JP3020998B2

JP3020998B2 - アルミニウム部材のろう付け用ろう材

Info

Publication number: JP3020998B2
Application number: JP2156121A
Authority: JP
Inventors: 元工藤; 建当摩
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 1990-06-14
Filing date: 1990-06-14
Publication date: 2000-03-15
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JPH0446695A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、アルミニウム部材またはアルミニウム合
金部材（以下、「アルミニウム部材」と総称する）をろ
う付けするためのろう材に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、自動車用熱交換器などに、アルミニウム部材が
広く使用されるようになってきた。このようなアルミニ
ウム部材の相互の接合は、一般に、Ａ−Si系を使用
し、次のようなろう付け法によって行なわれている。

a.真空炉内で行なうろう付け。

b.フッ化物系フラックスを使用し、不活性雰囲気下の炉
内で行なうろう付け、 c.塩化物系フラックスを使用し、大気下の炉内で行なう
ろう付け、 d.トーチを使用して行なうろう付け。

上述した従来の方法によるろう付け温度は、何れも約
600℃であって、アルミニウムの融点に近い。このため
に、ろう付け時に、アルミニウム部材が座屈しまたは溶
融するという問題が生ずる。

一方、融点の低いろう材として、Zn:100wt％、また
は、Zn:95wt.％とＡ:5wt.％とからなるZn系ろう材が
知られている。このようなZn系ろう材を使用すれば、上
述した問題は解決されるが、その反面、Zn:100wt.％の
ろう材は、アルミニウム部材への侵食が大であり、そし
て、Zn:95wt.％とＡ:5wt.％とからなるろう材は、そ
の表面に強固な酸化皮膜が生じて、ろう付け性が低下
し、接合部の品質が劣化する問題がある。

上述した問題を解決するために、従来から種々研究が
行なわれており、例えば、次のろう材が提案されてい
る。

（１）特公昭50−35018号公報に開示されている、Zn:4
〜10wt.％、Si:3〜6wt.％、残り、アルミニウムおよび
不可避的不純物、からなるろう材（以下、「先行技術
１」という）。

（２）特開昭63−309391号公報に開示されている、Zn:2
0〜80wt.％、Si:1〜11wt.％、残り、アルミニウムおよ
び不可避的不純物、からなるろう材、上述したろう材
は、0.1〜10wt.％のCuを、更に付加的に含有していても
よい（以下、「先行技術２」という）。

〔発明が解決しようとする課題〕

先行技術１には、次に述べるような問題がある。即
ち、Znの含有量が、４〜10wt.％の範囲内と少ないの
で、このろう材のろう付け温度範囲は、アルミニウム部
材の固相線温度に近い。従って、アルミニウム部材の固
相線温度に近い高温度でろう付けする必要があり、アル
ミニウム部材が、溶融しまたは変形することがある。

先行技術２には、次に述べるような問題がある。即
ち、先行技術２のろう材は、20〜80wt.％のZn、およ
び、１〜11wt.％のSiを含有しているので、約450〜570
℃の温度でアルミニウム部材をろう付けすることができ
る。しかしながら、近年多く使用されているJIS2000系
のアルミニウム部材の融点は、約520℃で低い。従っ
て、先行技術２のろう材によっても、このような低融点
のアルミニウム部材をろう付けするときには、ろう付け
温度を厳しく管理する必要がある。このために、より低
い温度でろう付けすることができ、そして、ろう付け性
に優れたろう材の開発が強く望まれている。

従って、この発明の目的は、低融点のアルミニウム部
材を、溶融や変形が生ずることなく、そして、能率的に
ろう付けすることができ、しかも、品質の優れた接合部
が得られる、ろう材を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、上述した問題を解決し、低融点のアル
ミニウム部材を、溶融や変形が生ずることなく、そし
て、能率的にろう付けすることができ、しかも、品質の
優れた接合部が得られるろう材を開発すべく、鋭意研究
を重ねた。その結果、ろう付け温度が約380〜480℃のろ
う材は、上述した条件を満たすことができ、このような
ろう材は、その成分組成を、85〜97wt.％の亜鉛と、0.3
〜5wt.％のケイ素および／または２〜10wt.％の銅と、
残り、アルミニウムおよび不可避的不純物に限定すれば
得られることを知見した。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであっ
て、この発明の、アルミニウム部材のろう付け用ろう材
は、亜鉛:85〜97wt.％、ケイ素:0.3〜5wt.％、および、残り、アルミニウムおよび不可避的不純物からなり、好ましくはさらに銅:2〜10wt.％を含有する
ことに特徴を有するものである。

〔作用〕

この発明のろう材の化学成分組成を、上述した範囲内
に限定した理由について、以下に述べる。

（１）亜鉛（Zn）亜鉛には、ろう材の融点を下げる作用がある。しかし
ながら、亜鉛含有量が85wt.％未満では、JIS 2000系の
アルミニウム合金製のような低融点のアルミニウム部材
を、溶融や変形が生ずることなくろう付けし得るよう
に、ろう付け温度を450℃以下に下げることができな
い。一方、亜鉛含有量が97wt.％を超えると、融解した
ろう材によってアルミニウム部材が侵食される問題が生
ずる。

従って、亜鉛含有量は、85から97wt.％の範囲内に、
そして、より好ましくは、90から95wt.％の範囲内に限
定すべきである。

（２）ケイ素（Si），銅（Cu）ケイ素および銅には、ろう材の表面に生ずる酸化皮膜
をポーラス状にすると共に、これを薄く保って破壊され
やすくなし、そして、ろう材の電気化学的性質を貴とな
してその腐食を抑制し、更に、融解したろう材の流動性
を向上させる作用がある。しかしながら、ケイ素の含有
量が0.3wt.％未満、または、銅の含有量が2wt.％未満で
は、上述した作用に所望の効果が得られない。一方、ケ
イ素の含有量が5wt.％を超えても、より以上の効果は得
られず、逆に、ろう材の加工性が劣化する問題が生ず
る。また、銅の含有量が10wt.％を超えると、ろう材の
融点が上昇する問題が生ずる。

従って、ケイ素の含有量は、0.3から5wt.％の範囲内
に、そして、銅の含有量は、２から10wt.％の範囲内に
限定すべきである。

（３）ケイ素含有量のアルミニウム含有量に対する比ケイ素含有量のアルミニウム含有量に対する比即ちSi
/Aは、融解したろう材の流動性に影響を及ぼす。従っ
て、この発明においては、Si/A比を0.05から0.12の範
囲内にすることが望ましい。Si/A比が0.05未満では、
融解したろう材の流動性を十分に向上させることができ
ない。一方、Si/A比が0.12を超えると、逆に、融解し
たろう材の流動性が低下する。

この発明のろう材を使用して行なうろう付けは、次の
ようにして行なわれる。即ち、接合されるべきアルミニ
ウム部材相互を、適当な治具を用いて組み付ける。次い
で、この発明のろう材を、線状または粉末状となし、接
合部に供給する。または、この発明のろう材を、溶射の
プレコート材またはブレージングシートとして、これら
とアルミニウム部材とを組み付ける。組み付けられたア
ルミニウム部材の接合部にフラックスを塗布する。この
ようにして組付けられた組立て体を、不活性ガス雰囲気
または大気下の炉内において、400〜500℃の温度で加熱
して、ろう材を溶融させる。かくして、接合部は、溶融
したろう材によって接合される。

次に、この発明のろう材を、実施例により、この発明
の範囲外のろう材と対比しながら説明する。

〔実施例〕第１表に示すように、この発明の範囲内の化学成分組
成を有する、この発明のろう材の供試体（以下、「本発
明供試体」という）No.1から９と、そして、少なくとも
その成分の１つがこの発明の範囲外の化学成分組成を有
する、比較のためのろう材の供試体（以下、「比較用供
試体」という）No.1から10とを、次に述べる方法によっ
て調製した。本発明供試体および比較用供試体を調製す
るための、第１表に示す化学成分組成を有する円柱状の
鋳塊を、通常の溶解鋳造法によって鋳造した。鋳造され
た鋳塊の各々を、所定温度に加熱し、加熱された鋳塊の
各々に対し、熱間押出し加工および温間伸線加工を施し
て、直径2mmの線状の本発明供試体No.1から８および比
較用供試体No.1から10を調製した。本発明供試体No.9
は、第１表に示す化学成分組成を有する鋳塊を圧延して
薄板となし、この薄板を、JIS 3003材の上面にろう材と
して張り合わせ、ブレージングシートとした。

第１表に、上述した各供試体の融点、ろう材の形態お
よび加工性を併せて示す。

次いで、上述した各供試体の各々を使用してろう付け
を行なったときのろう付け性を、以下に述べる方法によ
って調べた。即ち、添付図面に示すように、JIS 3003材
の、長さ（ａ）:60mm、幅：（ｂ）:40mmの平板状アルミ
ニウム部材１の上面に、同じくJIS 3003材の、長さ
（ｃ）:50mm、高さ（ｄ）:25mmの平板状アルミニウム部
材２を、その一端部に配置した直径1mmのSUS製の丸棒状
スペーサ３を介して、垂直に仮りに組付けて組立て体４
を形成した。

次いで、組立て体４の、平板状アルミニウム部材１と
平板状アルミニウム部材２との接合部に、本発明供試体
No.1〜８および比較用供試体No.1〜10からなるろう材５
を、それぞれ配置した。

また、平板状アルミニウム部材１の代りに、ブレージ
ングシートからなる本発明供試体No.9を使用し、この上
面に平板状アルミニウム部材２を垂直に組付けて組立て
体４を形成した。

次いで、上述した組立て体４に、KC1−LiC1系フラッ
クスを塗布し、加熱炉内において、大気下で、ろう材の
融点よりも30〜50℃高い温度に加熱して、ろう材を融解
し、かくして、融解したろう材によって、組立て体４の
接合部をろう付けした。

このようにしてろう付けしたときの、各供試体のろう
材の流動長、ろう材によるアルミニウム部材1,2への侵
食深さ、および、ろう材の酸化皮膜の厚さを測定し、ろ
う付け温度とともに、第１表に併せて示した。

第１表から明らかなように、Zn:99wt.％の比較用供試
体No.1を使用してろう付けしたときは、アルミニウム部
材への侵食が大であった。Zn:94wt.％、残り:Aの比較
用供試体No.2を使用してろう付けしたときは、酸化皮膜
が厚くろう付け性が悪かった。Zn:59wt.％、残り:Aの
比較用供試体No.3を使用してろう付けしたときは、酸化
皮膜が厚くろう付け性が悪い上、ろう材の加工性も不良
であった。Si:10wt.％、残り:Aの比較用供試体No.4を
使用してろう付けしたときは、ろう付け温度が高く、ア
ルミニウム部材が、溶融または変形した。

亜鉛の含有量が本発明の範囲を外れて少ない比較用供
試体No.5を使用してろう付けしたときは、ろう付け温度
が高く、アルミニウム部材が溶融または変形した。亜鉛
の含有量が本発明の範囲を外れて多い比較用供試体No.6
を使用してろう付けしたときは、アルミニウム部材の侵
食が大であった。

ケイ素の含有量が本発明の範囲を外れて少ない比較用
供試体No.7、および、銅の含有量が本発明の範囲を外れ
て少ない比較用供試体No.9を使用してろう付けしたとき
は、酸化皮膜が厚く、ろう付け性が悪く、且つ、融解し
たろう材の流動性が不良であった。

ケイ素の含有量が本発明の範囲を外れて多い比較用供
試体No.8は、ろう材の加工性が悪かった。銅の含有量が
本発明の範囲を外れて多い比較用供試体No.10は、融点
が高過ぎるので、ろう付け性試験を行なうことができな
かった。

これに対して、本発明供試体No.1から９の各々を使用
してろう付けしたときは、何れも、ろう付け温度が低
く、従って、アルミニウム部材が、溶融または変形する
ことがなく、融解したろう材の流動性も良好であり、ア
ルミニウム部材への侵食は少なく、そして、酸化皮膜を
薄くて、ろう付け性が良好であった。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明のろう材によれば、低融
点のアルミニウム部材を、溶融や変形が生ずることな
く、そして、能率的にろう付けすることができ、しか
も、品質の優れた接合部が得られる、工業上有用な効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

図面は、ろう付け試験用アルミニウム部材の組立て体を
示す斜視図である。図面において、 1,2……アルミニウム部材、３……スペーサ、４……組立て体、５……ろう材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/28 310 C22C 18/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛 :85〜97wt.％、ケイ素:0.3〜5wt.％、および、残り、アルミニウムおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする、アルミニウム部材のろう付け用ろう材。
【請求項２】亜鉛 :85〜97wt.％、ケイ素:0.3〜5wt.％、銅 :2〜10wt.％、および、残り、アルミニウムおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする、アルミニウム部材のろう付け用ろう材。
【請求項３】前記ろう材における、前記ケイ素の含有量
の、前記アルミニウムの含有量に対する比は、0.05から
0.12の範囲内である、請求項１または請求項２に記載の
ろう材。