JPS5951395B2 - 金属ロウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本願発明は金属を接合するためのロウ材料に関し、接合
強度が高く、耐酸化性に秀れた銀白色を提供するもので
ある。

同種金属や異種金属を接合するいわゆる溶接の中でも、
ロウ接方法は母材に変化を与えないこと、操作の容易な
こと、また応用範囲が広いことなどから非常に広く用い
られている。

ロウ接はロウを溶融添加して固体と液体のぬれ現象によ
つて母材を接合する方法である。従つて母材とロウ材料
との性質相関が非常に重要な要素となる。本発明はステ
ンレス鋼やニツケル合金などの耐蝕合金に特に適したロ
ウ材料を提供することを目的としている。ステンレス鋼
を初めとする耐蝕合金はその特徴から、塗装やメツキな
どの保護皮膜を形成することなく無垢のまま実用に供さ
れ、水、酸素を初め各種の腐蝕性環境にさらされる。

従つてこのような合金のロウ接部も当然耐蝕性に秀れて
いることが要求され、またその接合部が判然としない同
色系であることが好ましい。現在金属ロウとして知られ
るものは大別して、１） 金ロウ、黄銅ロウ、２） 銀
ロウ、アルミニウムロウ、ニツケルJ■■に属する金属
ロウは銀白色系であつても耐蝕性が充分でない。中でも
銀ロウがステンレス鋼等とのぬれ性が良く、またろう接
作業も比較的容易なことから好んで用いられるが、硫化
銀の主成による２黒変色が大きな欠点となつている。ま
たＮｉロウはＮｉにＰやＢを添加して融点を低くし湯流
れ性を改良したロウ材料としてＪＩＳにも登場している
が、これらの添加元素が耐蝕性に悪影響し、本願目的の
ような二ーズに対して満足を与えられな．い本願発明は
このような状況のもとに、接合強度が高く、耐蝕性に秀
れた銀白色系のロウ材料を提供しようとするものである
。

即ち、本願発明者が先に出願したステンレス鋼や耐蝕合
金のロウ接合．に適する、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｓｎ，Ｎ
ｉ−Ｃｒ−ＣＯ−Ｓｎを主成分とする金属ロウと比較し
、Ｐｂの添加によりＳｎの単独晶出を極力防いでいるた
め接合強度が高く、Ｓｎ，Ｃｒ等により耐蝕性を秀れた
ものにしている。 ィ
本願発明者は、ニツケルとクロムが共晶合金を形成し、
強度と耐蝕性に秀れた性質、及び錫の大気中で耐蝕性が
良く、ニツケルに添加して溶融点を著しく低下する性質
に着目し、これらの元素を主要成分として合金組成の検
討を行ない本合金を得た。本願発明合金は目的に沿つて
実験を重ねた結果、Ｎｉ−Ｓｎ合金にＣｒとＰｂを加え
、さらに合金強度の改良のためにＭＯ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｃ
ｕ，Ｔｉを、また湯流れ性、被ロウ接材料とのぬれ性改
良のため、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐ，Ｉｎ，Ｂ，Ｚｎを選択元素
として構成している。次にこれらの構成元素の添加効果
と添加量限定範囲を説明する。

ＮｉはＳｎとともに本合金の主構成成分で被ロウ接材料
の主体である。ステンレス鋼、ニツケル系或いはコバル
ト系耐蝕合金の主成分である遷移元素に対して容易に固
溶体を形成し、接合強度の向上と高耐蝕性保持に不可欠
である。従つて、添加量は３０％未満ではその効果が発
揮しにくく、またＳｎに対してＮｉの割合が少ない場合
には、とりわけ凝固時にＳｎの晶出を生じる危険性があ
る。ＳｎはＮｉと合金して融点を低下し湯流れ性を改善
する。また湯流れ性を著しく向上する上、溶融時にロウ
材の表面張力を減少せしめ、被ロウ接材とのぬれ性が良
いことから、毛管現象による微細部分への浸透作用に秀
れた特性を発現する。上記効果を発現し本願発明の目的
を達するためには１５％以上が必要である。また３５％
を越えると、凝固時のＳｎの晶出が多くなり、強度的に
弱くなる危険性がある。次にＣｒは耐蝕性を改良向上せ
しめる効果があるが、添加量が増加するに従つて湯流れ
性が低下し、また溶融点に達するまでの酸化性雰囲気で
の加熱過程で出来る酸化膜が強固になり、ロウ接部に残
留物を生じ易くなる。

またＰｂは本願合金の主成分であるＮｉ，Ｓｎが合金を
形成するに当り、凝固時にＳｎ単独の晶出を防ぎ、ロウ
材料の強度を向上せしめるうえで必要な元素である。い
ずれも効果の発現する下限と、前記不都合を最少限に留
める添加範囲に限定する。本願発明の金属ロウは以上４
元素からなる合金で、一応の目的を満足するバランスの
とれた特性を発揮するが、更に接合強度或いはロウ流れ
性などの性質を向上せしめるために若干の添加元素を加
えることが可能である。

即ち、ＭＯ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｃｕ，Ｔｉの中から１種又は
２種以上を選んで加えることにより、ロウ接部位の破壊
強度が向上する。

添加量は０．５％以上で効果を発揮し初めるが、数％オ
ーダーで添加した場合特に顕著である。１５％を越えて
添加すると、融点の上昇（Ｃｕを除く）、湯流れ性の低
下、色調の変化（主にＣｕ）等の不都合現象を生じる。

またＳｉ，Ｐ，Ｉｎ，Ｂ，Ｚｎの中から１種または２種
以上を選んで加えることにより、ロウ接時のロウの流れ
性を改良する。添加量は前記改良効果の発現する最低量
（０．３％）を下限とし、増加に伴つて効果も大きくな
るが、８％を越えて添加すると被ロウ接材料との相互拡
散が活発になり、いわゆる虫食い現象を生じ易くなる。
尚、上記ＭＯ，Ｆｅ・・・・・・系、Ｓｉ，Ｇｅ・・・
・・・系各元素は、それぞれ独自の添加効果を発揮する
ものであつて、同時に添加してもその効果が相殺される
ことは少ない。

従つて、単独でも複合添加しても構わない。即ち被ロウ
接材料、接合形態、ロウ接作業環境（雰囲気等）、ロウ
接温度等の諸条件並びに求めるロウ接部位の特徴（使用
条件による）等を勘案の上、基本合金に対する性質の微
調整元素として加えることが有益である。口ウ接作業は
通常１） 真空中、２） 水素又．はアンモニア分解ガ
スなどの遷元性雰囲気中、３） アルゴン、窒素などの
不活性雰囲気中、４） 大気中等の酸化性雰囲気中で行
なわれるが、本願金属ロウは前記いずれの雰囲気におい
てもロウ接可能であり、とりわけ１），２）におい．て
秀れている。

しかし、ロウ材を完全に無酸化状態で溶融点まで加熱す
ることは、量産方式においてはたとえ前記１），２）の
加熱方式においても難しい。とりわけクロム、鉄、銅等
を含有するロウ材においては、これらの酸化物がロウの
溶融流．動時に流れ性、ぬれ性を劣化させ、またロウ付
後も残留物として表面に変色した状態で残り易い。本願
発明は前記欠点を改良し、あらかじめロウ材料の表面に
耐酸化性被膜を形成して、加熱時におけるロウ材料の酸
化を防止することにより、被．ロウ接材料とのぬれ性を
改良向上せしめ、ロウ材料中、又は表面に残留酸化物を
残さず、見ばえが良く、接合強度の秀れたロウ接合を得
ようとするものである。上記耐酸化性被膜はロウ接加熱
温度以下の範囲において、金属ロウより耐酸化性が秀れ
、溶融時にロウ材料或いは、被ロウ接材料に相溶し易く
、またロウ材料、被ロウ接材料の融点を著しく低下せし
めたり、脆性を与えたりしないことが必要である。加熱
途中で旧ウ材の表面酸化を防止し、ロウ材溶融時には不
溶物として残留しないためには、その被膜はできるだけ
薄いことが望ましいが２０μ程度以下であれば前記条件
を満足するものである。耐酸化性被膜は本願発明金属ロ
ウの主成分であるＮｉ又はＮｉ合金が目的に適合する。

なお、被膜形成手段は電気メツキ、無電解メツキ、或い
は蒸着等の方法が可能であり、手段は選ばない。加熱方
式は、１） 炉中加熱、高周波等の誘導加熱、３） 抵
抗加熱等が主として用いられているが、いずれも可能で
ある。口ウ接作業に必要な表面の清浄化、フラツクス等
についても通常のロウ接作業に比べて特に新しい操作を
必要としないばかりか、フラツクス等はむしろなくても
良い場合が多い。

本願金属ロウの溶融点は成分選択によつて異なるが、お
よそ９００〜１１８０℃に分布する。従つて最適ロウ接
温度は９５０〜１２３０℃である。即ち、ステンレス鋼
の溶体化温度、Ｎｉ系耐熱耐蝕合金の焼鈍温度に合致し
ている。次に実施例について説明する。

実施例 １ 特許請求の範囲に示す組成の中から、Ｎｉ５Ｏ％、Ｐｂ
８％、Ｃｒｌ２％、Ｓｎ３Ｏ％の組成比の金属ロウを真
空溶解により作成し、これを５０〜１００メツシユの粉
末状にした。

被ロウ接材料を３０４系ステンレス鋼として１０−２Ｔ
０ｒｒの真空中１１５０℃に１０分間加熱する置きロウ
方式によりロウ接実験を行なつた。ロウはステンレス鋼
表面に広く拡散流動し、その厚みはおよそ０．０５〜０
．１ｍｍで、ステンレス鋼へのぬれ性、流れ性の良好な
ことを実証させた。さらにこの試験片の断面を鏡面研摩
、エツチングし観察したところ、ステンレス鋼への拡散
合金層はおよそ５ 〜２０μであつた。また人工汗、食
塩水（１５％濃度）、硫化水素ガス及び５％硫化ナトリ
ウム水溶液中に浸漬放置する耐食性試験を行なつたが１
２０時間以上（常温）に渡つてロウ流れ面、口ウとステ
ンレス鋼の境界面、拡散層部分はいずれにおいても腐蝕
変色生じることは認められなかつた。実施例 ２ ０ウ接強度を知る目的で、実施例１と同じロウ材料及び
被ロウ接材料を用いて同様な条件でロウ接を行なつた。

このとき被ロウ接材九棒（５φ×２５ｍｍ）のロウ接間
隙を０．１ｍｍあけて突き合せて、接合部の抗折力強度
を測定した結果７５ｋｇ／Ｍｍ以上の値を示した。この
時の破断部位はロウ材料自体が主であつた。実施例 ３ 特許請求の範囲の中からＮｉ４２％、ＰｂｌＯ％、Ｃｒ
８％、Ｓｎ３Ｏ％、ＭＯ２％、Ｆｅ７％、Ｐ１％の組成
比の金属ロウを真空溶解により作成し、これを１５０〜
２００メツシユの粉末状にして、表面にＮｉ−Ｐ無電解
メツキを厚さ２〜５μ施した。

被ロウ接材を，３０４ステンレス鋼からなる．腕時計用
メツシユバンド及び腕時計ケースとして、バンドの端部
（１〜２ｍｍ×１０〜２５ｍｍ）をケースの側面に接合
して、ブレスレツトタイプの腕時計外装を作る試験を行
なつた。バンドの端部とケースの側面を所要の形に．加
工した後、双方を突き合せて治具で個定し、合せ部上面
に前記金属ロウを配置して加熱した。加熱はアンモニア
分解ガス雰囲気（露点約−４０℃）中１１５０℃で約１
０分行ない急冷した。この結果ロウ材は突き合せ部に完
全に浸透し接１合を完全にした。

バンド、ケースロウ接部は引張試験で８０ｋｇ以上の引
張り力に、抗折力試験で７０ｋｇ以上の抗折力に耐え、
ロウ接部にロウ材等の酸化物を残さず、外観的にもステ
ンレス鋼と全く同色系のため、ロウ接感を感じさせない
一体感のある２外装製品となつた。耐食性は人工汗、人
工海水、アンモニアガス雰囲気、５％硫化ナトリウム水
溶液等の腐蝕性環境に放置（浸漬）する試験を行なつた
が７２時間以上（３５℃）に渡つてステンレス鋼部分と
同様腐蝕変色を生じなかつた。しかし、口、ウ接過程に
おいて、炉内に空気の混入が多いとき、或いは露点の高
いアンモニアガスを使用した場合は、ロウ材を配置した
部位に若干の酸化物を残す危険性があるため、ロウ接時
の雰囲気コントロールはある程度慎重に行なう必要があ
る。尚、，本成分比の金属ロウの液相点は１１００℃、
固相点は１０７０℃、適正ロウ接温度は１１４０〜１２
００℃である。実施例 ４特許請求の範囲の中からＮｉ
４７％、Ｐｂ７％、Ｃｒｌ２％、Ｓｎ２４％、Ｆｅ６％
、ＭＯ２％、Ｚｎ２％の組成比の合金を不活性ガス雰囲
気中で溶解し、これを１００〜１５０メツシユの粉末状
の金属ロウにした。

被ロウ接材として冷間加工仕上げのハステロイＣ合金と
３０４ステンレス鋼を用いて真空加熱ロウ接を行なつた
。ロウ接温度は１２００℃とハステロイ合金の焼鈍温度
に合せて行なつた。実施例２と同様にして、ロウ接部の
抗折力強度を測定したところ、８０ｋｇ／ｉ以上の値を
示した。また耐食性は実施例３と同じ各種条件で調べた
が異種金属接合にも拘らず耐食性も実施例３と同様に秀
れている。実施例 ５ 特許請求の範囲の中からＮｉ４５％、Ｐｂｌ３％、Ｃｒ
ｌＯ％、Ｓｎ３２％、の組成比の金属ロウを真空溶解に
より作成し、これを１５０〜２００メツシユの粉末状に
して、表面にＮｉ−Ｐ無電解メツキを厚さ１２５μ施し
た。

被ロウ接材を３０４ステンレス鋼からなる腕時計用メツ
シユバンド及び腕時計ケースとして、バンドの端部（１
〜２ｍｍ×１０〜２５ｍｍ）をケースの側面に接合して
、ブレスレツトタイプの腕時計外装を作る試験を行なつ
た。バンドの端部とケースの側面を所要の形に加工した
後、双方を突き合せて治具で個定し、合せ部上面に前記
金属ロウを配置して加熱した。加熱はアンモニア分解ガ
ス雰囲気（露点約−４０℃）中１１５０℃で約１０分間
行ない急冷した。この結果ロウ材は突き合せ部に完全に
浸透し接合を完全にした。

バンド、ケースロウ接部は引張試験で７５ｋｇ以上の引
張り力に、抗折力試験で６８ｋｇ以上の抗折力に耐え、
ロウ接部にロウ材等の酸化物を残さず、外観的にもステ
ンレス鋼と全く同色系のため、ロウ接感を感じさせない
一体感のある外装製品となつた。耐食性は人工汗、人工
海水、アンモニアガス雰囲気、５％硫化ナトリウム水溶
液等の腐蝕性環境に放置（浸漬）する試験を行なつたが
７２時間以上（３５℃）に亘つてステンレス鋼部分と同
様腐蝕変色を生じなかつた。しかし、ロウ接過程におい
て、炉内に空気の混入が多いとき、或いは露点の高いア
ンモニアガスを使用した場合は、ロウ材を配置した部位
に若干の酸化物を残す危険性があるため、ロウ接時の雰
囲気コントロールはある程度慎重に行なう必要がある。

尚、本成分比の金属ロウの液相点は１０９０℃、適正ロ
ウ接温度は１１４０〜１２００℃である。実施例 ６特
許請求の範囲の中からＮｉ４４％、Ｐｂ７％、Ｃｒｌ３
％、Ｓｎ２３％、Ｆｅ４％、ＭＯ２％、Ｃｕ２％、ＣＯ
ｌ％、Ｔｉ４％の組成比の合金を不活性ガス雰囲気中で
溶解し、これを１００〜１５０メツシユの粉末状の金属
口ウにした。

被ロウ接材として冷間加工仕上げのハステロイＣ合金と
３０４ステンレス鋼を用いて真空加熱ロウ接を行なつた
。ロウ接温度は１２１０℃とハステロイ合金の焼鈍温度
に合せて行なつた。実施例２と同様にして、ロウ接部の
抗折力強度を測定したところ、８０ｋｇ／Ｍｌｌ．以上
の値を示した。また耐食性は実施例３と同じ各種条件で
調べたが、異種金属接合にも拘らず耐食性も実施例３と
同様に秀れていた。実施例 ７ 特許請求の範囲の中からＮｉ４２％、Ｐｂｌ４％、Ｃｒ
ｌ２％、Ｓｎ３Ｏ％、Ｐ２％の組成比の金属ロウを真空
溶解により作成し、これを１５０〜２００メツシユの粉
末状にして、表面にＮｉ−Ｐ無電解メツキを厚さ２〜３
μ施した。

被ロウ材を３０４ステンレス鋼からなる腕時計用メツシ
ユバンド及び腕時計ケースとして、バンドの端部（１〜
２ｍｍ×１０〜２５ｍｍ）をケースの側面に接合して、
ブレスレツトタイプの腕時計外装を作る試験を行なつた
。バンドの端部とケースの側面を所要の形に加工した後
、双方を突き合せて治具で個定し、合せ部上面に前記金
属ロウを配置して加熱した。加熱はアンモニア分解ガス
雰囲気（露点約−４０℃）中１１５０℃で約１５分行な
い急冷した。この結果ロウ材は突き合せ部に完全に浸透
し接合を完全にした。

バンド、ケースロウ接部は引張試験で８０ｋｇ以上の引
張り力に、抗折力試験で７０ｋｇ以上の抗折力に耐え、
ロウ接部にロウ材等の酸化物を残さず、外観的にもステ
ンレス鋼と全く同色系のため、ロウ接感を感じさせない
一体感のある外装製品となつた。耐食性は人工汗、人工
海水、アンモニア分解ガス雰囲気、５％硫化ナトリウム
水溶液等の腐蝕性環境に放置（浸漬）する試験を行なつ
たが７２時間以上（３５℃）に亘つてステンレス鋼部分
と同様腐蝕変色を生じなかつた。しかし、ロウ接過程に
おいて、炉内に空気の混入が多いときは、或いは露点の
高いアンモニアガスを使用した場合は、ロウ材を配置し
た部位に若干の酸化物を残す危険性があるため、ロウ接
時の雰囲気コントロールはある程度慎重に行なう必要が
ある。尚、本成分比の金属ロウの液相点は１０９０℃、
適正ロウ接温度は１１４０℃〜１２００℃である。実施
例 ８ 特許請求の範囲の中からＮｉ５５％、Ｐｂ７％、Ｃｒｌ
２％、Ｓｎ２ｌ％、ＳｌＯ．５％、ＧｅＯ．５％、Ｉｎ
ｌ％、Ｂ１％、Ｚｎ２％の組成比の合金を不活性ガス雰
囲気中で溶解し、これを１００〜１５０メツシユの粉末
状の金属ロウにした。

被ロウ接材として冷間加工仕上げのハステロイＣ合金と
３０４ステンレス鋼を用いて真空加熱ロウ接を行なつた
。ロウ接温度は１２１０℃とハステロイ合金の焼鈍温度
に合せて行なつた。実施例２と同様にして、ロウ接部の
抗折力強度を測定したところ、７０ｋｇ／７ＩＬｉｔの
値を示した。

また耐食性は実施例３と同じ各種条件で調べたが、異種
金属接合にも拘わらず、耐食性も実施例３と同様に秀れ
ていた。以上の実施例に示すように、本願金属ロウは接
、合強度が高く、耐食性に秀れ、銀白色を特徴とする反
面、また市販のＮｉロウなどと同様、展延性に乏しく、
線材、板材等の形で使用することはほとんど不可能であ
る。

従つて、本実施例に示すように粉末状で使用することが
望ましい。しかしながら作業性等からシート状等で使用
したい場合はプラスチツク等のバインド材を用いて成形
することができる。以上いくつかの実施例により本願発
明の金属口ウの特徴を示したが、これらの例からも明ら
かのように、本願金属ロウは耐食性と接合強度に秀れた
銀白色系の金属ロウを提供するもので、工業上非常に大
きな利用価値がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉛（Ｐｂ）が３〜２０％（重量パーセント以下同じ
   ）、クロム（Ｃｒ）２〜２０％、錫（Ｓｎ）１５〜３５
   ％、残部が３０％以上のニッケル（Ｎｉ）と不可避的な
   不純物からなることを特徴とする金属ロウ。 ２ 表面に厚さ２０μ以下の耐酸化性の金属、或いは合
   金被膜を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の金属ロウ。 ３ 被膜がニッケル（Ｎｉ）或いはニッケル−リン（Ｎ
   ｉ−Ｐ）合金メッキ層からなることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の金属ロウ。 ４ 鉛（Ｐｂ）が３〜２０％、クロム（Ｃｒ）２〜２０
   ％、錫（Ｓｎ）１５〜３５％さらにモリブデン（Ｍｏ）
   、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン
   （Ｔｉ）の中から１種類以上の元素を選んで合計で０．
   ５〜１５％、残部が３０％以上のニッケル（Ｎｉ）と不
   可避的な不純物からなることを特徴とする金属ロウ。 ５ 表面に厚さ２０μ以下の耐酸化性の金属、或いは合
   金被膜を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の金属ロウ。 ６ 被膜がニッケル（Ｎｉ）或いはニッケル−リン（Ｎ
   ｉ−Ｐ）合金メッキ層からなることを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の金属ロウ。 ７ 鉛（Ｐｂ）３〜２０％、クロム（Ｃｒ）２〜２０％
   、錫（Ｓｎ）１５〜３５％さらにケイ素（Ｓｉ）、ゲル
   マニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、インジウム（Ｉｎ）、
   硼素（Ｂ）、亜鉛（Ｚｎ）の中から１種以上の元素を選
   んで合計０．３〜８％、残部が３０％以上のニッケル（
   Ｎｉ）と不可避的な不純物からなることを特徴とする金
   属ロウ。 ８ 表面に厚さ２０μ以下の耐酸化性の金属、或いは合
   金被膜を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第７
   項記載の金属ロウ。 ９ 被膜がニッケル（Ｎｉ）或いはニッケル−リン（Ｎ
   ｉ−Ｐ）合金メッキ層からなることを特徴とする特許請
   求の範囲第８項記載の金属ロウ。 １０ 鉛（Ｐｂ）３〜２０％、クロム（Ｃｒ）２〜２０
   ％、錫（Ｓｎ）１５〜３５％モリブデン（Ｍｏ）、鉄（
   Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ
   ）、の中から１種類以上の元素を選んで合計０．５〜１
   ５％、さらにケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、
   リン（Ｐ）、インジウム（Ｉｎ）、硼素（Ｂ）、亜鉛（
   Ｚｎ）の中から１種以上の元素を選んで合計で０．３〜
   ８％、残部が３０％以上のニッケル（Ｎｉ）と不可避的
   な不純物からなることを特徴とする金属ロウ。 １１ 表面に厚さ２０μ以下の耐酸化性の金属、或いは
   合金被膜を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １０項記載の金属ロウ。 １２ 被膜がニッケル（Ｎｉ）、或いはニッケル−リン
   （Ｎｉ−Ｐ）合金メッキ層からなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１１項記載の金属ロウ。