JPH0438507B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミニウム（Al）又はアルミニ
ウム合金材料（以下Al系材料という）の表面に
フラツクスとしての化成処理層を形成したのち、
加熱することにより、所望部をろう付けする方法
に関するものである。 〔従来技術およびその問題点〕 従来からAl系材料のろう付けには、ろう材と
してAl系材料から若干融点の低いAl−Si共晶合
金が主として使用されている。また、ろう材が、
Al系材料と良好に接合するためには、該Al系材
料の表面に存在する酸化物被膜等の汚れを除去す
る必要がある。この汚れを除去するためにろう材
とともにフラツクスをろう付け部に適用する。 出願人はAl系材料ろう付け用フラツクスとし
てペンタフルオロアルミニウム酸カリウム
（K₂AlF₅）が有効であることを見いだし、ろう付
け方法の発明として既に出願した（特願昭58−
191311号）。この方法においてK₂AlF₅は被ろう付
け体の表面に化成処理により形成されるものであ
る。 該K₂AlF₅からなる化成処理層は、温度が約560
℃になると溶解し始め、Al系材料表面の酸化膜
を除去し、しかもAl自体とは化学反応しないの
で、Al系材料のろう付け用フラツクスとして使
用できるものである。しかし、該化成処理層の融
解温度が、より低くければ、ろう付け温度をより
下げることが可能となるので、加熱エネルギー低
減、ろう付け作業の容易さ等の点から、化成処理
層の融点低下は望ましいことである。 また、K₂AlF₅からなるフラツクスを、マグネ
シウム（Mg）を多く含有するAl系材料に対して
使用すると、K₂AlF₅とMgとが化学反応してしま
い、ろう付けが困難になるという問題点があつ
た。 そこで、発明者らは、K₂AlF₅の融点よりも低
い温度で、しかもMgとの反応性も低いフラツク
スを使用するろう付け方法の提供を目的に、鋭意
研究を進めた結果、本発明を為すに至つた。 〔問題点を解決するための手段および作用〕 本発明は、Al系材料の少なくともろう付け所
望部を、セシウム（Cs）イオンおよびフツ素(F)
イオンを含有する処理溶液と接触させることによ
り、該Al系材料の表面にろう付け用フラツクス
としてのフルオロアルミニウム酸セシウム又は、
フルオロアルミニウム酸セシウムとフツ化アルミ
ニウムとの混合物からなる化成処理層を形成する
化成処理工程と、上記ろう付け所望部を加熱して
Al系材料を相手材とろう材により接合するろう
付け工程とからなることを特徴とするアルミニウ
ム系材料のろう付け方法である。 本発明における化成処理工程は、Al系材料を
C₃イオンおよびＦイオンを含有する処理溶液と
接触せしめ、化成処理層を形成する工程である。 本発明において、Al系材料とは、Al材料ある
いはAl合金材料をいう。Al合金材料としては、
Alに、珪素（Si）、銅（Cu）、マンガン（Mn）、
亜鉛（Zn）、チタン（Ti）、クロム（Cr）、ジルコ
ニウム（Zr）、マグネシウム（Mg）等を少なく
とも一種類添加したAl合金材料である。たとえ
ば、JISにいうA3003材、A3004材、A7072材等の
Al合金材料である。また、Al系材料としては、
Alあるいは上記Al合金材料の表面に、融点が10
〜100℃低い合金、たとえばSiを７〜12Wt％含有
したAl−Si共晶合金を被覆したものでもよい。
具体的には、JIS A3003材の表面にA4343材をク
ラツドした、いわゆるプレージングシート
（BA12PC等）である。 本化成処理工程に使用する処理溶液の調整に
は、いくつかの方法がある。その一つは、フツ化
セシウム（CsF）およびフツ化水素（HF）を水
に溶解する方法である。他の調製方法としては、
Csの炭酸塩、水酸化物を水に溶解し、さらにHF
を加える方法あるいは、Csの酸性フツ化物を水
に溶解する方法がある。しかし、これらに限られ
るものではない。 これらの処理溶液にAl系材料を浸漬する等の
方法により接触させると、該接触部位では処理溶
液中のCsイオン、ＦイオンとAl系材料中のAlと
が化学反応して、Al系材料の表面にフルオロア
ルミニウム酸セシウム又はフルオロアルミニウム
酸セシウムとフツ化アルミニウムとの混合物（以
下総称して、複合フツ化物という）からなる化成
処理層がAl系材料と強固に結合した状態で、生
成する。 本化成処理工程に使用する処理溶液は、Csイ
オンおよびＦイオンを含んでおればよいが、より
フラツクス効果の高い複合フツ化物からなる化成
処理層を効率よく生成させるためには、該溶液の
CsおよびＦのイオン濃度をそれぞれ0.01〜1.0モ
ル／ｌおよび0.02〜2.0モル／ｌ、PHを６〜２と
するのがよい。 CsおよびＦのイオン濃度が上記範囲未満の場
合には、化成処理速度が低く、フラツクス効果を
得るのに必要な量の複合フツ化物を生成するのに
長時間を必要とする。また、上記範囲以上であつ
ても化成処理層が形成されるが、Cs，Ｆの増加
量に比してCsF−AlF₃系複合フツ化物の生成量は
増加しない。 また、PHが６を越えるとAlとの反応速度が低
下して化成処理層の生成速度が小さくなり、２未
満ではAl系材料が強く腐食され、表面が荒れる
ので好ましくない。なおPHを調節するには、HF
を加えるのが、該複合フツ化物原料の供給という
観点からも望ましい。 上記処理溶液とAl系材料とを接触させる方法
には、前記のようにAl系材料を処理溶液に浸漬
する方法の他に、Al系材料の少なくともろう付
け所望部に塗布あるいは吹きつける方法でもよ
い。このときには、処理溶液中のCsイオンおよ
びＦイオンが不足しないように比較的多量に供給
するのがよい。 該接触によつて、該処理溶液は、Csイオンと
Ｆイオンが混合した形態の溶液であるから、アル
ミニウム系材料の表面に存在する酸化物被膜が破
壊され、Al系材料中のAlイオンとCsイオンとＦ
イオンが化学反応し、複合フツ化物がAl系材料
の表面に化成処理層として生成する。該化成処理
層の生成は、処理溶液の温度によつても変化す
る。当然常温でも充分に化学反応が進行する。し
かし、処理溶液の温度を40〜70℃に上昇せしめる
と、特に酸化被膜の除去が完全に、しかも急速に
行なわれる。その結果、複合フツ化物が、Al系
材料の表面により強固な化成処理層として生成し
てゆく。 これらの材料は、原材料のまま上記化成処理工
程を施してもよいし、また、所定の形状になるよ
うに加工を加えたもの、あるいは組立てたのち化
成処理工程を施してもよい。該Al系材料に化成
処理工程を施す前に、該材料の表面をトリクロル
エチレン等の有機溶媒で脱脂を行なつてもよい。
このように、該Al系材料の表面を清浄にしてか
ら化成処理工程を施してもよい。 該Al系材料と処理溶液との接触時間は、処理
溶液のCsイオンおよびＦイオン濃度、PH、およ
び液温度等によつて一概には決まらないが、たと
えば0.5〜５分程度である。 上記操作で得られるフルオロアルミニウム酸セ
シウムとは、CsF−AlF₃系の錯塩であり、第１図
に示すように、従来から知られている相平衡状態
図（Zeitschrift fuer Anorganische und
Allgemeine chemie 81，357（1913））において
もわかるように、複雑な構造をしているものと思
われる。 本発明者らは、上記錯塩を同定するために、Ｘ
線回折等による測定を行なつたが、化成処理層か
ら得られる回折線は、いずれも既知の結晶構造
（たとえばCs₃AlF₆，CsAlF₄）を取る物質のもの
とは一致せず、該錯塩を同定することができなか
つた。このことは、CsF−AlF₃系の相平衡状態が
非常に複雑であり、多種類の錯化合物が存在する
こと、および同一組成の化合物であつても温度に
より多形を取りうるものであると考えられる。 該複合フツ化物は、単体化合物表示にて、
AlF₃／CsFのモル比が67／37〜26／74の成分で構
成されている場合には、450〜480℃の温度で融解
または融解し始めるものである。融解した該複合
フツ化物は、Al系材料の表面において、酸化皮
膜を除去して、ろう材がAl系材料の表面上でな
めらかに流動できるようにするとともに、Al自
体には何の作用も及ぼさないという性質を有す
る。 また、本化成処理工程は、アルミニウム系材料
を陽極にして、上記処理液中で通電しながら、該
Al系材料の表面に複合フツ化物を生成してもよ
い。この場合、陰極材料としては、陽極と同等の
表面積を有する炭素等の、処理溶液中へイオンと
なつて溶出しない材質のものが望ましい。 さらに、交流電流を通じながら化成処理を行な
つてもよい。この場合は、二組のAl系材料を用
意し、両Al系材料に電圧を印加する。そうする
と、電圧の高くなつた方のAl系材料に複合フツ
化物が生成し、低くなつたときに溶出しない。そ
れ故、両Al系材料には電圧が高くなつたときの
み複合フツ化物が生成して化成処理層を形成する
ことになる。 直流電圧を印加した場合、交流電圧を印加した
場合、いずれの場合においても、電圧を印加しな
い場合に比べて複合フツ化物の生成速度が大きい
ので、短時間のうちに所望の量の複合フツ化物か
らなる化成処理層を得ることができる。 上記化成処理工程を施したAl系材料表面には、
未反応のCsイオンおよびＦイオンが残留してい
る。該残留したCsイオンおよびＦイオンを水洗
してもよいが、水洗しなくても後の工程には差支
えない。 さらに該処理したAl系材料に乾燥工程を施し
てもよい。該乾燥工程は、Al系材料の表面に付
着した水を散逸させる工程である。化成処理後水
洗を行なわない場合には、この工程によりAl系
材料の表面に残留したCsイオンおよびＦイオン
をAlと反応させて、さらに複合フツ化物を生成
することもできる。 乾燥の具体的な手段としては、大気中に放置し
てもよいが、比較的長時間を必要とする。また、
常温から100℃の温風を吹きつけて行なつてもよ
い。また100〜200℃の熱風を吹きつけてもよい。
特に熱風を吹きつけると、複合フツ化物に付着し
ている水分がなくなつて、Al系材料の表面に焼
きつけられ、複合フツ化物からなる化成処理層は
強固となる。さらに、後のろう付け工程におい
て、水蒸気を発生することがないので、加熱炉内
の露点を上昇させることがない。また、有害なフ
ツ化水素蒸気を発生しないという利点もある。 以上のようにして得た化成処理層を有するAl
系材料は、表面に、複合フツ化物が0.1〜５ｇ／
m²程度固着している状態が、次にろう付け工程に
おいてフラツクスとして作用するのに望ましい。 上記Al系材料は、先述したが、たとえば線状、
板状、塊状の素材のまま、あるいは所望の形状、
たとえば自動車用ラジエーターの冷却水流通チユ
ーブおよびフインの形状に成形した部品、あるい
はこれらを組立てて、相手材と組合せたろう付け
所望部を有する仮組立品としたものでもよい。 素材のままで化成処理工程を施した場合には、
該素材を所望形状に加工し、相手材と組合せた仮
組立品とする。相手材は上記化成処理したAl系
材料でもよいし、化成処理工程を施さないAl系
材料でもよい。また、従来法によるフラツクスを
付着せしめたものでもよい。該素材の加工時に
は、化成処理層は強固にAl系材料と結合してい
るので、剥離することが少ない。特に複合フツ化
物の付着量が0.1〜３ｇ／m²であると、かなりの
強加工を行なつても剥れることがない。付着量が
５ｇ／m²以上になると、曲率を大きくして曲げる
と剥離することもあるので、注意して加工する必
要がある。 上記仮組立品において、ろう付け所望部は、２
又はそれ以上の部材が組合わせられる個所であ
る。このろう付け所望部には次工程のろう付け工
程を施す前に、ろう材を供給しておく必要があ
る。ろう材の供給方法としては、組合わせられる
部材の少なくとも一つに、ろう材をクラツドした
材料を使用する方法が簡単で好ましい。他の方法
としては、棒状、板状、線状あるいは粉状のろう
材をろう付け所望部に沿わせて供給してもよい。 上記ろう材にも、あらかじめ上記化成処理工程
を施して複合フツ化物を付着せしめておいてもよ
い。ろう材としては、フラツクスの融点より約10
〜100℃高い融点を有するものがよい。一般に、
Al−Si系共晶合金（Si含量〜12wt％）（A4343合
金、A4047合金等）を使用することができるがよ
り融点の低いAl−Si−Cu合金（A4145合金、溶
融開始温度は約521℃）、Al−Si−Cu−Zn合金
（溶融開始温度約516℃）も使用することができ
る。 次に、ろう付け所望部を加熱する。加熱手段と
してはトーチ、加熱炉いずれでもよい。炉中加熱
の場合には、大気雰囲気でもよいが、窒素雰囲気
等の非酸化性雰囲気で行なうのがよい。加熱を行
なうとまず、CsF−AlF₃系複合フツ化物が融解
し、フラツクス作用を発揮する。すなわちAl系
材料表面のAl₂O₃と反応して、該Al₂O₃が除去さ
れる。この作用は、Mgを含んだAl系材料におい
ても発揮される。しかし、Alとは反応しない。 該複合フツ化物がMgを含有するAl系材料のろ
う付けにも使用できる理由は明らかではないが、
従来のフツ化物系フラツクスに比べて融点が低い
ために、ろう材が流動する前にAl系材料からの
Mgの蒸発を抑えること、あるいはろう材の流動
を妨げるMgF₂を、本複合フツ化物が溶解するこ
と等の理由が考えられる。 さらに温度が上昇するとろう材が溶融し、
Al₂O₃の除去されたAl系材料表面とよくなじみ、
ろう付け所望部に流動浸透し、良好なろう付け接
合部が形成される。 〔本発明の効果〕 本発明によれば、Al系材料の表面にCs イオ
ンおよびＦイオンを含む処理溶液を供給し、Al
系材料中のAlと溶液中のイオンとを反応させて、
Al系材料の表面に、極く薄い複合フツ化物層を
形成するだけで、後のろう付け工程において有効
なフラツクス効果を発揮させることができる。 該複合フツ化物は、従来のKF−AlF₃系フラツ
クスに比べて低融点を有するため、低融点ろう材
を使用することが可能となり、ろう付け作業が容
易となる。 また、該複合フツ化物は、Mgを含有するAl系
材料のろう付けにも使用できるとともに、ろう付
け後の残渣は、水に難溶性であるため、Al系材
料を腐食することがない。 〔実施例〕 実施例 １ Al−7wt％Siを両面にクラツドしたブレージン
グシート１（JISBA12PC、大きさ２×３cm、厚
さ1.6mm）と、Mgを0.8〜1.2wt％含むAl系材料２
（JISA6061、大きさ３×３cm、厚さ1.0mm）を第
１表の実施番号１〜６に示した条件の化成処理工
程を施し、第２図に示すように組合わせて、ろう
付け部３を有する被ろう付け体とした。実施番号
１の化成処理層の化学分析を行なつたところ、
Al／Csの原子比は33／67であつた。また、Ｘ線
回折結果を第３図に、熱分析結果を第４図に例示
する。 被ろう付け体を窒素雰囲気炉中で610℃、２分
間保持したのち、大気中に取り出して冷却した。
ろう付け部３にはろう材が浸透し、フイレツトが
形成された。フイレツトの形状は、第５図に示す
ように、巾が一定で良好な形状のもの、第６図に
示すように巾が若干変化しているが、ほぼ良好の
ものの二種類に分類できた。各実施番号のろう付
け部のフイレツトを分類、評価し、その結果を第
１表の評価欄に示した。 比較例として、実施番号Ｃ１に示すように、従
来法のフルオロアルミニウム酸カリウム系フラツ
クス（AlF₃／KF＝45／55（モル比）、200メツシ
ユパス粉末）をAl系材料の表面に３ｇ／m²付着
させて同様のろう付け工程を施した。その結果、
Ｃ１の場合にろう材が部分的に流動しただけであ
り不良ろう付けとなつた。

【表】

【表】 実施例 ２ 大きさ３×３cm、厚さ1.0mmのJIS A3004板５
を用意し第２表の実施番号７〜９、比較例として
Ｃ２〜Ｃ４に示す化成処理条件で処理し、２枚一
組として、両板間に、トリクロールエチレンで脱
脂したろう材４（大きさ３×0.5cm、厚さ0.2mm）
を挾んで第７図のようにＴ字形に組み付け、被ろ
う付け体とした。 これらの被ろう付け体を窒素雰囲気炉中に入
れ、第２表に示す温度で２分間保持のろう付け工
程を施した。ろう付け部のフイレツト形状を実施
例１の場合と同様にして評価した。その結果を第
２表の評価欄に示す。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は、CsF−AlF₃系錯塩の相平衡状態図、
第２図、ないし第６図は実施例１を示す図で、第
２図は被ろう付け体を示す斜視図、第３図は化成
処理層のＸ線回折図、第４図は化成処理層の熱分
析結果を示す図、第５図は良好なフイレツト部が
形成された被ろう付け体を示す斜視図、第６図は
ほぼ良好なフイレツト部が形成された被ろう付け
体を示す斜視図、第７図は実施例２における被ろ
う付け体とろう材を組付けた状態を示す斜視図で
ある。 １……ブレージングシート、２，５……Al系
材料、３……ろう付け部、４……ろう材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウム系材料の少なくともろう付け所
   望部をセシウム（Cs）イオンおよびフツ素(F)イ
   オンを含有する処理溶液と接触させることによ
   り、該アルミニウム系材料の表面にろう付け用フ
   ラツクスとしてのフルオロアルミニウム酸セシウ
   ム又は、フルオロアルミニウム酸セシウムとフツ
   化アルミニウムとの混合物からなる化成処理層を
   形成する化成処理工程と、上記ろう付け所望部を
   加熱してアルミニウム系材料を相手材とろう材に
   より接合するろう付け工程とからなることを特徴
   とするアルミニウム系材料のろう付け方法。 ２ 上記処理溶液は、0.01〜1.0モル／ｌのCsイ
   オン、0.02〜2.0モル／ｌのＦイオンを含有し、
   水素イオン濃度（PH）が６〜２であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のアルミニウム
   系材料のろう付け方法。 ３ 上記処理溶液は、フツ化水素酸セシウム
   （CsHF₂）の0.01〜1.0モル／ｌ水溶液であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１又は２項記載の
   アルミニウム系材料のろう付け方法。 ４ 上記処理溶液は、フツ化セシウム（CsF）と
   フツ化水素（HF）との混合水溶液又は、水酸化
   セシウム（CsOH）とフツ化水素との混合水溶液
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１又は
   ２項記載のアルミニウム系材料のろう付け方法。 ５ 上記化成処理工程は、電解化成処理であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアル
   ミニウム系材料のろう付け方法。