JPS59100247A - 均質低融点銅基合金 - 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】 本発明は銅基金属合金、さらに詳しくは、銅および銅合
金よりなるようなろう付けを行なう金属物品に有用な均
質で延性のろう付け材質に関する。

ろう付けとは、しばしば組成の異なる金属部品を互いに
接合するプロセスをいう。一般的には、一緒に接合する
金属部品の融点よりも低い融点を有する充填金属を、金
属部品の間にはさんで、アセンブリーをつくる。次にア
センブリーを充填金属が溶融するのに十分な温度にまで
加熱する。冷却と同時に、強くて耐漏性の接合部が形成
される。

使用する充填金属は用途によって一般に粉末、ワイヤー
またはホイルの形態をとる。ホイルの形態は充填金属を
接合部分に予じめ配置する際に都合よく、従って複雑な
形のろう付けをさほど困難なく行なうことができる。

ＡＷＳ　ＢＡｇと呼ばれる銅および銅合金に使用するの
に適したろう利は用合金は周知の組成物である。これら
の合金には、貴金属である銀が相当量（１９〜８６重量
％）含まれており、そのため高価である。たいていのＡ
ＷＳ　ＢＡｇ組成物は長い連続したローリングおよびア
ニーリングによってホイルの形態にするため、相当の加
工費がかかる。

延性ガラス質金属合金は、Ｈ．Ｓ．Ｃｈｅｎ等の１９７
４年１２月２４付米国特許第３，８５６，５１３号で明
らかにされている。これたの合金は式ＴｉＸｊ（式中、
Ｔは少なくとも一種の遷移金属であり、そしてＸはリン
、ホウ素、炭素、アルミニウム、ケイ素、スズ、ゲルマ
ニウム、インジウム、ベリリウムおよびアンチモンより
なる群から選択した元素であり、“ｉ”は約７０〜約８
７原子％でありそして“ｊ”は約１３〜３０原子％であ
る）で表わされる組成物である。このような材料は、こ
の技術分野で現在よく知られている加工法を使って溶融
物から急冷することによって粉末、ワイヤまたはホイル
の形態に都合よく製造される。しかしながら、銅を主な
遷移金属として含有している上記ＴｉＸｊの液体幽霊が
ラス質金属合金については何も公表されていない。Ｃｈ
ｅｎ等は米国特許第３，８５６，５１３号で、ただ一種
の銅含有組成物（たとえばＰｄ７７．５　Ｃｕ６　Ｓｉ
１６．５）を示しているだけである。

Ｔｒａｎｓ，Ｊａｐａｎ．ｏｆ　Ｍｅｔａｌｓ、第１７
巻、１９７６年、第５９６頁でＨ，ＳｕｔｏおよびＨ．
Ｉｓｈ−ｉｋａｗａは蒸着によるガラス質Ｃｕ−Ｓｉの
加工について発表している。

貴金属を含まずかつホイル、粉末またはワイヤーの形態
に製造することのできる、銅および銅合金を接合するた
めの、均質なろう付け材質がこの技術分野では依然とし
て必要とされている。

本発明は低融点銅基金属台金組成物を提供するものであ
る。一般に、この組成物を本質的に約５−５２原子％の
ニッケル、約２−１０原子％のＳｎ、約１０〜１５原子
％のＰよりなり、残部は本質的にＣｕおよび不随的な不
純物である。組成物はＣｕ、ＮｉおよびＳｎの合計約８
５−９０原子％となるものである。この金属合金組成物
は少なくとも部分的にガラス質構造を有しているのが好
ましい。

さらに、本発明は、本質的に５−５２原子％のニッケル
、２〜１０原子％のスズおよび１０−１５原子％のリン
よりなり、残部は銅および不随的な不純物であり、銅、
ニッケルおよびスズの合計は約８５〜９０原子％である
、組成を有する均質で延性のろう付け用ホイルを提供す
るものである。

好ましくは、本発明のろう付け用ホイルは少なくとも部
分的にガラス質であり、そして本質的に５〜１５原子％
のニッケル、２〜５原子％のスズおよび１０〜１５原子
％のリンよりなり、残部は銅および不随的な不純物であ
る。

Ｎｉを添加すると接合強度が増大し、一方Ｓｎを添加す
ると接合延性が改良されかつＣｕの融点が低下する。リ
ンは温度下降剤として作用し、そしてＣｕ成分と共に化
合物Ｃｕ３Ｐを形成することによって充填金属に自溶特
性を与える。

本発明の均質なろう付け用ホイルは、組成物の溶融物を
つくりそして溶融物を回転急冷ホイール上で少なくとも
約１０５℃で／秒の速度にて急冷することよりなる方法
で製造される。

さらに、本発明は、二種またはそれ以上の金属部品をろ
う付けすることによって接合する改良法を提供するもの
である。その方法は、 （ａ）金属部品の間に、どの部品の融解温度よりも低い
融解温度を有する充填金属をはさんでアセンブリーをつ
くり、 （ｂ）アセンブリーを少なくとも充填金属の融解温度に
まで加熱し、そして （ｃ）アセンブリーを冷却する ことよりなる。改良点は、充填金属として、上記の組成
を有する均質銅基ホイルを用いることにある。

この充填金属ホイルは均質で延性のリボンしとて容易に
製造することができ、これはキャストしたままでろう付
げに有用である。銅基金属ホイルは複雑な形に打抜いて
、ろう付けプレフォームとすることができ、有利である
。

本発明の均質で延性のろう付け用ホイルは、ろう付け操
作の前に接合部内部に配置することができ、有利である
。本発明の均質延性銅基ホイルを使用すると、溶融塩中
への浸漬ろう付けのような方法でろう付げすることもで
きる。これは粉末またはロッドタイプの充填材では行な
うのが難かしい。

ガラス乃金属合金は所望の組成の溶融物を少なくとも約
１０５℃／秒の速度で急冷することによってつくる。ガ
ラス質金属合金の技術分野でよく知られている種々の急
冷法を、ガラス質金属粉末、ワイヤ、リボンおよびシー
トの製造に用いることができる。一般的には、特定の組
成を選択し、所望割合の必要な成分の粉末または粒子を
溶融および均質化し、そして溶融合金を急速回転シリン
ダーのような冷却面上であるいは水のような適当な流動
媒体中で急冷する。

銅基ろう付け法においても、ろう付け材料は、一緒にろ
う付けする金属部品の使用要件を満たす強度を持たらす
のに十分に高い融点を持っていなければならない。しか
しながら、その融点はろう付け操作を難しくするほど高
い温度であってはならない。さらに、充填材料はろう付
けされる材料と化学的にも金属学的にも適合したもので
なければならない。ろう付け材料は、腐食を避けるため
に、ろう付けされる金属よりも耐腐性でなければならな
い。理想的には、ろう付け材料は、複雑な形に打抜ける
ように延性ホイルの形態でなければならない。最後に、
ろう付け用ホイルは均質であるべきであり、すなわち、
結合材またはろう付け中に別にボイドまたは汚染残留物
を形成する他の材料を含有させるべきではない。

本発明では、ホイルの形態の均質で延性のろう付け材料
を提供する。ろう付け用ホイルは、組成が約５〜５２原
子％のＮｉ、約２〜１０原子％のＳｎ、約１０〜１５原
子％のＰよりなり、残部は本質的にＣｕおよび不随的な
不純物である。

これらの組成物は銅および銅合金と適合し、特にこれら
の材料を接合するのに適している。

均質というのは、得られたホイルがどこにおいても実質
的に均質な組成であることを意味する。

延性というのは、ホイルを破損することなく、ホイルの
厚みの１０倍の小さな半径の丸みに曲げられることを意
味する。

本発明の範囲内のろう付は用合金組成物の例を表１に示
す。

表１ 組成 試料番号　　Ｃｕ　　　　Ｎｂ　　　　Ｓｎ　　　　Ｐ
１原子％　　７３　　　　１０　　　　２　　　　　１
５　重量％　　７８．２５　９．９０　　４．００　　
７．８４２原子％　　６８　　　　１５　　　　２　　
　　　１５　重量％　　７３．１９　１４．９２　４．
０２　　７．８７３原子％　　７１　　　　１０　　　
　５　　　　　１４　重量％　　７３．６５　９．５８
　　９．６９　　７．０８４原子％　　６８　　　　１
０　　　　１０　　　　１２　重量％　　６６．８２　
９．０８　　１８．３５　５．７５５原子％　　６４　
　　　１６　　　　９　　　　　１１　重量％　　６３
．３９　１４．６４　１６．６５　５．３１６原子％　
　６６　　　　１５　　　　５　　　　　１４　重量％
　　６８．７３　１４．４３　９．７３　　７．１１７
原子％　　５８　　　　２０　　　　１０　　　　１２
　重量％　　５７．４２　１８．３０　１８．４９　５
．７９８原子％　　２８　　　　５２　　　　１０　　
　　１０　重量％　　２８．１１　４８．２４　１８．
７５　４．８９９原子％　　６１　　　　２０　　　　
５　　　　　１４　重量％　　６３．７８　１９．３２
　９．７７　　７．１４１０原料％　６３　　　　１５
　　　　１０　　　　１２　重量％　　６２．１４　１
３．６７　１８．４２　５．７７試料番号　　Ｃｕ　　
　　Ｎｉ　　　　Ｓｎ　　　　Ｐ１１原子％　４０　　
　　４０　　　　１０　　　　１０　重量％　　３９．
８０　３６．７７　１８．５８　４．８５１２原子％　
６３　　　　２０　　　　２　　　　　１５　重量％　
　６８．０９　１９．９７　４．０４　　７．９０１３
原子％　７５．５　　６　　　　　５　　　　　１４　
重量％　　７７．６　　５．７　　　９．７　　　７．
０１４原子％　８０　　　　６　　　　　８　　　　　
６　重量％　　７７．６　　６．３　　　４．２　　　
１１．９１５原子％　７６　　　　６．３　　　１２　
　　　６　重量％　　７５．１　　４．２　　　６．３
　　　１２．２１６原子％　８２　　　　６　　　　　
４　　　　　８　重量％　　７６．６　　６．１　　　
２．０　　　１５．３１７原子％　７８　　　　６　　
　　　８　　　　　８　重量％　　７４．１　　６．２
　　　４．１　　　１５．６上記の広い範囲内において
、銅および広範囲の大気圧条件下での広範囲の銅合金と
適合し、そしてろう付けを可能にする好ましい組成範囲
がある。

そのような好ましい組成範囲は、銅および銅合金の実質
的にあらゆるろう付け条件下での接合を可能にする。好
ましい組成物は、５〜１５原子％のＮｉ，約２〜５原子
％のＳｎ、約１０〜１５原子％のＰを含有し、残部はＣ
ｕおよび不随的な不純物である。

さらに、本発明では、二つまたはそれ以上の金属部品を
接合するための改良法について明らかにする。その方法
は、 （ａ）金属部品の間に、どの部品の融解温度よりも低い
融解温度を有する充填金属をはさんでアセンブリーをつ
くり、 （ｂ）アセンブリーを少なくとも充填金属の融解温度に
まで加熱し、そして （ｃ）アセンブリーを冷却する ことよりなる。

改良点は、充填金属として、上記の範囲内の組成を有す
る少なくとも一種の均質銅基ホイルを用いることにある
。

本発明のろう付け用ホイルは、ガラス質金属ホイルと同
様に、溶融物から製造する。これらの急冷条件下で、準
安定均質延性材料が得られる。準安定剤量はガラス質で
あり、この場合、長範囲の規則性はない。ガラス質金属
合金のＸ線回析図形は、無機酸化物ガラスで観察される
のと同様な拡散ハローを示すだけである。そのようなガ
ラス質合金は、その後の取扱い、たとえば合金のリボン
からの複雑な形の打抜き、が可能となるように少なくと
も５０％はガラス質にして、十分に延性にすべきである
。好ましくは、すぐれた延性を得るために、ガラス質金
属合金は全体的にガラス質であるべきである。

準安定相はまた構成成分の固溶体であってもよい。本発
明の合金の場合、そのような準安定の固溶体は、結晶性
合金を製造する技術分野で用いられる従来の加工技術の
下では普通得られない。固溶体合金のＸ線回折図形は、
結晶質合金のシャープな回析ピーク特性を示し、そのピ
ークは、所望の微粒子サイズの微結晶であるため、いく
らかブロードである。このような準安定杓料は、上記の
条件下で製造すると、やはり延性のものとなる。

本発明のろう付け材料はホイル（またはリボン）の形に
製造すると都合よく、材料がガラス質であってもあるい
は固溶体であっても、キャストしたままでろう付けに使
用しうる。あるいは、複雑な形の打抜ぎを行なう場合の
ダイの寿命を長くするために、ガラス質金属合金のホイ
ルを加熱処理して結晶相、好ましくは微粒子状のものを
得てもよい。

上記の方法で製造したホイルは一般的には、厚みが約０
．００１０〜約０．００２５インチ（２５．４〜６３．
５μｍ）であり、これはろう付けする物体の間の好まし
い間隔でもある。このような間隔であると、ろう付け接
合部の強度は最大となる。より薄いホイルを用い、積み
重ねてより厚くしてもよい。さらに、ろう付け中に融剤
は必要とせず、結合剤はホイル中に存在させない。従っ
て、ボイドおよび汚染残留物は形成されない。その結果
、本発明の延性ろう付は用リボンは、スペーサーの必要
がなくかつ最小限のろう付けの後処理ですむので、ろう
付けを容易にする。

本発明のろう付は用ボイルはまた、すぐれたろう付け接
合部にするという点では、同じ組成の種々の粉末ろう付
けよりもすぐれている。これは、おそらく、ろう付は用
充填金属をろう付けを行なう表面の端から毛管現象によ
って送るのではなく、ろう付け用ホイルをろう付けが必
要な場所へ適用できることによるものと思われる。

実施例１ 幅約２．５〜６．５ｍｍ（約０．１０〜０．２５インチ
）および厚み約２５〜６０μｍ（約０．００１０〜０．
００２５インチ）のリボンを、特定組成物の溶融物をア
ルゴンの超過力によって高速回転銅冷却ホイール（表面
速度約９１４．４〜１８２８．８ｍ／分）上に吹き付け
ることによりつくった。少なくとも部分的にガラス質原
子構造の準安定で均質な合金リボンを製造した。リボン
の組成を表１に示す。

実施例２ 表１の選択したリボンの液相線および固相線温度ＴＬお
よびＳを、示差熱分布（ＤＴＡ）法で測定した。これら
の温度を表２に示す。

実施例３ 重ね剪断試験体をＡＷＳ　Ｃ３２“Ｓｔａｎｄａｒｄ　
Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　Ｓｔｒ
ｅｎｇｔｈ　ｏｆ　Ｂｒａｚｅｄ　Ｊｅｉｎｔａ”に従
ってつくった。厚み３．１７５ｍｍ（０．１２５″）の
銅板を母材として使用した。

厚み２５．４μｍ〜３８．１μｍ（０．００１″〜０．
００１５″）および幅約６．３５ｍｍ（０．２５″）の
寸法の選択した組成のリボンを充填金属として使用した
。ろう付け接合部は、６．３５ｍｍ（０．２５″）およ
び１２．７ｍｍ（０．５″）に慎重に調整した重なり寸
法を有する重ねタイプのものであった。次に試験体をア
セトン中で脱脂し、そしてアルコールですすいだ。ブラ
ンクの合せ目をホウ酸を使って溶融した。次に、本発明
の選択したろう付け用リボンを、重ね接合部の全長をお
おうように並べて、本発明のリボンを含む重ね接合部を
組立てた。次いで試験体をクランプし、そして８ｐｓｉ
酸素および８ｐｓｉアセチレン圧のオキシアセチレン火
炎を使ってトーチろう付けを行なった。次にろう付けし
た試験体を室温にまで空冷し、溶融残留物をワイヤーブ
ラッシングして除去した。

比較のために、全く同じ接合部を、厚み２５．４μｍ（
０．００１″）のＢＣｕＰ−５ホイルおよび直径（０．
０６２″）のＢＡｇ−１およびＢａｇ−２ロッドを使用
してつくった。

これらの充填金属の組成およびろう付け温度範囲を表Ｉ
ＩＩＡおよび表ＩＩＩＢに各々示す。用いる充填金属が
棒状である場合（ＢＡｇ−１およびＢＡｇ−２合金）、
両端にステンレス鋼のスペーサーを置くことによって、
ブランクの合わせ目の間に３８．１μｍ（０．００１５
″）の間隙をつくった。次にアセンブリーをこれらの合
金のろう付は温度に加熱し、そして充填金属を一端にの
み適用した。次いで溶融充填金属を毛管作用によって通
して、合せ目全体をおおった。

強度データを分析すると、１２．７ｍｍ（０．５インチ
）および６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の重なりで、
本発明の合金ＢＣｕＰ−５、ＢＡｇ−１およびＢＡｇ−
２充填金属のこれらの強度に匹敵する強度またはよりす
ぐれた強度を示すことがわかった。母材におけるろう付
けの破損は、ろう付け接合部が母材よりも強いことを示
していた。

ノッチなし衝撃強さ試験体を以下のようにしてつくった
。幅１０ｍｍ、厚み１０ｍｍ　長さ２０ｍｍの寸法の銅
ブランクを母材として使用した。厚み約２５．４および
幅６．３５間の寸法の、表１の試料から得た選択した組
成のリボンを充填金属ととして使用した。アセンブリー
にする前に、試験体をアセトン中で脱脂し、そしてアル
コール中ですすいた。

ホイル充填金属を銅ブランクの合せ目の間に入れた。接
合アセンブリーは、ホイルの厚みが銅ブランクの間の間
隙となる、突合せタイプのものであった。アセンブリー
を接合端でレーザー溶接によって仮付け接接した。試験
体を、液相線上の温度１００℃にて、窒素雰囲気中、圧
力１トル（１３３Ｐａ）にてファーネスろう付けを行な
った。ろう付けの後、試料を幅８．９４１ｍｍ、厚み８
．９４１ｍｍ、長さ４０ｍｍに砥削した。

比較のために、全く同じ接合部を厚み２５．４μｍのＢ
ＣｕＰ−５ホイルを使用してつくった。

試験体をビームとして垂直位置に支持した。試験荷重を
、重い振子を試験体のスパン中央、すなわち接合部、に
打あてる衝撃の形で加えた。

ノッチなし衝撃強さ紙面の結果を下の表Ｖに示す。

ノッチなし衝撃強さ試験データを分析すると、本発明の
合金はＢＧｕＰ−５に等しいかあるいはすぐれているこ
とを示している。特に、試料１３は機械的性質がＢＣｕ
Ｐ−５よりも著しくすぐれている。

以上、本発明を詳しく説明してきたが、これらの詳細を
厳密に固守する必要はなく、様々な変形が可能なことは
この技術分野に熟知した人には明らかで、これらは全て
特許請求の範囲の通りの本発明の範囲内に入ることはい
うまでもないことである。

Ｉ侍￥Ｆ出ね１人　　−ｊ′ライｉ・″争コーポレーシ
］３７（外４名） 第１頁の続き 優先権主張　■１９８３年４月２６日［有］米国（ｔＪ
ｓ）■４８８８５１ （１■発　明　者　ニコラス・ジョン・デクリストファ
ロ アメリカ合衆国ニューシャーシ ー州０７９２８チャタム・ヒルザイ ド・アベニュー１１４

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）本質的に５〜５２原子％のニッケル、２〜１０原
   子％のスズおよび１０〜１５原子％のリンよりなり、残
   部は銅および不随的な不純物であり、そして銅、ニッケ
   ルおよびスズの合計がｙ約８５〜９０原子％である組成
   を有する、金属合金。
2. （２）少なくとも約５０％がガラス質構造である、特許
   請求の範囲第（１）項記載の金属合金。
3. （３）少なくとも部分的にガラス質構造である、特許請
   求の範囲第（１）項記載の金属合金。
4. （４）本質的に１０〜５２原子％のニッケル、２〜１０
   原子％のスズおよび５〜１５原子％のリンよりなる、残
   部は銅および付随的な不純物であり、そして銅、ニッケ
   ルおよびスズの合計が約８５〜９０原子％である組成を
   有する、均質なろう付け用ホイル。
5. （５）本質的に５〜１５原子％のニッケル、２〜５原子
   ％のスズおよび１０〜１５原子％のリンよりなり、残部
   は銅および不随的な不純物である組成を有する、均質な
   ろう付け用ホイル。
6. （６）上記ホイルのアルミが約０．００２５４〜０．０
   ０６３５ｃｍである、特許請求の範囲第（４）項記載の
   ろう付け用ホイル。
7. （７）上記ホイルが延性のものであり、ぞして少なくと
   も部分的にガラス質構造である、特許請求の範囲第（４
   ）項記載のろう付け用ホイル。
8. （８）本質的に５〜５２原子％のニッケル、２〜１０原
   子％のスズおよび１０〜１５原子％のリンよりなり、残
   部は銅および不随的な不純物であり、そして銅、ニッケ
   ルおよびスズの合計か約８５〜９０原子％であろ組成を
   有ずる均質で延性のホイルの製法であって、組成物の溶
   融物をつくり、そして溶融物を可軸冷却面上で少なくと
   も約１０５℃／秒の速度にて急冷することよりなる、上
   記の方法。
9. （９）（ａ）金属部品の間に、どの部品の融点よりも低
   い融点を有する充填金属をはさんでアセンブリーをつく
   り、 （ｂ）アセンブリーを少なくとも充填金属の融点にまで
   加熱し、そして （ｃ）アセンブリーを冷却する ことよりなる二つまたはそれ以上の金属部品を一体に接
   合する方法において、改良点は、充填金属として、本質
   的に５〜５２原子％のニッケル、２〜１０原子％のスズ
   および１０〜１５原子％のリンよりなり、残部は銅およ
   び不随的な不純物であり、そして銅、ニッケルおよびス
   ズの合計が８５〜９０原子％である組成を有する均質銅
   基ホイルを用いることにある、上記の方法。
10. （１０）延性充填金属ホイルが本質的に５〜１５原子％
    のニッケル、２〜５原子％のスズおよび１０〜１５原子
    のリンよりなり、残部は銅および不随的な不純物である
    、特許請求の範囲第（９）項記載の方法。