JP3468393B2 - 亜鉛はんだ層の形成方法及び超音波はんだ付け接合方法 - Google Patents
亜鉛はんだ層の形成方法及び超音波はんだ付け接合方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼材とアルミニ
ウム材との亜鉛はんだを用いた超音波はんだ付け接合方
法に関するものである。
ウム材との亜鉛はんだを用いた超音波はんだ付け接合方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、特開平５−１８５２１７号に知ら
れているようにアルミニウム材と異種金属材とのろう付
け、又ははんだ付けにおいて異種金属材料の表面にあら
かじめ銅めっきを施してはんだ付け性を改善するといっ
た方法がある。
れているようにアルミニウム材と異種金属材とのろう付
け、又ははんだ付けにおいて異種金属材料の表面にあら
かじめ銅めっきを施してはんだ付け性を改善するといっ
た方法がある。
【０００３】ステンレスやチタンといった耐食性に優れ
る材料ならば、前述の方法によりアルミニウム材との接
合が可能である。しかし、鉄鋼材とアルミニウム材との
接合を考えた場合、鉄鋼材の耐食性が悪いため接合後に
何らかの防錆処理を施さなければならない。したがっ
て、はんだ付け性改善のための銅メッキとあわせて２度
表面処理をおこなうこととなり、コスト上昇を招くこと
となってしまう。また、鉄とアルミニウムといった全く
性質の異なる素材に対して、防錆を目的としたメッキを
同時におこなうことは不可能である。
る材料ならば、前述の方法によりアルミニウム材との接
合が可能である。しかし、鉄鋼材とアルミニウム材との
接合を考えた場合、鉄鋼材の耐食性が悪いため接合後に
何らかの防錆処理を施さなければならない。したがっ
て、はんだ付け性改善のための銅メッキとあわせて２度
表面処理をおこなうこととなり、コスト上昇を招くこと
となってしまう。また、鉄とアルミニウムといった全く
性質の異なる素材に対して、防錆を目的としたメッキを
同時におこなうことは不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、銅メッキを
することなく鉄鋼材とアルミニウム材とをはんだ付けに
より接合し、しかもその後の鉄鋼材の防錆処理を不要と
する方法を提供することを目的とする。
することなく鉄鋼材とアルミニウム材とをはんだ付けに
より接合し、しかもその後の鉄鋼材の防錆処理を不要と
する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】上記目的を達成するた
め、本発明の第一の態様は、鉄鋼材表面における亜鉛は
んだ層の形成方法であって、鉄鋼材の表面に防錆能力に
優れるメッキ被膜を形成し、しかる後に、メッキ被膜の
組成金属とＺｎとの共晶温度以上としたはんだ浴に浸漬
し、該はんだ浴中に超音波を印加することを含むことを
特徴とする。本発明の第二の態様は、上記の鉄鋼材表面
における亜鉛はんだ層の形成方法であって、上記メッキ
被膜の組成金属の上記亜鉛はんだ層への固溶量が少なく
とも１％となるように上記亜鉛はんだ浴の温度を設定す
ることを特徴とする。本発明の第三の態様は、鉄鋼材と
アルミニウム材との超音波はんだ付け接合方法であっ
て、上記の発明により接合部位にあらかじめ亜鉛はんだ
層を有する鉄鋼材と、上記の発明により接合部位にあら
かじめ亜鉛はんだ層を有するアルミニウム材とを、突き
合わせて加圧しつつ、はんだを加熱して再溶融させると
同時に長音波を印加することを含むことを特徴とする。
め、本発明の第一の態様は、鉄鋼材表面における亜鉛は
んだ層の形成方法であって、鉄鋼材の表面に防錆能力に
優れるメッキ被膜を形成し、しかる後に、メッキ被膜の
組成金属とＺｎとの共晶温度以上としたはんだ浴に浸漬
し、該はんだ浴中に超音波を印加することを含むことを
特徴とする。本発明の第二の態様は、上記の鉄鋼材表面
における亜鉛はんだ層の形成方法であって、上記メッキ
被膜の組成金属の上記亜鉛はんだ層への固溶量が少なく
とも１％となるように上記亜鉛はんだ浴の温度を設定す
ることを特徴とする。本発明の第三の態様は、鉄鋼材と
アルミニウム材との超音波はんだ付け接合方法であっ
て、上記の発明により接合部位にあらかじめ亜鉛はんだ
層を有する鉄鋼材と、上記の発明により接合部位にあら
かじめ亜鉛はんだ層を有するアルミニウム材とを、突き
合わせて加圧しつつ、はんだを加熱して再溶融させると
同時に長音波を印加することを含むことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明では、鉄鋼材の表面に、防
錆能力に優れるメッキ被膜を形成する。次に、メッキ被
膜の組成金属とＺｎとの共晶温度以上に設定した亜鉛は
んだ浴中に接合部位を浸漬し、はんだ浴中に超音波を印
加して鉄鋼材表面に亜鉛はんだ層を形成する。一方、ア
ルミニウム材の接合部位を、ＡｌとＺｎとの共晶温度以
上に設定した亜鉛はんだ浴中に浸漬し、はんだ浴中に超
音波を印加してアルミニウム材表面に亜鉛はんだ層を形
成する。その後これらの鉄鋼材とアルミニウム材とを突
き合わせて加圧し、はんだを加熱して再溶融させると同
時に超音波を印加し、亜鉛はんだ層を介して鉄鋼材とア
ルミニウム材との接合をおこなう。
錆能力に優れるメッキ被膜を形成する。次に、メッキ被
膜の組成金属とＺｎとの共晶温度以上に設定した亜鉛は
んだ浴中に接合部位を浸漬し、はんだ浴中に超音波を印
加して鉄鋼材表面に亜鉛はんだ層を形成する。一方、ア
ルミニウム材の接合部位を、ＡｌとＺｎとの共晶温度以
上に設定した亜鉛はんだ浴中に浸漬し、はんだ浴中に超
音波を印加してアルミニウム材表面に亜鉛はんだ層を形
成する。その後これらの鉄鋼材とアルミニウム材とを突
き合わせて加圧し、はんだを加熱して再溶融させると同
時に超音波を印加し、亜鉛はんだ層を介して鉄鋼材とア
ルミニウム材との接合をおこなう。
【０００７】本発明で用いる鉄鋼材は、プレス、曲げ、
鍛造、溶接が可能な構造用鋼や構造用鋼管である。たと
えば、ＳＳ４００やＳＰＣＣ、ＳＴＫＭ１１Ａ等が挙げ
られる。本発明で用いる鉄鋼材に対して、あらかじめ防
錆処理としてメッキ被膜を形成する。メッキ被膜として
は、電気メッキあるいは無電界メッキにより形成される
防錆能力に優れるＮｉまたはＣｒ被膜が挙げられる。ま
た、純粋なＮｉまたはＣｒに限らずＮｉ合金またはＣｒ
合金等であってもよい。その他、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｃｏおよびそれらの合金等が挙げられる。メッキ被
膜の厚さは、１〜１００μｍの範囲であり、好ましくは
５〜２０μｍの範囲である。１μｍ未満であると耐食性
が劣り、１００μｍをこえる膜厚とするのは被膜形成に
長時間を要し不経済である。本発明では、防錆目的で鉄
鋼材表面にメッキ被膜を形成するのであるが、本発明の
内容はこれに限定されず、適用目的を異にする他のメッ
キ被膜への応用も可能である。たとえば、耐摩耗性を目
的としたＴｉＮやＣｒＮのイオンプレーティング被膜な
どが挙げられる。
鍛造、溶接が可能な構造用鋼や構造用鋼管である。たと
えば、ＳＳ４００やＳＰＣＣ、ＳＴＫＭ１１Ａ等が挙げ
られる。本発明で用いる鉄鋼材に対して、あらかじめ防
錆処理としてメッキ被膜を形成する。メッキ被膜として
は、電気メッキあるいは無電界メッキにより形成される
防錆能力に優れるＮｉまたはＣｒ被膜が挙げられる。ま
た、純粋なＮｉまたはＣｒに限らずＮｉ合金またはＣｒ
合金等であってもよい。その他、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｃｏおよびそれらの合金等が挙げられる。メッキ被
膜の厚さは、１〜１００μｍの範囲であり、好ましくは
５〜２０μｍの範囲である。１μｍ未満であると耐食性
が劣り、１００μｍをこえる膜厚とするのは被膜形成に
長時間を要し不経済である。本発明では、防錆目的で鉄
鋼材表面にメッキ被膜を形成するのであるが、本発明の
内容はこれに限定されず、適用目的を異にする他のメッ
キ被膜への応用も可能である。たとえば、耐摩耗性を目
的としたＴｉＮやＣｒＮのイオンプレーティング被膜な
どが挙げられる。
【０００８】次に、メッキ被膜を有する鉄鋼材の接合部
位を亜鉛はんだ浴中に浸漬し、はんだ浴中に超音波を印
加して鉄鋼材表面に亜鉛はんだ層を形成する。本発明で
用いるはんだ浴は、特に限定されないが、はんだ付けを
行う部品を浸漬させるのに十分な大きさを持つととも
に、はんだの溶解・保持、はんだ浴中への超音波印加等
の機能を有するものであればよい。メッキ被膜を有する
鉄鋼材の接合部位表面に亜鉛はんだ層を形成するために
用いるはんだは、ＪＩＳに規定されたアルミニウム用は
んだのＺｎ−Ａｌ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｚｎ−Ｃｄ系であ
る。たとえば、ＡＨ−Ｚ９５Ａ（Ｚｎ−５％Ａｌ）、Ａ
Ｈ−Ｓ８０Ｚ（Ｓｎ−２０％Ｚｎ）、ＡＨ−Ｚ９０Ｃ
（Ｚｎ−１０％Ｃｄ）等が挙げられる。鉄鋼材の接合部
位表面に形成する亜鉛はんだ層の厚さは、１〜５０μｍ
であり、好ましくは、５〜２０μｍである。１μｍ未満
であると接合不良が生じやすく、５０μｍをこえるのは
はんだの持ち出し量が多くなり不経済である。
位を亜鉛はんだ浴中に浸漬し、はんだ浴中に超音波を印
加して鉄鋼材表面に亜鉛はんだ層を形成する。本発明で
用いるはんだ浴は、特に限定されないが、はんだ付けを
行う部品を浸漬させるのに十分な大きさを持つととも
に、はんだの溶解・保持、はんだ浴中への超音波印加等
の機能を有するものであればよい。メッキ被膜を有する
鉄鋼材の接合部位表面に亜鉛はんだ層を形成するために
用いるはんだは、ＪＩＳに規定されたアルミニウム用は
んだのＺｎ−Ａｌ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｚｎ−Ｃｄ系であ
る。たとえば、ＡＨ−Ｚ９５Ａ（Ｚｎ−５％Ａｌ）、Ａ
Ｈ−Ｓ８０Ｚ（Ｓｎ−２０％Ｚｎ）、ＡＨ−Ｚ９０Ｃ
（Ｚｎ−１０％Ｃｄ）等が挙げられる。鉄鋼材の接合部
位表面に形成する亜鉛はんだ層の厚さは、１〜５０μｍ
であり、好ましくは、５〜２０μｍである。１μｍ未満
であると接合不良が生じやすく、５０μｍをこえるのは
はんだの持ち出し量が多くなり不経済である。
【０００９】本発明では、このはんだ浴に超音波を印加
する。超音波装置としては、超音波を発振させるための
セラミックス製の圧電素子およびこの超音波をはんだ浴
中に印加させるための超音波ホーン並びに振動板等が用
いられる。この時、はんだ浴中に印加した超音波によっ
て引き起されるキャビテーションによって、メッキ被膜
表面の酸化被膜が破壊されて活性な金属面が現われ、は
んだとの間で合金化が生じ鉄鋼材表面にはんだ層が形成
される。
する。超音波装置としては、超音波を発振させるための
セラミックス製の圧電素子およびこの超音波をはんだ浴
中に印加させるための超音波ホーン並びに振動板等が用
いられる。この時、はんだ浴中に印加した超音波によっ
て引き起されるキャビテーションによって、メッキ被膜
表面の酸化被膜が破壊されて活性な金属面が現われ、は
んだとの間で合金化が生じ鉄鋼材表面にはんだ層が形成
される。
【００１０】ここで、本発明の特徴は亜鉛はんだ浴の温
度にある。本発明では、メッキ被膜の組成金属とＺｎと
の共晶温度以上としたはんだ浴を用いる。接合に用いる
亜鉛はんだとしては、たとえば、ＪＩＳに規定されたア
ルミニウム用はんだＡＨ−Ｚ９５Ａ（Ｚｎ−５％Ａｌ）
が挙げられるが、これは融点が３８２℃であり、通常４
００℃前後に加熱・溶融させて使用する。しかし、たと
えばメッキ被膜がＮｉでありＺｎの合金化を考えた場
合、図２に示すＮｉ−Ｚｎ状態図からも分かるように、
４１８．５℃が共晶点である。したがって、４００℃の
はんだ温度ではたとえ超音波の印加によって活性面が現
れても合金化は生じず、強固なはんだ層は形成されな
い。そこで、はんだ浴温度をＮｉとＺｎの共晶温度以
上、すなわち４１８．５℃以上とすることによって初め
てＮｉとＺｎの合金化が生じ強固なはんだ層が形成され
る。ただし、４１８．５℃ではＺｎ中へのＮｉ固溶量は
わずか０．２％であるため、より強固なはんだ層を形成
させるためにはＮｉ固溶量が１％となる５００℃にはん
だ浴温度を設定することが望ましい。Ｃｒメッキ被膜の
場合には、ＣｒとＺｎの共晶温度以上すなわち４１５℃
以上とすることによって初めてＣｒとＺｎの合金化が生
じ強固なはんだ層が形成される。ただし、４１５℃では
Ｚｎ中へのＣｒ固溶量は０．２％であるため、より強固
なはんだ層を形成させるためにはＣｒ固溶量が１％とな
る４７０℃にはんだ浴温度を設定することが望ましい。
度にある。本発明では、メッキ被膜の組成金属とＺｎと
の共晶温度以上としたはんだ浴を用いる。接合に用いる
亜鉛はんだとしては、たとえば、ＪＩＳに規定されたア
ルミニウム用はんだＡＨ−Ｚ９５Ａ（Ｚｎ−５％Ａｌ）
が挙げられるが、これは融点が３８２℃であり、通常４
００℃前後に加熱・溶融させて使用する。しかし、たと
えばメッキ被膜がＮｉでありＺｎの合金化を考えた場
合、図２に示すＮｉ−Ｚｎ状態図からも分かるように、
４１８．５℃が共晶点である。したがって、４００℃の
はんだ温度ではたとえ超音波の印加によって活性面が現
れても合金化は生じず、強固なはんだ層は形成されな
い。そこで、はんだ浴温度をＮｉとＺｎの共晶温度以
上、すなわち４１８．５℃以上とすることによって初め
てＮｉとＺｎの合金化が生じ強固なはんだ層が形成され
る。ただし、４１８．５℃ではＺｎ中へのＮｉ固溶量は
わずか０．２％であるため、より強固なはんだ層を形成
させるためにはＮｉ固溶量が１％となる５００℃にはん
だ浴温度を設定することが望ましい。Ｃｒメッキ被膜の
場合には、ＣｒとＺｎの共晶温度以上すなわち４１５℃
以上とすることによって初めてＣｒとＺｎの合金化が生
じ強固なはんだ層が形成される。ただし、４１５℃では
Ｚｎ中へのＣｒ固溶量は０．２％であるため、より強固
なはんだ層を形成させるためにはＣｒ固溶量が１％とな
る４７０℃にはんだ浴温度を設定することが望ましい。
【００１１】本発明によるとメッキ表面に強固な亜鉛は
んだ層が形成される。これは、超音波のキャビテーショ
ンによってメッキ被膜表面の酸化被膜が破壊されて活性
な金属面が現れるとともに、はんだ浴の設定温度がメッ
キ被膜の組成金属とＺｎの共晶温度を越えているため、
亜鉛はんだ中へのメッキ被膜の組成金属の合金化が生じ
るためである。
んだ層が形成される。これは、超音波のキャビテーショ
ンによってメッキ被膜表面の酸化被膜が破壊されて活性
な金属面が現れるとともに、はんだ浴の設定温度がメッ
キ被膜の組成金属とＺｎの共晶温度を越えているため、
亜鉛はんだ中へのメッキ被膜の組成金属の合金化が生じ
るためである。
【００１２】本発明で用いるアルミニウム材は、特に限
定されないが、ＪＩＳに規定されたアルミニウムおよび
その合金等である展伸材や鋳物材等を用いることができ
る。たとえば、Ａ６０６１、Ａ５０５２、ＡＣ４Ｃ、Ａ
ＤＣ１２等が挙げられる。アルミニウム材の接合部位表
面に亜鉛はんだ層を形成するためには、前述のはんだ
浴、はんだ、超音波装置等が用いられる。アルミニウム
材の接合部位表面に形成する亜鉛はんだ層の厚さは、１
〜１００μｍであり、好ましくは１０〜５０μｍであ
る。１μｍ未満であると接合不良が生じやすく、１００
μｍをこえるとアルミニウム材自体の損傷が大きくなり
不都合を生じる。
定されないが、ＪＩＳに規定されたアルミニウムおよび
その合金等である展伸材や鋳物材等を用いることができ
る。たとえば、Ａ６０６１、Ａ５０５２、ＡＣ４Ｃ、Ａ
ＤＣ１２等が挙げられる。アルミニウム材の接合部位表
面に亜鉛はんだ層を形成するためには、前述のはんだ
浴、はんだ、超音波装置等が用いられる。アルミニウム
材の接合部位表面に形成する亜鉛はんだ層の厚さは、１
〜１００μｍであり、好ましくは１０〜５０μｍであ
る。１μｍ未満であると接合不良が生じやすく、１００
μｍをこえるとアルミニウム材自体の損傷が大きくなり
不都合を生じる。
【００１３】亜鉛はんだ浴の温度については、前述と同
様にアルミニウムとＺｎとの共晶温度以上としたはんだ
浴を用いる。アルミニウムと亜鉛の共晶温度は３８２℃
と低いため、４００℃の亜鉛はんだ浴にアルミニウム材
を浸漬する。前述のように、超音波を印加することによ
り比較的容易に亜鉛はんだ層が形成される。
様にアルミニウムとＺｎとの共晶温度以上としたはんだ
浴を用いる。アルミニウムと亜鉛の共晶温度は３８２℃
と低いため、４００℃の亜鉛はんだ浴にアルミニウム材
を浸漬する。前述のように、超音波を印加することによ
り比較的容易に亜鉛はんだ層が形成される。
【００１４】本発明では、さらに、接合部位にあらかじ
め亜鉛はんだ層を形成させておいた鉄鋼材とアルミニウ
ム材とを突き合わせて加圧し、はんだを加熱して再溶融
させると同時に超音波を印加し、亜鉛はんだを介して鉄
鋼材とアルミニウム材との接合をおこなう。この時、は
んだの加熱・溶融には、ガスバーナー・高周波誘導加
熱、あるいは炉による雰囲気加熱などを用いることがで
きる。また、接合時に超音波を印加することによって鉄
鋼材とアルミニウム材との接合界面に存在するはんだ層
の酸化被膜が破壊され両者のはんだが均一に混り合う。
そして加圧することにより接合界面の余分なはんだが
外に押し出されてはんだ層の厚さが均一に保たれ、安定
した接合強度を得ることができる。加圧手段としては、
機械プレス、油圧プレス、空圧プレス等を用いることが
できる。
め亜鉛はんだ層を形成させておいた鉄鋼材とアルミニウ
ム材とを突き合わせて加圧し、はんだを加熱して再溶融
させると同時に超音波を印加し、亜鉛はんだを介して鉄
鋼材とアルミニウム材との接合をおこなう。この時、は
んだの加熱・溶融には、ガスバーナー・高周波誘導加
熱、あるいは炉による雰囲気加熱などを用いることがで
きる。また、接合時に超音波を印加することによって鉄
鋼材とアルミニウム材との接合界面に存在するはんだ層
の酸化被膜が破壊され両者のはんだが均一に混り合う。
そして加圧することにより接合界面の余分なはんだが
外に押し出されてはんだ層の厚さが均一に保たれ、安定
した接合強度を得ることができる。加圧手段としては、
機械プレス、油圧プレス、空圧プレス等を用いることが
できる。
【００１５】本発明の概要を図１に基づき、防錆能力に
優れるＮｉメッキを有する鉄鋼材とアルミニウム材との
接合を例にとり、各工程ごとに説明する。工程（１）で
は、無電界Ｎｉメッキにより鉄鋼材１の表面にＮｉ被膜
２を形成する。工程（２）では、これをヒーター４によ
りＮｉとＺｎとの共晶温度以上に設定した亜鉛はんだ浴
５に浸漬する。超音波振動子６とホーン７に連結した振
動板８を通して、はんだ浴に超音波を印加してＮｉ被膜
２上に亜鉛はんだ層３を形成する。工程（３）では、ア
ルミニウム材９の接合部位を、ＡｌとＺｎとの共晶温度
以上に設定した亜鉛はんだ浴中に浸漬し、はんだ浴中に
超音波を印加してアルミニウム材表面に亜鉛はんだ層３
を形成する。工程（４）では、鉄鋼材とアルミニウム材
とを突き合わせて加圧手段Ｐにより加圧し、はんだを加
熱手段Ｈにより加熱して再溶融させると同時に、超音波
振動子１１とホーン１０により超音波を印加し、亜鉛は
んだを介して鉄鋼材とアルミニウム材との接合をおこな
う。本発明による超音波はんだ付け法により接合した、
防錆処理した鉄鋼材とアルミニウム材との強固な接合を
（５）に示す。
優れるＮｉメッキを有する鉄鋼材とアルミニウム材との
接合を例にとり、各工程ごとに説明する。工程（１）で
は、無電界Ｎｉメッキにより鉄鋼材１の表面にＮｉ被膜
２を形成する。工程（２）では、これをヒーター４によ
りＮｉとＺｎとの共晶温度以上に設定した亜鉛はんだ浴
５に浸漬する。超音波振動子６とホーン７に連結した振
動板８を通して、はんだ浴に超音波を印加してＮｉ被膜
２上に亜鉛はんだ層３を形成する。工程（３）では、ア
ルミニウム材９の接合部位を、ＡｌとＺｎとの共晶温度
以上に設定した亜鉛はんだ浴中に浸漬し、はんだ浴中に
超音波を印加してアルミニウム材表面に亜鉛はんだ層３
を形成する。工程（４）では、鉄鋼材とアルミニウム材
とを突き合わせて加圧手段Ｐにより加圧し、はんだを加
熱手段Ｈにより加熱して再溶融させると同時に、超音波
振動子１１とホーン１０により超音波を印加し、亜鉛は
んだを介して鉄鋼材とアルミニウム材との接合をおこな
う。本発明による超音波はんだ付け法により接合した、
防錆処理した鉄鋼材とアルミニウム材との強固な接合を
（５）に示す。
【００１６】
【実施例】次に、本発明を実施例に基づき説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。 （実施例１）鉄鋼材としてφ１２ｍｍ×８０ｍｍのＳＳ
４００材とアルミニウム材としてφ１６ｍｍ×８０ｍｍ
のＡＤＣ１２材を用意し、ＳＳ４００材に対しては防錆
処理として無電界Ｎｉメッキにより厚さ２０μｍのＮｉ
被膜を形成させた。ＮｉメッキをおこなったＳＳ４００
材の接合部をＮｉ−Ｚｎの共晶温度以上である５００℃
の亜鉛はんだ浴に浸漬し、超音波を１０秒間印加するこ
とによって亜鉛はんだ層を１０μｍの厚さで形成させ
た。この時、超音波のキャビテーションによってＮｉ被
膜表面の酸化被膜が破壊されて活性な金属面が現れると
ともに、はんだ浴温度がＮｉ−Ｚｎの共晶温度を越えＮ
ｉの固溶量が１％となる５００℃となっているため、亜
鉛はんだ中へのＮｉの合金化が生じ、Ｎｉメッキ表面に
強固な亜鉛はんだ層が形成された。図３にＮｉメッキを
施したＳＳ４００材に亜鉛はんだ層形成後のＳＳ４００
材断面の光学顕微鏡写真を示す。ＳＳ４００材上のＮｉ
メッキ被膜と亜鉛はんだの間で合金化が生じ強固な亜鉛
はんだ層が形成されているのが分かる。また、ＡＤＣ１
２材は、４００℃のはんだ浴に接合部を浸漬した後、超
音波を５秒間印加することによって亜鉛はんだ層を５０
μｍ形成させた。ＳＳ４００材およびＡＤＣ１２材とも
にはんだ浴中に印加した超音波は周波数１８．６ｋＨ
ｚ、出力２００Ｗであった。はんだ材には融点が３８２
℃のＺｎ−５％Ａｌ（ＪＩＳ ＡＨ−Ｚ９５Ａ）を用い
た。
本発明はこれに限定されるものではない。 （実施例１）鉄鋼材としてφ１２ｍｍ×８０ｍｍのＳＳ
４００材とアルミニウム材としてφ１６ｍｍ×８０ｍｍ
のＡＤＣ１２材を用意し、ＳＳ４００材に対しては防錆
処理として無電界Ｎｉメッキにより厚さ２０μｍのＮｉ
被膜を形成させた。ＮｉメッキをおこなったＳＳ４００
材の接合部をＮｉ−Ｚｎの共晶温度以上である５００℃
の亜鉛はんだ浴に浸漬し、超音波を１０秒間印加するこ
とによって亜鉛はんだ層を１０μｍの厚さで形成させ
た。この時、超音波のキャビテーションによってＮｉ被
膜表面の酸化被膜が破壊されて活性な金属面が現れると
ともに、はんだ浴温度がＮｉ−Ｚｎの共晶温度を越えＮ
ｉの固溶量が１％となる５００℃となっているため、亜
鉛はんだ中へのＮｉの合金化が生じ、Ｎｉメッキ表面に
強固な亜鉛はんだ層が形成された。図３にＮｉメッキを
施したＳＳ４００材に亜鉛はんだ層形成後のＳＳ４００
材断面の光学顕微鏡写真を示す。ＳＳ４００材上のＮｉ
メッキ被膜と亜鉛はんだの間で合金化が生じ強固な亜鉛
はんだ層が形成されているのが分かる。また、ＡＤＣ１
２材は、４００℃のはんだ浴に接合部を浸漬した後、超
音波を５秒間印加することによって亜鉛はんだ層を５０
μｍ形成させた。ＳＳ４００材およびＡＤＣ１２材とも
にはんだ浴中に印加した超音波は周波数１８．６ｋＨ
ｚ、出力２００Ｗであった。はんだ材には融点が３８２
℃のＺｎ−５％Ａｌ（ＪＩＳ ＡＨ−Ｚ９５Ａ）を用い
た。
【００１７】次いで、はんだ層を形成させたＳＳ４００
材とＡＤＣ１２材の接合面を突き合わせ２ＭＰａの加圧
力で加圧をおこなった。そしてガスバーナーで接合部を
加熱することによって両はんだ層を溶融させ、それと同
時に超音波を５秒間印加し接合をおこなった。接合時に
用いた超音波の周波数は１９．６ｋＨｚであり、出力は
６００Ｗであった。図４にＳＳ４００−ＡＤＣ１２の接
合部断面の光学顕微鏡写真を示す。接合時の超音波の印
加によってはんだ表面の酸化被膜が破壊されるととも
に、加圧によってはんだ層の厚さが５０μｍと均一にな
り、このはんだ層を介してＳＳ４００とＡＤＣ１２の接
合が欠陥もなく良好におこなわれていることが分かる。
このＳＳ４００−ＡＤＣ１２接合材より引張試験片を採
取し引張試験をおこなったところ、破断は接合部で生じ
その接合強度は９７ＭＰａを示した。したがって、本発
明によるアルミニウム材と鉄鋼材の接合方法は十分な接
合強度を有しているといえる。また、Ｃｒメッキを施し
たＳＳ４００とＡＤＣ１２の場合も同様な方法により良
好な接合をおこなうことができた。引張試験では、破断
は接合部で生じ、その接合強度は８８ＭＰａであった。
材とＡＤＣ１２材の接合面を突き合わせ２ＭＰａの加圧
力で加圧をおこなった。そしてガスバーナーで接合部を
加熱することによって両はんだ層を溶融させ、それと同
時に超音波を５秒間印加し接合をおこなった。接合時に
用いた超音波の周波数は１９．６ｋＨｚであり、出力は
６００Ｗであった。図４にＳＳ４００−ＡＤＣ１２の接
合部断面の光学顕微鏡写真を示す。接合時の超音波の印
加によってはんだ表面の酸化被膜が破壊されるととも
に、加圧によってはんだ層の厚さが５０μｍと均一にな
り、このはんだ層を介してＳＳ４００とＡＤＣ１２の接
合が欠陥もなく良好におこなわれていることが分かる。
このＳＳ４００−ＡＤＣ１２接合材より引張試験片を採
取し引張試験をおこなったところ、破断は接合部で生じ
その接合強度は９７ＭＰａを示した。したがって、本発
明によるアルミニウム材と鉄鋼材の接合方法は十分な接
合強度を有しているといえる。また、Ｃｒメッキを施し
たＳＳ４００とＡＤＣ１２の場合も同様な方法により良
好な接合をおこなうことができた。引張試験では、破断
は接合部で生じ、その接合強度は８８ＭＰａであった。
【００１８】
【発明の効果】亜鉛はんだ浴の温度を、防錆を目的とし
たメッキ被膜とＺｎの共晶温度以上としてはんだ付け性
を改善する本発明の方法により以下の利点が生じる。 あらかじめ鉄鋼材に防錆のためのメッキを施してお
いても良好なはんだ層を形成させることができるため、
はんだ付け性を改善させる銅メッキを省くことができコ
ストを低減することができる。 鉄鋼材とアルミニウム材を接合後に防錆処理をおこ
なう場合、アルミニウム材へのマスキング等が必要であ
ったが、接合前に鉄鋼材へのみ防錆処理をおこなえば良
く、生産性が向上するとともにコストを低減することが
できる。 メッキ被膜の組成金属、たとえばＮｉまたはＣｒ
と、Ｚｎの合金化によって良好なはんだ層が形成され、
鉄鋼材とアルミニウム材とを亜鉛はんだを介して強固に
接合させることができる。 ４輪車用インテークマニホールド等の用途に好適で
ある。なぜなら、従来は複雑形状のインテークマニホー
ルドをアルミニウム鋳物により一体で製造していたため
コストが嵩んでいた。そこで、フランジ部をアルミニウ
ム鋳物とし、マニホールドを鋼管として別々に製造した
上で、亜鉛はんだにより接合を行うことによってコスト
を低減することができる。このほか、カムシャフト、ロ
ッカアーム、フライホイール等にも好適である。
たメッキ被膜とＺｎの共晶温度以上としてはんだ付け性
を改善する本発明の方法により以下の利点が生じる。 あらかじめ鉄鋼材に防錆のためのメッキを施してお
いても良好なはんだ層を形成させることができるため、
はんだ付け性を改善させる銅メッキを省くことができコ
ストを低減することができる。 鉄鋼材とアルミニウム材を接合後に防錆処理をおこ
なう場合、アルミニウム材へのマスキング等が必要であ
ったが、接合前に鉄鋼材へのみ防錆処理をおこなえば良
く、生産性が向上するとともにコストを低減することが
できる。 メッキ被膜の組成金属、たとえばＮｉまたはＣｒ
と、Ｚｎの合金化によって良好なはんだ層が形成され、
鉄鋼材とアルミニウム材とを亜鉛はんだを介して強固に
接合させることができる。 ４輪車用インテークマニホールド等の用途に好適で
ある。なぜなら、従来は複雑形状のインテークマニホー
ルドをアルミニウム鋳物により一体で製造していたため
コストが嵩んでいた。そこで、フランジ部をアルミニウ
ム鋳物とし、マニホールドを鋼管として別々に製造した
上で、亜鉛はんだにより接合を行うことによってコスト
を低減することができる。このほか、カムシャフト、ロ
ッカアーム、フライホイール等にも好適である。
【図１】図１は、本発明によるはんだ付け工程の概要図
である。
である。
【図２】図２は、Ｎｉ−Ｚｎの状態図である。
【図３】図３は、Ｎｉメッキを施したＳＳ４００材に亜
鉛はんだ層形成後のＳＳ４００材断面の４００倍の光学
顕微鏡写真である。
鉛はんだ層形成後のＳＳ４００材断面の４００倍の光学
顕微鏡写真である。
【図４】図４は、ＳＳ４００−ＡＤＣ１２の接合部断面
の１００倍の光学顕微鏡写真である。
の１００倍の光学顕微鏡写真である。
１ 鉄鋼材
２ Ｎｉ被膜
３ 亜鉛はんだ層
４ ヒーター
５ 亜鉛はんだ浴
６ 超音波振動子
７ ホーン
８ 振動板
９ アルミニウム材
１０ ホーン
１１ 超音波振動子
Ｐ 加圧手段
Ｈ 加熱手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 1/00 - 1/20
Claims (6)
- 【請求項１】 鉄鋼材の表面にメッキ被膜を形成し、し
かる後に、メッキ被膜の組成金属または主成分である組
成金属と、Ｚｎとの共晶温度以上としたはんだ浴に浸漬
し、該はんだ浴中に超音波を印加することを含むことを
特徴とする鉄鋼材表面における亜鉛はんだ層の形成方法
であって、上記メッキ被膜の組成金属の上記亜鉛はんだ
層への固溶量が少なくとも１％となるように上記亜鉛は
んだ浴の温度を設定することを特徴とする鉄鋼材表面に
おける亜鉛はんだ層の形成方法。 - 【請求項２】 鉄鋼材の表面にメッキ被膜を形成し、し
かる後に、メッキ被膜の組成金属または主成分である組
成金属と、Ｚｎとの共晶温度以上とした亜鉛はんだ浴に
該メッキ被膜を浸漬し、該亜鉛はんだ浴中に超音波を印
加することにより、亜鉛はんだ中に該メッキ被膜の組成
金属の合金化を生じさせた亜鉛はんだ層を、メッキ被膜
表面に形成することを特徴とする鉄鋼材表面における亜
鉛はんだ層の形成方法。 - 【請求項３】 上記メッキ被膜の組成金属が、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏおよびそれらの合
金、ＴｉＮおよびＣｒＮから選ばれる請求項１または請
求項２に記載の亜鉛はんだ層の形成方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の方法に
より接合部位にあらかじめ亜鉛はんだ層を有する鉄鋼材
と、ＡｌとＺｎとの共晶温度以上とした亜鉛はんだ浴に
アルミニウム材を浸漬し、該亜鉛はんだ浴中に超音波を
印加することにより接合部位にあらかじめ亜鉛はんだ層
を有するアルミニウム材とを、突合せて加圧しつつ、は
んだを加熱して再溶融させると同時に超音波を印加する
ことを含むことを特徴とする鉄鋼材とアルミニウム材と
の超音波はんだ付け接合方法。 - 【請求項５】 鉄鋼材の表面に形成したメッキ被膜の表
面に、亜鉛はんだ中に該メッキ被膜の組成金属の合金化
を生じさせた亜鉛はんだ層を形成したことを特徴とする
表面処理鉄鋼材。 - 【請求項６】 上記メッキ被膜の組成金属が、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏおよびそれらの合
金、ＴｉＮおよびＣｒＮから選ばれる請求項５に記載の
表面処理鉄鋼材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8324596A JP3468393B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 亜鉛はんだ層の形成方法及び超音波はんだ付け接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8324596A JP3468393B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 亜鉛はんだ層の形成方法及び超音波はんだ付け接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09239531A JPH09239531A (ja) | 1997-09-16 |
| JP3468393B2 true JP3468393B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=13796955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8324596A Expired - Fee Related JP3468393B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 亜鉛はんだ層の形成方法及び超音波はんだ付け接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3468393B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104772542B (zh) * | 2015-04-14 | 2017-07-11 | 西南交通大学 | Wc颗粒原位增强的硬质合金与钢的超声波钎焊方法 |
| CN112620855A (zh) * | 2019-10-09 | 2021-04-09 | 天津理工大学 | 钎涂方法及其获得的钎涂后待焊母材 |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP8324596A patent/JP3468393B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09239531A (ja) | 1997-09-16 |
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