JPH05185214A

JPH05185214A - アルミニウム材のろう付方法

Info

Publication number: JPH05185214A
Application number: JP33040591A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Murooka; 秀一室岡; Yasuhiro Osame; 康弘納; Tomoko Arai; 智子荒井; Shoichi Sato; 昭一佐藤
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-07-27

Abstract

(57)【要約】【目的】フラックスガスを含む雰囲気中でろう付を行う
アルミニウム材のろう付方法において、アルミニウムろ
う付品表面のフラックス残留をなくしえて、外観品質に
優れかつ表面処理性にも優れたろう付方法を提供する。【構成】アルミニウム接合部材の温度が４００℃以上５
７０℃未満のときに、水分濃度を６０ｐｐｍ以下に調整
した炉内に雰囲気中のフラックスガス濃度が２００ｐｐ
ｍ以下となるようにフラックスガスを供給する。フラッ
クスガスの供給までにアルミニウム接合部材表面の吸着
水分が蒸発除去される。そして、フラックスガス含有雰
囲気中で接合用ろう材を溶融してろう付を行う。

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材のろう
付方法、例えばろう付仕様によるアルミニウム製熱交換
器の製造に好適に用いられるアルミニウム材のろう付方
法に関する。なおこの明細書において、アルミニウムの
語はその合金を含む意味で用いる。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車用ラジエータ、カークー
ラー用エバポレータ、コンデンサやその他電機、機械用
のアルミニウム製熱交換器をろう付する場合、真空ろう
付の場合を除き、フラックスを用いて熱交換器構成部材
をろう付接合する方法が多く用いられている。

【０００３】従来、かかるフラックスろう付を行う場
合、まずフラックスを水または溶剤中に懸濁させたの
ち、この懸濁液を、接合すべきアルミニウム材の表面に
スプレー法、シャワー法、浸漬法等により塗布し、次い
でこれを予熱乾燥して水分を蒸発除去し、しかるのち非
酸化性雰囲気中で所定温度に加熱し、接合用ろう材を溶
融してろう付を行っていた。

【０００４】しかし、この方法では懸濁液の塗布作業や
塗布後の乾燥作業が必要であり、生産性が良くなかっ
た。しかも、アルミニウム材へのフラックス付着量が概
して多いため、ろう付後のアルミニウム材の表面にフラ
ックスが残留して灰色ないし白色のシミを生じ、色調ム
ラを呈して外観体裁を損なうばかりか、その後の塗装処
理、耐食処理等の表面処理を妨げるという問題もあっ
た。しかも、この残留したフラックスはアルミニウム材
の表面に固着しており、その除去は甚だ困難であった。

【０００５】そこで、近時、フラックスをガス化させた
雰囲気中でろう付する方法が提案されている（特開平２
−１４７１６４号）。かかるフラックスガス含有雰囲気
下でろう付を行なうと、ろう付後の表面が清浄となるも
のとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
フラックスガス含有雰囲気下でろう付を行った場合でさ
え、アルミニウム材の表面にフラックスが残留して白色
系のシミを生じ、外観品質の低下、表面処理性の低下を
来たすことがあった。

【０００７】この発明は、かかる事情に鑑みてなされた
ものであって、フラックスガス含有雰囲気下でのろう付
において、アルミニウムろう付品表面のフラックス残留
をなくしえて、外観品質に優れかつ表面処理性にも優れ
たろう付方法の提供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発明者は種々実験と研究を重ねた結果、フラックス
ガス含有雰囲気下でのろう付におけるアルミニウム材表
面のフラックス残留が、ろう付前にアルミニウム材表面
に吸着している吸着水に起因して生じていることを知見
した。即ち、アルミニウム材表面の吸着水が多いと、良
好なろう付性を得るためにフラックスガスの濃度を高く
せざるを得ず、その結果としてろう付品表面の付着フラ
ックス量が増加し、余剰フラックスがろう付品表面に残
留することがわかった。しかも、従来のフラックスガス
含有雰囲気によるろう付法では、あらかじめ炉内をフラ
ックスガス含有雰囲気に設定し、この中にアルミニウム
接合部材を配置して徐々にアルミニウム接合部材の温度
を高めるため、吸着水の蒸発前に接合部材の表面にフラ
ックス膜が形成されて表面吸着水が十分に除去されない
ものであった。従って、かかる吸着水存在下で酸化皮膜
を十分に除去するにはいきおいフラックスガスの濃度を
高くせざるを得ず、そうするとろう付後におけるアルミ
ニウムろう付品の表面に白色のフラックスが付着残留し
て外観品質の低下、後工程での表面処理性の低下を招来
するものであることがわかった。

【０００９】この発明はかかる知見に基いてなされたも
のであって、アルミニウム接合部材の温度が４００℃以
上５７０℃未満のときに、水分濃度を６０ｐｐｍ以下に
調整した炉内に雰囲気中のフラックスガス濃度が２００
ｐｐｍ以下となるようにフラックスガスを供給したの
ち、このフラックスガス含有雰囲気中で接合用ろう材を
溶融してろう付を行うことを特徴とするアルミニウム材
のろう付方法を要旨とする。

【００１０】上記のように、アルミニウム接合部材の温
度が４００℃以上５７０℃未満のときにフラックスガス
を供給するのは、アルミニウム接合部材の温度が４００
℃に達するまでに、アルミニウム接合部材が予熱され、
その表面の吸着水がフラックス皮膜によって妨げられる
ことなく効果的に除去されるからである。而して、４０
０℃未満では未だアルミニウム材の表面吸着水が十分に
除去されておらず、一方、５７０℃以上の温度では表面
吸着水の除去効果が飽和するため無益であるのみなら
ず、フラックスの供給遅延によるろう付不良を招く危険
が増大する。特に好ましくはアルミニウム接合部材の温
度が４５０〜５００℃になったときにフラックスガスを
供給するのが良い。なお、予熱雰囲気はろう付雰囲気と
同じく一般的にはＮ2 ガス等の不活性ガス雰囲気とすれ
ば良い。

【００１１】上記フラックスガスの供給時において、雰
囲気中の水分濃度はこれを６０ppm以下に規定されてい
なければならない。水分濃度が６０ppm を越えるとアル
ミニウム材の表面吸着水の除去にもかかわらずアルミニ
ウム材表面の酸化皮膜の成長が促進され、このため酸化
皮膜を十分に除去するにはやはり多量のフラックスを必
要とするからである。従って、フラックスガス供給時の
水分濃度を６０ppm 以下に規制することで、酸化皮膜の
成長を抑制しつつアルミニウム材表面の吸着水を効果的
に除去することができる。特に好ましい水分濃度は３０
ppm 以下である。

【００１２】上記のフラックスガスの供給は、雰囲気中
のフラックスガス濃度が２００ppm以下となるように行
う。フラックスガス濃度が２００ppm を越えると、フラ
ックスの量が多すぎてろう付品表面のフラックスの付着
残留による白色化を来たす恐れがあり、２００ppm 以下
の濃度に規定することによりフラックスの付着残留を生
じることなく且つ十分なろう付接合を実現できる。特に
好ましいフラックスガス濃度は２０〜６５ppm である。

【００１３】ここに、フラックスガスとはフラックスの
気化したものをいう。フラックスの種類は特に限定され
ないが、非腐食性のフッ化物系フラックス、例えばＫＡ
ｌＦ₄やその他フッ化アルミニウム（ＡｌＦ₃）成分と
フッ化カリウム（ＫＦ）成分とを共晶組成ないしそれに
近い組成範囲に含んで実質的に錯体化された錯体混合物
等をあげ得る。最も好ましくはフラックス作用の良好
性、ガス化容易性等の面からＫＡｌＦ₄を用いるのが良
い。

【００１４】フラックスとしてＫＡｌＦ₄を用いる場
合、雰囲気中の水分とフラックスガスの濃度比は水分濃
度１に対してフラックスガス濃度を１を越えるものに設
定するのが良い。これは、雰囲気中の水分とＫＡｌＦ₄
とが次の化学式

【化１】で示されるように等量反応してＫＡｌＦ₄が消失する恐
れがあることから、ＫＡｌＦ₄の量を水分量よりも多く
設定し、完全反応した場合であってもＫＡｌＦ₄を雰囲
気内に残存させるためである。特に好ましくは水分とフ
ラックスガスの濃度比はこれを１：１．１以上に設定す
るのが良い。

【００１５】ところで、雰囲気中にＨＦが含まれている
と、ＨＦがアルミニウム材のＡｌと反応してＡｌＦ₃等
の緻密な膜を形成しろうの濡れ性を阻害するため、ろう
付雰囲気中のＨＦ濃度は６０ppm 以下に規制するのが良
い。

【００１６】上記により炉内雰囲気を所定範囲のフラッ
クスガス濃度に調整したのち、この雰囲気中でアルミニ
ウム接合部材よりも融点の低いアルミニウム材を用い
て、従来と同様に５９０〜６１０℃×１〜１５分程度に
加熱することによりろう材を溶融し、ろう付接合が達成
される。このろう付時において、炉内のフラックスガス
は効果的にフラックス作用を発揮し、フラックスの付着
残留を生じることなく良好なろう付接合が達成される。

【００１７】アルミニウム接合部材の温度が４００℃以
上５７０℃未満のときにフラックスガスを供給し得るろ
う付炉の好適な構成例として、図１（イ）に示す連続式
ろう付炉を挙げ得る。同図において、（１）はろう付炉
であり、このろう付炉の一端入口部（２）から所定間隔
でコンベア（３）に載せられたアルミニウム接合部材
（Ａ）が連続的に搬入され移送されるものとなされてい
る。

【００１８】ろう付炉（１）は接合部材（Ａ）の入側が
所定範囲にわたって予熱部（４）となされるとともに、
この予熱部（４）に連続してフラックスガス供給部
（５）が設けられ、このフラックスガス供給部（５）か
らフラックスガスがＮ2 ガスをキャリアーガスとしてろ
う付炉（１）内に下向きに噴出供給されるものとなされ
ている。そして供給したフラックスガスを雰囲気中に均
一に存在せしめるとともに、アルミニウム接合部材
（Ａ）が複雑な形状のものであってもその細部までフラ
ックスガスを回り込ませるべく、フラックスガスの噴出
口（5a）に近接してプロペラ状の攪拌機（６）が設けら
れている。さらに、フラックスガス供給部（５）とろう
付炉（１）の出口部（７）との間にはＮ2 ガス供給部
（８）が設けられており、このＮ2 ガス供給部（８）か
らＮ2 ガスがろう付炉（１）内の入口側及び出口側に向
かって噴出供給されるものとなされている。このよう
に、Ｎ2 ガスを入口側及び出口側に向かって噴出させる
のは、予熱部（４）で蒸発した接合部材表面の水分を入
口側へ向かって噴出させたＮ2 ガスにより入口側に押し
やって入口側排気口（９）から排出する一方、出口側に
向って噴出させたＮ2 ガスにより出口部（７）からの水
分侵入を防止するためである。なお、出口側に向って噴
出させたＮ2 ガスは、出口側排気口（10）から排出する
ものとなされている。また、Ｎ2 ガス流量は平均流速で
１〜２０ｃｍ／ｓｅｃとなるように調整するのが良い。

【００１９】図１（イ）に示したろう付炉において、コ
ンベア（３）に載せられて連続的に入口部（２）からろ
う付炉に搬入されてきたアルミニウム接合部材（Ａ）
は、予熱部（４）を通過する間に予熱され、その温度が
徐々に上昇する。図１（ロ）にろう付炉（１）内を移送
されるアルミニウム接合部材（Ａ）の表面温度の推移を
炉内の位置に対応して示す。アルミニウム接合部材
（Ａ）は予熱される間にその表面吸着水が蒸発除去され
る。予熱時間は吸着水の効果的な除去を促進すべく５〜
２０分程度に設定するのが良い。除去された水分は、Ｎ
2 ガス供給部（８）から入口側に向って噴出されたＮ2
ガス流に乗って入口側に押しやられ、入口側排気口
（９）から炉外へ排出される。一方、フラックスガス供
給部（５）からはＮ2 ガスをキャリアガスとしてフラッ
クスガスが供給され、攪拌機（６）で攪拌される結果、
噴出口（5a）の直下を中心としてその近傍一帯がフラッ
クスガス含有Ｎ2 雰囲気となされている。この雰囲気中
に予熱部（４）を通過したアルミニウム接合部材（Ａ）
が進入するが、接合部材の温度が４００℃以上５７０℃
未満となったときに上記のフラックスガス雰囲気に進入
するように予熱部（４）の長さ、フラックスガス供給部
（５）の位置、コンベア（３）の速度等が設定されてい
る。

【００２０】こうしてアルミニウム接合部材（Ａ）に供
給された雰囲気中のフラックスは、ろう付温度より若干
低い温度の接合部材表面に効果的に付着するものと推測
されるが、供給されたフラックスガスの量は２００ｐｐ
ｍ以下であるため、そのほとんどがアルミニウム接合部
材（Ａ）に付着するものと推測される。従って、フラッ
クスガスが予熱部（４）方向に流出して予熱部がフラッ
クスガス雰囲気となるような不都合はない。

【００２１】その後コンベア（３）の進行とともに、ア
ルミニウム接合部材（Ａ）の温度はさらに上昇し、ろう
材が溶融してろう付接合が達成される。

【００２２】ろう付後、Ｎ2 ガス供給部（８）から出口
部（７）に至るまでに接合部材（Ａ）は冷却され、出口
部（７）から炉外へと搬出される。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）肉厚０．７５ｍｍのＡ１１００押出チュー
ブ材と、Ａ３００３合金を心材としＡｌ−１０％Ｓｉ合
金を皮材としたクラッド率９％、厚さ０．１５ｍｍの両
面ブレージングシートのフィン材とを用いてコルゲート
型熱交換器を組立てた。

【００２４】そして、上記組立物をコンベアに載せて図
１（イ）に示すＮ2 ガス雰囲気のろう付炉（１）に搬入
し、まず予熱部（４）で予熱して表面の吸着水を蒸発除
去した。

【００２５】次いで、フラックスガス供給部（５）へと
連続的に搬送してＫＡｌＦ₄フラッスガスを熱交換器組
立物に供給した後、ろう付を行った。フラックスガスの
供給時点における熱交換器組立物の温度は４６０℃であ
った。また、フラックスガス雰囲気中の水分濃度は２０
ppm であり、フラックスガス濃度は５０ppm であった。

【００２６】（実施例２）実施例１と同じ熱交換器組立
物を、同じく図１（イ）に示すろう付炉（１）に搬入
し、予熱部（４）で予熱して表面の吸着水を蒸発除去し
た。

【００２７】次に、フラックスガス供給部（５）に連続
的に搬送してＫＡｌＦ₄フラッスガスを熱交換器組立物
に供給した後、ろう付を行った。フラックスガスの供給
時点における熱交換器組立物の温度は４８０℃であっ
た。また、フラックスガス雰囲気中の水分濃度は１０pp
m であり、フラックスガス濃度は４０ppm であった。

【００２８】（比較例１）実施例１と同じ熱交換器組立
物を、水分濃度１５０ppm 、ＫＡｌＦ₄フラックスガス
濃度２１０ppm に調整したバッチ式炉のＮ2 雰囲気中で
６０５℃×５分間加熱してろう付を行った。

【００２９】上記により得た各ろう付品につき、ろう付
性、外観状態を目視観察するとともに、表面処理性の評
価を行った。表面処理性は、各ろう付品をリン酸クロメ
ート処理後アクリル系樹脂を吹付け塗装したのち、塗膜
面に１ｍｍ角のマス目をけがいてテープ剥離試験を実施
し塗膜の残ったマス目の数で評価した（碁盤目試験）。
それらの結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】表１の結果から、本発明によれば良好なろう付を行い得
るとともに、ろう付後のアルミニウム材の表面における
フラックスの付着残留を解消し得て塗膜の密着性が良く
表面処理性をも向上し得ることを確認し得た。

【００３１】

【発明の効果】この発明は上述の次第で、アルミニウム
接合部材の温度が４００℃以上５７０℃未満のときに、
水分濃度を６０ｐｐｍ以下に調整した炉内に雰囲気中の
フラックスガス濃度が２００ｐｐｍ以下となるようにフ
ラックスガスを供給したのち、このフラックスガス含有
雰囲気中で接合用ろう材を溶融してろう付を行うことを
特徴とするものであるから、アルミニウム接合部材は４
００℃に達するまでに予熱されることになる。しかも、
少なくとも４００℃に達するまではフラックスガスは供
給されないから、表面吸着水の蒸発除去がアルミニウム
接合部材表面のフラックス皮膜の生成によって妨げられ
ることがなく、フラックス作用の妨げとなる表面吸着水
を極めて効果的に除去することができる。

【００３２】しかもまた、フラックス供給雰囲気中の水
分濃度を６０ｐｐｍ以下に調整したから、酸化皮膜の生
成を抑制しつつ濃度２００ｐｐｍ以下という微量のフラ
ックスガスで十分良好なろう付を行うことができ、使用
フラックス量を必要最少限に抑制することができる。従
って、十分なろう付性を確保しつつ、フラックス使用量
の減少によりろう付後のアルミニウム材表面におけるフ
ラックスの付着残留をなくすことができ、外観品質に優
れた商品価値の高いアルミニウムろう付品を提供でき
る。のみならず、ろう付後に化成処理、塗装等の表面処
理を施す場合にも、皮膜、塗膜の剥れのない密着性に優
れたものとなすことができる。

【００３３】さらには、フラックスガス濃度が低いた
め、ろう付炉の損傷も少なくメインテナンス頻度も少な
くて済み、経済上も極めて有利なものとなし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）はこの発明を実施するための一例として
の連続式ろう付炉の概略構成図である。（ロ）は（イ）
のろう付炉内を移送されるアルミニウム接合部材の温度
状態を示すグラフである。

【符号の説明】

…アルミニウム接合部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤昭一大阪府堺市海山町６丁224番地昭和アルミニウム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム接合部材の温度が４００℃
以上５７０℃未満のときに、水分濃度を６０ｐｐｍ以下
に調整した炉内に雰囲気中のフラックスガス濃度が２０
０ｐｐｍ以下となるようにフラックスガスを供給したの
ち、このフラックスガス含有雰囲気中で接合用ろう材を
溶融してろう付を行うことを特徴とするアルミニウム材
のろう付方法。