JP2008093714A - Brazed body of stainless steel material and aluminum alloy material, and brazing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステンレス鋼材とアルミニウム合金材との接合強度の高いろう付け接合体及びその製造方法並びにそのろう付け接合技術を適用してハニカムパネルを製造する方法に関する。 The present invention relates to a brazed bonded body having high bonding strength between a stainless steel material and an aluminum alloy material, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a honeycomb panel by applying the brazed bonding technology.
最近、半導体製造装置にステンレス鋼材とアルミニウム合金材を組み合わせて用いる場合が多くなっている。耐食性に優れたステンレス鋼と軽量なアルミニウム合金を適宜組み合わせて用いることにより、特殊雰囲気ガスにも耐えられる装置の軽量化を図ろうとするものである。半導体製造装置に限らず、ステンレス鋼材とアルミニウム合金材の組合せにより、耐食性と高剛性，高強度を併せ持った構造体の軽量化が期待できる。
例えば、面材にステンレス鋼板をコア材にアルミニウム合金板を用い、両者を優れた接合強度で接合できれば、耐食性に優れ、かつ軽量でハンドリングしやすいハニカムパネルが容易に得られる。
Recently, there are many cases where a stainless steel material and an aluminum alloy material are used in combination in a semiconductor manufacturing apparatus. By using an appropriate combination of stainless steel with excellent corrosion resistance and a lightweight aluminum alloy, an attempt is made to reduce the weight of the apparatus that can withstand special atmosphere gases. Not only semiconductor manufacturing equipment, but also a combination of stainless steel and aluminum alloy materials can be expected to reduce the weight of structures that have both corrosion resistance, high rigidity, and high strength.
For example, if a stainless steel plate is used for the face material and an aluminum alloy plate is used for the core material and both can be bonded with excellent bonding strength, a honeycomb panel having excellent corrosion resistance and being light and easy to handle can be easily obtained.
ステンレス鋼板とアルミニウム合金板との上記接合方法としては、ろう付け法が用いられている。ろう付け法は、アルミニウム合金材同士の接合方法としては、ごく一般的な方法である。しかしながら、ステンレス鋼材とアルミニウム合金材をアルミニウム合金系のろう材を用いてろう付けすると、接合界面に非常に脆弱なＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物が生成し接合強度が著しく低下する。上記のようなハニカムパネルも、接合面に金属間化合物層が厚く形成されると、使用時の熱応力や真空−大気圧の繰返し応力で剥離してしまうという問題点がある。
このため、ろう付け接合強度を高くするための各種改良方法が提案されている。
A brazing method is used as the method for joining the stainless steel plate and the aluminum alloy plate. The brazing method is a very general method for joining aluminum alloy materials. However, when a stainless steel material and an aluminum alloy material are brazed using an aluminum alloy-based brazing material, an Al—Fe-based intermetallic compound that is very fragile at the bonding interface is generated, and the bonding strength is significantly reduced. The honeycomb panel as described above also has a problem that if the intermetallic compound layer is formed thick on the joint surface, it peels off due to thermal stress during use or repeated stress of vacuum-atmospheric pressure.
For this reason, various improved methods for increasing the brazing joint strength have been proposed.
例えば特許文献１では、異種金属材の表面全体のうち少なくともアルミニウム材との接合面に物理的気相メッキ法によりアルミニウムメッキ層を形成した後、この異種金属材とアルミニウム材とを無フラックスろう付け法でろう付けしている。また特許文献２では、所定のステンレス鋼材料を、純Ａｌ若しくはＡｌ−Ｓｉ合金溶湯に浸漬した後、或いはＡｇメッキ若しくはＳｎメッキを施した後、真空ろう付け用ろう材をクラッドした所定のＡｌ材料と真空ろう付けしている。 For example, in Patent Document 1, an aluminum plating layer is formed by physical vapor plating on at least a joint surface with an aluminum material of the entire surface of the dissimilar metal material, and then the dissimilar metal material and the aluminum material are brazed with no flux. Brazing by law. In Patent Document 2, a predetermined stainless steel material is immersed in pure Al or Al-Si alloy molten metal, or after Ag plating or Sn plating is applied, and then a predetermined Al material is clad with a brazing material for vacuum brazing. And vacuum brazing.
さらに特許文献３では、アルミニウム合金と他の異種金属とを接合する際に、異種金属の接合面に岩塩型構造の窒化物または炭化物からなるコーティング層を形成した後、このコーティング層を介して、６２０℃以下で接合可能なアルミニウムを主成分とするろう材により接合している。さらにまた特許文献４では、アルミニウム系金属と異材金属をＡｌ−Ｓｉ系ろう材でろう付けする際、異材金属側の接合面にＮｉ−Ｂ系の被覆を施している。
しかしながら、上記特許文献１〜４で提案されている方法は、いずれもアルミニウム合金材とろう付けしようとする異種金属の表面を予め処理するものである。このため、製造工程が複雑となり、コストが高くなってしまう。また大型製品のろう付けには適さない。
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、アルミニウム合金材とろう付けしようとするステンレス鋼材の表面を予め処理することなしに、接合強度の高いステンレス鋼材とアルミニウム合金材とのろう付け接合体を得ることを目的とする。
However, all of the methods proposed in Patent Documents 1 to 4 previously treat the surface of a dissimilar metal to be brazed with the aluminum alloy material. This complicates the manufacturing process and increases the cost. It is not suitable for brazing large products.
The present invention has been devised to solve such problems, and a stainless steel material and an aluminum alloy having high bonding strength can be obtained without pre-treating the surface of the stainless steel material to be brazed with the aluminum alloy material. The object is to obtain a brazed joint with a material.
本発明のステンレス鋼材とアルミニウム合金材とのろう付け接合体は、ろう材とステンレス鋼材との界面に形成された金属間化合物が１０μｍ以下の厚さでろう付け接合されていることを特徴とする。
このようなろう付け接合体は、ステンレス鋼材のろう付け部表面に、Ｃｕ：２３〜３７質量％，Ｓｉ：４〜１０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成と１０〜１００μｍの平均粒径を有する粉末状アルミニウム合金ろう材と、固形分として１１質量％以上のＣｓＦを含むフッ化物系フラックスとを分散媒に懸濁させたアルミニウム合金ろう材スラリーを塗布した後、当該ろう材スラリーが塗布されたろう付け部にアルミニウム合金材を組み付け、その組み付け体を、５３０〜５８０℃の温度範囲で２時間以下保持する条件で加熱することにより得られる。
The brazed joined body of a stainless steel material and an aluminum alloy material according to the present invention is characterized in that an intermetallic compound formed at the interface between the brazing material and the stainless steel material is brazed and joined at a thickness of 10 μm or less. .
Such a brazed joined body contains Cu: 23 to 37% by mass, Si: 4 to 10% by mass on the surface of the brazed part of the stainless steel material, and the balance of Al and inevitable impurities and 10 to 100 μm. After applying an aluminum alloy brazing material slurry in which a powdered aluminum alloy brazing material having an average particle size of 10 wt% and a fluoride-based flux containing 11% by mass or more of CsF as a solid content is suspended in a dispersion medium, It is obtained by assembling an aluminum alloy material to the brazing portion to which the material slurry has been applied, and heating the assembly in a temperature range of 530 to 580 ° C. for 2 hours or less.
上記技術を採用することにより、ステンレス鋼板からなる面材とアルミニウム合金板からなるコア材が、ろう材とステンレス鋼材との界面に形成された金属間化合物が１０μｍ以下の厚さでろう付け接合されていることを特徴とするろう付けハニカムパネルが提供される。
このようなハニカムパネルは、ステンレス鋼板からなる面材のろう付け部表面に、Ｃｕ：２３〜３７質量％，Ｓｉ：４〜１０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成と１０〜１００μｍの平均粒径を有する粉末状アルミニウム合金ろう材と、固形分として１１質量％以上のＣｓＦを含むフッ化物系フラックスとを分散媒に懸濁させたアルミニウム合金ろう材スラリーを塗布した後、当該ろう材スラリーが塗布されたろう付け部にアルミニウム合金板からなるコア材を組み付け、その組み付け体を、５３０〜５８０℃の温度範囲で２時間以下保持する条件で加熱することにより得られる。
By adopting the above technology, the face material made of stainless steel plate and the core material made of aluminum alloy plate are brazed and joined with the intermetallic compound formed at the interface between the brazing material and the stainless steel material at a thickness of 10 μm or less. A brazed honeycomb panel is provided.
Such a honeycomb panel contains Cu: 23 to 37 mass%, Si: 4 to 10 mass% on the surface of the brazed portion of the face material made of a stainless steel plate, and the balance is composed of Al and inevitable impurities. After applying an aluminum alloy brazing material slurry in which a powdered aluminum alloy brazing material having an average particle size of ˜100 μm and a fluoride-based flux containing 11% by mass or more of CsF as a solid content are suspended in a dispersion medium, It is obtained by assembling a core material made of an aluminum alloy plate to the brazing portion to which the brazing material slurry has been applied, and heating the assembly in a temperature range of 530 to 580 ° C. for 2 hours or less.
本発明では、ステンレス鋼材とアルミニウム合金材をろう付け接合する際、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系の低融点ろう材及びＣｓＦを含むフッ化物系フラックスの使用により、低温でのろう付けが可能となり、その低温ろう付けによってＡｌ合金系ろうとステンレス鋼材との界面に生成されるＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物の形成を抑制することができ、その結果、ステンレス鋼材とアルミニウム合金材との接合強度を大幅に高めることができた。
この技術の採用により、ステンレス鋼板からなる面材とアルミニウム合金板からなるコア材とがろう付けされたハニカムパネルであっても、使用時の熱応力や真空−大気圧の繰返し応力によっても両板材が剥れることのない安定したハニカムパネルを提供することができる。
In the present invention, when brazing and joining a stainless steel material and an aluminum alloy material, it is possible to braze at a low temperature by using an Al-Cu-Si low melting point brazing material and a fluoride flux containing CsF. Low-temperature brazing can suppress the formation of Al-Fe intermetallic compounds generated at the interface between the Al alloy brazing and the stainless steel material, resulting in a significant increase in the bonding strength between the stainless steel material and the aluminum alloy material. I was able to increase it.
By adopting this technology, even if a honeycomb panel is brazed with a face plate made of a stainless steel plate and a core material made of an aluminum alloy plate, both plate materials are also used due to thermal stress during use and repeated stress of vacuum-atmospheric pressure. It is possible to provide a stable honeycomb panel that does not peel off.
本発明者等は、ステンレス鋼材にアルミニウム合金材をＡｌ合金系ろう材を用いてろう付けする際、所望の接合強度が得られない原因及びその対策について検討を重ねてきた。
その結果、ろう付け時にステンレス鋼材界面に生成される脆弱なＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成量が多くなって接合強度が低下すること、接合強度の低下を抑えるにはＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成を抑制することが有効であることを見出した。
さらに、低融点ろう材とフッ化物系フラックスの使用による低温ろう付けにより、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成が抑制され、接合強度の低下が抑えられること見出した。
以下にその詳細を説明する。
The inventors of the present invention have repeatedly studied the cause and countermeasures against the desired bonding strength when brazing an aluminum alloy material to a stainless steel material using an Al alloy brazing material.
As a result, the amount of brittle Al-Fe-based intermetallic compounds generated at the interface of stainless steel during brazing increases, resulting in a decrease in bonding strength. To suppress a decrease in bonding strength, between Al-Fe-based metals It has been found that inhibiting the production of compounds is effective.
Furthermore, it has been found that low temperature brazing using a low melting point brazing material and a fluoride-based flux suppresses the formation of Al—Fe-based intermetallic compounds and suppresses a decrease in bonding strength.
Details will be described below.
まず、低温ろう付け法から説明する。ろう付けされるステンレス鋼材に制限はない。したがって、本発明ろう付け接合体を構成するステンレス鋼材はどのような種類のものであっても構わない。ろう付けされるアルミニウム合金材に関しては、ろう付け温度で溶融しないアルミニウム合金であれば、どのような種類のものでも構わない。
この低温ろう付け法は、用いるろう材とフラックスを特徴とするものである。本出願人が既に特願２００５−２７３６８９号として出願しているものである。
具体的には、Ｃｕ：２３〜３７質量％，Ｓｉ：４〜１０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成と１０〜１００μｍの平均粒径を有する粉末状アルミニウム合金ろう材と、固形分として１１質量％以上のＣｓＦを含むフッ化物系フラックスとを分散媒に懸濁させたアルミニウム合金ろう材スラリーを用いる。
First, the low temperature brazing method will be described. There is no restriction on the stainless steel material to be brazed. Accordingly, the stainless steel material constituting the brazed joint of the present invention may be of any kind. The aluminum alloy material to be brazed may be of any kind as long as it is an aluminum alloy that does not melt at the brazing temperature.
This low temperature brazing method is characterized by the brazing material and flux used. This applicant has already filed as Japanese Patent Application No. 2005-27389.
Specifically, a powdered aluminum alloy brazing material containing Cu: 23 to 37% by mass, Si: 4 to 10% by mass, the balance being Al and inevitable impurities, and an average particle size of 10 to 100 μm An aluminum alloy brazing material slurry in which a fluoride flux containing 11% by mass or more of CsF as a solid content is suspended in a dispersion medium is used.
ろう材として、Ｃｕ：２３〜３７質量％，Ｓｉ：４〜１０質量％を含む三元系のＡｌ合金とすることで融点を下げ、ろう付け温度を５３０〜５８０℃に下げることができる。不純物としては、Ｆｅ：０．２５質量％以下，Ｖ：０．２質量％以下，Ｚｎ：０．２質量％以下，Ｍｎ：０．２質量％以下，Ｍｇ：０．２質量％以下，Ｔｉ：０．２質量％以下が許容される。
被ろう付け部への均一供給を可能とし、かつ後記のフラックスとの相互作用により早急なる溶融により接合作用を効果的に発現させるためには、ろう材は細かな粉末状とすることが有効である。しかし、あまり細かいと反応性が増し通常での保管が困難になるばかりでなく、製造コストも高騰する。逆に大きすぎると、被ろう付け面上の均一性の確保が難しくなる。したがって、粉末状アルミニウム合金ろう材の平均粒径は１０〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。
By using a ternary Al alloy containing Cu: 23 to 37 mass% and Si: 4 to 10 mass% as the brazing material, the melting point can be lowered and the brazing temperature can be lowered to 530 to 580 ° C. As impurities, Fe: 0.25 mass% or less, V: 0.2 mass% or less, Zn: 0.2 mass% or less, Mn: 0.2 mass% or less, Mg: 0.2 mass% or less, Ti : 0.2% by mass or less is allowed.
In order to enable uniform supply to the brazed part and to express the bonding action effectively by rapid melting by interaction with the flux described later, it is effective to make the brazing material a fine powder. is there. However, if it is too fine, the reactivity increases and not only normal storage becomes difficult, but also the production cost increases. On the other hand, if it is too large, it is difficult to ensure uniformity on the brazed surface. Therefore, the average particle diameter of the powdered aluminum alloy brazing material is preferably in the range of 10 to 100 μm.
アルミニウム合金は比較的酸化されやすいので、粉末状のアルミニウム合金ろう材も製造時に酸化されやすい。そして、ろう材中に酸化物が多量に混入されていると、ろう付け時に用いるフラックス量が多くなって、ろう付け製品の外観を低下させるばかりでなく、コスト増にもつながる。そこで本発明では、製造時の酸化を抑制するために、真空又は不活性雰囲気中での噴霧・急冷法で製造した粉末状のアルミニウム合金ろう材を用いることが好ましい。 Since the aluminum alloy is relatively easily oxidized, the powdered aluminum alloy brazing material is also easily oxidized during production. If a large amount of oxide is mixed in the brazing material, the amount of flux used at the time of brazing increases, which not only lowers the appearance of the brazed product but also increases the cost. Therefore, in the present invention, in order to suppress oxidation during production, it is preferable to use a powdered aluminum alloy brazing material produced by a spraying / quenching method in a vacuum or an inert atmosphere.
アルミニウム合金ろう材スラリーに用いるフラックスとしては、通常のアルミニウム合金をろう付けする際に使用されるフッ化物系フラックスを用いることができる。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。しかし、本発明では融点を低いろう材を用いているために、フラックス自体も融点が低いものを使用することが好ましい。このため、固形分として１１質量％以上のＣｓＦを含むフッ化物系非腐食性フラックスを用いることが好ましい。 As a flux used for the aluminum alloy brazing material slurry, a fluoride-based flux used when brazing a normal aluminum alloy can be used. The compound form of the fluoride-based non-corrosive flux includes KAlF 4 , K 2 AlF 5 , K 3 AlF 6 , AlF 3 , KF, CsF, etc., but a mixture thereof is used as in the conventional case. However, since a brazing material having a low melting point is used in the present invention, it is preferable to use a flux having a low melting point. For this reason, it is preferable to use a fluoride non-corrosive flux containing 11% by mass or more of CsF as a solid content.
ＣｓＦの有無にかかわらずフッ化物系フラックスは、通常、純水やアルコール等の揮発性液体からなる分散媒に懸濁されてスラリー状にされ、被ろう付け面に塗布されている。
粉末状ろう材を被ろう付け面上に均一に供給するためには、粉末状ろう材をも分散媒に懸濁させたスラリー状で塗布することが効果的である。
ＣｓＦを含むフッ化物系フラックスと粉末状ろう材との混合割合は、ステンレス鋼材の形状や組み付けるアルミニウム材の組み付け態様によって異なるが、ろう材１００重量部に対して、フッ化物系フラックス１０〜１００重量部程度で十分である。
Regardless of the presence or absence of CsF, the fluoride-based flux is usually suspended in a dispersion medium composed of a volatile liquid such as pure water or alcohol, and is made into a slurry and applied to the surface to be brazed.
In order to uniformly supply the powder brazing material onto the surface to be brazed, it is effective to apply the powder brazing material in the form of a slurry suspended in a dispersion medium.
The mixing ratio of the fluoride-based flux containing CsF and the powdered brazing filler metal varies depending on the shape of the stainless steel material and the assembling mode of the aluminum material to be assembled. A part is sufficient.
本発明では、ＣｓＦを含むフッ化物系フラックスと粉末状ろう材とを合わせて通常の純水やアルコール等の揮発性液体からなる分散媒に懸濁されたスラリーを塗布することで、被ろう付け材であるステンレス鋼材の表面に供給する。
分散媒として水を用いる場合には、予め界面活性剤を添加しておくことが好ましい。界面活性剤が添加されているとステンレス鋼材表面との濡れ性が向上し、ステンレス鋼材表面を粗面にすることなくフラックス成分及びろう材粉末を均一に供給することができる。この界面活性剤にも制限はない。通常のノニオン系界面活性剤が用いられる。
ステンレス鋼材表面に、フラックス及びろう材を懸濁させたスラリーの塗布を行う。均一供給性が損なわれない限り、スラリーの塗布方法にも制限はない。刷毛塗り法やロールコーティング法を用いてもよい。浸漬法や噴霧法でもよい。
In the present invention, brazing is performed by applying a slurry suspended in a dispersion medium composed of a volatile liquid such as normal pure water or alcohol by combining a fluoride-based flux containing CsF and a powdered brazing filler metal. Supply to the surface of the stainless steel material.
When water is used as the dispersion medium, it is preferable to add a surfactant in advance. When the surfactant is added, the wettability with the surface of the stainless steel material is improved, and the flux component and the brazing filler metal powder can be supplied uniformly without making the surface of the stainless steel material rough. There is no restriction | limiting also in this surfactant. Usual nonionic surfactants are used.
The slurry in which the flux and brazing material are suspended is applied to the surface of the stainless steel material. As long as the uniform supply performance is not impaired, there is no limitation on the slurry application method. A brush coating method or a roll coating method may be used. An immersion method or a spray method may be used.
ろう材スラリーが塗布されたステンレス鋼材を乾燥後、当該ろう付け部上にアルミニウム合金材を組み付け、組み付け部を加熱してろう付けする。このろう付け方法に制限はない。通常と同じろう付け方法で十分である。所定温度に加熱された炉内に装入し、所定時間保持することにより十分にろう付けできる。ただし、本発明にあっては、酸化しやすい粉末状のアルミニウム合金ろう材を用いている。したがって、ろう付けも、ろう材が酸化されることのない不活性ガス中で行われることが好ましい。ろう材の酸化をより防止するためには、ろう付け雰囲気を一旦真空にした後、窒素等の不活性ガスで置換することが好ましい。 After drying the stainless steel material to which the brazing material slurry has been applied, an aluminum alloy material is assembled on the brazed portion, and the assembled portion is heated and brazed. There is no restriction on the brazing method. The usual brazing method is sufficient. It can be sufficiently brazed by charging in a furnace heated to a predetermined temperature and holding it for a predetermined time. However, in the present invention, a powdery aluminum alloy brazing material that is easily oxidized is used. Therefore, brazing is also preferably performed in an inert gas in which the brazing material is not oxidized. In order to further prevent oxidation of the brazing material, it is preferable that the brazing atmosphere is once evacuated and then replaced with an inert gas such as nitrogen.
ろう付け加熱の際に問題となる点は、加熱条件によってはステンレス鋼材の接合Ａｌ系ろうとの界面に生成する脆弱なＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成量が変わることである。加熱温度が高いほど、或いは加熱時間が長いほどＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成量が多くなって低温ろう付け法を採用した意味がなくなる。
詳細は後記の実施例に譲るが、ステンレス鋼材界面に生成するＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物層の厚さが１０μｍ以下であれば、接合強度への影響は殆んどなくなる。好ましくは５μｍ以下である。そして、１０μｍ以下の厚さの金属間化合物層とするためには、５３０〜５８０℃の温度範囲で２時間以下の加熱に止めることが必要である。加熱温度が高すぎたり、加熱時間が長すぎたりすると、金属間化合物の生成量が多くなりすぎて、所期の目的を達成することができなくなる。
The problem in brazing heating is that, depending on the heating conditions, the amount of brittle Al—Fe intermetallic compound produced at the interface with the joining Al brazing of the stainless steel material changes. The higher the heating temperature or the longer the heating time, the larger the amount of Al—Fe intermetallic compound produced, and the meaning of adopting the low temperature brazing method is lost.
Although details will be given in the examples described later, if the thickness of the Al—Fe intermetallic compound layer formed at the interface of the stainless steel material is 10 μm or less, the influence on the bonding strength is almost eliminated. Preferably it is 5 micrometers or less. In order to obtain an intermetallic compound layer having a thickness of 10 μm or less, it is necessary to stop heating within a temperature range of 530 to 580 ° C. for 2 hours or less. If the heating temperature is too high or the heating time is too long, the amount of intermetallic compound produced will be too large to achieve the intended purpose.
次に上記技術を用いて、面材としてステンレス鋼板を、コア材としてアルミニウム合金板を用いて、図１に示すようなハニカムパネルを製造する方法について説明する。
例えば図１に示されるように、一般的なハニカムパネル１は、一対の面材２と、これら面材２間に配列されるように介在される中空のコア材３とで構成されている。そして、面材２とコア材３がろう付けにて接合されている。なお、図１中、３ａは中空コア材の内部と連通する空気孔である。また、図１中には明示していないが、表裏二面の面材２間で挟まれた空間の前後左右の側端面には、通常面材２よりも厚肉の枠材が配置されている。
Next, a method for manufacturing a honeycomb panel as shown in FIG. 1 using the above technique and using a stainless steel plate as a face material and an aluminum alloy plate as a core material will be described.
For example, as shown in FIG. 1, a general honeycomb panel 1 includes a pair of face materials 2 and a hollow core material 3 interposed so as to be arranged between the face materials 2. And the face material 2 and the core material 3 are joined by brazing. In FIG. 1, 3a is an air hole communicating with the inside of the hollow core material. Although not clearly shown in FIG. 1, thicker frame members than the normal face material 2 are arranged on the front, rear, left and right side end surfaces of the space sandwiched between the front and back face materials 2. Yes.
ステンレス鋼板からなる面材２の表面に、ＣｓＦ含有フッ化物系フラックスと粉末状アルミニウム合金ろう材を含む混合スラリーを塗布し、乾燥する。この混合スラリーを塗布した二枚の面材２のろう付け面間にコア材３を適宜間隔で、或いはその側面が互いに接触するように配置した状態で、前記面材２及びコア材３を不活性ガス中で加熱して両者をろう付けすることにより、ステンレス鋼板製面材とアルミニウム合金板製コア材とからなるハニカムパネル１を製造することができる。なお、コア材３をその側面が互いに接触するように配置する場合には、コア材の側面にもろう材スラリーを塗布しておき、コア材同士がろう付けされることが好ましい。コア材３は、ろう材をクラッドした、いわゆるブレージングシートで形作られたものでも、例えばＡ３００３のベアシートで形作られたものでもよい。 A mixed slurry containing a CsF-containing fluoride flux and a powdered aluminum alloy brazing material is applied to the surface of the face material 2 made of a stainless steel plate and dried. With the core material 3 disposed at an appropriate interval between the brazing surfaces of the two face materials 2 coated with the mixed slurry, or with the side surfaces in contact with each other, the face material 2 and the core material 3 are not attached. By heating in active gas and brazing both, the honeycomb panel 1 which consists of a stainless steel plate face material and an aluminum alloy plate core material can be manufactured. In addition, when arrange | positioning the core material 3 so that the side surface may mutually contact, it is preferable to apply | coat a brazing material slurry also to the side surface of a core material, and to braze core materials. The core material 3 may be formed of a so-called brazing sheet clad with a brazing material, or may be formed of a bare sheet of A3003, for example.
ステンレス鋼板製面材とアルミニウム合金板製コア材とからなるハニカムパネル１を製造する場合にも、ステンレス鋼面材界面に生成するＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物層の厚さが１０μｍ以下となるように、加熱条件を制御する必要がある。
上記と同じように、５３０〜５８０℃の温度範囲で２時間以下の加熱に止める必要がある。２時間を超える加熱は、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成量を増やすばかりでなく、生産性や経済性の劣化にも繋がる。
Even when the honeycomb panel 1 made of a stainless steel plate face material and an aluminum alloy plate core material is manufactured, the thickness of the Al—Fe intermetallic compound layer formed at the stainless steel face material interface is 10 μm or less. In addition, it is necessary to control the heating conditions.
Similarly to the above, it is necessary to stop the heating for 2 hours or less in the temperature range of 530 to 580 ° C. Heating for over 2 hours not only increases the amount of Al—Fe-based intermetallic compound produced, but also leads to deterioration in productivity and economy.
低温ろう付けを行ってＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成状況と接合強度の影響について検討した。図２に示すような逆Ｔ字ろう付け試験を行い、ろう付け後のＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成状況の観察と破断テストを行った。
図２中の横板４として、板厚１ｍｍのＳＵＳ３１６を用意した。また縦板５として、Ａ３００３の芯材に４３４３系の皮材を両面に１０％のクラッド率でクラッドした板厚０.２ｍｍのブレージングシート、又は板厚０.２ｍｍのＡ３００３を用いた。横板４，縦板５の長さ，幅は図示の通りである。
Low-temperature brazing was performed to examine the effect of Al-Fe intermetallic compound formation and bonding strength. An inverted T-shaped brazing test as shown in FIG. 2 was performed, and the state of formation of an Al—Fe intermetallic compound after brazing was observed and a fracture test was performed.
As the horizontal plate 4 in FIG. 2, SUS316 having a plate thickness of 1 mm was prepared. Further, as the vertical plate 5, a brazing sheet having a thickness of 0.2 mm or a A3003 having a thickness of 0.2 mm was used, in which a core material of A3003 and a 4343 series skin material were clad on both sides with a cladding rate of 10%. The length and width of the horizontal plate 4 and the vertical plate 5 are as shown in the figure.
ろう材としては、Ｃｕ：３０．９質量％及びＳｉ：９．３質量％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金溶湯を、窒素ガス中にて噴霧・急冷することにより粉末としたものを使用した。この合金粉末は、平均粒径が４０μｍの球状を呈し、表面及び内部に欠陥や酸化物は含まれておらず、この合金の融点は５２５℃である。
また、フラックスとしては、フッ化セシウムを含むＫ−Ｃｓ−Ａｌ−Ｆ系のフラックスであって、第一稀元素化学工業株式会社製のＣＦ−２ペーストと市販のノコロック（登録商標）粉末を用意した。なお、このＣＦ−２は約５０モル％のＣｓＦを含むものである。
ＣＦ−２ペースト１００ｇ（固形分５０ｇ）と７５ｇのノコロック粉末を、３００ｇの前記ろう材粉末とともに１３０ｍｌの純水に加えてろう材スラリーを調製した。
As the brazing material, Cu: 30.9% by mass and Si: 9.3% by mass, and the balance is powdered by spraying and quenching in a nitrogen gas a molten aluminum alloy consisting of Al and inevitable impurities. What was used was used. This alloy powder has a spherical shape with an average particle size of 40 μm, does not contain defects and oxides on the surface and inside, and has a melting point of 525 ° C.
Moreover, as a flux, it is a K-Cs-Al-F type flux containing cesium fluoride, and a CF-2 paste made by Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd. and a commercially available Nocolok (registered trademark) powder are prepared. did. In addition, this CF-2 contains about 50 mol% CsF.
A brazing filler slurry was prepared by adding 100 g of CF-2 paste (solid content 50 g) and 75 g of nocollock powder together with 300 g of the brazing filler metal powder to 130 ml of pure water.
図２に示すように、横板４の所定箇所６に１０ｍｍの幅で前記のろう材スラリーを刷毛を用いて塗布した。その後、約２００℃で乾燥した。乾燥後の固形分付着量はろう材：約１３０ｇ／ｍ2，フラックス：約５５ｇ／ｍ2であった。
次いで横板４に縦板５を立て、逆Ｔ字ろう付け試験用組み付け体を作製した。
その組み付け体をＮ2ガス雰囲気炉に入れ、加熱温度，加熱時間を種々変更して加熱した後に速やかに冷却することでろう付けを行った。なお、ろう付け加熱時の昇温速度は２０℃／分とした。
なお、比較のために縦板にブレージングシート又はＡ３００３材を用い、ノコロックをフラックスとし、別途ろう材を配することなく、種々の加熱温度でろう付けを行った。
As shown in FIG. 2, the said brazing material slurry was apply | coated to the
Next, the vertical plate 5 was erected on the horizontal plate 4 to produce an assembly for an inverted T-shaped brazing test.
The assembly was placed in an N 2 gas atmosphere furnace, heated at various heating temperatures and heating times, and then quickly cooled, followed by brazing. The temperature rising rate during brazing heating was 20 ° C./min.
For comparison, a brazing sheet or A3003 material was used for the vertical plate, and Nokolok was used as a flux, and brazing was performed at various heating temperatures without using a separate brazing material.
ろう付け後のＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成状況を観察するとともに、各ろう付け接合体について破断テストを行った。
Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成状況の観察は、接合部の断面を拡大し、ステンレス鋼界面に形成されている金属間化合物層の厚さを測定した。なお、この金属間化合物層の厚さは、前記態様で組み付け体を、各ろう付け条件で、それぞれ５回ろう付け試験したときの平均値である。
ろう付け接合体の破断テストには、間隙を設けた治具を用いた。治具の間隙に縦板５を通し、治具の下面で横板４の上面を規制しつつ、間隙を通した縦板５を上方に破断するまで引っ張った。破断した後、破断箇所を確認して、接合部以外からの破断を良とした。
その結果を併せて表１に示す。
The state of formation of the Al—Fe intermetallic compound after brazing was observed, and a fracture test was performed on each brazed joint.
Observation of the production | generation state of an Al-Fe type intermetallic compound expanded the cross section of the junction part, and measured the thickness of the intermetallic compound layer currently formed in the stainless steel interface. In addition, the thickness of this intermetallic compound layer is an average value when the assembly is subjected to a brazing test five times under each brazing condition in the above-described embodiment.
A jig having a gap was used for the break test of the brazed joint. The vertical plate 5 was passed through the gap of the jig, and the upper surface of the horizontal plate 4 was regulated with the lower surface of the jig, and the vertical plate 5 passed through the gap was pulled upward until it broke. After breaking, the broken part was confirmed, and breakage from other than the joint was considered good.
The results are also shown in Table 1.
表１に示す結果から、本請求項３に示すろう材＋フラックス混合スラリーを用い、適切な温度及び時間の条件でろう付けを行うと、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物量の増加を抑制することができ、接合強度の高いろう付け接合体が得られていることがわかる。これに対して、ろう付けの温度が高すぎたり（試験Ｎｏ.１１）、ろう付け時間が長すぎたり（試験Ｎｏ.１２，１３）すると、多量の金属間化合物が生成し、接合強度が低下してろう付け接合部で破断している。
なお、試験Ｎｏ.１４以降の比較例からもわかるように、低融点ろう材＋フラックス混合スラリーを用いないと、５７０℃以下での加熱温度ではろう付けができない。そして、高温ろう付けに伴って多量の金属間化合物が生成し、接合強度が低下してしまう。
この結果から、低温ろう付けによってステンレス鋼材の界面に形成される金属間化合物の生成量を少なくすることができ、その結果として、ステンレス鋼材とアルミニウム材との接合強度を高めたろう付け接合体が得られることがわかる。
From the results shown in Table 1, when the brazing material + flux mixed slurry shown in claim 3 is used and brazing is performed under conditions of an appropriate temperature and time, an increase in the amount of Al—Fe intermetallic compound is suppressed. It can be seen that a brazed bonded body with high bonding strength is obtained. On the other hand, if the brazing temperature is too high (Test No. 11) or the brazing time is too long (Test Nos. 12 and 13), a large amount of intermetallic compounds are formed and the bonding strength is reduced. And it is broken at the brazed joint.
In addition, as can be seen from comparative examples after test No. 14, brazing cannot be performed at a heating temperature of 570 ° C. or less unless a low melting point brazing material + flux mixed slurry is used. And a large amount of intermetallic compounds are produced with high temperature brazing, and the bonding strength is lowered.
From this result, it is possible to reduce the amount of intermetallic compound formed at the interface of the stainless steel material by low-temperature brazing, and as a result, a brazed joined body with improved joint strength between the stainless steel material and the aluminum material is obtained. I understand that
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