專利名稱：：可溶栓用合金及可溶栓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及作為冷凍裝置的保護(hù)機(jī)構(gòu)工作的可溶栓用合金，特別是涉及在6670。C工作的可溶栓用合金及使用該可溶栓合金的可溶栓。
背景技術(shù)：
：大型的冷凍裝置，若冷凍裝置內(nèi)部的壓力異常上升，制冷劑的溫度上升，則不僅冷凍機(jī)自身破損，而且高壓的氣體也會噴出而對周圍造成破壞。大型的冷凍裝置，作為對冷凍機(jī)的破損和破壞防患于未然的機(jī)構(gòu)，使冷凍設(shè)備的制冷劑氣體的壓力保持安全的裝置被規(guī)定為一種義務(wù)(經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省冷凍保安規(guī)則第7條1項8號)，一般會配備可溶栓等安全裝置。冷凍裝置的安全裝置，根據(jù)其使用的制冷劑而進(jìn)行各種各樣的工作設(shè)計。另外，冷凍裝置所使用的制冷劑，以前最常使用的有氟里昂(freon)、CFC(ChloroFluoro-Carbons)系制冷劑?？墒?，這種CFC系制冷劑存在的問題是，其在平流層中會因太陽光的紫外線而發(fā)生光分解，并生成活性氯，該活性氯會造成臭氧層的破壞，全球范圍內(nèi)都對其使用進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。因此，現(xiàn)在更新?lián)Q代為作為替代氟里昂的HCFC(Hydro、Chloro、Fluoro-Carbons)系制冷劑，此外，還出現(xiàn)了臭氧層的破壞系數(shù)小的HFC(Hydro、Fluoro-Carbons)系制冷劑，冷凍機(jī)所使用的制冷劑也有所改變。冷凍裝置所使用的可溶栓需要配合其所使用的制冷劑而進(jìn)行設(shè)計。g卩，在冷凍裝置中，根據(jù)波伊爾一査理(Boyle's-Charle's)法則，若冷凍裝置所使用的制冷劑的壓力上升，則所使用的制冷劑的溫度上升，因此根據(jù)所使用的制冷劑的冷凝壓力來決定使用的可溶栓的工作溫度。例如，現(xiàn)在作為HCFC系制冷劑，將需要最多的R22(HCFC22)選定作為冷凍裝置制冷劑用于空調(diào)和冷凍裝置時，因?yàn)槔淠龎毫?.94MPa，所以R22的臨界溫度為96.2°C，可溶栓的工作溫度設(shè)計為大約9510(TC。另外，冷凍裝置所使用的可溶栓，因?yàn)榕R界溫度會根據(jù)制冷劑有改變，所以制冷劑切換時，需要對其工作溫度進(jìn)行再設(shè)計。作為臭氧層的破壞系數(shù)小的替代制冷劑而被使用的HFC系制冷劑R404A，因?yàn)槔淠龎毫?061Kpa，臨界溫度為71.6°C，所以必須將可溶栓的設(shè)計溫度作為6670°C。但是，因?yàn)槔鋬鲅b置所使用的可溶栓使用的是低熔點(diǎn)的焊錫合金，所以，被使用的焊錫合金含有作為有害物質(zhì)的Pb禾QCd。作為制冷劑使用R22時，因?yàn)榭扇芩ǖ脑O(shè)計溫度為96。C，所以采用Sn-52Bi-32Pb(96。C共晶)，作為制冷劑使用R410A時，因?yàn)榭扇芩ǖ脑O(shè)計溫度為7175'C，所以采用Sn-50Bi-10Cd-26.7Pb(固相溫度69。C，峰值溫度76。C，液相溫度src)等焊錫合金。一般來說可溶栓與冷凍裝置一起被回收，因此冷凍裝置在廢棄時，當(dāng)然要依據(jù)法規(guī)進(jìn)行處理。特別是近年來，保護(hù)地球環(huán)境的運(yùn)動活躍，有從冷凍裝置等機(jī)器類所使用的零件排除有害成分的傾向。特別是由于Cd和Pb成分會對人體造成不良影響，所以成為限制的對象。作為不含有害的Cd和Pb等成分的可溶栓用合金，有可溶栓用低溫熔融合金(特開2001-214985)，其使用從Sn、Bi、In、Zn、Ga選擇的2種以上的合金(特開2002-115940)，是錫-銦-鉍系合金，當(dāng)其組成比為Sn:Xwt%、In:Ywt%、Bi:Zwt。/。時，X+Y+Z=100，且4《X《10，56《Y《63，和在由鉍、銦、錫構(gòu)成可溶合金中添加了金屬微粒子(特開2003-130240)等的。專利文獻(xiàn)l:特開2002-115940號公報專利文獻(xiàn)2:特開2001-214985號公報專利文獻(xiàn)3:特開2003-130240號公報作為冷凍裝置的安全裝置所使用的可溶栓，使用的是含有作為有害物質(zhì)的Pb和Cd的焊錫合金。可是近年來，保護(hù)地球環(huán)境的運(yùn)動日益活躍，有從冷凍裝置等機(jī)器類所使用的零件排除有害成分的傾向。特別是由于Cd和Pb成分會對人體造成不良影響，所以成為限制的對象。作為不含有害的Cd和Pb等成分的可溶栓用合金，如前述專利文獻(xiàn)1公開的錫(Sn)-銦(In)-鉍(Bi)系合金，但是該可溶栓用合金在低溫域下的蠕變特性差，作為冷凍裝置的安全裝置，其在使用中，隨時間流逝在壓力作用下，合金會被擠出，若經(jīng)過一定期間，則需要停止冷凍裝置而更換可溶栓。另外如專利文獻(xiàn)3，在由鉍、銦、錫構(gòu)成可溶合金中添加了金屬微粒子，合金組成中平均分散的金屬微粒子在經(jīng)受長時間高溫、高壓時，同樣組成之間會慢慢地變得不均勻，因此有蠕變特性容易降低的缺點(diǎn)。還公開有一種并非冷凍裝置的可溶栓用合金，但含有34重量％以上、63重量％以下的鉍和1重量％以上、24重量％以下的錫，余量是銦的溫度保險絲(fose)用合金(特開2003-13165)。由于溫度保險絲作為電子設(shè)備的異常高溫對策用的負(fù)荷而被使用，因此根據(jù)溫度斷電即可，在使用中不會遭受壓力，不用考慮合金的蠕變特性等的機(jī)械的強(qiáng)度，因此不能直接作為可溶栓用合金使用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明者提供一種不含作為有害分成的Cd和Pb，即使作為冷凍裝置的安全裝置長時間使用，合金也不會從可溶栓中被擠出，蠕變特性等機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)的可溶栓。本發(fā)明者們針對現(xiàn)有的在6575。C具有固相溫度及峰值溫度的合金的缺點(diǎn)反復(fù)銳意研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在Bi-In-Sn系合金中，被進(jìn)行一定限定的組成域的合金在約667(TC具有固相溫度及峰值溫度，該溫度域也非常的狹窄，適合可溶栓用合金，從而完成本發(fā)明。而且，該合金不含一切作為有害成分的Cd和Pb。本發(fā)明的在6670'C熔融的合金，是具有如下特征的可溶栓用合金，由Sn:58質(zhì)量％、Bi:3134質(zhì)量％、Sb:0.24質(zhì)量％、余量In構(gòu)成。本發(fā)明的可溶栓用合金，不含一切作為有害成分的Cd和Pb,合金不會從可溶栓被擠出，因此作為冷凍裝置的安全裝置，可以長時間使用而無需更換要溶栓。圖1是可溶栓的剖面圖。圖2是在耐壓試驗(yàn)后通過加壓被擠出的可溶栓的照片符號的說明1坯體(blank)材2可溶栓合金3螺栓具體實(shí)施例方式可溶栓依存于可溶栓用合金的熔融溫度，但是，因?yàn)槠綍r會受到來自冷凍機(jī)的壓力，所以，若蠕變特性等的機(jī)械的強(qiáng)度弱，則不能作為安全裝置之用。在本發(fā)明的作為約在667(TC具有固相峰值溫度的合金的Bi-In-Sb-Sn系合金中，Sn的量低于5質(zhì)量％時，合金自身的機(jī)械的強(qiáng)度低，因此，有所謂耐壓試驗(yàn)中的合金的飛出超出規(guī)定量這一缺點(diǎn)，若Sn量比8質(zhì)量％多，則Bi-In-Sb-Sn系合金的固相溫度降低，因此合金的熔融溫度靠近使用溫度域，從而發(fā)生合金的強(qiáng)度的劣化，使工作溫度域的蠕變特性劣化。因此在本發(fā)明的Bi-In-Sb-Sn系合金中，Sn含量必須是58質(zhì)量％。另外，當(dāng)Bi含量低于31質(zhì)量％時，Bi-In-Sb-Sn系合金的液相溫度過度上升，合金的熔融性變差，在熔融試驗(yàn)中不合格，若Bi的量比34質(zhì)量。/。多，則脫離Sn-In合金的共晶點(diǎn)，因此液相溫度過度上升，合金的熔融性變差，在熔融試驗(yàn)中不合格。此外，本發(fā)明的約在6670。C具有固相《峰值溫度的合金，在Bi-In-Sn系合金中還添加有Sb。這是由于，在約667(TC具有固相峰值溫度的合金被使用的冷凍機(jī)上，因?yàn)槭褂玫氖荝404A等凝固壓高的溶劑，所以要求耐壓性更強(qiáng)的合金。本發(fā)明中通過添加Sb，即使面對作為凝固壓高的溶劑R404A的使用，也可以維持充分的耐壓性。本發(fā)明的Bi-In-Sb-Sn系合金的Sb的量低于0.2質(zhì)量％時，合金自身的機(jī)械強(qiáng)度低，因此，有所謂耐壓試驗(yàn)中的合金的飛出超出規(guī)定量這一缺點(diǎn)，若Sb的量比4質(zhì)量。/。多，則Bi-In-Sb-Sn系合金的固相溫度降低，因此合金的瑢融溫度靠近使用溫度域，從而發(fā)生合金的強(qiáng)度的劣化，使工作溫度域的蠕變特性劣化。因此本發(fā)明的Bi-In-Sb-Sn系合金，Sb含量必須是0.24質(zhì)量％。本發(fā)明中，通過使Sn為58質(zhì)量％、Bi為3134質(zhì)量。/。、Sb200為0.24質(zhì)量％、余量為In，可以得到在667(TC的使用溫度域蠕變特性強(qiáng)的可溶栓用合金。更優(yōu)選成為Sn:5質(zhì)量％、Bi:33質(zhì)量％、Sb:2質(zhì)量％、余量In的合金，從而可以得到工作溫度域狹窄，蠕變特性強(qiáng)度可溶栓用合金。作為本發(fā)明的可溶栓用合金的基本構(gòu)成分的Sn、Bi、Sb脫離上述的組成范圍時，熔融溫度域?qū)挘瑩p害工作穩(wěn)定性。另外，在本發(fā)明的Bi-In-Sb-Sn系合金中，還能夠添加強(qiáng)度添加元素。作為強(qiáng)度添加元素，可列舉Cu、Ge、Ag、Au、Zn、Ni、La族等。所謂La族也被稱為鑭系元素，是指La、禾BCe、Pr、Nd、Pm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu具有近似La的特性的元素。這些強(qiáng)度添加元素單獨(dú)或使之組合都可以顯現(xiàn)效果。在本發(fā)明的Bi-In-Sb-Sn系合金中，特別是作為強(qiáng)度添加元素的Cu的添加最能夠提高蠕變特性。但是這些強(qiáng)度添加元素與前述的專利文獻(xiàn)3的發(fā)明不同，因?yàn)槠涫褂帽仨毷怪廴谠贐i-In-Sb-Sn系合金中，所以若添加量過多，則會使合金的熔融溫度上升。因此，強(qiáng)度添加元素的合計量優(yōu)選在2.0質(zhì)量％以下。最優(yōu)選各強(qiáng)度添加元素的添加量為Cu:0.11.0質(zhì)量％、Ge:0.11.0質(zhì)量％、Ag:0.10.7質(zhì)量％、Au:0.10.6質(zhì)量％、Zn:0.20.6質(zhì)量％、Ni:0,020.1質(zhì)量%、La族0.010.1質(zhì)量％，若比該量少，則顯現(xiàn)不出合金的強(qiáng)度提高效果，若在此以上添加，則使液相溫度上升而無法在目標(biāo)溫度域工作。本發(fā)明的可溶栓是將Bi-In-Sb-Sn系合金封裝在使之熔融的坯體(blank)材中，根據(jù)坯體(blank)材的形狀，可以在單螺栓型、雙螺栓型、擴(kuò)管型、多孔型等的可溶栓上應(yīng)用。實(shí)施例1制作本發(fā)明的可溶栓用合金及可溶栓制作，比較其特性。制作表1所示的可溶性合金，測定基于各合金組成的差示熱分析的加熱曲線，有吸熱峰值的開始點(diǎn)、吸熱峰值的最低點(diǎn)、吸熱峰值的結(jié)束點(diǎn)，測定固相溫度、峰值溫度、液相溫度。表l中顯示各合金的熔融溫度。表1之中比較例和5是專利文獻(xiàn)2的可溶栓用合金。熔融溫度的測定條件如下。l.差示熱分析的測定差示熱分析測定裝置SII制差示掃瞄熱量計升溫速度5deg/min試料重量10mg[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>88實(shí)施例2接下來，在圖1所示的單螺栓型的可溶栓的blank材中填充表1、表2和表3的可溶栓用合金，制作可溶栓，測定各合金組成的蠕變特性(稱為耐壓試驗(yàn))和該可溶栓的工作溫度。耐壓試驗(yàn)、工作試驗(yàn)中，使用全長28mm、前端部的內(nèi)徑為3mm的可溶栓。2.耐壓試驗(yàn)1.)將本發(fā)明的Bi-In-Sb-Sn系合金在設(shè)定為65'C的恒溫室中放入可溶栓，并連接到壓縮機(jī)上，施加12.5MPa的壓力。2.)24小時后從恒溫室中取出可溶栓，解除其與壓縮機(jī)的連接。3.)放置24小時后，測定從坯體材拉出所填充的可溶合金的長度。4.)在表1和表2中顯示實(shí)施耐壓試驗(yàn)時延伸的合金的長度，圖2中顯示在65'C的條件下測定表1的實(shí)施例與比較例的合金組成的代表性的照片。在照片之中，l是實(shí)施例4的可溶栓，2是比較例5的可溶栓。3.工作溫度1.)將可溶栓連接到壓縮機(jī)上，施加3MPa的壓力。2.)將連接于壓縮機(jī)的可溶栓投入水槽中，加熱水槽的水。3.)將從水槽中的可溶栓一口氣抽出空氣的溫度作為工作溫度進(jìn)行測定。觀看圖2的照片，因?yàn)樽鳛楸容^例的可溶栓2其固相溫度比實(shí)施例的可溶栓低，所以可溶栓用合金延伸出來。特別是作為比較例5的可溶栓2，在試驗(yàn)條件65i:的加熱下成為半熔融狀體。相對于此，本發(fā)明的實(shí)施例的可溶栓l，可溶栓用合金出來得少，可溶栓用合金沒有延伸。本發(fā)明的可溶栓在約667(TC下工作，可溶栓合金的低溫蠕變特性良好，因此，即使在高溫下長時間施加壓力，可溶栓合金也不會從坯體材中跑出，所以在使用于冷凍裝置的保護(hù)裝置時可以長時間地使用，發(fā)揮現(xiàn)有的可溶栓沒有的效果。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的可溶栓用合金，不僅是可以使用于冷凍裝置的保護(hù)裝置的可溶栓，而且也可以作為與可溶栓同樣會在平時受到壓力的噴灑器(sprinkler)用的合金來使用。權(quán)利要求1.一種可溶栓用合金，其特征在于，由Sn為5～8質(zhì)量％、Bi為31～34質(zhì)量％、Sb為0.2～4質(zhì)量％、余量為In的合金構(gòu)成。2.如權(quán)利要求2所述的可溶栓用合金由如下構(gòu)成，其中，所述可溶栓用合金中，還添加了Cu:0.11.0質(zhì)量％、Ge:0.11.0質(zhì)量％、Ag:0.10.7質(zhì)量％、Au:0.10.6質(zhì)量％、Zn:0.20.6質(zhì)量％、Ni:0.020.1質(zhì)量％、La族0.010.1質(zhì)量％的強(qiáng)度添加元素之中最低1種元素以上，合計為2.0質(zhì)量％以下。3.—種工作溫度為6670。C的可溶栓，其特征在于，采用權(quán)利要求1或2所述的可溶栓用合金。全文摘要現(xiàn)有的可溶栓用合金，因?yàn)榘蠧d和Pb等有害元素，所以存在因有害元素造成污染的懸念。本發(fā)明提供一種不含作為有害元素的Cd和Pb，即使作為冷凍裝置的安全裝置長時間地使用，合金也不會從可溶栓中被擠出，蠕變特性等機(jī)械的特性強(qiáng)的可溶栓。使用的可溶栓，其采用的可溶栓用合金是在約66～70℃熔融的合金，其中，Sn為5～8質(zhì)量％、Bi為31～34質(zhì)量％、Sb為0.2～4質(zhì)量％、余量為In。此外，也可以添加Cu0.1～1.0質(zhì)量％、Ge0.1～1.0質(zhì)量％、Ag0.1～0.7質(zhì)量％、Au0.1～0.6質(zhì)量％、Zn0.2～0.6質(zhì)量％、Ni0.02～0.1質(zhì)量％、La族0.01～0.1質(zhì)量％的強(qiáng)度添加元素之中最低1種元素以上，合計為2.0質(zhì)量％。文檔編號F16K17/38GK101180483SQ20058004982公開日2008年5月14日申請日期2005年4月14日優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日發(fā)明者出口睦,加藤力彌,菊池哲郎申請人:千住金屬工業(yè)株式會社