JP5717576B2

JP5717576B2 - アルミニウム系材料のろう付用フラックス

Info

Publication number: JP5717576B2
Application number: JP2011166001A
Authority: JP
Inventors: 孝弘長榮
Original assignee: Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-07-11
Also published as: JP2013018048A

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。

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。

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、ＡｌＦ_３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、（ＬｉＦｍｏｌ％、ＡｌＦ_３ｍｏｌ％、ＣｓＦｍｏｌ％）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材料ろう付け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℃〜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。

特公平５−５６００号公報特開平７−１１７７号公報特公平５−５１３９８号公報

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℃〜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、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３及びＣｓＦからなる公知の三元系のフラックスの極く限られた特定の範囲において、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）ＬｉＦ、ＡｌＦ_３及びＣｓＦからなるフラックスにおいて、かかる三成分の組成が、（ＬｉＦｍｏｌ％、ＡｌＦ_３ｍｏｌ％、ＣｓＦｍｏｌ％）を示す三角座標において、（３０，０，７０）と（３０，７０，０）を結ぶ直線Ｃ、（６１，３９，０）と（０，３９，６１）を結ぶ直線▲１▼、（７０．５，２９．５，０）と（０，２９．５，７０．５）を結ぶ直線▲２▼及び（２３．５，７６．５，０）と（２３．５，０，７６．５）を結ぶ直線▲３▼からなる４本の直線にて囲まれる範囲となるように、調製されてなることを特徴とするマグネシウムを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。
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。

本発明のフラックスの組成割合の範囲を表す三角座標を示す。本発明の実施例１で用いたろうの濡れ広がりの評価方法の模式図を示す。

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、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３及びＣｓＦからなるフラックスにおいて、かかる三成分の組成が、（ＬｉＦｍｏｌ％、ＡｌＦ_３ｍｏｌ％、ＣｓＦｍｏｌ％）を示す三角座標において、（３０，０，７０）と（３０，７０，０）を結ぶ直線Ｃ、（６１，３９，０）と（０，３９，６１）を結ぶ直線▲１▼、（７０．５，２９．５，０）と（０，２９．５，７０．５）を結ぶ直線▲２▼及び（２３．５，７６．５，０）と（２３．５，０，７６．５）を結ぶ直線▲３▼からなる４本の直線にて囲まれる範囲となるように、調製されてなることを特徴とするマグネシウムを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である（図１参照）。
好ましくは、三成分の組成が、（ＬｉＦｍｏｌ％、ＡｌＦ_３ｍｏｌ％、ＣｓＦｍｏｌ％）を示す三角座標において、（３０，０，７０）と（３０，７０，０）を結ぶ直線Ｃ、（６２．５，３７．５，０）と（０，３７．５，６２．５）を結ぶ直線▲４▼、（７０，３０，０）と（０，３０，７０）を結ぶ直線▲５▼及び（２５，７５，０）と（２５，０，７５）を結ぶ直線▲６▼からなる４本の直線にて囲まれる範囲である（図示せず）。
なお、図１において、直線Ａ、直線Ｂ、直線Ｃ及び直線Ｄからなる４本の直線で囲まれる範囲内が、特許文献１において示されたＡｌ材料ろう付け用フラックス組成物に相当する。

フラックスを構成するＬｉＦ、ＡｌＦ_３及びＣｓＦ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。

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けであれば、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、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３及びＣｓＦからなるフラックスにおいて、かかる三成分の組成が、（ＬｉＦｍｏｌ％、ＡｌＦ_３ｍｏｌ％、ＣｓＦｍｏｌ％）を示す三角座標において、（３０，０，７０）と（３０，７０，０）を結ぶ直線Ｃ、（６１，３９，０）と（０，３９，６１）を結ぶ直線▲１▼、（７０．５，２９．５，０）と（０，２９．５，７０．５）を結ぶ直線▲２▼及び（２３．５，７６．５，０）と（２３．５，０，７６．５）を結ぶ直線▲３▼からなる４本の直線にて囲まれる範囲となるように、調製されてなることを特徴とするマグネシウムを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。」

次に本発明の実施例を詳しく説明する。

先ず、表１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２．２〜２．８重量％のアルミニウム系材料Ａ５０５２合金板を準備した。
図２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に示す。

表１より、三成分の組成が、（ＬｉＦｍｏｌ％、ＡｌＦ_３ｍｏｌ％、ＣｓＦｍｏｌ％）を示す三角座標において、（３０，０，７０）と（３０，７０，０）を結ぶ直線Ｃ、（６１，３９，０）と（０，３９，６１）を結ぶ直線▲１▼、（７０．５，２９．５，０）と（０，２９．５，７０．５）を結ぶ直線▲２▼及び（２３．５，７６．５，０）と（２３．５，０，７６．５）を結ぶ直線▲３▼からなる４本の直線にて囲まれる範囲であれば、ろうの良好な濡れ広がりを確認することが出来た。

１：Ａ５０５２合金板
２：ろう材
３：フラックス

Claims

ＬｉＦ、ＡｌＦ_３及びＣｓＦからなるフラックスにおいて、かかる三成分の組成が、（ＬｉＦｍｏｌ％、ＡｌＦ_３ｍｏｌ％、ＣｓＦｍｏｌ％）を示す三角座標において、（３０，０，７０）と（３０，７０，０）を結ぶ直線Ｃ、（６１，３９，０）と（０，３９，６１）を結ぶ直線▲１▼、（７０．５，２９．５，０）と（０，２９．５，７０．５）を結ぶ直線▲２▼及び（２３．５，７６．５，０）と（２３．５，０，７６．５）を結ぶ直線▲３▼からなる４本の直線にて囲まれる範囲となるように、調製されてなることを特徴とするマグネシウムを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。