JP2013208650A - ろう付け材料、ろう付け方法、ろう付けされた物品、および該ろう付け材料を含むペースト - Google Patents

Abstract

【課題】高合金化鉄系基材とろう付けされた領域との間の電極電位がより等しい鉄系ろう付け材料を提供する。
【解決手段】ｗｔ％で、本質的に１５〜３０％Ｃｒ、０〜５．０％Ｍｎ、１５〜３０％Ｎｉ、１．０〜１２％Ｍｏ、０．１〜４．０％Ｃｕ、０〜１．０％Ｎ、０〜２０％Ｓｉ、０〜２．０％Ｂ、０〜１６％Ｐ、任意選択でＣ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｈｆ及びＴａからなる群から選択される１または複数種の元素のそれぞれの０．０〜２．５％とからなる合金を含む鉄系ろう付け材料であって、該合金のうちの残りはＦｅ及び不可避の少量の混入元素であり、Ｓｉ、Ｂ及びＰは融点を低めるために有効な量で存在し且つ 指標＝％Ｐ＋１．１×％Ｓｉ＋３×％Ｂ の式に従う量で含有され、該指標の値は約５〜２０％の範囲内である。ステンレススチールの物品をろう付けする方法、およびステンレススチールの物品。
【選択図】無し

Description

本発明は、高合金化鉄系ろう付けフィラー（ｆｉｌｌｅｒ）材料、ろう付け方法、該高合金化鉄系ろう付けフィラー材料でろう付けされた製品（ｐｒｏｄｕｃｔ）に関する。

発明
異なるスチール材料または鉄系合金材料の物体（ｏｂｊｅｃｔｓ）は、通常、ニッケル系または銅系ろう付け材料でろう付けまたははんだ付けすることにより組み立てられる。以降、ろう付けという用語が使用されるが、この用語はまたはんだ付けも含むことが理解されるべきである。ろう付けは、金属部品を接合するプロセスであるが、ろう付けはまた、物体を封止する、または物体を被覆するためにも使用され得る。ろう付け温度は、基材（ｂａｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）の固有（ｏｒｉｇｉｎａｌ）固相線温度未満である。材料のろう付けの間、ろう付け材料は、加熱処理中に完全に、または部分的に溶融される。

鉄系材料の従来のろう付けは、ニッケル系または銅系ろう付け材料により行われ、これらのろう付け材料は、例えば電極電位の差に起因して腐食をもたらし得る。腐食問題は、ろう付けされた物体が化学的に侵食性の（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）環境に曝されると促進される。また、ニッケル系または銅系ろう付け材料の使用は、法域（ｊｕｒｉｓｄｉｃｔｉｏｎｓ）によって数多くの食品用途において制限され得る。

１つの問題は、高合金化される被覆またはろう付け材料の融点である。ろう付け材料または被覆材料を選択する際、考慮点は、合金および基材の固相線または液相線温度に基づく。近年、従来のステンレススチールの物体をろう付けするための鉄系ろう付け材料が開発された。これらの鉄系ろう付け材料は、非常に良好に機能している。これらの近年開発された鉄系ろう付け材料は、高合金化鉄系材料と比較して異なる電極電位を有するため、物体の基材が高合金化された鉄系材料である場合に、見たところ１つの問題が生じる。物体の基材とろう付けされた領域との間の電極電位の差は、高合金化スチール物体が、ある環境および用途において使用される場合、腐食問題を引き起こす可能性がある。高合金化スチールは、腐食性、化学的に侵食性といった環境における用途での改善された特性を得るために開発された。したがって、高合金化スチールをろう付けする際、ろう付け材料が、高合金化基材と類似した、耐腐食性等の特性を有することが要求され、さもなければろう付け材料はろう付けされた製品の特性を制限し得る。

例えばＣｕ、Ｎｉ、およびＦｅ系ろう付け材料等の現在のろう付け材料間の特性の差が広すぎるため、今日では、高合金化鉄系材料が主に溶接される。溶接技術には費用および時間がかかり、溶接は通常、製造される製品中に極めて大きな応力をもたらすため、望ましくない。

したがって、本発明は、物体の高合金化鉄系基材とろう付けされた領域との間の電極電位がより等しい、新たな鉄系ろう付け材料を提供する。本発明はまた、ろう付けの際にろう付け材料が完全に溶融する温度未満の領域をろう付けし、その領域および隙間等を満たし濡らすことができる特性を有する。したがって、本発明は、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群のうちの３種以上の元素を含有する合金を含む、鉄系ろう付け材料に関する。合金はまた、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、およびリン（Ｐ）からなる群から選択される１種または複数種の融点降下元素も含有する。１つの代替の態様によれば、合金は、式（ｗｔ％Ｃｒ＋ｗｔ％Ｎｉ＋ｗｔ％Ｍｏ）≧３３ｗｔ％により規定される、クロム（Ｃｒ）の量、ニッケル（Ｎｉ）の量、およびモリブデン（Ｍｏ）の量を含有してもよい。別の代替の態様によれば、クロム（Ｃｒ）の量、ニッケル（Ｎｉ）の量、およびモリブデン（Ｍｏ）の量は、式（ｗｔ％Ｃｒ＋ｗｔ％Ｎｉ＋ｗｔ％Ｍｏ）≧３８ｗｔ％により規定されてもよい。別の代替の態様によれば、合金は、指標＝ｗｔ％Ｐ＋１．１×ｗｔ％Ｓｉ＋３×ｗｔ％Ｂの式により規定される量の、１種または複数種の融点降下元素を含有してもよく、該指標の値は、約５ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲内である。

本発明のさらなる代替の態様によれば、鉄系ろう付け材料は、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群のうちの元素と、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、およびリン（Ｐ）からなる群のうちの１種または複数種の元素を含む、融点降下元素とを含有する合金を含んでもよく、Ｓｉ、Ｂ、およびＰは、指標＝ｗｔ％Ｐ＋１．１×ｗｔ％Ｓｉ＋３×ｗｔ％Ｂの式に従う量で存在し、該指標の値は、約５ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲内であり、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、およびモリブデン（Ｍｏ）は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、およびＣｕが合金内に存在し、Ｆｅのｗｔ％＞Ｃｒのｗｔ％であり、Ｎｉのｗｔ％≧Ｍｏのｗｔ％である条件下で、式ｗｔ％Ｃｒ＋ｗｔ％Ｎｉ＋ｗｔ％Ｍｏ≧３３ｗｔ％により、または式ｗｔ％Ｃｒ＋ｗｔ％Ｎｉ＋ｗｔ％Ｍｏ≧３８ｗｔ％により規定される範囲内である。

本発明はまた、本質的に、１５重量パーセントから３０重量パーセント（以降ｗｔ％）のクロム（Ｃｒ）と、０ｗｔ％から５．０ｗｔ％のマンガン（Ｍｎ）と、１５ｗｔ％から３０ｗｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、０ｗｔ％から１２ｗｔ％のモリブデン（Ｍｏ）と、０ｗｔ％から４．０ｗｔ％の銅（Ｃｕ）と、０ｗｔ％から１．０ｗｔ％の窒素（Ｎ）と、０ｗｔ％から２０ｗｔ％のシリコーン（Ｓｉ）と、０ｗｔ％から２．０ｗｔ％のホウ素（Ｂ）と、０ｗｔ％から１６ｗｔ％のリン（Ｐ）と、任意選択で（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）、炭素（Ｃ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびタンタル（Ｔａ）からなる群から選択される１種または複数種の元素のそれぞれの０．０ｗｔ％から２．５ｗｔ％とを含有する合金を含む、鉄系ろう付け材料であって、該合金のうちの残りは、Ｆｅおよび不可避の少量の混入（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｎｇ）元素であり、Ｓｉ、Ｂ、およびＰは、融点を低めるために有効な量で存在し、Ｓｉ、Ｂ、およびＰは、指標＝ｗｔ％Ｐ＋１．１×ｗｔ％Ｓｉ＋３×ｗｔ％Ｂの式に従う量で含有され、該指標の値は、約５．５ｗｔ％から約１８ｗｔ％の範囲内である、鉄系ろう付け材料に関する。本発明の１つの代替の態様によれば、合金は、上述の元素からなってもよく、ここでクロムは約１８ｗｔ％から約２６ｗｔ％の範囲内であるか、またはニッケルは約１６ｗｔ％から約２６ｗｔ％の範囲内であるか、またはモリブデンは約１．０ｗｔ％から約１２．０ｗｔ％の範囲内であるか、またはこれらの組合せである。本発明の別の代替の態様によれば、合金は、上述の元素からなってもよく、ここでクロムは約１９ｗｔ％から約２５ｗｔ％の範囲内であるか、またはニッケルは約１７ｗｔ％から約２６ｗｔ％の範囲内であるか、またはモリブデンは約３．５ｗｔ％から約８．０ｗｔ％の範囲内であるか、またはこれらの組合せである。本発明の別の代替の態様によれば、合金は、上述の元素からなってもよく、ここで銅（Ｃｕ）は０．１ｗｔ％から４．０ｗｔ％の範囲内である。本発明の別の代替の態様によれば、合金は、上述の元素からなってもよく、ここでモリブデンは約２．０ｗｔ％から約１２．０ｗｔ％の範囲内である。本発明の別の代替の態様によれば、合金は、上述の元素からなってもよく、ここでモリブデンは約３．０ｗｔ％から約９．０ｗｔ％の範囲内である。

本発明の１つの代替の態様によれば、炭素（Ｃ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびタンタル（Ｔａ）からなる群から選択される元素のいずれか１種が、約０ｗｔ％から１．５ｗｔ％の範囲内の量であってもよい。

本発明のさらに別の代替の態様によれば、合金中の混入元素は、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、および硫黄（Ｓ）のうちのいずれか１種であってもよい。別の代替の態様によれば、合金中にＮｉが存在してもよく、またその量は、０．１から１．０の範囲内である。別の代替の態様によれば、合金中にマンガンが存在してもよく、またその量は、０．１から４．５の範囲内である。本発明のさらに別の代替の態様によれば、合金は、約８．０ｗｔ％から約１２ｗｔ％の範囲内のシリコーン、または約０．１ｗｔ％から約１．０ｗｔ％の範囲内のホウ素、または約５．０ｗｔ％から約１４ｗｔ％の範囲内のリン、またはこれらの組合せを含有してもよい。

本発明のさらに別の代替の態様によれば、合金は、約８．０ｗｔ％から約１２ｗｔ％の範囲内のシリコーン、または約０．１ｗｔ％から約１．０ｗｔ％の範囲内のホウ素、または約５．０ｗｔ％から約１４ｗｔ％の範囲内のリン、またはこれらの組合せを含有してもよい。

本発明のさらに別の代替の態様によれば、合金は、約８．０ｗｔ％から約１２ｗｔ％の範囲内のシリコーン、および約０．２５ｗｔ％から約０．８０ｗｔ％Ｂの範囲内のホウ素を含有してもよい。

本発明のさらに別の代替の態様によれば、合金は、約７．０ｗｔ％から約１３ｗｔ％の範囲内のリンを含有してもよい。

本発明のさらに別の代替の態様によれば、合金は、約２．０ｗｔ％から約８．０ｗｔ％の範囲内のシリコーン、および約２．０ｗｔ％から約８．０ｗｔ％の範囲内のリンを含有してもよい。

本発明のさらなる代替の態様によれば、合金は、１０ｗｔ％未満のシリコーン、または１．５ｗｔ％未満のホウ素、または１２ｗｔ％未満のリン、またはこれらの組合せを含有してもよい。

本発明のさらなる代替の態様によれば、合金は、約８．０ｗｔ％から約１２ｗｔ％の範囲内のシリコーンを含有してもよく、またホウ素は約０．１ｗｔ％から約１．５ｗｔ％の範囲内である。

本発明のさらなる代替の態様によれば、合金は、約２．５ｗｔ％から約９．０ｗｔ％の範囲内のシリコーンを含有してもよく、またリンは約２．５ｗｔ％から約９．０ｗｔ％の範囲内である。

ろう付けサイクル（ｂｒａｚｉｎｇ ｃｙｃｌｅ）は、ろう付け材料の溶融と固化の両方を含む。極めて特定の材料に対しては、溶融温度および固化温度は同じとなり得るが、通常の状況では、材料は溶融温度範囲内で溶融し、別の固化温度範囲内で固化する。固相状態と液相状態との間の温度範囲は、本明細書において、固相状態と液相状態との間の温度差として定義され、℃の数として測定される。したがって、本発明のろう付け材料は、固相状態と液相状態との間の温度範囲を有し、これは、本発明の１つの代替の態様によれば、２００℃の温度範囲内であってもよい。別の代替の態様によれば、合金は、１５０℃の温度範囲内に固相線温度および液相線温度を有してもよい。別の代替の態様によれば、合金は、１００℃の温度範囲内に固相線温度および液相線温度を有してもよい。本発明の別の代替の態様によれば、合金は、７５℃の範囲内に固相線温度および液相線温度を有してもよい。本発明の別の代替の態様によれば、合金は、５０℃の範囲内に固相線温度および液相線温度を有してもよい。

本発明の合金は、ガスまたは水噴霧（ａｔｏｍｉｓｉｎｇ）プロセス、溶融紡糸（ｍｅｌｔ−ｓｐｉｎｎｉｎｇ）プロセス、鉄系合金材料を含有するインゴットの粉砕、あるいは、高合金化スチール等の合金と、ブレンドの際に使用される高合金化スチールよりも高い量のＳｉ、Ｐ、Ｂ、もしくはこれらの組合せを含有する合金との混合、または、高いクロム含量、ニッケル含量、モリブデン含量、もしくはこれらの組合せを有する合金等の合金と、ブレンドの際に使用されるその合金よりも高い量のＳｉ、Ｐ、Ｂ、もしくはこれらの組合せを含有する合金との混合により、好適に得ることができる。

本発明のさらなる代替の態様によれば、鉄系ろう付け材料は、ペーストとして製造されてもよい。本発明の鉄系ろう付けペーストは、鉄系ろう付け材料と、水性結合剤系（ａｑｕｅｏｕｓ ｂｉｎｄｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）または有機結合剤系（ｏｒｇａｎｉｃ ｂｉｎｄｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）とを含んでもよい。結合剤系は、親水性または疎水性、すなわち水系（ｗａｔｅｒ−ｂａｓｅｄ）または油系（ｏｉｌ−ｂａｓｅｄ）であってよい溶剤を含むことができる。油系結合剤は、中でもポリ（メタ）アクリレート等のポリマーであっても、セルロース誘導体、デンプン、ワックス等のバイオポリマーであってもよい。別の代替の態様によれば、本発明の鉄系ろう付けペーストは、鉄系ろう付け材料と、水、油またはこれらの組合せ等の溶剤をベースとした水性結合剤系もしくは有機結合剤系とを含んでもよい。ペーストに含まれる合金は、粉末、顆粒（ｇｒａｎｕｌｅｓ）等の形状であってもよい。

本発明はまた、本発明のろう付け材料をステンレススチールの部品に付けるステップ（ｉ）と、任意選択で該部品を組み立てるステップ（ｉｉ）と、ステップ（ｉ）またはステップ（ｉｉ）からの部品を、非酸化雰囲気中、還元雰囲気中、真空中、またはこれらの組合せにおいて、少なくとも９００℃の温度まで加熱し、次いで、少なくとも１０７０℃の温度で少なくとも１５分間該部品をろう付けするステップ（ｉｉｉ）と、任意選択で、ステップ（ｉ）、ステップ（ｉｉ）、およびステップ（ｉｉｉ）のうちの１つまたは複数を繰り返すステップ（ｉｖ）とを含む、ステンレススチールの物品（ａｒｔｉｃｌｅｓ）をろう付けする方法に関する。ろう付けされる異なる製品は、異なるろう付けの手順を必要とし、ある製品は単にステップ（ｉ）、ステップ（ｉｉ）、およびステップ（ｉｉｉ）を施すことによりろう付けされ得るが、他の製品はより複雑であり、ステップ（ｉｖ）に示されるように、ステップ（ｉ）、ステップ（ｉｉ）、およびステップ（ｉｉｉ）のうちの１つまたは複数が繰り返される必要がある。

本発明の１つの代替の態様によれば、部品は、少なくとも１１００℃の温度でろう付けされる。

本発明の代替の態様によれば、前記方法は、ステップ（ｉｉｉ）において、部品が、非酸化雰囲気中、還元雰囲気中、真空中、またはこれらの組合せにおいて、少なくとも２５０℃の温度まで少なくとも１０分間加熱され、次いで、１０８０℃未満の温度まで少なくとも３０分間該部品を加熱し、次いで、約１１００℃を超える温度まで７２０分未満の間該部品を加熱し、次いで該部品を冷却するステップを含んでもよい。

本発明の１つの代替の態様によれば、約１１００℃を超える温度までの部品の加熱は、部品を冷却する前３６０分未満の間であってもよい。本発明の別の代替の態様によれば、約１１００℃を超える温度までの部品の加熱は、部品を冷却する前１８０分未満の間であってもよい。

本発明の１つの代替の態様によれば、前記方法はまた、ステップ（ｉｉｉ）において、部品が、少なくとも３０分間、約１２００℃の温度まで加熱される前に、１１２０℃未満の温度まで、予熱されることを含んでもよい。

本発明の別の代替の態様によれば、前記方法はまた、ステップ（ｉｉｉ）において、部品が、少なくとも３０分間、１１５０℃から１２５０℃の範囲内の温度まで加熱される前に、１１２０℃未満の温度まで、予熱されることを含んでもよい。

本発明の別の代替の態様によれば、前記方法はまた、ステップ（ｉｉｉ）において、部品が、少なくとも１５分間、１０５０℃から１１５０℃の範囲内の温度でろう付けされる前に、１０４０℃未満の温度まで、予熱されることを含んでもよい。

本発明の代替の態様によれば、前記方法はまた、ステップ（ｉｉｉ）において、部品が、少なくとも１２０分間、約１２００℃の温度まで加熱される前に、１１２０℃未満の温度まで、予熱されることを含んでもよい。次いで部品は、９５０℃を超える温度で少なくとも２０分の累積時間加熱処理され、これはろう付けサイクル中に行われてもよいが、例えば第２の加熱源で、ろう付け後に行われてもよい。

他の代替の態様によれば、ろう付け材料は、例えば塗料吹付器、ローラー塗装、はけ塗り、高速ガス炎溶射法（ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｘｙｇｅｎ ｆｕｅｌ、ＨＶＯＦ）等の溶射等により、接合させる表面上に粉末としてスプレーされてもよく、または、表面、接合部等が溶融物により被覆されてもよい。

鉄系ろう付けフィラー材料は、毛管力遮断部（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｆｏｒｃｅ ｂｒｅａｋｅｒ）の補助により、平面または広い表面に付けられ得る。毛管力遮断部は、溝（ｇｒｏｏｖｅｓ）、跡（ｔｒａｃｅｓ）、パス（ｐａｔｈｓ）、通路（ｐａｓｓａｇｅｓ）、Ｖ字もしくはＵ字形状の軌跡（ｔｒａｃｋｓ）、または経路（ｐａｔｈｗａｙｓ）等の形状、あるいは網目（ｎｅｔｓ）等の形状であってもよい。鉄系ろう付けフィラー材料は、毛管力遮断部の中、すなわち、溝、跡、パス、通路、Ｖ字もしくはＵ字形状の軌跡、経路、網目等の中に付けられてもよく、または、ろう付けフィラー材料は、毛管力遮断部の近くに付けられてもよい。加熱の間、付けられた鉄系ろう付けフィラー材料は、毛管力が遮断され（ｂｒｏｋｅｎ）得る領域に流動して、互いに隣接する表面同士をろう付けする。したがって、ろう付けされた領域は、それ以外の場合には均一にろう付けすることが困難な平面との間のろう付けされた、封止された、または密着した頸部（ｃｅｒｖｉｃｅｓ）、接合部等を提供する。毛管力遮断部はまた、大きな頸部を有する表面、普通ではない形状を有する部品等のろう付けを可能にする。

毛管力遮断部の近くの２つの部品間にろう付け材料が付けられると、流動する粘凋性のろう付け材料は、毛管力遮断部の周縁部で流動する動きを止め、硬化する（ｓｅｔ）。反応器チャネル（ｒｅａｃｔｏｒ ｃｈａｎｎｅｌ）が毛管力遮断部として機能してもよい。反応器チャネルを有するプレートに、ろう付け材料が付けられ、バリアプレート（ｂａｒｒｉｅｒ ｐｌａｔｅ）等が反応器チャネルプレートと接触した状態で設置される。流動するろう付け材料は、反応器チャネルの境界で停止して硬化し、反応器チャネルを硬化したろう付け材料で満たすことなく反応器プレートをバリアプレートに封止する。

ろう付け材料が２つの境界表面の間をどの程度の距離まで流動するかは、ろう付け材料の硬化時間、表面間の距離、およびろう付け材料の量に一部依存する。ろう付け材料は、ろう付けされるそれぞれの表面に「張り付く（ｓｔｉｃｋｓ）」ため、表面間の中間のスペースがより小さくなる。中間スペースがより小さくなると同時にろう付け材料が硬化すると、ろう付け材料が間を流動することもより困難となる。ろう付け材料の所望量が、説明された手法のいずれかまたは他の手法で互いにろう付けされる接触点に供給される。ろう付け材料は、接触接合点よりも幾分広い領域を覆うことができる。接触接合点は、少なくとも０．５ｍｍの直径を有することができる。ろう付けプロセスは金属プロセスであり、ろう付けのためのそれぞれの表面は金属材料の形態を呈するため、ろう付けプロセス中の鉄系ろう付け材料は、互いにろう付けされる境界表面で拡散する。２つの接合された表面の間の接合部または継ぎ目は、本発明の１つの態様によるろう付けプロセスの間に多かれ少なかれ「消失」する。ろう付けされた継ぎ目は金属部品の表面とともに一体化し、合金の材料組成の変化はごく僅かである。

ろう付けの間、ろう付け材料は、毛管力によって、ろう付けにより接合される領域に移動する（ｍｉｇｒａｔｅ）。本発明によるろう付け材料は、良好なぬれ能力および良好な流動能力を有し、これにより、ろう付け領域の周りの残留した合金が少量となる。１つの代替の態様によれば、ろう付け後の残留した合金は、付けられた表面上に０．１ｍｍ未満の厚さを有する。

本発明はまた、本発明の方法により得られるステンレススチールの物品に関する。本発明はさらに、少なくとも１つのステンレススチールの基材と、ろう付けされた本発明のろう付け材料とを含む、ステンレススチールのろう付けされた物品に関する。

１つの代替の態様によれば、物品または部品は、反応器、分離器、カラム（ｃｏｌｕｍｎ）、熱交換器、あるいは、化学工場もしくは食品工場用の、または自動車産業用の機器から選択され得る。別の代替の態様によれば、物体（ｏｂｊｅｃｔ）は、熱交換器、プレート反応器、またはこれらの組合せであってもよい。本発明の別の代替の態様によれば、ろう付けされた物品は、分離器内で使用されるペアリングディスク（ｐａｒｉｎｇ ｄｉｓｃ）であってもよい。１つの代替の態様によれば、物品は、ろう付けされた熱交換器プレート、ろう付けされた反応器プレート、またはこれらの組合せであってもよい。

部品が熱交換器プレートである場合、プレートは、エンドプレート（ｅｎｄｐｌａｔｅｓ）、アダプタプレート（ａｄａｐｔｏｒ ｐｌａｔｅｓ）、シーリングプレート（ｓｅａｌｉｎｇ ｐｌａｔｅｓ）、フレームプレート（ｆｒａｍｅ ｐｌａｔｅｓ）等であってもよく、熱交換システムを構成することができる。熱交換器プレートのそれぞれは、少なくとも１つのポート陥凹部（ｐｏｒｔ ｒｅｃｅｓｓ）を含み、該ポート陥凹部は、プレートが互いの上に設置された際に共にポートチャネル（ｐｏｒｔ ｃｈａｎｎｅｌ）の部分を形成する。プレートは、熱交換器内のプレートスタックまたはプレートパックとして積み重ねられる。プレートパッケージは、プレートの間に、多数の媒体を収容する多数のチャネル（ｃｈａｎｎｅｌｓ）を含む。隣接したチャネル内の媒体は、従来の様式で熱伝達プレートを介した温度伝達に使用される。プレートは、縁を含んでもよく、該縁は、一部が下方に向かい、プレートスタックにおける隣接した熱伝達プレートの縁部の上方まで延在してもよい。プレートの縁は、プレート間にチャネルが形成され得るように隣接した熱伝達プレートに対して封止する。このチャネルは、媒体の流動を許容するか、または流動が生じず、したがってチャネルが空となるように閉じる。プレートパッケージおよびポート領域を強化するために、アダプタプレートまたはエンドプレートをパッケージに取り付けることができる。エンドプレートまたはアダプタプレートの表面は、表面間の接触面が最大化され得るように平面であってもよい。上述されたように、プレート上のそれぞれのポート陥凹部が一致し、これによりチャネルを形成する。したがって、このポートチャネルの内側に、２つのプレート間の接合部がある。この接合部での漏れを防止するため、ろう付け材料は、プレート間のポート領域の周りに付けられ得る。ろう付け材料は、毛管力遮断部内またはその近くに設置されてもよく、それはプレート間のポート領域の周りに全体的にまたは部分的に延在してもよい。プレートパッケージにおいて、ろう付け材料は、プレートの異なる事前設計されたまたは所定の部分の上に付けられてもよい。ろう付けプロセスの間、ろう付け材料は粘凋性となり、毛管力の作用により付けられた部分からプレート間に流出する。所定の場所にろう付け材料を付ける利点により、ろう付け材料の容積および量を制御し、表面のどの部分をろう付けし、どの部分をろう付けしないかを制御することが可能となる。熱交換器をろう付けする際、少なくとも３つの熱交換器プレートが必要であるが、いくつかのプレートを互いにろう付けするのが普通である。本発明の１つの代替の態様によれば、同じ炉内で同時にいくつかのプレートのプレートパックが互いにろう付けされる。

本発明のろう付け方法は、そのすべての部品で組み立てられた物品を同時にろう付けすることを含んでもよく、または、例えば、各ろう付けサイクルにおいて同じ種類のろう付け材料を使用して、まず部品が組み立てられて互いにろう付けされ、次いでさらなる部品とともに組み立てられて互いにろう付けされる等、物品は段階的にろう付けされてもよい。

独立請求項および従属請求項において、さらなる発展型が特定される。

以下の例および図１、２、および３を用いて、本発明をより詳細に説明する。図１および２は、「曲げ試験」において試験されるろう付けされた領域の写真を示す。図３は、融解曲線の近似により行われた溶融間隔（ｍｅｌｔｉｎｇ ｉｎｔｅｒｖａｌ）の推定を示す。例ならびに図１、２および３の目的は、本発明のろう付け材料を試験することであり、本発明の範囲を制限することを意図しない。

例１
本発明のろう付け材料の固相線および液相線温度をチェックするために、試験試料１から１２を作製した。試験試料の組成を表１にまとめる。

試料の液相線および固相線温度を、示差熱分析（ＤＴＡ）を用いて試験した。分析時に使用した雰囲気はアルゴンであった。１０℃／分の加熱および冷却速度で試験を行った。液相線温度は、それを超えると物質が完全に液体である温度である。固相線温度は、それを下回ると物質が完全に固体である温度である。固相線および液相線温度の値は、溶融プロセスが開始および終了する点の推定により確定された。推定は、ＤＴＡ曲線として測定され記録された融解曲線の近似により行った（図３参照）。溶融プロセスは、ＤＴＡ曲線において、加熱曲線の勾配の変化により観察することができる。プロセスが完了すると、勾配は再び一定となる。溶融プロセスの開始および終了を確定するために、エネルギー降下ピーク（６）上の接線（５）を引くことにより近似を行った。基線上の接線（７）を引き、接線（５）および（７）が互いに交差する点が、溶融範囲の近似端点値となる。

例２
試料番号６に対して「曲げ試験」を行い、結果の写真を撮影した（図１参照）。試料６を基材のプレート上に設置し、真空炉内で少なくとも１０分間、約１２００℃で加熱した。次いで試験プレートを室温まで冷却し、「曲げ試験」を行った。図１は、写真の底部に基材１を、基材の上に反応域２を示しており、該反応域は、ろう付け材料および基材がともに拡散した区域である。反応域の上には、ろう付け材料３がある。写真は、予想されたように、曲げ試験により、ろう付けされた材料３中に亀裂４が形成されたことを示している。驚くべき結果は、亀裂が反応域２を通過せず、代わりに亀裂は方向を変え停止していることであった。この結果を再確認するために、試料番号７を使用し、同じ手順を用いて新たな試験を行った（図２の写真を参照）。第２の試験でも類似の亀裂が生じ、これも反応域から向きを変えていた。

「曲げ試験」において試験されるろう付けされた領域の写真である。 「曲げ試験」において試験されるろう付けされた領域の写真である。 融解曲線の近似により行われた溶融間隔の推定を示すグラフである。

Claims (15)

1. 本質的に、
   （ｉ）１５ｗｔ％から３０ｗｔ％のクロム（Ｃｒ）と；
   （ｉｉ）０ｗｔ％から５．０ｗｔ％のマンガン（Ｍｎ）と；
   （ｉｉｉ）１５ｗｔ％から３０ｗｔ％のニッケル（Ｎｉ）と；
   （ｉｖ）１．０ｗｔ％から１２ｗｔ％のモリブデン（Ｍｏ）と；
   （ｖ）０．１ｗｔ％から４．０ｗｔ％の銅（Ｃｕ）と；
   （ｖｉ）０ｗｔ％から１．０ｗｔ％の窒素（Ｎ）と；
   （ｖｉｉ）０ｗｔ％から２０ｗｔ％のシリコーン（Ｓｉ）と；
   （ｖｉｉｉ）０ｗｔ％から２．０ｗｔ％のホウ素（Ｂ）と；
   （ｉｘ）０ｗｔ％から１６ｗｔ％のリン（Ｐ）と；
   任意選択で、炭素（Ｃ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびタンタル（Ｔａ）からなる群から選択される１種または複数種の元素であって、各元素の量は約０．０ｗｔ％から約２．５ｗｔ％の範囲内である、１種または複数種の元素とからなる合金を含む、鉄系ろう付け材料であって；該合金のうちの残りは、Ｆｅおよび不可避の少量の混入元素であり；Ｓｉ、Ｂ、およびＰは、融点を低めるために有効な量で存在し、Ｓｉ、Ｂ、およびＰは、指標＝ｗｔ％Ｐ＋１．１×ｗｔ％Ｓｉ＋３×ｗｔ％Ｂの式に従う量で含有され、該指標の値は、約５ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲内である、鉄系ろう付け材料。
2. 前記混入元素が、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、および硫黄（Ｓ）のうちのいずれか１種である、請求項１に記載のろう付け材料。
3. クロムが、約１８ｗｔ％から約２６ｗｔ％の範囲内であるか、またはニッケルが、約１６ｗｔ％から約２６ｗｔ％の範囲内であるか、またはモリブデンが、約２．０ｗｔ％から約１２．０ｗｔ％の範囲内であるか、またはこれらの組合せである、請求項１または２に記載のろう付け材料。
4. シリコーンが、約８．０ｗｔ％から約１２ｗｔ％の範囲内であるか、またはホウ素が、約０．１ｗｔ％から約１．０ｗｔ％の範囲内であるか、またはリンが、約５．０ｗｔ％から約１４ｗｔ％の範囲内であるか、またはこれらの組合せである、請求項１、２、または３に記載のろう付け材料。
5. シリコーンが、約８．０ｗｔ％から約１２ｗｔ％の範囲内であり、ホウ素が、約０．１ｗｔ％から約１．５ｗｔ％の範囲内である、前記請求項のいずれか一項に記載のろう付け材料。
6. シリコーンが、約２．５ｗｔ％から約９．０ｗｔ％の範囲内であり、リンが、約２．５ｗｔ％から約９．０ｗｔ％の範囲内である、前記請求項のいずれか一項に記載のろう付け材料。
7. 前記合金が、式（ｗｔ％Ｃｒ＋ｗｔ％Ｎｉ＋ｗｔ％Ｍｏ）≧３３ｗｔ％により規定される、クロム（Ｃｒ）の量、ニッケル（Ｎｉ）の量、およびモリブデン（Ｍｏ）の量を含有する、前記請求項のいずれか一項に記載のろう付け材料。
8. 前記合金が、ガス噴霧または水噴霧または溶融紡糸により生成される、前記請求項のいずれか一項に記載のろう付け材料。
9. 鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群のうちの３種以上の元素を含有する合金を含む、鉄系ろう付け材料であって、該合金はまた、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、およびリン（Ｐ）からなる群から選択される１種または複数種の融点降下元素を含有し、該合金は、式（ｗｔ％Ｃｒ＋ｗｔ％Ｎｉ＋ｗｔ％Ｍｏ）≧３３ｗｔ％により規定される、クロム（Ｃｒ）の量、ニッケル（Ｎｉ）の量、およびモリブデン（Ｍｏ）の量と、指標＝ｗｔ％Ｐ＋１．１×ｗｔ％Ｓｉ＋３×ｗｔ％Ｂの式により規定される量の融点降下元素とを含有し、該指標の値は約５ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲内であり、ただしＣｕが該合金中に存在する、鉄系ろう付け材料。
10. 請求項１から９に記載のろう付け材料をステンレススチールの部品に付けるステップ（ｉ）と；
    任意選択で該部品を組み立てるステップ（ｉｉ）と；
    ステップ（ｉ）またはステップ（ｉｉ）からの部品を、非酸化雰囲気中、還元雰囲気中、真空中またはこれらの組合せにおいて、少なくとも９００℃の温度まで加熱し、少なくとも１０７０℃の温度で少なくとも１５分間該部品をろう付けするステップ（ｉｉｉ）と；
    任意選択で、ステップ（ｉ）、ステップ（ｉｉ）、およびステップ（ｉｉｉ）のうちの１つまたは複数を繰り返すステップ（ｉｖ）と
    を含む、ステンレススチールの物品をろう付けする方法。
11. ステップ（ｉｉｉ）において、部品が、少なくとも３０分間、１１５０℃から１２５０℃の範囲内の温度でのろう付けの前に、１１２０℃未満の温度まで、予熱される、請求項１０に記載のろう付けする方法。
12. ステップ（ｉｉｉ）において、部品が、少なくとも１５分間、１０５０℃から１１５０℃の範囲内の温度でのろう付けの前に、１０４０℃未満の温度まで、予熱される、請求項１０に記載のろう付けする方法。
13. 請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法により得られる、ろう付けされた物品。
14. プレート熱交換器である、請求項１３に記載のろう付けされた物品。
15. 請求項１から９のいずれか一項に記載の鉄系ろう付け材料と、水系もしくは油系またはこれらの組合せの、水性結合剤系もしくは有機結合剤系とを含むペーストであって、油系結合剤は、ポリ（メタ）アクリレート等のポリマー、セルロース誘導体、デンプン、ワックス等のバイオポリマー、またはこれらの組合せであってもよい、ペースト。

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