JP3350667B2 - ろう接用複合材及びろう接構造物 - Google Patents
ろう接用複合材及びろう接構造物Info
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ラジエーター、ガスクーラーなどの熱交換
器等のろう接構造物およびその素材として使用されるろ
う接用複合材に関する。
器等のろう接構造物およびその素材として使用されるろ
う接用複合材に関する。
背景技術 近年、国際的に環境問題への関心が高まっており、そ
の一環として自動車の排気ガス低減が強く要求されるよ
うになってきている。自動車の排気ガス浄化対策とし
て、すでに排気ガスを再燃焼させてＣＯ、ＨＣをＣ
Ｏ2、Ｈ2Ｏにするサーマルリアクターや触媒コンバータ
ーなどの各種の浄化装置が実用化されている。
の一環として自動車の排気ガス低減が強く要求されるよ
うになってきている。自動車の排気ガス浄化対策とし
て、すでに排気ガスを再燃焼させてＣＯ、ＨＣをＣ
Ｏ2、Ｈ2Ｏにするサーマルリアクターや触媒コンバータ
ーなどの各種の浄化装置が実用化されている。
従来、排ガス浄化装置等において、高温の腐食性ガス
雰囲気で用いられる熱交換器は、耐食性に優れたステン
レス鋼で形成され、熱交換器の各部材は、１０００℃以
上の融点を持つ、耐食性の良好な銅ろうや、特開昭６０
−７２６９５号公報に記載されたＭｎ；５〜２０％、あ
るいはさらにＮｉ：１〜５％、残部実質的にＣｕからな
るＣＵ系ろう材によってろう接される。
雰囲気で用いられる熱交換器は、耐食性に優れたステン
レス鋼で形成され、熱交換器の各部材は、１０００℃以
上の融点を持つ、耐食性の良好な銅ろうや、特開昭６０
−７２６９５号公報に記載されたＭｎ；５〜２０％、あ
るいはさらにＮｉ：１〜５％、残部実質的にＣｕからな
るＣＵ系ろう材によってろう接される。
最近、排ガス組成の変化などによって熱交換器内の腐
食環境が一段と厳しくなってきており、排ガスの凝縮液
による腐食などの問題も生じているため、ろう材の耐食
性に対してより一層の向上が求められている。このよう
な高腐食環境に曝されるろう材の耐食性への要求は、自
動車の排ガス浄化システムだけの問題ではなく、ガスタ
ービンエンジン等の排ガス熱交換器や、高腐食環境に曝
される各種ろう接鉄鋼構造物においても求められている
ところである。
食環境が一段と厳しくなってきており、排ガスの凝縮液
による腐食などの問題も生じているため、ろう材の耐食
性に対してより一層の向上が求められている。このよう
な高腐食環境に曝されるろう材の耐食性への要求は、自
動車の排ガス浄化システムだけの問題ではなく、ガスタ
ービンエンジン等の排ガス熱交換器や、高腐食環境に曝
される各種ろう接鉄鋼構造物においても求められている
ところである。
しかしながら、このような耐食性の要求を十分満足す
るろう材は、未だ市場に供給されていないのが現状であ
る。耐食性が良好といわれるＮｉろうを用いた場合にお
いても、高温環境では問題がないものの、排ガスが結露
するような環境下ではやはり腐食が進行する。この理由
は必ずしも明らかではないが、ＮｉろうにはＢやＳｉな
どの融点低下元素が添加されていることも原因の一つで
あると推測される。また、耐食性向上元素であるＮｉを
比較的多く添加したＣｕ−Ｎｉ合金ろう材を用いても、
十分な耐食性が得られない。しかも、Ｎｉ量が多いほ
ど、耐食性が劣化するという現象も認められた。
るろう材は、未だ市場に供給されていないのが現状であ
る。耐食性が良好といわれるＮｉろうを用いた場合にお
いても、高温環境では問題がないものの、排ガスが結露
するような環境下ではやはり腐食が進行する。この理由
は必ずしも明らかではないが、ＮｉろうにはＢやＳｉな
どの融点低下元素が添加されていることも原因の一つで
あると推測される。また、耐食性向上元素であるＮｉを
比較的多く添加したＣｕ−Ｎｉ合金ろう材を用いても、
十分な耐食性が得られない。しかも、Ｎｉ量が多いほ
ど、耐食性が劣化するという現象も認められた。
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、ステンレ
ス鋼材を含む各種鉄鋼材により形成された部材がろう接
されたろう接構造物において、ろう材部の耐食性を向上
させることができるろう接用材料、および腐食雰囲気に
曝されるろう材部における耐食性に優れた熱交換器等の
ろう接構造物を提供することを目的とするものである。
この目的は以下の発明により達成される。
ス鋼材を含む各種鉄鋼材により形成された部材がろう接
されたろう接構造物において、ろう材部の耐食性を向上
させることができるろう接用材料、および腐食雰囲気に
曝されるろう材部における耐食性に優れた熱交換器等の
ろう接構造物を提供することを目的とするものである。
この目的は以下の発明により達成される。
発明の開示 本発明のろう接用材料は、鉄鋼材により形成された母
材と、前記母材の表面に積層形成され、Ｃｕ系ろう材に
よって接合部材をろう接する際に前記母材からＦｅ原子
がろう材側に拡散するのを抑制するＦｅ原子拡散抑制層
とを備えた、ろう接用複合材である。
材と、前記母材の表面に積層形成され、Ｃｕ系ろう材に
よって接合部材をろう接する際に前記母材からＦｅ原子
がろう材側に拡散するのを抑制するＦｅ原子拡散抑制層
とを備えた、ろう接用複合材である。
この発明によると、母材の表面にはＦｅ原子拡散抑制
層が形成されているので、ろう接の際、母材中のＦｅ原
子がろう材側に拡散するには、Ｆｅ原子拡散抑制層をま
ず拡散移動する必要がある。Ｆｅ原子拡散抑制層におけ
るＦｅ原子の拡散は固相拡散となるため、Ｆｅ原子の拡
散速度は溶融状態のろう材中を拡散するのに比して著し
く遅くなる。このため、ごく薄いＦｅ原子拡散抑制層を
設けるだけで、Ｆｅ原子がろう材中に拡散するのを防止
することができる。その結果、ろう接構造物のろう材部
はＣｕ系ろう材が本来有する耐食性を発揮することがで
きるようになり、耐食性が向上する。
層が形成されているので、ろう接の際、母材中のＦｅ原
子がろう材側に拡散するには、Ｆｅ原子拡散抑制層をま
ず拡散移動する必要がある。Ｆｅ原子拡散抑制層におけ
るＦｅ原子の拡散は固相拡散となるため、Ｆｅ原子の拡
散速度は溶融状態のろう材中を拡散するのに比して著し
く遅くなる。このため、ごく薄いＦｅ原子拡散抑制層を
設けるだけで、Ｆｅ原子がろう材中に拡散するのを防止
することができる。その結果、ろう接構造物のろう材部
はＣｕ系ろう材が本来有する耐食性を発揮することがで
きるようになり、耐食性が向上する。
この発明において、Ｆｅ原子拡散抑制層の上にＣｕ系
ろう材層を形成しておくことができる。また、母材とＦ
ｅ原子拡散抑制層とを、またＦｅ原子拡散抑制層とＣｕ
系ろう材層とを拡散接合によりクラッドすることができ
る。また、に記載したように、前記母材をステンレス鋼
材で、前記Ｆｅ原子拡散抑制層をＮｉあるいはＮｉを主
成分とするＮｉ合金で形成することができる。また、母
材とＦｅ原子拡散抑制層とＣｕ系ろう材層とを拡散接合
によりクラッドする場合、母材をステンレス鋼材で、Ｆ
ｅ原子拡散抑制層をＮｉあるいはＮｉを９０wt％以上含
有し、残部Ｃｕを本質的成分としてなるＮｉ−Ｃｕ合金
で、前記Ｃｕ系ろう材層をＮｉを２〜１５wt％、より好
ましくは５〜１０wt％含有し、残部Ｃｕを本質的成分と
してなるＣｕ−Ｎｉ合金で形成するのがよい。さらに、
前記Ｆｅ原子拡散抑制層の厚さは、５μｍ以上とするの
がよい。
ろう材層を形成しておくことができる。また、母材とＦ
ｅ原子拡散抑制層とを、またＦｅ原子拡散抑制層とＣｕ
系ろう材層とを拡散接合によりクラッドすることができ
る。また、に記載したように、前記母材をステンレス鋼
材で、前記Ｆｅ原子拡散抑制層をＮｉあるいはＮｉを主
成分とするＮｉ合金で形成することができる。また、母
材とＦｅ原子拡散抑制層とＣｕ系ろう材層とを拡散接合
によりクラッドする場合、母材をステンレス鋼材で、Ｆ
ｅ原子拡散抑制層をＮｉあるいはＮｉを９０wt％以上含
有し、残部Ｃｕを本質的成分としてなるＮｉ−Ｃｕ合金
で、前記Ｃｕ系ろう材層をＮｉを２〜１５wt％、より好
ましくは５〜１０wt％含有し、残部Ｃｕを本質的成分と
してなるＣｕ−Ｎｉ合金で形成するのがよい。さらに、
前記Ｆｅ原子拡散抑制層の厚さは、５μｍ以上とするの
がよい。
また、本発明のろう接構造物は、第１部材と、この第
１部材にＣｕ系ろう材によってろう接された第２部材と
を備える。前記第１部材は鉄鋼材により形成された母材
と、前記母材の表面に積層され、前記第１部材と第２部
材とがろう接される際に前記母材からＦｅ原子がろう材
部に拡散するのを抑制するＦｅ原子拡散抑制層とを有す
る。
１部材にＣｕ系ろう材によってろう接された第２部材と
を備える。前記第１部材は鉄鋼材により形成された母材
と、前記母材の表面に積層され、前記第１部材と第２部
材とがろう接される際に前記母材からＦｅ原子がろう材
部に拡散するのを抑制するＦｅ原子拡散抑制層とを有す
る。
この発明によると、ろう接の際、第１部材の母材中の
Ｆｅ原子はまずＦｅ原子拡散抑制層を固相拡散しなけれ
ばならないため、溶融状態のろう材側に拡散侵入するこ
とが抑制される。このため、ごく薄いＦｅ原子拡散抑制
層を設けるだけで、Ｆｅ原子がろう材中に拡散するのを
防止することができる。その結果、ろう接構造物のろう
材部はＣｕ系ろう材が本来有する耐食性を発揮すること
ができるようになり、耐食性が向上する。第２部材が鉄
鋼材で形成される母材を有する場合には、第１部材と同
様、母材の上にＦｅ原子拡散抑制層を形成することが好
ましい。これによって、第２部材の母材からＦｅ原子が
ろう材部へ拡散することも抑制することができ、ろう材
部の耐食性をより向上させることができる。
Ｆｅ原子はまずＦｅ原子拡散抑制層を固相拡散しなけれ
ばならないため、溶融状態のろう材側に拡散侵入するこ
とが抑制される。このため、ごく薄いＦｅ原子拡散抑制
層を設けるだけで、Ｆｅ原子がろう材中に拡散するのを
防止することができる。その結果、ろう接構造物のろう
材部はＣｕ系ろう材が本来有する耐食性を発揮すること
ができるようになり、耐食性が向上する。第２部材が鉄
鋼材で形成される母材を有する場合には、第１部材と同
様、母材の上にＦｅ原子拡散抑制層を形成することが好
ましい。これによって、第２部材の母材からＦｅ原子が
ろう材部へ拡散することも抑制することができ、ろう材
部の耐食性をより向上させることができる。
前記ろう接構造物において、前記母材をステンレス鋼
で形成し、前記Ｆｅ原子拡散抑制層をＮｉあるいはＮｉ
を主成分とするＮｉ合金で形成することができる。この
場合、母材自体が耐食性に優れ、さらにＦｅ原子拡散抑
制層と母材との熱膨張率が近似するようになるため、広
範囲の温度下でＦｅ原子拡散抑制層と母材との接合部に
おいて熱応力の発生が抑制され、接合部の耐久性を向上
させることができる。
で形成し、前記Ｆｅ原子拡散抑制層をＮｉあるいはＮｉ
を主成分とするＮｉ合金で形成することができる。この
場合、母材自体が耐食性に優れ、さらにＦｅ原子拡散抑
制層と母材との熱膨張率が近似するようになるため、広
範囲の温度下でＦｅ原子拡散抑制層と母材との接合部に
おいて熱応力の発生が抑制され、接合部の耐久性を向上
させることができる。
また、本発明の熱交換器は、対向して配置されたプレ
ート部材と、前記プレート部材の間に形成された空間部
を多数の部分空間部に仕切る仕切り部材とを備える。前
記プレート部材と前記仕切り部材とがＣｕ系ろう材によ
ってろう接される。前記プレート部材はステンレス鋼に
より形成されたプレート状母材と、前記母材の表面に積
層形成され、前記仕切り部材と前記プレート部材とがろ
う接される際に前記母材からＦｅ原子がろう材部に拡散
するのを抑制するＮｉあるいはＮｉを主成分とするＮｉ
合金からなるＦｅ原子拡散抑制層とを有する。
ート部材と、前記プレート部材の間に形成された空間部
を多数の部分空間部に仕切る仕切り部材とを備える。前
記プレート部材と前記仕切り部材とがＣｕ系ろう材によ
ってろう接される。前記プレート部材はステンレス鋼に
より形成されたプレート状母材と、前記母材の表面に積
層形成され、前記仕切り部材と前記プレート部材とがろ
う接される際に前記母材からＦｅ原子がろう材部に拡散
するのを抑制するＮｉあるいはＮｉを主成分とするＮｉ
合金からなるＦｅ原子拡散抑制層とを有する。
この発明によると、ろう接の際、プレート部材の母材
中のＦｅ原子はまずＦｅ原子拡散抑制層を固相拡散しな
ければならないため、ごく薄いＦｅ原子拡散抑制層を設
けるだけで、溶融状態のろう材側に拡散侵入することが
防止される。その結果、ろう接構造物である熱交換器の
ろう材部はろう材が本来有する耐食性を発揮することが
でき、耐食性が向上する。また、母材自体が耐食性に優
れ、さらにＦｅ原子拡散抑制層はＮｉあるいはＮｉを主
成分とするＮｉ合金によって形成されるので、母材のス
テンレス鋼と熱膨張率が近似しているため、広範囲の温
度下で熱応力の発生が抑制され、熱交換器の耐久性を向
上させることができる。
中のＦｅ原子はまずＦｅ原子拡散抑制層を固相拡散しな
ければならないため、ごく薄いＦｅ原子拡散抑制層を設
けるだけで、溶融状態のろう材側に拡散侵入することが
防止される。その結果、ろう接構造物である熱交換器の
ろう材部はろう材が本来有する耐食性を発揮することが
でき、耐食性が向上する。また、母材自体が耐食性に優
れ、さらにＦｅ原子拡散抑制層はＮｉあるいはＮｉを主
成分とするＮｉ合金によって形成されるので、母材のス
テンレス鋼と熱膨張率が近似しているため、広範囲の温
度下で熱応力の発生が抑制され、熱交換器の耐久性を向
上させることができる。
また、本発明の熱交換器は、第１凹部と第１凸部とが
交互に形成された第１凹凸部材と、前記第１凹凸部材に
対向して配置され、第２凹部と第２凸部とが交互に形成
された第２凹凸部材とを備える。前記第１凹凸部材の第
１凹部の外面と前記第２凹凸部材の第２凸部の外面とが
Ｃｕ系ろう材によってろう接される。前記第１凹凸部材
および第２凹凸部材は各々ステンレス鋼により形成され
た母材と、前記母材の表面に積層形成され、前記第１凹
部と前記第２凸部とがろう接される際に前記母材からＦ
ｅ原子がろう材部に拡散するのを抑制するＮｉあるいは
Ｎｉを主成分とするＮｉ合金からなるＦｅ原子拡散抑制
層とを有する。
交互に形成された第１凹凸部材と、前記第１凹凸部材に
対向して配置され、第２凹部と第２凸部とが交互に形成
された第２凹凸部材とを備える。前記第１凹凸部材の第
１凹部の外面と前記第２凹凸部材の第２凸部の外面とが
Ｃｕ系ろう材によってろう接される。前記第１凹凸部材
および第２凹凸部材は各々ステンレス鋼により形成され
た母材と、前記母材の表面に積層形成され、前記第１凹
部と前記第２凸部とがろう接される際に前記母材からＦ
ｅ原子がろう材部に拡散するのを抑制するＮｉあるいは
Ｎｉを主成分とするＮｉ合金からなるＦｅ原子拡散抑制
層とを有する。
この発明によると、ろう接の際、第１凹凸部材および
第２凹凸部材の各母材中のＦｅ原子は、まず各部材のＦ
ｅ原子拡散抑制層を固相拡散しなければならないため、
各母材の上にごく薄いＦｅ原子拡散抑制層を設けるだけ
で、溶融状態のろう材側に拡散侵入することが防止され
る。その結果、ろう接構造物である熱交換器のろう材部
はろう材が本来有する耐食性を発揮することができ、耐
食性が向上する。また、母材自体が耐食性に優れ、さら
にＦｅ原子拡散抑制層はＮｉあるいはＮｉを主成分とす
るＮｉ合金によって形成されるので、母材のステンレス
鋼と熱膨張率が近似しているため、広範囲の温度下で熱
応力の発生が抑制され、熱交換器の耐久性を向上させる
ことができる。
第２凹凸部材の各母材中のＦｅ原子は、まず各部材のＦ
ｅ原子拡散抑制層を固相拡散しなければならないため、
各母材の上にごく薄いＦｅ原子拡散抑制層を設けるだけ
で、溶融状態のろう材側に拡散侵入することが防止され
る。その結果、ろう接構造物である熱交換器のろう材部
はろう材が本来有する耐食性を発揮することができ、耐
食性が向上する。また、母材自体が耐食性に優れ、さら
にＦｅ原子拡散抑制層はＮｉあるいはＮｉを主成分とす
るＮｉ合金によって形成されるので、母材のステンレス
鋼と熱膨張率が近似しているため、広範囲の温度下で熱
応力の発生が抑制され、熱交換器の耐久性を向上させる
ことができる。
前記熱交換器において、前記Ｃｕ系ろう材をＮｉを５
〜１０wt％含有し、残部Ｃｕを本質的成分としてなるＣ
ｕ−Ｎｉ合金で、前記Ｆｅ原子拡散抑制層をＮｉあるい
はＮｉを９０wt％以上含有し、残部Ｃｕを本質的成分と
してなるＮｉ−Ｃｕ合金で形成することで、ろう材部の
耐食性をより一層向上させることができる。
〜１０wt％含有し、残部Ｃｕを本質的成分としてなるＣ
ｕ−Ｎｉ合金で、前記Ｆｅ原子拡散抑制層をＮｉあるい
はＮｉを９０wt％以上含有し、残部Ｃｕを本質的成分と
してなるＮｉ−Ｃｕ合金で形成することで、ろう材部の
耐食性をより一層向上させることができる。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施形態にかかるろう接用複合材の
部分断面図である。
部分断面図である。
図２は、Ｃｕ系ろう材層を純Ｃｕで形成したろう接用
複合材を１１００℃で１０min 保持した場合の母材界面
からろう材層表面におけるＮｉ濃度およびＦｅ濃度の分
布図である。
複合材を１１００℃で１０min 保持した場合の母材界面
からろう材層表面におけるＮｉ濃度およびＦｅ濃度の分
布図である。
図３は、Ｃｕ系ろう材層をＣｕ−２wt％Ｎｉ合金で形
成したろう接用複合材を１１５０℃で１０min 保持した
場合の母材界面からろう材層表面におけるＮｉ濃度およ
びＦｅ濃度の分布図である。
成したろう接用複合材を１１５０℃で１０min 保持した
場合の母材界面からろう材層表面におけるＮｉ濃度およ
びＦｅ濃度の分布図である。
図４は、Ｃｕ系ろう材層をＣｕ−５wt％Ｎｉ合金で形
成したろう接用複合材を１１５０℃で１０min 保持した
場合の母材界面からろう材層表面におけるＮｉ濃度およ
びＦｅ濃度の分布図である。
成したろう接用複合材を１１５０℃で１０min 保持した
場合の母材界面からろう材層表面におけるＮｉ濃度およ
びＦｅ濃度の分布図である。
図５は、Ｃｕ系ろう材層をＣｕ−１０wt％Ｎｉ合金で
形成したろう接用複合材を１１５０℃で１０min 保持し
た場合の母材界面からろう材層表面におけるＮｉ濃度お
よびＦｅ濃度の分布図である。
形成したろう接用複合材を１１５０℃で１０min 保持し
た場合の母材界面からろう材層表面におけるＮｉ濃度お
よびＦｅ濃度の分布図である。
図６は、Ｃｕ系ろう材層をＣｕ−２０wt％Ｎｉ合金で
形成したろう接用複合材を１２００℃で１０min 保持し
た場合の母材界面からろう材層表面におけるＮｉ濃度お
よびＦｅ濃度の分布図である。
形成したろう接用複合材を１２００℃で１０min 保持し
た場合の母材界面からろう材層表面におけるＮｉ濃度お
よびＦｅ濃度の分布図である。
図７は、Ｃｕ−Ｎｉ合金ろう材におけるＮｉ含有量と
腐食減量率との関係を示す図である。
腐食減量率との関係を示す図である。
図８は、実施例にかかるろう接複合材を１１００℃で
１０min 保持した場合の母材界面からＦｅ原子拡散抑制
層の板厚方向のＦｅ濃度分布図である。
１０min 保持した場合の母材界面からＦｅ原子拡散抑制
層の板厚方向のＦｅ濃度分布図である。
図９は、実施例にかかるろう接複合材を１０５０℃で
１０min 保持した場合の母材界面からＦｅ原子拡散抑制
層の板厚方向のＦｅ濃度分布図である。
１０min 保持した場合の母材界面からＦｅ原子拡散抑制
層の板厚方向のＦｅ濃度分布図である。
図１０は、実施例にかかるろう接複合材を１０００℃
で１０min 保持した場合の母材界面からＦｅ原子拡散抑
制層の板厚方向のＦｅ濃度分布図である。
で１０min 保持した場合の母材界面からＦｅ原子拡散抑
制層の板厚方向のＦｅ濃度分布図である。
図１１は、Ｆｅ原子拡散抑制層が形成されていない比
較例にかかるろう接複合材を１１００℃で１０min 保持
した場合の母材界面からろう材層の板厚方向のＦｅ濃度
分布図である。
較例にかかるろう接複合材を１１００℃で１０min 保持
した場合の母材界面からろう材層の板厚方向のＦｅ濃度
分布図である。
図１２は、第１実施形態にかかる熱交換器の部分斜視
図である。
図である。
図１３は、第２実施形態にかかる熱交換器の部分断面
図である。
図である。
図１４は、第２実施形態の熱交換器の製造に使用した
凹凸状ろう接用複合部材の部分断面図および部分拡大断
面図である。
凹凸状ろう接用複合部材の部分断面図および部分拡大断
面図である。
図１５は、Ｃｕ−Ｎｉ２元合金の状態図である。
発明を実施するための最良の形態 本発明者は、ステンレス鋼等の鉄鋼材で形成された接
合部材同士をＣｕ系ろう材によってろう接したろう接構
造物において、そのろう材部の耐食性が劣化する原因を
究明した。その結果、９００℃を越えるような高温でろ
う接すると、鉄鋼材からＦｅ原子が溶融したろう材中に
拡散侵入し、Ｆｅ原子がろう材部の表面にまで拡散する
ため、ろう材部の耐食性が接合前のＣｕ系ろう材の本来
の耐食性を発揮できず、劣化することを知見した。すな
わち、ＦｅはＣｕより腐食されやすく、またＦｅとＣｕ
とが局部電池を構成するので、ろう材部における耐食性
が、ろう接の際に用いたＣｕ系ろう材の本来有する耐食
性に比して劣化するようになる。このため、Ｆｅが拡散
侵入したろう接後のろう材部が腐食雰囲気に曝される
と、腐食されやすくなる。なお、鉄鋼材中の合金元素、
例えばステンレス鋼中のＮｉやＣｒもろう接の際にろう
材側に拡散するが、ＮｉはＣｕに固溶するため耐食性を
損なわず、またＣｒはＦｅに比して拡散速度が遅いた
め、耐食性を損なうほどには拡散しないものと考えられ
る。本発明はかかる知見により完成されたものである。
合部材同士をＣｕ系ろう材によってろう接したろう接構
造物において、そのろう材部の耐食性が劣化する原因を
究明した。その結果、９００℃を越えるような高温でろ
う接すると、鉄鋼材からＦｅ原子が溶融したろう材中に
拡散侵入し、Ｆｅ原子がろう材部の表面にまで拡散する
ため、ろう材部の耐食性が接合前のＣｕ系ろう材の本来
の耐食性を発揮できず、劣化することを知見した。すな
わち、ＦｅはＣｕより腐食されやすく、またＦｅとＣｕ
とが局部電池を構成するので、ろう材部における耐食性
が、ろう接の際に用いたＣｕ系ろう材の本来有する耐食
性に比して劣化するようになる。このため、Ｆｅが拡散
侵入したろう接後のろう材部が腐食雰囲気に曝される
と、腐食されやすくなる。なお、鉄鋼材中の合金元素、
例えばステンレス鋼中のＮｉやＣｒもろう接の際にろう
材側に拡散するが、ＮｉはＣｕに固溶するため耐食性を
損なわず、またＣｒはＦｅに比して拡散速度が遅いた
め、耐食性を損なうほどには拡散しないものと考えられ
る。本発明はかかる知見により完成されたものである。
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態にかかるろう接用複合材１を
示しており、プレート状の母材１１の両面にＦｅ原子拡
散抑制層１２、１２が積層形成され、その上にＣｕ系ろ
う材層１３、１３が積層形成されている。
示しており、プレート状の母材１１の両面にＦｅ原子拡
散抑制層１２、１２が積層形成され、その上にＣｕ系ろ
う材層１３、１３が積層形成されている。
前記母材１１としては、Ｆｅを主成分とする鉄鋼材で
あればいずれの材質のものでも適用することができる。
好適には耐食性の良好な鉄鋼材、例えばステンレス鋼材
などで形成するのがよい。
あればいずれの材質のものでも適用することができる。
好適には耐食性の良好な鉄鋼材、例えばステンレス鋼材
などで形成するのがよい。
前記Ｆｅ原子拡散抑制層１２としては、Ｆｅを含ま
ず、融点がろう材よりも高く、Ｃｕと固溶する金属、従
って腐食の起点になりやすい析出物を生成しない金属で
形成することができる。例えば、純Ｎｉ、Ｎｉを主成分
（好ましく５０wt％以上）とするＮｉ合金や、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔｉ等を用いることができる。前記Ｎｉ
合金としてはＮｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−
Ｍｏ合金を例示することができる。塑性加工性を考慮し
た場合、前記Ｎｉ−Ｃｒ系合金ではＮｉ≧７０wt％、Ｎ
ｉ−Ｍｏ系合金ではＮｉ≧９０wt％以上とすることが好
ましい。また、Ｎｉ合金としては前記Ｃｒ、Ｍｏなどの
合金元素のほか、合金の基本的性質を損なわず、機械
的、化学的特性を向上させる元素が補助的に含有された
ものでもよい。なお、Ｆｅ原子拡散抑制層をＷ、Ｍｏ等
の高融点金属で形成した場合、これを母材にクラッド法
により圧接することは困難であるが、溶射、ＰＶＤ、Ｃ
ＶＤにより母材の表面に積層形成することができる。
ず、融点がろう材よりも高く、Ｃｕと固溶する金属、従
って腐食の起点になりやすい析出物を生成しない金属で
形成することができる。例えば、純Ｎｉ、Ｎｉを主成分
（好ましく５０wt％以上）とするＮｉ合金や、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔｉ等を用いることができる。前記Ｎｉ
合金としてはＮｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−
Ｍｏ合金を例示することができる。塑性加工性を考慮し
た場合、前記Ｎｉ−Ｃｒ系合金ではＮｉ≧７０wt％、Ｎ
ｉ−Ｍｏ系合金ではＮｉ≧９０wt％以上とすることが好
ましい。また、Ｎｉ合金としては前記Ｃｒ、Ｍｏなどの
合金元素のほか、合金の基本的性質を損なわず、機械
的、化学的特性を向上させる元素が補助的に含有された
ものでもよい。なお、Ｆｅ原子拡散抑制層をＷ、Ｍｏ等
の高融点金属で形成した場合、これを母材にクラッド法
により圧接することは困難であるが、溶射、ＰＶＤ、Ｃ
ＶＤにより母材の表面に積層形成することができる。
前記母材１１をステンレス鋼で形成した場合、Ｆｅ原
子拡散抑制層１２は前記純ＮｉあるいはＮｉ合金（両者
をまとめてＮｉ基金属ということがある。）で形成する
ことが好ましい。ステンレス鋼とＮｉとの熱膨張率が近
接しているため、Ｆｅ原子拡散抑制層１２をＮｉ基金属
で形成することにより、広範囲の温度下でＦｅ原子拡散
抑制層１２と母材１１との接合部において熱応力の発生
を抑制することができ、接合部の耐久性を向上させるこ
とができる。因みに、３０〜６００℃における熱膨張率
は、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４であるＮｉ−Ｃｒ系ステ
ンレス鋼は１８．３×１０-6／Ｋ、ＳＵＳ４３０である
Ｃｒ系ステンレス鋼は１１．８×１０-6／Ｋであり、Ｎ
ｉは１５．４×１０-5／Ｋであるのに対して、Ｍｏは
５．７×１０-6／Ｋ、Ｗは４．６×１０-6／Ｋに止ま
る。なお、排ガス用熱交換器の使用上限温度は、通常、
６００℃程度である。
子拡散抑制層１２は前記純ＮｉあるいはＮｉ合金（両者
をまとめてＮｉ基金属ということがある。）で形成する
ことが好ましい。ステンレス鋼とＮｉとの熱膨張率が近
接しているため、Ｆｅ原子拡散抑制層１２をＮｉ基金属
で形成することにより、広範囲の温度下でＦｅ原子拡散
抑制層１２と母材１１との接合部において熱応力の発生
を抑制することができ、接合部の耐久性を向上させるこ
とができる。因みに、３０〜６００℃における熱膨張率
は、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４であるＮｉ−Ｃｒ系ステ
ンレス鋼は１８．３×１０-6／Ｋ、ＳＵＳ４３０である
Ｃｒ系ステンレス鋼は１１．８×１０-6／Ｋであり、Ｎ
ｉは１５．４×１０-5／Ｋであるのに対して、Ｍｏは
５．７×１０-6／Ｋ、Ｗは４．６×１０-6／Ｋに止ま
る。なお、排ガス用熱交換器の使用上限温度は、通常、
６００℃程度である。
前記Ｃｕ系ろう材層１３としては、純Ｃｕのほか、公
知の各種のろう材用Ｃｕ合金、例えばＣｕ−Ｍｎ合金、
Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ合金を用いることが
できる。Ｃｕ含有量は、Ｃｕに添加する合金元素によっ
ては１０wt％程度以上あればよい。なお、ろう接の温度
は、Ｃｕ系ろう材の融点以上でＦｅ原子拡散抑制層を形
成する金属の融点未満の温度とすればよいが、通常、Ｃ
ｕ系ろう材の融点＋２０℃程度の温度とされる。融点が
８８０〜１１８０℃程度のＣｕ系ろう材を使用すること
で、ろう接温度を９００〜１２００℃程度とすることが
でき、数分〜数１０分間の加熱によりステンレス鋼を含
む鉄鋼材の焼鈍とろう接とを同時に行うことができる。
知の各種のろう材用Ｃｕ合金、例えばＣｕ−Ｍｎ合金、
Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ合金を用いることが
できる。Ｃｕ含有量は、Ｃｕに添加する合金元素によっ
ては１０wt％程度以上あればよい。なお、ろう接の温度
は、Ｃｕ系ろう材の融点以上でＦｅ原子拡散抑制層を形
成する金属の融点未満の温度とすればよいが、通常、Ｃ
ｕ系ろう材の融点＋２０℃程度の温度とされる。融点が
８８０〜１１８０℃程度のＣｕ系ろう材を使用すること
で、ろう接温度を９００〜１２００℃程度とすることが
でき、数分〜数１０分間の加熱によりステンレス鋼を含
む鉄鋼材の焼鈍とろう接とを同時に行うことができる。
このろう接用複合材１では、Ｆｅ原子拡散抑制層１２
の上にＣｕ系ろう材層１３が積層形成されているので、
ろう接作業を行う際に、別途準備したろう材をろう接の
対象である接合部材の間に付設するといった煩雑な作業
が不要となり、ろう接作業性に優れ、生産性を向上させ
ることができる。
の上にＣｕ系ろう材層１３が積層形成されているので、
ろう接作業を行う際に、別途準備したろう材をろう接の
対象である接合部材の間に付設するといった煩雑な作業
が不要となり、ろう接作業性に優れ、生産性を向上させ
ることができる。
前記母材１１へのＦｅ原子拡散抑制層１２の積層形成
には、拡散接合によるクラッドのほか、めっき、溶射、
ＰＶＤ、ＣＶＤなどの種々の方法が適用可能である。も
っとも、母材１１とＦｅ原子拡散抑制層１２とを拡散接
合によってクラッドすれば、めっきの場合に問題となる
ピンホールが生じることもなく、各素材を圧下後、拡散
焼鈍することにより両者を容易に一体化することがで
き、工業的生産性に優れる。また、圧下の際の圧下率を
調整するだけでＦｅ原子拡散抑制層１２の厚さも容易に
制御することができる。また、Ｆｅ原子拡散抑制層１２
の上にＣｕ系ろう材層１３を形成する場合、母材１１、
Ｆｅ原子拡散抑制層１２およびＣｕ系ろう材層１３の各
素材をおのおの重ね合わせて圧下し、拡散焼鈍すること
により、隣接する各部を容易にクラッドすることができ
る。
には、拡散接合によるクラッドのほか、めっき、溶射、
ＰＶＤ、ＣＶＤなどの種々の方法が適用可能である。も
っとも、母材１１とＦｅ原子拡散抑制層１２とを拡散接
合によってクラッドすれば、めっきの場合に問題となる
ピンホールが生じることもなく、各素材を圧下後、拡散
焼鈍することにより両者を容易に一体化することがで
き、工業的生産性に優れる。また、圧下の際の圧下率を
調整するだけでＦｅ原子拡散抑制層１２の厚さも容易に
制御することができる。また、Ｆｅ原子拡散抑制層１２
の上にＣｕ系ろう材層１３を形成する場合、母材１１、
Ｆｅ原子拡散抑制層１２およびＣｕ系ろう材層１３の各
素材をおのおの重ね合わせて圧下し、拡散焼鈍すること
により、隣接する各部を容易にクラッドすることができ
る。
前記母材１１とＦｅ原子拡散抑制層１２とＣｕ系ろう
材層１３とをクラッドする場合、Ｆｅ原子拡散抑制層１
２を純ＮｉあるいはＮｉを９０wt％以上含有し、残部Ｃ
ｕを本質的成分としてなるＮｉ−Ｃｕ合金で形成し、一
方Ｃｕ系ろう材層をＮｉを２〜１５wt％、残部Ｃｕを本
質的成分としてなるＣｕ−Ｎｉ合金で形成することが好
ましい。Ｎｉが９０wt％以上の高濃度のＦｅ原子拡散抑
制層１２と、Ｃｕが９８wt％超の高濃度のＣｕ系ろう材
層１３とをクラッドすると、カーケンドル効果によって
接合界面付近にガイドが発生し、ろう接用複合材の寸法
制度が損なわれるおそれがある。また、Ｃｕ系ろう材層
１３のＮｉ量が１５wt％を超えると、ろう材の融点が１
２００℃を超えるようになり、ろう接の際の加熱温度が
高くなり過ぎる。
材層１３とをクラッドする場合、Ｆｅ原子拡散抑制層１
２を純ＮｉあるいはＮｉを９０wt％以上含有し、残部Ｃ
ｕを本質的成分としてなるＮｉ−Ｃｕ合金で形成し、一
方Ｃｕ系ろう材層をＮｉを２〜１５wt％、残部Ｃｕを本
質的成分としてなるＣｕ−Ｎｉ合金で形成することが好
ましい。Ｎｉが９０wt％以上の高濃度のＦｅ原子拡散抑
制層１２と、Ｃｕが９８wt％超の高濃度のＣｕ系ろう材
層１３とをクラッドすると、カーケンドル効果によって
接合界面付近にガイドが発生し、ろう接用複合材の寸法
制度が損なわれるおそれがある。また、Ｃｕ系ろう材層
１３のＮｉ量が１５wt％を超えると、ろう材の融点が１
２００℃を超えるようになり、ろう接の際の加熱温度が
高くなり過ぎる。
さらに、Ｆｅ原子拡散抑制層１２を純ＮｉあるいはＮ
ｉが９０wt％以上のＮｉ−Ｃｕ合金で形成する場合、Ｃ
ｕ系ろう材層はＮｉを５〜１０wt％、残部Ｃｕを本質的
成分としてなるＣｕ−Ｎｉ合金で形成することがより好
ましい。Ｃｕ系ろう材層のＮｉ量を５wt％以上とするこ
とで、カーケンドル効果を防止することができ、さらに
ろう材の融点が１１００℃超となるため、クラッド後の
ろう接用複合材の焼鈍温度を純Ｃｕの融点（１０８３
℃）近傍あるいはそれ以上に上げることができる。焼鈍
温度を高めることによって、母材１１としてステンレス
鋼を含む鉄鋼材を用いた場合でも母材を十分に軟化させ
ることができ、ろう接用複合材の成形性、加工性を向上
させることができるようになる。一方、１０wt％以下と
することで、ろう材の融点が１１８０℃程度以下とな
り、１２００℃程度以下の温度でのろう接が可能にな
る。また、Ｃｕ−Ｎｉ合金のＮｉを５〜１０wt％とする
ことで、接合部材をろう接する際、高濃度のＮｉを含有
するＦｅ原子拡散抑制層１２から溶融状態にあるろう材
中へＮｉが適度に拡散して、ろう接後のろう材部のＮｉ
量が１５〜２５wt％程度になる。このＣｕ−Ｎｉ合金か
らなるろう材部は、耐食性に優れるため、排ガス凝縮液
に対しても優れた耐食性を発揮することができる。
ｉが９０wt％以上のＮｉ−Ｃｕ合金で形成する場合、Ｃ
ｕ系ろう材層はＮｉを５〜１０wt％、残部Ｃｕを本質的
成分としてなるＣｕ−Ｎｉ合金で形成することがより好
ましい。Ｃｕ系ろう材層のＮｉ量を５wt％以上とするこ
とで、カーケンドル効果を防止することができ、さらに
ろう材の融点が１１００℃超となるため、クラッド後の
ろう接用複合材の焼鈍温度を純Ｃｕの融点（１０８３
℃）近傍あるいはそれ以上に上げることができる。焼鈍
温度を高めることによって、母材１１としてステンレス
鋼を含む鉄鋼材を用いた場合でも母材を十分に軟化させ
ることができ、ろう接用複合材の成形性、加工性を向上
させることができるようになる。一方、１０wt％以下と
することで、ろう材の融点が１１８０℃程度以下とな
り、１２００℃程度以下の温度でのろう接が可能にな
る。また、Ｃｕ−Ｎｉ合金のＮｉを５〜１０wt％とする
ことで、接合部材をろう接する際、高濃度のＮｉを含有
するＦｅ原子拡散抑制層１２から溶融状態にあるろう材
中へＮｉが適度に拡散して、ろう接後のろう材部のＮｉ
量が１５〜２５wt％程度になる。このＣｕ−Ｎｉ合金か
らなるろう材部は、耐食性に優れるため、排ガス凝縮液
に対しても優れた耐食性を発揮することができる。
前記Ｃｕ系ろう材層をＮｉを５〜１０wt％、残部Ｃｕ
を本質的成分としてなるＣｕ−Ｎｉ合金で形成した場合
の耐食性向上効果を確かめるため、下記の実施例１〜５
にかかるろう接用複合材を用いて耐食性調査を行った。
を本質的成分としてなるＣｕ−Ｎｉ合金で形成した場合
の耐食性向上効果を確かめるため、下記の実施例１〜５
にかかるろう接用複合材を用いて耐食性調査を行った。
調査に使用した実施例１のろう接用複合材は、ＪＩＳ
規格のＳＵＳ３０４ステンレス鋼で形成された厚さ２０
００μｍのステンレス薄鋼板（母材素材）に厚さ１００
μｍのＮｉ箔（Ｆｅ原子拡散抑制層素材）、さらに厚さ
５０μｍのＣｕ系ろう箔（Ｃｕ系ろう層素材）として純
Ｃｕ箔を積層して、圧下率６０％でロール圧下して各部
を圧接し、１０５０℃×３分の拡散焼鈍を施し、さらに
圧下率５０％でロール圧下して製造された。実施例２〜
５は、実施例１の製造条件に対してＣｕ系ろう箔の材質
のみが異なり、実施例１とともに実施例２〜５のＣｕ系
ろう材箔の材質を下記にまとめて示す。製造された各実
施例の複合材は全体の厚さが４３０μｍで、母材は４０
０μｍ、Ｆｅ原子拡散抑制層（Ｎｉ層）は２０μｍ、Ｃ
ｕ系ろう材層は１０μｍであった。製作されたろう接用
複合材を外観観察したところ、Ｃｕ系ろう材層を純Ｃｕ
で形成した実施例１は、表面に局部的な膨出部が所々に
観察された。
規格のＳＵＳ３０４ステンレス鋼で形成された厚さ２０
００μｍのステンレス薄鋼板（母材素材）に厚さ１００
μｍのＮｉ箔（Ｆｅ原子拡散抑制層素材）、さらに厚さ
５０μｍのＣｕ系ろう箔（Ｃｕ系ろう層素材）として純
Ｃｕ箔を積層して、圧下率６０％でロール圧下して各部
を圧接し、１０５０℃×３分の拡散焼鈍を施し、さらに
圧下率５０％でロール圧下して製造された。実施例２〜
５は、実施例１の製造条件に対してＣｕ系ろう箔の材質
のみが異なり、実施例１とともに実施例２〜５のＣｕ系
ろう材箔の材質を下記にまとめて示す。製造された各実
施例の複合材は全体の厚さが４３０μｍで、母材は４０
０μｍ、Ｆｅ原子拡散抑制層（Ｎｉ層）は２０μｍ、Ｃ
ｕ系ろう材層は１０μｍであった。製作されたろう接用
複合材を外観観察したところ、Ｃｕ系ろう材層を純Ｃｕ
で形成した実施例１は、表面に局部的な膨出部が所々に
観察された。
実施例１：純Ｃｕ 実施例２：Ｃｕ−２wt％Ｎｉ合金 実施例３：Ｃｕ−５wt％Ｎｉ合金 実施例４：Ｃｕ−１０wt％Ｎｉ合金 実施例５：Ｃｕ−２０wt％Ｎｉ合金 以上のようにして製作された５種類の実施例にかかる
ろう接用複合材は、下記調査No．１〜５に示す加熱条件
（加熱温度×保持時間）で真空加熱炉にて加熱され、室
温まで放冷された後、母材の界面からＦｅ原子拡散抑制
層および凝固後のろう材層の厚さ方向における各部位の
Ｎｉ量およびＦｅ量がＥＰＭＡ（electron probe micro
analyser）により測定された。その結果を図２〜６に示
す。図中のＬ１２、Ｌ１３は加熱冷却後のＦｅ原子拡散
抑制層、ろう材層を意味する。下記の調査No．における
記載内容は、使用したろう接用複合材の種類、加熱条
件、測定結果の順に記載されている。
ろう接用複合材は、下記調査No．１〜５に示す加熱条件
（加熱温度×保持時間）で真空加熱炉にて加熱され、室
温まで放冷された後、母材の界面からＦｅ原子拡散抑制
層および凝固後のろう材層の厚さ方向における各部位の
Ｎｉ量およびＦｅ量がＥＰＭＡ（electron probe micro
analyser）により測定された。その結果を図２〜６に示
す。図中のＬ１２、Ｌ１３は加熱冷却後のＦｅ原子拡散
抑制層、ろう材層を意味する。下記の調査No．における
記載内容は、使用したろう接用複合材の種類、加熱条
件、測定結果の順に記載されている。
(1) 調査No．１：実施例１、１１００℃×１０min 、図
２ (2) 調査No．２：実施例２、１１５０℃×１０min 、図
３ (3) 調査No．３：実施例３、１１５０℃×１０min 、図
４ (4) 調査No．４：実施例４、１１５０℃×１０min 、図
５ (5) 調査No．５：実施例５、１２００℃×１０min 、図
６ Ｃｕ系ろう材層を純Ｃｕで形成した場合を示す図２で
は、加熱後のろう材層Ｌ１３の表面から５μｍ程度の表
層部ではＮｉ量が５wt％程度以下となっていることがわ
かる。また、ろう材層Ｌ１３におけるＮｉ量は、Ｃｕ系
ろう材層をＣｕ−２wt％Ｎｉ合金で形成した場合を示す
図３では１０wt％程度が含有され、同層をＣｕ−５wt％
Ｎｉ合金で形成した場合を示す図４では少なくとも１５
wt％程度が含有され、同層をＣｕ−１０wt％Ｎｉ合金で
形成した場合を示す図５では２０wt％程度が含有され、
同層をＣｕ−２０wt％Ｎｉ合金で形成した場合を示す図
６では３０wt％程度が含有されていることがわかる。一
方、Ｆｅ量は、加熱温度が比較的高温であるにもかかわ
らず、いずれの場合もＦｅ原子拡散抑制層Ｌ１２におい
て母材界面から１０μｍ程度でほぼ０％になり、ろう材
層Ｌ１３ではＦｅ原子は認められなかった。
２ (2) 調査No．２：実施例２、１１５０℃×１０min 、図
３ (3) 調査No．３：実施例３、１１５０℃×１０min 、図
４ (4) 調査No．４：実施例４、１１５０℃×１０min 、図
５ (5) 調査No．５：実施例５、１２００℃×１０min 、図
６ Ｃｕ系ろう材層を純Ｃｕで形成した場合を示す図２で
は、加熱後のろう材層Ｌ１３の表面から５μｍ程度の表
層部ではＮｉ量が５wt％程度以下となっていることがわ
かる。また、ろう材層Ｌ１３におけるＮｉ量は、Ｃｕ系
ろう材層をＣｕ−２wt％Ｎｉ合金で形成した場合を示す
図３では１０wt％程度が含有され、同層をＣｕ−５wt％
Ｎｉ合金で形成した場合を示す図４では少なくとも１５
wt％程度が含有され、同層をＣｕ−１０wt％Ｎｉ合金で
形成した場合を示す図５では２０wt％程度が含有され、
同層をＣｕ−２０wt％Ｎｉ合金で形成した場合を示す図
６では３０wt％程度が含有されていることがわかる。一
方、Ｆｅ量は、加熱温度が比較的高温であるにもかかわ
らず、いずれの場合もＦｅ原子拡散抑制層Ｌ１２におい
て母材界面から１０μｍ程度でほぼ０％になり、ろう材
層Ｌ１３ではＦｅ原子は認められなかった。
次に、加熱後の実施例複合材におけるろう材層の耐食
性を調べるため、純Ｃｕ、Ｃｕ−１０wt％Ｎｉ合金、Ｃ
ｕ−２０wt％Ｎｉ合金、Ｃｕ−３０wt％Ｎｉ合金のろう
材を準備し、腐食試験によってその耐食性を調べた。排
ガスによる腐食環境は、エンジン停止時に主として問題
となる露点腐食環境と、エンジン稼動時に主として問題
となる高温腐食環境とを考慮する必要があるが、前者の
耐食性が特に問題であるので、腐食試験は前記露点腐食
環境に対する条件の下で行われた。前記腐食試験は、排
ガス凝縮液を模擬した下記組成の模擬凝縮水を調製し、
１００℃の模擬凝縮水中に上記各ろう材を５００ｈｒ浸
漬し、浸漬によって減少したろう材の質量（腐食減量）
を測定することによって実施された。
性を調べるため、純Ｃｕ、Ｃｕ−１０wt％Ｎｉ合金、Ｃ
ｕ−２０wt％Ｎｉ合金、Ｃｕ−３０wt％Ｎｉ合金のろう
材を準備し、腐食試験によってその耐食性を調べた。排
ガスによる腐食環境は、エンジン停止時に主として問題
となる露点腐食環境と、エンジン稼動時に主として問題
となる高温腐食環境とを考慮する必要があるが、前者の
耐食性が特に問題であるので、腐食試験は前記露点腐食
環境に対する条件の下で行われた。前記腐食試験は、排
ガス凝縮液を模擬した下記組成の模擬凝縮水を調製し、
１００℃の模擬凝縮水中に上記各ろう材を５００ｈｒ浸
漬し、浸漬によって減少したろう材の質量（腐食減量）
を測定することによって実施された。
・模擬凝縮水組成（ｐＨ４．４） Ｃｌ-：２０ppm 、ＳＯ4 2-：３５０ppm 、ＮＯ3 -：１５
０ppm 、ＮＨ4 +：７００ppm 、ギ酸：５００ppm 、酢
酸：７００ppm 腐食試験結果を図７に示す。図中の縦軸は、腐食減量
を浸漬前のろう材の質量で除した腐食減量率を示してい
る。図７より、Ｎｉ含有量が１５〜２５wt％程度のとき
に耐食性が最良であることがわかる。これより、前記実
施例のろう接用複合材では、Ｃｕ系ろう材層として、Ｃ
ｕ−５wt％Ｃｕ合金を用いた実施例３、Ｃｕ−１０wt％
Ｎｉ合金を用いた実施例４が特に優れた耐食性を有して
いることが理解される。
０ppm 、ＮＨ4 +：７００ppm 、ギ酸：５００ppm 、酢
酸：７００ppm 腐食試験結果を図７に示す。図中の縦軸は、腐食減量
を浸漬前のろう材の質量で除した腐食減量率を示してい
る。図７より、Ｎｉ含有量が１５〜２５wt％程度のとき
に耐食性が最良であることがわかる。これより、前記実
施例のろう接用複合材では、Ｃｕ系ろう材層として、Ｃ
ｕ−５wt％Ｃｕ合金を用いた実施例３、Ｃｕ−１０wt％
Ｎｉ合金を用いた実施例４が特に優れた耐食性を有して
いることが理解される。
次に、ろう接複合材１における前記Ｆｅ原子拡散抑制
層１２の厚さについて詳細に説明する。
層１２の厚さについて詳細に説明する。
ステンレス鋼部材同士をろう接する場合、ろう接の際
にステンレス鋼部材の焼鈍も行うことができるように、
ろう接温度を１０００〜１２００℃程度に設定するのが
よい。かかる高温でのろう接の場合でも、Ｆｅ原子拡散
抑制層１２の厚さを５μｍ以上、好ましくは８μｍ以上
とすることで、母材１１からのＦｅ原子がろう材側に拡
散侵入することをかなりの程度阻止することができ、ろ
う材部の耐食性を向上させることができる。より好まし
くは１０μｍ以上とすることで、図２〜６から明らかな
とおり、１２００℃程度の高温においてもＦｅ原子のろ
う材側への拡散をほぼ確実に阻止することができる。も
ちろん、母材がステンレス鋼以外の鉄鋼材で形成した場
合も、Ｆｅ原子拡散抑制層の厚さを５μｍ以上、好まし
くは８μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上とするこ
とにより、１０００〜１２００℃でのろう接により、母
材をステンレス鋼材で形成した場合と同様、母材の焼鈍
およびＦｅ原子の拡散抑制効果を得ることができる。
にステンレス鋼部材の焼鈍も行うことができるように、
ろう接温度を１０００〜１２００℃程度に設定するのが
よい。かかる高温でのろう接の場合でも、Ｆｅ原子拡散
抑制層１２の厚さを５μｍ以上、好ましくは８μｍ以上
とすることで、母材１１からのＦｅ原子がろう材側に拡
散侵入することをかなりの程度阻止することができ、ろ
う材部の耐食性を向上させることができる。より好まし
くは１０μｍ以上とすることで、図２〜６から明らかな
とおり、１２００℃程度の高温においてもＦｅ原子のろ
う材側への拡散をほぼ確実に阻止することができる。も
ちろん、母材がステンレス鋼以外の鉄鋼材で形成した場
合も、Ｆｅ原子拡散抑制層の厚さを５μｍ以上、好まし
くは８μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上とするこ
とにより、１０００〜１２００℃でのろう接により、母
材をステンレス鋼材で形成した場合と同様、母材の焼鈍
およびＦｅ原子の拡散抑制効果を得ることができる。
ここで、Ｆｅ原子拡散抑制層の厚さとＦｅ原子拡散抑
制効果との関係をろう接を模擬した加熱試験に基づいて
具体的に説明する。
制効果との関係をろう接を模擬した加熱試験に基づいて
具体的に説明する。
加熱試験に用いた実施例のろう接用複合材は、ＪＩＳ
規格のＳＵＳ３０４ステンレス鋼で形成された厚さ１０
５０μｍのステンレス薄鋼板（母材素板）に厚さ２００
μｍのＮｉ箔（Ｆｅ原子拡散抑制層素材）、さらに厚さ
２５０μｍの１５％Ｍｎ−１０％Ｎｉ−Ｃｕ合金からな
るＣｕ系ろう箔（Ｃｕ系ろう層素材）を積層して、圧下
率６０％でロール圧下して各部を圧接し、８００℃×１
０分の拡散焼鈍を施し、さらに圧下率３０％でロール圧
下して製造された。このようにして製造された複合材は
全体の厚さは４２０μｍで、母材は３００μｍ、Ｆｅ原
子拡散抑制層（Ｎｉ層）は５０μｍ、Ｃｕ系ろう材層は
７０μｍであった。一方、比較例として、Ｆｅ原子拡散
抑制層１２を形成することなく、母材に直接Ｃｕ系ろう
材層を積層形成したろう接用複合材を準備した。前記比
較例の母材の材質、厚さは実施例と同様であり、Ｃｕ系
ろう材はＣｕ−３６wt％Ｍｎ−３６．５wt％Ｎｉ合金を
使用し、その厚さは実施例と同様の７０μｍとした。
規格のＳＵＳ３０４ステンレス鋼で形成された厚さ１０
５０μｍのステンレス薄鋼板（母材素板）に厚さ２００
μｍのＮｉ箔（Ｆｅ原子拡散抑制層素材）、さらに厚さ
２５０μｍの１５％Ｍｎ−１０％Ｎｉ−Ｃｕ合金からな
るＣｕ系ろう箔（Ｃｕ系ろう層素材）を積層して、圧下
率６０％でロール圧下して各部を圧接し、８００℃×１
０分の拡散焼鈍を施し、さらに圧下率３０％でロール圧
下して製造された。このようにして製造された複合材は
全体の厚さは４２０μｍで、母材は３００μｍ、Ｆｅ原
子拡散抑制層（Ｎｉ層）は５０μｍ、Ｃｕ系ろう材層は
７０μｍであった。一方、比較例として、Ｆｅ原子拡散
抑制層１２を形成することなく、母材に直接Ｃｕ系ろう
材層を積層形成したろう接用複合材を準備した。前記比
較例の母材の材質、厚さは実施例と同様であり、Ｃｕ系
ろう材はＣｕ−３６wt％Ｍｎ−３６．５wt％Ｎｉ合金を
使用し、その厚さは実施例と同様の７０μｍとした。
実施例および比較例のろう接用複合材は、下記調査N
o．１１〜１４に示す加熱条件（加熱温度×保持時間）
で真空加熱炉にて加熱され、室温まで放冷された後、母
材の界面からＦｅ原子拡散抑制層（実施例の場合）また
はろう材層（比較例の場合）の厚さ方向における各部位
のＦｅ量がＥＰＭＡにより測定された。その結果を図８
〜１１に示す。下記の調査No．における記載内容は、使
用した複合材の種類、加熱条件、測定結果の順に記載さ
れている。
o．１１〜１４に示す加熱条件（加熱温度×保持時間）
で真空加熱炉にて加熱され、室温まで放冷された後、母
材の界面からＦｅ原子拡散抑制層（実施例の場合）また
はろう材層（比較例の場合）の厚さ方向における各部位
のＦｅ量がＥＰＭＡにより測定された。その結果を図８
〜１１に示す。下記の調査No．における記載内容は、使
用した複合材の種類、加熱条件、測定結果の順に記載さ
れている。
(1) 調査No．１１：実施例、１１００℃×１０min 、図
８ (2) 調査No．１２：実施例、１０５０℃×１０min 、図
９ (3) 調査No．１３：実施例、１０００℃×１０min 、図
１０ (4) 調査No．１４：比較例、１１００℃×１０min 、図
１１ 図１１より、比較例では母材界面から９μｍまでＦｅ
濃度が４２wt％から６wt％まで漸減し、その後ろう材層
の表面まで同濃度を示した。これに対して、実施例で
は、母材界面ではＦｅ濃度が４２〜４４％であったが、
Ｎｉ層内において界面から６μｍ（図９、図１０の場
合）あるいは８μｍ（図８の場合）でＦｅ濃度が０％に
なった。これより、Ｆｅ原子拡散抑制層１２を５μｍ程
度設けるだけで、ろう材層に拡散侵入するＦｅ原子は大
幅に減少することがわかる。また、Ｆｅ原子拡散抑制層
１３を８μｍ以上積層形成することで、加熱温度が１１
００℃程度以下では、母材からＣｕ系ろう材層へのＦｅ
原子の拡散侵入を阻止し得ることがわかる。従って、実
施形態のろう接用複合材１、またこれを用いてろう接に
より組み立てたろう接構造物では、ごく薄いＦｅ原子拡
散抑制層１２を母材１１の上に積層形成するだけで、母
材１１中のＦｅ原子のろう材側への拡散侵入を大幅に減
少させることができ、Ｃｕ系ろう材の本来の耐食性が発
揮されることがわかる。
８ (2) 調査No．１２：実施例、１０５０℃×１０min 、図
９ (3) 調査No．１３：実施例、１０００℃×１０min 、図
１０ (4) 調査No．１４：比較例、１１００℃×１０min 、図
１１ 図１１より、比較例では母材界面から９μｍまでＦｅ
濃度が４２wt％から６wt％まで漸減し、その後ろう材層
の表面まで同濃度を示した。これに対して、実施例で
は、母材界面ではＦｅ濃度が４２〜４４％であったが、
Ｎｉ層内において界面から６μｍ（図９、図１０の場
合）あるいは８μｍ（図８の場合）でＦｅ濃度が０％に
なった。これより、Ｆｅ原子拡散抑制層１２を５μｍ程
度設けるだけで、ろう材層に拡散侵入するＦｅ原子は大
幅に減少することがわかる。また、Ｆｅ原子拡散抑制層
１３を８μｍ以上積層形成することで、加熱温度が１１
００℃程度以下では、母材からＣｕ系ろう材層へのＦｅ
原子の拡散侵入を阻止し得ることがわかる。従って、実
施形態のろう接用複合材１、またこれを用いてろう接に
より組み立てたろう接構造物では、ごく薄いＦｅ原子拡
散抑制層１２を母材１１の上に積層形成するだけで、母
材１１中のＦｅ原子のろう材側への拡散侵入を大幅に減
少させることができ、Ｃｕ系ろう材の本来の耐食性が発
揮されることがわかる。
以上、本発明のろう接用複合材を実施形態により説明
したが、本発明はこれによって限定的に解釈されるもの
ではない。
したが、本発明はこれによって限定的に解釈されるもの
ではない。
例えば、上記実施形態では、母材１１の両側にＦｅ原
子拡散抑制層１２およびＣｕ系ろう材層１３を積層形成
したが、接合部材がろう接される母材の片面側にのみこ
れらを積層してもよい。
子拡散抑制層１２およびＣｕ系ろう材層１３を積層形成
したが、接合部材がろう接される母材の片面側にのみこ
れらを積層してもよい。
また、上記実施形態では、Ｆｅ原子拡散抑制層１２の
ほか、Ｃｕ系ろう材層１３をクラッドしたが、Ｃｕ系ろ
う材層１３は必ずしも必要ではない。この場合、別途準
備したＣｕ系ろう材をろう接用複合材と接合部材との間
に付設して、ろう接すればよい。
ほか、Ｃｕ系ろう材層１３をクラッドしたが、Ｃｕ系ろ
う材層１３は必ずしも必要ではない。この場合、別途準
備したＣｕ系ろう材をろう接用複合材と接合部材との間
に付設して、ろう接すればよい。
次に、上記実施形態にかかるろう接用複合材１を素材
として用いたろう接構造物の実施形態について説明す
る。
として用いたろう接構造物の実施形態について説明す
る。
図１２は第１実施形態にかかる熱交換器の流路構造を
示す斜視図であり、対向して配置された一組のプレート
部材２１−１，２１−２が所定の間隔を隔てて複数組平
行に配置され、互いに隣接する二組のプレート部材にお
いて、図例では上側組の下側のプレート部材２１−２
と、このプレート部材２１−２に対向して配置された下
側組の上側のプレート部材２１−１との間に、断面が波
形に屈曲形成された蛇腹状の仕切り部材（フィンともい
う。）２２が介設されている。前記一組のプレート部材
２１−１，２１−２の間の空間部が冷却水等の熱交換媒
体が流れる媒体流路とされる。一方、上側組の下側のプ
レート部材２２−２と下側組の上側のプレート部材２１
−１との間で、前記仕切り部材２２により仕切られた多
数の部分空間部が排ガス等の高温腐食性ガスが流れるガ
ス流路とされる。なお、一組のプレート部材２１−１，
２１−２について、両者を区別しない場合、プレート部
材の符号として２１を用いて説明する場合がある。
示す斜視図であり、対向して配置された一組のプレート
部材２１−１，２１−２が所定の間隔を隔てて複数組平
行に配置され、互いに隣接する二組のプレート部材にお
いて、図例では上側組の下側のプレート部材２１−２
と、このプレート部材２１−２に対向して配置された下
側組の上側のプレート部材２１−１との間に、断面が波
形に屈曲形成された蛇腹状の仕切り部材（フィンともい
う。）２２が介設されている。前記一組のプレート部材
２１−１，２１−２の間の空間部が冷却水等の熱交換媒
体が流れる媒体流路とされる。一方、上側組の下側のプ
レート部材２２−２と下側組の上側のプレート部材２１
−１との間で、前記仕切り部材２２により仕切られた多
数の部分空間部が排ガス等の高温腐食性ガスが流れるガ
ス流路とされる。なお、一組のプレート部材２１−１，
２１−２について、両者を区別しない場合、プレート部
材の符号として２１を用いて説明する場合がある。
各仕切り部材２２は、波形凸部の最上部とこの仕切り
部材２２を挟持する上側のプレート部材２１−２の下面
とがＣｕ系ろう材によってろう接され、また波形凹部の
最下部と仕切り部材２２を挟持する下側のプレート部材
２１−１の上面とが同様にＣｕ系ろう材によってろう接
されている。
部材２２を挟持する上側のプレート部材２１−２の下面
とがＣｕ系ろう材によってろう接され、また波形凹部の
最下部と仕切り部材２２を挟持する下側のプレート部材
２１−１の上面とが同様にＣｕ系ろう材によってろう接
されている。
前記熱交換器のプレート部材２１の素材には、図１に
示す構造を有するろう接用複合材１を適宜の大きさに加
工したプレート状ろう接用複合部材２１Ａが用いられ
る。説明の便宜上、このプレート状ろう接用複合部材２
１Ａについても図１を参照して説明する。プレート状ろ
う接用複合部材２１Ａは、耐食耐酸性に選れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４ステ
ンレス鋼）で形成された薄板状の母材１１の両面に、Ｎ
ｉ層からなるＦｅ原子拡散抑制層１２、およびその上に
Ｃｕ−１５wt％Ｍｎ−１０wt％Ｎｉ合金、あるいはＣｕ
−８wt％Ｎｉ合金からなるＣｕ系ろう材層１３が拡散接
合によりクラッドされたものである。一方、前記仕切り
部材２２は、前記ステンレス鋼からなる薄板を波形に加
工したものである。
示す構造を有するろう接用複合材１を適宜の大きさに加
工したプレート状ろう接用複合部材２１Ａが用いられ
る。説明の便宜上、このプレート状ろう接用複合部材２
１Ａについても図１を参照して説明する。プレート状ろ
う接用複合部材２１Ａは、耐食耐酸性に選れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４ステ
ンレス鋼）で形成された薄板状の母材１１の両面に、Ｎ
ｉ層からなるＦｅ原子拡散抑制層１２、およびその上に
Ｃｕ−１５wt％Ｍｎ−１０wt％Ｎｉ合金、あるいはＣｕ
−８wt％Ｎｉ合金からなるＣｕ系ろう材層１３が拡散接
合によりクラッドされたものである。一方、前記仕切り
部材２２は、前記ステンレス鋼からなる薄板を波形に加
工したものである。
前記プレート状ろう接用複合部材２１Ａおよび仕切り
部材２２を用いて、熱交換器を組み立てるには、仕切り
部材２２とプレート状ろう接用複合部材２１Ａとを交互
に重ね合わせて図１２のように積層して保形し、真空中
あるいは還元ガス雰囲気中でＦｅ原子拡散抑制層１２の
融点未満でＣｕ系ろう材層１３の融点以上の温度、好ま
しくは１１００〜１２００℃で数分〜数１０分間加熱す
る。これによって、プレート状ろう接用複合部材２１Ａ
のＣｕ系ろう材層１３が溶融し、母材１１にＦｅ原子拡
散抑制層１２を介して仕切り部材２２がろう接される。
部材２２を用いて、熱交換器を組み立てるには、仕切り
部材２２とプレート状ろう接用複合部材２１Ａとを交互
に重ね合わせて図１２のように積層して保形し、真空中
あるいは還元ガス雰囲気中でＦｅ原子拡散抑制層１２の
融点未満でＣｕ系ろう材層１３の融点以上の温度、好ま
しくは１１００〜１２００℃で数分〜数１０分間加熱す
る。これによって、プレート状ろう接用複合部材２１Ａ
のＣｕ系ろう材層１３が溶融し、母材１１にＦｅ原子拡
散抑制層１２を介して仕切り部材２２がろう接される。
ろう接の際にＣｕ系ろう材層１３が一旦溶融して凝固
したろう材部は、ろう接の際に母材１１からＦｅ原子が
溶融したＣｕ系ろう材中に拡散混入することがＦｅ原子
拡散抑制層１２によって抑制されるので、Ｆｅ原子の拡
散に起因した腐食性の劣化が防止され、耐食性に優れ
る。特に、Ｃｕ系ろう材層１３を前記Ｃｕ−Ｎｉ合金で
形成した場合は、ろう接の際に、Ｎｉ層から適量のＮｉ
がろう材部に拡散混入するため、ろう材部の耐食性は非
常に優れたものとなる。
したろう材部は、ろう接の際に母材１１からＦｅ原子が
溶融したＣｕ系ろう材中に拡散混入することがＦｅ原子
拡散抑制層１２によって抑制されるので、Ｆｅ原子の拡
散に起因した腐食性の劣化が防止され、耐食性に優れ
る。特に、Ｃｕ系ろう材層１３を前記Ｃｕ−Ｎｉ合金で
形成した場合は、ろう接の際に、Ｎｉ層から適量のＮｉ
がろう材部に拡散混入するため、ろう材部の耐食性は非
常に優れたものとなる。
実際に熱交換器の製造に用いた前記プレート状ろう接
用複合部材２１Ａは、厚さ１０５０μｍのステンレス薄
鋼板（母材素板）に厚さ２００μｍのＮｉ箔（Ｆｅ原子
拡散抑制層素材）、さらに厚さ２５０μｍのＣｕ−Ｍｎ
−Ｎｉ合金、あるいはＣｕ−Ｎｉ合金からなるＣｕ系ろ
う箔（Ｃｕ系ろう層素材）を積層して、圧下率６０％で
ロール圧下して各部を圧下し、８００℃×１０分の拡散
焼鈍を施し、さらに圧下率３０％でロール圧下して製造
されたものである。このようにして得られたプレート状
ろう接用複合部材１は全体の厚さは４２０μｍで、母材
１１は３００μｍ、Ｆｅ原子拡散抑制層（Ｎｉ層）１２
は５０μｍ、Ｃｕ系ろう材層１３は７０μｍであった。
一方、仕切り部材は、厚さ２００μｍのステンレス薄鋼
板を用いた。また、ろう接条件はＣｕ系ろう材層を前記
Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ合金で形成した場合には１１００℃×
１０min 保持、前記Ｃｕ−Ｎｉ合金で形成した場合には
１１５０℃×１０min 保持とした。なお、これらの寸法
は一例であり、熱交換器の仕様により適宜の寸法のもの
が使用される。
用複合部材２１Ａは、厚さ１０５０μｍのステンレス薄
鋼板（母材素板）に厚さ２００μｍのＮｉ箔（Ｆｅ原子
拡散抑制層素材）、さらに厚さ２５０μｍのＣｕ−Ｍｎ
−Ｎｉ合金、あるいはＣｕ−Ｎｉ合金からなるＣｕ系ろ
う箔（Ｃｕ系ろう層素材）を積層して、圧下率６０％で
ロール圧下して各部を圧下し、８００℃×１０分の拡散
焼鈍を施し、さらに圧下率３０％でロール圧下して製造
されたものである。このようにして得られたプレート状
ろう接用複合部材１は全体の厚さは４２０μｍで、母材
１１は３００μｍ、Ｆｅ原子拡散抑制層（Ｎｉ層）１２
は５０μｍ、Ｃｕ系ろう材層１３は７０μｍであった。
一方、仕切り部材は、厚さ２００μｍのステンレス薄鋼
板を用いた。また、ろう接条件はＣｕ系ろう材層を前記
Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ合金で形成した場合には１１００℃×
１０min 保持、前記Ｃｕ−Ｎｉ合金で形成した場合には
１１５０℃×１０min 保持とした。なお、これらの寸法
は一例であり、熱交換器の仕様により適宜の寸法のもの
が使用される。
図１３は第２実施形態にかかる熱交換器の流路構造を
示す断面図である。この流路構造はハニカム構造をして
おり、台形状の凹部３２と凸部３３とが交互に連続して
波形に成形加工された凹凸部材３１が上下方向に複数積
層されて構成されている。説明の便宜上、上下に隣接配
置されたある一対の凹凸部材に対して３１−１，３１−
２の符号を付する。上下に隣接する凹凸部材３１−１、
３１−２同士は上側の波形部材３１−１の凹部３２の外
面（下面）と、下側の凹凸部材３１−２の凸部３３の外
面（上面）とが互いにろう接されている。一方、上側の
凹凸部材３１−１の凸部３３と下側の凹凸部材３１−２
の凹部３２との間には６角形断面の空間部が多数形成さ
れいる。この空間部が排ガス等の高温腐食性ガスが流れ
るガス流路Ｇと、冷却水等の熱交換媒体が流れる媒体流
路Ｗとされる。なお、図例ではガス流路Ｇと媒体流路Ｗ
とは左右に交互に配置されている。
示す断面図である。この流路構造はハニカム構造をして
おり、台形状の凹部３２と凸部３３とが交互に連続して
波形に成形加工された凹凸部材３１が上下方向に複数積
層されて構成されている。説明の便宜上、上下に隣接配
置されたある一対の凹凸部材に対して３１−１，３１−
２の符号を付する。上下に隣接する凹凸部材３１−１、
３１−２同士は上側の波形部材３１−１の凹部３２の外
面（下面）と、下側の凹凸部材３１−２の凸部３３の外
面（上面）とが互いにろう接されている。一方、上側の
凹凸部材３１−１の凸部３３と下側の凹凸部材３１−２
の凹部３２との間には６角形断面の空間部が多数形成さ
れいる。この空間部が排ガス等の高温腐食性ガスが流れ
るガス流路Ｇと、冷却水等の熱交換媒体が流れる媒体流
路Ｗとされる。なお、図例ではガス流路Ｇと媒体流路Ｗ
とは左右に交互に配置されている。
前記熱交換器の凹凸部材３１の素材には、図１４に示
すように、図１に示す断面構造を有するろう接用複合材
１が適宜の大きさに凹凸状に成形加工された、凹凸状ろ
う接用複合部材３１Ａが用いられる。説明の便宜上、こ
の凹凸状ろう接用複合部材３１Ａに対しても前記ろう接
用複合材１と同部分は同符号を付して説明する。凹凸状
ろう接用複合部材３１Ａは、第１実施形態と同様、ＪＩ
Ｓ規格のＳＵＳ３０４ステンレス鋼で形成された薄板状
の母材１１の両面に、Ｎｉ層からなるＦｅ原子拡散抑制
層１２、およびその上に純ＣｕからなるＣｕ系ろう材層
１３が拡散接合によりクラッドされたものである。
すように、図１に示す断面構造を有するろう接用複合材
１が適宜の大きさに凹凸状に成形加工された、凹凸状ろ
う接用複合部材３１Ａが用いられる。説明の便宜上、こ
の凹凸状ろう接用複合部材３１Ａに対しても前記ろう接
用複合材１と同部分は同符号を付して説明する。凹凸状
ろう接用複合部材３１Ａは、第１実施形態と同様、ＪＩ
Ｓ規格のＳＵＳ３０４ステンレス鋼で形成された薄板状
の母材１１の両面に、Ｎｉ層からなるＦｅ原子拡散抑制
層１２、およびその上に純ＣｕからなるＣｕ系ろう材層
１３が拡散接合によりクラッドされたものである。
前記凹凸状ろう接用複合部材３１Ａを用いて、熱交換
器を組み立てるには、上側の凹凸状ろう接用複合部材３
１Ａの下板部３２Ａと、下側の凹凸状ろう接用複合部材
３１Ａの上板部３３Ａとを重ね合わせて図１３に示すよ
うに積層し、真空中あるいは還元ガス雰囲気中でＣｕの
融点以上でかつＮｉの融点未満の適宜の温度Ｔ１で加熱
すればよい。これによって、上下に対向配置された凹凸
状ろう接用複合部材３１Ａ，３１ＡのＣｕ系ろう材層１
３，１３同士が溶融し一体化してろう接される。この
際、Ｆｅ原子拡散抑制層１２の作用で、凹凸状ろう接用
複合部材３１Ａ（凹凸部材３１）の母材１１からＦｅ原
子がろう材側に拡散することが抑制され、一旦溶融して
凝固したろう材部の耐食性劣化が防止される。
器を組み立てるには、上側の凹凸状ろう接用複合部材３
１Ａの下板部３２Ａと、下側の凹凸状ろう接用複合部材
３１Ａの上板部３３Ａとを重ね合わせて図１３に示すよ
うに積層し、真空中あるいは還元ガス雰囲気中でＣｕの
融点以上でかつＮｉの融点未満の適宜の温度Ｔ１で加熱
すればよい。これによって、上下に対向配置された凹凸
状ろう接用複合部材３１Ａ，３１ＡのＣｕ系ろう材層１
３，１３同士が溶融し一体化してろう接される。この
際、Ｆｅ原子拡散抑制層１２の作用で、凹凸状ろう接用
複合部材３１Ａ（凹凸部材３１）の母材１１からＦｅ原
子がろう材側に拡散することが抑制され、一旦溶融して
凝固したろう材部の耐食性劣化が防止される。
ここで、ろう接温度とろう材の組成変化について説明
する。図１５はＣｕ−Ｎｉ２元合金の状態図を示してお
り、図中のＴ１で加熱保持した場合、保持時間によって
ろう材中のＮｉ量をＮ１〜Ｎ２の間に制御することがで
きる。Ｎｉ層からＮｉが２０wt％程度までろう材側に溶
け込むほど、ろう接後のろう材部の耐食性は向上する
が、Ｎｉ層の厚さは減少していく。Ｆｅ原子拡散抑制層
１２であるＮｉ層の厚さは、厳密にはこの減少量を考慮
して決定されるが、工業的に１０００〜１２００℃程度
でろう接する際の保持時間は数十分程度と比較的短時間
であるので、５μm程度以上、好ましくは１０μm程度以
上形成すればよい。また、Ｃｕ系ろう材層をＣｕ−５〜
１０wt％Ｎｉ合金で形成することにより、短時間のろう
接によっても、耐食性に優れたろう材部を形成すること
ができる。
する。図１５はＣｕ−Ｎｉ２元合金の状態図を示してお
り、図中のＴ１で加熱保持した場合、保持時間によって
ろう材中のＮｉ量をＮ１〜Ｎ２の間に制御することがで
きる。Ｎｉ層からＮｉが２０wt％程度までろう材側に溶
け込むほど、ろう接後のろう材部の耐食性は向上する
が、Ｎｉ層の厚さは減少していく。Ｆｅ原子拡散抑制層
１２であるＮｉ層の厚さは、厳密にはこの減少量を考慮
して決定されるが、工業的に１０００〜１２００℃程度
でろう接する際の保持時間は数十分程度と比較的短時間
であるので、５μm程度以上、好ましくは１０μm程度以
上形成すればよい。また、Ｃｕ系ろう材層をＣｕ−５〜
１０wt％Ｎｉ合金で形成することにより、短時間のろう
接によっても、耐食性に優れたろう材部を形成すること
ができる。
本発明のろう接構造物はかかる第１、第２実施形態の
熱交換器より限定的に解釈されるものではない。また、
熱交換器についても上記実施形態によって限定的に解釈
されるものではない。
熱交換器より限定的に解釈されるものではない。また、
熱交換器についても上記実施形態によって限定的に解釈
されるものではない。
例えば、第１実施形態のプレート部材２１の積層段
数、第２実施形態の凹凸部材３１の積層段数は、要求に
応じて自由に設定することができる。また、上記第１、
第２実施形態の熱交換器の製造に供されたプレート状ろ
う接用複合部材２１Ａ、凹凸状ろう接用複合部材３１Ａ
を構成するＦｅ原子拡散抑制層１１、Ｃｕ系ろう材層１
３としては、ろう接用複合材１において説明した種々の
材質を用いることがでる。
数、第２実施形態の凹凸部材３１の積層段数は、要求に
応じて自由に設定することができる。また、上記第１、
第２実施形態の熱交換器の製造に供されたプレート状ろ
う接用複合部材２１Ａ、凹凸状ろう接用複合部材３１Ａ
を構成するＦｅ原子拡散抑制層１１、Ｃｕ系ろう材層１
３としては、ろう接用複合材１において説明した種々の
材質を用いることがでる。
また、上記第１実施形態ではＦｅ原子拡散抑制層１２
の厚さを５０μｍとしたが、Ｆｅ原子拡散抑制層１２の
厚さは、ろう接の際に母材１１のＦｅ原子がＣｕ系ろう
材側に拡散しなければよく、５μｍ程度以上、好ましく
は８μｍ程度以上、より好ましくは１０μｍ程度以上に
設定すればよい。
の厚さを５０μｍとしたが、Ｆｅ原子拡散抑制層１２の
厚さは、ろう接の際に母材１１のＦｅ原子がＣｕ系ろう
材側に拡散しなければよく、５μｍ程度以上、好ましく
は８μｍ程度以上、より好ましくは１０μｍ程度以上に
設定すればよい。
また、上記第１実施形態では、仕切り部材２２はステ
ンレス鋼薄板を用いたが、仕切り部材についてもステン
レス鋼薄板を母材としてＦｅ原子拡散抑制層を積層形成
したもの、さらには図１と同様に、Ｆｅ原子拡散抑制層
の上にＣｕ系ろう材層を形成したものを用いてもよい。
Ｆｅ原子拡散抑制層を形成することで、ろう接の際に、
仕切り部材の母材からＦｅ原子が溶融したろう材に拡散
侵入するのを防止することができ、仕切り部材がろう接
されたろう接部の耐食性劣化をより一層抑制することが
できる。
ンレス鋼薄板を用いたが、仕切り部材についてもステン
レス鋼薄板を母材としてＦｅ原子拡散抑制層を積層形成
したもの、さらには図１と同様に、Ｆｅ原子拡散抑制層
の上にＣｕ系ろう材層を形成したものを用いてもよい。
Ｆｅ原子拡散抑制層を形成することで、ろう接の際に、
仕切り部材の母材からＦｅ原子が溶融したろう材に拡散
侵入するのを防止することができ、仕切り部材がろう接
されたろう接部の耐食性劣化をより一層抑制することが
できる。
また、上記第１、第２実施形態では、ろう接用複合部
材２１Ａ、３１ＡにはＦｅ原子拡散抑制層１２のほか、
Ｃｕ系ろう材層１３をクラッドしたが、Ｃｕ系ろう材層
１３は必ずしも必要ではない。この場合、別途準備した
Ｃｕ系ろう材をプレート状ろう接用複合部材と仕切り部
材との間、あるいは凹凸状ろう接用部材の間に付設し
て、ろう接するようにすればよい。
材２１Ａ、３１ＡにはＦｅ原子拡散抑制層１２のほか、
Ｃｕ系ろう材層１３をクラッドしたが、Ｃｕ系ろう材層
１３は必ずしも必要ではない。この場合、別途準備した
Ｃｕ系ろう材をプレート状ろう接用複合部材と仕切り部
材との間、あるいは凹凸状ろう接用部材の間に付設し
て、ろう接するようにすればよい。
また、上記第１、第２実施形態では、ろう接用複合部
材２１Ａ、３１Ａの両面にＦｅ原子拡散抑制層１２およ
びＣｕ系ろう材層１３を形成したが、少なくとも他の部
材をろう接する側にＦｅ原子拡散抑制層１２およびＣｕ
系ろう材層１３を積層形成すればよい。例えば、図１２
に示した一組のプレート部材２１−１，２１−２の素材
として用いるろう接用複合部材については、仕切り部材
２２をろう接する側にのみＦｅ原子拡散抑制層１２等を
形成すればよい。
材２１Ａ、３１Ａの両面にＦｅ原子拡散抑制層１２およ
びＣｕ系ろう材層１３を形成したが、少なくとも他の部
材をろう接する側にＦｅ原子拡散抑制層１２およびＣｕ
系ろう材層１３を積層形成すればよい。例えば、図１２
に示した一組のプレート部材２１−１，２１−２の素材
として用いるろう接用複合部材については、仕切り部材
２２をろう接する側にのみＦｅ原子拡散抑制層１２等を
形成すればよい。
産業上の利用可能性 本発明のろう接用複合材は、腐食性雰囲気下で使用さ
れる熱交換器等のろう接構造物の素材として好適に利用
される。また、本発明のろう接構造物、熱交換器は、ろ
う材部の耐食性が優れるので、排ガス等の高温腐食性雰
囲気下において好適に利用される。
れる熱交換器等のろう接構造物の素材として好適に利用
される。また、本発明のろう接構造物、熱交換器は、ろ
う材部の耐食性が優れるので、排ガス等の高温腐食性雰
囲気下において好適に利用される。
符号の説明 １ ろう接用複合材 １１ 母材 １２ Ｆｅ原子拡散抑制層 １３ Ｃｕ系ろう材層 ２１−１，２１−２ プレート部材 ２１Ａ プレート状ろう接用複合部材 ２２ 仕切り部材 ３１ 凹凸部材 ３１Ａ 凹凸状ろう接用複合部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 雅巳 大阪府吹田市南吹田２丁目19番１号 住 友特殊金属株式会社 吹田製作所内 (72)発明者 梶川 俊二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 坂本 善次 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 内村 克則 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (56)参考文献 特開 平５−154686（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−154688（ＪＰ，Ａ) 特開2000−5817（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 35/14 - 35/22
Claims (13)
- 【請求項１】 鉄鋼材により形成された母材と、前記母
材の表面に積層形成され、Ｃｕ系ろう材によって接合部
材をろう接する際に前記母材からＦｅ原子がろう材側に
拡散するのを抑制するＦｅ原子拡散抑制層とを備えた、
ろう接用複合材。 - 【請求項２】 前記母材と前記Ｆｅ原子拡散抑制層とが
拡散接合によりクラッドされた、請求の範囲第１項に記
載したろう接用複合材。 - 【請求項３】 鉄鋼材により形成された母材と、前記母
材の表面に積層形成され、Ｃｕ系ろう材によって接合部
材をろう接する際に前記母材からＦｅ原子がろう材側に
拡散するのを抑制するＦｅ原子拡散抑制層と、前記Ｆｅ
原子拡散抑制層の上に積層形成されたＣｕ系ろう材層と
を備えた、ろう接用複合材。 - 【請求項４】 前記母材と前記Ｆｅ原子拡散抑制層と前
記Ｃｕ系ろう材層とが互いに拡散接合によりクラッドさ
れた、請求の範囲第３項に記載したろう接用複合材。 - 【請求項５】 前記母材がステンレス鋼材で形成され、
前記Ｆｅ原子拡散抑制層がＮｉあるいはＮｉを主成分と
するＮｉ合金で形成された、請求の範囲第１〜４項のい
ずれか１項に記載したろう接用複合材。 - 【請求項６】 前記母材がステンレス鋼材で形成され、
前記Ｆｅ原子拡散抑制層がＮｉあるいはＮｉを９０wt％
以上含有し、残部Ｃｕを本質的成分としてなるＮｉ−Ｃ
ｕ合金で形成され、前記Ｃｕ系ろう材層がＮｉを２〜１
５wt％含有し、残部Ｃｕを本質的成分としてなるＣｕ−
Ｎｉ合金で形成された、請求の範囲第４項に記載したろ
う接用複合材。 - 【請求項７】 前記Ｃｕ系ろう材層を形成するＣｕ−Ｎ
ｉ合金はＮｉを５〜１０wt％含有し、残部Ｃｕを本質的
成分としてなる、請求の範囲第６項に記載したろう接用
複合材。 - 【請求項８】 前記Ｆｅ原子拡散抑制層の厚さが５μｍ
以上である、請求の範囲第１〜７項のいずれか１項に記
載したろう接用複合材。 - 【請求項９】 第１部材と、この第１部材にＣｕ系ろう
材によってろう接された第２部材とを備え、 前記第１部材は鉄鋼材により形成された母材と、前記母
材の表面に積層され、前記第１部材と第２部材とがろう
接される際に前記母材からＦｅ原子がろう材部に拡散す
るのを抑制するＦｅ原子拡散抑制層とを有する、ろう接
構造物。 - 【請求項１０】 前記母材がステンレス鋼で形成され、
前記Ｆｅ原子拡散抑制層はＮｉあるいはＮｉを主成分と
するＮｉ合金で形成された、請求の範囲第９項に記載し
たろう接構造物。 - 【請求項１１】 対向して配置されたプレート部材と、
前記プレート部材の間に形成された空間部を多数の部分
空間部に仕切る仕切り部材とを備え、 前記プレート部材と前記仕切り部材とがＣｕ系ろう材に
よってろう接され、 前記プレート部材はステンレス鋼により形成されたプレ
ート状母材と、前記母材の表面に積層形成され、前記仕
切り部材と前記プレート部材とがろう接される際に前記
母材からＦｅ原子がろう材部に拡散するのを抑制するＮ
ｉあるいはＮｉを主成分とするＮｉ合金からなるＦｅ原
子拡散抑制層とを有する、熱交換器。 - 【請求項１２】 第１凹部と第１凸部とが交互に形成さ
れた第１凹凸部材と、前記第１凹凸部材に対向して配置
され、第２凹部と第２凸部とが交互に形成された第２凹
凸部材とを備え、 前記第１凹凸部材の第１凹部の外面と前記第２凹凸部材
の第２凸部の外面とがＣｕ系ろう材によってろう接さ
れ、 前記第１凹凸部材および第２凹凸部材は各々ステンレス
鋼により形成された母材と、前記母材の表面に積層形成
され、前記第１凹部と前記第２凸部とがろう接される際
に前記母材からＦｅ原子がろう材部に拡散するのを抑制
するＮｉあるいはＮｉを主成分とするＮｉ合金からなる
Ｆｅ原子拡散抑制層とを有する、熱交換器。 - 【請求項１３】 前記Ｃｕ系ろう材はＮｉを５〜１０wt
％含有し、残部Ｃｕを本質的成分としてなるＣｕ−Ｎｉ
合金で形成され、前記Ｆｅ原子拡散抑制層はＮｉあるい
はＮｉを９０wt％以上含有し、残部Ｃｕを本質的成分と
してなるＮｉ−Ｃｕ合金で形成された、請求の範囲第１
１項または第１２項に記載した熱交換器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-24563 | 1999-02-02 | ||
| JP2456399 | 1999-02-02 | ||
| PCT/JP2000/000331 WO2000045987A1 (fr) | 1999-02-02 | 2000-01-24 | Materiau composite de brasage et structure brasee |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005061167A1 (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-07 | Neomax Materials Co., Ltd. | ろう付け方法及びろう付け構造物 |
| WO2016194662A1 (ja) * | 2015-06-04 | 2016-12-08 | 株式会社豊田自動織機 | 化学蓄熱装置 |
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| DE102007048299A1 (de) * | 2007-10-08 | 2009-04-09 | Behr Gmbh & Co. Kg | Mehrschichtlot |
| CN101941106B (zh) * | 2010-10-25 | 2012-06-27 | 山东大学 | 超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺 |
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| JP3080233B2 (ja) * | 1990-03-22 | 2000-08-21 | 株式会社東芝 | ろう付加工用複合材およびその製造方法 |
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2000
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