JP4569964B2 - ろう付け方法及びろう付け構造物 - Google Patents
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Description
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、接合部材のろう付けに際し、ろう付け部に優れた耐食性が得られるろう付け方法及びろう付け部の耐食性に優れたろう付け構造物を提供することを目的とする。
また、本発明の他のろう付け方法は、鉄鋼材により形成された基板と、前記基板に積層形成され、ろう付けの際に前記基板からFe原子がろう付け部に拡散するのを抑制する拡散抑制層と、前記拡散抑制層に積層形成されたろう材層を備え、前記拡散抑制層が15mass%以上、40mass%以下のCrを本質的成分として含有するNi−Cr合金で形成され、前記ろう材層が10mass%以上、20mass%以下のNiを本質的成分として含有するCu−Ni合金のろう材で形成され、20μm 以上、60μm 以下の厚さとされた第1接合部材を準備する工程と、前記第1接合部材のろう材層が第2接合部材に接するように第1接合部材と第2接合部材とを配置した仮組立体を組み立てる工程と、前記仮組立体を1200℃以上、1250℃以下の範囲内の温度で保持し、保持時間を30min 以上、60min 以下の範囲内として、前記ろう材層を溶融させ、溶融したろう材層に前記拡散抑制層からNi原子及びCr原子を拡散させてろう付け部を形成し、前記Ni原子及びCr原子の拡散により前記ろう付け部のろう材の融点を上昇させることによってろう付け部を自ら凝固させた後、冷却するろう付け工程を有する。
また、ろう材箔あるいはろう材層を形成するろう材を10%以上、20%以下のNiを含有したCu−Ni合金で形成すると共に、拡散抑制層を15%以上、40%以下のCrを含有したNi−Cr合金で形成したので、1200℃以上のろう付け温度で、ろう付け部のNi量及びCr量を容易に高濃度化して自己凝固させることができる。前記ろう付け部は、Niの作用によりろう付け部を形成するCu合金の耐食性が向上すると共に、Crの作用によりろう付け部の表面が高耐食性、高耐酸化性のあるCr酸化膜で覆われる。これらの作用によって、優れた耐食性及び耐酸化性を有するろう付け部が形成される。
また、前記拡散抑制層はCrを30%以上含有するNi−Cr合金で形成することが好ましい。また、前記ろう材の厚さは、30%以上のNi量及び10%以上のCr量を有するろう付け部が容易に形成されるように、20μm 程度以上、60μm 程度以下にすることが好ましい。ろう材の厚さをそのような厚さの範囲に形成した場合、ろう付け温度を1200℃程度以上、1250℃程度以下、保持時間を30min 程度以上、60min 程度以下とすることができ、高い生産性が得られる。
このろう付け構造物によれば、第1接合部材と第2接合部材との間を腐食性流体の流路とすることができ、両端部のろう付け部が耐食性に優れるので、ろう付け部が腐食され難く、腐食性流体が外部へ流出し難い、安価で耐久性に優れた熱交換器などの流路構造を提供することができる。また、前記第1、第2接合部材の基板をステンレス鋼で形成することにより、ろう付け構造物の耐久性をより向上させることができる。
図1は本発明のろう付け構造物の実施形態にかかる熱交換器ユニット101を示しており、このユニットは排気ガス等の高温ガスを流す高温ガスユニットや冷却水を流す冷却ユニットとして用いられる。前記高温ガスユニットと冷却ユニットとは積層されて熱交換器の流路構造を構成する。
また、前記ろう材層14の厚さ、すなわち前記第1接合部材1と第2接合部材2とのろう付けに際し、端部5,5の重ね合わせ部でのろう材の厚さは、20μm 程度以上、60μm 程度以下とすることが好ましい。20μm 程度未満ではろう材が過少であり、局部的にろう材が不足するおそれがある。一方、60μm 程度を超えるとろう材が過多となり、無駄となるだけでなく、後述するようにろう付け温度を1200℃程度以上、1250℃程度以下、保持時間を30min 程度以上、60min 程度以下とする場合、拡散抑制層13からのNi原子、Cr原子がろう付け部の全体に均一に拡散し難くなり、ろう付け部に低Ni領域、低Cr領域が生じ、耐食性が低下するおそれがある。
第1接合部材1と第2接合部材2の各端部5の拡散抑制層13に挟持されたろう材層(ろう材)14は、1200℃程度以上の温度Tに加熱すると溶融し、同温度での保持により拡散抑制層13からNi原子、Cr原子が溶融したろう材に拡散してろう付け部6(図2参照)を形成する。ろう付け部6においては、Ni原子、Cr原子の拡散によりこれらの元素の濃度が上昇し、融点が上昇すると共に液相から連続的にCu−Ni固相が晶出する。そして、液相が無くなった時点で自己凝固し、自己凝固後のt1にて冷却する。このような加熱冷却方法を採ることで、自己凝固により連続的に晶出した固相はお互いに成分同士が拡散して均一化する。このため、デンドライトが晶出せず、凝固偏析のない、均一成分、均一組織のろう付け部6が形成される。なお、1200℃程度以上の温度で保持しても、固液共存状態にある時点t2から冷却すると、液相からデンドライトが晶出し、Cuリッチ部が生成して不均一な成分、組織となり、耐食性が劣化する。なお、図4はCu−Ni二元系部分状態図を示しているが、Niが30%程度以上含まれるような場合、10%程度以上、20%程度以下のCrもNi−Cuの固相に容易に固溶する。
次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。
このようにして製作されたクラッド材を基板22に接合された拡散抑制層23が外側になるようにL字形に折り曲げてL形部材を製作した。次に、図5に示すように、一対のL字形部材21,21の一辺を、それらの拡散抑制層23,23の間に表1に示す種々のNi量を含有し、残部CuのNi−Cu合金の箔状ろう材24を介して重ね合わせた仮組立体を組み立て、これを真空中にてろう付け温度に加熱、保持してろう付けした。ろう材24のNi量および厚さ、拡散抑制層23のCr量および厚さ、ろう付け条件を表1にまとめて示す。
・模擬排ガス凝縮液の組成(pH2.0)
Cl-:20ppm 、NO3 -:80ppm 、SO4 2-:400ppm
CH3COO-:1300ppm 、NH4 +:300ppm 、HCOO-:500ppm
Claims (10)
- 第1接合部材に第2接合部材をろう材の溶融凝固によって形成されたろう付け部を介してろう付けするろう付け方法であって、
鉄鋼材により形成された基板と、前記基板に積層形成され、ろう付けの際に前記基板からFe原子がろう付け部に拡散するのを抑制する拡散抑制層を備え、前記拡散抑制層が15mass%以上、40mass%以下のCrを本質的成分として含有するNi−Cr合金で形成された第1接合部材、並びに10mass%以上、20mass%以下のNiを本質的成分として含有するCu−Ni合金で形成され、20μm 以上、60μm 以下の厚さとされたろう材箔を準備する工程と、
前記第1接合部材の拡散抑制層と第2接合部材との間に前記ろう材箔を配置した仮組立体を組み立てる工程と、
前記仮組立体を1200℃以上、1250℃以下の範囲内の温度で保持し、保持時間を30min 以上、60min 以下の範囲内として、前記ろう材箔を溶融させ、溶融したろう材箔に前記拡散抑制層からNi原子及びCr原子を拡散させてろう付け部を形成し、前記Ni原子及びCr原子の拡散により前記ろう付け部のろう材の融点を上昇させることによってろう付け部を自ら凝固させた後、冷却するろう付け工程を有する、ろう付け方法。 - 第1接合部材に第2接合部材をろう材の溶融凝固によって形成されたろう付け部を介してろう付けするろう付け方法であって、
鉄鋼材により形成された基板と、前記基板に積層形成され、ろう付けの際に前記基板からFe原子がろう付け部に拡散するのを抑制する拡散抑制層と、前記拡散抑制層に積層形成されたろう材層を備え、前記拡散抑制層が15mass%以上、40mass%以下のCrを本質的成分として含有するNi−Cr合金で形成され、前記ろう材層が10mass%以上、20mass%以下のNiを本質的成分として含有するCu−Ni合金のろう材で形成され、20μm 以上、60μm 以下の厚さとされた第1接合部材を準備する工程と、
前記第1接合部材のろう材層が第2接合部材に接するように第1接合部材と第2接合部材とを配置した仮組立体を組み立てる工程と、
前記仮組立体を1200℃以上、1250℃以下の範囲内の温度で保持し、保持時間を30min 以上、60min 以下の範囲内として、前記ろう材層を溶融させ、溶融したろう材層に前記拡散抑制層からNi原子及びCr原子を拡散させてろう付け部を形成し、前記Ni原子及びCr原子の拡散により前記ろう付け部のろう材の融点を上昇させることによってろう付け部を自ら凝固させた後、冷却するろう付け工程を有する、ろう付け方法。 - 前記第2接合部材は、鉄鋼材により形成された基板と、前記基板に積層形成され、ろう付けの際に前記基板からFe原子がろう付け部に拡散するのを抑制する拡散抑制層を備え、前記拡散抑制層が15mass%以上、40mass%以下のCrを本質的成分として含有するNi−Cr合金で形成された請求項1又は2に記載したろう付け方法。
- 前記第1接合部材及び第2接合部材のそれぞれの基板がステンレス鋼で形成された請求項3に記載したろう付け方法。
- 前記拡散抑制層を形成するNi−Cr合金のCr量が30mass%以上である請求項1から4のいずれか1項に記載したろう付け方法。
- 第1接合部材と第2接合部材とが10mass%以上、20mass%以下のNiを本質的成分として含有したCu−Ni合金のろう材の溶融凝固によって形成されたろう付け部を介してろう付けされたろう付け構造物であって、
前記第1接合部材は、鉄鋼材により形成された基板と、前記基板に積層形成された拡散抑制層を備え、前記拡散抑制層はろう付けの際に前記基板からFe原子が当該拡散抑制層の上に形成されたろう付け部に拡散するのを抑制するものであり、15mass%以上、40mass%以下のCrを本質的成分として含有するNi−Cr合金で形成され、
前記ろう付け部は、30mass%以上のNi、10mass%以上のCrを含有し、かつ凝固偏析を有しないCu−Ni−Cr合金で形成された、ろう付け構造物。 - 前記第2接合部材は、鉄鋼材により形成された基板と、前記基板に積層形成され、ろう付けの際に前記基板からFe原子がろう付け部に拡散するのを抑制する拡散抑制層を備え、前記拡散抑制層が15mass%以上、40mass%以下のCrを本質的成分として含有するNi−Cr合金で形成された請求項6に記載したろう付け構造物。
- 前記第1接合部材及び第2接合部材のそれぞれの基板がステンレス鋼で形成された請求項7に記載したろう付け構造物。
- 前記第1接合部及び第2接合部は、それぞれ平坦状の中央部とその縁端に曲げ形成された端部とを有し、前記第1接合部と第2接合部とが対向して配置され、前記第1接合部の端部と前記第2接合部の端部とが前記ろう付け部を介してろう付けされた請求項8に記載したろう付け構造物。
- 前記ろう付け部を形成するCu−Ni−Cr合金のNi量が35mass%以上である請求項6から9のいずれか1項に記載したろう付け構造物。
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