JPS606295A - アルミニウムろう付け用フラツクス - 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、アルミニウムの板、管およびその他の成形物
のろう付けによる接合に関する。さらに詳しくは、本発
明は、アルミニウムの融点に近いがそれよりも低い温度
のろう付は炉でのアルミニウムのろう付けに使用するた
めの新規なフラックス組成物に関する。

本明細書において便宜的に用いられる「ろう付は用硬ろ
５合せ板（プレージングシート）」なる用語は、板の形
状をしたものばかりでなく、ろう付けに適したアルミニ
ウムの管やその他の形状のものをも包含するものである
。

母板（芯）の片面または両面上にその旬″板（芯）より
も例えば３０〜４０℃低いアルミニウム合金硬ろう皮材
を設けたアルミニウムのろう付は用硬ろう合せ板は、熱
交換器類の製造に広く使用されている。その母板（芯）
はアルミニウムまたはアルミニウム合余でありうる。そ
の皮材層は硬ろうななし、その硬ろうによって、ろう付
は用硬ろう合せ板から作られた部材同志が一体に接合さ
れうる。ろう付は操作において、接合されるべきそのよ
うな部材の組付は品は、皮材が溶融されるが母板（芯）
は溶融されないような温度に加熱される。

生業的条件下で困難なくろう付けを達成しうるようにす
るには、母板（芯）の融点（高）と皮材の融点（低）と
の間に３０〜４０℃の差があるようにすべきである。

ろう付は接合を形成するには、ろう付は用硬ろう合せ板
およびそれに接合されるべきアルミニウム材の両者の表
面にある酸化アルミニウム被膜を除去するために、フラ
ックスを用いる。このような目的のために従来用いられ
てきたフラックスは、塩化物類（例えばアルカリ金属塩
化物やアルカリ土類金属塩化物）の混合物であった。こ
れらの水溶性化合物類は水分の存在下でアルミニウムに
対して腐食性である。従って、ろう付は作業の終了後、
ろう付けした組付は品をその水溶性フラックス除去のた
めの洗浄操作に付さなければならない。

そのようにしてさえも、普通は接合部に金属中にフラッ
クスが取り込まれて、そのフラックスが比較的短期間後
に接合部を腐食することがある。そのような残留フラッ
クスによる腐食は、ろう付は製品が多湿条件下に置かれ
る場合に特に著しい。

フラックスを使用せずに真空中または不活性雰囲気下に
アルミニウムをろう付けすることは既に知られているが
、それに使用される設備の資本コストが極めて高い。さ
らには、かかるフラックス使用ろう付は法の一犬欠点は
、フラックス使用ろう付は法の場合よりも非常に厳しい
公差が組付は品に要求されることであるそのような厳し
い公差が維持できないと、接合部へのろうの充填が不充
分となり欠陥のある製品ができることになる。

本発明の一目的は、ろう付は前に非吸湿性でありかつろ
う付は後に実質的に不水溶性であるという特性を有する
と共に、溶融状態にあるときに硬ろ５の融点以下の温度
で反応性となって酸化アルミニウムに対するフラックス
（すなわち溶剤）として作用するがアルミニウムと実質
的に非反応であるという所要の性質を示すアルミニウム
ろう付は用フラックスを提供することにある。

最も広く使用されているろう付は用硬ろう合せ板では、
母板（芯）は、融点が約５７７℃のアルミニウム・ケイ
素共晶合金から作られた硬ろう皮材をクラッドされてい
るので、使用されるフラックスは上記の約５７７℃より
も低い温度で反応性となるべきである。

英国特許第１０５５９１４号明細書には、５３〜５５重
量係のＡ、／’Ｆ３　と４７〜４５重量係のＫＦとを混
合することによりアルミニウムろう付は用フラックスを
製造することが既に提案されている。この先行提案にお
いては、）、ｌＦ３およびＫＦを乾式混合し、次いでこ
れに水を加えてペースト状とするか、あるいはＫＦを水
溶液としてＡｊ？Ｆ３　に加えることによりペースト状
とする。

この両製法において、得られるペーストは、２００°Ｃ
以下の温度で乾燥することが必要とされており、従って
そのフラックスは２００℃以上の温度に加熱することに
よって分解のおそれがある水和された状態のものである
と考えられる。

上記英国特許第１０５５９１４号明細書の開示に従って
実施した試験において、ＫＦとｌＦ３との乾燥混合物に
水を添加したときに発熱が認められ、ＫＦとＡｌＦ３の
うちの小割合かに３Ａ７Ｆ６に変化したがＫＦの大部分
は未反応状態のまま残り、得られたペーストを水でスラ
リー化したときにその残留ＫＦは溶解した。そのスラリ
ーを金属表面、殊に傾斜した金属表面、にスラリーを塗
布したときに水に溶解したＫＦが固体状の未反応Ａｊ？
Ｆａやわずかに生成した固体状に３ＡＩ！Ｆ６から分離
流去し易い。上記英国特許の７ラツクスは水分（水蒸気
）に対して安定でありかつ抵抗性があると述べられてい
るが、その英国特許明細書においては、フラックスを不
活性の非吸湿性分散媒（ビヒクル）と組合せて使用すべ
きことが推奨されているにすぎス、従ってそのフラック
スは液体水と接触した場合には不安定であり、それ故に
フラックスの有効組成およびろう付は特性の制御不能な
変動がもたらされろことが明かである。

また米国特許第３４３１６２９号明細書には、アルミニ
ウムのろう付は接合に用いられるフラックスの量は、ろ
う付は操作を極めて乾燥した炉雰囲気、すなわち典型的
には数ｐｐｍの水蒸気含量に相当する一４０℃またはそ
れ以下の露点を有する炉雰囲気、で実施する場合に、極
めて顕著に削減されうろことが記載されている。

多くのろう付は作業、殊に自動車用ラジェータや空調機
用蒸発器のような密閉式熱交換器のろう付は作業の条件
下では、樹脂結合剤（バインダー）の使用は不可能であ
る。そのような作業条件の場合には、密閉域内に存在す
る酸素が比較的少量であるから、ろう付は作業中に極め
て少量の炭素質物質を燃焼除去することは可能であって
も、多量の炭素質物質をその限られた量の酸素で燃焼除
去するのは不可能であるので、フラックスを実質的に完
全に蒸発しつる分散媒（ビヒクル）中に懸濁させなけれ
ばならない。そのような分散媒（ビヒクル）のうちで、
価格および作業の便宜の両面から水が最も適当である。

なんとなれば、水は残渣を残さず、また燃焼除去のため
の酸素を必要としないからである。

約４５．８％のＫＦおよび約５４．２％のＡｌＦ３の組
成で生ずるＫＦおよびＡｌＦ３の共晶混合物の固化残留
物をＸ線回折により試験すると、それに含まれる実質上
すべての弗化物はに３ＡＩＦ６およびＫＩＦ４　の形で
あることが示される。これらは水に極めて難溶性であり
、また非吸湿性である。要するに上記共晶物はに３Ａｔ
！Ｆ６相とＫＡｌ！Ｆ４相との二つの相からなり、ＫＦ
およびＡ　Ｉ　Ｆ　３　を含まず、そして実質上無水状
態である。

従って、発明者等はフラップを水性スラリーの形で使用
できるようにするには、フラックスの原料（ＫＦおよび
Ａ／’Ｆ３）を硬ろう（すなわちろう付は用硬ろう合せ
板の皮材）に塗着する前にそれらの原料を不水溶性弗化
物に実質的に転化する必要があること、そしてその不水
溶性弗化物が遊離のＫＦを実質上含有してはならないこ
と、を認識した。そのような不水溶性弗化物を得るため
の最も単純で好ましい方法は、ＡｌＦ３　とＫＦとを適
切な比率で一緒に融合させ、その混合物を冷却すること
である。その融合物は無水状態である。

その冷却棟を次いで粉砕して、水に薄いスラＩＪ　−の
形で懸濁できるような適当な小さい粒度にする。

１００メツシユの篩を通過する粒度（１５０ミクロンよ
り小）にまで粉砕すると普通満足すべき結果を与えるが
、１５０メツシユまたはさらに２００メツシユの篩を通
過する粒度（それぞれ１０４ミクロンおよび７５ミクロ
ンより小）にまで粉砕するのが好ましいことが判った。

しかしながら、前述のに３Ａｊ！Ｆ６　およびＫＡｌＦ
４　のような不水溶性弗化物を別々に作り、これらを所
要の割合で混合して本発明のフラックスとすることも可
能である。例えばＫＩＦ４　の製法はプロセラ）　（Ｂ
ｒ６ｓｓｅｔ　）氏によってｒ　Ｚ、　Ａｎｏｒｇ、　
ｋｌｇｅｎ、　Ｃｈｅｍｉｅ　Ｊ　Ｖｏｌ、２３９゜ｐ
、３０１−３０４（１９３８）に発明されており、この
方法はＫＦおよびＡｌＦ３　を適切な割合で一緒に融合
させることからなり、従って得られるＫＡｌＦ４は無水
状態である。

典型的には、本発明のフラックスは、１重量部のフラッ
クス微粉砕物に対して２重量部の水を添加するこｋによ
り、水性スラリーとされる。非常に少量の界面活性剤を
用いると、アルミニウム表面（これは硬ろうの表面であ
っても、あるいはその硬ろうが接合されるべきアルミニ
ウム材の表面であってもよい）に７ラツクスを均一な層
として沈積させ易いことが判明した。また非常に少量（
例えハ０．５％）の慣用増粘剤ヒドロキシエチルセルロ
ースを添加してフラックスを懸濁状態に維持するのが好
ましい。そのような炭素質物質（界面活性剤や増粘剤）
の量は、非常に少ないので、（９） ろう付は作業の際に許容できない程の量の炭素沈着物を
生じさせることはない。

乾燥雰囲気条件を用いろとフラックス使用量を大巾に削
減できるので、無水状態のフラックス、すなわち結合水
を含まないフラックスな使用するとろう付は炉中に非常
に乾燥した雰囲気を保持することができ極めて有利であ
る。本発明のフラックスを水性スラリーにするときには
多少の結合水が付く可能性があるものの、その際に付着
する結合水の量は炉雰囲気の乾燥度に悪影響を与えろ程
多くはない。

融合法によって本発明のフラックスを製造するときに用
いられろＫＦとＡｌＦ３の相対比率は、共晶組成にでき
るだけ近いのが好ましい。既刊の状態図（Ｊｏｕｒｎａ
ｌ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｅｒａｍｉｃ　５ｏｃｉ−ｅ
ｔｙ、　Ｖｏｌ、　４９．　ｐ、　６３１−４　、１９
６６年１２月）に示される融点は、ＫＦの量がその共晶
点組成に必要な量よりも多くなると極めて急激に上昇す
るけれども、Ａ７Ｆ３の量がその共晶組成を越えて６０
％まで増加する場合（すなわち５０（１０） モル係のＡ　Ｉ　Ｆ　３および５０モル係のＫＦでＫ　
Ａ　Ｉ　Ｆ　４　に相当する組成の場合）には融点はわ
ずかに約５７４°Ｃまで上昇するにすぎない。

かくして本発明のフラックスは、単体化合物で表わして
ＫＦ４０〜５０重量係およびＡｊ？Ｆ３６０〜５０重量
％に相当する組成を有し、かつ遊離のＫＦを実質的に含
まない無水状態の実質的に不水溶性の弗化物の微粉砕物
からなる。

本明細書において百分率（％）は、特記しない限り、重
量基準の百分率である。

工業用品位のＫＦおよびＡ　Ｉ　Ｆ　３から融合法によ
り本発明フラックスを製造する場合に、微粉砕した乾燥
状態の両原料を上記のＫＦおよびＡｊ’Ｆ３の相対割合
となるような比率で混合する。ＫＦの純度は特に要件で
はなく、工業用品位（市販品位）のＫ　Ｆは満足すべき
ものであることが判った。従って工業用Ｋ　Ｆに通常含
まれる不純物は許容しうる。秤量およびＡｒＦ３との混
合を容易にするには、ＫＦを少なくとも１００メツシユ
の篩を通過するように粉砕するのが好ましく、また融合
工程中に（１１） 問題が生じないようＫＫＦ原判は水分を含まないように
すべきである。

弗化アルミニウム（Ａ７Ｆ３）原料に関しては、この原
料の純度が低下すると共に製品フラックスの効力が低減
するようである。従って、高純度の蒸留精製ＩＦ３　を
用いろと最良のフラックス効果が得られる。他方、Ａ、
ｆｆＦ３　含量が６７％のような低い弗化アルミニウム
原料からも使用可能なフラックスが製造できた。市販弗
化アルミニウムの純度は、その製法によって大きく左右
される。

本発明のために好ましい市販弗化アルミニウム原料は、
フルオロ硅酸法によって製造され、適切な価格で入手し
うろ９５％純度弗化アルミニウムである。この弗化アル
ミニウム原料中の主要不純物はアルミナである。この原
料に通常含まれるその他の不純物、例えば硫酸塩、鉄酸
化物、シリカ等は、フラックスにほとんど影響を与えな
いと考えられるが、それぞれ０．３％Ｊソ下であるべき
である。

別の製法で製造された上記よりも低純度の弗化アルミニ
ウムも良好に使用することができたが、町（１２〕 成り広範囲の炉内ろう付は条件にわたって堅実な成功を
収めるには、最低純度を９０％ＡｌＦ３とすべきである
。

上述のようにＫＦおよびＡ　Ｉ　Ｆ　３の両者は融合反
応前に乾燥状態としてＡＩ！Ｆ３の加水分解のおそれを
回避すべきである。

フラックスの融点が硬ろうの融点以上に上昇しない限り
、合計約５モルチまでの少量のアルカリ金属、アルカリ
土類金属および亜鉛の弗化物がフラックス中に不純物と
して存在することは許容しうる。しかし、それら弗化物
不純物の存在は、融点をＫＦ／Ａｊ’Ｆ３　共晶物の融
点以下に降下させる何らの利益も与えず、またそれらの
すべては、たとえＫＦとＡｌＦ３との比率を最適な融点
を与えるように調節したとしても、ある程度融点を上昇
させる効果を示す。

実施例 十分に乾燥した状態の弗化カリウムおよび弗化アルミニ
ウムをそれぞれ７０メツシユの篩を通過するように（２
１２ミクロン以下に）粉砕した。

（１３） この粉砕物同志をＫＦ／１．５．８％およびＡＪＦ３５
４２チの割合で混合して緊密な混合物とし、次いでとの
混合物を黒鉛るつぼに入れ、このるつぼを６２５〜６５
０℃の炉内に置いた。混合物が溶融したときに白金攪拌
棒で１ａ、拌した。次いでこの溶融物を鋳型に急速に注
ぎ込み固化させた。

このようにして作ったフラックス材を２００メツシユの
篩を通過するように粉砕しく７５ミクロン以下）、水に
懸濁して前述のような簿いスラリー（固形分１：水２）
とした。前述のタイプのろう付は用硬ろう合せ板から板
プレスフィン式の熱交換器を製造するのに上記水性スラ
リーを使用した。水性スラリーは、組付は品の対向する
表面に約２５０ｇ／Ｗ？の割合で塗着した。このフラッ
クス塗着量で、組付は品をろう付は炉（大気雰囲気）で
約６００℃の温度に加熱したときに強固な接合が形成し
た。

単体化合物として表わして４０〜５０チのＫＦおよび６
０〜５０％のＡｌＦ４に相当する組成を有する本発明の
不水溶性弗化物フラックスは、従（１４） 来の塩化物フラッフと異なり、非吸湿性であり、液状充
填金属（溶融した硬ろう合金）中に取込まれる傾向がな
い。従って本発明のフラックスは大気中へ露出しても、
またはろう付は前に水性スラリーとしても、従来のフラ
ックスのような加水分解によるオキシ塩化物生成の問題
を越こすことがなく、腐食のない強固かつ密な接合を可
能とする。

本発明の主要な利点は、水性スラリーの形で塗着するこ
とができ、かつ実質的に非反応性の残渣を残す極めて低
水溶性のフラックスを提供することであるけれども、本
発明のフラックスは、樹脂系ビヒクルに分散した形で塗
着された場合にも（ただし、その樹脂ビヒクルを燃焼除
去できる開放栄件下でろう付は作業が実施しうるならば
）、同様に良好なフラックス機能を果す。

本発明のフラックスはアルミニウムに対して実質的に非
腐食性であり、また非吸湿性であるので、このフラック
スを使用することにより、予めフラックスを塗着したろ
う付は用硬ろ５合せ板の供給あるいはストックが可能と
なるので、ろう付は製（１５） 品の多量生産の場合に非常に価値がある。

フラックス粉砕物を分散させるための樹脂系ビヒクルは
、フラックスの融点以下で分解する種類のものでなけれ
ばならないが、多くの樹脂はそのような性質をもってい
る。

１００メツシユの篩を通過するような粒度（１５０ミク
ロン以下）またはそれよりもさらに細かい粒度にまで粉
砕したフラックスを、水溶性樹脂または水分散性樹脂に
分散させることもできる。水分散性樹脂の一例は、適当
な架橋剤、例えばｒＣｙｍｅｌ　３００Ｊ（商標：へキ
サメトキシメラミンを主剤）を配合して含むライヒホー
ルド社製のポリエステル樹脂ｒｓＴＦ３５５Ｊ（商標）
がある。このようにして得られるフラックス含有樹脂組
成物をろう付は用硬ろう合せ板の表面に塗布し、適度な
温度に加熱して樹脂組成物を焼き付け、ろう付は作業が
実施されるまでの貯蔵に適した状態にすることができる
。このようなフラックス含有樹脂組成物は、もちろん、
ろう付けの直前に塗布することもでき、その場合には焼
き付は工（１６） 程は省略できる。別法として、有機溶剤を基本としたア
クリル樹脂塗料ビヒクルのような、溶剤を基本とした樹
脂組成物を本発明フラックスの分散媒（ビヒクル）とす
ることもできる。さらに別法としては、フラックスおよ
び樹脂の両者を乾燥粉末状態で静電法により付着させ、
次いでこれを焼き付けることもできる。良好なろう付は
接合を得るには、フラックスを１７５〜３５０　’Ｊ／
−の量で用いるのが好ましい。フラックスを接合部と対
応するろう付は用合せ板の部位にのみ塗着すれば足りる
ことは、明かである。従って、ある場合には、ろう付は
用硬ろ５合せ板の特定選択部分にのみフラックスを塗着
すれば充分であり、例えばスクリーン印刷法により特定
選択部分にのみ塗着し、フラックスを経済的に使用する
ことができる。

本発明のフラックスは、ろう付は用硬ろうとして用いら
れるアルミニウム合金の粉末、および樹脂系ビヒクルと
混合して使用することもできる。

この混合物を、前記のろう付は用硬ろう合せ板と異なり
その表面に硬ろう皮材を有しないアルミニ（１７） ラムの板、管、その他の加工品あるいは鋳造品から作ら
れた部材の上に塗着する。このようなフラックス塗着部
材を、加熱して（ろう付は温度よりも可成り低い温度）
、その表面上にフラックス、樹脂および硬ろう粉末を含
む硬い非吸湿層を焼き伺は形成できる。このような部材
同志は、それらを−緒に接触保持し、硬ろうの融点また
はそれよりもわずかに高い温度に加熱することにより接
合できろ。その際に７ラツクスの存在下に硬ろうの融着
した粒子同志が合着して、部材と、そして部材同志の間
に、合金結合を形成する。

さらに別の使用態様においては、本発明のフラックスと
樹脂とからなる被覆を、硬ろう合金の圧延帯板の両面に
塗布し、次いでこれを加熱焼き付けしてろう付は用材と
することができる。このろう付は用材は所要の寸法に切
断して、接合されるベキアルミニウム部材（このものは
硬ろう皮材をクラッドしてない）の間に挿入し、ろう付
けを行なうことができろ。

従来の水溶性塩化物フラックスはろう付は後に（１８） 腐食防止のために除去されなければならないが、そのよ
うな従来の水溶性塩化物フラックスを用いる場合には、
ろう付は炉から取り出した直後の高温のろう付は組付は
品を洗浄のために水中で急冷するのが普通であった。高
強度が必要とされる場合には、高温からの急冷およびそ
れに続く時効硬化によってはじめてその最大強度を発現
しうる合金、例えばＡＡ　６０６３　（Ａｌ−８？：　
０．２〜０６係−Ｍｇ０．４５〜０．９％）の母板（芯
）を有するろう付は用硬ろう合せ板を用いるのが普通で
あった。

本発明のフラックスは、ろう付は後にも非吸湿性、非水
溶性、非腐食性であり、従って防食のためにろう付は後
に洗浄除去する必要がないので、これと組合せて使用す
るろう付は用硬ろう合せ板の母板（芯）用合金としては
、ろう付は炉から取り出した際に空冷のように比較的緩
慢に冷却されるときに満足すべき強度を発現しまた自己
時効性であるアルミニウム合金を使用でき、かくして冷
却後の時効化熱処理が不必要である。従って、自（１９
） 己時効性の、ＡＡ　７１０４　（Ａ／？−Ｚｎ　３．８
％−Ｍｑｏ、８％）のようなＡｊ？−Ｚｎ−Ｍｇ合金を
、６１５℃〜６４５℃の融点をもつ母板（芯）として使
用できる。この母板用合金は、結晶成長抑制剤（例えば
０．３％のＭｎ）を含せることにより変性するのが好ま
しい。この母板用合金には、１〜２％のＺｎ添加により
変性した硬ろう合金、例えばｋｌ−３ｉｌＯ％合金また
はｋｌ−８ｉ　１２％合金合金皮材としてクラッドする
のが好ましい。

このように硬ろう合金を１〜２ヂのＺｎ添加で変性する
のは、母板合金と皮材合金（硬ろう）との間の電位差（
ＩＮ塩化ナトリウムおよび０、ＩＮ過酸化水素の水溶液
中で飽和カロメル電極を参照電極として測定）を、約０
．１ボルト以下の値にまで低減させるためである。上述
のような１〜２％のオーダーの亜鉛を添加しても、ｋｌ
−８ｉ皮材（硬ろう）の融点はほとんど影響を受けない
。

（２０） 第１頁の続き ０発　明　者　エリツク・ロバート・ウォレイス 英国ケンブリッジシャー州ケン ブリッジ・シルバー・ストリー ト・ダーウィン・カレッジ（番 地なし） ０発　明　者　アーネスト・ウィリアム・デウイング カナダ国ケベック州アービダ・ ディツキ−・ストリート３１０番

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）単体化合物で表わしてＫＦ４０〜５０重量％およ
   びＡＩ！Ｆ３６０〜５０重量％に相当する組成を有し、
   かつ遊離のＫＦを実質的に含まない無水状態の、実質的
   に不水溶性の弗化物の微粉砕物からなるアルミニウムろ
   う付は用フラックス。