JP5041619B2

JP5041619B2 - アルミニウムろう付用フラックス組成物、その塗膜、及びろう付方法

Info

Publication number: JP5041619B2
Application number: JP2000039922A
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: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: JP2001226540A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム材をろう付接合する際に使用するフラックス組成物に関する。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】
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。これらをろう付する際には、ろう付部にフラックスを塗布する必要があり、従来フラックスを水に混合させた懸濁液をスプレー等で塗布・乾燥後にろう付作業（工程）を行うのが通常であった。しかしながらスプレーでの塗布では、必要箇所以外にもフラックスが飛び散り、作業環境・衛生面ですこぶる好ましいものではなかった。また、水を使用した場合には、完全に乾燥させた状態では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。一方完全に乾燥していない状態でろう付を行った場合には、ろう付雰囲気中の水分量が多くなり、ろう付性を低下させたり、ろう付部の欠陥の原因になる恐れがあった。さらには、水を媒体とした場合ブレージングシートとの密着性が低く、容易に塗りムラが生じ、フラックスの多く付着している部分は、過剰のフラックスが灰色あるいは白色のシミを形成する恐れがあり、他方フラックスの少ない部分では、ろう付性が低下する恐れがあった。
【０００３】
これらの問題点を解決すべく、特開平６−２８５６８２等に開示されているように水溶性の樹脂をバインダーとして添加する方法もあるが、ろう付の際にバインダーとフラックス間で反応が起こり、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。また、これらの水溶性の樹脂を使用しても、十分な成膜性はなく、容易に剥離・脱落するためフラックス塗布後の加工・組立等が実質的に不可能であった。従来の溶剤系の樹脂を使用した場合では、乾燥させても、乾燥させなくてもろう付部が変色したり、欠陥の発生する恐れがあり工業生産に適していなかった。
【０００４】
【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、塗膜およびろう付方法よりなる。
【０００５】
１．ａ）弗化物系フラックス：１０重量％〜５０重量％
ｂ）ポリエチレン樹脂、ブチルゴムとポリエチレン樹脂の混合物、石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物、ブチルゴムと石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物の群から選ばれる１種のバインダー：０．１重量％〜１０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％）アルミニウムろう付用フラックス組成物。
【０００６】
２．弗化物系フラックスがＡｌＦ_３−ＫＦ，ＫＡｌＦ_４−Ｋ_３ＡｌＦ_６，Ｋ_３ＡｌＦ_６及びＫＡｌＦ_４から選ばれる少なくとも１種以上である前記1記載のアルミニウムろう付用フラックス組成物。
【０００７】
３．前記１〜２記載のフラックス組成物をアルミニウム製ブレージングシート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。
【０００８】
４．前記１〜２記載のフラックス組成物をアルミニウム製ブレージングシートの表面の少なくとも１部以上に塗布して得られる未乾燥塗膜。
【０００９】
５．前記３〜４記載の塗膜を表面の少なくとも１部以上に有するアルミニウム製ブレージングシート。
【００１０】
６．ａ）弗化物系フラックス１０重量％〜５０重量％
ｂ）ポリエチレン樹脂、ブチルゴムとポリエチレン樹脂の混合物、石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物、ブチルゴムと石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物の群から選ばれる１種のバインダー：０．１重量％〜１０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％）アルミニウムろう付用フラックス組成物をアルミニウム製ブレージングシートの表面の少なくとも１部以上に塗布、乾燥後、他のアルミニウム材とろう付を行うことを特徴とするアルミニウム材のろう付方法。
【００１１】
７．ろう付を密閉状態または開放状態で行う上記６記載のろう付方法。
【００１２】
８．ａ）弗化物系フラックス１０重量％〜５０重量％
ｂ）ポリエチレン樹脂、ブチルゴムとポリエチレン樹脂の混合物、石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物、ブチルゴムと石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物、ブチルゴム、石油樹脂、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種のバインダー：０．１重量％〜１０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％）アルミニウムろう付用フラックス組成物をアルミニウム製ブレージングシートの表面の少なくとも１部以上に塗布後未乾燥で、他のアルミニウム材とろう付を行うことを特徴とするアルミニウム材のろう付方法。
【００１３】
９．ろう付を密閉状態または開放状態で行う上記８記載のろう付方法。
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を記述する。
【００１５】
本発明に使用する弗化物系フラックスは、ＡｌＦ_３−ＫＦ、ＫＡｌＦ_４−Ｋ_３ＡｌＦ_６、Ｋ_３ＡｌＦ_６およびＫＡｌＦ_４等の弗化物系フラックス等が例示されるが、Ｋ_３ＡｌＦ_６とＫＡｌＦ_４の混合物である市販品の「ノコロック（商品名）」（アルキャン社製）が特に好適である。弗化物系フラックスの量は組成物全体を１００重量％としたとき、１０〜５０重量％が適当で、好ましくは２０〜４０重量％とするのがよい。１０重量％未満の場合には、フラックスの作用が乏しくなる恐れがあり、５０重量％を超えても過剰となり、コストアップとなる。
【００１６】
フラックス組成物中のバインダーとしては、ポリエチレン樹脂、ブチルゴムとポリエチレン樹脂の混合物、石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物、ブチルゴムと石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物の群から選ばれる１種のバインダーが用いられる。また、塗膜を乾燥させる必要がない場合は、さらにブチルゴム、石油樹脂、ブチルゴムと石油樹脂の混合物等をバインダーとして用いることもできる。バインダーの配合量は組成物全体を１００重量％としたとき、０．１重量％〜１０重量％が適当で、より好ましくは０．５重量％〜５重量％である。０．１重量％未満では、フラックス組成物の粘度が低く、アルミニウム材に塗布した際にダレが生じ、アルミニウム材との密着性が悪くなるので好ましくない。一方１０重量％を超えても過剰で、コストアップになる恐れがある。ここでブチルゴムは、イソブチレンとイソプレンの共重合体である分子量２５万〜５５万のものが好ましい。石油樹脂としては、Ｃ_５系石油樹脂、Ｃ_９系石油樹脂およびＣ_５Ｃ_９共重合石油樹脂の１種以上が使用でき、特に好ましくはＣ_５Ｃ_９共重合石油樹脂を使用するのが好ましい。またこれらの石油樹脂の好ましい分子量は６００〜２０００程度である。
【００１７】
本発明で用いる有機溶剤は、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、エチレングリコールモノヘキシルエーテル等を単独、あるいは２種以上を混合して用いることができる。有機溶剤の量は残部とすればよく、要求される粘度に調整するにはバインダーの量を前記範囲内で調整すればよい。
【００１８】
本発明に用いるフラックス組成物には、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、タックファイヤー等を必要に応じて添加できる。
【００１９】
本発明のフラックス組成物は、アルミニウム材（好ましくはアルミニウム製ブレージングシート）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０．５〜５０μｍ、より好ましくは１．５〜２０μｍである。平均膜厚が０．５μｍ未満の場合は、フラックス不足によって十分なろう付性が望められず、５０μｍを超えると過剰で、フラックス残分による外観不良、およびコストアップになる恐れがある。乾燥させない場合の塗布量は、１〜３００ｇ／ｍ^２が適当で、好ましくは３〜１００ｇ／ｍ^２がよい。１ｇ／ｍ^２未満では、塗布量が不足で、十分なフラックス作用が得られない恐れがあり、３００ｇ／ｍ^２を超えても過剰でろう付後のフィレットの外観が損なわれる恐れがある。
【００２０】
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フラックス組成物にアルミニウム製ブレージングシート等を浸漬する等の方法でもよい。
【００２１】
フラックス組成物の塗布後の乾燥は必ずしも必要ではないが、通常室温乾燥、必要に応じて３０〜１５０℃程度の温度で乾燥させてもよい。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好ましい。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のためろう付け不良が発生する恐れがある。
【００２２】
本発明のフラックス組成物は、ろう付可能なアルミニウム材およびアルミニウム製ブレージングシート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、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。
【００２３】
【効果】
１．本発明のフラックス組成物は、アルミニウム製ブレージングシート等のアルミニウム材への密着性が良好で、乾燥前あるいは乾燥後の塗膜は容易に剥離・脱落が起こらない。従って該ペースト組成物の塗布後に加工や切断作業を容易に行うことができる。
【００２４】
２．本発明のフラックス組成物に用いるブチルゴム、石油樹脂、ポリエチレン樹脂は、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。
【００２５】
３．本発明のフラックス組成物は、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。
【００２６】
４．本発明のフラックス組成物は、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。
【００２７】
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。
【００２８】
６．本発明のフラックス組成物は、必ずしも乾燥させる必要がない工程を選択することができ、塗布後未乾燥のままでろう付しても、ろう付部が黒変する等の問題もなくろう付する事が出来る。
【００２９】
７．本発明のフラックス組成物を用いることにより、開放状態および密閉状態のいずれでも、また、その塗膜の乾燥・未乾燥にかかわらず良好なろう付けを実施することができる。
【００３０】
【実施例】
表１および表２の配合にて混合し、フラックス組成物を作製した。作製したフラックス組成物を刷毛で４０４５／３００３／４０４５ブレージングシート（６０×５０×２ｍｍ）の片面に（乾燥後平均膜厚５μｍ、乾燥させないものは約５ｇ／ｍ^２）塗布後、乾燥塗膜を得る場合には希釈用有機溶剤（トルエンまたはエチレングリコールモノヘキシルエーテル）を完全に蒸発させるために、１０５℃５分間加熱した。ただし、未乾燥塗膜の場合は塗布のみで乾燥しなかった。得られた塗板を下記の評価に供した。
【００３１】

【００３２】
折曲性：○→直径１０ｍｍの丸棒で塗板を１８０°折り曲げて塗膜のはく離や亀裂なし
△→直径１０ｍｍの丸棒で塗板を１８０°折り曲げて塗膜の亀裂はあるが、剥離なし
×→直径１０ｍｍの丸棒で塗板を１８０°折り曲げて塗膜の亀裂および剥離あり
【００３３】
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。
・ろう付後の残炭状態の評価
塗板をそのまま（開放状態：Ｏｐｅｎ）、あるいはアルミニウム箔で包み（密閉状態：Ｃｌｏｓｅ）窒素ガス雰囲気炉（窒素ガスフロー４ｍ^３／ｈｒ）中にて塗板の実体温度が５９０℃に達してから２分間経過後、炉から取り出しろう付部表面を目視にて評価した。
Ａ：全く黒変化していない。
Ｂ：若干黒変化しているが気にならない。
Ｃ：黒変部が全体の半分未満あり、非常に気になる。
Ｄ：黒変部が半分以上あり、商品価値がほとんどない。
Ｅ：全体が黒変化しており、商品価値がない。
【００３４】
・臭気：残炭試験の加熱中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。
【００３５】
・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、上記と同様開放状態（Ｏｐｅｎ）と密閉状態（Ｃｌｏｓｅ）で窒素ガス雰囲気（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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満足するものである。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【表２】

Claims

ａ）弗化物系フラックス：１０重量％〜５０重量％
ｂ）ブチルゴムとポリエチレン樹脂の混合物、石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物、ブチルゴムと石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物の群から選ばれる１種のバインダー：０．１重量％〜１０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％）アルミニウムろう付用フラックス組成物。
弗化物系フラックスがＡｌＦ_３−ＫＦ，ＫＡｌＦ_４−Ｋ_３ＡｌＦ_６，Ｋ_３ＡｌＦ_６及びＫＡｌＦ_４から選ばれる少なくとも１種以上である請求項1記載のアルミニウムろう付用フラックス組成物。
請求項１〜２記載のフラックス組成物をアルミニウム製ブレージングシートの表面の少なくとも１部以上に平均膜厚０．５〜５０μｍの膜厚で塗布後乾燥して得られる塗膜。
請求項１〜２記載のフラックス組成物をアルミニウム製ブレージングシートの表面の少なくとも１部以上に平均膜厚０．５〜５０μｍの膜厚で塗布して得られる未乾燥塗膜。
請求項３〜４記載の塗膜を表面の少なくとも１部以上に有するアルミニウム製ブレージングシート。
ａ）弗化物系フラックス１０重量％〜５０重量％
ｂ）ブチルゴムとポリエチレン樹脂の混合物、石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物、ブチルゴムと石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物の群から選ばれる１種のバインダー：０．１重量％〜１０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％）アルミニウムろう付用フラックス組成物をアルミニウム製ブレージングシートの表面の少なくとも１部以上に平均膜厚０．５〜５０μｍの膜厚で塗布、乾燥後、ろう付雰囲気中の酸素濃度が２００ｐｐｍ以下で他のアルミニウム材とろう付を行うことを特徴とするアルミニウム材のろう付方法。
ろう付を密閉状態または開放状態で行う請求項６記載のろう付方法。
ａ）弗化物系フラックス１０重量％〜５０重量％
ｂ）ポリエチレン樹脂、ブチルゴムとポリエチレン樹脂の混合物、石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物、ブチルゴムと石油樹脂とポリエチレン樹脂の混合物、ブチルゴム、石油樹脂、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種のバインダー：０．１重量％〜１０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％）アルミニウムろう付用フラックス組成物をアルミニウム製ブレージングシートの表面の少なくとも１部以上に平均膜厚０．５〜５０μｍの膜厚で塗布後未乾燥で、ろう付雰囲気中の酸素濃度が２００ｐｐｍ以下で他のアルミニウム材とろう付を行うことを特徴とするアルミニウム材のろう付方法。
ろう付を密閉状態または開放状態で行う請求項８記載のろう付方法。