JPH0355237B2 - - Google Patents

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JPH0355237B2
JPH0355237B2 JP19406883A JP19406883A JPH0355237B2 JP H0355237 B2 JPH0355237 B2 JP H0355237B2 JP 19406883 A JP19406883 A JP 19406883A JP 19406883 A JP19406883 A JP 19406883A JP H0355237 B2 JPH0355237 B2 JP H0355237B2
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brazing
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alf
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3601Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
    • B23K35/3603Halide salts
    • B23K35/3605Fluorides

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

技術分野 本発明は、耐食性の良好なアルミニウム製熱交
換器組立てのためのろう付け用フラツクスの組成
に関するものである。 従来技術 接合すべきアルミニウム材の要素間に当該要素
材の融点よりも低い融点をもつアルミニウムのろ
う合金層を介在させて接合を行なうフラツクスろ
う付けには、一般的に塩化物を主成分とするフラ
ツクスが大気中で用いられている。これらのフラ
ツクスは、本質的に水溶性であり、一般的に吸湿
性であり、水の存在下でアルミニウムろう合金を
含めてアルミニウムを腐食する。したがつてその
ようなフラツクスのろう付け後の残留物は、ろう
付け工程後に洗浄して除去しなければならない。 フラツクスを用いないでろう付けを行うフラツ
クスレスろう付け方法として、真空ろう付け法、
あるいは不活性雰囲気ろう付け法等が既に知られ
ているが、これらは、高真空あるいは高純度の不
活性ガスと共に、被接合材に特殊なアルミニウム
材料を必要とする。更にはフラツクスろう付け法
と比べると、ろう付け部のクリアランスにより厳
しい精度が要求されるとともに、用いることので
きるアルミニウム材料が一般的なものでない点で
劣る。 また、ろう付け後、実質上水に不溶性であり、
非吸湿性でかつアルミニウムに対して非腐食性の
残渣をろう付け面に残すフツ化物フラツクスも知
られている。 すなわち、英国特許第1055914号明細書により、
AlF3とKFとを混合したフラツクスが提案されて
いる。更に、特公昭58−27037号公報により、ろ
う付け前において非吸湿性であり、ろう付け後に
おいて実質的に不水溶性であるフラツクスとし
て、KAlF4とK3AlF6とから成るフラツクスが提
案されている。このフラツクスは、KFとAlFを
原料としてこの混合物を溶融して凝固物を粉砕し
て得られるものであり、凝固物にはKAlF4
K3AlF6が生成している。原料成分のKFとAlF3
の比率は、可及的に両成分の共晶組成に近付ける
ことを推奨しいる。 KF−AlF3又はK3AlF6−KAlF4あるいは
K3AlF6−AlF3若しくはKAlF4、ろう付け後の状
態でK3AlF6−KAlF4又はKAlF4の実質的な化学
式あるいはその組合せで示されるこれらのフツ化
物フラツクスは、従来のの塩化物系フラツクスが
有する利点はもちろんのこと、更に残渣が非吸湿
性でアルミニウムに対して非腐食性であるため、
ろう付け後の洗浄が不要であるという大きな利点
を有する。またこれらフラツクスはいかなる形で
もろう付けに適用可能であり、特にトーチろう付
けや水性スラリーの形で炉中ろう付けに適してい
る。 しかし、これらのフラツクスは、作用温度が塩
化化物系フラツクスよりやや高くなつて良好な接
合部が得難いという欠点があつた。 ろう付けにおけるフラツクスの作用機構は十分
には解明されていないが、フラツクスとしては、
一般には、ろう合金の溶融の始まる前にフラツク
スが溶融してろう付け面を覆い表面酸化膜の破壊
除去を行うとともに、母材のぬれ性を高め、ろう
合金のろう付け面への流動を助け、また、空気と
の接触を遮断して再酸化を防止する性能を有する
ものが必要である。 従つてフラツクスの作動温度を適度に低下させ
ることは、ろう付けにおいて有意義である。 目 的 本発明の目的は、従来のアルミニウム材のろう
付け用フラツクスとしてのフツ化物系フラツクス
よりもフラツクスの作用温度が低く、これにより
良好な接合部を形成することができるとともに、
接合部の耐食性を向上することができ、かつ実質
上、不水溶性及び非吸湿性を保有するようにし
た、アルミニウム製熱交換器組立てのためのろう
付け用フラツクスを提供することにある。 構 成 本発明は、上記目的を達成するため、従来のフ
ツ物系フラツクスの組成物にBiF3を添加するこ
とによつて、無添加フラツクスの作用温度を下
げ、またろう付けの際の反応によつて生成される
微量Biのろう合金への混入によつてろう付け性
を改良し、これによつて良好な接合部を形成する
ものである。更にアルミニウム合金表面において
Al−Bi合金を形成させることによつて耐食性の
改善をもはかつたものである。 すなわち、本発明の要旨は、実質上、KF43〜
48重量%、AlF351〜56重量%、及びBiF30.05〜
1重量%より成る混合物の溶融凝固物を粉砕して
得た物から成る、耐食性の良好なアルミニウム製
熱交換器のろう付け用フラツクスにある。 ここで、「実質上」と称したのは、原料として
用いられるフツ化物が必ずしも純度の高いもので
ある必要がなく、一般に市販のフツ化物より混入
する程度の不純物は許容され、ただ純物質として
のKF、AlF3、BiF3に換算した場合の3物質の重
量比率のみが、フラツクスとしての作用上重要で
あるからである。 BiF3無添加フラツクスにおける実質的KFと
AlF3の重量比率の好ましい値は既知の文献(例
えば、B.Phillipsら、J.Amer.Ceram.Soc、
Vol.49(1966)、623ページ)のKF−AlF3系2元
状態図より容易に理解することができ、これに示
すように、共晶組成すなわちKF45.8重量%−
AlF354.2重量%(KF55モル%−AlF345モル%)
ないしはその前後に相当する比率である。 本発明は実質上この重量比率となる混合物ある
いは溶融混合物99.95〜99重量%に対し、更に
BiF30.05〜1重量%の添加を行なつた場合改良が
著しい。 BiF3の添加により、フラツクスの作用温度が
低下するほか、BiF3がろう付けの際の化学反応
によつてBiまで還元され、ろう合金中に微量Bi
が入ることにより、既知のように、ろう合金中で
の微量Biの存在によつてろう付け性が改善され
る。 更に、フラツクス中のBiF3より生成されたBi
は、アルミニウムの合金表面において、拡散によ
つてAl−Bi合金を形成し、この電位が通常のア
ルミニウム合金より卑であるため、犠牲陽極効果
によつてろう付け部品の耐食性を向上させ、対孔
食性をも著しく向上させる。したがつて、ろう付
けされたアルミニウム製熱交換器が厳しい腐食環
境において使用される場合には、本発明は、特に
その熱交換器の組立てにおいて有益である。 BiF3の添加量は、0.05重量%より少ないとろう
付け性の改善効果が乏しく、1重量%を超過する
と、Al−Bi合金に粒界腐食割れを起こすほか、
経済的でないので、1重量%を上限とする。 以下、実施例とそれによる効果について述べ
る。 実施例 1 工業用KFと工業用AlF3を用いてそれぞれの純
度を考慮に入れて、実質的にはKF45.8重量%−
AlF354.2重量%の比率となるように混合し、これ
を溶融(溶融温度は共晶温度562℃の100℃程度上
を目標とした)して調製したフラツクスと同じく
両成分にBiF3を添加して実質的には、KF45.6重
量%−AlF353.9重量%−BiF30.5重量%の比率と
なるように混合して、これを溶融して調製した
BiF3添加フラツクスとについて、それぞれの作
用温度を次の方法によつて測定した。 すなわち、調製した両フラツクスを一定量白金
ルツボにとり、アルゴン雰囲気中で加熱溶融後、
冷却速度1℃/分で冷却法により熱分析を行な
い、液相線温度と固相線温度を測定し、これによ
つて、作動温度を求めた。測定結果を表1に示
す。このようにBiF3添加により、固相線温度が
低下し、フラツクス作用温度の低下が確認され
た。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to the composition of a brazing flux for assembling aluminum heat exchangers with good corrosion resistance. Prior Art Flux brazing, which involves interposing an aluminum brazing alloy layer with a melting point lower than the melting point of the aluminum materials to be joined between the aluminum materials to be joined, generally uses chloride as the main component. Fluxes are used in the atmosphere. These fluxes are water-soluble in nature, generally hygroscopic, and corrode aluminum, including aluminum braze alloys, in the presence of water. Therefore, post-brazing residues of such flux must be removed by cleaning after the brazing process. As a fluxless brazing method that performs brazing without using flux, vacuum brazing method,
Alternatively, inert atmosphere brazing methods are already known, but these require high vacuum or high purity inert gas as well as a special aluminum material for the materials to be joined. Furthermore, compared to the flux brazing method, it is inferior in that stricter precision is required due to the clearance of the brazed portion, and the aluminum material that can be used is not a common one. It is also virtually insoluble in water after brazing,
Fluoride fluxes are also known that leave a residue on the braze surface that is non-hygroscopic and non-corrosive to aluminum. That is, according to British Patent No. 1055914,
A flux containing a mixture of AlF 3 and KF has been proposed. Furthermore, Japanese Patent Publication No. 58-27037 proposed a flux consisting of KAlF 4 and K 3 AlF 6 as a flux that is non-hygroscopic before brazing and substantially water-insoluble after brazing. ing. This flux is obtained by melting the mixture using KF and AlF as raw materials and pulverizing the solidified product, and the solidified product contains KAlF 4 and
K 3 AlF 6 is generated. Raw material components KF and AlF 3
It is recommended that the ratio be as close to the eutectic composition of both components as possible. KF−AlF 3 or K 3 AlF 6 −KAlF 4 or
These fluoride fluxes, which have the substantial chemical formula K 3 AlF 6 -AlF 3 or KAlF 4 , K 3 AlF 6 -KAlF 4 or KAlF 4 in the as-brazed state, or combinations thereof, are similar to conventional chloride fluxes. In addition to the advantages of system fluxes, the residue is non-hygroscopic and non-corrosive to aluminum.
It has the great advantage of not requiring cleaning after brazing. These fluxes can also be applied in any form for brazing, and are particularly suitable for torch brazing or furnace brazing in the form of an aqueous slurry. However, these fluxes have the disadvantage that the operating temperature is slightly higher than that of chloride fluxes, making it difficult to obtain good joints. The action mechanism of flux in brazing has not been fully elucidated, but as a flux,
Generally, before the brazing alloy starts melting, flux covers the brazing surface and destroys and removes the surface oxide film, increases the wettability of the base metal, and helps the brazing alloy flow to the brazing surface. Also, it is necessary to have the ability to prevent re-oxidation by blocking contact with air. Therefore, it is significant in brazing to moderately lower the operating temperature of the flux. Purpose An object of the present invention is to have a flux that has a lower operating temperature than conventional fluoride-based fluxes used as fluxes for brazing aluminum materials, thereby making it possible to form good joints.
An object of the present invention is to provide a brazing flux for assembling an aluminum heat exchanger, which can improve the corrosion resistance of joints and is substantially water-insoluble and non-hygroscopic. Composition In order to achieve the above object, the present invention adds BiF 3 to the composition of conventional fluid-based flux to lower the working temperature of additive-free flux and to improve the reaction during brazing. By mixing the thus produced trace amount of Bi into the brazing alloy, brazing properties are improved, thereby forming a good joint. Furthermore, on the aluminum alloy surface
Corrosion resistance is also improved by forming an Al-Bi alloy. That is, the gist of the present invention is essentially that KF43~
48% by weight, AlF 3 51-56% by weight, and BiF 3 0.05-
A flux for brazing aluminum heat exchangers with good corrosion resistance, which is obtained by pulverizing a molten solidified mixture of 1% by weight. Here, the term "substantially" means that the fluoride used as a raw material does not necessarily have to be of high purity; generally, impurities that are more mixed in than commercially available fluorides are allowed, but only as pure substances. This is because only the weight ratio of the three substances when converted into KF, AlF 3 and BiF 3 is important for the flux function. Substantial KF in BiF3- free flux
Preferred values for the weight ratio of AlF 3 are known from known literature (e.g. B. Phillips et al., J. Amer. Ceram. Soc,
Vol. 49 (1966), page 623), it can be easily understood from the KF-AlF 3 system binary phase diagram, and as shown, the eutectic composition, that is, KF45.8% by weight -
AlF 3 54.2% by weight (KF55 mol% - AlF 3 45 mol%)
Or, it is a ratio corresponding to before or after that. The present invention further provides for a mixture or molten mixture having substantially this weight ratio of 99.95 to 99% by weight.
The improvement is remarkable when 0.05 to 1% by weight of BiF 3 is added. Addition of BiF 3 not only lowers the working temperature of the flux, but also reduces BiF 3 to Bi through a chemical reaction during brazing, and a trace amount of Bi is added to the brazing alloy.
As is known, the presence of a trace amount of Bi in the brazing alloy improves brazing properties. Furthermore, Bi generated from BiF3 in the flux
forms an Al-Bi alloy by diffusion on the aluminum alloy surface, and since this potential is less base than that of ordinary aluminum alloys, it improves the corrosion resistance of brazed parts through the sacrificial anode effect, and improves the corrosion resistance of brazed parts. It also significantly improves eating habits. Therefore, the present invention is particularly useful in the assembly of brazed aluminum heat exchangers where they are used in severely corrosive environments. If the amount of BiF 3 added is less than 0.05% by weight, the effect of improving brazing properties will be poor, and if it exceeds 1% by weight, intergranular corrosion cracking will occur in the Al-Bi alloy, and
Since it is not economical, the upper limit is set at 1% by weight. Examples and effects thereof will be described below. Example 1 Using industrial KF and industrial AlF 3 and taking into account their respective purity, substantially KF45.8% by weight -
BiF 3 was added to both components in the same way as the flux prepared by mixing the AlF 3 at a ratio of 54.2% by weight and melting it (the melting temperature was set at approximately 100°C above the eutectic temperature of 562°C). It was prepared by mixing the mixture so that the ratio was essentially 45.6% by weight of KF - 53.9% by weight of AlF 3 - 0.5% by weight of BiF 3 and melting the mixture.
The action temperature of each BiF 3- added flux was measured by the following method. That is, a certain amount of both of the prepared fluxes was placed in a platinum crucible, heated and melted in an argon atmosphere, and then
Thermal analysis was carried out by a cooling method at a cooling rate of 1° C./min to measure the liquidus temperature and solidus temperature, thereby determining the operating temperature. The measurement results are shown in Table 1. Thus, it was confirmed that the addition of BiF 3 lowered the solidus temperature and lowered the flux action temperature.

【表】 実施例 2 実施例1に示した無添加フラツクスと、実施例
1に示した方法と同様にして実質的にはKF45.71
重量%−AlF354.10重量%−BiF30.19重量%の比
率となるように各成分を混合し、これを溶融して
調製したBiF3添加フラツクスをそれぞれ用いて、
不活性雰囲気(この雰囲気では、フラツクスレス
ではろう付け不可)ろう付けをそれぞれ行うとと
もに、標準的な不活性雰囲気中でのフラツクスレ
ス不活性雰囲気ろう付けを行なつた。これら3例
について接合状態を比較した。この結果を表2に
示す。
[Table] Example 2 Using the additive-free flux shown in Example 1 and using the method shown in Example 1, substantially KF45.71 was added.
Each component was mixed in a ratio of weight% - AlF 3 54.10% by weight - BiF 3 0.19% by weight, and using a BiF 3 -added flux prepared by melting the mixture,
Inert atmosphere brazing (fluxless brazing is not possible in this atmosphere) was performed, as well as standard fluxless inert atmosphere brazing in an inert atmosphere. The bonding states of these three examples were compared. The results are shown in Table 2.

【表】 フイレツトの外観、断面形状は、BiF3添加フ
ラツクスの場合、フラツクスレスろう付け、無添
加フラツクスろう付けと比較してそん色のないも
のが得られ、フイレツト断面積の比較では、平均
値とバラツキよりみるとBiF3添加フラツクスの
場合が、最も安定したろう付けが得られることが
分かる。 実施例 3 実施例1に示したBiF3添加フラツクスと無添
加フラツクスをそれぞれ用いたろう付け試料につ
いて、乾湿交互試験(PH3の40℃3%NaCl水中
に30分浸漬、次に50℃空気中で30分乾燥)を1カ
月行ない、耐食性の比較を行なつた。 表3に示すように、BiF3添加フラツクスを使
用した場合、耐孔食性の向上が著しい。
[Table] Regarding the appearance and cross-sectional shape of the fillet, in the case of BiF 3 -added flux, it is obtained with no discoloration compared to fluxless brazing and additive-free flux brazing, and when comparing the fillet cross-sectional area, the average value and Looking at the variation, it can be seen that the most stable brazing can be obtained with the BiF 3 -added flux. Example 3 Brazing samples using the BiF 3- added flux and non-additive flux shown in Example 1 were subjected to a dry-wet alternating test (immersed in 40°C 3% NaCl water at pH 3 for 30 minutes, then immersed in 50°C air for 30 minutes). After drying for one month, the corrosion resistance was compared. As shown in Table 3, when the BiF 3 -added flux is used, the pitting corrosion resistance is significantly improved.

【表】 実施例 4 実施例2に示したBiF3添加フラツクスと無添
加フラツクスの水への溶解度を測定し、これらと
塩化物フラツクスの主要成分の水への溶解度(文
献値)との比較を行なつた。結果は表4に示すと
おりであり、BiF3添加フラツクスの場合、無添
加フラツクスと同程度であり、塩化物成分に比較
して極めて低くなつている。
[Table] Example 4 The water solubility of the BiF 3 -added flux and non-additive flux shown in Example 2 was measured, and these were compared with the water solubility of the main components of the chloride flux (literature values). I did it. The results are shown in Table 4, and in the case of the BiF 3 -added flux, the flux is on the same level as the non-additive flux, and is extremely low compared to the chloride component.

【表】【table】

【表】 効 果 本発明フラツクスの奏する効果を要約すると、
次のとおりである。 (1) BiF3を添加してあるので、フラツクスの作
用温度が低く、良好な接合部を形成させる。 (2) BiF3の添加により、微量のBiがアルミニウ
ム合金ろうに入つて良好な接合部の形成をたす
ける。更に、アルミニウム合金表面において、
拡散によつてAl−Bi合金を形成し、その犠牲
陽極効果によつて、ろう付け部品の耐食性を向
上させる。 (3) フツ化物フラツクスの特性である。非吸湿
性、実質上不水溶性を保有する。 したがつて、本発明フラツクスは、耐食性アル
ミニウム製熱交換器組立てのためのろう付けにお
いて使用価値が大きい。
[Table] Effects The effects of the flux of the present invention are summarized as follows:
It is as follows. (1) Since BiF 3 is added, the operating temperature of the flux is low and a good joint is formed. (2) By adding BiF 3 , a small amount of Bi enters the aluminum alloy solder and helps form a good joint. Furthermore, on the aluminum alloy surface,
An Al-Bi alloy is formed by diffusion, and its sacrificial anode effect improves the corrosion resistance of brazed parts. (3) Characteristics of fluoride flux. Non-hygroscopic and virtually insoluble in water. Therefore, the flux of the present invention has great utility in brazing for assembling corrosion-resistant aluminum heat exchangers.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 実質上、KF42〜48重量%、AlF351〜56重量
%及びBiF30.05〜1重量%より成る混合物の溶融
凝固物を粉砕して得た物から成る、耐食性の良好
なアルミニウム製熱交換器のろう付け用フラツク
ス。
1. Aluminum heat exchanger with good corrosion resistance, which is obtained by crushing a molten solidified mixture of 42 to 48% by weight of KF, 51 to 56% by weight of AlF 3 and 0.05 to 1% by weight of BiF 3 Flux for brazing vessels.
JP19406883A 1983-10-19 1983-10-19 Flux for brazing aluminum heat exchanger having good corrosion resistance Granted JPS6087995A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19406883A JPS6087995A (en) 1983-10-19 1983-10-19 Flux for brazing aluminum heat exchanger having good corrosion resistance

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JPS6087995A JPS6087995A (en) 1985-05-17
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