JP2592471B2

JP2592471B2 - アルミニウム材のろう付方法

Info

Publication number: JP2592471B2
Application number: JP62297717A
Authority: JP
Inventors: 達也藤吉; 重己横井
Original assignee: KARUSONITSUKU KK; TARUCHIN KK
Current assignee: KARUSONITSUKU KK; TARUCHIN KK
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1997-03-19
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JPH01143794A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明に係るアルミニウム材のろう付方法は、アル
ミニウム、或はアルミニウム合金（本明細書では、これ
らを総称してアルミニウム材とする。）同士をろう付し
て、各種製品を造る場合に利用するもので、例えばラジ
エータ等として使用されるアルミニウム材製の熱交換器
を造る場合に利用する。

（従来の技術）例えばアルミニウム材製の熱交換器を造る場合、アル
ミニウム材製の伝熱管と、同じくアルミニウム材製の放
熱フィンとを組み合わせた状態で、これら伝熱管とフィ
ンとを加熱炉中で加熱する。そして、予め伝熱管とフィ
ンとの当接面間に介在させたろう材（Siを５〜16％含む
アルミニウム合金。）を溶融させ、このろう材によって
伝熱管とフィンとをろう付する。

このろう付作業の際、伝熱管やフィンを構成している
アルミニウム材の表面の酸化膜を破壊して、伝熱管とフ
ィンとのろう付が良好に行なわれる様にする為、ろう付
部にフラックスを塗布する事が、広く行なわれている。

この様なアルミニウム材同士のろう付に使用するフラ
ックスとしては従来は一般的に、アルカリ金属やアルカ
リ土類金属のハロゲン化物と、Al、Zn、Mgのハロゲン化
物とを混合したフラックスを広く使用していた。

更に、ろう付後の残渣がアルミニウム材に対する腐食
性を持たないフラックスとして、英国特許第1055914号
明細書には、45〜47％（本明細書に於ける『％』は、後
述のクラッド率、或は湿度を表わす場合を除き、混合割
合を表わす場合は総て『重量％』である。）のKFと55〜
53％のAlF₃とを混合したものが開示されている。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上述の様なフラックスを使用して行なう、
従来のアルミニウム材のろう付に於いては、次に述べる
様な不都合を生じる。

即ち、従来のろう付方法に於いては、何れのフラック
スを使用する場合に於いても、水を分散媒として使用
し、ろう付に使用するフラックスを水の中に所定濃度で
分散し、懸濁液としていた。

この懸濁液は、ろう付前にろう付部分に塗布するが、
フラックスは本来、伝熱管とフィンとの接触部等、ろう
付部にのみ塗布すれば良く、それ以外の部分に塗布して
も、フラックスが無駄に消費されるだけでなく、ろう付
後の残渣処理が面倒になったり（フラックス残渣がアル
ミニウム材に対する腐食性を有する場合、多量の腐食性
残渣を洗浄しなければならなくなる。）、残渣に腐食性
がない場合でも、フィンの表面に付着して通気抵抗を増
大したり、更に残渣が著しく多い場合には、この残渣が
フィンを詰らせたりしてしまう。

ところが、水を分散媒として使用した場合、フラック
スの懸濁液の粘度は極く小さいものとなって（流動性が
極めて良くなって）、この懸濁液をろう付部にのみ塗布
する事が極めて困難となる。従って従来は、ろう付に必
要な部分だけでなく、それ以外の部分にもフラックスの
懸濁液を、スプレー等によって塗布していた。この為、
ろう付後に上述の様な問題が生じる事が避けられなかっ
た。

特に、前記英国特許明細書に開示されている様な、水
に可溶なKFと水に不溶なAlF₃とを混合したフラックスの
場合、フラックスを水で分散させようとした場合に、KF
のみが懸濁液状となって、フラックスの組成が部分的に
変化し易い。そして、変化した場合には、融点の変化に
伴なって十分なろう付性を得られなくなってしまう。

分散媒として水の代りに合成樹脂を使用する事も、前
記英国特許明細書に記載されている様に、一部で研究さ
れてはいる。ところが、現状に於いては、合成樹脂を使
用した場合、ろう付時の加熱に伴なって合成樹脂が炭化
する事により、ろう付後にカーボン残渣が残留し、ろう
付性の面からも、残渣処理の面からも好ましくないとさ
れている。

フラックスを使用する事なく、アルミニウム材同士を
ろう付する方法として、10^-3〜10^-5Torrの高真空中でろ
う付を行なう、真空ろう付法が知られている。しかしな
がら、この真空ろう付法の場合、防食の為にアルミニウ
ム材中に含有させたZnが、ろう付の為の加熱時に飛散し
てしまう。その結果、Znを添加する事に伴なう犠牲腐食
作用が弱くなって、ろう付により得られるアルミニウム
材製品に十分な耐食性を期待できなくなってしまう。

本発明のアルミニウム材のろう付方法は、フラックス
の成分及びこのフラックスの分散媒を工夫する事によ
り、上述の様な不都合を何れも解消すると共に、フラッ
クスの使用量を低減して、ろう付けに要するコストの削
減を図るものである。

（課題を解決するための手段）本発明のアルミニウム材のろう付方法に於いては、フ
ラックスを分散させる為の分散媒として、イソブチレン
を主体とする共重合体で末端に１個の二重結合を有し、
構造式で表わされるポリブテンを使用する。

ろう付を行なう場合には、この様なポリブテン中に、
フラックスを均一に分散混合したものを、対となって互
いにろう付されるアルミニウム材の内の、少なくとも一
方のアルミニウム材の表面に塗布した後、上記対となる
アルミニウム材を非酸化性雰囲気中で加熱し、対となる
アルミニウム材の間に存在するろう材を溶融させる。

更に、上記ポリブテン中に分散混合するフラックスと
して、40〜50％のKFと60〜50％のAlF₃とを混合して100
％とした基本組成物100重量部に対して、K₂SiF₆、K₂TiF
₆、K₂ZrF₆、K₂PbF₆の１種又は２種以上を合計で0.5〜5.
0重量部加えたものを使用する。

（作用）本発明のアルミニウム材のろう付方法に於いて、フラ
ックスの分散媒として使用されるポリブテンは、流動性
はあるにしても、水に比べて十分に大きな粘性を有する
為、必要とするろう付部分にのみフラックスを塗布する
事が可能となる。この結果、フラックスの使用量を少な
く抑えると同時に、ろう付後に於けるフラックス残渣を
少なくする事ができる。

又、ポリブテンは、アルミニウム材同士のろう付温度
（通常600℃程度）以下の、約300℃で解重合して昇華す
る為、ろう付後にカーボン残渣が生じる事もなく、ろう
付性の悪化やフィンの目詰り等を生じる事もない。

又、ポリブテン中に混入するフラックスとして、40〜
50％のKFと60〜50％のAlF₃とを混合して100％とした基
本組成物100重量部に対し、K₂SiF₆、K₂TiF₆、K₂ZrF₆、K
₂PbF₆の１種又は２種以上を、合計で0.5〜5.0重量部加
えたものを使用する為、少ないフラックスで十分なろう
付性を得られるだけでなく、ろう付後のフラックス残渣
が、アルミニウム材に対する腐食性を有しない様にな
る。従って、耐食性を要する製品の場合にも、ろう付後
にこのフラックス残渣を洗浄する必要がなくなる。

尚、上記基本組成物中のKFとAlF₃との混合割合を上述
の範囲としたのは、次の理由による。

先ず、KFの含有量が40％未満では、フラックスの融点
が高くなり過ぎて、ろう材（Siを多く含むアルミニウム
合金。詳しくは、後述の実施例参照。）の融点以上とな
る。反対に、KFの含有量が50％を越えると、ろう付後に
未反応のKFがろう付部に残留する。フラックスの融点が
ろう材の融点よりも高くなった場合はろう付性が悪化
し、未反応のKFがろう付部に残留した場合は、この残留
KFが吸湿して、ろう付部が腐食する原因となる。

更に、本発明の場合には、上記ポリブテン中に混合す
るフラックスとして、上記基本組成物100重量部に対し
て、K₂SiF₆、K₂TiF₆、K₂ZrF₆、K₂PbF₆の１種又は２種以
上を、合計で0.5〜5.0重量部加えたものを使用する。こ
の為、アルミニウム材同士のろう付性が極めて良くな
る。従って、フラックスの使用量も少なくて済み、ろう
付後に於けるフラックスの残渣も極く少なくなる。

尚、基本組成物100重量部に対する、K₂SiF₆、K₂Ti
F₆、K₂ZrF₆、K₂PbF₆の１種又は２種以上を添加する割合
を0.5〜5.0重量部とした理由は、次の通りである。先
ず、0.5重量部未満では、これらを加える事に伴なうろ
う付性向上の効果を期待できない。反対に、5.0％を越
えてこれらを加えた場合、ろう付後に、黒色の不溶性残
渣を生じ、フィンが目詰りしたりする原因となる。この
為、上記割合を0.5〜5.0重量部の範囲とした。

又、本発明の場合、ポリブテン中へのフラックスの添
加量は、２〜９％の範囲が好ましい。この理由は次の通
りである。先ず、添加量が２％未満の場合には、フラッ
クスの絶対量が不足して、ろう付性を低下させる。反対
に、９％を越えて添加した場合、フラックスの使用量増
大に伴なって、ろう付後に生じる残渣の量が多くなり、
ろう付部分の外観を悪化させ、更に著しい場合には、ろ
う付されたフィンを目詰まりさせる。これらにより、上
記添加量の好ましい範囲を２〜９％とした。但し、９％
を越えてフラックスを添加した場合でも、50％程度迄
は、ろう付性の面からは特に問題とはならない。

（実施例）次に、本発明の効果を確認する為に行なった実験に就
いて説明する。

先ず、ポリブテンが、フラックスの分散媒としての適
正を有するか否かを知る為に行なった、第一の実験に就
いて説明する。この第一の実験では、分子量が1000のポ
リブテンを加熱炉中に入れ、このポリブテンの重量を測
定しつつ、この加熱炉内の温度を第１図の曲線ａで示す
様に徐々に上昇させた。この結果、ポリブテンの重量
は、同図に曲線ｂで示す様に減少し、450℃程度でほぼ1
00％昇華して、後には何の残渣も残らなかった。

この事から、ポリブテンが、アルミニウム材のろう付
温度である600℃よりも低い温度で解重合し、完全に昇
華する事が解った。この事は、ポリブテンを分散媒とし
て使用すれば、分散媒の存在に基づく余計な残渣が発生
しない事を意味する。

尚、ポリブテンとしては、分子量が200〜2500のもの
を使用できるが、分子量によって粘度が異なる（分子量
が多い程、粘度は高くなる。例えば、分子量が1000のポ
リブテンの粘度は、約10000cpである。）。従って、ろ
う付部分の形状等に応じて適当な粘度（熱交換器を製造
する場合、粘度が8000cp程度のものが、好ましく使用で
きる。）を有するポリブテンを選択する。但し、粘度を
低下させる為ならば、ポリブテンを有機溶剤（パラフィ
ン系炭化水素）によって希釈する事もできる。

次に、ポリブテン中に混合するフラックスとして、40
〜50％のKFと60〜50％のAlF₃とを混合して100％とした
ものを使用した場合のろう付け性を確認する為に行なっ
た、第二の実験に就いて説明する。尚、本発明のアルミ
ニウム材のろう付方法は、アルミニウム材製のラジエー
タ製造する場合に好適である。この為、この第二の実験
は、ラジエータ等として使用される熱交換器の伝熱管を
構成する為のアルミニウム材製板材として一般的に使用
される、厚さが0.40mmのクラッド板と、フィンを構成す
る為に一般的に使用される、厚さ0.10mmのアルミニウム
材製板材とのろう付けとして行なった。

このうちのクラッド板は、芯材の表面にろう材である
皮材を、10％のクラッド率（板全体の厚さに対するクラ
ッド層（皮材層）の厚さの割合）で両面にクラッド（両
面で合計20％）したもので、芯材にはJIS 3003材（Siが
0.6％以下、Feが0.7％以下、Cuが0.05〜0.20％、Muが1.
0〜1.5％、Znが0.10％以下、その他の不純物が、個々の
物が0.05％以下で、不純物の合計が0.15％以下とし、残
りをAlとしたもの）を、皮材にはJIS 4343材（Siが6.8
〜8.2％、Feが0.8％以下、Cuが0.25％以下、Mnが0.10％
以下、Znが0.20％以下、その他の不純物が、個々の物が
0.05％以下で、不純物の合計が0.15％以下とし、残りを
Alとしたもの）を、それぞれ使用した。

又、フィン用のアルミニウム材としては、JIS 7072材
（SiとFeとが合計で0.7％以下、Cuが0.10％以下、Mnが
0.10％以下、Mgが0.10％以下、Znが0.8〜1.3％、その他
の不純物が、個々の物が0.05％以下で、不純物の合計が
0.15％以下とし、残りをAlとしたもの）を使用した。

このクラッド板１とフィン用の板材２とを、第２図に
示す様に、板材２の下端縁を、クラッド板１の上面に突
き当てた状態で組み合わせ、本発明のろう付方法、従来
の様に水を分散媒として使用するろう付方法、フラック
スを使用しない真空ろう付方法により、互いにろう付し
た所、第１表に示す様な結果を得られた。

尚、第二の実験を行なうに就いては、非腐食性雰囲気
としてN₂ガス雰囲気を使用したが、ろう付時に於ける露
点を−15℃〜−30℃の範囲で変化させて、N₂ガスの濃度
がろう付性に及ぼす影響も、併せて試験した。又、ろう
付を行なう際には、第２図に示す様に組み合わされたク
ラッド材１と板材２とを、150℃で３分間予熱した後、6
00℃で３分間加熱して、ろう付した。

この第１表に於いて、後処理を表わす欄で、『無』と
は、ろう付後にフラックスの残渣を洗い流さなかった事
を、『有』はろう付後にフラックスの残渣を洗い流した
事を、それぞれ表わしている。

又、ろう付性を表わす欄で『非常に良好』は、ろう付
後に、クラッド板１の上面と板材２の下端縁との間に形
成されるろう材のフィレットが、ろう付部の全長に亘っ
て形良く、途切れる事なく連続している状態を、『良
好』は、フィレットの形状は若干悪いが、フィレットは
ろう付部のほぼ全長に亘って連続しており、ろう付強度
には問題がない状態を、『不良』は、フィレットが不連
続で、ろう付強度にも問題がある状態を、それぞれ示し
ている。

更に、腐食試験結果の欄には、ろう付後にクラッド板
１と板材２との耐食性を測定した試験の結果を、クラッ
ド板１に生じた孔食の内の、最も深いものの深さ（単位
mm）で示した。孔食深さが0.1mm以下のものは、耐食性
良好と判断される。腐食試験は、JIS H 8681に定められ
たCASS試験法により720時間（30日間）連続して行なっ
た後、クラッド板１に生じた孔食の深さを測定する事で
行なった。CASS試験法は、５％のNaCl懸濁液を、酢酸に
よってPH3に調整し、更にCu²⁺イオンを塩化第二銅の形
で100ppm加えた腐食性液体を、50℃の雰囲気で、1.0〜
2.0ml/80cm²/hrの割合で噴霧するもので、試験片は、試
験の間中、この腐食性液体の霧中に曝される。

この様な第二の実験の結果を示す第１表から明らかな
通り、40〜50％のKFと60〜50％のAlF₃とを混合して100
％としたフラックスを分散媒であるポリブテン中に混合
してアルミニウム材の表面に塗布し、このアルミニウム
材同士をろう付する場合、露点を−20℃以下に保つ限
り、良好なろう付を行なう事ができ、しかもフラックス
の残渣をそのままとしても、ろう付後に於ける耐食性に
問題がない事お確認できた。

尚、第１表に比較例３として示したものは、使用した
フラックス（KCl;40％、LiCl;19％、NaCl;25％、ZnCl₂;
8％、liF;8％）の残渣がアルミニウム材に対する腐食性
を有する為、ろう付後にこの残渣を洗い流さない限り、
アルミニウム材の腐食が著しくなるものである。

更に、本発明の効果を確認する為、ポリブテン中に混
合するフラックスとして、40〜50％のKFと60〜50％のAl
F₃とを混合して100％とした基本組成物100重量部に対し
て、K₂SiF₆、K₂TiF₆、K₂ZrF₆、K₂PbF₆の１種又は２種以
上を合計で0.5〜5.0重量部加えたものを使用した場合の
効果を確認する為に行なった、第三の実験に就いて説明
する。この第三の実験では、上述した第二の実験の場合
と同様のクラッド板１と板材２とを使用し、露点−30℃
のN₂ガス雰囲気中で、上記第二の実験の場合と同様の手
順でろう付を行なった。この第三の実験により、第２表
に示す様な結果を得られた。

ろう付後に生じる残渣は、本発明の実施例に就いて
も、更に比較例に就いても、一切そのままとし、洗い流
す事はしなかった。

又、ろう付性を表わす欄で『○』は、ろう付後に、ク
ラッド板１の下端縁と板材２の上面との間に形成される
ろう材のフィレットが、ろう付部の全長に亘って、途切
れる事なく連続している状態を、『△』は、フィレット
がろう付部の一部で不連続となっているが、一応のろう
付強度が得られている状態を、『×』は、フィレットが
殆ど形成されていない状態を、それぞれ示している。

更に耐食性の欄に於ける『○』は、腐食試験後に於い
て、クラッド板１の表面に、腐食に伴なう変色（酸化ア
ルミニウムの白色）を全く観察できなかった状態を示し
ている。実験では、比較例を含め、総て腐食性の面から
は問題がなかった。

尚、この場合に於ける腐食性の試験は、ろう付後に、
クラッド板１と板材２とを恒温槽に入れ、温度40℃、相
対湿度90％の条件下で、150時間放置する事で行なっ
た。

この様な第三の実験の結果を示す第２表から明らかな
通り、本発明のろう付方法によりアルミニウム材同士を
ろう付する場合、使用するフラックスの量を相当に少な
くしても、良好なろう付を行なう事ができ、ろう付後に
於ける耐食性にも問題がない事を確認できた。

ろう付時に使用するフラックスの量を少なくできる結
果、ろう付後に於けるフラックスの残渣の量も少なくで
き、この残渣が熱交換器表の外観を悪くしたり、或はフ
ィンを詰らせたりする事がなくなる。

（発明の効果）本発明のアルミニウム材のろう付方法は、以上に述べ
た通り構成され実施される為、フラックスを必要な部分
にのみ塗布する事が可能となって、フラックスの使用量
低減に伴なうろう付製品の製作費低減を図れるだけでな
く、余分なフラックスの残渣によるろう付製品の品質、
性能の低下を防止できる。更に、フラックスの使用量を
少なくしても、アルミニウム材同士のろう付強度を十分
に確保でき、しかも十分な耐食性を確保できる。この結
果、優れた耐久性を有し、しかも安価なアルミニウム材
ろう付製品を得る事ができる。

【図面の簡単な説明】第１図は温度上昇に伴なうポリブテンの重量減少の状態
を示す線図、第２図は互いにろう付される２枚のアルミ
ニウム板材の組み合わせ状態を示す斜視図である。 1:クラッド板、2:板材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−143795（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−43853（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−54496（ＪＰ，Ａ) 特公平４−75119（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭58−27037（ＪＰ，Ｂ２) 「工業材料」Ｖｏｌ．11，Ｎｏ．５, 昭和38年５月、日刊工業新聞社、Ｐ．82 −87

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】イソブチレンを主体とする共重合体で末端
に１個の二重結合を有し、構造式で表わされるポリブテン中に、40〜50％のKFと60〜50％
のAlF₃とを混合して100％とした基本組成物100重量部に
対して、K₂SiF₆、K₂TiF₆、K₂ZrF₆、K₂PbF₆の１種又は２
種以上を合計で0.5〜5.0重量部加えて成るフラックスを
均一に分散混合したものを、対となって互いにろう付さ
れるアルミニウム材の内の、少なくとも一方のアルミニ
ウム材の表面に塗布した後、上記対となるアルミニウム
材を非酸化性雰囲気中で加熱し、対となるアルミニウム
材の間に存在するろう材を溶融させる、アルミニウム材
のろう付方法。