JP6653263B2 - アルミニウム合金のろう付け方法およびフラックス - Google Patents

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Description

本出願は、2014年4月16日出願の欧州特許出願第14164856.8号に対する優先権を主張するものであり、本出願の全内容はあらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。
本発明は、マグネシウムを含有するアルミニウム合金のろう付け方法、および好適なフラックスに関する。
アルミニウム部品のろう付けがアルカリ金属フルオロアルミネートをベースとするフラックスを使用して実施できることは、当技術分野において周知である。このタイプのフラックスは一般に、非腐食性であるとみなされている。例えば、5重量%〜95重量%のKAlFまたはその水和物を含むフラックスが米国特許第4,579,605号明細書に記載されており;残りはKAlFである。このフラックスは、1:4〜1:4.5のAl:F比を与えるために5重量%〜40重量%の濃度を有するフッ化水素酸に水酸化アルミニウムを溶解させ、そして1:1〜1.5のAl:K比を与えるためにこの混合物を炭酸カリウムまたは水酸化カリウムで中和することによって調製され得る。
アルミニウムマグネシウム合金を形成するためのアルミニウムへのマグネシウムの添加は、それらから製造される部品の成形性、耐腐食性および引張強度を改善する。他方では、フルオロアルミン酸カリウムベースのフラックスを使ってのそのような合金のろう付けは、合金のMg含有量の増加とともにますます困難になる。フルオロアルミン酸セシウムをフルオロアルミネートベースのフラックスに添加してアルミニウムマグネシウム合金を考えてフラックスのろう付け特性を改善することは既に知られていた。例えば、CA1,239,525号明細書を参照されたい。
特開昭61−99569号公報は、一方では、73.6重量%のKAlFおよび0.2〜18.4重量%のKFと、他方では、0.1〜8.0重量%の、LiF、NaFおよびCaFからなる群の1つまたは複数の添加剤とを含有するフラックスを使用するアルミニウムのろう付け方法を開示している。実施例によれば、使用されるフラックス中のKFの含有量は、9.8〜11重量%である。
それにもかかわらず、アルミニウムマグネシウム合金からできた部品のろう付けのための方法およびフラックスは依然として、改善に対してオープンである。
一態様によれば、本発明は、接合されるべき部品の少なくとも1つにろう付けフラックスを塗布する工程と、接合されるべき部品を組み立てる工程と、接合されるべき部品を450℃以上の温度に加熱して被ろう付け接合部品を提供する工程とを含む、接合部分に0.5重量%以上のマグネシウムを含むアルミニウム合金の部品のろう付け方法であって、ろう付けフラックスが、ろう付けフラックスの総重量に対して、65重量%以上、好ましくは80重量%以上の第1成分と、ろう付けフラックスの総重量に対して、3重量%以上の第2成分とを含み、ただし、第1成分および第2成分が同一ではなく、そして第1成分が、KAlF、CsAlFおよびそれらの混合物から選択されるモノアルカリテトラフルオロアルミネートから選択され、第2成分が、KAlF、CsAlF、LiAlF、CaF、CaCO、MgF、MgCO、SrF、SrCO、BaF、BaCO、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される少なくとも1つのアルカリもしくはアルカリ土類金属化合物であり;好ましくは、ただし、LiF、NaFおよびCaFからなる群から選択される少なくとも1つの化合物が含まれる場合に、遊離のKFの含有量が、ろう付けフラックスの総重量に対して、0.1重量%よりも低い方法に関する。
ただし、LiF、NaFおよびCaFからなる群から選択される少なくとも1つの化合物が含まれる場合に、遊離のKFの含有量は、ろう付けフラックスの総重量に対して、0.1重量%よりも低く、有効量の存在に関係し;好ましくは、このただし書きは、LiF、NaFおよびCaFからなる群のすべての化合物の合計が、0.1重量%以上、より好ましくは、0.05重量%よりも低い場合には、この群から選択される少なくとも1つの化合物の存在に関係する。例えば、遊離のKFに関連して、「用語「遊離の」は、例えばフルオロアルミン酸カリウムの形態において、二成分塩、例えばそのようなものとして存在する、したがって錯体を形成していないKFを示す。同様に、用語「遊離の」はまた、錯体を形成していない、二成分のLiF、CaFまたはNaFを示す。好ましい実施形態においては、遊離のKFの含有量は、すべての実施形態において、フラックスの総重量に対して、0.1重量%よりも低く、より好ましくは0.05重量%よりも低い。さらにより好ましい実施形態においては、遊離のKFのおよび遊離のまたは錯体を形成したNaFの含有量の合計は、すべての実施形態において、0.1重量%よりも低く、より好ましくは、0.5重量%よりも低い。別の好ましい実施形態においては、遊離のKFの含有量は、LiF、NaFおよびCaFからなる群から選択される少なくとも1つの化合物がフラックスに含まれる場合に、ろう付けフラックスの総重量に対して、0.1重量%よりも低い。一般に、この実施形態においては、LiF、NaFおよびCaFからなる群から選択される少なくとも1つの化合物は、錯体を形成しておらず、遊離のLiF、NaFまたはCaFとしてまた示される。
ある種の他の実施形態においては、遊離のKF、遊離のまたは錯体を形成したNaFおよび遊離のLiFの含有量の合計は、フラックスの総重量に対して、0.1重量%よりも低く、より好ましくは、0.05重量%よりも低い。別の実施形態においては、フラックスは、LiF、NaFおよびCaFを本質的に含まず、好ましくは、含まない。
好ましくは、ろう付けフラックスは、ろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上のCsAlF4、またはろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上のKAlF、またはそれらの合計が80重量%以上である、KAlFおよびCsAlFの両方を含む。
用語「接合部分で」がこれから説明される。AlまたはAl−Mg合金の2つの部品がろう付けされるために組み立てられる場合に、接合を形成するエリアが「接合部分」と呼ばれる。両部品のMg百分率は加算され、加算の結果が、接合部分でのMgの百分率を提供する。例えば、0.5重量%のMgの2つの部品が組み立てられる場合、接合部分でのMgの含有量は1重量%である。1重量%のMgを含む部品がMgをまったく含有しない部品と組み立てられる場合、接合部分でのMg含有量はまた1重量%である。
接合部分でのMg含有量の上限は、ろう付け条件に従属する。例えば、火炎ろう付け(すなわち、直火で熱を提供すること)が部品をろう付けするために用いられる場合、Mg含有量は、接合部分で2重量%以下であってもよいし、さらにより高くてもよい。ろう付けが管理雰囲気ろう付け(Controlled Atmosphere Brazing)に従って行われる、すなわち、熱が電気設備によって提供され、そして火炎が使用される場合よりも部品の温度の上昇が遅い場合には、接合部分でのMg含有率は好ましくは、1.5重量%以下、より好ましくは、1.4重量%以下である。
ろう付け温度は、フラックスの種類とは無関係である。第1成分がCsAlFによって主にまたは完全に構成される場合、ろう付け温度は、450℃ほどに低くてもよい。第1成分がKAlFによって主にまたは完全に構成される場合、ろう付け温度は好ましくは、560℃以上である。ここで、上限は多くの場合、610〜625℃である。
好ましい実施形態においては、第1成分は、KAlFから本質的になる。
好ましくは、第2成分は、CsAlF、LiAlF、CaF、MgF、SrF、BaF、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される。
Mg含有化合物が存在する場合、フラックスは好ましくは、合計1重量%未満のMgFまたはMgCOなどのMg含有化合物を含有する。
より好ましくは、第2成分は、CsAlF、LiAlF、BaF、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される。とりわけ好ましくは、第2成分は、CsAlFおよびLiAlF、ならびに任意選択的にまたBaFを含む。
ある種の実施形態においては、遊離のKF、遊離のまたは錯体を形成したNaF、遊離のLiFおよびCaFの含有量の合計は、フラックスの総含有量に対して、0.1重量%よりも低く、より好ましくは、0.05重量%よりも低い。
好ましくは、第2成分は、2重量%以上の量で、より好ましくは、3重量%以上の量で、多くの場合、5重量%以上の量で存在する。
好ましくは、第2成分は、30重量%以下の量で、より好ましくは、20重量%以下の量で存在する。第2成分の群に属する上述の2つ以上の前記成分が存在する場合、それらの総量は、30重量%以下である。
存在する場合、CaFまたはCaCOは好ましくは、5重量%以上の量で含有される。存在する場合、MgFまたはMgCOは好ましくは、5重量%以上の量で含有される。存在する場合、SrFまたはSrCOは好ましくは、5重量%以上の量で含有される。存在する場合、BaFまたはBaCOは好ましくは、5重量%以上の量で含有される。フッ化物および/または炭酸塩の混合物が存在する場合、それらの総含有量は好ましくは、5重量%以上である。
存在する場合、CsAlFは好ましくは、1重量%以上の量で存在する。
存在する場合、LiAlFは好ましくは、1重量%以上の量で存在する。
存在する場合、CaFまたはCaCOは好ましくは、20重量%以下の量で含有される。存在する場合、MgFまたはMgCOは好ましくは、30重量%以下の量で含有される。存在する場合、SrFまたはSrCOは好ましくは、30重量%以上の量で含有される。存在する場合、BaFまたはBaCOは好ましくは、30重量%以下の量で含有される。フッ化物および/または炭酸塩の混合物が存在する場合、それらの含有量の合計は好ましくは、30重量%以下である。
存在する場合、CsAlFは好ましくは、10重量%以下、より好ましくは、5重量%以下の量で存在する。
存在する場合、LiAlFは好ましくは、8重量%以下の量で存在する。
とりわけ好ましい範囲は:5〜20重量%の量でのCaFまたはMgF、10〜20重量%の量でのSrFまたはBaF;10〜20重量%の総量でのSrFまたはBaFの組み合わせ;1〜5重量%の量でのCsAlF;1〜8重量%の量でのLiAlF;1〜5重量%の量でのCsAlFおよび1〜8重量%の量でのLiAlFである。
より好ましくは、第2成分は、CsAlF、LiAlF、BaF、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択され;さらにより好ましくは、第2成分は、CsAlFおよびLiAlF;ならびに任意選択的にさらにBaFからなる組成物である。
80以上〜98重量%以下の範囲のKAlF、1重量%以上〜10重量%以下の範囲のCsAlF、1重量%以上〜10重量%以下の範囲のLiAlF、および0〜15重量%以下の範囲のBaFを含むか、またはそれらからなる非常に好ましいろう付けフラックスが使用される。
好ましいろう付けフラックスは表1〜4に示される。
必要ならば、KAlFは、KAlFまたはその水和物との商業的に入手可能な混合物の形態で導入することができる。おおよそ80重量%のKAlFおよびおおよそ20重量%のKAlFまたはその水和物を含むそのような混合物は、商品名Nocolok(登録商標)でSolvay Fluor GmbHから入手可能である。この種の好ましい混合物は表2に示される。
必要ならば、KAlFおよびLiAlFは、KAlFまたはその水和物との商業的に入手可能な混合物の形態で導入することができる。おおよそ77重量%のKAlF、おおよそ19重量%のKAlFまたはその水和物、およびおおよそ4重量%のLiAlFを含むそのような混合物は、商品名Nocolok(登録商標)LiでSolvay Fluor GmbHから入手可能である。この種の好ましい混合物は表3に示される。
必要ならば、KAlFおよびCsAlFは、KAlFまたはその水和物との商業的に入手可能な混合物の形態で導入することができる。おおよそ79重量%のKAlF、おおよそ19重量%のKAlFまたはその水和物、およびおおよそ2重量%のCsAlFを含むそのような混合物は、商品名Nocolok(登録商標)−CsでSolvay Fluor GmbHから入手可能である。この種の好ましい混合物は表4に示される。
好ましい一実施形態によれば、第1成分は、ろう付けフラックスの総重量に対して80重量%以上の量でのKAlFであり、第2成分は、ろう付けフラックスの総重量に対して、5重量%以上の量で存在し、CsAlF、LiAlFおよび両方の混合物からなる群から選択され;さらに、CaF、MgF、SrF、BaF、およびそれらの2つ以上の混合物が存在してもよい。
フラックスが前記第1および第2成分からならない場合、100重量%への残りは、当技術分野で既知の他のフラックス、好ましくは、KAlFまたはKAlF・HOから構成される。好ましくは、KAlFの含有量は、0重量%を含めて、1重量%よりも低い。
KAlFが本質的に、ろう付けフラックス中で唯一のフルオロアルミン酸カリウムであることが好ましい。KAlF、その水和物のおよび、存在する場合、KAlFの総含有量は好ましくは、ろう付けフラックスの総重量に対して、5重量%以下である。
一実施形態によれば、ろう付けフラックスは、前記第1および第2成分からなる。
ろう付け方法は、乾式フラックス塗布法に従ってろう付けフラックスを塗布して行うことができる。フラックスは、例えば、圧気輸送によってろう付けされるべきアイテムの表面に提供されてもよく、ろう付けされるべきアイテムの表面に機械的に粘着する。
ろう付けフラックスが乾式フラックス塗布法に従って塗布されない場合、それは、湿式フラックス塗布法に従って塗布される。湿式フラックス塗布法では、フラックスおよび添加剤を含有するろう付けフラックス組成物が塗布され;水またはアルコールのような液体キャリアは、本発明では添加剤とみなされる。
ろう付けフラックス組成物は、例えば、接合されるべき部品の少なくとも1つ上へ吹き付けることができ、それは、ブラシでそれらの表面上に塗装することができ、またはそれは、部品を液体組成物中へ浸漬することによって塗布することができる。
一実施形態によれば、本発明のろう付けフラックス組成物は、湿式フラックス塗布法に従って塗布され、水、水を含まない有機液体または水性有機液体中に懸濁したろう付けフラックスを含有する。好ましい液体は、周囲圧力(1バール絶対)で350℃以下の沸点を有するものである。用語「水中に懸濁した」は、フラックス組成物の一部が液体に溶解していることを排除せず;これは、水または水性有機液体が含有される場合にとりわけこの事例であり得る。好ましい液体は、脱イオン水、1、2もしくは3価脂肪族アルコール、とりわけ1〜4個の炭素原子のもの、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、またはエチレングリコール、またはアルキルが好ましくは線状の脂肪族C1〜C4アルキルもしくは分岐C3〜C4アルキルを示す、グリコールアルキルエーテルである。非限定的な例は、グリコールモノアルキルエーテル、例えば2−メトキシエタノールもしくはジエチレングリコール、またはグリコールジアルキルエーテル、例えば、ジメチルグリコール(ジメトキシエタン)である。2つ以上の液体を含む混合物がまた非常に好適である。イソプロパノールまたはイソプロパノールを含有する混合物がとりわけ好適である。
好ましい実施形態においては、ろう付けフラックスおよび液体を含む組成物はまた、ろう付けフラックス組成物特性を改善するさらなる添加剤を含有する。
とりわけ好ましい実施形態においては、ろう付けフラックスは、バインダーをまた含有する液体中にフラックスが懸濁しているフラックス組成物の形態で存在する。バインダーは、例えば、ろう付けされるべき部品上へのその塗布後のろう付けフラックスの粘着を改善する。したがって、ろう付けフラックス、バインダーおよび水、有機液体または水性有機液体を含むろう付けフラックス組成物を使用する湿式フラックス法は、本発明のろう付け方法の好ましい実施形態である。液体は、いくつかの添加剤用の溶剤としてまたは組成物のフラックスもしくは他の不溶性成分を分散させるためのキャリアとして働く。
好適なバインダーは、例えば有機ポリマーからなる群から選択することができる。これらのバインダーは、それらが物理的に乾燥した場合にアルミニウム部品またはアルミニウム合金部品上にコーティングを形成する(すなわち、それらは、蒸発によって液体が除去された後に固体コーティングを形成する)か、またはそれらが化学的に乾燥した場合にコーティングを形成する(それらは、例えば化学物質、例えば酸素もしくは分子の架橋を引き起こす光の影響下に、または架橋を引き起こす熱処理によって固体コーティングを形成する)。両方のメカニズムが同時に起こってもよい。好適なポリマーとしては、液体中に分散した固体粒子の分散系の形態で組成物中に存在するポリマー、および液体に溶解した溶液の形態で存在するポリマーが挙げられる。非常に好適なバインダーは、ポリオレフィン、例えばブチルゴム、ポリウレタン、樹脂、フタレート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ニトロセルロース、ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールである。液体としての水と、水溶性ポリマーまたは水中に分散したポリマー、例えば、ポリビニルアルコールまたはポリウレタンとを含有するろう付けフラックス組成物は、ろう付けプロセス中に、場合により可燃性の有機液体の代わりに水が蒸発するという利点を有するので、とりわけ好適である。
組成物は、組成物の特性を改善する他の添加剤、例えば、懸濁安定剤、界面活性剤、とりわけ非イオン界面活性剤、例えばAntarox BL 225、線状C8〜C10エトキシル化およびプロポキシル化アルコールの混合物、増粘剤、例えばメチルブチルエーテル、チキソトロープ剤、例えばゼラチンもしくはペクチン、または欧州特許出願公開第A 1808264号明細書に記載されているようなワックスを含んでもよい。
(例えば、存在する場合、液体、チキソトロープ剤、界面活性剤およびバインダーを含む)全ろう付けフラックス組成物中のろう付けフラックスの含有量は一般に、0.75重量%以上である。好ましくは、フラックス組成物中のろう付けフラックスの含有量は、1質量%以上である。より好ましくは、ろう付けフラックス組成物中のろう付けフラックス含有量は、全フラックス組成物の5重量%以上、非常に好ましくは、10重量%以上である。
一般に、ろう付けフラックス組成物中のろう付けフラックス含有量は、70重量%以下である。好ましくは、それは、50重量%以下である。
バインダーは、存在する場合、一般に全ろう付けフラックス組成物の0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上の量で含有される。バインダーは、存在する場合、一般に全ろう付けフラックス組成物の30重量%以下、好ましくは25重量%以下の量で含有される。
チキソトロープ剤は、存在する場合、一般に全ろう付けフラックス組成物の1重量%以上の量で含有される。一般に、存在する場合、それは、20重量%以下の量で、好ましくは10重量%以下の量で含有される。
増粘剤は、存在する場合、一般に全ろう付けフラックス組成物の1重量%以上、好ましくは5重量%以上の量で含有される。一般に、増粘剤は、存在する場合、全ろう付けフラックス組成物の15重量%以下、好ましくは10重量%以下の量で含有される。
湿式塗布用の非常に好適なろう付けフラックス組成物は、10〜70重量%のろう付けフラックス、1〜25重量%のバインダー、0〜15重量%の増粘剤、0〜10重量%のチキソトロープ剤、および0〜5重量%の他の添加剤、例えば界面活性剤または懸濁安定剤を含有する。好ましくは、100重量%への残りは、水、有機溶剤または水性有機溶剤であり;水がとりわけ好ましい。
別の実施形態においては、フラックス組成物は、いかなる水または水を含まないもしくは水性有機液体も含まないが、上に記載されたようなフラックス(および、必要ならば、添加剤、例えば界面活性剤、増粘剤またはチキソトロープ剤)、ならびにフラックス用の水溶性パッケージの形態で存在するバインダーとしての水溶性有機ポリマーを含有する。例えば、ポリビニルアルコールは、米国特許出願公開第2006/0231162号明細書中に記載されているようにフラックス用の水溶性パッケージとして非常に好適である。そのようなパッケージは、ダスト形成なしに取り扱うことができ、水または水性有機溶剤の添加後に、それらは、水溶性ポリマーが溶解し、そしてバインダー機能を提供しながら水中のフラックスの懸濁液を形成する。
懸濁液は、既知の方法で、例えば吹き付け、塗装によって、または接合されるべき部品を懸濁液中に浸漬することによって塗布することができる。
必要ならば、フラックス組成物でコートされた部品を、ろう付けする前に乾燥させ、次に後でろう付けすることができるか、または乾燥およびろう付けを、次々と直ちに行うことができる。
成分は、部品に別々にかまたはプレミックスしたろう付けフラックスの形態で塗布することができる。
ろう付けされるべき部品上に塗布されるろう付けフラックスの面積当たりの重量は好ましくは、4g/m以上である。より好ましくは、それは、5g/m以上である。好ましくは、それは、50g/m以下、とりわけ好ましくは20g/m以下である。ろう付けフラックス組成物が塗布される場合、フラックスロードは、上述のようなろう付けフラックスロードを達成するためにそれに応じてより高い。計算用の例を示すために、50重量%のろう付けフラックスを含むろう付けフラックス組成物が塗布される場合、ろう付けフラックス組成物のロードは好ましくは、4g/m以上のろう付けフラックスロードを達成するために8g/m以上である。
部品をろう付けするために必要とされる熱は、直火によって提供されてもよいが、誘導加熱またはレーザーによる加熱もまた可能である。NまたはArガスの存在下での管理雰囲気ろう付け(「CAB」)法に従ってろう付けすることが好ましい。
一般に、はんだ金属が適用される。多くの場合、AlおよびSiからなるはんだが適用される。はんだで覆われている部品をろう付けすることが好ましい。
本方法は一般に、(さらなる金属を含有してもよい)Al−Mg合金の部品を、(さらなる金属を含有してもよい)Al−Mg合金の部品で、または(Mg以外の金属を含有してもよい)Al部品でろう付けするために行われる。部品中のMgの含有量は、所望のフラックスローディングにおよび接合されるべき部品の接合部分での合金のマグネシウム含有量の合計に依存する。例えば、より上の範囲、例えば10〜20g/mのフラックスローディングが技術的に許容される場合には、0重量%以上〜1.8重量%以下のMg、好ましくは0.8重量%以上〜1.5重量%以下のMgを含む接合部分を好ましくはろう付けすることができる。
より低い範囲、例えば4〜10g/mのフラックスローディングが望まれる場合には、0重量%以上〜1.0重量%以下のMg、好ましくは0.6重量%以上〜1.0%重量以下のMgを含む接合部分を好ましくはろう付けすることができる。
接合部分でのMg含有量は、接合されるべき両部品中のMg百分率の合計を加算することによって計算される。例えば、それぞれ0.68重量%のMgの2つの部品が接合される場合、接合部分でのMg含有量は、(0.68+0.68=)1.36重量%である。0.68重量%のMgの部品と0重量%のMgの部品とがろう付けされる場合、接合部分でのMg含有量は(0.68+0=)0.68重量%である。
0.6〜1重量%の範囲の接合部分におけるMg含有量の部品および4〜10g/mの範囲のろう付けフラックスロードのろう付けが好ましい。
例えば、以下の種類の部品:熱交換器(油クーラー/水クーラー用のヒーターコア、ラジエーター、エアコンおよびそれらの部品、例えばコンデンサー、エバポレーター)、シート、薄いシート、チューブへフィン、フィンにろう付けされたエンドプレート(コア強化材として使用される)、チューブへヘッダー、ヘッダーへフィン、チューブへチューブ、折り畳みチューブ、押出しチューブ、およびフィッティング(例えばナットおよびボルト)をろう付けすることができる。本発明の別の態様は、Al−Mg合金の上記のろう付け方法に使用され得るろう付けフラックスに関する。
本発明はまた、上述の本発明の方法に使用されるのに好適であるろう付けフラックスに関する。特許請求されるろう付けフラックスは、本発明の方法の説明において上に説明されたフラックスの選択である。
好ましくは、ろう付けフラックスは、フラックスの総重量に対して、80重量%以上であるKAlFの含有量を有する。
本発明のろう付けフラックスは、ろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上のKAlFおよびCsAlFからなる群から選択される第1成分と、LiAlF、CaF、CaCO、MgF、MgCO、SrF、SrCO、BaF、BaCOからなる群から選択される第2成分、および前記第2成分の2つ以上の混合物とを含むか;またはそれは、前記第1および第2成分からなる。
好ましくは、本発明のろう付けフラックスはまた、特許請求されるフラックスが1重量%以上のCsAlFを強制的に含有するという点において選択である。好ましくは、フラックスは、ろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上のKAlFと、1重量%以上のCsAlFと、2重量%以上のLiAlF、CaF、CaCO、MgF、MgCO、SrF、SrCO、BaF、BaCOからなる群から選択される少なくとも1つの成分、および前記第2成分の2つ以上の混合物とを含むか;またはそれは前記成分からなる。
より好ましくは、本発明のろう付けフラックスは、ろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上のKAlFと、1重量%以上のCsAlFと、3重量%以上のLiAlF、CaF、CaCO、MgF、MgCO、SrF、SrCO、BaF、BaCOからなる群から選択される少なくとも1つの成分、およびこれらの後者の成分の2つ以上の混合物とを含むか、またはそれらからなる。
好ましくは、本発明のろう付けフラックスは、ろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上のKAlFと、1重量%以上のCsAlFと、2重量%以上のLiAlF、CaF、CaCO、SrF、SrCO、BaF、BaCOからなる群から選択される第2成分、および前記第2成分の2つ以上の混合物とを含むか;またはそれは、KAlF、CsAlF、および前記第2成分の1つまたは複数からなる。
フラックスが前記成分からならない場合、100重量%への残りは、当技術分野で既知の他のフラックス成分、好ましくは、KAlFまたはKAlF・HOである。好ましくは、KAlFの含有量は、0重量%を含めて、1重量%よりも低い。
ある種の実施形態においては、遊離のKF、遊離のまたは錯体を形成したNaFおよび遊離のLiFの含有量の合計は、本発明のフラックスの総含有量に対して、0.1重量%よりも低く、より好ましくは、0.05重量%よりも低い。別の実施形態においては、本発明のフラックスは、LiF、NaFおよびCaFを本質的に含まず、好ましくはそれらを含まない。
好ましくは、第2成分は、LiAlF、CaF、MgF、SrF、BaF、および前記第2成分の2つ以上の混合物からなる群から選択される。
ろう付けフラックスの好ましい実施形態は、ろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上のKAlFと、1重量%以上のCsAlFと;3重量%以上のLiAlF、CaF、MgF、SrF、BaFからなる群から選択される第2成分、および前記第2成分の2つ以上の混合物とを含むか、またはそれらからなる。
一実施形態によれば、ろう付けフラックスは、KAlFと、CsAlFと、LiAlF、SrF、BaF、およびそれらの2つ以上の混合物から選択される少なくとも1つの第2成分とから本質的になる。本発明における用語「本質的に」は好ましくは、KAlF、その水和物、およびKAlFのような他の塩の5重量%以下の含有量を意味する。
非常に好ましいろう付けフラックスは、KAlF、CsAlF、LiAlFから本質的になり、そして任意選択的にCaF、MgF、SrF、およびBaFの1つまたは複数を含む。
さらにより好ましいろう付けフラックスは、KAlF、CsAlF、およびLiAlFから本質的になり、そして任意選択的にBaFを含む。
非常に好ましいろう付けフラックスは、80重量%以上〜98重量%以下の範囲のKAlF、1重量%以上〜10重量%以下の範囲のCsAlF、1重量%以上〜10重量%以下の範囲のLiAlF、および0〜15重量%以下の範囲のBaFを含むか、またはそれらからなる。
さらにより好ましいろう付けフラックスは、80重量%以上〜98重量%以下の範囲のKAlF、1重量%以上〜5重量%以下の範囲のCsAlF、1重量%以上〜8重量%以下の範囲のLiAlF、および0〜12重量%以下の範囲のBaFを含むか、またはそれらからなる。
ろう付けフラックス中のKAlFおよびその水和物のならびにKAlFの総含有量は好ましくは、4重量%以下、より好ましくは、3重量%以下である。
上記のろう付けフラックスは、別個の成分を混合することによって、例えば、KAlF、LiAlF、CsAlFおよびBaFを混合することによって、または共沈澱によって製造することができる。例えば、HalFは、テトラフルオロアルミン酸カリウムセシウムおよびBaFを含むろう付けフラックスを提供するためにKOH、CsOHおよびBa(OH)と反応させられる。ここで、KおよびCsの含有量は、AlF との中性錯体が形成されるようなものである。
本発明のさらに別の実施形態は、上に記載されたようなろう付けフラックスおよび少なくとも1つのろう付け添加剤を含むろう付けフラックス組成物に関する。好ましいろう付け添加剤、例えば、液体、バインダー、懸濁安定剤、界面活性剤、増粘剤、およびチキソトロープ剤は、上に記載されている。
ろう付けフラックスのおよびろう付けフラックス組成物の好ましい特徴は、フラックスおよび組成物の好ましい実施形態であるとして上に記載されたそれらの特徴に相当する。
本発明のさらに別の態様は、上に記載されたようなフラックスでコートされた、または上に記載されたようなろう付けフラックス組成物でコートされた、(Mgを除いて他の金属を含有してもよい)アルミニウムまたは(他の金属を含有してもよい)アルミニウム−マグネシウム合金のコーテッド部品である。ろう付けフラックスロードは好ましくは、4g/m以上であり;好ましくは、フラックスロードは、15g/m以下である。フラックスロードが5〜10g/mの範囲の部品がとりわけ好ましい。ろう付けフラックスがろう付けフラックス組成物中に含有される場合、ろう付けフラックス組成物のロードはそれぞれ、上に説明されたようにより高い。好ましいコーテッド部品は:熱交換器(およびそれらの部品、例えば油クーラー/水クーラー用のヒーターコア、ラジエーター、エアコンおよびそれらの部品、例えばコンデンサー、エバポレーター)、シート、薄いシート、フィンおよびチューブ、フィンにろう付けされるエンドプレート(コア強化材として使用される)、チューブにろう付けされるヘッダー、ヘッダーにろう付けされるフィン、チューブにろう付けされるチューブ、折り畳みチューブ、押出しチューブ、およびフィッティング(例えばナットおよびボルト)である。例えば、0.1mm以下〜0.06mmの厚さの薄いAl−Mg合金シート(フィン)、ならびに0.5mm以下〜0.25mmの厚さのチューブをろう付けすることができる。
本発明の別の態様は、本発明のろう付けフラックスを使用してそれぞれの部品をろう付けすることによって得られた、本発明によるコーテッド部品をろう付けすることによって、または本発明の方法に従って部品をろう付けすることによって得られた、被ろう付け部品に関する。
上に記載されたろう付け方法、ろう付けフラックスおよびろう付けフラックス組成物の利点はとりわけ、それらが、とりわけ接合部分での0.5重量%以上のMg、そして2重量%以下およびさらにより多い、高い量のMgのAl−Mg合金のろう付けを可能にすることである。さらに、ろう付けフラックスの多くは、既知のフラックスよりも低い腐食可能性を有する。
参照により本明細書に援用される特許、特許出願、および刊行物のいずれかの開示が用語を不明瞭にさせ得る程度まで本出願の記載と矛盾する場合、本記載が優先するものとする。
以下の実施例は、本発明を例示することを意図するが、その範囲を限定するものではない。
概論:
使用されるアルミニウム部品:
a)Austria Metal AG製の商業的に入手可能なAMAG 6951ろう付けシート(0.68%Mg、4343クラッド)およびクラッドレスAMAGアングル材(0.68%Mg)を使用した。金属間接合部分におけるMg含有量は、合計して1.36重量%Mg(2×0.68%)になる。
b)Austria Metal AG製の商業的に入手可能なAMAG 6951ろう付けシート(0.68%Mg、4343クラッド)およびクラッドレスAMAG AA1050(Al99.5%)アングルを使用した。金属間接合部分におけるMg含有量は、合計して0.68重量%Mg(0.68+0%)になる。
ろう付け方法:
ろう付けは、標準CABろう付けプロファイルに従っておよびトップ上にアングル付きの25×25mmクラッドシートクーポン(片面)によって行った。フラックス塗布は、手動で行った(精密スケールでのフラックスロード重量、イソプロパノールの液滴および均一な広がり)。各試験を3回行った。
接合の評価:
ろう付け後に、アングルを引っ張ることによって取り除き、接合部分セクションを、エネルギー分散型X線分光法と一体となった走査電子顕微鏡法(SEM/EDX)によって分析した。
実施例1:AMAG 6951ろう付けシート(0.68%Mg、4343クラッド)およびクラッドレスAMAGアングル材(0.68%Mg)
実施例1.Xにおけるフラックスロードは常に10g/mであった。
実施例1.1(比較例):Nocolok(登録商標)Csを使ってのろう付け
Nocolok(登録商標)Csをフラックスとして使用した。SEM/EDXは、低いメニスカスの、一部分においてメニスカスなしの非常に薄い継ぎ目を示した。
実施例1.2:KAlF4およびBaF2を使ってのろう付け KAlF(90重量%)とBaF(10重量%)との混合物をフラックスとして使用した。SEM/EDXは、小さいメニスカスの非常に薄い継ぎ目を示した。
したがって、接合は、このフラックスでわずかにより良好であった。
実施例1.3:KAlF4/CsAlF4/Li3AlF6を使ってのろう付け
KAlF(94重量%)と、CsAlF(2重量%)とLiAlF(4重量%)との混合物をフラックスとして使用した。ろう付けを3回行った。2回、良好な結果が達成された。
実施例1.4:KAlF4/CsAlF4/Li3AlF6を使ってのろう付け
KAlF(93重量%)と、CsAlF(4重量%)とLiAlF(3重量%)との混合物をフラックスとして使用した。ろう付けを3回行った。継ぎ目は薄く、メニスカスは小さかった。
実施例2.X:実施例1.Xにおけるフラックスロードは常に15g/m2であった。
実施例1.1〜1.4を、しかし前記15g/mフラックスロードで繰り返した。
すべての検体は、小さいメニスカスを示した。実施例2.2〜2.4(本発明による)は常に、比較例2.1よりも良好なろう付け結果を示した。
実施例3:AMAG 6951ろう付けシート(0.68%Mg、4343クラッド)およびクラッドレスAMAG AA1050(Al 99.5%)アングルでのろう付け
フラックスロードは常に5g/mであった。
実施例3.1(比較例):Nocolok(登録商標)Csを使ってのろう付け
ろう付けは、Nocolok(登録商標)Csを使用して行った。ろう付け後に、部分的な薄いメニスカスが観察された。
実施例3.2:KAlF4、CsAlF4およびLi3AlF6(4重量%)を使ってのろう付け KAlF(94重量%)と、CsAlF(2重量%)とLiAlF(4重量%)との混合物をフラックスとして使用した。ろう付けを3回行った。3回すべてで、よく成長したメニスカスが観察された。
上記の実施例は、本発明によるフラックスが、Nocolok(登録商標)Cs(Al−Mg合金のろう付けのために推奨されている、そしておおよそ79重量%のKAlF、おおよそ19重量%のKAlFまたはその水和物、およびおおよそ2重量%のCsAlFを含むフラックス)よりも優れていることを実証する。
実施例4:火炎ろう付け
Al−Si12合金で覆われた、両方とも0.75重量%のMgのAl−Mg合金製の、ろう付けシートおよびアングルを組み立て、そしてフラックス、次に被覆材が溶融して被ろう付けアセンブリを提供するまでトーチ火炎で加熱する。

Claims (18)

  1. 接合されるべき部品の少なくとも1つにろう付けフラックスを塗布する工程と、接合されるべき前記部品を組み立てる工程と、接合されるべき前記部品を450℃以上の温度に加熱して被ろう付け接合部品を提供する工程とを含む、接合部分に0.5重量%以上のマグネシウムを含むアルミニウム合金の部品のろう付け方法であって、前記ろう付けフラックスが、ろう付けフラックスの総重量に対して、65重量%以上の第1成分と、ろう付けフラックスの総重量に対して、3重量%以上の第2成分とを含み、LiF、NaFおよびCaF からなる群から選択される少なくとも1つの化合物が前記ろう付けフラックス中に含まれる場合に、遊離のKFの含有量が、前記ろう付けフラックスの総重量に対して、0.1重量%よりも低く、ただし、前記第1成分および前記第2成分が同一ではなく、そして前記第1成分が、KAlF、CsAlFおよびそれらの混合物から選択されるモノアルカリテトラフルオロアルミネートから選択され、前記第2成分が、KAlF、CsAlF、LiAlF、CaF、CaCO、MgF、MgCO、SrF、SrCO、BaF、BaCO、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される少なくとも1つのアルカリまたはアルカリ土類金属化合物である方法。
  2. 接合されるべき部品の少なくとも1つにろう付けフラックスを塗布する工程と、接合されるべき前記部品を組み立てる工程と、接合されるべき前記部品を450℃以上の温度に加熱して被ろう付け接合部品を提供する工程とを含む、接合部分に0.5重量%以上のマグネシウムを含むアルミニウム合金の部品のろう付け方法であって、前記ろう付けフラックスが、ろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上の第1成分と、ろう付けフラックスの総重量に対して、5重量%以上の第2成分とを含み、ただし、前記第1成分および前記第2成分が同一ではなく、そして前記第1成分が、KAlF であり、前記第2成分が、CsAlF 、Li AlF 、BaF 、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される少なくとも1つのアルカリまたはアルカリ土類金属化合物である方法。
  3. 前記第1成分がKAlFである請求項1に記載の方法。
  4. 前記第2成分が、LiAlF、CsAlF、CaF、MgF、SrF、BaF、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される請求項1または3に記載の方法。
  5. LiF、NaFおよびCaFからなる群から選択される少なくとも1つの化合物が前記ろう付けフラックス中に含まれる場合に、遊離のKFの含有量が、前記ろう付けフラックスの総重量に対して、0.1重量%よりも低い請求項に記載の方法。
  6. 前記第2成分が、LiAlF、CsAlF、BaF、およびそれらの2つの混合物、またはLiAlF、CsAlFおよびBaFの混合物からなる群から選択される請求項1、3および4のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第1成分が、前記ろう付けフラックスの総重量に対して80重量%以上の量でのKAlFであり、前記第2成分が、前記ろう付けフラックスの総重量に対して、5重量%以上の量で存在し、そしてLiAlF、CsAlF、BaF、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される請求項1、3、4および6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記ろう付けフラックスが、前記第1および第2成分からなる請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。
  9. さらにろう付け添加剤が適用される請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。
  10. 接合されるべき部品の少なくとも1つにろう付けフラックスを塗布する工程と、接合されるべき前記部品を組み立てる工程と、接合されるべき前記部品を450℃以上の温度に加熱して被ろう付け接合部品を提供する工程とを含む、接合部分に0.5重量%以上のマグネシウムを含むアルミニウム合金の部品のろう付け方法であって、前記ろう付けフラックスが、ろう付けフラックスの総重量に対して、65重量%以上の第1成分と、ろう付けフラックスの総重量に対して、3重量%以上の第2成分とを含み、ただし、前記第1成分および前記第2成分が同一ではなく、そして前記第1成分が、KAlF 、CsAlF およびそれらの混合物から選択されるモノアルカリテトラフルオロアルミネートから選択され、前記第2成分が、KAlF 、CsAlF 、Li AlF 、CaF 、CaCO 、MgF 、MgCO 、SrF 、SrCO 、BaF 、BaCO 、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される少なくとも1つのアルカリまたはアルカリ土類金属化合物であり、さらにろう付け添加剤が適用される方法。
  11. 前記接合部分で少なくとも0.6重量%のマグネシウム含有量の部品がろう付けされる請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 熱交換器の部品がろう付けされる請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. ろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上のKAlFと、1重量%以上のCsAlFと、2重量%以上のLiAlF、CaF、CaCO、MgF、MgCO、SrF、SrCO、BaF、BaCOからなる群から選択される第2成分、および前記第2成分の2つ以上の混合物とを含むかまたはそれらからなるろう付けフラックス。
  14. ろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上のKAlFと、1重量%以上のCsAlFと、3重量%以上のLiAlF、CaF、MgF、SrF、BaFからなる群から選択される第2成分、および前記第2成分の2つ以上の混合物とを含むかまたはそれらからなる請求項13に記載のろう付けフラックス。
  15. ろう付けフラックスの総重量に対して、80重量%以上のKAlFと、1重量%以上のCsAlFとを含み、ここで、前記第2成分が、LiAlF、BaF、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項13または14に記載のろう付けフラックス。
  16. KAlF、CsAlFおよびLiAlFらなり、任意選択的にBaFを加えてさらに含有する請求項1315のいずれか一項に記載のろう付けフラックス。
  17. 請求項1316のいずれか一項に記載のろう付けフラックスおよび少なくとも1つのろう付け添加剤を含むろう付けフラックス組成物。
  18. 請求項1316のいずれか一項に記載のろう付けフラックスまたは請求項17に記載のろう付けフラックス組成物でコートされた、アルミニウムまたはアルミニウム−マグネシウム合金のコーテッド部品。
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