Ｎｉろう材合金
【課題】 耐食性が良好で、比較的大きな強度を有し、ステンレス鋼と銅をろう付けできる程度に低い液相線温度を有するＮｉろう材合金を提供する。
【解決手段】 以下の組成のＮｉろう材合金により、上記課題が解決される。
重量％でＣｒを５〜１６％、Ｐを２〜９％、Ｓｉを１〜６％、Ｂを０．５〜２．５％含み、且つＰ、Ｓｉ及びＢの合計重量が８〜１１％の範囲にあり、不可避不純物を含む残部のＮｉの重量が７３〜８７％であるＮｉろう材合金。
【解決手段】 以下の組成のＮｉろう材合金により、上記課題が解決される。
重量％でＣｒを５〜１６％、Ｐを２〜９％、Ｓｉを１〜６％、Ｂを０．５〜２．５％含み、且つＰ、Ｓｉ及びＢの合計重量が８〜１１％の範囲にあり、不可避不純物を含む残部のＮｉの重量が７３〜８７％であるＮｉろう材合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来に比べて低温でろう付けが可能で、耐食性にも優れ且つ適度な強度を有するバランスの取れた特性を有するＮｉを主成分とするろう材合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本工業規格（ＪＩＳ Ｚ３２６５）には、Ｎｉ系のろう材合金として、例えばＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系（ＢＮｉ−２）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系（ＢＮｉ−５）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐ系（ＢＮｉ−７）などが規定されている。
【０００３】
しかしながら、ＢＮｉ−２は融点が比較的低く、強度も問題ないが、Ｂを多く含むために耐食性の問題がある。ＢＮｉ−５においては耐食性が良好であるが、融点が高いため用途が限定されるという問題がある。ＢＮｉ−７は融点が低く、耐食性も良好であるが、Ｐを多く含むため強度が低い点が問題となる。
【０００４】
また、特許文献１に開示されたＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系のろう材は上記特性のバランスは取れているが、液相線温度がやや高いため、ステンレス鋼と銅をろう付けできない場合がある。更に、Ｃｒを多く含むため連続式水素炉において量産する際に作業性が劣ることがある。
【特許文献１】特許第３３５４９２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題点に着目して為されたものであり、耐食性が良好で、比較的大きな強度を有し、且つＮｉ系の耐熱ろう材の長所を保つと共にステンレス鋼と銅をろう付けできる程度に低い液相線温度を有するＮｉろう材合金を提供することを目的としている。更に、本発明の提供するＮｉろう材合金は連続式水素炉における量産へも使用が可能で、その特性においてバランスの取れたＮｉろう材合金を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
下記の構成により本発明のＮｉろう材合金を提供できる。
【０００７】
（１）重量％でＣｒを５〜１６％、Ｐを２〜９％、Ｓｉを１〜６％、Ｂを０．５〜２．５％含み、不可避不純物を含む残部のＮｉの重量が７３〜８７％であることを特徴とするＮｉろう材合金。
【０００８】
（２）Ｐ、Ｓｉ及びＢの合計重量が８〜１１％の範囲にあることを特徴とする（１）記載のＮｉろう材合金。
【０００９】
（３）前記不可避的不純物は重量％でＦｅを５％以下、Ｃｏを１％以下、Ｃｕを１％以下、Ｍｎを１％以下、Ｃを０．１５％以下含むことを特徴とする（１）又は（２）記載のＮｉろう材合金。
【００１０】
本発明のＮｉろう材合金において、Ｃｒは耐食性を改善する効果があるが、５％未満では効果が薄く、１６％を超ええると液相線温度が１０５０℃を超え、銅のろう付けができなくなるので、５〜１６％の範囲とした。
【００１１】
Ｐは本発明のＮｉろう材合金の融点を低下させ、流動性が良くなるが、２％未満では効果が十分には発揮できず、９％を超えると合金が脆くなるので、２〜９％の範囲とした。
【００１２】
ＳｉとＢは本発明のＮｉろう材合金の融点を低下させ、フラックス作用を発揮してろう付け作業性を改善するが、Ｓｉが１％未満、Ｂが０．５％未満では効果が発揮されず、Ｓｉが６％、Ｂが２．５％を超えるとＮｉやＣｒとの金属間化合物が過剰に形成され強度や耐食性の低下を招くので、Ｓｉは１〜６％、Ｂは０．５〜２．５％の範囲とした。
【００１３】
ＰとＳｉとＢは同じく本発明のＮｉろう材合金の融点及び作業性に影響を及ぼす成分であり、３成分の合計が８％未満では液相線温度が１０５０℃以上となる場合が多く、１１％を超えると強度の低下を招くことが多いので、合計を８〜１１％の範囲とした。
【００１４】
不可避不純物を含むＮｉは、本発明のＮｉろう材合金の基本成分であり、上述の各成分とのバランスにより７３〜８３％の範囲に限定される。また本発明のＮｉろう材合金の特性に悪影響を及ぼさない不純物の範囲は、Ｆｅが５％以下、Ｃｏが１％以下、Ｃｕが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｃが０．１５％以下である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるＮｉろう材合金はその特性のバランスが良く、以下の特徴を有しているので、広範な用途への適用が可能となる。
（１）耐食性が良好。
（２）適度な強度を有する。
（３）ろう付けが比較的低温（１０５０℃以下）で行える。
（４）ろうの流動性が良好。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ベースのＮｉ、添加成分としてのＣｒ、Ｐ、Ｓｉ、Ｂの夫々が所定の重量％となるように調整した混合物を溶融して液状の合金とした後、アトマイズ法により粉末とするか、所定の型に鋳込んで板状、棒状としてＮｉろう材合金を得ることができる。粉末、板あるいは棒状の合金はそのままろう材として使用できるが、ろう付けする環境、対象物に応じて更に加工したろう材を用いてもよい。例えば粉末にバインダーレジンを混合してペースト状あるいはシート状とすることも可能であり、板は圧延して箔状にしてからろう材として用いることもできる。
【実施例】
【００１７】
上記のように調整した、Ｎｉろう材合金の実施例１〜１３の組成を表１に示す。表１には各実施例の合金のろう付け温度の目安となる液相線温度（℃）及び固相線温度（℃）、合金の強度の指標としての抗析力（ｋｇｆ／ｍｍ）、ろう付作業性及び塩水噴霧試験による耐食性の評価結果を併せて示している。
【００１８】
【表１】
【００１９】
液相線及び固相線温度は、Ｎｉろう材合金をアルゴンガス雰囲気の電気炉で溶解し、溶解した合金中に熱伝対を挿入して、合金の冷却曲線を測定し、その曲線を解析して得た。
【００２０】
抗析力は、電気炉内アルゴンガス雰囲気中で試験すべき合金を溶解し、溶融した合金を内径５ｍｍの石英管に吸い上げて凝固させた後、約３５ｍｍの長さに切断して試験片とした。この試験片を抗析力試験治具（三点支持、支点間距離：２５．４ｍｍ）に設置し、万能試験機により荷重を掛けて破断させ、破断荷重を試験片の断面積で割った値（ｋｇｆ／ｍｍ２）を抗析力として算出した。
【００２１】
ろう付作業性は、連続式水素炉を１０５０℃、純水素ガス雰囲気（露天−５０℃）に設定し、メッシュベルト上に設置したろう流れ用の試験片を炉内に挿入し、試験片が実際にろう付けされた状態（拡がり及び濡れ）を目視観察することにより判定した。
【００２２】
耐食性はＪＩＳ Ｚ２３７１の「塩水噴霧試験方法」により、ろう付けを完了した試験片を４８時間塩水噴霧した後、試験片を観察してサビの発生状態を観察し、良否を判定した。４８時間塩水噴霧後、サビの無いものを「良好」、塩水噴霧の途中でサビの発生したものを「不良」とした。
【００２３】
本発明による実施例と比較するため、表２には従来から用いているＮｉろう材合金ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−７及び本発明の組成範囲外の合金（比較例ａ〜ｄ）の値も併せて示した。
【００２４】
【表２】
【００２５】
表１と表２の比較から、本発明による実施例１〜１３は液相線温度が１０４０℃以下で抗析力はＢＮｉ―７の１．５倍以上と強度が大きいことがわかる。
【００２６】
また、１０５０℃での連続水素炉において、従来の合金ＢＮｉ−７はろう拡がりが大きすぎ、ＢＮｉ−２は小さすぎるのに対し、本発明による合金は適度のろう拡がりを示し作業性が良好であることも確認された。
【００２７】
塩水噴霧試験においては、ＢＮｉ−７は良好な耐食性を示し、ＢＮｉ−２は耐食性が劣るとの結果となったが、本発明による合金は全て良好な耐食性を示した。比較例ａはＣｒ量が多すぎるために液相線温度が高く、比較例ｂ、ｃはＰ、Ｓｉ、Ｂの合計重量が少ないため液相線温度が高かった。また、比較例ｄはＰ、Ｓｉ、Ｂの合計重量が多すぎるため液相線温度は１０５０℃と比較的低い値であったが、実用に供せないほど強度が著しく低い値を示した。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上、述べたように、本発明によるＮｉろう材合金はバランスの取れた特性を有しているので、広範な用途に適用できる。連続水素炉は炉内と大気を遮断する炉心管及びその中を移動する駆動用のメッシュベルトを有しており、通常それらの部材は耐熱系のステンレス鋼やニッケル合金製なので、１１００℃以上で連続的に使用すると極端に寿命が短くなる。従って、本発明によるＮｉろう材合金を使用することにより、１０５０℃以下においてろう付け作業ができるので、水素炉を連続運転して大量生産することが可能となりなる。また、この温度においてはステンレス鋼と純銅のろう付けが可能となるので、冷凍空調部品、自動車用配管部品などへも適用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来に比べて低温でろう付けが可能で、耐食性にも優れ且つ適度な強度を有するバランスの取れた特性を有するＮｉを主成分とするろう材合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本工業規格（ＪＩＳ Ｚ３２６５）には、Ｎｉ系のろう材合金として、例えばＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系（ＢＮｉ−２）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系（ＢＮｉ−５）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐ系（ＢＮｉ−７）などが規定されている。
【０００３】
しかしながら、ＢＮｉ−２は融点が比較的低く、強度も問題ないが、Ｂを多く含むために耐食性の問題がある。ＢＮｉ−５においては耐食性が良好であるが、融点が高いため用途が限定されるという問題がある。ＢＮｉ−７は融点が低く、耐食性も良好であるが、Ｐを多く含むため強度が低い点が問題となる。
【０００４】
また、特許文献１に開示されたＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系のろう材は上記特性のバランスは取れているが、液相線温度がやや高いため、ステンレス鋼と銅をろう付けできない場合がある。更に、Ｃｒを多く含むため連続式水素炉において量産する際に作業性が劣ることがある。
【特許文献１】特許第３３５４９２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題点に着目して為されたものであり、耐食性が良好で、比較的大きな強度を有し、且つＮｉ系の耐熱ろう材の長所を保つと共にステンレス鋼と銅をろう付けできる程度に低い液相線温度を有するＮｉろう材合金を提供することを目的としている。更に、本発明の提供するＮｉろう材合金は連続式水素炉における量産へも使用が可能で、その特性においてバランスの取れたＮｉろう材合金を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
下記の構成により本発明のＮｉろう材合金を提供できる。
【０００７】
（１）重量％でＣｒを５〜１６％、Ｐを２〜９％、Ｓｉを１〜６％、Ｂを０．５〜２．５％含み、不可避不純物を含む残部のＮｉの重量が７３〜８７％であることを特徴とするＮｉろう材合金。
【０００８】
（２）Ｐ、Ｓｉ及びＢの合計重量が８〜１１％の範囲にあることを特徴とする（１）記載のＮｉろう材合金。
【０００９】
（３）前記不可避的不純物は重量％でＦｅを５％以下、Ｃｏを１％以下、Ｃｕを１％以下、Ｍｎを１％以下、Ｃを０．１５％以下含むことを特徴とする（１）又は（２）記載のＮｉろう材合金。
【００１０】
本発明のＮｉろう材合金において、Ｃｒは耐食性を改善する効果があるが、５％未満では効果が薄く、１６％を超ええると液相線温度が１０５０℃を超え、銅のろう付けができなくなるので、５〜１６％の範囲とした。
【００１１】
Ｐは本発明のＮｉろう材合金の融点を低下させ、流動性が良くなるが、２％未満では効果が十分には発揮できず、９％を超えると合金が脆くなるので、２〜９％の範囲とした。
【００１２】
ＳｉとＢは本発明のＮｉろう材合金の融点を低下させ、フラックス作用を発揮してろう付け作業性を改善するが、Ｓｉが１％未満、Ｂが０．５％未満では効果が発揮されず、Ｓｉが６％、Ｂが２．５％を超えるとＮｉやＣｒとの金属間化合物が過剰に形成され強度や耐食性の低下を招くので、Ｓｉは１〜６％、Ｂは０．５〜２．５％の範囲とした。
【００１３】
ＰとＳｉとＢは同じく本発明のＮｉろう材合金の融点及び作業性に影響を及ぼす成分であり、３成分の合計が８％未満では液相線温度が１０５０℃以上となる場合が多く、１１％を超えると強度の低下を招くことが多いので、合計を８〜１１％の範囲とした。
【００１４】
不可避不純物を含むＮｉは、本発明のＮｉろう材合金の基本成分であり、上述の各成分とのバランスにより７３〜８３％の範囲に限定される。また本発明のＮｉろう材合金の特性に悪影響を及ぼさない不純物の範囲は、Ｆｅが５％以下、Ｃｏが１％以下、Ｃｕが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｃが０．１５％以下である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるＮｉろう材合金はその特性のバランスが良く、以下の特徴を有しているので、広範な用途への適用が可能となる。
（１）耐食性が良好。
（２）適度な強度を有する。
（３）ろう付けが比較的低温（１０５０℃以下）で行える。
（４）ろうの流動性が良好。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ベースのＮｉ、添加成分としてのＣｒ、Ｐ、Ｓｉ、Ｂの夫々が所定の重量％となるように調整した混合物を溶融して液状の合金とした後、アトマイズ法により粉末とするか、所定の型に鋳込んで板状、棒状としてＮｉろう材合金を得ることができる。粉末、板あるいは棒状の合金はそのままろう材として使用できるが、ろう付けする環境、対象物に応じて更に加工したろう材を用いてもよい。例えば粉末にバインダーレジンを混合してペースト状あるいはシート状とすることも可能であり、板は圧延して箔状にしてからろう材として用いることもできる。
【実施例】
【００１７】
上記のように調整した、Ｎｉろう材合金の実施例１〜１３の組成を表１に示す。表１には各実施例の合金のろう付け温度の目安となる液相線温度（℃）及び固相線温度（℃）、合金の強度の指標としての抗析力（ｋｇｆ／ｍｍ）、ろう付作業性及び塩水噴霧試験による耐食性の評価結果を併せて示している。
【００１８】
【表１】
【００１９】
液相線及び固相線温度は、Ｎｉろう材合金をアルゴンガス雰囲気の電気炉で溶解し、溶解した合金中に熱伝対を挿入して、合金の冷却曲線を測定し、その曲線を解析して得た。
【００２０】
抗析力は、電気炉内アルゴンガス雰囲気中で試験すべき合金を溶解し、溶融した合金を内径５ｍｍの石英管に吸い上げて凝固させた後、約３５ｍｍの長さに切断して試験片とした。この試験片を抗析力試験治具（三点支持、支点間距離：２５．４ｍｍ）に設置し、万能試験機により荷重を掛けて破断させ、破断荷重を試験片の断面積で割った値（ｋｇｆ／ｍｍ２）を抗析力として算出した。
【００２１】
ろう付作業性は、連続式水素炉を１０５０℃、純水素ガス雰囲気（露天−５０℃）に設定し、メッシュベルト上に設置したろう流れ用の試験片を炉内に挿入し、試験片が実際にろう付けされた状態（拡がり及び濡れ）を目視観察することにより判定した。
【００２２】
耐食性はＪＩＳ Ｚ２３７１の「塩水噴霧試験方法」により、ろう付けを完了した試験片を４８時間塩水噴霧した後、試験片を観察してサビの発生状態を観察し、良否を判定した。４８時間塩水噴霧後、サビの無いものを「良好」、塩水噴霧の途中でサビの発生したものを「不良」とした。
【００２３】
本発明による実施例と比較するため、表２には従来から用いているＮｉろう材合金ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−７及び本発明の組成範囲外の合金（比較例ａ〜ｄ）の値も併せて示した。
【００２４】
【表２】
【００２５】
表１と表２の比較から、本発明による実施例１〜１３は液相線温度が１０４０℃以下で抗析力はＢＮｉ―７の１．５倍以上と強度が大きいことがわかる。
【００２６】
また、１０５０℃での連続水素炉において、従来の合金ＢＮｉ−７はろう拡がりが大きすぎ、ＢＮｉ−２は小さすぎるのに対し、本発明による合金は適度のろう拡がりを示し作業性が良好であることも確認された。
【００２７】
塩水噴霧試験においては、ＢＮｉ−７は良好な耐食性を示し、ＢＮｉ−２は耐食性が劣るとの結果となったが、本発明による合金は全て良好な耐食性を示した。比較例ａはＣｒ量が多すぎるために液相線温度が高く、比較例ｂ、ｃはＰ、Ｓｉ、Ｂの合計重量が少ないため液相線温度が高かった。また、比較例ｄはＰ、Ｓｉ、Ｂの合計重量が多すぎるため液相線温度は１０５０℃と比較的低い値であったが、実用に供せないほど強度が著しく低い値を示した。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上、述べたように、本発明によるＮｉろう材合金はバランスの取れた特性を有しているので、広範な用途に適用できる。連続水素炉は炉内と大気を遮断する炉心管及びその中を移動する駆動用のメッシュベルトを有しており、通常それらの部材は耐熱系のステンレス鋼やニッケル合金製なので、１１００℃以上で連続的に使用すると極端に寿命が短くなる。従って、本発明によるＮｉろう材合金を使用することにより、１０５０℃以下においてろう付け作業ができるので、水素炉を連続運転して大量生産することが可能となりなる。また、この温度においてはステンレス鋼と純銅のろう付けが可能となるので、冷凍空調部品、自動車用配管部品などへも適用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でＣｒを５〜１６％、Ｐを２〜９％、Ｓｉを１〜６％、Ｂを０．５〜２．５％含み、不可避不純物を含む残部のＮｉの重量が７３〜８７％であることを特徴とするＮｉろう材合金。
【請求項２】
Ｐ、Ｓｉ及びＢの合計重量が８〜１１％の範囲にあることを特徴とする請求項１記載のＮｉろう材合金。
【請求項３】
前記不可避的不純物は重量％でＦｅを５％以下、Ｃｏを１％以下、Ｃｕを１％以下、Ｍｎを１％以下、Ｃを０．１５％以下含むことを特徴とする請求項１又は２記載のＮｉろう材合金。
【請求項１】
重量％でＣｒを５〜１６％、Ｐを２〜９％、Ｓｉを１〜６％、Ｂを０．５〜２．５％含み、不可避不純物を含む残部のＮｉの重量が７３〜８７％であることを特徴とするＮｉろう材合金。
【請求項２】
Ｐ、Ｓｉ及びＢの合計重量が８〜１１％の範囲にあることを特徴とする請求項１記載のＮｉろう材合金。
【請求項３】
前記不可避的不純物は重量％でＦｅを５％以下、Ｃｏを１％以下、Ｃｕを１％以下、Ｍｎを１％以下、Ｃを０．１５％以下含むことを特徴とする請求項１又は２記載のＮｉろう材合金。
【公開番号】特開２００７−７５８６７（Ｐ２００７−７５８６７Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６８３６４（Ｐ２００５−２６８３６４）
【出願日】平成１７年９月１５日（２００５．９．１５）
【出願人】（０００２３９４２６）福田金属箔粉工業株式会社 (83)
【出願人】（５９９０３５０６３）東京ブレイズ株式会社 (7)
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１５日（２００５．９．１５）
【出願人】（０００２３９４２６）福田金属箔粉工業株式会社 (83)
【出願人】（５９９０３５０６３）東京ブレイズ株式会社 (7)
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