ろう付けに最適なアルミニウム合金は、一般的にAl-Si系をベースとする合金であり、シリコン含有量は約11.7%で、共晶温度577℃の共晶系を形成する。この組成は、ろう付け性、強度、色の均一性、耐食性に優れているため、広く使用されている。3A21のような比較的高融点の各種アルミニウム合金のろう付けに適している。
詳細説明
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Al-Si系ろう材の組成と特性：
- シリコン含有量11.7%のAl-Si系は共晶系であり、同じ系内の他の組成よりも融点が低い。この共晶温度577℃は、加熱プロセス中に母材を損傷するリスクを低減するため、ろう付けに有利である。
- これらの合金は優れたろう付け性で知られており、これはろう材が母材と流動・接合する能力を指す。共晶組成により、母材の良好な流動性と濡れ性が確保され、強靭で耐久性のある接合につながります。
- ろう付け接合部の強度と耐食性も、これらの合金に適用できる緻密化プロセスによって強化され、靭性と曲げ強度が向上する。
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マグネシウムと他の元素の添加：
- Al-Si系ろう付け合金にマグネシウムやその他の元素を添加することで、その特性をさらに向上させることができる。例えば、マグネシウム含有量の高い4004や4104のような合金は、表面の濡れ性を若干低下させるものの、「ゲッター」効果による酸化皮膜の減少を促進する。これらの鋼種は、フラックスなしの真空ろう付けによく使用される。
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ろう付けプロセスと技術
- 真空ろう付けおよび不活性雰囲気中での非腐食性フラックスによるろう付けは、アルミニウム合金に好ましい方法である。これらの方法は、腐食性フラックスに伴う欠点を回避し、ろう付け温度と環境を正確に制御することができる。
- 6xxxシリーズ(Al-Si-Mg)のような析出硬化合金は、ろう付け後に熱処理を施すことで、機械的特性を回復または向上させることができる。これは、ろう付けプロセス中に熱変化を受ける合金に特に有効である。
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アルミニウム合金のろう付けにおける課題
- アルミニウムは非常に酸化しやすく、安定した酸化アルミニウム層を形成し、ろう材による濡れを妨げる。この酸化層を抑制するために、化学的作用（腐食性フラックス、塩基性または酸による攻撃、マグネシウムの使用など）や機械的作用（サンディングなど）を用いる技術が採用されている。
- アルミニウムろう付けでは、母材とろう材の溶融範囲が近いため、ろう付けを成功させるためには、正確な温度制御と均一な熱分布が必要となる。
結論として、ケイ素含有量11.7%のAl-Si共晶合金は、最適な融点、優れたろう付け性、強靭で耐食性の高い接合部を形成できることから、アルミニウム合金のろう付けに最適である。マグネシウムのような元素を添加することで、特定の特性をさらに高めることができ、これらの合金は様々なろう付け用途に汎用性があります。
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