JPS6238079B2

JPS6238079B2 -

Info

Publication number: JPS6238079B2
Application number: JP5412177A
Authority: JP
Inventors: Ichikazu Kasai; Tsuyoshi Kitabayashi
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1977-05-11
Filing date: 1977-05-11
Publication date: 1987-08-15
Also published as: JPS53138954A

Description

【発明の詳細な説明】本願発明は金属を接合するためのろう材に関し
接合強度が高いうえ耐蝕性に秀れ、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
中でもろう接方法は母材に変化を与えないこと、
作業が容易なこと、また応用範囲が広いことなど
から広く実用に供されている。ろう接は金属ろう
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、母材とろう材
との性質の関係が非常に重要である。本願発明は
ステンレス鋼やニツケル合金などの耐蝕合金に特
に適したろう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
から表面に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る。使用環境
としては水、酸素を初め各種の腐蝕環境にさらさ
れる。従つて、このような合金のろう接部も当然
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（白灰色系）であるこ
とが好ましい。現在、金属ろうとして一般に知ら
れるものは大別して(1)金ろう、黄銅ろう、銅ろ
う。(2)銀ろう、アルミニウムろう、ニツケルろう
などがある。この中で(1)はいずれも有色ろうであ
り、また(2)に属するろうは白色系である。

しかしいずれも耐蝕性が充分でない。中でも銀
ろうはステンレス鋼等とぬれ性が良く、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
化銀の生成による黒変色が大きな欠点となつてい
る。またNiろうはNiにＰやＢを添加して溶融点
を低くし湯流れ性を改良したろう材料としてJIB
にも規定されているが、ＰやＢなどの添加元素が
耐蝕性に悪影響し、本願の目的とするようなステ
ンレス鋼や耐蝕合金に匹敵する秀れた耐蝕性を保
持していない。しかしながらニツケル系のろう材
のろう接強度はかなり秀れており前記耐蝕性の改
良が望まれている。

本願発明はこのような状況のもとに耐蝕性に秀
れた白色系のろう材料を提供しようとするもので
ある。

本願発明者はSn、Coを主成分にNi、Cr、を添
加せしめた四元系金属ろう及びさらに添加元素に
より改良したろう材料を開発し、先に特許出願し
た。該発明は耐蝕性に秀れ白色をした金属合金ろ
うで、ステンレス鋼等のろう接に好適であるがろ
う接強度に関しては必ずしも充分であることは言
えない。本願発明の金属ろうは前記Sn−Co系ろ
う材に比べ若干の湯流れ性に不安があるが、むし
ろろう接強度が非常に秀れていることが新しい特
徴として加えられるものである。ステンレス鋼や
耐蝕合金の主成分となつているNiを主体に添加
元素の選択を試みたものであり、前出のJIS Niろ
うのようにＰやＢのような半金属を主流とせず、
あくまで合金固溶体形成を考慮してCr、Sn、Cu
を選択した結果、その目的を果たし得たものであ
る。Ni系の本願金属ろうはろう材そのものの靭
性がある上被ろう接材料との拡散固溶を容易とし
ているため接合部強度の向上がはかられている。
しかしながらろう材料自体では展延性に乏しく、
圧延、線引等の加工はほとんど不可能である。従
つて粉末状で使用するプラスチツク等のバインド
剤を選択してシート状等に成形して使用しなくて
はならない。

本願発明合金はNi−Sn、Cr、Cu系合金を必須
成分とし、さらに合金強度と靭性の改良を主目的
にFe、Ti、Coを、また流れ性被ろう接材料との
ぬれ性の改良向上を目的にGe、Ｐ、In、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成分限定理
由について説明する。組成比はいづれも重量％を
示す。Niは本願の主成分をなすもので、被ろう
接材料との拡散固溶性に秀れてある上ろう材及び
ろう接部の靭性を保持するものである。

従つて前記特性を発見する30％以上を必要とし
それが顕著な42.5％を下限に定めている。Crは３
％以上加えるとろう材の耐蝕性が向上するが実用
的には11％以上が好ましい。又Crの添加量が増
加するに従つて、湯流れ性が悪化し被ろう材のス
キマ部分へのろうの浸透を防害する。従つて
Sn、Ge等の元素との兼ねあいが重要であるが15
％以下であれば、他元素の選択によつて耐蝕性、
ろう流れ性の双方にとつても好都合な性質を与え
得る。

次にSnはろう材の溶融点を低下しステンレス
鋼や耐蝕合金とのぬれ性を改善するための毛管現
象によりろう接部の密着部分へのろう接を完全に
する。しかし添加量が増加すると強度、靭性の低
下を招来するため、これらの性質の兼ね合いにお
いて24〜30％の範囲を限定する。Cuは２％以上
で溶融点の低下と靭性の維持に効果があるが実用
的に５％以上が好ましく25％を越えて添加される
と耐蝕性が悪化するため実用性から10以下に限定
する。

先に述べたように本願発明の金属ろうは以上４
種の元素を合金することによつて目的とする性質
をほぼ満足するが、更に接合強度、或いはろう流
れ性などの性質を向上せしめるための若干の添加
元素を加えている。即ちFe、Ti、Coの中から１
種又は２種以上を選んで加えることによつてろう
接部位の破壊強度が向上する。添加量は1.5％以
上で有用な効果を発現し初めるが、３％程度添加
した場合特に顕著である。３％を超えて添加する
と融点の上昇や、流れ性を低下したり、或いは耐
酸化性（耐熱）が劣化し、ろう接雰囲気が限定さ
れてくる。

またGe、Ｐ、In、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つてろう接時のろう
流れ性を改良する。添加量は１％以上で有用な効
果が現われ出し添加量の増加に伴なつて効果も増
すが12％を超えると被ろう接材料との相互拡散が
活発になりすぎ、いわゆる虫喰い現象を生じる。
とりわけＰにその傾向が強く、従つてこの元素は
１％以下に限定する。

尚、前記Fe、Ti…系、Ge、Ｐ…系列の各元素
はそれぞれに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れぞれの効果を滅殺する
ものではない。即ち、被ろう接材、接合形態、ろ
う接作業環懐（雰囲気等）温度等の諸条件、並び
に求めるろう接部位の特徴（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効である。

ろう接作業は通常真空中、水素、アンモニ
ア分解ガスなどの還元性雰囲気中、アルゴン、
窒素などの不活性気体中、大気中等の酸化性雰
囲気中で行なわれるが、本願合金はこれらいずれ
の雰囲気においてもろう接可能であり、とりわけ
、において秀れている。しかしフラツクス等
の使用によりはもちろんの酸化性雰囲気中に
おいてもろう接できる。しかし酸化により表面の
変色は避けられない。また加熱方式は炉中、高周
波等の誘導加熱、或いは抵抗加熱等が可能であ
り、トーチ、ガス等の火災加熱においてはフラツ
クスの使用及びCrの少ない組成比のろう材を使
用することが望ましい。本願金属ろうの溶融点は
成分選択によつて異なるが、およそ950〜1200℃
に分布する。従つて最適ろう接温度は980〜1250
℃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純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特許請求の範囲の中からCr11％、Cu10％、
Sn30％、Fe3％、P1％、残部Niからなる組成比
の金属ろうを真空溶解により作成し200メツシユ
の粉末とした。被ろう接材を304ステンレス鋼と
しその大きさを５×５×20mmの試験片として突き
合わせろう接を試みた。金属ろうは流動パラフイ
ンに混練し、試験片突き合わせ部分に配置し、こ
れをアンモニア分解ガス雰囲気（露点均一30℃）
中で1150℃約10分間の加熱を行ない急冷した。

この結果ろう材は突き合わせ部に完全に浸透し
接合を完成した。

この試験片を引張り試験機を用い接合部の強度
試験を行なつた結果、35〜42Kg／mm²（39Kg／
mm²）であつた。また、耐蝕性も15％食塩水人工汗
144時間浸漬（35℃）に加えて10％硫酸、アンモ
ニアガス雰囲気においても何ら発銹はなかつた。
尚本成分比の金属ろうの液相点は1050℃、固相点
は1080℃、適正ろう接温度は1100〜1200℃であ
る。本成分系金属ろうは真空中加熱においては
10^-1Torr以上の真空度であれば何ら変色を生じ
ないが真空度の悪い場合、或いは水素ガス中、ア
ンモニア分解ガス雰囲気で露点の高い場合等にフ
ラツクスを用いずろう接を行なうと、ろう材が溶
融前に変色しろう接後ろうを置いた部分に若干の
酸化物を残し、外観上好ましくない場合がある。

本発明者はこのような場合の解決策について、
実験検討しろう材粉末の表面処理によつて解決の
道を導きだした。

実施例２実施例１に用いた金属ろうを用いて実際に腕時
計バンドとケースをろう接する実験例を示す。

被ろう接材は304系ステンレス鋼からなるメツ
シユバンドとケースとし、バンド端部とケース側
面（〓又部分）を所要の形状に加工し双方を突き
合わせて治具で固定し、上面に前記金属ろう粉末
を適量置いて実施例１と同様条件でろう接した。

接合部の強度は引張試験において40Kg／mm²以上
の引張に耐え、外観的にもステンレス鋼ケース、
バンドと全く区別のつかないため接合を感じさせ
ない一体感のある時計外装製品が得られた。耐蝕
性も人工汗（35℃）１週間浸漬の所定テストに合
格した。

実施例３特許請求の範囲の中からCr15％、銅５％、
Sn24％、Ge7％、In2％、Zn3％、Ti1％、Co0.5
％、残部Niからなる金属ろうを作成し、被ろう
接材料として304ステンレス鋼とハステロイＣ合
金の異種合金を選んで、これを1150℃真空中で加
熱ろう接した。

試験片は実施例１と同様で行ない、引張り試験
を行なつた結果強度約46Kg／mm²であつた。また接
合部はほぼ完全にろうがまわり、完全な接合状態
であつた。

耐蝕性は実施例１と同じ各種条件下で調べたが
異種金属接合にもかかわらずろう接部はもちろん
被接合材部分もろう接前と同様な秀れた耐蝕性を
示した。しかしステンレス鋼部分に１ケ所ピツト
状銹を生じ（人工汗）たがこれは真空加熱後の冷
却速度の遅滞による不充分な固溶体化が原因と推
定されるし、またろう接部と何の関係もないもの
であつた。

以上２〜３の実施例により本願発明の金属ろう
の特徴を示したが、これらの例からも明らかなよ
うに本願は耐蝕性と接合強度に秀れた白色金属ろ
うを提供するもので工業上大きな利用価値をもつ
ている。

Claims

【特許請求の範囲】

１いづれも重量比でクロム（Cr）11〜15％、
銅（Cu）５〜10％、錫（Sn）24〜30％さらに鉄
（Fe）、チタン（Ti）、コバルト（Co）の中から１
種以上を選んで合計で1.5〜３％、ゲルマニウム
（Ge）、リン（Ｐ）、インジウム（In）、亜鉛
（Zn）の中から１種以上を選んで合計で１から12
％（但しＰは１％以下）残部が42.5％以上のニツ
ケル（Ni）と不可避的な不純物からなることを
特徴とする金属ろう。