JPS59222591A - 金属材料の表面活性化剤 - Google Patents

金属材料の表面活性化剤

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JPS59222591A JP58095745A JP9574583A JPS59222591A JP S59222591 A JPS59222591 A JP S59222591A JP 58095745 A JP58095745 A JP 58095745A JP 9574583 A JP9574583 A JP 9574583A JP S59222591 A JPS59222591 A JP S59222591A
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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、金属材料の表面活性化剤に関し、特に本発明
は金属材料にメッキ、ろう付、溶接あるいは塗装などの
処理を施す際に金属材料の表面が覆われている油類、汚
れ、酸化皮膜を除去して、前記処理を有利に施すことの
できる表面活性化剤に関するものである。
金属材料の表面に付着した油類あるいは汚れを除去する
技術は進歩しているが、金植材料の表面に形成される酸
化皮膜を除去する技術は未だ解決されていない多くの問
題がある。なかでもはんだ付あるいはろう付の際に用い
られる表面活性化剤であるはんだ付あるいはろう何州フ
ラックスは、はんだ付あるいはろう付(はんだ付あるい
はろう付を以下単にろう付と称す)される部分に予め存
在する酸化皮膜、油、グリース、汚れなどを除去するこ
とを目的として使用されるばかりでなく、ろう付作業中
に残存する酸化物とか、作業中に生じてろう付継手の作
成を妨げる化合物を除去する働きをなさせるだめに使用
される。酸化物は金属材料表面の汚れの主なものであり
、ろう付中酸化物を除去、溶解することがろう何州フラ
ックスの最も一般的な機能である。さらに、溶融金属で
あるろうの流れを妨げないように溶融したろうと容易に
置換することが必要であり、従ってろう付温度における
フラックスの粘性は重要な因子である。
ある場合には、ろう成分中の高い蒸気圧を示す金属の蒸
発を防ぐためにも必要である。これらのフラックスの物
性は温度によって変化する。
フラックスには通常多くの化合物が含まれており、その
調製の前後においてそれら化合物は溶媒□l とか、その他の反応などによってその性質は太きく変化
する。例えば、はうふつ化物はフラックス中に通常含ま
れる化合物であるが、反応後にはふつ化物が生成される
。さらにろう付作業中、フラックスの化学反応性は変化
し、フラックスと母材あるいはろうとの反応性は温度に
よっても大きく変わる。フラックスの組成は、ろう材中
のすべての要因、例えばろう何時間などに対応すること
ができるように考慮されなければならない。母材とフラ
ックスの反応は満足な継手を得るために必要である。塩
化物やぶつ化物のような活性ハロゲン゛化物はAtなど
比較的厚な金属を含む合金に対して一般に使用されてお
り、贅た特殊なフラックスが用いられる場合にはそのフ
ラックス保存中に溶媒などとの反応が生じないようにし
なければならないことが知られている。
フラックスとしてもつとも普通に用いられる化合物には
下記のようなものが知られている。
はう酸塩(ナトリウム、カリウム、リジウム塩など)、
溶融はう砂、はうふつ化物(カリウム。
ナトリウム塩など)、ふつ化物(ナトリウム、カリウム
塩など)、塩化物(カリウム、ナトリウム。
リジウム塩など)、酸(はう酸)、アルカリ(カリウム
、ナトリウム水酸化物)、ぬれ剤、水(水和あるいはペ
ースト化のため)。
1976年にアメリカ溶接協会から刊行されたろう付マ
ニュアルには、上記それぞれの化合物は下記の特性を有
することが記載されている。
はう酸塩−はう酸塩は、高融点を有するフラックスを調
製するときに用いられる。酸化物の溶解力が強く、熱安
定性がよい。大抵のほう酸塩は760 C(1400’
F)  あるいはそれ以上の温度で溶融し、その効果を
発揮する。しかし、溶融状態でそれ自身の粘性が高いの
で、他の塩と混合する必要がある。
溶融はう砂−はう砂は高Mjt点を有し、低融点のろう
付作業には用いられない。
はうふつ化物−はうふつ化物は、多くの点でほう酸塩と
似ており、安定性は落ちるが、流動性と酸化物溶解力は
よシ優れている。はうふつ化物は、はう酸塩やアルカリ
化合物、炭酸塩と一緒に用いられる。同様なものとして
、はうふつ化けい素化合物があり、高融点、良被楓性と
付着性をもっている。しかし、高融点であるため、その
使用は制限されている。
ぶつ化物−ふつ化物は大抵の金員酸化物と反応するため
清浄作用が強く、フラックスとして多用されている。C
rやMなどの強固な酸化物に対して特に有効である。ぶ
つ化物ははう砂の流動性を増すのに添加され、ろうとの
置換性とか、毛細管へのろうの流れを改善するために使
用される。
塩化物−塩化物はその作用はぶつ化物と同様であるが、
その有効温度範囲は狭く、高温では逆に母材を酸化さす
性質を有しているので、注意が必要である。低温で溶融
し、ぶつ化物基質フラックスの融点を下げるため用いら
れる。
はう酸−はう酸はフラックスの主成分であり、時々脱水
した状態で用いられるが、かなりの高融点を示す。はう
酸はろう付後ガラス状の7ラツクス残渣を除去するのを
容易にするため添加され、その融点はほう酸塩よシ低く
、ぶつ化物よシ高い。
アルカリ化合物−水酸化カリウムと水酸化ナトリウムは
潮解性のため少量しか用いられず、添加されると保存は
困難である。しかし、フラックスの作業温度を高め、主
としてMoを含む工具鋼に用いられる。
ぬれ剤−ぬれ剤はペースト、液状フラックスに添加され
ておシ、試片に7ラツクスを塗布する際のフラックスの
流れと広がシを良くするが、ろう付中では逆に7ラツク
ス作用を悪くする。
水−水はフラックスをペースト状、液状にするため使用
され、結晶水が好ましくない場合加熱して除去されなけ
ればならない。ペースト状にする際に、硬水を用いては
′ならず、蒸留水を用いるべきである。
ところで、従来のフラックスは殆んど塩素が含まれてい
るため、ろう封装塩素が空気中の水分を“I   吸収
して塩酸になシ腐食を生じさせることを完全に防止する
ことはできなかった。塩素の量が多いとフラックスの流
動性は良いが腐食による経年不良が発生し、一方塩素の
量を少なくすると耐食性は改善されるが、フラックスの
流れが悪くなシ、ろう付作業性が低下し、初期事故が多
くなり、従って松やに入シろう材には塩素の含有量の多
少にかかわらず根本的欠陥があることが判った。
本発明者は、塩素を含有しないフラックスについて研究
し先にニッケル、クロム合金の線材または箔接合用ろう
付フラックスを発明し、特開昭54−33848号によ
シ開示された。前記発明はニッケル・クロム合金の線材
または箔のろう付において、フッ化アンモニウムまたは
フッ化水素アンモニウムをフラックスとすることを特徴
とするろう併用フラックスを特定発明とするものであり
、特定発明(7) 7ラツクスに松やにを混和させたフ
ラックス、特定発明の7ラツクスにアルキルアミン、ア
ルキレンアミン、アルキルアルカノールアミンなどの有
機アミン類あるいはヒドラジンなどの1種またけ2種以
上を加えて相溶させたフラックス、あるいは前記特定発
明の7ラツクスに松やにを混和したフラックスにアルキ
ルアミン、アルキレンアミン、アルキルアルカノールア
ミンなどの有機アミン類、ヒドラジンのなかから選ばれ
るいずれか1種寸たは2種以上を加えた溶液を芯入シと
したフラックスである。
上記フラックスとして用いられるフッ化アンモニウムま
たはフッ化水素アンモニウムをニッケル・クロム線の相
互間に7ラツクスとして介在させると酸化物の除去効果
を示し、同時にろう付を進行させて容易に線を接着させ
ることができることを知見した。前記本発明者が先に発
明したフラックスはフッ化アンモニウムまたはフッ化水
素アンモニウムを主な構成成分とするものであシ、この
フラックスによる金属の接合後における通電と湿部の防
止作用は松やにに依存しておシ、それらが均一に混溶し
て芯入シフラックスを形成させるために有機アミンまた
はヒドラジンを用いたものである。
ところで、従来金属材料の酸化皮膜除去のため酸洗と称
せられ、弗酸、塩酸、硫酸、硝酸、クロム酸などの強酸
類の複数混合水溶液、あるいは特にアルミニウムの表面
酸化皮膜の除去の場合には強アルカリ性水溶液が多く用
いられている。しかし、強酸系のものは酸化物除去能力
は優れていても除去後のいわゆる後処理が難しく、せっ
かく酸化物を除去しても残留した酸でただちに再酸化さ
れてしまうので、水洗筒中和処理を施しても酸は中和さ
れるが再酸化による酸化物の除去は実際には不可能であ
る。その理由は、これらの酸洗い液が単に酸化物を除去
するという点にしか配慮がなされていないためで、再酸
化に何ら対策がなされてい々いことに起因している。し
かし1、弗酸や塩酸のような強酸が用いられる場合、金
属の表面を保護する目的で添加する化学物質を安定剤と
して含有させることは、前記安定剤とこれらの強酸とが
ただちに反′応してしまうので、それらの添加は不可能
である。又、アルカリ水溶液による酸化物の除去は材質
によっては有効であるが、かかる処理後に酸による中和
が不可欠であるので、この場合にも酸による再酸化の悪
影響を免れること(はできない。しかも、前記酸化物除
去用として用いられるアルカリにはナトリウムあるいは
カリウム塩が多くの場合使用されるため、金属材料の表
面にはNa OHあるいはKOHの形でナトリウムある
いはカリウムが残留する。
このような状態で例えばろう付を施すとろう付性を著し
く害し、焼付塗装の場合にはフクレ等の発生原因となっ
て不良品につながる。このように従来の表面活性化剤に
は種々の欠点がある。
本発明は、従来の金属材料の表面活性化剤の有する欠点
を除去、改善した表面活性化剤を提供することを目的と
するものであシ、下記の金属材料の表面活性化剤を提供
することによって前記目的を達成することができる。 
 □ 下記A群のなかから選ばれるいずれか少なくとも1種と
下記B群のなかから選ばれるいずれか少なくとも1種と
を重量比で1/9〜9/1の範囲内に9.    なる
よう混合して得られる化学反応生成物を含有する金属材
料の表面活性化剤。
A群ニブo モ:I−p ン(CH3CH2Br )、
 1−2−ジブ0 モ、1lf−タy (CH2BrC
H2Br )、  7 セ−y−v yテトラブロマイ
ド(CHBr2 CHBr2 )。
B群:フェニルアミン(C6H7N ) tメチルフェ
ニルアミン(C7H9N ) e  ジメチルアニリン
(08H11N) yジメチルアニリン (CI(IH
L)N)。
次に本発明の詳細な説明する。
本発明者は、特開昭54−33848号記載の発明の改
良研究を行なった結果、防錆および除錆性能に優れ、ろ
う付の際の拡シ率が大きく、かつ使用の際安全で衛生的
な表面活性化剤に想到して本発明を完成した。
本発明の表面活性化剤の原料化合物中、A群の化合物は
臭素を構成元素の1つとして含有する脂肪族有機化合物
であシ、B群の化合物は脂肪族あるいは芳香族アミン類
であり、本発明の表面活性化剤は上記A群とB群の化合
物を所定の割合で配合、混合して得られる化学反応生成
物を含有する表面活性化剤である。
本発明の表面活性化剤は前述のA群の化合物とB群の化
合物を重量比で1/9〜V1の範囲内になるように混合
して得られる化学反応生成物を主要な活性化物質として
含有する表面活性化剤である。
本発明において、A群のなかから選ばれるいずれか1種
とB群のなかから選ばれるいずれか1種とを種々の重量
比で配合、混合したとき生成される化学反応生成物が生
成される重量を、使用されたA群化合物重量とB群化合
物重量との和で割った価すなわち生成比e%)を実験に
よシ求めた。なお上記生成される化学反応生成物の生成
比は反応温度、攪拌数、触媒、超音波照射などの条件に
よって異なるが、本実験においては室温20 Cで30
日間静置した時の化学反応生成物の生成比を求めた。
その結果を第1〜12図に示す。第1図はA群化合物で
あるブロモエタンにB群化合物であるフェニルアミンを
種々の割合で配合したとき生成される化学反応生成物の
生成比の変化を示す図である。
同図によれば、前記化学反応生成物の生成比が表面活性
化作用を発揮させるに有利な例えば約20%以上である
ためには、A群化合物であるブロモエタンとB群化合物
であるフェニルアミンの配合重量比を1/9〜V1の範
囲内にする必要のあるこ゛とが判る。
下記の表に示すA群化合物とB群化合物とを種々の割合
で配合したとき生成される化学反応生成物の生成比の変
化を第2〜12図に示す。
表 第2〜12図においても、第1図と同様に化学反応生成
物の生成比が約20%以上になるA群化合物とB群化合
物の配合重量比は1/9〜9/1の範囲内であることが
判る。
A群化合物はいずれも臭素を構成元素の1つとして含有
する脂肪族化合物であシ、一方B群化合物はアンモニア
NH3の水素原子を炭化水素基Rで置換した化合物であ
るアミンを構成化合物の1つとして含有する脂肪族ある
いは芳香族アミンである。
第1〜12図は、A群化合物のなかから選ばれるいずれ
か1種とB群化合物のなかから選ばれるいずれか1種を
それぞれ配合した場合の例であるが、A群化合物のなか
から選ばれるいずれか1種とB群化合物のなかから選ば
れるいずれか2種以上とを配合した場合、A群化合物の
なかから選ばれるいずれか2種以上とB群化合物のなか
から選ばれ′   るいずれか1種とを配合した場合あ
るいはA群化合物のなかから選ばれるいずれか2種以上
とB群化合物のなかから選ばれるいずれか2種以上とを
配合した場合に生成される化学反応生成物についてもA
群化合物とB群化合物の配合重量比が1/9〜V1の範
囲内でほぼ20%以上の生成比で化学反応生成物が得ら
れた。
本発明の表面活性化剤中の主要な表面活性化作用を発揮
する化学反応生成物の構造、ならびに物理化学的特性は
未だ十分には解明されていないがA群、B群に属するそ
れぞれの化合物はいずれも水に全く不溶であるが、上記
化学反応生成物は水に可溶性であるという特徴があシ、
またA群とB群とに属する化合物を重量比で1/9〜V
1の範囲内で種々に混合して得られるいずれの化学反応
生成物も除錆あるいは防錆能力の点で相互に差異を見出
すことができないことから、極めて類似した化学構造式
を有する化合物であると考察される。
除錆効果については本発明の表面活性化剤を粉状にした
後、市販金属材料表面上に散布し、これを200〜30
0Cに加熱した時が最も大で、この場合にはクロム酸化
物、鉄酸化物、銅酸化物、ニッケル酸化物を除去するこ
とができるが、水や有機溶剤あるいは樹脂に混じてワッ
クス状にした場合にはクロム酸化物の除去はできなかっ
た。鉄の錆のようにこびりついているものではAJ12
03や8i02のような研磨剤などを数パーセント混入
しておき、これでこすると錆落しの上でいっそう効果が
大きい。このような錆落しにとって、U2O5・8i0
2添加の効果は十分に認められたが、このような研磨剤
添加によっても本表面活性化剤自体の防錆効果はまった
く影響を受けない。
本発明の表面活性化剤は油に不溶であるので、防錆を目
的として油に混合する場合は超音波攪拌によシ乳化して
用いることができる。油に限らず、溶媒に不溶の時は超
音波攪、拌による乳化が可能である。
なお本発明の表面活性化剤は、従来の多くのろう付則フ
ラックスと異なシ塩素が含有されずに臭素を含有させた
ことにより防錆効果が発揮されるのではないかと考えら
れる。
ところで、前記除錆あるいは防錆効果に優れる表面活性
化剤であっても作業上の危険があれば実用化が困難であ
る。例えば銅の酸洗いに使用されているキリンス液(H
2SO450cc 、 HNO35Q cc 。
HCtlcc、水1000 CC)の場合、p)Iメー
ターの振針は振シ切れて測定不可能であシ、これを20
倍に希釈してもなお針は強酸側に振シ切れて測定不可能
であるが、本発明の表面活性化剤は第13図でみるよう
にpHは2.3〜3.0であるので工業的に全く安全に
使用することができる。キリンス液の場合pH調整のた
めに溶液を薄めることなども考えられるが、5倍以上希
釈すると除錆効果はほとんどなくなってしまう。
以上述べたように本発明の表面活性化剤は単独で用いる
ことができるばかりでなく、他の化学物質と混合したも
のも表面活性化剤として有利に使用することができる。
例えば水、アルコール類。
動物性油類、植物性油類、鉱物油類、アミン類等の有機
溶剤、松やに等の樹脂のなかから選ばれるいずれか1種
または2種以上と混合して使用することができる。かか
る使用に当っては、混合物の全重量に対し本発明の表面
活性剤中に含有される前記化学反応生成物が3重量%以
上含有されるようにすることは、金属材料の表面を活性
化させる点において有利である。
次に本発明の表面活性化剤を実施例について説明する。
実施例1 0.3X30X30(鵬)の純銅板をスチールウールで
研磨し、次にメチルエチルケトンで清浄に仕上げたもの
を大気中150Cで1時間表面酸化処理をしたものを試
験片とし、これをキリンス液および本発明の表面活性化
剤の濃度を種々変えた場合の水溶液に浸漬した時の酸化
物全曲除去時間を求めた。
(1)キリンス液に浸漬した場合は48秒要した。
(2)本発明の表面活性化側水溶液に浸漬した時の結果
は第13図に示す。
・p 溶液濃度が3wt%より小さくなると除錆に要する時間
がキリンス液程度になるばかりか、仕上りもむらができ
バラツキが認められた。濃度限界は本実施例のこの曲線
より求めることができる。濃度が25%のものはほとん
ど一瞬のうちに除錆が完了した。
実施例2 防錆効果について実施例1の酸化銅板を用いキリンス液
で酸化物を全面除去したものと本発明の表面活性化剤(
活性化の強い25%濃度)で全面除去したものとを水洗
を行わないでそのまま放置した場合の銅板の表面変化を
観察した。
(1)キリンス液がついた1まの場合には30秒後には
灰色、a色等の複数の色に変色した。
(2)本発明液がついたままの場合には1000時間経
過しても変色はなかった。
実施例3 実施例2で1000時間経過した本発明の表面活性化側
処理試験片をSn 60wt%−Pb 4Qwt% の
半田を用い、JIS−Z −3197に基づき拡シ試験
を行ったところ95.8%の拡シ率を示した。この実験
よシ防錆効果の十分優れているのがわかった。
実施例4 本発明の表面活性化剤を松やにに2%、3%、5係、1
5%入れて合金成分がSn 60wt% −Pb 40
wt%のやに入り半田を作りJIS −Z −3197
に基づき拡り試験を行い次の結果を得た。
2%の添加量の時90.5%、3%の添加量の時92.
0チ、5チの添加量の時94,2チ、15チの添加量の
時95.0チの拡り率を得た。
実施例4からもわかるように本発明活性化剤はろう利用
フラックスとしても極めて有効に作用する。なお、本発
明の表面活性化剤をアルコールで希釈したもの、松やに
とイングロビルアルコールで希釈したものもろう肘用と
して有利に使用することができた。
実施例5 鉄の錆とり用としての市販のWD−40(USA製)と
本発明25チ水溶液の表面活性化剤で処理したものを比
較したところ、WD−40では63秒要したのに対し本
発明のものでは27秒であり、表面光沢性においても優
れていた。
以上の実施例からもわかるように除錆に対しては従来品
を越えているものであり、キリンス液やその他の酸洗液
と比較し酸の程度は低いにもかかわらず、その除錆能力
は倍以上であり、中和処理の省略と防錆能力の大なるこ
とにより工業的メリットは本発明により大巾に改善され
るばかりでなく、安全衛生の面からも取扱いが極めて安
全である。1だ本発明の表面活性化剤で処理したものは
そのままの状態で加熱すればただちに半田付あるいはろ
う付が行えるし、あるいは洗浄後ただちにメッキ液にて
処理すればきれいなメッキが得られる。同様に洗浄→乾
燥→塗装というように一貫した塗装生産ラインに組み込
むことができる。従って中和処理に係わる工程は一切不
要であり、これが原因となるクレームは皆無となった。
以上本発明の表面活性化剤は金嬉材料の表面に付着して
いる油類、汚れ、酸化皮膜を除去することが容易にでき
るので、メッキ処理、ろう付処理。
塗装処理を施す際に使用することができ、なかでも金属
材料の表面を覆っている酸化皮膜を除去するいわゆる除
錆効果に優れ、またろう付処理を確実に安全にすること
ができるばかりでなく、従来の塩素を含むろう何月フラ
ックスにおいて見られるろう封装の塩素による発錆が全
然見られないなと数々の優れた特性を有する表面活性化
剤である。
【図面の簡単な説明】
第1図・・・ブロモエタンとフェニルアミンの配合組成
の割合と化学反応生成物の生成比 との関係を示す図、 ff< 2 図・・・ブロモエタンとメチルフェニルア
ミンの配合組成の割合と化学反応生成物の 生成比との関係を示す図。 第3図・・・ブロモエタンとジメチルアニリンの配合組
成の割合と化学反応生成物の生成 比との関係を示す図、 第4図・・ブロモエタンとジエチルアニリンの配合組成
の割合と化学反応生成物の生成 ・す 比との関係を示す図、 第5図・・・1.2−ジブロモエタンとフェニルアミン
の配合組成の割合と化学反応生成物 の生成比との関係を示す図、 第6図・・・1.2−ジブロモエタンとメチルフェニル
アミンの配合組成の割合と化学反応 生成物の生成比との関係を示す図、 第7図・・・1,2−ジブロモエタンとジメチルアニリ
ンの配合組成の割合と化学反応生成 物の生成比との関係を示す図、 第8図・・・1,2−ジブロモエタンとジエチルアニリ
ンの配合組成の割合と化学反応生成 物の生成比との関係を示す図、 第9図・・・アセチレンテトラブロマイドとフェニルア
ミンの配合組成の割合と化学反応 生成物の生成比との関係を示す図、 第10図・・・アセチレンテトラブロマイドとメチルフ
ェニルアミンの配合組成の割合と化 学反応生成物の生成比との関係を示す 図、 第11図・・・アセチレンテトラブロマイドとジメチル
アニリンの配合組成の割合と化学反 応生成物の生成比との関係を示す図、 第12図・・・アセチレンテトラブロマイドとジエチル
アニリンの配合組成の割合と化学反 応生成物の生成比との関係を示す図、 第13図・・・本発明表面活性化剤(化学反応生成物の
濃度)と銅酸化物除去時間および pl(との関係を示す図である。 特許出願人 沢 村 経 夫 代理人 弁理士 村  1)政 治 フ二二ルγ之ン(wt’ム)            
 メチルフェニルアミン (wt’/・)クメチルアニ
リン(wt’7.)              5F
エケル7クリン(Wt’/・)第5図   第6図 第7図   第S図 第9図      第1O図 第11図     第12図 第13図 門 茨 自 配

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、下記A群のなかから選ばれるいずれか少なくとも1
    種と下記8群のなかから選ばれるいずれか少なくとも1
    種とを重量比で1/9〜9/lの範囲内になるよう配合
    して得られる化学反応生成物を含有する金属材料の表面
    活性化剤。 A群:プロモエタン、1.2−ジブロモエタン、アセチ
    レンテトラブロマイド。 B群:フェニルアミン、メチルフェニルアミン、ジメチ
    ルアニリン、ジエチル アニリン。 2、前記化学反応生成物は水に可溶性である特許請求の
    範囲第1項記載の表面活性化剤。 6、前記、へ群のなかから選ばれるいずれか少なくとも
    1槙と前記B群のなかから選ばれるいずれか少なくとも
    1種とを重量比で1/9〜9/1の範囲内になるよう混
    合した後、20Cにおいて30日間静置したときの前記
    表面活性化剤中に含有される化学反応生成物は表面活性
    化剤全重邦の約20重量係以上である特許請求の範囲第
    1あるいは2項記載の表面活性化剤。
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