JPH0116599B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は銅基金属合金、さらに詳しくは、銅お
よび銅合金よりなる物品などのろう付けを行なう
金属物品に有用な均質で延性のろう付け材料に関
する。 ろう付けとは、多くの場合組成の異なる金属部
品を、互いに接合するプロセスをいう。一般的に
は、一体に接合する金属部品の融点よりも低い融
点を有する充填金属を、金属部品の間にはさん
で、アセンブリーをつくる。次にアセンブリーを
充填金属が溶融するのに十分な温度にまで加熱す
る。冷却すると、強くて耐漏性の接合部が形成さ
れる。使用する充填金属は、用途によつて、一般
に粉末、ワイヤーまたは箔の形態をとる。箔の形
態は充填金属を接合部分に予じめ配置する際に都
合よく、従つて複雑な形のろう付けをさほど困難
なく行なうことができる。 AWS BAgと呼ばれる銅および銅合金に使用
するのに適したろう付け用合金は周知の組成物で
ある。これらの合金には、貴金属である銀が相当
量（19〜86重量％）含まれており、そのため高価
である。たいていのAWS BAg組成物は長い連
続したローリングおよびアニーリングによつてホ
イルの形態にするため、相当の加工費がかかる。 延性ガラス質金属合金は、H.S.Chen等の1974
年12月24日付米国特許第3856513号に開示されて
いる。これらの合金は式TiXj（式中、Ｔは少なく
とも一種の遷移金属であり、そしてＸはリン、ホ
ウ素、炭素、アルミニウム、ケイ素、スズ、ゲル
マニウム、インジウム、ベリリウムおよびアンチ
モンよりなる群から選択した元素であり、“ｉ”
は約70〜約87原子％であり、そして、“ｊ”は約
13〜30原子％である）で表わされる組成物であ
る。このような材料は、この技術分野で現在よく
知られている加工法を使つて溶融物から急冷する
ことつて粉末、ワイヤーまたは箔の形態に都合よ
く製造される。しかしながら、銅を主な遷移金属
として含有している上記TiXjの液体急冷ガラス
室金属合金については何も公表されていない。
Chen等は米国特許第3856513号で、ただ一種の銅
含有組成物（たとえばPd_77.5Cu₆Si_16.5）を示して
いるだけである。Trans.Japan Inst.of Metals、
第17巻、1976年、第596頁でH.SutoおよびH.
Ishihawaは蒸着によるガラス質Cu−Siの製造に
ついて発表している。 貴金属を含まずかつ箔、粉末またはワイヤーの
形態に製造することのできる、銅および銅合金を
接合するための、均質なろう付け材料がこの技術
分野では依然として必要とされている。 本発明は低融点銅基金属組成物を提供するもの
である。一般に、この組成物は本質的に約2.5〜
11原子％のSn、約11〜15原子％のＢからなり、
残部は本質的にはCuおよび付随的な不純物であ
る。組成物はCuおよびSnの合計が、約85〜89原
子％となるものである。この金属合金組成物は少
なくとも部分的にガラス質構造を有しているのが
好ましい。 さらに、本発明は、本質的に約2.5〜11原子％
のSn、約11〜15原子％のＢよりなり、残部は本
質的にCuおよび付随的な不純物であり、Cuおよ
びSnの合計は約85〜89原子％である、組成を有
する均質で延性のろう付け用箔を提供するもので
ある。好ましくは、本発明のろう付け用箔は少な
くとも部分的にガラス質であり、そして本質的に
約75〜78原子％の銅、約10〜11原子％のSnおよ
び約11〜13原子％のＢよりなる。 Snを添加することによつて、本発明の合金で
ろう付けした接合部の強度が著しく増加すること
を見出した。メタロイド成分のＢ存在は、Cu成
分の融点を低下させる働きをし、そして自溶力を
持つ合金を提供することになる。 本発明の均質なろう付け用箔は、組成物の溶融
物をつくり、そして溶融物を回転急冷ホイール上
で少なくとも約10⁵℃／秒の速度にて急冷するこ
とよりなる方法で製造される。 さらに、本発明は、二種またはそれ以上の金属
部品をろう付けすることによつて接合する方法の
改良法を提供するものである。その方法は (a) 金属部品の間に、どの部品の融解温度よりも
低い融解温度を有する充填金属をはさんでアセ
ンブリーをつくり、 (b) アセンブリーを少なくとも充填金属の融解温
度にまで過熱し、そして (c) アセンブリーを冷却する ことよりなる。改良点は、充填金属として、上記
の組成を有する均質銅基合金の箔を用いることに
ある。 この充填金属箔は均質で延性のリボンとして容
易に製造することができ、これはキヤストしたま
までろう付けに有用である。銅基金属箔は複雑な
形に打抜いて、ろう付けプレフオームとすること
ができ、有利である。 本発明の均質で延性のろう付け用箔は、ろう付
け操作の前に、接合部内部に配置することがで
き、有利である。本発明の均質延性銅基合金の箔
を使用すると、溶融塩中への浸漬ろう付けのよう
な方法でろう付けすることもできる。これは粉末
またはロツドタイプの充填剤では行なうのが難か
しい。 ガラス質金属合金は所望の組成の溶融物を少な
くとも約10⁵℃／秒の速度で冷却することによつ
てつくる。ガラス質金属合金の技術分野でよく知
られている種々の急冷法を、ガラス質金属粉末、
ワイヤー、リボンおよびシートの製造に用いるこ
とができる。一般的には、特定の組成を選択し、
所望割合の必要な成分の粉末または粒子を溶融お
よび均質化し、そして溶融合金を急速回転シリン
ダーのような冷却面上であるいは水のような適当
な流動媒体中で急冷する。 銅基ろう付け用合金は上記のような方法で製造
されてきた。 いずれのろう付け法においても、ろう付け材料
は、一緒にろう付けする金属部品の使用要件を満
たす強度を持たらすのに十分に高い融点を持つて
いなければならない。しかしながら、その融点は
ろう付け操作を難しくするほど高い温度であつて
はならない。さらに、充填材料はろう付けされる
材料と化学的にも金属学的にも適合したものでな
ければならない。ろう付け材料は、腐蝕を避ける
ために、ろう付けされる金属よりも耐蝕性でなけ
ればならない。理想的には、ろう付け材料は、複
雑な形に打抜けるように延性箔の形態でなければ
ならない。最後に、ろう付け用箔は均質であるべ
きであり、すなわち、結合剤またはろう付け中に
別にボイドまたは汚染残留物を形成する他の材料
を含有させるべきではない。 本発明では、箔形態の均質で延性のろう付け材
料を提供する。ろう付け用箔は、組成が約2.5〜
11原子％のSn、約11〜15原子％のＢよりなり、
残部は本質的にCuおよび付随的な不純物である。 これらの組成物は銅および銅合金と適合し、特
にこれらの材料を接合するのに適している。 均質というのは、得られた箔がどのデイメンシ
ヨンにおいても実質的に均質な組成であることを
意味する。延性というのは、箔を破損することな
く、箔の厚みの10倍の小さな半径の丸みに曲げら
れることを意味する。 本発明の範囲内のろう付け用合金組成物の例を
表に示す。 上記の広い範囲内において、銅および広範囲の
大気圧条件での広範囲の銅合金と適合し、そして
ろう付けを可能にする好ましい組成範囲がある。
そのような好ましい組成範囲は、銅および銅合金
の実質的にあらゆるろう付け条件下での接合を可
能にする。本発明の特に好ましい合金組成物は、
本質的に約77原子％のCu、約11原子％のSnおよ
び12原子％のＢよりなる。 さらに、本発明では、二つまたはそれ以上の金
属部品を接合するための改良法について明らかに
する。その方法は、 (a) 金属部品の間に、どの部品の融解温度よりも
低い融解温度を有する充填金属をはさんでアセ
ンブリーをつくり、 (b) アセンブリーを少なくとも充填金属の融解温
度にまで加熱し、そして (c) アセンブリーを冷却する ことよりなる。 改良点は、充填金属として、上記の範囲内の組
成を有する少なくとも一種の均質銅基合金の箔を
用いることにある。 本発明のろう付け用箔は、ガラス質金属箔と同
様に、溶融物から製造する。これらの急冷条件下
で、準安定均質延性材料が得られる。準安定材料
はガラス質であり、この場合、長範囲の規則性は
ない。ガラス質金属合金のＸ線回折図形は、無機
酸化物ガラスで観察されるのと同様な拡散ハロー
を示すだけである。そのようなガラス質合金は、
その後の取扱い、たとえば合金のリボンからの複
雑な形の打抜き、が可能となるように少なくとも
50％はガラス質にして、十分に延性にすべきであ
る。好ましくは、すぐれた延性を得るために、ガ
ラス質金属合金は全体的にガラス質であるべきで
きる。 準安定相はまた複数の構成成分元素の固溶体で
あつてもよい。本発明の合金の場合、そのような
準安定の固溶体は、結晶質合金を製造する技術分
野で用いられる従来の加工技術の下では普通得ら
れない。固溶体合金のＸ線回折図形は、結晶質合
金のシヤープな回折ピーク特性を示し、そのピー
クは、所望の微粒子サイズの微結晶であるため、
いくらかブロードである。このような準安定材料
は、上記の条件下で製造すると、やはり延性のも
のとなる。 本発明のろう付け材料は箔（またはリボン）の
形に製造すると都合よく、材料がガラス質であつ
てもあるいは固溶体であつても、キヤストしたま
までろう付けに使用しうる。あるいは、複雑な形
の打抜きを行なう場合のダイスの寿命を長くする
ために、ガラス質金属の箔を加熱処理して結晶
相、好ましくは微粒子状のものを得てもよい。 上記の方法で製造した箔は一般的には、厚みが
約0.0010〜約0.0025インチ（25.4〜63.5μｍ）であ
り、これはろう付けする物体の間の好ましい間隔
でもある。このような間隔であると、ろう付け接
合部の強度は最大となる。より薄い箔を用い、積
み重ねてよく厚くしてもよい。さらに、ろう付け
中に融剤は必要とせず、結合剤はホイル中に存在
させない。従つて、ボイドおよび汚染残留物は形
成されない。その結果、本発明の延性ろう付け用
リボンは、スペーサーの必要がなくかつ最小限の
ろう付けの後処理ですむので、ろう付けを容易に
する。 本発明のろう付け用箔はまた、すぐれたろう付
け接合部にするという点では、同じ組成の種々の
粉末ろう付けよりもすぐれている。これはおそら
く、ろう付け用充填金属をろう付けを行なう表面
の端から毛管現象によつて送るのではなく、ろう
付け用箔をろう付けが必要な場所へ適用できるこ
とによるものと思われる。 実施例 １ 幅約2.5〜6.5mm（約0.10〜0.25インチ）および
厚み約25〜60μｍ（約0.0010〜0.0025インチ）の
リボンを、特定組成物の溶融物をアルゴンの超過
圧力によつて高速回転銅製冷却ホイール（表面速
度約914.4〜1828.8ｍ／分）上に吹き付けること
によりつくつた。少なくとも部分的ガラス質原子
構造の準安定で均質な合金リボンを製造した。リ
ボンの組成を表に示す。

【表】 実施例 ２ 選択した組成（原子％）Cu₇₇Sn₁₁B₁₂の液相線
および固相線温度を、示差熱分析（DTA）法で
測定した。これらの温度を表に示す。

【表】 実施例 ３ 重ね剪断試験用試験体をAWSC3.2“Standard
Method fof Evaluating the Strength of
Brazed Joints”に従つてつくつた。厚み3.175mm
（0.125〃）の銅板を母材として使用した。厚み約
25.4μｍ〜38.1μｍ（0.001〃〜0.0015〃）および幅
約6.35mm（0.25〃）の寸法の選択した組成（原子
％）Cu₇₇Sn₁₁B₁₂のリボンを充填金属として使用
した。ろう付け接合部は、6.35mm（0.25〃）およ
び12.7mm（0.5〃）に慎重に調整した重なり寸法
を有する重ねタイプのものであつた。次に試験体
をアセトン中で脱脂し、そしてアルコールですす
いだ。ブランクの合せ目をホウ酸を使つて溶融し
た。次に、本発明の選択したろう付け用リボン
を、重ね接合部の全長をおおうように並べて、本
発明のリボンを含ね重ね接合部を組立てた。つい
で試験体をクランプし、そして8psi酸素および
8psiアセチレン圧のオキシアセチレン火炎を使つ
てトーチろう付けを行なつた。次にろう付けした
試験体を室温まで空冷し、溶融残留物をワイヤー
ヤラツシングして除去した。 比較のために、全く同じ接合部を、厚み25.4μ
ｍ（0.001〃）のBCuP−５ホイルおよび直径
0.157cm（0.064〃）のBAg−１およびBAg−２ロ
ツドを使用してつくつた。これらの充填金属の公
称組成およびろう付け温度範囲を表Ａおよび
Ｂに各々示す。

【表】

【表】 表Ｂ合 金 温度℃（〓） BCuP−５ 704−816（1300−1500） BAg−１ 618−760（1145−1400） BAg−２ 635−760（1175−1400） 用いる充填金属が棒状である場合（BAg−１
およびBAg−２合金）、両端にステンレス鋼のス
ペーサーを置くことによつて、ブランクの合せ目
の間に38.1μｍ（0.0015〃）の間隙を保つた。次
にアセンブリーをこれらの合金のろう付け温度範
囲に加熱し、そして充填金属を一端にのみ適用し
た。次いで溶融充填金属を毛管作用によつて通し
て、合せ目全体をおおつた。重なりが12.7mm
（0.5インチ）のろう付け接合部の機械的性質を表
Ａに示し、一方重なりが6.35mm（0.25インチ）
のろう付け接合部の機械的性質を表Ｂに示す。

【表】

【表】 12.7mm（0.5インチ）および6.35mm（0.25イン
チ）の重なりで、組成（原子％）Cu₇₇Sn₁₁B₁₂の
本発明の選択した合金は母材が破損し、ろう付け
接合部の強度が母材の強度を越えていることを示
している。これとは対照的に、銀を含有している
合金BCuP−５、BAg−１およびBAg−２で行つ
た同一のろう付けは、12.7mm（0.5インチ）およ
び6.35mm（0.25インチ）の重なりにおけるろう付
け接合部で破損した。従つて、組成（原子％）
Cu₇₇Sn₁₁B₁₂の本発明の選択した合金は、銀含有
合金BCuP−５、BAg−１およびBAg−２に較べ
てより強力な接合部をつくつた。 以上、本発明を詳しく説明してきたが、これら
の詳細を厳密に固守する必要はなく、様々な変形
が可能なことはこの技術分野に熟知した人々には
明らかで、これらは全て特許請求の範囲の通りの
本発明の範囲内に入ることは言うまでもないこと
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本質的に2.5〜11原子％のスズ、および11〜
   15原子％のホウ素よりなり、残部は銅および付随
   的な不純物であり、そして銅及びスズ合計が85〜
   89原子％である合金組成を有する、均質なろう付
   け用箔。 ２ 本質的に10〜11原子％のスズ、11〜13原子％
   のホウ素および75〜78原子％の銅よりなる合金組
   成を有する、特許請求の第１項記載の均質なろう
   付け用箔。 ３ 本質的に77原子％の銅、11原子％のスズおよ
   び12原子％のホウ素よりなる合金組成を有する、
   特許請求の範囲第１項記載の均質なろう付け用
   箔。 ４ 本質的に67.1原子％の銅、10.6原子％のスズ
   および11.6原子％のホウ素よりなる合金組成を有
   する、特許請求の範囲第１項記載の均質なろう付
   け用箔。 ５ 上記箔は少なくとも50％がガラス質である、
   特許請求の範囲第１項記載のろう付け用箔。