KR20200140906A - 은납재 및 해당 은납재를 사용한 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 은, 구리, 아연, 망간, 니켈 및 주석을 필수적인 구성 원소로 하는 은납재에 관한 것이다. 35 질량％ 이상 45 질량％ 이하의 은과, 18 질량％ 이상 28 질량％ 이하의 아연과, 2 질량％ 이상 6 질량％ 이하의 망간과, 1.5 질량％ 이상 6 질량％ 이하의 니켈과, 0.5 질량％ 이상 5 질량％ 이하의 주석과, 잔부 구리 및 불가피 불순물을 포함하는 은납재이다. 그리고, 상기 조성 범위에 있어서, 망간 함유량(C_Mn) 및 니켈 함유량(C_Ni)에 대해 소정의 관계를 설정함으로써, 가공성이나 습윤성에 관해서도 양호한 특성을 갖는 은납재로 할 수 있다. 본 발명의 은납재는, 은 함유량을 저감시키면서, 저융점화와 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차의 축소를 도모하고 있다.

Description

은납재 및 해당 은납재를 사용한 접합 방법

본 발명은 은납재에 관한 것이다. 상세하게는, 은 함유량을 저감시키면서 저융점화가 도모되어 있음과 함께, 고상선과 액상선의 온도차가 작은 은납재 및 이 은납재를 사용한 접합 방법에 관한 것이다.

구리나 놋쇠 등의 구리 합금의 접합이나 공구 재료의 접합, 혹은 이종 금속 재료의 접합에 있어서 은납재가 종래부터 사용되고 있다. 은납재는, 은-구리계 합금(Ag-Cu계 합금)을 기본 성분으로 하고, 여기에 아연, 주석 등의 첨가 원소가 첨가되어, 각종 조성의 은납재가 알려져 있다.

그리고, 은납재에 대한 요구로서는, 은량의 저감(소은화(少銀化), 및 융점의 저온화(저융점화)를 들 수 있다. 은은, 귀금속에 속하는 금속이므로, 소은화에 의해 지금 비용을 감소시켜, 납재의 재료비를 억제할 것이 요구되고 있다. 또한, 은납재의 저융점화는, 작업 온도의 저온화에 기여하므로, 경납땜 접합을 위한 에너지 비용 억제로도 이어진다.

또한, 납재의 융점은, 접합부의 품질에도 영향을 미치는 경우가 있다. 은납재의 융점과 접합 품질의 관계에 대해서는, 예를 들어 탄소강 등의 철계 재료에 대한 영향을 들 수 있다. 탄소강에 있어서는, 730℃ 근방에 변태점(A1점)이 있기 때문에, 이 온도를 초과하는 온도에서 접합을 행하면 피접합 재료에 변태가 생겨, 재료 특성의 변화 등에 의한 접합부의 품질 저하가 우려된다. 그 때문에, 납재의 저융점화는 중요한 요구 사항으로 되어 있다.

또한, 납재의 저융점화는, 피접합 재료간의 열 팽창 차에 기인하는 접합 품질의 저하를 억제하는 관점에서도 유효하다. 은납재는 이종 재료의 접합에도 유용하지만, 그 경우에는 열 팽창 차를 고려하여 접합하는 것이 바람직하다. 납재의 저온화에 의한 작업 온도의 저하에 의해, 피접합 재료간의 열 팽창 차의 영향을 저감시켜 접합 품질을 확보할 수 있다.

통상 은납재의 은 함유량을 감소시키면, 융점은 상승하는 경향이 있다. 그래서, 이 요구에 대응하는 선행 기술은, 은 함유량을 저감시키면서, 이것과 함께, 다른 구성 원소의 종류와 함유량을 조정하여 융점을 제어하는 것이 많다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 은량을 35 질량％ 이하로 하면서, 비교적 다량의 아연과 미량의 망간 및 니켈을 첨가하여, 융점(고상선 온도)이 705℃ 이하로 되는 은납재를 개시하고 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 은량을 45 질량％ 이상 75 질량％ 이하 포함하고, 아연, 갈륨, 주석 및/또는 인듐, 망간 등을 첨가한 은납재에 의해 작업 온도의 저하를 도모하고 있다.

일본 특허 공개 평1-313198호 공보 일본 특허 공개 제2001-87889호 공보

상기 종래의 은납재에 대해, 특허문헌 1에 기재된 은납재는, 소은화라고 하는 관점에서는 명확한 성과가 있다. 또한, 저융점화에 관해서도 일단은 효과적인 것처럼 보인다. 그러나, 이 은납재는 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차가 50℃ 를 넘어 비교적 크다는 것이 문제가 된다. 납재에 의한 접합 공정에 있어서는, 납재가 녹기 시작하는 융점(고상선 온도)이 낮은 것이 바람직하지만, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차가 작은 것이 바람직하다. 이 온도차가 크면, 납재의 용해 분화 현상이 발생되어 작업성이 크게 저하된다. 그 때문에, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차에 대해서는, 일반적으로 50℃ 이하가 바람직한 것으로 되어 있다.

특허문헌 2의 은납재도, 작업 온도의 저하라고 하는 융점에만 착안하고 있는 것으로 보이며, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차에 관한 검토는 이루어져 있지 않다. 또한, 특허문헌 2의 은납재는, 45 질량％ 이상의 은 함유량이 규정되어 있어, 소은화라고 하는 목적에 관해서는 불충분한 내용이라 하지 않을 수 없다.

또한, 은납재에 관해서는, 그 사용 양태를 고려하면 가공성도 중요해진다. 납재는, 피접합재의 형상이나 접합 형태에 따라 가공된 상태에서 사용되기 때문이다. 소성 가공이 곤란하여 가공성이 떨어지는 은납재는, 가공 비용이 늘어나게 되어, 소은화해도 그 효과가 떨어진다. 그리고, 은납재에 한정되지 않고, 납재라고 하는 접합 재료 전반에 있어서 중요한 특성으로서, 습윤성을 들 수 있다. 이 점, 이제까지의 은납재에 관한 검토예는, 상술한 소은화나 저융점화에 대한 관심은 높기는 하지만, 가공성이나 습윤성을 고려한 종합적인 특성 개선에 관한 구체적인 검토는 적다.

본 발명은 상기와 같은 배경 하에 이루어진 것이며, 은 함유량의 저감을 도모하면서, 저융점임과 함께 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차가 작은 은납재를 제공한다. 구체적 기준으로서, 융점(고상선 온도)이 705℃ 이하이고, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차가 50℃ 이하로 되는 은납재를 개시한다. 그리고, 상기 특성은 물론, 가공성 및 습윤성에 관해서도 양호한 특성을 갖는 은납재를 제공한다.

본 발명자들은, 각종 첨가 원소의 작용을 다시 확인함과 함께, 그들의 최적화를 도모하기로 하였다. 그 결과, 은 함유량을 적절하게 저감하면서, 망간과 니켈을 동시에 적량 첨가함으로써, 고상선 온도의 저하와 함께, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차의 축소를 도모할 수 있음을 알아냈다.

그리고, 본 발명자들의 검토에 따르면, 망간 및 니켈의 동시 첨가는, 은납재의 가공성 개선으로 이어짐에 더하여, 습윤성도 확보할 수 있음이 확인되었다. 본 발명자들은, 예의 검토를 행해, 망간과 니켈의 함유량의 적합 범위 및 그것들의 함유량의 관계에 대해 최적화를 도모함으로써, 상기 과제를 해결 가능한 은납재에 상도하였다.

즉, 본 발명은 35 질량％ 이상 45 질량％ 이하의 은과, 18 질량％ 이상 28 질량％ 이하의 아연과, 2 질량％ 이상 6 질량％ 이하의 망간과, 1.5 질량％ 이상 6 질량％ 이하의 니켈과, 0.5 질량％ 이상 5 질량％ 이하의 주석과, 잔부 구리 및 불가피 불순물을 포함하는 은납재이며, 망간 함유량(C_Mn) 및 니켈 함유량(C_Ni)이 하기 식을 구비하는 은납재이다.

상기에서 파악되는 바와 같이, 본 발명에 관한 은납재는, 구성 원소의 종류 그 자체는 기지의 범위 내이다. 단, 본 발명에 있어서는, 망간의 함유량 및 니켈의 함유량의 양쪽을 비교적 많게 하는 것을 특징으로 하고 있다.

은납재에 대한 망간 및 니켈의 첨가의 효능에 관해서는, 모두 은납재의 융점을 상승시키는 경향의 금속이라는 것이 알려져 있었다. 그 때문에, 종래의 은납재의 조성 설계에 있어서는, 망간 및 니켈의 함유량은 억제되어야 한다고 생각되고 있었다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 따르면, 은 함유량을 소정량 저감한 은납재에 있어서는, 망간 및 니켈을 동시에, 또한, 적정한 범위 내로 첨가하였을 때, 융점의 저하가 보이는 것이 확인되었다.

일정 범위의 은 함유량에 있어서, 망간 및 니켈의 양쪽 첨가가 은납재의 융점 저하의 작용을 갖는 요인에 대해서는, 반드시 명확하지는 않다. 본 발명자들은 그 요인으로서, 후술하는 바와 같이, 망간과 니켈의 금속간 화합물(MnNi 화합물)이 생성에 의한 것이라고 추정되고 있다. 그리고, 본 발명자들은, MnNi 화합물은, 납재의 융점을 조정함과 함께, 가공성과 습윤성에도 영향을 미치는 것으로 고찰하였다.

본 발명은 이상의 지견에 기초하여, 니켈 및 망간의 함유량에 주목하면서, 다른 구성 원소의 최적의 함유량을 명시하는 것이다. 이하, 본 발명에 관한 은납재의 합금 조성에 대해 설명한다.

A. 본 발명에 관한 은납재의 재료 조성

ㆍ은: 35 질량％ 이상 45 질량％ 이하

은은, 은납재의 주요한 구성 원소이며, 그 융점을 좌우함과 함께 강도면이나 가공성에도 영향을 미친다. 본 발명에서는, 은 함유량을 35 질량％ 이상 45 질량％ 이하로 한다. 이 범위는, 상술한 특허문헌 1의 은납재의 은량(1 질량％ 이상 35 질량％ 이하)과, 특허문헌 2의 은납재의 은량(45 질량％ 이상 75 질량％ 이하)의 중간에 위치하며, 적절하게 소은화가 도모되고 있다.

은 함유량이 35 질량％ 미만이면, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차가 커지는 경향이 있다. 또한, 은 함유량이 낮아지면, 취성 재료가 되어 가공성이 저하될 우려가 있다. 한편. 은 함유량이 45 질량％를 초과하면, 소은화의 의의가 옅어진다. 또한, 은은 납재 중의 망간을 고용하는 경향이 있는 점에서, 은 함유량이 과잉이 되면 망간의 첨가 작용을 감쇄시킬 우려가 있다. 이러한 점에서, 본 발명은 은 함유량을 35 질량％ 이상 45 질량％ 이하로 한다. 은 함유량은, 38 질량％ 이상 42 질량％ 이하가 더 바람직하다.

ㆍ아연: 18 질량％ 이상 28 질량％ 이하

아연은, 은납재의 융점을 조정하는 작용을 갖는 필수적인 첨가 원소이다. 아연이 18 질량％ 미만이면, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차가 커지는 경향이 있다. 또한, 아연이 28 질량％를 초과하면, 가공성 악화의 문제가 있는 데다가, 경납땜 시의 흄이 다량으로 발생하여 가열로의 오염 등의 문제도 있다. 이상으로부터, 아연의 함유량을 18 질량％ 이상 28 질량％ 이하로 하였다. 또한, 아연의 함유량은, 21 질량％ 이상 25 질량％ 이하가 더 바람직하다.

ㆍ망간: 2 질량％ 이상 6 질량％ 이하

망간은, 후술하는 니켈과 함께, 본 발명에 있어서의 특징적인 필수적인 첨가 원소이다. 상술한 바와 같이, 종래, 망간 및 니켈은, 은납재의 융점을 상승시키는 첨가 원소로서 인식되어 있고, 그 다량의 첨가는 기피되는 경향이 있었다. 본 발명에서는, 망간 및 니켈을 동시에, 또한, 적량 첨가함으로써 융점의 저하와 가공성의 개선을 달성하고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서 망간 및 니켈의 동시 첨가를 필수로 한 것은, MnNi 화합물의 생성을 위해서이다. 그 기구는 명백하지는 않지만, MnNi 화합물은, 납재의 저융점화와 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차의 축소를 촉진시키는 작용이 있다. 또한, MnNi 화합물의 존재는, 은납재의 가공성과 습윤성의 개선 효과도 발휘할 수 있다. 본 발명자들의 검토에 따르면, MnNi 화합물에 의한 이들 효과는, 은납재의 은 함유량을 적절하게 낮게 한 경우에 있어서 발현한다. 그리고, 은 함유량이 너무 낮은 경우에 있어서는, 그 효과는 소실된다.

상기와 같은 MnNi 화합물의 작용을 고려하여, 본 발명의 망간 함유량은 2 질량％ 이상 6 질량％ 이하로 한다. 2 질량％ 미만이면, MnNi 화합물의 생성이 곤란해질 것으로 예측되고 있다. 또한, 6 질량％를 초과하는 과잉의 망간은 융점의 상승과 습윤성의 악화가 우려된다. 또한, 망간은 산화되기 쉬운 금속이므로, 그의 함유량이 많으면, 경납땜 시에 산화하여 접합을 저해할 우려가 있다.

ㆍ니켈: 1.5 질량％ 이상 6 질량％ 이하

니켈은 망간과 마찬가지로, 본 발명에 있어서의 특징적인 필수 첨가 원소이다. 그리고, 상기 MnNi 화합물의 생성에 의한 작용을 고려하여, 본 발명의 니켈 함유량은 1.5 질량％ 이상 6 질량％ 이하로 한다. 1.5 질량％ 미만이면, MnNi 화합물의 생성이 곤란해질 것으로 예측되고, 그 효과를 향수하지 못할 가능성이 있다. 또한, 6 질량％를 초과하는 과잉의 니켈 첨가는 융점의 상승이 우려된다. 또한, 망간과 함께 니켈을 과잉 첨가하면 습윤성이 악화될 우려가 있다.

ㆍ망간 함유량과 니켈 함유량의 관계

이제까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 은납재에서는, 망간과 니켈은 필수적인 첨가 원소이며, 각각에 대해 일정 범위의 함유량이 설정되어 있다. 본 발명자들에 따르면, 상기 망간 함유량 및 니켈 함유량은, 주로 은납재의 융점과 가공성에 영향을 미친다. 즉, 은 등의 다른 구성 원소의 함유량과 망간 및 니켈의 함유량을 규정한 범위 내로 하면, 저융점(액상선 온도 705℃ 이하)과 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차의 축소(50℃ 이하)를 달성하여, 가공성의 확보도 가능해진다.

단, 납재에 있어서 중요한 특성인 습윤성의 확보에 관해서는, 망간 및 니켈을 포함하는 각 구성 원소의 함유량을 개별적으로 조정하는 것만으로는 불충분하다. 본 발명자들의 검토에 따르면, 습윤성의 개선에 관해서는, 망간 함유량과 니켈 함유량의 적정화와 함께, 그들 관계를 규정하는 것이 필요하다. 구체적으로는, 망간 함유량을 C_Mn라 하고, 니켈 함유량을 C_Ni라 하였을 때, 하기의 관계식을 구비하는 것이 필요하다.

망간 함유량(C_Mn)과 니켈 함유량(C_Ni) 사이에, 상기와 같은 관계를 요구하는 것은, 첨가한 망간 및 니켈의 각각을 과부족없이 반응시켜 유효한 MnNi 화합물을 생성시키기 위해서라고 고찰한다. 본 발명에 있어서 효과적이라 추정되는 MnNi 화합물로서는, 망간과 니켈의 중량비가 1:1에 가깝고, 약간 니켈의 배분이 많은 금속간 화합물(η상)이 유효할 것으로 추정하고 있다. 상기 관계식은, 이 MnNi 화합물의 구성을 고려한 것이다. 그리고, 망간 및 니켈을 첨가하는 은납재라도, 그들의 함유량이 상기 관계식으로부터 일탈하는 경우, 습윤성이 떨어지는 납재가 되는 경향이 있다.

ㆍ주석: 0.5 질량％ 이상 5 질량％ 이하

주석은, 은납재의 융점을 조정하기 위한 첨가 원소이다. 단, 주석은 납재의 가공성을 저하시키는 작용이 있는 점에서 그의 함유량에는 한도가 있다. 즉, 5 질량％를 초과하는 주석의 첨가는, 납재의 가공성이 악화되고, 소성 가공이 어려워진다. 또한, 주석의 첨가는 은납재의 고상선 온도의 저하에 크게 기여할 수 있지만, 액상선 온도를 저하시키는 작용은 약하다. 그 때문에, 과잉의 주석 첨가는 온도차의 확대로 이어진다. 따라서, 본 발명에서는, 주석의 함유량을 0.5 질량％ 이상 5 질량％ 이하로 한다. 주석의 함유량은, 1 질량％ 이상 3 질량％ 이하가 더 바람직하다.

ㆍ구리 및 불가피 불순물

이상 설명한 은 및 각 첨가 원소 외에도, 잔부를 구리 및 불가피 불순물로 한다. 구리는, 은과 함께 은납재의 필수적인 구성 원소이다. 또한, 본 발명에 관한 납재에서는, 불가피 불순물의 함유도 허용된다. 불가피 불순물로서는, 알루미늄(Al), 비스무트(Bi), 카드뮴(Cd), 인(P), 납(Pb), 규소(Si), 철(Fe) 등을 들 수 있다. 이들 불가피 불순물은, 각각 0 질량％ 이상 0.15 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 불순물 중 은납재의 분야에 있어서는, 종래부터 유해 원소로서, 카드뮴이나 납이 기피되고 있다. 본 발명에 있어서도, 이들 유해 원소의 함유량이 저감되어 있는 것이 바람직하며, 카드뮴이 0 질량％ 이상 0.010 질량％ 이하이고, 납이 0 질량％ 이상 0.025 질량％ 이하인 것이 더 바람직하다.

B. 본 발명에 관한 은납재의 제조 방법

이상 설명한 본 발명에 관한 은납재는, 종래의 납재와 마찬가지로 용해 주조법에 의해 제조할 수 있다. 용해 주조에서는, 제조 목적의 은납재와 동등한 조성이 되도록 조성 조정이 이루어진 은 합금의 용탕을 주조하여, 용탕을 냉각해 응고하여 합금 덩어리를 제조한다. 용해 주조는, 주형에 의해 합금 주괴(합금 잉곳)를 용해 주조하는 잉곳 주조 외에도, 연속 주조법, 반연속 주조법을 적용할 수 있다.

용해 주조 후의 합금 소재를 적절하게 소성 가공해 원하는 형상으로 하여 은납재로 할 수 있다. 소성 가공으로서는, 압연 가공, 단조 가공, 압출가공, 인발 가공, 신선 가공, 프레스 가공 등이 있지만 특별히 한정되지 않는다.

C. 본 발명에 관한 은납재에 의한 접합 방법

본 발명에 관한 은납재에 의한 접합 방법은, 기본적으로 종래의 은납재에 의한 접합 방법과 마찬가지가 된다. 즉, 피접합 부재의 경납땜 부위에 은납재를 설치하고, 은납재를 가열하여 용융함으로써 경납땜 접합부가 형성된다. 여기서, 본 발명에 관한 은납재에 있어서는, 705℃ 이하의 융점(고상선 온도)을 나타낸다는 점에서, 작업 온도가 되는 은납재의 가열 온도를 725℃ 이상 825℃ 이하로 함으로써 경납땜을 할 수 있다. 본 발명에 관한 은납재는, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차를 50℃ 이하로 하고 있고, 이러한 가열 온도로 함으로써 작업성 양호하게 경납땜 작업이 가능해진다.

또한, 은납재에 의한 경납땜 접합에 있어서는, 납재를 플럭스로 피복하여, 납재를 가열하는 것이 바람직하다. 납재의 산화를 억제하기 위해서이다. 플럭스로서는, 은납재에 사용할 수 있는 공지된 플럭스를 사용할 수 있다. 또한, 납재의 가열은 피접합재를 통하여 가열할 수 있다.

D. 본 발명에 관한 은납재에 의한 접합품

본 발명에 관한 은납재는, 구리, 놋쇠 등의 구리 합금, 탄소강, 공구용 강, 스테인리스강 등을 구성 부재로 하는 접합품의 제조에 적합하다. 적어도 한쪽 피접합재가, 상기 재질일 때 유효하다. 또한, 이종 금속 재료간의 경납땜 접합에도 적합하다. 본 발명에 의해 제조되는 접합품으로서, 특히 유용한 것으로서 공구, 특히 절삭 공구를 들 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 은납재는, 소은화와 저융점화라고 하는 종래의 요구에 응함과 함께, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차의 축소가 달성된 은납재이다. 이 은납재는, 소정 범위로 설정된 은 함유량과, 망간과 니켈의 양쪽을 적절한 범위에서 첨가함으로써, 그 효과를 발휘한다. 또한, 망간과 니켈의 함유량에 관해서는, 이것을 보다 엄밀하게 설정함으로써 가공성 및 습윤성도 우수한 은납재를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 은납재는, 구리 또는 구리 합금의 경납땜 접합, 공구용 금속 재료(철계 재료 등)나 스테인리스강 등의 강의 경납땜 접합 외에도, 이종 금속 재료간의 경납땜 접합에도 적합하다. 본 발명에 관한 은납재에 의한 경납땜에서는, 작업 온도가 되는 가열 온도를 저온으로 할 수 있고, 용해 분화 현상 등을 우려하지 않고 효율적인 경납땜 작업을 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 각종 조성의 은납재(Ag-Cu계 합금)를 용해 주조로 제조하여, 그 고상선 온도와 액상선 온도를 측정하였다. 그리고, 각 납재에 대해, 가공성 및 습윤성의 평가를 행하였다.

각종 은납재의 평가 샘플의 제조에서는, 우선, 각 구성 금속의 고순도 재료를 혼합하여 대기 중에서 용해해 주조함으로써 봉 형상의 합금 잉곳(직경 18㎜)을 제조하였다. 다음으로, 이 봉형상의 합금 잉곳을 슬라이스하여 두께 3㎜의 샘플을 잘라냈다. 그리고, 압연 및 절단하여 소편 형상 샘플로 하였다. 화학 분석ㆍ형광 X선 분석에는 이 샘플을 사용하여 상세한 조성 분석을 하였다. 또한, 잘라낸 샘플로부터, 또한 0.1g의 열 분석용 샘플을 잘라내어, 고상선 온도와 액상선 온도의 측정을 행하였다.

고상선 온도와 액상선 온도의 측정은, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 행하였다. 본 실시 형태에서는, 측정 장치로서 브루커 AXS사제 DSC3300을 사용하여, Ar 분위기 하에서, 승온 속도 20℃/분, 측정 온도 범위는 실온으로부터 1250℃로 하였다. 측정된 차트에 대해, 승온 시의 피크의 피크 높이의 40 내지 50％ 정도의 높이 부근의 비교적 안정된 위치(상승측과 하강측)에 대해 접선을 긋는 것과 함께, 베이스 라인에 따른 접선을 그었다. 그리고, 피크의 상승측에서 그어진 접선과 베이스 라인의 접선과의 교점을 고상선 온도(SL)로 하고, 피크의 하강측에서 그어진 접선과 베이스 라인의 접선과의 교점을 액상선 온도(LL)로 하였다. 또한, 측정된 고상선 온도와 액상선 온도에 기초하여, 양자의 차를 산출하였다.

본 실시 형태에서 제조한 각종 조성의 은납재의 조성 및 융점(고상선 온도)과 액상선 온도 및 가공성 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 본 실시 형태에서는, 종래부터 잘 알려져 있는 은납재인 「BAg-7」과 동등한 조성의 은납재를 「종래예」로서 제조ㆍ검토하였다.

표 1의 No. 1 내지 No. 15의 은납재를 검토하면, 망간 및 니켈의 양쪽 첨가에 의해 저융점화(액상선 온도 705℃ 이하)와 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차(50℃ 이하)의 축소를 도모할 수 있다고 볼 수 있다.

No. 16의 납재는, 상술한 특허문헌 1에 기재된 은납재에 가까운 은납재이다. 이 은납재는, 망간 및 니켈을 첨가해도, 그들의 양이 과소하기 때문에 그들의 효과가 발휘되지 않고, 액상선온이 높고, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차의 축소도 불충분하였다.

No. 17의 은납재는, 망간량이 적고, 주석을 포함하고 있지 않으므로, 충족할 수 있는 융점이 아니었다. No. 18, 19의 은납재는, 망간과 니켈의 동시 첨가를 하고 있지 않으므로, 액상선 온도가 높아 부적합하였다. 또한, 이들 은납재에서는, 주석을 첨가하지 않았으므로 고상선 온도가 높은 편으로 되어 있고, 이들에 주석을 첨가한 경우에는, 고상선 온도 저하에 의해 액상선 온도와의 온도차가 확대된다고 예측된다. No. 20의 은납재는, 은 함유량이 너무 적고, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차가 크고, 액상선 온도도 높다. 한편, No. 21의 은납재는, 은 함유량이 너무 많아서 소은화의 의의도 옅고, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차도 크다. No. 22의 은납재는, 아연이 적고 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차가 50℃를 초과하고 있다.

그리고, No. 23의 은납재는, 주석의 과잉 첨가에 의해, 융점(고상선 온도)의 저온화는 현저해지기는 했지만, 고상선과의 온도차가 확대되었다. 본 발명에 있어서는, 주석의 첨가는, 필수적이지만 융점 조정을 위한 보조적인 첨가 원소라고 생각된다.

다음으로, 상기 본 실시 형태에 관한 은납재 중에서 융점에 관한 조건, 즉 액상선 온도 705℃ 이하이고, 또한, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차가 50℃ 이하의 기준을 클리어한 은납재(No. 1 내지 No. 15 및 종래예)로부터, 몇가지 납재(No. 1 내지 No. 4, No. 10, No. 14, 15 및 종래예)에 대해, 가공성과 습윤성의 평가 시험을 행하였다.

가공성의 평가 방법은, 상술한 은납재의 제조 공정에 있어서, 용해 주조 후의 봉형상 잉곳으로부터 잘라낸 샘플을 압연기에 의해 압연하였을 때의 소성 가공 의 가부로부터 판정하였다. 압연은, 실온에서 가공률 10％로 압연 가공하여, 균열 등이 없고 가공 가능한 경우와 가공성 우량(◎)이라고 판정하고, 압연재의 단부 등에 미소한 균열이 있었지만 가공은 가능한 것을 가공성 가능(○)으로 하였다. 한편, 압연재에 현저한 균열이 발생한 경우나 파쇄가 생겨 압연을 할 수 없는 경우를 가공성 불량(×)이라고 판정하였다.

습윤성의 평가 방법에서는, 봉형상 잉곳으로부터 잘라낸 각종 은납재의 샘플로부터, 추가로 0.1g의 습윤성 평가용 은납재를 잘라냈다.

다음으로, 탄소강, 구리판, 놋쇠를 포함하는 3종의 시험용 금속판(치수: 폭 40㎜×길이 50㎜×두께 1.2㎜)을 준비하였다. 그리고, 각 금속판에 납재를 적재하여, 평가 시험에 있어서의 가열 시간을 설정하기 위해, 이 상태의 납재를 금속판의 이면으로부터 버너로 가열하여, 은납재가 750℃에 도달할 때까지의 시간을 측정해 기록하였다.

습윤성 평가 시험에서는, 이상의 준비를 행한 후, 각 금속판에 납재를 적재한 후, 가열 시의 산화 방지를 위해, 은납재와 금속판의 표면에 플럭스(도쿄 브레이즈 가부시키가이샤제 TB610)를 도포하였다. 그리고, 금속판을 이면으로부터 버너 가열하여 납재를 용융시켰다. 버너 가열은, 상기에서 측정된 시간 동안만 행하고, 시간 경과 후에 가열을 정지하여, 대기 중에서 방랭하였다. 방랭 후, 플럭스를 세정하여, 용융ㆍ응고한 은납재의 습윤 확산 면적을 측정하였다. 면적의 측정 방법은, 은납재가 습윤 확산된 부분의 세로ㆍ가로 2 방법의 길이를 측정하였다. 그리고, 각각에 대해, 측정된 길이를 직경으로 하는 가정 원의 면적을 구하고, 구해진 2개의 면적의 평균값을 습윤 확산 면적으로 하였다. 이 방법에 기초하여, 각 금속판에 대해 각 은납재의 시험을 3회 행해, 그들의 평균값을 당해 은납재의 각 금속판에 대한 습윤 확산 면적으로 하였다.

습윤성의 평가는, 상기에서 측정한 각은납재의 습윤 확산 면적에 기초하였다. 우선, 각 금속판에 있어서의 습윤성을, 은납재의 습윤 확산 면적에 대해, 이하와 같이 평가하였다.

ㆍ탄소강: 150㎟ 이상을 「우량(◎)」이라 하고, 70㎟ 이상 150㎟ 미만을 「가능(○)」이라 하고, 70㎟ 미만을 「불량(×))」이라 평가하였다.

ㆍ구리: 150㎟ 이상을 「우량(◎)」이라 하고, 70㎟ 이상 150㎟ 미만을 「가능(○)」이라 하고, 70㎟ 미만을 「불량(×))」이라 평가하였다.

ㆍ놋쇠: 150㎟ 이상을 「우량(◎)」이라 하고, 60㎟ 이상 150㎟ 미만을 「가능(○)」이라 하고, 60㎟ 미만을 「불량(×))」이라 평가하였다.

그리고, 상기 3종의 금속판에 있어서의 평가 결과 중에서, 1개라도 「우량(◎)」이 있으면, 습윤성의 종합 평가 「우량(◎)」이라 판정하고, 1개라도 「불량(×)」이 있으면. 습윤성의 종합 평가 「불량(×)」이라 판정하고, 그 이외의 경우를 습윤성의 종합 평가 「가능(○)」이라 판정하였다.

이상의 가공성과 습윤성 평가의 결과를 표 2에 나타낸다.

이 평가 시험의 대상으로 된 은납재는, 종래예를 제외하고, 본 발명에 관한 은납재의 구성 원소(은, 아연, 망간, 니켈, 주석, 구리)를 모두 포함한다. 표 2에 나타낸 평가 결과로부터, 망간 함유량과 니켈 함유량의 비(C_Mn/C_Ni)가 낮은 No. 14의 은납재는, 금회 평가한 모든 재료에 대해 습윤성이 나쁘고, 경납땜 시의 작업성에 큰 지장이 있다고 추정되었다. 또한, No. 15의 은납재는, 망간 함유량과 니켈 함유량이 과잉인 것과, 양자의 밸런스가 결여된 것으로 보아, 습윤성이 불충분하였다고 생각된다. 이 은납재의 경우, 탄소강과 놋쇠에 대한 습윤성이 「가능(○)」이었다. 이 결과와, No. 14의 은납재의 조성을 함께 고찰하면, 조성에 관해서는, 망간 함유량과 니켈 함유량의 상한값을 No. 14의 6.0％ 정도로 억제하면서, 양자의 비의 값을 0.89보다 약간 크게 하는 것이 바람직하다고 고찰되었다. No. 10의 은납재의 결과를 참조하면, 망간 함유량과 니켈 함유량의 비에 대해서는, 0.9 이상이 적절하다고 생각된다. 본 발명에서는, 이상의 고찰로부터, 망간 함유량과 니켈 함유량의 상한과 그들의 비를 설정하였다.

또한, 종래예의 은납재(BAg-7)는, 마찬가지로 융점에 관한 기준은 충족되어 있고, 습윤성도 양호하였다. 소은화를 도모하면서, 저융점화와 작업성을 확보하는 관점에서 보면, 은 함유량을 10 질량％ 이상 저감할 수 있는 본 발명의 유용성은 명확하다. 또한, 종래예의 은납재는, 가공성이 떨어졌다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 은납재는, 소은화와 납재로서의 특성 개선의 양쪽을 달성할 수 있는 납재이다. 본 발명은 저융점화라고 하는 은납재에 대한 종래의 요구에 따름과 함께, 고상선 온도와 액상선 온도의 온도차의 축소가 달성된 은납재이다. 본 발명의 은납재는, 소정 범위로 설정된 은 함유량과, 망간 및 니켈의 양쪽을 적절한 범위에서 첨가함과 함께, 그들의 함유량의 관계를 엄밀하게 설정한다. 이에 의해, 상기 융점에 관한 기준을 충족함과 함께, 습윤성도 우수한 은납재를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 은납재는, 구리 또는 구리 합금의 경납땜 접합, 공구용 금속 재료(철계 재료 등)나 스테인리스강 등의 강의 경납땜 접합 외에도, 이종 금속 재료간의 경납땜 접합에도 적합하다. 본 발명에 관한 은납재에 의한 경납땜에서는, 작업 온도가 되는 가열 온도를 저온으로 할 수 있고, 용해 분화 현상 등을 우려하지 않고 효율적인 경납땜 작업을 할 수 있다.

Claims (4)

1. 35 질량％ 이상 45 질량％ 이하의 은과, 18 질량％ 이상 28 질량％ 이하의 아연과, 2 질량％ 이상 6 질량％ 이하의 망간과, 1.5 질량％ 이상 6 질량％ 이하의 니켈과, 0.5 질량％ 이상 5 질량％ 이하의 주석과, 잔부 구리 및 불가피 불순물을 포함하는 은납재이며,
   망간 함유량(C_Mn) 및 니켈 함유량(C_Ni)이 하기 식을 구비하는, 은납재.
   

   
2. 제1항에 기재된 은납재를 사용한 접합 방법이며,
   피접합 부재의 경납땜 부위에 상기 은납재를 설치하여, 상기 은납재를 가열하여 용융하는 공정을 포함하고,
   상기 은납재의 가열 온도를 725℃ 이상 825℃ 이하로 하는, 접합 방법.
3. 2 이상의 부재가, 적어도 하나의 접합부를 통하여 접합되어 이루어지는 공구에 있어서,
   상기 적어도 하나의 접합부가, 제1항 또는 제2항에 기재된 은납재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구
4. 제3항에 있어서, 접합부에 의해 접합되는 적어도 하나의 부재는, 구리, 구리 합금, 탄소강, 공구용 강, 스테인리스강의 어느 것으로 이루어지는, 공구.