JP3601238B2

JP3601238B2 - ＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末

Info

Publication number: JP3601238B2
Application number: JP07535797A
Authority: JP
Inventors: 靖憲兵庫; 博人桃崎; 建当摩
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JPH10263877A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＡｌまたはＡｌ合金をろう付けするために使用する混合粉末およびこの混合粉末を含むろう材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＡｌまたはＡｌ合金製品をろう付けするには、Ｓｉ：６．８〜１３．０重量％を含むＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材が使用されることは知られており、これらＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材を粉末に成形し、このろう材粉末にフラックスを混合したり、バインダ樹脂および溶剤と共に混合してスラリー状にしたものをＡｌまたはＡｌ合金製品の接合個所に塗布して不活性ガス雰囲気下で加熱することによりろう付けすることも行われている。ろう材粉末は複雑形状品などの構造的にろう付けが困難な個所にも容易に適用できる利点を有しているものの、大きな隙間のある接合部（例えば、熱交換器のチューブとヘッダーの接合部など）や大きなフィレットの形成が必要な接合部などでは、ろう付けに必要なろう材量を著しく増す必要があり、そのために、従来はろう材粉末の塗布量を増加することで対処してきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ろう材粉末を一度のコート（フローコート法）で塗布できる塗布量には限界があり、ろう材粉末の塗布量を増加するには重ね塗りが必要となり、塗布回数の増加は高価なろう材粉末の使用量の増加と共にろう付け時間の増加をもたらし、製造コストの増加の原因になっていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、少量でろう付け可能なろう材粉末を開発すべく研究を行なった結果、
（ａ）重量％で、Ｓｉ：１３〜４５％を含み、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末とＳｉ粉末からなる混合粉末であって、この混合粉末に含まれるＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末とＳｉ粉末はＳｉ量が合計で１５〜６０％となるように混合されている混合粉末で構成されたろう付け用混合粉末から得られたろう材粉末は、これを用いてＡｌまたはＡｌ合金をろう付けすると、比較的少量でろう付けすることができる、
（ｂ）前記Ｓｉ粉末の融点は前記Ａｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の融点よりも高いこと、またＳｉ粉末は母材への侵食が著しいため、塗布面全体に均一に塗布する必要があることから、Ｓｉ粉末の粒径はＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の粒径よりも微細にすることが好ましく、したがって、Ａｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径は５〜１００μｍの範囲内にあり、前記Ｓｉ粉末の平均粒径は１〜５０μｍの範囲内にあり、かつＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径はＳｉ粉末の平均粒径よりも相対的に大きい平均粒径を有するようにする必要がある、という研究結果を得たのである。
【０００５】
この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたものであり、
（１）重量％で、Ｓｉ：１３〜４５％を含み、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有するＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末とＳｉ粉末からなる混合粉末で構成されたＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末、
（２）重量％で、Ｓｉ：１３〜４５％を含み、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末とＳｉ粉末からなる混合粉末であって、この混合粉末に含まれるＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末とＳｉ粉末はＳｉ量が合計で１５〜６０％となるように混合されているＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末、
（３）前記Ａｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径は５〜１００μｍの範囲内にあり、前記Ｓｉ粉末の平均粒径は１〜５０μｍの範囲内にあり、かつＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径はＳｉ粉末の平均粒径よりも相対的に大きい平均粒径を有する前記（１）または（２）記載のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末、に特徴を有するものである。
【０００６】
前記（１）、（２）または（３）記載のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末は、フラックスを混合したり、バインダ樹脂および溶剤と共に混合してスラリー状にして使用することができる。したがって、この発明は、
（４）前記（１）、（２）または（３）記載のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末をフラックスと混合してなるＡｌまたはＡｌ合金ろう材、
（５）前記（１）、（２）または（３）記載のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末にバインダ樹脂および溶剤と共に混合してスラリー状にしてなるＡｌまたはＡｌ合金ろう材、に特徴を有するものである。
【０００７】
この発明のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末に含まれるＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末のＳｉ含有量が１３〜４５％の範囲内にあるＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末であると、共晶あるいは過共晶となって母材に対する侵蝕が過度になることなく十分に母材を溶解させるることができる。この発明のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末に含まれるＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末のＳｉ含有量は１５〜４５％の範囲であることが一層好ましく、２０〜３０％の範囲であることがさらに一層好ましい。
【０００８】
この発明のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末は、さらにＳｉ粉末を含むが、Ｓｉ粉末は、前記Ａｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末に対してＳｉの合計量が１５〜６０％となるように混合されることが好ましく、Ｓｉ粉末がＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末に対してＳｉ量の合計で１５％未満含有する混合粉末からなるろう材では母材を溶解させる作用が十分得られず、一方、Ｓｉ量が合計で６０％を越えて含有する混合粉末からなるろう材では母材に対する侵蝕が過度になり、強度低下の原因になって好ましくない。したがって、この発明のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末はＳｉ粉末をＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末に対してＳｉの合計量が１５〜６０％となるように定めた。Ｓｉ粉末は、Ｓｉ量の合計で２０〜４５％の範囲であることが一層好ましく、２５〜３５％の範囲であることがさらに一層好ましい。
【０００９】
この発明のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末に含まれるＳｉ粉末はＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末よりも融点が高いところから、Ｓｉ粉末の粒径をＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の粒径よりも微細にし、ＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末中に均一に分散させると共にＳｉ粉末による局部侵蝕を低減し、母材表面の侵蝕を穏やかにする必要がある。したがって、この発明のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末は、Ａｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径は５〜１００μｍの範囲内にあり、Ｓｉ粉末の平均粒径は１〜５０μｍの範囲内にあり、かつＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径はＳｉ粉末の平均粒径よりも相対的に大きい平均粒径を有することが好ましい。この発明のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末に含まれるＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径は１０〜７０μｍの範囲内にあり、Ｓｉ粉末の平均粒径は１〜３０μｍの範囲内にあり、かつＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径はＳｉ粉末の平均粒径よりも相対的に大きい平均粒径を有することが一層好ましい。さらに一層好ましい範囲は、Ａｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径が１５〜４０μｍの範囲内にあり、Ｓｉ粉末の平均粒径は１〜２０μｍの範囲内にありかつＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径はＳｉ粉末の平均粒径よりも相対的に大きい平均粒径を有することがさらに一層好ましい。
【００１０】
この発明のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末を使用することによりろう材粉末の使用量を減らすことができる理由として、Ａｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末とＳｉ粉末からなる混合粉末は、全体としてＳｉ過剰の過共晶合金粉末となっているので、ろう付け時にＳｉが母材に拡散流入し、母材の融点を低下させて母材の一部を溶融侵蝕し、この溶融侵蝕した母材の一部が塗布された混合粉末と共に流動し、これが接合部の隙間を充填したりフィレットを形成することによるものと考えられる。
【００１１】
この発明のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末はＳｉ粉末を含むため、Ｓｉ粉末がろうとなってフィレットを形成する前に母材深さ方向への侵蝕が著しく、母材厚さが極端に薄いと腐食による貫通孔が発生することがある。したがって、この発明のＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末とＳｉ粉末からなる混合粉末で構成するＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末は、板厚さが０．５ｍｍ以上の比較的厚いＡｌまたはＡｌ合金板のろう付けに特に適している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明のろう付け用混合粉末を実施例により具体的に説明する。
表１および２に示される成分組成をもったＡｌ合金製溶湯をアトマイズして、表１および２に示される平均粒径を有するＡｌ−Ｓｉ二元系合金粉末を作製し、これらＡｌ−Ｓｉ二元系合金粉末に対して表１および２に示される平均粒径を有する純Ｓｉ粉末を表１および２に示される割合に配合し、混合してＳｉ量が合計で表１および２に示される値となる本発明ろう付け用混合粉末（以下、本発明混合粉末という）１〜８および比較ろう付け用混合粉末（以下、比較混合粉末という）１〜５を作製した。さらに、Ａｌ−Ｓｉ二元系合金粉末からなる純Ｓｉ粉末を含まない従来粉末を用意した。これら本発明混合粉末１〜８、比較混合粉末１〜５および従来粉末を１０重量部に対してフラックス：１重量部、バインダー：１重量部の割合で混合し、スラリー状ろう材を作製した。なお、比較混合粉末１〜５は、構成成分のうちのいずれかの成分含有量がこの発明の範囲から外れたものである。
【００１３】
さらに、ＪＩＳＡ３００３からなる縦：３０ｍｍ、横：５０ｍｍ、板厚：１ｍｍの寸法を有する垂直板を用意し、さらに縦：３０ｍｍ、横：６０ｍｍ、板厚：１．５ｍｍの寸法を有する水平板を用意し、図１に示されるように垂直板１と水平板２を一端に直径：２ｍｍのスペーサー３を挟んで逆Ｔ字型に組み立て、垂直板１にスラリー状ろう材を塗布した後、これを不活性ガス雰囲気中、温度：６００℃に５分間保持してろう付けし、図２に示されるろう付け部の充填長さＬが３０ｍｍのフィレット４を有する逆Ｔ字型ろう付け組立体を作製した。
【００１４】
この充填長さＬがいずれも３０ｍｍの逆Ｔ字型ろう付け組立体を作製するために要したろう材の塗布量を測定し、それらの結果を表１および２に示したのち、さらに図２のＡ−Ａ断面である図３に示されるろう付け部のフィレット４の最大侵蝕深さＨを測定し、それらの結果も表１および２に示した。
【００１５】
【表１】

【００１６】
【表２】

【００１７】
【発明の効果】
表１，２に示される結果から、本発明混合粉末１〜８で作製したろう材の塗布量は、従来粉末で作製したろう材の塗布量に比べて格段に少ないことが分かる。さらにＳｉ粉末の含有量がこの発明の範囲よりも多い比較混合粉末１で作製したろう材の最大侵食深さは大きくなり過ぎて好ましくなく、またＳｉ粉末の含有量がこの発明の範囲よりも少ない比較混合粉末２で作製したろう材は塗布量が多くなって好ましくなく、Ａｌ−Ｓｉ二元系合金粉末およびＳｉ粉末の粒径がこの発明の範囲から外れている比較混合粉末３および４は、塗布量が多くなるかまたは最大侵蝕深さが大きくなり過ぎるので好ましくなく、さらにＳｉ粉末の含有量が多量となる比較混合粉末５で構成したろう材は最大侵蝕深さが大きくなり過ぎて好ましくないことが分かる。
【００１８】
上述のように、この発明のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末を含むろう材は、少ないろう材で隙間を充填することができ、ろう付け部品の軽量化をはかることができ、工業上有用な効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】垂直板と水平板を一端にスペーサーを挟んで逆Ｔ字型に組み立てた状態を示す側面図である。
【図２】垂直板と水平板を一端にスペーサーを挟んで逆Ｔ字型に組み立て、ろう付けして得られた逆Ｔ字型ろう付け組立体の側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１垂直板
２水平板
３スペーサー
４フィレット

Claims

重量％で、Ｓｉ：１３〜４５％を含み、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有するＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末とＳｉ粉末からなる混合粉末で構成されたことを特徴とするＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末。
重量％で、Ｓｉ：１３〜４５％を含み、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末とＳｉ粉末からなる混合粉末であって、この混合粉末に含まれるＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末とＳｉ粉末はＳｉ量が合計で１５〜６０％となるように混合されていることを特徴とするＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末。
前記Ａｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径は５〜１００μｍの範囲内にあり、前記Ｓｉ粉末の平均粒径は１〜５０μｍの範囲内にあり、かつＡｌ−Ｓｉ二元系過共晶合金粉末の平均粒径はＳｉ粉末の平均粒径よりも相対的に大きい平均粒径を有することを特徴とする請求項１または２記載のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末。
請求項１、２または３記載のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末にフラックスを混合してなることを特徴とするＡｌまたはＡｌ合金ろう材。
請求項１、２または３記載のＡｌまたはＡｌ合金ろう付け用混合粉末にバインダ樹脂および溶剤と共に混合してスラリー状にしてなることを特徴とするＡｌまたはＡｌ合金ろう材。