JPH0230792B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、アルミニウム系材料の表面に、フラ
ツクスとしての化成処理層を形成せしめたのち、
加熱することにより所望部をろう付けする方法に
関するものである。 最近、自動車用のラジエーター等熱交換器を軽
量化等の必要性からアルミニウム材料あるいはア
ルミニウム合金材料（本発明においては、アルミ
ニウム系材料という）により製作されるようにな
つてきた。アルミニウム系材料をラジエーター等
の製品に仕上げるには、少なくとも該材料同志を
結合する方法が必要である。結合方法としては、
ろう付けが作業能率の良さあるいは得られる結合
形態から見て最も適したものである。 従来からアルミニウム系材料のろう付けには、
ろう材としてアルミニウム系材料より若干融点の
低いAl−Si共晶合金が主として使用されている。
また、ろう材が、アルミニウム系材料と良好に接
合するためには、該アルミニウム系材料の表面に
存在する酸化物被膜等の汚れを除去する必要があ
る。この汚れを除去するためにろう材とともにフ
ラツクスをろう付け部に適用する。 よく使用されるフラツクスとしては、ZnCl₂、
NaCl等の金属塩化物の混合物質がある。しかし、
該塩化物系物質のフラツクスを使用すると、ろう
付け作業後、ろう付け部に残留したフラツクス
が、アルミニウム系材料あるいはろう材を腐食さ
せることもある。しかしてろう付け後製品をよく
洗浄して、フラツクスを除去する必要があつた。 一方、アルミニウム系材料のろう付けに使用す
るフラツクスとして、テトラフルオロアルミニウ
ム酸カリウム（KAlF₄）等のフルオロアルミニ
ウム酸カリウム塩が有用であることが知られてい
る。KAlF₄は、フツ化カリウム（KF）と、フツ
化アルミニウム（AlF₃）とを等モル量ずつ混合
融解して得られる錯塩である。これをフラツクス
として用いる場合には粉末状にして、ろう付け部
に適用する。このフラツクスは、約570℃の温度
で融解し、アルミニウム系材料の表面に存在する
酸化物を除去、または溶解するが、金属アルミニ
ウムに対しては本質的に不活性であり、ろう付け
用フラツクスとして優れた性質を有する。該フラ
ツクスは、ろう付け後ろう付け部に残留しても水
にきわめて難溶であり、アルミニウム系材料を腐
食することがない。 それ故、塩化物系のフラツクスを使用した場合
に必要であつたろう付け後の洗浄が不必要である
とともに、製品に特別の処理を施すことなく塗装
作業を施すことも可能である等の特長を有する。 しかしながら、このフラツクスは、該フラツク
スをろう付け部に供給する方法が複雑であるとい
う欠点を有する。すなわち、前述したように、こ
のフラツクスは、主としてテトラフルオロアルミ
ニウム酸カリウムの粉末である。この粉末をろう
付け部に適用する方法としては、まずこの粉末と
粉末状のろう材とを水に懸濁させておき、この中
に、ろう付け前のアルミニウム系材料からなる組
立品を浸漬する。よく浸漬したのち該組立品を懸
濁液から引き上げ、乾燥させることにより、ろう
付け部にフラツクスおよびろう材を集積させる方
法が提案されている。 次に、該組立品を所定の温度に加熱してフラツ
クスおよびろう材を融解せしめると、ろう付け部
にろう材が浸透し、冷却後には該ろう付け部はろ
う材により接合される。この方法では、必要量の
フラツクスとろう材をろう付け部へ供給するため
に、懸濁水中のフラツクスとろう材の量、組立品
浸漬後の引き上げ速度、引き上げ姿勢等を微妙に
調整しなければならないという欠点がある。 そこで、本発明者らはアルミニウム系材料のろ
う付けに使用する上記従来のろう付け法が有する
欠点に鑑み、鋭意研究を進めた結果、本願にかか
る発明を為すに至つた。 本発明の目的は、被ろう付け材料であるアルミ
ニウム系材料の表面に強固に付着したフラツクス
層が形成でき、所望個所のろう付けが容易に行な
うことができ、しかも、ろう付け後フラツクスの
残留物による腐食が生じないろう付け方法を提供
することにある。 本発明は、アルミニウム系材料の少なくともろ
う付け所望部をカリウムおよびフツ素を含有する
処理溶液と接触せしめることにより、該アルミニ
ウム系材料の表面にろう付け用フラツクスとして
のペンタフルオロアルミニウム酸カリウムからな
る化成処理層を形成する化成処理工程と、該化成
処理層の形成部を加熱してろう材により該アルミ
ニウム系材料を相手材にろう付けするろう付け工
程とからなるアルミニウム系材料のろう付け方法
である。 本発明によれば、処理溶液にアルミニウム系材
料を浸漬するのみで容易にフラツクス層を形成で
き、しかもその後のろう付け工程によるろう付け
時にろう材の流れがなめらかで、ろう材がろう付
け部に均等にゆきわたる。 その結果、少量のろう材で、欠陥のないろう付
け接合部を形成することができるとともに、ろう
付け後ろう付け部を洗滌しなくてもろう付け接合
部を腐食させることがない。 また、フラツクスとしての化成処理層は、アル
ミニウム系材料に強固に付着しているので、該ア
ルミニウム系材料を板金加工等により部品を製造
する場合でもフラツクスは脱落しない。それ故、
加工後のろう付けにおいてもろう材が容易に流
れ、健全なろう付け接合部を得ることができる。
かかる優れた効果が得られるのは、上記化成処理
層を形成するための処理溶液が、カリウムとフツ
素とを含んでいるためである。 以下、本発明をより詳細に説明する。 本発明における化成処理工程は、アルミニウム
系材料をカリウムおよびフツ素を含有する処理溶
液と接触せしめ、該アルミニウム系材料の表面に
ペンタフルオロアルミニウム酸カリウム
（K₂AlF₅）からなる化成処理層を形成する工程で
ある。 本発明において、アルミニウム系材料とは、ア
ルミニウム材料あるいはアルミニウム合金材料を
いう。アルミニウム合金材料としてはアルミニウ
ムに、珪素（Si）、銅（Cu）、マンガン（Mn）、
亜鉛（Zn）、チタン（Ti）、クロム（Cr）、ジルコ
ニウム（Zr）、マグネシウム（Mg）等を少なく
とも一種類添加した合金がある。具体的には、
JIS3003、7072等のアルミニウム合金材料がある。
さらに、アルミニウム合金材料としては、アルミ
ニウムあるいは、上記アルミニウム合金材料の表
面に、融点が10〜100℃低い合金、たとえばSiを
７〜12wt％含有したAl−Si共晶合金を被覆した
ものでもよい。具体的には、JIS3003材の表面に
4343材をクラツドしたもの（BA12PCなど）でよ
い。板状の場合には、ブレージングシートと呼ば
れているものである。 本化成処理工程に使用する処理溶液は、カリウ
ムとフツ素を含む溶液である。この溶液に上記ア
ルミニウム系材料を浸漬等の方法により接触させ
ると、該接触部位では、処理溶液中のカリウム及
び、フツ素と、被処理材であるアルミニウム系材
料中のアルミニウムとが化学反応して、アルミニ
ウム系材料の表面に該材料と強固に結合した
K₂AlF₅の層が生成する。K₂AlF₅は次工程の加熱
工程において、ろう付用のフラツクスとして有効
に作用するものである。 本発明において重要なことは、上記K₂AlF₅層
が上記のごとき反応によつて形成されたものであ
るということである。 本工程において使用する上記処理溶液の調製に
は、いくつかの方法がある。 まず、その一つは、上記フツ化水素カリウム
（KHF₂）を水に溶解する方法である。KHF₂の
溶解量は、水１当り１〜80ｇとしたものが
K₂AlF₅を生成するのに適当である。KHF₂の量
が１ｇ/未満の場合には、K₂AlF₅化成処理層の
生成速度が低く、所望の量のK₂AlF₅を生成する
のに長時間を有する。一方、80ｇ/以上の場合
には、溶液濃度が高いので、K₃AlF₆が生成しや
すく、K₂AlF₅を効率よく得ることができない。 該処理溶液の他の調製方法としては、フツ化カ
リウム（KF）とフツ化水素（HF）とを水に溶
解して混合水溶液としてもよい。また、水酸化カ
リウム（KOH）とフツ化水素とを水に溶解した
ものでもよい。 これらの水溶液は、該水溶液に含まれるフツ素
がカリウムに対して、モル比で１〜10であつて、
且つカリウムが0.5〜40ｇ/含有しているものが
よい。上記モル比が10以上になると、アルミニウ
ム系材料が強く、腐食され、表面状態が荒れるの
で好ましくない。また、モル比が１以下では、
K₂AlF₅を生成せしめることが困難となる。 これらの処理溶液をフツ化カリウムとフツ化水
素との混合水溶液とする理由としては、過剰のフ
ツ素を加えることによつて、フツ素のモル比を増
加させる目的の他に処理溶液を酸性にして、アル
ミニウムとの反応を促進させるためでもある。 処理溶液を酸性にするために、上記フツ化水素
の他に、ケイフツ化水素、ホウフツ化水素を用い
てもよい。 上記アルミニウム系材料と処理溶液とを接触さ
せる方法には、前記のようにアルミニウム系材料
を浸漬する方法の他に、アルミニウム系材料の少
なくともろう付け所望部に塗布あるいは吹きつけ
る方法もある。このときには処理溶液中のカリウ
ムおよびフツ素が不足しないように比較的多量に
供給する必要がある。 該アルミニウム系材料と処理溶液との接触時間
は、処理溶液中のカリウムおよびフツ素の濃度、
処理溶液の温度によつて一概には決まらないが、
たとえば0.5秒〜20分程度の範囲がよい。 該接触によつて、該処理溶液は、KFとHFが
混合した形態の溶液であるから、アルミニウム系
材料の表面に存在する酸化物被膜が破壊され、ア
ルミニウムとカリウムとフツ素が化学反応し、
K₂AlF₅が生成する。該K₂AlF₅の生成は、処理溶
液の温度によつても変化する。当然常温でも充分
に化学反応が進行する。しかし、処理溶液の温度
を40〜70℃に上昇せしめると、特に酸化被膜の除
去が完全に、しかも急速に行なわれる。その結
果、K₂AlF₅が、アルミニウム系材料の表面に強
固な化成処理層として生成してゆく。 これらの材料は、原材料のまま上記化成処理工
程を施してもよいし、また、所定の形状になるよ
うに加工を加えたもの、あるいは組立てたのち化
成処理工程を施してもよい。該アルミニウム系材
料に化成処理工程を施す前に、該材料の表面をト
リクロルエチレン等の有機溶媒で脱脂を行なつて
もよい。また、フツ化水素酸水溶液等により酸化
被膜をあらかじめ除去してもよい。このように、
酸アルミニウム系材料の表面を清浄にしてから化
成処理工程を施してもよい。 また、本化成処理工程は、アルミニウム系材料
を陽極にして、上記処理液中で通電しながら、該
アルミニウム系材料の表面にK₂AlF₅を生成して
もよい。この場合、陰極材料としては、陽極と同
等の表面積を有する炭素等の、処理溶液中へイオ
ンとなつて溶出しない材質のものが望ましい。 さらに、交流電流を通じながら化成処理を行な
つてもよい。この場合は、二組のアルミニウム系
材料を用意し、両アルミニウム系材料に電圧を印
加する。そうすると、電圧の高くなつた方のアル
ミニウム系材料にK₂AlF₅が生成し、低くなつた
ときはK₂AlF₅は溶出しない。それ故、両アルミ
ニウム系材料には電圧が高くなつたときのみ
K₂AlF₅が生成することになる。 直流電圧を印加した場合、交流電圧を印加した
場合、いずれの場合においても、電圧を印加しな
い場合に比べてK₂AlF₅の生成速度が大きいので、
短時間のうちに所望の量のK₂AlF₅からなる化成
処理層を得ることができる。 以上のようにして、K₂AlF₅が単位表面積当り
0.1〜10ｇ/m²生じたところで該アルミニウム系材
料と処理溶液との接触を断つのがよい。 このあと、上記化成処理工程を施したアルミニ
ウム系材料表面には、未反応のカリウムおよびフ
ツ素が残留している。該残留したカリウムおよび
フツ素を水洗してもよいが、水洗しなくても後の
工程には差支えない。 さらに該処理したアルミニウム系材料に乾燥工
程を施してもよい。該乾燥工程は、アルミニウム
系材料の表面に付着した水を散逸させる工程であ
る。化成処理後水洗を行なわない場合には、この
工程によりアルミニウム系材料の表面に残留した
カリウムおよびフツ素をアルミニウムと反応させ
て、さらにK₂AlF₅を生成することもできる。し
かし、残留したカリウムおよびフツ素が過剰のと
きには該カリウムおよびフツ素はKHF₂となり、
残留水分は散逸する。その結果、アルミニウム系
材料の表面には水分を含まないKHF₂が残留す
る。水分を含まないKHF₂は、潮解性を示さず、
自然に空気中等の水分を吸収して、「ベトベト」
することはなく、材料の取扱が容易であり、しか
も後のろう付けに際して害を及ぼすことはない。 乾燥の具体的な手段としては、大気中に放置し
てもよいが、比較的長時間を必要とする。また、
常温から100℃の温風を吹きつけて行なつてもよ
い。また100〜200℃の熱風を吹きつけてもよい。
特に熱風を吹きつけると、化成処理層の水分がな
くなり、アルミニウム系材料の表面に化成処理層
が焼きつけられ、該層はより強固となる。さら
に、後のろう付け工程において、水蒸気を発生す
ることがないので、加熱炉内の露点を上昇させる
ことなく、また、有害なフツ化水素蒸気を発生し
ないという利点がある。 以上のようにして得た化成処理層を有するアル
ミニウム系材料は、アルミニウム系材料の表面
に、K₂AlF₅が0.1〜10ｇ/m²程度固着している状
態が、次のろう付け工程において、K₂AlF₅がフ
ラツクスとして作用するのに望ましい。 上記アルミニウム系材料は、先述したが、たと
えば板状、塊状の素材のまま、あるいは所望の形
状、たとえば自動車用ラジエーターの冷却水流通
コアおよびフインの形状に成形した部品、あるい
はこれらを組立てて、相手材と組合せたろう付け
所望部を有する仮組立品としたものでもよい。 素材のままで化成処理工程を施した場合には、
該素材を所望形状に加工し、相手材と組立せた仮
組立品とする。相手材は上記化成処理したアルミ
ニウム系材料でもよいし、化成処理工程を施さな
いアルミニウム系材料でもよい。また、従来法に
よるフラツクスを付着せしめたものでもよい。該
素材の加工時には、化成処理層は強固にアルミニ
ウム系材料と結合しているので、剥離することが
少ない。特にK₂AlF₅の付着量が0.1〜３ｇ/m²で
あると、かなりの強加工を行なつても剥れること
がない。付着量が10ｇ/m²以上になると、曲率を
大きくして曲げると剥離することもあるので、注
意して加工する必要がある。 上記仮組立品において、ろう付け所望部は、２
又はそれ以上の部材が組合せられる個所である。
このろう付け所望部には次工程のろう付け工程を
施す前に、ろう材を供給しておく必要がある。ろ
う材の供給方法としては、組合せられる部材の少
なくとも一つに、ろう材をクラツドした材料を使
用する方法が簡単で好ましい。他の方法として
は、棒状あるいは線状、粉状のろう材をろう付け
所望部に沿わせて供給してもよい。 上記ろう材にも、あらかじめ、上記化成処理工
程を施してK₂AlF₅を付着せしめておいてもよい。 次に、上記仮組立品を加熱炉に入れる等して、
本発明におけるろう付け工程を施し、融解したろ
う材を、ろう付け所望に浸透させることにより、
ろう付けを行なう。このろう付け工程における加
熱温度は、アルミニウム系材料の融点以下で、ろ
う材の融点以上の温度がよい。 加熱零囲気は、非酸化性零囲気が最も望ましい
が少量の酸素が存在する零囲気でもよい。 本ろう付け工程において、上記化成処理層とし
て存在するK₂AlF₅がフラツクスとして作用する
ので、ろう材と、アルミニウム系材料との「ぬれ
性」が良好となり、正常なろう付け接合部を得る
ことができる。 本ろう付け工程を施したときの、ろう付け部に
おける現象の詳細は、明らかでないが、次のよう
に考えられる。 まず、温度が上昇して、フラツクスが融解し始
める。融解したフラツクスは、アルミニウム系材
料の表面で反応し、加熱中に発生あるいは、当初
から残留していた酸化被膜が除去される。もとも
と、化成処理工程を施したアルミニウム系材料の
表面には酸化被膜が少ないので、本発明のように
少量のフラツクスでも、上記酸化被膜を除去する
のに充分である。 その後、ろう材が融解し、アルミニウム系材料
の表面と接触する。アルミニウム系材料は酸化被
膜が除去されているので、ろう材との「ぬれ性」
が良好となつており、ろう材はろう付け部の〓間
に浸透する。ろう材がろう付け部に充分浸入した
のち、冷却すれば、ろう材が凝固して、アルミニ
ウム系材料同志を結合し、ろう付け接合部を形成
する。 上記したように、ろう材の浸透力は非常に強力
であるので、接合部を形成するろう材にはピンホ
ール等の欠陥が生じにくい。また、フラツクスの
残留物は、ろう付け接合部又はその近辺に存在す
るが、これらは、水に実質的に不溶であるため、
アルミニウム系材料を腐食させることがない。 逆に、これらの残留物は、アルミニウム系材料
よりも水との親和性がある。しかして、たとえば
空調機用の熱交換器のフイン上等に凝集した水
が、容易に水受皿の方へ移動しやすくなる。その
結果、熱交換器の細い空気通路における空気の流
れが凝集水により妨げられることがないので、熱
交換が順調に行なわれ、該熱交換器の効率が向上
する等の利点も生じる。 以下、本発明の実施例を説明する。 実施例 １ アルミニウム系材料として、大きさ３cm×３
cm、厚さ２mmの純アルミニウム板およびアルミニ
ウム合金板を用意し、これらの板をカリウムおよ
びフツ素を含有する処理溶液に浸漬し、本発明に
おける化成処理工程を施し、フラツクス被覆した
アルミニウム系材料17種を得た。これらの材料の
名称処理条件等を第１表に示す。 さらに、各材料の表面において、Ｘ線回折パタ
ーンを観察したところ、K₂AlF₅・H₂Oが生成し
ていることを確めた。実施番号１のアルミニウム
系材料について得られたＸ線回折パターンを第１
図に例示する。その後各材料表面のK₂AlF₅・
H₂O付着量を調査した。付着量は、材料表面１
m²当り0.2〜10ｇであり、各実施番号の材料につ
いて、その付着量を第１表に示した。 次に、上記材料を用いて、ろう付け実験を実施
した。まず、第２図に示すように実施番号１〜16
の材料１を水平に置き、これらの上に実施番号17
のブレーシングシート２をその面が垂直となるよ
うに固定して、16種類のろう付け用試験片を製作
した。

【表】 各ろう付け用試験片を窒素ガス零囲気の加熱炉
に入れ、610℃、２分間加熱処理を施したのち炉
から取り出し、放置、冷却した。こうして、各試
験片のろう付け部１１をろう付け接合した。接合
部の接合状況を、第１表の接合部評価欄に、Ａ又
はＢで示す。接合部評価は、Ａ、Ｂの二段階に分
類した。それぞれの接合部の様子を第３図、第４
図に示す。第３図はＡの場合であり、ろう材が均
一に浸透している。第４図はＢの場合であり、ろ
う材の浸透に若干の不均一が見られる。しかし、
ろう材の欠如した部分は見られない。 これらの結果から、ブレージングシート２の表
面にクラツドしたろう材（4343材）が溶けて、ろ
う付け部１１に流れ、ろう付け部にほぼ均一に分
布し、ろう材によりアルミニウム系材料が良好に
接合されていることがわかつた。 実施例 ２ 第１表に示したろう付け用フラツクスを被覆し
た実施番号11のアルミニウム系材料１と、実施番
号17のブレージングシート材料２を前記第５図に
示すごとく、組合せ、さらに、両材料間に、直径
1.6mmのステンレス棒３を挾持せしめてろう付け
実験を行ない、ろう材の広がり性能力を調査し
た。 一方、比較例として、化成処理していない上記
と同種、同寸法のアルミニウム系材料を組合せた
ろう付け用試験片を用意した。この比較用試験片
に使用するろう付け用フラツクスとして、フツ化
カリウム（KF）とフツ化アルミニウム（AlF₃）
を等モルずつ混合、加熱融解して得たKAlF₄を
使用した。このKAlF₄の塊りを粉砕して、粒径
が、200メツシユ程度の粉末とし、該粉末100ｇを
水１に分散させてよく撹拌しながら、上記比較
用試験片を浸漬し、引き上げたのち乾燥し、上記
粉末状フラツクスをろう付け部に付着せしめた。 次に、上記両ろう付け用試験片を実施例１にお
いて使用した加熱炉に入れ610℃、２分の加熱処
理を行なつてろう付けを行なつた。 本発明における化成処理を実施したアルミニウ
ム系材料を使用した試験片では、ろう付け部端か
ら、ｌ＝24±１mm（試験片個数５個）の位置まで
ろう材が流動していたが、比較用試験片では、ｌ
＝23±２mmであつた。 この結果から、本発明のろう付け方法によれば
ろう材の流れが容易となり、材料組付け状態の悪
いろう付け部であつても良好に接合できることが
わかる。 実施例 ３ 第１表に示す実施番号２のフラツクス被覆アル
ミニウム系材料２枚を実施例１のろう付け用試験
片と同様に組立て、さらにろう付け部１１に沿つ
て、ろう材としての直径１mmの93％Al−７％Si
線を配置した。そののち、実施例１において使用
した加熱炉に入れて、610℃、２分の加熱処理を
行ない、ろう材をろう付け部に流動せしめ、ろう
付け接合部を形成した。その結果、第３図に示す
ような、ろう材が均一に分布したろう付け接合部
となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例で得た化成処理層の表面から
得られたＸ線回折パターンの例を示す図、第２図
ないし第５図は、いずれも実施例を示す図で、第
２図は化成処理工程を施したアルミニウム系材料
を組合せて製作したろう付け用試験片を示す斜視
図、第３図、第４図は、ろう付け用試験片のろう
付け状態を示す斜視図、第５図は、ろう付け部に
〓間を有するろう付け用試験片であり、ろう付け
状態を示す斜視図である。 １，２……化成処理したアルミニウム系材料、
１１……ろう付け部、３……ステンレス棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウム系材料の少なくともろう付け所
   望部をカリウムおよびフツ素を含有する処理溶液
   と接触せしめることにより、該アルミニウム系材
   料の表面にろう付け用フラツクスとしてのペンタ
   フルオロアルミニウム酸カリウムからなる化成処
   理層を形成する化成処理工程と、該化成処理層の
   形成部を加熱してろう材により該アルミニウム系
   材料を相手材にろう付けするろう付け工程とから
   なるアルミニウム系材料のろう付け方法。 ２ 上記アルミニウム系材料は、該アルミニウム
   系材料の少なくとも一部表面に、該アルミニウム
   系材料の融点よりも低い融点を有するAl−Si共
   晶合金を被覆したものである特許請求の範囲第１
   項記載のアルミニウム系材料のろう付け方法。 ３ 上記処理溶液は、フツ化水素カリウムを１〜
   80ｇ/含有する水溶液である特許請求の範囲第
   １項記載のアルミニウム系材料のろう付け方法。 ４ 上記処理溶液は、該処理溶液に含まれるフツ
   素がカリウムに対してモル比で１〜10であり、且
   つカリウムが0.5〜40ｇ/含有している水溶液で
   ある特許請求の範囲第１項記載のアルミニウム系
   材料のろう付け方法。 ５ 上記処理溶液は、フツ化カリウムとフツ化水
   素の混合水溶液である特許請求の範囲第１項又は
   ４項記載のアルミニウム系材料のろう付け方法。 ６ 上記処理溶液は水酸化カリウムとフツ化水素
   との混合水溶液である特許請求の範囲第１項又は
   第４項記載のアルミニウム系材料のろう付け方
   法。 ７ 上記化成処理層は、該処理層１m²当り0.1〜
   10ｇのペンタフルオロアルミニウム酸カリウムか
   らなる特許請求の範囲第１項、第３項ないし第６
   項記載のアルミニウム系材料のろう付け方法。