JP3376038B2 - 真空ろう付方法 - Google Patents

真空ろう付方法

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JP3376038B2 JP24213493A JP24213493A JP3376038B2 JP 3376038 B2 JP3376038 B2 JP 3376038B2 JP 24213493 A JP24213493 A JP 24213493A JP 24213493 A JP24213493 A JP 24213493A JP 3376038 B2 JP3376038 B2 JP 3376038B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、Al合金以外の異種
材料を、Al合金または異種材料と真空下でろう付けす
る真空ろう付法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、熱交換器や家電製品などの分野で
は、Al合金とAl合金以外の異種材料とを接合した
り、異種材料同士を接合したりする場合が有り、その接
合方法としてAl合金ろう材を用いたろう付が行われて
いる。異種材料を構成する材料がAl合金ろう材との接
合性がよい場合にはそのままろう付し、構成材が接合性
に難があるものは、構成材の表面にメッキなどによって
接合性の良い被覆層を形成してろう付を行なっている。
このろう付法の一つとしてフラックスを用いることな
く、10-4Torr程度に調整された真空雰囲気で、ろ
う付する真空ろう付法が知られている。この方法によれ
ば、フラックスによるAl合金や異種材料の汚染、劣化
が避けられるので高品質のろう付製品を得ることができ
る。
【0003】ところで、一般に管理された状態のAl 合
金の表面には数百Å以上の安定した酸化皮膜が形成され
ており、ろう付時には、ろうのぬれを阻害するこの皮膜
を破壊する必要がある。フラックスろう付では、フラッ
クスでこの皮膜を破壊して接合するが、フラックスを用
いない真空ろう付方法では、酸化皮膜の破壊等に効果の
あるMgを適量含有させた、JIS A4004や同A
4104に代表されるAl −Si −Mg系のろう材を使
用している。これらのろう材中に1〜2%程度含まれる
Mgは、ろう材の融点付近で盛んに蒸発して、材料やろ
う材の酸化皮膜を破壊してろうのぬれを改善し、さらに
雰囲気中の微量水分や酸化性ガスと反応してこれらをト
ラップし、いわゆるゲッター作用によってろう付性を向
上させるものである。したがって従来は、真空ろう付に
おいては、ろう材はMgを含有することが不可欠である
と考えられていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、真空ろう付で
雰囲気中に飛散したMgは、炉内を汚染し、遂には炉の
壁面に多量に析出する。このために、真空炉は定期的に
清掃する必要があり、作業能率を低下させる原因になっ
ている。また、ろう材に含まれるMgは全てが蒸散する
ものではなく、一部はろう付け後においても、ろう材の
表層部でMgOなどを生成して残存し、ろう材や異種材
料のメッキ部分を梨地状の光沢がない表面にして、ろう
付品の外観を損なうという問題がある。また、ろう材中
のMgが多いほどAl合金中の粒界に侵食し、エロージ
ョンが発生してAl合金に穴を明けてしまうという不具
合が生ずる。さらに、ろう材中のMgが多いほどろうは
流れやすいので、気密性を保つためにはろう付け時プロ
セスが複雑になるという問題が生ずる。この発明は、上
記事情を背景としてなされたものであり、Al合金ろう
材のMg含有量を極力少なくしてMg含有による汚染を
防止するとともに、Mg量の減少によるろう付性の低下
を招くことなく良好に接合できる真空ろう付方法を提供
することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本願発明の真空ろう付方法は、不純物中のMg含有量を
重量%で0.1%以下とし、かつ、ろう付部の酸化皮膜
厚さをろう付加熱前において200Å以下としたAl合
金ろう材を用いて、Al合金以外の異種材料と不純物中
のMg含有量を重量%で0.1%以下とし、かつろう付
部の酸化皮膜厚さをろう付加熱前において200Å以下
としたAl合金とを10-5Torr以下の真空下で加熱
してろう付することを特徴とする。また第2の発明の真
空ろう付方法は、不純物中のMg含有量を重量%で0.
1%以下とし、かつ、ろう付部の酸化皮膜厚さをろう付
加熱前において200Å以下としたAl合金ろう材を用
いて、Al合金以外の異種材料と異種材料とを10-5
orr以下の真空下で加熱してろう付することを特徴と
する。さらに、第3の発明は、第1の発明において、A
l合金ろう材がAl合金の片面または両面にクラッドさ
れていることを特徴とする。
【0006】本願発明でろう付の対象となる材料として
のAl合金は、Mgを重量%で0.1%以下にする以外
には、他の成分は限定されない。またろう付対象となる
異種材料の構成材としては、金属材料および非金属材料
が対象となる。直接ろう付が可能な材料として、鉄・ニ
ッケル・チタン・ステンレス・銅を挙げることができ
る。構成材がステンレス鋼やセラミックなどからなり、
ろう付性が良好でない場合には、ろう付性が良好な上記
材料などをメッキ、溶射、イオンプレーティングなどの
方法によって表面に被覆する。なお、メッキの中でも電
界ニッケルメッキ、無電界ニッケルメッキはアルミのろ
う付性に優れている。また、異種材料には、Al合金を
構成材とし、その表面に装飾などの目的でAl合金以外
の被覆層が形成されたものも含まれる。
【0007】またろう材は置きろうとして用いたり、A
l合金の片面にまたは両面にクラッドしたブレージング
シートとして提供されるものが含まれる。さらに異種材
料にろう材をクラッドしたものも含まれる。ブレージン
グシートでは、ろう材を片面にクラッドする場合には、
他面は露出させておく他に、他部材、例えば犠牲陽極皮
材をクラッドしたものであってもよい。また、ブレージ
ングシートを用いてろう付する場合には、上記構成にお
いてブレージングシートのろう付面または他面側に、さ
らに同種又は異種のAl合金や異種材料をろう付するこ
とも可能である。
【0008】本願発明におけるろう材としては、代表的
にはSiを重量%で5〜15%含むAl −Si系のもの
が挙げられるが、本願発明としてはこれに限定されるも
のではなく、要は、Mg含有量を0.1%以下に規制し
たものであればよい。また、Mgと同様にろう付時に蒸
散する元素はできるだけ含有しないのが望ましく、犠牲
陽極作用などを目的として添加されるZnも重量%で
0.1%以下とするのが望ましい。また、さらに、Mg
とZnの合計量も0.1%以下とするのが一層望まし
い。この点ではAl合金も同様である。なお、一層望ま
しくZnおび合計量を0.05%以下とする。
【0009】ろう材およびAl合金の酸化皮膜は、種々
の方法で厚さを制御することができる。例えば、研磨材
による研磨、レーザ加工、電子ビーム加工などの機械的
方法で皮膜を除去したり、化学的に、PH4以下の酸性
溶液やPH10以上のアルカリ溶液の一方または両方で
処理することにより皮膜厚さを制御できる。また、焼鈍
などの加熱を不活性雰囲気中や真空中で行うことによっ
て皮膜の成長を抑制することも有効である。また、製造
工程中の焼鈍などの熱処理を不活性雰囲気中または真空
中で行うことも有効である。なお、酸化皮膜の厚さは、
ろう付加熱前が基準となるので、これら処理時には、処
理後からろう付加熱に至る間の皮膜の成長などが考慮さ
れる。
【0010】
【作用】すなわち、本願発明によれば、ろう付けまえに
Al合金またはろう材の表面酸化皮膜は、所定の厚さ以
内に規制されており、これら材料を真空中でろう付けす
る際には、Mgが材料中に包含されていなくとも、ろう
は良好な流動性を有している。そして、さらに、ろう付
け環境を10-5Torr以下の良い高真空に制御するこ
とにより一層ろう付けを良好に行う事ができる。しか
も、ろう付け中におけるMgの蒸散は全くないか、殆ど
無視できるので、ろう付け雰囲気およびろう付け品の汚
染を防止できる。ろう付では、AlとSiと異種材料の
構成材または被覆材とが接合される。得られたろう付け
品は、良好に接合されているとともに、表面層に酸化物
などの形でMgが残存することはないので、表面の光沢
も著しく向上する。
【0011】次に、本願発明における条件の限定理由を
述べる。 1)Al合金およびろう材の不可避不純物中のMg:
0.1%以下 Mgは0.1%を越えて含有させると、ろう付け中に蒸
散して、雰囲気内(真空炉)およびろう付け品を汚染
し、また、ろう付け品の光沢を失わせるので、上限を
0.1%とする。またAl合金、ろう材の不可避不純物
中のMg含有量を0.05%以下にすると、ろう付け品
の汚染はさらに少なくなり、表面の光沢も良く、炉の汚
染も防げるのでMg:0.05%とするのが望ましい。
【0012】2)Al合金およびろう材の皮膜厚さ:2
00Å以下 酸化皮膜は200Åを越えると、ろうの流動を著しく阻
害してろう付け性を低下させるので上限を決めた。 3)雰囲気:10-5Torr以下 Mgを殆ど含有させないことによるろうのぬれ性の低下
を防ぐために、前記したろう材、Al合金の酸化皮膜の
制御に加えて、ろう付け雰囲気を制御することにより、
ろう付け性を向上できる。ここで、雰囲気圧が10-5
orrより真空度が低いと雰囲気中の微小水分量が増え
てろう付け性が悪くなるので、上記範囲が望ましい。な
お、同様の理由で雰囲気圧を10-6Torr以下とする
のがさらに望ましい。
【0013】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。表1に
示される芯材用Al 合金の片面に、表2に示されるろう
材を10%厚でクラッドして、0.5mm厚のブレージ
ングシートを得た。ブレージングシートの一部について
は、化学処理または機械処理によって酸化皮膜を処理し
た。化学処理は、60℃10%NaOH溶液に30秒浸
漬後水洗いして行い、機械処理は、エミリー紙による機
械研磨によって行なった。また、相手材として用意した
異種材料は、構成材がSUS304ステンレス鋼、F
e、Al23、Cu、Ni、Ti、CrまたはSnから
なり、一部の構成材にはNi−Pメッキ、Niメッキ、
Crメッキ、Cuメッキ、Snメッキの被覆層を形成し
た。
【0014】なお、各メッキの内容は以下のとおりであ
る。 Ni−Pメッキ ニッケルストライク後、無電界ニッケ
ルリンメッキ Ni メッキ ニッケルストライク後、電界ニッケル
メッキ Cr メッキ ニッケルストライク、電界ニッケルメ
ッキ後、Crメッキ Cu メッキ Cuメッキ Sn メッキ Sn浸漬メッキ Ni−Pメッキ(Al23)MoMnメタライジング、
ニッケルストライク後、無電界ニッケルリンメッキ Ni メッキ(Al23)MoMnメタライジング、
ニッケルストライク後、電界ニッケルメッキ
【0015】上記ブレージングシートと異種材料とを表
3に示すように組み合わせ、各ブレージングシートを、
異種材料板上に垂直に立て、その当接部の一端に直径2
mmのSUS 3004線を配置して、ブレージングシ
ートを僅かに傾斜させた状態で、T字型に組み付けた。
なお、供試材No.24では、SUS304板同士を組
付けて置きろうを使用した。これらを真空炉内に配置
し、供試材No.26では、10-4Torr、その他の
供試材では10-6Torrに真空炉を調整し、570〜
620℃に加熱してろう付を行った。上記したように縦
板と横板との間には隙間が形成されており、この隙間に
ろうが充填された。
【0016】その結果は表4に示すとおりであり、発明
法による供試材では、ろう充填長さが十分に長く、ろう
のぬれ性が良好であった。また炉の汚染もなく、得られ
たろう付品の表面光沢も良好でった。これに対し、ろう
材のMg含有が高く、酸化皮膜も厚い供試材No.27
は、従来法に相当するものであり、ろう充填は良好であ
るものの、炉の汚染やろう付品の表面光沢の低下が顕著
であった。また、芯材、ろう材のMg含有が0.1%を
超えるNo.25、29の供試材でも、炉が汚染され、
ろう付品の表面光沢は不良であった。したがって、ろう
材、芯材ともにMgの含有量を規制するのが望ましい。
さらに、供試材No.26は、Mg含有量、皮膜厚さと
もに発明の範囲内にあるものの真空度が不十分のため、
ろう付充填で劣っている。したがって、本願発明の効果
を得るためにはMg含有量、酸化皮膜厚の規制に加え、
真空度を制御することが必要である。なお、Ni−Pメ
ッキをステンレス鋼に施した異種材料とブレージングシ
ートとをろう付した試験材では、ろう付の際にNi−P
メッキが加熱されて固くなり、ろう付前の硬度がろう付
後には大幅に向上しており(例えば供試材No.6でH
v487→Hv704)、硬度が必要な製品に適してい
る。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【表3】
【0020】
【表4】
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明の真空ろ
う付方法によれば、ろう材、Al合金の不純物中のMg
含有量を重量%で0.1%以下とし、かつ、酸化皮膜厚
さをろう付加熱前において200Å以下としたので、ろ
うの良好な流動性が得られるとともに、ろう付中のMg
の蒸散による汚染を防止できる。その結果、十分な表面
光沢を有し、良好に接合されたろう付品が得られる。し
かも、ろう付環境の汚染が防止されているので、真空炉
などの装置の清掃が不要となり、作業能率が向上する効
果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−313462(JP,A) 特開 平3−155461(JP,A) 特開 昭60−133971(JP,A) 特開 平3−18471(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 1/19 B23K 31/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不純物中のMg含有量を重量%で0.1
    %以下とし、かつ、ろう付部の酸化皮膜厚さをろう付加
    熱前において200Å以下としたAl合金ろう材を用い
    て、Al合金以外の異種材料と不純物中のMg含有量を
    重量%で0.1%以下とし、かつろう付部の酸化皮膜厚
    さをろう付加熱前において200Å以下としたAl合金
    とを10-5Torr以下の真空下で加熱してろう付する
    ことを特徴とする真空ろう付方法
  2. 【請求項2】 不純物中のMg含有量を重量%で0.1
    %以下とし、かつ、ろう付部の酸化皮膜厚さをろう付加
    熱前において200Å以下としたAl合金ろう材を用い
    て、Al合金以外の異種材料と異種材料とを10-5To
    rr以下の真空下で加熱してろう付することを特徴とす
    る真空ろう付方法
  3. 【請求項3】 Al合金ろう材はAl合金の片面または
    両面にクラッドされていることを特徴とする請求項1記
    載の真空ろう付方法
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