JP2001026855A - 自己ろう付け性に優れたニッケルろう被覆ステンレス鋼板の製造方法 - Google Patents

自己ろう付け性に優れたニッケルろう被覆ステンレス鋼板の製造方法

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JP2001026855A
JP2001026855A JP20003499A JP20003499A JP2001026855A JP 2001026855 A JP2001026855 A JP 2001026855A JP 20003499 A JP20003499 A JP 20003499A JP 20003499 A JP20003499 A JP 20003499A JP 2001026855 A JP2001026855 A JP 2001026855A
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stainless steel
steel sheet
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nickel
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Tatsuhiro Den
達博 傳
Akihiro Nakamura
明博 中村
Kenji Hara
健治 原
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合強度に優れた自己ろう付け性ニッケルろ
う被覆ステンレス鋼板を得る。 【解決手段】 ステンレス鋼板表面をワイヤーブラッシ
ング等により鋼板の表面粗さを最大粗さ2μm以上かつ
平均粗さ0.2μm以上に調整した後、不活性ガスを供
給しながらニッケルろう粉末をプラズマ溶射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Ni−Cr−Si系,Ni−B
−Si系などのニッケルろう被覆層を有するステンレス鋼
板の製造法に関し、特にプラズマ溶射にて鋼板との密着
性の良好な被覆層を形成するステンレス鋼板の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的なろう付け方法として、接合材同
士の界面に粉体化したろう材を付着させて加熱する方法
や、粉体ろう材をバインダーにより固化板状にした薄板
ろう材や急冷凝固法で作成したリボン状ろう材を接合界
面にインサートした後に真空炉で所定のろう付け温度に
加熱して接合する方法が行われている。例えば、高温で
耐食性が要求される熱交換器にはステンレス鋼板が用い
られているが、この熱交換器のステンレス鋼板同士の接
合には、銅ろう、銀ロウ及びニッケルろうなどによるろ
う付けによる接合方法が用いられている。また、ステン
レス鋼板の素材を用いた熱交換器では、600℃以上の
使用環境になると銅ロウ及び銀ロウでは耐熱性が保証で
きないため、一般的にはニッケルろうを用いた接合が行
われている。
【0003】ステンレス鋼板自体に自己ろう付け性の機
能を付与させる方法として、ステンレス鋼板表面に有機
バインダーとともに溶剤を懸濁させたニッケルろう材を
塗布し、予備加熱により該溶剤を除去して前記ろう材の
被覆層を形成させたプレコートろう材被覆金属板材が特
開平1−249294に開示されている。
【0004】また、特開平7−108372号には、ス
テンレス鋼製熱交換器をろう付け法で製造するに際し
て、大気中でガス溶射してろう付け部に30〜300μ
mのNiを主成分とする合金粉末の皮膜を形成した部材
と該皮膜を形成していない他の接合部材とを、真空中で
加熱して両者を接合一体化するろう付け方法が開示され
ており、ろう箔の使用が困難な大型あるいは複雑な形状
をした用途であっても、接合強度のばらつきが少なく、
且つ熱変形を生じないろう付け方法とろう付け用クラッ
ド材が示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】特開平1−24929
4号に開示されているように、ニッケルろう粉末を有機
性バインダーで固めてステンレス鋼板表面に塗布する
と、真空炉にてろう付けする際の熱処理過程で、有機性
バインダーの蒸発により発生するガスが、溶融ろうの中
に入り込んで接合部をポーラスにしたり、炉の排気系に
悪影響を及ぼす。接合部に多量のニッケルろうを使用す
る場合には、この問題が顕著となり、引いては炉内の真
空度を悪化させることにより、ステンレス表面が不活性
状態となり、ろう付け不良が発生する問題があった。ま
た、ろう付け前にステンレス鋼板表面にニッケル粉体ろ
う材懸濁溶液を塗布するために、懸濁溶液の乾燥時間や
ハンドリング工数に多くの時間を要するだけでなく、ニ
ッケルろう材の均一な塗布が難しいために均一な強度を
有する接合が困難であった。
【0006】特開平7−108372号に開示されてい
るガス溶射法によりろう付け用クラッド材を製造する際
には、ろう材が酸化することが懸念され、ろう付け後の
接合部において剥離が発生する可能性がある。
【0007】本発明は、以上のような問題を解決するた
めになされたもので、有機性バインダー等を用いること
なくニッケルろう被覆層を形成して、ろう付け後の接合
部強度に優れた自己ろう付け性に優れたニッケルろう被
覆ステンレス鋼板の製造方法を提供する。また、本発明
のニッケルろう被覆ステンレス鋼板は、接合部へのニッ
ケルろう材を適宜付与する必要がなく、複雑形状の接合
部あるいは広い面積においてもニッケルろう付けを可能
にするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、種々のニ
ッケルろう付け方法について検討した結果、ステンレス
鋼板の形状変化及び残留応力の発生を抑制しながら当該
ステンレス鋼板の表面粗さを最大粗さ(Ry)で2μm以
上かつ平均粗さ(Ra)で0.2μm以上に調整した
後、ニッケルろう粉末の酸化を抑制しながらプラズマ溶
射にてニッケルろう被覆層を形成すると、ニッケルろう
と前記ステンレス鋼板との密着性が良好な自己ろう付け
性に優れたニッケルろう被覆ステンレス鋼板が得られる
ことを見出した。なお、ニッケルろう粉末の酸化を抑制
する方法としては、不活性ガスを供給してニッケルろう
粉末をプラズマ流中に供給する溶融噴射が好適である。
また、ステンレス鋼板の形状変化及び残留応力の発生を
抑制してステンレス鋼板の表面粗さを最大粗さ(Ry)
で2μm以上かつ平均粗さ(Ra)で0.2μm以上に
調整する方法としては、ワイヤーブラシを用いてブラッ
シングすることが好適である。本発明で対象とするニッ
ケルろう材とはJIS Z3265に規定されている8
種類のニッケルろうである。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明では、プラズマ溶射を行う
前にステンレス鋼板表面を最大粗さ(Ry)2μm以上
かつ平均粗さ(Ra)で0.2μm以上に調整してニッ
ケルろう被覆層とステンレス鋼との密着性を高めてい
る。表1は、ステンレス鋼表面をワイヤーブラシで表面
粗さを変化させ後、ニッケルろうを同一のプラズマ溶射
条件で行った結果であり、表面粗さとニッケルろう皮膜
の密着性およびろう付け処理後の接合性との関係を示し
ている。最大粗さが2μm未満または平均粗さ(Ra)
で0.2μm未満では、ニッケルろう被覆層とステンレ
ス鋼との密着性が悪く、ニッケルろう被覆層が剥離する
等のろう付け不良が発生しやすくなる。
【0010】
【表1】
【0011】本発明における最大粗さの調整手段として
は、ステンレス鋼板の形状を崩さずに、かつ残留応力を
極力抑えながら均一な粗さに調整できるワイヤーブラシ
を使用するのが好適である。ステンレス鋼板は、通常、
ショットブラスト等の衝突エネルギーを利用した粗面化
方法にて表面粗さ大きくして、形成される溶射皮膜のア
ンカー効果を高めていたが、ショットブラストを行うと
板形状が変化したり、残留応力が潜在化するために、プ
ラズマ溶射後に均一な皮膜厚みを得ることが困難とな
り、熱交換器等の複雑な形状に加工を施す際に成形性が
劣化する。この問題を回避するために、ステンレス鋼板
が変形しないように軽くショットブラストを施すことも
できるが、目標とする表面粗さが得られないので、ニッ
ケルろう被覆層とステンレス鋼板との密着性が劣化する
ことになる。
【0012】さらに本発明では、発生したアーク中に不
活性ガスを導入してプラズマ流を作り出し、このプラズ
マ流にニッケルろう粉末を供給し溶射するので、ニッケ
ルろうの酸化が抑制されて接着強度に優れた被覆層を形
成することができる。通常のガスフレーム溶射では、酸
素−アセチレン混合ガスを燃焼炎として溶射するので、
ニッケルろう粉末が酸化しやすく、被覆の接合強度が劣
化する。
【0013】本発明のニッケルろう被覆ステンレス鋼板
を製造する設備としては、図1に示すように、コイル状
のステンレス鋼板を連続してワイヤーブラッシング装置
とプラズマ溶射装置に通板できるような構成にするとよ
い。また、切板の場合には、各々、ワイヤーブラッシン
グ装置とプラズマ溶射装置に供給できるようにするとよ
い。
【0014】
【実施例】板厚0.5mm、幅300mm、長さ300mmのオーステ
ナイト系ステンレス鋼板(SUS304)の表面をワイヤーブ
ラッシングにより最大粗さ(Ry)5μm,平均粗さ
(Ra)で0.5μmに研磨した後、脱脂洗浄処理を行
った。プラズマ溶射は、不活性ガスを導入して発生させ
たプラズマ流に粒径20μmのニッケルろう粉末(JISBNi
3:Ni−B−Si系)を供給して行い、ニッケルろう被覆厚
さが50μmになるように仕上げた。また、比較例として
同条件にてワイヤーブラッシング,脱脂処理を施した
後、ニッケルろう粉末(JIS BNi3:Ni−B−Si系)をガ
スフレーム溶射して被覆層を形成した。別の比較例とし
て、同条件にてワイヤーブラッシング,脱脂処理を施し
た後、ニッケルろうを有機性バインダーで固めて塗布し
てニッケルろう被覆層を形成した。
【0015】ニッケルろうを被覆した各々のステンレス
鋼板から幅20mm、長さ100mmに切り出し、被接合材とし
て同寸法のオーステナイト系ステンレス鋼板(SUS304)
を図2に示すような幅20mmで長さ20mm部分を重ねて真空
炉に挿入し、真空度3×10 -4torrに調整した後、1050
℃まで加熱してステンレス鋼板のろう付けを行った。
【0016】接合性の評価は、図2に示す引張せん断試
験を行い、図3に示すような母材(接合部以外)での破
断を良とし、図4に示すような接合部での剥離を不可と
した。接合性の評価結果を表2に示しているが、有機性
バインダーで固めたニッケルろう被覆ステンレス鋼板の
場合は、ろう付け接合部で剥離が発生しており、この剥
離部断面を観察すると、被覆層にポーラスな空孔が観察
された。これはろう付けの際、接合部に有機性バインダ
ーのガスが発生したことに依り、このガスの発生が接合
強度を劣化させたと推察される。
【0017】
【表2】
【0018】また、ガスフレーム溶射によりニッケルろ
うを被覆したステンレス鋼板の場合もろう付け接合部で
剥離が発生しており、接合強度に劣っていることが分か
る。これは、ガスフレーム溶射の際にニッケルろうが酸
化してしまったことが原因と推察される。これに対し
て、本発明のプラズマ溶射によりニッケルろうを被覆し
たステンレス鋼板では、ろう付け接合部以外の母材部分
で破断が生じており、ニッケルろうが酸化されることな
く被覆層が形成されたため、良好な接合強度が得られた
ことが分かる。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明では、ステンレス
鋼板表面をワイヤーブラシ等で適正な表面粗さに調整
し、ニッケルろう粉末の酸化を防止しながらプラズマ溶
射してニッケルろう被覆層を形成しているので、従来の
ようにニッケルろうを予め広範囲の接合部に敷く作業を
することなく、加工・組み立て後に加工品全体を熱処理
することで自己ろう付けが可能で、接合強度の優れた製
品が得られる。また、本発明のニッケルろう被覆ステン
レス鋼板を、高温環境使用される複雑な形状を有する熱
交換器等に適用して工業的規模の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のニッケルろう被覆ステンレス鋼板の
製造装置の概略図である。
【図2】 引張せん断試験の概略図である。
【図3】 ろう付け接合強度が強い場合の引張せん断試
験後の破断状況を示す図である。
【図4】 ろう付け接合強度が弱い場合の引張せん断試
験後に皮膜が剥離した状況を示す図である。
【符号の説明】
1:ワイヤーブラシ 2:脱脂洗浄漕 3:プラズマ溶射ガン 4:ステンレス鋼板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ステンレス鋼板の形状変化及び残留応力の
    発生を抑制しながら当該ステンレス鋼板の表面粗さを最
    大粗さ(Ry)で2μm以上かつ平均粗さ(Ra)で0.
    2μm以上に調整した後、ニッケルろう粉末の酸化を抑
    制しながらプラズマ溶射にてニッケルろう被覆層を形成
    することを特徴とする自己ろう付け性に優れたニッケル
    ろう被覆ステンレス鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 ワイヤーブラシを用いてステンレス鋼板
    の表面粗さを最大粗さ(Ry)で2μm以上かつ平均粗さ
    (Ra)で0.2μm以上に調整することを特徴とする
    請求項1に記載の自己ろう付け性に優れたニッケルろう
    被覆ステンレス鋼板の製造方法。
JP20003499A 1999-07-14 1999-07-14 自己ろう付け性に優れたニッケルろう被覆ステンレス鋼板の製造方法 Withdrawn JP2001026855A (ja)

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