JPH10156583A

JPH10156583A - アルミニウム用ろうペースト

Info

Publication number: JPH10156583A
Application number: JP32764396A
Authority: JP
Inventors: Masaru Matsumura; 賢松村; Takashi Watsuji; 隆和辻
Original assignee: Toyo Aluminum KK
Current assignee: Toyo Aluminum KK
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】外観が良好であり、かつ、いずれのアルミニウ
ム合金においても優れた接合強度が得られるろう材を提
供することを主な目的とする。【解決手段】（１）Ｓｉを５〜２０重量％含み、か
つ、含有酸素量が０．２重量％以下であるアルミニウム
合金粉末及びＭｇ−Ａｌ系合金粉末及びマグネシウム粉末の少なく
とも１種からなる混合粉末であって、混合粉末中のマグ
ネシウム含有量が０．６重量％未満である混合粉末１０
０重量部、（２）有機高分子バインダー０．５〜５０重量部並びに（３）有機溶剤３０〜１５０重量部からなるアルミニウ
ム用ろうペーストに係るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム用ろ
うペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より使用されているアルミニウム用
のろう材は、一般にＡｌ−Ｓｉ系合金が用いられてい
る。Ａｌ−Ｓｉ系合金は、共晶濃度付近のＳｉを含有さ
せることによって、その融点を低下させ、また溶融状態
における流動性を改善したものである。

【０００３】ろう付け方法としては、フラックスを必要
とするフラックス法と、これを必要としないフラックス
レス法とに大別される。フラックスは、母材の表面酸化
皮膜を破壊して、母材とろう材との濡れ性を向上させ
る。このフラックスとしては塩化物系、フッ化物系等の
ものが知られているが、塩化物系フラックスはアルミニ
ウムに対する腐食性が強いので、ろう付け後は速やかに
洗浄して除去する必要がある。フッ化物系フラックス
は、通常は水に分散させる必要があるため、乾燥工程が
必要となる。この場合、水を使用せずに有機溶剤に分散
させる方法も考えられるが、これでは設備費のコストア
ップ、作業環境の悪化、危険性の増大等の問題が伴う。

【０００４】これに対し、近年では、特に真空ろう付け
法、不活性ガスろう付け法等のフラックスレス法が利用
されつつある。フラックスレス法では、従来から主とし
てブレージングシートが用いられているが、複雑な形状
の部分、異形パイプどうしの接合部、熱交換器のＵベン
ト等のろう付けには粉末又はペースト状のろう材が有利
である。すなわち、粉末又はペースト状のろう材を使用
する場合には、ろう付けする場所のみにろう材を塗布す
れば良いので、その使用量を低減できるだけでなく、作
業性も大幅に改善できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】それにもかかわらず、
粉末又はペースト状のろう材を用いるフラックスレス法
は、未だ広範に用いられていない。これは以下の理由に
よる。

【０００６】すなわち、既存の粉末又はペースト状のろ
う材においては、これら粉末の表面に強固な酸化皮膜が
形成されているため、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たり、また酸化皮膜そのものが残
存することにより、ろう付け部にボイドが形成される結
果、十分な強度を得ることができない。

【０００７】また、酸化皮膜を破壊すべく必要最小限の
フラックスを添加したとしても、真空ろう付けでは揮散
物等が炉内を汚染するので連続操業に支障を来たす。不
活性ガス雰囲気中で操業する場合には炉内の汚染は多少
軽減できるものの、フラックスを使用する以上、その塗
布部における白色残渣、黒斑点等の発生を避けられず、
外観上の問題を残す。一方、フラックスを使用せず、合
金元素にＭｇを多量に含有させることによって上記酸化
皮膜による欠点を解消する方法も知られているが、Ｍｇ
量が多くなれば、ろう付け部分がそれだけ黒変化するお
それがある。

【０００８】このように、上記のいずれの方法でも、少
なくとも外観上の問題があり、しかも優れた強度を得る
ことができない。殊に、いずれの方法においても、Ｍｇ
を含有するＪＩＳ５０００系、ＪＩＳ６０００系アル
ミニウム合金等においては、十分な強度を有する接合は
得られない。

【０００９】従って、本発明は、外観が良好であり、か
つ、いずれのアルミニウム合金においても優れた接合強
度が得られるろう材を提供することを主な目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、特に従来の
フラックスレス法の問題点について鋭意研究を重ねた結
果、特定構成からなる材料をろう材として使用する場合
には、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完
成するに至った。

【００１１】すなわち、本発明は、（１）Ｓｉを５〜２０重量％含み、かつ、含有酸素量
が０．２重量％以下であるアルミニウム合金粉末及びＭｇ−Ａｌ系合金粉末及びマグネシウム粉末の少なく
とも１種からなる混合粉末であって、混合粉末中のマグ
ネシウム含有量が０．６重量％未満である混合粉末１０
０重量部、（２）有機高分子バインダー０．５〜５０重量部並びに（３）有機溶剤３０〜１５０重量部からなるアルミニウ
ム用ろうペーストに係るものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のアルミニウム用ろうペー
ストは、前記のように、（１）Ｓｉを５〜２０重量％含み、かつ、含有酸素量
が０．２重量％以下であるアルミニウム合金粉末及びＭｇ−Ａｌ系合金粉末及びマグネシウム粉末の少なく
とも１種からなる混合粉末であって、混合粉末中のマグ
ネシウム含有量が０．６重量％未満である混合粉末１０
０重量部、（２）有機高分子バインダー０．５〜５０重量部及び（３）有機溶剤３０〜１５０重量部からなることを特徴
とする。

【００１３】上記アルミニウム合金粉末（以下「Ａｌ−
Ｓｉ系合金粉末」という）は、Ｓｉを通常５〜２０重量
％程度、好ましくは８〜１５重量％含有する。Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金の共晶点はＳｉ：１２重量％付近なので、この
部分が一番融点が低く、Ｓｉ量が５重量％未満又は２０
重量％を超えると合金の融点がそれだけ高くなる。

【００１４】また、含有酸素量は、通常０．２重量％以
下であれば良く、特に０．０１〜０．１４重量％である
ことが好ましい。含有酸素量が０．２重量％を超える場
合は、酸化皮膜が厚くかつ強固になり、ろう付け時に酸
化皮膜が壊れにくくなったり、或いは流動性、接合強度
等の低下を招くので好ましくない。含有酸素量の調節
は、例えば製造時の雰囲気中の酸素分圧を調節すること
により行うことができる。また、含有酸素量の測定方法
は、公知の方法によれば良く、例えば不活性ガス中溶解
赤外線吸収法によれば良い。

【００１５】Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末の平均粒径は、特に
制限されないが、通常は５００μｍ以下、好ましくは１
５０μｍ以下とすれば良い。５００μｍを超える場合に
は、この粉末が分散懸濁しにくくなり、粉末の粒子どう
しの間隙が大きくなって融着しにくくなるおそれがあ
る。なお、平均粒径の下限は、特に制限されないが、通
常１０μｍとすれば良い。１０μｍ未満では、一般には
比表面積が大きくなるため、単位重量当たりの酸素量が
増え、粉末の粒子どうしが十分融着しなくなるおそれが
ある。

【００１６】Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末の形状も特に制限さ
れず、真球状、回転楕円体状、涙滴状、扁平状、針状、
不定形状等のいずれであっても良い。特に、比表面積の
観点から真球状又はこれに近い形状が好ましい。

【００１７】Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末の調製方法は、特に
制限されず、例えば公知のアトマイズ法、回転円盤法、
メルトスピニング法等によって得ることができる。ま
た、急冷ロール法で作製したリボン状のものを切断、粉
砕したものも用いることができる。

【００１８】Ｍｇ−Ａｌ系合金粉末は、そのＭｇとＡｌ
との比率は特に制限されず、通常は０．０１〜９０重量
％程度、好ましくは４０〜６０重量％のＡｌを含有す
る。Ａｌが９０重量％を超えると、相対的にＭｇ量が少
なくなるため、酸化皮膜を破壊する効果が低くなる。ま
た、本発明では、上記Ｍｇ−Ａｌ系合金粉末とともに又
はその代わりにマグネシウム粉末を用いることもでき
る。マグネシウム粉末は、市販の純マグネシウム粉等を
用いることができる。これらのうち、融点が低いという
点でＭｇ−４０〜６０重量％Ａｌの組成をもつＭｇ−Ａ
ｌ系合金粉末を用いることが好ましい。

【００１９】Ｍｇ−Ａｌ系合金粉末及びマグネシウム粉
末の平均粒径及び形状については、Ａｌ−Ｓｉ系合金粉
末の場合と同様である。すなわち、その平均粒径は、特
に制限されないが、通常は５００μｍ以下、好ましくは
１５０μｍ以下とすれば良い。なお、平均粒径の下限
も、特に制限されないが、通常１０μｍとすれば良い。
形状としては、特に制限されず、真球状、回転楕円体
状、涙滴状、扁平状、針状、不定形状等のいずれであっ
ても良い。

【００２０】また、Ｍｇ−Ａｌ系合金粉末の調製方法
も、Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末と同様の方法で行うことがで
きる。例えば、公知のアトマイズ法、回転円盤法、メル
トスピニング法等によって得ることができる。また、急
冷ロール法で作製したリボン状のものを切断、粉砕した
ものも用いることができる。その他、合金塊を機械的に
破砕、粉砕して粉末状としたものを使用することもでき
る。

【００２１】本発明では、上記混合粉末中におけるマグ
ネシウム量を０．６重量％未満とすることを必須とし、
好ましくは０．５９重量％以下とする。０．６重量％以
上となる場合には、特に一定のタイプのアルミニウムに
対するろう付け性が不十分となり、しかもろう付け部分
の変色、炉内の汚染等が起こるので好ましくない。な
お、マグネシウム量の下限は、対象となるアルミニウム
のタイプ等に応じて適宜設定することができるが、通常
は０．０１重量％、好ましくは０．０５重量％とする。

【００２２】本発明では、これらの成分のほか、必要に
応じて、本発明の効果を損なわない範囲で各種の添加剤
を加えることもできる。例えば、粘度調整剤（ワックス
等）、酸化抑制剤（ＢＨＴ等）、腐食抑制剤（ベンゾト
リアゾール等）、着色剤（フルオレッセン、メチルオレ
ンジ等）、消泡剤（シリコンオイル等）、艶消し剤等が
挙げられる。

【００２３】また、本発明では、例えば下記に示す量の
特定元素を１種以上添加することもできる。これらを添
加することにより、融点を低下させたり、酸化皮膜の破
壊を助長したり、母材の腐食を防止することができる。
これら元素の添加及び添加量は、用途等に応じて適宜定
めれば良い。

【００２４】Ｚｎ：０．０１〜８重量％Ｓｎ：０．０１〜０．９重量％Ｉｎ：０．０１〜０．８重量％Ｃｕ：０．０１〜８重量％Ｂａ：０．０１〜１重量％Ｂｉ：０．０１〜０．２重量％Ｂｅ：０．０５重量％以下Ｓｒ：０．０５重量％以下Ｐｂ：０．０５重量％以下有機高分子バインダーとしては、特に制限されず公知の
ものを使用できるが、ろう付け時に揮散蒸発し、残留物
が少ないものが好ましい。このようなバインダーとして
は、例えばポリイソブチレン、ポリアルキレンオキシ
ド、ポリブテン等が挙げられ、これらは１種又は２種以
上併用しても良い。有機高分子バインダーは、１種で使
用し又は２種以上を併用しても良い。

【００２５】ポリアルキレンオキシドは、同種のアルキ
レンオキシドの単独重合体又は異種のアルキレンオキシ
ドのブロックないしはランダム重合体であっても良い。
より好ましくは、活性水素基を２個以上有する有機化合
物にエチレンオキシド等の低級アルキレンオキシドを付
加重合して得られるポリアルキレンオキシド化合物と、
多価カルボン酸、その無水物若しくはその低級アルキル
エステル又はジイソシアネートとを反応させて得られる
化合物である。この化合物の分子末端には、水素基のほ
か、アルコキシ基、カルボキシル基、エステル基等を有
していても良く、また分子内にはエーテル結合以外のエ
ステル結合、ウレタン結合を有していても良い。

【００２６】有機高分子バインダーの配合量は、混合粉
末１００重量部に対し、通常０．５〜５０重量部程度、
好ましくは１〜２０重量部とすれば良い。０．５重量部
未満の場合には、粉末全体になじまず、またペースト中
において固液分離しやすくなり、保存性に支障を来た
す。５０重量部を超える場合には、炉内の汚染・残留物
の増大、流動性の低下等が起こる。

【００２７】有機溶剤としては、特に限定されず、公知
のものを用いることができる。例えば、ヘキサン、へプ
タン、オクタン、シクロヘキサン、トルエン、キシレ
ン、ヘキシレングリコール等を用いることができる。こ
れらの中でも、ヘキシレングリコールが好ましい。有機
溶剤は、１種で使用し又は２種以上を併用しても良い。

【００２８】有機溶剤の配合量は、上記バインダーの種
類、混合粉末の粒度等に応じて適宜設定できるが、混合
粉末１００重量部に対し、通常３０〜１５０重量部程
度、好ましくは３０〜８０重量部とすれば良い。３０重
量部未満の場合にはペーストの粘度が高くなり、被接合
部への塗布が困難となる。１５０重量部よりも多くなる
と粘度が低くなり、金属粉末が沈降したり、塗布した際
にダレ、ムラ等が生じやすくなる。

【００２９】本発明のペーストは、これらの各成分を所
定の割合となるように混合することにより得られる。こ
の場合、前記の各種添加剤も配合することができる。混
合方法は、特に制限されず、市販の混合機等により行え
ば良い。例えば、Ｖブレンダーのほか、ボールミルタイ
プ、転動型、遊星型等の混合機によって混合することが
できる。特に、ボールミルタイプの混合機を用いる場合
は、粉末を扁平状に変形させることが可能であり、この
場合には被接合部への隠蔽力（単位面積当たりの塗布面
積）を大きくできるので有利である。混合順序も特に制
限されず、例えば混合粉末、有機高分子及び溶剤の順で
配合しても良い。特に、これらを同時に配合すれば、工
程を簡略化することができる。

【００３０】

【作用】加熱時において、本発明ペーストの成分である
Ｍｇ−Ａｌ系合金粉末又はマグネシウム粉末中のマグネ
シウム成分は、その高い蒸気圧のため、容易に酸化皮膜
を通過し、破壊する。そして、蒸発・流出したマグネシ
ウム成分は、雰囲気中に残存する酸素と結合し、系内の
酸素分圧を下げて粉末及び母材の酸化を防止するととも
に、Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末の酸素量も制限されているこ
とから、従来よりも微量のマグネシウム量で所定の上記
効果を達成できる。また、その結果、マグネシウム酸化
物の生成量も低減できるので、ろう付け部分の変色や残
留物も少なく、良好な外観とろう付け性を同時に発揮す
ることができる。

【００３１】殊に、本発明では、従来ろう付けが困難と
されていたＪＩＳ５０００系、ＪＩＳ６０００系等の
母材に対しても良好なろう付け性を発揮する。これは、
主として、本発明ペーストではＭｇとＳｉとがＭｇ₂Ｓ
ｉ系化合物を比較的形成しやすく、この化合物がろう材
（ペースト）と母材の境界付近の良好な接着と強度向上
に寄与しているためである。

【００３２】

【発明の効果】本発明のペーストは、特定組成を有する
ので、実質的にあらゆるタイプのアルミニウム合金にお
いて優れた接合強度（ろう付け性）が得られる。特に、
従来技術では困難であったＭｇを含有するＪＩＳ５０
００系、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金等の接合
も確実に行うことができる。

【００３３】また、ろう付け後の外観にも優れ、従来方
法に見られるような白色残渣、黒斑点、黒変化等が実質
上認められない。しかも、炉内が汚染されず、その使用
量が少なくて済む。

【００３４】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げ、本発明を具
体的に説明する。

【００３５】実施例１表１に記載の配合割合で各成分を混合し、各ペーストを
調製した。なお、Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末は、すべて窒素
ガスを噴霧媒とするアトマイズ法により調製した。ま
た、Ｍｇ−Ａｌ系合金粉末は、粉砕法により調製した。

【００３６】

【表１】表中の各表示の内容は以下の通りである。

【００３７】・ろう付け用金属粉末（ａ）：Ａｌ−１０
％Ｓｉ、平均粒径約５０μｍ、含有酸素量０．０９％・ろう付け用金属粉末（ｂ）：Ａｌ−１０％Ｓｉ、平均
粒径約３０μｍ、含有酸素量０．１４％・ろう付け用金属粉末（ｃ）：Ａｌ−１０％Ｓｉ、平均
粒径約７０μｍ、含有酸素量０．０３％・ろう付け用金属粉末（ｄ）：Ａｌ−１２％Ｓｉ、平均
粒径約５０μｍ、含有酸素量０．０７％・ろう付け用金属粉末（ｅ）：Ａｌ−１０％Ｓｉ−１．
５％Ｍｇ、平均粒径約５０μｍ、含有酸素量０．０８％・Ｍｇ−Ａｌ系合金粉末：Ｍｇ−５０％Ａｌ合金粉末、
平均粒径約４０μｍ・樹脂：ポリエチレンオキシド（分子量１０万、住友精
化（株）製）・溶剤：ヘキシレングリコール（三井石油化学工業
（株）製）次に、得られた各ペーストを、材質Ａ３００３及び材質
Ａ６０６３の試験板（２mm×２５mm×６０mm）にそれぞ
れ３００ｍｇ塗布して、図１（上面図）及び図２（平面
図）に示すような状態とした。これを窒素ガス雰囲気中
で炉中ろう付け（６１０℃×３分間）を行い、ろう付け
後の外観とろう付け性とを評価した。その結果を表１に
示す。なお、評価の判定基準は、以下に示す通りであ
る。

【００３８】（１）ろう付け後の外観ろう付け部分を肉眼で観察した。

【００３９】Ａ：ろう付け部分において、白色残渣、黒
斑点、黒変化（黒ずみ）等がない場合Ｂ：ろう付け部分において、白色残渣、黒斑点、黒変化
（黒ずみ）等がほとんどない場合Ｃ：ろう付け部分において、白色残渣、黒斑点、黒変化
（黒ずみ）等が若干ある場合Ｄ：ろう付け部分において、白色残渣、黒斑点、黒変化
（黒ずみ）等が目立つ場合Ｅ：評価対象外（接合できない）（２）ろう付け性フィレットの厚さ及び形状を調べた。試験体の断面を樹
脂により固定した後、断面部分を研磨し、その研磨面を
光学顕微鏡（５０倍）にて観察した。

【００４０】Ａ：ろうの殆どがフィレットに集まり、最
適張力で弧を描くＢ：上記Ａの７０％程度のフィレットが形成されているＣ：上記Ａの３０％程度のフィレットが形成されているＤ：フィレットが形成されないＥ：評価対象外（接合できない）図３及び４に、Ａ６０６３試験板を実施例５及び比較例
３の試料でろう付けした部分の金属組織の顕微鏡写真を
それぞれ示す。図４では、健全なフィレットが形成され
ておらず、空洞部（黒い部分）が目立ち、また斜面部分
に白い斑点が認められるが、これは外観上黒ずんで見え
た。

【００４１】これに対し、本発明品である図３では、健
全なフィレットが形成されていて、また図４に見られる
ような白い斑点もなく、良好なろう付け性が得られるこ
とがわかる。

【００４２】実施例２実施例１で得られたペーストのうち表２に示すものを用
いて、材質Ａ６０６１及び材質Ａ５０５２の試験板を実
施例１と同様にろう付けした。

【００４３】

【表２】得られた各ペーストについて、実施例１と同様にして試
験を行った。その結果を表２に示す。

【００４４】表１及び２の結果から、本発明のぺースト
がアルミニウム用のろう材として優れた効果を発揮する
ことがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた試験板（Ｔジョイント）の上面
図である。

【図２】実施例で用いた試験板（Ｔジョイント）の平面
図である。

【図３】Ａ６０６３試験板を実施例５の試料でろう付け
した部分の金属組織を示す写真である。

【図４】Ａ６０６３試験板を比較例３の試料でろう付け
した部分の金属組織を示す写真である。

【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ろうペースト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）Ｓｉを５〜２０重量％含み、か
つ、含有酸素量が０．２重量％以下であるアルミニウム
合金粉末及びＭｇ−Ａｌ系合金粉末及びマグネシウム粉末の少なく
とも１種からなる混合粉末であって、混合粉末中のマグ
ネシウム含有量が０．６重量％未満である混合粉末１０
０重量部、（２）有機高分子バインダー０．５〜５０重量部並びに（３）有機溶剤３０〜１５０重量部からなるアルミニウ
ム用ろうペースト。
【請求項２】混合粉末中のマグネシウム含有量が０．０
１〜０．５９重量％である請求項１記載のアルミニウム
用ろうペースト。
【請求項３】有機高分子バインダーが、ポリイソブチレ
ン、ポリアルキレンオキシド及びポリブテンの少なくと
も１種である請求項１記載のアルミニウム用ろうペース
ト。