銀ロウの種類と成分、融点について
銀ロウは、金属と金属の接合に使うロウ付け用の素材のひとつですが、数あるロウのなかでもアルミニウムやマグネシウム以外のほとんどの金属に使用可能で、ぬれがよく、強度にも優れた汎用性が高いロウとして知られています。
銀ロウの主成分は銀、銅、亜鉛の三元素の合金がベースになっており、さらに、カドミウムやニッケル、スズ、リチウムといった元素を含む銀ロウもあります。カドミウム等の低融点金属を添加するのは銀ロウ自体の融点を下げたり、ぬれ性を向上させたりする目的です。
なお、銀ロウ付けは英語ではSilver brazingといい、材料としての銀ロウはSilver brazing filler metalsと呼びます。
ロウ付け技術のメリットと特徴
ロウとは接合する金属の間に流し込む金属のことをこのように呼びますので、銀ロウとは銀合金を接合に用いるロウ付けのことを意味しています。
ロウとしては耐熱性を求められる以外では如何に低融点であるかが重要となり、さらにロウ流れがよいか、ぬれ性がよいかといった点が重視されます。
ロウ付け自体は、溶接ほど強力な接合ではありませんが、はんだに比べれば強力なもので、接着剤を用いた接着ともまた異なる特徴を持っています。
ロウ付けのメリット
- 接着する金属の隙間に溶かしたロウを流し込むため、このロウの浸透によって複雑な形状を持つ金属同士も接合可能
- 融点の高い硬ロウの場合、樹脂ベースの接着剤などに比べて耐熱温度も高い
- 種類の異なる金属同士を接合できる
- きわめて薄いものと厚いもの等、断面の大きさがかなり異なっていたり、偏りのある部材でも接合できる。精密接合も可能。
- ひずみがほとんどなく接合できる
- 金属同士であるため、ロウを適切に選べば母材と色をあわせることができ、美観も保てる
- 溶接に比べるとロウ付けのほうが容易
- 溶接では難しい細かい箇所なども可能
- 母材を溶かさない接合技術である
- 高強度、高気密のものが作れる
銀ロウの種類
銀ロウと一口にいっても、実は多様な銀ロウがあります。ロウ自体、母材の融点を超えることができませんので、異なる種類の金属を接合する際には、母材の固相線温度を下回る液相線温度を持つロウを選択する必要があります。
銀ロウの選び方
固相線温度と液相線温度とは何かといえば、二つ以上の成分が混ざり合っている合金は、その成分の比率によって溶け始める温度、凝固をはじめる温度が変わってきます。このため、これを示すのが液相線（凝固曲線）と固相線（融解曲線）です。
単一の物質であれば融点だけを見ておけばよいのですが、銀ロウをはじめ、合金の場合は二つ以上の成分が均一に混じりあった「固溶体」という形で存在しています。
固体から液体に変わる点というのは、成分の比率と温度の双方に影響を受けるため、それをグラフでプロットしていったものが液相線温度（凝固曲線）と固相線温度（融解曲線）となります。液相線温度（凝固曲線）というのは、これを下回る温度だと凝固をはじめていく領域を示しています。固相線温度（融解曲線）は反対にこれを超えると溶け出していくことを意味しています。
接合する対象となる金属の固相線温度よりも、ロウの液相線温度（凝固曲線）が低いものを選べば、接合対象の母材を溶かすことなくロウ付けすることができます。
銀ロウの区分は規格化されていないものも含め３カテゴリー
この銀ロウはJIS規格では１７種類が規定されていますが、これ以外にも日本の伝統工芸で用いられてきた銀ロウ（銀蝋）と、銀の比率が低い「低銀ロウ」の３分類があります。
| 銀ロウの種類 | 銀の割合（％）※亜鉛は40％未満 | 液相線温度（℃） | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 低銀ロウ | 10から33 | 770から850 | 工業用として使われ、黄銅ロウより蝋流れがよい。その名のとおり、3種の中では銀の比率が最も低い。 |
| JIS規格の銀ロウ | 24から73 | 620から800 | 工業用に１７種が規格化され、ISOとも整合性。低温でもロウ付け可能な品種が規定されている。 |
| 日本伝統の銀蝋 | 58から95 | 715から920 | 古くから日本の伝統工芸用途で使用。流れがよく色も銀比率の高いものほど白色。JIS規格にはない銀の純度の高いロウがある。 |
JIS規格における銀ロウの成分と融点（液相線温度、固相線温度）の一覧
JISにおいては、下表の17種類の銀ロウが規定されています。銀ロウの選び方は色味だけではなく、まずは母材の固相線温度よりも、銀ロウの液相線温度が低いものを選択する必要があります。単純に、融点だけで見られないのは合金であるがゆえ、ある温度域では液体と固体が交じり合った状態になっているからです。
なお、銀ロウの成分に亜鉛が４０％以上入ると途端に強度がもろくなってしまうため、実用上の銀ロウは亜鉛が４０％を超えないような成分組成になっています。
| 銀ロウの種類 | 成分（％） | 固相線温度（℃） | 液相線温度（℃） | ロウ付け温度（℃） | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| JIS記号 | Ag | Cu | Zn | Cd | Ni | Sn | Li | その他元素合計 | |||
| BAg-1 | 44.0から46.0 | 14.0から16.0 | 14.0から18.0 | 23.0から25.0 | - | - | - | 0.15以下 | 約605℃ | 約620℃ | 620から760℃ |
| BAg-1A | 49.0から51.0 | 14.5から16.5 | 14.5から18.5 | 17.0から19.0 | - | - | - | 0.15以下 | 約605℃ | 約630℃ | 630から760℃ |
| BAg-2 | 34.0から36.0 | 25.0から27.0 | 19.0から23.0 | 17.0から19.0 | - | - | - | 0.15以下 | 約605℃ | 約700℃ | 700から845℃ |
| BAg-3 | 49.0から51.0 | 14.5から16.5 | 13.5から17.5 | 15.0から17.0 | 2.5から3.5 | - | - | 0.15以下 | 約630℃ | 約690℃ | 690から815℃ |
| BAg-4 | 39.0から41.0 | 29.0から31.0 | 26.0から30.0 | - | 1.5から2.5 | - | - | 0.15以下 | 約670℃ | 約780℃ | 780から900℃ |
| BAg-5 | 44.0から46.0 | 29.0から31.0 | 23.0から27.0 | - | - | - | - | 0.15以下 | 約665℃ | 約745℃ | 745から845℃ |
| BAg-6 | 49.0から51.0 | 33.0から35.0 | 14.0から18.0 | - | - | - | - | 0.15以下 | 約690℃ | 約775℃ | 775から870℃ |
| BAg-7 | 55.0から57.0 | 21.0から23.0 | 15.0から19.0 | - | - | 4.5から5.5 | - | 0.15以下 | 約620℃ | 約650℃ | 650から760℃ |
| BAg-7A | 44.0から46.0 | 26.0から28.0 | 23.0から27.0 | - | - | 2.5から3.5 | - | 0.15以下 | 約640℃ | 約680℃ | 680から770℃ |
| BAg-7B | 33.0から35.0 | 35.0から37.0 | 25.0から29.0 | - | - | 2.5から3.5 | - | 0.15以下 | 約630℃ | 約730℃ | 730から820℃ |
| BAg-8 | 71.0から73.0 | 残部 | - | - | - | - | - | 0.15以下 | 約780℃ | 約780℃ | 780から900℃ |
| BAg-8A | 71.0から73.0 | 残部 | - | - | - | - | 0.25から0.50 | 0.15以下 | 約770℃ | 約770℃ | 770から870℃ |
| BAg-8B | 59.0から61.0 | 残部 | - | - | - | 9.5から10.5 | - | 0.15以下 | 約600℃ | 約720℃ | 720から840℃ |
| BAg-20 | 29.0から31.0 | 37.0から39.0 | 30.0から34.0 | - | - | - | - | 0.15以下 | 約675℃ | 約765℃ | 765から870℃ |
| BAg-20A | 24.0から26.0 | 40.0から42.0 | 33.0から35.0 | - | - | - | - | 0.15以下 | 約700℃ | 約800℃ | 800から890℃ |
| BAg-21 | 62.0から64.0 | 27.5から29.5 | - | - | 2.0から3.0 | 5.0から7.0 | - | 0.15以下 | 約690℃ | 約800℃ | 800から900℃ |
| BAg-24 | 49.0から50.0 | 19.0から21.0 | 26.0から30.0 | - | 1.5から2.5 | - | - | 0.15以下 | 約660℃ | 約705℃ | 705から800℃ |
日本の伝統的な銀蝋の成分と融点（液相線温度、固相線温度）の一覧
表のとおり、代表的な銀ロウとしては、五厘ろう、一分ろう、二分ろう、三分ろう、五分ろう、七分ろうの６種があります。 せば板とは、いわゆる真鍮とも言われる六四黄銅のことであり、銀にこれを加えることで融点が下がり、ロウ流れをよくする効果を持ちます。伝統的な日本の銀ロウというのは下表のとおり、銀、銅、亜鉛の三元合金であることがわかります。
| 銀ロウの種類 | 配合（重量比） | 成分組成（％） | 固相線温度（℃） | 液相線温度（℃） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 銀 | せば板（真鍮） | Ag | Cu | Zn | |||
| 五厘蝋 | 1 | 0.05 | 95.2 | 2.9 | 1.9 | 870 | 920 |
| 一分蝋 | 1 | 0.1 | 90.9 | 5.5 | 3.6 | 800 | 815 |
| 二分蝋 | 1 | 0.2 | 83.3 | 10.0 | 6.7 | 740 | 805 |
| 三分蝋 | 1 | 0.3 | 76.9 | 13.9 | 9.2 | 745 | 775 |
| 五分蝋 | 1 | 0.5 | 66.7 | 20.0 | 13.3 | 690 | 730 |
| 七分蝋 | 1 | 0.7 | 58.8 | 24.8 | 16.4 | 680 | 715 |
銀ロウでのフラックスの使い方
銀ロウは専用のフラックスと併用して使います。フラックスとは、接合しようとする金属の表面にあらかじめ塗っておき、ロウ付け前に加熱することで、金属の表面にある酸化膜を除去し、除去した後の表面を保護しつつ金属の接合をしやすくするためのものです。銀ロウ用のフラックスの場合、活性温度は４００℃前後から９００℃前後となりますので、この温度帯域で性能を発揮します。
金属の多くは、大気中の酸素と反応してその表面に酸化膜を形成したり、不動態被膜などの保護膜を形成する性質を持ちますが、金属同士を接合する場合、これら膜が邪魔になりますので、除去してやる必要があります。
ただし、除去するのは接合面だけであって、フラックスをロウ付け後も残しておくと、そこから腐食する原因になりますので注意を要します。
銀ロウ用のフラックスの成分｜毒性はあるのか
銀ロウのフラックスの成分は、フッ化カリウム、ホウ酸、水が中心となります。メーカーによって若干異なる場合もありますが、メインとなるフッ化カリウム等のフッ化物が入っていますので、高温加熱する作業中にフッ素ガスが発生することがあるため、換気には十分に留意する必要があります。工業材料であるため、取り扱いには十分な注意が必要ですが、作業中に発生するガスにも毒性があります。
加えて、銀ロウ自身にも、融点を下げるためにカドミウムを添加しているタイプのものがあります。これらは換気のよくできる場所で作業する必要があるとともに、ロウ付けの適正温度以上の温度で加熱しないことが重要です。これら有害物質を含むヒュームを高温過熱した際に吸い込んでしまうと深刻な健康被害や場合によっては命に関わることもありますので十二分に留意する必要があります。ロウ付けは溶接に比べると技術的な難度が低く、DIYでもできてしまう反面、こうした点には気を配る必要があります。
スポンサーリンク