JP4347489B2

JP4347489B2 - アルミニウムろう付用ペースト状組成物、その塗膜、およびろう付方法

Info

Publication number: JP4347489B2
Application number: JP2000039921A
Authority: JP
Inventors: 隆和辻; 晴三加藤; 賢松村; 健菊地
Original assignee: TOYO ALMINIUM KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: TOYO ALMINIUM KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: JP2001293593A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム部材同士をろう付接合する際のろう付用金属粉末（ろう材粉末ともいう）を含有するペースト状組成物に関する。尚、本明細書においては、アルミニウムとは、断わりのない限り純アルミニウムおよびアルミニウム合金を含む。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
従来アルミニウムのろう付には、ブレージングシートが多用されており、これは例えば、３００３合金（以下４ケタの番号・記号はＪＩＳで定められているものである）や３Ｎ０３合金等の心材の片面あるいは両面に４３４３合金や４０４５合金等のろう材をクラッドさせたものが用いられている。これらはろう付する部分以外にもクラッドされたろう材が使われていることになるため、最終製品のコストが高くなる。また、製造上厚みの制限があり、６０μｍ程度のクラッド材が限度であり、これより薄いクラッド材の製造は、工業上極めて困難であり、出来たとしても皮材の厚みが不均一となり、安定した品質や性能は得られない。
【０００３】
また、従来ブレージングシートのろう付にはフラックスが必要で、ろう付の直前にろう付部に塗布するタイプのものがあるが、その組成上完全な乾燥が困難なものが多く、乾燥できたとしても容易にフラックスが剥離、脱落するためろう付前の長時間の保存や運搬、および加工・組立等が不可能であった。また、加えてフラックス等が粉塵となり作業環境・衛生面ですこぶる好ましいものではなかった。さらに、フラックスと特開平６−２８５６８２等で開示されている樹脂とでは、ろう付の際に反応が起こり、ろう付部が黒変化する等意匠的に製品価値がすこぶる低いものであった。
【０００４】
近年においてはブレージングシートを使用せず、アルミニウム−けい素系のろう材粉末とフラックスを混合したものをアルミニウム部材のろう付部に塗布してろう付する方法も報告されているが、コストの面以外では上記の問題点は解決されていなかった。また、従前のろう材粉末を使用した場合、ろう付後の製品の寸法精度が悪い上、エロージョン（表面粗度の悪化）が生じるという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意創意工夫を重ねた結果、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、次の組成物、塗膜および方法よりなる。
【０００６】
１．ａ）ろう付用金属粉末１０重量％〜７０重量％
ｂ）弗化物系フラックス２重量％〜５０重量％
ｃ）アルキッド樹脂，アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物，アルキッド樹脂と石油樹脂の混合物，アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物，アクリル樹脂とブチルゴムの混合物，アクリル樹脂と石油樹脂の混合物，アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物，の群から選ばれる少なくとも１つのバインダー１重量％〜１５重量％
を含み残部実質的に有機溶剤からなる（ただし、合計量は１００重量％を超えない）アルミニウムろう付用ペースト状組成物。
２．ろう付用金属粉末が純アルミニウム粉末とけい素粉末の混合粉である前記１記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。
３．ろう付用金属粉末が純アルミニウム粉末とけい素粉末と亜鉛粉末の混合粉である前記１記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。
４．カップリング剤を含有する前記１記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。
５．前記１〜４記載のペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも１部以上に塗布後乾燥して得られる塗膜。
６．前記１〜４記載のペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも１部以上に塗布後乾燥したアルミニウム部材。
７．ａ）ろう付用金属粉末１０重量％〜７０重量％
ｂ）弗化物系フラックス２重量％〜５０重量％
ｃ）アルキッド樹脂，アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物，アルキッド樹脂と石油樹脂の混合物，アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物，アクリル樹脂とブチルゴムの混合物，アクリル樹脂と石油樹脂の混合物，アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物，の群から選ばれる少なくとも１つのバインダー１重量％〜１５重量％を含み残部実質的に有機溶剤からなる（ただし、合計量は１００重量％を超えない）アルミニウムろう付用ペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも１部以上に塗布、乾燥後、他のアルミニウム部材とろう付を行うことを特徴とするアルミニウム部材のろう付方法。
【０００７】
以下、さらに本発明の実施の形態を詳述する。
【０００８】
本発明に使用する弗化物系フラックスは、ＡｌＦ₃−ＫＦ、ＫＡｌＦ₄−Ｋ₃ＡｌＦ₆、Ｋ₃ＡｌＦ₆およびＫＡｌＦ₄等の弗化物系フラックスが例示されるが、Ｋ₃ＡｌＦ₆とＫＡｌＦ₄を主成分とする市販品の「ノコロック（商品名）」（アルキャン社製）が特に好適である。上記フラックスのペースト状組成物への配合量は２〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％程度である。フラックスの配合量が２重量％未満の場合には、十分なフラックス作用が得がたく、５０重量％を超えても過剰であり、コストアップとなる。
【０００９】
ペースト状組成物中で、バインダーの作用を担う樹脂／ゴムとしては、アルキッド樹脂，アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物，アルキッド樹脂と石油樹脂の混合物，アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物，アクリル樹脂とブチルゴムの混合物，アクリル樹脂と石油樹脂の混合物，アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物，の群から選ばれる少なくとも１つのバインダーが使用できる。ブチルゴムは、イソブチレンとイソプレンの共重合体であるブチルゴムで、分子量２５万〜５５万のものが好ましい。石油樹脂は、Ｃ5系石油樹脂、Ｃ9系石油樹脂およびＣ5Ｃ9共重合石油樹脂の１種以上が使用でき、好ましい分子量は６００〜２０００程度である。アクリル樹脂は、分子量１００〜１００００００のものが好適である。該バインダーの配合量は１重量％〜１５重量％が適当で、より好ましくは２重量％〜１０重量％である。１重量％未満では、フラックス組成物の粘度が低く、アルミニウム部材に塗布した際にダレが生じ、アルミニウム部材との密着性が悪くなるので好ましくない。一方１５重量％を超えても過剰で、コストアップになる恐れがある。
【００１０】
本発明で用いる有機溶剤は、上記バインダーが可溶であれば、特に限定されず、トルエン、ヘキサン、オクタン、シクロヘキサン等を単独、あるいは２種以上を混合して用いることができる。有機溶剤の配合量は、ペースト状組成物の粘度等を調整するために適宜加えればよいが、具体的には０．１〜８７重量％好ましくは５〜７０重量％の範囲内で調整すればよい。
【００１１】
本発明で用いるろう付用金属粉末は、アルミニウムを主体とする粉末を使用する事が出来る。例えば、純アルミニウム粉とけい素粉末の混合粉、純アルミニウム粉とけい素粉末と亜鉛粉末の混合粉末等が使用できる。これらの粉末は主に、アトマイズ法・粉砕法・回転円盤法・キャビテーション法・メルトスピニング法等あるいはこれらの組合せによって得ることができる。もちろんこれらの粉末は市販品をそのまま使用することもできる。金属粉末の形状は球状、偏平状、板状、涙滴状、針状、回転楕円体状、不定形状等のいずれであっても差し支えない。純アルミニウム粉末はアルゴンガスあるいは窒素ガスアトマイズによって得られる粉末が好ましく使用できる。純アルミニウム粉末に含まれる酸素量は、粒度や形状にもよるが、１．５重量％以下が好ましく、これを超える場合には、酸化皮膜が強固となり、十分に溶融しなかったり、流動性が低下する恐れがある。純アルミニウム粉末の大きさは平均粒径（以下、レーザー回折式粒度分布測定法による）で１μｍ以上１０μｍ未満の範囲内が好ましく、平均粒径１μｍ未満の粉末は、酸素含有量が多くなる可能性が高い上、組成物中で凝集しやすく、またコストが高いものであるので好ましくない。一方１０μｍ以上の場合には、塗布後の塗膜厚みが必要以上に厚くなりろう付後の製品の寸法精度が悪くなったり、組成物中での均一性が損なわれる恐れがある。
【００１２】
ろう付用金属粉末に含まれるけい素の量は５〜８５重量％（金属成分１００重量％に対し）の範囲内が適当で、アルミニウムとけい素それぞれ単体の状態（混合粉）であることが好ましい。これはその範囲内の組成でアルミニウムと合金化されるときに、融点が低く、溶融状態での流動性が良好なことによる。特に共晶点以上（平衡状態図ではけい素約１２重量％）の場合は、アルミニウム部材と合金化することにより、ろう付温度で溶融してより流動化が増長される。アルミニウムとけい素それぞれ単体の状態（混合粉）で使用する場合には、特に純度９９．０重量％以上、望ましくは９９．７重量％以上の純アルミニウム粉と純度９０．０重量％以上、望ましくは９７．０重量％以上のけい素粉を使用すればよい。これらの純度未満の粉末では、不純物である鉄の含有量が多くなり、ろう付後の耐食性が低下するので好ましくない。けい素粉末の平均粒径は、０．１以上１０μｍ未満が好ましく、平均粒径が０．１μｍ未満の粉末は、酸素量が多くなる上、組成物中で凝集しやすいので好ましくない。一方１０μｍ以上では、組成物中での均一性が損なわれる恐れや、ろう付したアルミニウム部材にエロージョンが発生する場合があるため好ましくない。
【００１３】
純アルミニウム粉末とけい素粉末の混合粉末にさらに、犠牲防食効果を得るために亜鉛粉末を３〜６０重量％（金属成分１００重量％に対し）、好ましくは１０〜５０重量％添加することも可能である。亜鉛粉末の平均粒径は、０．１以上１０μｍ未満が好ましく、平均粒径０．１μｍ未満の粉末は、酸素量が多くなる上、組成物中で凝集しやすいので好ましくない。一方１０μｍ以上では、塗布後の塗膜厚みが必要以上に厚くなりろう付後の製品の寸法精度が悪くなったり、組成物中での均一性が損なわれる恐れがあるため好ましくない。亜鉛粉末単体を用いる場合は、純度９０．０重量％以上、望ましくは９７．０重量％以上の亜鉛粉末を使用すればよい。純度９０重量％未満の粉末では、不純物であるＰｂ（鉛）の含有量が多くなり、ろう付後の耐食性が低下するので好ましくない。
【００１４】
また、その他の適当な添加元素を添加しても差し支えなく、必要に応じてＣｕ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｂａ等の１種以上を約５重量％以下（金属成分１００％に対し）添加することも可能である。これらの添加元素は合金の状態、単体の粉末の状態のいずれであってもよい。
【００１５】
本発明に用いるペースト状組成物には、公知の添加物を添加しても差し支えなく、例えば、酸化防止剤、腐食抑制剤、消泡剤、増粘剤、可塑剤、分散剤、タックファイヤー、カップリング剤等を必要に応じて添加できる。特にカップリング剤は、塗膜の付着性を向上させるために有効であり、０．００１〜１．０重量％程度の添加が有効である。中でもチタネート系カップリング剤は、特に有効である。本発明に係るろう付用ペースト状組成物へのろう付用金属粉末の配合量は、組成物全体を１００重量％としたとき、ろう付用金属粉末（金属成分の合計）が１０重量％〜７０重量％、好ましくは１５重量％〜４５重量％とすればよい。ろう付用金属粉末が１０重量％未満では、ろう材としての性能に乏しくなり、良好なフィレットが形成できない恐れがある。一方、７０重量％を超えても過剰で、必要となるフラックスやバインダーの量が多くなりコストアップにつながる。
【００１６】
本発明のペースト状組成物は、アルミニウム部材の表面の少なくとも一部以上、すなわちろう付しようとする部分に必要量塗布して使用することができ、乾燥後の平均膜厚は好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは１〜５０μｍ、さらに好ましくは１μｍ以上１０μｍ未満である。平均膜厚が１μｍ未満でもろう付は可能ではあるが、ろう付強度が不足する恐れがある。一方１００μｍを超えても過剰で、コストアップになる恐れがある。しかしながら、穴を塞ぐためや隙間を埋めるために本発明のペースト状組成物を使用する場合は、厚み１００μｍに限定されることはなく、これを超えても使用することができる。
【００１７】
塗布の方法は、公知の方法が採用でき、はけ塗り、スプレー塗装、ロールコーター、バーコーター、ドクターブレード等で塗布することができる。これらの方法以外にも単にペースト状組成物にアルミニウム部材を浸漬する等の方法でもよい。
【００１８】
ペースト状組成物の塗布後の乾燥は、通常室温乾燥、必要に応じて３０〜１５０℃程度の温度で乾燥させればよい。ろう付の方法は、特に限定されず、公知の方法が採用できるが、炉中ろう付による方法が特に好ましい。炉中ろう付によれば、人手をかけずに一度に大量にろう付でき、工業生産に適している。ろう付の温度は組成にもよるが、通常４５０℃〜６３０℃程度である。雰囲気については、真空、Ａｒ、窒素等の非酸化性雰囲気が好ましい。ろう付雰囲気中の酸素濃度については２００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下が望ましく、２００ｐｐｍを超える場合にはフラックス作用の低下、前記合金粉末の酸化等のためろう付不良が発生する恐れがある。
【００１９】
本発明のペースト状組成物は、ろう付可能なアルミニウム部材に適用することができ、例えばヒーターコア、エバポレータ、コンデンサ等の熱交換器を構成するフィン・ピン・パイプ・チューブ・プレート等のろう付接合に使用することができる。また、熱交換器に限定されることはなく、各種機械部品、車両部品、構造部品、スポーツ用品、ＯＡ機器、日用品等に適用可能である。
【００２０】
【効果】
１．本発明のペースト状組成物は、アルミニウム部材への密着性が良好で、乾燥後の塗膜は容易に剥離・脱落が起こらないので、該ペースト状組成物の塗布後に容易に塗布物の取扱を行うことが出来る。さらに、ブチルゴム配合系の該ペースト状組成物を使用する場合には、塗布後により容易に塗布物の塑性加工を行うことが出来る。
２．本発明のペースト状組成物に用いる特定のバインダーは、ろう付を行う際の昇温中に熱分解するため、ろう付後のろう付部（フィレット）の外観が良好であり、黒変化や白色残さを生じない。
３．本発明のペースト状組成物は、適切な有機溶剤の選定により室温でも乾燥させることができ、余分なコストがかからず、乾燥後も良好な塗膜状態であるので、粉塵等が発生せず、作業環境が良好である。
４．本発明のペースト状組成物は、溶剤の配合量等により適度な粘度に調整できるので、複雑形状の部品や凹凸屈曲等のある部材へも塗布可能である。
５．本発明のろう付方法は、特別な装置や機器が不要であるので、既存の設備で実施可能である。
６．本発明のペースト状組成物を用いることにより、極めて薄いろう付用塗膜を作製することができ、ろう付後の製品の寸法精度が向上する。
【００２１】
【実施例および比較例】
表１および表２の配合にて混合し、ペースト状組成物を作製した。作製したペースト状組成物を刷毛で、３００３アルミニウム板（６０×５０×２ｍｍ）の片面に（乾燥後平均膜厚は実施例９μｍ、比較例は２０μｍ）塗布後、希釈用有機溶剤（トルエン）を完全に蒸発させるために、１０５℃×５分加熱した。得られた塗板を下記の評価に供した。
【００２２】

【００２３】

【００２４】
上記で作製した各塗板を加熱あるいはろう付を行い次の評価を行った。
・臭気：下記ろう付加熱時に炉から出てくるガスの臭いをかいで評価した。
Ａ→ほとんど臭わない、気にならない。
Ｂ→臭いが認識できるが、作業には影響しない。
Ｃ→異様な臭気があり、やや気になる。
Ｄ→不快臭であり、作業しにくい。
Ｅ→悪臭で、作業できない。
【００２５】
・フィレット形成（外観）：上記で作製した塗板の塗布面中央に３００３アルミニウム板を垂直に立て、ステンレスワイヤーで仮留めした後、窒素ガス雰囲気（窒素ガスフロー４Ｎｍ^３／ｈ、炉内酸素濃度５０ｐｐｍ）の炉にて６００℃で３分間保持してろう付を行った。冷却した後、炉から取り出しろう付部のフィレットの形成状況を目視にて観察を行った。
【００２６】
Ａ→フィレットの形成具合良好（ろう付部周辺に均一にフィレットが形成されている。）
Ｂ→フィレットは形成されているが、やや不均一である。
Ｃ→フィレットは形成されているが、かなり不均一である。
Ｄ→フィレットが十分に形成されておらず、切れがある。
Ｅ→ろう付できていない。
【００２７】
以上の結果より、本発明のペースト状組成物を使用したろう付は、上記すべての評価にほぼ満足するものである。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【図面の簡単な説明】
【図１】実施例におけるペースト状組成物５のろう付部付近の断面を示す写真（×１００）である。
【図２】比較例におけるペースト状組成物２のろう付部付近の断面を示す写真（×１００）である。
【図３】実施例で使用した金属けい素粉末の粒度分布と平均粒径を示す図である。
【図４】比較例で使用した金属けい素粉末の粒度分布と平均粒径を示す図である。

Claims

ａ）ろう付用金属粉末１０重量％〜７０重量％
ｂ）弗化物系フラックス２重量％〜５０重量％
ｃ）アルキッド樹脂，アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物，アルキッド樹脂と石油樹脂の混合物，アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物，アクリル樹脂とブチルゴムの混合物，アクリル樹脂と石油樹脂の混合物，アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物，の群から選ばれる少なくとも１つのバインダー１重量％〜１５重量％
を含み残部実質的に有機溶剤からなる（ただし、合計量は１００重量％を超えない）アルミニウムろう付用ペースト状組成物であり、ろう付用金属粉末が平均粒径１μｍ以上１０μｍ未満の純アルミニウム粉末と平均粒径０．１μｍ以上１０μｍ未満のけい素粉末の混合粉である、前記アルミニウムろう付用ペースト状組成物。
ろう付用金属粉末が平均粒径０．１μｍ以上１０μｍ未満の亜鉛粉末を更に含有する請求項1記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。
カップリング剤を含有する請求項1記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。
請求項１〜３記載のペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも１部以上に塗布後乾燥して得られる塗膜。
請求項１〜３記載のペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも１部以上に塗布後乾燥したアルミニウム部材。
請求項１〜３記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも１部以上に塗布、乾燥後、他のアルミニウム部材とろう付を行うことを特徴とするアルミニウム部材のろう付方法。