JPS626774A - 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、アルミニウムあるいはアルミニウム合金（以
下Ａｇ系材料という）の表面にろう付け用フラックスと
亜鉛（Ｚｎ）とからなる処理層を形成したのち、ろう付
けするＯとによシ、接合と。

犠牲腐食層として作用する亜鉛拡散層の形成を同時に行
なうろう付け方法に関するものである・〔従来技術およ
びその問題点〕 近年１Ｍ系材料からなるＡｌ製品をろう付け組立てする
に際して、非腐食性であるという利点からフッ化カリウ
ム（ＫＦ）−フッ化アルミニウム（ＡｌＦ、）等のフッ
化物系フラックスが広く利用されつつある。しかしなが
ら、これらのフラックスが非腐食性であるということは
、ろう付け後、それらの残渣が製品上に残留したとして
も腐食原因にならないということを意味するにすぎない
。たトエば、自動車用エンジンのＡｇ製ラジェーターが
融Ｍ塩、海水塩等の飛散する環境で使用された場合には
。塩素イオンによる孔食を受け９部材に貫通孔が形成さ
れ、使用不能となることがある。

それ故、孔食を抑制するために、　Ａｔ製品の表面には
、孔食抑制用の犠牲腐食層として、ｚｎ拡散層を形成す
ることが行われている。

出願人は、ろう付け方法の発明として、ろう付け所望部
を含むｌ系材料を、カリウムイオン。

フッ素イオンおよび亜鉛イオンを含有する処理溶液に接
触させて、該Ｍ糸材料表面にフルオロアルミニウム酸カ
リウムフラックスと金属亜鉛とからなる被覆層を形成し
たのち、　Ａｌｌ’系材料のろう付け所望部を加熱して
ろう付けする方法を既に出願した（特願昭５８−２２８
８２２号）。

て、犠牲腐食層の形成を同時に行うことができる。

しかしながら熱交換器等の複雑な構造体奉ろう付け組立
する場合、被ろう付け体を処理液に浸漬して化成処理す
ると、処理液の流通が不十分な部位においてフルオロア
ルミニウム酸カリウムおよび金属亜鉛の生成量が少なく
なり０時としてろう材の流通が不十分となるとともに亜
鉛拡散層の形成も不十分となることがあ−た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで本発明は、（ｌ雑す構造を有する被ろう付け体を
化成処理する場合、処理液の況通が不充分な部位におい
て、フラックスおよび金属Ｚｎの生成量が少なくなると
いう問題点を解決することを目的に為されたものである
。

〔問題点を解決するための手段および作用〕フルオロ亜
鉛酸カリウム又は該フルオロ亜鉛酸カリウムとフッ化亜
鉛の粉末を懸濁してなシ、フッ素イオン、カリウムイオ
ンおよび亜鉛イオンを含有する処理溶液に、アルミニウ
ム系材料からなる被ろう付け体を浸漬することにより、
該被ろう付け体の表面に、亜鉛とフルオロアルミニウム
酸カリウム塩とからなる被覆層を形成するとともに。

上記粉末を集積する浸漬工程と、被ろう付け体を加熱し
て、ろう付け所望部をろう材により接合するとともに、
被ろう付け体の表面に亜鉛拡散層を形成するろう付け工
程とからなる０とを特徴とするろう付け方法である。

本発明における被ろう付け体は、Ａｌ系合金を所１の形
状に加工した部品を複数個組合せてろう付けができるよ
うに組付けたものである。

上記Ａｌ糸材料としては、アルミニウム、又はアルミニ
ウムに珪素（Ｓｉ　）、　銅（Ｃｕ　）、マンガン（Ｍ
ｎ）、、ｉ鉛（Ｚｎ　）チタン（Ｔｉ）Ｉクロム（Ｏｒ
）、ジルコニウム（Ｚｒ）　　等を少なくとも一種類添
加した合金がおる。具体的にはＪ　Ｉ　８３００５材、
７０７２材等のＡｇ合金材料がある。さらに。

別のＡｇ合金材料としては、Ａｌ系材料の表面に。

融点が１０〜１００℃低い合金、たとえばＳｉを７〜１
２ｗｔ％含有したＡｇ−Ｓｉ共晶合金を被覆したもので
もよい。具体的には、３００３材の表面に４３４３材を
クツラドし九もの（Ｂム１２ＰＣ材等）がある。いわゆ
るプレージングシートと呼ばれているものである。この
材料をろう付け所望部の少なくとも一構成部材に使用す
ると、ろう付け工程を施す際にろう材を供給する必要が
ない。

本発明における浸漬工程は、上記Ａｌ系材料からなる被
ろう付け体を処理溶液に浸漬する工程で６る・処理溶液
は、フッ素イオン、カリウムイオンおよび亜鉛イオンを
含有し、しかもフルオロ亜鉛酸カリウムま九は該フルオ
ロ亜鉛酸カリウムとフッ化亜鉛の混合物からなる粉末を
懸濁するものである。被ろう付け体を処理溶液に浸漬す
ると。

その表面には、フルオロアルミニウム酸カリウムと金属
亜鉛が析出するとともに、フルオロ亜鉛酸カリウム、ま
たは該フルオロ亜鉛酸カリウムとフッ化亜鉛の混合物の
粉末をろう付け所望部に集積する。

処理溶液に、カリウムイオン、フッ素イオンおよび亜鉛
イオンを含有させる方法としてけ、いくつかの方法があ
る。

その一つ例としては、フッ化水素カリウム（ＫＨＦ、）
とフッ化亜鉛（ＺｎＦ、）とを水に溶解する方法である
。また、他の方法としては、フッ化カリウム（ＫＦ）と
フッ１ヒ水素（ＨＦ　）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを水に
溶解する方法である。

これらの水溶液は、水１ｅにカリウムイオンを０．０１
〜１七ル、亜鉛イオンを００１〜０２モル。

フッ素イオンをカリウムイオンに対して１〜１０倍量（
モル比）の割合で含有していることが望ましい。

該処理溶液に懸濁させる粉末は、フルオロ亜鉛酸カリウ
ムを主成分とし、この物質はＫＺ　ｎ　Ｆｓ　。

啼 に２ＺｎＦ、、　Ｋ、ＺｎＦ、等のｒｌＺ＋式によシ表
わされる一連の錯化合物の混合物又は単味のものである
。

またこの物質自体の溶融温度は７０Ｃ１付近にあシ９通
常のＭ糸材料のろう付け温度領域（５８０〜６２０℃）
において溶融するものではない。しかし、それらがＡｇ
系材料に接触した状態で加熱されると、該Ａｇ糸材料の
ＡＩと反応して金属亜鉛が置換析出し、一方、溶出する
ｈｇは該粉末中のカリウムおよびフッ素とともにＫＦ−
ＡｇＦ、系共融混合物を形成し、５６０℃以上の温度に
おいてろう付け用フラックスの作用を発揮するという特
性を有する。

特に、単体化合物表示で＊　Ｋ　Ｆ　／　Ｚｎ’ｔのモ
ル比が３５／６５〜５５／４５．の組成を有するフルオ
ロ亜鉛酸カリウム又はこれとＺｎＦ２の混合物の粉末は
、亜鉛拡散層形成作用およびろう付け用フラックス作用
において、少量の使用で耐孔食性の向上に必要な亜鉛拡
散層を形成することができるとともにフラックス作用も
有するという点でさらに優れた効果を発揮し１本発明に
おいて懸濁させる粉末として望ましい。

本発明における処理溶液中の懸濁粉末は、直径が０．１
〜Ｑ、　５１ｔｍ程度のコロイド粒子から、１００／１
ｍ前後の粒子でもよい。特に２〜１０μｍ程度のものは
、被ろう付け体へ容易に集積する。該粉末の懸濁量は、
溶液１ｅに対して２〜１００ｇ程度が望ましい。この場
合、該粉末の分散性を向上させるために、従来公知の界
面活性剤を適当量加えてもよい。

なお、前記カリウムイオン、フッ素イオンオよび亜鉛イ
オンの調製時に、溶解すべき亜鉛化合物がＫ　Ｚ　ｎ　
Ｆｓ等のフルオロ亜鉛酸カリウム塩となって溶液中にコ
ロイド状態で沈殿することがあるが。

これは、そのまま２本発明の懸濁粉末として使用するこ
とができる。

また、該処理溶液には、ＨＦを加えてｐＨを５〜４程度
にするのが望ましい。その理由は、フッ素イオンの量を
増やす目的の他に、処理溶液を酸性にして亜鉛の溶解量
を増すとともに、カリウム。

フッ素、アルミニウムとの反応を促進させるためでもめ
る。

上記懸濁粉末の製造方法は、カリウム、フッ素。

亜鉛を各々含む数種の化合物（’［ＯＨ，ＫＦ。

ＫＨＦ！　、Ｋｔ　００ｓ　、ＨＦ、ＺｎＯ，Ｚｎ（Ｏ
Ｈ）ｚ。

ＺｎＦ、、ＺｎＦ、−４Ｈ，Ｏ等）を水に溶解して、イ
オンの沈殿反応によるか、あるいは溶′ｇ！を蒸発乾固
させる方法がある。溶液の調整には、金属Ｚｎ。

ＨＦを必要に応じて使用してもよい。

またｅ　ＫＦ　、　Ｚ　ｎ　Ｆ　ｔに水を加えてペース
ト状又はスフリー状として水に難溶性のＺｎＦ、を摩砕
しながら得る方法は所望の組成物が簡便に得られる。

さらに９本フルオロ亜鉛酸カリウム系粉末にＬＡｌム等
のフルオロアルミニウム酸カリウム塩およびＡｌＦ、の
混合物からなる粉末全適量混ぜて用いることもできる。

被ろう付け体の浸漬時間は、カリウムイオン。

フッ素イオンおよび亜鉛イオンの濃度、液温によりて一
概には定１らないが、０．５〜２０分程度がよい。浸漬
すると、イオンで存在していたＺｎが金属アルミニウム
と置換反らんを生じ、金属亜鉛となってＡｇ糸材料の表
面に生成する。

さらに、　Ｚｎ　と置換されてイオンとなりｆｃＭは処
理溶液中のカリウムイオン、フッ素イオンと結合して、
に、ＡＣ３等のフルオロアルミニウム酸カリウム塩とな
り、１系材料の表面に金属亜鉛とともに固着する。すな
わち、　Ａｇ糸材料の表面にフラックスとしてのフルオ
ロアルミニウム酸カリウム塩と犠牲腐食層形成用の金属
亜鉛とが細かく。

均一に混シ合った状態の被覆層を形成することができる
。この被覆層が形成されるとｓＡＪＡｇ糸材料理溶液と
の「ぬれ性」がよくなシ、処理溶液が被ろう付け体の小
さな隙間にも侵入しやすく。

すなわち、フルオロ亜鉛酸カリウム系粉末が該隙間に侵
入しやすくなる。

その結果、被ろう付け体には、フラックスとしてのフル
オロアルミニウム酸カリウム塩と犠牲腐食層（亜鉛拡散
層）形成用の金属亜鉛とからなる被覆層の形成と、フラ
ックス作用および亜鉛拡散層形成作用の両方の働きをす
るフルオロ亜鉛酸カリウム糸錯塩粉末の集積とを同時に
施すことができる。

なお、処理溶液中のカリウム、フッ素、亜鉛の各イオン
は、化成反応によシ減少してゆくが、フルオロ亜鉛酸カ
リウムイオンがこれらのイオンを補充するので、処理溶
液の濃度管理が比較的容易である。

上記、被覆層の生成量および粉末の集積量は。

−概に決まらないが９両者に含まれる亜鉛員がＡｇ糸材
料の表面積当り１．５〜５９／ｍ”程度が後工程のろう
付け工程における亜鉛拡散層を形成するためと、完全な
ろう付け接合部ｔ−得る上から望ましい。

次に、上記被ろう付け体を加熱炉に入れる等して加熱し
２本発明におけるろう付け工程を施すことによ）、融解
したろう材をろう付け所望部に浸透させて、ろう付け接
合部を形成するとともに。

金属亜鉛ｋＡｌＡｇ糸材料面に拡散せしめて、１！ｌ性
腐食層としての亜鉛拡散層を形成する０本ろう付け工程
における加熱温度は、一般にろう材の融点の方が亜鉛の
融点よシも高いのでＡｇ糸材料の融点以下で、且つろう
材の融点以上の温度がよい。加熱雰囲気は非酸化性雰囲
気が最も望ましいが、少量の酸素が存在する雰囲気でも
よい。

本ろう付け工程を施したときのろうけけ部における現象
の詳細は明らかでないが９次のように考えら詐るうろう
付け工程ヲ施すと、被ろう付け体の温度が上昇し始める
。約４２０℃に達すると。

ＡＪ　系材料の表面に固着している亜鉛が融解し始める
。

さらに、温度が上昇して５００℃以上になると。

被ろう付け体の隙間部に主として集積しているフルオロ
亜鉛酸カリウム系粉末は、被ろう付け体であるＡｊＪ系
材料のＡｇと反応を始め、Ｚｎを析出する。一方、Ｚｎ
ｌ７）置換析出によってフッ化アルミニウムとして溶出
したＭは、前述したが上記粉末中のカリウムおよびフッ
素とともにＫＦ　ＡｌＦｓ系共融混合物を形成する。該
混合物は、フラックスとして単独もしくはフルオロアル
ミニウム酸カリウム系フラッグスとともに約５６０℃の
温度で融解し始める。融解したフラックスはＡｇ糸材料
の表面で反応し、加熱中あるいは当初から残留していた
酸化皮膜を除去する。

また、加熱によシ融解した亜鉛は、ｌ系材料の表面から
該材料の内部へ拡散し、亜鉛の拡散層解 が形成される。その後、ろう材が融橋し、Ａｇ糸材料の
表面と接触する。

ｈｇ系材料は酸化被膜が除去されているので、ろう材と
の「ぬれ性」が良好とな−ておシ、ろう材はろう付け部
の隙間に浸透する。このとき亜鉛の存在により、ろう材
の流動性は、さらに向上する。

前記、融解した亜鉛の一部は、ろう材中にも拡散する。

亜鉛が所定の状態に拡散するとともに。

ろう材がろう付け部に充分浸入したところで冷却すれば
、ろう材が凝固して、　ＡＪ系材料同志を結合し、ろう
付け接合部を形成する。

上記の亜鉛拡散層は、厚さが０．１ｕ程度で表面におけ
る亜鉛の量は、５ｗｔ％程度含まれているのが望ましい
が、これ以下でも腐食抑制の効果を有する。

得られた製品のろう付け接合部を形成するろう材ににピ
ンホール等の欠陥がほとんどない０また該製品に塩素に
よる腐食作用を受けても、その表面に有する亜鉛拡散層
が選択的に腐食されるので。

腐食がＡｌ糸材料の中心部へ進行しにくい。すなわち、
材料を貫通する。いわゆる孔食を抑制できるという特長
を有する。その結果、該製品の寿命が長くなる。

また、得られたろう付け製品表面のフラックス残留物は
、水に実質的に不溶であるので、Ａｌ系材料を腐食させ
ることがない。

逆に、これらの残留物は、　Ａ（？糸材料よりも水との
親和性がろる。しかして、たとえば空調機用の熱交換器
のフィン上等に凝縮した水が容易に水受皿の方へ移動し
やすくなる。その結果、熱交換器の細い空気通路におけ
る空気の流れが凝縮水により妨げられるＣとがないので
、熱交換が順調に行なわれ、該熱交換器の効率が向上す
る等の利点も生じる。

し開明の効果〕 本発明によれば、処理溶液にフルオロアルミニウム酸カ
リウム系塩と金属亜鉛からなる被覆層を形成するための
イオンを溶かしであるとともに。

フルオロ亜鉛酸カリウム又はこれとフッ化亜鉛の混合物
からなる粉末を懸濁させであるので、被ろう付け体の浸
漬時、処理溶液の流通しやすい個所では化成処理により
被覆層の形成が、流通のわるい個所では、粉末の集積が
主体とな−で被ろう付け体が処理される。その結果、被
ろう付け体全体にわたーて、均一にフラックスと亜鉛が
供給され。

その後のろう付け工程によシ、均質なろう付け個所と、
亜鉛拡散層が得られる。

ま九、処理溶液は、懸濁させであるフルオロ亜鉛酸カリ
ウム等の粉末から、化成処理に費され−減少してゆくカ
リウム、フッ素、亜鉛の各イオンが徐々に補給されるの
で、処理溶液のイオン濃度の管理が容易である。

ＣＣの水に加えて乳鉢内でよく混合し、加熱して水分を
蒸発させた。次に、１００℃で２時間乾燥して得られた
固形物を粉砕して１粒度約３００メ・シーアンダーの粉
末とした。該粉末をＸ線回折にようて分析したところ、
はぼ１００％のＫＺｎＦｚが生成していた。

次に、水１ｅを用意し、これに０，１５モルのｆｌＦ、
と０．０５モルのＺｎＦｌ　・４　ＨｔＯ’ｔ　１４解
し、さらに、上記粉末１０ｆ’に！濁させ１本実施例に
おける処理溶液とした。

一方、被ろう付け体として、自動車に使用するニアコン
ディショナー用の熱交換器をアルミニウム合金からなる
部材によシ組合せてろう付けか出来るようにした被ろう
付け体を用意した。該熱交器は、冷媒がチューブ内を通
過し、これに伴ないチーープにろう付け接合したフィン
が冷されるため、フィンの周辺を通過する空気が冷却さ
ｎるようになっているものである。該チューブ’１１０
５０材、フィンをプレージングシートで成形したもので
ある。

該被ろう付け体？上記処理溶液に４０℃で１分間浸漬し
たのち引き上げ、乾燥した。被ろう付け体の表面には、
金属亜鉛と１’−ｘ　ｈｅ　Ｆ　ｍとが微細に入りくん
だ被覆層が形成されるとともに、　ＫＺｎＦ。

粉末が一様に付着しており、さらにフィンとチーープの
接触部にはＫＺｎＦ、粉末が多く集積していた。

被覆層とＫＺ　ｎ　Ｆ：Ｉ　ｖ総付着量は平均値で約７
　ｆ　７ｍ　’でめった。

け工程を施した。その結果、約５０００個所あるろう付
け個所には、ろう材が進入し。良好なろう付け接合部が
形成されるとともに１表面には犠牲腐食層となる亜鉛の
拡散層が形成されていた。

ＥＰＭＡによってフィンとチーーブの接合部近傍および
チーープの外側を分析した結果３両個所とも表面濃度１
．４〜１．８　ｗｔ％、深嘔約１ｌ１０ｌ１の亜鉛拡散
層が形成されていた。

比較例として、上記方法で得たＫＺｎＦｘ粉末１０ｆを
、水１ｅに懸濁させた懸濁水（Ｃ−１）に本突施例と同
様の熱交換＃ｒを浸漬し、引き上げたのち、乾燥し、　
ＫＺｎＦｓ粉末を付ｆ’ｆ！させた。しかし。

チーーブとフィンの接触部には該粉末が多く集積したも
のの、懸濁水が十分に循環する部位であるチーーブ外側
における集積量は少なかった。ＫＺｎＦ３粉末の平均材
Ｍ量は約２ｆｌ／ｒｎ’であ−た。

また、水１ｅにＫＨＦ２を０．１５　モ／’　＊　Ｚｎ
Ｆ、　＋４Ｈ２０を０．０５　モ）ｖ溶解した（　ＫＺ
ｎＦ＊粉末を添加せず）水溶液（Ｃ−２）にも本実施例
と同様の熱交換器を浸漬した。

この場合、化成処理皮膜および亜鉛の総平均付着重量は
、約５　ｆ　／　ｍ’　であつたが、チーープとフィン
０接触部近傍では、それらの付着量は平均値を下１わっ
た。

次に、ｃ−ｉ、（３−２の液により処理した熱交ｌ二 換器妾上記と同様のろう付け工程を施し、亜鉛拡散層形
成の程度を調べた。

液０−１により処理したものでは、チーープの外側表面
におけるＺｎの濃度は約Ｑ、２ｗｔ％１層の厚さは約３
　Ｑ　Ｉｔｍであった〇 一方、液（３−２により処理したものでは、液のけ不良
があ夛、この部分におけるＺｎＣＪｆｆ面濃度は０．５
　ｗｔ％１層の深さは約３Ｑｐｍでありた。

以上のように、実施例Ｏ方がろう付け状態がよく、形成
される亜鉛拡散層の厚さが均一で、厚いことがわかる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）フルオロ亜鉛酸カリウム又は該フルオロ亜鉛酸カ
   リウムとフッ化亜鉛の粉末を懸濁してなり、フッ素イオ
   ン、カリウムイオンおよび亜鉛イオンを含有する処理溶
   液に、アルミニウム系材料からなる被ろう付け体を浸漬
   することにより、該被ろう付け体の表面に、亜鉛とフル
   オロアルミニウム酸カリウム塩とからなる被覆層を形成
   するとともに、上記粉末を集積する浸漬工程と、被ろう
   付け体を加熱して、ろう付け所望部をろう材により接合
   するとともに、被ろう付け体の表面に亜鉛拡散層を形成
   するろう付け工程からなることを特徴とするろう付け方
   法。
2. （２）上記粉末は、単体化合物表示でＫＦ／ＺｎＦ＿２
   のモル比が３５／６５〜５５／４５の組成を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のろう付け方法
   。
3. （３）上記処理溶液は、粉末を２〜１００ｇ／ｌ懸濁し
   ていることを、特徴とする特許請求の範囲第（１）、（
   ２）項記載のろう付け方法。
4. （４）上記処理溶液は、水１ｌに対してカリウムイオン
   を０．０１〜１モル、亜鉛イオンを０．０１〜０．２モ
   ル、フッ素イオンをカリウムイオンに対してモル比で１
   〜１０倍量の割合で含有することを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）〜（３）項記載のろう付け方法。
5. （５）上記アルミニウム系材料は、ろう材としてのＡｌ
   −Ｓｉ共晶合金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）項記載のろう付け方法。