JPH04333390A - アルミニウムろうペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム製部材
間の接合に使用するアルミニウムろうペーストに関する
。この明細書において用いる「アルミニウム」という用
語は、特に言及しない限り、各種のアルミニウム合金類
を包含する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム製部材類を金属粉末を用い
てろう付けする方法として、被接合部表面に介在する酸
化アルミニウム被膜をフラックスで除去してろう付けす
る方法が利用されている。この場合、ビヒクルや粘着性
向上剤等として添加される樹脂類（例えば、カルボキシ
メチルセルロース、ロジン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂等
）がろう付け温度（約６００℃）に達するまでの昇温過
程において分離および／または炭化するために、フィレ
ット内部等にボイドや黒色残渣が発生して、外観不良や
接合不良が生じる。また、反応性の熱分解物の生成はア
ルミニウムろうペーストの性能劣化をもたらす等の問題
がある。

【０００３】このような問題の解決策として、ろう付け
温度までの昇温過程において、分解炭化するよりも、揮
発する有機樹脂類をビヒクルもしくはバインダーとして
ろう付け用金属粉末に配合する方法が知られている。こ
の種の樹脂として、例えば特開平２−１４７１９３号公
報にはアクリル系樹脂が開示され、特公昭６３−４３２
００号公報にはエチレンオキシド重合体を、ポリアクリ
レート重合体、ポリメタクリレート重合体、ポリアクリ
ロニトリル重合体、ポリエチレングリコールおよびその
メチルエーテル類並びに脂肪族炭化水素重合体が記載さ
れており、また、特開平２−２６８９９５号公報にはポ
リイソブチレンおよびポリブデンが開示されている。

【０００４】しかしながら、特開平２−１４７１９３号
に記載された発明においては、アクリル系樹脂が熱解重
合によって、刺激臭の強い毒性のモノマー類を発生する
ので、作業衛生上の問題があり、特公昭６３−４３２０
０号公報に開示された発明においては、フラックスとし
て、アルカリ金属の弗化物と共に、吸湿性の高い塩化物
を併用するので、ろう付け後、該塩化物に起因するアル
ミニウムの腐食を防止するために、洗浄処理をおこなわ
なければならないという問題があり、また、特開平２−
２６８９９５号公報には、粉末表面に強固な酸化被膜が
存在するので、ろう付け時に粉末内部で溶融した金属の
流出が妨げられて十分な接合強度が得難いという特異な
問題点を含むアルミニウム粉末によるアルミニウムのろ
う付けに関しては一言半句もないので、該公報に開示さ
れたろうペースト用バインダー、即ち、ポリイソブチレ
ン等に特定の流動性抑制剤を所定量配合したバインダー
がアルミニウムろうペーストの配合成分として有効かど
うかは全く不明であり、また、フラックスに関する具体
的な記載は全くない。セルロース系樹脂や多くのポリマ
ーでは加熱しても金属ろう粉末が充分に溶けず、金属残
渣となりやすい。

【０００５】一方、アルミニウムろう付け用フラックス
としては、塩化物系フラックスの上記欠点を改良するた
めに、フッ素系のフラックスが提案されている（例えば
、特開昭５１−１２３７４９号公報、特公昭５８−２７
０３７号公報および特公昭６２−４６２８０号公報参照
）。しかしながら、これらの公報に記載された発明にお
いては、水不溶性のフッ素系フラックスをろう付け用金
属粉末と共に水に分散させた水性スラリーを被接合部に
付着させ、水を蒸発除去させた後、ろう付けをおこなう
ため、水を蒸発させるための付加的な加熱工程を必要と
する。またペースト中に残留する水分に起因して、経時
的な粘度変化が起こりやすくなるなどの問題がある。 また、表面積が非常に大きい金属粉末を使用するためフ
ラックスの使用量が多くならざるを得ず、その結果炉壁
やアルミニウム製部材の汚染、腐食を生じるという問題
があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、アルミニ
ウム製部材類をろう付け用金属粉末を用いて接合（炉中
ろう付け、空気中トーチろう付け）する従来法に係わる
上記問題点を解決し、接合部における外観不良や接合不
良および経時的腐食をもたらさず、また、作業衛生上問
題となる刺激性の強い毒性ガスを発生させず、さらに、
ろう付けに際して付加的な加熱工程を必要とすることな
く、必要最小限のフラックス使用量でアルミニウム製部
材類の優れたろう付け接合を可能にするアルミニウムろ
うペーストを提供するためになされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ちこの発明は、平均粒
径１０〜５００μのアルミニウムろう付け用金属粉末１
００重量部あたり、フラックス０．５〜１５重量部およ
び平均分子量３００〜１５００の液状ポリイソブチレン
および／またはその水素添加物３０〜８０重量部含有す
るアルミニウムろうペーストに関する。

【０００８】アルミニウムろう付け用金属粉末は、被接
合アルミニウム部材類の融点よりも低い融点を有するＡ
ｌ合金である。例えば、Ａｌ−（５−１２）％Ｓｉ系、
Ａｌ−（５−１２）％Ｓｉ−Ｘ系、Ｘ＝Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚ
ｎ、さらに第３添加元素として微量のＢｉ、Ｓｂ、Ｂａ
を含有するもの、およびＡｌ−Ｚｎ系合金粉末が使用で
きる。

【０００９】上記金属粉末の平均粒径は１０〜５００μ
、好ましくは４０〜１５０μであり、１０μ未満になる
と、粉末の比表面積が過度に大きくなり、酸化被膜の量
が多くなるために、粉末同士が十分に融着一体化し難く
なり、また、５００μを越えると、該粉末がペースト中
に分散懸濁し難くなるだけでなく、粉末同士の間隙が大
きくなりすぎて、緻密なろう付けが困難となる。

【００１０】金属粉末の酸素含有量は０．２％以下、好
ましくは０．１％以下、であることが特に望ましい。金
属粉末の酸素含有量が少ないものは、金属残渣が少なく
、外観が良い。フラックス使用量を大幅に低減しても信
頼性のある接合が出来るからである。このような金属粉
末としては、例えば非酸化性雰囲気中でアトマイズして
製造される球状もしくは不規則形状のアトマイズＡｌ合
金粉末が候補となる。金属粉末の粒度、形状、表面酸化
皮膜の性状にもよるが酸素含有量が０．２％を越えると
、たとえろう付け温度に適していても表面酸化皮膜が破
れないまま溶融一体化していない場合あり、このような
場合、フラックス使用量を２０〜５０重量部にすればろ
う付け自体は可能であるが、ろう付部に多量の白色残渣
や黒斑点が発生し、また、炉壁や被接合部材の汚染、腐
食問題を引き起こす。

【００１１】本発明に使用するフラックスとしては、Ａ
ｌＦ３−ＫＦ、ＫＡｌＦ４−Ｋ３ＡｌＦ６、Ｋ３ＡｌＦ
６およびＫＡｌＦ４等のフッ化物系フラックス等が例示
されるが、市販品「ノコロック」（カナダ国のアルキャ
ン社製）が特に好適である。

【００１２】上記フラックスの配合量は、０．５〜１５
重量部、好ましくは０．５〜５重量部、就中、０．５〜
１重量部であり、０．５重量部よりも少ない場合には、
十分なフラックス作用が得難く、１５重量部よりも多く
することは、無駄なだけでなく、フィレット表面に多量
の白色残渣や黒斑点が発生するなど製品の外観が不良と
なり、また、炉型や被接合部材の汚染や腐食等の問題を
引き起こすことになる。

【００１３】本発明においてビヒクルとして使用する成
分は、平均分子量３００〜１５００の液状ポリイソブチ
レンおよび／またはその水素添加物である。この種のビ
ヒクルは、無臭無毒な物質であり、酸素、オゾン、酸、
アルカリおよび紫外線等に対して極めて安定で、また、
粘度が２０℃で２００〜３０，０００ｃＳｔと非常に低
い液体であるため塗布作業性が容易になり、さらに空気
中では約２００〜３５０℃で、また、窒素雰囲気中では
約３００〜４００℃で完全に解重合して揮発するので、
ろう付け後に炭化残渣が生ずることはない。なお、上記
の平均分子量はＶＰＯ装置（ＮＰＣＣ法）を用いて測定
した値であり、粘度はキャノンフェンスケ粘度計（ＪＩ
Ｓ　　Ｋ−２２８３準拠）を用いて測定した値である。

【００１４】液状ポリイソブチレンの平均分子量が３０
０よりも小さい場合には、乾燥が早く、さらに適当な粘
度にならず分離する。また、１５００よりも大きくなる
と、アルミろうペーストの流動性が不適当になり、金属
粉末の適度の保持性が失われて良好な外観のフィレット
の形成ができなくなる。またさらに分子量が大きくなる
とろう付性が劣るようになる。

【００１５】上記ペースト中のビヒクルの配合量は３０
〜８０重量部、好ましくは４０〜６０重量部であり、３
０重量部よりも少ない場合には、ぱさぱさとなりペース
トにならない。また、８０重量部よりも多くなると、金
属含有量が低くなる。

【００１６】本発明によるアルミニウムろうペーストの
塗布作業性等を調整するために、有機系の粘度調整剤や
溶剤を、上記の配合成分の作用効果を損わない限度内に
おいて、該ペーストに適合配合してもよい。

【００１７】粘度調整剤としては、ワックス、合成ワッ
クス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワッ
クス、ポリエチレンワックス、硬化油、硬化ひまし油、
脂肪酸アミドおよびポリアミド等が例示されるが、特に
、ポリエチレンワックス、硬化ヒマシ油が好適である。 本発明によるアルミニウムろうペーストの粘度は、該ペ
ーストの適用方法に応じて適宜選定すればよく、特に限
定的ではないが、通常は１００００〜５０００００ｃｐ
ｓ／２３℃、好ましくは３００００〜３０００００ｃｐ
ｓ／２３℃である。この場合の粘度は、ブルックフィー
ルド粘度計を用いて測定した値である。

【００１８】本発明においては溶剤を用いる必要のある
ときは、非極性溶剤、特に炭化水素系溶剤、例えばヘキ
サン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、トルエン
、キシレン等を用いてもよい。

【００１９】本発明によるアルミニウムろうペーストに
は、上記の配合成分のほかに、さらに常套の添加剤を所
望により、適宜配合してもよい。このような添加剤とし
ては、酸化防止剤（例えば、ＢＨＴ等）、腐食抑制剤（
例えば、ベンゾトリアゾール等）、着色剤（例えば、フ
ルオレッセン、メチルオレンジ等）、消泡剤（例えば、
シリコンオイル等）、および艶消し剤が例示される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。 実施例１〜１１ 以下の表１に示す配合処方に従って、本発明によるアル
ミニウムろうペースト１〜１１を調製した。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１における脚注は次の通りである。 （１）Ａｌ−８％Ｓｉ合金粉末（平均粒径；４０μ、酸
素含有量：０．０５％） （２）Ａｌ−８％Ｓｉ合金粉末（平均粒径：７０μ、酸
素含有量：０．０２％） （３）「ノコロック」 （４）液状ポリイソブチレン（平均分子量：５００、粘
度：２０５ｃＳｔ／４０℃） （５）液状ポリイソブチレン（平均分子量：７８０、粘
度：４４００ｃＳｔ／３７．８℃） （６）液状ポリイソブチレン水素添加物（平均分子量：
７８０、粘度：４４００ｃＳｔ／３７．８℃）（７）液
状ポリイソブチレン（平均分子量：９７０、粘度：９，
６００ｃＳｔ／４０℃） （８）液状ポリイソブチレン（平均分子量：３３０、粘
度：１９．５ｃＳｔ／４０℃） （９）ポリエチレンワックス（三井石油化学「ハイワッ
クス１１０Ｐ」分子量：１０００、融点：１０９゜Ｃ）
（１０）パラフィン（融点：１４５゜Ｆ（６３℃））（
１１）日本石油化学社製「アイソゾル４００」（１２）
硬化ヒマシ油

【００２３】上記配合処方によって調製したアルミニウ
ムろうペースト１〜１１の性状を表１に示す。

【００２４】比較例１’〜８’および実施例１”〜１０
”以下の表２および表３に示す配合処方に従って、アル
ミニウムろうペースト１’〜８’および１”〜１０”を
調製した。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】表２における脚注は次の通りである。 （１）Ａｌ−８％Ｓｉ合金粉末（平均粒径：７０μ、酸
素含有量：０．０２％） （２）「ノコロック」 （３）２１％ＬｉＣｌ、４０％ＫＣｌ、２２．５％Ｎａ
Ｃｌ、９％ＬｉＦ、８．５％ＺｎＣｌ２ 　　（４）液状ポリイソブチレン（平均分子量：５００
、粘度：２０５ｃＳｔ／４０℃） （５）ロジン （６）ポリ酢酸ビニル（５０％酢酸エチル）（７）エチ
ルセルロース （８）エチルヒドロキシセルロース （９）ポリメタクリル酸メチル （１０）ポリエチレンワックス（分子量：１０００、融
点：１０９゜Ｃ） （１１）ジエチレングリコールジブチルエーテル（１２
）灯油

【００２８】また、表３における脚注は次の通りである
。 （１）Ａｌ−８％Ｓｉ合金粉末（平均粒径：７０μ、酸
素含有量：０．０２％） （２）「ノコロック」 （３）液状ポリイソブチレン（平均分子量：１３５０、
粘度：２８，０００ｃＳｔ／４０℃） （４）液状ポリイソブチレン（平均分子量：２７００、
粘度：１７１，０００ｃＳｔ／４０℃） （５）液状ポリイソブチレン平（平均分子量：３６５０
、粘度：３２０，０００ｃＳｔ／４０℃） （６）液状ポリイソブチレン（平均分子量：３０，００
０、粘度：２０，０００ｃＳｔ／１６０℃）（７）液状
ポリイソブチレン（平均分子量：４０，０００、粘度：
５５，０００ｃＳｔ／１６０℃）（８）液状ポリイソブ
チレン（平均分子量：５０，０００、粘度：９７，００
０ｃＳｔ／１６０℃）（９）液状ポリイソブチレン（平
均分子量：６０，０００、粘度：１５７，０００ｃＳｔ
／１６０℃）（１０）液状ポリイソブチレン（平均分子
量：３３０、粘度：１９．５ｃＳｔ／４０℃） （１１）液状ポリイソブチレン（平均分子量：５００、
粘度：２０５ｃＳｔ／４０℃） （１２）液状ポリイソブチレン（平均分子量：９７０、
粘度：７６００ｃＳｔ／４０℃） （１３）日本石油化学社製「アイソゾル４００」（１４
）三井石油化学社製「ハイワックス１１０Ｐ」

【００２
９】上記の配合処方によって調製したアルミニウムろう
ペースト１’〜８’および１”〜１０”の性状をそれぞ
れ表２および表３に示す。

【００３０】表１〜表３に示すアルミニウムろうペース
トの性状は、各々の試料ペーストＡを、アルミニウム試
験板１（２ｍｍ×２５ｍｍ×６０ｍｍ）および２（２ｍ
ｍ×１５ｍｍ×５０ｍｍ）を用いて図１（上面図）およ
び図２（正面図）に示すようにして作成したＴジョイン
トの片側中央部に２６０ｍｇ塗布した後、アルゴン気流
中での炉中ろう付（６００℃で溶融後５分間保持）を行
い、評価した。各性状の具体的な評価基準は以下の通り
である。

【００３１】金属残渣（未溶解のろう金属粉末残渣）Ａ
：優 Ｂ：良 Ｃ：可 Ｄ：不可 Ｅ：評価対象外（合金粉末が金属ろうに戻らない）フラ
ックス残渣による外観 Ａ：優 Ｂ：良 Ｃ：可 Ｄ：不可 Ｅ：評価対象外 ろう流動性（フィレット形成率） Ａ：フィレット形成率１００％ Ｂ：フィレット形成率８０％以上１００％未満Ｃ：フィ
レット形成率５０％以上８０％未満Ｄ：フィレット形成
率５０％未満 Ｅ：評価対象外（溶けない） フィレット形状（フィレットの厚さ） Ａ：ろう金属のほとんどがフィレットに集まり最適張力
で弧を描く。 Ｂ：Ａの７割程度のフィレットが形成されている。 Ｃ：Ａの３割程度のフィレットが形成されている。 Ｄ：フィレットを形成しない。 Ｅ：評価対象外（溶けない） ペーストの保存性（２５℃１ケ月後のペーストの分離）
Ａ：分離しない Ｂ：ペースト上面にポリマーがにじむ Ｃ：ポリマーの分離は１０％未満 Ｄ：ポリマーの分離は２０％未満 Ｅ：ポリマーの２０％以上が分離する 粘度変化 Ａ：なめらかなペースト状態で、粘度変化は１０％未満
Ｂ：なめらかさはないがつぶ発生なく、粘度変化は５０
％未満 Ｃ：ぼそつく小さなつぶが発生し、粘度変化１００％未
満 Ｄ：つぶあん状で、粘度変化１００％以上Ｅ：固形にな
る 腐食性ろう付後の腐食（９６ｈ） Ａ：４０℃９０％の湿度処理しても腐食は見られない。 Ｂ：４０℃９０％の湿度処理で変色する。 Ｃ：室内環境で変色する。 Ｄ：ろう材母材ともに室内環境で腐食する。 Ｅ：評価対象外（溶けない）

【００３２】また、フィレット形成率に対する液状ポリ
イソブチレンの分子量の影響を調べるために、アルミニ
ウムろうペースト１”〜１０”については、以下の方法
によって、フィレット形成率を調べた。結果を図３に示
す。 フィレット形成率 前記のＴジョイントの垂直壁の長さ（５０ｍｍ）に対す
るフィレットの長さ（ｍｍ）の百分率をフィレット形成
率とする。

【００３３】

【発明の効果】本発明によるアルミニウムろうペースト
は、良好な保存性（例えば室温下、空気中において、約
６〜２０ケ月間にわたって、金属粉末とフラックスは分
離しない）と塗布作業性を有すると共に、優れたろう付
け特性を発揮する。該ろうペーストを用いてアルミニウ
ム製部材類をろう付けする場合には、刺激性の強い毒性
ガスは発生せず、接合部には外観不良や接合不良および
経時的腐食は見られず、付加的な加熱工程を必要とする
ことなく、該部材類の優れたろう付けをおこなうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　アルミニウムろうペーストの性状評価に使
用したＴジョイントの上面図である。

【図２】　　該Ｔジョイントの正面図である。

【図３】　　ポリイソブチレンの平均分子量（横軸）と
フィレット形成率（縦軸）との関係を示すグラフである
。

【符号の説明】

１　　アルミニウム試験板 ２　　アルミニウム試験板 ３　　試料ペースト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　平均粒径１０〜５００μのアルミニウ
   ムろう付け用金属粉末１００重量部あたり、フラックス
   ０．５〜１５重量部および平均分子量３００〜１５００
   の液状ポリイソブチレンおよび／またはその水素添加物
   ３０〜８０重量部含有するアルミニウムろうペースト。
2. 【請求項２】　　粘度調整剤を含有する請求項１記載の
   アルミニウムろうペースト。
3. 【請求項３】　　アルミニウムろう付けペースト用金属
   粉末が酸素含有量０．２％以下のアルミニウム合金粉末
   である請求項１記載のアルミニウムろうペースト。
4. 【請求項４】　　フラックスが「ノコロック」である請
   求項１記載のアルミニウムろうペースト。