JP2008055470A - ろう付け用複合材及びそれを用いたろう付け製品 - Google Patents

Abstract

【課題】ろう付けによる基材の薄肉化を低減し、加工性に優れ、製造コストが安価で、かつ、所望の耐食性及び湯流れ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製品を提供するものである。
【解決手段】本発明に係るろう付け用複合材は、少なくとも２種以上の金属のクラッド材で構成され、アルミニウム或いはアルミニウム合金層２の他に、ニッケル層１、チタン層３、鉄−ニッケル合金層４も含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ろう付け性能及び加工性を向上させ、かつ、耐食性を有したろう付け用複合材及びそれを用いたろう付け製品に関するものであり、特に、熱交換器（排ガス再循環装置（ＥＧＲ）用クーラや燃料電池改質器用クーラなど）および燃料電池用部材のろう付け用複合材及びそれを用いたろう付け製品に関するものである。

自動車用オイルクーラの接合材として、ステンレス基ろう付け用クラッド材が使用されている。これは、ステンレス鋼板の片面、あるいは両面にろう材としての機能をもつ銅がクラッドされている。また、ステンレス鋼や、ニッケル基又はコバルト基合金などの部品のろう付け材として、接合部の耐食性に優れる各種ニッケルろうに、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のうち選ばれた金属粉末を４ｗｔ％〜２５ｗｔ％添加して構成されるニッケルろう材が提案されている。

また、自己ろう付け性クラッド材を作る方法として、Ｎｉ−Ｔｉクラッド材の製造法がある。

特開平７−２９９５９２号公報 特開２０００−１０７８８３号公報 特開２００５−１８６１０６号公報 特開２００３−１１７６８３号公報 特開２００４−２９１０７８号公報

自動車用オイルクーラの接合材としてのステンレス基ろう付け用クラッド材は、ろう材の機能を持つ銅が、ステンレス鋼板の片面あるいは両面にクラッドされている。オイルクーラに、このステンレス基ろう付け用クラッド材を使用した場合、ろう材としての銅は使用上の耐食性に全く問題はない。

しかしながら、このステンレス基ろう付け用クラッド材を、燃料電池用熱交換器、或いはＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排ガス再循環装置）クーラ接合用など、耐食・耐熱環境下（腐食性・高温環境下）でろう材として使用した場合、耐食性に著しい問題が生じる。すなわち、燃料電池用熱交換器やＥＧＲクーラ内には、高温かつ腐食性の高い溶液あるいは排気ガスなどが循環されるため、従来の銅ろう材では、耐食性が十分でなく使用ができない。

特許文献１に記載されているようなＮｉ−Ｔｉクラッド材は、ろう材として機能する合金の特定の組成範囲において、ろう付け時にろう材が基材を大幅に侵食し、基材の薄肉化（基材食われ）が生じてしまう。その結果、ろう付け接合部の強度低下が問題となる。

特許文献２に記載されている粉末ニッケルろう材、及びＪＩＳに記載のニッケルろう材は、粉末状であるため、接合部毎に粉末ろう材を添付（配置）する作業が必要になるため、多大な労力を費やし、製品の生産性が著しく低く、高コストな製品とならざるを得ない。また、同じくＪＩＳに記載のアモルファスニッケルろう材は非常に脆いため、加工及びろう付け組み立て時の取り扱いが難しく、製造コスト（加工コスト）が高いという問題があった。

そこで本発明の目的は、ろう付けによる基材の薄肉化を低減し、加工性に優れ、製造コストが安価で、かつ、所望の耐食性及び湯流れ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製品を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、少なくとも２種以上の金属で構成される複合材であり、その複合材がニッケル層、チタン層、鉄−ニッケル合金層、アルミニウム或いはアルミニウム合金層を含むことを特徴とするろう付け用複合材である。

請求項２の発明は、少なくとも２種以上の金属で構成される複合材であり、その複合材がニッケル層、アルミニウム或いはアルミニウム合金層、チタン層、鉄−ニッケル合金層の順に積層させた構造であることを特徴とするろう付け用複合材である。

請求項３の発明は、複合材全体のＡｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上である請求項１又は２記載のろう付け用複合材である。

請求項４の発明は、複合材全体のＡｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上、かつ、Ｆｅ濃度が５〜４５ｍａｓｓ％である請求項１又は２記載のろう付け用複合材である。

請求項５の発明は、ステンレス鋼製の基材の片面もしくは両面に、少なくとも２種以上の金属で構成される複合材からなるろう付け層を複合一体化してなり、そのろう付け層がニッケル層、チタン層、鉄−ニッケル合金層、アルミニウム或いはアルミニウム合金層を含むことを特徴とするろう付け用複合材である。

請求項６の発明は、ステンレス鋼製の基材の片面もしくは両面に、少なくとも２種以上の金属で構成される複合材からなるろう付け層を複合一体化してなり、そのろう付け層が、基材側からニッケル層、アルミニウム或いはアルミニウム合金層、チタン層、鉄−ニッケル合金層の順に積層させた構造であることを特徴とするろう付け用複合材である。

請求項７の発明は、ろう付け層全体のＡｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上である請求項５又は６記載のろう付け用複合材である。

請求項８の発明は、ろう付け層全体のＡｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上、かつ、Ｆｅ濃度が５〜４５ｍａｓｓ％である請求項５又は６記載のろう付け用複合材である。

請求項９の発明は、請求項１〜８いずれかに記載のろう付け用複合材を用いてろう付け接合されたことを特徴とするろう付け製品である。

本発明のろう付け用複合材によれば、ろう付けによる基材の薄肉化（基材食われ）を低減し、加工性に優れ、製造コストが安価で、かつ、良好な耐食性及び湯流れ性を得ることができる。

以下本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。

本発明者らが、ろう付け用複合材（クラッド材）の構成について種々検討した結果、ろう材を構成する材料を、所定の構成に選定することで、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明者らは、ろう材の一部としてＡｌ又はＡｌ合金を加えることで、ろう付け後のろう材部の耐食性、特に耐高温酸化性が向上でき、また、ろう材部をＮｉ、Ｔｉ、Ｆｅ−Ｎｉ合金を用いた構成にすることで、金属単体の融点を低下させたろう材として機能させることができることを見出した。また、ろう材中にＦｅ−Ｎｉ合金を用いることで、Ｆｅ系材料のろう付け接合を行う際、同時に母材（Ｆｅ系材料、基材）の食われを抑制できることを見出した。

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は、少なくとも２種以上の金属のクラッド材で構成され、アルミニウム或いはアルミニウム合金層２を含み、そのＡｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上であることに特徴がある。

具体的には、ろう付け用複合材は、アルミニウム或いはアルミニウム合金層２の他に、ニッケル層１、チタン層３、鉄−ニッケル合金層４を含んでおり、好ましくは、ニッケル層１、アルミニウム或いはアルミニウム合金層２、チタン層３、鉄−ニッケル合金層４の順に積層させた構造である。ろう付け用複合材（ろう材）全体のＡｌ濃度は１ｍａｓｓ％以上、かつ、Ｆｅ濃度は５〜４５ｍａｓｓ％である。

上述した本実施の形態に係るろう付け用複合材を、基材と被ろう付け材の所望のろう付け接合箇所に配置し、ろう付けすることで、基材と被ろう付け材がろう付け接合部を介してろう付けされ、本実施の形態に係るろう付け製品が得られる。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係るろう付け用複合材は、ろう材中に占めるＡｌ濃度の割合を１ｍａｓｓ％以上としている。これは、Ａｌ濃度が１ｍａｓｓ％未満であると、十分な耐食性、特に耐酸化性が得にくいためである。

また、本実施の形態に係るろう付け用複合材は、ろう材中に占めるＦｅ濃度の割合を５〜４５ｍａｓｓ％としている。これは、Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％未満であると、Ｆｅ系材料（母材）のろう付けをする際、母材の侵食が大きくなり、母材の食われが多くなるためである。一方、Ｆｅ濃度が４５ｍａｓｓ％を超えると、ろうの湯流れ性及び耐食性が低下するためである。

このように、ろう材全体のＡｌ濃度を１ｍａｓｓ％以上、かつ、Ｆｅ濃度を５〜４５ｍａｓｓ％とすることで、ろうの湯流れ性及び耐食性が良好で、ろう付け時における母材薄肉化の低減を図ることができる。

また、本実施の形態に係るろう付け用複合材は、ろう材の構成材料として、ニッケル、アルミニウム或いはアルミニウム合金、チタン、鉄−ニッケル合金を選定している。これは、これらの材料が汎用品であり、比較的容易に板或いは箔形状で入手可能であり、かつ、圧延、プレス、絞り加工が可能であるためである。また、これらの材料で構成されたろう材部を、ろう付け時の熱処理によって溶融・混合することで、優れた耐食性が得られる。本実施の形態に係るろう付け用複合材は、プレスなどの加工が容易であるため、ろう付け製品の生産性に優れる、すなわちろう付け製品の製造コストが安価となる。

また、本実施の形態に係るろう付け用複合材は、アルミニウム或いはアルミニウム合金層２をろう材中の最外層ではなく、中心側に配置している。これは、ろう材を構成する金属の中で、比較的融点が低いアルミニウム或いはアルミニウム合金層２が最外層に位置していると、ろう材成分が十分に混ざり合う前に流れてしまうか、もしくはろう付け後のろうが不均一な組成となるためである。アルミニウム或いはアルミニウム合金層２をろう材中の中心側に配置することで、このような不具合が生じるのを防ぐことができる。

次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。

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は、ステンレス鋼製の基材５の上面（片面）に、少なくとも２種以上の金属で構成される複合材からなるろう付け層を複合一体化してなり、そのろう付け層が、アルミニウム或いはアルミニウム合金層２を含み、そのＡｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上であることに特徴がある。

具体的には、ろう付け用複合材は、基材５の上面に、アルミニウム或いはアルミニウム合金層２の他に、ニッケル層１、チタン層３、鉄−ニッケル合金層４を含むろう付け層を設けてなり、好ましくは、基材５側から、ニッケル層１、アルミニウム或いはアルミニウム合金層２、チタン層３、鉄−ニッケル合金層４の順に積層させた構造のろう付け層を有する。ろう付け層（ろう材）全体のＡｌ濃度は１ｍａｓｓ％以上、かつ、Ｆｅ濃度は５〜４５ｍａｓｓ％である。

アルミニウム或いはアルミニウム合金層２は、ろう材の最外層ではなく、中心側に配置することが好ましい。これは、基材５とろう材を一体化させたクラッド材の場合、基材５と低融点のアルミニウム或いはアルミニウム合金層２とが接していると、ろう付け熱処理の過程で、基材５とろう材が著しく反応してしまうためである。

本実施の形態によれば、基材５とろう付け層を複合一体化しているため、ろう付け時に、ろう材をろう付け箇所に配置する手間が省け、前実施の形態に係るろう付け用複合材と比べて、ろう付け作業性が更に向上する。

本実施の形態に係るろう付け用複合材のろう付け層自体は、前実施の形態に係るろう付け用複合材と同じであるため、本実施の形態に係るろう付け用複合材においても、前実施の形態に係るろう付け用複合材と同様の効果が得られる。

ろう付け層は基材５の上面だけでなく、図３に示すように、上面と下面の両面に設けてもよい。また、基材５の形状は、板状に限定するものではなく、図４に示すように、棒状又はワイヤ状のものであってもよい。この棒状又はワイヤ状の基材５の周囲全面にろう付け層を複合一体化して設けることで、棒状又はワイヤ状のろう付け用複合材を得ることができる。

本実施の形態に係るろう付け用複合材は、ＥＧＲ用クーラや燃料電池改質器用クーラなどの熱交換器や、燃料電池用部材のろう材のみに限定されるものではなく、高耐食性が要求される接合分野においては、その用途が限定されないのは言うまでもない。

（実施例１）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ｔｉ：Ａｌ：Ｆｅ＝４８：２９：３：２０になるように素材の投入厚さを調整した後、Ｎｉ条、Ａｌ条、Ｔｉ条、インバー（登録商標）条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ａｌ層、Ｔｉ層、インバー層の合計の厚さを７０μｍとした。ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）板の上に、Ｎｉ層を下面にした本クラッド材を載せ、更にその上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（実施例２）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ｔｉ：Ａｌ：Ｆｅ＝４８：２９：３：２０になるように素材の投入厚さを調整した後、Ｎｉ条、Ａｌ−Ｆｅ条、Ｔｉ条、インバー（登録商標）条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ａｌ−Ｆｅ層、Ｔｉ層、インバー層の合計の厚さを７０μｍとした。ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）板の上に、Ｎｉ層を下面にした本クラッド材を載せ、更にその上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（実施例３）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ｔｉ：Ａｌ：Ｆｅ＝４９：３０：１：２０になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ｎｉ条、Ａｌ条、Ｔｉ条、インバー（登録商標）条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ａｌ層、Ｔｉ層、インバー層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（実施例４）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ｔｉ：Ａｌ：Ｆｅ＝５７：３５：３：５になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ｎｉ条、Ａｌ条、Ｔｉ条、インバー（登録商標）条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ａｌ層、Ｔｉ層、インバー層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（実施例５）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ｔｉ：Ａｌ：Ｆｅ＝３２：２０：３：４５になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ｎｉ条、Ａｌ条、Ｔｉ条、インバー（登録商標）条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ａｌ層、Ｔｉ層、インバー層の合計の厚さを７０μｍとした。この時のろう材部のＡｌ濃度は３ｍａｓｓ％、Ｆｅ濃度は４５ｍａｓｓ％である。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例１）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ｔｉ：Ｆｅ＝５０：３０：２０になるように素材の投入厚さを調整した後、Ｎｉ条、Ｔｉ条、インバー（登録商標）条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ｔｉ層、インバー層の合計の厚さを７０μｍとした。ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）板の上に、Ｎｉ層を下面にした本クラッド材を載せ、更にその上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例２）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ｔｉ：Ｆｅ＝５０：３０：２０になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ｎｉ条、Ｔｉ条、インバー（登録商標）条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ｔｉ層、インバー層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例３）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ｔｉ：Ａｌ：Ｆｅ＝４９．１：３０．１：０．８：２０になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ｎｉ条、Ａｌ条、Ｔｉ条、インバー（登録商標）条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ａｌ層、Ｔｉ層、インバー層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例４）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ｔｉ：Ａｌ：Ｆｅ＝５８：３５：３：４になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ｎｉ条、Ａｌ条、Ｔｉ条、インバー（登録商標）条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ａｌ層、Ｔｉ層、インバー層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例５）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ｔｉ：Ａｌ：Ｆｅ＝３１：１９：３：４７になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ｎｉ条、Ａｌ条、Ｔｉ条、インバー（登録商標）条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ａｌ層、Ｔｉ層、インバー層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例６）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ａｌ：Ｍｎ＝６８：２０：１２になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ａｌ条、Ｎｉ−Ｍｎ条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ−Ｍｎ層、Ａｌ層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例７）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ａｌ＝４５：５５になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ａｌ条、Ｎｉ条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ａｌ層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例８）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ｎｉ：Ａｌ：Ｚｎ＝４２：２５：３３になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ａｌ条、Ｚｎ条、Ｎｉ条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ｎｉ層、Ｚｎ層、Ａｌ層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例９）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ａｌ：Ｃｕ：Ｔｉ＝３：６４：３３になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ｔｉ条、Ｃｕ条、Ａｌ条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ａｌ層、Ｃｕ層、Ｔｉ層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例１０）
各ろう材構成元素の単位体積あたりの重量濃度が、Ａｌ：Ｎｉ：Ｔｉ：Ｃｕ＝４：２４：２４：４８になるように素材の投入厚さを調整した後、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の表面から順に、Ｃｕ条、Ｔｉ条、Ｎｉ条、Ａｌ条を圧延法によりクラッドし、クラッド材を作製した。更に圧延を繰り返し、Ａｌ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層、Ｃｕ層の合計の厚さを７０μｍとした。本クラッド材の上にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）パイプを置いた後、管状炉中、１２００℃でろう付け加熱し、ろう付け特性を評価した。
（従来例１）
クラッド材の材料としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条、銅条を用い、圧延法により２層構造のろう付け用クラッド材を作製した。また、銅層の厚さが７０μｍになるように圧延加工を行った。本クラッド材を管状炉で１１２０℃に加熱し、ろう層を溶融させた後、ろう付け特性を評価した。
（従来例２）
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）条の片面に、市販の粉末Ｎｉろう材（Ｎｉ−１９ｍａｓｓ％Ｃｒ−１０ｍａｓｓ％Ｓｉ）を合成樹脂バインダで溶いたものを塗布し、ろう材を作製した。本ろう材を管状炉で１１８０℃に加熱し、ろう層を溶融させた後、ろう付け特性を評価した。

表１は、実施例、比較例、および従来例のろう付け用クラッド材、または市販の粉末ろう材に対して、ろう付け後の基材の残存率、腐食試験の結果、フィレット形成状態（湯流れ性）、ろう付け生産性を比較し、それぞれのろう材の総合評価を行ったものである。

基材の残存率については、ろう付け前後の基材の板厚変化を断面観察によって測定し、板厚の平均減少率及び最大減少率について評価した。

腐食試験は、次の２種の方法で評価した。第一の方法として、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１０００ｈ浸漬し、取り出した後のろう付け部について詳細な観察を行い、腐食の発生の有無を調査した。第二の方法として、ろう付け試料を６００℃の大気中で最大３００ｈ保持し、腐食による重量変化量及び腐食生成物の生成量により評価した。

強度試験は、各々のろう材を用いてステンレス鋼部材同士を接合し、部材同士の接合面と垂直方向に応力を加える引張試験を行い、その引張強度により評価した。試験温度は常温とした。

湯流れ性については、ろう付け熱処理した後のステンレス鋼基材／ステンレス鋼パイプ接合部に形成されるフィレットの形状及び断面積により評価した。

表１に示すように、ろう材中を占めるＦｅ濃度が同じ２０ｍａｓｓ％であっても、インバー／Ｔｉ／Ｎｉというろう材部の構成を持つ比較例１，２は、腐食試験、特に６００℃での酸化試験で不十分の結果となった。これに対し、Ａｌをろう材中に添加し、インバー／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉというろう材部の構成を持つ実施例１，２については、十分な耐食性を確保することができた。

また、インバー／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉというろう材部の構成で、同じくＦｅ濃度を２０ｍａｓｓ％とした場合、実施例３に示すように、Ａｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上であれば、耐食性能を十分確保できるが、比較例３に示すように、Ａｌ濃度が０．８ｍａｓｓ％では、十分な耐食性が得られないことがわかった。このことから、腐食環境下で良好な耐食性を得るためのろう材中のＡｌ濃度は、１ｍａｓｓ％以上であることがわかった。

Ａｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上であっても、ろう材中にＴｉを含まない比較例６〜８については、浸漬腐食試験の結果で実施例のろう材よりも劣ることがわかった。また、これら比較例６〜８の他、比較例９に示すＡｌ／Ｃｕ／Ｔｉ／ＳＵＳ、比較例１０に示すＡｌ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｃｕ／ＳＵＳは、強度試験の結果、実施例のろう材よりも劣ることがわかった。

次に、ろう材中のＡｌ濃度を３ｍａｓｓ％の一定とした場合、Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％及び４５ｍａｓｓ％の実施例４，５では、ろう材中の基材残存率が良好で、かつ、腐食試験でも問題ないことがわかった。また、湯流れ性も良好であった。これに対して、比較例４のように、Ｆｅ濃度が４ｍａｓｓ％と少ない場合、基材の食われを十分に抑制することができなかった。逆に、比較例５のように、Ｆｅ濃度が４７ｍａｓｓ％と多い場合、基材の食われは抑制できるものの、耐食性が不十分であることに加え、Ｆｅ濃度の増加に伴い融点が上昇し、湯流れ性が悪くなることがわかった。このことから、ろう材中のＦｅ濃度としては、５〜４５ｍａｓｓ％が適正であることがわかった。

その他、Ｆｅ−Ｎｉ合金として、インバー合金の代わりに４２アロイを用いて試験を行った結果、同様の効果が得られることを確認した。

金属層の積層構造に関しては、Ｔｉを最外層とした場合、ろう付け熱処理の過程で外気（Ｏ，Ｎ，Ｃなど）と反応しやすいため、湯流れが低下することがわかった。また、Ａｌを最外層とした場合、１２００℃程度のろう付け温度に対して、Ａｌの融点が６６０℃と十分に低いため、ろう材部の溶融・混合が十分に行われる前に、Ａｌ成分のみが特定の接合箇所へ流れてしまう不具合が生じることがわかった。つまり、ろう材部の積層構造としては、インバー／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉが望ましい。

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である。 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である。 図２の第１変形例を示す図である。 図２の第２変形例を示す図である。

符号の説明

１ ニッケル層
２ アルミニウム或いはアルミニウム合金層
３ チタン層
４ 鉄−ニッケル合金層

Claims (9)

1. 少なくとも２種以上の金属で構成される複合材であり、その複合材がニッケル層、チタン層、鉄−ニッケル合金層、アルミニウム或いはアルミニウム合金層を含むことを特徴とするろう付け用複合材。
2. 少なくとも２種以上の金属で構成される複合材であり、その複合材がニッケル層、アルミニウム或いはアルミニウム合金層、チタン層、鉄−ニッケル合金層の順に積層させた構造であることを特徴とするろう付け用複合材。
3. 複合材全体のＡｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上である請求項１又は２記載のろう付け用複合材。
4. 複合材全体のＡｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上、かつ、Ｆｅ濃度が５〜４５ｍａｓｓ％である請求項１又は２記載のろう付け用複合材。
5. ステンレス鋼製の基材の片面もしくは両面に、少なくとも２種以上の金属で構成される複合材からなるろう付け層を複合一体化してなり、そのろう付け層がニッケル層、チタン層、鉄−ニッケル合金層、アルミニウム或いはアルミニウム合金層を含むことを特徴とするろう付け用複合材。
6. ステンレス鋼製の基材の片面もしくは両面に、少なくとも２種以上の金属で構成される複合材からなるろう付け層を複合一体化してなり、そのろう付け層が、基材側からニッケル層、アルミニウム或いはアルミニウム合金層、チタン層、鉄−ニッケル合金層の順に積層させた構造であることを特徴とするろう付け用複合材。
7. ろう付け層全体のＡｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上である請求項５又は６記載のろう付け用複合材。
8. ろう付け層全体のＡｌ濃度が１ｍａｓｓ％以上、かつ、Ｆｅ濃度が５〜４５ｍａｓｓ％である請求項５又は６記載のろう付け用複合材。
9. 請求項１〜８いずれかに記載のろう付け用複合材を用いてろう付け接合されたことを特徴とするろう付け製品。
   

Images