１０を得るべく、複合材に圧延加工を施す前に、適宜、熱処理を施してもよい。この熱処理は、ろう付け用複合材１０の伸びが３０％以上となるようにすべく、ろう材層の層構造、各層１２，１３，１４の組成及び層厚に応じて、加熱温度及び加熱時間が適宜調整される。

このようにして得られたろう付け用クラッド材１０に適宜圧延、プレス、絞り加工を施して所望の形状の半製品に形成した後、その半製品と接合を行う被ろう付け部材（図示せず）とを組み合わせ、ろう付け接合を行う部分（ろう付け接合部）を接触させる。その後、ろう付け接合部をメインにして、これらの組み合わせ部材に加熱によるろう付け処理を施すことで、ろう付け製品が得られる。あるいは、被ろう付け部材として、ろう付け用複合材１０を用いてもよい。例えば、本実施の形態に係るろう付け用複合材１０を複数個用意し、各複合材１０に適宜プレス加工を施してそれぞれ所望の形状の半製品に形成した後、それらの半製品を組み合わせ、ろう付け接合部を接触させる。その後、これらの組み合わせ部材に加熱によるろう付け処理を施すことで、ろう付け製品を得るようにしてもよい。

次に、本発明の他の実施の形態を添付図面を用いて説明する。

本発明に係るろう付け用複合材の第２形態の断面図を図３、図３の第１変形例を示す断面図を図４に示す。尚、図４において、図３と同様の部材には同じ符号を付している。

本実施の形態においては、箔状を呈したろう付け用複合材１０を用いて説明を行ったが、複合材の形状は箔状に特に限定するものではない。例えば、図１の変形例を図３に示すように、棒状又はワイヤ状の基材４１の表面に、基材４１側から、Ｆｅ又はＦｅ合金層４２、Ｔｉ又はＴｉ合金層４３、Ｎｉ又はＮｉ合金層４４の順に積層してなるろう材層を一体的に設け、ろう付け用クラッド材４０としてもよい。この場合、基材４１としては、基材１１と同じ材料が適用される。また、各層１２，１３，１４の形成は、メッキ法、押出法、造管法などによってなされる。

また、図３においては、基材４１の外周に、基材４１側から順に、Ｆｅ又はＦｅ合金層４２、Ｔｉ又はＴｉ合金層４３、及びＮｉ又はＮｉ合金層４４を設けた場合について説明を行ったが、各層４２，４３，４４の形成順序はこれに限定するものではない。例えば、図４に示すように、基材４１の外周に、基材４１側から順に、Ｎｉ又はＮｉ合金層４４、Ｔｉ又はＴｉ合金層４３、及びＦｅ又はＦｅ合金層４２を設けた複合材５０であっても良い。

ここで、Ｆｅ合金層４２としてＦｅ−Ｃｒ系合金層を用いることが好ましく、このＦｅ−Ｃｒ系合金層を基材４１とＴｉ又はＴｉ合金層４３の間に配置し、ステンレス鋼中のＦｅ成分とＴｉが反応するのを防ぐバリア層とすることが特に好ましい。

本実施の形態に係るろう付け用複合材１０を用いたろう付け製品としては、燃料電池の改質器用クーラなどの高温で、腐食性の高い溶液或いはガスが循環される熱交換器、ＥＧＲ用クーラ、燃料電池部材、オイルクーラ、ラジエータ、二次電池部材などが挙げられる。本実施の形態に係るろう付け用複合材、特に、棒状又はワイヤ状のろう付け用クラッド材４０、５０（図３，４参照）は、径サイズが小さく、取り扱い性が良好であることから、燃料電池の改質器用クーラの熱交換器、ＥＧＲ用クーラ、燃料電池部材などの他にも、オイルクーラ、ラジエータ、二次電池部材などにも適用可能である。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。

次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
ＳＵＳ４３０（ＪＩＳ規格）からなり、厚さ２．５mmのステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．３９mmのＦｅ条材、厚さ０．５７mmのＴｉ条材、厚さ０．５２mmのＮｉ条材を圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-45wt%Ni-25wt％Ti（W1/W2＝0.64）である複合材を作製した。その後、この複合材に対して圧延を繰り返し行い、ろう材層全体の厚さが７０μｍのろう付け用複合材を作製した。この複合材を、１２００℃の管状炉内で加熱を行って、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（実施例２）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．６８mmのＦｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ合金条材、厚さ０．５７mmのＴｉ条材、厚さ０．３０mmのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe-Ni/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-46wt%Ni-24wt％Ti（W1/W2＝0.66）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（実施例３）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．６mmのＦｅ−２５ｗｔ％Ｃｒ合金条材、厚さ０．４７mmのＴｉ条材、厚さ０．４０mmのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe-Cr/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-15wt%Cr-34wt%Ni-21wt％Ti（W1/W2＝0.62）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（実施例４）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．４０mmのＮｉ条材、厚さ０．４７mmのＴｉ条材、厚さ０．６mmのＦｅ−２５ｗｔ％Ｃｒ合金条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がFe-Cr/Ti/Ni/SUS430、ろう付け層全体の組成がFe-15wt%Cr-34wt%Ni-21wt％Ti（W1/W2＝0.62）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（実施例５）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．４４mmのＦｅ−８ｗｔ％P合金条材、厚さ０．５４mmのＴｉ条材、厚さ０．４９mmのＮｉ−８ｗｔ％Ｐ合金条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi-P/Ti/Fe-P/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-43wt%Ni-24wt％Ti-2.4wt%P（W1/W2＝0.64）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（比較例１）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、厚さ０．５mmのＮｉ条材を圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/SUS430、ろう材層全体がＮｉからなる複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（比較例２）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．３９mmのＦｅ条材、厚さ０．６６mmのＴｉ条材、厚さ０．４７mmのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-41wt%Ni-29wt％Ti（W1/W2＝0.58）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（比較例３）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．３９mmのＦｅ条材、厚さ０．４４mmのＴｉ条材、厚さ０．５８mmのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-50wt%Ni-20wt％Ti（W1/W2＝0.７2）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（比較例４）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．６８mmのＦｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ合金条材、厚さ０．７４mmのＴｉ条材、厚さ０．２１mmのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe-Ni/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-39wt%Ni-31wt％Ti（W1/W2＝0.56）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（比較例５）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．６８mmのＦｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ合金条材、厚さ０．５０mmのＴｉ条材、厚さ０．３３mmのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe-Ni/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-49wt%Ni-21wt％Ti（W1/W2＝0.70）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（比較例６）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．６０mmのＦｅ−２５ｗｔ％Ｃｒ合金条材、厚さ０．６０mmのＴｉ条材、厚さ０．３３mmのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe-Cr/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-15wt%Cr-29wt%Ni-26wt％Ti（W1/W2＝0.5）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（比較例７）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．６mmのＦｅ−２５ｗｔ％Ｃｒ合金条材、厚さ０．３２mmのＴｉ条材、厚さ０．４７mmのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe-Cr/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-15wt%Cr-41wt%Ni-14wt％Ti（W1/W2＝0.74）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（比較例８）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．４４mmのＦｅ−８ｗｔ％Ｐ合金条材、厚さ０．６９mmのＴｉ条材、厚さ０．４１mmのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe-P/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-37wt%Ni-31wt％Ti-2.4wt%P（W1/W2＝0.54）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（比較例９）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．４４mmのＦｅ−８ｗｔ％Ｐ合金条材、厚さ０．４２mmのＴｉ条材、厚さ０．５５mmのＮｉ合金条材とを圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe-P/SUS430、ろう材層全体の組成がFe-49wt%Ni-19wt％Ti-2.4wt%P（W1/W2＝0.72）である複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（比較例１０）
ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ規格）からなり、厚さ２．５mmのステンレス鋼条材の表面に、そのステンレス鋼条材側から順に、厚さ０．３９mmのＦｅ条材、厚さ０．５７mmのＴｉ条材、厚さ０．５２mmのＮｉ条材を圧延法によりクラッドし、積層構造がNi/Ti/Fe/SUS304、ろう材層全体の組成がFe-45wt%Ni-25wt％Ti（W1/W2＝0.64）である複合材を作製した。その後、この複合材に対して圧延を繰り返し行い、ろう材層全体の厚さが７０μｍのろう付け用複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。

（従来例１）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、Ｃｕ条材を圧延法によりクラッドし、積層構造がCu/SUS430、ろう材層全体がＣｕからなる複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。ろう付け温度は１１２０℃とした。

（従来例２）
実施例１と同じステンレス鋼条材の表面に、市販の粉末Ｎｉろう材（組成：Ni-19Cr-10Si（ｗｔ％））を合成樹脂バインダで溶いた混練物を塗布し、ろう付け用複合材を作製した。その後は、実施例１と同様にして、ろう付け用複合材の特性を評価した。ろう付け温度は１１８０℃とした。

実施例１〜５、比較例１〜１０、及び従来例１，２の各複合材について、特性の評価、具体的には、フィレット形成状態（湯流れ性）、腐食発生の有無（耐食性）、ろう付け生産性の評価（作業性）、及びこれらの特性の総合評価を行った。ろう付け特性の評価結果を表１に示す。評価は、極めて良好なものを◎、良好なものを○、不足しているもの（不十分なもの）を△、不良なものを×とした。

ここで、湯流れ性の評価は、各複合材のろう付け層の表面にＳＵＳ３０４からなるステンレス鋼パイプを載せ、１２００℃に加熱してろう付けした際の、ろう付け部のフィレット形状及びフィレットの断面積によって評価を行った。

耐食性の評価は、ろう付け後の各複合材を、塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオンを含む腐食性溶液中に１０００ｈ浸漬して腐食試験を行い、その後、ろう付け後の各複合材を溶液中から取出してろう付け部の組織観察を行い、腐食発生の有無を調べることによって行った。また、腐食試験後の溶液を分析し、ろう材からの溶出物の定量比較を行い、腐食の程度を判断した。

表１に示すように、本発明に係るろう付け用複合材である実施例１〜５の複合材は、基材をＮｉを含まない合金（SUS430）とし、ろう材層をＦｅ又はＦｅ合金層とＴｉ層とＮｉ層とのクラッド層とし、かつ、ろう材層の組成をW1/W2＝０．６０〜０．６８とすることで、ろう材層の融点が１２００℃近傍まで低下するように調整されている。また、実施例１〜４の複合材においては、Ｎｉを含まない合金で基材を構成しているため、ろう付け時に、基材からＮｉ成分がろう付け層中に拡散することはない。

これによって、実施例１〜５の複合材は、約１２００℃でのろう付けが可能であり、その結果、実施例１〜５の複合材は、いずれも湯流れ性及びろう付け生産性が極めて良好であった。また、実施例１〜５の複合材は、いずれも腐食の発生が無かった。よって、総合評価はいずれも極めて良好であった。

これに対して、比較例１の複合材は、ろう付け生産性は良好であったものの、ろう材層がＮｉ単体で構成されるため、１２００℃のろう付け温度ではろう材層が溶融せず、ろう材として機能しなかった。以上より、総合評価は不良であった。

比較例２，４，６，８の複合材は、腐食の発生はなく、ろう付け生産性も極めて良好であったが、ろう材層中のＮｉの割合が少なすぎるため、ろう付けは可能であるものの、ろうの湯流れ性が良好でなく（不良）、その結果、総合評価は不良であった。

比較例３，５，７，９の複合材は、腐食の発生はなく、ろう付け生産性も極めて良好であったが、ろう材層中のＮｉの割合が多すぎるため、ろう材層の融点を十分に下げることができず、ろう付けは可能であるものの、湯流れ性が良好でなく（不良）、その結果、総合評価は不良であった。

比較例１０の複合材は、ろう材層中のＮｉの割合も適正であり（Ni-38wt％Ti（W1/W2＝0.62））、腐食の発生はなく、ろう付け生産性も極めて良好であったが、基材がＮｉを含むＳＵＳ３０４であるため、基材からＮｉ成分がろう材層に拡散してしまい、ろう材層の融点が上昇してしまった。このため、ろう付けは可能であるものの、湯流れ性が良好でなく（不良）、その結果、総合評価は不良であった。

従来例１の複合材は、湯流れ性及びろう付け生産性は極めて良好であったものの、ろう材層がＣｕ単体で構成されるため耐食性が良好でなく、腐食が発生した。その結果、総合評価は不良であった。

従来例２の複合材は、湯流れ性は極めて良好であり、腐食の発生はなかったものの、ろう材層のろう材が粉末Ｎｉろう材であるため、ろう材層の形成に有機物系のバインダを必要とし、ろう付け生産性が悪かった。その結果、総合評価は不良であった。

以上、本発明に係るろう付け用複合材である実施例１〜５の複合材は、ろうの湯流れ性、ろう付け接合部の耐食性、及びろう付け生産性がいずれも良好であることから、ろう付け特性及びろう付け接合部の信頼性に優れたろう付け用複合材であることがわかる。

本発明に係るろう付け用複合材の第１の形態の断面図である。 図１の第１変形例を示す断面図である。 本発明に係るろう付け用複合材の第２の形態の断面図である。 図３の第１変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０，２０，４０，５０ ろう付け用複合材
１１，４１ 基材
１２，４２ Ｆｅ又はＦｅ合金層
１３，４３ Ｔｉ又はＴｉ合金層
１４，４４ Ｎｉ又はＮｉ合金層

Claims (11)

1. Ｎｉを０．６％以下含有する合金からなる基材の表面にろう材層を設けてなる複合材で構成され、被ろう付け部材同士をろう付けするろう付け用複合材であって、前記基材の表面に、Ｆｅ又はＦｅ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、及びＮｉ又はＮｉ合金層を重ねた複層構造のろう材層を一体的に設けてなり、そのろう材層に含まれるＮｉ成分の重量Ｗ１と、Ｎｉ成分とＴｉ成分の重量の総和Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が０．６０〜０．６８であることを特徴とするろう付け用複合材。
2. 前記基材を、フェライト系ステンレス鋼で構成した請求項１記載のろう付け用複合材。
3. Ｆｅ又はＦｅ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、及びＮｉ又はＮｉ合金層で構成されるろう材層に含まれるＦｅ濃度が、１０〜５０ｗｔ％である請求項１又は２記載のろう付け用複合材。
4. Ｆｅ又はＦｅ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、及びＮｉ又はＮｉ合金層で構成されるろう材層の少なくとも一層が、Ｐを含む請求項１乃至３いずれかに記載のろう付け用複合材。
5. 前記ろう材層中に含まれるＰ濃度が、０．０２〜１０ｗｔ％である請求項４記載のろう付け用複合材。
6. Ｆｅ又はＦｅ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、及びＮｉ又はＮｉ合金層で構成されるろう材層の少なくとも一層が、Ｃｕ又はＭｎの少なくとも一種を含む請求項１乃至５いずれかに記載のろう付け用複合材。
7. 前記ろう材層中に含まれるＣｕ濃度が、０．２〜３０ｗｔ％である請求項６記載のろう付け用複合材。
8. Ｆｅ又はＦｅ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、及びＮｉ又はＮｉ合金層で構成されるろう材層の少なくとも一層が、Ａｌ又はＣｒの少なくとも一種を含む請求項１乃至７いずれかに記載のろう付け用複合材。
9. 前記Ｆｅ合金層をＦｅ−Ｃｒ系合金層で構成し、該Ｆｅ−Ｃｒ系合金層を前記基材と前記Ｔｉ又はＴｉ合金層の間に配置する請求項１乃至８記載のろう付け用複合材。
10. 前記ろう材層のうち最外層が、Ｂ又はＳｉの少なくとも一種を含有する合金からなる請求項１乃至９記載のろう付け用複合材。
11. 請求項１乃至１０いずれかに記載のろう付け用複合材を用いて接合したことを特徴とするろう付け用複合材を用いたろう付け製品。

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