JP5713829B2 - アルミニウム系材料のろう付用フラックス - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム系材料のろう付用フラックス、特にはマグネシウムを１．５ｗｔ％以上含有するアルミニウム系材料のろう付用フラックスに関する。
従来より、アルミニウム材料あるいはアルミニウム合金材料（以下、単にアルミニウム系材料という）のろう付には、ろう材としてアルミニウム系材料より若干融点の低いアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）共晶合金が主として使用されている。
また、ろう材をアルミニウム系材料と良好に接合させるためには、該アルミニウム系材料の表面に存在する酸化被膜等を除去する必要がある。この酸化皮膜等を除去するために、ろう材とともにフラックスをろう付部に供給する必要性がある。
また、ろう材をアルミニウム系材料と良好に接合させるためには、該アルミニウム系材料の表面に存在する酸化被膜等を除去する必要がある。この酸化皮膜等を除去するために、ろう材とともにフラックスをろう付部に供給する必要性がある。
近年、フラックス材料として従来の塩素系フラックスに代わり、非腐食性、非水溶性のフッ化物系のフラックスが主流となっている。
このフッ化物系フラックスは従来の塩素系フラックスに比べ、腐食性および水溶性、吸湿性がほとんどないという優れた特徴がある。
このフッ化物系フラックスは従来の塩素系フラックスに比べ、腐食性および水溶性、吸湿性がほとんどないという優れた特徴がある。
一方、アルミニウム合金はマグネシウムを含有することで強度が高められるため、一般的に熱交換器、自動車部品、自転車部品、配管等のアルミニウム合金製品は、高強度で耐食性に優れているマグネシウムを１．５ｗｔ％以上含有したアルミニウム合金材を使用し、これをろう付することにより製造することが好ましいことは知られており、この結果、製品の薄肉化による軽量化が達成される。
しかしながら、フッ化物系フラックスでのろう付において、アルミニウム合金中のマグネシウム含有量が１．５ｗｔ％以上になると、マグネシウムとフッ化物系フラックスとが反応し、アルミニウム合金表面に高融点化合物を生成し、フラックス作用の低下、ろう材の濡れ・浸透を阻害するという問題点があり、その為、ろう付性が極度に低下し、ろう付不能となる場合もある。
特許文献１には、「ＬｉＦ、ＡｌＦ３及びＣｓＦからなる粉末混合物の溶融・凝固物を主成分とする組成物にして、かかる三成分の組成が、（ＬｉＦ ｍｏｌ％、ＡｌＦ３ ｍｏｌ％、ＣｓＦ ｍｏｌ％）を示す三角座標において、（２、０、９８）と（２、９８、０）を結ぶ直線Ａ、（０、２２、７８）と（７８、２２、０）を結ぶ直線Ｂ、（３０、０、７０）と（３０、７０、０）を結ぶ直線Ｃ、及び（６０、４０、０）と（０、７０、３０）を結ぶ直線Ｄからなる４本の直線にて囲まれる範囲内となるように、調製されてなるＡｌ材料ろう付用フラックス組成物」が記載されているが、ろう材としてＺｎ−Ａｌはんだ（溶融開始温度：約３８０℃以上）を用いており、腐食電位の違いによる孔食という問題点がある。
特許文献２には、「ろう材成分としてのＡｌ、Ｓｉ、Ｃｕおよび、フラックス成分を含有するフラックス含有Ａｌ合金ろう材であって、前記ろう材成分中のＳｉ含有量が０．０５〜２０ｗｔ％、Ｃｕ含有量が５〜１０ｗｔ％であり、前記フラックス成分が、ＫＦ、ＬｉＦおよびＣｓＦを含み、かつこれらがＫＦ−ＬｉＦ−ＣｓＦの三元状態図において５５０℃の液相線で囲まれた範囲に配合された弗化物系フラックスであり、前記ろう材成分と前記フラックス成分とが重量比で９９．９：０．１〜７０：３０の割合で配合され、かつ密度が理論値の９０％以上であることを特徴とするフラックス含有Ａｌ合金ろう材」が記載されているが、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金（溶融開始温度：約５２４℃以上）を用いた場合には、マグネシウム２．２〜２．８ｗｔ％含有するＡ５０５２合金をろう付できる旨の記載はあるが、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ共晶合金（Ｓｉ含有量７〜１２ｗｔ％、Ａ４３４３合金、Ａ４０４７合金、溶融開始温度：約５７７〜約６１５℃）を用いた場合には、ろう付できないという問題点がある。
特許文献３には、「単体化合物のモル％表示にて、フッ化カリウムが４２モル％未満（０モル％は含まない）、フッ化セシウムが２〜７４モル％（７４モル％を含まない）、フッ化アルミニウムが２６〜６７モル％の組成又は上記フッ化カリウムが４２〜５４モル％、フッ化セシウムが２０（２０モル％を含まない）〜３２モル％、フッ化アルミニウムが２６〜３８（３８モル％を含まない）モル％の組成を有し、カリウムおよびセシウムがフルオロアルミニウム酸塩として存在し、遊離のフッ化セシウム又はフッ化カリウムを含まないことを特徴とするアルミニウム系材料のろう付け用フラックス」が記載されているが、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ共晶合金（Ｓｉ含有量７〜１２ｗｔ％、Ａ４３４３合金、Ａ４０４７合金、溶融開始温度：約５７７℃〜約６１５℃）を用いた場合には、マグネシウム含有１ｗｔ％（Ａ６０６１合金）が限界で、マグネシウム２．２〜２．８ｗｔ％含有するＡ５０５２合金ではろう付ができないという問題点がある。
本発明は上記の問題点に鑑み成されたものであって、その目的とするところは、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ共晶合金（Ｓｉ含有量７〜１２ｗｔ％、Ａ４３４３合金、Ａ４０４７合金、溶融開始温度：約５７７〜約６１５℃）を用いた場合でも、マグネシウムを１．５ｗｔ％以上含有するＡ５０５２合金等をろう付することのできるアルミニウム系材料のろう付用フラックスを提供することにある。
本発明者等は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、「ＣｓＦ」、「ＬｉＦ」、「ＡｌＦ３」及び「ＮａＦ及び／又はＫＦ」を特定量含させることにより、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ共晶合金を用いた場合でも、マグネシウムを１．５ｗｔ％以上含有するＡ５０５２合金等をろう付することのできるアルミニウム系材料のろう付用フラックスが得られることを見出した。
この知見に基づき、本発明は、
（１）単体化合物のモル％表示にて、２０モル％≦ＣｓＦ≦４９モル％、１モル％≦ＬｉＦ≦５８モル％、１９モル％≦ＡｌＦ３≦４１モル％及び０モル％＜ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１９モル％からなることを特徴とするアルミニウム系材料のろう付用フラックス。を提供するものである。
この知見に基づき、本発明は、
（１）単体化合物のモル％表示にて、２０モル％≦ＣｓＦ≦４９モル％、１モル％≦ＬｉＦ≦５８モル％、１９モル％≦ＡｌＦ３≦４１モル％及び０モル％＜ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１９モル％からなることを特徴とするアルミニウム系材料のろう付用フラックス。を提供するものである。
本発明のアルミニウム系材料のろう付用フラックスは、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ共晶合金を用いた場合でも、マグネシウムを１．５ｗｔ％以上含有するＡ５０５２合金等をろう付することのできるので、斯界において、好適に用いることが出来る。
なお、本発明のアルミニウム系材料のろう付用フラックスは、マグネシウム含有量が１．５ｗｔ％未満又はマグネシウムを含まないアルミニウムろう付に問題なく使用できる。
なお、本発明のアルミニウム系材料のろう付用フラックスは、マグネシウム含有量が１．５ｗｔ％未満又はマグネシウムを含まないアルミニウムろう付に問題なく使用できる。
以下に本発明のアルミニウム系材料のろう付用フラックスについて詳細に説明する。
本発明は、単体化合物のモル％表示にて、２０モル％≦ＣｓＦ≦４９モル％（好ましくは、２１モル％≦ＣｓＦ≦４８モル％）、１モル％≦ＬｉＦ≦５８モル％（好ましくは、２モル％≦ＬｉＦ≦５７モル％）、１９モル％≦ＡｌＦ３≦４１モル％（好ましくは、２０モル％≦ＡｌＦ３≦４０モル％）及び０モル％＜ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１９モル％（好ましくは、０．０１モル％≦ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１９モル％、特に好ましくは、１モル％≦ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１８モル％）からなることを特徴とするアルミニウム系材料のろう付用フラックスである。
なお、ＮａＦとＫＦはそれぞれ単独でも良く、混合物でも良い。
本発明は、単体化合物のモル％表示にて、２０モル％≦ＣｓＦ≦４９モル％（好ましくは、２１モル％≦ＣｓＦ≦４８モル％）、１モル％≦ＬｉＦ≦５８モル％（好ましくは、２モル％≦ＬｉＦ≦５７モル％）、１９モル％≦ＡｌＦ３≦４１モル％（好ましくは、２０モル％≦ＡｌＦ３≦４０モル％）及び０モル％＜ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１９モル％（好ましくは、０．０１モル％≦ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１９モル％、特に好ましくは、１モル％≦ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１８モル％）からなることを特徴とするアルミニウム系材料のろう付用フラックスである。
なお、ＮａＦとＫＦはそれぞれ単独でも良く、混合物でも良い。
フラックスを構成する「ＣｓＦ」、「ＬｉＦ」、「ＡｌＦ３」及び「ＮａＦ及び／又はＫＦ」の割合が上記範囲外となると、その溶融温度が高くなり、また、アルミニウム合金中のマグネシウムとの反応のためか、ろう付性能が十分に発揮されず、本発明の目的を充分に達成し得なくなる。
また、ろう材としては、汎用性のあるＡｌ−Ｓｉ共晶合金（Ｓｉ含有量７〜１２ｗｔ％、Ａ４３４３合金、Ａ４０４７合金、溶融開始温度：約５７７〜約６１５℃）のろう材を用いることが好ましいが、その他のろう材であってもよく、流動開始温度、固相線温度および液相線温度を調整するために亜鉛、銅などのその他成分を添加しても構わない。
一方、本発明のフラックスを適用できるアルミニウム系材料としては、マグネシウムを含まないものでも構わないが、マグネシウムを１．５ｗｔ％以上含有するＡ５０５２合金等に好適に用いることが出来る。
なお、マグネシウム含有量の上限は特に限定されるものではないが、ＪＩＳで規格されるマグネシウム含有アルミニウム合金（Ａ５０８２合金：マグネシウム含有量４〜５ｗｔ％、Ａ５１８２合金：マグネシウム含有量４〜５ｗｔ％及びＡ５０８６合金：マグネシウム含有量３．５〜４．５ｗｔ％）のマグネシウム含有量を考慮に入れると約５ｗｔ％である。
なお、マグネシウム含有量の上限は特に限定されるものではないが、ＪＩＳで規格されるマグネシウム含有アルミニウム合金（Ａ５０８２合金：マグネシウム含有量４〜５ｗｔ％、Ａ５１８２合金：マグネシウム含有量４〜５ｗｔ％及びＡ５０８６合金：マグネシウム含有量３．５〜４．５ｗｔ％）のマグネシウム含有量を考慮に入れると約５ｗｔ％である。
本発明を適用するろう付品の構成としては、例えば熱交換器のフィン材やコネクタ材のようにマグネシウム含有アルミニウム合金のベア材をブレージングシートのろう材や置きろうを用いてろう付する場合や、芯材にマグネシウムを添加したブレージングシートにする場合、マグネシウム含有アルミニウム合金の配管やブロックに差しろうによってろう付、またはフラックスをろう材でコアードしたワイヤでのろう付など、アルミニウム合金材のろう付であれば、いずれの構成でも構わない。
なお、本発明は、以下のようにも記載することが出来る。
「Ａｌ−Ｓｉ共晶合金をろう材としてアルミニウム系材料をろう付する際に用いるフラックスであって、単体化合物のモル％表示にて、２０モル％≦ＣｓＦ≦４９モル％、１モル％≦ＬｉＦ≦５８モル％、１９モル％≦ＡｌＦ３≦４１モル％及び０モル％＜ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１９モル％からなることを特徴とするアルミニウム系材料のろう付用フラックス。」
「Ａｌ−Ｓｉ共晶合金をろう材としてアルミニウム系材料をろう付する際に用いるフラックスであって、単体化合物のモル％表示にて、２０モル％≦ＣｓＦ≦４９モル％、１モル％≦ＬｉＦ≦５８モル％、１９モル％≦ＡｌＦ３≦４１モル％及び０モル％＜ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１９モル％からなることを特徴とするアルミニウム系材料のろう付用フラックス。」
次に本発明の実施例を詳しく説明する。
先ず、表１及び表２に示す組成比を有するフラックス粉末を調合した。次いで、幅５０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１ｍｍで、マグネシウム含有量が２．２〜２．８ｗｔ％のアルミニウム系材料Ａ５０５２合金板を準備した。
図１に示すように、Ａ５０５２合金板（１）の表面にＡ４０４７合金からなるろう材（２）１３０ｍｇとフラックス（３）を６０〜１３０ｍｇ乗せ、下部よりガスバーナーにより加熱を行い、ろうの濡れ広がりを評価した。結果を表１及び表２に示す。
比較対象としてＣＦ−５（第一稀元素化学工業（株）製のセシウムフラックス（実施番号Ｃ１５）を用いた。
また、本発明の代表的な組成である表２の実施番号１及び８のＮａＦをＫＦに置き換え、同様の評価を行った結果を表３に示す。
図１に示すように、Ａ５０５２合金板（１）の表面にＡ４０４７合金からなるろう材（２）１３０ｍｇとフラックス（３）を６０〜１３０ｍｇ乗せ、下部よりガスバーナーにより加熱を行い、ろうの濡れ広がりを評価した。結果を表１及び表２に示す。
比較対象としてＣＦ−５（第一稀元素化学工業（株）製のセシウムフラックス（実施番号Ｃ１５）を用いた。
また、本発明の代表的な組成である表２の実施番号１及び８のＮａＦをＫＦに置き換え、同様の評価を行った結果を表３に示す。
＜比較例１＞ （特許文献２の追試相当）
フラックス組成を表４とした以外は、実施例１と同様の方法でろうの濡れ広がりを評価した。結果を表４に示す。
表４より、特許文献２の手法ではＡ５０５２（マグネシウム含有量：約２．５ｗｔ％）のろう付はできないことが判る。
フラックス組成を表４とした以外は、実施例１と同様の方法でろうの濡れ広がりを評価した。結果を表４に示す。
＜比較例２＞ （特許文献３の追試相当）
フラックス組成を表５とした以外は、実施例１と同様の方法でろうの濡れ広がりを評価した。結果を表５に示す。
表５より、特許文献３の手法ではＡ５０５２（マグネシウム含有量：約２．５ｗｔ％）のろう付はできないことが判る。
フラックス組成を表５とした以外は、実施例１と同様の方法でろうの濡れ広がりを評価した。結果を表５に示す。
本発明の代表的な組成である表２の実施番号１及び８のフラックスを用いて、逆Ｔ字ろう付評価を行った。比較対象としてＣＦＷ（第一稀元素化学工業（株）製セシウムフラックスコアードワイヤ：Ａｌ−Ｓｉ共晶合金（Ａ４０４７合金）ワイヤ中にＣＦ−５を２５〜３６ｗｔ％充填したもの）を用いた。
幅５０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍのＡ５０５２合金板（１）と幅２５ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍのＡ５０５２合金板（４）をφ０．５５ｍｍのスペーサーロッド（５）でクリアランスを設ける要領で図２のように組み立て、Ａ４０４７合金からなるろう材（２）とフラックス（３）を添加した。ろう材は５４ｍｇ、フラックス量は２４ｍｇとなる様にした。これを６００℃×３０秒間加熱を行い、形成されたフィレット（６）の長さを計測し、ろう材１ｍｇ当たりのフィレットの長さで比較を行った。結果を図３に示す。
図３から明らかなように、既存のセシウムフラックスではフィレット形成は至らなかったが、本発明のフラックスを用いるとＡ５０５２で良好なフィレットを形成した。
幅５０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍのＡ５０５２合金板（１）と幅２５ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍのＡ５０５２合金板（４）をφ０．５５ｍｍのスペーサーロッド（５）でクリアランスを設ける要領で図２のように組み立て、Ａ４０４７合金からなるろう材（２）とフラックス（３）を添加した。ろう材は５４ｍｇ、フラックス量は２４ｍｇとなる様にした。これを６００℃×３０秒間加熱を行い、形成されたフィレット（６）の長さを計測し、ろう材１ｍｇ当たりのフィレットの長さで比較を行った。結果を図３に示す。
図３から明らかなように、既存のセシウムフラックスではフィレット形成は至らなかったが、本発明のフラックスを用いるとＡ５０５２で良好なフィレットを形成した。
１：Ａ５０５２合金板
２：ろう材
３：フラックス
４：Ａ５０５２合金板
５：スペーサーロッド
６：フィレット
２：ろう材
３：フラックス
４：Ａ５０５２合金板
５：スペーサーロッド
６：フィレット
Claims (1)
- 単体化合物のモル％表示にて、２０モル％≦ＣｓＦ≦４９モル％、１モル％≦ＬｉＦ≦５８モル％、１９モル％≦ＡｌＦ３≦４１モル％及び０モル％＜ＮａＦ及び／又はＫＦ≦１９モル％からなることを特徴とするアルミニウム系材料のろう付用フラックス。
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