JP2010069502A

JP2010069502A - マイクロ合金はんだ

Info

Publication number: JP2010069502A
Application number: JP2008239259A
Authority: JP
Inventors: Alexander E Shapiro; イー．シャピーロアレグザンダー; A Shapiro Leonid; エイ．シャピーロレオニード
Original assignee: Tokyo Bureizu KK
Current assignee: Tokyo Bureizu KK
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】マグネシウムおよびアルミニウム鋳造合金の固相温度以下のはんだ付温度を備え、かつフラックスレスの複合金の提供。
【解決手段】アルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、アルミニウム３〜１４ｗｔ％、銅１〜６ｗｔ％、チタン、ジルコニウム、ニオブ、バナジウムより成るグループから選択された少なくとも１種類の金属を０．０１ｗｔ％〜１．５ｗｔ％、残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。
【選択図】なし

Description

本発明は、ジルコニウム、チタン、ニオブ、マグネシウム、その他の反応性金属が添加されたＺｎ−Ｃｕ−Ａｌ系の新しい亜鉛ベースのはんだ合金に関するものである。特に本発明は、とりわけアルミニウム鋳造合金およびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスでのはんだ付あるいは修復に適したはんだ材料を考慮している。

アルミニウムまたはマグネシウム鋳造合金のフラックスレスはんだ付における技術的および商業的関心は、これらの比較的低融点材料で製造された高価な鋳造製品の低コストでの接合または修復である。

Ａ４１３．０（Ａｌ−１２Ｓｉ−２Ｆｅ）やＡ３８４．０（Ａｌ−１１．２Ｓｉ−３Ｚｎ）などのアルミニウム鋳造合金は５７５℃以上の固相温度を有するため、５００℃以下の融点を持つはんだであれば、はんだ付作業に適している。

マグネシウム合金は、主に高延性、高靭性および良い鋳造性を有するために、アルミニウムおよび鉄鋼材料に変わる金属と考えられている。多くのマグネシウムダイカスト製品は、４６８℃の固相温度と５６８℃の液相温度を持つＡＺ９１Ｃ合金（Ｍｇ−８．７Ａｌ−０．７Ｚｎ−０．２Ｍｎ）から製造される。ＺＫ５１Ａ、ＱＥ２２Ａ、またはＨＫ３１Ａなどの合金から作られる他のマグネシウム合金は、５５０℃以上の固相温度を持ち、砂型鋳造で作られる。

アルミニウムおよびマグネシウムの鋳造部品は、大気腐食を避けるために鋳造後直ちにクロム酸洗いまたはリン酸洗いを受ける。時にはアルミニウムおよびマグネシウム鋳造物は、局所空隙、鋳込み不足、鋳込み欠陥、ピンホール、亀裂、侵食、肌傷、薄い壁や輪郭の不完全な形成などの欠陥を持つ。

従来のすべてのＳｎ−Ｐｂ，Ｓｎ−ＡｇおよびＳｎ−Ｚｎはんだは、アルミニウムをはんだ付するのには、特殊な活性フラックスを必要とする。これらのフラックスは金属フッ化ホウ素酸と複合アミンを含有し、そのため前記はんだよりもフラックスのほうが高価であり、更に腐食を防ぐためフラックスの残渣を完全に除去しなければならない。

唯一、規格されているろう接用溶加材（ろうおよびはんだ）はＡＷＳＢＭｇ−１（Ｍｇ−９Ａｌ−２Ｚｎ−０．２Ｍｎ）で、４４３℃の固相温度と５９９℃の液相温度を持つ。このろうは、鋳造合金に近い化学組成を有し、この見地からそれは鋳造欠陥を修復するのに理想的であるかに見える。しかしＢＭｇ−１はその液相温度が母材金属の固相および液相温度のいずれよりも高いので、マグネシウム鋳造物の修復には利用できない。従って４５０℃以下の液相温度を持つろう接用溶加材を用いたはんだ付が、マグネシウム鋳造の欠陥修復方法に可能性があるとして提案されていた。

低い作業温度を必要とするマグネシウム合金の接合に有効なはんだとして、３３８〜４００℃（６４２−７５２°Ｆ）の溶融範囲を持つＺｎＭｇ３Ａｌ（Ｚｎ−３Ｍｇ−１Ａｌ）および３４０〜３４８℃（６４４−６６０°Ｆ）の溶融範囲を持つＭｇ４８Ｚｎ４３Ａｌ９（Ｍｇ−４３−Ｚｎ−９Ａｌ）が、Ｓ．ミュークリッヒ、Ｈ．クローゼ、およびＢ．ヴィーラーゲにより開発されテストされた（非特許文献１，２参照）。いずれのはんだもはんだ付作業の間、特定のフラックスを用いて、または超音波を付加することではんだ付できる。Ｍｇ４８Ｚｎ４３Ａｌ９はんだはＺｎＭｇ３Ａｌ合金よりもより良い耐食性を示した。

Ｉｎ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系に基づく有望なはんだが、渡辺他により開発された（特許文献１、非特許文献３，４参照）。この系で最良の合金はＩｎ−３４．５Ｍｇ−０．８Ａｌ−０．２Ｚｎで、４７６℃の液相温度、はんだ付温度４９０℃、硬度Ｈｖ＝１１０で、引張り強さは、母材（押出し合金ＡＺ３１Ｂ）の板厚０．９ｍｍ（０．０３６インチ）の強度に匹敵するはんだ接合部を提示する。６．４ｗｔ％までの亜鉛の追加は、融点の４４９℃までの減少、およびかなりの引張り強さの減少を生じた。インジウムベースのはんだもフラックスを必要とし、またここ数年にわたりインジウムの価格がかなり上昇したこともあって、この合金は現在非常に高価である。
特開２００４−５０２７８号公報Ｓ．ミュークリッヒ，Ｈ．クローゼ，Ｂ．ヴィーラーゲ．２００３年．超音波支援マグネシウムろう付、第２回国際ろう付／はんだ付会議紀要、サンディエゴ．Ｂ．ヴィーラーゲ，Ｓ．ミュークリッヒ．２００３年．マグネシウム材料のフラックスレスはんだ付、溶接と切断、５５巻、４号：１９１−１９２頁Ｔ．渡辺、Ｓ．小松、Ａ．柳沢、Ｓ．小沼．２００４年．マグネシウム合金ＡＺ３１Ｂろう付用フラックスレスおよび充填材金属の開発、溶接学会論文集、２２巻１号：１６３−１６７頁Ｔ．渡辺、Ｓ．小松、Ｋ．大原．２００５年．マグネシウム合金ＡＺ３１Ｂろう付用フラックスおよび充填材金属の開発、溶接ジャーナル、８４巻３号：３７ｓ−４０ｓ頁

マグネシウムおよびアルミニウム鋳造合金の固相温度以下のはんだ付温度を持つ費用効率の高いはんだを提供することが望ましい。新しいはんだは更にフラックスレスの適用を提供するものでなければならない。本発明はジルコニウム、チタニウム、ニオブ、マグネシウムなどの反応性元素を含むＺｎ−Ｃｕ−Ａｌ共晶物を複合合金とすることによってこれらの目標を達成した。

本発明は、以下の構成を備えることにより上記課題を解決できる。

（１）アルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、アルミニウムが３〜１４ｗｔ％、銅が１〜６ｗｔ％、チタン、ジルコニウム、ニオブ、バナジウムより成るグループから選択された少なくとも１種類の金属を０．０１から１．５ｗｔ％、残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。

（２）前記（１）に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだが更に０．０１〜１ｗｔ％のマグネシウムを含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。

（３）前記（１）または（２）に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだが更に０．０１〜１ｗｔ％のパラジウムを含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。

（４）前記（１）から（３）のいずれか１項に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだが更にニッケル、鉄、またはコバルトより成るグループから選択される少なくとも１種類の金属を０．０１〜１ｗｔ％含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。

（５）前記（１）に基づくアルミニウムおよびマグネシウムをフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム４〜５ｗｔ％、銅２．５〜４ｗｔ％、チタン０．１〜０．４ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％、残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。

（６）前記（１）または（５）に基づくアルミニウムおよびマグネシウムをフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム４〜５ｗｔ％、銅２．５〜４ｗｔ％、チタン０．１〜０．４ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％、パラジウム０．０１〜０．２ｗｔ％、および残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。

（７）前記（１）に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム７〜８ｗｔ％、銅３．５〜４．５ｗｔ％、ジルコニウム０．１〜０．４ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％、鉄０．０１〜０．２ｗｔ％、および残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。

（８）前記（１）に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム５〜６ｗｔ％、銅２．５〜３．５ｗｔ％、ニオブ０．１〜０．４ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％、および残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。

（９）前記（１）に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム５〜６ｗｔ％、銅２．５〜３．５ｗｔ％、ニオブ０．１〜０．４ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％、パラジウム０．０１〜０．２ｗｔ％、および残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。

（１０）前記（１）に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム３．５〜５ｗｔ％、銅３〜４ｗｔ％、チタン０．２〜０．５ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％および残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。

本発明によれば、マグネシウムおよびアルミニウム鋳造合金の固相温度以下のはんだ付温度で使用でき、かつ安価でしかもフラックスレスであると共に、ジルコニウム，チタニウム，ニオブ，マグネシウムなどの反応性元素を含むＺｎ−Ｃｕ−Ａｌ共晶物を複合金として提供できる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本発明で提示されるはんだ合金は、いかなる用途のアルミニウム合金とマグネシウム合金、特に４００℃（７５２°Ｆ）から５００℃（９３２°Ｆ）と広範囲の鋳造温度の鋳造物のはんだ付に適した新しいクラスの亜鉛ベースはんだとして適用できる。これらのはんだの主な利点はフラックスレスではんだ付ができるということにある。

発明されたはんだの化学組成を表１に示す。

発明されたはんだの融点およびはんだ付温度を表２に示す。

これらのはんだは鋳造合金を修復するためだけでなく、アルミニウムまたはマグネシウム複合材料から製作された製品と接合できるかどうか試験された。更にこれらのはんだは、鍛造マグネシウム合金部品などのような異種金属とアルミニウム（例えば、ＡＺ３１ＢからＡＡ６０６１など）または亜鉛めっき鋼との接合に使用できる。大気中でこのはんだを用いてアルミニウムとマグネシウムをはんだ付する場合、大抵の用途ではフラックスを必要としない。

表１で示される組成のはんだ棒は、鋳造および鍛造アルミニウム製品または鋳造および鍛造マグネシウム製品の表面への溶射に使用することもできる。

これらはんだは母材金属への侵食が顕著であるため、薄肉構造の接合体に適用させることは推奨されない。

Claims

アルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、アルミニウムが３〜１４ｗｔ％、銅が１〜６ｗｔ％、チタン、ジルコニウム、ニオブ、バナジウムより成るグループから選択された少なくとも１種類の金属を０．０１から１．５ｗｔ％、残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。
請求項１に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだが更に０．０１〜１ｗｔ％のマグネシウムを含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。
請求項１または２に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだが更に０．０１〜１ｗｔ％のパラジウムを含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。
請求項１から３のいずれか１項に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだが更にニッケル、鉄、またはコバルトより成るグループから選択される少なくとも１種類の金属を０．０１〜１ｗｔ％含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。
請求項１に基づくアルミニウムおよびマグネシウムをフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム４〜５ｗｔ％、銅２．５〜４ｗｔ％、チタン０．１〜０．４ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％、残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。
請求項１または５に基づくアルミニウムおよびマグネシウムをフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム４〜５ｗｔ％、銅２．５〜４ｗｔ％、チタン０．１〜０．４ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％、パラジウム０．０１〜０．２ｗｔ％、および残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。
請求項１に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム７〜８ｗｔ％、銅３．５〜４．５ｗｔ％、ジルコニウム０．１〜０．４ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％、鉄０．０１〜０．２ｗｔ％、および残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。
請求項１に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム５〜６ｗｔ％、銅２．５〜３．５ｗｔ％、ニオブ０．１〜０．４ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％、および残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。
請求項１に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム５〜６ｗｔ％、銅２．５〜３．５ｗｔ％、ニオブ０．１〜０．４ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％、パラジウム０．０１〜０．２ｗｔ％、および残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。
請求項１に基づくアルミニウムおよびマグネシウム鋳造合金をフラックスレスで接合または修復するマイクロ合金はんだであって、前記はんだがアルミニウム３．５〜５ｗｔ％、銅３〜４ｗｔ％、チタン０．２〜０．５ｗｔ％、マグネシウム０．０１〜０．２ｗｔ％および残りを亜鉛が占める金属を含むことを特徴とするマイクロ合金はんだ。