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Info
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/302—Cu as the principal constituent
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- Powder Metallurgy (AREA)
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (9)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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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