JP2020530396A - 流動性ろう付け組成物及びそれを使用して金属物品を一緒にろう付けする方法 - Google Patents

Abstract

流動性ろう付け組成物及びそれを使用して金属物品を一緒にろう付けする方法が、本明細書で提供される。一実施形態では、流動性ろう付け組成物は、非ポリマー性担体媒体と、フラックスコーティング粒子と、を含む。担体媒体は、少なくとも１つの極性有機溶剤を含み、周囲温度で液体である。フラックスコーティング粒子は、ろう材コアと、コア上に配置されているフラックスコーティングと、を含む。ろう材コアは、フラックスコーティングとは異なる材料を含む。流動性ろう付け組成物は、流動性ろう付け組成物の総重量に基づいて、約１．５重量％以下のポリマー性結合剤成分を有する。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１７年８月７日出願の米国仮出願第６２／５４２，１５８号の利益を主張し、更に２０１８年８月２日出願の米国出願第１６／０５３，６３５号の利益を主張する。

（発明の分野）
技術分野は、概して、流動性ろう付け組成物及びそれを使用して金属物品を一緒にろう付けする方法に関し、より詳細には、優れた貯蔵安定性を呈する流動性ろう付け組成物及び流動性ろう付け組成物を使用して金属物品を一緒にろう付けする方法に関する。

ろう付けは、金属又は金属合金であり得る金属物品間に画定される接合部にろう材を融解し流すことによって、２つ以上の金属物品が一緒に接合される、金属接合プロセスである。より具体的には、ろう付けは、接合される金属よりも低い融点を有するろう材を金属の間の接合部に導入することによって、接合される金属の融点未満で行われる熱誘導金属結合プロセスである。その後の冷却時に、ろう材は、金属物品をそれらの接着表面で一緒に結合するフィレットを形成する。加熱中にろう材のみを確実に選択して融解するには、ろう材の融点は、典型的には、接合される金属物品中の金属の融点よりも少なくとも約３０℃〜４０℃低く選択される。アルミニウム物品を一緒にろう付けするには、例えば、好適なろう付け合金は、約５７７℃で融解するＡｌ−Ｓｉ共晶組成物である。

ろう付けプロセスは、表面上及び材料内の両方で起こる多数の冶金及び化学プロセスを伴う。例えば、金属物品の表面上の融解ろう材の良好なぬれ及び広がりによって、毛管現象が起こるどうかが決定される。毛管流は、適切に離間した接合部で、許容可能なろう付けフィレット、すなわち提供された融解ろう材が、接合される両方の表面を確実にぬらすことが主要な物理的原理である。毛管流は、酸化膜の存在、表面粗さ、並びにろう付け雰囲気の条件及び特性によって影響を受ける。

ろう付けされる金属物品にろう材を適用するために、様々な技法が用いられている。１つのかかる技法では、接合される表面のうちの少なくとも１つは、アルミニウムろう付け合金の層で事前に被膜されている。ろう付けシートとして概して知られている、かかる事前に被膜されている物品は、比較的高価であり、多くの場合、被膜以外のいくつかの形態でろう材を提供することが好ましい。既知の１つの代替策は、好適な液体又はペースト様の担体中に担持されている、粉末形態又は粒子状形態のろう材を、一方若しくは両方の接合面に又は一方若しくは両方の接合面に隣接して適用することである。かかる方法では、粉末形態のろう材の水性担体中での混合物、又は結合剤と混合された混合物が、接合される表面上にコーティングされる。水性担体に含まれるとき、次いでコーティングを乾燥させ、次いで表面をろう付け温度に加熱し、それによってろう付けが完了する。結合剤、例えばろう付けされる物品の表面にろう材を結合させるポリマー性材料が含まれるとき、概して、結合剤は、コーティングを表面上に堆積した後に物品を予熱することを通じて、ろう付け前に燃焼消失する。

アルミニウム及びその合金などのいくつかの金属物品のろう付けは、空気に晒されると表面上に酸化膜が形成されるため、特に困難である。アルミニウム上の酸化膜のバリア作用は、ぬれを妨害し、毛管流を阻害する。融解ろう材と物品のベース金属との間の密接な接触を可能にするために、例えば、フラックスとして機能する無機塩の使用を通じて、酸化物を破壊する必要がある。酸素及び水蒸気を含まない不活性のろう付け雰囲気は、融解ろう材の再酸化及びフラックス自体の酸化の防止を容易にし得る。これは、窒素下での、又は真空を使用することによるろう付けによって達成することができる。フラックスは、ろう付け温度で金属酸化物を破壊及び／あるいは除去することが可能でありながら、ろう付け温度で物品の金属、例えばアルミニウムに対して本質的に不活性なままである必要がある。フラックスは通常、少なくとも部分的に融解したときのみ反応性であるため、例えば、アルミニウムろう付け用のフラックスは、ろう付け温度、例えば実質的に５７７℃よりも高くなく、好ましくは５７７℃未満の温度で、実際に部分的又は全体的に融解されるべきである。これまでアルミニウムのろう付けに商業的に用いられているフラックス材料は、一般的には、主に塩化物塩の混合物であり、場合によっては少量のフッ化物が添加されている。アルミニウムのろう付けに好適なフラックスの例は、商標名ＮＯＣＯＬＯＫ（登録商標）で販売されているフッ化アルミン酸カリウムである。フラックスを用いないろう付け手順が考案されてきたが、それらの使用は、かかる手順の上首尾な実用には特別な条件及び設備が必要とされることから生じる、経済性及び他の考慮事項を理由に限定的である。

事前に被膜することの代替物として、フラックスコーティングろう材粒子が開発されている。フラックスコーティング粒子は、ろう材を含むフラックスの優れた分布を提供し、それによってフラックスの効果を最大化しながら、またろう材を酸化から遮蔽する。フラックスコーティング粒子は、概して、粒子状形態のフラックスを使用して噴霧形成することによって形成される。フラックス粒子は、噴霧されたろう材液滴と接触し、融解して、ろう材液滴上にフラックスコーティング又は部分的フラックスコーティングを形成し、コーティング粉末として固化し、したがって相対的に均質な、ろう材とフラックスとの混合物を提供する。

フラックスコーティング粒子は、典型的には、冷却された支持柱上に凝縮し集められて、フラックスコーティング粒子の柱状ブロックを形成する。柱状ブロックは、形成された形態のままでその後のろう付け用途に用いることができる。冷却された支持柱によって収集されない副生成物フラックスコーティング粒子は、多くの場合、再利用される。フラックスコーティング粒子用の代替的な送達担体が提案されてきたが、かかる代替的な送達担体は、母材に困難を提示する。例えば、フラックスコーティング粒子を液体樹脂又は結合剤と混合するか、あるいは、液体樹脂が所望の表面に適用された後に、フラックスコーティング粒子を液体樹脂上にダストすることが提案されている。次いで、液体樹脂を硬化させて硬化樹脂を形成し、所望の表面にフラックスコーティング粒子を確実に接着する。しかしながら、硬化樹脂の使用は、取り扱い及び適用において困難を提示し得る。例えば、概して、硬化樹脂を分解／熱分解するために、例えばろう付けコーティングされた表面を予熱することによって、硬化樹脂を除去する必要がある。樹脂分解生成物は、フラックス及び基材の両方と反応し得、ろう付けプロセスを阻害する。更に、フラックスコーティング粒子をろう付けされる表面に接着することにより、フラックスコーティング粒子がろう付けされる表面上に効果的に分散され、表面を覆うことが制限される。水性スラリー中にフラックスコーティング粒子を含めることも提案されている。しかしながら、フラックスコーティング粒子用の送達担体として液体樹脂及び水性スラリーの両方を使用すると、粒子分離が懸念される。分離すると、概して高粘度な組成物にフラックスコーティング粒子を効果的に再分散させることは困難である。当然のことながら、粒子分離は、フラックスコーティング粒子を使用して形成されたろう付けフィレットの品質一貫性に著しく影響する。更に、液体樹脂及び分離しやすいフラックスコーティング粒子スラリーの使用は、かかる粒子を大きな体積と小さな表面積での適用に使用することができない。

したがって、フラックスコーティング粒子を用い、粒子分離に抵抗する、流動性ろう付け組成物、及び流動性ろう付け組成物を使用して金属物品を一緒にろう付けする方法を提供することが望ましい。加えて、ろう付けされる表面全体への、フラックスコーティング粒子の効果的な表面ぬれ性及び流れを可能にする流動性ろう付け組成物、及び流動性ろう付け組成物を使用して金属物品を一緒にろう付けする方法を提供することが望ましい。更に、他の望ましい特徴及び特性は、後続の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を、添付図面及び本背景技術と併せ読むことで明らかになるであろう。

流動性ろう付け組成物及びそれを使用して金属物品を一緒にろう付けする方法が、本明細書で提供される。一実施形態では、流動性ろう付け組成物は、非ポリマー性担体媒体と、フラックスコーティング粒子と、を含む。担体媒体は、少なくとも１つの極性有機溶剤を含み、周囲温度で液体である。フラックスコーティング粒子は、ろう材コアと、コア上に配置されているフラックスコーティングと、を含む。ろう材コアは、フラックスコーティングとは異なる材料を含む。流動性ろう付け組成物は、流動性ろう付け組成物の総重量に基づいて、約１．５重量％以下のポリマー性結合剤成分を有する。

別の実施形態では、流動性ろう付け組成物を使用して金属物品を一緒にろう付けする方法が提供される。方法は、ろう付け組成物を提供することを含む。ろう付け組成物は、非ポリマー性担体媒体と、フラックスコーティング粒子と、を含む。担体媒体は、少なくとも１つの極性有機溶剤を含み、周囲温度で液体である。フラックスコーティング粒子は、ろう材コアと、コア上に配置されているフラックスコーティングと、を含む。フラックスコーティングは、金属ハロゲン化物を含み、ろう材コアは、フラックスコーティングとは異なる材料を含む。流動性ろう付け組成物は、流動性ろう付け組成物の総重量に基づいて、約１．５重量％以下のポリマー性結合剤成分を有する。ろう付け組成物は、金属物品が接合される場所で、金属物品のうちの少なくとも１つの上に堆積される。少なくとも１つの金属物品を加熱して、流動性ろう付け組成物から溶剤を実質的に除去する。金属物品は、フラックスコーティング粒子のコアを融解するのに十分な温度及び時間で一緒にろう付けされる。

別の実施形態では、非ポリマー性担体媒体、フラックスコーティング粒子、フラックス粒子、及び任意選択的に非ポリマー性増粘剤からなる流動性ろう付け組成物が提供される。担体媒体は、１つ以上の極性有機溶剤からなり、周囲温度で液体である。フラックスコーティング粒子は、ろう材コアと、コア上に配置されているフラックスコーティングと、を含む。フラックスコーティングは、金属ハロゲン化物を含み、ろう材コアは、フラックスコーティングとは異なる材料を含む。フラックス粒子は、フラックスコーティング粒子とは別個である。

様々な実施形態が、次の描画図形と共に以下に説明され、同様の番号は、同様の要素を示す。

一実施形態による、流動性ろう付け組成物、及びろう付けを通じて接合される、隣接する金属物品の間の接合部に組成物が配置されている流動性ろう付け組成物を使用してろう付けする方法の、概略的な側断面図である。 ろう付け後の図１に示される金属物品の概略的な側断面図である。 図１の流動性ろう付け組成物の実施形態に示される、フラックスコーティング粒子の概略的な側断面図である。 一実施形態による、針様フラックス粒子を含む流動性ろう付け組成物の拡大写真である。

以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示であり、流動性ろう付け組成物、及び流動性ろう付け組成物を使用して金属物品を一緒にろう付けする方法を限定することを意図するものではない。更に、前述の背景技術又は以下の詳細な説明で提示される、いずれの理論によっても拘束されることは意図していない。

流動性ろう付け組成物及び流動性ろう付け組成物を使用して金属物品を一緒にろう付けする方法が、本明細書で提供される。本明細書で使用される場合、「流動性」とは、流動性ろう付け組成物が液体／ゲル／ペースト状態で存在するように、ろう付け組成物が周囲温度で粘度を有することを意味する。流動性ろう付け組成物は、フラックスコーティング粒子を用い、流動性ろう付け組成物の総重量に基づいて約１．５重量％以下のポリマー性結合剤成分を有し、それによって、より多量のポリマー性結合剤成分を含むろう付け組成物の取り扱い及び適用に関連する課題を緩和する。更に、水性スラリーとは異なり、流動性ろう付け組成物はまた、粒子分離に抵抗し、したがって、より一貫したろう付けフィレット品質を提供する。また更に、流動性ろう付け組成物は、少なくとも１つの極性有機溶剤を含み、周囲温度で液体である非ポリマー性担体媒体を含む。したがって、流動性状態にあり、分離に抵抗することにより、流動性ろう付け組成物は、ろう付けされるアルミニウム含有表面などの様々な表面全体での、フラックスコーティング粒子の効果的な表面ぬれ性及び流れを可能にする。

上記で触れたように、流動性ろう付け組成物は、ろう付けに用いることができる。ろう付けは、金属又は金属合金であり得る金属物品間に画定される接合部にろう材を融解し流すことによって、２つ以上の金属物品が一緒に接合される、金属接合プロセスである。より具体的には、図１を参照すると、ろう付けは、接合される金属物品１２が融解しないままでありながら、ろう付け組成物１０中のろう材が融解する温度（本明細書では「ろう付け温度」と称される）に、流動性ろう付け組成物１０及び適切に組み立てられた関係にある金属物品１２を加熱することによって行われる。図２を参照すると、その後の冷却時に、ろう材は、金属物品１２をそれらの接着表面で一緒に結合するろう付けフィレット１４を形成する。加熱中にろう材のみを確実に選択して融解するには、ろう材の融点は、典型的には、接合される金属物品１２中の金属の融点よりも少なくとも約３０℃〜４０℃低く選択される。

再び図１を参照すると、流動性ろう付け組成物１０は、非ポリマー性担体媒体と、フラックスコーティング粒子１６とを含む。任意選択的に、流動性ろう付け組成物１０は、フラックスコーティング粒子１６及び／又は非ポリマー性増粘剤（図示せず）とは別個のフラックス粒子１８などの追加の成分を更に含んでもよい。非ポリマー性担体媒体を用いることにより、フラックスコーティング粒子１６の粒子分離を経時的に最小限に抑えるために十分な安定性を達成することができる。例えば、非ポリマー性担体媒体中の溶剤の特定の組み合わせ、Ｄ５０粒径分布、及び最大粒径パラメータ、流動性ろう付け組成物１０中の粒子の量、及び増粘剤の存在／不在などの他の要因が、粒子分離に寄与し得ることが理解されるものであるが、本明細書に記載の非ポリマー性担体媒体なしに、十分な貯蔵安定性を達成することはできない。

非ポリマー性担体媒体は、少なくとも１つの極性有機溶剤を含み、周囲温度で液体である。本明細書で言及される非ポリマー性担体媒体は、極性有機溶剤とみなすことができ、周囲温度で液体である流動性ろう付け組成物１０中の任意の成分を含み、それらの任意の成分に限定される。本明細書で言及される「液体」とは、材料が流動性であるか、あるいは周囲温度で粘度を有することを意味する。本明細書で言及される「有機溶剤」とは、酸素、窒素、又は硫黄を任意選択的に含む、炭素含有溶剤を意味する。本明細書で考慮される有機溶剤の例としては、限定されないが、炭化水素、アルコール、エーテル、エステル、ケトンなどが挙げられる。実施形態では、少なくとも１つの極性有機溶剤は、約２５０未満の分子量を有するＣ２−Ｃ１０脂肪族グリコールを含み、分枝状及び脂環式ジオールを含む。好適なグリコールの例としては、限定されないが、エチレン−、プロピレン−、ヘキシレン−、テトラメチレン−、ペンタメチレン−、２，２−ジメチルトリメチレン−、ヘキサメチレン−、エチルヘキシレン、及びデカメチレングリコール；又は、例えば、ジヒドロキシシクロヘキサン、シクロヘキサンジメタノール、及びそれらの混合物などの環状ジオールが挙げられる。例えば、一実施形態では、少なくとも１つの極性有機溶剤は、ヘキシレングリコールを含み、Ｃ２−Ｃ４グリコールを更に含んでもよい。グリコールに加えて又はこれに代えて、実施形態では、少なくとも１つの極性有機溶剤は、イソプロピルアルコールなどのＣ２−Ｃ４アルコールを含む。実施形態では、少なくとも１つの極性有機溶剤は、流動性ろう付け組成物１０の総重量に基づいて、少なくとも１０重量％の量で存在する。より具体的には、全ての極性有機溶剤の総量は、流動性ろう付け組成物１０の総重量に基づいて、約２５〜約３０重量％などの少なくとも１０重量％の量で存在する。実施形態では、流動性ろう付け組成物１０は、検出可能な水を含まない。本明細書で使用される場合、「含まない」とは、言及されている成分が組成物中に含まれることを意図しないが、従来の診断方法を用いて検出限界未満である量など、微量で存在し得ることを意味する。上記で触れたように、流動性ろう付け組成物１０はまた、流動性ろう付け組成物の総重量に基づいて、約１．５重量％以下のポリマー性結合剤成分を有し、任意のポリマー性材料を含まなくてもよい。

上記で触れたように、図１及び図３に示されるように、流動性ろう付け組成物１０は、フラックスコーティング粒子１６を更に含む。図３を参照すると、フラックスコーティング粒子１６は、ろう材コア２０と、コア２０上に配置されているフラックスコーティング２２と、を含む。図３に示されるように、フラックスコーティング２２は、ろう材コア２０の表面を少なくとも部分的に覆うが、フラックスコーティング２２は、ろう材コア２０を完全に包み込んでもよいことが理解されるものである。ろう材コア２０はろう材を含むが、フラックスコーティング２２はろう材を含まない。コア２０上に配置されているフラックスコーティング２２とは区別されるように、ろう材コア２０は、化学分析によって識別可能であり、フラックスコーティング２２とは異なる材料を含む。更に、ろう材コア２０は、目視観察によって識別することができる。

ろう材コア２０は、一緒にろう付けされる金属物品１２の特定の材料に応じて、任意の従来のろう材を含んでもよい。実施形態では、ろう材コア２０は、ろう材として、ケイ素と金属との合金などのケイ素含有材料を含む。一実施形態では、流動性ろう付け組成物１０は、アルミニウム物品を一緒にろう付けするために用いられるものであり、ろう材コア２０は、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ合金又はその前駆体を含む。Ａｌ−Ｓｉ合金は、任意選択的に、合金化及び／又は防食保護を提供するための追加の元素を含んでもよい。かかる追加の元素としては、限定されないが、亜鉛、ビスマス、ストロンチウム、ゲルマニウム、及び／又はスズが挙げられる。アルミニウム物品を接合するために好適なろう材の一例は、約５７７℃で融解するＡｌ−Ｓｉ共晶組成物である。実施形態では、ろう材コア２０は、ろう材コア２０の総重量に基づいて、少なくとも５０重量％など、又は約９０〜約１００重量％などの少なくとも１０重量％の量でケイ素含有ろう材を含む。

他の実施形態では、従来のろう材化学に従って、ケイ素含有材料の代わりに、限定されないが、亜鉛、アルミニウム、スズ、銀、銅、又はニッケルの任意の組み合わせの合金などの異なる合金を用いてもよいことが理解されるものである。

フラックスコーティング２２は、周囲温度で固体層であり、ろう材コア２０上に配置される。より具体的には、周囲温度ではフラックスは流れず、粘度を有しない。フラックスコーティング２２は、ろう材コア２０と化学的に区別可能である。フラックスコーティング２２は、ろう材コア２０の表面に物理的及び／又は化学的に結合され、コア２０上にフラックスを融解することによって、又は蒸着などの他の従来の方法を通じて形成することができる。フラックスコーティング２２の材料は、ろう付け温度で金属酸化物（例えば酸化アルミニウム）を溶解及び／あるいは除去することが可能でありながら、ろう付け温度で金属物品１２の金属（例えば、アルミニウム）に対して効果的に不活性なままである。フラックスは、典型的には反応性である、すなわち、少なくとも部分的に融解しているときのみ酸化物を除去することが可能であるため、アルミニウムろう付け用のフラックスは、ろう付け温度で少なくとも部分的に融解し、ろう付け温度で完全に融解し得る。例えば、前述のＡｌ−Ｓｉ合金を使用する場合、フラックスコーティング２２の材料は、実質的に約５７７℃よりも高くない温度で融解してもよく、実施形態では、約５７７℃よりも低い温度で融解してもよい。実施形態では、フラックスコーティング２２は、金属ハロゲン化物又はその塩を含む。例えば、金属ハロゲン化物又はその塩は、金属フッ化物、金属塩化物、又はそれらの塩から選択されてもよい。特定の実施形態では、金属ハロゲン化物又はその塩は、フッ化アルミニウム又はその塩である。

フラックスコーティング粒子１６の粒径分布及び量は、流動性ろう付け組成物１０の貯蔵安定性に寄与することができる。実施形態では、フラックスコーティング粒子１６は、ふるい分け分析によって決定される、約１０〜約４０μｍのＤ５０粒径を有する。更に、フラックスコーティング粒子１６のうちの少なくとも９０重量％は、約１１０μｍ未満の直径を有してもよい。更に、実施形態では、フラックスコーティング粒子１６のうちの少なくとも９５重量％は、約１０００μｍ未満の直径を有してもよい。実施形態では、流動性ろう付け組成物１０は、流動性ろう付け組成物１０の総重量に基づいて、約１５〜約７０重量％など、約２０重量％〜約７０重量％など、又は約６０〜約７０重量％などの、約１０重量％〜約８０重量％の量で、フラックスコーティング粒子１６を含む。

フラックスコーティング粒子１６に加えて、上記で触れたように、流動性ろう付け組成物１０は、図１に示されるように、フラックスコーティング粒子１６とは別個のフラックス粒子１８を更に含んでもよい。フラックス粒子１８は、流動性ろう付け組成物１０におけるフラックス機能を補助することができ、流動性ろう付け組成物１０の押出加工性及び貯蔵安定性にも寄与することができる。フラックス粒子１８は、金属物品１２内の金属に依存し得る、従来のフラックス化合物を含んでもよい。例えば、実施形態では、フラックス粒子１８は、金属ハロゲン化物又はその塩を含む。フラックス粒子１８に好適なフラックス材料の１つの具体的な例は、アルミニウム物品をフラックスするのに効果的な、フッ化アルミニウム又はその塩である。

重力沈降は、液体媒体中の粒子の沈殿速度を測定し、ストークス法を使用することによってこの速度を粒子質量に関連付けることが一般的に知られている。粒子質量は、密度及び粒径によって決定される。沈降時間は、最も微細な粒子で最長であり、したがって１０μｍ未満又は更にはサブマイクロメートル粒子のＤ９５粒径分布を有する、塗料業界における安定な懸濁液が使用される。予想外に、激しい粉砕によって製造された最小サイズの球状フラックス粒子は、流動性ろう付け組成物１０の予想された貯蔵安定性を提供しないことが見出された。代わりに、粒径分離をもたらし、すなわち、異なる粒径が不均質に分布し、より小さい粒子が壁の近くに見出され、硬質ケーキが容器の底部に形成される。いかなる理論にも束縛されるものではないが、かかる組成物の流体レオロジーは、フラックスコーティング粒子１６の沈降によって加圧されると、低サイズの球状フラックス粒子が担体中で移動するのに十分な空間を作製するものであると想定される。流体レオロジーは温度に高く依存するため、流動性ろう付け組成物１０の貯蔵安定性は特に温度に敏感であり、高温での加速劣化試験によって、室温で生じるには数週を要し得る差異を明らかにすることができる。

１超の最大長さ対直径（Ｌ／Ｄ）比を有する非円形フラックス粒子は、貯蔵安定性の困難に対処するために開発されてきた。具体的には、図４に示されるように、約３〜約１０の長さ対直径（Ｌ／Ｄ）比を有する針様フラックス粒子は、向上した貯蔵安定性を提供する。いかなる理論にも束縛されるものではないが、針様フラックス粒子は互いに相互連結し、それら自体の移動及びサイズ分離を制限すると想定され、したがって、重力下での沈殿プロセスを大幅に減速させ、組成物を含有する容器底部での高密度ケーキの形成を最小限に抑え、それによって、室温及び高温での流動性ろう付け組成物１０の貯蔵安定性を増加させる。

実施形態では、フラックス粒子１８は、約７〜約１４μｍなど、約９〜約１２μｍなど、又は９．５〜１１．４μｍなどの約５〜約１５μｍのＤ５０粒径分布を有する。実施形態では、フラックス粒子１８は、約１０〜約３０μｍのＤ９５粒径分布を有する。実施形態では、フラックス粒子１８は、流動性ろう付け組成物１０の総重量に基づいて、約３〜約２５重量％など、約５〜約２０重量％など、又は約５〜約１０重量％などの、少なくとも３重量％の量で存在する。実施形態では、フラックス粒子１８は、流動性ろう付け組成物１０の総重量に基づいて、約１〜約５０重量％など、約２〜約２５重量％など、又は約３〜約１０重量％などの、少なくとも１重量％の量で、３超かつ最大１０の長さ対直径（Ｌ／Ｄ）比を有する針を含有する。

実施形態では、流動性ろう付け組成物１０は、本質的に、非ポリマー性担体媒体、フラックスコーティング粒子１６、フラックス粒子１８、及び任意選択的に増粘剤からなる。より具体的には、流動性ろう付け組成物１０は、流動性ろう付け組成物１０に、ろう材、フラックス機能、及び貯蔵安定性を提供する目的で前述の成分のみを含む。好適な増粘剤の例としては、限定されないが、異なる種類のセルロースエーテル（例えば、メチルによって置換されている場合はメチルセルロースと呼ばれ、ヒドロキシエチルによって置換されている場合はヒドロキシエチルセルロースと呼ばれ、ヒドロキシプロピルによって置換されている場合はヒドロキシプロピルセルロースと呼ばれる）、又は加水分解等級のポリビニルアルコールが挙げられる。存在する場合、増粘剤は、流動性ろう付け組成物１０の総重量に基づいて、約０．１〜１重量％の量で含まれてもよい。実施形態では、流動性ろう付け組成物１０は、非ポリマー性担体媒体、フラックスコーティング粒子１６、フラックス粒子１８、及び任意選択的に増粘剤からなる。実施形態では、流動性ろう付け組成物１０は、非ポリマー性担体媒体、フラックスコーティング粒子１６、及び粒子１８からなる。上記で触れたように、流動性ろう付け組成物１０は、非ポリマー性担体媒体中のフラックスコーティング粒子１６の安定な懸濁液である。より具体的には、実施形態では、組成物は、約３５℃の温度で少なくとも２５週間の期間にわたって目視可能な溶剤分離がない。従来の加速試験との相関関係により、それは、周囲温度で少なくとも５０週間又は１年の貯蔵安定性を意味する。溶剤分離を決定するための別の好適な基準として、流動性ろう付け組成物１０の試料を、周囲雰囲気及び約２１℃の周囲温度下で、パネルを水平面に対して４５°の角度で上昇させて傾斜したアルミニウムパネル上に配置してもよい。試料は、一定の時間間隔で目視可能な相分離について観察される。本明細書に記載の流動性ろう付け組成物１０は、少なくとも９０分間など、少なくとも９０秒間、列挙された条件下で目視可能な相分離がないことを呈する。加えて、粘度は、回転粘度計を使用して測定してもよい。

一実施形態によれば、上記のように、流動性ろう付け組成物１０を使用して金属物品１２を一緒にろう付けする方法も提供される。本方法によれば、図１〜図３を参照すると、ろう付け組成物１０は、上で詳細に説明されるように提供される。より具体的には、フラックスコーティング粒子１６及び担体媒体を混合して、フラックス粒子１８などの他の追加の成分もまた混合して、流動性ろう付け組成物１０を形成することができる。ろう付けは、従来の技法を通じて進めることができる。例えば、ろう付け組成物１０は、金属物品１２が接合される場所で、金属物品１２のうちの少なくとも１つの上に堆積される。実施形態では、ろう付け組成物１０は、まず、ろう付けされる金属物品１２が互いに近接して位置する際にのみ、金属物品１２のうちの少なくとも１つの上に堆積される。ろう付け温度で加熱する前に、少なくとも１つの金属物品１２を加熱して流動性ろう付け組成物１０から溶剤を実質的に除去してもよいか、あるいは流動性ろう付け組成物１０から溶剤を除去することなく、流動性ろう付け組成物１０をろう付け温度で直ちに加熱してもよい。フラックスコーティング粒子１６のうちの少なくともろう材コア２０は、任意の溶剤除去中に融解しないままである。次いで、金属物品１２は、フラックスコーティング粒子１６のコア２０を融解するのに十分な温度及び時間で一緒にろう付けされる。他の実施形態では、ろう付け組成物は、ろう付けされる表面に事前に適用され、続いて乾燥されてろう付けされる表面上に膜を形成し、それによってフラックスコーティング粒子がろう付けされる表面に確実に接着される。次いで、その後、金属物品１２が、ろう付けされる別の表面と接触している乾燥させた膜を含む表面と組み立てられると、ろう付けを行うことができる。

以下の実施例は、上述のように、流動性ろう付け組成物及びそれを使用して金属物品を一緒にろう付けする方法の説明を補完することを意図し、限定することを意図するものではない。

流動性ろう付け組成物は、本開示に従って調製し、流動性ろう付け組成物を使用してろう付けする方法もまた、本開示に従って行った。加えて、比較ろう付け組成物を調製し、比較ろう付け組成物を使用してろう付けする方法も行った。

第１の一連の実施例（実施例１及び実施例２）では、フラックスコーティング粒子及び溶剤を、スパチュラを使用して下の表Ｉに示される量で混合し、スパチュラを用いて混合中にフラックス粉末を添加して混合物の粘度を調節した。混合を１時間継続し、続いて増粘剤を添加し、得られた混合物をミキサー内で更に１時間継続して混合して流動性ろう付け組成物を形成した。

第１の比較例（比較例１）では、比較の目的のために、フラックスコーティング粒子の代わりに、合金粒子（すなわち、非フラックスコーティング粒子）を用い、比較例の流動性ろう付け組成物を上述と同じように調製した。

様々なろう付け組成物の粘度及び安定性を様々な条件下で試験した。実施例１に関しては、組成物を１週間−１８℃に冷却するか、あるいは４週間＋５５℃に加熱することによって、いかなる負の影響も示さなかった。パッケージを取り外してほぼ１年の期間にわたって３５℃で貯蔵する加速劣化を実施例１に実行し、これは、２０℃の推奨貯蔵温度下での劣化期間のおよそ２〜３倍に相当する。貯蔵後、パッケージ内の水素含有量を分析し、結果は実施例１では水素形成が遅いことが確認され、より長い貯蔵寿命を示している。市販の他のろう付けペーストは、６ヶ月の貯蔵寿命のみで提供される場合、１年後の実施例１のろう付け品質は依然として優れている。

実施例１の組成物の粘度は、２５〜３０Ｐａ・ｓであった。実施例１を使用したろう付け品質は優れており、充填剤とフラックスとの物理的ブレンドを含有するろう付け組成物（例えば、比較例１）と比較して、ろう付けプロセスにおいて融解充填剤と共に間隙を非常に良好に充填し、欠陥は著しく低減する。

実施例２の組成物（実施例１で使用された０．５ｇの代わりに０．０５ｇの増粘剤を含む）の粘度は、２．５〜４Ｐａ・ｓであり、良好なろう付け品質及び貯蔵寿命が観察された。

実施例３では、過度に多くの溶剤を用い、組成物はレオロジー特性を欠いていた。

比較例１では、この組成物は別個の合金粒子及びフラックス粉末から作製されたため、固体の総表面積はより高かった。結果として、表面ぬれ性のためにより多くの溶剤を消費し、適用するには高すぎる粘度をもたらした。比較例１の組成物の貯蔵寿命は評価しなかったが、別個の充填剤及びフラックスから調製された競合製品は、６ヶ月の貯蔵寿命で公示されていることが知られている。

実施例１及び２の試験に基づいて、フラックスコーティング粒子を使用すると、フラックスコーティング粒子の重量の半分よりわずかに少ない溶剤の重量で高い固体含有量を有する好適なろう付け組成物を達成することができることが見出された。

流動性ろう付け組成物になお更なる配合、並びに更なる比較配合を用いて追加実験を行った。追加実験は、以下の段落に説明する。

比較例２
米国特許第５，２２６，９７４号に開示の組成物によるろう付け組成物を、列挙された重量百分率で以下の成分を使用して調製した。
３９．１７重量％のアルミニウム−ケイ素合金粉末、
２９．１７重量％のフラックス粉末（少なくとも約９７％の純度を有するＨｏｎｅｙｗｅｌｌ ＫＡｌＦ４ ｆｉｎｅ、物品番号０１７４０）、
２５．８３重量％のプロピレングリコール、
５．８４重量％のグリセリン。

比較例２の組成物は、１．３４の合金対フラックス比、及び５０００ｃｐｓ超の初期粘度を有した。このろう付け組成物の一部分を室温で１０日間貯蔵し、固体は、ろう付け組成物の底部に完全に沈降しなかった。

１ｋｇの比較例２のろう付け組成物を密封容器内に貯蔵することによって、水素発生を評価した。測定のために、容器は、大きなプラスチック袋の内側に配置する。水素スニファチューブを袋の口を通して挿入し、開口部はゴムバンドで封止する。次いで、容器をバッグ内側で開放し、放出された水素のレベルを測定した。２０℃で１０日間貯蔵した後、比較例２の組成物は、この試験において水素を全く示さなかった。水素発生を加速し、試験時間を短縮するために、３５℃の高温で貯蔵された比較例２の組成物を保持する他の容器で水素発生を試験し、１つの容器を毎月測定した。６ヶ月後、水素は３×１０^−３ｐｐｍの濃度に達した。ろう付け組成物の表面近くでは、初期水素レベルは約２．５×１０^−２ｐｐｍであった。

融解発生及びフラックス活性を試験するために、少量の比較例２のろう付け組成物をアルミニウム試片に適用した。試験試料を製造ラック上に配置し、組み立てた熱交換器コアを満載してろう付け炉に通した。ろう付け後、試片上の融解の拡がり及びフラックスを測定した。製造評価のために、比較例２のろう付け組成物を、組み立てた熱交換器のバッフル及び取付具に適用した。ろう付け後に、熱交換器の接合部形成及びろう付けに関係する漏れの不合格率を調べた。ろう付け修復性能を試験するために、比較例２のろう付け組成物を、再度ろう付けするために欠陥のあるろう付け接合部に適用した。修復された接合部の品質を調べた。比較例２のろう付け組成物は、融解発生、フラックス活性、接合部形成、不合格率、及びろう付け修復に十分な性能を呈した。しかしながら、定性的観察を通じて観察すると、ろう付け後フラックス残留物が多かった。

比較例３
ろう付け後フラックス残留物を低減する目的で、２の合金対フラックス比を有するこの配合の組成物を用いて、ろう付け組成物の別の比較例を調製した。比較例３は、列挙された重量百分率で以下の成分を使用して調製した。
４４．８３重量％のアルミニウム−ケイ素合金粉末、
２２．４１重量％のフラックス粉末（少なくとも約９７％の純度を有するＨｏｎｅｙｗｅｌｌ ＫＡｌＦ４ ｆｉｎｅ、物品番号０１７４０）、
２６，７２重量％のプロピレングリコール、
６．０３重量％のグリセリン。

比較例３の組成物は、５０００ｃｐｓ超の初期粘度を有した。このろう付け組成物の一部分を室温で１０日間貯蔵し、固体は、ろう付け組成物の底部に完全に沈降しなかった。

融解発生及びフラックス活性を試験するために、比較例２で上述したものと同じ様式で行い、比較例３のろう付け組成物の広がりが足りないことが見出された。この欠陥は、低減されたフラックス量に起因するものと考えられ、比較例２と比較して、このフラックス量では、より多量のアルミニウム−ケイ素合金粉末を活性化し、依然としてアルミニウム試片の同じ面積を活性化するのに十分ではないと考えられる。覆われた面積は、比較例２と比較しておよそ１４％小さかった。

製造評価のために、比較例３のろう付け組成物を、組み立てた熱交換器のバッフル及び取付具に適用し、接合部形成及びろう付けに関係する不合格率について、比較例２で上述したのと同じ様式で評価した。比較例３のろう付け組成物を使用すると、不合格率は１．９〜２．４％増加し、修復された接合部の品質も良好ではなかった。したがって、比較例３は、製造評価を合格しなかった。

実施例４
百分率が重量による、フラックスコーティングアルミニウム−ケイ素合金粉末及び以下の成分を使用して、３の合金対フラックス比を有する流動性ろう付け組成物を調製した。
７５％のアルミニウムケイ素及び２５％のＨｏｎｅｙｗｅｌｌ ＫＡｌＦ４ ｆｉｎｅで調製され、１０００μｍの標準ふるいを少なくとも通過するのに十分に小さい微粒子径を有し、ふるい上に５％未満が残留する、６７．４４重量％のフラックス融解コーティングアルミニウム−ケイ素合金粉末、
１５重量％のプロピレングリコール、
１５重量％の２−メチル−２，４−ペンタンジオール（ヘキシレングリコール）。

このように製造した実施例４のろう付け組成物は、５０００ｃｐｓ超の初期粘度を有した。このろう付け組成物の一部分を室温で１０日間貯蔵し、固体は、ペーストの底部に完全に沈降しなかった。

比較例２で上述したように行った融解発生及びフラックス活性試験では、ろう付けペーストの広がりは許容可能であることが見出された。比較例２で上述したのと同じ様式で行った製造評価試験ではまた、ろう付け組成物は、不合格率を１．９〜２．１％増加させたが、これは依然として許容可能であるとみなされる。したがって、実施例４は、製造評価試験を合格するとみなした。

実施例５
百分率が重量による、フラックスコーティングアルミニウム−ケイ素合金粉末及び以下の成分を使用して、２．５５の合金対フラックス比を有する流動性ろう付け組成物を調製した。
７５％のアルミニウムケイ素及び２５％のＨｏｎｅｙｗｅｌｌ ＫＡｌＦ４ ｆｉｎｅで調製され、１０００μｍの標準ふるいを少なくとも通過するのに十分に小さい微粒子径を有し、ふるい上に５％未満が残留する、６８．１８重量％のフラックス融解コーティングアルミニウム−ケイ素合金粉末、
３．０３重量％のフラックス粉末（少なくとも約９７％の純度を有するＨｏｎｅｙｗｅｌｌ ＫＡｌＦ４ ｆｉｎｅ、物品番号０１７４０）、
２５．９１重量％のプロピレングリコール、
２．８８重量％の２−メチル−２，４−ペンタンジオール（ヘキシレングリコール）。

このように製造した実施例５のろう付け組成物は、５０００ｃｐｓ超の初期粘度を有した。このろう付け組成物の一部分を室温で１０日間貯蔵し、固体は、ペーストの底部に完全に沈降しなかった。

比較例２で上述したように行った融解発生及びフラックス活性試験では、ろう付けペーストの広がりは優れていることが見出された。比較例２で上述したのと同じ様式で行った製造評価試験ではまた、ろう付け組成物は、不合格率を１．９〜１．７％減少させ、これは良好な性能であるとみなされる。したがって、実施例５は、製造評価試験を合格するとみなした。

実施例６
百分率が重量による、フラックスコーティングアルミニウム−ケイ素合金粉末及び以下の成分を使用して、２．３３の合金対フラックス比を有する流動性ろう付け組成物を調製した。
７５％のアルミニウムケイ素及び２５％のＨｏｎｅｙｗｅｌｌ ＫＡｌＦ４ ｆｉｎｅで調製され、１０００μｍの標準ふるいを少なくとも通過するのに十分に小さい微粒子径を有し、ふるい上に５％未満が残留する、５９．７２重量％のフラックス融解コーティングアルミニウム−ケイ素合金粉末、
４．２７重量％のフラックス粉末（少なくとも約９７％の純度を有するＨｏｎｅｙｗｅｌｌ ＫＡｌＦ４ ｆｉｎｅ、物品番号０１７４０）、
２８．８２重量％のプロピレングリコール、
７．２重量％の２−メチル−２，４−ペンタンジオール（ヘキシレングリコール）。

このように製造した実施例６のろう付け組成物は、５０００ｃｐｓ超の初期粘度を有した。このろう付け組成物の一部分を室温で１０日間貯蔵し、実施例５よりも多くの固体の沈降が、観察された。

密閉容器内の１ｋｇのろう付け組成物に３５℃の高温での加速貯蔵条件を用いることによって、水素発生について追加の評価を、実施例６のろう付け組成物に行った。様々な時間間隔で水素発生を測定し、表ＩＩに提供する。

比較例２のろう付け組成物と比較して、水素レベルが低減され、加速貯蔵試料は、Ｈ２発生にわずかな増加のみを示している。この融和性は、フラックス融解コーティングアルミニウム−ケイ素合金粉末の、水素を生成する反応に対する相対的不活性に起因すると考えられる。

実施例７
百分率が重量による、フラックスコーティングアルミニウム−ケイ素合金粉末、及びろう付けプロセスに適合すると知られている増粘剤を次の成分と共に使用して、２．０６の合金対フラックス比を有する流動性ろう付け組成物を調製した。
７５％のアルミニウムケイ素及び２５％のＨｏｎｅｙｗｅｌｌ ＫＡｌＦ４ ｆｉｎｅで調製され、１０００μｍの標準ふるいを少なくとも通過するのに十分に小さい微粒子径を有し、ふるい上に５％未満が残留する、６１．１６重量％のフラックス融解コーティングアルミニウム−ケイ素合金粉末、
７．０２重量％のフラックス粉末（少なくとも約９７％の純度を有するＨｏｎｅｙｗｅｌｌ ＫＡｌＦ４ ｆｉｎｅ、物品番号０１７４０）、
２５．１２重量％のプロピレングリコール、
６．２８重量％の２−メチル−２，４−ペンタンジオール（ヘキシレングリコール）、
０．４１パーセントのヒドロキシプロピルセルロース（増粘剤）。

このように製造した実施例７のろう付け組成物は、１００００ｃｐｓ超の初期粘度を有した。このろう付け組成物の一部分を室温で１０日間貯蔵し、実施例５よりも少ない固体の沈降が、観察された。

比較例２で上述したように行った融解発生及びフラックス活性試験では、ろう付けペーストの広がりは優れていることが見出された。比較例２で上述したのと同じ様式で行った製造評価試験ではまた、ろう付け組成物は、不合格率を１．９〜１．７％減少させ、これは良好な性能であるとみなされる。したがって、実施例７は、製造評価試験を合格するとみなした。

前述の詳細な説明で、少なくとも１つの例示の実施形態が提示されてきたが、膨大な数の変更例が存在することを理解されたい。例示の実施形態又は複数の例示の実施形態は、あくまで例示であり、いかなるようにも範囲、適用性、又は構成を制限する意図がないこともまた理解されたい。むしろ、前述の詳細な説明は、当業者らに例示の実施形態を実装するのに簡便なロードマップを提供するだろう。添付の特許請求の範囲に記載される範囲から逸脱することなく、例示の実施形態に説明された要素の機能及び構成に様々な変更を加えることができるものと理解される。

Claims (10)

1. 流動性ろう付け組成物であって、
   非ポリマー性担体媒体であって、前記担体媒体が、少なくとも１つの極性有機溶剤を含み、周囲温度で液体である、非ポリマー性担体媒体と、
   ろう材コア及び前記コア上に配置されているフラックスコーティングを含むフラックスコーティング粒子であって、前記ろう材コアが、前記フラックスコーティングとは異なる材料を含む、フラックスコーティング粒子と、を含み、
   前記流動性ろう付け組成物が、前記流動性ろう付け組成物の総重量に基づいて、約１．５重量％以下のポリマー性結合剤成分を有する、流動性ろう付け組成物。
2. 前記組成物が、前記担体媒体中の前記フラックスコーティング粒子の安定な懸濁液であり、前記組成物が、約３５℃の温度で少なくとも２５週間の期間にわたって目視可能な溶剤分離がない、請求項１に記載の流動性ろう付け組成物。
3. 前記少なくとも１つの極性有機溶剤が、Ｃ２−Ｃ１０脂肪族グリコールを含む、請求項１に記載の流動性ろう付け組成物。
4. 前記少なくとも１つの極性有機溶剤が、ヘキシレングリコールを含む、請求項３に記載の流動性ろう付け組成物。
5. 前記少なくとも１つの極性有機溶剤が、前記流動性ろう付け組成物の総重量に基づいて、少なくとも１０重量％の量で存在する、請求項１に記載の流動性ろう付け組成物。
6. 前記フラックスコーティング粒子とは別個のフラックス粒子を更に含み、前記フラックス粒子が、前記流動性ろう付け組成物の総重量に基づいて、少なくとも３重量％の量で存在する、請求項１に記載の流動性ろう付け組成物。
7. 前記フラックス粒子のうちの少なくとも一部が、約３〜約１０の長さ対直径（Ｌ／Ｄ）比を有する、請求項６に記載の流動性ろう付け組成物。
8. 前記ろう材コアが、Ａｌ−Ｓｉ合金又はその前駆体を含み、前記フラックスコーティングが、金属ハロゲン化物又はその塩を含む、請求項１に記載の流動性ろう付け組成物。
9. 検出可能な水を含まない、請求項１に記載の流動性ろう付け組成物。
10. 流動性ろう付け組成物を使用して金属物品を一緒にろう付けする方法であって、前記方法が、
    非ポリマー性担体媒体であって、前記担体媒体が、少なくとも１つの極性有機溶剤を含み、周囲温度で液体である、非ポリマー性担体媒体と、
    ろう材コア及び前記コア上に配置されているフラックスコーティングを含むフラックスコーティング粒子であって、前記フラックスコーティングが、金属ハロゲン化物を含み、前記ろう材コアが、前記フラックスコーティングとは異なる材料を含む、フラックスコーティング粒子と、を含む、ろう付け組成物を提供することであって、
    前記流動性ろう付け組成物が、前記流動性ろう付け組成物の総重量に基づいて、約１．５重量％以下のポリマー性結合剤成分を有する、ろう付け組成物を提供することと、
    前記金属物品が接合される場所で、前記金属物品のうちの少なくとも１つの上に前記ろう付け組成物を堆積させることと、
    前記少なくとも１つの金属物品を加熱して、前記流動性ろう付け組成物から前記溶剤を実質的に除去することと、
    前記フラックスコーティング粒子の前記コアを融解するのに十分な温度及び時間で、前記金属物品を一緒にろう付けすることと、を含む、方法。

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