JPS597763B2 - 多孔アルミニウム層を形成するための方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミニウム乃至はアルミニウム合金基材上
に薄い多孔質アルミニウム層を形成する為の方法に関す
るものである。

特には、本発明は、このような多孔アルミニウム層を形
成するのに特定の物理的混合物としてのアルミニウムろ
う接と関連する成分を使用する叙上の方法に関係する。
米国特許第３３８４１５４号（発明者ミルトンにちなん
でミルトン法と呼ぶ）は、液体を沸騰するのにきわめて
有効な熱伝達表面を開示している。この熱伝達表面は、
金属粒子を互同志また金属基材に結合することにより形
成される相互連結された細孔を有する金属マトリツクス
から成る。この改善された構造の使用によつて、機械的
に粗化された表面に対して得られる値より１０倍大きな
オ ５−ダの沸謄熱伝達係数が観測された。この特許は
、金属粉末マトリツクス成分を金属基質上に焼結するこ
とと関与する、この熱伝達表面を製造する為の方法を記
載している。

粉末マトリツクス成分は、マトリツクス構造を構成する
粒１子の最初の付着を与える為、イソブチレン重合体及
びケロシンの溶液のようなブラスチツク結合剤を使用す
ることにより基質に被覆される。その後、被覆物は空気
乾燥されてケロシンの大半を揮散せしめそしてプラスチ
ック結合剤により然るべく保１，持される金属粉末のマ
トリツクス構造を基材上に残す。その後、被覆物は、金
属粉末の融点直下に加熱され、以つて金属マトリツクス
を然るべく焼結しそして蒸発及び（或いは）分解により
結合剤を除去する。
２このミルトン法がアルミニウム及びアルミニウム
基合金基材上に薄い多孔アルミニウム層を形成するのに
は満足に使用しえないことは米国特許第３６０７３６９
号に既に述べられている。大半の金属に共通する焼結状
態での金属変形の問題に加２えて、焼結によるだけでは
アルミニウム粒子との金属間結合を形成することはきわ
めて困難である。アルミニウム表面が空気に触れると即
ぐに酸化しそしてこうして形成された酸化アルミニウム
表面コーティングは除去困難なだけでなく、耐熱性で３
もあることは良く知られている。このため、連続した酸
化物コーテイングを含むアルミニウム表面はうまく焼結
しえない。ミルトン法による多孔表面の作製に必要とさ
れる金属粉末は広範な表面積により特性づけられるから
、酸化物コーテイングごの存在は特に厄介な状況を呈す
る。粒子同志を互いに焼結せしめるべく酸化物コーティ
ングを除去することは、きわめて複雑なそして費用のか
かる処理作業を必要とする。上記米国特許第３６０７３
６９号（発明者バツｔ夕（Ｂａｔｔａ）にちなんでバツ
タ法として以下呼ぶ）において、アルミニウム或いはア
ルミニウム基合金材料上に多孔熱伝達層を作製するのに
特に有用な、ミルトン焼結法に代える一つの方法が開示
さえた。

バツタ法においては、清浄なアルミニウム粉末マトリツ
クス成分、金属結合用成分、アルミニウムろう接フラツ
クス粉末、及び液体ビヒクルという４成分の組合せによ
りスラリが調製される。スラリはアルミニウム基質に被
覆され、そしてスラリ被覆ずみ基材は液体ビヒクルを揮
散しそして乾燥金属被覆体を形成するに充分の期間約３
００（Ｐ（１４９℃）以下の温度に加熱される。その後
、金属被覆基材は更に、約９５０〜１２００のＦ′（５
１０〜６４９℃）の温度に金属被覆体を基材にろう接す
るに充分の期間不活性雰囲気中で加熱され、それにより
高性能沸騰表面を形成する。バツタ法において使用され
る清浄な粉末マトリツクスは、アルミニウム及びろう接
可能なアルミニウム基合金のうちから選択されそして少
く共一部の粒子は３５メツシユ篩（米国篩基準に基く）
を通るに充分小さいものとされている。ろう接可能な材
料として使用される幾つかのアルミニウム基金属或いは
合金はいずれもマトリツクス粉末としてまた基材として
適当である。基材及びマトリツクス粉末の融点は約１０
５０ＣＦ（５６６℃）以下とすべきでない。粉末マトリ
ツクス材料は、多孔層構造の実体を形成する成分である
。バツタ法に従えば、金属結合用成分は、７〜１３重量
％珪素を有するアルミニウム及び亜鉛合金から成る群か
ら選択される。

この成分は、清浄なアルミニウム粉末マトリツクス材料
より低い融点を有する。アルミニウム結合用成分の目的
は、アルミニウム粉末マトリツクス成分の個々の粒間及
びアルミニウム粉末マトリツクス成分とアルミニウム基
材との間に構造結合部を形成することである。アルミニ
ウム金属結合用成分は、清浄粉末マトリツクス成分に対
するそのモル比が約０．０２〜０．１５の範囲にあるよ
うな量において使用される。バッタ法におけるアルミニ
ウムろう接用フラツクス粉末は、その主成分としてアル
カリ金属塩化物そして副成分として反応性金属の・・ロ
ゲン化物及び金属弗化物を含んでいる。これら物質は、
様様の用途においてアルミニウムをろう接する為のフラ
ツクス剤として現在一般に使用されているものである。
ろう接用フラツクス粉末はアルミニウム基材及びアルミ
ニウム粉末マトリツクス成分から酸化物皮膜を除去し、
以つて金属結合用成分により容易に濡れる清浄な光揮表
面を露呈せしめる。ろう接フラツクス中の反応性金属ハ
ロゲン化物成分はアルミニウム材に浸透してその酸化物
皮膜の密着性を弱めそれが剥がす役目を為す。ろう接用
フラツクス粉末は、マトリツクス成分に対するそのモル
比が約０．１以下であるような充分量において与えられ
る。更に、（アルミニウム結合用成分＋ろう接用フラツ
クス）対（マトリツクス成分）のモル比は約０．０５〜
０．２の範囲とされる。バツタ法でのスラリを生成する
に必要な最後の成分は液体ビヒクルである。バツタ法に
おいて、ビヒクルは好ましくは有機質である。ビヒクル
の作用は、固体粉末成分を塗料状の粘稠性を有するスラ
リ中に一時的に懸濁することである。ビヒクルは室温で
液体でなければならず、他の成分と化学的に非反応性で
なければならず、更には高い揮発性と低い潜熱を有する
ものとすべきである。好ましいビヒタルはメタノールで
あるが、アセトンやエタノールのような他の有機液体も
使用しうる。バッタ法において使用されるアルミニウム
ろう接用フラツクス粉末即ちハロゲン化物フラツクスの
一つの基本的欠点は、その吸湿性である。この・・ロゲ
ン化物フラツクスは、発明者自身も認めているように、
吸湿性であるに加えて金属マトリツクスに対して腐食性
である。ろう接後金属マトリツクスに残留したままなら
、ハロゲン化物フラツクスは多孔層及び熱伝達基材両方
の腐食をもたらしまたそれらの一体性乃至構造完全性を
損う。ろう接後、残留ハロゲン化物フラツクスが多孔層
マトリツクスの孔を塞ぎそして多孔表面の適正な沸騰性
能を妨げることも認識されている。以上の結果として、
多孔表面の形成後ハロゲン化フラツクス残留物は完全に
除去されねばならないと結論づけられている。そこに開
示されるように、ハロゲゲン化物フラツクス残留物は、
ろう接された多孔層が約０．１２５インチ（３．２ｍｍ
）層以下であるなら、何回もやらねばならないが一般的
な洗滌法の使用により都合よく除去されうる。バツタ法
はハロゲン化物フラツクス残留物が適正な洗滌法により
除去されうることを示すけれども、ハロゲン化物フラツ
クスの使用は多孔表面の形成と関連する費用を不当に増
大することが認識された。

第１に、被覆過程全般中湿分がハロゲン化物フラツクス
を汚染しないことを保証する為に厳しい予備注意が払わ
れねばならない。既述したように、ハロゲン化物フラツ
クスと水の組合せはアルミニウム及びアルミニウム合金
に対して過大に腐食性である。代表的に、ハロゲン化物
フラツクスは、昇温下でそして湿分を含まない環境にお
いて取扱われている。これはまた他の粉末成分自体から
も水分を駆除するようそれらを加熱することも必要とす
る。水分を含まない窒素ガスが搬送ガスとして代表的に
使用される。明らかに、これら処理段階はすべて外部か
らの湿分汚染を防止する為密閉容器において達成されね
ばならない。多孔層の被覆及びろう接が完了した後、洗
滌過程の注意深い管理もまた維持されねばならない。残
留フラツクスすべてが除かれることが肝要である。更に
、適当な品質保証プログラムがフラツクス残留物のすべ
てが除去されたことを更に確認するものとして使用され
ねばならない。この品質保証プログラムは全体プロセス
に更に一層の費用をかける。しかも；残留ノ）ロゲン化
物フラツクスを完全に除去し損うと、多孔層並びに熱伝
達基材の所望されざる腐食と早期破損につながるから、
これら工程はバツト法の必須要素である。にもかかわら
ず、適正な品質保証プログラムを使用しても、腐食がま
だ周問題となつた幾つかの例が起つている。英国特許第
１０５５９１４号に見られるような他の先行技術は、ア
ルミニウム及びその合金をはんだ付け（ろう接）する為
のフラツクスを製造する方法を開示している。このフラ
ツクスは、弗化カリウム及び弗化アルミニウムをそれぞ
れ４７〜４５％及び５３〜５５％の割合で含む物理的混
合物から成る。この混合物は、先ず２成分を混合しそし
て後混合物がペースト状スラリを形成するまでそれを水
で湿らせることにより形成される。その後、ペーストは
２００℃以下の温度で乾燥される。この文献は、はんだ
付け（ろう接）後残留している融成フラツクス残留物が
安定でありそして耐湿性（非吸湿性）であることを開示
している。偶発的な反応は別として、フラツクス残留物
はフルオロアミン酸カリウム錯塩の混合物から成る。こ
の特許は、部品の表面結合においてこのフラツクスの使
用を開示するのみでありそして多孔表面の製造とは全く
関与しない。米国特許第２７８５０８４号は、鉄基金属
をアルミニウムでパッチプロセス或いは連続プロセスに
より被覆する為の方法を開示している。

このアルミニウム被覆の作用は鉄基金属上に防銹性被覆
を与えることである。この方法は、アルカリ金属とアル
ミニウムの複弗化物から成るフラツクスを使用している
。この方法は、水性スラリとしてこのフラツクスを金属
表面に被覆し、その表面上にフラツクスの乾燥コーテイ
ングを与えるようスラリー被覆ずみ物品を乾燥しそして
後フラツクス被覆基材金属を溶融アルミニウムと接触状
態にもちきたすことを含む。この方法は、調合物中にろ
う接用合金を何ら含んでいない。特に、フラツクスは、
３５〜７０重量０１）ＡｌＦ３を含有するアルカリ金属
及びアルミニウムの複弗化物から成る。この複弗化物は
、アルカリ金属弗化物及び弗化アルミニウムの物理的混
合物だけでなく、アルカリ金属、アルミニウム及び弗素
の化合物を共に含んでいる。この特許は、フラツクスの
作用に関する限り、フラツクスが特定の化合物として使
用されるか或いは物理的混合物として使用されるかとは
無関係であることを明示している。更に、この特許は、
フラツクスが溶融アルミニウムの温度で溶融されること
が必要であることを示している。好ましくは、フラツク
スは溶融アルミニウムの温度より２５℃低い温度で融か
される。ＡｌＦ３及びＫ３ＡｌＦの混合物がフラツクス
剤として使用されうることも教示されている。米国特許
第３９５１３２８号は、ろう接によりアルミニウム或い
はアルミニウム合金の金属表面を結合する為のフラツク
スを開示している。

このフラツクスは、未反応の弗化カリウムを実質的に含
まないフルオロアルミン酸カリウム錯塩の混合物から成
る。この特許に指摘されているように、この新しいフラ
ツクスの主たる利点は、それが非吸湿性であり、それに
より従来からの・・ロゲン化物フラツクスを使用するこ
とにより生じる問題を回避することである。

従来からのハロゲン化物フラツクスは水溶性でありそし
て湿分の存在下でアルミニウムに対して侵食性である。
その結果、・・ロゲン化物フラツクスの使用はろう接作
業後残存している僅かのフラツクス残留物が充分な洗浄
によつて完全に除去されることを必要とする。すべての
残留フラツクスが完全に除去されたことを保証するに必
要な後処理段階は、ろう接作業にかなりの費用を導入す
る。ごく少旨の残留ハロゲン化物フラツクスが残つただ
けでも、苛酷な腐食問題が後に生起される。更に、ハロ
ゲン化物フラツクスは、その吸湿性の故にその使用前に
短時間貯蔵しうるだけである。このフルオロアルミン酸
カリウムの混合物は非吸湿性であり従つて腐食を回避す
る為ろう接後の清浄段階は必要でなく、そしてフラツク
スは使用前長期貯蔵されうる。米国特許第３９７１５０
１号は、上記米国特許第３９５１２３８号に開示された
ろう接用フラツクスを実際に使用する為の方法に関係す
る。

このフラツクスは、ろう接用合金粉末と組合せて水ビヒ
クルでもつて適用される。簡単に述べると、この発明は
、フラツクスがろう接用金属合金と組合せてペーストと
して金属物品の一方に適用されるような系に制限される
。ペースト層を有する物品はその後水ビヒクルのすべて
を除去するよう加熱されそして後表面は更にろう接用合
金が融けそしてろう接継手が形成される温度に加熱され
る。この系はその後冷却されてろう接継手を形成する。
本発明の目的は、アルミニウム基材上に薄い多孔のアル
ミニウム層を形成する為の改善されたろう接方法を提供
することである。本発明の別の目的は、アルミニウム基
材上に高性能沸騰表面を生成するべく、残留フラツクス
を除去する為の特別な後洗浄工程の必要性を排除した改
善されたろう接方法を提供することである。

本発明のまた別の目的は、アルミニウム基材上にきわめ
て有効な沸騰熱伝達表面として作用する多孔層を形成す
る為の改善されたろう接法を提供することである。本発
明方法に従えば、アルミニウム或いはアルミニウム合金
からなる清浄な基材は後述する成分でもつて形成された
スラリによりゆるく被覆される。

スラリ被覆基材はその後約３００くＦ（１４９℃）以下
の温度に液体ビヒクルを少くとも部分的に揮発しそして
基材上に乾燥金属粉末コーティングを形成するに充分の
期間加熱される。その後、今や金属で被覆された基材は
、好ましくは不活性乃至還元雰囲気下で、約１０５０〜
１２００活Ｆ（５６６〜６４９℃）の範囲の温度にまで
金属被覆層を多孔アルミニウム層マトリツクスとして基
材にろう接するに充分の期間更に加熱される。このよう
に、本発明は、アルミニウム或いはアルミニウム合金基
材上に多孔アルミニウム層を形成する為の改善方法を提
供し、ここでは様々の成分から成るスラリが基材上に被
覆され、乾燥されそしてろう接されて所望の多孔層を形
成する。スラリの様々な成分としては、少くとも一部が
３５メツシユ篩を通り抜けるに充分小さくそしてアルミ
ニウム及びアルミニウム基合金から成る群から選択され
る清浄なアルミニウム粉末マトリツクスと、マトリツク
ス成分に対する重量比が約０．１５〜０．３５の範囲に
あるような量において存在しそして６．８〜１３重量％
珪素を有するアルミニウム合金群から選択される粉末状
アルミニウム金属結合用成分と、アルミニウムろう接用
フラツクス粉末と、不活性液体ビヒクルとが含まれる。
このスラリは、清浄なアルミニウム及びアルミニウム合
金から成る群から選択される金属基材上にゆるく被覆さ
れる。スラリ被覆基材はその後、液体ビヒクルを少くと
も部分的に蒸発せしめそして基材上に乾燥した金属含有
多孔層を形成するべく加熱される。その後、乾燥した金
属含有多孔層を有する基材は、不活性雰囲気中で、約１
０５０〜１２００市（−５６６〜６４９℃）の範囲の温
度に被覆体中の金属粒を基材にまた互同志無秩序な積重
り関係でろう接するに充分の期間更に加熱されて、隣り
あう粒間に相互連結された細隙状の孔を多数備える一様
なマトリツクスを形成する。本発明の改善は、アルミニ
ウムろう接用フラツクス粉末としてフルオロアルミン酸
カリウム錯塩（ＰＯｔａｓｓｉｕｍｆｌｕＯａｌｕｍｉ
ＩｔｅｃＯｍｐｌｅｘｅｓ）の混合物を使用することか
ら成る。

ろう接用フラツクス粉末対マトリツクス成分の重量比は
、約０．０５〜０．６の範囲である。好ましくは、ろう
接フラツクス粉末対粉末マトリツクス成分の重量比は約
０．１〜０．４の範囲にある。酸素のような低表面張力
流体を沸騰する為のこの沸騰熱伝達面の特定の応用にお
いて、約０．１〜０．２のろう接フラツクス粉末対マト
リツクス成分重量比がスラリ被覆の調製に当つて使用さ
れるべきである。本発明において使用されるものとして
、このフルオロアルミン酸カリウム錯塩混合物は、約０
．７９〜１．０の範囲の弗化アルミニウム対弗化カリウ
ムモル比を有しなければならない（これは約１．１３〜
１．４４の範囲の弗化アルミニウム対弗化カリウム重量
比に対応する）。本発明において使用されるスラリの各
成分の特性は次の通りである：マトリツクス成分 前記バツタ法（米国特許第３６０７６３９号）の実施に
適当なアルミニウム及びアルミニウム基合金粉末のうち
のいずれもが本発明における使用にやはり適当である。

基材及びマトリツクス成分の融点は約１１５０ＣＦ（６
２ＦＣ）以下であつてはならない。この温度は、フルオ
ロアルミン酸カリウム錯塩の共晶混合物により与えられ
る最小ろう接温度より約１０００Ｆ（５６℃）高い。適
当なマトリツクス材は、３００３アルミニウムであり、
これは少験の銅（例えば０．２００１））、珪素（例え
ば０．６０％）、鉄（例えば０．７０％）を有すること
がありそして代表的に１．２％マンガンを有している。
マトリツクス粉末を構成する粒子は、例えば球状、粒状
或いは薄片状ですら含めて任意の形状のものでありうる
。

粒子は、広範囲の寸法をとりうるが、少くとも一部は低
い温度差において核生成点として活性となるに充分小さ
い寸法の孔を注成する為に３５メツシユ篩（米国標準篩
基準に基く）を通抜けるに充分小さいものとすべきであ
る。もし粒子が大きすぎると、それらはスラリ中で沈降
しそして多孔層中の沸騰空洞の数の減少をもたらす傾向
がある。アルミニウム／結合用成分 マトリツクス材料の広い表面積の故に、粒子接触点がし
つかりと結合されることを保証する為に大量の結合用成
分が用意されねばならない。

結合用成分対マトリツクス粉末の重瞼比は強固なマトリ
ツクス構造を与えるよう少くとも０．１５とすべきであ
り、もつと高い水準が好ましい。この重量比は約０．３
５を越えるべきでない。何故なら、あまりに多量すぎる
結合用成分は、孔を減じ従つて多孔表面中の沸騰奈洞数
を相応的に減じるからである。結合用成分は、マトリツ
クス粉末及び基材より低い融点を持つよう選択される。
更に、結合用成分はマトリツクス粉及び基材と容易に合
金化するものでなければならない。適当なアルミニウム
結合用成分は６．８〜１３％（重量）珪素を含有するア
ルミニウム合金である。特に適当であることが見出され
た結合用成分は、ＢＡｌＳｉ−４ろう接用充填材合金と
してアメリカ溶接協会系列下で分類されているものであ
る。結合用成分もまた、代表的にはマトリツクス粉末と
同じ寸法要件を満足する、粉末形態で用意される。液体
ビヒクル バツタ法におけると同様、液体ビヒクルの作用は、混合
物中のアルミニウムマトリツクス粉末、アルミニウム結
合用成分及びアルミニウムろう接用フラツクス成分を一
時的に懸濁しそして好ましくは塗料状粘稠性を有するス
ラリを形成することである。

適当なビヒクルは、室温で液体であり、他の成分と化学
的に相対的に非反応性であり、高い揮発度と低い潜熱を
有するものでなければならない。好ましいビヒクルは、
クロロエテン及び増粘剤の混合物であるが、メタノール
やエタノールのような他のビヒクルもまた使用されうる
。ビヒクルは乾燥及びろう接段階中蒸発せしめられ、後
に多孔金属マトリツクスを残す。スラリは１〜４０ミル
（０．０２５〜１ｍ７７！）厚の薄い層として基材に被
覆される。ろう接用フラツクス粉末 スラリー混合物の最後の成分はフルオロアルミン酸カリ
ウムろう接用フラツクス粉末である。

この成分が、本発明スラリ調合物と先行技術との主たる
相違を表す。米国特許第３９５１３２８号は、このフラ
ツクス粉末の関連する特性及びその調製法について詳し
く開示している。簡単に述べると、フラツクス調製方法
は、テトラフルオロアルミン酸カリウム及び弗化カリウ
ムを混合しそして融成するか、あらかじめ調製したヘキ
サフルオロアルミン酸カリウム及びテトラフルオロアル
ミン酸カリウムを混合するか、或いはあらかじめ調製し
た５ヘキサフルオロアルミン酸塩カリウム及び弗化アル
ミニウムを混合することを含む。フラツクス粉末として
純テトラフルオロアルミン酸カリウムを使用することも
可能である。多孔層の作製はろう接温度にきわめて敏感
であ；ることを銘記すべきである。

温度が低すぎると、結合の程度が不十分となつて構造的
に弱い多孔表面が生じる。他方、あまりに高い温度は、
多孔マトリツクスの過剰の融けを惹起し、沸騰表面を形
成する相互連結された細隙孔の数と寸法を著しく減じる
。この結果は、生成表面の沸騰性能を大巾に減じる。こ
れらの理由の為、基材の炉温度は約１０５０〜１２００
ヤ（５６６〜６４９℃）の間に維持されるべきである。
作業において、勾配のついた熱帯域を備える炉を使用す
ることが望ましい場合もあろう。例えば、入口は所要の
ろう接温度より低い温度の帯域とし、多孔被覆物品をろ
う接条件にまで漸時的に昇温するように為される。フラ
ツクスが融けそしてこの温度範囲で充分なるフラツクス
作用を与えることを保証する為に、フルオロアルミン酸
カリウム錯塩の混合物は弗化アルミニウム／弗化カリウ
ム重量比が１．０〜１．５の範囲に相当する組成を持た
ねばならない。好ましくは、このフラツクスは、約１．
３〜１．４４の範囲の弗化アルミニウム／弗化カリウム
比（重量部）に相当する組成を有する。このような多孔
層形成の為の先行技術方法を上回る主たる改善は、この
用途向けのろう接用フラツクス粉末としてフルオロアル
ミン酸カリウム錯塩混合物がきわめて好適であることの
発見と関係している。

これらフラツクス剤は一般に使用されているハロゲン化
物フラツクスに較べてアルミニウムろう接用途において
幾つかの利益を与える。これら利点としては、フラツク
スが吸湿性でなくそれによりその反応性を維持する為の
貯蔵及び取扱いを大巾に軽減すること、フラツクスがそ
の非吸湿性の故に水を含めて様々な液体ビヒクルでもつ
て適用されうること、及びフラツクスがろう接温度近傍
でのみ活性であるだけでありもつと低い温度では非活性
であるから、ハロゲン化物フラツクスと関連する費用の
かかる後処理（即ちフラツクス残渣の除去）が必要とさ
れないことが挙げられる。大半のアルミニウムろう接用
の用途はこれらフルオロアルミン酸カリウムろう接フラ
ツクスにより与えられる重意義な利点を利用しうるけれ
ども、最後に挙げた利点は、多孔沸騰表面の作製におい
てこれらフラツクスの適用がうまくいくかどうかに対し
て潜在的な障害を与える恐れがある。

バツタ法において認識されたように、多孔マトリツクス
の孔内での残留フラツクスの存在は明らかに表面の適正
な沸騰性能を妨げる。この問題は、バツタ法においては
、侵食を回避する為ハロゲン化物フラツクス残留物を除
去することへの同時的必要性の結果として、必然的に対
処された。本発明においては、侵食保護の為にフルオロ
アルミン酸カリウムフラツクスを除去する必要性は本質
的に存在せず、そして事実そのような必要性は或る特定
のアルミニウムろう接用途におけるこのフラツクスの主
たる利点を排除しよう。実際上、ろう接用フラツクスの
残留物の除去が適正な沸騰性能を保証するのに必要であ
ることを教示する多孔沸騰熱伝達の先行技術を考慮する
時、沸騰表面の作製にフルオロアルミン酸カリウムフラ
ツクスを使用せんとする試みを思いとどまることが普通
である。ろう接温度以下の温度でフルオロアルミン酸カ
リウムフラツクスの不活性な性質は通常の洗浄技術によ
りフラツクス残留物を容易に除去することへの可能性を
実際上阻んでいる。従つて、フルオロアルミン酸カリウ
ム錯塩の混合物から成るろう接用フラツクス粉末の使用
は多くのろう接用途に既に使用されているハロゲン化物
フラツクスに対して重意義な利益を与えるように思われ
るけれども、多孔沸騰表面製造に関しては、当業者は、
このろう接用フラツクスが多孔アルミニウム層の調製に
好都合に適応しうるとは予想しないはずである。にもか
かわらず、本発明者はきわめて予想外にも、構造的に強
固な多孔層を生成するに必要なフラツクス作用を与える
だけでなく、秀れた沸騰性能をも示す多孔層を生成する
ような、ろう接用フラツクス粉末量に対するアルミニウ
ム粉末マトリツクス成分及びアルミニウム結合用成分量
の適正な比率づけが存在することを見出した。詳しくは
、本発明者は、ろう接用フラツクス粉末対マトリツクス
成分の重量比が約０．０５〜０．６の範囲にある限り、
生成する多孔層は適正な沸騰熱伝達の高能率化を与える
ことを見出した。

好ましくは、ろう接用フラツクス粉末対粉末マトリツク
ス成分の重量比は約０．１〜０．４の範囲である。酸素
のような低い表面張力の流体を沸騰する為の沸騰熱伝達
の特定用途において、約０．１〜０．２のろう接フラツ
クス粉末対マトリツクス成分重量比が被覆の調製に当つ
て使用されるべきである。本発明と関連して、低表面張
力流体という言葉は、沸騰環境において約２５ダイン／
Ｃｍ以下の表面張力を有する流体を指す。所定のフラツ
クス作用を与えるのにこのような量のろう接用フラツク
ス粉末が使用されうるという事実は全く予想外である。

実際上、アルミニウムろう接用途においてフルオロアル
ミン酸カリウム錯塩の使用と関連する米国特許第３９５
１３２８号は、良好な結合結果を与えるには１７５〜３
５０ｇｒ．Ｚイのオーダのフラツクスの投入が使用され
るべきことを示している。本発明者は、アルミニウム基
材の単位イ当り７５ｇｒ．以下のフラツクスというフラ
ツクス投入量で所定のフラツクス作用を与えるに充分で
あることを見出した。この数字が、一層現実的根拠を与
えそして代表的に２００ｆｔシ１ｂ（０．０４１ｒｒ？
／Ｇｒａ以上と推定される被結合マトリツクス粒子すべ
ての総面積に対して代りに計算されると、フラツクス投
入量は実際上２５ｇｒ．／イ以下でありそして好ましい
実施においては約１０ｇｒ．／イ以下である。これは、
上記特許によつて教示されるフラツクス投入量の少くと
も６６％の削減を表す。先に記したように、高能率沸騰
熱伝達の為の多孔表面の形成においてアルミニウムろう
接用フラツクス粉末としてのフルオロアルミン酸カリウ
ム錯塩の使用が成功することは全くの予想外のことであ
つた。

バツタ法の教示、即ち多孔表面から残留フラツクス粒子
の除去の必要性と、上記米国特許第３９５１３２８号の
教示即ち１７５〜３５０ｇｒ−．／ｄのフラツクス投入
量が良好なろう接結果を得るために必要とされるとの記
述に基ずけば、周囲条件においてフルオロアルミン酸カ
リウム錯塩がすべての実用的目的に対して入手しうる溶
剤すべてに不溶性であるという事実を併せ考慮する時、
当業者なら最終的判断としてこの用途でのアルミニウム
ろう接用フラツクスとしてフルオロアルミン酸カリウム
錯塩の適用の可能性を否定するのが合理的考えである。
にもかかわらず、本発明者は全くの予想外に、或る制限
された条件範囲の下では、フルオロアルミン酸カリウム
錯塩が高能率多孔沸騰表面の作製に首尾よく使用されう
ることを見出した。この特定用途に対するろう接フラツ
クスとしてフルオロアルミン酸カリウム錯塩の混合物の
本発明者の適用の成功への鍵は、少くとも多孔表面に関
する限りは所要のフラツクス作用を与うるには少量のフ
ラツクスで充分であるという発見にある。

更に、この少量水準のフラツクスにおいて、多孔構造に
残存する残留フラツクスの量は適正沸騰性能を妨げない
。実施例 本発明の実施例について窒素を沸騰する熱伝達試験と関
連して述べる。

試験は表１に示す本発明の３種の固体成分Ａ，Ｂ及びＣ
を含む粉末混合物でもつて熱伝達管を実際に被覆するこ
とによつて行われた。管は、１．０３６インチ（２．６
ｃｍ）外径ＸＯ．７３インチ（１．８５ｃｍ）内径のＡ
Ａ３ＯＯ３一Ｆアルミニウム製管である。管は、本発明
の３種の固体成分、即ちアルミニウムマトリツクス粉末
、アルミニウム結合用成分、フルオロアルミン酸カリウ
ムフラツクス（配合比は表１の注に示す）を液体ビヒク
ルと混合することにより調製されたスラリで２０ミル（
０．５ｍｍ）厚に被覆された。

スラリは一つの管の内面に被覆されそして後乾燥された
。被覆体は、管外表面周囲に或いは管を通して３００午
（１４９℃）の温度の加熱空気を吹付けることにより乾
燥された。管はその後水素雰囲気を有する４段勾配温度
の炉を９〜１０インチ／分（２３〜２５ｃｍ／分）の速
度でゆつくりと通すことにより加熱された。炉設定温度
は最小７５０ＣＦ（４００″Ｃ）から最大１２００ＣＦ
（６５『Ｃ）とした。３成分の様々の比率が適正な混合
物を見出すべく調べられた。

金属結合用成分対マトリツクス成分の重量比はこの試験
を通して０．２５と一定にされた。これは、ハロゲン化
物フラツクスを使用して表面被覆したアルミニウム多孔
沸騰表面の作製の為の先行技術の方法において使用され
たのと同じ値である。ろう接用フラツクス粉末対マトリ
ツクス成分の３つの別々の重量比即ち０．５，０．２５
及び０．１２５について試験が為された。表１は、熱伝
達試験されたサンプルをまとめたものであり、粉末混合
物組成、液体ビヒクル、及び粉末混合物投入量を記す。

サンプルは、様々の熱束において液体窒素におけるその
熱伝達性能（沸騰熱伝達）を試験した。小さな３インチ
（７．６ｃｗ１）アルミニウム管部片が試験装置に嵌め
つけられた。

管は、その周囲に嵌装されるように為された電気抵抗加
熱器によつて完全に取巻かれた。管の内面は本発明の沸
騰向上被覆体で覆われそして液体窒素が管内容積に合う
ように為された。データは、一定の熱流束を管外面に適
用しそして管壁の温度（埋設した熱電対により測定）と
沸騰液体窒素温度との温度差を測定することにより採ら
れた。図面は、横軸として壁温度差をそして縦軸として
ろう接用フラツクスマトリツクス成分比を３種の異つた
熱束に対して採つたグラフである。各場合において、一
つの粉末混合物に対するデータはその粉末混合物に対し
てとられたデータの平均を表す。図面から、ろう接用フ
ラツクス粉末対粉末マトリツクス成分の重量比が減する
と沸騰熱伝達性能が改善されることがはつきりとわかる
。図面は、ろう接フラツクス対粉末マトリツクス成分の
比が減少すると（３つの異つた熱束の関数として）ある
与えられた熱流束に対して△Ｔの減少を示す。

これら熱伝達試験結果と被覆過程の経験的観察に基いて
、ろう接用フラツクス粉末対アルミニウムマトリツクス
粉末の重量比が０．０５〜０．６の範囲内に制限される
べきであると決定された。一方で重量比が約０．０５以
下だと、生成多孔表面の構造的保全性が問題となりうる
。この結果は、所要量のフラツクスを与えないことによ
つて適正な結合の形成への障壁となる酸化アルミ皮膜が
充分に除去されない為に起る。他方、重量比が約０．６
を越えると、生成表面の熱伝達性能が充分でなくなる。
この結果は、残留フラツクスが細孔を塞いだり覆つたり
することにより生じる沸騰用空洞の数の減少に由るもの
と考えられる。重量比の上限としての０．６の特定値は
、この比率において被覆管が約１ヤ（０．５６℃）の温
度差において１００００ＢＴＵ／時間・Ｆｔ２・午（４
８８２５Ｋｃａ１Ｚイ・時間・℃）の熱流束の下で液体
窒素を沸騰するというグラフによる考察に主に基いてい
る。好ましくは、フラツクス対アルミニウム粉末の重量
比は０．１〜０．４の範囲内にある。やはり、この下限
は好ましい強度への考察により指定され、他方この上限
は熱伝達性能により定義される。約０．４以下のフラツ
クス対アルミニウム粉末比において、本発明方法により
作製された熱伝達表面は、先行技術法により作製された
熱伝達表面より同等か或いはもつと良好に作用する。本
発明のアルミニウム多孔沸騰表面は空気分離塔の主コン
デンサにおける熱伝達管として特に有用である。

この用途において、設計温度差は、５０００ＢＴＵ／Ｈ
ｒ−Ｆｔ２−Ｔ（２４４１４Ｋｃａ１／イ・時間・℃）
の熱流束において０．４ヤ（４）．２℃）以下の△Ｔで
ある。グラフから直接示されるように、この性能は、ろ
う接用フラツクス対粉末マトリツクス成分比が約０．１
６以下の時に満される。同じ熱流束及びもつと高いフラ
ツクス対マトリツクズ粉末成分比において、性能は劣化
し始め、約０．５のフラツクス対マトリツクス成分比に
おいて約０．７７ＣＦ（０．４３℃）の温度差を与える
。従つて、この好ましい実施にお〜・て、ろう接用フラ
ツノス粉末対粉末マトリツクス成分の比率は０．１〜０
．２の範囲にある。しかし、先に記載したように、本発
明の多孔沸騰表面は空気分離プラントの主コンデンサ用
途の枠を越えての有用性を有する。

これら他の用途において、多孔沸騰表面の実際のマトリ
ックス構造は酸素を沸騰する時に使用されるべき表面と
同じである必要はない。例えば、もし表面が水のような
高表面張力流体を沸騰するのに使用されるなら、マトリ
ツクス構造はもつとはるかに大きな孔口から構成されよ
う。この場合、マトリツクス粉末の量に対するフラツク
ス量は多孔沸騰表面の性能を過大に劣化することなく増
加されうる。この理由の為、本発明の広い実施態様にお
いて、ろう接用フラツクス対マトリツクス成分の比率は
０．６に設定された。別の実験において、０．１２５の
フラツクス対マトリツクス粉末重量比以下へのフラツク
ス投入量の一層の減少の影響が調査された。

この実験において、粉末混合物は、粉末マトリツクス成
分としてレイノルズアルミニウム．／１６．１２０を１
００９｝アルミニウム結合用成分としてレイノルズＬＳ
Ａ一５３８ろう接用充填材合金を２５９、そしてろう接
用フラツクス粉末としてベントロン（ＶｅｎｔｒＯｎ）
痛１１１４フルオロアルミン酸カリウム６．２５ｇでも
つて調製された。

これは、０．０６２５のろう接用フラツクス粉末対粉末
マトリックス成分重量比に対応する。その後、この粉末
は１０重量％アトゾル（ＡｄｓＯｌ）１２６０−クロロ
エテン混合物に混合されて、所望の粘稠度のスラリを生
成した。このスラリは、その後、２つのアルミニウム管
の内面に被覆されそして空気乾燥された。１つの管は４
７５ｇｍ／ｄの乾燥粉末混合物被覆を有し、他方もう一
つの管は５６６ｇｍＺｄの乾燥粉末混合物被覆を有した
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウム及びアルミニウム基合金から成る群か
   ら選択される基材上に多孔アルミニウム表面を形成する
   為の方法であつて、（ａ）（ｉ）アルミニウム及びアル
   ミニウム基合金から成る群から選択されるアルミニウム
   粉末マトリックス成分と、（ｉｉ）６．８〜１３重量％
   珪素を含有しそして上記マトリックス成分に対する重量
   比が０．１５〜０．３５の範囲にあるような量において
   粉末形態で存在するアルミニウム金属結合用成分と、（
   ｉｉｉ）フルオロアルミン酸カリウム錯塩から成るアル
   ミニウムろう接用フラックスであつて、該ろう接用フラ
   ックス対上記マトリックス成分の重量比が０．０５〜０
   ．６の範囲にありそしてフルオロアルミン酸カリウム中
   弗化アルミニウム対弗化カリウムの重量比が１．００〜
   １．５０の範囲にあるようなアルミニウムろう接用フラ
   ックスと、（ｉｖ）不活性液体ビヒクルとから成るスラ
   リを基材上に置く段階、（ｂ）前記基材上のスラリを３
   ００°Ｆ（１４９℃）以下の温度で乾燥して、液体ビヒ
   クルを少くとも部分的に揮散せしめそして基材上に乾燥
   金属粉末被覆を形成する段階、（ｃ）被覆された基材を
   １０５０°Ｆ〜１２００°Ｆ（５６６〜６４９℃）の範
   囲の温度に金属被覆体を多孔アルミニウム層として基材
   にろう接するに充分の期間加熱する段階、を包含する前
   記多孔アルミニウム表面形成方法。 ２ ろう接用フラックス対マトリックス成分の比率が０
   ．１〜０．４の範囲にある特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ３ ろう接用フラックス対マトリックス成分の比率が０
   ．１〜０．２の範囲にある特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ４ 弗化アルミニウム対弗化カリウムの重量比が１．１
   ３〜１．４４の範囲にある特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ５ 段階（ｃ）が不活性乃至還元性雰囲気中で実施され
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６ スラリが基材上に１〜４０ミル（０．０２５〜１．
   ０２ｍｍ）厚の薄層として被覆される特許請求の範囲第
   １項記載の方法。