JP2003117685A

JP2003117685A - 複合ろう材及びろう付加工用複合材並びにろう付け製品

Info

Publication number: JP2003117685A
Application number: JP2001312794A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Sagawa; 英之佐川; Hiromitsu Kuroda; 洋光黒田; Masayoshi Aoyama; 正義青山; Sukaku Shirai; 枢覚白井
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた耐熱性及び耐食性を有し、ろう付け作
業性が良好でかつ接合強度に優れた新規な複合ろう材及
びろう付加工用複合材並びにろう付け製品の提供。【解決手段】ニッケルあるいはニッケル合金からなる
ニッケル層と、チタン，マンガン，錫，亜鉛，アルミニ
ウム，銅若しくはそれらの合金からなる非ニッケル層と
を重ね合わせた積層体からなることを特徴とする複合ろ
う材。これによって優れた耐熱性及び耐食性を発揮でき
るため、優れた結合強度を維持できると共に、ニッケル
単体に比べて湯流れ性が良好となり、かつ粉末状のもの
に比べて取り扱いも容易となるため、ろう付け作業性が
大幅に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス再循環装置
用クーラーや燃料電池用部材等といった、特に優れた耐
熱性と耐腐食性が要求されるろう付け製品の製造に適し
た複合ろう材及びろう付加工用複合材並びにこれを用い
たろう付け製品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用オイルクーラ等の熱交換
器を構成するろう付け部材としてステンレス基クラッド
材が使用されている。これは、基材となるステンレス鋼
板の片面又は両面に銅をろう材としてクラッドしたもの
であり、その部材の接合部のろう材をその融点以上に加
熱し溶着することで基材同士をろう付けして結合するよ
うにしたものである。

【０００３】また、ステンレス鋼やＮｉ基又はＣｏ基合
金等からなる部材のろう付け材としては、接合部の耐食
性に優れる各種Ｎｉろう材がＪＩＳ規格により規定され
ている。さらに、このＮｉろう材として、粉末状のＮｉ
ろう材に、Ｎｉ、Ｃｒ、又はＮｉ−Ｃｒ合金の中から選
択される金属粉末を４〜２２重量％添加してなる粉末状
のＮｉろう材も提案されている（特開２０００−１０７
８８３公報参照）。

【０００４】また、上記ステンレス基クラッド材と同様
に、基材となるステンレス鋼の表面にＮｉやＴｉ等から
なるろう付け層を有する、いわゆるろう付け加工用複合
材も提案されている（特開平７−２９９５９２号公報参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これら従来
のろう材又はろう付け加工用複合材をそのまま高温・高
腐食性のガスや液体に晒される熱交換器、例えば、排ガ
ス再循環装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculat
ion）と称す）用クーラや燃料電池改質用クーラーの製
造に用いると、以下に示すような問題が生ずることがわ
かった。

【０００６】すなわち、先ず、ＥＧＲ用クーラや燃料電
池改質用クーラーの内部は極めて高温のガスや腐食性の
高い排気ガスが流れることから、前述したステンレス基
クラッド材をＥＧＲ用クーラ等の材料として使用する
と、十分な耐熱性や耐食性を発揮できないため、使用中
にそのろう材が溶け出したり、腐食したりして接合強度
が著しく低下してしまうといった問題が生ずる。

【０００７】一方、ＪＩＳ規格等に示すような各種Ｎｉ
ろう材は、上記ステンレス基クラッド材に比べて優れた
耐熱性及び耐食性を発揮できるものの、その形態が粉末
状であることから使用に際しては各接合部にこれをその
都度塗布するという作業が必要となってくる。しかしな
がら、このろう付け作業には多大な労力と時間を要する
ため、ろう付け製品の生産性が著しく低くなり、その結
果、製造コストの上昇を招くという問題がある。

【０００８】また、従来のろう付け加工用複合材にあっ
ては後述するようにそのろう付け層の湯流れ性が良好で
ないことから、ろう付け部の形状が複雑なろう付け部材
に適用した場合、良好な接合面及び十分な接合強度を得
ることができず、接合部の信頼性が低下するという問題
がある。

【０００９】さらに、ステンレス鋼等の基材の表面にＮ
ｉやＴｉ等のろう材を直接接合すると、ろう付けを行っ
た際にその熱によってろう材と基材との間に新たな金属
間化合物等からなる脆い層が形成され、この層によって
接合強度が著しく低下することがある。また、反応の形
態によっては、基材成分がろう材中に局所的に溶解して
基材が局部的に侵食する、いわゆるＳＵＳ食われという
現象が発生することがある。

【００１０】そこで、本発明は上記課題を解決するため
に案出されたものであり、その目的は、優れた耐熱性及
び耐食性を発揮できることは勿論、ろう付け作業性が良
好で、かつ接合強度に優れた新規な複合ろう材及びろう
付加工用複合材並びにろう付け製品を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第一の発明は、請求項１〜４に示すように、ニッケル
あるいはニッケル合金からなるニッケル層と、チタン，
マンガン，錫，亜鉛，アルミニウム，銅若しくはそれら
の合金からなる１層又は２層以上の非ニッケル層を重ね
合わせた積層体からなることを特徴とする複合ろう材で
ある。

【００１２】すなわち、従来のニッケル金属単体は融点
が約１４５０℃と高いため、そのままではステンレス鋼
等の接合用のろう材としての使用が難しかった。しか
し、ニッケルに対し、チタン，マンガン，錫，亜鉛，ア
ルミニウム，銅若しくはそれらの合金等の非ニッケル金
属を複合化することによって低融点化、例えば１２００
℃近傍でのろう付けが可能であることを見出し、本発明
に至ったものである。そして、本発明の複合ろう材にあ
っては、従来の銅単体のろう材に比べて優れた耐熱性及
び耐食性を発揮できることから長期に亘って優れた結合
強度を維持できることは勿論、ニッケル単体に比べてろ
うの湯流れ性が良好となり、かつ粉末状のものに比べて
取り扱いも容易となるため、ろう付け作業性を大幅に向
上させることが可能となる。

【００１３】また、請求項５に示すように、このニッケ
ル層中にさらにリンを０．０２〜１０重量％含有すれ
ば、その湯流れ性，濡れ性等を著しく改善することが可
能となる。

【００１４】また、第二の発明は、請求項６及び７に示
すように、上記の複合ろう材を基材の表面に有機物から
なる樹脂を介して接合したことを特徴とするろう付加工
用複合材であり、これによって従来の銅ろう付加工用複
合材に比べて優れた耐熱性及び耐食性を発揮できること
は勿論、ニッケル単体ろう付加工用複合材に比べて湯流
れ性が大幅に向上し、優れたろう付け作業性を発揮でき
る。

【００１５】また、上記の複合ろう材を従来のように基
材の表面に直接接合するのではなく、メチルセルロース
等の樹脂を介して接合することにより、ろう付けに際し
て両者の界面に金属間化合物による脆い層が形成されて
接合強度を低下させたり、ＳＵＳ食われ等といった弊害
の発生を効果的に抑制することは可能となる。従って、
請求項８，９に示すように、その基材として従来と同様
に鉄を主成分とする合金やステンレス鋼をそのまま用い
ることが可能となり、ろう付加工用複合材全体のコスト
の上昇も抑制することができる。

【００１６】そして、請求項１０，１１に示すように、
上記のような新規な複合ろう材、またはろう付加工用複
合材を用いることにより、耐熱性及び耐食性に優れた信
頼性の高いろう付製品を効率良く、かつ低コストで提供
することが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基いて説明する。

【００１８】先ず、図１は本発明に係る複合ろう材１の
実施の一形態を示したものである。

【００１９】図示するように、この複合ろう材１は、ニ
ッケルあるいはニッケル合金からなるニッケル層２と、
非ニッケル金属、すなわち、チタン，マンガン，錫，亜
鉛，アルミニウム，銅若しくはそれらの合金からなる非
ニッケル層３とを重ね合わた板状の積層体から形成され
ている。

【００２０】ここでこの積層体は、例えば厚さ０．数ｍ
ｍの条状体をしたニッケルあるいはニッケル合金と、同
じく条状体の非ニッケル金属を重ね合わせ、繰り返し圧
延することで簡単に所望厚さのものを得ることができ
る。また、このニッケル層２と非ニッケル層３との積層
比（厚さ）は特に限定されるものでなく、その比率を任
意に変えることで所望の融点温度（ろう付け温度及び耐
熱温度）を得ることができる。すなわち、ニッケル層２
を構成するニッケルあるいはニッケル合金の融点は、非
ニッケル層３を構成するチタン，マンガン，錫，亜鉛，
アルミニウム，銅若しくはそれらの合金のそれよりも高
いことから、一般にニッケル層２の積層比を高くすると
融点が高くなり、反対に非ニッケル層３の積層比を高く
すれば融点を下げることができる。例えば、このような
形態においてニッケル層２と非ニッケル層３との比を約
１：１とすると、融点温度が約１２００℃まで下がり、
その近傍での耐熱性及びろう付け温度（湯流れ）を発揮
することができる。

【００２１】そして、本発明の複合ろう材１を前述した
ような高温・高腐食性のガスや液体に晒される熱交換
器、例えば、ＥＧＲ用クーラや燃料電池改質用クーラー
の製造用ろう材として用いることによって優れた耐熱性
及び耐食性を発揮できるため、長期に亘って優れた結合
強度を維持でき、しかも、ニッケル単体のろう材に比べ
て湯流れ性も良好となり、かつ粉末状のものに比べて取
り扱いも容易となるため、ろう付け作業性を大幅に向上
させることが可能となる。

【００２２】尚、本発明の他の実施の形態として、図２
に示すように、ニッケル層２をワイヤ状にし、その周囲
を非ニッケル層３で覆った断面円形の積層体であっても
良い。また、このニッケル層２中にリンを０．０２〜１
０重量％含有したり、さらにその上にニッケル−リンめ
っきを複合化して０．０２〜１０重量％のリンを含有さ
せれば、湯流れ性や濡れ性並びに耐酸化性等を著しく改
善することも可能となる。ここで、リンの含有量を０．
０２〜１０重量％と限定したのは、０．０２重量％未満
では、湯流れ性が向上できず、反対に１０重量％を超え
ると、ろう層が脆化し、振動疲労特性及び接合強度が著
しく低下するからであり、望ましくは０．５〜８重量％
の範囲である。

【００２３】さらに、図３及び図４に示すように、この
非ニッケル層３をさらに２つ以上の層、例えば、チタン
又はチタン合金からなるチタン層３ａと、銅又は銅合金
からなる銅層３ｂ等で構成しても同様な効果を得ること
ができる。

【００２４】次に、図５は第二の発明に係るろう付加工
用複合材４の実施の一形態を示したものである。

【００２５】図示するように、このろう付加工用複合材
４は、熱交換器等のろう付け製品を構成する金属部品で
ある基材５、例えば鉄やステンレス鋼の片面に上述した
ような複合ろう材１をメチルセルロース等の樹脂を介し
て接合したものである。

【００２６】そして、この複合ろう材１は前述したよう
に、優れた耐熱性及び耐食性を発揮できるため、このろ
う付加工用複合材４を高温・高腐食性のガスや液体に晒
される熱交換器用の部材として用いれば、長期に亘って
優れた結合強度を維持することができる。しかも予め複
合ろう材１を基材５に接合しておくことにより、さらに
優れた加工性を発揮することができる。

【００２７】尚、本実施の形態においても、この複合ろ
う材１は使用する部位によっては、図６に示すように片
面のみならず両面に接合しても良く、また、この基材５
の形態が図７に示すように棒状や複雑な立体形状であっ
ても同様である。さらに、図８に示すように、この複合
ろう材１を３層以上の層から形成しても同様の効果を得
ることが可能となる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を比較例及び従
来例と共に説明する。

【００２９】（実施例１）先ず、銅条（厚さ０．１２ｍ
ｍ）、チタン条（厚さ０．２０ｍｍ）、ニッケル条（厚
さ０．１５ｍｍ）を圧延法によりクラッドして積層させ
た後、さらに圧延を繰り返して厚さ７０μｍの複合ろう
材を作製した。次いで、この複合ろう材を厚さ０．６ｍ
ｍのステンレス条（ＳＵＳ３０４）上にそのニッケル側
が接するように設置し、１２００℃の管条炉で加熱溶融
して複合化させた後、その複合材の特性を評価した。

【００３０】評価方法としては、以下の表１に示すよう
にそのろう材の湯流れ性（フィレット形成状態），腐食
発生の有無，ＳＵＳの板厚残存率，ろう付け生産性の各
観点から行った。ここで、湯流れ性については各々の作
製した複合材の表面にＳＵＳ３０４パイプをのせ、１２
００℃でろう付けした際のろう付け部のフィレット形状
を評価した。また、腐食性評価は、塩素イオン，硝酸イ
オン，硫酸イオンを含んだ腐食性溶液中に試料を１００
０時間浸漬し、取り出した後のろう付け部について組織
観察を行い、腐食発生の有無を調査した。さらにＳＵＳ
の板厚残存率に関しては、試験片の断面観察により測定
した。

【００３１】（実施例２）チタン条（厚さ０．２０ｍ
ｍ）、ニッケル条（厚さ０．１５ｍｍ）を圧延法により
クラッドし、さらに圧延を繰り返してチタン，ニッケル
の合計厚さを７０μｍとした。本複合材をアルコールで
溶かしたメチルセルロースを介してＳＵＳ基材に接触さ
せた後、アルコール成分を蒸発乾燥させることによって
接合し、その後、１２００℃の管状炉で加熱して複合化
させてから、その特性を実施例１と同様な方法によって
評価した。

【００３２】（実施例３）マンガン合金状（厚さ０．２
０ｍｍ）とニッケル条（厚さ０．１０ｍｍ）を用い他は
実施例２と同様な方法で複合材を形成し、その特性を実
施例１と同様な方法によって評価した。

【００３３】（比較例１）ＳＵＳ３０４条（厚さ２．５
ｍｍ）の表面に直接ニッケル条（厚さ０．１５ｍｍ）を
圧延法によりクラッドし、圧延を繰り返してニッケルの
厚さを７０μｍとした後、これを１２００℃の管状炉で
加熱し、その特性を実施例１と同様な方法によって評価
した。

【００３４】（比較例２）ＳＵＳ３０４条（厚さ２．５
ｍｍ）とチタン条（厚さ０．２０ｍｍ）とニッケル条
（厚さ０．１５ｍｍ）を圧延法により、チタンとニッケ
ルの合計厚さが７０μｍとなるように複合化した他は実
施例２と同様な方法で複合材を形成し、その特性につい
て実施例１と同様な評価を行った。

【００３５】（比較例３）マンガン合金条（厚さ０．
１．０ｍｍ）とニッケル条（厚さ０．２．０ｍｍ）を用
いた他は、比較例２と同様な方法で複合材を形成し、そ
の特性について実施例１と同様な評価を行った。

【００３６】（従来例１）比較例１のニッケル条に代え
て銅条を用いた他は同様の複合材を形成し、その特性を
実施例１と同様に評価した。

【００３７】（従来例２）ＳＵＳ３０４条の片面に市販
の粉末Ｎｉろう材を合成樹脂バインダで溶いたものを塗
布してろう層を形成した後、これを真空炉で１２００℃
に加熱してそのろう層を溶融してからその特性を実施例
１と同様に評価した。

【００３８】

【表１】

【００３９】この結果、表１からも明らかなように本発
明に係る実施例１〜３は、いずれも１２００℃でのろう
付けが可能でかつ、ろうの湯流れ性及びろう付け生産性
のいずれも優れていた。また、腐食も殆ど発生せず、い
ずれのＳＵＳ板の残存率も９０％を大きく超えており、
優れた耐食性を発揮した。特に、基材とろう材を樹脂で
接合した実施例２及び３にあっては、ろうの湯流れ性及
びＳＵＳ板の残存率に関して優れた結果が得られること
が分かった。

【００４０】これに対し、ろう材としてニッケル単体を
用いた比較例１にあっては、１２００℃のろう付け温度
では溶融せず、ろう材として機能しなかった。また、ろ
う材を直接ＳＵＳに接合させた比較例２及び３にあって
はろう湯流れ性，ろう付け生産性等に関しては比較的良
好であったものの、ＳＵＳ板の残存率が本実施例１〜３
に比較して大幅に低く、実用化は困難である。

【００４１】一方、自動車用オイルクーラ等の熱交換器
として従来から用いられている従来例１は、ろうの湯流
れ性，ろう付け生産性及びＳＵＳ板の残存率の点では良
好であったものの腐食が発生してしまい、耐腐食性に乏
しかった。また、粉末状のろう材を用いた従来例２は、
ろうの湯流れ性及びＳＵＳ板の残存率等の点では良好で
あったもののろう付け生産性に関しては上記各例のいず
れの場合よりも著しく劣ってしまった。

【００４２】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、従来の銅
等のろう材に比べて優れた耐熱性及び耐食性を発揮でき
ることから長期に亘って優れた結合強度を維持できるこ
とは勿論、ニッケル単体に比べて湯流れ性が良好とな
り、かつ粉末状のものに比べて取り扱いも容易となるた
め、ろう付け作業性が大幅に向上する。

【００４３】また、基材とろう材を直接接合しない構造
となっているため、その界面に発生する金属間化合物等
の脆い層の発生やいわゆるＳＵＳ食われ等の不都合を確
実に回避することができる。

【００４４】この結果、ろう付け製品の生産効率が向上
し、その製造コストを安価にすることが可能となり、ま
た、信頼性の高い高品質のろう付け製品を得ることがで
きる等といった優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合ろう材の実施の一形態を示す
拡大断面図である。

【図２】本発明に係る複合ろう材の他の実施の形態を示
す拡大断面図であって、ワイヤ状に成型したものであ
る。

【図３】本発明に係る複合ろう材の他の実施の形態を示
す拡大断面図であってニッケル層に２つの非ニッケル層
を積層した状態を示したものである。

【図４】本発明に係る複合ろう材の他の実施の形態を示
す拡大断面図であって、ワイヤ状のニッケル層に２つの
非ニッケル層を積層した状態を示したものである。

【図５】本発明に係るろう付け加工用複合材の実施の一
形態を示す拡大断面図である。

【図６】本発明に係るろう付加工用複合材の他の実施の
形態を示す拡大断面図であって、基材の両面に上記複合
ろう材を樹脂を介して接合したものである。

【図７】本発明に係るろう付加工用複合材の他の実施の
形態を示す拡大断面図であって、ワイヤ状の基材の表面
に上記複合ろう材を樹脂を介して接合したものである。

【図８】本発明に係るろう付加工用複合材の他の実施の
形態を示す拡大断面図であって、ニッケル層に２つの非
ニッケル層を積層した複合ろう材を積層した状態を示し
たものである。

【図９】本発明に係るろう付加工用複合材の他の実施の
形態を示す拡大断面図であって、ワイヤ状の基材の表面
に、ニッケル層に２つの非ニッケル層を積層した複合ろ
う材を積層した状態を示したものである。

【符号の説明】

１複合ろう材２ニッケル層３非ニッケル層４ろう付加工用複合材５基材６樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 22/00 Ｃ２２Ｃ 22/00 38/00 ３０２ 38/00 ３０２Ｚ (72)発明者青山正義東京都千代田区大手町一丁目６番１号日立電線株式会社内 (72)発明者白井枢覚東京都千代田区大手町一丁目６番１号日立電線株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニッケルあるいはニッケル合金からなる
ニッケル層と、チタン，マンガン，錫，亜鉛，アルミニ
ウム，銅若しくはそれらの合金からなる非ニッケル層と
を重ね合わせた積層体からなることを特徴とする複合ろ
う材。
【請求項２】上記非ニッケル層が、銅又は銅合金から
なる銅層と、チタン又はチタン合金からなるチタン層を
積層してなることを特徴とする請求項１に記載の複合ろ
う材。
【請求項３】ニッケルあるいはニッケル合金からなる
ニッケル層と、チタンあるいはチタン合金からなるチタ
ン層とを重ね合わせた積層体からなることを特徴とする
複合ろう材。
【請求項４】ニッケルあるいはニッケル合金からなる
ニッケル層と、マンガンあるいはマンガン合金からなる
マンガン層とを重ね合わせた積層体からなることを特徴
とする複合ろう材。
【請求項５】上記ニッケル層中にリンを０．０２〜１
０重量％含有していることを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載の複合ろう材。
【請求項６】上記請求項１〜５のいずれかの複合ろう
材を基材の表面に樹脂を介して接合したことを特徴とす
るろう付加工用複合材。
【請求項７】上記樹脂が有機物からなることを特徴と
する請求項６に記載のろう付加工用複合材。
【請求項８】上記基材が鉄を主成分とする合金である
ことを特徴とする請求項６又は７に記載のろう付加工用
複合材。
【請求項９】上記基材がステンレス鋼であることを特
徴とする請求項６又は７に記載のろう付加工用複合材。
【請求項１０】上記請求項１〜５のいずれかに記載の
複合ろう材を用いて組み立てられたことを特徴とするろ
う付製品。
【請求項１１】上記請求項６〜１０のいずれかに記載
のろう付加工用複合材により組み立てられたことを特徴
とするろう付製品。