JPS6340857B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、銅基微結晶金属合金より詳しくは銅
と銅基合金からなる部材のような金属部材をろう
付けするのに有用な均質で延性のあるろう付け用
材料に関する。 ろう付けは金属部材屡々組成の異なるそれらを
互に接合する方法である。典型的には互に接合し
ようとする金属部材よりも低い融点をもつフイラ
ーメタルを金属部材間に挾んで組立体を形成させ
る。次いで該組立体をフイラーメタルを溶融させ
るのに十分な温度にまで加熱する。冷却すること
により、強力で漏れのない緻密な接合部が形成さ
れる。フイラーメタルは通常利用の仕方に応じて
粉末状、線状あるいは箔状で用いられる。箔状の
ものは接合個所に予めフイラーメタルを介在させ
るのに有利であり、無駄を最小限にして複雑な形
状のもののろう付けを可能とする。 AWS BAgに規定された銅と銅合金用に好適
なろう付け用合金はよく知られた組成である。こ
れらの合金は十分な量の貴金属の銀（19ないし86
重量％）を含み、従つて高価である。AWS
BAg組成の大部分のものは長い一連の圧延や焼
鈍工程を経、多くの製造費をかけて箔状につくら
れる。 結果としては、銅および銅合金のろう付け用と
して貴金属を含まない、そして好ましくは箔状、
粉末状あるいは線状の均質なろう付け用材料を求
める当業界の要望は残されたままである。 本発明は低融点の銅基微結晶質金属合金組成を
提供する。一般的に言つてこの組成は本質的に約
0.1ないし28重量％の錫および残部をなす銅と付
随的な不純物からなるものである。 さらに本発明は、本質的に0.1ないし28重量％
の錫および残部をなす銅と付随的不純物からなる
組成をもつ均質延性の微結晶質ろう付け用箔を提
供するものである。好ましくは本発明のろう付け
用箔は本質的に10ないし26重量％錫および残部を
なす銅と付随的不純物からなるものである。 本発明の均質微結晶質ろう付け用箔は、該組成
の溶湯をつくることと廻転する急冷ホイールの上
で溶湯を少なくとも約10⁵℃／秒の速さで急冷す
ることからなる方法でつくられる。 さらに本発明によつて２つまたはそれ以上の金
属部材をろう付けで接合する改良方法が提供され
る。この方法は、 (a) 金属部材間に、金属部材の何れよりも低い溶
融温度をもつフイラーメタルを挾み組立体を形
成させること、 (b) 組立体を少なくともフイラーメタルの溶融温
度まで加熱すること、および (c) 組立体を冷却することからなるものである。
改良点はフイラーメタルとして前記組成を有す
る均質な銅基箔を用いることからなつている。 フイラーメタル箔は鋳放しのままろう付け用と
して有用な均質で延性あるリボンとして容易につ
くられる。有利なことに、該銅基金属箔は複雑な
形状に型打ちすることができ、ろう付け用の予備
成形物とすることができる。 本発明の均質で延性のあるろう付け用箔はろう
付け操作に先立つて接合部の内側におくことがで
きて有利である。本発明によつて提供される均質
で延性のある銅基箔を使用することにより、溶融
塩中での浸漬ろう付けのような方法によるろう付
けもなし得られる。これは粉末や棒状のフイラー
では簡単になし得られないことである。 本発明は、本発明の好ましい実施態様について
の下記詳細説明および下記付属図により十分に理
解されるだろうし、さらに多くの効果が明らかと
なろう。 第１図ａは従来方法で鋳造した銅−錫含有合金
の微細組織を示す顕微鏡写真である。 第１ｂ図は第１ａ図で示された合金を急速凝固
させてつくつた均質微結晶質組織を示す顕微鏡写
真である。 こゝに用いられる用語「微結晶質合金」とは急
速凝固によつて得られる約10ミクロンメートル
（0.004インチ）よりも小さい結晶寸法を有する合
金を意味する。このような合金として好ましいの
は約100ナノメートル（0.000004インチ）ないし
10ミクロンメートル最も好ましいのは約１ミクロ
ンメートル（0.00004インチ）ないし５ミクロン
メートル（0.0002インチ）の範囲の結晶寸法を有
しているものである。 微結晶質合金は少なくとも約10⁵℃／秒の速さ
で所望の組成の溶湯を冷却することによつてつく
られる。微結晶質の粉末、線、リボンおよびシー
トをつくるためには微結晶質合金の分野でよく知
られたいろいろの急速冷却手段が用いられ得る。
典型的には特定組成のものを選択し、必要な割合
で粉状または粒状の必要元素を溶融し均一なもの
とし、そして急速に回転するシリンダーのような
冷却面で、または水のような適当な液状媒体中で
溶融合金を急冷却する。 ろう付け法においては、ろう付け用材料は互に
ろう付けされる金属部材に使用上の必要度に見合
う強度を与えるのに十分な高さの融点をもたなけ
ればならない。しかし、融点はろう付け操作を困
難にするほど高いものであつてはならない。さら
には、フイラー材はろう付けされる材料と化学的
にも金属学的にも馴染むものでなければならな
い。ろう付け用材料は腐食を避けるため、ろう付
けされる金属よりも貴なるものでなければならな
い。理想的にはろう付け用材料は複雑な形状に型
打ちされ得るように延性をもつた箔状のものでな
ければならない。最後にろう付け用箔は均質で、
従つてろう付けの際にボイドや汚染残渣をつくる
ようなバインダーその他の材料を含まないもので
なければならない。 本発明では箔状の均質な延性微結晶質ろう付け
用材料が提供される。ろう付け用箔は約0.1ない
し28重量％（0.054ないし17.2原子％）の範囲の
錫および残部をなす銅と付随的な不純物からなる
組成を有している。 これらの組成は銅と銅基合金に馴染み、これら
の材料を接合するのに特に適している。 「均質」とは、つくられたまゝの状態で箔がす
べての方向に実質的に均一な組成をもつているこ
とを意味する。 「延性」とは、、箔が箔の厚さの10倍ほどの小
さい円半径でもつて損傷なく屈曲され得ることを
意味する。 本発明の範囲内にあるろう付け用合金組成の例
を第１表に示す。

【表】

【表】 上記に開示された広い範囲内に、広範囲の大気
条件下で銅および広範囲の銅合金と馴染み、かつ
ろう付けをなし得る好ましい組成範囲がある。こ
のような好ましい組成範囲が実質的にすべてのろ
う付け条件下で銅および銅合金の接合を可能なら
しめる。好ましい組成は約10ないし26重量％錫、
最も好ましくは約24ないし26重量％錫を含み、各
場合において、銅と付随的な不純物が残部をなす
ものである。これらの好ましい組成をもつた合金
は凝固温度が銅よりも250℃ほども低い。本合金
の低い凝固温度はこれまで容易に接合され得なか
つた銅や銅基合金およびその類似物のような材料
のろう付けを可能とした。 さらに本発明では２つまたはそれ以上の金属部
材を接合する改良方法が開示される。この方法
は、 (a) 金属部材間に金属部材の何れよりも低い融点
をもつフイラーメタルを挾んで組立体を形成さ
せること、 (b) 組立体を少なくともフイラーメタルの融点ま
で加熱すること、および (c) 組立体を冷却することからなる。 改良点は上記した範囲の組成をもつ少なくとも
１つの均質な銅基箔をフイラーメタルとして用い
ることからなるものである。 本発明のろう付け用箔は微結晶質箔と同じ方法
で溶湯からの急速凝固によつてつくられる。この
ような急冷条件下で均質な、時には準安定性の、
延性材料が得られる。このような微結晶質合金は
十分に延性があり、合金リボンから複雑な形に型
打ちするというようなその後の処理を可能とす
る。 準安定相は成分元素の過飽和固溶体でもある。
本発明の合金の場合、過飽和固溶体相は結晶質合
金の製造分野で用いられる従来の方法手段では通
常つくれない。過飽和固溶体合金のＸ線回折像は
所望の微小結晶サイズの結晶による幾分広がつた
ピークを伴なつた結晶質合金のシヤープな回折ピ
ーク特性を示している。このような準安定な材料
もまた上記した条件のもとでつくられると延性を
有するものとなる。 本発明のろう付け用材料は有利なことに箔状
（またはリボン状）につくられ得、またその材料
が微結晶質であれ、また固溶体であれ鋳放しの
まゝろう付け用に用いられ得るものである。この
ようにする代りに複雑な形状の型打ちを考える場
合、型寿命を長くするため微結晶質合金の箔を加
熱して固体相変態を生ぜしめることもできる。 典型的に上記した方法によつてつくられる箔は
約７ないし90ミクロンメートル（0.00027ないし
0.0035インチ）厚であつて、これはろう付けされ
る物体間に必要な間隔でもある。このような間隔
はろう付け接合部の強度を最大にするものであ
る。薄い箔を積層してより大きい厚さにすること
もまたできる。さらに制御された雰囲気内で接合
部を予め固定してろう付けする際にはフラツクス
は不要であり、箔中に結合剤を介在させることも
ない。従つてボイドや汚染残渣が生成することは
ない。その結果、本発明の延性のあるろう付け用
リボンはスペーサの必要がなくなるためろう付け
が容易となり、ろう付け後の処理もまた最小限の
ものとなる。 本発明のろう付け用箔は、良好なろう付け接合
を与える点において同様組成のいろいろな粉末ろ
う付材よりもまたすぐれている。このことはおそ
らくろう付けされる表面の端からろう付け用フイ
ラーメタルが移動するという毛管現象によるとい
うよりも、むしろろう付けが必要とされる箇所に
ろう付け用箔をあてることが可能なことによるも
のと思われる。 実施例 １ 特定組成の溶湯をアルゴンの重圧でもつて急速
に回転している急冷銅ホイール（表面速度約30メ
ートル／秒または6000フイート／分）の上に噴出
させて、第１表に示された組成をもち、そして
2.54センチメートル（１インチ）巾と約33ミクロ
ンメートル（約0.0013インチ）厚のリボンをつく
つた。第１図の顕微鏡写真で示されるような均質
な微結晶質の合金リボンがつくられた。第１ａ図
に示される粗い金属相分布がリボン状に急速凝固
されることによつて、第１ｂ図に示されるような
均一な微結晶組織に改良されたようにみえる。次
いでリボンを屈曲延性について試験をした。リボ
ンはリボンの厚さの約10倍の円半径まで損傷なく
屈曲され得たことにより延性があると判定され
た。リボンの組成と延性を第１表に示した。 実施例 ２ 第１表から選ばれたリボンの液相線Tlおよび
同相線Tsを示差熱分析（DTA）手法によつて測
定した。これらの温度を第２表に示した。

【表】 以上幾分詳細に本発明を述べたが、このような
細部には厳密に固執する必要はなく、いろいろな
変更や修正はすべて付加された特許請求の範囲に
定義されたように本発明の範囲内に入ることが当
業者に示唆されていることは詣諒されるであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は従来鋳造法による銅−錫合金の微小
組織を示す顕微鏡写真である。第１ｂ図は第１ａ
図に示した合金を急速凝固させて製した本発明合
金の均質微結晶組織を示す顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 微結晶質組織を有し、かつ本質的に0.1ない
   し28重量％の錫および残部をなす銅と付随的不純
   物からなる組成を有する均質低融点銅基合金から
   なることを特徴とする均質延性なろう付用箔。 ２ 前記均質低融点銅基合金が本質的に10ないし
   26重量％の錫および残部をなす銅と付随的不純物
   からなる組成を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の均質延性なろう付用箔。 ３ 前記均質低融点銅基合金がCu₈₉Sn₁₁、
   Cu₈₀Sn₂₀、Cu₇₆Sn₂₄およびCu₇₄Sn₂₆からなる群か
   ら選択された１つであることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載の均質延性なろう付用箔。 ４ 前記ろう付け用箔が７ないし90マイクロメー
   トル（0.00027ないし0.0035インチ）の範囲の厚
   さを有することを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載の均質延性なろう付用箔。 ５ 微結晶質組織を有し、かつ本質的に0.1ない
   し28重量％の錫および残部をなす銅と付随的不純
   物からなる組成を有する均質低融点銅基合金から
   なる均質延性なろう付用箔を製造する方法であつ
   て、該方法が該組成の溶湯をつくることおよび移
   動する冷却面上で少なくとも10⁵℃／秒の速さで
   溶湯を急冷することからなることを特徴とする均
   質延性なろう付用箔の製造法。 ６ ２つまたはそれ以上の金属部材を接合する方
   法であつて、 (a) 金属部材間に、部材の何れよりも低い融点を
   有するフイラーメタルを挾んで組立体を形成す
   ること、 (b) 組立体を少なくともフイラーメタルの融点ま
   で加熱すること、および (c) 組立体を冷却すること からなり、改良点としてフイラーメタルとして微
   結晶質組織を有し、かつ本質的に0.1ないし28重
   量％の錫および残部をなす銅と付随的不純物から
   なる組成を有する均質低融点銅基合金からなる均
   質延性なろう付用箔を用いることを特徴とする金
   属部材の接合方法。 ７ 前記フイラーメタルが本質的に10ないし26重
   量％の錫および残部をなす銅と付随的不純物から
   なる組成を有する均質低融銅基合金からなる均質
   延性なろう付用箔であることを特徴とする特許請
   求の範囲第６項に記載の金属部材の接合方法。