JPH08224690A - 金属材料を硬ろう付けする方法、フラックス懸濁液、フラックス、およびフラックスの製造方法 - Google Patents
金属材料を硬ろう付けする方法、フラックス懸濁液、フラックス、およびフラックスの製造方法Info
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Abstract
るための新規のフラックスを提供する。 【解決手段】 該フラックスは、不可逆性脱水K2Al
F5を含有する。 【効果】 該フラックスは、ろう付けすべき工作物の極
めて均一なフラックス被膜を形成しかつろうの優れた流
動性を提供する。
Description
けする方法、水性フラックス懸濁液および硬ろう付け法
で使用するための新規のフラックスならびに新規のフラ
ックスの製造方法に関する。
り高い温度で溶融せる添加金属(ろう)を使用して結合
する。ろうの溶融温度は材料の溶融温度より低いので、
多くの金属のろう付けはろうの再度の溶融により破壊さ
れずに引き離すことができる。
他の妨害する被膜が問題を起こす:申し分のないろう付
け状態を得るためには、表面は純金属でなければならな
い。そのために、材料上に主としてはけ塗り、スプレー
またはろう被覆として塗被されるフラックスが使用され
る。
にはカリウム塩をベースとするフラックスは、例えば軽
金属材料の、特に合金(例えばマグネシウム)または非
合金のアルミニウム材料の硬ろう付けのために特に好適
である。これは腐食性でなくかつ吸湿性でないからであ
る。すでに、例えばKAlF4とK3AlF6の混合物ま
たはKAlF4とK2AlF5の混合物であり、その際後
者の化合物は場合により水和物として存在していてもよ
い、フラックスは公知である。
単数または複数の部品の表面の上で溶融の後に拡がるこ
とで実証される。部品の表面がフラックスにより良く洗
浄される程、ろうはその上で容易に拡がる。
は、特に軽金属材料、例えばアルミニウムをベースとす
る金属材料の表面上でのろうの流動特性を改善するフラ
ックスを提供することであった。さらに課題はフラック
スの相応する水性懸濁液、新規のフラックスおよび該フ
ラックスの製造方法を提供することであった。
て解決される。
有利にはカリウム塩をベースとするフラックスを使用し
て金属材料、特に軽金属材料を硬ろう付けするための本
発明による方法は、不可逆性脱水K2AlF5を含有する
フラックスを使用することを特徴とする。
説明する。
熱的特性はすでに何回か科学的研究の目標であった。B
ukovecおよびBukovec,Thermoch
imica Acta92(1985)689〜692
頁は、該水和物の脱水を約200℃までの温度で研究し
ている。TananaevおよびNekhamkin
a,Izvest.Sektora Fiz.−Khi
m.Anal.Akad.Nauk S.S.S.R.
20(1950)227〜237頁(Chemical
Abstracts Vol.48、1954、Re
ferat 8012a)は、水和物がサーモグラフで
145〜165℃では、脱水に起因する吸熱効果を、か
つ230〜260℃では、無水の塩の再結晶に起因する
放熱効果を示すことを観測した。WallisおよびB
entrupは、Z.Anorg.und Allg.
Chem.589(1990)、221頁〜227頁
に、K2AlF5・H2Oの熱による脱水のX線図および
熱分析による研究を公表した。その際、該水和物は90
〜265℃の範囲の温度で可逆的に正方晶系結晶K2A
lF3に転化することが確認された。265(±10)
℃では不可逆的に斜方晶系結晶するK2AlF5(公表で
は“相II”と記す)が生成する。準等圧条件下ではす
でに228℃で不可逆性脱水生成物相IIが存在した。
このような斜方晶系結晶K2AlF5を本発明では不可逆
性脱水K2AlF5と記す。
フラックス製造の技術への導入に至らなかった。米国特
許第4428920号明細書(Willenherg)
は、フッ化アルミン酸および(化学量論未満使用の)カ
リウム化合物、例えばKOH(ないしは苛性カリ溶液)
の合することによるフラックスの製造を開示した。その
融点を、120℃で乾燥した生成物で確かめた。米国特
許第4579605号明細書(Kawase)は、KA
lF4とK2AlF5・H2OまたはK2AlF5からなる、
アルミニウムろう付けのためのフラックスを開示してい
る。このフラックスの製造は、例えばフッ化水素酸中に
水酸化ナトリウムを溶解し、カリウム化合物を添加する
ことにより行う。100℃の乾燥温度は充分であると報
告している。Meshri、米国特許第5318764
号明細書はアルミニウムの錯フッ化物のカリウム塩をベ
ースとするフラックスを製造する種々の方法を開示して
いる:例えば酸化アルミニウム3水和物とKFまたはK
HF2およびHFを合する、酸化アルミニウム3水和物
とKFまたはKHF2の合することによるかまたは酸化
アルミニウム・3水和物と苛性カリ溶液を合し、引き続
いてHFを添加することによる。実施例によれば150
℃で乾燥する。
lF5を含有するフラックスを使用することの利点は、
該ろうが、上述の成分の含まないフラックスを使用する
際よりも極めて著しい良好な流動挙動を示すことにあ
る。
ックスを好ましくは、同様に本発明の対象でもある水性
懸濁液の形で1個以上の接合すべき金属材料の上に塗被
する。有利には該懸濁液は3〜60重量%のフラックス
を含有する;100重量%までの残余は水および場合に
よっては不純物である。本発明の懸濁液は塗被した後材
料ないしは部品の上に、外見では雪に似た特に緻密でな
い層を生成する。このような緻密でない綿状で材料の所
望の領域をすき間なく被覆する層は応用技術的に極めて
有利である。次いで金属材料を、例えば炉中でまたはバ
ーナーを使用して加熱する、その際先ず始めにフラック
ス次いでろうが溶融してろう接合ができ上がる。その際
所望により不活性ガス雰囲気、例えば窒素雰囲気中で
も、ろう付けすることができる。しかしまたろう付け法
を空気雰囲気中でも行うことができる。
できる。例えば国際特許第92/12821号明細書に
ならい、フラックスに、有利には微粉(例えば1000
μmより小さい、有利には4〜80μmの範囲の粒度の
粒子の形で)で存在し、かつろう付けすべき金属表面の
1または両方とろう付けできる共溶融混合物を形成する
金属を混合することができる。特に適しているのはケイ
素、良く適しているのがまた銅およびゲルマニウムであ
る。こうしてフッ化アルミニウム100重量部当たり1
0〜500重量部の微粉金属を含有するフラックスを使
用することができる。これに加えてまたなお他の、ろう
付けした部分ないしは形成される共溶融点混合物の表面
特性を改質する金属を微粉で混合することもできる。例
えば上述の国際特許申請に記載されているような微粉の
鉄、マンガン、ニッケル、亜鉛、ビスマス、ストロンチ
ウム、クロム、アンチモンまたはバナジウムを混合する
ことができる。また国際特許第93/15868号明細
書に基づき、接合すべき金属部品に金属被覆を塗被し、
該被覆内に次いでフラックスを埋め込むことも可能であ
る。極めて好適であるのは例えば亜鉛層または亜鉛−ア
ルミニウム合金層である。
K2AlF5を含有するフラックスである。Wallis
およびBentrupの開示から斜方晶系結晶型を有す
る純粋な、不可逆性K2AlF5はすでに公知であるか
ら、この純粋な斜方晶系結晶K 2AlF5からなるフラッ
クスは、それがもろい、不規則の結晶の形でない限りに
おいては、本発明の範囲から除外する。不規則な結晶を
有するこの生成物の製造は後でなお記載する(相応する
高温での水の急激な蒸発)。
い結晶の形の不可逆性脱水K2AlF5を含有するかまた
はそれからなる。
7重量%、不可逆性脱水K2AlF5 1〜20重量%、可
逆性脱水K2AlF5 0〜15重量%、K2AlF5・H
2O 0〜15重量%およびK3AlF6 0〜10重量
%を含有する。特に有利であるのは、KAlF4 86
〜97重量%、不可逆性脱水K2AlF5 3〜14重量
%および再水和性K2AlF5 0〜8重量%、K2Al
F5・H2O 0〜8重量%およびK3AlF6 0〜4重
量%を含有するかまたは上述の成分からなるフラックス
である。そのほかになお化学的に結合していない水(水
分)、例えば0〜7重量%を含有していてもよい。
ミニウムの化合物の100重量部当たり、金属表面の一
方または両方とろう付けの際共溶融物を形成する微粉の
金属10〜500重量部との混合を包含する。またはな
おこれに加えて本フラックスは接合すべき金属部品の表
面特性を改質する上述の他の金属の1つ以上を包含する
ことができる。
に、本フラックスは高い保存安定性を有する。加えて水
に懸濁する際安定な懸濁液を形成する。このことは、例
えば材料上の上述の緻密でない構造と同様に適用するた
めに有利である。
クスの製造に関する。このためには、第一には、不可逆
性脱水K2AlF5を他の組成と混合するかまたはすでに
すぐ使えるフラックスに添加することにより、成分の混
合物を製造する。またその代わりに相応する可逆性脱水
生成物および/または水和化合物を配合し、次いで熱処
理を行うか、または、上述の前駆生成物を含有する物質
を熱処理してもよい。
合物または可逆性脱水K2AlF5を、例えばWalli
sおよびBentrupにより記載されているように、
K−およびAl含有のHF溶液からエタノールで沈殿さ
せ、引き続いて乾燥することにより製造する。次いで、
得られた前駆生成物を充分な時間高温にし、それにより
前駆生成物の少なくとも一部は不可逆性生成物に転化さ
せる。できあがった5フッ化アルミン酸塩は次いでその
まま使用することもできるしまたはそれを他のすぐ使え
るフラックスに加えるかまたはアルミニウムの他の錯フ
ッ化物の他のアルカリ金属塩、有利にはカリウム塩と混
合する。こうして例えば不可逆性脱水生成物とKAlF
4、K2AlF5・H2O、可逆性脱水5フッ化アルミン酸
塩および/またはK3AlF6との混合物を製造すること
ができる。そうすればこれらの混合物は本発明によるフ
ラックスとなる。
・H2Oおよび/または可逆性脱水K2AlF5をフラッ
クスの前駆生成物、例えば製造の際生成する湿った濾過
ケーキにまたは直ぐ使えるフラックスに加える。次いで
こうして製造した混合物を充分な時間高温にし、それに
より水和化合物または可逆性脱水生成物の少なくとも一
部を不可逆性脱水生成物に転化させる。こうして本発明
によるフラックスが生じる。
用できかつ可逆性脱水5フッ化アルミン酸塩または水和
化合物を含有するフラックスを熱処理により不可逆性脱
水K2AlF5の形成下に本発明による改良生成物に変え
る。
を錯フッ化アルミニウムのアルカリ塩をベースとするフ
ラックスのための製造方法の1つの工程に組み込むこと
よりなる。フラックスをアルカリイオン、有利にはカリ
ウムイオン、アルミニウムおよびフッ化物イオンを含有
する水溶液から沈殿させ、所望により乾燥し、次いで熱
処理を行う。例えば、Willenberg,Kawa
seまたはMeshriにより記載されているようにフ
ラックスを製造し、存在する水和化合物ないしは可逆性
脱水5フッ化アルミン酸塩が少なくとも一部分または完
全に不可逆性脱水生成物に転化するように熱処理するこ
ともできる。公知のように(Willenberg参
照)、沈殿反応は有利には70℃〜90℃で行う。沈殿
した反応生成物は、好ましくは上澄み液から、例えば回
転式濾過機または遠心分離で分離し、次いで熱処理を行
う。その際、熱処理の温度および時間は特に残留水分
(湿分および結晶結合水)および乾燥の方式に依存す
る。例えば乾燥をバッチ方式で炉の中で行う場合には、
その物質を所望の不可逆脱水が生じる温度にする。好ま
しくは炉温度は265℃より高い、特に300℃以上で
ある。余りに強く加熱すれば、加水分解生成物の生じる
ことがある(例えば、6フッ化アルミン酸3カリウムの
生成);この種の加水分解生成物は多くの用途において
有害となることがある。熱処理の持続時間に関しては、
該持続時間は例えば炉の幾何学形状および炉への乾燥す
べき生成物の装填方式に左右されることは明らかであ
る。熱処理は、不可逆脱水生成物の所望の含有率が得ら
れるまで行う。転化の進行はX線グラフィック分析によ
り監視することができる。その際、375℃の上の温度
で乾燥するのが乾燥の際一般に有利である、というのは
そのとき、特に急激な加熱の際、これら応用技術的に極
めて有利である小さいもろい不規則な形の結晶が生成す
るからである。
乾燥機または流動式乾燥機でも行うことができる。この
種の乾燥機は、含有水分の急激な蒸発が生じかつ有利に
不可逆脱水生成物のもろい、不規則な結晶が得られる利
点を有する。通常は極めて短い滞留時間に基づき、乾燥
機内の周囲温度はまた500℃より上にあってもよい。
またここでも脱水の進行をX線グラフィック検査により
確認しかつ所望の脱水度を制御することができる。
る使用方法は、アルミニウムの錯フッ化物を有するフラ
ックスないしは該フッ化物を用いたろう付け法を使用す
るあらゆる目的のすべてに使用することができる。該フ
ラックスおよび方法はアルミニウム、銅またはそれらの
金属と別の金属との合金をろう付けするために極めて好
適である。
であるが、但し本発明の範囲を制限するものではない。
rupにより記載されているように相応する水和化合物
を約280℃の温度に加熱することにより製造した。4
フッ化アルミン酸カリウムおよび粉末化した不可逆性脱
水生成物を重量比95:5で互いに混合して、本発明に
よるフラックスを製造した。
ら本発明によるフラックスの製造 2.1 濾過湿分を有する前駆生成物の製造 前駆生成物を米国特許第4428920号明細書(Wi
llenberg)例2により製造した。21重量%の
濃度の4フッ化アルミン酸ならびにKOH 10重量%
を有する苛性カリ溶液を使用した。苛性カリ溶液を80
℃の温度で4フッ化アルミン酸溶液に約1時間かけて撹
拌しながら加えた。苛性カリ溶液の量は、添加が終了し
た後カリウム:アルミニウムの原子比0.8:1が反応
混合物中に存在するように設定した。次いで該反応混合
物を熱を導入することなくさらに撹拌し、沈殿した反応
生成物を濾別した。遠心分離で水の大部分を除去した。
理 2.1 により製造した濾過湿分を有する生成物を流動乾
燥機中で乾燥した。乾燥機の入り口温度は約570℃で
あり、滞留時間は約半秒であった。
した。主たるKAlF4の他に不可逆性脱水K2AlF5
が含有されていたことが確認された。化合物K2AlF5
・H2Oは生成物中に7%未満の割合で含有されてい
た。可逆性脱水5フッ化アルミン酸塩は検出できなかっ
た。全含水率(水分+結晶水)は2.5重量%より少な
かった;そのうち結晶結合は0.5重量%より少なかっ
た。明らかに遊離水はなお存在していたけれども不可逆
脱水5フッ化アルミン酸塩の再水和は観測されなかっ
た。融点は約570℃であった。REM試験によれば結
晶形はもろくかつ不規則であった。
29.7重量%のフラックスを含有する懸濁液が生じ
た。
ーした。加熱の際水は蒸発し、その結果フラックスによ
る工材の極めて均一の被覆が生じた。別のアルミニウム
工材を第1の工材上に接触面を形成して重ねた。ろうを
加えさらにろうの溶融温度に工材を加熱した後で、この
すぐれた流動特性に基づき工材のすぐれたろう付けが行
われたことが観察された。
たフラックス中にフッ化アルミン酸塩2重量部当たりケ
イ素1重量部含有されるように混合した。
記載したように塗被した;ろうの添加は不必要である。
別の工材を被覆した第1の工材に重ねた。加熱する際両
部品は互いにろう付けされた。
Claims (14)
- 【請求項1】 アルミニウムの錯フッ化物のアルカリ塩
をベースとするフラックスを使用して金属材料を硬ろう
付けする方法において、不可逆性脱水K2AlF5を含有
するフラックスを使用することを特徴とする金属材料を
硬ろう付けする方法。 - 【請求項2】 KAlF4および不可逆性脱水K2AlF
5を含有するフラックスを使用する請求項1記載の方
法。 - 【請求項3】 フラックスがKAlF4 1〜97重量%
および不可逆性脱水K2AlF5 1〜20重量%を含有
する請求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】 フラックスがアルミニウムの錯フッ化物
のアルカリ塩の100重量部当たり微粉のろう金属10
〜500重量部を混合して含有する請求項1記載の方
法。 - 【請求項5】 請求項1から4までのいずれか1項記載
の方法で使用する水性フラックス懸濁液において、不可
逆性脱水K2AlF5を含有するフラックスを包含するこ
とを特徴とするフラックス懸濁液。 - 【請求項6】 アルミニウムの錯フッ化物のアルカリ塩
をベースとする金属材料を硬ろう付けするためのフラッ
クスにおいて、不可逆性脱水K2AlF5からなるフラッ
クスを除き不可逆の脱水K2AlF5を含有していること
を特徴とするフラックス。 - 【請求項7】 KAlF4 1〜97重量%、不可逆性
脱水K2AlF5 1〜20重量%、可逆性脱水K2Al
F5 0〜15重量%、K2AlF5・H2O0〜15重量
%およびK3AlF6 0〜10重量%を含有する請求項
6記載のフラックス。 - 【請求項8】 KAlF4 86〜97重量%、不可逆
性脱水K2AlF53〜14重量%、可逆性脱水K2Al
F5 0〜8重量%、K2AlF5・H2O0〜8重量%お
よびK3AlF6 0〜4重量%からなる請求項7記載の
フラックス。 - 【請求項9】 アルミニウムの錯フッ化物のアルカリ塩
の100重量部当たり微粉のろう金属10〜500重量
部を混合して含有する請求項6から8までのいずれか1
項記載のフラックス。 - 【請求項10】 アルミニウムの錯フッ化アルカリ塩を
ベースとする金属材料を硬ろう付けするためのフラック
スにおいて、不可逆性脱水K2AlF5を不規則の結晶の
形で含有するかまたはそれからなることを特徴とするフ
ラックス。 - 【請求項11】 請求項6から11までのいずれか1項
記載のフラックスを製造する方法において、可逆性脱水
K2AlF5および/またはK2AlF5・H2Oを含有す
るフラックスまたはそのフラックスの前駆生成物を、上
述の錯フッ化アルミニウムの少なくとも一部が不可逆性
脱水K2AlF5に転化される高温処理を行い、かつ場合
により微粉のろう金属を混合することを特徴とするフラ
ックスの製造方法。 - 【請求項12】 不可逆性脱水K2AlF2をKAl
F4、K2AlF5・H2Oおよび/または可逆性脱水K2
AlF5のようなフラックスの他の成分と混合するか、
または可逆性脱水K2AlF5および/またはK2AlF5
・H2OをKAlF4のようなフラックスの他の成分と混
合して、前記のK2AlF5ないしはK2AlF5・H2O
を少なくとも一部分不可逆性脱水K2AlF5に転化され
る熱処理を行うか、またはフラックスを、アルカリイオ
ン、アルミニウムイオンおよびフッ化物イオンを含有す
る水溶液からアルミニウムの錯フッ化物のアルカリ塩を
ベースとする前駆生成物を沈殿させ、かつ場合により予
め乾燥した前駆生成物を、含有されているK2AlF5・
H2Oないしは可逆性脱水K2AlF5が少なくとも一部
分不可逆性脱水K2AlF5に転化される熱処理すること
により製造し、かつ場合により微粉のろう金属と混合す
る請求項6から10までのいずれか1項記載のフラック
スの製造方法。 - 【請求項13】 前駆生成物を遠心分離でまたはフィル
ターチャンバープレスで脱水する請求項12記載の方
法。 - 【請求項14】 熱処理を228℃より高い温度で行う
請求項11から13までのいずれか1項記載の方法。
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