JP2644324B2 - A▲l▼又はA▲l▼合金の気相ろう付法 - Google Patents

A▲l▼又はA▲l▼合金の気相ろう付法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はAlまたはAl合金のろう付方法に関し、例えば
自動車の熱交換器の製造においてろう付された部材の性
能を向上させるとともに製造コストを安価にするもので
ある。
〔従来の技術〕
通常AlまたはAl合金のろう付は、接合しようとするAl
またはAl合金部材をこれらAl等よりも融点の低いろう材
を介して固定して組立物とし、これをろう材の融点より
も高く、接合しようとするAlまたはAl合金部材の融点よ
りも低い温度に加熱することにより行っている。そして
ろう材としては一般にAl−Si系合金が使用され、その形
状としては板状,線状または粉末状としたろう材、ある
いはAlまたはAl合金からなる芯材にこのろう材を被覆し
た合わせ材(以下ブレージングシートと記す)の形態で
用いられている。
そして従来のろう付方法としては、ろう付をする部材
表面の酸化皮膜を除去するためのフラックスを用いるフ
ラックスろう付法とこれを用いない真空ろう付法が通常
使用されている。
上記フラックスろう付法としては、溶融した塩化物系
フラックス中に接合しようとする組立物を浸漬してろう
付加熱する炉中ろう付法等がある。ところがこの塩化物
系フラックスはAlに対しては腐食性であるのでろう付後
洗浄して完全に除去しなければならず、製造工程が非常
に煩雑である。
これに対して真空中に接合しようとする組立物を置い
てろう付加熱する真空ろう付法によれば、後工程として
洗浄も不要であり、またろう付後の部材表面も良好であ
る等の利点を有するが、高真空が必要であることおよび
材料的に制約がある等の問題がある。
さらに最近上記不具合を解消するろう付法として弗化
物系フラックスを用いて炉中でろう付する方法が広く用
いられるようになってきた。この方法は特公昭58−2703
7号公報に記載されているようにフラックスとして非吸
湿性でAlに対して非腐食性のKAlF4とK3AlF6の混合物を
用い、これを水に懸濁させ、接合しようとする組立物表
面に塗布してろう付するものであり、その特徴としては
非腐食性フラックスを用いるためにフラックス除去の後
処理が不要なことが上げられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上記特公昭58−27037号公報に記載の方
法においては、必然的にフラックスを組立物表面に付着
させるための塗布、乾燥工程が必要であり、さらに塗布
されたフラックスはその組立体を次工程に運ぶ途中で組
立物から脱落するものが多く、このため有効に使用され
るフラックスの歩留りは低くなる。またろう付後の接合
部材の表面には不均一にフラックス残渣が残るので従来
の真空ろう付法に比較して表面が汚れ商品価値が劣ると
共に、耐食性を向上させるために次工程で行うクロメー
ト処理や黒色塗装処理等が不均一となってしまいその効
果が十分に発揮されなくなる等の欠点があった。
さらにこのフラックス残渣は非導電性であるため、例
えば熱交換器において犠牲フィンにより管体を保護する
防食法を採用する場合には防食電流の流れが阻害されて
しまい防食効果が十分得られない場合がある。
さらに例えば第4図に示すサーペインタインタイプの
コンデンサーでは耐食性向上のためろう付に先立ち、チ
ューブにZnを被覆する方法が採られている。そしてこの
被覆法としてはジンケート処理やZnの溶射処理等が行わ
れているが、何れの方法にしても煩雑な工程であってコ
スト高となる。
またMg含有Al合金部材を前記弗化物系フラックスを用
いて炉中ろう付する場合は従来に比べてろう付性は劣っ
ているため、工業的に安定したろう付性を得るためには
ろう付部材であるAl合金中のMgの含有量は0.6wt%(以
下wt%を単に%と略記する)未満でなければならない。
そしてこれ以上のMgを含有するAl合金部材ではフラック
ス塗布量を多くしてもろう付は難しくなってしまう。こ
の原因はAl合金中のMgとフラックスとがろう付加熱中に
反応するためであり、その結果フラックスの組成が変化
してフラックスとしての効果が失われること、Al合金中
のMgが表面層に拡散して表面層のMg濃度が高くなるこ
と、およびフラックスがAl合金の表面層に入り込む等の
現象が発生してろうの流れを阻害すること等が起こるか
らである。
このようにMg含有量の多いAl合金部材が熱交換器用材
料として使用できないことは、熱交換器の耐久性や軽量
化の面で大きな障害となっていた。
〔課題を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々の検討の結果、接合しようと
する組立物に直接フラックスを塗布する工程を必要とし
ないAl又はAl合金の気相ろう付法を開発したもので、Al
又はAl合金をろう材を介してろう付する方法において、
ろう付をする部材を弗化物の蒸気及びZnの蒸気が存在す
る非酸化性雰囲気中でろう付することを特徴とするもの
であり、弗化物の蒸気がフルオロアルミン酸カリウム錯
体とフルオロアルミン酸セシウム錯体のいずれか1種又
は2種からなるの有効である。
〔作用〕
このように弗化物の蒸気、特にフルオロアルミン酸カ
リウム錯体とフルオロアルミン酸セシウム錯体のいずれ
か1種又は2種からなる蒸気とZnの蒸気が存在する非酸
化性雰囲気中に接合しようとする部材としての組立物を
おくことにより、これらの蒸気は極微量かつ均一に組立
物に付着してその表面のAlの酸化皮膜を破壊するのでろ
うの漏れを促進し、その結果ろうが一様に流れ、組立物
の接合箇所に均一なフィレットが形成されると共にZnの
蒸気は組立物の表面層に拡散する。そしてこの拡散層は
未拡散層より電位が卑であるので犠牲層となり、耐食性
を向上させる特徴を有する。さらにこの蒸気は雰囲気中
の水分や酸素と結合して雰囲気をより非酸化性なものと
し、材料表面の酸化を防ぐ効果を持つ。
また本発明のろう付法に利用できるフルオロアルミン
酸カリウム錯体としては具体的な化学式で示すとKAlF4,
K2AlF5やK3AlF6等の一般式KnAlFn+3で示される化合物の
蒸気、これらの混合物であるKAlF4+K2AlF5,KAlF4+K3A
lF6,K2AlF5+K3AlF6,KAlF4+Kn-1AlFn+2およびK2AlF5
Kn-2AlFn+1等の蒸気が含まれ、さらにKAlF4+K2AlF5・H
2Oのような混合物から発生する蒸気も含まれる。なおフ
ルオロアルミン酸カリウム錯体の蒸気を発生させるには
生成原料であるKFとAlF3の混合物、もしくは例えばKB
F4,K2ZnF3,K2ZrF6,K2SiF6等のようにKとFを含んでAl
を除く金属の錯体と金属Alとの混合物、又はKF+ZrF4,K
F+KBF4,KF+LiF,KF+SnF2,KF+ZrF4+NaF等のKFを含む
弗化物の混合体と金属Alとの混合物を加熱溶融すること
によりKAlF4を主成分とするフルオロアルミン酸カリウ
ム錯体の蒸気を生成するものであればどのようなもので
も使用できる。
また本発明のろう付法に利用できるフルオロアルミン
酸セシウム錯体としては具体的な化学式で示すとCsAl
F4,Cs2AlF5やCs3AlF6等の一般式CsnAlFn+3で示される化
合物の蒸気、これらの混合物であるCsAlF4+Cs2AlF5,Cs
AlF4+Cs3AlF6,Cs2AlF5+Cs3AlF6,CsAlF4+Csn-1AlFn+2
およびCs2AlF5+Csn-2AlFn+1等の蒸気が含まれ、さらに
CsAlF4+Cs2AlF5・H2Oのような混合物から発生の蒸気も
含まれる。なおフルオロアルミン酸セシウム錯体の蒸気
を発生させるには、CsFとAlF3に例えばKFのような他の
弗化物を含む混合物でも実質的にフロオロアルミン酸セ
シウム錯体の蒸気が発生するものであれば利用できる。
また例えばLiF+NaF+CsF,LiF+CsF,CsF+PbF2,KF+Cs
F,CsF+ZrF4等のような混合物であっても金属Alとの共
存のもとに加熱溶融することにより、フルオロアルミン
酸セシウム錯体の蒸気を発生するものであればどのよう
なものでも利用できる。
そしてこのような蒸気を発生させるには上記混合物等
をろう付を実施する炉中に予め入れておき、炉を昇温し
たときにその熱で同時に蒸発させても良いし、またこの
蒸気を炉外で発生させて窒素ガス等をキャリアーとして
炉内に供給する等の方法も可能である。
さらに非酸化性雰囲気中にこのようなフルオロアルミ
ン酸カリウム錯体やフルオロアルミン酸セシウム錯体の
蒸気を存在させることにより組立物は完全に蒸気で覆う
ことができるので、蒸気密度は少なくてすみフラックス
消費量を低減することができる。なお非酸化性雰囲気と
しては例えば窒素、アルゴン、一酸化炭素その他いずれ
の雰囲気でも利用可能である。
また本発明を実施するには密閉度の高い炉の使用が好
ましいが、密閉度の劣る炉であっても接合しようとする
組立物をステンレス等からなる容器内に蒸気発生物と共
に入れてろう付加熱すれば容易にろう付することができ
る。
さらに本発明によればMgを0.6%を超えて含有するAl
−Mg系合金であってもろう付が可能となる。これはフル
オロアルミン酸カリウム錯体やフルオロアルミン酸セシ
ウム錯体の蒸気が極微量であり、しかも均一に組立物に
付着するからである。そしてこのためにフラックスとし
ての作用を行うフルオロアルミン酸セシウム錯体の蒸気
と材料中のMgとの反応が非常に少なくなり、従って該蒸
気のフラックスとしての効果は阻害されず、またMg含有
材料内でMgが表面層に拡散して材料内でMgの濃度差が生
ずることもなく、さらにフラックス成分が該材料の表面
層へ侵入する量も僅かであるためにろうの流れが阻害さ
れることはないからである。
このようにフルオロアルミン酸カリウム錯体やフルオ
ロアルミン酸セシウム錯体の蒸気を利用すれば、組立体
に直接フラックスを塗布することなくろう付が可能であ
るが、組立物の構造上これらの蒸気が存在しがたい接合
部分を有する組立物、例えば第1図に示すドランカップ
タイプのエバポレーターや第2図に示すパラレルフロー
タイプのコンデンサー等の組立物内部にも接合部を有す
る熱交換器にあってはその内部のろう付は一般に困難で
ある。そこでこのような場合は組立物内部の接合部には
予めフルオロアルミン酸カリウム錯体又はフルオロアル
ミン酸セシウム錯体等の弗化物を塗布して乾燥させ、組
立物外部の接合部は該蒸気の存在する非酸化性雰囲気中
でろう付する方法が有効である。またこのようにフルオ
ロアルミン酸カリウム錯体又はフルオロアルミン酸セシ
ウム錯体等の弗化物の一部塗布は組立物の内部に限らず
外部であっても、例えば接合部形状が複雑でこれらの蒸
気のみによってはろう付が難しい場合には部分的にフル
オロアルミン酸カリウム錯体又はフルオロアルミン酸セ
シウム錯体等の弗化物を直接塗布しても良い。
〔実施例〕
次に本発明の実施例について説明する。
<実施例1> 第3図に示すようにJIS A3003(Al−Cu 0.05〜0.20%
−Mn 1.0〜1.5%)Al合金芯材の片面にSi 6.8〜8.2%を
含むJIS A4343 Al合金ろう材をクラッドしたJIS BA12PC
のブレージングシートからなる厚さ1mmの圧延板(1)
の一端縁を、第1表に示すそれぞれ厚さ1mmのAl合金板
(2)面に、両部材(1)(2)が互いに直角となるよ
うに当接させる逆T継手試験片を組立てて以下に示す条
件でろう付を実施し、ろう付状況を調査した。
即ち第1表に示すように45%KF−55%AlF3の混合体を
8に対してZn粉末を2の割合で混合した混合物、12%KF
−52%CsF−36%AlF3の混合体を8に対してZn粉末を2
の割合で混合した混合物又は50%KBF4−50% Al粉末の
混合体を8に対してZn粉末を2の割合で混合した混合物
をそれぞれろう付炉の内容積1m3当たり500g計り採って
これを該ろう付炉内に置き、それぞれの場合共にこの炉
内を露点−40℃,酸素濃度100ppmの窒素ガス雰囲気で置
換し、さらに炉内を610℃に保持した。そしてこの炉中
に第1表に示すAl合金板を用いた第3図の逆T継手試験
片を有機溶剤で脱脂した後挿入し、この組立体を610℃
で5分間加熱してろう付を実施した。なおこの時各試験
片に対し、フラックスとして作用するのは第1表に示す
ように上記の混合物から発生する蒸気である。
その後上記ろう付後の逆T継手接合物を炉外に取り出
してろう付状況を調べ、ろう付状況が良好であるものを
○印、ろう付状況が不良であるものを×印としてこれら
の結果を第1表に示した。さらにろう付部の表面を観察
し、その部分がきれいなものを○印、残渣が多く付着し
ていて汚いものを×印として第1表に併記した。また接
合物をJIS Z8681に基づくCASS試験を200時間実施して孔
食深さが200μm未満のものを○印、200μm以上のもの
を×印として第1表に併記した。
また従来法として上記圧延板(1)と第1表のAl合金
板(2)とを第3図のように逆T継手試験片に組み立て
て脱脂後、この組立物に10%濃度のKAlF4を塗布して乾
燥し、その後上記と同様に露点−40℃,酸素濃度100ppm
の窒素ガス雰囲気で置換され、さらに炉内を610℃に保
持された電気炉内にこの組立物を挿入し、これを610℃
で5分間加熱してろう付を実施し、同様にろう付状況を
調査してその結果を第1表に併記した。
第1表から明らかなように本発明法No.1〜No.8はいず
れもろう付性は良好であり、特にMg含有材でも良好なろ
う付ができた。さらに表面外観もきれいであり、耐食性
も良好であった。
これに対して従来法No.9はろう付はできたが表面に不
均一な残渣が付着しており、耐食性も劣っていた。また
従来法No.10のAl−1.0%Mg材ではろう付はできなかっ
た。
<実施例2> 第4図に示すように、常法により管状に熱間押出し成
形したJIS A1050製の管材(3)を蛇行状に曲げ、この
蛇行状管材(3)の間にAl−1%Mn−1%Zn合金を芯材
とし、その両面にAl−10%Si−1%Zn合金皮材をクラッ
ドした厚さ0.16mmのブレージングシートからなるコルゲ
ートフィン(4)を挟み、さらにAl−4.3%Zn−1.3%Mg
合金からなるコネクター(5)を取り付けてサーペンタ
インタイプのコンデンサーを組立てた。なお予めこのコ
ルゲートフィン(4)とコネクター(5)との接合部は
JIS A1070(Al 99.70%以上)の溶接棒を用いてTIG溶接
して接合しておいた。
次にこの組立物を有機溶剤で脱脂した後、50%KAlF4
−50%CsAlF4の混合体8に対してZn粉末2の割合で混合
した混合物をろう付炉の内容積1m3当たり500gを計り採
って該ろう付電気炉中に置き、露点−40℃,酸素濃度10
0ppmの窒素ガス雰囲気で置換され、610℃に保持された
上記炉内にこの組立物を挿入し、該組立物を610℃で5
分間加熱してろう付を実施した。
上記ろう付後のコンデンサーを炉外に取り出して表面
の外観観察を行い、またろう付状況を調べてこれらの結
果を第2表に示した。その後常法によりクロメート処
理,黒色塗装を行い、これら被膜の付着性をクロメート
性および塗装性として第2表に併記した。またこの塗装
後のコンデンサーの耐食性を評価するためJIS H8681に
基づくCASS試験を1000時間実施して貫通孔食の有無を調
べその結果を第2表に併記した。
さらに比較のため上記第4図に示すサーペンタインタ
イプのコンデンサーの組立物を以下に示す従来法でろう
付したものについて、その特性を調査した。
即ちこの組立物を有機溶剤により脱脂したのち10%濃
度のKAlF4懸濁液を塗布し、200℃で10分間の乾燥を行っ
た。その後露点−40℃,酸素濃度100ppmの窒素ガス雰囲
気で置換され、610℃に保持された電気炉内にこの組立
物を挿入して610℃で5分間加熱してろう付を行った。
その後の工程は上記発明例と同様に行ない、かつこの
ろう付されたコンデンサーについて上記と同様な評価試
験を行ってそれらの結果について第2表に示した。
第2表から明らかなように本発明法によるろう付後の
コンデンサーの表面はきれいであり、ろう付状況も良好
であった。さらにクロメート性、塗装性も良好で、耐食
性も良好であった。
これに対して従来法によるコンデンサーは表面全体に
フラックス残渣が濃く不均一に付着しており、外観上好
ましくない。またろう付状況は良好であったが、ろう付
後のクロメート処理および塗装は不均一であり、耐食性
については第4図の管材(3)の曲げ部(6)で貫通孔
食が発生した。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば、従来のろう付法に比べて
自動車等の熱交換器の製造工程が短縮できるので製造コ
ストが安価になり、またろう付後の部材表面がきれいで
あるためクロメート処理等の後処理での表面処理性が良
好であり、さらに耐食性に優れる等の品質が向上し、ま
たMgを多く含有する合金のろう付も可能である等工業上
顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】 第1図はドロンカップタイプのエバポレーターの一例を
示す側面図、第2図はパラレルフロータイプのコンデン
サーの一例を示す側面図、第3図は逆T継手試験片に示
す斜視図、第4図はエアコン用熱交換器であるサーペン
タインタイプコンデンサーの一例を示す斜視図、第5図
は第4図のフィン部を拡大して示す側面図である。 1……圧延板 2……Al合金板 3……管材 4……コルゲートフィン 5……コネクター 6……曲げ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−66067(JP,A) 特開 平1−157769(JP,A) 特開 昭62−16897(JP,A) 特開 平2−169198(JP,A) 特開 平2−169162(JP,A) 特開 平2−147164(JP,A) 特開 昭58−159995(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Al又はAl合金をろう材を介してろう付する
    方法において、ろう付をする部材を弗化物の蒸気及びZn
    の蒸気が存在する非酸化性雰囲気中でろう付することを
    特徴とするAl又はAl合金の気相ろう付法。
  2. 【請求項2】弗化物の蒸気がフルオロアルミン酸カリウ
    ム錯体とフルオロアルミン酸セシウム錯体のいずれか1
    種又は2種からなる請求項(1)記載のAlまたはAl合金
    の気相ろう付法。
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