JPS6152984A - アルミニウム系材料のろう付け方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、アルミニウム（Ａｌ）糸材料の表面に、フラ
ックスとしての化成処理層を形成せしめたのち、加熱す
ることによシ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） 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′Ｃ＋（本発明においては、Ａｌ系材料という）によ
り製作されるようになってきた。ｌ系材料をフジエータ
−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ＡｌＪ　系材料のろう付けには、ろう材として
Ａｌ系材料より若干融点の低いＡｌ　−Ｓ　ｉ共晶合金
が主として使用されている。また、ろう材が。

ｌ系材料と良好に接合するためには、該ＡｌＪ系材料の
表面に存在する酸化物鼓膜等の汚れを除去する必要がお
る。この汚れを除去するためにろうに、Ａｌ５が有効で
おることを見いた゛し、ろう付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ＫｚＡｊｔＦｓ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。

しかし、化成処理溶液と被ろう付け体との間の純化学的
な反応によ、りＫ、ｉＦ、の被膜を形成するには、長時
間を必要とする場合がある。

そこで１本発明者らは、短い時間内に、　Ｋ２　Ａ　Ｉ
　Ｆ　ｓ被膜を被ろう付け体の表面に形成する方法につ
いて研究を進めた結果１本発明を為すに至った。

（本発明の描成および作用） 本発明は、Ａｌ系材料の少なくともろう付け灯 所望部＆−１極とをカリウムおよびフッ素を含有す灯 る処理溶液に浸漬し、Ａｌ系材料と畢極との間に電圧を
印加することにより、Ａｌ系材料の表面にろう付け用フ
ラックスとしてのペンクフルオロアルミニウム酸カリウ
ム（ｘｉ　ＡｌＦ、　）からなる化成処理＃を形成する
電解化成処理工程と、ろう付け方法である。

以下２本発明をより詳細に説明する。

本発明における電解化成処理工程は、　ＡＪ系材料をカ
リウムおよびフッ素を含有する処理溶液に浸漬して電場
をかけ、　ＡＪ系材料の表面にベンタフμオロアルミニ
ウム酸カリウム（Ｋ２　ＡｌＦ、）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、Ａｌ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（Ｓｉ　）　、　ｆ
ｔｌ’（Ｏｕ）、マンガン（Ｍｎ　）　、亜鉛（Ｚｎ）
、チタン（’ｒ　ｉ）　＋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
類添加した合金がある。具体的には、ＪＩ８３００３材
、７０７２材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、上記ｌ系材料の表面
に、融点が１０〜１００℃低い合金、たとえば８ｉ　を
７〜１２ｗｔ％含有したアルミニウムーシリコン（ＡＪ
　−８ｉ　）共晶合金を被覆したものでもよい。具体的
には、ＪＩＳ３００３材の表面に４３４３材をクラッド
したもの（ＢＡｉ２ＰＣなど）でよい。板状の場合には
。

グ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１系材料を浸漬し
て、電場をかけると、該浸漬部位では、処理溶液中のカ
リウム及び、フッ素と、被処理材であるＡｌ系材料中の
アルミニウムとが電気化学反応して、Ａｌ系材料の表面
に該材料と強工程において、ろう併用のフラックスとし
て有効に作用するものである。

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（ＫＨＦ、
）を水に溶解する方法である。Ｋ　ｋＩＦ　２の溶解量
は、水１１当シ０，０１〜１モルとしだものがＫｊＡ７
？Ｆ、を生成するのに一適当である。

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７フ化水素（ＨＦ）とを丞に溶解して混合水溶
液としてもよい、また、水酸化カリφム（ＫＯＨ）とフ
ッ去水素とを水に溶解したもってもよい。

これらの水溶液は、カリウムが０．０１〜１七ル／７？
、フッ素がカリウムに対してモル比で１〜１０含有する
ものがよい。上記モル比が１０以上ＶてなるとＡｌ系材
料が強く騙食され１表面状態が荒れるので好１しくない
。

Ａｌ系材料は、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ｆｃ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
ってもよい。

Ａｎ？　系材料とともに、処理溶液中に浸漬する対打 極としては、処理中に畳極材料が溶出しない材料。

たとえば伏索、白金等、で構成したものがよい。

また、場合によっては、被処理材であるＡｌ　系材に浸
漬し、これらに′酸三を印加する。

そして、Ａｌ系材料の表面にに２１Ｆｓの化成処理被膜
を形成せしめる。上記電圧としては、直流。

交流いずれでもよい。

まず直流電圧を印加する場合について説明する。

直流電圧を印加する第１の方法としては、　Ａ［系材料
が陽電圧に、対極が陰電圧の状態となるようにする方法
である。この場合、対極は、炭素、白へ 金等の材料で作られているのがよい。−＋ｇ系材料と対
極との間に発生せしめる電場の強さには特に制限はない
が、Ａｌ系材料表面の電流密度が０．２〜１Ａ／ｄｍと
なるようＫＷ圧を印加するのが好ましい。

Ａｌ　系材料の表面における化成処理層の形成機構は明
らかでないが９次のように考えられる。

まず、上記処理溶液に浸漬したＡｌ系材料はその表面に
有する酸化被膜が破壊される。そこでＡＪ系材料に電圧
を印加すると、ｋｌ−ＡＣ士＋　３ｅなるｙ応によ１）
Ａｌ’＋イオンが生成する。次いで該ＡＪ’＋イオンは
、処理溶液中のに＋およびＦ−イオンと化学反応し、　
ＫｚＡｌＦｓが析出する。

こめようにして、　Ａｌ系材料の表面にＫｚｌＦｓが化
成処理層として生成する。一方、対極からは水素ガスが
発生する。

木簡１の方法によれば、　ＫｓＡａＦ、　　の生成速度
を早くできるとともに、該層を強固にすることができる
。また、逆に電圧を印加してもに＊ＡｌＦｍを多量に作
ることができる。

して、Ａｌ系材料が陰電圧となるように電圧を印された
ところで、第２工程として電圧の極性を逆にして、上記
第１の方法を実施する。

木簡２の方法によれば、酸化被膜が効率よく、シかも完
全に除去することが可能であるので、生成サレルＫＩ　
Ａ　Ｉ　Ｆ　ｓの化成処理層は、より強固にＡｌ系材料
に付着する。

なお１本第２の方法の場合には、上記対極としてＡｌ系
材料を使用すれば、陽電圧側のＡｌ系材料表面にＸｓ　
Ａｌ　Ｆ　ｉの化成処理層が生成し、検電圧側のＡｌ　
系材料の表面では酸化被膜の除去を行なうことができる
。それ故、陽電圧側のＡＪ系材料を未処理のものと取シ
替えて、電圧の極性を切換えれば、順次酸化被膜の除去
および化成処理層の生成を行なうことができる。

次に交流電圧を印加する場合について説明する。

ブ丁 Ａｌ系材料と平極間に交流電圧を印加する。ここ介 で使用する硲極は、上述の場合のように炭素、白金等の
材質で製作したものでも、被処理材としてか除去され、
陽電圧になったときに２　Ａｌｌ　Ｆ　、の化成処理層
が形成される。一度生成したに２Ａｉ。

は、Ａ７？系材料が陰電圧になったときにも再溶解する
ことはないので、順次に！　Ａ　ｅＦ、が化成処理層と
して生成する。ＫｚＡｌＦｓが単位面積当り０、１〜１
０９　／ｎｒ’生じたところで該Ａ［系材料を処理溶液
から引き上げるのがよい。これを実施するための処理時
間は、電場の強さ、処理溶液中のカリウムおよびフッ素
の濃度、処理溶液の温度等によって一概には決まらない
が、たとえば１０秒ても変化する。当然常温でも充分に
電気化学反応が進行する。しかし、処理溶液の温度を４
０〜７０℃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、に２Ａｌｌ
Ｆ−が、Ａｌ系材料の表面に強固な化成処理層となって
生成してゆく。なお、処理溶液の昇温は印加電圧による
画法によって行なってもよい。

汀 このように、Ａｌ系材料ど乗極との間に電圧を印加して
電場を発生せしめると、酸化被膜の除去が容易になるこ
とはもちろん、に４ＡｌＦ、からなる化成処理層の生成
速度が早くなるとともに、該層がＡＡ’系材料の表面へ
強固に付着するという効果が発生する。

以上のようにして得た化成処理層を有するＡｌ！系材料
は、その表面に、　ｘ、ｉＦｇ　が０．１〜１０ｆ／ｄ
程度固着している状態が１次のろう付け工程において、
　Ｋ、ＡｉＳ　　がフラッ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、たとえば板状。

塊状の素材のまま、ちるいは所望の形状、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
組合せたろう付け所望部を有する仮組立面としたもので
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面
とする。相手材は上記化成処理したＡＡ’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Ａ［系材料と結合しているので、剥
離することが少ない。特にＫ　ｚ　Ａ　ｌ　ｋ’　ｓの
付着量が０．１〜５　ｆ　／　ｖｆであると、かなりの
強加より を行なっても剥れることがない。付着量がＩＣ１’／ｍ
以上になると９曲率を大きくして曲げると剥離すること
もおるので、注意して加工する必要がある。

上記仮組立面において、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、ろう材を供給して督く必要がある。ろう材の供給方
法としては１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。

棒状あるいは線状、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
てに、Ａ／Ｆ、を付着せしめておいてもよい。

次に１本発明にかかるろう付け工程を施す。この工程で
は、まず、上記仮組立面を加熱炉に入れる等して、ろう
材を融解し、ろう材を、ろう付け所望部に浸透させろう
付けする。このろう付け工程における加熱温度は、Ａｊ
ｔ系材料の融点以下で。

ろう材の融点以上の温度がよい。

加熱雰囲気は、非酸化性雰囲気が最も望°ましいが少量
の酸紫が存在する雰囲気でもよい。

本ろう付け工程において、上記化成処理層として存在す
るに，ＡｌＦ、がフラックスとして作用するので、ろう
材と、　Ａｌ系材料との「ぬれ性」が良好となυ、正常
なろう付け接合部を得ることができる。

本ろう付け工程を施したときの、ろう付け部における現
象の詳細は、明らかでないが１次のように考えられる。

１ず、温度が上ブトして、フラックスとしてＯＫ、　Ａ
　Ｉ　Ｆ、　の一部が融解し始める。融解したフラック
スは、Ａｌ　系材料の表面と反応し、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
ともと憫顎成処理工程を施したＡｌ系材料の表面には酸
化被膜が少ないので９本発明のように少量のフラックス
でも、上記酸化被膜を接触する。Ａｌ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、ろう材はろう付け部の隙間に浸透する。ろ
う材がろう付け部に充分浸入したのち、冷却すれば、ろ
う材が凝固して、Ａｌ系材料同志を結合し、ろう付け接
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、ろう付け接
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。

Ａｌ系材料を腐食させることがない。

逆に、これらの残留物は、Ａｌ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。

（本発明の効果） 本発明によれば、処理溶液にアルミニウム系材料を浸漬
し、電場をかけるのみで急速、容易にフラックス層を形
成でき、しかもその後のろう付け工程によるろう付け時
にろう材の流れかなめらかて、ろう材がろう付け部に均
等にゆきゆたる。

その結果、少量のろう材で、欠陥のないろう付け接合部
を形成することができるとともに、・ろう付け後ろう付
け部を洗滌しなくてもろう付け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ば、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。

健全なろう付け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。

（実施例）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　５以下２本発明の詳細な説明する。

実施例１４ Ａｌ系材料として、大きさ３（７ＫＸ３α、厚さ厚さ２
ａのアルミニウム合金板と、対極としての炭素棒を用意
した。

一方、処理溶液として、フッ素とカリウムの含有５：が
異なる４種類の水溶液を用意した。

これらのｉ系材料、対極を極間距離が３αとなるように
して処理溶液に浸漬し、Ａｌ系材料に陽電圧、対極に除
電圧を印加して、第１表に示す実施番号１〜４の処理を
施した。また、比較用として、実施番号３で、電圧を印
加ｌ−ないものを実施した（実施番号ＣＩ）。

第　　１　　表 ″肇記処理後各Ａｌ　　系材料の表面において、Ｘ線回
折パターンを観察したところ、に、ＡＪＦａ・Ｅｌ、０
７５性成していることを確めた。その後各材料表面のに
、　ＡｌＦ、・Ｒ＊Ｏｆｆ′着量を調査した。付着１次
は。

材料表面１ゴ当シ０．５〜６ｇ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。

実施番号３と０１を比較すると電圧を印加することによ
り、多量のに、ＡｌｊＦ、を生成せしめうることがわか
る。

次に、上記材料を用いて、ろう付け実験を実施プ した。まず、第≠図に示すように実施番号１〜４および
Ｃ１処理を施した今材料１を水平にｋＮき。

これらの上に厚さ１ＭＫ、大きさ３×３ａで夾施番種類
のろう付け用試験片を製作した。

各ろう付け用試験片を窒素ガス雰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シ出し
、放置、冷却した。こうして各試験片のろう付け所望部
１１をろう付け接合した。

ろう付け所望部は第２図に示すように、きれいなフィレ
ット４が形成され、良好な接合を得ることができた。

実施例２ 対 実施例１と同様のＡｌ系材料、電極および処理γ寸 溶液を用意し、実施例１と同様にＡ［系材料ど篭γす 工程としてＡ［系材料に陽電圧、電極に陰電圧となるよ
うにした。

電圧印加による通電電流密度１通電時間は第２表に示し
た。

それぞれのＡｌ系材料についてＫｚＡｌＦ−の生成量を
測定した。その結果を第２表の最右欄に示す。

第１工程によって、Ａｌ系材料の表面酸化被膜を除去し
たのち、第２工程を施したため、に、ＡｌＦｍの付着状
態は均一であった。

第　　２　　表 上記化成処理したＡｌ系材料を実施例１と同様の方法で
ろう付けした結果、ろう付け所望部にはきれいなフィレ
ットが形成され、良好なろう付け接合部を得、。とがア
きた。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ゾす 同様に配置し、　Ａｎ？系材料と電極間に交流電圧（６
０Ｈｚ）を印加することによシ第３表に示す実施番号９
〜１２に示す化成処理を施した。Ａｌ系材料の表面では
酸化被膜が除去されて、に２Ａｅｙ、の次に、各実施番
号の処理を施したＡｌ系材料を２枚ずつ第１図のように
組立て、さらに、ろう付け所望部１１の両側に沿って、
ろう材としての直径１ｒｌの９０％Ａｌ　−１０％Ｓｉ
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、ろう材をろう付け
部に流動せしめ、ろう付け接合部を形成し７Ｅｏその結
果、第２図に示すような、ろう材が均一に分布したろう
付け接合部となった。

第　　３　　表

【図面の簡単な説明】

第１図およびＷＪ２図は実施例におけるろう付け１・・
・　アルミニウム合金板 ２・・・　プレージングシート ３・・・線材 ４・・・　フィレット １１・・・ろう付け所望部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ａｌ系材料の少なくともろう付け所望部と、対
   極とをカリウムおよびフツ素を含有する処理溶液に浸漬
   し、Ａｌ系材料と対極との間に電圧を印加することによ
   り、Ａｌ系材料の表面にろう付け用フラツクスとしての
   ペンタフルオロアルミニウム酸カリウム（Ｋ＿２ＡｌＦ
   ＿６）からなる化成処理層を形成する電解化成処理工程
   と、ろう付け所望部を加熱して該Ａｌ系材料同志をろう
   材により接合するろう付け行程とからなることを特徴と
   するＡｌ系材料のろう付け方法。
2. （２）　上記電圧は直流電圧であることを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載のＡｌ系材料のろう付け方
   法。
3. （３）　上記直流電圧は，Ａｌ系材料を陽電圧とする状
   態で印加するようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）又は（２）項記載のＡｌ系材料のろう付け方
   法。
4. （４）　上記直流電圧は，Ａｌ系材料を陰電圧としたの
   ち陽電圧とする状態で印加するようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）又は（２）項記載のＡｌ系
   材料のろう付け方法。
5. （５）　上記電圧は交流電圧であることを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載のＡｌ系材料のろう付け方
   法。
6. （６）　上記処理溶液は、カリウムを０．０１〜１モル
   ／ｌ、フツ素をカリウムに対してモル比で１〜１０含有
   している水溶液であることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）ないし（５）項記載のＡｌ系材料のろう付け方
   法。