すべての用途で単一の「最も一般的な」フィラーメタルというものはありませんが、銀と銅をベースとした合金が、ろう付けにおいて最も広く使用され、多用途な選択肢です。ただし、特定の合金の選択は人気の問題ではなく、接合される母材、必要な使用温度、最終的な接合部の望ましい強度に基づいた重要なエンジニアリング上の決定です。
ろう付けの中心的な原則は、最も人気のあるフィラーメタルを見つけることではなく、特定の用途に対して強力で信頼性の高い接合部を作成するために必要な正確な化学的および物理的特性を持つものを選ぶことです。この選択は、トレンドではなく、冶金学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
ろう付け用途の大部分は、それぞれ独自の利点と用途を持つ少数の主要なフィラーメタルファミリーによって対応されています。
銀系合金（多用途な主力製品）
銀合金は、銅や亜鉛と組み合わされることが多く、その多用途性から非常に人気があります。これらは強力で延性のある接合部を提供し、比較的低い融点を持つため、母材の熱損傷のリスクを低減します。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系金属の接合に使用できます。
銅系合金（経済的な標準）
このファミリーには、銅・亜鉛（真鍮）、銅・リン、ほぼ純粋な銅のフィラーが含まれます。銅・リン合金は、追加の工程を不要にするセルフフラックス性があるため、銅と銅の接合（配管やHVACなど）の業界標準です。銅および真鍮フィラーは、炉でのろう付けにおける鋼および鋳鉄のろう付けに広く使用されています。
アルミニウム・シリコン合金（軽量金属用）
アルミニウムのろう付けには専門的なアプローチが必要です。アルミニウム・シリコンフィラーメタルは、アルミニウム母材の融点よりわずかに低い融点を持ち、自動車用ラジエーターや空調部品などの用途で強力な接合を可能にします。
ニッケルおよび金合金（過酷な環境用）
高温での優れた強度や優れた耐食性・耐酸化性が要求される用途には、ニッケル、金、パラジウムをベースとした合金が解決策となります。それらの高コストのため、航空宇宙、タービン、医療産業の重要なコンポーネントに限定されます。
フィラーメタルを選択するための重要な基準
専門家によるフィラーメタルの選択は、単なる馴染み深さではなく、明確な技術的要求事項によって導かれます。
融点と温度制御
フィラーメタルは、接合される母材よりも低い温度で溶融する必要があります。これがろう付けの基本ルールです。融点は、最終的な用途で十分な強度を提供できるほど高く、かつ、ろう付けプロセス自体が過度の結晶粒成長によって母材を損傷または弱体化させるほど高すぎないようにする必要があります。
濡れ性と毛細管現象
濡れ性とは、溶融したフィラーが母材の表面を流れ、付着する能力のことです。良好な濡れ性により、フィラーが部品間の狭い隙間に毛細管現象によって引き込まれ、完全で空隙のない接合が保証されます。
母材との適合性
フィラーは母材と冶金学的に適合している必要があります。重要な要素は線膨張係数です。フィラーと母材が加熱および冷却中に著しく異なる速度で膨張・収縮する場合、内部応力が蓄積し、接合部の破損や亀裂につながる可能性があります。
最終接合部の性能
最終的な接合部は、製品の要求を満たす必要があります。これには、引張強度や延性などの機械的特性や、電気伝導性、熱伝導性、耐食性などの機能的要件が含まれます。フィラーメタルは、これらの最終的な特性の主要な決定要因となります。
トレードオフの理解
フィラーメタルを選択する際には、常に相反する要因のバランスを取る必要があります。
コスト対性能
最も重要なトレードオフはコストであることがよくあります。銀、金、ニッケル合金は優れた性能を提供しますが、それなりの費用がかかります。多くの用途では、より経済的な銅系合金で完全に十分な強度と信頼性が得られます。
強度対プロセスの複雑さ
純銅やニッケル合金などの高温フィラーは、より強力な接合部を作ることがよくあります。しかし、より高いプロセス温度が必要となり、エネルギーコストが増加し、母材の歪みや損傷のリスクが高まります。低温の銀合金の方が、取り扱いが容易で安全な場合が多いです。
フラックスの役割
ほとんどのろう付け作業では、フラックス（母材を洗浄し、加熱中の酸化から保護する化学化合物）の使用が必要です。これは適切な濡れに不可欠です。フラックスの選択は、フィラーメタル、母材、ろう付け温度に直接関係しています。銅部品に対する銅・リン合金のようなセルフフラックス合金はその例外です。
目標に合わせた適切な選択を行う
プロジェクトの特定の要求に基づいてフィラーメタルを選択してください。
- 鋼、銅、または真鍮の汎用接合が主な焦点である場合： 銀系合金は、強度、低いプロセス温度、多用途性の最良の組み合わせを提供します。
- 銅管の費用対効果の高いろう付けが主な焦点である場合： 銅・リン合金は業界標準であり、別途フラックスを必要とせずに強力な接合部を提供します。
- 高温強度と耐食性が主な焦点である場合： これらの過酷な使用環境の要求を満たすには、ニッケルまたは貴金属合金が必要です。
- アルミニウム部品の接合が主な焦点である場合： アルミニウム専用に設計された特殊なアルミニウム・シリコンフィラーメタルと適合するフラックスを使用する必要があります。
最終的に、適切なフィラーメタルとは、アプリケーションの正確な使用要件を満たす健全な冶金結合を形成するものです。
要約表：
| フィラーメタルファミリー | 主な特性 | 一般的な用途 |
|---|---|---|
| 銀系合金 | 多用途、強力、延性、低い融点 | 鋼、銅、真鍮の接合。汎用ろう付け |
| 銅系合金 | 費用対効果が高い、セルフフラックス性（Cu-P）、高強度 | 銅同士の接合（HVAC、配管）、鋼の炉ろう付け |
| アルミニウム・シリコン合金 | 低融点（アルミニウム用）、特殊なフラックスが必要 | 自動車用ラジエーター、空調部品、アルミニウム構造物 |
| ニッケル/金合金 | 高温強度、耐食性・耐酸化性 | 航空宇宙、タービン、医療機器、過酷な環境 |
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