JP2014024104A

JP2014024104A - フラックス付ろう材

Info

Publication number: JP2014024104A
Application number: JP2012167879A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Iwai; 一郎岩井
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】ろう材とフラックスとを一体化したフラックス付ろう材であって、確実にフラックスを作用させることができ、かつろう材設計の自由度の大きいフラックス付ろう材を提供する。
【解決手段】フラックス付ろう材（1）はＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の表面に、そのＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）重量の５〜１５％のフッ化物系フラックス粒子（11）がコールドスプレーによって付着している。
【選択図】図１

Description

本発明はろう材とフラックスとが一体化したフラックス付ろう材およびその関連技術に関する。

アルミニウムのフラックスろう付に関し、本出願人は、先に、ろう材とフラックスとを一体化したフラックス含有アルミニウム合金ろう材を提案した（特許文献１、２参照）。

引用文献１に記載のフラックス含有アルミニウム合金ろう材は、ろう材粉末とフラックス粉末の混合粉末をアルミニウム缶に充填して缶内を脱気した後熱間プレスで圧粉固形化し、缶を切削除去し、さらに押出等の二次加工をして所期形状に成形したものである。引用文献２に記載のフラックス含有アルミニウム合金ろう材は、ＡｌまたはＡｌ−Ｓｉ系合金からなる管材の一端を閉じ、この管材内にフラックス粉末と、必要に応じてＡｌ粉末および／またはＳｉ粉末を充填して他端を閉じたものである。要すればさらに、引抜加工を施して細径化を行う。

これらのフラックス含有アルミニウム合金ろう材は、ろう材とフラックスとが所定割合で一体化しているので、ろう材とフラックスとを同時に一括して供給でき、かつフラックス量のばらつきも生じないという特徴がある。また、バインダを使わずに一体しているので、バインダによるろう付性低下が発生しないので良好なろう付を達成することができる。

特開平５−１７７３８６号公報特開平６−１９８４８７号公報

しかしながら、引用文献１、２のフラックス含有アルミニウム合金ろう材を製造するには多くの複雑な工程が必要であり、その結果製造コストが高いものとなる。また、ろう材形状は押出加工や引抜加工（特許文献１、２）、使用する管材（特許文献２）によって決まるので、形状的な自由度が小さく多品種少量のフラックス含有アルミニウム合金ろう材の製造には必ずしも適していない。さらに、ろう材成分とフラックス成分の比率を製造の初期段階で決定しなければならないこともろう材設計の自由度を小さくしている。

さらに特許文献２のフラックス含有アルミニウム合金ろう材はフラックスが管材の内部に詰められているので、ろう材成分である管材が溶融しなければフラックスが管材から出ることができない。このため、フラックスが溶けて作用するまでに時間がかかるという問題点があった。

本発明は、上述した技術背景に鑑み、ろう材とフラックスとを一体化したフラックス付ろう材であって、確実にフラックスを作用させることができ、かつろう材設計の自由度の大きいフラックス付ろう材の提供を目的とするものである。

即ち、本発明は下記［１］〜［４］に記載の構成を有する。

［１］Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材の表面に、そのＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材重量の５〜１５％のフッ化物系フラックス粒子がコールドスプレーによって付着していることを特徴とするフラックス付ろう材。

［２］前記フラックス付ろう材はトーチろう付用ろう材である前項１に記載のフラックス付ろう材。

［３］Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材の表面にフッ化物系フラックス粒子をコールドスプレーし、そのＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材重量の５〜１５％のフッ化物系フラックス粒子を付着させることを特徴とするフラックス付ろう材の製造方法。

［４］前記フラックス粒子を付着させた後にフラックス付ろう材を切断する前項３に記載のフラックス付ろう材の製造方法。

上記［１］に記載のフラックス付ろう材によれば、フラックス粒子がＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材の外側にあるので、ろう付加熱をするとフラックス粒子が先に溶融してその後にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材が溶融する。また、フラックス粒子の付着力が強くハンドリング時にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材からフラックス粒子が脱落しないので、ねらいどおりの量のフラックスを接合部に供給できる。これらによって確実にフラックスが作用して良好なろう付を達成できる。

また、フラックス粒子はコールドスプレーという簡単な方法で付着させたものであるから製造コストも安価である。

上記［２］に記載のフラックス付ろう材によれば、トーチろう付用ろう材において上記の効果を得ることができる。

上記［３］に記載のフラックス付ろう材の製造方法によれば、上記効果を有するフラックス付ろう材を簡単な方法で製造することができ、安価でフラックス付ろう材を提供できる。また、フラックス付着量はコールドスプレーを行う工程で容易に調節できるので、ろう材設計の自由度が大きい。

上記［４］に記載のフラックスろう材の製造方法によれば、大面積のＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材にフラックス粒子を付着させた後に、切断して接合部形状に即した形状のフラックスろう材に加工することができる。このような工程で作製すればフラックス付ろう材を効率良く製造できる。また、フラックス付ろう材の最終形状は切断時に決めれば良いことから、複数の形状のフラックス付ろう材を製造するに際して途中までの工程を共通化できるので、形状の異なる複数種のフラックス付ろう材を効率良く製造することができる。

本発明のフラックス付ろう材の一実施形態を示す斜視図である。図１のフラックス付ろう材の製造方法を示す図である。本発明のフラックス付ろう材の他の実施形態を示す斜視図である。本発明のフラックス付ろう材のさらに他の実施形態を示す斜視図である。実施例のろう付試験に用いた逆Ｔ継手の斜視図である。

図１に本発明のフラックス付ろう材の一実施形態を示す。

フラックス付ろう材（1）は、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の表面にコールドスプレーによってフッ化物系フラックス粒子（11）を付着させ、ろう材とフラックスとが一体化したものである。

前記フラックス付ろう材（1）はフラックス粒子（11）がＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の外側にあるので、ろう付加熱をするとフラックス粒子（11）が先に溶融してその後にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）が溶融する。このため、アルミニウム被接合部材に対して確実にフラックスが作用して良好なろう付を達成できる。

［フラックス付ろう材の材料］
本発明のフラックス付ろう材（1）において、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の形状は何ら限定されず、板、角棒、丸棒等任意形状のものを用いることができる。また、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材の組成も問わないが、ろう材の融点が高くなりすぎず、かつ成形性が良好であるという観点より、Ｓｉ濃度が５〜１３質量％の合金を用いることが好ましい。特に好ましいＳｉ濃度は９〜１１質量％である。また、耐食性向上等の機能向上のためにＳｉ以外の元素を添加した合金であっても良い。

前記フラックス粒子（11）は非腐食性であるフッ化物系フラックスと使用することとし、ＫＡｌＦ_４、ＣｓＦ、ＫＺｎＦ_３、ＫＦ、ＡｌＦ_３、Ｋ_２ＡｌＦ_５、Ｋ_３ＡｌＦ_６、ＺｎＦ_２、ＬｉＦ、ＢｉＦ_３等のフッ化物系フラックスを例示できる。これらのフラックスはろう付温度に応じて１種または２種以上の混合フラックスを用いることができる。また、これらのうちでも、５８０〜６２０℃のろう付に適したフラックスとして、ＫＡｌＦ_４、ＫＺｎＦ_３およびＣｓＡｌＦ_４を推奨できる。

前記フラックス粒子（11）は平均粒径が２５μｍ以下のものを用いることが好ましい。粒径が大きすぎるとＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）に付着しにくくなって付着効率が低下するおそれがある。フラックス粒子（11）の平均粒径の下限値は限定されないが、小さくなり過ぎると粒子の慣性力が小さくなり、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）近くで流速が遅くなって付着効率が低下するおそれがあるため、３μｍ以上が好ましい。フラックス粒子（11）の好ましい平均直径は３〜２０μｍである。

［フラックス付ろう材の製造方法］
コールドスプレーは粒子を固相状態のままで高速で噴射し対象物に衝突させて付着させる手法であり、水やバインダを用いることなく対象物表面にフラックス粒子を付着させることができる。具体的には、例えば図２に参照されるように、噴射装置のノズル（10）からフラックス粒子（11）をキャリアガスによって高速で噴射してＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）に付着させる。かかる方法によって、特許文献１、２に記載された方法よりも極めて簡単な方法でろう材とフラックスとが一体化したフラックス付ろう材を作製することができる、コストダウンを図ることができる。

しかも、粉末のスプレーであるからＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の形状を選ばず、平面の他、凹凸表面、曲面、屈曲部等にもフラックス粒子を付着させることができる。また、後述する規定のフラックス付着量の範囲を満たしていれる限り付着面も選ばない。例えば、図１のフフラックス付ろう材（1）は薄板状のＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の上下両面にのみフラックス粒子（11）を付着させているが、側面にも付着させれば図示例よりも増量が可能であり、上下どちらかの面のみに付着させれば図示例よりも減量することができる。また、図３Ａのフラックス付ろう材（2）は丸棒からなるＡｌ−Ｓｉ合金ろう材（13）の周面の全域にフラックス粒子（11）を付着させた例であり、図３Ｂのフラックス付ろう材（3）は断面正方形の角棒からなるＡｌ−Ｓｉ合金ろう材（14）の４面にフラックス粒子（11）を付着させた例である。

コールドスプレーの噴射温度は、フラックス粒子（11）の変形および付着効率に影響を及ぼす因子である。噴射温度が高すぎるとフラックスが変成してフラックスとしての機能が低下するおそれがあるため、フラックスの融点より３０℃以上低い温度で噴射することが好ましく、５０℃以上低い温度であればなお好ましい。噴射温度の下限値は限定されないが、常温（２５℃）程度であれば付着させることができる。但し、温度が低すぎるとフラックス粒子が十分に軟化せず、付着効率が低下するのでフラックスの融点との温度差が１５０℃以内であることが好ましい。即ち、好ましい噴射温度はフラックスの融点よりも３０〜１５０℃低い温度であり、特に好ましい噴射温度はフラックスの融点よりも５０〜１５０℃低い温度である。なお、本発明において噴射温度とは噴射時の粒子温度であり、フラックス粒子の加熱または加熱したキャリアガスを用いることによって実現できる。

また、前記フラックス粒子（11）がＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の表面に衝突する速度は粒子の付着性に影響する因子であり、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の表面への平均衝突速度が１００ｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましい。平均衝突速度が１００ｍ／ｓｅｃ未満では、付着せずに脱落する粒子が多くなって付着効率が悪く不経済である。一方、平均衝突速度が速くなりすぎると、平均衝突速度が速すぎて衝突時の衝撃で基材が変形するおそれがあるので５００ｍ／ｓｅｃ以下が好ましい。特に好ましい平均衝突速度は１５０〜４５０ｍ／ｓｅｃである。

前記フラックス粒子（11）を高速噴射するためのキャリアガスの種類は限定されず、空気、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等を例示できる。フラックス粒子（11）を酸化させないために、特に窒素ガスやアルゴンガス等の非酸化性雰囲気下で噴射することが好ましい。

コールドスプレー法によればＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の表面に任意量のフラックス粒子（11）を付着させることができ、付着量の調節も容易である。本発明においてフラックス付着量はろう材重量の５〜１５％とする。ろう材重量の５％未満ではろうの濡れ性が悪く良好なろう付を達成することができない。一方、１５％を付着させれば十分な効果が得られるので１５％を超える多量のフラックスは無駄になる。特に好ましいフラックス付着量はろう材重量の７〜１３％である。フラックス付着量、即ちろう材とフラックスの割合はコールドスプレーを行う工程で決定することができ、付着量の変更も容易であるから、ろう材設計の自由度が大きい。また、多品種で少量のフラックス付ろう材の製造にも適している。

コールドスプレー法によればＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材に強い付着力でフラックス粒子を付着させることができる。付着させたフラックス粒子はハンドリングによって脱落することがないので、トーチろう付用ろう材として好適に使用でき、ねらいどおりの量のフラックスを接合部に供給することができる。

また、フラックス粒子を付着させたろう材を切断してもフラックス粒子は脱落しないので、使用形態のろう材寸法に応じて適宜切断して使用することもできる。コールドスプレー法は、ノズル（10）とＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）とを相対的に移動させながらスプレーすることにより長尺や大面積のＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）にもフラックス粒子を付着させることができるので、シート状や長尺の大面積のＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材にフラックス粒子を付着させた後に、シャーで切断して接合部形状に即した形状のフラックスろう材に加工することができる。このような工程で作製すればフラックス付ろう材を効率良く製造できる。また、フラックス付ろう材の最終形状は切断時に決めれば良いことから、複数の形状のフラックス付ろう材を製造するに際して途中までの工程を共通化できるので、形状の異なる複数種のフラックス付ろう材を効率良く製造することができる。

本発明はフラックス付ろう材の用途を限定するものではないが、好適な用途して、エアコン配管や各種熱交換器のジョイント部の接合を挙げることができる。

エアコン配管に用いた場合は、フラックス付きろう材は、ろう付け時にフラックスとろう材が一体化しているため、ろう付け時にフラックスをろう付け部に別途供給する必要がなくろう付け作業が容易になる効果、現場での作業工数低減の効果がある。

また、熱交換器用エバポレータ、熱交換器用コンデンサの出入口のろう付けに用いた場も、フラックス付きろう材はろう付け時にフラックスとろう材が一体化しているため、ろう付け時にフラックスをろう付け部に別途供給する必要がなくろう付け作業が容易になる効果がある。

図１に参照される形状のフラックス付ろう材（1）を、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の寸法、Ａｌ−Ｓｉ系合金中のＳｉ濃度、フラックスの種類、フラックスの付着量を変えて作製した。

表１に示す試験No.１〜１５のフラックス付ろう材において、各No.のＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）は幅（ｗ）が５ｍｍの長尺材であり、肉厚（ｔ）が０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍのうちのいずれかのものを使用した。Ａｌ−Ｓｉ系合金中のＳｉ濃度は表１に示したとおりである。フラックス（11）は平均粒径２０μｍのＫＡｌＦ_４または平均粒径２０μｍのＫＺｎＦ_３を使用した。

フラックス粒子のコールドスプレーは、図２に示すように、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（12）の上方１５ｍｍの高さに噴射装置のノズル（内径５ｍｍ）（10）を配置し、フラックス粒子（11）を４００℃に加熱した窒素ガスを２ＭＰａの圧力で噴出させて行った。また、ノズル（10）はピッチ５ｍｍ、速度１０ｍ／分で移動させて、幅（ｗ）５ｍｍの長手方向の面の全域にフラックス粒子を付着させ、さらにその裏面にもコールドスプレーしてフラックス粒子（11）を付着させた。両面にフラックス粒子（11）を付着させたフラックス付ろう材（1）において、フラックス付着厚さの両面合計値（ｍｍ）およびろう材重量を１００としたときのフラックス量の割合を表１に示す。

作製した各フラックス付ろう材（1）を用いてアルミニウム材のろう付試験を行った。ろう付試験は、図４に示すように、Ａ３００３からなる５０ｍｍ×２５ｍｍ×厚さ２．５ｍｍの２枚の板材（21）（21）で逆Ｔ継手（20）を組み立てて治具（図示省略）で固定し、手持ちしたフラックス付ろう材（1）を挿しながらガストーチ（30）で隅肉部をろう付するものとした。手持ちしたラックス付ろう材（1）にフラックス粒子（11）の脱落はなかったのでろう付予定部には表１に記載した量のフラックスが供給されたと見なすことができる。

ろう付した各継ぎ手は目視観察により下記の基準で評価した。評価結果を表１に示す。

○：十分にろうが濡れて正常にフィレットが形成された
△：部分的にろうの濡れ不足があった
×：ろうの濡れが悪かった

表１より、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材に付着させた所定量のフラックス効果によって良好なろう付が達成されたことを確認した。なお、試験No.３のフラックス付ろう材は本発明が規定する量を超えるフラックスを付着させたものであり、良好なろう付が達成されている。しかし、No.３よりもフラックス量の少ない試験No.２が良好にろう付されているという結果から、No.３のフラックス量は過剰であることを示している。

本発明のフラックス付ろう材はアルミニウムのトーチろう付に好適に利用できる。

1、2、3…フラックス付ろう材
11…フラックス粒子
12、13、14…Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材

Claims

Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材の表面に、そのＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材重量の５〜１５％のフッ化物系フラックス粒子がコールドスプレーによって付着していることを特徴とするフラックス付ろう材。
前記フラックス付ろう材はトーチろう付用ろう材である請求項１に記載のフラックス付ろう材。
Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材の表面にフッ化物系フラックス粒子をコールドスプレーし、そのＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材重量の５〜１５％のフッ化物系フラックス粒子を付着させることを特徴とするフラックス付ろう材の製造方法。
前記フラックス粒子を付着させた後にフラックス付ろう材を切断する請求項３に記載のフラックス付ろう材の製造方法。