JPS6083771A - アルミニウム系材料のろう付け方法 - Google Patents

アルミニウム系材料のろう付け方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミニウム系材料の表面に、フラソクスと
しての化成処理層を形成せしめたのち、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。
最近、自動車用のラジェーター等熱交換器を軽量化等の
必要性からアルミニウム材料あるいはアルミニウム合金
材料(本発明においては、アルミニウム系材料という月
こより製作されるようになってきた。アルミニウム系材
料をラジェーター等の製品に仕上げるには、少なくとも
該材料同志を結合する方法が必要である。結合方法とし
ては、ろう付けが作業能率の良さあるいは得られる結合
形態から見て最も適したものである。
従来からアルミニウム系材料のろう付けには、ろう材と
してアルミニウム系材料より若干融点の低いAI!−8
4共晶合金が主として使用されている。
また、ろう材が、アルミニウム系材料と良好に接合する
ためには、該アルミニウム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ックスをろう付は部に適
用する。
よく使用されるフラックスとしては、 zncg2、N
aCe等の金属塩化物の混合物質がある。しかし、該塩
化物系物質のフラックスを使用すると、ろう付は作業後
、ろう付は部に残留したフラックスが、アルミニウム系
材料あるいはろう材を腐食させることもある。しかして
ろう付は後製品をよく洗浄して、フラックスを除去する
必要があった。
一方、アルミニウム系材料のろう付け1°こ使用するフ
ラックスとして、テトラフルオロアルミニウム酸カリウ
ム(KAeF4)が有用であることが知らねている。K
AeF4は、フッ化カリウム(KF)と、フッ化アルミ
ニウム(AgF2)とを等モル量ずつ混合融解して得ら
れる錯塩である。これをフラックスとして用いる場合に
は粉末状にして、ろう付は部に適用する。このフラック
スは、約570℃の温度で融解し、アルミニウム系材料
の表面に存在する酸化物を除去、または溶解するが、金
属アルミニウムに対しては本質的に不活性であり、ろう
付は用フラックスとして優れた性質を有する。該フラッ
クスは、ろう付は後ろう付は部に残留しても水にきわめ
て難溶であり、アルミニウム系材料を腐食することがな
い。
それ故、塩化物系のフラックスを使用した場合に必要で
あったろう付は後の洗浄が不必要であるとともに、製品
に特別の処理を施すことなく塗装作業を施すことも可能
である等の特長を有する。
しかしながら、このフラックスは、該フラックスをろう
付は部に供給する方法が複雑であるという欠点を有する
。すなわち、前述したように、このフラックスは、主と
してテトラフルオロアルミニウム酸カリウムの粉末であ
る。この粉末をろう付は部に適用する方法としては、ま
ずこの粉末と粉末状のろう材とを水に懸濁させておき、
この中に、ろう付は前のアルミニウム系材料からなる組
立品を浸漬する。よく浸漬したのち該組立品を懸濁液か
ら引き上げ、乾燥させることにより、ろう付は部にフラ
ックスおよびろう材を集積させる方法が提案されている
次に、該組立品を所定の温度に加熱してフラックスおよ
びろう材を融解せしめると、ろう付は部にろう材が浸透
し、冷却後には該ろう付は部はろう材により接合される
。この方法では、必要量のフラックスとろう材をろう付
は部へ供給するために、懸濁水中のフラックスとろう材
の量、組立品浸漬後の引き上げ速度、引き上げ姿勢等を
微妙に調整しなければならないという欠点がある。
そこで、本発明者らはアルミニウム系材料のろう付けに
使用する上記従来のろう付は法が有する欠点に鑑み、鋭
意研究を進めた結果、本願にかかる発明を為すに至った
本発明の目的は、被ろう付は材料であるアルミニウム系
材料の表面に強固に付着したフラックス層が形成でき、
所望個所のろう付けが容易に行なうことができ、しかも
、ろう付は後フラックスの残留物による腐食が生じない
ろう付は方法を提供することにある。
本発明は、アルミニウム系材料の少なくともろう付は所
望部をカリウムおよびフッ素を含有する処理溶液と接触
せしめることにより、該アルミニウム系材料の表面にろ
う付は用フラックスとじてのペンタフルオロアルミニウ
ム酸カリウムからなる化成処理層を形成する化成処理工
程と、該化成処理層の形成部を加熱してろう材により該
アルミニウム系材料を相手材にろう付けするろう付は工
程とからなるアルミニウム系材料のろう付は方法である
本発明によれば、処理溶液にアルミニウム系材ろう材の
流れがなめらかで、ろう材がろう付は部に均等にゆきわ
たる。
その結果、少量のろう材で、欠陥のないろう付は接合部
を形成することができるとともに、ろう付は後ろう付は
部を洗滌しなくてもろう付は接合部を腐食させることが
ない。
また、フラックスとしての化成処理層は、アルミニウム
系材料に強固に付着しているので、該アルミニウム系材
料を板金加工等により部品を製造する場合でもフラック
スは脱落しない。それ故、加工後のろう付けにおいても
ろう材が容易に流れ、健全なろう付は接合部を得ること
ができる。かかる優れた効果が得られるのは、上記化成
処理層を形成するための処理溶液が、カリウムとフッ素
とを含んでいるためである。
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明における化成処理工程は、アルミニウム系材料を
カリウムおよびフッ素を含有する処理溶液と接触せしめ
、該アルミニウム系材料の表面にペンタフルオロアルミ
ニウム酸カリウム(K2AeFs)からなる化成処理層
を形成する工程である。
本発明において、アルミニウム系材料とは、アルミニウ
ム材料あるいはアルミニウム合金材料をいう。アルミニ
ウム合金材料としてはアルミニウムに、珪素(SL)、
銅(Cu )、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、チタ
:/(Ti)、りo ム(Cr )、ジルコニウム(Z
r )、マグネシウム(Mj+)等を少なくとも一柵類
添加した合金がある。具体的には、JIS BooB、
1050.7072等のアルミニウム合金材料がある。
さらに、アルミニウム合金材料としては、アルミニウム
あるいは、上記アルミニウム合金材料の表面に、融点が
10〜100℃低い合金、たとえば8iを7〜l2wt
%含有したM−8i共晶合金を被覆したものでもよい。
具体的には、JI88008月の表面に4348材をク
ラッドしたもの(nA12pcなど)でよい。板状の場
合には、プレージングシートと呼ばれているものである
本化成処理工程に使用する処理溶液は、カリウムとフッ
素を含む溶液である。この溶液に上記アルミニウム系材
料を浸漬等の方法により接触させると、該接触部位では
、処理溶液中のカリウム及び、フッ素と、被処理材であ
るアルミニウム系材AI!F6の層が生成する。K、 
A/ F5は次工程の加熱工程において、ろう行用のフ
ラックスとして有効に作用するものである。
本発明において重要なことは、上記に2AeF5層が上
記のごとき反応によって形成されたものであるというこ
とである。
本工程において使用する上記処理溶液の調製には、いく
つかの方法がある。
まず、その一つは、上記フッ化水素カリウム(KHF2
)を水に溶解する方法である。KHF2の溶解量は、水
11当り1〜809としたものかに2AeF5を生成す
るのに適当である。KHF2の量が19/1未満の場合
には、K2At F、化成処理層の生成速度が低く、所
望の量のに2AeF、を生成するのに長時間を有する。
一方、8(H1/J以上の場合には、溶液濃度が高いの
で、K、Ag F、が生成しやすく、K2AeF、を効
率よく得ることができない。
該処理溶液の他の調製方法としては、フッ化カリウム(
KF)とフッ化水素(HF)とを水に溶解して混合水溶
液としてもよい。また、水酸化カリウム(KOH)とフ
ッ化水素とを水に溶解したものでもよい。
これらの水溶液は、該水溶液に含まれるフッ素がカリウ
ムに対して、モル比で1〜10であって、且つカリウム
が0.5〜409/l含有しているものがよい。上記モ
ル比が10以上になると、アルミニウム系材料が強く、
腐i合、表面状態が荒れるので好ましくない。また、モ
ル比が1以下では、K2AlF3を生成せしめることが
困難となる。
これらの処理溶液をフッ低カリウム又は水酸化カリウム
とフッ化水素との混合水溶液とする理由としては、フッ
素を加えることによって、フッ素のモル比を増加させる
目的の他に処理溶液を酸性にして、アルミニウムとの反
応を促進させるためでもある。
上記アルミニウム系材料と処理溶液とを接触させる方法
には、前記のようにアルミニウム系材料を浸漬する方法
の他に、アルミニウム系材料の少なくともろう付は所望
部に塗布あるいは吹きつける方法もある。このときには
処理溶液中のカリウムおよびフッ素が不足しないように
比較的多屋に供給する必要がある。
該アルミニウム系材料と処理溶液との接触時間は、処理
溶液中のカリウムおよびフッ素の濃度処理溶液の温度に
よって一概には決まらないが、たとえば0.5秒〜20
分程度の範囲がよい。
該接触によって、該処理溶液は、KFとHF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、アルミニウムとカリウム
とフッ素が化学反応し、に2AeF5が生成する。該に
2A/F5の生成は、処理溶液の温度によっても変化す
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、K2AlF3が、アルミニウム系材料の表面に
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。該アルミニウム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
脂を行なってもよい。また、フッ化水素等により酸化被
膜をあらかじめ除去してもよい。このように、該アルミ
ニウム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。
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、該アルミニウム系
材料の表面にに2A/F、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って溶出しない材質のも
のが望ましい。
さらに、交流電流を通じなから化成処理を行なってもよ
い。この場合は、二組のアルミニウム系材料を用意し、
両アルミニウム系材料に電圧全印加する。そうすると、
電圧の高くなった方のアルミニウム系材料にに2A/F
5が生成し、低くなったときはに2AIFsは溶出しな
い。それ故、両アルミニウム系材料には電圧が高くなっ
たときのみに2AeF。
が生成することになる。
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
に2 AI Fsの生成速度が大きいので、短時間のう
ちに所望の量の”2A−eFsからなる化成処理層を得
ることができる。
以上のようにして、K2AIFgが単位表面積当り0.
1〜109/−生じたところで該アルミニウム系材料と
処理溶液との接触を断つのがよい。
このあと、上記化成処理工程を施したアルミニウム系材
料表面には、未反応のカリウムおよびフッ素が残留して
いる。該残留したカリウムおよびフッ素を水洗してもよ
いが、水洗しなくても後の工程には差支えない。
さらに該処理したアルミニウム系材料に乾燥工程を施し
てもよい。該乾燥工程は、アルミニウム系材料の表面吟
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、この工程によりアルミニウム系材
料の表面に残留したカリウムおよびフッ素をアルミニウ
ムと反応させて、さらに’に一2AI Fsを生成する
こともできる。しかし、残留したカリウムおよびフッ素
が過剰のときには該カリウムおよびフッ素はKIN F
2となり、残留水分は散逸する。その結果、アルミニウ
ム系材料の表面には水分を含まないKHF2が残留する
水分を含まないKIIF2は、潮解性をホさず、自然に
空気中等の水分を吸収して、「ベトベト」することはな
く、材料の取扱が容易であり、しかも後のろう付けに際
して害を及ぼすことはない。
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ってもよい。また100〜2
00℃の熱風を吹きつけてもよい。特に熱風を吹きつけ
ると、化成処理層の水分がなくなり、アルミニウム系材
料の表面に化成処理層が焼きつけられ、該層はより強固
となる。
さらに、後のろう付は工程において、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
く、また、有害なフン化水素蒸気を発生しないという利
点がある。
以上のようにして得た化成処理層を有するアルミニウム
系材料は、アルミニウム系材料の表面に、’に2AI 
F5か0.1〜10 f/rr?程度固着している状態
が、次のろう付は工程において、K2AeFsがフラッ
クスとして作用するのに望才しい。
上記アルミニウム系材料は、先述したが、たとえば板体
塊状の素材のまま、あるいは所望の形状、たとえば自動
車用ラジェーターの冷却水流通コアおよびフィンの形状
に成形した部品、あるいはこれらを組立てて、相手材と
組合せたろう付は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アルミニウム系材料でもよい
し、化成処理工程を施さないアルミニウム系材料でもよ
い。また、従来法によるフラッ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ア
ルミニウム系材料と結合しているので、剥離することが
少ない。特にに2MF5の付着量がO11〜8η讐であ
ると、かなりの強加工を行なっても剥れることがない。
付着量が10v/−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、ろう付は所望部は、2又はそれ
以上の部材が組合せられる個所である。
乙のろう付は所望部には次工程のろう付は工程を施す前
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、組合せられる部材の少なくとも一つに、ろ
う材をクラッ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、棒状あるいは線代ノ粉状のろう
材をろう付は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
てに2A−eF5を付着せしめておいてもよい。
は、アルミニウム系材料の融点以下で、ろう材の融点以
上の温度がよい。
加熱零囲気は、非酸化性雰囲気が最も望ましいが少量の
酸素が存在する雰囲気でもよい。
晶工程において、上記化成処理層として存在するに2A
eF5がフラックスとして作用するので、ろう材と、ア
ルミニウム系材料との「ぬれ性」が良好となり、正常な
ろう付は接合部を得ることができる。
3う441丁 オ茄薫工程を施したときの、ろう付は部における現象の
詳細は、明らかでないが、次のように考えられる。
まず、温度が上昇して、フラックスが融解し始める。融
解したフラックスは、アルミニウム系材料の表面で反応
し、加熱中に発生あるいは、当初から残留していた酸化
被膜が除去される。もともと、化成処理工程を施したア
ルミニウム系材料の表面には酸化被膜が少ないので、本
発明のように生母のフラックスでも、上記酸化被膜を除
去するのに充分である。
その後、ろう材が融解し、アルミニウム系材料の表面と
接触する。アルミニウム系材料は酸化被膜が除去されて
いるので、ろう材との「ぬれ性」が良好となっており、
ろう材はろう付は部の隙間に浸透する。ろう材がろう付
は部に充分浸入したのち、冷却すれば、ろう材が凝固し
て、アルミニウム系材料同志を結合し、ろう付は接合部
を形成する。
上記したように、ろう材の浸透力は非常に強力であるの
で、接合部を形成するろう材にはピンホール等の欠陥が
生じにくい。また、フラックスの残留物は、ろう付は接
合部又はその近辺に存在するが、これらは、水に実質的
に不溶であるため、アルミニウム系材料を腐食させるこ
とがない。
逆に、これらの残留物は、アルミニウム系材料よりも水
との親和性がある。しかして、たとえば空調機用の熱交
換器のフィン上等に凝集した水が、容易に水受皿の方へ
移動しやすくなる。その結果、熱交換器の細い空気通路
における空気の流れが凝集水により妨げられることがな
いので、熱交換が順調に行なわれ、該熱交換器の効率が
向上する等の利点も生じる。
以下、本発明の詳細な説明する。
実施例1゜ アルミニウム系材料として、大きさ3(x×13cm、
厚さ2盾の純アルミニウム板およびアルミニウム合金板
を用意し、これらの板をカリウムおよび)一 ッ素を含有する処理溶液に浸漬し、発明における化成処
理工程を施し、フラックス被覆したアルミニウム系材料
15種を得た。これらの材料の名称、処理条件等を第1
表に示す。
哲 さらに、各材料の表面において、X線回!パターンを観
察したところ、K2 A/’ B s・H2Oが生成し
てに例示する。その後各材料表面のり、A/F5・H,
0付着量を調査した。付着量は、材料表面1♂当す0.
2〜lOyであり、各実施番号の材料について、その付
着量を第1表に示した。
次に、上記材料を用いて、ろう付は実験を実施した。ま
ず、第2図に示すように実施番号1〜16の材料1を水
平に置き、これらの上に実施番号17のプレージングシ
ート2をその面が垂直となるように固定して、16種類
のろう付は用試験片を製作した。
第 1 表 各ろう付は用試験片を窒素ガス零囲気の加熱炉に入れ、
610℃、2分間加熱処理を施したのち炉から取り出し
、放置、冷却した。こうして、各試験片のろう付は部1
1をろう付は接合した。接合部の接合状況を、第1表の
接合部評価欄に、A又はBで示す。接合部評価は、A、
Bの二段階に分類した。それぞれの接合部の様子を第8
図、第4図に示す。第8図はAの場合であり、ろう材が
均一に浸透している。第4図はBの場合であり、ろう材
の浸透に若干の不均一が見られる。しかし、ろう材の欠
如した部分は見られない。
これらの結果から、プレージングシート20表面にクラ
ッドしたろう材(484B材)が溶けて、ろう付は部1
1に流れ、ろう付は部にほぼ均一に分布し、ろう材によ
りアルミニウム系材料が良好に接合されていることがわ
かった。
実施例2゜ 第1表に示したろう付は用フラックスを被覆した実施番
号11のアルミニウム系材料1と、実施番号17のプレ
ージングシート材料2を前記第5図に示すごとく、組合
せ、さらに、両材料間に、直径1.6肩のステンレス棒
8を挾持せしめてろう付は実験を行ない、ろう材の広が
り性能力を調査した。
一方、比較例として、化成処理していない上記と同種、
同寸法のアルミニウム系材料を組合せたろう付は用試験
片を用意した。この比較用試験片に使用するろう付は用
フラックスとして、フッ化カリウム(KF)とフッ化ア
ルミニウム(AlF2)を等モルずつ混合、加熱融解し
て得たKAeF4ヲ使用した0このKAlF3の塊りを
粉砕して、粒径が、200メツシュ程度の粉末とし、該
粉末10(1水11に分散させてよく攪拌しながら、上
記比較用試験片を浸漬し、引き上げたのち乾燥し、上記
粉末状フラックスをろう付は部に付着せしめた。
次に、上記側ろう付は用試験片を実施例1において使用
した加熱炉に入れ610℃、2分の加熱処理を行なって
ろう付けを行なった。
本発明における化成処理を実施したアルミニウム系材料
を使用した試験片では、ろう付は部端から、1−24±
11m(試験片個数5個)の位置までろう材が流動して
いたが、比較用試験片では、1=28+2xx’Qあ−
)だ。
この結果から、本発明のろう付は方法によればろう材の
流れが容易となり、材料組付は状態の悪いろう付は部で
ありても良好に接合できることがわかる。
実施例3゜ 第1表に示す実施番号2のフラックス被覆アルミニウム
系材料2枚を実施例1のろう付は用試験片と同様に組立
て、さらにろう付は部11に沿って、ろう材としての直
径1頭の98%AJ−7%St線を配置した。そののち
、実施例1において使用した加熱炉に入れて、610℃
、2分の加熱処理を行ない、ろう材をろう付は部に流動
せしめ、ろう付は接合部を形成した。その結果、第8図
に示すような、ろう材が均一に分布したろう付は接合部
となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例で得た化成処理層の表面からないし第
5図は、いずれも実施例を示す図で、第2図は化成処理
工程を施したアルミニウム系材料を組合せて製作したろ
う付は用試験片を示す斜視図、第3図、第4図は、ろう
付は用試験片のろう付は状態を示す斜視図、第5図は、
ろう付は部に隙間を有するろう付は用試験片であり、ろ
う付は状態を示す斜視図である。 1.2・・・・・・化成処理したアルミニウム系材料1
1・・・・・・・・・ろう付は部 3・・〜・・・・・・・・・ステンレス棒出願人 株式会社 豊田中央研究所

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) アルミニウム系材料の少なくともろう付は所望
    部をカリウムおよびフッ素を含有する処理溶液と接触せ
    しめることにより、該アルミニウム系材料の表面にろう
    付は用フラックスとしてのペンタフルオロアルミニウム
    酸カリウムからなる化成処理層を形成する化成処理工程
    と、該化成処理層の形成部を加熱してろう材により該ア
    ルミニウム系材料を相手材にろう付けするろう付は工程
    とからなるアルミニウム系材料のろう付は方法。
  2. (2)上記アルミニウム系材料は、該アルミニウム系材
    料の少なくとも一部表面に、該アルミニウム系材料の融
    点よりも低い融点を有するA/ −S を共晶合金を被
    覆したものであ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は方法。
  3. (3)上記処理溶液は、フッ化水素カリウムを1〜80
    9/l含有する水溶液であ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は方法。
  4. (4)上記処理溶液は、該処理溶液に含まれるフッ素が
    カリウムに対してモル比で1〜10であり、且つカリウ
    ムが0.5〜41/J含有している水溶液である特許請
    求の範囲第(1)項記載のアルミニウム系材料のろう付
    は方法。
  5. (5)上記処理溶液は、フッ化カリウムとフン化水素の
    混合水溶液である特許請求の範囲第(1)項又は(4)
    項記載のアルミニウム系材料のろう付は方法。
  6. (6)上記処理溶液は水酸化カリウムとフッ化水素との
    混合水溶液である特許請求の範囲第(1)項又は第(4
    )項記載のアルミニウム系材料のろう付は方法。
  7. (7)上記化成処理層は、該処理層II当す0.1〜1
    01のペンタフルオロアルミニウム酸カリウムからなる
    特許請求の範囲第(1)項、第(3)項ないし第(6)
    項記載のアルミニウム系材料のろう付は方法。
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