CN107614717A - 铝合金包覆材料及钎焊方法 - Google Patents

铝合金包覆材料及钎焊方法 Download PDF

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迫田正一
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Abstract

一种铝合金包覆材料，其特征在于，是在含有Mg：0.2～2.0％(质量％、以下相同)且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。另外，一种铝合金包覆材料，其特征在于，是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。根据本发明，能够提供在非活性气体气氛中在不使用助焊剂下进行钎焊的无助焊剂钎焊中，能利用熔融钎料完好且迅速地形成角焊缝的铝合金包覆材料(不具有钎焊材料的对象材料)。

Description

铝合金包覆材料及钎焊方法
技术领域
本发明涉及用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊的铝合金包覆材料，详细而言涉及利用熔融钎料进行钎焊的铝合金包覆材料(不具有钎焊材料的对象材料)、及钎焊方法。
背景技术
具有大量细小接合部的铝制换热器、尤其是汽车用换热器中，广泛使用钎焊接合作为接合方法。为了对铝进行钎焊接合，需要将覆盖钎焊材料表面的氧化覆膜破坏，使熔融了的钎焊材料与母材或同样熔融了的钎焊材料接触。将氧化覆膜破坏并进行钎焊的方法大致有两类，有使用助焊剂进行钎焊的助焊剂钎焊法、和在真空中或非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊的无助焊剂钎焊法。
本发明用于在不使用助焊剂下进行钎焊的无助焊剂钎焊法，以下，若对无助焊剂钎焊法进行叙述，则在真空中加热而进行钎焊的真空钎焊法中，钎焊材料表面的氧化覆膜因钎焊材料中含有的Mg的蒸发(随着钎焊材料的熔融的剧烈的沸腾)而机械性地被破坏。另外，由于钎焊材料中含有的Mg、从芯材扩散至钎焊材料表面的Mg，而钎焊材料表面的氧化覆膜被还原、发生脆弱化。在与不具有钎焊材料的对象材料接合的情况下，从设置在钎焊材料中或非加热品的附近的吸气材料(由纯Mg或含有Mg的合金形成的接合促进材料)蒸发出来的Mg作用于对象材料的氧化覆膜，将氧化覆膜还原、破坏，因此即使是不具有钎焊材料的对象材料，也完好且迅速地形成角焊缝。
另一方面，在非活性气体气氛中的无助焊剂钎焊法中，Mg几乎不从材料中蒸发。因此，氧化覆膜的破坏是由于钎焊材料、芯材中所含的氧化性元素(氧化物生成自由能低的元素、例如Mg、Be、Li、Ca、Ba等)而使得钎焊材料表面的氧化覆膜脆弱化，但若对象材料为不具有钎焊材料的材料，则由于以下所述的理由，角焊缝的形成需要相当长的时间。
在与不具有钎焊材料的材料的钎焊接合部，首先在接触部中，熔融钎料从氧化覆膜的间隙(因热膨胀差而产生的龟裂或因氧化性元素的还原作用而产生的龟裂)渗出并与对象材料的氧化覆膜接触。因此，由于熔融钎料中的上述氧化性元素，而对象材料的氧化覆膜被还原、破坏，熔融钎料与对象材料的母材接触。然后，熔融钎料中的氧化性元素缓慢将对象材料的氧化覆膜还原、破坏，由此角焊缝的形成缓慢进展。这样，由于对象材料的氧化覆膜的破坏仅是通过熔融钎料中的氧化性元素的作用而进行的，因此角焊缝的形成耗费时间。另外，在钎焊材料熔融以前，氧化覆膜的破坏或脆弱化基本不进行也是角焊缝形成需要时间的一大因素。
对于在与不具有钎焊材料的对象材料间的角焊缝形成，不仅需要时间，有时还不均匀地形成角焊缝、或即使接触对象材料也完全不会生成角焊缝。作为这种角焊缝形成不良的直接原因，大多是由于对象材料的氧化覆膜未被破坏、熔融钎料无法接触对象材料的母材。其是在对象材料的氧化覆膜为坚固且不易破坏的结构时、或在气氛中的氧浓度高、在加热中对象材料的氧化覆膜成长时产生的问题，尽管有程度的差别，但在非活性气体气氛中的无助焊剂钎焊中，与不具有钎焊材料的对象材料的接合通常具有不稳定性。因此，需要在钎焊前对材料进行蚀刻处理而置换为自然氧化覆膜、或严格管理钎焊气氛来进行钎焊等细心的注意。
为了提高与不具有钎焊材料的对象材料的接合性，也提出了通过使对象材料中含有氧化性元素来促进对象材料的氧化覆膜的破坏，但产生因对象材料中含有的氧化性元素而对象材料的原材料表面的氧化覆膜坚固地形成、因钎焊气氛中的微量的氧、水蒸汽而在钎焊加热中氧化覆膜变得容易成长这样的冲突。根据发明人等确认后的结果，作为对象材料，将含有0.6％的Mg的6063材和完全不含有Mg的1070材进行比较评价后，6063材根据加热条件而接合状态大幅改变，特别是在钎焊气氛中的氧浓度高的条件下，1070材完好地形成了角焊缝。作为6063材差的理由，认为是因为，在6063材原材料的表面坚固地形成了MgO，进而在钎焊气氛中的氧浓度高的条件下，在钎焊加热中进行了再氧化。也确认了钎焊气氛中的氧浓度、露点变得越高，含有Mg的材料的接合性越会显著降低，确认了在钎焊气氛中的氧浓度未被充分管理的通常的钎焊用生产炉中，Mg添加材料并非是有效、能够信赖的解决方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-104509号公报
专利文献2：日本特开2004-358519号公报
专利文献3：日本特开2013-001941号公报
专利文献4：日本特开2014-050861号公报
发明内容
发明要解决的问题
鉴于上述现有的状况，对于在非活性气体气氛中在不使用助焊剂下进行钎焊的无助焊剂钎焊中用于相对于不具有钎焊材料的对象材料形成完好的角焊缝的方法，如下地进行了考察。
在非活性气体气氛中的无助焊剂钎焊中，为了使角焊缝完好且迅速地形成，对于材料所要求的条件，认为如下。
(1)在材料的制造阶段在表面不形成坚固的氧化覆膜。
(2)自钎焊材料的熔融前进行氧化覆膜的破坏或脆弱化。
(3)在角焊缝形成的开始后，氧化覆膜的破坏进一步迅速地进行。
其中，关于(1)，需要控制材料表面中的氧化性元素的量。氧化性元素中，作为通常的铝合金的添加元素而频繁使用的是Mg，重要的是控制材料表面的Mg量。关于其它的Be、Li、Ca、Ba等，除了特殊的情况以外，通常为不使用的元素，以某些理由添加的情况下，需要严格控制添加量。
关于(2)的氧化覆膜的破坏或脆弱化，仅仅是由于氧化性元素的作用，在该点上与(1)的条件看似矛盾，但通过将氧化性元素添加至自材料表面起稍微到内部的区域而不是均匀地添加到材料中，使其通过钎焊加热时的扩散到达材料表面，能够实现目的。因此，认为理想的是采用具有薄的表层材料的包覆材料，而不是单层的材料。即，表层材料满足(1)的要件，通过向内构件(芯材、中间材料)中添加Mg，可以满足(2)的条件。另外，为了充分满足(2)的条件，表层材料的厚度也成为重要的因子。对于表层材料的厚度而言，根据芯材或中间材料中含有的Mg量、钎焊加热时的温度历程而最佳的厚度不同，但在通常的钎焊用材料和通常的钎焊温度历程的范围中，要求以包覆率计为数％以下的薄厚。
关于(3)的条件，如果满足(2)的条件，则角焊缝形成开始后的氧化覆膜的破坏就比角焊缝形成开始前迅速地进行。这是因为，一旦角焊缝形成开始、即熔融钎料与对象材料的母材的接触，则熔融钎料将对象材料的母材溶解并使角焊缝成长。此时，如果母材在熔融钎料中的溶解速度快，则会促进对象材料的氧化覆膜的破坏。因此，使表层材料的熔点降低的元素会有效地起作用，向内构件添加Mg会提高在熔融钎料中的溶解反应速度、促进氧化覆膜的破坏，因此在满足(3)的条件下也是有效的。
本发明是基于以上的考察进行了试验、研究而得到的结果，其目的在于，提供：在非活性气体气氛中在不使用助焊剂下进行钎焊的无助焊剂钎焊中，能够利用熔融钎料完好且迅速地形成角焊缝的铝合金包覆材料(不具有钎焊材料的对象材料)的材料构成及使用该铝合金包覆材料的钎焊方法。
用于解决问题的方案
用于实现上述目的的技术方案1的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在含有Mg：0.2～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。以下的说明中，合金成分全部表示为质量％。
技术方案2的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在含有Mg：0.2～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
技术方案3的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在含有Mg：0.2～2.0％、Mn：0.05～1.8％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
技术方案4的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在含有Mg：0.2～2.0％、Mn：0.05～1.8％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
技术方案5的铝合金包覆材料的特征在于，在技术方案1～4中任一项中，前述芯材还含有Cu：0.05～2％、Si：0.05～1.0％中的1种或2种。
技术方案6的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
技术方案7的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
技术方案8的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
技术方案9的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
技术方案10的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
技术方案11的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
技术方案12的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
技术方案13的铝合金包覆材料的特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
技术方案14的铝合金包覆材料的特征在于，在技术方案6～13中任一项中，前述铝的芯材含有Mg：0.2～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成。
技术方案15的铝合金包覆材料的特征在于，在技术方案6～13中任一项中，前述铝合金的芯材含有Mg：0.2～2.0％、Mn：0.05～1.8％且余量由Al及不可避免的杂质组成。
技术方案16的铝合金包覆材料的特征在于，在技术方案14或15中，前述铝合金的芯材还含有Cu：0.05～2％。
技术方案17的铝合金包覆材料的特征在于，在技术方案1～16中任一项中，前述表层材料的厚度为0.1mm以下。
技术方案18的钎焊方法的特征在于，其是组装技术方案1～17中任一项所述的铝合金包覆材料而进行钎焊的方法，其中，在钎焊前用酸溶液或碱溶液对铝合金包覆材料进行蚀刻处理。
发明的效果
根据本发明，提供：在非活性气体气氛中在不使用助焊剂下进行钎焊的无助焊剂钎焊中，能利用熔融钎料完好且迅速地形成角焊缝的铝合金包覆材料(不具有钎焊材料的对象材料)及使用该铝合金包覆材料的钎焊方法。
附图说明
图1为示出在本发明的实施例中用于评价钎焊性的间隙填充试验片的侧视图。
图2为图1的间隙填充试验片的主视图。
具体实施方式
本发明的铝合金包覆材料为用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊的铝合金包覆材料，其第1实施方式为在铝或铝合金的芯材的单面或两面包覆铝或铝合金的表层材料而成的。
第1实施方式中，第1方案的特征在于，是在含有Mg：0.2～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。芯材中的Mg起到使氧化覆膜的破坏、脆弱化进行的作用，但Mg含量不足0.2％时，钎焊加热时的包覆材料表面的氧化覆膜的破坏作用变得不足，若Mg含量超过2.0％，则发生由熔融钎料导致的侵蚀从而阻碍角焊缝形成能力或面接合性。另外，若表层材料含有0.1％以上的Mg，则在材料制造时及钎焊加热时形成的氧化覆膜变得坚固，钎焊性降低。
第2方案的特征在于，是在含有Mg：0.2～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。表层材料中的Zn也起到使氧化覆膜的破坏、脆弱化进行的作用。对于表层材料的Zn含量，不满0.05％的情况下作为杂质来对待，不影响角焊缝形成开始后的氧化覆膜的破坏或脆弱化的促进。若Zn含量超过4％，则在熔融钎料中溶出的Zn量变多，会给接合部的耐腐蚀性带来不良影响。对于表层材料的Si含量，在不满0.05％的情况下作为杂质来对待，不影响角焊缝形成开始后的氧化覆膜的破坏或脆弱化的促进。若表层材料的Si含量超过2％，则在钎焊加热时表层材料一部分发生熔融，因此在接合性及耐腐蚀性的方面不优选。
第3方案的特征在于，是在含有Mg：0.2～2.0％、Mn：0.05～1.8％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。芯材的Mn起到提高芯材的强度的作用，在含量不足0.05％时，强度提高效果不充分，若超过1.8％，则轧制加工性降低。进一步优选的Mn的含有范围为1.0～1.7％。
第4方案的特征在于，是在含有Mg：0.2～2.0％、Mn：0.05～1.8％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
第1～4方案中，可以使芯材中还含有Cu：0.05～2％、Si：0.05～1.0％中的1种或2种。Cu起到提高芯材电位和强度、并且降低芯材熔点、促进Mg的扩散的作用。对于芯材的Cu含量，在不满0.05％的情况下作为杂质来对待，不影响角焊缝形成开始后的氧化覆膜的破坏或脆弱化的促进。若超过2％，则在钎焊时发生侵蚀从而阻碍角焊缝形成能力或面接合性、或容易产生晶界腐蚀，因此不优选。Si通过与Mg的复合添加起到提高强度、并且降低芯材熔点、促进Mg的扩散的作用。对于芯材的Si含量，在不满0.05％的情况下作为杂质来对待，不影响角焊缝形成开始后的氧化覆膜的破坏或脆弱化的促进。若超过1.0％，则有在钎焊加热时在芯材产生部分熔融的担心。
用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊的本发明的铝合金包覆材料的第2实施方式是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着中间材料包覆表层材料而成的，依次包覆芯材、中间材料、表层材料。
第2实施方式中，第1方案的特征在于，是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。中间材料中的Mg起到使氧化覆膜的破坏、脆弱化进行的作用，但中间材料的Mg含量不足0.3％时，钎焊加热时的包覆材料表面的氧化覆膜的破坏作用变得不足，若Mg含量超过2.0％，则发生由熔融钎料导致的侵蚀从而阻碍角焊缝形成能力或面接合性。表层材料若含有0.1％以上的Mg，则与前述第1实施方式的情况同样，在材料制造时及钎焊加热时形成的氧化覆膜变坚固、钎焊性降低。
第2方案的特征在于，是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。表层材料中的Zn及Si含有的意义及限定理由与前述第1实施方式的情况同样。
第3方案的特征在于，是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。添加至中间材料中的氧化元素的Li、Be与Mg共存，从而起到使氧化覆膜的破坏、脆弱化进一步进行的作用。Li在中间材料中的添加量不足0.01％时，缺乏接合性的提高效果，若超过0.2％，则因钎焊加热时的再氧化而给接合性带来不良影响。Be在中间材料中的添加量不足0.01％时，缺乏接合性的提高效果，若超过0.3％，则因钎焊加热时的再氧化而给接合性带来不良影响。
第4方案的特征在于，是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
第5方案的特征在于，是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。中间材料中的Cu起到提高芯材电位和强度、并且降低芯材熔点、促进Mg的扩散的作用。对于中间材料的Cu含量，在不满0.05％的情况下作为杂质来对待，不影响角焊缝形成开始后的氧化覆膜的破坏或脆弱化的促进。若超过2％，则在钎焊时发生侵蚀从而阻碍角焊缝形成能力或面接合性、或容易产生晶界腐蚀，因此不优选。
第6方案的特征在于，是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
第7方案的特征在于，是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
第8方案的特征在于，是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
前述第2实施方式中的第1～8方案中，作为芯材，可以应用含有Mg：0.2～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金芯材；或作为芯材，可以应用含有Mg：0.2～2.0％、Mn：0.05～1.8％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金芯材。所述铝合金芯材中也可以还含有Cu：0.05～2％。
第1～2实施方式的铝合金包覆材料中，即使在芯材、中间材料及表层材料中除了前述元素以外还含有例如1.0％以下的Fe、0.3％以下的Ti、0.3％以下的Zr、0.4％以下的Cr等，也不影响本发明的效果。
另外，作为向钎焊材料中添加来提高钎焊性的元素，已知有Bi，在第1～2实施方式的铝合金包覆材料中，在表层材料含有Bi的情况下，从抑制钎焊加热时的再氧化的观点出发，其含量应当控制为0.01％以下，优选为0.005％以下。
为了促进氧化覆膜的破坏、脆弱化，表层材料的厚度也成为重要的因子。对于表层材料的厚度，根据芯材、中间材料中所含有的Mg量、钎焊加热时的温度历程而最佳的厚度不同，但在通常的钎焊用材料和通常的钎焊温度历程的范围中，要求以包覆率计为数％以下的薄厚，在本发明中，表层材料的厚度理想的是0.1mm以下。
若表层材料的厚度超过0.1mm，则汽车用换热器等中的通常的钎焊加热的温度历程(450℃～577℃的升温时间为10分钟左右)中，芯材或中间材料中所含的Mg在钎焊材料的熔融开始前难以到达材料表面，因此变得缺乏接合性的改善效果。
对于本发明的铝合金包覆材料，原材料制造时的表面的氧化覆膜不坚固，钎焊加热时的再氧化的进行也少，因此即使在钎焊前不进行蚀刻处理，也能够形成完好的角焊缝。但是，例如在即使熔融钎料的量少也想确实地形成角焊缝的情况下等，在钎焊前利用酸溶液或碱溶液对材料进行蚀刻处理，预先置换为自然氧化覆膜变得有效。
本发明提供：在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊的无助焊剂钎焊法中，提高钎焊性的对象材料(不具有通过熔融钎料接合的钎焊材料的材料)。通过使用本发明的材料，在钎焊材料的配置方面自由度增大，不具有钎焊材料的构件的应用范围广。另外，可解决在无助焊剂钎焊中发生的熔融钎料的偏置流动等各种问题，带来大幅提高无助焊剂钎焊在包含复杂结构的换热器中的应用性的效果。
实施例
以下，将本发明的实施例与比较例进行对比来进行说明，证实本发明的效果。需要说明的是，这些实施例示出本发明的一实施方式，本发明不限定于它们。
实施例1、比较例1
钎焊试验评价用中准备具有表1所示的组成、厚度、包覆率的2种硬钎焊板。将钎焊材料和芯材各自通过连续铸造进行铸锭，对于芯材，将得到的铸锭切削为纵163mm、横163mm、厚度27mm的尺寸。对于钎焊材料，将得到的铸锭热轧至厚度3mm或1.5mm，切断为纵163mm、横163mm的尺寸。层叠芯材和钎焊材料，通过热轧进行包覆轧制至3mm厚度，然后，插入1次中间退火，冷轧至0.4mm，实施最终退火进行回火而制成O材。
[表1]
作为本发明材料，准备具有表2所示的组成、厚度、包覆率的铝合金包覆材料(试验材料P1～P22)，作为比较材料，准备具有表3所示的组成、厚度、包覆率的铝合金包覆材料(试验材料C1～C18)。对于包覆材料的制造，将芯材、中间材料、表层材料各自通过连续铸造进行铸锭，对于芯材，将得到的铸锭切削为纵163mm、横163mm、厚度27mm的尺寸。对于中间材料，将得到的铸锭热轧至厚度3mm，然后冷轧至0.06～0.09mm，切断为纵163mm、横163mm的尺寸。对于表层材料，将得到的铸锭热轧至厚度3mm，然后冷轧至0.15～0.3mm，切断为纵163mm、横163mm的尺寸。层叠芯材和表层材料，层叠芯材、中间材料和表层材料，通过热轧进行包覆轧制至3mm厚度，然后，插入1次中间退火冷轧至规定厚度，实施最终退火，进行回火而制成O材。
[表2]
[表3]
将用于评价基于钎焊的角焊缝的间隙填充试验片的形状示于图1～2。为如下的试验片：水平材料采用本发明的包覆材料(试验材料)、垂直材料采用前述硬钎焊板，在两者的接合部的单侧夹持间隔物，用形成的角焊缝的长度评价接合性(间隙填充性)，但在将硬钎焊板以钎焊材料为外侧密合弯曲，制作垂直材料这点上与通常的间隙填充试验片不同。由于通过将垂直材料密合，角焊缝形成的难度提高，因此能在与仅立起单板的通常的间隙填充试验相比更严的条件下进行评价。因此，能够评价实际的换热器中的难度高的在接头的接合性。
将试验材料切断为规定的尺寸，对硬钎焊板的垂直材料实施密合弯曲。将试验材料以丙酮脱脂后，组装成图1～2的试验片。间隔物使用1.6mm直径的不锈钢棒，但在作为垂直材料使用钎焊材料厚度为一半(0.02mm)的表1的B的硬钎焊板的试验片中，间隔物使用1.0mm直径的不锈钢棒。
组装的间隙填充试验片的钎焊在包含预热室和钎焊室的二室型的氮气气氛钎焊实验炉中实施。以钎焊时的气氛中的氧浓度成为15ppm和30ppm的二水准的方式调整氮气的流量。加热速度采用三水准，将450℃～577℃的升温时间设为3分钟(急速加热)、10分钟(通常加热)、20分钟(低速加热)，在试验片温度达到595℃时立即将试验片移至预热室进行冷却。
测定在钎焊后的试验片形成的角焊缝的长度(间隙填充长度)，并目视评价形成的角焊缝的均匀度。
用以下4个等级评价间隙填充长度(小数第一位四舍五入)。
◎：≥19mm
〇：14～18mm
△：6～13mm
×：≤5mm
将〇以上记为合格，将△和×判定为不合格。
用以下4个等级评价角焊缝的均匀度。
◎：形成完全均匀的角焊缝
〇：在长度方向也有稍微不均匀的部分，但在左右形成均等的角焊缝
△：在左右形成不均等的角焊缝
×：角焊缝极小或左右均未形成角焊缝
将〇以上记为合格、将△和×判定为不合格。
对钎焊后的试验片实施CASS试验，对腐蚀试验时间为240小时的试验片通过外观观察和截面观察评价角焊缝的优先腐蚀和晶界腐蚀的有无。将优先腐蚀和晶界腐蚀均没有的情况记为○(无)，为合格。将间隙填充试验及腐蚀试验的结果示于表4、表5。
[表4]
[表5]
如表4所示，对于组装了基于本发明的试验材料(P1～22)的试验片，间隙填充长度与角焊缝的形状(均匀度)均处于合格水平，未观察到CASS试验后的角焊缝的优先腐蚀和晶界腐蚀。
特别是，试验片4、9、10、13、15、19、22的间隙填充长度为19mm以上，表现了良好的接合性。尤其是试验片15即使在钎焊时的氧浓度为30ppm时，间隙填充长度也为19mm以上，试验片19及22即使在急速加热下，间隙填充长度也为19mm以上。另外，试验片10、11、13、14、18、21、22、24、25形成了完全均匀的角焊缝，其中，试验片11、14、18、21、22即使在急速加热下也形成均匀的角焊缝，对于试验片24，即使试验材料(水平材料)P22的表层材料厚为100μm时，通过低速加热也形成均匀的角焊缝，对于试验片25，即使硬钎焊板(垂直材料)B的钎焊材料厚度薄为0.02mm，通过在钎焊前进行蚀刻处理，也形成了均匀的角焊缝。
与此相对，脱离了本发明的条件的试验片如表5所示，在间隙填充试验、腐蚀试验的任一试验中成为不合格。对于作为试验材料(水平材料)而使用单板的试验片101～105，间隙填充性、角焊缝的均匀度中的任一者差或两者都差。特别是，对于将Mg量多的试验材料C5作为水平材料的试验片105，熔融钎料在水平材料的表面过度润湿铺展，角焊缝的均匀度显著差。
试验片106由于试验材料C6的表层材料的Mg量多、试验片107由于试验材料C7的表层材料的Bi量多，因此接合性均差。试验片108由于试验材料C8的芯材的Mg量少、试验片110由于试验材料C10的中间材料的Mg量少，因此接合性均差。试验片109由于试验材料C9的芯材的Mg量多、试验片111由于试验材料C11的中间材料的Mg量多、试验片115由于试验材料C15的表层材料的Si量多，因此接合性均差。进而发生侵蚀。
试验片112由于试验材料C12的中间材料的Li量多、试验片113由于试验材料C13的中间材料的Be量多，因此接合性均差。试验片114的接合性为合格水平，但由于在试验材料C14的表层材料中过度添加有Zn，因此Zn在熔融钎料中溶出，在CASS试验中在角焊缝发生优先腐蚀。试验片116的接合性为合格水平，但由于在试验材料C16的芯材中过度添加有Cu，因此在CASS试验中发生晶界腐蚀。
试验片117及118各自由于试验材料C17及C18的表层材料过厚，因此即使在低速加热下接合性也差。试验片119由于在试验材料(单板)C4和垂直材料的硬钎焊板的钎焊材料两者中含有Mg、进而在钎焊气氛的氧浓度高的条件下进行了加热，因此在钎焊加热时进行氧化从而接合性极其差。形成的角焊缝极小、不均匀，因此未对试验片119实施腐蚀试验。试验片120由于垂直材料的硬钎焊板B的钎焊材料厚度薄为0.02mm、且未实施钎焊前的蚀刻处理，因此间隙填充长度差。

Claims (18)

1.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在含有Mg：0.2～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的，所述％为质量％，以下相同。
2.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在含有Mg：0.2～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
3.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在含有Mg：0.2～2.0％、Mn：0.05～1.8％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
4.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在含有Mg：0.2～2.0％、Mn：0.05～1.8％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的芯材的单面或两面包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的铝合金包覆材料，其特征在于，所述芯材还含有Cu：0.05～2％、Si：0.05～1.0％中的1种或2种。
6.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
7.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
8.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
9.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
10.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
11.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
12.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆将Mg控制为不足0.1％的纯铝的表层材料而成的。
13.一种铝合金包覆材料，其特征在于，用于在非活性气体气氛中在不涂布助焊剂下进行钎焊，其是在铝或铝合金的芯材的单面或两面隔着含有Mg：0.3～2.0％、Cu：0.05～2％、还含有Li：0.01～0.2％、Be：0.01～0.3％中的1种或2种且余量由Al及不可避免的杂质组成的铝合金的中间材料，包覆含有Zn：0.05～4％、Si：0.05～2％中的1种或2种且将Mg控制为不足0.1％的铝合金的表层材料而成的。
14.根据权利要求6～13中任一项所述的铝合金包覆材料，其特征在于，所述铝的芯材含有Mg：0.2～2.0％且余量由Al及不可避免的杂质组成。
15.根据权利要求6～13中任一项所述的铝合金包覆材料，其特征在于，所述铝合金的芯材含有Mg：0.2～2.0％、Mn：0.05～1.8％且余量由Al及不可避免的杂质组成。
16.根据权利要求14或15所述的铝合金包覆材料，其特征在于，所述铝合金的芯材还含有Cu：0.05～2％。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的铝合金包覆材料，其特征在于，所述表层材料的厚度为0.1mm以下。
18.一种钎焊方法，其特征在于，其是组装权利要求1～17中任一项所述的铝合金包覆材料而进行钎焊的方法，其中，在钎焊前用酸溶液或碱溶液对铝合金包覆材料进行蚀刻处理。
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CN115398016A (zh) * 2020-03-26 2022-11-25 株式会社Uacj 用于要被硬钎焊的构件的铝合金裸材和用于要被硬钎焊的构件的铝合金包层材料
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