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技術 アルミニウムろう付用ペースト状組成物、その塗膜、およびろう付方法

出願人 東洋アルミニウム株式会社
発明者 和辻隆加藤晴三松村賢菊地健
出願日 2000年2月17日 (20年4ヶ月経過) 出願番号 2000-039921
公開日 2001年10月23日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2001-293593
状態 特許登録済
技術分野 はんだ付・ろう付材料 高分子組成物
主要キーワード 折曲性 アルミニウム部材同士 純アルミニウム粉末 ステンレスワイヤー アルミニウム部材 回転楕円体状 形成具 日用品等
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年10月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

塗布物の取り扱い、塑性加工が容易で、ろう付部(フィレット)の外観が良好であり、低コスト作業環境も良好であり、しかも複雑形状の部品へも塗布可能な新規アルミニウムろう付用ペースト状組成物を提供する。

解決手段

a)ろう付用金属粉末10重量%〜70重量%

b)弗化物系フラックス2重量%〜50重量%

c)アルキッド樹脂,アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物,アルキッド樹脂と石樹脂の混合物,アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムの混合物,アクリル樹脂と石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,の群から選ばれる少なくとも1つのバインダー1重量%〜15重量%を含み残部実質的有機溶剤からなる(ただし、合計量は100重量%を超えない)アルミニウムろう付用ペースト状組成物。

概要

背景

概要

塗布物の取り扱い、塑性加工が容易で、ろう付部(フィレット)の外観が良好であり、低コスト作業環境も良好であり、しかも複雑形状の部品へも塗布可能な新規アルミニウムろう付用ペースト状組成物を提供する。

a)ろう付用金属粉末10重量%〜70重量%

b)弗化物系フラックス2重量%〜50重量%

c)アルキッド樹脂,アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物,アルキッド樹脂と石樹脂の混合物,アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムの混合物,アクリル樹脂と石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,の群から選ばれる少なくとも1つのバインダー1重量%〜15重量%を含み残部実質的有機溶剤からなる(ただし、合計量は100重量%を超えない)アルミニウムろう付用ペースト状組成物。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
1件

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請求項1

a)ろう付金属粉末10重量%〜70重量%b)弗化物系フラックス2重量%〜50重量%c)アルキッド樹脂,アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物,アルキッド樹脂と石樹脂の混合物,アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムの混合物,アクリル樹脂と石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,の群から選ばれる少なくとも1つのバインダー1重量%〜15重量%を含み残部実質的有機溶剤からなる(ただし、合計量は100重量%を超えない)アルミニウムろう付用ペースト状組成物

請求項2

ろう付用金属粉末が平均粒径1μm以上10μm未満の純アルミニウム粉末と平均粒径0.1μm以上10μm未満のけい素粉末混合粉である請求項1記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。

請求項3

ろう付用金属粉末が平均粒径1μm以上10μm未満の純アルミニウム粉末と平均粒径0.1μm以上10μm未満のけい素粉末と平均粒径0.1μm以上10μm未満の亜鉛粉末の混合粉である請求項1記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。

請求項4

カップリング剤を含有する請求項1記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。

請求項5

請求項1〜4記載のペースト状組成物アルミニウム部材の表面の少なくとも1部以上に塗布後乾燥して得られる塗膜

請求項6

請求項1〜4記載のペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも1部以上に塗布後乾燥したアルミニウム部材。

請求項7

a)ろう付用金属粉末10重量%〜70重量%b)弗化物系フラックス2重量%〜50重量%c)アルキッド樹脂,アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物,アルキッド樹脂と石油樹脂の混合物,アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムの混合物,アクリル樹脂と石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,の群から選ばれる少なくとも1つのバインダー1重量%〜15重量%を含み残部実質的に有機溶剤からなる(ただし、合計量は100重量%を超えない)アルミニウムろう付用ペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも1部以上に塗布、乾燥後、他のアルミニウム部材とろう付を行うことを特徴とするアルミニウム部材のろう付方法。

技術分野

0001

本発明は、アルミニウム部材同士ろう付接合する際のろう付用金属粉末ろう材粉末ともいう)を含有するペースト状組成物に関する。尚、本明細書においては、アルミニウムとは、断わりのない限り純アルミニウムおよびアルミニウム合金を含む。

0002

従来アルミニウムのろう付には、ブレージングシートが多用されており、これは例えば、3003合金(以下4ケタの番号・記号はJISで定められているものである)や3N03合金等の心材の片面あるいは両面に4343合金や4045合金等のろう材をクラッドさせたものが用いられている。これらはろう付する部分以外にもクラッドされたろう材が使われていることになるため、最終製品コストが高くなる。また、製造上厚みの制限があり、60μm程度のクラッド材限度であり、これより薄いクラッド材の製造は、工業上極めて困難であり、出来たとしても皮材の厚みが不均一となり、安定した品質や性能は得られない。

0003

また、従来ブレージングシートのろう付にはフラックスが必要で、ろう付の直前にろう付部に塗布するタイプのものがあるが、その組成上完全な乾燥が困難なものが多く、乾燥できたとしても容易にフラックスが剥離脱落するためろう付前の長時間の保存や運搬、および加工・組立等が不可能であった。また、加えてフラックス等が粉塵となり作業環境・衛生面ですこぶる好ましいものではなかった。さらに、フラックスと特開平6−285682等で開示されている樹脂とでは、ろう付の際に反応が起こり、ろう付部が黒変化する等意匠的に製品価値がすこぶる低いものであった。

0004

近年においてはブレージングシートを使用せず、アルミニウム−けい素系のろう材粉末とフラックスを混合したものをアルミニウム部材のろう付部に塗布してろう付する方法も報告されているが、コストの面以外では上記の問題点は解決されていなかった。また、従前のろう材粉末を使用した場合、ろう付後の製品の寸法精度が悪い上、エロージョン表面粗度の悪化)が生じるという問題があった。

課題を解決するための手段

0005

本発明者らは鋭意創意工夫を重ねた結果、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、次の組成物塗膜および方法よりなる。

0006

1.a)ろう付用金属粉末10重量%〜70重量%
b)弗化物系フラックス2重量%〜50重量%
c)アルキッド樹脂,アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物,アルキッド樹脂と石油樹脂の混合物,アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムの混合物,アクリル樹脂と石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,の群から選ばれる少なくとも1つのバインダー1重量%〜15重量%を含み残部実質的有機溶剤からなる(ただし、合計量は100重量%を超えない)アルミニウムろう付用ペースト状組成物
2.ろう付用金属粉末が純アルミニウム粉末とけい素粉末の混合粉である前記1記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。
3.ろう付用金属粉末が純アルミニウム粉末とけい素粉末と亜鉛粉末の混合粉である前記1記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。
4.カップリング剤を含有する前記1記載のアルミニウムろう付用ペースト状組成物。
5.前記1〜4記載のペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも1部以上に塗布後乾燥して得られる塗膜。
6.前記1〜4記載のペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも1部以上に塗布後乾燥したアルミニウム部材。
7.a)ろう付用金属粉末10重量%〜70重量%
b)弗化物系フラックス 2重量%〜50重量%
c)アルキッド樹脂,アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物,アルキッド樹脂と石油樹脂の混合物,アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムの混合物,アクリル樹脂と石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,の群から選ばれる少なくとも1つのバインダー1重量%〜15重量%を含み残部実質的に有機溶剤からなる(ただし、合計量は100重量%を超えない)アルミニウムろう付用ペースト状組成物をアルミニウム部材の表面の少なくとも1部以上に塗布、乾燥後、他のアルミニウム部材とろう付を行うことを特徴とするアルミニウム部材のろう付方法。

0007

以下、さらに本発明の実施の形態を詳述する。

0008

本発明に使用する弗化物系フラックスは、AlF3−KF、KAlF4−K3AlF6、K3AlF6およびKAlF4等の弗化物系フラックスが例示されるが、K3AlF6とKAlF4を主成分とする市販品の「ノコロック(商品名)」(アルキャン社製)が特に好適である。上記フラックスのペースト状組成物への配合量は2〜50重量%、好ましくは5〜30重量%程度である。フラックスの配合量が2重量%未満の場合には、十分なフラックス作用が得がたく、50重量%を超えても過剰であり、コストアップとなる。

0009

ペースト状組成物中で、バインダーの作用を担う樹脂/ゴムとしては、アルキッド樹脂,アルキッド樹脂とブチルゴムの混合物,アルキッド樹脂と石油樹脂の混合物,アルキッド樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムの混合物,アクリル樹脂と石油樹脂の混合物,アクリル樹脂とブチルゴムと石油樹脂の混合物,の群から選ばれる少なくとも1つのバインダーが使用できる。ブチルゴムは、イソブチレンイソプレン共重合体であるブチルゴムで、分子量25万〜55万のものが好ましい。石油樹脂は、C5系石油樹脂、C9系石油樹脂およびC5C9共重合石油樹脂の1種以上が使用でき、好ましい分子量は600〜2000程度である。アクリル樹脂は、分子量100〜1000000のものが好適である。該バインダーの配合量は1重量%〜15重量%が適当で、より好ましくは2重量%〜10重量%である。1重量%未満では、フラックス組成物の粘度が低く、アルミニウム部材に塗布した際にダレが生じ、アルミニウム部材との密着性が悪くなるので好ましくない。一方15重量%を超えても過剰で、コストアップになる恐れがある。

0010

本発明で用いる有機溶剤は、上記バインダーが可溶であれば、特に限定されず、トルエンヘキサンオクタンシクロヘキサン等を単独、あるいは2種以上を混合して用いることができる。有機溶剤の配合量は、ペースト状組成物の粘度等を調整するために適宜加えればよいが、具体的には0.1〜87重量%好ましくは5〜70重量%の範囲内で調整すればよい。

0011

本発明で用いるろう付用金属粉末は、アルミニウムを主体とする粉末を使用する事が出来る。例えば、純アルミニウム粉とけい素粉末の混合粉、純アルミニウム粉とけい素粉末と亜鉛粉末の混合粉末等が使用できる。これらの粉末は主に、アトマイズ法粉砕法回転円盤法・キャビテーション法・メルトスピニング法等あるいはこれらの組合せによって得ることができる。もちろんこれらの粉末は市販品をそのまま使用することもできる。金属粉末の形状は球状、偏平状、板状、滴状、針状、回転楕円体状不定形状等のいずれであっても差し支えない。純アルミニウム粉末はアルゴンガスあるいは窒素ガスアトマイズによって得られる粉末が好ましく使用できる。純アルミニウム粉末に含まれる酸素量は、粒度や形状にもよるが、1.5重量%以下が好ましく、これを超える場合には、酸化皮膜が強固となり、十分に溶融しなかったり、流動性が低下する恐れがある。純アルミニウム粉末の大きさは平均粒径(以下、レーザー回折式粒度分布測定法による)で1μm以上10μm未満の範囲内が好ましく、平均粒径1μm未満の粉末は、酸素含有量が多くなる可能性が高い上、組成物中で凝集しやすく、またコストが高いものであるので好ましくない。一方10μm以上の場合には、塗布後の塗膜厚みが必要以上に厚くなりろう付後の製品の寸法精度が悪くなったり、組成物中での均一性が損なわれる恐れがある。

0012

ろう付用金属粉末に含まれるけい素の量は5〜85重量%(金属成分100重量%に対し)の範囲内が適当で、アルミニウムとけい素それぞれ単体の状態(混合粉)であることが好ましい。これはその範囲内の組成でアルミニウムと合金化されるときに、融点が低く、溶融状態での流動性が良好なことによる。特に共晶点以上(平衡状態図はけい素約12重量%)の場合は、アルミニウム部材と合金化することにより、ろう付温度で溶融してより流動化が増長される。アルミニウムとけい素それぞれ単体の状態(混合粉)で使用する場合には、特に純度99.0重量%以上、望ましくは99.7重量%以上の純アルミニウム粉と純度90.0重量%以上、望ましくは97.0重量%以上のけい素粉を使用すればよい。これらの純度未満の粉末では、不純物である鉄の含有量が多くなり、ろう付後の耐食性が低下するので好ましくない。けい素粉末の平均粒径は、0.1以上10μm未満が好ましく、平均粒径が0.1μm未満の粉末は、酸素量が多くなる上、組成物中で凝集しやすいので好ましくない。一方10μm以上では、組成物中での均一性が損なわれる恐れや、ろう付したアルミニウム部材にエロージョンが発生する場合があるため好ましくない。

0013

純アルミニウム粉末とけい素粉末の混合粉末にさらに、犠牲防食効果を得るために亜鉛粉末を3〜60重量%(金属成分100重量%に対し)、好ましくは10〜50重量%添加することも可能である。亜鉛粉末の平均粒径は、0.1以上10μm未満が好ましく、平均粒径0.1μm未満の粉末は、酸素量が多くなる上、組成物中で凝集しやすいので好ましくない。一方10μm以上では、塗布後の塗膜厚みが必要以上に厚くなりろう付後の製品の寸法精度が悪くなったり、組成物中での均一性が損なわれる恐れがあるため好ましくない。亜鉛粉末単体を用いる場合は、純度90.0重量%以上、望ましくは97.0重量%以上の亜鉛粉末を使用すればよい。純度90重量%未満の粉末では、不純物であるPb(鉛)の含有量が多くなり、ろう付後の耐食性が低下するので好ましくない。

0014

また、その他の適当な添加元素を添加しても差し支えなく、必要に応じてCu、Mg、Bi、Sb、Ba等の1種以上を約5重量%以下(金属成分100%に対し)添加することも可能である。これらの添加元素は合金の状態、単体の粉末の状態のいずれであってもよい。

0015

本発明に用いるペースト状組成物には、公知の添加物を添加しても差し支えなく、例えば、酸化防止剤腐食抑制剤消泡剤増粘剤可塑剤分散剤タックファイヤー、カップリング剤等を必要に応じて添加できる。特にカップリング剤は、塗膜の付着性を向上させるために有効であり、0.001〜1.0重量%程度の添加が有効である。中でもチタネート系カップリング剤は、特に有効である。本発明に係るろう付用ペースト状組成物へのろう付用金属粉末の配合量は、組成物全体を100重量%としたとき、ろう付用金属粉末(金属成分の合計)が10重量%〜70重量%、好ましくは15重量%〜45重量%とすればよい。ろう付用金属粉末が10重量%未満では、ろう材としての性能に乏しくなり、良好なフィレットが形成できない恐れがある。一方、70重量%を超えても過剰で、必要となるフラックスやバインダーの量が多くなりコストアップにつながる。

0016

本発明のペースト状組成物は、アルミニウム部材の表面の少なくとも一部以上、すなわちろう付しようとする部分に必要量塗布して使用することができ、乾燥後の平均膜厚は好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは1μm以上10μm未満である。平均膜厚が1μm未満でもろう付は可能ではあるが、ろう付強度が不足する恐れがある。一方100μmを超えても過剰で、コストアップになる恐れがある。しかしながら、穴を塞ぐためや隙間を埋めるために本発明のペースト状組成物を使用する場合は、厚み100μmに限定されることはなく、これを超えても使用することができる。

0017

塗布の方法は、公知の方法が採用でき、はけ塗りスプレー塗装ロールコーターバーコータードクターブレード等で塗布することができる。これらの方法以外にも単にペースト状組成物にアルミニウム部材を浸漬する等の方法でもよい。

0018

ペースト状組成物の塗布後の乾燥は、通常室温乾燥、必要に応じて30〜150℃程度の温度で乾燥させればよい。ろう付の方法は、特に限定されず、公知の方法が採用できるが、炉中ろう付による方法が特に好ましい。炉中ろう付によれば、人手をかけずに一度に大量にろう付でき、工業生産に適している。ろう付の温度は組成にもよるが、通常450℃〜630℃程度である。雰囲気については、真空、Ar、窒素等の非酸化性雰囲気が好ましい。ろう付雰囲気中の酸素濃度については200ppm以下、好ましくは100ppm以下が望ましく、200ppmを超える場合にはフラックス作用の低下、前記合金粉末酸化等のためろう付不良が発生する恐れがある。

0019

本発明のペースト状組成物は、ろう付可能なアルミニウム部材に適用することができ、例えばヒーターコアエバポレータコンデンサ等の熱交換器を構成するフィンピンパイプチューブプレート等のろう付接合に使用することができる。また、熱交換器に限定されることはなく、各種機械部品車両部品構造部品スポーツ用品OA機器日用品等に適用可能である。

0020

1.本発明のペースト状組成物は、アルミニウム部材への密着性が良好で、乾燥後の塗膜は容易に剥離・脱落が起こらないので、該ペースト状組成物の塗布後に容易に塗布物の取扱を行うことが出来る。さらに、ブチルゴム配合系の該ペースト状組成物を使用する場合には、塗布後により容易に塗布物の塑性加工を行うことが出来る。
2.本発明のペースト状組成物に用いる特定のバインダーは、ろう付を行う際の昇温中に熱分解するため、ろう付後のろう付部(フィレット)の外観が良好であり、黒変化や白色残さを生じない。
3.本発明のペースト状組成物は、適切な有機溶剤の選定により室温でも乾燥させることができ、余分なコストがかからず、乾燥後も良好な塗膜状態であるので、粉塵等が発生せず、作業環境が良好である。
4.本発明のペースト状組成物は、溶剤の配合量等により適度な粘度に調整できるので、複雑形状の部品凹凸屈曲等のある部材へも塗布可能である。
5.本発明のろう付方法は、特別な装置や機器が不要であるので、既存の設備で実施可能である。
6.本発明のペースト状組成物を用いることにより、極めて薄いろう付用塗膜を作製することができ、ろう付後の製品の寸法精度が向上する。

0021

表1および表2の配合にて混合し、ペースト状組成物を作製した。作製したペースト状組成物を刷毛で、3003アルミニウム板(60×50×2mm)の片面に(乾燥後平均膜厚は実施例9μm、比較例は20μm)塗布後、希釈用有機溶剤(トルエン)を完全に蒸発させるために、105℃×5分加熱した。得られた塗板を下記の評価に供した。

0022

成膜性:○→指触硬化している。
×→指触硬化していない。
・付着性:A→強く指でこすっても塗膜ははがれない。
B→軽く指でこすっても塗膜ははがれない。
C→指でこすれば塗膜ははがれるが、たたいてもはがれない。
D→たたくと塗膜ははがれ落ちる。
E→評価外(成膜できず)

0023

折曲性:○→直径10mmの丸棒で塗板を180°折り曲げて塗膜のはく離や亀
裂なし
△→直径10mmの丸棒で塗板を180°折り曲げて塗膜の亀裂はある
が、剥離なし
×→直径10mmの丸棒で塗板を180°折り曲げて塗膜の亀裂および
剥離あり

0024

上記で作製した各塗板を加熱あるいはろう付を行い次の評価を行った。
臭気:下記ろう付加熱時に炉から出てくるガスの臭いをかいで評価した。
A→ほとんど臭わない、気にならない。
B→臭いが認識できるが、作業には影響しない。
C→異様な臭気があり、やや気になる。
D→不快臭であり、作業しにくい。
E→悪臭で、作業できない。

0025

・フィレット形成(外観):上記で作製した塗板の塗布面中央に3003アルミニウム板を垂直に立て、ステンレスワイヤーで仮留めした後、窒素ガス雰囲気(窒素ガスフロー4Nm3/h、炉内酸素濃度50ppm)の炉にて600℃で3分間保持してろう付を行った。冷却した後、炉から取り出しろう付部のフィレットの形成状況目視にて観察を行った。

0026

A→フィレットの形成具合良好(ろう付部周辺に均一にフィレットが形成されている。)
B→フィレットは形成されているが、やや不均一である。
C→フィレットは形成されているが、かなり不均一である。
D→フィレットが十分に形成されておらず、切れがある。
E→ろう付できていない。

0027

以上の結果より、本発明のペースト状組成物を使用したろう付は、上記すべての評価にほぼ満足するものである。

0028

0029

図面の簡単な説明

0030

図1実施例におけるペースト状組成物5のろう付部付近の断面を示す写真(×100)である。
図2比較例におけるペースト状組成物2のろう付部付近の断面を示す写真(×100)である。
図3実施例で使用した金属けい素粉末の粒度分布と平均粒径を示す図である。
図4比較例で使用した金属けい素粉末の粒度分布と平均粒径を示す図である。

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