JPS60159B2 - 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ゥ材料に関し、接合
強度が高く、耐食性に秀れ、銀白色を特徴とする。

同種金属や異種金属を接合するいわゆる溶接の中でも、
ロゥ懐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。

ロウ倭は金属ロゥを溶融添加して固体と液体のぬれ現象
によって母材を接合する方法である。従って母材とロゥ
材料との性質相関が非常に重要な要素となる。本発明は
ステンレス鋼やニッケル合金などの耐貧虫合金に特に通
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
ッキなどの保護被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。

従っ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、黄鋼ロウ【２）銀ロ
ウ、アルミニウムロウ、ニッケルロウなどであるが｛１
）は黄金色であり、また（２に属する金属ロゥ、銀白色
系であっ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
ロウ援作業も比較的容易なことから好んで用いられるが
、硫化銀の生成による黒変色が大きな欠点となっている
。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、これらの流加元素が耐蝕性に悪影響し、本願
目的のようなニ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。

本願発明者は、ニッ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、ニッ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って実験を重ねた結果トＮｊ−
Ｓｎ系合金にＣｒ、Ａｇを加え、さらに合金強度の改良
のためにＭｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｔｉを「また湯流れ
性、被ロウ後材料とのぬれ性改良のため、Ｓｉ、Ｗ、Ｐ
、ｌｎ、Ｂ、Ｐｂ、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。

ＮｊはＳｎとともに本合金の主構成成分で被ロゥ酸材料
の主体である。ステンレス鋼、ニッ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
容体を形成し、接合強度の向上と高耐蝕性保持に不可欠
である。従って、添加量は３０％未満（重量パーセント
「以下同じ）ではその効果が発揮し‘こくく、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、被ロウ鞍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、凝固時に
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って湯流れ性が低下し、また溶融点
に達するまでの酸性化雰囲気での加熱過程で出来る酸化
膜が強固になり、ロウ鞍部に残留物を生じ易くなる。

またＡｇ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、ロウ婆部位の破壊
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Ｓｊ、ＣＥ、Ｐ、ｌｎ、Ｂ、Ｐｂ、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、ロウ援時
のロゥ流れ性を改良する。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、増加に伴なつて効
果も大きくなるが、８％を越えて添加すると被ロウ穣材
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
、Ｓｊ、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って、同時に添加して
その効果が相殺されることは少ない。

従って、単独でも複合添加しても購わない。即ち被ロゥ
嬢材料、接合形態、ロゥ援作業環境（雰囲気等）、ロゥ
嬢温度等の諸条件並びに求めるロウ嬢部位の特徴（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。ロウ援作業は
通常ｍ真空中、■水素又はアンモニア分解ガスなどの還
元性雰囲気中、‘３’アルゴン「窒素などの不活性雰囲
気中、■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薮可能
であり、とりわけ（１｝、‘２｝‘こおいて秀れている
。

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｝、■の
加熱方式においても難しい。とりわけクロム、鉄ト鋼等
を含有するロゥ材においては、これらの酸化物がロゥの
溶融流動時に流れ控、ぬれ性を劣化させ、またｏゥ付け
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、被ロゥ核材料とのぬれ性を改
良向上せしめ、ロゥ材料中、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援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、被ロゥ接材料に相落し易すく、また、ロウ材料、被
ロゥ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ｏウ材の表面
酸化を防止し、ロウ材溶融時には不熔物として残留しな
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２０仏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Ｎ
ｉ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ッキ、無電解〆ッキ、或し
、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、■高周波等の譲導加熱、剛抵
抗加熱等が主として用いられるがいずれも可能である。

ロウ嬢作業に必要な表面の清浄化、フラックス等につい
ても通常のロゥ嬢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って異
なるが、およそ９００〜１２００ｑＣに分布する。従っ
て最適ロウ俵温度は９５０〜１２５０ｑｏである。即ち
、ステンレス鋼の溶体化温度、Ｎｊ系耐熱耐蝕合金の燈
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 Ｎｉ５０％、Ａｇ１０％、Ｃｒｌｏ％、Ｓｎ３０％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メッシュの粉末状にした。

被ロウ嬢材料を３０４系ステンレス鋼として１０‐２Ｔ
ｏｍの真空中１１５０ｑ０に１５分間加熱する置きロウ
方式によりロゥ鞍実験を行なった。ロゥはステンレス鋼
表面に広く拡散流動し、その厚みはおよそ０．０５〜０
．１肋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
ッチングした後観察したところステンレス鋼への拡散合
金層はおよそ５〜２０Ａであった。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
溶液中に浸債放置する耐蝕性試験を行なったが１２岬時
間以上（常温）に渡ってロウ流れ面、ロゥとステンレス
鋼の境界面、拡散層部分いずれにおいても腐蝕変色を生
じることは認められなかった。ロウ援強度を知る目的で
、上記と同じロウ材料及び被ｏウ嬢材料を用いて、同様
な条件でロウ暖を行なった。

このとき被ロウ薮材丸棒（５０×２５肋）のｏウ嬢間隙
を０．１柳あげて突き合せて、接合部の抗折力強度を測
定した結果８０ｋ９／桝以上の値を示した。この時の被
断部位はロウ材料自体が王であった。前記ロウ嬢方法と
同様な方法で、ＪＩＳ規格（ＦＰ６０６）のＮｊロウと
本願金属ロウ（実施例１と同じ）のロウ婆間隙とロウ髪
部の抗折力強度の比鮫を行い第１図示すような結果が得
られた。

第１図において１はＪＩＳ規格のＮｉロウ「 ２は本願
金属ロウを示す。実施例 ２ Ｎｉ４０％、Ａ鮒％、Ｃｒｌｏ％、Ｓｎ３０％、Ｍｏ３
％、Ｆｅ８％「ＰＩ％の組成比の金属ロウを真空熔解に
より作成し「 これを１５０〜２００メッシュの粉末状
にし、表面にＮｉ−Ｐの無電解メッキを厚さ２〜６ム施
した。

被ロウ援村を３０４ステンレス鋼からなる腕時計用メッ
シュバンド及び腕時計ケースとして、バンドの端部（１
〜２柳×１０〜２５柳〉をケースの側面に接合して、ブ
レスレットタイプの腕時計外装を作る試験を行なった。

バンドの端部とケースの側面を所要の形に加工した後、
双方を突き合わせて拾具で固定し、合わせ部上面に前記
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（露点約一４０００）中１１５０ＣＯで約１粉
ご行ない急冷した。この結果ロゥ材は突き合わせ部に完
全に浸透し接合を完全にした。

バンド、ケースロウ嬢部は引張試験で９０ｋ９以上の引
張り力に、抗折力試験で８０ｋ９以上の抗折力に耐え、
ロウ嬢部にロゥ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、ロゥ嬢感を感じさせない一
体感のある外装製品となった。耐蝕性は、人工汗、人工
海水、アンモニアガス雰囲気、５％硫化ナトリウム等の
腐蝕性環境に放置（浸債）する試験を行なったが１０脚
寺間以上（３５ｑ０）に渡ってステンレス鋼部分と同様
腐蝕変色を生じなかった。しかし、ロゥ酸過程において
、炉内に空気の混入が多いときＬ或いは霧点の高いアン
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、ロウ嬢時の雰囲
気コントロールはある程度慎重に行なう必要がある。尚
、本成分比の金属ロゥの液相点は１０９０００、固相点
は１０５０００、適正ロゥ薮温度は１１３０〜１２００
００である。実施例 ３Ｎｉ４５％「Ａｇ５％、Ｃｒｌ
ｏ％、Ｓｎ２５％、Ｆｅｌｌ％、Ｍｏ２％、Ｚｎ２％の
組成比の合金を真空熔解して作成し、５０〜１００メッ
シュの粉末状の金属ロウにした。

被ロウ後材料として冷間加工仕上げのハステロィＣ合金
と３０４ステンレス鋼を用いて真空加熱ロゥ薮を行なっ
た。ロゥ嬢温度は１２００００とハステロィの合金の焼
錨温度に合わせて行なった。実施例１と同様にして、ロ
ウ嬢部の抗折力強度を測定したところ８５ｋ９′桝以上
の値を示した。また、耐食性は実施例２と同じ各種条件
で調べたが、異種金属援′台にも拘わらず耐食性も実施
例２と同様に秀れてしもた。実施例 ４ Ｎｉ４０％、Ａｇ８％、Ｃｒｌ０％、Ｓｎ３０％、Ｃｕ
ｌ２％の組成比の金属ｏウを真空溶解により作成し、こ
れを１５０〜２００メッシュの粉末状にし、表面にＮｉ
−Ｐの無電簾メッキ厚さ１〜４〆を施した。

被ロウ接材を３０４ステンレス鋼からなる腕時計用メッ
シュバンド及び腕時計ケースとして、バンドの端部（１
〜２柳×１０〜２５肋）をケースの側面に接合して、ブ
レスレットタイプの腕時計外装を作る試験を行なった。

バンドの端部とケースの側面を所要の形に加工した後、
双方を突き合わせて治具で固定し「合わせ郡上面に前記
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（霧点約一４０ｑｏ）中１１５０００で約１扮
ご行ない急冷した。この結果ロウ材は突き合わせ部に完
全に浸透し接合を完全にした。

バンド「ケースロウ鞍部は引張試験で９７ｋ９以上の引
張り力に、抗折力試験で８５ｋ９以上の抗折力に耐え、
ロゥ薮部にロゥ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、ロウ嬢感を感じさせない一
体感のある外観製品となった。耐蝕性は、人工汗、人工
海水、アンモニアガス雰囲気、５％硫化ナトリウム等の
腐蝕性環境に放置（浸債）する試験を行なったが１０加
持間以上（３５％）に渡ってステンレス鋼部分と同様腐
蝕変色を生じなかった。しかし、ロウ接遇程において、
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、ロウ俊時の雰囲気
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１０９５００、適正ロウ
綾温度は１１４０〜１２００００である。実施例 ５ Ｎｉ４５％し Ａｇ５％、Ｃｒ１５％、Ｓｎ２０％、Ｆ
ｅ５％、Ｍｏ２％、Ｃｏ２％、Ｔｊ６％の組成比の合金
を真空溶解して作成し、５０〜１００メッシュの粉末状
の金属ロゥにした。

被ロウ薮材料として冷間加工仕上げのハロステロィ合金
と３０４ステンレス鋼を用いて真空加熱ロウ嬢を行なっ
た。ロウ接温度は１２１５ｑｏとハステロィ合金の暁錨
温度に合わせて行なった。実施例１と同様にして、ロゥ
綾部の抗新力強度を測定したところ８０ｋ９／孫以上の
値を示した。

また耐食性は実施例２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２と同様に秀れてし
、た。実施例 ６ Ｎｉ４５％、Ａｇ９％、Ｃｒ１２％、Ｓｎ３２％、Ｐ２
％の組成比の金属ロゥを真空溶解により作成し、これを
１５０〜２００メッシュの粉末状にし、表面にＮｉ−Ｐ
の無電解〆ツキを厚さ２〜３仏施した。

被ロゥ接材を３０４ステンレス鋼からなる腕時計用メッ
シュバンド及び腕時計ケースとして、バンドの端部（１
〜２柳×１０〜２５柳）をケースの側面に接合して「ブ
レスレットタイプの腕時計外装を作る試験を行なった。

バンドの端部とケースの側面を所要の形に加工した後、
双方を突き合わせて治具で固定し、合わせ部上面に前記
金属ロゥを配置して加熱した。加熱はアンモニア分解ガ
ス雰囲気（霧点約一４ぴ０）中１１５５００で約１筋ご
行ない急冷した。この結果ロゥ材は突き合わせ部に完全
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９０ｋｇ以上の引
張り力に、抗折力試験で８０ｋｇ以上の抗折力に耐え、
ロウ嬢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、ロウ嬢感を感じさせない一
体感のある外装製品となった。耐蝕性は、人工汗、人工
海水、アンモニアガス雰囲気、５％硫化ナトリウム等の
腐蝕性環境に放置（浸簿）する試験を行なったが１０斑
時間以上（３５ｏＣ）に渡ってステンレス鋼部分と同様
腐蝕変色を生じなかった。しかし、ロウ嬢過程において
、炉内に空気の混入が多いとき、或いは霧点の高いアン
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、ロウ嬢時の雰囲
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１０９０ｏｏ「適正ロ
ウ嬢温度は１１３０〜１２００ｑｏである。実施例 ７
Ｎｉ５０％、Ａｇ５％、Ｃｒ１６％、Ｓｎ２２％、Ｓｉ
ｏ．５％、Ｇｅｏ．５％、ｌｎｌ％、ＢＩ％、Ｐｂ２％
、Ｚｎ２％の組成比の合金を真空溶解して作成し、５０
〜１００メッシュの粉末状の金属ロゥにした。

被ロウ援材料として冷間加工仕上げのハステロィＣ合金
と３０４ステンレス鋼を用いて真空加熱ロゥ嬢を行なっ
た。ロゥ嬢温度は１２１０ｏｏとハステロイ合金の燐鈍
温度に合わせて行なった。実施例１と同様にして、ロゥ
嬢部の抗折力強度を測定したところ７５【９／磯以上の
値を示した。

また、耐食性は実施例２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２と同様に秀れ
てし、た。以上の実施例に示すように、本願金属ロウは
ロゥ薮間隙が変化してもロウ嬢強度の変化がＪＩＳのＮ
ｉロゥに比較して少ない等の長所をもつ反面市販のＮｉ
ロウなどと同様、展延性に乏しく、線村、板材等の形で
使用することはほとんど不可能である。

従って、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ック等のバィ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
明の金属ロウの特徴を示したが、これらの例からも明ら
かのように、本願金属ロウは耐蝕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。

【図面の簡単な説明】

第１図はＪＩＳ規格Ｎｉロウ１と本願金属ロウ２のロゥ
接間隙とロゥ嬢抗折強度の関係図。 オー図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銀（Ａｇ）が３〜２５％（重量パーセント以下同じ
   ）、クロム（Ｃｒ）２〜１８％、錫（Ｓｎ）１５〜３５
   ％、残部が３０％以上のニツケル（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以下の耐酸化性の秀れた金属、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Ｎｉ、或いはＮｉ−Ｐ合金メツキ層からなる
   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 銀（Ａｇ）が３〜２５％（重量パーセント以下同じ
   ）、クロム（Ｃｒ）２〜１８％、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種以上
   の元素を選んで合計で０．５〜１５％、残部が３０％以
   上のニツケル（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以下の耐酸化性の秀れた金属、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Ｎｉ、或いはＮｉ−Ｐ合金メツキ層からなる
   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 銀（Ａｇ）３〜２５％（重量パーセント以下同じ）
   、クロム（Ｃｒ）２〜１８％、錫（Ｓｎ）１５〜３５％
   さらに珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ
   ）、インジウム（Ｉｎ）、硼素（Ｂ）、鉛（Ｐｂ）、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％以上のニツケル（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以下の耐酸化性の秀れた金属、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Ｎｉ、或いはＮｉ−Ｐ合金メツキ層からなる
   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 銀（Ａｇ）３〜２５％（重量パーセント以下同じ
   ）、クロム２〜１８％、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種以上の元素を選ん
   で合計０．５〜１５％、さらに珪素（Ｓｉ）、ゲルマニ
   ウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、インジウム（Ｉｎ）、硼素
   （Ｂ）、鉛（Ｐｂ）、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
   ニツケル（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以下の耐酸化性の秀れた金属、
   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Ｎｉ、或いはＮｉ−Ｐ合金メツキ層からな
   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。