JP3081230B2 - ろう付け充填金属として使用される銅合金 - Google Patents

ろう付け充填金属として使用される銅合金

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JP3081230B2 JP02310191A JP31019190A JP3081230B2 JP 3081230 B2 JP3081230 B2 JP 3081230B2 JP 02310191 A JP02310191 A JP 02310191A JP 31019190 A JP31019190 A JP 31019190A JP 3081230 B2 JP3081230 B2 JP 3081230B2
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Continuous Casting (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ろう付け充填金属として用いられる低ニッ
ケル銅合金に関し、特に、燐、錫を含有し、そして少量
のマンガンを含み得る合金に関する。この合金は、急速
固化法(RS)で製造される。この合金の利点は、低い液
相線(リキダス)温度を有し、狭いかゆ状温度範囲を有
することである。また、これらの合金は、主に、銅およ
びその合金のろう付けに用いられる。
[従来の技術及び発明が解決しようとする問題点] ハンダ付けは、溶融温度が、接合されるべき部分より
も低い金属により、即ち、充填(溶接)金属により、加
工物(ワークピース)の金属或いはセラミック部分を接
合することに対する用語である。溶融された充填金属
は、接合されるべき部分の表面を溶融することなく、濡
らすだけである。充填金属の使用温度が、450℃を超え
ると、各用語は、ろう付けで、充填(溶接)金属は、ろ
う付け充填金属と称するものになる。ろう付け充填金属
の使用温度は、その化学的組成に依存する。純粋金属
は、正確な溶融点を有するが、ほとんどの金属では、合
金化され、固体から液体への転移は、一定のかゆ状温度
範囲で行なわれる。固体相の上限を固相線と呼び、液相
の下限を液相線と呼ぶ。これらの相限界の間の温度範囲
内で、物質は、固体相および液体相の混合体を成してい
る。多量生産において、特に、機械ろう付けでは、接合
物を固体化するに必要な時間を最小にするために、充填
金属のかゆ状温度範囲は、狭いものでなければならな
い。自動ろう付けでは、充填金属のかゆ状温度範囲は、
50℃を超えない。加工時間はコストであるので、ろう付
け充填金属の加工温度は低くするべきであることも勧め
られる。充填金属の加工温度は、最も低い温度であるの
で、その充填金属は溶融され、接合すべき加工物を濡ら
し、そして、充填金属は広がり、流れ、そして、基礎材
料に結合する。
ろう付け充填金属は、多くの異なる方法で製造でき
る。すべてのRS法の共通の特徴は、合金の高い冷却速度
であり、その合金は、処理法或いは、低減なしで最終形
状に、溶融物を急冷する方法で製造される。冷却温度
は、一般的に、105K/秒よりも高いものである。その高
い冷却速度により、製造された合金は、組成において
も、構造においても、通常製造される合金よりも、均一
なものである。材料組成が、アモルファス相の形成に有
利であり、冷却速度が充分に高いものである場合には、
これらの方法は、微結晶質の製造、そして、アルモファ
ス合金の製造を可能にする。その方法は、RS(急速固
化)法と呼ばれる。
銅−ベースのろう付け充填金属に最も通常使用される
添加剤は、燐であり、それは、別のフラックスが、銅の
ろう付けに必要でないからである。用いた合金化する1
つの元素は、燐であるが、合金の溶融温度は非常に高い
ままである。この欠点を除くための他の方法のうち、例
えば、燐に加えて、銀やカドミウムを含む合金を開発し
ている。カドミウム含有充填材の中で、例えば、組成
が、Ag38Cu21Zn22Cd19(数字は原子%で示す組成)で、
かゆ状温度範囲が633〜688℃であるBAg−1について述
べる。他の銀含有ろう付け充填合金には、組成がAg9Cu8
0P11で、かゆ状温度範囲が633〜680℃であるBCuP−5が
ある。これらの従来製造された充填金属のろう付け(適
用)性は、良好であるが、合金化元素として銀は、高価
であるが、より適するもののBAg−1に含有するカドミ
ウムは、有毒である。
銀およびカドミウム含有のろう付け充填金属に代わる
ために、燐に加えて、ニッケルだけか、或いは、ニッケ
ルと錫を含有する合金が開発されている。ろう付け充填
金属Cu−Ni−Pおよびその特性について、特にUS特許第
4、253、870に説明がある。これらの合金は、RS法によ
って、少なくとも、部分的にはアモルファスとして製造
でき、それは、合金組成が、5〜40原子%Ni、15〜20原
子%P、残りはCuと不可分不純物である範囲の場合に
は、製造できる。ろう付け充填金属の基本的な特徴は、
少なくとも、部分的には、構造上アモルファスであるこ
とである。
合金化元素として錫を使用することは、充填金属の加
工温度を下げることになり、従って、ろう付けは、Cu−
Ni−Pろう付け充填金属よりも、低い温度で、行なうこ
とができる。EP特許第103、805は、急速固化法で製造さ
れるCu−Ni−Sn−P合金に関し、合金の組成は、5〜52
原子%Ni、2〜10原子%Sn、10〜15原子%Pで、残り銅
である範囲内のものである。商業的な製造においては、
2つの合金があり、即ち、組成Cu74Ni10Sn2P14(原子
%)でかゆ状温度範囲610〜660℃のメトグラス(Metgla
s)2002と組成Cu76Ni6Sn5P13(原子%)でかゆ状温度範
囲592〜655℃のメトグラス(Metglas)2005である。こ
れらの充填金属の利点はそのかゆ状温度範囲が高い銀含
有量のろう付け充填金属BAg−1のものとほぼ等しい
が、価格の点で相当に、より経済的であることである。
これらのろう付け充填金属は、銅をフラックスなしでろ
う付けするときに、既知のものなかで、最も低い加工温
度を有することが分かっている。
[問題点を解決するための手段及び作用] 本発明によると、RS法により製造されるCu−Ni−Pろ
う付け充填合金が開発されて、そのニッケル含有量が低
減され、そのため、脆い燐化ニッケル相の容量部分が低
減するために、低い加工温度と、より強い接合強度と高
い衝撃強度が得られたものである。この新規なろう付け
充填合金のNi含有量は、0〜5原子%範囲内であり、好
適には、2.0〜4.8原子%の範囲である。Sn含有量は、0
〜15原子%で、好適には、1.5〜10.0原子%であり、P
含有量は、10〜20原子%で、好適には、11.0〜16.5原子
%である。
本発明の要旨は、1.0〜4.8原子%のニッケル; 1.5〜10.0原子%の錫; 10〜20原子%の燐; 残りが銅及び不可分の不純物の組成のろう付け充填金属
を用いて、 急速固化法により製造されたことを特徴とする銅及び
銅合金のろう付けに使用されるべき合金である。また、
その組成は、2.0〜4.8原子%のニッケル;1.5〜10.0原子
%の錫;11.0〜16.5原子%の燐の範囲であるが更に、好
適である。また、更に、ろう付け充填合金は、更に、0.
5〜5.4原子%のマンガンを含有するものが好適である。
また、厚さ0.01〜0.05mmのろう付けストリップ製品が好
適である。そして、ろう付け合金は、平面流れキャステ
ィング法で製造されることが好適である。また、ろう付
け合金は、メルトスピニング法で製造されることが好適
である。好適には、該組成による合金溶融物を形成し、
この溶融物を冷却表面に接触させながら、少なくとも10
5K/秒の冷却速度で冷却することにより、製造される。
また、ろう付け合金は、アトマイジング法で製造される
ことが好適である。更に、ろう付け合金は、ガス・アト
マイジング法で製造されることが好適である。
本発明のろう付け充填合金において、ニッケル部分
は、マンガンでも置換できる。本発明の本質的な新規性
のある特徴は、請求項の記載から明らかである。
ストリップ状製品は、特に、メルト紡糸(スピニン
グ)、平面流れキャスティング、メルト引き、二重ロー
ラおよびメルトオーバーフロー法により、製造できる。
工業的製造に最も適するものは、平面流れキャスティン
グ、メルト引きおよびメルトスピニング法であり、前の
二つは、少なくとも、30cm幅のストリップを製造するに
も使用できる。例えば、平面流れキャスティング法にお
いては、最初に、セラミックるつぼ中で溶融され、加熱
されたろう付け充填合金は、ノズルの角状スロットを通
して、急速に回転する冷却ロールの表面上に、拡散され
る。そのロールとノズルの間に形成される溶融物プール
は、固化して、連続的なストリップになる。メルト・ス
ピニング法においては、ノズル開口は、丸い穴で、約1m
mの直径を有し、そのために、製造されるストリップの
最大幅は、約5mmである。ストリップの厚さは、0.01〜
0.05mmである。チップ状の製品が、溶融物抽出法によ
り、得られる。そして、粉末製品は、アトマイジング法
或いは上記のストリップ状の物、チップ状のものを粉砕
することにより、得られる。ガス・アトマイジング法に
より製造される微粉末製品は、適切なバインダーと混合
され、ろう付けに適するペーストを製造することができ
る。本発明の製品は、上記の方法により製造することが
できる。
本発明を更に実施例により、説明する。新たに開発し
たろう付け充填金属は、RS法で製造される従来の製品と
も比較される。実施例は、新規なCu−Ni−Sn−P合金の
液相線温度が、高いニッケル含有量の相当するろう付け
充填金属の液相線温度よりも、20〜30℃程度低いもので
あることを示している。その引っ張り強度は、メトグラ
シュ合金で製造したろう付け接合物の引っ張り強度より
も高かった。
[実施例] 先ず、第1表は、本発明の4つの充填ストリップの組
成およびかゆ状温度範囲並びに、本発明の4つのろう付
け充填ストリップでろう付けされた銅−銅の接合物の究
極引っ張り強度(UTS)を示し、そして、また、上記の
ろう付け充填線メトグラス2002およびメトグラス2005に
ついての各特性を示す。本発明のろう付け充填(溶接)
ストリップは、平面流れキャスティング法で製造され
る。その組成物のかゆ状温度範囲は、加熱速度5K/分
で、アルゴン雰囲気中での熱示差分析により測定され
た。
究極引っ張り強度を測定するために、正方銅棒(KIE
10×10mm)を突き当て接合した。充填金属相の厚さは
0.04mmであった。接合すべき試験片は、互いに少し押圧
され、次に、アルゴンフローの管状炉中でろう付けされ
た。これらを、炉中に15分間保持し、その5分間で、試
験片はろう付け温度になった。ろう付け温度は、合金の
液相線温度よりも、100℃高かった。合金によるろう付
けは、著しく低温で成功したことに注目すべきでもあ
る。引っ張り試験において、すべてのろう付けされた試
験片は、接合点で破壊された、そのため、測定した究極
引っ張り強度(UTS)は、ろう付けされた接合物の引っ
張り強度である。第1表に示す結果は、本発明の合金1
及び2によりろう付けされた接合物の引っ張り強度は、
メトグラス合金によりろう付けされた接合物より高いも
のであった。合金3及び4でろう付けされた引っ張り強
度はメトグラス2002合金でろう付けされたものより高い
ものであった。
第1表 本発明は、ろう付け充填金属として使用される低ニッ
ケル銅合金であり、その合金は、燐、錫を含有し、ま
た、少量のマンガンを含み得るものである。この合金
は、急速固化法で製造される。その利点は、低い液相線
温度と狭いかゆ状温度範囲である。この合金は、主に、
銅およびその合金をろう付けするために用いられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−100247(JP,A) 特開 昭59−76845(JP,A) 特開 昭58−357(JP,A) 特開 昭62−63633(JP,A) 特開 昭58−148094(JP,A) 社団法人粉末治金技術協会編,「粉末 治金技術講座3 金属粉の生成」,日刊 工業新聞社,1964年9月25日,p.35− 36 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 9/00 - 9/10 B22F 9/08 B23K 35/30

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1.0〜4.8原子%のニッケル; 1.5〜10.0原子%の錫; 10〜20原子%の燐; 残りが銅及び不可分の不純物の組成のろう付け充填金属
    を用いて、 急速固化法により製造されたことを特徴とする銅及び銅
    合金のろう付けに使用されるべき合金。
  2. 【請求項2】2.0〜4.8原子%のニッケル; 1.5〜10.0原子%の錫; 11.0〜16.5原子%の燐; の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の銅及び
    銅合金のろう付けに使用されるべき合金。
  3. 【請求項3】ろう付け充填合金は、更に、0.5〜5.4原子
    %のマンガンを有することを特徴とする請求項1に記載
    の銅及び銅合金のろう付けに使用されるべき合金。
  4. 【請求項4】厚さ0.01〜0.05mmのろう付けストリップ製
    品であることを特徴とする請求項1に記載の合金により
    製造した製品。
  5. 【請求項5】ろう付け合金は、平面流れキャスティング
    法で製造されることを特徴とする請求項1に記載のろう
    付け金属を製造する方法。
  6. 【請求項6】ろう付け合金は、メルト・スピニング法で
    製造されることを特徴とする請求項1に記載のろう付け
    金属を製造する方法。
  7. 【請求項7】該組成による合金溶融物を形成し、この溶
    融物を冷却表面に接触させながら、少なくとも105K/秒
    の冷却速度で冷却することを特徴とする請求項1に記載
    のろう付け合金の製造方法。
  8. 【請求項8】ろう付け合金は、アトマイジング法で製造
    されることを特徴とする請求項1に記載のろう付け合金
    の製造方法。
  9. 【請求項9】ろう付け合金は、ガス・アトマイジング法
    で製造されることを特徴とする請求項1に記載のろう付
    け合金の製造方法。
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