JP2007260733A - ろう付用混合物およびろう付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ろう付性を損なうことなくろう付用混合物の塗布量を小さくしてコストを低減し、またバーリングなどの加工時の塗布物剥離を防止する。
【解決手段】平均粒径が４５〜７５μｍからなり、かつ２５μｍ〜２００μｍ粒径の粒子質量密度が９０質量％以上である粉末ろう材とろう付用フラックスとを含むろう付用混合物とする。ろう付用粉末フラックスは、粉末ろう材に対し、質量比で１：０．５〜１：５の範囲内とする。上記ろう付用混合物を粉末ろう材換算で１０〜３０ｇ／ｍ^２の範囲で被ろう付材に塗布してろう付を行う。粉末ろう材の比表面積が減少し、それに伴って必要なフラックス量も減少でき、ろう付性を損なうことなく、全体の塗布量を少なくできる。またバーリング加工時などの塗布物の耐剥離性を向上させる。
【選択図】なし

Description

この発明は、粉末ろう材を用いて種々の製品、主には各種Ａｌ合金熱交換器のろう付に用いられるろう付用混合物およびろう付方法に関するものである。

近年、ブレージングシートや、亜共晶、共晶、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金粉末とフラックスを混合した粉末ろう付方法（例えば特許文献１参照）などが、各種の自動車熱交換器の製造に幅広く利用されている。ところで、熱交換器ヘッダーパイプとチューブとの接触部においては、良好なろう付性を得るために、ヘッダーパイプのろう材クラッド率や、塗布する粉末ろう材総量を多めに設定している。
特表平６−５０４４８５号公報

しかし、ブレージングシートの板厚増加、粉末ろう材の増量等に従い、製造コストが高めになるという問題点がある。さらに、ブレージングシートに対しヘッダーパイプとしての穴打抜き加工（バーリング加工）を行う際、板厚増加によるパンチ摩耗寿命低減になる問題がある。また、粉末ろう材を用いるものでは、穴打抜き加工時に、厚塗りした粉末ろう材層が母材の変形により剥離、脱落することがあり、ろう付不良の原因にもなる。したがって、熱交換器のろう付には、ヘッダーパイプとチューブ間で良好な接合性を得られるとともに、粉末ろう材混合物を用いる場合には、薄塗りすることが望ましい。しかし、薄塗りにすると必然的に粉末ろう材の塗布量も減少し、良好なろう付性が得られないという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ろう付性を損なうことなく、ろう付用混合物の塗布量を低減することができるろう付用混合物および該混合物を用いたろう付方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のろう付用混合物のうち、請求項１記載の発明は、平均粒径が４５〜７５μｍからなり、かつ２５μｍ〜２００μｍ粒径の粒子質量密度が９０質量％以上である粉末ろう材とろう付用フラックスとを含むことを特徴とする。

請求項２記載のろう付用混合物の発明は、請求項１記載の発明において、前記粉末ろう材が、Ｓｉ粉末の単体または混合物からなることを特徴とする。

請求項３記載のろう付用混合物の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記粉末ろう材に対し、質量比で１：０．５〜１：５の範囲内で前記ろう付用フラックスを含むことを特徴とする。

請求項４記載のろう付用混合物の発明は、請求項３記載の発明において、前記ろう付用フラックスがフッ化物フラックスであることを特徴とする。

請求項５記載のろう付用混合物の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、接合剤を含むことを特徴とする。

請求項６記載のろう付方法の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のろう付用混合物を粉末ろう材換算で１０〜３０ｇ／ｍ^２の範囲で被ろう付材に塗布することを特徴とする。

本発明によれば、適正に粒径が調整された粉末ろう材の使用によって必要とされるフラックス量を少なくでき、結果的に被ろう付材に塗布する混合物量を少なくすることができる。これによりコストの低減を図ることができるとともに、孔開け加工などによる塗布物の剥離現象を回避して良好なろう付を可能にする。

粉末ろう材とともに塗布するフラックスの消費量は、粉末ろう材の比表面積に関係する。
粉末形状を円球形とみなすと、大粒径粉末皮膜面積と小粒径粉末皮膜面積とは、（Ｒ大／Ｒ小）^２の関係にあり、粒径の２乗に比例する。一般にろう材の粒子径は平均粒子径を指し、実際に用いられている粉末ろう材は、粒子径が均一でなく、大小の粒子が正規分布で存在している。特に、粉末ろう材の粒径が２５μｍ未満になると、ろう付に際し良好なフィレットを形成するためにはフラックスの所要量が極端に増大する。通常、一般的なアルミニウムのろう材に使用されているＳｉ粉末を例とし、平均粒径が１７．５±５μｍであるＳｉ粉末とフッ化物フラックスからなるろう付粉末混合物を使用すると、ヘッダーパイプ／チューブ間の良好なろう付性を得るためにＳｉ粉末に対するフッ化物所要量が多めにしなければならないことになる。
したがって、ろう付用混合物の塗布量が一定な場合、大粒径粉末ろう材であるほど、フッ化物フラックスの所要量が少なくなり、薄塗りした塗膜は加工時の変形による剥離問題を解決でき、ヘッダー／チューブ間の良好なろう付性を得られる。
その一方で、粉末ろう材の粒径が大きくなりすぎると、ろう付時に被ろう付材へのエロージョンが顕著になる。

上記に鑑みて、大小粒径の粉末が混合している粉末ろう材の微粒子を除去することで、粉末ろう材の比表面積が減少し、それに伴って必要なフラックス量も減少させることができる。これにより、同量のろう材粉末を塗布した場合、微細粒子を除去した粉末のほうが、フラックスを少なくすることで薄膜化が図れる。例えばろう付性を犠牲にせずにバーリング加工時の耐剥離性を向上させることができた。尚、微細粉末の除去による効果は、ろう材粉末がＡｌ−Ｓｉ粉末よりもＳｉ粉末（単体）のほうが効果が顕著である。
また、粗大粒子を除去することで、エロージョンを回避することができる。
本発明では、２５〜２００μｍの粒径を有する粉末を粒子質量密度で９０ｗｔ％以上とする。９０ｗｔ％未満であると、フラックスの所要量が増大したり、エロージョンを招く。なお、同様の理由で上記粒子質量密度は、９５％以上が望ましい。
また、本発明の粉末ろう材は、上記粒子質量密度を前提にして、平均で４５〜７５μｍの粒径を有している。ここで平均粒径が４５μｍ未満であると、フラックスの所定量が極端に増大し、７５μｍを越えると粗大Ｓｉ粒子によるエロージョン防止が困難になるため、平均粒径を上記範囲に定める。

本発明の粉末ろう材としては、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｓｉなどの種々のものを用いることができ、単体の他、複数種の混合物であってもよい。本発明としては粉末ろう材の種別が特定のものに限定されるものではないが、上記した粒径の調整において、Ｓｉ粉末において特に顕著な効果がある。

また、粉末ろう材と混合されるフラックスも本発明としては特定のものに限定されない。
例えば、ＫＡｌＦ_４、Ｋ_２ＡｌＦ_５・Ｈ_２Ｏ、Ｋ_３ＡｌＦ_６、ＡｌＦ_３、Ｋ_２ＳｉＦ_６、ＫＺｎＦ_３等のフッ化物やＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＺｎＣｌ_２等の塩化物フラックス等を用いることができる。特に粉末ろう材としてＳｉ粉末を用いる場合には、フッ化物フラックスが望ましく、特にＫ_２ＳｉＦ_６が好適である。
上記粉末の混合比は、粉末ろう材を基準にして質量比で１：０．５〜１：５の範囲内で混合する。０．５未満であると良好なろう付が困難になる。一方、１：５を越えると、 フッ化物の残渣が多量に残ってしまう。なお、同様な理由で下限を１：０．８、上限を１：３．５とするのが望ましい。

さらに、ろう付用混合物としては、各種溶剤や接合剤を混合して付着を容易にすることができる。溶剤としては、水、アルコール類（特に炭素数１〜８の脂肪族アルコール）などを用いることができる。また、接合剤としては、接合部の特性を低下させないで、粉末を良好に固着できるものであればよく、アクリル系、メタクリル系樹脂等を挙げることができる。なお、これら溶剤、バインダの混合比率は適宜選定することができる。

なお、本発明のろう材を付着させる被ろう付材は、主として、少なくとも一方が、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム部材を対象とする。アルミニウム合金にあっても、特にその組成が限定されるものではない。さらに、アルミニウム部材の表面には、予めＺｎ被膜を形成しておくことも可能である、Ｚｎ被膜の形成方法も特に限定されるものではなく、溶射や浸漬メッキ等の適宜の方法を採用することができる。
なお、ろう付用混合物の塗布量は、粉末ろう材が１０〜３０ｇ／ｍ^２となるように塗布するのが望ましい。その理由は、１０ｇ／ｍ^２未満では、ろう材が不足して良好なろう付（フィレット形成）が難しくなり、３０ｇ／ｍ^２を越えると、塗布層が厚くなりすぎてコスト増を招き、また孔開け加工などによる剥離・脱落が生じやすくなる。

以上説明したように、本発明のろう付用混合物によれば、平均粒径が４５〜７５μｍからなり、かつ２５μｍ〜２００μｍ粒径の粒子質量密度が９０質量％以上である粉末ろう材とろう付用フラックスとを含むので、粉末ろう材の比表面積が減少し、それに伴って必要なフラックス量も減少させることができるため、ろう付性を損なうことなく、必要とされるフラックス量を少なくして全体の塗布量を少なくすることができる。

また、本発明のろう付方法によれば、本発明のろう付用混合物を用いて、該ろう付用混合物を粉末ろう材換算で１０〜３０ｇ／ｍ^２の範囲で被ろう付材に塗布するので、塗布量を十分に少なくした上で、良好なろう付性を確保することができる。また、ろう付性を犠牲にせずにバーリング加工時の耐剥離性を向上させることができる。

以下に、本発明の一実施形態を説明する。
粉末ろう材は、例えばＳｉが用意され、粉砕とふるい分級等により所定の粒径（平均粒径４５〜７５μｍ）に粉末化される。材料の粉末化は本発明としては特に限定されるものではなく、既知の方法により行うことができる。
該粉末は、乾式分級、湿式分級、ふるい分け分級などによって２５μｍ〜１００μｍ粒径の粒子質量密度が９０ｗｔ％になるように調整をする。粉末の粒径の分級方法は特に限定されるものではなく、既知の方法により行うことができる。なお、乾式分級としては、重力分級、慣性分級、遠心分級などがあり、湿式分級としては、沈降分級、機械的分級、水力分級、遠心分級などがあり、ふるい分け分級は、ふるい網などを用いて行われる。

上記粉末ろう材は、好適には質量比で１：０．５〜１：５の比率でフラックスが混合される。さらに該混合物は、必要に応じて接合剤、溶剤が混合される。
上記した各材料は、適当に混合されて、被ろう付材に付着させる。その付着方法として、例えば、スプレー法、シャワー法、フローコータ法、ロールコータ法、刷毛塗り法、浸漬法といった手段を利用することができ、本発明としては、付着方法が特定の方法に限定されるものではない。

ろう付用混合物を被ろう付材に付着させた後は、必要に応じてバーリングなどの加工を行う。この際に、ろう材などの塗布物は比較的薄く塗布されており、加工時の剥離・脱落が回避される。
複数の被ろう付材を組み立てた後、不活性雰囲気などの適当な雰囲気で適温に加熱して、ろう材を溶解させる。この際の加熱温度としては５８０〜６２０℃が例示される。また、加熱保持時間としては１〜１０分が挙げられる。ただし、これら温度および加熱時間は例示であり、本発明としては特定の条件に限定されるものではない。
なお、本発明の粉末ろう材でろう付する場合、母材の一部がろうとなって、被ろう付材同士が良好にろう付される。

以下に、本発明の一実施例を説明する。
本発明の粉末ろう材としてＳｉ粉末を用意した。使用したＳｉ粉末の粒径は平均で５０μｍである。また、粒径分布において、２５〜２００μｍ粒径の範囲内の粒子が質量密度で９０％以上であるものとした。なお、粉末の調製は、粒径が微小なものから粗大なものまで分布している従来品を用いて、羽根撹拌式の機械的強制流動と傾斜式振動を組み合わせた湿式分級と、乾燥分離工程と、羽根撹拌式の機械的強制流動と脈動流動を組み合わせた乾式分級とからなる循環工程によって行った。また、比較材（従来材）として、同じく平均粒径が５０μｍで２５〜２００μｍ粒径の範囲内の粒子が質量密度で９０％未満のものを用意した。それぞれの粉末ろう材の分布は、表１および図１に示すとおりである。
上記各粉末ろう材に、フラックスとしてＫ_ｍＡｌＦ_ｎのフッ化物フラックスまたはＫ_２ＳｉＦ_６とを表２、３に示す混合比で混合した。これら混合物にはろう付用混合物の総重量の１５％の量のアクリル系樹脂接合剤を加えてろう付用混合物とした。

上記ろう付用混合物をＪＩＳ Ａ ３００３合金板材に塗布し、ＪＩＳ Ｚ ２２４８、２２０４に準じた曲げ試験により各種２次加工を想定した塗布物の剥離・脱落現象を目視で観察をした。その結果を表２、３に示す。
なお、剥離・脱落の状態は、試験片（^Ｔ１ｍｍ×^Ｗ２５ｍｍ×^Ｌ６０ｍｍ）の塗布面積から、ろう付用混合物が剥離・脱落した面積の割合（％）を算出して表した。また、剥離率が２０％以下を良好の目安とした。

また、上記のろう付用混合粉末を塗布したＪＩＳ Ａ ３００３合金板材を１ｍｍ厚×６０ｍｍ×２５ｍｍの水平材にし、逆「Ｔ」字試験片を組付けた。窒素ガスで雰囲気制御した炉を用い、６００℃×３ｍｉｎのろう付加熱をした。逆「Ｔ」字試験片接合部のフィレット面積測定結果を表２、３に示した。また、ろう付時のエロージョンの発生を、断面の顕微鏡観察によって確認した。
なお、母材へのエロージョン深さが１５０μｍ以下の場合に耐エロージョン性が良好である目安とした。

表２、３に示すように、本発明材の混合物を用いたものは比較例に比べ、接合部フィレット面積が大きく、良好なフィレット大きさ（０．７０〜１．４０）ｍｍ^２の範囲内であった。塗布量が多いと、バーリング加工時に塗布物の剥離が生じやすいことが分った。また、比較材の粉末ろう材を用いると、フラックス量を多めにしないと、良好なフィレットが形成されなかった。また、参考例に示すように、粉末ろう材とフラックスの混合比を適切にしないと、過剰Ｓｉ粉末や、過剰フラックスからなる変色物がろう付部に残留した。また、Ｓｉ粉末の粒径は２００μｍより大きくなるほど、エロージョン深さが深くなる為、実用化が困難であった。

本発明の実施例に用いた粉末の粒度分布を示す図であり、（ａ）図が比較材（従来材）、（ｂ）図が発明材を示すものである。

Claims (6)

1. 平均粒径が４５〜７５μｍからなり、かつ２５μｍ〜２００μｍ粒径の粒子質量密度が９０質量％以上である粉末ろう材とろう付用フラックスとを含むことを特徴とするろう付用混合物。
2. 前記粉末ろう材が、Ｓｉ粉末の単体または混合物からなることを特徴とする請求項１記載のろう付用混合物。
3. 前記粉末ろう材に対し、質量比で１：０．５〜１：５の範囲内で前記ろう付用フラックスを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のろう付用混合物。
4. 前記ろう付用フラックスがフッ化物フラックスであることを特徴とする請求項３記載のろう付用混合物。
5. 接合剤を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のろう付用混合物。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のろう付用混合物を粉末ろう材換算で１０〜３０ｇ／ｍ^２の範囲で被ろう付材に塗布することを特徴とするろう付方法。

Images