アルミニウムに使用されるフラックスは、塩を主成分とする化学化合物（主に塩化物塩とフッ化物塩）で、酸化物系介在物の除去、ドロス生成の低減、溶存水素の抽出、アルカリ金属不純物の除去のために溶融アルミニウムに適用される。最も一般的な アルミニウム・フラックス 塩化ナトリウム(NaCl)と塩化カリウム(KCl)をベースとし、特定の処理目的に応じて氷晶石(Na₃AlF₆)、フッ化カルシウム(CaF₂)、フッ化アルミニウム(AlF₃)などの反応性フッ化物化合物を組み合わせた混合物を含みます。アドテックでは、アルミニウム用フラックスを調合し、ケー スハウス事業、二次製錬事業、製錬工場に供給しています。 ダイカスト鋳造所, フラックスの正しい選択は、溶融物の表面を覆うか、介在物を除去するか、アルカリ金属を抽出するか、ドロスを精錬するかによって異なります。.
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アルミニウムにフラックス処理が必要な理由
アルミニウムの化学反応性は、その最も有用な特性であると同時に最大の加工上の課題でもある。680～780℃の溶融温度では、液体アルミニウムは大気中の酸素と接触するとほぼ瞬時に酸化し、溶融表面に固体の酸化アルミニウム（Al₂O₃）表皮を形成する。この酸化物層は、融液の乱流によって継続的に破壊されると、金属体積全体に浮遊したままの酸化物介在物を生成し、凝固した鋳物に捕捉されて欠陥を引き起こす。.
表面酸化以外にも、アルミニウム溶融物（特にリサイクル・スクラップから調製されたもの）は、装入物中の水分や大気中の湿度から溶存水素を吸収し、様々な供給源からのアルカリ金属不純物（ナトリウム、カルシウム、カリウム）を含み、耐火物の侵食、合金添加、不適切な取り扱いによる非金属介在物を含む。.
フラックスは、化学反応、物理的湿潤、密度分離を通じてこれらの問題に対処する。効果的な溶融処理には、それぞれのフラックスがどの問題を対象としているかを理解することが不可欠である。.
アルミニウム・フラックスが扱う核心的問題
| 問題 | ソース | 未治療の場合の結果 | フラックス処理 |
|---|---|---|---|
| 表面酸化 | メルト表面でのO₂接触 | 酸化膜の巻き込み、ドロス損失 | カバーフラックス |
| 酸化物包接懸濁液 | メルト・タービュランス、バイフィルム形成 | 気孔率、機械的性質の低下 | 洗浄／精製フラックス |
| ドロス形成 | 表面酸化物の蓄積 | ドロスによる金属損失、熱効率不良 | ドロシング・フラックス |
| 溶存水素 | 水分、スクラップ汚染 | 鋳物の気孔率 | 脱気フラックス（またはロータリー脱気） |
| ナトリウム汚染 | 塩類フラックス残渣、スクラップの一部 | 脆化、表面ブリスター | アルカリ除去フラックス |
| カルシウム汚染 | マスター合金、一部スクラップ | 結晶粒構造改質、クラッキング | アルカリ除去フラックス |
| マグネシウムの枯渇（一部の合金において） | 保持中の酸化 | 規格外の構成 | 保護カバー・フラックス |
アルミニウムに使用されるフラックスの主な種類は？
アルミニウムフラックスは、複数の化学系が同様の機能的結果を達成できるため、特定の化学組成ではなく、主要な機能によって分類される。工業的実践において認識されている主な分類は以下の通りである：
フラックスをカバーする： 融液表面に塗布し、大気中の酸素や水分がアルミニウムに接触するのを防ぐ液体または半液体の保護ブランケットを形成する。鋳造の現場で最も広く使用されているフラックスで、溶解から鋳造までの全保持期間中に塗布される。.
ドロシング・フラックス： メルト表面に蓄積するドロス層に特に適用される。その機能は、酸化物粒子とドロス中に捕捉された残留金属アルミニウムとの間の表面張力と濡れ角を低下させ、金属を合体させて溶融物中に排出させ、ドロスからの金属回収を増加させ、ドロス廃棄量を減少させることである。.
フラックスの洗浄と精製： 溶融物に浸透して浮遊介在物と反応し、溶融物表面への浮遊を促進してスキミングできるように配合されている。これらのフラックスは、溶融物のバルク介在物含有量を減少させ、微粒子をより大きなクラスターに凝集させることにより濾過効果を向上させる。.
脱気フラックス： 融液内に反応性ガスを発生させる反応性化合物（歴史的にはヘキサクロロエタン。これらのガスは金属中を泡立ち、溶存水素を集めて表面に運ぶ。.
アルカリ除去フラックス： 溶融物中の溶解したナトリウム、カルシウム、リチウム（Li含有合金の場合）と反応し、表面に浮遊したりスラグ相に移行したりする化合物を形成するように特別に調合されている。.
フラックスの被覆溶融アルミニウムを酸化から守る
被覆フラックスは、アルミニウム溶解作業において最も基本的なフラックスです。その目的は単純で、大気中の酸素と水分が溶融アルミニウム表面に接触するのを防ぎ、それによって連続的な酸化皮膜の形成と水素ピックアップを防ぐことです。.
被覆フラックスの組成
アルミニウムの効果的な被覆フラックス：
- アルミニウムの保持温度（ほとんどの合金で680～750℃）以下で溶かす。.
- 融解物と大気との間のガス交換を許さない、連続した高密度の液体層を形成する。.
- アルミニウムと反応して望ましくない化合物を形成しない。.
- 使用温度での粘度が低く、乱れると流れ、自己回復する。.
- 液体アルミニウムと混和しないこと（フラックス層が上に留まるように）。.
標準的なアルミニウム合金用の最も一般的な被覆フラックス組成は、塩化ナトリウム（NaCl）と塩化カリウム（KCl）を約50：50または40：60のモル比で混合した共晶混合物です。NaCl-KCl共晶は約660℃で融解し、アルミニウムの融点よりわずかに低い温度で、通常の保持温度で完全に液状の保護ブランケットを提供します。.
この塩化物2元系は効果的で、広く入手でき、比較的安価である。しかし、普通のNaCl-KCl系には限界がある：
- ゆっくりと溶解し、融液表面と反応することで、融液中にナトリウムを導入することができる。.
- 包含除去機能はない。.
- ドロスの反応性を著しく低下させることはない。.
ベースとなるNaCl-KCl被覆フラックスに少量のフッ化物化合物（通常、5-15%氷晶石、フッ化カルシウム、またはフッ化マグネシウム）を添加すると、いくつかの点で性能が向上する。フッ化物成分はフラックスの融点をさらに下げ、使用温度でのフラックス粘度を下げ（表面被覆率を向上させ）、フラックスとメルトの界面で酸化皮膜をある程度溶解する作用をもたらす。.
フラックス塗布方法
被覆フラックスは、スキミング直後にフラックス粉末または顆粒を融液表面全体に散布またはシャベルでかき混ぜ、融解させて広げることによって塗布される。塗布量は通常、アルミニウム1トン当たり1～3kgであり、実際の塗布量は、連続した目に見えるフラックス層を維持するように調整される。.
フラックス層は、各金属添加後、サンプリング後、 および表面を乱すような操作の後に検査され、リフレッシュ されるべきである。フラックス層が破壊されたり薄くなったりすると、全体的な溶融温度と組成が適切であっても、介在物を生成する局所的な酸化が起こる。.
フラックス組成例
| フラックス指定 | NaCl (%) | KCl (%) | CaF₂ (%) | Na₃AlF₆ (%) | MgCl₂ (%) | 主要機能 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 標準カバー | 50 | 50 | — | — | — | 基本的な表面保護 |
| フッ素強化被覆 | 40 | 45 | 10 | 5 | — | 優れた流動性、マイルドな洗浄性 |
| 減塩カバー | 20 | 60 | 10 | — | 10 | Naピックアップの減少 |
| マグネシウム合金のカバー | 30 | 50 | 15 | — | 5 | Mg酸化の低減 |
ドロッシングフラックス：酸化物から金属を分離する方法
ドロスとは、保持、溶解、金属移動の間に溶融アルミニウムの表面に形成される、酸化アルミニウム、巻き込まれた金属、およびその他の非金属化合物の蓄積層のことである。アルミニウムの一次生産および二次製錬工程では、ドロスは金属総量の1～8%を占めることがあり、適切に処理されなければ重大な材料損失となる。.
ドロスの金属回収問題
アルミニウム溶解から生じるドロスは、通常、酸化物マトリックスに捕捉された重量で30-70%の金属アルミニウムを含む。処理なしでは、この金属は酸化物画分と一緒に廃棄され、直接的な金属損失と廃棄物処理費用が発生します。ドロッシング・フラックスは、この捕捉された金属を解放するために特別に設計されています。.
このメカニズムは、表面張力の調整によって機能する。未処理のドロスでは、酸化物粒子は液体アルミニウムによる濡れ性が悪く、液体アルミニウムと酸化物表面の接触角が比較的高いため、アルミニウムは酸化物の細孔ネットワーク中を効率的に拡散・流動しません。ドロスのフラックス成分（特にフッ化物化合物）は、アルミニウムと酸化物の界面に吸着し、接触角を劇的に減少させます。これにより、液体アルミニウムが合体し、重力下で酸化物マトリックスから流出します。.
ドロシング・フラックスの組成と用途
ドロッシング・フラックスは、通常、カバリング・フラックスよりも反応性フッ化物化合物の割合が高い。一般的な組成は以下の通り：
| コンポーネント | 標準レンジ（%） | 機能 |
|---|---|---|
| KCl | 30-50 | ベースフラックス、融点調整 |
| NaCl | 20-35 | ベースフラックス、コスト削減 |
| Na₃AlF₆（クライオライト） | 10-25 | 表面張力低下、濡れ性 |
| AlF₃ | 5-15 | 反応性の向上、フッ素活性 |
| CaF₂ | 5-15 | 粘度低下、融点 |
| NaF | 0-10 | 高い反応性、アルカリ除去 |
適用手順：バルクドロスを炉の片側にスキミングした後、ドロス層上にドロス用フラックスを振りかけ（通常、ドロス1トン当たり5～15kg）、ドロスをかき混ぜてフラックスを塊全体に浸透させる。5～10分間の攪拌と反応時間の後、処理ドロスは顕著に乾燥し、外観が金属的でなくなり、金属含有量が減少する。処理ドロスは、スキミング工程で未処理ドロスと比較して、残存金属表面上の二次ドロス（酸化アルミニウム表皮）の発生が実質的に少ない。.
ドロスフラックス処理による金属回収率の向上は、ドロス量の削減（より多くの金属が炉内に留まることを意味する）30～60%の範囲であり、フラックス費用の投資回収期間は、著しいドロス発生を伴う操業において、通常数ヶ月ではなく数日で測定されることが文書化されている。.
洗浄および介在物除去フラックス
洗浄用フラックスは、表面ドロスとは異なる、メルトバルク内の浮遊非金属介在物の問題に対処するものである。これらの介在物（主にアルミナ膜、スピネル粒子、二ホウ化チタン凝集体、その他の非金属化合物）は、メルト体積全体に分散しており、表面スキミングだけでは除去できない。.
クリーニング・フラックスによる介在物の除去
フラックスによる介在物除去のメカニズムには、同時に2つのプロセスがある：
湿潤と凝集： 酸化アルミニウムよりも表面エネルギーの低いフラックス成分が介在物表面に吸着し、介在物とフラックス相の界面張力を低下させる。これにより、小さな介在物の凝集が促進され、より大きなクラスターとなり、十分な浮力を得て表面に浮上する。.
化学反応： 一部のフラックス成分（特にフッ化物化合物）は酸化アルミニウムと直接反応し、フッ化アルミニウムを形成して酸化物の格子酸素を放出する。この溶解反応は、酸化物包有物のサイズを直接減少させ、融液からソルトフラックス相への移行を促進する。.
GrotekeとNeffがAFS Transactions (1993)に発表した研究では、フッ化物を含む塩でフラックスを処理すると、A356合金のPoDFAで測定した介在物含有量が40-65%減少し、その改善はフラックスのフッ化物活性と強い相関関係があることが実証された。.
反応性洗浄フラックスと非反応性洗浄フラックス
反応性洗浄フラックス は、より高い割合のフッ化物化合物を含み、融液中に攪拌されると（フッ化物-酸化物反応から）目に見えるガス発生を起こす。これらは、より強力な介在物除去を提供するが、慎重に使用しなければならない：
- 過度のフッ素活性は炉の耐火物ライニングを侵す可能性がある。.
- ガスの発生は乱流を引き起こし、溶融物の攪拌が制御されない場合、新たな酸化膜を生成する。.
- 反応性フラックスの中には、ナトリウムやその他の不純物を混入させるものがある。.
非反応性（物理的）洗浄フラックス は主に、溶融物との大きな化学反応を伴わない密度分離と濡れ性改良に依存する。これらは耐火物に優しく、ガスを発生させないが、あまり積極的でない介在物除去を提供する。.
インクルージョン・タイプの互換性
| インクルージョン・タイプ | 物理的洗浄フラックスの効果 | 反応性（フッ化物）フラックス効果 |
|---|---|---|
| アルミナ膜（Al₂O₃） | 中程度 | グッド～エクセレント |
| スピネル (MgAl₂O₄) | フェア | グッド |
| TiB₂凝集体 | フェア | 中程度 |
| NaCl/KCl塩粒子 | 良い（フラックスで溶ける） | 素晴らしい |
| 耐火性粒子 | 貧しい | 貧しい |
| 炭化物 (Al₄C₃) | 貧しい | 中程度 |
アルミニウム精製剤の配備効率の向上は、アドテックの フラックス注入機.
脱ガスフラックスと水素除去機能
歴史的には、反応性化合物、特に錠剤状のヘキサクロロエタン（C₂Cl₆）がアルミニウム融液からの水素除去の主な方法であった。これらの「脱ガスフラックス」は、融液に溶解する際に塩素ガスを発生させた：
C₂Cl₆ → 2C + 3Cl₂
融液中を上昇する塩素気泡が溶存水素を集め（HClを形成）、表面に運び、融液中の水素含有量を30-50%減少させた。.
脱気フラックス使用の現状
ヘキサクロロエタンと同様の反応性ハロゲン発生化合物は、世界的に厳しい規制圧力にさらされている：
環境への配慮： 処理中に塩素とHClガスが発生するため、ヒュームエクストラクションシステムが必要となる。ヘキサクロロエタン反応によるパークロロエチレンおよびその他の有機塩素系副生成物は、米国大気汚染防止法では有害大気汚染物質に分類されている。.
効果の限界： 30-50%水素還元では、反応性脱ガスフラックスは回転式不活性ガス脱ガス（50-80%還元）を大幅に下回り、品質に敏感な用途には適切ではない。.
ヨーロッパの制限 EUのいくつかの加盟国は、アルミニウム加工におけるヘキサクロロエタンの使用を制限または禁止している。欧州の事業では、代替の脱ガス方法が強く推奨されている。.
現在の用途 ヘキサクロロエタン錠剤は、経済的に回転式脱ガス装置が正当化されない発展途上市場の小規模鋳物工場や、一次装置が使用できない場合の緊急脱ガス用として使用されている。0.12ml/100gAl以下の水素を必要とする品質仕様の操業では、反応性脱ガスフラックスではなく、アルゴンまたは窒素を使用した回転式不活性ガス脱ガスが標準的なアプローチです。.
アドテックでは、固体脱気フラックスタブレットではなく、回転式脱気装置を通して使用する塩素含有ガス混合物（典型的にはアルゴン中の2-5% Cl₂）を供給しています。混合ガス中のCl₂は、固体ヘキサクロロエタンの環境問題なしに、塩素化学の包接凝集の利点を提供します。.
アルカリ除去フラックスナトリウムおよびカルシウム処理
アルミニウム融液中のナトリウム（Na）およびカルシウム（Ca）不純物は、標準的な被覆フラックスや洗浄フラックスでは十分に対処できない特定の問題を引き起こします。.
アルカリ金属がアルミニウムに有害な理由
ナトリウムの影響： 約5-10ppmを超える濃度では、ナトリウムはAl-Si合金のケイ素相の形態を変化させる。この効果は、ナトリウム改質合金では意図的であるが、他の合金では有害である。高Mg合金では、Naは熱間引裂や粒界脆化を促進する。電気用線材では、5ppmを超えるナトリウムは導電性と伸線性能を低下させる。.
カルシウムの効果： 約3-5ppmを超えるカルシウムは、機械的特性を低下させ、展伸材の表面品質に問題を引き起こすような形で結晶粒組織を変化させる可能性がある。カルシウムはまた、いくつかの合金系における気孔率の増加とも関連している。.
ナトリウムの汚染源としては、以前の炉の操業で発生した塩類フラックス残渣、再生スクラップの一部グレード（特にガラスやセラミックで汚染されたもの）、ナトリウムが微量不純物であるマスター合金の添加、脱気フラックス錠剤の保管管理不良（ヘキサクロロエタン錠剤は、水分で分解された錠剤バインダーからナトリウムが混入する可能性がある）などがある。.
アルカリ除去フラックスのメカニズム
アルカリ除去フラックスは通常、ナトリウムとカルシウムに熱力学的に親和性の高いフッ化物化合物を含む。最も効果的なアルカリ除去剤は以下の通りである：
AlF₃（フッ化アルミニウム）： 溶解したナトリウムと反応する：
3Na + AlF₃ → Al + 3NaF (塩フラックス相へ移行)
この反応は、アルミニウム融液温度では熱力学的に有利であり、フラックスが融液に接触すると急速に進行する。.
塩素ガス（ロータリー脱気による）： 塩素は、溶解したナトリウムおよびカルシウムと反応してNaClおよびCaCl₂を形成し、融液表面に浮遊する塩相に移行する。これは、回転式脱ガスガス（2-5% Cl₂）への少量の塩素添加が、ハイスペックアルミニウムを製造する操業に指定される主な理由の1つである-塩素は、水素還元と同時にアルカリ除去に対処する。.
アルカリ金属除去効率
| 治療方法 | Na除去（初期の%） | Ca除去（初期の%） | 治療時間 |
|---|---|---|---|
| AlF₃含有フラックス、攪拌 | 60-80% | 50-70% | 5～15分 |
| ロータリー脱気、Arのみ | 20-35% | 15-30% | 15～30分 |
| ロータリー脱ガス、Ar + 3% Cl₂ | 75-90% | 65-85% | 15～30分 |
| 反応性フラックス＋回転脱ガス | 85-95% | 75-90% | 複合治療 |
ナトリウムが5ppm以下でなければならないECグレードのアルミニウム（導電体用途の1350合金）については、アルカリ反応性フラックスとAr＋Cl₂回転脱ガスの複合処理が、プレミアム操業における標準的なアプローチである。.
フラックス組成表と化学システム
フラックスの種類と組成に関する総合的なリファレンス
| フラックスタイプ | ベースシステム | 主要添加物 | 申請率 | 使用温度範囲 |
|---|---|---|---|---|
| 標準カバー | 50% NaCl, 50% KCl | なし | 1-3 kg/t | 660-800°C |
| フッ素カバー | 40% NaCl, 45% KCl | 10-15% CaF₂ | 1-3 kg/t | 660-800°C |
| ドロシング・フラックス | 35% KCl、25% NaCl | 25% Na₃AlF₆, 15% AlF₃ | 5-15 kg/tドロス | 680-760°C |
| クリーニングフラックス（中程度） | 45% KCl、35% NaCl | 15% CaF₂, 5% NaF | 2-5 kg/t | 700-760°C |
| クリーニングフラックス（反応性） | 35% KCl、25% NaCl | 20% Na₃AlF₆, 15% AlF₃, 5% NaF | 3-8 kg/t | 700-760°C |
| アルカリ除去フラックス | 30% KCl, 20% NaCl | 30% AlF₃, 20% CaF₂ | 3-10 kg/t | 700-760°C |
| ガス抜きフラックス（レガシー） | C₂Cl₆ 錠剤 | — | 0.5-2 kg/t | 680-750°C |
| マグネシウム合金フラックス | 35% KCl, 35% MgCl₂ | 20% NaCl, 10% CaF₂ | 2-5 kg/t | 680-760°C |
一般的なフラックス成分の融点
| コンパウンド | 化学式 | 融点 (°C) | 流動する機能 |
|---|---|---|---|
| 塩化ナトリウム | NaCl | 801°C | ベース・フラックス成分 |
| 塩化カリウム | KCl | 770°C | ベースフラックス成分（共晶を下げる） |
| NaCl-KCl共晶 | — | ~660°C | 二元系の最低融点 |
| フッ化カルシウム | CaF₂ | 1418°C | 粘度低減、湿潤 |
| 氷晶石 | Na₃AlF₆。 | 1009°C | 反応性、表面張力低下 |
| フッ化アルミニウム | AlF₃ | 1291℃（サブレル） | アルカリ除去、反応性 |
| フッ化ナトリウム | NaF | 993°C | 高い反応性、フッ素活性 |
| 塩化マグネシウム | MgCl₂ | 714°C | Mg合金フラックス成分 |
| フッ化マグネシウム | MgF₂ | 1263°C | 被覆フラックス調整剤 |
合金シリーズによるフラックスの選択
| 合金シリーズ | 主な懸念事項 | 推奨フラックス・タイプ | キー制限 |
|---|---|---|---|
| 1xxx（純Al、ECグレード） | Na、Ca不純物、介在物 | アルカリ除去＋カバーリング | フラックスからのNa添加を最小限に抑える |
| 2xxx (Al-Cu) | 介在物、酸化膜 | クリーニングフラックス＋カバー | 高Naフラックスなし |
| 3xxx (Al-Mn) | 介在物、Fe-Si粒子 | カバーリング＋適度なクリーニング | スタンダード |
| 5xxx（Al-Mg、<3% Mg） | MgOインクルージョン、表面酸化物 | フッ素カバー | 還元Na |
| 5xxx（Al-Mg、>3% Mg） | 急速酸化、MgO | マグネシウム専用カバー | 高NaClフラックスを避ける |
| 6xxx（Al-Mg-Si系） | 介在物、TiB₂凝集体 | クリーニング＋カバーリング | スタンダード |
| 7xxx（Al-Zn-Mg系） | 介在物、アルカリ除去 | 反応洗浄＋アルカリ除去 | 過剰なフッ化物を含まない |
| A356/A380（鋳造） | 水素、インクルージョン | カバーリング＋ドロッシング | 新規インクルージョンの導入を最小限に抑える |
用途に適したアルミ・フラックスの選び方
正しいフラックスを選択するには、フラックスの主な機能を、特定の作業における主要な溶融品質問題に適合させる必要がある。誤ったタイプのフラックスを使用すると、材料が無駄になり、新たな問題が発生する可能性がある。.
ステップ1：主要なメルト品質問題の特定
RPT（減圧試験）を実施し、水素とバイフィルムの複合含有量を評価する。PoDFAサンプリングを使用して、封入物の種類と量を定量化する。アルカリ汚染が疑われる場合は、発光分光分析でナトリウム含有量を測定する。このような診断情報があって初めて、一般的な推奨に基づくのではなく、フラックスの選択を純粋に最適化することができる。.
ステップ2：診断された問題にフラックス関数を合わせる
| 診断された問題 | 一次フラックス溶液 | 二次処理 |
|---|---|---|
| 金属含有量が高く、ドロス量が多い | ドロシング・フラックス | 被覆フラックスカバレッジの向上 |
| バルクメルト中の懸濁含有物 | 洗浄用フラックス（フッ素含有） | 下流のセラミックフォームろ過 |
| 急速な表面酸化、高いドロス発生率 | より良い被覆フラックス、より頻繁な塗布 | 融液表面の乱れを抑える |
| ナトリウムまたはカルシウムの含有量が多い | アルカリ除去フラックス、Cl₂添加回転脱ガス法 | アルカリ汚染源の調査 |
| 高水素、鋳物の気孔率 | ロータリー脱気（一次）、Cl₂ガス添加 | 再吸収を抑えるカバーフラックス |
| スクラップからの一般的な包含負担 | クリーニング＋カバーリングの複合アプローチ | 二段式CFFろ過 |
ステップ3：合金特有の制限を考慮する
高マグネシウム合金（5xxxでMg >3%）： 標準的なNaCl-KCl被覆フラックスは、融液中のマグネシウムと反応し、ナトリウムを導入し、マグネシウムのバランスを崩す可能性がある。ナトリウム活性を最小限に抑えたMgCl₂-KCl-NaCl系を用いたマグネシウム特異的フラックス製剤が必要である。.
導電グレード（1350合金）： 有意なナトリウムを含むフラックスは慎重に使用しなければならない。フラックス処理後のナトリウムレベルは、分析的に検証されなければならない。アルカリ除去機能は被覆フラックスを塗布する前に行うべきであり、被覆フラックスは低ナトリウム製剤であるべきである。.
低シリコン合金： フッ化物系フラックス成分の中には、耐火物やフラックスシステ ム自体からのシリコン還元を促進するものがある。シリコンが非常に少ない用途では、フラックスがシリコンを導入しないことを確認する。.
ステップ4：申請手続きの最適化
最も一般的なフラックス塗布の失敗は、正しいフラックス製品を使用しているにもかかわらず、それを誤って塗布してしまうことである：
- フラックスの塗布量が少なすぎると、被覆が不完全になり、酸化が進む。.
- フラックスの塗布量が多すぎると、厚いフラックス層はきれいにスキミングするのが難しくなり、塩分が混入してしまう。.
- 洗浄の際、フラックスを十分に攪拌せずに塗布し、溶融量のほとんどを未処理のままにしておく。.
- フラックスが水で汚染されるのを防ぐ（塩類フラックスは湿度の高い空気から急速に水分を吸収するため、融液に混入すると激しいスパッタリングを引き起こす可能性がある）。.
安全性、環境規制、フラックス廃棄物管理
アルミニウム・フラックス使用による労働災害
アルミニウムフラックスには、積極的な管理を必要とするいくつかの職業上の危険がある：
塩化水素（HCl）ヒュームの発生： 塩化物フラックスが水分 ( 空気中、工具上、または濡れたチャージ材から ) と接触すると、HCl ヒュームを発生します。HCl の OSHA PEL は上限 5 ppm です。塩化物フラックスを使用する作業では、局所排気装置が必要です。.
フッ化物ヒュームの発生： フッ化物を含むフラックスは、特に加熱するとフッ化水素 (HF) のヒュームを発生する。HF は低濃度でも急性毒性がある（OSHA PEL 3 ppm TWA、6 ppm STEL）。フッ化物フラックスの使用には、呼吸保護具とヒューム抽出器が必要です。.
溶けた塩が飛び散る： メルト表面へのフラックスの導入には、フラックス内または塗布ツール上の水分による水蒸気爆発を防ぐため、制御された塗布が必要である。すべてのフラックスは乾燥した状態で保管し、メルト表面下に浸漬する用途に使用する前に予熱する必要があります。.
熱傷： 700～760℃の溶融アルミニウムおよび溶融塩フラックスを扱う作業には、重度の火傷の危険性があります。作業者は全員、顔面シールド、耐熱手袋、耐熱衣服などの適切なPPEを着用しなければならない。.
フラックス選択に影響する環境規制
| 規制 | 地域 | フラックス選択への影響 |
|---|---|---|
| EU規則1907/2006 (REACH) | 欧州連合 | 特定のフッ化物化合物に関する規制、氷晶石登録が必要 |
| 大気汚染防止法（NESHAP） | アメリカ | アルミニウム二次加工からのHClおよびHF排出規制 |
| EUのFガス規制 | 欧州連合 | 工業プロセスにおけるハロゲン化合物の制限 |
| 中国GB規格 | 中国 | アルミニウム加工からのHFとCl₂の最大排出規制値 |
| RoHS指令 | EU | 電子機器用アルミニウムのフラックス組成に影響 |
フラックス廃棄物（塩スラグ）処理
使用済みアルミニウムフラックスおよび関連ドロス（ソルトスラグまたはブラックドロスと呼ばれる）には、酸化アルミニウムおよび残留金属と混合された塩化物およびフッ化物塩が含まれている。この材料は、そのためにほとんどの規制管轄区域で有害廃棄物に分類されている：
- 塩化物およびフッ化物の地下水への溶出性。.
- 湿潤時に（窒化物不純物から）アンモニアが発生する可能性がある。.
- アルミニウム合金の不純物に由来する重金属含有量。.
ソルトスラグは、認可を受けた有害廃棄物処理施設で処分されるか、ソルトスラグ・リサイクル事業で処理されなければならない。この事業では、再利用のために塩分画分を回収し、他の用途のために酸化アルミニウム画分を回収する。ヨーロッパ、北米、東アジアでは、いくつかの商業的な塩スラグ処理施設が操業している。不適切な塩スラグ処理による環境責任は、元のフラックスの材料費を大幅に上回る。これが、最適な用途を通じてフラックスの使用を最小限に抑えることが、経済的にも環境的にも望ましい理由の一つである。.
アルミニウム用フラックスに関するよくある質問
1: アルミニウム溶解に使用される最も一般的なフラックスは何ですか？
最も広く使用されているアルミニウム・フラックスは、塩化ナトリウム（NaCl）と塩化カリウム（KCl）をほぼ等重量の割合で混合したもので、フッ化カルシウム（CaF₂）や氷晶石（Na₃AlF₆）を少量添加することが多い。このNaCl-KCl塩基系は共晶を形成し、アルミニウムの融点ぎりぎりかそれ以下の約660℃で融解し、融液表面に液体保護ブランケットを形成して酸化と水素ピックアップを防ぎます。この被覆フラックスは、事実上すべてのアルミニウム鋳造および製錬工場で、基本的な溶融物保護として世界中で使用されている。より特殊なフラックス（ドロス剤、洗浄フラックス、アルカリ除去フラックス）は、基本的な表面保護以上の特定の処理目的のために添加されます。NaCl-KClシステムの優位性は、その低コスト、幅広い入手可能性、および商業用アルミニウム合金の全範囲にわたって実証された性能を反映している。.
2: アルミニウムにホウ砂や他の一般的なフラックスは使えますか？
いいえ - ホウ砂（四ホウ酸ナトリウム、Na₂B₄O₇）は、低温でアルミニウムを含む金属のはんだ付けやろう付けに使用されるフラックスですが、溶融アルミニウム鋳造作業用の溶融処理フラックスとしては適切ではありません。ホウ砂の融点は約743℃で、アルミニウムの溶融温度の範囲内であるが、アルミニウムと反応してホウ化アルミニウム化合物を形成し、溶融物にホウ素汚染をもたらす。ホウ砂フラックスの使用によるホウ素が制御されないと、商業用アルミニウム合金の注意深く管理された結晶粒微細化が阻害されることになる。アルミニウム溶湯製造に適したフラックスは、この記事で説明されている塩化物-フッ化物塩系です。アルミニウムのろう付けおよびはんだ付け（溶融処理とは異なるプロセス）には、アルミニウム熱交換器の炉内ろう付け用のノコロック（フルオロアルミン酸カリウム）のような、フッ化物化合物をベースとする非腐食性フラックス系が使用される。.
3: アルミニウム用の被覆フラックスと洗浄フラックスの違いは何ですか？
被覆フラックスと洗浄フラックスは、それぞれ異なる機能を持ち、適用方法も異なる。カバーリングフラックスは、液体アルミニウムと大気中の酸素との接触を防ぐために溶融物表面全体に散布され、溶融物表面を物理的に隔離する。通常、低率（アルミニウム1トン当たり1～3kg）で塗布され、保持期間全体を通して維持される。洗浄フラックスは、メルトバルク内の浮遊非金属介在物と反応し、これを除去するように設計されている。金属体積全体の介在物と接触するためには、メルト中に撹拌または注入する必要がある。クリーニング用フラックスは、反応性フッ化物化合物の含有率が高く、適用量も多いが（1トン当たり2～8kg）、適用頻度は低い。複合」フラックスとして販売されている製品の中には、両方の機能を同時に果たそうとするものもありますが、アドテックの経験では、継続的な表面保護には専用の被覆用フラックスを使用し、定期的なバルク処理には別のクリーニング用フラックスを使用することで、最良の結果が得られます。.
4: フラックスはどのようにして溶融アルミニウムから介在物を除去するのですか？
フラックスは、表面張力の調整と化学反応という2つの相補的なメカニズムによって、溶融アルミニウムから介在物を除去する。表面張力のメカニズムは、フラックス中のフッ化物化合物が酸化アルミニウム介在物粒子と周囲の金属との界面に吸着し、界面エネルギーを低下させ、介在物の凝集を促進して大きなクラスターにすることで機能する。大きなクラスターは抗力に比して浮力が大きく、小さな個々の介在物よりも容易に融液表面に上昇する。化学反応メカニズムは、フッ化物種（特にAlF₃と氷晶石）による酸化アルミニウムの直接溶解を含み、これらはAl₂O₃と反応してオキシフルオロアルミニウムと関連化合物を形成し、金属中に残留するよりもむしろ塩フラックス相に優先的に分配する。どちらのメカニズムも、フラックスが介在物と密接に接触していることを必要とするため、洗浄用フラックスは単に表面に浮かべるのではなく、融液中に十分に攪拌する必要がある。.
5: 回転脱気とセラミックフォーム濾過を使用する場合、フラックスは必要ですか？
フラックスは、ロータリー脱気とセラミック泡濾過によって完全に置き換えられるわけではありませんが、これらのシステムが導入されると、その役割は大きく変わります。回転式脱ガスは、以前は反応性脱ガスフラックス（ヘキサクロロエタン）が対応していた溶存水素の機能を処理し、セラミックフォーム濾過は、洗浄フラックスが処理しなければならない介在物を除去する。しかしながら、脱ガスや濾過システムに関係なく、被覆フラックスは依然として必要である。メルト表面が大気に曝されている限り、メルト表面は継続的に新しい酸化物を生成し、この表面酸化物が介在物としてメルトに入るのを防ぐために、被覆フラックスブランケットで物理的に管理しなければならない。また、蓄積したドロスから金属を回収するためのドロス用フラックスも依然として必要である。回転脱ガスやCFFが利用できるようになると何が変わるかというと、フラックス（特に反応性フッ化物フラックス）の反応性洗浄機能があまり重要でなくなり、フラックス全体の消費量とそれに伴う廃棄物管理の課題が減るということである。.
6: マグネシウム含有量の多いアルミニウム（5xxxシリーズ）には、どのようなフラックスを使用するのですか？
高マグネシウムアルミニウム合金(5083や5182のような3%以上のMgを持つ5xxx系)は、マグネシウムと反応して問題を引き起こす多量のナトリウムの混入を避けるために、特別に調合されたフラックスを必要とする。標準的なNaCl-KCl被覆フラックスには、融液表面酸化物中のマグネシウムと交換する可能性のあるナトリウムが多量に含まれており、ナトリウム不純物を導入してマグネシウムのバランスを崩す可能性がある。高Mg合金のための適切な被覆フラックスは、KClと並んで塩化マグネシウム（MgCl₂）を主成分として使用し、NaCl含有量は最小限である-例えば、35% MgCl₂, 50% KCl, 15% NaCl混合物。この低ナトリウム製剤は、ナトリウム交換反応なしに十分な表面保護を提供する。さらに、高Mg合金の場合、融液中のマグネシウムが急速に酸化し、Al₂O₃よりも除去が難しいMgO介在物を生成するため、低Mg合金よりもフラックス層をより注意深く維持しなければならない。より頻繁なフラックスリフレッシュと穏やかな溶融物の取り扱いが必要である。.
7: アルミニウムから水素を除去するためにフラックスを使用できますか、それとも脱ガス装置が必要ですか？
反応性脱ガス剤（ヘキサクロロエタン錠剤）は、アルミニウムから水素を除去することができますが、限られた効率（30～50%の減少）しか達成できず、環境および安全面で大きな欠点があります。アルゴンまたは窒素による回転式不活性ガス脱ガスは、50～80%の水素低減を安定的に達成し、精密に制御でき、ヒューム抽出が必要な有毒塩素化合物を生成しないため、品質に敏感なほとんどの用途では、水素除去に必要な方法です。少量の塩素ガス（2-5% Cl₂）を回転脱ガス用アルゴンに添加することで、封入物の凝集やアルカリ金属除去などのさらなる利点が得られます。このアプローチは、固形フラックスタブレットの問題なしに、フラックス化学と機械的脱ガスの両方の長所を兼ね備えています。アドテックでは、反応性固体脱ガスフラックスは、一次脱ガス装置が使用できない場合の緊急バックアップ手段としてのみ、または回転式装置が経済的に正当化できない非常に小規模なオペレーションにおいてのみ推奨しています。.
8: アルミニウムのはんだ付けやろう付けに使用されるフラックスと、鋳造用フラックスの違いは何ですか？
これらは、異なるプロセスに対応する全く異なるフラックス系である。アルミニウム部品（自動車用熱交換器など）の炉 ろう付けでは、標準的なフラックス系はフルオロ アルミン酸カリウム（K₁₋₃AlF₄ ₋₆）で、Nocolokま たは同等の製品として市販されている。このフラックスは約560℃以上で活性化し、ろう付け中にアルミニウム表面の酸化層を破壊し、ろう材（通常はAl-Si共晶合金）が接合部に濡れ流れ込むようにする。トーチろう付けの場合、同様のフッ化物化学に基づくアルミニウムろうフラックスが、加熱前にペーストまたは粉末として接合部に塗布される。アルミニウムのソフトはんだ付け（亜鉛または錫ベースのはんだを使用する低温）では、有機酸または塩化亜鉛をベースとする積極的なフラックスが使用される。これらのろう付けおよびはんだ付け用フラックスはいずれも、鋳造の溶融処理には適していません。これらのフラックスは、固形アルミニウムの表面濡れ用に設計されており、700～760℃の大量の液体金属のバルク処理には適していません。.
9: 溶融アルミニウムに加えるフラックスの量と頻度は？
塗布量は、フラックスの種類と操業条件によって異なる。被覆フラックス：アルミニウム保有量1トン当たり1～3kgを、各スキミング作業の後、および溶融物表面を乱すあらゆる事象（金属の添加、サンプリング、工具の浸漬）の後に塗布する。湿度の高い条件下や、溶融物が長時間保持される場合には、被覆フラックスは30～60分ごとにリフレッシュする必要がある。クリーニング用フラックス：アルミニウム1トン当たり2～8 kgを、処理段階において炉チャージ当たり1回塗布し、5～10分間十分に攪拌してフラックスを溶融物全体に行き渡らせる。ドロッシング用フラックス：ドロス1トン当たり5～15 kgを、ドロス層に直接塗布し、レーキで作業する。アルカリ除去フラックス：1トン当たり3～10kg、処理時間はスキミング前の攪拌10～20分。どのタイプのフラックスでも、過剰塗布は塩分混入リスク（フラックス粒子が金属中に巻き込まれる）を高め、廃棄物処理量とコストを増加させる。効果を検証するための定期的なRPT試験と、消費量と品質結果を追跡するための炉内記録により、フラックス消費量を体系的に最適化することで、フラックスコストと廃棄物発生量の両方を一貫して削減することができる。.
10: アルミニウム用フラックスはどのような認証や品質基準を満たす必要がありますか？
鋳造および鋳造所用途の工業用アルミフラックスは、以下の品質および安全基準を満たすか、またはそれに対して検証される必要があります。製造業者のISO 9001認証は、一貫した製造品質とトレーサビリティを保証する。化学組成は、製造バッチごとにメーカーの分析研究所で検証されるべきであり、出荷ごとに適合証明書を入手することができる。約0.2%を超えるフラックス中の水分は、フラックスを融液に塗布した際に激しいスパッタリングを引き起こす可能性がある。重金属（鉛、カドミウム、水銀）の含有量は、特に食品に接触する用途や自動車構造用途のアルミニウムに使用されるフラックスについては、指定された限度値以下であることを確認する必要があります。GHSの要件に従った安全データシート（SDS）は最新のものでなければならず、溶融塩の皮膚や目への接触、フッ化物ガスの吸入に対する緊急手順を含んでいなければならない。欧州市場での調達にはREACH適合文書が必要である。航空宇宙用アルミニウム製造に使用されるフラックスについては、製造者は完全なトレーサビリティ記録を提供し、フラックス組成が特定の合金の不純物仕様（特にフラックス自体が混入する可能性のあるナトリウムとカルシウム含有量）に適合していることを検証しなければならない。.
要約：アルミニウム事業における適切なフラックスの選択
アルミニウムに使用されるフラックスは単一製品ではなく、それぞれが特定の溶融品質問題を対象とした特殊な化学処理製品群である。フラックス選択における最も重要な原則は、実際の品質問題が何であるかを特定することなく、一般的な「アルミニウム用フラックス」を適用するのではなく、診断された問題にフラックスの機能を適合させることである。.
カバーリングフラックス（フッ化物を添加したNaCl-KCl塩基）は、普遍的なベースラインである。ドロッシングフラックスは、ドロスからの金属回収率を向上させ、ドロスの発生が著しい作業では廃棄物量を削減する。洗浄フラックスは、バルクメルト中の懸濁含有物を減少させ、下流のセラミックフォーム濾過と相乗的に作用する。アルカリ除去フラックスは、標準的なフラックスでは解決できないナトリウムとカルシウムの汚染に対処します。また、制御されたガス化学（アルゴンまたは窒素、オプションでCl₂添加）を用いた回転式脱ガスは、反応性固体フラックスがかつて果たそうとした水素除去機能を処理します。.
最適な溶融処理システムは、継続的な保護のための被覆フラックス、バルク介在物管理のための定期的な洗浄フラックス、組成が必要とする場合のアルカリ除去処理、および水素制御のための主要ツールとしての回転式脱ガス処理といった、これらの要素を適切な順序で組み合わせたものである。各コンポーネントには特定の役割があり、システムはすべての役割が正しく満たされたときに最高の性能を発揮する。.
アドテックでは、フラックス配合、セラミックフォームフィルター、回転式脱ガス装置など、あらゆるアルミニウム溶融処理製品を供給しています。また、当社のアプリケーションエンジニアリングチームは、最小の総処理コストで品質目標を達成する溶融処理システムの設計においてお客様をサポートしています。.
この記事は、鋳造工場での主な経験、公表された冶金学的研究、およびアルミニウム鋳造施設での直接適用モニタリングに基づいて、アドテック技術編集チームが作成した。主な参考文献には、GrotekeとNeffによる研究（AFS Transactions、1993年）、およびアルミニウム協会と欧州アルミニウムによって文書化された業界標準慣行が含まれる。内容は毎年見直される。.
最終更新日2026年｜アドテック・テクニカル・リソース・ライブラリ.
