ろう付け用ろう材は、高温で部品を接合するために特別に設計された合金です。最も一般的な種類は、主元素に基づいて分類され、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、金に基づく合金が含まれます。これらの材料は、接合される母材よりも低い温度で溶融し、毛細管現象によって接合部に流れ込み、冷却時に強力で耐久性のある接合を形成する能力に基づいて選択されます。
ろう付け用ろう材の選択は、その化学組成を超えた重要なエンジニアリング上の決定です。理想的な選択は、ろう材の融点、母材との物理的適合性、および接合部が意図されたサービス条件に耐える能力のバランスをとる必要があります。
ろう材選択の基本原則
さまざまな種類のろう材を理解するためには、まずその使用を支配する原則を把握する必要があります。ろう付け操作の成功は、ろう材、母材、および加えられる熱の相互作用にかかっています。
融点の差
ろう付けの基本ルールは、ろう材が接合される母材よりも低い融点を持つ必要があるということです。母材はこのプロセス全体を通して固体にとどまります。ろう材の融点は、ろう付け操作に必要な最低温度を決定します。
ぬれ性と毛細管現象
適切なろう材は、母材の表面を「ぬらす」ことができなければなりません。これは、ろう材が玉になるのではなく、きれいに流れ、表面に付着できることを意味します。良好なぬれ性は、毛細管現象によって、部品間のきつい隙間に溶融したろう材を引き込み、完全で均一な接合を保証します。
母材との適合性
ろう材は母材と冶金学的に適合している必要があります。これにより、強力な接合が形成され、接合部の完全性を損なう可能性のある脆い金属間化合物の形成などの望ましくない反応を防ぎます。
一般的なろう付け用ろう材のカテゴリー
ろう材は通常、その主要な合金元素によって分類されます。各カテゴリーは、異なる用途、母材、およびサービス環境に適した独自の特性セットを提供します。
銀系合金
しばしば「銀ろう」と呼ばれるこれらは、最も用途の広いろう材のいくつかです。優れた流れ特性、高い強度、延性を持ち、アルミニウムとマグネシウムを除くほとんどの鉄系および非鉄金属の接合に使用できます。
銅系合金
このカテゴリーには、純銅、銅-亜鉛（真鍮）、銅-リン合金が含まれます。純銅は、制御雰囲気炉内での鋼およびニッケル部品のろう付けに広く使用されています。銅-リン合金は銅に対して自溶剤性がありますが、真鍮や青銅などの銅合金には別途フラックスが必要です。
アルミニウム-シリコン合金
これらのろう材は、アルミニウム母材のろう付けに排他的に使用されます。それらの融点はアルミニウム部品の融点に非常に近いため、ろう付けプロセス中に正確な温度制御が必要です。
ニッケルおよびコバルト合金
高温強度と優れた耐食性および耐酸化性で評価されているニッケルおよびコバルト合金は、要求の厳しい用途の標準的な選択肢です。これらは、ステンレス鋼やその他の高性能合金の接合のために、航空宇宙、ガスタービン、医療機器で一般的に使用されています。
金およびパラジウム合金
これらの貴金属合金は、優れた耐食性、延性、信頼性を提供します。高価であるため、高度な電子機器、航空宇宙、医療用インプラントなど、接合部の故障が許されない重要な用途のために予約されています。
トレードオフと選択基準の理解
適切なろう材を選択するには、いくつかの競合する要因を評価する必要があります。ある用途に理想的な選択が、別の用途には全く不適切である可能性があります。
融点のバランス
ろう材の融点は重要なトレードオフを示します。低すぎると、結果として得られる接合部は、意図されたサービス温度で機能するのに十分な強度を欠く可能性があります。高すぎると、母材の熱処理、変形、さらには溶解のリスクがあります。
機械的および物理的特性
ろう材の熱膨張係数は、母材のものと近いはずです。大きな不一致があると、接合部が冷却される際に内部応力が発生し、亀裂につながる可能性があります。最終的な接合部は、強度、延性、導電性の要件も満たす必要があります。
サービス環境
ろう材は、サービス中に直面する条件に耐えることができなければなりません。これには、腐食、酸化、化学的攻撃に対する耐性が含まれます。一般的な用途に適した銀系合金は、ニッケル系合金が優れている高温で腐食性の環境ではすぐに劣化します。
コストと製造性
コストは常に要因です。金やパラジウムなどの貴金属ろう材は、その独自の特性が不可欠な場合にのみ使用されます。また、ろう材は、製造プロセスに合わせてワイヤー、ストリップ、箔、またはペーストなどの使用可能な形態で入手可能でなければなりません。
用途に合わせた適切な選択
最終的な選択は、プロジェクトの特定の目標に完全に依存します。
- 鋼および銅の汎用接合が主な焦点の場合：銀系合金は、強度、流れ、汎用性の優れた組み合わせを提供します。
- 高温強度と耐食性が主な焦点の場合：ニッケル系合金は、航空宇宙や産業製造における要求の厳しい用途の決定的な選択肢です。
- アルミニウム部品の接合が主な焦点の場合：適合性と狭い融点範囲のために設計された特殊なアルミニウム-シリコンろう材を使用する必要があります。
- 炉ろう付け鋼の最高のコスト効率が主な焦点の場合：純銅は、多くの場合、最も経済的で効果的な解決策です。
結局のところ、正しいろう材を選択することは、ろう付けを単なる接合方法から、正確で信頼性の高いエンジニアリングソリューションへと変えます。
要約表：
| ろう材の種類 | 主要な合金元素 | 主な特性 | 一般的な用途 |
|---|---|---|---|
| 銀系 | 銀、銅、亜鉛 | 優れた流れ、高強度、多用途 | 鋼、銅、真鍮の接合。汎用用途 |
| 銅系 | 銅、亜鉛、リン | 費用対効果が高い、良好な強度 | 鋼の炉ろう付け、銅合金の接合 |
| アルミニウム-シリコン | アルミニウム、シリコン | アルミニウム向けに設計、狭い融点範囲 | 熱交換器、アルミニウム構造物 |
| ニッケル系 | ニッケル、クロム、ホウ素 | 高温強度、優れた耐食性 | 航空宇宙、タービン、医療機器 |
| 金/パラジウム | 金、パラジウム | 卓越した耐食性、高い信頼性 | 重要電子機器、医療用インプラント、航空宇宙 |
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- 最適な強度と耐久性：お客様の母材とサービス条件に適合するろう材。
- 優れた耐食性と耐熱性：要求の厳しい環境に対応する適切な合金。
- 製造効率：ワイヤー、ペースト、箔など、お客様が必要とする形態で入手可能なろう材。
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