JP2023500052A - 熱交換器用途向け低融点鉄基鑞付けフィラー金属 - Google Patents
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Abstract
示差走査熱量測定(DSC)によって決定されるように、予想外に狭い融点温度範囲、低い固相線および低い液相線温度を有するが、高温耐食性、良好な湿潤性、および拡散を示し、ベースメタル内への有害な顕著なホウ化物の形成を伴わず、1100℃未満で鑞付けできる鉄基鑞付けフィラー合金は、a)0%~35重量%の量のニッケルと、b)0%~25重量%の量のクロムと、c)4重量%~9重量%の量のケイ素と、d)5重量%~11重量%の量のリンと、e)0重量%~1重量%の量のホウ素と、f)残部の鉄とを含み、a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。鑞付けフィラー合金または金属は、排気ガス再循環クーラーの高温条件に耐えるのに十分な高温耐食性を有する。
Description
本発明は、高温耐食性を有する低融点鉄基鑞付けフィラー金属に関するものである。
鑞付けフィラー金属または合金は、粉末、アモルファス箔、アトマイズ粉末、ペースト、テープ、または焼結プリフォームの形態とすることができ、スプレー用途のためのバインダーを用いた粉末スプレーコーティング、およびスクリーン印刷用のスクリーン印刷ペーストに使用することができる。鑞付けフィラー金属は、熱交換器の鑞付け、または内燃機関の窒素酸化物排出量(NOx)の削減に役立つ排気ガス再循環クーラー(EGRクーラー)および高温腐食性環境で使用される他の装置などの熱交換器の製造に使用できる。
鉄クロム基鑞付けフィラー金属は、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼の鑞付け用に知られている。現在知られているFe基鑞付けフィラー金属(BFM)の多くは、ニッケル基BFMよりもコスト面で大きな利点がある。しかしながら、プレート式熱交換器、EGRクーラー、触媒コンバーターなどの用途でのそれらの幅広い使用は、融点が比較的高く、したがって1100℃をはるかに超える非常に高い鑞付け温度のため、成功していない。
フィラー金属中の合金元素として2重量%~4重量%の間の量のホウ素が、BFMの融点を下げるために使用されてきた。しかしながら、これは、ホウ化物の形成が粒界に沿って起こる、高ホウ素含有量によって引き起こされる侵食の問題のために、薄い構造のベースメタルでは望ましくない。
Rangaswamyらの特許文献1は、ニッケル基鑞付けフィラー金属のいくつかの異なるグレードが米国溶接協会(ANSI/AWS A 5.8)規格によって定義され、熱交換器の製造に使用されることを開示している。特許文献1によると、BNi-2は、ニッケル基鑞付けフィラーの例であり、公称組成はNi-Bal、Cr-7、B-3、Si-4.5、Fe-3であり、これは高強度の鑞付け継手を製造することができるよく知られているフィラー金属である。しかしながら、このフィラー金属の主な欠点は、特に熱交換器のような薄い板金におけるベースメタルへの著しいホウ化物形成によるベースメタルの強度の低下、およびベースメタルの侵食であることが開示されている。他のホウ素含有ニッケル基フィラー金属(例えば、BNi-1、BNi-1A、BNi-3、BNi-4、およびBNi-9)は、ほぼ3重量%パーセントの大量のホウ素のために同様の欠点を有することが開示されている。
ホウ素含有鑞付けフィラー合金の欠点を克服するために、ホウ素を含まない他の合金、例えば、約10パーセントのリンを含む、BNi-6(Ni-10P)、BNi-7(Ni-14Cr-10P)合金などが検討されてきたが、接合部の脆い相のために必要な強度のない接合部を生成する。別のホウ素を含まないニッケル基鑞付け合金は、BNi-5(Ni-Bal;Cr-19、Si-10)である。しかしながら、特許文献1によると、これらの合金はベースメタル(母材)への顕著なホウ化物形成の悪影響なしに接合部を生成するのに優れていたが、他の欠点があった。これらの欠点には、液相線温度が1100℃よりも大幅に高いことが含まれる。
特許文献1は、融点が1200℃より低い高温用途向けの鉄基鑞付け金属組成物を開示している。リンとケイ素の含有物は融点降下剤であるが、特許文献1によると、これらの元素の過剰量は接合部の脆性を高めるが、融点を約1100℃まで下げるのに役立つためにはこれらの元素が十分に必要である。したがって、リンとケイ素の量は、通常、それぞれ約12重量%を超えない。特許文献1の鑞付けフィラー金属組成物は、約20~35重量パーセントの量のクロムと、約3~12重量パーセントの量のケイ素と、約3~12重量パーセントの量のリンと、カルシウム、イットリウム、ミッシュメタルのうちの1つまたは複数を0~約0.2重量パーセントと、残部の鉄とを含む。ホウ素は組成物に使用されていない。
Pohlmanらの特許文献2は、流動温度が2200°F未満、好ましくは2100°F未満であり、40重量%以下、好ましくは18~22重量%のニッケルと、2~20重量%パーセントのクロムと、0~5重量%のホウ素、例えば2~5重量%のホウ素と、5~12重量%ケイ素と、最大0.5重量%の炭素と、少なくとも50重量%の鉄とを含む鉄基鑞付けフィラー合金組成物を開示している。リンの使用は開示されていない。
Marsらの特許文献3は、11~35重量%のクロムと、0~30重量%のニッケルと、2~20重量%の銅と、2~6重量%のケイ素と、4~8重量%のリンと、0~10重量%のマンガンと、少なくとも20重量%の鉄とを含む鉄クロム基鑞付けフィラー金属粉末を開示している。特許文献3によると、リンは10重量%と大量に使用されると、強度の低下を引き起こす脆い相を形成する可能性がある。しかしながら、ニッケル基鑞付けフィラー金属中のホウ素の存在は、ホウ素がベース材料に拡散するときにベース材料の脆化を引き起こす可能性があるため、特許文献3によれば不利である。特許文献3は、特許文献4に記載されている鉄基鑞付けフィラー金属AMDRY805の組成がFe-29Cr-18Ni-7Si-6Pであり、ホウ素の欠点を克服するためにホウ素を含まないことを開示している。この合金の鑞付け温度は1104℃を超えている。Marsらによると、限られた粒子成長と一致する最高の実用温度は、非特許文献1によると、1095℃である。したがって、ベース材料の延性および硬度の低下など、結晶粒の成長に関連する問題を回避するために、低い鑞付け温度が好ましい。開示されている特許文献3の鑞付けフィラー金属は、融点が1100℃未満であり、鑞付け温度1120℃で、結晶粒の成長が観察されることなく、高強度かつ良好な耐食性を有する接合部を生成する。
Sjodinの特許文献5は、本質的に15~30重量%のクロム(Cr)と、0~5.0重量%のマンガン(Mn)と、9~30重量%のニッケル(Ni)と、0~4.0重量%のモリブデン(Mo)と、0~1.0重量%の窒素(N)と、1.0~7.0重量%のケイ素(Si)と、0~0.2重量%のホウ素(B)と、1.0~7.0重量%のリン(P)と、任意選択で、バナジウム(V)、チタン(Ti)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、ニオブ(Nb)、ハフニウム(Hf)、およびタンタル(Ta)からなる群から選択される1つまたは複数の元素のそれぞれを0.0~2.5重量%と、残部のFeおよび少量の不可避の汚染元素とを含む合金を含む鉄基鑞付け材料であって、SiおよびPは、融解温度を下げるのに有効な量である、鉄基鑞付け材料を開示している。特許文献5によると、高い鑞付け温度は、高い機械的強度または鑞付け接合部にとって重要な他の特性と関連していることがよくあるが、例えば、結晶粒成長、材料中の相の形成、フィラーからベース材料への元素の拡散による鑞付けフィラーからベース材料への大きな影響、およびベース材料の侵食による、ベース材料の特性の低下など、いくつかの欠点もある。ホウ素は、融点を下げることに非常に大きな影響を与えるが、ベース材料中にクロムの量を減少させるホウ化クロムを形成し、これはその後、例えばベース材料の耐食性およびその他の特性を低下させるなどの多くの欠点を有することが開示されている。したがって、特許文献5によれば、クロムが合金の元素のうちの1つである場合、一般的に、ホウ素がないか、または非常に少量が最良の選択である。特許文献5の鑞付け材料は、固相線状態と液相線状態との間の温度範囲を有し、これは、様々な態様によれば、50℃の温度範囲内または200℃のはるかに広い温度範囲内とすることができることが開示されている。様々な鑞付け組成物に対して、1055℃~1060℃の範囲の固相線温度と、32℃~45℃の温度差を伴う1092℃~1100℃の範囲の液相線温度が開示されている。固相線温度と液相線温度の差は、驚くほど狭いことが開示されている。しかしながら、液相線温度自体は高く、少なくとも1092℃であり、これは、鑞付け温度が高いことを示している。
Pattanaikの特許文献6は、約1~約5重量%のホウ素と、約3%~約6重量%のケイ素と、0~約12重量%のクロムと、約1~約45重量%のニッケルと、残部の鉄から本質的になる、鉄ニッケル基鑞付けフィラー合金を開示している。鑞付け合金の最高液相線温度は約1130℃である。940℃~1156℃の範囲の固相線温度および1010℃~1174℃の範囲の液相線温度を有する様々な合金組成物が開示されている。特許文献6によれば、一般的に、合金中のホウ素含有量は、約1~約5重量%の範囲で変化する可能性があり、ホウ素は得られる合金の液相線温度を低下させ、したがって、ホウ素のレベルが高いほど、約4重量%までは、鑞付け合金の液相線温度は低くなり、その後、液相線温度は上昇する。ケイ素はまた、鉄基B-Si-Cr-Ni-Fe系の液相線温度を低下させるが、その影響はホウ素ほど顕著ではなく、使用されるケイ素の量は約3~約6重量%で変化することがさらに開示されている。ニッケルは、B-Si-Ni-Fe系およびB-Si-Cr-Ni-Fe系の液相線温度を低下させ、特許文献6で好まれているニッケルの量は20~40重量%である。特許文献6によると、クロムレベルを上げるとB-Si-Cr-Ni-Fe系の液相線温度は上昇し、BおよびSiが記載されているレベルであるならば、利用できるのはクロムの約12重量%だけで、液相線温度は約1130℃未満である。鑞付け合金にはリンは使用されていない。
Rabinkinらの特許文献7は、式FeaCrbCocNidMoeWfBgSihを有する組成物から本質的になる鉄/クロム鑞付けフィラー金属を開示しており、下付き文字「a」、「b」、「c」、「d」、「e」、「f」、「g」および「h」の単位は%であり、「b」は約5~20の範囲であり、「c」は0~約30の範囲であり、「d」は0~約20の範囲であり、「e」は0~約5の範囲であり、「f」は0~約5の範囲であり、「g」は約8~15の範囲であり、「h」は約8~15の範囲である。特許文献7によると、合金にはかなりの量のホウ素とケイ素が含まれており、これらは硬くて脆いホウ化物とケイ化物の形態で、固体状態で存在するため、合金を急速凝固技術による柔軟な薄い箔への製造に特に適したものにする。示差熱分析(DTA)技術によって決定されるように、1110℃~1144℃の固相線温度および1162℃~1196℃の液相線温度を有する様々な合金が開示されている。鑞付け合金にはリンは使用されていない。
Rabinkinらの特許文献8は、式FeaCrbBcSidXeを有する組成物から本質的になる鑞付けフィラー金属を開示しており、Xはモリブデン、タングステン、またはモリブデンとタングステンの組み合わせ、および付随する不純物であり、下付き文字「a」、「b」、「c」、「d」、「e」の単位はすべて%であり、「b」は約0~5の間であり、「c」は約10~約17の間であり、「d」は約4~約10の間であり、「e」は約0~約5の間であり、「a」+「b」+「c」+「d」+「e」の合計はほぼ100に等しい。特許文献8によると、ニッケル基鑞付けフィラー金属にはかなりの割合のニッケルが含まれており、ニッケル基鑞付けフィラー金属は、望ましくないニッケル浸出液の発生源であると考えられている。このため、熱交換器を通過する材料を人間の摂取または消費に使用する場合のように、流体へのニッケルの浸出が懸念される用途では、ニッケル基鑞付けフィラー金属の使用を避ける必要があることが開示されている。示差熱分析(DTA)技術によって決定されるように、1042℃~1174℃の固相線温度および1162℃~1182℃の液相線温度を有する様々な合金が開示されている。ホウ素含有量は2.7重量%より多いと計算され、リンは鑞付け合金には使用されていない。
2018年12月14日にオンラインで公開された非特許文献2は、従来のニッケル基フィラー金属に代わるものとして、新しいタイプの鉄基フィラー金属が、鑞付け温度の低下と、最小限の侵食ならびに良好な耐食性と共により高い接合強度を実現することを目的とした、排気ガス再循環(EGR)クーラー製造におけるステンレス鋼鑞付けの開発トレンドになったことを開示している。鑞付けされたシームの界面微細構造、重ね継手せん断強度、微小硬度、および耐食性に及ぼすBおよびMo含有量の影響を調査した。非特許文献2によると、最適な鑞付けパラメータは、1050℃-20分で達成され、鑞付け温度と保持時間の両方が、界面の微細構造を制御するための重要な要素であり、したがって鑞付けされた接合部の機械的特性を制御するための重要な要素である。非特許文献2は、これまでの取り組みが、Hoganas(スウェーデン)の典型的なBrazeLet F300(Fe-24Cr-20Ni-5Si-7P)およびSulzer Inc.(スイス)のAmdry 805(Fe-29Cr-18Ni-7Si-6P)などのホウ素を含まない鉄基フィラー金属に焦点を合わせていたこと、およびこれら2つのフィラー金属の鑞付け温度はそれぞれ1100℃と1176℃であることを開示している。
他の市販のホウ素を含まない鉄基鑞付け金属には、東京ブレイズ株式会社のTB-4520、45Fe-20Ni-20Cr-2Mo-7P-6Si鑞付け合金が含まれ、これはMoを含み、その融点範囲が1030℃~1085℃であるため、合金の推奨鑞付け温度は1120℃~1140℃である。真空鑞付け用のBrazeLet F300-10(Fe-20Ni-20Cr-4Si-7P-10Cu)、およびベルト炉用途用のF300-20(Fe-20Ni-20Cr-4Si-7P-6.5Cu)は、どちらもHoganas(スウェーデン)の製品であり、Cuを含み、融点範囲が1000℃~1070℃であり、真空または制御された雰囲気での推奨鑞付け温度が1120℃以上と考えられている。福田金属箔粉工業株式会社のFP-641は、Fe-15Ni-18Cr-5Si-6.5P-2Cu-2Moの組成をもち、融点温度範囲が1030℃~1060℃の、CuとMoを含むホウ素を含まない鉄基鑞付け金属である。
しかしながら、非特許文献2によれば、耐食性を高めるため、または延性の高い接合部を得るために、Cu、Mo、Ti、または希土類元素を添加した鉄基フィラー金属も、1110℃~1160℃の範囲の高い鑞付け温度を有する。しかしながら、ステンレス鋼の結晶粒成長が高温での延性と硬度に及ぼす影響を考慮すると、非特許文献1によると、最高鑞付け温度は1095℃であり、鑞付け温度を上げることによって、侵食の速度と深さが増加する可能性があることが開示されている。非特許文献2によると、鑞付け温度が高すぎると、鉄基フィラー金属は、従来のニッケル基合金よりもステンレス鋼を侵食する傾向がある。さらに、溶融フィラー中の固体基板の過剰な侵食/融解は、鉄がニッケルと反応して鑞付けされた接合部にFeNi3化合物を生成し、これは元材料の特性を劣化させ、接合部の強度を低下させる結果をもたらし得ることが開示されている。
非特許文献2によれば、ホウ素(B)、ケイ素(Si)、およびリン(P)を含む融点降下元素を含む鉄基フィラー金属では、ホウ素原子はベースメタルの格子に拡散しているように見え、CrB相の脆性沈殿を引き起こし、ホウ素の添加を正確に調整する必要があるのために、ホウ素は、鑞付けされた接合部の脆化のリスクを高める。銅(Cu)は、ケイ素とリンのベースメタルへの拡散を減らし、耐食性を向上させるために使用される。湿潤性を改善し、接合強度を高め、侵食を低減するために、モリブデン(Mo)が含まれている。耐食性に必要なクロム(Cr)は、12重量%に制限される。フィラー合金の耐酸化性を高め、鑞付け接合部の強度を高めるニッケル(Ni)を20重量%に維持する。非特許文献2の鉄基フィラー金属では、ニッケル、クロム、銅、ケイ素、およびリンの元素の含有量は、それぞれ20、12、3、4、および7(重量%)で変化しないままであった。フィラー金属の1つのグループでは、Mo含有量は3重量%に維持され、B含有量は0~1重量%に増加する。フィラー金属の別のグループでは、B含有量は0.25重量%に維持され、Mo元素は0.5から4重量%に増加する。Bを含まず、Moを含まない組成物(例えば、重量パーセントで54Fe-20Ni-12Cr-3Cu-4Si-7P)では、固相線温度は895℃であり、液相線温度は1006℃であり、加熱または冷却プロセス中にDSC熱測定器によって決定された場合の融点範囲は111℃であると報告されている。しかしながら、1重量%のBと3重量%のMo、および54重量%のFeの代わりに50重量%のFe(重量パーセントで50Fe-20Ni-12Cr-3Cu-4Si-7P-1B-3Mo)を含む組成物では、固相線温度は900℃であり、液相線温度は952℃であり、DSC熱測定器によって決定された場合の融点範囲は52℃であると報告されている。
非特許文献2は、DSC試験によれば、推奨される鑞付け温度を1050℃に下げることができると決定できることを示している。非特許文献2によると、元素Bがない場合、フィラー金属の微細構造には複数の共晶構造、または共晶構造と非共晶構造の両方がある。元素BまたはMoを含まない合金(重量パーセントで54Fe-20Ni-12Cr-3Cu-4Si-7P)は、異なる結晶相をもたらし、相転移温度が異なる。熱分析結果には2つのピークがあり、非特許文献2によると、54Fe-20Ni-12Cr-3Cu-4Si-7P鑞付け金属のマルチピーク現象は、鑞付けシーム充填プロセスに好ましくない。2つの融点温度範囲の値は、鑞付け中にフィラー金属の急速な拡散を助長しない広すぎる鑞付け合金全体の融点範囲を示しており、これはフィラー金属組成物の設計が不合理であることが開示されている。非特許文献2によると、BとMoを含むフィラー金属(重量パーセントで54Fe-20Ni-12Cr-3Cu-4Si-7P)のDSC曲線には、ピークが1つしかなく、これはそのほとんどすべてが均一で単一の共晶構造であることを示しており、フィラー金属の融点温度範囲は狭く、融解温度が比較的低いため、フィラー金属は流動性が高く、充填プロセスに有利である。
非特許文献2によれば、3重量%の量の元素Moおよび1重量%の量の元素Bの添加は、DSC曲線をマルチモーダルにすることはなく、代わりに、フィラー金属合金の融点温度範囲を狭め、これはベースメタル上のフィラー金属の急速な融解を助長し、また液相線温度を952℃に低下させた。一連のテストの後、結果に基づいて、BJUT-Fe(重量パーセントで50.75Fe-20Ni-12Cr-3Cu-4Si-7P-0.25B-3Mo)という名前の鉄基フィラー金属の最適な組成が決定され、非特許文献2によると、ほぼ同じである(Bは1から0.25重量%に下げられ、Feは50から50.75重量%に上げられている)。非特許文献2によると、BとMoを添加すると、融点範囲が狭くなり、液相線温度が低下するため、1050℃という非常に低い温度で鑞付けを行うことができる。
対照的に、上記の問題を克服するために、本発明は、ベースメタルへの顕著なホウ化物形成の悪影響なしに、高温耐食性、良好な湿潤性、および良好な拡散を示しながら、示差走査熱量測定(DSC)によって決定されるときに2つの相またはピークが存在する場合でも、予想外に狭い融点温度範囲、低い固相線温度、および低い液相線温度を有する鉄基鑞付けフィラー金属を提供する。耐食性を高めるか、または延性の高い接合部を得るために、クロム含有量を下げる、およびCu、Mo、Ti、または希土類元素を添加する必要はない。また、鉄基鑞付けフィラー金属のニッケル含有量は、固相線および液相線温度を大幅に低下させて機械的強度を提供し、低い鑞付け温度およびベースメタルへの強力な結合、ならびに耐食性を達成する。顕著なホウ化物の形成を回避するために、ホウ素は使用されていないか、または非常に少量のホウ素が使用される。鑞付けフィラー金属または合金は、粉末、アモルファス箔、アトマイズ粉末、ペースト、テープ、または焼結プリフォームの形態とすることができ、スプレー用途のためのバインダーを用いた粉末スプレーコーティング、およびスクリーン印刷用のスクリーン印刷ペーストに使用することができる。鑞付けフィラー金属は、熱交換器の鑞付け、または内燃機関の窒素酸化物排出量(NOx)の削減に役立つ排気ガス再循環クーラー(EGRクーラー)などの熱交換器および高温腐食性環境で使用される他の装置の製造に使用できる。また、鑞付けは、ベースメタル上のフィラー金属の急速な融解を達成しながら、低温で実施することができる。
ASM専門ハンドブック ステンレス鋼、1994、291ページ
Hong,Liら、「EGRクーラー用途のための鑞付けされたステンレス鋼接合部の特性に対する鉄基フィラー金属元素の影響(The effect of iron-based filler metal element on the properties of brazed stainless steel joints for EGR cooler application)」、Welding in the World(2019)63:263-275
本発明によれば、予想外に低い融点、狭い融点範囲、および高温耐食性を提供し、1100℃未満で鑞付けすることができ、ホウ素を含まないか、または非常に少量含む、鉄基鑞付けフィラー合金または金属は、鉄、リン、およびケイ素を含み、耐食性を高めるか、または高い延性を備えた接合部を得るために、銅またはモリブデン、チタン、または希土類元素を必要としない。ニッケルおよびクロムは、鉄、リン、およびケイ素の三元合金の融点を下げるか、または実質的に上げることなく、高温耐食性を高めるために使用されることが好ましい。非常に少量のホウ素を用いたマイクロアロイングを使用して、ベースメタルへのホウ素の拡散によって引き起こされる有害な脆化および侵食なしに、鑞付け性をさらに改善し、さらに融点を下げることができる。
本発明の鉄基鑞付けフィラー合金または金属は、
a)0~35重量%、一般的には少なくとも10重量%、例えば25重量%~35重量%、好ましくは28重量%~33重量%、より好ましくは29重量%~32重量%、最も好ましくは29重量%~31重量%の量のニッケルと、
b)0重量%~25重量%、一般的には少なくとも10重量%、例えば18重量%~25重量%、好ましくは18重量%~23重量%、より好ましくは18重量%~22重量%、例えば、19重量%~21重量%の量のクロムと、
c)4重量%~9重量%、例えば4重量%~6重量%、好ましくは4.5重量%~6重量%、より好ましくは5重量%~6重量%の量のケイ素と、
d)5重量%~11重量%、好ましくは5重量%~10重量%、より好ましくは6重量%~10重量%の量のリンと、
e)0重量%~1重量%、好ましくは0重量%より大きく1重量%未満、例えば0.1重量%~0.8重量%、好ましくは0.1重量%~0.5重量%、より好ましくは、0.3重量%~0.5重量%、例えば、0.3重量%~0.4重量%の量のホウ素と、
f)残部、例えば29重量%~60重量%、好ましくは29重量%~40重量%、より好ましくは29重量%~35重量%、最も好ましくは29重量%~33重量%の鉄とを含み、
a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。鉄、ニッケル、およびクロムの総量は84重量%~90重量%であり、a/(a+f)の比は0~0.5、例えば0.2~0.5、好ましくは0.3~0.5、より好ましくは0.4~0.5であり、b/(a+b+f)の比は0~0.33、好ましくは0.1~0.3、より好ましくは0.15~0.3、例えば0.20~0.26である。
a)0~35重量%、一般的には少なくとも10重量%、例えば25重量%~35重量%、好ましくは28重量%~33重量%、より好ましくは29重量%~32重量%、最も好ましくは29重量%~31重量%の量のニッケルと、
b)0重量%~25重量%、一般的には少なくとも10重量%、例えば18重量%~25重量%、好ましくは18重量%~23重量%、より好ましくは18重量%~22重量%、例えば、19重量%~21重量%の量のクロムと、
c)4重量%~9重量%、例えば4重量%~6重量%、好ましくは4.5重量%~6重量%、より好ましくは5重量%~6重量%の量のケイ素と、
d)5重量%~11重量%、好ましくは5重量%~10重量%、より好ましくは6重量%~10重量%の量のリンと、
e)0重量%~1重量%、好ましくは0重量%より大きく1重量%未満、例えば0.1重量%~0.8重量%、好ましくは0.1重量%~0.5重量%、より好ましくは、0.3重量%~0.5重量%、例えば、0.3重量%~0.4重量%の量のホウ素と、
f)残部、例えば29重量%~60重量%、好ましくは29重量%~40重量%、より好ましくは29重量%~35重量%、最も好ましくは29重量%~33重量%の鉄とを含み、
a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。鉄、ニッケル、およびクロムの総量は84重量%~90重量%であり、a/(a+f)の比は0~0.5、例えば0.2~0.5、好ましくは0.3~0.5、より好ましくは0.4~0.5であり、b/(a+b+f)の比は0~0.33、好ましくは0.1~0.3、より好ましくは0.15~0.3、例えば0.20~0.26である。
鉄基鑞付けフィラー合金は、
1030℃以下、好ましくは1000℃以下、最も好ましくは975℃以下である固相線温度、
1075℃以下、好ましくは1050℃以下の液相線温度、または、
固相線温度と液相線温度との差が85℃未満、好ましくは50℃以下、より好ましくは25℃以下である融点範囲、のうちの少なくとも1つを有する。
本発明の実施形態では、鉄基鑞付けフィラー合金は、1100℃未満、好ましくは1060℃未満、より好ましくは1050℃未満の鑞付け温度を有し、鑞付け温度は液相線温度よりも25℃~50℃高い。鑞付けは、ベースメタル上のフィラー金属の急速な融解を達成しながら、低温で実施することができる。
1030℃以下、好ましくは1000℃以下、最も好ましくは975℃以下である固相線温度、
1075℃以下、好ましくは1050℃以下の液相線温度、または、
固相線温度と液相線温度との差が85℃未満、好ましくは50℃以下、より好ましくは25℃以下である融点範囲、のうちの少なくとも1つを有する。
本発明の実施形態では、鉄基鑞付けフィラー合金は、1100℃未満、好ましくは1060℃未満、より好ましくは1050℃未満の鑞付け温度を有し、鑞付け温度は液相線温度よりも25℃~50℃高い。鑞付けは、ベースメタル上のフィラー金属の急速な融解を達成しながら、低温で実施することができる。
本発明の態様では、鑞付けフィラー金属または合金は、粉末、アモルファス箔、アトマイズ粉末、ペースト、テープ、または焼結プリフォームの形態とすることができる。
鑞付けフィラー金属または合金は、スプレー用途のためのバインダーを用いた粉末スプレーコーティング、およびスクリーン印刷用のスクリーン印刷ペーストに使用することができる。
本発明の態様では、クロムを含む鑞付けフィラー金属は、熱交換器を修理するために、または熱交換器を鉄基鑞付けフィラー金属または合金で鑞付けすることによる熱交換器の製造に使用することができる。鑞付けフィラー合金または金属は、内燃機関の窒素酸化物排出量(NOx)の削減に役立つ排気ガス再循環クーラー(EGRクーラー)、および高温腐食環境で使用されるその他の装置の鑞付けまたは製造に使用できる。
実施形態は、鉄基鑞付けフィラー合金であって、
a)0重量%~35重量%の量のニッケルと、
b)0重量%~25重量%の量のクロムと、
c)4%重量%~9%重量%の量のケイ素と、
d)5重量%~11重量%の量のリンと、
e)0重量%~1重量%の量のホウ素と、
f)残部の鉄とを含み、
a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になり、
鉄、ニッケル、およびクロムの総量は84重量%~90重量%であり、a/(a+f)の比は0~0.5であり、b/(a+b+f)の比は0~0.33であり、
鉄基鑞付けフィラー合金は、鑞付け温度が1100℃未満であり、
鉄基鑞付けフィラー合金は、
固相線温度が1030℃以下、
液相線温度が1075℃以下、または、
固相線温度と液相線温度の差が85℃未満である融点範囲、のうちの少なくとも1つを有する、鉄基鑞付けフィラー合金を対象とする。
a)0重量%~35重量%の量のニッケルと、
b)0重量%~25重量%の量のクロムと、
c)4%重量%~9%重量%の量のケイ素と、
d)5重量%~11重量%の量のリンと、
e)0重量%~1重量%の量のホウ素と、
f)残部の鉄とを含み、
a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になり、
鉄、ニッケル、およびクロムの総量は84重量%~90重量%であり、a/(a+f)の比は0~0.5であり、b/(a+b+f)の比は0~0.33であり、
鉄基鑞付けフィラー合金は、鑞付け温度が1100℃未満であり、
鉄基鑞付けフィラー合金は、
固相線温度が1030℃以下、
液相線温度が1075℃以下、または、
固相線温度と液相線温度の差が85℃未満である融点範囲、のうちの少なくとも1つを有する、鉄基鑞付けフィラー合金を対象とする。
実施形態では、鉄基鑞付けフィラー合金は、鉄の量が84重量%~90重量%であり、[a)+c)+d)]のパーセンテージを合計すると100重量%になり、融点範囲は25℃以下である、三元合金FeSiPである。
さらに他の実施形態では、ニッケルの量が25重量%~35重量%であり、a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。
他の実施形態によれば、クロムの量が18重量%~25重量%であり、a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。
さらに他の実施形態によれば、ホウ素の量が0重量%より大きく1重量%未満であり、a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。
他の実施形態では、ホウ素の量が0.1重量%~0.5重量%であり、a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。
他の実施形態によれば、
a)ニッケルは25重量%~35重量%の量であり、
b)クロムは18重量%~25重量%の量であり、
c)ケイ素は4重量%~9重量%の量であり、
d)リンは5重量%~11重量%の量であり、
e)ホウ素は0.1重量%~0.5重量%の量であり、
f)残部が鉄である。
a)ニッケルは25重量%~35重量%の量であり、
b)クロムは18重量%~25重量%の量であり、
c)ケイ素は4重量%~9重量%の量であり、
d)リンは5重量%~11重量%の量であり、
e)ホウ素は0.1重量%~0.5重量%の量であり、
f)残部が鉄である。
さらに他の実施形態では、
a)ニッケルは28重量%~33重量%の量であり、
b)クロムは18重量%~22重量%の量であり、
c)ケイ素は4.5重量%~6重量%の量であり、
d)リンは6重量%~10重量%の量であり、
e)ホウ素は0.1重量%~0.5重量%の量であり、
f)残部が鉄である
a)ニッケルは28重量%~33重量%の量であり、
b)クロムは18重量%~22重量%の量であり、
c)ケイ素は4.5重量%~6重量%の量であり、
d)リンは6重量%~10重量%の量であり、
e)ホウ素は0.1重量%~0.5重量%の量であり、
f)残部が鉄である
他の実施形態によれば、ホウ素は、0.3重量%~0.4重量%の量である。
他の実施形態によれば、鉄の含有量は、29重量%~40重量%である。
他の実施形態では、固相線温度は、1000℃以下である。
さらに他の実施形態では、固相線温度は、975℃以下である。
さらに他の実施形態によれば、液相線温度は、1050℃未満である。
実施形態によれば、固相線温度と液相線温度との間の差は、50℃未満である。
他の実施形態では、鉄基鑞付けフィラー合金は、1060℃未満の鑞付け温度を有する。
さらに、鉄基鑞付けフィラー合金は、粉末、アモルファス箔、アトマイズ粉末、ペースト、テープ、または焼結プリフォームの形態である。
さらに他の実施形態によれば、粉末スプレーコーティングは、鉄基鑞付けフィラー合金と、バインダーとを含む。
他の実施形態によれば、熱交換器は、上記の鉄基鑞付けフィラー合金を含む。
さらに他の実施形態によれば、熱交換器は、内燃機関の窒素酸化物排出(NOx)を低減するのを助ける排気ガス再循環クーラー(EGRクーラー)である。
さらに他の実施形態によれば、熱交換器を製造または修理するための方法は、上記の鉄基鑞付けフィラー合金を含む熱交換器を鑞付けすることを含む。
本発明は、添付の図面によってさらに説明される。
合金は、固相線と呼ばれるある温度で融解し始め、それが第2のより高い温度である液相線に達するまで完全には融解しない。本明細書で使用される場合、固相線は、合金が固体である最高温度であり、そこで融解が始まる。本明細書で使用される場合、液相線は、合金が完全に融解する温度である。固相線と液相線の間の温度では、合金は一部が固体で一部が液体である。本明細書で使用される場合、固相線と液相線の差は融点範囲と呼ばれる。本明細書で使用される場合、鑞付け温度は、鉄基鑞付けフィラー合金が鑞付け接合部を形成するために使用される温度である。それは、液相線以上であることが好ましいが、それが塗布されるベースメタルの融点よりも低い温度である。鑞付け温度は、好ましくは鉄基鑞付けフィラー合金の液相線温度よりも25℃~50℃高い。
融点範囲は、合金がどれだけ速く融解するかについての有用なゲージである。融点範囲が狭い合金はより速く流動し、より低い温度で融解すると、より迅速な鑞付け時間と生産量の増加をもたらす。狭い融点範囲の合金は、一般的に、ベースメタル部品にかなり狭いクリアランス、例えば0.002インチ(50.8μm)をもたせることができる。
フィラー金属が一部液体および一部固体である固相線と液相線との間のより広い温度範囲を提供する広い融点範囲を有するフィラー合金は、より広いクリアランスを充填する、または完成した接合部を「キャッピング」するのに適している可能性がある。しかしながら、ギャップを埋めるのには役立つが、広い融点範囲の合金をゆっくりと加熱すると、液化と呼ばれる出来事につながる可能性がある。加熱サイクルが長いと、低融点成分が最初に分離して流れ、高融点成分が残る、一部の元素の分離を引き起こす可能性がある。部品を鑞付け温度にするために必要な加熱時間が長くなると液化が促進される可能性があるため、炉内鑞付けでは液化が問題になることがよくある。この用途には、融点範囲が狭いフィラー金属が好ましい。融点範囲が広い合金でも、合金が完全に融解する温度である液相線またはその近くで塗布すると、すぐに融解するだろう。最高の毛細管現象と最強の鑞付け接続には、ベースメタル部品間の密接なクリアランスが必要である。したがって、推奨されるクリアランスを維持し、液相線温度近くで鑞付けすることが好ましい。
鉄基合金の固相線温度、液相線温度、および融点範囲は、本明細書において、NIST実践ガイド(NIST practice guide)、Boettinger,W.Jら、「合金の融解および凍結のDTAおよび熱流束DSC測定(DTA and Heat-flux DSC Measurements of Alloy Melting and Freezing)」米国国立標準技術研究所、特別刊行物960-15、2006年11月に従って示差走査熱量測定(DSC)によって決定され、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。決定を行う際に、個々の金属粉末を混合および溶融して合金を形成し、得られた合金を固化させ、固化した合金を粉砕して粉末合金を形成し、次に粉末合金をDSC分析にかける。液相線温度と固相線温度は、2回目の加熱のプロファイルによって決定され、これにより、合金がるつぼの形状によりよく適合し、例えばNIST実践ガイドの12ページに示されているようにより正確な決定が提供される。DSC分析は、700℃から1100℃まで、または液相線温度を超えるために必要に応じてより高い温度まで、10℃/分の加熱速度でNetzsch(プロテウスソフトウェア)のSTA-449 DSCを使用して実行される。室温から700℃まで、示差走査熱量計は、通常約20分かかるより速いプログラム速度または約35℃/分で加熱する。液相線温度より上から室温に戻るDSC分析に使用される冷却速度も10℃/分であるが、他の冷却速度を使用してもよい。
本発明は、低融点を有し、1100℃未満で鑞付けすることができる鉄基鑞付けフィラー金属または合金を提供する。それらはベースメタルの侵食を引き起こす可能性のある大量のホウ素を含んでいない。鑞付けフィラー金属は、内燃機関の窒素酸化物排出量(NOx)の削減に役立つ装置である排気ガス再循環クーラー(EGRクーラー)の高温条件に耐えるのに十分な高温耐食性を有する。鑞付けフィラー金属または合金は、自動車用の触媒コンバーター、熱交換器、および例えば、薄いベースメタルの鑞付けが必要とされる他の装置の鑞付けに使用することができる。
本発明の実施形態では、純粋な元素または化合物に対して、ある範囲にわたってではなく、単一の温度aで融解および固化が起こる温度である、Fe-Si-P三元系の真の共晶点にあるか、またはそれに非常に近い、鉄基鑞付けフィラー金属または合金が提供される。Fe-Si-P系の真の三元共晶点は、到達するまでに数日の試験を要する可能性のある平衡条件を使用して決定する必要があるため、決定するのが困難である。本発明の一態様では、例えば、DSC曲線の単一のピークまたは非常に狭い融点範囲によって証明されるように、Fe-Si-P系で最も低いまたは合理的に可能な限りそれに近い溶融三元共晶点を決定した後、組成調整は、ニッケルとクロムを制御して添加し、鉄を部分的に置き換えることによって行われ、融点を大幅に上げることなく高温耐食性を実現する。
ケイ素は融解温度を低下させ、ホウ素のようにベースメタルに容易に拡散する可能性はない。しかしながら、多すぎるケイ素が含まれていると、脆性が増し、液相線温度が上昇する可能性がある。リンは濡れと流動挙動を増加させるが、多すぎると脆性と弱さを増加させる可能性がある。クロムは耐食性を向上させ、融解温度を上昇させるが、ニッケルは融解温度を低下させる。ニッケルはまた、機械的強度と耐食性の両方を改善し、固相線温度と液相線温度を大幅に下げて、低い鑞付け温度とベースメタルへの強力な接合を実現し、これは、薄肉熱交換器の鑞付け操作と用途で特に重要である。少量のホウ素とのマイクロアロイングは、ベースメタルへの顕著なホウ化物形成の悪影響なしに、鉄基鑞付けフィラー金属または合金の鑞付け性と融点をさらに改善することを可能にする。
固相線温度および液相線温度を低下させて鉄基鑞付けフィラー金属または合金の融点範囲を狭めることにより、固相線温度と液相線温度との間に差がない共晶組成物のように振る舞う組成物が得られる。狭められた融点範囲は、鑞付け温度が1100℃未満、好ましくは1060℃未満、最も好ましくは1050℃未満で、良好な濡れおよび拡散能力を備えた合金を提供する。本発明の実施形態では、鉄基鑞付けフィラー金属または合金は、示差走査熱量測定(DSC)によって決定された場合、2つの相または2つのピークが存在する場合でも、85℃未満、好ましくは50℃以下、より好ましくは25℃以下の狭い融点温度範囲、および/または1030℃以下、好ましくは1000℃以下、より好ましくは975℃以下の低い固相線温度、および/または1075℃以下、好ましくは1050℃以下の低い液相線温度を示す。
クロム含有量を制限する必要はなく、耐食性を高める、接合強度を改善する、または高い延性を有する接合部を得るために、Cu、Mo、Ti、または希土類元素の添加で補償する必要はない。銅は融解温度をわずかに下げる可能性があるが、モリブデンは融点を大幅に上げる高融点金属である。
本発明の鉄基鑞付けフィラー合金または金属は、
a)0重量%~35重量%、一般的には少なくとも10重量%、例えば25重量%~35重量%、好ましくは28重量%~33重量%、より好ましくは29重量%~32重量%、最も好ましくは29重量%~31重量%の量のニッケルと、
b)0重量%~25重量%、一般的には少なくとも10重量%、例えば18重量%~25重量%、好ましくは18重量%~23重量%、より好ましくは18重量%~22重量%、例えば、19重量%~21重量%の量のクロムと、
c)4重量%~9重量%、例えば4重量%~6重量%、好ましくは4.5重量%~6重量%、より好ましくは5重量%~6重量%の量のケイ素と、
d)5重量%~11重量%、好ましくは5重量%~10重量%、より好ましくは6重量%~10重量%の量のリンと、
e)0重量%~1重量%、好ましくは0重量%より大きく1重量%未満、例えば0.1重量%~0.8重量%、好ましくは0.1重量%~0.5重量%、より好ましくは、0.3重量%~0.5重量%、例えば、0.3重量%~0.4重量%の量のホウ素と、
f)残部、例えば29重量%~60重量%、好ましくは29重量%~40重量%、より好ましくは29重量%~35重量%、最も好ましくは29重量%~33重量%の鉄とを含み、
a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。鉄、ニッケル、およびクロムの総量は84重量%~90重量%であり、a/(a+f)の比は0~0.5、例えば0.2~0.5、好ましくは0.3~0.5、より好ましくは0.4~0.5であり、b/(a+b+f)の比は0~0.33、好ましくは0.1~0.3、より好ましくは0.15~0.3、例えば0.20~0.26である。重量パーセントは、鉄基フィラー合金の重量に基づいている。
a)0重量%~35重量%、一般的には少なくとも10重量%、例えば25重量%~35重量%、好ましくは28重量%~33重量%、より好ましくは29重量%~32重量%、最も好ましくは29重量%~31重量%の量のニッケルと、
b)0重量%~25重量%、一般的には少なくとも10重量%、例えば18重量%~25重量%、好ましくは18重量%~23重量%、より好ましくは18重量%~22重量%、例えば、19重量%~21重量%の量のクロムと、
c)4重量%~9重量%、例えば4重量%~6重量%、好ましくは4.5重量%~6重量%、より好ましくは5重量%~6重量%の量のケイ素と、
d)5重量%~11重量%、好ましくは5重量%~10重量%、より好ましくは6重量%~10重量%の量のリンと、
e)0重量%~1重量%、好ましくは0重量%より大きく1重量%未満、例えば0.1重量%~0.8重量%、好ましくは0.1重量%~0.5重量%、より好ましくは、0.3重量%~0.5重量%、例えば、0.3重量%~0.4重量%の量のホウ素と、
f)残部、例えば29重量%~60重量%、好ましくは29重量%~40重量%、より好ましくは29重量%~35重量%、最も好ましくは29重量%~33重量%の鉄とを含み、
a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。鉄、ニッケル、およびクロムの総量は84重量%~90重量%であり、a/(a+f)の比は0~0.5、例えば0.2~0.5、好ましくは0.3~0.5、より好ましくは0.4~0.5であり、b/(a+b+f)の比は0~0.33、好ましくは0.1~0.3、より好ましくは0.15~0.3、例えば0.20~0.26である。重量パーセントは、鉄基フィラー合金の重量に基づいている。
鉄基フィラー合金が鉄、ケイ素、およびリンの三元系である本発明の態様では、鉄含有量は、84重量%~90重量%の範囲であり、a/(a+f)の比は0であり、b/(a+b+f)の比も0である。三元合金の融点範囲は非常に狭く、例えば25℃以下であり、固相線温度と液相線温度が同じである共晶組成の溶融挙動に近づいている。
本発明の態様では、鉄基鑞付けフィラー合金は、以下の場合に、975℃未満の固相線温度および1050℃未満の液相線温度を有する。
a)ニッケルは、25重量%~35重量%の量であり、
b)クロムは、18重量%~25重量%の量であり、
c)ケイ素は、4重量%~9重量%の量であり、
d)リンは、5重量%~11重量%の量であり、
e)ホウ素は、0.1重量%~0.5重量%の量であり、
f)残部は、鉄であり、
a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。
a)ニッケルは、25重量%~35重量%の量であり、
b)クロムは、18重量%~25重量%の量であり、
c)ケイ素は、4重量%~9重量%の量であり、
d)リンは、5重量%~11重量%の量であり、
e)ホウ素は、0.1重量%~0.5重量%の量であり、
f)残部は、鉄であり、
a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる。
本発明の実施形態では、鉄基鑞付けフィラー合金または金属は、粉末、アモルファス箔、アトマイズ粉末、粉末に基づくペースト、粉末に基づくテープ、焼結プリフォーム、バインダーを用いた粉末スプレーコーティング、またはスクリーン印刷ペーストの形態で製造することができる。鉄基鑞付けフィラー合金または金属は、スプレーまたはスクリーン印刷によって塗布することができる。
本発明の追加の一態様では、1100℃未満、好ましくは1060℃未満、より好ましくは1050℃未満の温度で熱交換器を鉄基鑞付けフィラー合金で鑞付けすることによって熱交換器を製造または修理するための方法が提供される。
鉄基鑞付けフィラー合金または金属は、鑞付けフィラー合金または金属を製造するための従来の方法を使用して製造することができる。例えば、当技術分野で従来のように、正しい比率のすべての元素または金属を共に混合および溶融して、化学的に均質な合金粉末にアトマイズされる化学的に均質な合金を形成することができる。鉄基鑞付けフィラー合金または金属の粒子サイズは、使用される鑞付け方法に依存し得る。所与の鑞付け方法で従来使用されている従来の粒子サイズ分布は、本発明の鉄基鑞付けフィラー合金または金属で使用することができる。
鉄基鑞付けフィラー合金または金属で鑞付けされるベースメタルは、鑞付けを必要とする任意の既知のまたは従来の材料または物品とすることができる。ベースメタルの非限定的な例には、熱交換器、排気ガス再循環クーラー(EGRクーラー)、および他の高温装置の製造に使用される合金または超合金が含まれる。本発明の鉄基鑞付けフィラー合金または金属で鑞付けすることができる既知および従来のベースメタルの他の非限定的な例には、炭素鋼および低合金鋼、ニッケルおよびニッケル合金、ステンレス鋼、および工具鋼が含まれる。
本発明は、すべての部分、パーセンテージ、比率、および比は重量であり、すべての温度は℃であり、すべての圧力は、特に明記しない限り大気圧である、以下の非限定的な実施例によってさらに説明される。
実施例1~12は、Niのみ、NiおよびCrのみ、およびNiおよびCrおよびBのみを添加した、三元Fe-Si-P系に基づく本発明の鉄基鑞付けフィラー合金または金属に関するものである。CuとMoは、2018年12月14日にオンラインで公開された非特許文献2にあるようには使用されていない。比較例2-5は、Bを含むまたは含まないFe-Ni-Cr-Cu-Mo-P-Si合金である非特許文献2の鉄基鑞付けフィラー金属に関するものである。比較例1は、非特許文献2で議論されているAmdry 805に関するものであり、CuまたはMoを含まず、Bを含まない、Fe-Ni-Cr-Si-P鉄基鑞付けフィラー合金であり、それらのすべては単一のピークをもつ狭い融点範囲、および1050℃の温度での鑞付けを可能にするために重要であると非特許文献2において示されている。すべてNetzschのSTA 449(DSC)を使用して、10℃/分の加熱速度と冷却速度を使用して、同じ方法でDSCによって決定された、本発明の鉄基鑞付けフィラー合金または金属、およびそれらの固相線温度、液相線温度、および融点範囲を有する比較例の鉄基鑞付けフィラー合金または金属の組成を表1に示す。
実施例1は、本発明の三元86.2Fe-5.1Si-8.7P鉄基鑞付けフィラー合金である。図1に示すように、実施例1の三元合金の示差走査熱量測定曲線は、加熱および冷却サイクルにおいて、19℃の狭い融点範囲をもつほぼ真の共晶溶融挙動を示す単一のピークと、1024℃の固相線温度および1043℃の液相線温度を示している。図2(先行技術)は、比較例2の非特許文献2の鉄基鑞付けフィラー金属である、CuおよびMo、およびBを含むフィラー金属(50Fe-20Ni-12Cr-3Cu-3Mo-7P-4Si-1B)に対して、加熱および冷却サイクルにおいて、102℃の広い融点範囲を示す二重のピークと、905℃の固相線温度および1007℃の液相線温度を示す、示差走査熱量測定曲線である。
表1にリストされたデータは、本発明の鉄基鑞付けフィラー合金、実施例1~12が、a)934℃~1024℃の範囲にある1030℃未満の予想外に低い固相線温度、b)1007℃~1043℃の範囲にある1050℃未満の予想外に低い液相線温度、c)実施例1の19℃から実施例9の79℃までの範囲にある、85℃未満の予想外に低い融点範囲、およびd)比較例2~5のように、ホウ素がないかまたはごく少量であり、銅またはモリブデンを必要としない、1100℃未満の予想外に低い鑞付け温度を示すことを示している。
また、比較例2~5の20重量%および比較実施例1の17.5重量%と比較して、実施例2~12の29.0~32.1重量%の範囲のかなり高い量のニッケルは、固相線温度および液相線温度の大幅な低下により、改善された機械的強度と耐食性の両方を提供し、薄肉熱交換器の鑞付け操作および用途で特に重要である低い鑞付け温度とベースメタルへの強力な接合を実現する。比較例2~5の12重量%と比較して、実施例3~12の20.4重量%~21.4重量%の範囲のかなり高い量のクロムは、改善された耐食性を提供し、融解温度を上昇させるが、ニッケルは、融解温度を低下させる。
また、実施例1~4および11のように、ホウ素、銅またはモリブデンが使用されない場合、a)固相線温度は、934℃~1024℃の範囲であるのに対し、比較例1(Amdry 805)では、1055℃の固相線温度は少なくとも31℃高く、b)液相線温度は1007℃~1059℃の範囲であるのに対し、比較例1(Amdry 805)では、1110℃の液相線温度は少なくとも51℃高く、これは、少なくとも51℃高い鑞付け温度の必要性を示している。実施例5-10および12のように、ホウ素が使用されているが銅およびモリブデンが使用されていない場合、a)固相線温度は963℃~976℃の範囲であるのに対し、比較例1(Amdry 805)では、1055℃の固相線温度は少なくとも79℃高く、b)液相線温度は1022℃~1044℃の範囲であるのに対し、比較例1(Amdry 805)では、1110℃の液相線温度は少なくとも66℃高く、これは、少なくとも66℃高い鑞付け温度が必要であることを示している。
さらに、少なくとも本発明は、単純化または効率化などの特定の例示的な実施形態の開示により、本発明を実施および使用することを可能にする方法で本明細書に開示されるため、例えば、本発明は、本明細書に具体的に開示されていない任意のステップ、追加の要素、または追加の構造なしで実施することができる。
前述の実施例は、単に説明の目的で提供されたものであり、本発明を限定するものとして解釈されるものでは決してないことに留意されたい。本発明は例示的な実施形態を参照して説明されてきたが、本明細書で使用されてきた単語は、限定の単語ではなく、説明および例示の単語であることが理解される。添付の特許請求の範囲内で、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、その態様において、現在述べられ、補正されているように、変更を行うことができる。本発明は、特定の手段、材料、および実施形態を参照して本明細書に記載されているが、本発明は、本明細書に開示される詳細に限定されることを意図するものではなく、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲内にあるような、すべての機能的に均等な構造、方法、および使用に及ぶ。
Claims (20)
- 鉄基鑞付けフィラー合金であって、
a)0重量%~35重量%の量のニッケルと、
b)0重量%~25重量%の量のクロムと、
c)4%重量%~9%重量%の量のケイ素と、
d)5重量%~11重量%の量のリンと、
e)0重量%~1重量%の量のホウ素と、
f)残部の鉄とを含み、
a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になり、
鉄、ニッケルおよびクロムの総量は84重量%~90重量%であり、a/(a+f)の比は0~0.5であり、b/(a+b+f)の比は0~0.33であり、
前記鉄基鑞付けフィラー合金は、鑞付け温度が1100℃未満であり、
前記鉄基鑞付けフィラー合金は、
固相線温度が1030℃以下、
液相線温度が1075℃以下、または、
前記固相線温度と前記液相線温度の差が85℃未満である融点範囲
のうちの少なくとも1つを有する、鉄基鑞付けフィラー合金。 - 前記鉄の量が84重量%~90重量%であり、[a)+c)+d)]のパーセンテージを合計すると100重量%になり、前記融点範囲は25℃以下である、三元合金FeSiPである、請求項1に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 前記ニッケルの量が25重量%~35重量%であり、a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる、請求項1に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 前記クロムの量が18重量%~25重量%であり、a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる、請求項1~3のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 前記ホウ素の量が0重量%よりも大きく1重量%未満であり、a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる、請求項1~4のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 前記ホウ素の量が0.1重量%~0.5重量%であり、a)~f)のパーセンテージを合計すると100重量%になる、請求項5に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- a)前記ニッケルは25重量%~35重量%の量であり、
b)前記クロムは18重量%~25重量%の量であり、
c)前記ケイ素は4重量%~9重量%の量であり、
d)前記リンは5重量%~11重量%の量であり、
e)前記ホウ素は0.1重量%~0.5重量%の量であり、
f)残部が鉄である、
請求項1に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。 - a)前記ニッケルは28重量%~33重量%の量であり、
b)前記クロムは18重量%~22重量%の量であり、
c)前記ケイ素は4.5重量%~6重量%の量であり、
d)前記リンは6重量%~10重量%の量であり、
e)前記ホウ素は0.1重量%~0.5重量%の量であり、
f)残部が鉄である、
請求項1に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。 - 前記ホウ素が0.3重量%~0.4重量%の量である、請求項1~8のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 前記鉄の含有量が29重量%~40重量%である、請求項1~9のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 前記固相線温度が1000℃以下である、請求項1~10のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 前記固相線温度が975℃以下である、請求項6または11に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 前記液相線温度が1050℃未満である、請求項1~12のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 前記固相線温度と前記液相線温度との差が50℃未満である、請求項1~13のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 鑞付け温度が1060℃未満である、請求項1~14のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 粉末、アモルファス箔、アトマイズ粉末、ペースト、テープ、または焼結プリフォームの形態である、請求項1~15のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金。
- 請求項1~16のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金と、バインダーとを含む、粉末スプレーコーティング。
- 請求項1~16のいずれか一項に記載の鉄基鑞付けフィラー合金を含む熱交換器。
- 内燃機関の窒素酸化物排出(NOx)を低減するのを助ける排気ガス再循環クーラー(EGRクーラー)である、請求項22に記載の熱交換器。
- 請求項18または19に記載の鉄基鑞付けフィラー合金を含む熱交換器を鑞付けするステップを含む、熱交換器を製造または修理する方法。
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---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
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