ろう付けの核心は、厳選された溶加材にあります。これらの溶加材は、接合する部品よりも低い温度で溶融するように設計されています。最も一般的な合金ファミリーは、アルミニウム-シリコン、銅、銀、ニッケル、そして金やパラジウムなどの貴金属をベースにしており、それぞれ特定の特性と用途のために選ばれます。
ろう付け合金の選択は、単なる材料の選択ではなく、重要な工学的決定です。これは、接合される母材、最終的な接合部に要求される使用温度と強度、および使用される特定のろう付けプロセスによって決定されます。
ろう付け合金の主要なファミリー
ろう付け溶加材は、その主要な元素組成に基づいてファミリーに分類されます。各ファミリーは、融点、強度、および異なる母材との適合性の独自の組み合わせを提供します。
アルミニウム-シリコン合金
これらは、アルミニウム部品のろう付けの標準です。このファミリーのほとんどの合金は、7%から12%のシリコンを含んでおり、これにより融点が大幅に低下します。
11.7%のシリコンを含むAl-Si系は共晶合金であり、577°Cという単一の明確な融点を持っています。これにより、より高い融点を持つ多くのアルミニウム合金のろう付けに理想的です。これらの溶加材は、優れた強度、耐食性、および母材との良好な色合わせを提供します。
銅および銅ベース合金
この幅広いカテゴリーには、純銅、銅-銀、銅-亜鉛（真鍮）、銅-錫（青銅）、および銅-リン合金が含まれます。
その汎用性と費用対効果から、鋼、銅、銅合金の接合に広く使用されています。銅-リン合金は、フラックスを別途使用することなく銅同士を接合するのに特に役立ちます。
銀ベース合金
一般に「銀ろう」として知られるこれらの合金は、幅広い融点と優れた流動特性を提供します。
これらは非常に汎用性が高く、アルミニウムとマグネシウムという顕著な例外を除いて、ほとんどの鉄系および非鉄金属の接合が可能です。その延性により、振動や熱サイクルを受ける接合部に適しています。
ニッケルおよびニッケルベース合金
高い強度と優れた耐熱性および耐食性が要求される場合、ニッケル合金が好ましい選択肢となります。
これらの溶加材は、航空宇宙やエネルギー産業などの要求の厳しい分野で、タービンブレードの組み立てなどの用途に不可欠です。これらは、融点を下げるためにホウ素、シリコン、リンなどの元素を含むアモルファス箔として供給されることが多いです。
貴金属合金（金およびパラジウム）
金およびパラジウムをベースとする合金は、性能と信頼性が最重要視される最も重要な用途のために確保されています。
高価ではありますが、その卓越した強度、延性、および耐酸化性により、高信頼性電子部品、医療インプラント、および航空宇宙システムにとって不可欠です。
合金選択を左右する主要因
適切な溶加材を選択するには、システム全体の慎重な分析が必要です。3つの主要な要因が決定を導きます。
母材との適合性
溶加材は母材と冶金学的に適合している必要があります。母材の表面を濡らし、流れて、母材を侵食したり有害な合金化をすることなく、連続的で強力な結合を形成する必要があります。
融点とろう付け温度
ろう付けの基本的なルールは、溶加材の融点が母材の融点よりも著しく低いことです。ろう付け温度は常に溶加材の融点より高く、しかし母材の融点より低く設定されます。
望ましい接合特性
最終的な用途が、接合部に要求される特性を決定します。これには、機械的強度、延性（破断せずに変形する能力）、耐食性、熱伝導率および電気伝導率、さらには美観が含まれます。
トレードオフの理解
すべての溶加材の選択には、競合する要因のバランスを取ることが伴います。これらの妥協点を理解することが、健全な技術的決定の証です。
コスト対性能
最も重要なトレードオフは、多くの場合、コストと性能の間です。銅ベース合金は多くの汎用用途で経済的ですが、ニッケルおよび貴金属合金は、はるかに高い材料コストで優れた性能を提供します。
プロセス要件
ろう付けプロセス自体が合金の選択を制限することがあります。例えば、真空ろう付けでは、亜鉛やカドミウムなどの揮発性元素を含む合金は、蒸発してプロセスを妨害する可能性があるため、一般的に避けられます。
強度対脆性
合金の融点を下げるために添加される一部の元素（リンやホウ素など）は、最終的な接合部に脆い相を形成する可能性があります。これにより強度は向上しますが、延性が低下し、衝撃や振動に対して接合部が破損しやすくなる可能性があります。
用途に合った適切な選択をする
適切な合金を選択するには、まず主要な目的から始めます。
- 主要な焦点がアルミニウム部品の接合である場合：アルミニウム-シリコン合金は業界標準であり、最も信頼できる選択肢です。
- 主要な焦点が鋼または銅の汎用接合である場合：費用対効果の高い銅ベース合金または汎用性の高い銀ベース合金から評価を開始してください。
- 主要な焦点が高温強度と耐食性である場合：ニッケルベース合金は、これらの要求の厳しい環境のために特別に設計されています。
- 主要な焦点が重要なシステムにおける絶対的な信頼性である場合：金またはパラジウムをベースとする貴金属合金は最高の性能を提供し、そのコストを正当化します。
最終的に、適切なろう付け合金を選択することは、強力で信頼性が高く、耐久性のある接合部を作成するための基礎となるステップです。
要約表：
| 合金ファミリー | 主な用途/母材 | 主な特徴 |
|---|---|---|
| アルミニウム-シリコン | アルミニウム部品 | 優れた強度と耐食性、約577°Cで溶融 |
| 銅ベース | 鋼、銅合金 | 費用対効果が高く、汎用性があり、一部は銅に自己フラックス性あり |
| 銀ベース | ほとんどの鉄系および非鉄金属（Al/Mgを除く） | 優れた流動性、延性、熱サイクルに良好 |
| ニッケルベース | 高温および腐食環境 | 優れた強度、耐熱性、耐食性 |
| 貴金属 | 重要な用途（航空宇宙、医療） | 卓越した信頼性、強度、耐酸化性 |
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