JP4675821B2 - ろう付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、異種あるいは同種の部材をろう付けするろう付け方法に関するものであり、ろう付け時に酸化物が形成されて濡れ性が低下する金属部材へのろう付け方法に関する。

一般的に、異種あるいは同種の部材をろう付けする場合には、接合する部材の間にろう材を付着させ、その後、部材全体あるいは接合部位をろう付け温度に加熱してろう材を融着させることで、接合一体化（ろう付け）する。ろう材を付着する方法としては、溶射によりろう付け面にろう材被膜を形成する方法（特許文献１および特許文献２）、ろう付け面にろう箔をスポット溶接で固定する方法（特許文献３）、あるいは、粉末ろう材をろう付け面に塗布する方法、などが採用されている。

上記の方法により付着させたろう材を溶融させる温度は非常に高い（一般的なニッケル系ろう材のろう付け温度は１０００℃程度）。そのため、ろう付けされる部材の材質によっては、ろう付け時に高温に曝されて、部材に酸化物が形成されることがある。たとえば、アルミニウムを多く含む高アルミニウム部材では、ろう付け時に高温に曝されると部材の表面にアルミナ層が形成される。アルミナは、安定性が高く、厳しい条件の酸化雰囲気に曝されても、優れた耐食性が確保される。その反面、アルミナとろう材との濡れ性は低いため、ろう材が部材の表面に形成されたアルミナ層上で溶融するとろう材は弾かれ、凝固後の接合部位にすができたり接合されずに欠損ができたりして、部分的に接合不良を生じる場合がある。

ろう付けして得られる接合体の用途によっては、ろう付けにより構造さえ維持されればよいものもあるため、上記の接合不良があっても大きな問題は生じにくい。しかし、たとえば、水素生成を目的とした燃料改質器においては、ろう付けされた数百層におよぶ接合部位において水素のリークを防止することが必要であるため、ろう材の濡れ不足によって生じる接合不良を低減することが重要となる。
特開平０７−１０８３７２号公報 特開昭６２−２１４８６５号公報 特開平０４−１４３０６６号公報

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、異種あるいは同種の金属製の部材をろう付けするに際し、ろう付け時に酸化物が形成されてろう材との濡れ性が低下する部材であっても、接合不良を低減することができるろう付け方法を提供することを目的とする。

本発明のろう付け方法は、鉄（Ｆｅ）を主成分とし、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）および珪素（Ｓｉ）のうちの少なくとも１種を含む鉄系金属からなりろう付け時に酸化物が形成される第一金属部材と金属製の第二金属部材とをろう付けするろう付け方法であって、
前記第一金属部材の少なくともろう付け面に、前記酸化物よりもニッケル（Ｎｉ）を含むＮｉ系ろう材との濡れ性が高い高濡れ性金属を付着させる金属付着工程と、
加熱により前記Ｎｉ系ろう材を溶融させるとともに前記第一金属部材、前記第二金属部材、前記高濡れ性金属および該Ｎｉ系ろう材をそれらの界面において相互に拡散させて、該高濡れ性金属を介して該第一金属部材と該第二金属部材とを接合し一体化する接合工程と、
を有し、前記高濡れ性金属はニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）であり、前記金属付着工程は純Ｎｉ被膜または純Ｆｅ被膜をエアロゾルガスデポジション法により形成する金属被膜形成工程であることを特徴とする。

なお、「ろう付け時に酸化物が形成される」とは、接合工程において、ろう材を溶融する際の加熱により第一金属部材が高温になることで酸化が促され、第一金属部材に酸化物が形成されることを指す。この酸化物は、通常、第一金属部材の表面部に形成され、第一金属部材を構成する金属の種類によっては酸化被膜となって第一金属部材の表面を覆う。

さらに、前記接合工程は、前記接合工程での加熱により前記高濡れ性金属が付着されなかった少なくとも前記第一金属部材の表面に前記酸化物からなる酸化被膜が形成される工程であるのが望ましい。

前述のように、ろう付け時に酸化物が形成される第一金属部材の表面でろう材が溶融すると、溶融したろう材は加熱により形成されて第一金属部材に表出した酸化物に弾かれるため、部分的に接合不良を生じる場合がある。

そこで、本発明のろう付け方法では、加熱を伴うろう付け（接合工程）に先立って、第一金属部材の少なくともろう付け面に高濡れ性金属を付着させる（金属付着工程）。そして、接合工程では、第一金属部材と第二金属部材とがあらかじめ付着させた高濡れ性金属を介してろう材により接合される。すなわち、ろう付け面におけるろう材の濡れ性が向上し、接合不良が低減される。

そして、第一金属部材の表面に高濡れ性金属が付着されない表面を残すことで、その表面にろう付け時（接合工程）に酸化物、さらには酸化物からなる被膜が形成されるため、第一金属部材に優れた耐食性が付与される。

なお、第一金属部材と第二金属部材とは、同種の金属からなっても異種の金属からなってもよいが、ろう付け時に第二金属部材にも酸化物が形成されるならば、双方のろう付け面に高濡れ性金属を付着させれば、同様の効果が得られる。

接合不良を低減できる本発明のろう付け方法は、接合部位でのリークの抑制が必要とされる構造体の製造に好適である。また、本発明のろう付け方法によれば、高温条件下で表面に酸化被膜が形成されるような高い耐食性を有する部材であっても良好にろう付けできるため、耐食性が必要とされる構造体に適用可能である。そのため、本発明のろう付け方法は、たとえば、積層型燃料改質器の製造に好適である。

本発明のろう付け方法をより詳細に説述するために、以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明のろう付け方法では、ろう付け時に酸化物が形成される第一金属部材と金属製の第二金属部材とをろう付けする。第一金属部材を構成する金属に特に限定はなく、ろう付け時に酸化物が新たに形成されたり、ろう付け前から少量存在する酸化物が成長したりするのであれば、酸化物が形成される程度に関わらず、本発明のろう付け方法が有効である。たとえば、第一金属部材は、鉄（Ｆｅ）を主成分とする鉄系金属からなる鉄系部材であるのが好ましい。鉄系部材は、耐熱性に優れるため被ろう付け部材として好適であり、添加元素によってはろう付け時に酸化物が形成される。鉄系金属としては、鉄（Ｆｅ）を主成分とし、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）および珪素（Ｓｉ）のうちの少なくとも１種を含むとよい。このとき、鉄系部材に形成される酸化物は、Ａｌ、ＣｒおよびＳｉのうちの少なくとも１種を含む。

また、鉄系部材は、鉄系金属が含むＡｌ、ＣｒおよびＳｉの量によっては、ろう付け時の加熱により、その表面がＡｌ、ＣｒおよびＳｉのうちの少なくとも１種を含む酸化被膜に覆われる。Ａｌ、ＣｒおよびＳｉのうちの少なくとも１種を含む酸化被膜に覆われた鉄系部材は、高温高湿の厳しい酸化雰囲気においても高い耐食性が確保されるため、ろう付けにより得られる構造体の使用条件によっては好適である。鉄系金属のＡｌ、ＣｒおよびＳｉの含有量は、構造体の使用条件に応じて適宜選択すればよい。鉄系金属は、これらの添加元素の組み合わせや量により耐熱性や耐食性が異なるため、好ましい含有量は一概には規定できないが、鉄を主成分としＡｌを３ｗｔ％以上さらには３〜７ｗｔ％、４〜７ｗｔ％含む鉄系金属、鉄を主成分としＣｒを２０ｗｔ％以上さらには２０〜３５ｗｔ％、２５〜３５ｗｔ％含む鉄系金属、または、鉄を主成分としＳｉを５ｗｔ％以上さらには５〜９ｗｔ％、７〜９ｗｔ％含む鉄系金属、が挙げられる。ただし、Ａｌなどの含有量が多すぎると加工性や強度が低下するため、鉄系金属は、Ｆｅを５０ｗｔ％以上含むと好ましい。Ａｌ含有量が３ｗｔ％未満の鉄系金属は、酸化物が島状に形成されたり酸化被膜が不均一で欠損があったりするため、耐食性、特に高温水蒸気雰囲気に対する耐食性が十分でない。また、Ｃｒ含有量が２０ｗｔ％未満の鉄系金属やＳｉ含有量が５ｗｔ％未満の鉄系金属では、使用条件によっては酸化クロム膜やシリカ膜が消滅する。たとえば、鉄を主成分としＡｌを３ｗｔ％以上含む鉄系金属からなる鉄系部材は、９００〜１０００℃の高温、３０〜５０％の水蒸気雰囲気であっても、形成された酸化被膜は消滅することなく優れた耐食性を示す。その他にも優れた耐食性を示す鉄系金属として、Ｆｅ−１４Ｃｒ−１Ａｌ、Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ（数値はｗｔ％）等が挙げられる。

また、既に述べたが、第一金属部材と第二金属部材とは、両部材を構成する金属が異種であっても同種であってもよい。たとえば、ろう付け時に酸化物が形成される第一金属部材と形成されない第二金属部材との組み合わせ、ろう付け時に酸化物が形成される第一金属部材とそれとは種類は異なるが酸化物が形成される第二金属部材との組み合わせ、等いずれの組み合わせも可能である。

なお、本発明のろう付け方法に供される第一金属部材は、酸化物を形成する特別な処理（熱処理など）をされていない限り、そのままの表面状態での使用が可能である。特別な処理により表面に酸化物が形成されている場合には、後述の金属付着工程の前に、少なくとも前記ろう付け面を含む前記第一部材の最表面を除去するのが望ましい。たとえば、少なくともろう付け面に対して、研磨、エッチングまたはショットピーニング等を行うことで、表面に形成された酸化物が除去されればよい。

そして、本発明のろう付け方法は、金属付着工程と、接合工程と、を有する。以下に、それぞれの工程について詳説する。

金属付着工程は、第一金属部材の少なくともろう付け面に、ろう付け時に第一金属部材に形成される酸化物よりもろう材との濡れ性が高い高濡れ性金属を付着させる工程である。ここで、「第一金属部材のろう付け面」とは、ろう付け後にろう材を介して第二部材と対峙する第一部材の表面である。高濡れ性金属は、少なくともろう付け面に付着されればよい。

高濡れ性金属は、ろう付け時に第一金属部材に形成される酸化物よりもろう材との濡れ性が高い金属である。高濡れ性金属としては、ろう付け時にろう材が溶融した状態において比較したときに、酸化物よりも濡れ性が高く保たれる金属であれば特に限定はない。ただし、後に詳説するが、付着した高濡れ性金属は、ろう付け時に溶融する際に第一金属部材および／またはろう材へと拡散する。そのため、高濡れ性金属は、第一金属部材を構成する金属やろう材に拡散しても、それらに悪影響を及ぼさない金属であるのが望ましい。たとえば、第一金属部材が鉄系金属からなる場合、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）などの元素が第一金属部材に拡散すると、第一金属部材の機械的特性が劣化するため、高濡れ性金属はこれらの元素を実質的に含まないのが好ましい。

具体的には、第一金属部材が鉄系金属からなる場合には、高濡れ性金属として、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）または鉄（Ｆｅ）を主成分とする鉄系金属、などを用いるとよい。鉄系金属からなる第一金属部材をニッケル（Ｎｉ）を含むＮｉ系ろう材によりろう付けする場合には、高濡れ性金属としてＮｉを用いれば、Ｎｉ系ろう材はもちろん第一金属部材に拡散しても大きな影響はない。また、高濡れ性金属としてＦｅまたはＦｅを主成分とする鉄系金属を用いれば、鉄系金属からなる第一金属部材はもちろんＮｉ系ろう材への影響もない。Ｎｉ、Ｆｅとしては、活性が高い純Ｎｉまたは純Ｆｅを用いるのが望ましいが、特性を阻害しない程度に他の元素や不純物を含んでもよい。なお、Ｆｅを主成分とする高濡れ性金属は、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金などが望ましく、他の合金を含み得る。ただし、Ｆｅを主成分とする高濡れ性金属がＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉのうちの少なくとも一種を含有する場合には、ろう付け時に高濡れ性金属自体に酸化物が形成されるのを防止するために、これらの含有量を抑えるのが好ましい。すなわち、高濡れ性金属として使用可能な鉄系金属は、第一金属部材とは異なる組成の鉄系金属である。高濡れ性金属が鉄系金属のとき、各元素の含有量は、Ａｌであれば０〜０．１ｗｔ％、Ｃｒであれば０〜１４ｗｔ％、Ｓｉであれば０〜１ｗｔ％が好ましく、これらの元素を実質的に含まないのがさらに好ましい。

金属付着工程は、第一金属部材に酸化物が形成される温度よりも低い温度で高濡れ性金属を付着させる工程であるのが望ましい。金属付着工程において第一金属部材の温度を低く保つことで、第一金属部材に酸化物が形成されるのを抑制でき、高濡れ性金属を第一金属部材に良好に付着させることができるからである。高濡れ性金属の付着は、第一金属部材の材質にもよるが、少なくとも第一金属部材の表面の温度を５００℃以下に保って行われるのが望ましく、常温であればさらに望ましい。

金属付着工程は、高濡れ性金属からなる被膜を形成する金属被膜形成工程であってもよい。被膜を形成する成膜方法に特に限定はないが、第一金属部材に酸化物が形成される温度よりも低い温度で高濡れ性金属を付着させるためには、成膜中に少なくとも第一金属部材の表面の温度が上昇しない成膜方法を用いるのが望ましい。具体的には、コールドスプレー法、ＷＰＣ(Wide Peening Cleaning）処理、エアロゾルガスデポジション法などが挙げられる。これらの方法によれば、成膜中の第一金属部材の表面温度を５００℃以下に抑えることができる。なかでも、常温衝撃固化現象を利用するエアロゾルガスデポジション法は、成膜速度が速く、微細パターンがエッチング無しで得られるため、本発明のろう付け方法に好適である。さらに、エアロゾルガスデポジション法は、原料から平均粒子径が１〜２０ｎｍの金属超微粒子を生成すると同時に被成膜面に成膜するため、反応性の高い純ニッケルからなるＮｉ被膜や純鉄からなるＦｅ被膜の成膜に好適である。また、上記の成膜方法と別の成膜方法であっても、第一金属部材を冷却するなどして、温度上昇を抑制することも可能である。

このとき、高濡れ性金属からなる被膜は、１０μｍ以下さらには５μｍ以下の膜厚とするのが好ましく、さらに好ましくは、１〜２μｍである。前述のように高濡れ性金属は、第一金属部材などに拡散するため、膜厚が厚すぎると第一金属部材などを構成する金属の組成に影響を及ぼすため好ましくない。そのため、高濡れ性金属からなる被膜は、薄い程好ましく、また、高濡れ性金属が少しでも付着していれば接合不良を抑制する効果は発現するが、１μｍ以上の被膜であれば、さらに接合不良は抑制される。

接合工程は、加熱によりろう材を溶融させ、金属付着工程にて付着された高濡れ性金属を介して第一金属部材と第二金属部材とを接合し一体化する工程である。接合工程では、高濡れ性金属を介して第一金属部材と第二金属部材とを接合するため、第一金属部材と第二金属部材とを所定の接合位置に配置する際に、ろう付け面にろう材を付着させる。ろう付け面にろう材を付着する方法としては、第一金属部材のろう付け面（高濡れ性金属が付着）と第二金属部材のろう付け面との間にろう箔を介挿する方法、ろう付け面にろう材被膜を形成する方法、あるいは、粉末ろう材をろう付け面に塗布する方法、などが望ましい。ろう材は、第一金属部材のろう付け面と第二金属部材のろう付け面との配置に適した方法で付着されればいずれの方法であってもよく、両者を配置する前に付着されても後に付着されてもよい。いずれの場合であっても、少なくとも付着工程においてあらかじめ高濡れ性金属が付着されたろう付け面にろう材が付着されればよい。

そして、所定の位置に配置された第一金属部材と第二金属部材とは、所定の位置に付着したろう材を加熱により溶融させて、接合され一体化される。ろう材を溶融させる方法としては、主として接合部位を加熱する部分加熱法であっても部材全体を加熱する全体加熱法であっても、いずれの加熱方法であってもよい。いずれの加熱方法であっても、第一金属部材のろう付け面には、あらかじめ高濡れ性金属が付着しているため、加熱による濡れ性の低下が抑制される。

ろう材が溶融するろう付け時に、第一金属部材と高濡れ性金属、高濡れ性金属とろう材、は相互に拡散する。すなわち、接合工程においては第一金属部材と第二金属部材とは高濡れ性金属を介して接合されるが、このとき高濡れ性金属は拡散するため、ろう付け終了後においては高濡れ性金属が実質的に消滅する。その結果、第一金属部材と第二金属部材との間には、安定で強固な接合が形成される。

ろう材は、その成分によって融点が異なりろう付けに要する加熱温度が異なるため、第一金属部材および第二金属部材の材質および実使用時の温度（作動温度）に応じて、適宜選択すればよい。ろう材については、ＪＩＳ等に規定があり、当業者において適宜選択し得る。たとえば、第一金属部材および第二金属部材の耐熱性が低い場合には、銅（Ｃｕ）を含むＣｕ系ろう材や銀（Ａｇ）を含むＡｇ系ろう材を用いればよい。また、鉄系部材などの耐熱性の高い部材であれば、Ｎｉを含むＮｉ系ろう材を用いることが可能である。

また、接合工程は、接合工程での加熱により高濡れ性金属が付着されなかった少なくとも第一金属部材の表面に酸化物からなる酸化被膜が形成される工程であってもよい。すなわち、高濡れ性金属は、前述の金属付着工程において第一金属部材の表面全体に付着してもよいが、たとえば、ろう付け面のみに形成すれば、ろう材を溶融する際の加熱により高濡れ性金属が付着していない表面に酸化物が形成されることで第一金属部材に耐食性が付与される。第一金属部材の種類によっては、酸化皮膜が形成されるため、耐食性に優れた部材となる。換言すれば、第一金属部材の表面に高濡れ性金属を付着しない表面を残すことで、その表面に耐食性を付与できる。

以上に説明した本発明のろう付け方法を、図を用いて説明する。図１は、本発明のろう付け方法の一例を示す模式図である。図１に示すろう付け方法では、ろう付け時に酸化物が形成される第一金属部材１と、金属製（ろう付けしても酸化物が形成され難い）の第二金属部材２の端面と、を接合する。金属付着工程では、第一金属部材１の表面のうち、少なくとも第一金属部材１のろう付け面側に、高濡れ性金属からなる金属被膜３を形成する。次に、第二金属部材２を所定の位置に配置し、金属被膜３と第二金属部材２のろう付け面とが対峙する間隙に、ろう材４を付着させる。この状態で、ろう付け温度まで全体を加熱すると、ろう材４は金属被膜３の表面で溶融する。溶融したろう材４は、金属被膜３との濡れ性が良好なため、金属被膜３の表面で弾かれることは無い。このとき、第一金属部材１、第二金属部材２、高濡れ性金属３およびろう材４は、それらの界面において相互に拡散する。そして、溶融したろう材４が凝固すれば、第一金属部材１と第二金属部材２とは、高濡れ性金属３を介して強固に接合されるが、高濡れ性金属３は実質的に消滅する。さらに、ろう付け温度まで全体を加熱することで、高濡れ性金属３が付着していない第一金属部材１の表面には、酸化被膜１ａ’が形成される。酸化被膜１ａ’が形成された第一金属部材１の表面は、優れた耐食性を示す。

なお、以上の各工程の説明では、主として、ろう付け時に第一金属部材に酸化物が形成される場合を説明したが、前述のように、第二金属部材を構成する金属によっては第二金属部材にも酸化物が形成されることがある。したがって、第一金属部材と同様にして第二金属部材に高濡れ性金属を付着させることで、第一金属部材の場合と同様の効果が得られる。すなわち、たとえば、第一金属部材および第二金属部材が同種の金属からなる場合には、金属付着工程は、第一金属部材および第二金属部材の少なくともろう付け面に高濡れ性金属を付着させる工程であるのが望ましい。

本発明のろう付け方法は、酸化物が形成される耐食性の高い金属へろう付けする際の接合不良が低減されるため、厳しい使用条件の下で耐食性が求められる排ガス浄化用触媒や改質器の担体基材などを作製する際に行われるろう付け方法として好適である。すなわち、第一金属部材および／または第二金属部材は、少なくとも一方の面に複数本の溝部をもつ板状の金属板であり、接合工程は、複数枚の金属板を積層状態で接合し一体化する工程であるとよい。金属板の形状は、少なくとも一方の面に複数本の溝部をもつ板状体であればよく、複数本の溝を板状体の両面に形成したり、板状体を曲げ加工により波状にしたり、などいずれの形状であってもよい。具体的には、複数の溝部をもつ金属板と溝部をもたない金属板とを交互に積層させてろう付けにより接合した積層型メタル担体基材、金属箔からなる帯状平板と長手方向に連続する波形を形成した帯状波板との当接面をろう付けしたあと長手方向へ巻回して作製される巻回型メタル担体基材、等が挙げられる。

なかでも、本発明のろう付け方法は、耐食性とともに接合部位でのリークの防止が必要とされる燃料改質器の製造に好適である。燃料改質器は、通常、炭化水素系燃料が供給される複数の改質ガス流路をもつ改質ガス流通層と、燃料ガスが供給される複数の燃料ガス流路をもつ燃焼ガス流通層とが交互に積層されてなる。これらのガス流路には、炭化水素系燃料を酸化する酸化反応触媒と、炭化水素系燃料を水素含有ガスに改質する改質反応触媒と、が担持される。本発明のろう付け方法により少なくとも一方の面に複数本の溝部をもつ板状の金属板を複数枚積層して接合することで得られる接合体には、隣接する金属板の間に形成され溝部により区画される複数のガス流路が形成される。接合体のガス流路の内面に各種触媒を担持することで、改質器（積層型燃料改質器）が構成される。

このような燃料改質器としては、耐熱性と耐食性の点から、金属板（第一金属部材および第二金属部材）として既に説明した鉄系部材を用いるのが望ましい。鉄系部材であれば、接合工程の加熱によりガス流路の表面に酸化被膜を良好に形成することができ、耐食性の向上にともない、担持される触媒の剥離も防止される。

以上、本発明のろう付け方法の実施形態を説明したが、本発明のろう付け方法は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明のろう付け方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

以下に、本発明のろう付け方法の実施例を比較例とともに説明する。

［実施例１］
ステンレス鋼（Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ：単位はｗｔ％）製で複数の溝部１３を有する金属板１０を準備した。本実施例では、金属板１０を厚さ方向に複数枚積層させ、隣接する金属板１０をろう付けして接合することで、積層型燃料改質器の触媒担体基材（接合体１００とする）を作製した。図２に金属板１０の平面図、図３に金属板１０を複数枚積層させたときの厚さ方向断面図を示す。金属板１０は、底板１１の一方の面に複数の隔壁１２で区画された複数の溝部１３をもつ。底板１１および隔壁１２の厚みは、３００μｍ程度であった。金属板１０は、隔壁１２の端面が隣接する他の金属板１０の底板１１の他方の面（裏面）に当接するように複数枚積層されることで、底板１１および隔壁１２で区画されたガス流路１３’が形成される。以下に、ろう付け方法を詳説する。

［金属付着工程］
金属板１０のろう付け面に、エアロゾルガスデポジション法により純Ｎｉを原料としてＮｉ被膜を成膜した。Ｎｉ被膜は、底板１１のろう付け面および隔壁１２のろう付け面（隔壁１２の端面に相当）に膜厚１μｍ、幅３００μｍ程度となるようにパターンコートされた。成膜後の金属板１０の表面のうち、Ｎｉ被膜が成膜されなかった部分に変化はなく、酸化物の形成は確認されなかった。

なお、参考例として、上記と同様の手順で金属板１０の表面に成膜したＮｉ被膜（膜厚２μｍ）とＦｅ被膜（膜厚０．５μｍ）の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。Ｎｉ被膜およびＦｅ被膜は、金属板１０の表面にほぼ均一な被膜として形成され、剥がれなどは見られなかった。

［接合工程］
金属付着工程にてＮｉ被膜を成膜した複数の金属板１０を厚さ方向に積層させた。積層させると、Ｎｉ被膜を成膜された隔壁１２の端面と、隣接する他の金属板１０の底板１１の裏面に成膜されたＮｉ被膜と、が対峙する。このとき、対峙するＮｉ被膜の間に、ろう材としてＮｉ系ろう材のろう箔４０（ＢＮｉ−５、厚さ３５μｍ）を挟持した。金属板１０およびろう箔４０の配置を図５（左の断面図）に示す。

この積層体を、ろう付け炉内で１１５０℃、１分間、大気中で加熱することで、隣接する金属板１０を互いに接合した。その後、室温まで冷却して接合体を得た。

なお、本実施例では、接合体において、Ｎｉ被膜を成膜しなかった金属板１０の表面１１ａ（図５）には酸化被膜が形成されたことが確認された。

［比較例１］
Ｎｉ被膜を成膜しない（金属付着工程無し）他は、実施例１と同様にしてろう付けを行い、接合体を得た。

［評価１］
実施例１および比較例１のろう付け方法により作製された接合体の断面を観察した。以下、それぞれの接合体を実施例１の接合体、比較例１の接合体と呼ぶ。断面観察には、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた。実施例１の接合体の断面のＳＥＭ像を図５（右の写真）および図６のＡに、比較例１の接合体の断面のＳＥＭ像を図６のＢに、それぞれ示す。なお、図５の写真と図６のＡとは、同一のＳＥＭ像である。

比較例１の接合体には、接合部位にす（図６のＢの矢印）が確認された。さらに、金属顕微鏡により広範囲の断面を観察したところ、接合不良が部分的に確認された（図７）。一方、実施例１の接合体には、すは確認されなかった（図６のＡ）。また、金属板１０、Ｎｉ被膜３０およびろう箔４０の境界はなくなり、Ｎｉ被膜３０が拡散により消滅した。なお、参考のため、図５の右の写真に、ろう付けに用いたろう箔４０の幅を示す。

［評価２］
Ｌ形状接合部によるピール評価より、実施例１および比較例１の接合体の接合強度を測定した。ピール評価は、接合面積（ろう付け面の面積）：４０ｍｍ×４０ｍｍ、曲げ代：２０ｍｍとなるように、実施例１および比較例１と同様にしてろう付けをした接合体を試験片として用い、引張速度：２ｍｍ／分で行った。結果を図８に示す。実施例１の接合体は、比較例１の接合体よりも接合強度が高かった。

すなわち、実施例１のろう付け方法によれば、接合工程の前にあらかじめＮｉ被膜を形成することで、ろう材の濡れ性が向上するため、接合不良が低減された。

本発明のろう付け方法の一例を示す模式図である。 積層型燃料改質器の触媒担体基材を構成する金属板の平面図である。 積層型燃料改質器の触媒担体基材の断面図であって、金属板の厚さ方向断面図である。 表面にＮｉ被膜またはＦｅ被膜を形成した金属板の断面を示す図面代用写真である。 実施例１の接合工程において積層された金属板の加熱前の配置を示す部分拡大断面図と、実施例１のろう付け方法により作製された接合体の断面を示す図面代用写真である。 実施例１および比較例１のろう付け方法により作製された接合体の断面を示す図面代用写真である。 比較例１のろう付け方法により作製された接合体の断面を示す図面代用写真である。 実施例１および比較例１のろう付け方法により作製された接合体の接合強度を示すグラフである。

符号の説明

１：第一金属部材 １ａ’：酸化被膜 １０：金属板 １００：接合体
２：第二金属部材
３：高濡れ性金属 ３０：Ｎｉ被膜
４：ろう材 ４０：ろう箔

Claims (11)

1. 鉄（Ｆｅ）を主成分とし、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）および珪素（Ｓｉ）のうちの少なくとも１種を含む鉄系金属からなりろう付け時に酸化物が形成される第一金属部材と金属製の第二金属部材とをろう付けするろう付け方法であって、
   前記第一金属部材の少なくともろう付け面に、前記酸化物よりもニッケル（Ｎｉ）を含むＮｉ系ろう材との濡れ性が高い高濡れ性金属を付着させる金属付着工程と、
   加熱により前記Ｎｉ系ろう材を溶融させるとともに前記第一金属部材、前記第二金属部材、前記高濡れ性金属および該Ｎｉ系ろう材をそれらの界面において相互に拡散させて、該高濡れ性金属を介して該第一金属部材と該第二金属部材とを接合し一体化する接合工程と、
   を有し、前記高濡れ性金属はニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）であり、前記金属付着工程は純Ｎｉ被膜または純Ｆｅ被膜をエアロゾルガスデポジション法により形成する金属被膜形成工程であることを特徴とするろう付け方法。
2. 前記酸化物は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）および珪素（Ｓｉ）のうちの少なくとも１種を含み、前記鉄系部材の表面を覆う酸化被膜である請求項１記載のろう付け方法。
3. 前記鉄系部材は、鉄（Ｆｅ）を主成分としアルミニウム（Ａｌ）を３ｗｔ％以上含む鉄系金属からなる請求項２記載のろう付け方法。
4. 前記鉄系部材は、鉄（Ｆｅ）を主成分としクロム（Ｃｒ）を２０ｗｔ％以上含む鉄系金属からなる請求項２記載のろう付け方法。
5. 前記鉄系部材は、鉄（Ｆｅ）を主成分とし珪素（Ｓｉ）を５ｗｔ％以上含む鉄系金属からなる請求項２記載のろう付け方法。
6. 前記接合工程は、前記接合工程での加熱により前記高濡れ性金属が付着されなかった少なくとも前記第一金属部材の表面に前記酸化物からなる酸化被膜が形成される工程である請求項１記載のろう付け方法。
7. 前記第一金属部材および前記第二金属部材は同種の金属からなり、前記金属付着工程は、該第一金属部材および該第二金属部材の少なくともろう付け面に前記高濡れ性金属を付着させる工程である請求項１記載のろう付け方法。
8. 前記金属被膜形成工程は、前記第一金属部材に前記酸化物が形成される温度よりも低い温度で前記純Ｎｉ被膜または前記純Ｆｅ被膜を形成する工程である請求項１記載のろう付け方法。
9. 前記金属付着工程の前に、少なくとも前記ろう付け面を含む前記第一金属部材の最表面を除去する工程を有する請求項１記載のろう付け方法。
10. 前記第一金属部材および／または前記第二金属部材は、少なくとも一方の面に複数本の溝部をもつ板状の金属板であり、前記接合工程は、複数枚の該金属板を積層状態で接合し一体化する工程である請求項１記載のろう付け方法。
11. 請求項１０記載のろう付け方法により得られた積層体に触媒を担持した改質器。

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