JP2007167880A

JP2007167880A - ろう材およびその製造方法

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Publication number: JP2007167880A
Application number: JP2005366758A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Okamura; 興作岡村; Shigehiro Hisamatsu; 茂洋久松
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】線引き加工性の向上を図ることができるとともに、機械強度が高められたろう材およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】ＣｕおよびＡｌを主成分とし、Ｓｉ、ＡｇおよびＳｎのいずれか１つを副成分として含むベースろう材を加熱して溶融し、溶融したベースろう材を、硬質相１および軟質相２からなる海島構造が形成されるように、室温雰囲気下で放置する放冷または強制空冷で、冷却速度を０．１〜１０℃／秒として、冷却する。得られたろう材素材（ビレット）は、上記主成分および副成分を含み、硬質相１および軟質相２からなる海島構造を有しているため、線引き加工性の向上を図ることができるとともに、機械強度を高めることができる。そのため、確実に線引き加工して目的の形状のろう材を得ることができる。また、高い機械強度を有する高張力鋼板を、本発明のろう材によりろう接すれば、高い機械強度を有する鋼板構造物を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ろう材およびその製造方法、詳しくは、ＣｕおよびＡｌを主成分とするろう材およびその製造方法に関する。

鋼板構造物には、リベット構造、溶接構造などがあるが、軽量化の観点から溶接構造が広く用いられている。溶接方法の中でも、ろう材を用いるろう接は、接合温度の選択の自由度の大きいことから、様々な分野に用いられている。
例えば、Ａｌを主成分とするろう材であって、ＣｕおよびＳｉを含み、ろう材の低融点化を図り、良好な接合体を得ることを目的とするろう材が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ろう材は、一般に、目的の組成の金属を含むベースろう材を、鋳造して、ろう材素材（ビレット：鋳塊）を作製した後、これを、目的の所定形状に形成することにより得られている。例えば、ワイヤ状に形成する場合には、通常、ビレットを、押し出した後引き抜く（線引き加工する）ことにより、ワイヤ状のろう材を作製している。
一方、高張力鋼板は、合金元素の添加により機械強度特性が高められ、高い引張り強度を有する合金鋼であって、普通鋼板よりも機械強度が高いことで知られている。

そのため、近年、自動車ボデーなどの分野において、安全性向上および軽量化を目的として、高張力鋼板が広く用いられている。
従って、ろう材には、高張力鋼板などに用いられる場合には、高張力鋼板の利点である優れた機械強度を十分に発揮させるために、とりわけ、ろう接部の機械強度を高くすることが要求されており、このような高強度ろう材として、Ｃｕ−Ａｌ系やＣｕ−Ｍｎ系が知られており、さらなる高強度ろう材も求められている。

また、この高張力鋼板の所定部分をろう接するためには、上記したワイヤ状のろう材に形成し、ろう接する場合がある。
特開平０７−２９０２７２号公報

しかし、従来のろう材では、ろう接部の機械強度が低いため、高張力鋼板などのろう接に用いた場合には、ろう接部で破断するおそれがある。
一方、特許文献１のろう材や上記した高強度ろう材では、機械強度が高いが、線引き加工性が十分でないため、線引き加工中に、ワイヤに破断が生じて、所定形状のワイヤを形成することができないという不具合がある。

本発明の目的は、線引き加工性の向上を図ることができるとともに、機械強度が高められたろう材およびその製造方法を提供することにある。

本発明のろう材は、ＣｕおよびＡｌを主成分とし、Ｓｉ、ＡｇおよびＳｎの少なくともいずれか１つを含み、硬質相および軟質相からなる海島構造を有しているろう材素材からなることを特徴としている。
また、本発明のろう材の製造方法は、ＣｕおよびＡｌを主成分とし、Ｓｉ、ＡｇおよびＳｎの少なくともいずれか１つを含むベースろう材を加熱して溶融する工程、および、溶融した前記ベースろう材を、硬質相および軟質相からなる海島構造が形成されるように冷却する工程を備えていることを特徴としている。

また、本発明のろう材の製造方法では、前記冷却工程において、冷却速度が、０．１〜１０℃／秒であることが好適である。

本発明のろう材およびその製造方法によれば、特定成分を含み、硬質相および軟質相からなる海島構造を有しているろう材素材からなるため、線引き加工性の向上を図ることができるとともに、機械強度を高めることができる。そのため、確実に線引き加工して目的の形状のろう材を得ることができる。また、高い機械強度を有する高張力鋼板を、本発明のろう材によりろう接すれば、高い機械強度を有する鋼板構造物を得ることができる。

本発明のろう材は、ろう材素材を、例えば、線引き加工（後述）することによる得ることができる。
ろう材素材は、必須成分として、Ｃｕ（銅）およびＡｌ（アルミニウム）を主成分とし、Ｓｉ（ケイ素）、Ａｇ（銀）およびＳｎ（スズ）の少なくともいずれか１つを副成分として含むベースろう材から、得られる。

これら主成分および副成分の配合割合は、特に制限されないが、ベースろう材の全量に対して、Ａｌが、例えば、７．０〜１１．０重量％、好ましくは、７．０〜１０．０重量％、Ｓｉが、例えば、０．０５〜１．３重量％、好ましくは、０．５〜０．７重量％、Ａｇが、例えば、０．５〜５．０重量％、好ましくは、１．０〜５．０重量％、Ｓｎが、例えば、１．０〜４．０重量％、好ましくは、２．０〜４．０重量％含有され、Ｃｕが、上記成分の残量として含有されているものが用いられる。

副成分として、好ましくは、Ｓｉ、ＡｇおよびＳｎのすべてを含んでいる。
また、ベースろう材は、上記した必須成分（主成分および副成分）の他に、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）などの任意成分を含んでいてもよい。
任意成分の配合割合は、特に制限されないが、ベースろう材の全量に対して、Ｍｎが、例えば、０．５〜３．０重量％、好ましくは、０．５〜２．０重量％、Ｎｉが、例えば、０．５〜３．０重量％、好ましくは、０．５〜２．０重量％、Ｆｅが、例えば、２．０重量％以下、好ましくは、０．５〜２．０重量％である。

また、ろう材素材は、図２（後述する実施例２に相当する金属顕微鏡写真の画像処理図）に示すように、後述する冷却により形成される、硬質相１および軟質相２からなる海島構造を有している。
つまり、この海島構造は、硬質相１が、マトリックス相となり、その硬質相１中に、軟質相２が点在するように形成されている。

より具体的には、軟質相２は、数個の小粒子が集合するブロック（組織）から形成され、そのブロックが、硬質相１中に分散している。
次に、本発明のろう材の製造方法について説明する。
この方法では、まず、上記したベースろう材を加熱して溶融する。
ベースろう材は、上記した必須成分（主成分および副成分）および必要により任意成分を、上記した配合割合で秤量し、これを溶解炉に配合して、加熱して溶融する。

溶融温度は、例えば、９００〜１３００℃、好ましくは、１０００〜１２００℃に設定する。
この方法では、次いで、溶融したベースろう材を、硬質相１および軟質相２からなる海島構造が形成されるように、冷却する。
ベースろう材を、硬質相１および軟質相２からなる海島構造が形成されるように冷却するには、特に制限されないが、例えば、空冷する。空冷は、例えば、室温雰囲気下で放置する放冷や、室温雰囲気下で扇風機や送風機（ブロワ）などの送風手段により送風する強制空冷が用いられる。

また、ベースろう材の冷却速度は、例えば、０．０７〜３０℃／秒、好ましくは、０．１〜１０℃／秒に設定する。
冷却速度が、これより遅い場合には、図３（後述する比較例１に相当する金属顕微鏡写真の画像処理図）に示すように、軟質相２の小粒子の粒径が粗大となり過ぎ、海島構造が形成されず、また、粒径がワイヤの目的線径（例えば、１．２ｍｍ）以上となる場合があるため、線引き加工中に結晶粒界で破断しやすくなる場合がある。なお、目的の長さより短く破断する場合には、この破断したワイヤを継ぎ合わせてろう接すれば、ろう接不良が発生するおそれがある。

冷却速度が、これより速い場合には、図４（後述する比較例３に相当する金属顕微鏡写真の画像処理図）に示すように、軟質相２が形成されず、全体が硬質相１となるため、脆い組織となり、線引き加工が困難となる場合がある。
なお、軟質相２の小粒子の粒径は、後述するワイヤの線径を１００％（１．２ｍｍ）としたときに、例えば、０．２〜１０％であり、より具体的には、例えば、１０〜１００μｍである。粒径が、これより大きい場合には、軟質相２の組織が粗大となって、線引き加工中にワイヤが破断する場合がある。粒径が、これより小さい場合には、硬質相１の割合が多くなるため、線引き加工性が低下する（すなわち、硬くて線引き加工することできなくなる）場合がある。

上記した溶融したベースろう材の冷却により、ベースろう材が固化されて、ビレット（鋳塊）としてろう材素材を得る。
なお、このビレットは、そのビッカーズ硬さＨＶ（ＪＩＳＺ２２４４）が、例えば、１７０〜３００、好ましくは、１８０〜２３０である。上記した範囲内であれば、ろう材素材に、海島構造が形成される。換言すれば、ろう材素材に海島構造が形成されれば、上記した範囲内のビッカーズ硬さＨＶになる。

図１は、後述する各実施例および各比較例における上記した冷却速度とビッカーズ硬さＨＶとの関係を示すグラフである。図１のグラフにおいて、○印は、海島構造が形成されている点を示し、×印は、海島構造が形成さていない点を示す。
その後、このろう材素材（ビレット）を押し出した後引き抜く（線引き加工する）ことにより、ワイヤ状のろう材を作製することができる。

線引き加工は、例えば、６００〜９００℃で、直径２〜５ｍｍの複数（例えば、１０個）の孔から、ビレットを押し出し、次いで、２００〜５００℃で、ワイヤ状に引き抜くことにより、処理する。なお、引き抜きは、例えば、後述する実施例の場合、１回の引き抜きで線径が０．１ｍｍ程度細くなるので、目的線径になるように、数回にわたって加工される。

なお、線引き加工において、例えば、必要により、押し出されたビレットを、溶接により、適宜の長さに調節し、その後引き抜いてもよい。溶接には、例えば、押し出されたビレットを、互いの端面が対向するように配置した後、それらに電流を流し、次いで、それらを突き合せることにより電気火花を発生させ、この熱により接合するバット溶接（フラッシュバット溶接；火花突き合せ溶接）が用いられる。

そして、このろう材の製造方法によれば、ろう材は、必須成分として、ＣｕおよびＡｌを主成分とし、Ｓｉ、ＡｇおよびＳｎの少なくともいずれか１つを副成分として含んでいるので、機械強度を高めることができる。そのため、高い機械強度を有する高張力鋼板（例えば、５９０ＭＰａ以上の高張力鋼板）を、このろう材によりろう接すれば、高い機械強度を有する鋼板構造物を得ることができる。

また、このろう材の製造方法によれば、溶融したベースろう材を、硬質相１および軟質相２からなる海島構造が形成されるように冷却してろう材素材を得る。そのため、マトリックス相となる硬質相１により、高い機械強度を確保しながら、硬質相１に点在する軟質相２により、線引き加工性の向上も図ることができる。その結果、確実に線引き加工して目的の形状、例えば、ワイヤ形状のろう材を得ながら、このろう材により高張力鋼板にろう接することにより、高い機械強度を有する鋼板構造物を得ることができる。

また、このろう材の製造方法では、冷却工程において、冷却速度が、０．１〜１０℃／秒であれば、ろう材素材において、確実に、硬質相１および軟質相２からなる海島構造を形成することができる。とりわけ、Ｃｕを主成分とした線引き加工が困難な成分系においても、このろう材の製造方法によれば、確実に線引き加工することができる。

以下に実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例および比較例に何ら制限されるものではない。
実施例１
Ｃｕ８２．０８重量％
Ａｌ８．１９重量％
Ｓｉ０．４１重量％
Ａｇ２．９８重量％
Ｓｎ２．０９重量％
Ｍｎ１．３８重量％
Ｎｉ１．３８重量％
Ｆｅ１．４９重量％
上記の成分を、上記の配合割合で秤量し、これをガス溶解炉に配合して、１２００℃で溶解した。

次いで、この溶融したベースろう材を、室温雰囲気下で放置する放冷により、冷却した。なお、冷却速度は、０．０９℃／秒であった。
その後、冷却して固化された円柱形のビレット（直径５ｃｍ、長さ２５ｃｍ）を、７５０℃で、直径３ｍｍの１０個の孔から押し出した。なお、押し出されたビレットの形状は、直径３ｍｍ、長さ７〜８ｍであった。

次いで、押し出されたビレットを、バット溶接により、長さ３０ｍに調節した。
その後、これを、２００℃で、直径１．２ｍｍになるように、温間引き抜きした。この線引き加工により、ワイヤ状のろう材を得た。なお、このワイヤは、少なくとも２〜３ｍ以上の長さを有していた。
実施例２
実施例１における、溶融したベースろう材の冷却において、室温雰囲気下で放置する放冷を、室温雰囲気下で扇風機（風量：小）を用いる強制空冷に変更した以外は、実施例１と同様に処理して、ビレットを形成し、次いで、実施例１と同様に線引き加工して、ワイヤ状のろう材を得た。なお、冷却速度は、２．３℃／秒であった。なお、このワイヤは、少なくとも２〜３ｍ以上の長さを有していた。

実施例３
実施例１における、溶融したベースろう材の冷却において、室温雰囲気下で放置する放冷を、室温雰囲気下で扇風機（風量：大）を用いる強制空冷に変更した以外は、実施例１と同様に処理して、ビレットを形成し、次いで、実施例１と同様に線引き加工して、ワイヤ状のろう材を得た。なお、冷却速度は、１０．７℃／秒であった。なお、このワイヤは、少なくとも２〜３ｍ以上の長さを有していた。

比較例１
実施例１における、溶融したベースろう材の冷却において、室温雰囲気下で放置する放冷を、炉冷に変更した以外は、実施例１と同様に処理して、ビレットを形成し、次いで、実施例１と同様に線引き加工して、ワイヤ状のろう材を得た。なお、冷却速度は、０．０２℃／秒であった。なお、このワイヤは、３０ｃｍ以下で断線した。

比較例２
実施例１における、溶融したベースろう材の冷却において、室温雰囲気下で放置する放冷を、炉冷に変更した以外は、実施例１と同様に処理して、ビレットを形成し、次いで、実施例１と同様に線引き加工して、ワイヤ状のろう材を得た。なお、冷却速度は、０．０５℃／秒であった。なお、このワイヤは、３０ｃｍ以下で断線した。

比較例３
実施例１における、溶融したベースろう材の冷却において、室温雰囲気下で放置する放冷を、水冷に変更した以外は、実施例１と同様に処理して、ビレットを形成した。なお、冷却速度は、３６℃／秒であった。なお、このビレットは、目的線径の１．２ｍｍまで線引き加工することができなかった。

（評価）
（表面観察）
実施例２および比較例１、３の、冷却して固化されたビレットから、試験片を採取し、これを２００倍の金属顕微鏡により表面観察した。その画像処理図を、それぞれ図２〜４に示す。

実施例２のビレットでは、図２の金属顕微鏡写真の画像処理図に示すように、硬質相および軟質相からなる海島構造の形成を確認した。
また、実施例１および３のビレットについても、実施例２の図２と同様の金属顕微鏡写真の画像処理図を得ることにより、硬質相および軟質相からなる海島構造の形成を確認した。

比較例１のビレットでは、図３の金属顕微鏡写真の画像処理図に示すように、軟質相の小粒子の粒径が粗大となり過ぎ、ブロックが粗大化して、海島構造の形成を確認できなかった。
また、比較例２のビレットについては、比較例１の図３と同様の金属顕微鏡写真の画像処理図を得ることにより、海島構造の形成を確認できなかった。

比較例３のビレットでは、図４の金属顕微鏡写真の画像処理図に示すように、軟質相が形成されず、全体が硬質相となり、海島構造の形成を確認できなかった。
（ビッカーズ硬さ測定）
各実施例および各比較例の、冷却して固化されたビレットから、試験片を採取し、これらのビッカーズ硬さＨＶを、ＪＩＳＺ２２４４に準拠して、試験荷重３００×９．８０７ｍＮ、荷重保持時間１０秒にて、測定した。

その結果を、表１および図１のグラフに示す。

冷却速度とビッカーズ硬さＨＶとの関係のグラフを示す。海島構造が形成されているビレット（実施例２）の金属顕微鏡写真の画像処理図である。海島構造が形成されていないビレット（比較例１）の金属顕微鏡写真の画像処理図である。海島構造が形成されていないビレット（比較例３）の金属顕微鏡写真の画像処理図である。

符号の説明

１硬質相
２軟質相

Claims

ＣｕおよびＡｌを主成分とし、Ｓｉ、ＡｇおよびＳｎの少なくともいずれか１つを含み、硬質相および軟質相からなる海島構造を有しているろう材素材からなることを特徴とする、ろう材。
ＣｕおよびＡｌを主成分とし、Ｓｉ、ＡｇおよびＳｎの少なくともいずれか１つを含むベースろう材を加熱して溶融する工程、および、
溶融した前記ベースろう材を、硬質相および軟質相からなる海島構造が形成されるように冷却する工程を備えていることを特徴とする、ろう材の製造方法。
前記冷却工程において、冷却速度が、０．１〜１０℃／秒であることを特徴とする、請求項２に記載のろう材の製造方法。