JP2006000862A - Compound material for brazing, brazing method using the same, and brazed product manufactured by using the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器や燃料電池用部材などの被ろう付け部材をろう付けするためのろう付け用複合材及びそれを用いたろう付け方法並びにその方法を用いて製造したろう付け製品に関するものである。 The present invention relates to a brazing composite material for brazing a brazed member such as a heat exchanger or a fuel cell member, a brazing method using the same, and a brazed product manufactured using the method. is there.
自動車用オイルクーラの接合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、基材であるステンレス鋼板の片面又は両面に、ろう材としての機能を有するＣｕ材をクラッドしてなるものである。 Stainless steel-based clad materials are used as joining materials for automobile oil coolers. This is formed by cladding a Cu material having a function as a brazing material on one side or both sides of a stainless steel plate as a base material.
また、ステンレス鋼や、Ｎｉ基又はＣｏ基合金などからなる部材のろう付け材として、ろう付け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、熱交換器の接合に用いられる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4〜22ｗｔ％添加してなる粉末Ｎｉろう材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Further, as a brazing material for members made of stainless steel, Ni-base or Co-base alloy, various Ni brazing materials having excellent corrosion resistance at the brazed joint are defined by JIS standards. Furthermore, as a Ni brazing material used for joining heat exchangers, a powder obtained by adding 4 to 22 wt% of a metal powder selected from Ni, Cr, or Ni—Cr alloy to a powdered Ni brazing material Ni brazing filler metal has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、基材であるステンレス鋼の表面にＮｉ及びＴｉからなるろう付け層を有する自己ろう付け性複合材がある（例えば、特許文献２参照）。この自己ろう付け性複合材は、基材の表面に、基材側からＮｉ又はＮｉ合金層、Ｔｉ又はＴｉ合金層、Ｎｉ又はＮｉ合金層の順に積層されたろう付け層を一体的に設けたものである。 In addition, there is a self-brazing composite material having a brazing layer made of Ni and Ti on the surface of stainless steel as a base material (see, for example, Patent Document 2). This self-brazing composite material is obtained by integrally providing a brazing layer in the order of a Ni or Ni alloy layer, a Ti or Ti alloy layer, and a Ni or Ni alloy layer in this order from the substrate side. It is.
前述した特許文献２記載の自己ろう付け性複合材を用いてろう付けを行う際、例えば、ろう付け層（ろう材）のＴｉ成分を38mass％、Ｎｉ成分を62mass％とし、被ろう付け部材をステンレス鋼などのＦｅ成分を含む材料とした場合、ろう材を十分に溶融させることが可能なろう付け処理温度は約1150℃となる。このため、このろう付け処理を、軟化温度が約1200℃の石英管で炉体が構成される熱処理炉内で行うと、炉体が軟化し易いという問題があった。 When performing brazing using the above-described self-brazing composite material described in Patent Document 2, for example, the brazing layer (brazing material) has a Ti component of 38 mass%, an Ni component of 62 mass%, and a brazed member. When a material containing an Fe component such as stainless steel is used, the brazing temperature at which the brazing material can be sufficiently melted is about 1150 ° C. For this reason, when this brazing process is performed in a heat treatment furnace in which the furnace body is composed of a quartz tube having a softening temperature of about 1200 ° C., there is a problem that the furnace body is easily softened.
一方、ろう付け接合部の耐食性を維持しつつ、ろう付け層の融点を低下させるための方法として、ＮｉとＴｉのクラッド材において、Ｎｉに対するＴｉの割合を高くする方法がある。例えば、ろう付け層（ろう材）のＴｉ成分を72mass％、Ｎｉ成分を28mass％とすることで、ろう付け層の融点を942℃と最も低くすることができる。ところが、この場合、Ｔｉの割合を多くしたため、ろう付け処理後のろう付け接合部が著しく脆くなってしまい、十分な接合強度を得ることができないという問題があった。 On the other hand, as a method for reducing the melting point of the brazing layer while maintaining the corrosion resistance of the brazed joint, there is a method of increasing the ratio of Ti to Ni in the cladding material of Ni and Ti. For example, by setting the brazing layer (brazing material) to have a Ti component of 72 mass% and an Ni component of 28 mass%, the melting point of the brazing layer can be minimized to 942 ° C. However, in this case, since the ratio of Ti is increased, the brazed joint after the brazing treatment becomes extremely brittle, and there is a problem that sufficient joint strength cannot be obtained.
また、ＮｉとＴｉのクラッド材に、更にＣｕをクラッドすることで、ろう付け層の融点を低下させる方法がある。ところが、この場合、クラッド材の製造工程数が増えると共に、ろう付け処理後のろう付け接合部の耐食性が悪化してしまうという問題があった。 In addition, there is a method of lowering the melting point of the brazing layer by further clad Cu with a clad material of Ni and Ti. However, in this case, there are problems that the number of manufacturing steps of the clad material increases and the corrosion resistance of the brazed joint after the brazing process is deteriorated.
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、ろう付け層の融点が低く、ろう付け接合部が十分な接合強度及び耐食性を有するろう付け用複合材及びそれを用いたろう付け方法並びにその方法を用いて製造したろう付け製品を提供することにある。 The object of the present invention created in view of the above circumstances is to provide a brazing composite material in which the melting point of the brazing layer is low and the brazed joint has sufficient joint strength and corrosion resistance, and a brazing method using the same. The object is to provide a brazed product manufactured using the method.
上記目的を達成すべく本発明に係るろう付け用複合材は、基材の表面にろう付け層を一体的に設けてなる複合材で構成され、被ろう付け部材とろう付けされるろう付け用複合材において、
上記ろう付け層を、２種類以上の金属の層を２層以上に積層した積層体で構成し、かつ、上記基材を、Ｃｕ成分を２．０〜４．０ｍａｓｓ％の割合で含むＦｅ基合金で構成したものである。
In order to achieve the above object, the brazing composite material according to the present invention is composed of a composite material in which a brazing layer is integrally provided on the surface of a base material and brazed to a member to be brazed. In composite materials,
The brazing layer is composed of a laminate in which two or more kinds of metal layers are laminated in two or more layers, and the base material is an Fe group containing a Cu component at a ratio of 2.0 to 4.0 mass%. It is composed of an alloy.
ここで、ろう付け層を、Ｔｉ又はＴｉ合金層とＮｉ又はＮｉ合金層とで構成、或いは、ろう付け層を、Ｔｉ又はＴｉ合金層、Ｎｉ又はＮｉ合金層、及びＦｅ又はＦｅ合金層で構成することが好ましい。 Here, the brazing layer is composed of a Ti or Ti alloy layer and a Ni or Ni alloy layer, or the brazing layer is composed of a Ti or Ti alloy layer, a Ni or Ni alloy layer, and a Fe or Fe alloy layer. It is preferable to do.
また、基材を、Ｃｕ成分を２．０〜４．０ｍａｓｓ％の割合で含むステンレス鋼で構成することが好ましい。 Moreover, it is preferable to comprise a base material with the stainless steel which contains Cu component in the ratio of 2.0-4.0 mass%.
一方、本発明に係るろう付け方法は、上述したろう付け用複合材を用いて被ろう付け部材とのろう付けを行う方法であって、
真空度が1.0×10-1Ｐａ以下の圧力下でろう付け処理を行い、基材に含まれるＣｕ成分をろう付け層中に拡散させてろう付け層を溶融させると共に、ろう付け層中に拡散したＣｕ成分をろう溶融部から蒸発させるものである。
On the other hand, a brazing method according to the present invention is a method of brazing with a member to be brazed using the above-described brazing composite material,
Brazing treatment is performed under a pressure of a vacuum of 1.0 × 10 −1 Pa or less, and the Cu component contained in the base material is diffused into the brazing layer to melt the brazing layer and diffuse into the brazing layer. The Cu component thus evaporated is evaporated from the solder melting portion.
ここで、ろう溶融部が完全に溶解した後、ろう溶融部を急冷することが好ましい。 Here, it is preferable to quench the brazing melt part after the brazing melt part is completely dissolved.
また一方、本発明に係るろう付け製品は、上述したろう付け方法を用いて、前述のろう付け用複合材と被ろう付け部材とをろう付け接合したものである。 On the other hand, a brazing product according to the present invention is obtained by brazing and joining the above-mentioned brazing composite material and a member to be brazed using the brazing method described above.
本発明によれば、1125℃未満といった低い温度でろう付け処理が可能なろう付け用複合材を得ることができるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, it is possible to obtain a brazing composite material that can be brazed at a low temperature of less than 1125 ° C.
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の好適一実施の形態に係るろう付け用複合材の横断面図を図１に示す。 A cross-sectional view of a brazing composite material according to a preferred embodiment of the present invention is shown in FIG.
図１に示すように、本実施の形態に係るろう付け用複合材１０は、被ろう付け部材とろう付けされるものであって、基材１１の表面（図１中では上面のみ）にろう付け層１５を一体的に設けてなるものである。このろう付け用複合材１０に適宜、圧延加工を施すことで、所望の厚さのろう付け用複合材（最終製品）が得られる。ここで言う基材１１の表面は、外部に露出する全ての面を示している。
As shown in FIG. 1, the
ろう付け層１５は、Ｎｉ又はＮｉ合金層（以下、Ｎｉ層と表す）１２、Ｔｉ又はＴｉ合金層（以下、Ｔｉ層と表す）１３、Ｎｉ層１２の少なくとも３層の積層体で構成されるものである。図１中では、ろう付け層１５は、基材１１側から順に、Ｎｉ層１２、Ｔｉ層１３、Ｎｉ層１２を配置、積層し、クラッドしてなるものである。
The brazing layer 15 is composed of a laminate of at least three layers of a Ni or Ni alloy layer (hereinafter referred to as Ni layer) 12, a Ti or Ti alloy layer (hereinafter referred to as Ti layer) 13, and a
基材１１は、ろう付け製品を構成する構成部材（被ろう付け部材）と同一又はほぼ同一の材料で、かつ、Ｃｕ成分を2.0〜4.0mass％、好ましくは2.5〜4.0mass％の割合で含むＦｅ基合金で構成される。このようなＦｅ基合金としては、耐食性をより向上させたステンレス鋼、例えば、SUS316J1、SUS316J1L、SUSXM7、SUS630（全てJIS規格品）などが挙げられる。 The base material 11 is made of the same or substantially the same material as the component member (the member to be brazed) constituting the brazed product, and contains a Cu component in a ratio of 2.0 to 4.0 mass%, preferably 2.5 to 4.0 mass%. It is composed of an Fe-based alloy. Examples of such Fe-based alloys include stainless steels with improved corrosion resistance, such as SUS316J1, SUS316J1L, SUSXM7, and SUS630 (all JIS standard products).
基材１１に含まれるＣｕ成分の割合を2.0〜4.0mass％としたのは、Ｃｕ成分の割合が2.0mass％未満だと、ＴｉとＮｉが反応して得られるろう材の融点を低下させる効果が小さいためである。また、Ｃｕ成分の割合が4.0mass％を超えると、ろう付け接合部（後述）と比較して、基材１１の耐食性が低下するためである。 The reason why the ratio of the Cu component contained in the base material 11 is set to 2.0 to 4.0 mass% is that when the ratio of the Cu component is less than 2.0 mass%, the melting point of the brazing material obtained by reacting Ti and Ni is reduced. This is because is small. Moreover, it is because the corrosion resistance of the base material 11 will fall compared with a brazing junction part (after-mentioned) when the ratio of Cu component exceeds 4.0 mass%.
ろう付け層１５の［Ｎｉ］重量と［Ｎｉ＋Ｔｉ］重量との比（Ni/Ni+Ti）は0.58〜0.68、好ましくは0.60〜0.66に調整される。これらの調整は、Ｎｉ層１２及びＴｉ層１３の各層厚の調整、Ｎｉ層１２及びＴｉ層１３の各合金組成の調整などによってなされる。ここで、Ni/Ni+Tiが0.58未満、又は0.68を超えると、ろう付け層１５全体の融点が上昇するので、ろう付け処理温度が高温（例えば、1200℃以上）となってしまう。その結果、被ろう付け部材や基材１１自体の強度が低下するため、好ましくない。
The ratio (Ni / Ni + Ti) of [Ni] weight and [Ni + Ti] weight of the brazing layer 15 is adjusted to 0.58 to 0.68, preferably 0.60 to 0.66. These adjustments are made by adjusting the thicknesses of the
このようにして得られたろう付け用複合材１０に、適宜、焼鈍処理、プレス成形（プレス加工）を施して所望の形状の半製品に形成する。その後、その半製品と接合を行う被ろう付け部材（図示せず）とを組み合わせ、ろう付け接合を行う部分（以下、ろう付け箇所と記す）を接触させる。その後、ろう付け箇所をメインにして、これらの組み合わせ部材に加熱によるろう付け処理を施すことで、ろう付け層１５が溶融、凝固し、ろう凝固部（ろう付け接合部）を介して接合されたろう付け製品が得られる。あるいは、被ろう付け部材として、ろう付け用複合材１０を用いてもよい。例えば、本実施の形態に係るろう付け用複合材１０を複数個用意し、各複合材１０に適宜プレス加工を施してそれぞれ所望の形状の半製品に形成した後、それらの半製品を組み合わせ、ろう付け箇所を接触させる。その後、これらの組み合わせ部材に加熱によるろう付け処理を施すことで、ろう付け製品を得るようにしてもよい。
The brazing
ろう付け製品としては、ＥＧＲ用クーラ等の高温・高腐食性のガス又は液体に晒される熱交換器、燃料電池の改質器用クーラ、燃料電池部材、オイルクーラ、ラジエータ、二次電池部材などが挙げられる。 Brazing products include heat exchangers exposed to high-temperature, highly corrosive gases or liquids such as EGR coolers, fuel cell reformer coolers, fuel cell members, oil coolers, radiators, secondary battery members, etc. Can be mentioned.
本実施の形態においては、基材側からＮｉ層１２、Ｔｉ層１３、Ｎｉ層１２の順に積層してなる３層構造のろう付け層１５を有するろう付け用複合材１０について説明を行った。しかし、ろう付け層の構造は、これに特に限定するものではなく、例えば、基材１１側からＮｉ層１２、Ｔｉ層１３、Ｎｉ層１２、Ｔｉ層１３、…の順に積層してなる４層構造以上のろう付け層であってもよい。
In the present embodiment, the brazing
また、本実施の形態においては、基材１１の片面（図１中では上面）のみにろう付け層１５を設けたろう付け用複合材１０について説明を行ったが、これに特に限定するものではない。例えば、ろう付け層１５が基材１１の両面（図１中では上・下面）に設けられたろう付け用複合材であってもよい。
Moreover, in this Embodiment, although the brazing
さらに、本実施の形態においては、箔状（薄板状）を呈したろう付け用複合材１０を用いて説明を行ったが、複合材の形状は箔状に特に限定するものではない。例えば、棒状又はワイヤ状の基材の表面に、基材側からＮｉ層１２、Ｔｉ層１３、Ｎｉ層１２の順に積層してなるろう付け層１５を一体的に設け、ろう付け用複合材としてもよい。この場合、Ｎｉ層１２及びＴｉ層１３の形成は、メッキ法、押出法、造管法などによってなされる。
Furthermore, in this Embodiment, although demonstrated using the
次に、本実施の形態に係るろう付け用複合材１０を用いたろう付け方法を説明する。
Next, a brazing method using the
先ず、本実施の形態に係るろう付け用複合材１０にプレス加工を施し、半製品を作製する。この時、プレス加工に先立って、適宜、ろう付け用複合材１０に焼鈍処理を施してもよい。焼鈍処理を行うことによって、基材１１が十分に軟化され、プレス加工時に割れが生じることはなく、所望の形状の半製品を歩留りよく得ることができる。また、この焼鈍処理によって、ろう付け層１５におけるＮｉ層１２，１２とＴｉ層１３の各層間で拡散反応が進行する。
First, the brazing
この半製品と被ろう付け部材（図示せず）とを組み合わせ、ろう付け箇所を接触させる。その後、これらの組み合わせ部材に、加熱炉を用いてろう付け処理を施すことで、ろう付け箇所においてろう付け層１５（ろう材）の溶融反応が生じる。このろう付け処理は、真空度が1×10-1Ｐａ以下、好ましくは1×10-2Ｐａ以下の圧力雰囲気下で行う。ろう付け処理温度は、例えば、1050〜1125℃未満、好ましくは1100℃前後とされる。 This semi-finished product and a member to be brazed (not shown) are combined to bring the brazed portion into contact. Thereafter, these combination members are subjected to a brazing process using a heating furnace, whereby a melting reaction of the brazing layer 15 (brazing material) occurs at the brazing point. This brazing treatment is performed in a pressure atmosphere with a degree of vacuum of 1 × 10 −1 Pa or less, preferably 1 × 10 −2 Pa or less. The brazing temperature is, for example, 1050 to less than 1125 ° C, preferably around 1100 ° C.
このろう付け処理により、先ず、ろう付け層１５におけるＮｉ層１２，１２とＴｉ層１３との間で拡散反応が進行し、合金化がなされる。これと同時に、基材１１に含まれるＣｕ成分がろう付け層１５中に拡散する。つまり、ろう付け層１５中では、Ｃｕ成分、Ｎｉ成分、及びＴｉ成分による混合、合金化がなされる。これによって、ろう付け層１５の融点は、ＮｉとＴｉだけで構成されるろう付け層を溶融させる場合と比較して更に低下することから、より低い温度でのろう付け処理が可能となる。その結果、約1050〜1125℃未満の温度でろう付け層１５が溶融し始め、ろう付け層１５の流動が生じ、ろう付け層１５が溶融してろう溶融部が形成される。
By this brazing treatment, first, a diffusion reaction proceeds between the Ni layers 12 and 12 and the
また、ろう付け処理は、真空度が1×10-1Ｐａ以下の低圧雰囲気下で行われる。ここで、ろう溶融部において、Ｃｕはその他の金属元素（Ｎｉ、Ｔｉ）と比較して蒸気圧（飽和蒸気圧）が低いため、Ｃｕ蒸気が優先的にろう溶融部から蒸発し、脱離拡散される。その後、ろう付け層１５が完全に溶融した段階で急冷を行うことで、ろう溶融部が凝固してろう付け接合部となり、基材１１と被ろう付け部材とがろう付け接合部を介して接合され、ろう付け製品が得られる。 The brazing process is performed in a low-pressure atmosphere with a degree of vacuum of 1 × 10 −1 Pa or less. Here, since Cu has a lower vapor pressure (saturated vapor pressure) than other metal elements (Ni, Ti) in the brazing melt, Cu vapor preferentially evaporates from the brazing melt and is desorbed and diffused. Is done. Thereafter, rapid cooling is performed when the brazing layer 15 is completely melted, so that the brazed molten portion is solidified to become a brazed joint, and the base material 11 and the member to be brazed are joined via the brazed joint. And a brazed product is obtained.
この冷却過程において、ろう溶融部から脱離拡散（蒸発）したＣｕ蒸気が、ろう溶融部の表面に再付着しないようにするために、加熱炉のチャンバー部分を、ろう溶融部よりも早く冷却することが好ましい。或いは、Ｃｕ蒸気を吸着させるためのゲッター材（吸着材）を加熱炉内に配置するようにしてもよい。 In this cooling process, in order to prevent Cu vapor desorbed and diffused (evaporated) from the solder melting part from reattaching to the surface of the solder melting part, the chamber part of the heating furnace is cooled earlier than the solder melting part. It is preferable. Alternatively, a getter material (adsorbent) for adsorbing Cu vapor may be disposed in the heating furnace.
以上、本実施の形態に係るろう付け用複合材１０（図１参照）は、基材１１を、Ｃｕ成分を2.0〜4.0mass％の割合で含むＦｅ基合金で構成したことで、このろう付け用複合材１０を用いてろう付け接合を行った際、基材１１からろう付け層１５中にＣｕ成分が拡散する。よって、ろう付け層１５の融点を1100℃前後にまで低下させることができる。その結果、被ろう付け部材や基材１１自体の強度が低下することがなくなると共に、石英管で構成される熱処理炉の炉体が軟化するおそれもなくなくなる。
As described above, the brazing composite material 10 (see FIG. 1) according to the present embodiment is configured by brazing the base material 11 with an Fe-based alloy containing a Cu component at a ratio of 2.0 to 4.0 mass%. Cu component diffuses from the base material 11 into the brazing layer 15 when the brazing joint is performed using the
ろう付け処理は、真空度が1×10-1Ｐａ以下の低圧雰囲気下で行われるため、基材１１からろう付け層１５中に拡散し、ろう付け層１５の融点低下に寄与したＣｕ成分は優先的に蒸発される。よって、最終的に得られたろう付け製品のろう付け接合部中に残存するＣｕ成分は極微量となる。その結果、ろう付け製品のろう付け接合部の耐食性を良好に保つことができる。 Since the brazing process is performed in a low-pressure atmosphere with a vacuum degree of 1 × 10 −1 Pa or less, the Cu component that diffuses from the base material 11 into the brazing layer 15 and contributes to the lowering of the melting point of the brazing layer 15 is Evaporates preferentially. Therefore, the Cu component remaining in the brazed joint portion of the brazed product finally obtained is extremely small. As a result, the corrosion resistance of the brazed joint of the brazed product can be kept good.
また、本実施の形態に係るろう付け用複合材１０においては、ろう付け層１５の融点低下に寄与するＣｕ成分は基材１１から供給される。このため、ろう付け層１５は、従来のろう付け用複合材のろう付け層と同様の製造工程で製造可能であり、容易、かつ、安価にろう付け用複合材１０を製造することができる。
In the
また、本実施の形態に係るろう付け用複合材１０は、基材１１とろう付け層１５とが一体的に設けられているため、基材１１と被ろう付け部材とのろう付け箇所にろう材を配置する作業が不要となる。このため、良好なろう付け生産性で、ろう付け製品を得ることができる。
Further, in the
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の他の好適一実施の形態に係るろう付け用複合材の横断面図を図２に示す。尚、図１と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については説明を省略する。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of a brazing composite material according to another preferred embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the member similar to FIG. 1, and description is abbreviate | omitted about these members.
図２に示すように、本実施の形態に係るろう付け用複合材２０は、被ろう付け部材とろう付けされるものであって、基材１１の表面（図２中では上面のみ）にろう付け層２５を一体的に設けてなるものである。このろう付け用複合材２０に適宜、圧延加工を施すことで、所望の厚さのろう付け用複合材（最終製品）が得られる。
As shown in FIG. 2, the
ろう付け層２５は、Ｎｉ層１２、Ｔｉ層１３、Ｆｅ又はＦｅ合金層（以下、Ｆｅ層と記す）１４の少なくとも３層の積層体で構成されるものである。図２中では、ろう付け層２５は、基材１１側から順に、Ｎｉ層１２、Ｔｉ層１３、Ｆｅ層１４を配置、積層し、クラッドしてなるものである。
The
ろう付け層２５の［Ｎｉ］重量と［Ｎｉ＋Ｔｉ］重量との比（Ni/Ni+Ti）は0.58〜0.68、好ましくは0.60〜0.66に調整される。これらの調整は、Ｎｉ層１２、Ｔｉ層１３、及びＦｅ層１４の各層厚の調整、Ｎｉ層１２、Ｔｉ層１３、及びＦｅ層１４の各合金組成の調整などによってなされる。ここで、Ni/Ni+Tiが0.58未満、又は0.68を超えると、ろう付け層２５全体の融点が上昇するので、ろう付け処理温度が高温（例えば、1200℃以上）となってしまう。その結果、被ろう付け部材や基材１１自体の強度が低下するため、好ましくない。
The ratio (Ni / Ni + Ti) of [Ni] weight and [Ni + Ti] weight of the
ろう付け層２５全体に占めるＦｅの割合は6〜35mass％、好ましくは10〜30mass％に調整される。言い換えると、ろう付け用複合材２０は、ろう付け層２５全体の組成がNi-Ti-6〜35mass％Feとなるように調整したものである。これらの調整は、Ｎｉ層１２、Ｔｉ層１３、及びＦｅ層１４の各層厚の調整、Ｎｉ層１２、Ｔｉ層１３、及びＦｅ層１４の各合金組成の調整などによってなされる。ここで、Ｆｅの割合が6mass％未満だと、被ろう付け部材や基材１１からＦｅ成分が溶出するのを十分に抑制することができない。また、Ｆｅの割合が35mass％を超えると、ろう付け層２５全体の融点が上昇するので、ろう付け処理温度がより高温となってしまい、結果的に被ろう付け部材や基材１１の強度が低下する。
The ratio of Fe in the
このようにして得られたろう付け用複合材２０に、適宜、焼鈍処理、プレス成形（プレス加工）を施して所望の形状の半製品に形成する。その後、その半製品と接合を行う被ろう付け部材（図示せず）とを組み合わせ、ろう付け箇所を接触させる。その後、ろう付け箇所をメインにして、これらの組み合わせ部材に加熱によるろう付け処理を施すことで、ろう付け層２５が溶融、凝固し、ろう付け接合部を介して接合されたろう付け製品が得られる。あるいは、被ろう付け部材として、ろう付け用複合材２０を用いてもよい。例えば、本実施の形態に係るろう付け用複合材２０を複数個用意し、各複合材２０に適宜プレス加工を施してそれぞれ所望の形状の半製品に形成した後、それらの半製品を組み合わせ、ろう付け箇所を接触させる。その後、これらの組み合わせ部材に加熱によるろう付け処理を施すことで、ろう付け製品を得るようにしてもよい。
The brazing
本実施の形態においては、基材側からＮｉ層１２、Ｔｉ層１３、Ｆｅ層１４の順に積層してなる３層構造のろう付け層２５を有するろう付け用複合材２０について説明を行った。しかし、ろう付け層の構造は、これに特に限定するものではなく、例えば、基材１１側からＮｉ層１２、Ｔｉ層１３、Ｎｉ層１２、Ｆｅ層１４、…の順に積層してなる４層構造以上のろう付け層であってもよい。
In the present embodiment, the brazing
また、本実施の形態においては、基材１１の片面（図２中では上面）のみにろう付け層２５を設けたろう付け用複合材２０について説明を行ったが、これに特に限定するものではない。例えば、ろう付け層２５が基材１１の両面（図２中では上・下面）に設けられたろう付け用複合材であってもよい。
Moreover, in this Embodiment, although the
さらに、本実施の形態においては、箔状（薄板状）を呈したろう付け用複合材２０を用いて説明を行ったが、複合材の形状は箔状に特に限定するものではない。例えば、棒状又はワイヤ状の基材の表面に、基材側からＮｉ層１２、Ｔｉ層１３、Ｆｅ層１４の順に積層してなるろう付け層２５を一体的に設け、ろう付け用複合材としてもよい。この場合、Ｎｉ層１２、Ｔｉ層１３、及びＦｅ層１４の形成は、メッキ法、押出法、造管法などによってなされる。
Furthermore, in this Embodiment, although demonstrated using the
次に、本実施の形態に係るろう付け用複合材２０を用いたろう付け方法を説明する。
Next, a brazing method using the
先ず、本実施の形態に係るろう付け用複合材２０にプレス加工を施し、半製品を作製する。この時、プレス加工に先立って、適宜、ろう付け用複合材２０に焼鈍処理を施してもよい。焼鈍処理を行うことによって、基材１１が十分に軟化され、プレス加工時に割れが生じることはなく、所望の形状の半製品を歩留りよく得ることができる。また、この焼鈍処理によって、ろう付け層２５におけるＮｉ層１２、Ｔｉ層１３、及びＦｅ層１４の各層間で拡散反応が進行する。
First, the brazing
この半製品と被ろう付け部材（図示せず）とを組み合わせ、ろう付け箇所を接触させる。その後、これらの組み合わせ部材に、加熱炉を用いてろう付け処理を施すことで、ろう付け箇所においてろう付け層２５（ろう材）の溶融反応が生じる。このろう付け処理は、真空度が1×10-1Ｐａ以下、好ましくは1×10-2Ｐａ以下の圧力雰囲気下で行う。ろう付け処理温度は、例えば、1050〜1125℃未満、好ましくは1100℃前後とされる。 This semi-finished product and a member to be brazed (not shown) are combined to bring the brazed portion into contact. Thereafter, these combination members are subjected to a brazing process using a heating furnace, whereby a melting reaction of the brazing layer 25 (brazing material) occurs at the brazing point. This brazing treatment is performed in a pressure atmosphere with a degree of vacuum of 1 × 10 −1 Pa or less, preferably 1 × 10 −2 Pa or less. The brazing temperature is, for example, 1050 to less than 1125 ° C, preferably around 1100 ° C.
このろう付け処理により、先ず、ろう付け層２５におけるＮｉ層１２とＴｉ層１３との間で拡散反応が進行し、Ｎｉ層１２とＴｉ層１３との界面で溶融が生じ始める。その後、Ｆｅ層１４からＦｅ成分がろう付け層２５中に拡散し、これと同時に、基材１１に含まれるＣｕ成分がろう付け層２５中に拡散し、ろう付け層２５の溶融が更に進行する。つまり、ろう付け層２５中では、Ｎｉ成分、Ｔｉ成分、Ｆｅ成分、及びＣｕ成分による混合、合金化がなされる。これによって、ろう付け層２５の融点は、ＮｉとＴｉだけで構成されるろう付け層を溶融させる場合と比較して更に低下することから、より低い温度でのろう付け処理が可能となる。その結果、約1050〜1125℃未満の温度でろう付け層２５が溶融し始め、ろう付け層２５の流動が生じ、ろう付け層２５が溶融してろう溶融部が形成される。
By this brazing treatment, first, a diffusion reaction proceeds between the
また、ろう付け処理は、真空度が1×10-1Ｐａ以下の低圧雰囲気下で行われる。ここで、ろう溶融部において、Ｃｕはその他の金属元素（Ｎｉ、Ｔｉ、及びＦｅ）と比較して蒸気圧（飽和蒸気圧）が低いため、Ｃｕ蒸気が優先的にろう溶融部から蒸発し、脱離拡散される。その後、ろう付け層２５が完全に溶融した段階で急冷を行うことで、ろう溶融部が凝固してろう付け接合部となり、基材１１と被ろう付け部材とがろう付け接合部を介して接合され、ろう付け製品が得られる。
The brazing process is performed in a low-pressure atmosphere with a degree of vacuum of 1 × 10 −1 Pa or less. Here, since Cu has a lower vapor pressure (saturated vapor pressure) than other metal elements (Ni, Ti, and Fe) in the brazing melt, Cu vapor preferentially evaporates from the brazing melt, Desorbed and diffused. Thereafter, rapid cooling is performed when the
本実施の形態に係るろう付け用複合材２０においても、前実施の形態に係るろう付け用複合材１０と同様の作用効果が得られる。
Also in the
また、本実施の形態に係るろう付け用複合材２０によれば、ろう付け処理時に、ろう付け層２５のＮｉ層１２及びＴｉ層１３に続いてＦｅ層１４が溶融し、Ｎｉ成分、Ｔｉ成分、及びＦｅ成分が混合されると共に、基材１１のＣｕ成分がろう付け層２５中に拡散して、ろう付け層２５に流動が生じる。ここで、ろう付け層２５の流動が生じる前に、ろう付け層２５中にＦｅ層１４が溶融するため、溶融したろう付け層２５全体のＦｅ濃度は、溶融前のろう付け層２５全体のＦｅ濃度と同じ6〜35mass％となる。ろう付け処理の際に、被ろう付け部材や基材１１のＦｅ成分がろう溶融部中に溶け込むことがあるが、溶け込みが生じるのはろう溶融部におけるＦｅ濃度が飽和に達するまでであり、溶け込み可能なＦｅ量には限界がある。よって、被ろう付け部材や基材１１、特に被ろう付け部材のＦｅ成分が、ろう溶融部中に溶け込むことが抑制され、被ろう付け部材や基材１１に侵食が発生するのを大幅に低減することができる。また、ろう溶融部中のＦｅ濃度は、湯流れ性を阻害しないように6〜35mass％に調整している。このため、ろう溶融部の湯流れ性は良好である。これらの結果、ろう付け後において、被ろう付け部材と基材１１とのろう付け接合部の強度低下が生じることはなく、ろう付け接合部の信頼性は良好である。
Moreover, according to the
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various other things are assumed.
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 Next, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to this Example.
（実施例１）
板厚が0.84ｍｍのＮｉ板、板厚が2.0ｍｍの純Ｔｉ板、板厚が0.84ｍｍのＮｉ板を順に重ね合わせて３層構造の積層体を形成した。この積層体に熱間圧延処理を施して、板厚が1.4ｍｍのクラッド板を得た。このクラッド板に冷間圧延処理を施して、板厚が1.0ｍｍのクラッド板を作製した。
Example 1
A Ni plate having a thickness of 0.84 mm, a pure Ti plate having a thickness of 2.0 mm, and a Ni plate having a thickness of 0.84 mm were sequentially stacked to form a laminate having a three-layer structure. This laminate was hot-rolled to obtain a clad plate having a thickness of 1.4 mm. The clad plate was cold-rolled to produce a clad plate having a thickness of 1.0 mm.
このクラッド板と基材（厚さ2.5ｍｍ、Ｃｕ成分を2.5mass％の割合で含むステンレス鋼板）とを重ね合わせ、圧延法によりクラッドして複合材を作製した。この複合材に冷間圧延処理を繰り返し施し、厚さが0.5ｍｍで、３層構造（Ni/Ti/Ni/基材）のろう付け層を有するろう付け用複合材を作製した。 This clad plate and a base material (a stainless steel plate having a thickness of 2.5 mm and containing a Cu component in a proportion of 2.5 mass%) were overlapped and clad by a rolling method to produce a composite material. This composite material was repeatedly subjected to cold rolling treatment to produce a brazing composite material having a thickness of 0.5 mm and a brazing layer having a three-layer structure (Ni / Ti / Ni / base material).
このろう付け用複合材に対して、真空下（真空度は3.0×10-3Ｐａ）で加熱処理を施し、ろう付け層が完全に溶融した時点で急冷を行い、ろう付け処理を行った。 The brazing composite material was subjected to a heat treatment under a vacuum (degree of vacuum: 3.0 × 10 −3 Pa), and when the brazing layer was completely melted, the brazing treatment was performed.
（実施例２）
板厚が1.67ｍｍのＮｉ板、板厚が2.0ｍｍの純Ｔｉ板、板厚が0.81ｍｍのＦｅ板を順に重ね合わせて３層構造の積層体を形成した。この積層体に熱間圧延処理を施して、板厚が1.4ｍｍのクラッド板を得た。このクラッド板に冷間圧延処理を施して、板厚が1.0ｍｍのクラッド板を作製した。
(Example 2)
A Ni plate having a thickness of 1.67 mm, a pure Ti plate having a thickness of 2.0 mm, and an Fe plate having a thickness of 0.81 mm were sequentially stacked to form a laminate having a three-layer structure. This laminate was hot-rolled to obtain a clad plate having a thickness of 1.4 mm. The clad plate was cold-rolled to produce a clad plate having a thickness of 1.0 mm.
このクラッド板と基材（厚さ2.5ｍｍ、Ｃｕ成分を3.5mass％の割合で含むステンレス鋼板）とを重ね合わせ、圧延法によりクラッドして複合材を作製した。この複合材に冷間圧延処理を繰り返し施し、厚さが0.5ｍｍで、３層構造（Fe/Ti/Ni/基材）のろう付け層を有するろう付け用複合材を作製した。 This clad plate and a base material (thickness 2.5 mm, a stainless steel plate containing a Cu component at a ratio of 3.5 mass%) were superposed and clad by a rolling method to produce a composite material. This composite material was repeatedly subjected to cold rolling treatment to produce a brazing composite material having a thickness of 0.5 mm and a brazing layer having a three-layer structure (Fe / Ti / Ni / base material).
このろう付け用複合材に対して、真空下（真空度は8.0×10-3Ｐａ）で加熱処理を施し、ろう付け層が完全に溶融した時点で急冷を行い、ろう付け処理を行った。 The brazing composite material was subjected to a heat treatment under vacuum (vacuum degree: 8.0 × 10 −3 Pa). When the brazing layer was completely melted, the brazing treatment was performed.
（比較例１）
基材としてＣｕ成分を0.5mass％の割合で含むステンレス鋼板を用いる以外は実施例１と同様にして、厚さが0.5ｍｍで、３層構造（Ni/Ti/Ni/基材）のろう付け層を有するろう付け用複合材を作製した。
(Comparative Example 1)
Brazing with a thickness of 0.5 mm and a three-layer structure (Ni / Ti / Ni / base material) in the same manner as in Example 1 except that a stainless steel plate containing a Cu component at a ratio of 0.5 mass% is used as the base material. A brazing composite material having a layer was prepared.
このろう付け用複合材に対して、真空下（真空度は5.0×10-3Ｐａ）で加熱処理を施し、ろう付け層が完全に溶融した時点で急冷を行い、ろう付け処理を行った。 The brazing composite material was subjected to heat treatment under vacuum (vacuum degree: 5.0 × 10 −3 Pa), and when the brazing layer was completely melted, rapid cooling was performed to perform brazing treatment.
（比較例２）
基材としてＣｕ成分を5.5mass％の割合で含むステンレス鋼板を用いる以外は実施例２と同様にして、厚さが0.5ｍｍで、３層構造（Fe/Ti/Ni/基材）のろう付け層を有するろう付け用複合材を作製した。
(Comparative Example 2)
Brazing with a thickness of 0.5 mm and a three-layer structure (Fe / Ti / Ni / base material) in the same manner as in Example 2 except that a stainless steel plate containing a Cu component at a rate of 5.5 mass% is used as the base material. A brazing composite material having a layer was prepared.
このろう付け用複合材に対して、真空下（真空度は4.0×10-3Ｐａ）で加熱処理を施し、ろう付け層が完全に溶融した時点で急冷を行い、ろう付け処理を行った。 The brazing composite material was subjected to a heat treatment under a vacuum (degree of vacuum: 4.0 × 10 −3 Pa), and when the brazing layer was completely melted, the brazing treatment was performed.
（比較例３）
基材としてＣｕ成分を3.0mass％の割合で含むステンレス鋼板を用いる以外は実施例１と同様にして、厚さが0.5ｍｍで、３層構造（Ni/Ti/Ni/基材）のろう付け層を有するろう付け用複合材を作製した。
(Comparative Example 3)
Brazing with a thickness of 0.5 mm and a three-layer structure (Ni / Ti / Ni / base material) in the same manner as in Example 1 except that a stainless steel plate containing a Cu component at a ratio of 3.0 mass% is used as the base material. A brazing composite material having a layer was prepared.
このろう付け用複合材に対して、真空下（真空度は5.0×10-1Ｐａ）で加熱処理を施し、ろう付け層が完全に溶融した時点で急冷を行い、ろう付け処理を行った。 The brazing composite material was subjected to a heat treatment under vacuum (vacuum degree: 5.0 × 10 −1 Pa). When the brazing layer was completely melted, the brazing treatment was performed.
（比較例４）
基材としてSUS304（Ｃｕ成分の含有割合：0mass％）で構成されるステンレス鋼板を用いる以外は実施例１と同様にして、厚さが0.5ｍｍで、３層構造（Ni/Ti/Ni/基材）のろう付け層を有するろう付け用複合材を作製した。
(Comparative Example 4)
A thickness of 0.5 mm and a three-layer structure (Ni / Ti / Ni / base) in the same manner as in Example 1 except that a stainless steel plate composed of SUS304 (Cu component content: 0 mass%) is used as the base material. A brazing composite material having a brazing layer of (material) was produced.
このろう付け用複合材に対して、真空下（真空度は5.0×10-3Ｐａ）で加熱処理を施し、ろう付け層が完全に溶融した時点で急冷を行い、ろう付け処理を行った。 The brazing composite material was subjected to heat treatment under vacuum (vacuum degree: 5.0 × 10 −3 Pa), and when the brazing layer was completely melted, rapid cooling was performed to perform brazing treatment.
実施例１，２、比較例１〜４の各ろう付け用複合材について、それらの積層構造、基材中のＣｕ成分割合［mass％］、ろう付け処理時の圧力（真空度；［Pa］）、ろう付け層が完全に溶融した温度［℃］、ろう付け接合部の耐食性、基材の耐食性を表１に示す。 About each composite material for brazing of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4, their laminated structure, Cu component ratio [mass%] in the base material, pressure during brazing treatment (vacuum degree; [Pa] Table 1 shows the temperature [° C.] at which the brazing layer was completely melted, the corrosion resistance of the brazed joint, and the corrosion resistance of the base material.
ろう付け接合部及び基材の耐食性の評価は、耐食性が良好なものを○、耐食性が悪いものを×とした。 In the evaluation of the corrosion resistance of the brazed joint and the base material, the case where the corrosion resistance was good was evaluated as ○, and the case where the corrosion resistance was poor was evaluated as ×.
表１に示すように、実施例１，２の各ろう付け用複合材におけるろう付け層の溶融温度はいずれも1100℃であり、従来のろう付け用複合材におけるろう付け層の溶融温度（例えば、1150℃）と比較して、十分に低かった。また、ろう付け接合部及び基材の耐食性はいずれも良好であった。 As shown in Table 1, the melting temperature of the brazing layer in each of the brazing composite materials of Examples 1 and 2 is 1100 ° C., and the melting temperature of the brazing layer in the conventional brazing composite material (for example, , 1150 ° C). Further, the corrosion resistance of the brazed joint and the base material were both good.
これに対して、比較例１，４の各ろう付け用複合材は、ろう付け接合部及び基材の耐食性はいずれも良好であった。しかし、比較例１のろう付け用複合材は、基材のＣｕ成分含有割合が0.5mass％であり、規定範囲（2.0〜4.0mass％）よりも少ない。また、比較例４のろう付け用複合材は、基材がＣｕ成分を含有しないSUS304で構成されている。よって、比較例１，４の各ろう付け用複合材においては、ろう付け層の溶融温度の低下効果が不十分であり、ろう付け層の溶融温度は1125℃、1130℃とやや高めであった。 In contrast, each of the brazing composite materials of Comparative Examples 1 and 4 had good corrosion resistance of the brazed joint and the base material. However, the brazing composite material of Comparative Example 1 has a Cu component content of the base material of 0.5 mass%, which is less than the specified range (2.0 to 4.0 mass%). Moreover, the brazing composite material of Comparative Example 4 is made of SUS304 whose base material does not contain a Cu component. Therefore, in each brazing composite material of Comparative Examples 1 and 4, the effect of lowering the melting temperature of the brazing layer was insufficient, and the melting temperature of the brazing layer was slightly higher, 1125 ° C and 1130 ° C. .
また、比較例２のろう付け用複合材は、ろう付け層の溶融温度が1080℃と十分に低く、かつ、ろう付け接合部の耐食性も良好であった。しかし、比較例２のろう付け用複合材は、基材のＣｕ成分含有割合が5.5mass％であり、規定範囲（2.0〜4.0mass％）よりも多い。このように、比較例２のろう付け用複合材においては、基材にＣｕ成分が多く含まれていることから、基材の耐食性が悪かった。 In the brazing composite material of Comparative Example 2, the melting temperature of the brazing layer was sufficiently low at 1080 ° C., and the corrosion resistance of the brazed joint was good. However, the brazing composite material of Comparative Example 2 has a Cu component content of the base material of 5.5 mass%, which is greater than the specified range (2.0 to 4.0 mass%). Thus, in the composite material for brazing of Comparative Example 2, the base material contains a large amount of Cu component, and thus the corrosion resistance of the base material was poor.
また、比較例３のろう付け用複合材は、ろう付け層の溶融温度が1100℃と十分に低く、かつ、基材の耐食性も良好であった。しかし、比較例３のろう付け用複合材は、ろう付け処理時の圧力が5.0×10-1Ｐａであり、規定範囲（1.0×10-1Ｐａ以下）よりも高い。このように、比較例３のろう付け用複合材においては、ろう付け処理時の圧力が高すぎるため、ろう付け処理時、ろう溶融部からＣｕ成分を十分に蒸発させることができず、結果的にろう付け接合部の耐食性が悪化した。 Further, in the brazing composite material of Comparative Example 3, the melting temperature of the brazing layer was sufficiently low at 1100 ° C., and the corrosion resistance of the base material was also good. However, the brazing composite material of Comparative Example 3 has a pressure during the brazing treatment of 5.0 × 10 −1 Pa, which is higher than the specified range (1.0 × 10 −1 Pa or less). Thus, in the brazing composite material of Comparative Example 3, since the pressure during the brazing process is too high, the Cu component cannot be sufficiently evaporated from the brazing molten part during the brazing process, resulting in a result. The corrosion resistance of the brazed joint deteriorated.
１０ ろう付け用複合材
１１ 基材
１２ Ｎｉ層
１３ Ｔｉ層
１５ ろう付け層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記ろう付け層を、２種類以上の金属の層を２層以上に積層した積層体で構成し、かつ、上記基材を、Ｃｕ成分を２．０〜４．０ｍａｓｓ％の割合で含むＦｅ基合金で構成したことを特徴とするろう付け用複合材。 In a composite material for brazing composed of a composite material in which a brazing layer is integrally provided on the surface of a base material and brazed to a member to be brazed,
The brazing layer is composed of a laminate in which two or more kinds of metal layers are laminated in two or more layers, and the base material is an Fe group containing a Cu component at a ratio of 2.0 to 4.0 mass%. A composite material for brazing characterized by comprising an alloy.
真空度が1.0×10-1Ｐａ以下の圧力下でろう付け処理を行い、基材に含まれるＣｕ成分をろう付け層中に拡散させてろう付け層を溶融させると共に、ろう付け層中に拡散したＣｕ成分をろう溶融部から蒸発させることを特徴とするろう付け方法。 A method for performing brazing with a member to be brazed using the brazing composite material according to claim 1,
Brazing treatment is performed under a pressure of a vacuum of 1.0 × 10 −1 Pa or less, and the Cu component contained in the base material is diffused into the brazing layer to melt the brazing layer and diffuse into the brazing layer. A brazing method characterized in that the Cu component is evaporated from the brazing melt part.
A brazed product obtained by brazing a brazing composite material and a member to be brazed using the brazing method according to claim 5 or 6.
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