JPS62156072A - アルミニウム系材料のろう付け方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミニウム（Ａｌｉ’　）又はＡ４合金材
料（以下Ａｌ糸材料という）の表面に、フラックスとし
ての化成処理層を形成したのち、加熱することにより、
Ａｌ系材料を相手材とろう付けする方法に関するもので
ある。

〔従来技術およびその問題点〕

従来からＡｌ系材料のろう付けには、ろう材としてＡｇ
糸材料より若干融点の低いｈｅ　　８ｉ共晶合金が主と
して使用されている。また、ろう材が、　Ａｌ系材料と
良好に接合するためには、該Ｍ糸材料の表面に存在する
酸化物被膜等の汚れを除去する必要がある。この汚れを
除去するためにろう材とともにフラックスをろう付け部
に適用する。

出願人はＡｇ系材料のため■ろう付け用フラ、クストシ
てペンタフルオロアルミニウム酸カリウム（ＫｔＡｌＦ
、　”）が有効であることを見いだし、ろう付け方法の
発明として既に出願した（特願昭５８−１９１３１１号
）。Ｃの方法においてＬ　Ａ　ｅｐｉはＡｇ系材料から
なる被ろう付け体の表面に化成処理により形成されるも
のである。

該Ｋｊ　ＡｇＦ２からなる化成処理層は、温度が約５６
０℃になると融解し始め、Ａｌ系系材裏表面酸化膜を除
去し、しかもＡｌ自体とは化学反応しないので、Ａｌ系
材料のろう付け用フラックスとして使用できるものであ
る。

しかし、該化成処理ｍｔ影形成る場合、処理浴の条件に
よっては、処理中に（ヒ成処理層のＡｌ系系材裏表面の
密着性が不充分で、（ヒ成処理層の構成物が脱落しｆｃ
シして、処理浴に沈殿したυ、処理浴の保守に手間がか
かるという問題がありた。

また、化成処理層を形成したのち、　Ａｄ系材料金加工
する場合罠も化成処理層が脱落する０ともちうた。

の提供を目的にして鋭意研究を進めた結果、化成処理層
の結晶成長形態が処理温度によ−て大きく変化するとい
う知見を得、この知見をもとに本発明を為すに至った。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
Ａｌ系材料の少なくともろう付け所望部を、カリウム（
Ｋ）イオンおよびフッ素（Ｆ）イオンを含有する処理溶
液と０〜１０℃の温度範囲内において接触させることに
より、該Ｍ糸材料の表面にろう付け用フラックスとして
のアルミニウム酸カリウム錯塩、又はアルミニウム酸カ
リウム錯塩トフフ化アルミニウム（ｈｇｙｓ　）との混
合物、からなる化成処理層を形成する化成処理工程と、
上記ろう付け所望部を加熱してＡｇ糸材料を相手材とろ
う材によυ接合するろう付け工程とからなることを特徴
とするアルミニウム系材料のろう付け方法である。

本発明における「ヒ成処理工程は、Ａｌ系材料を堆層を
形成する工程である。

本発明において、Ａｌ系材料とは、　ＡＪ材料あるいは
ＡＪ合金材料をいう。Ａｌ合金材料としては。

Ａｇに、珪素（８ｉ　）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ
）。

亜鉛（ム）、チタン（Ｔｉ　）　、クロム（Ｏｒ）、ジ
ルコニウム（Ｚｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）等を少なく
とも一種類添加したＡｌ合金材料である。たとえば。

ＪＩＳにいうＡ３００３材、Ａ３００４材、Ａ７０７２
材等のＡｌ合金材料である。また、Ａｌ系材料としては
、Ａｌあるいは上記ＡＮＮ会合材料表面に、融点が１０
〜１００℃低い合金、たとえばＳｉ含 を７〜１２ｗｔ％含有したＡｌＳｉ共晶会金を被覆した
ものでもよい。具体的には、ＪＩ１３Ａ３０Ｃ１５材■
表面にＡ４３４材付表面ラッドした。いわゆるブレージ
ングシー）（ＢＡ１２ＰＣ等）である。

本化成処理工程では、上記Ａｌ系材料を、処理溶液と接
触させると、フルオロアルミニウム酸カリウム錯塩又は
フルオロアルミニウム酸カリウム錯塩とフッ化アルミニ
ウムとの混合物（以下、総称して該錯塩という）からな
るｆヒ成処理層が形成される。処理溶液と接触させる方
法としては、Ａｌ系材料を処理溶液に浸漬する方法が最
もよいが。

Ａｌ系材料の少なくともろう付け所望部に塗布あるいは
吹きつける方法でもよい。このときには。

処理溶液中のにイオンおよびＦイオンが不足しないよう
に比較的多量に供給するのがよい。

上記温度ｍ凹円では、得らｎる１ヒ成処理層の密着力４
ｘ、２ｏ〜３０℃（室温付近）の場合に比べそ向上し、
また、処理浴にたまるスラッジの発生量も少なくなる。

使用する処理溶液は、少なくともにイオンとＦイオンを
含んでいることが必要である。処理ｆｇ液の調製には、
いくつかの方法がある。たとえば。

Ｋを含む化合物とＦを含む化合物を水等の溶媒に溶解す
る方法、におよびＦを含む化合物を溶解する方法がある
。Ｋｇ含む化合物としては、フッ化カリウム（ＫＦ　）
、水酸化カリウム（ＫＯＨ）。

炭酸カリウム（Ｋ２Ｃｏ、　）等、千を含む化合物とし
ては、フッ化水素（ＨＦ）珪フッ化水素（Ｈｚ８ｉＦ６
）。

ホウフッ化水素（ＨＢＦ、）、フッ化アンモニウム（Ｎ
　Ｈａ　Ｆ　）等、また、にイオンとＦイオンを含む化
合物としては、フッｆヒ水素酸カリウム（ＫＨＦ２）。

珪フッ化カリウム（Ｋ２Ｓ　ｔ　Ｆ　ｓ）　、はうフッ
化カリウム（ＫＢＦ４　）等を用いることができる。よ
り具体的にｉ−Ｘ、ＫＦおよびＨＦｉ水に溶解する方法
である。他の調製方法としては、に、ＣＯ，、ＫＯＨを
水に溶解し、さらにＨＦｋ加える方法、又はＩ　ＫＨＦ
２を水に溶解する方法でもよい。しかし、これらに限ら
れるものではない。このように、処理溶液はにイオン、
Ｆイオンを含んでおればよいが、よりフラックス効果の
高い化成処理層を効率よく生成させるためには、該浴液
■にイオンの濃度を００１〜１．０モｉｖ／　ｅ　、　
Ｆイオンの濃度Ｕ、にイオンに対して、１〜１０とする
のがよい。

ＫおよびＦのイオン濃度が上記範囲未満の場合には、化
成処理速度が低く、フラックス効果を得るのに必要な愈
の該錯塩を生成するのに長時間を必要とする。また、上
記範囲以上であっても化成処理層が形成されるが、に、
Ｆの増加量に比して低下する）と、　Ａｉｌ系材料が強
く腐食され９表面が荒れるので好ましくない。なお＋、
：ｐｕを調節するには、ＨＦを加えるのが、該錯塩用原
料の供給という観点からも望ましい。

Ａｌ系系材−，処理８ｅ、と接触した部位では。

処理溶液中ＯＫイオンとＦイオンとＡｌ系系材−Ａｌと
が反応して、Ａｌ系系材−表面にフラックス層としての
化成処理層が生成する。

Ａｌ系系材−，素材のま１化成処理工程を施してもよい
し、所望の形状に加工したもの、あるいはそれらを仮組
立したのち「ヒ成処理工程を施してもよい。該ムｅ糸材
料に化成処理工程を施す前に該材料の表面をトリクロル
エチレン等の有機溶媒で脱脂を行なってもよい。このよ
うに該Ｍ糸材料の表面を清浄Ｋｌ、てから化成処理工程
を施すのがよい。

該Ｍ糸材料と処理溶液との接触時間は、処理溶液のにイ
オン、Ｆイオン濃度、Ｐｆｌおよび液温展によって決ま
らないが、たとえば０．５〜５分程度である。

処理溶液の温度調節（冷却）は、水浴を用いるか。

冷凍機を用いて行えばよい。また、　ＡＩ系材料をも冷
却しておくのがよい。

得られる化成処理層は、塊状結晶であり、罠温付近で得
られるペンタフルオロアルミニウム酸カリウムの水和物
（Ｋｙ　Ａ　ｅ　Ｆａ・Ｌ（２０）の針法結晶物とは。

異なっている。

化成処理層の表面を観察した電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真
の例を第１図および第２図春示す。第１図は。

温度５℃で接触した場合、第２図は、室温（２５℃）の
場合である。第１図には、塊状の結晶が多く見られるが
、第２図では針状の結晶となっている。

本工程において得られる化成処理層を構成する該錯塩を
同定するために、Ｘ線回折等による測定を行りたが、塊
状の結晶からなる低温浴による化成処理層は、既知の結
晶構造を取る物質（例えばＫＡｌＦ３．Ｋｉ＃Ｆ　ａ、
Ｋｇ、すＦａ　・ＴｌｔＯｌＡ（ＩＦｓ　・３ＨｚＯ）
のものとは一致せず、該錯塩を同定することができなか
った。このことは、ＫＦ−Ａｉ？Ｆ、系の相平衡状態が
非常に複雑であり、同一組成の化合物であっても温度に
より多数の結晶系を取υうるものであり、多種類の錯塩
からな−でいるものと考え陽極にして、上記処理液中で
通電しながら、Ａｌｅ材料の表面に該錯塩を生成しても
よい。この場廿、陰極材料としては、陽極と同等の表面
積を有する炭素等の、処理溶液中へイオンとなって溶出
しない材質のものが望ましい。

さらに、交流電流を通じなから化成処理を行なってもよ
い。この場合は、二組のＡｇ系材料を用２意し２両Ａｌ
糸材料に電圧を印加する。そうすると、電位の高くなっ
た方のＡｇ糸材料に該錯塩が生成し、低くなったとき該
錯塩は溶出しない。それ故２両ＡＩ系材料には電位が高
くなったときのみ該錯塩が生成して化成処理層を形成す
ることになる。

直流電圧を印加した場せ、交流イ圧を印加した場合、い
ずれの場合においても、電圧を印加しない場合に比べて
該錯塩の生成速度が大きくなり。

短時間のうちに所望の化成処理層を得ることができる。

上記化成処理工程を施したＡｌ系材料表面には。

未反応のにイオンおよびＦイオンが残留している。

Ｑｒ４留したにイオンおよびＦイオンを水洗してもよい
が、水洗しなくても後の工程には差支えない。

さらに該処理したＡｌ系材料に乾燥工程を施してもよい
。該乾燥工程は、Ａｌ系材料の表面に付着した水を散逸
させる工程である。化成処理後水洗を行わない場合には
、この工程によりＡｆｉ系材料の表面に残留したにイオ
ンおよびＦイオン？ＡＪｌ？と反応させて、さらに該錯
塩を生成することもできる。

乾燥の具体的な手段としては、大気中に放置してもよい
が、化成的長時間を必要とする。また。

１０°Ｃ以下の温度で反応を十分に行った後であれば室
温から１００°ＣのＩＭＬ風を吹きつけて行なってもよ
い。また１００〜２００°Ｃの熱風を吹きつけてもよい
。特に熱風を吹きつけると、該錯塩に付着している水分
がなくなって、Ａｌ系材料の表面に焼きつけられ、化成
処理層はより強固となる。

さらに、後のろう付け工程において、水蒸気を発生する
ことがないので、加熱短円の露点を上昇させることがな
い、Ｊまた。有害なフッ化水素蒸気を発生しないという
利点も有する。

以上のようにして得た化成処理層を有するＡｌ糸材料は
１表面に、該錯塩が０．１〜５Ｑ／ｌイ俣度固着してい
る状態が２次のろう付け工程においてフラックスとして
作用するのに望ましい。

と記λβ糸材料は、先述したが、たとえば線状。

板状、塊状の素材のまま、あるいは所望の形状。

たとえば自動車用ラジェーターの冷却水流通チューブお
よびフィンの形状に成形した部品、あるいはこれらを組
立てて、相手材と組合せたろう付け所沼部を有する仮組
立品としたものでもよい。

素材のままで化成処理工程ｆｒ、施した場合には。

該素材を所望形状に加工し、相手材と組合せた仮岨立品
とする。相手材は上記化成処理したＡ４糸材料でもよい
し、化成処理工程を施さないｋ（ｌ系材料でもよい、、
また、従来法によるフラックスを付着せしめたものでも
よい。該素材の加工時には。

化成処理１−は強固にＡｌ糸材料と結会しているので、
大きな変形量を与えても、剥離することが少ない。特に
該餉堪の付着−がα２〜４１１／、イであると、かなり
の強加工を行なっても剥れることがない。け石量が６９
７ｍ以上になると９曲４を大きくして曲げると剥離する
こともあるので、注意して加工する必要がめる。

上記仮組立品において、ろう付け所望部は、２又はそれ
以上の部材が組会わせられる個所である。

このろう付け所望部には次工程のろう付け工程を施す前
に、ろう材を供給しておく必要がある。ろう材の供給方
法としては２組会わせられる部材の少なくとも一つに、
ろう材をクラッドした材料２関用する方法が簡単で好ま
しい。池の方法としては、棒状、板状、線状あるいは粉
状のろう材をろう付け所望部に沿わせて供給してもよい
。

上記ろう材にも、あらかじめ上記化成処理工程を施して
該錯塩を付着せしめておいても良い。ろう材としては、
フラックスの融点より約１０〜１００°Ｃ高い融点を有
するものがよい。一般にＡｌ−８ｌ糸共晶甘金（８ｉ含
量７〜１２ｗｔ％）（Ａ４３４６甘金、　Ａ４０４７会
金等）全使用することができる。

欠にろう付け所望部を１熱する。炉加熱の場合には、窯
素雰囲気等の非酸化性雰囲気で行うのがよい。加熱を行
なうとまず約５６０°Ｃになると該錯塩からなる化成処
理層が融解し、フラックス作用を発揮する。すなわちＡ
／系材料の表面にあるＡ３２０３と反応して、該Ａｌ、
０３が除去される。

さらに温度が上昇すると、ろう材が溶融し、八β２０３
の除去されたＡｌ系材料の表面とよくなじみ。

ろう付け所望部に流動、浸透する。その結果、良好なろ
う付け接会部が形成される。

なお２本発明にがかる化成処理工程を施したＡｇ糸材料
を、　Ａ／糸材料溶湯に接触させることにより加熱する
と、該溶湯による濡れ性がよくなる。。

糸材料の鋳ぐるみも可能である。

〔効果〕

Ａｌ糸材料の表面ににイオンおよびＦイオンを含む処理
溶液を供給し、Ａｄ基糸材料中Ａｇと溶液中のイオンと
を０〜１０°Ｃ以下の温度で反応させて得た該化成処理
層は、従来の型温以上の温度で反応させて得た化成処理
層よりも結晶が塊状。

緻密になっている。

それ故、Ａｌ系材料への密着力が高＜、Ａｌ系材料を加
工、組立てする場合にも、化ＦＭ、処理層の脱落の程度
が小さく、かなりの強加工上流すことができるとともに
、後のろう付け工程において、有効なフラツクスとして
作用する。

また、化成処理層の密着性が良いので、処理中。

処理浴に沈澱するスラッジの発生量も少なく、浴寿命を
延ばすことができ、浴管理上の利点もある。

〔実施例〕

ＡＪＩ？　−７ｗｔ％８ｉ会金を両面にクラッドしたＡ
ｌ系材料１（プレージングシート）（ＪＩＪＢＡ＋　２
ＰＣ、大きさ６　Ｘ　４　ｃｒｎ、厚さ１．６　ｔｍ　
）とＡ４糸材料２（ＪＩＳＡ３００３．大きさ６　Ｘ　
４　ｃｒｎ、厚さ１．　Ｑ朋）を表の実施番号１〜４に
示した各室Ｋ（Ａｆｆ糸材料、処理溶液とも）にて、処
理溶液に浸漬することにより、化成処理工程を施した。

なお、処理浴τ夜は、ＩＦを１１１モル／ｌ、■Ｆを０
２モルＡ溶解した水溶液である。また、浸漬時間は、２
分とした。処理したＡｇ糸材料１および２をＦｊｒＪ３
図に示すようにＴ型に組合せて、ろう付け部１１を有す
る被ろう付け体とした。。

化成処理層のｇ酸物を調べるために、実施番号１につい
て化成処理層構成物を化学分析した。そｏｗ果、にとＡ
＃の原子比に／Ａｇｕｔ１／１　で＃った。また、Ｘ線
回折結果を、第４図に例示する。

Ｋ、ＡＩＦ、　−Ｈ，０、Ｋ、　ＡｄＦ、　、ＫＡｆｉ
Ｆ、　、　ＡｌＦｓ　−３Ｈ２０のいずれにも一致しな
いピーク（朱印）が多数観察された。さらに８ＥＭによ
り観察した結果、塊状の結晶が多数みられた。

上記被ろう付け体を窒素雰囲気炉で６２０　’Ｃ。

２分間保持の加熱工程を施したのち、大気中に取り出し
、冷却した。第５図に示すように、ろう付け部１１には
ろう材が浸透し、艮好なソイレットが形成された。

なお、ろう付け前に、化成処理層の密着性を調べるため
に、各、Ｊ糸材料の化成処理層表面にセロテープをはり
つけたのち、引きはがし、その部分の化成処理層残存率
（重量％）を求めた。結果を表に示す。

一方、実施番号０１〜Ｃ４に示すように、２５°Ｃ以上
の温度で、化成処理を比較例として行ないこれらについ
ても検討した。この場合、化成処理層は針状の結晶（×
線回折からに、　ＡｇＦＳ、　Ｈ，０と同定された）か
らなり、その密着性が実施番号１〜４のものに比較して
劣っていた。

表

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明において得られる化成処理１留表面の
例を示す８ＥＭ写真、第２図は、従来技術により得られ
る化成処理層表面の例を示す８ＥＭ写真、第３図ないし
第５図は実施例を示し、第３図は、被ろう付け体を示す
斜視図、第４図は、化成処理層のＸ線回折線の例を示す
線図、第５図は。 良好なフィレットを有する被ろう付け体の例を示す斜視
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　アルミニウム又はアルミニウム合金材料（Ａｌ
   系材料）の少なくともろう付け所望部を，カリウムイオ
   ンおよびフッ素イオンを含有する処理溶液と，０〜１０
   ℃の温度範囲内において接触させることにより，該Ａｌ
   系材料の表面にろう付け用フラックスとしてのフルオロ
   アルミニウム酸カリウム錯塩，又はフルオロアルミニウ
   ム酸カリウム錯塩とフッ化アルミニウムとの混合物，か
   らなる化成処理層を形成する化成処理工程と， 上記ろう付け所望部を加熱してＡｌ系材料を相手材とろ
   う材により接合するろう付け工程とからなることを特徴
   とするアルミニウム系材料のろう付け方法。 （２）　上記Ａｌ系材料は．予めろう材を被覆したもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
   のアルミニウム系材料のろう付け方法。（３）　上記化
   成処理工程は，Ａｌ系材料を成形加工して所望形状にし
   たのち，施すことを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項記載のアルミニウム系材料のろう付け方法。 （４）　上記処理溶液は，フッ化カリウム，水酸化カリ
   ウム，炭酸カリウムの少なくとも一種と，フッ化水素，
   珪フッ化水素，ホウフッ化水素，フッ化アンモニウムの
   少なくとも一種との水溶液であることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載のアルミニウム系材料のろう
   付け方法。 （５）　上記処理溶液は，フッ化水素酸カリウム，珪フ
   ッ化カリウム，ホウフッ化カリウムの一種以上の水溶液
   であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
   のアルミニウム系材料のろう付け方法。