JP6116165B2 - アルミニウムのろう付法 - Google Patents
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Description
本発明は雰囲気加熱によるアルミニウムのろう付方法に関する。
雰囲気加熱によるアルミニウムのろう付では、加熱による酸化膜の生成を抑制して良好なろう付をするために、雰囲気ガスとして窒素ガスまたは希ガスの不活性ガスが用いられている。これらの不活性ガスはフラックスろう付においてもフラックスを使わないフラックスレスろう付においても使用される（非特許文献１参照）。
「アルミニウムのノンフラックス法」、野村祐司、池田明夏里、大陽日酸技報、第３０巻（２０１１）、P４３−４４
しかしながら、窒素ガスや希ガスの使用によって雰囲気ガスにコストがかかりろう付品の製造コストを押し上げている。
本発明は、上述した背景技術に鑑み、ろう付性を低下させることなく雰囲気ガスのコストを低減できるアルミニウムのろう付方法の提供を目的とする。
即ち、本発明は下記［１］〜［７］に記載の構成を有する。
［１］雰囲気加熱によるアルミニウムのろう付において、
被ろう付品の実体温度が昇温する過程で雰囲気ガスを少なくとも１回他のガスに切り換えることを特徴とするアルミニウムのろう付方法。
被ろう付品の実体温度が昇温する過程で雰囲気ガスを少なくとも１回他のガスに切り換えることを特徴とするアルミニウムのろう付方法。
［２］前記雰囲気ガスを大気から窒素ガスまたは希ガスの不活性ガスに切り換える前項１に記載のアルミニウムのろう付方法。
［３］フラックスろう付において、雰囲気ガスの切り換えを被ろう付品の実体温度が２５０〜３５０℃の間に行う前項２に記載のアルミニウムのろう付方法。
［４］フラックスレスろう付において、雰囲気ガスの切り換えを被ろう付品の実体温度が３０〜１００℃の間に行う前項２に記載のアルミニウムのろう付方法。
［５］前記雰囲気ガスを窒素ガスから希ガスに切り換える前項１〜４のいずれかに記載のアルミニウムのろう付方法
［６］前記雰囲気ガスの切り換えを被ろう付品の実体温度が４５０〜５５０℃の間に行う前項５に記載のアルミニウムのろう付方法。
［６］前記雰囲気ガスの切り換えを被ろう付品の実体温度が４５０〜５５０℃の間に行う前項５に記載のアルミニウムのろう付方法。
［７］加圧ガスを加熱して熱風を生成し、この熱風をチャンバー内に送り込んで被ろう付品を加熱するろう付方法であり、加熱する加圧ガスを切り換えてチャンバー内に送り込む熱風のガス種を切り換えることによりチャンバー内の雰囲気ガスを切り換える前項１〜６のいずれかに記載のアルミニウムのろう付方法。
上記［１］に記載のアルミニウムのろう付方法によれば、ろう付性を低下させない範囲で安価なガスを雰囲気ガスを使用し、高価なガスの使用量を減らすことによりろう付コストを低減できる。
上記［２］に記載のアルミニウムのろう付方法によれば、大気から不活性ガスに切り換えることによって酸化膜の生成が抑制され、ろう付性を低下させることなくろう付コストを低減できる。
上記［３］に記載のアルミニウムのろう付方法によれば、フラックスろう付においてろう付性を低下させることなくろう付コストを十分に低減できる。
上記［４］に記載のアルミニウムのろう付方法によれば、フラックスレスろう付においてろう付性を低下させることなくろう付コストを十分に低減できる。
上記［５］に記載のアルミニウムのろう付方法によれば、窒素ガスから希ガスに切り換えることによって窒化物の生成が回避され、ろう付性を低下させることなくろう付コストを低減できる。
上記［６］に記載のアルミニウムのろう付方法によれば、窒化物の生成が回避され、ろう付性を低下させることなくろう付コストを十分に低減できる。
上記［７］記載のアルミニウムのろう付方法によれば、短時間で雰囲気を昇温できかつ雰囲気温度を低下させることなく雰囲気ガスの切り換えを行うことができる。
図１は本発明のアルミニウムのろう付方法を実施するために熱風加熱装置（1）である。
熱風加熱装置（1）は、ガス供給部（11）（12）（13）から供給される加圧ガスをヒーター（14）で加熱して熱風（15）を生成し、この熱風（15）をチャンバー（16）に送り込むことによってチャンバー（16）内の雰囲気を強制的に対流させて被ろう付品（20）を加熱する装置である。また、図示例の熱風加熱装置（1）は３つのガス供給部、即ち第１ガス供給部（11）、第２ガス供給部（12）、第３ガス供給部（13）を備え、これらにそれぞれ異なるガスを配備し、切換弁（17）の切り換えによってヒーター（14）に供給する加圧ガスを３種のガスのうちから１種を選択することができる。これにより、チャンバー（16）内の雰囲気ガスは随時切り換えられる。このような熱風加熱によれば、被ろう付品（20）に接触している気体が速やかに入れ替わるので被ろう付品（20）が短時間で昇温し、フラックスおよびろう材が短時間で溶融してろう付が達成される。
熱風加熱は、気体を加圧せずに自然対流と輻射熱とで加熱する加熱方法に比べると昇温が速く短時間でろう付を行うことができる。雰囲気ガスは熱風（15）としてチャンバー（16）内に導入されるので、雰囲気ガスに切り換えによってチャンバー（16）内の雰囲気温度が低下することなく被ろう付品（20）の加熱が続行される。
なお、本発明は加熱方法を熱風加熱に限定するものではないが、雰囲気ガスの切り換えを迅速に行える点で熱風加熱を推奨できる。
アルミニウムのろう付に使用する雰囲気ガスは、大気、窒素ガス、アルゴンガスまたはヘリウムガス等の希ガスであり、ガスコストは大気＜窒素ガス＜希ガスである。本実施形態においては、これらのガスのうちの２種または３種を第１〜第３ガス供給部（11）（12）（13）に配備して随時切り換えるものとする。
本発明のアルミニウムのろう付方法は、ろう付性を低下させない範囲で安価な雰囲気ガスを使用し、高価なガスの使用量を減らすことによってろう付コストを低減する。
［大気から不活性ガスへの切り換え］
雰囲気ガスとして大気よりもコストのかかる不活性ガス（窒素ガスまたは希ガス）を使用するのは酸化膜の生成を抑制することが目的である。しかし、開始直後の室温に近い低い温度域では酸化膜の成長が遅く、温度が上昇するにつれて酸化膜の成長が速くなる。従って、酸化膜が成長しにくい低い温度域では大気を用い、所定温度に上昇した時点で不活性ガスに切り換える。大気から不活性ガスへの切り換えは、フラックスろう付の場合は被ろう付品の実体温度として２５０〜３５０℃の間で行うことが好ましく、フラックスレスろう付の場合は３０〜１００℃の間で行うのが好ましい。いずれの場合も下限値よりも低い温度での切り換えではガスコストの低減効果が小さく、上限値を超える高温での切り換えでは酸化膜の成長によってろう付性が低下するおそれがある。特に好ましい切り換え温度はフラックスろう付の場合が３００〜３３０℃の間、フラックスレスろう付の場合が７０〜９０℃の間である。
雰囲気ガスとして大気よりもコストのかかる不活性ガス（窒素ガスまたは希ガス）を使用するのは酸化膜の生成を抑制することが目的である。しかし、開始直後の室温に近い低い温度域では酸化膜の成長が遅く、温度が上昇するにつれて酸化膜の成長が速くなる。従って、酸化膜が成長しにくい低い温度域では大気を用い、所定温度に上昇した時点で不活性ガスに切り換える。大気から不活性ガスへの切り換えは、フラックスろう付の場合は被ろう付品の実体温度として２５０〜３５０℃の間で行うことが好ましく、フラックスレスろう付の場合は３０〜１００℃の間で行うのが好ましい。いずれの場合も下限値よりも低い温度での切り換えではガスコストの低減効果が小さく、上限値を超える高温での切り換えでは酸化膜の成長によってろう付性が低下するおそれがある。特に好ましい切り換え温度はフラックスろう付の場合が３００〜３３０℃の間、フラックスレスろう付の場合が７０〜９０℃の間である。
なお、上記の温度よりも低い温度で大気から不活性ガスに切り換えた場合も良好なろう付が達成されることは言うまでもなく、またこのような雰囲気ガスの切り換えを行うろう付方法も本発明に含まれる。ただし、酸化膜成長の遅い低い温度で不活性ガスに切り換えればコストの低減効果が小さくなる。
また、フラックスレスろう付ではフラックスろう付よりもろう付け時に酸化膜が除去されにくいので、窒素ガスで昇温を開始して希ガスに切り換えても良く、このようなろう付も本発明に含まれる。
［窒素ガスから希ガスへの切り換え］
被ろう付品の化学組成によっては窒素ガス雰囲気で加熱すると合金成分と窒素とが反応して窒化物を生成してろう付性が低下するおそれがある。窒化反応は５００℃以上の高温域で起こるため、より良いろう付性を目指す場合あるいは表面窒化を嫌う被ろう付品に対しては、窒素ガスを希ガスに切り換えることが好ましい。窒素ガスから希ガスへの切り換えは、フラックス使用の有無にかかわらず被ろう付品の実体温度として４５０〜５５０℃の間で行うことが好ましい。４５０℃未満の切り換えではではガスコストの低減効果が少なく、５５０℃を超える高温での切り換えでは窒化反応を抑制する効果が少ない。窒素ガスから希ガスへの切り換えの好ましい温度は４８０〜５２０℃の間である。
被ろう付品の化学組成によっては窒素ガス雰囲気で加熱すると合金成分と窒素とが反応して窒化物を生成してろう付性が低下するおそれがある。窒化反応は５００℃以上の高温域で起こるため、より良いろう付性を目指す場合あるいは表面窒化を嫌う被ろう付品に対しては、窒素ガスを希ガスに切り換えることが好ましい。窒素ガスから希ガスへの切り換えは、フラックス使用の有無にかかわらず被ろう付品の実体温度として４５０〜５５０℃の間で行うことが好ましい。４５０℃未満の切り換えではではガスコストの低減効果が少なく、５５０℃を超える高温での切り換えでは窒化反応を抑制する効果が少ない。窒素ガスから希ガスへの切り換えの好ましい温度は４８０〜５２０℃の間である。
窒素ガスから希ガスへの切り換え温度は上述した大気から不活性ガス（窒素ガスまたは希ガス）への切り換え温度よりも高い。このため、昇温過程において、大気から窒素ガスに切り換え、さらに窒素ガスを希ガスに切り換える３段階切り換えも選択することができる。希ガスは窒素ガスよりも高価であるから、このような３段階切り換えは窒化物の生成を避けて大気から希ガスに切り換える２段切り換えよりもガスコストを低減できる。
図１に示した高温熱風加熱装置（1）を用いてフラックスろう付およびフラックスレスろう付によるろう付試験をおこなった。
使用したガスは大気、窒素ガス（露点−７０℃、酸素濃度５ｐｐｍ以下）、アルゴンガス（露点−６０℃、酸素濃度５ｐｐｍ以下）、ヘリウムガス（露点−６０℃、酸素濃度５ｐｐｍ以下）の４種類である。１つの試験材に対しては、１種（切り換えなし）〜３種のガスを用い、それぞれのガスを３つのガス供給部（11）（12）（13）に配備し、切換弁（17）で雰囲気ガスを選択してヒーター（16）に導入した。ヒーター（16）には加圧したガスを導入し、風速３ｍ／ｓｅｃ、７００℃の熱風としてチャンバー（16）内に送り込んだ。
［フラックスろう付］
ろう付試験として図２に示す逆Ｔ字型継ぎ手（20）を作製した。
ろう付試験として図２に示す逆Ｔ字型継ぎ手（20）を作製した。
前記継ぎ手（20）において、水平材（21）はＡ３００３からなる心材（22）の片面にＡｌ−１０％Ｓｉ合金ろう材（23）をクラッドしたブレージングシートであり、寸法は５０ｍｍ×２５ｍｍ×厚み１．０ｍｍ、クラッド率が１０％である。垂直材（24）はＡ３００３のベア材からなり、寸法は幅５０ｍｍ×２５ｍｍ×厚み１．０ｍｍである。前記水平材（21）および垂直材（24）の全面にＫＡｌＦ４を水に溶いたフラックス液を塗布し、乾燥後に逆Ｔ字型継ぎ手（20）を組み立てた。フラックス付着量は５ｇ／ｍ２である。
前記逆Ｔ字型継ぎ手（20）をチャンバー（16）内に置き、表１に示すように、試験No.１〜３（発明例）は大気で昇温を開始し、実体温度３５０℃でそれぞれ窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスに切り換えて６２０℃まで昇温させて、昇温開始から３分間加熱した。また、試験No.４、５（比較例）は窒素ガスまたは大気で３分間加熱した。
［フラックスレスろう付］
試験用の逆Ｔ字型継手（20）の水平材（21）として、Ａ３００３からなる心材（22）の片面にＡｌ−１０％Ｓｉ−０．２％Ｍｇ−０．１％Ｂｉ合金ろう材（23）をクラッドしたブレージングシートを用い、垂直材（24）としてＡ３００３のベア材を用いた。各材の寸法はフラックスろう付用試験材と同じである。ろう付の前処理として、前記水平材（21）および垂直材（24）は５％の苛性液でエッチングし、３０％硝酸で中和した。
試験用の逆Ｔ字型継手（20）の水平材（21）として、Ａ３００３からなる心材（22）の片面にＡｌ−１０％Ｓｉ−０．２％Ｍｇ−０．１％Ｂｉ合金ろう材（23）をクラッドしたブレージングシートを用い、垂直材（24）としてＡ３００３のベア材を用いた。各材の寸法はフラックスろう付用試験材と同じである。ろう付の前処理として、前記水平材（21）および垂直材（24）は５％の苛性液でエッチングし、３０％硝酸で中和した。
前記逆Ｔ字型継ぎ手（20）をチャンバー（16）内に置き、表２に示すように、試験No.１１〜１７、１９は、大気または窒素ガスで昇温を開始して実体温度１００℃および／または５００℃で雰囲気ガスを切り換え、６２０℃まで昇温させて昇温開始から３分間加熱した。また、試験No.１８、２０はアルゴンガスまたは窒素ガスで３分間加熱した。
ろう付した逆Ｔ字型継ぎ手（20）について、目視観察により下記の基準でろう付性を評価した。評価結果を表１、２に示す。
◎：大きなフィレットが形成された
○：正常なフィレットが形成された
×：フィレットが形成されなかった。
◎：大きなフィレットが形成された
○：正常なフィレットが形成された
×：フィレットが形成されなかった。
表１、２に示すように、ろう付の昇温過程で雰囲気ガスを切り換えることにより、ろう付性を低下させることなくガスコストを低減できることを確認することができた。
本発明はアルミニウムのろう付品の製造に利用できる。
1…熱風加熱装置
11…第１ガス供給部
12…第２ガス供給部
13…第３ガス供給部
14…ヒーター
15熱風
16チャンバー
17切換弁
20逆Ｔ字型継手（被ろう付品）
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13…第３ガス供給部
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Claims (2)
- 雰囲気加熱によるアルミニウムのろう付において、加圧ガスを加熱して熱風を生成し、この熱風をチャンバー内に送り込んで被ろう付品を加熱するろう付方法であり、
被ろう付品の実体温度が昇温する過程で、加熱する加圧ガスを切り換えてチャンバー内に送り込む熱風のガス種を切り換えることにより、チャンバー内の雰囲気ガスを大気から窒素ガスに切り換え、さらに窒素ガスから希ガスに切り換えることを特徴とするアルミニウムのろう付方法。 - 前記窒素ガスから希ガスの切り換えを被ろう付品の実体温度が４５０〜５５０℃の間に行う請求項１に記載のアルミニウムのろう付方法。
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