JP2008012578A - Ｍｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法およびそれを用いて組立てられたアルミニウム合金製熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｍｇ量が０．０５〜１％のＭｇ含有Ａｌ合金について、フッ化物系フラックスを用いて不活性雰囲気中でろう付けするにあたってのろう付け性を向上させる。
【解決手段】ろう付け加熱の昇温過程で、ろう材が溶融を開始する直前にフラックス含有蒸気を被ろう付け物に供給する。また特に、フラックス含有蒸気を被ろう付け物に供給する際の被ろう付け物の温度ｔ（℃）と、ろう材の溶融開始温度ｍ（℃）との関係が、ｔ＞ｍ−２０を満たすようなタイミング（望ましくはｔ＞ｍ−１０を満たすタイミング）で、被ろう付け物に対するフラックス含有蒸気の供給を開始する。
【選択図】なし

Description

この発明は、アルミニウム合金製自動車用熱交換器等のろう付け構造体の組立てに適用されるアルミニウム合金のろう付け方法に関するものであり、より詳しくは、Ｍｇを含有するアルミニウム合金を、フッ化物系フラックスを用いて不活性雰囲気中でろう付けする方法、およびそのろう付け方法により組立てられたアルミニウム合金製熱交換器に関するものである。

自動車用熱交換器などのアルミニウム合金製ろう付け構造体の組立てのためのアルミニウム合金の接合については、従来からノコロックブレージング法と称されるろう付け方法が広く適用されている。このノコロックブレージング法は、接合すべきアルミニウム合金部材およびろう材（もしくはアルミニウム合金とろう材とを一体化させたブレージングシート）の接合箇所付近にフッ化物系のフラックスを付着させ、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中でフラックスおよびろう材が溶融する温度まで加熱し、ろう付けするものである。ここで、ろう材としては一般にＡｌ−Ｓｉ系のＪＩＳ４０４５合金や、ＪＩＳ４３４３合金が用いられている。また特に自動車用熱交換器においては、ろう材単体（ベア材）ではなく、アルミニウム合金を芯材としてその表面に皮材としてろう材をクラッドした、いわゆるブレージングシートを使用することが多い。

ノコロックブレージング法におけるフッ化物系フラックスとしては、通常はＫＦ−ＡｌＦ₃系、あるいはＫＡｌＦ₄、Ｋ₂ＡｌＦ₅、Ｋ₃ＡｌＦ₆のフッ化物の混合物が使用されている。このようなフラックスは、ろう付け時の加熱昇温過程において、ろう材の溶融に先行して溶融して、ろう付けの際にアルミニウム合金表面の酸化膜を除去し、またアルミニウム合金表面を覆ってアルミニウムの再酸化を防止する機能を発揮する。ここで、ろう付け完了後には、アルミニウム合金表面にフラックスの残渣が残るが、フッ化物系フラックスの残渣は吸湿性がほとんどないため、アルミニウムの腐食を促進することはなく、そのため耐食性に優れたろう付け部材を得ることができる。したがってこのようなフッ化物系フラックスを用いたノコロックブレージング法は、非腐食性ろう付け法として極めて有用であって、その適用範囲が拡大しつつある。

ところで一般にアルミニウム合金における合金成分としてＭｇは強度向上に有効であり、そのためＭｇ含有アルミニウム合金を用いれば、強度を維持しつつアルミニウム合金板の薄肉化を図れることから、アルミニウム合金製品の軽量化、および材料使用量の低減による低コスト化に効果があり、そこで自動車用熱交換器等においてはＭｇ含有アルミニウム合金が多用されている。しかしながら従来のフッ化物系フラックスを用いたノコロックブレージング法では、Ｍｇを含有するアルミニウム合金のろう付けが困難であるという問題があった。すなわちＭｇを含有するアルミニウム合金についてフッ化物系フラックスを使用してろう付け加熱を行なえば、フラックス中のＦとアルミニウム合金中のＭｇとが反応して、高融点の化合物が生成され、その反応生成物が多量となれば、フラックスによる酸化膜除去の効果が低下し、その結果ろう材の濡れ広がりが阻害されて、充分なろう付け性を得ることができなくなってしまうのである。

このようにフッ化物系フラックスを用いてのろう付けが困難なＭｇ含有アルミニウム合金について、あえてろう付けを行なおうとする場合、ろう付け部に塗布するフラックス量を多くすることが、従来から考えられている。

またＭｇ含有アルミニウム合金についてフッ化物系フラックスを用いてろう付けする方法としては、既に特許文献１において、Ｃｓ（セシウム）を含有するフラックスを用いることにより、ＦとＭｇとの反応による高融点化合物の生成を抑える方法が提案されている。

一方、Ｍｇ含有アルミニウム合金についてフッ化物系フラックスを用いてろう付けする方法として、特許文献２、特許文献３、あるいは特許文献４では、フラックス蒸気中でろう付けする方法が提案されている。このうち、特許文献２の方法では、フッ化物系フラックスの蒸気が、分圧として特定の範囲内存在する非酸化性雰囲気中でろう付けすることにより、Ｍｇ含有アルミニウム合金でもろう付けが可能となったとされ、また特許文献３では、ろう付け雰囲気のフラックスガス濃度のみならず、水分濃度および酸素濃度を規制することを特徴としており、特許文献４の方法でも同様な雰囲気ガス規制を行なっている。

特開平３−２２６３９６号公報 特開平３−１１４６６７号公報 特開平６−７９２８号公報 特開平６−７９２９号公報

Ｍｇ含有アルミニウム合金について、フッ化物系フラックスを用いたノコロックブレージング法によりろう付けすることは、従来の通常の方法では困難であり、そこで前述のように既にいくつかの提案がなされているが、いずれの方法も、Ｍｇ含有アルミニウム合金のろう付けにおいて確実かつ安定してろう付け性を向上させることは困難であり、また著しい高コスト化を招いてしまう等の問題もあり、そのため非腐食性ろう付け法としてフッ化物系フラックスを用いたろう付け法は、Ｍｇ含有アルミニウム合金については、実際にはほとんど適用されていなかったのが実情である。

すなわち、前述のような従来の提案のうち、多量のフッ化物系フラックスを用いる方法では、確実かつ安定してろう付け性を向上させることが困難であると同時に、フラックス使用量の増加によりコスト上昇を招いてしまう問題がある。

また特許文献１の提案のようにＣｓを含有するフッ化物系フラックスを使用する方法では、極めて高価なＣｓを使用するため、やはりコストの上昇を招いてしまう。

一方、特許文献２〜特許文献４に示されているように、フッ化物系フラックスを蒸気の状態でろう付け物に供給する方法では、若干はＭｇ含有アルミニウム合金についてのろう付け性の改善は認められるものの、常に確実かつ安定してＭｇ含有アルミニウム合金に対するろう付け性が向上するとは限らない。すなわちフッ化物系フラックスとしてその蒸気を用いた場合でも、実際にはフラックスとＭｇ含有アルミニウム合金中のＭｇとの反応が進行して、高融点の化合物がアルミニウム合金表面を覆ってしまい、ろう材の流動、広がりが妨げられて、充分なろう付け性が得られないことが多かったのである。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、フッ化物系フラックスを用いてＭｇ含有アルミニウム合金をろう付けするにあたり、高コスト化を招くことなく、確実かつ安定してろう付け性を向上させ得る方法を提供することを課題としている。

本発明者等は前述の課題を解決するべく、Ｍｇ含有アルミニウム合金について、フッ化物系フラックスを用いてろう付けするにあたり、高コスト化を招くことなく、確実かつ安定して良好なろう付け性を得ることができる方法を見出すべく、種々実験・検討を重ねた結果、フッ化物系フラックスを蒸気としてＭｇ含有アルミニウム合金からなるろう付け物に供給するにあたり、その供給開始タイミングを適切に制御することにより、前記課題の解決が可能となることを見出し、この発明をなすに至ったのである。

すなわち本発明者等は、従来の通常のノコロックブレージング法の欠点であるＭｇ含有アルミニウム合金についてのろう付け性が悪いという問題について詳細に解析し、併せてフッ化物系フラックスを蒸気の形態で供給した場合でも確実かつ安定して優れたろう付け性が得られない原因について詳細に解析した結果、単にフラックスとしてその蒸気を用いるだけではなく、被ろう付け物に対するフッ化物系フラックスの蒸気の供給開始タイミングを、ろう材の溶融開始の直前とすることが、Ｍｇ含有アルミニウム合金に対するろう付け性の確実かつ安定した向上に有効であることを新規に見出したのである。

さらにこれらの本発明者等の新規な知見について説明する。

Ｍｇ含有アルミニウム合金について従来の通常のノコロックブレージング法によりろう付けした場合に、良好なろう付け性が得られなかった原因は、前述のようにろう付け時にフッ化物系フラックスとアルミニウム合金中のＭｇとが反応することにより、高融点の化合物が生成されて、酸化膜除去作用が低下することにある。Ｍｇを実質的に含有しないアルミニウム合金に対する通常のノコロックブレージング法では、ろう付け加熱の昇温過程において、先ずフッ化物系フラックスが溶融を開始し、ある程度フラックスの溶融が進むと、そのフラックスがアルミニウム合金材料の表面を流動して広がり、その広がったフラックスによってアルミニウム合金表面の酸化膜が除去される。引続いて温度が上がれば、ろう材が溶融して流動を開始し、酸化膜が除去された状態のアルミニウム合金材料表面に溶融ろう材が濡れて広がり、ろう付けが可能となるのである。しかしながらＭｇを含有するアルミニウム合金に対するろう付けの場合、そのＭｇ含有アルミニウム合金材料の表面においては、フッ化物系フラックスが溶融してアルミニウム表面に流動して広がった後、ろう材が流動する前に、ＭｇＦ₂などの高融点の化合物が形成されてしまって、前述のように溶融ろう材の濡れ広がりが阻害されてろう付け性が阻害されてしまう。

上述のようなフラックスとＭｇとの反応による酸化膜除去作用の低下を防止するためには、ろう材が溶融を開始する直前にフラックスを供給することが有効である。すなわち、ろう材が溶融を開始する直前にフラックスを供給することにより、フラックスとＭｇの反応生成物が発生する前に（あるいは少なくとも反応生成物の生成が未だわずかであるうちに）ろう材を充分に溶融・流動させてろう付けを健全に完了させることができ、ろう付け性の低下を防止することができるのである。

ここで、従来の一般的なノコロックブレージング法では、粉体状のフッ化物系フラックスを水等に懸濁させた懸濁液を用い、それを被ろう付け物に予め塗布しておき、フラックス懸濁液塗布済みの被ろう付け物を炉中に装入してろう付け温度まで加熱し、ろう付けを完了させるのが通常であるが、この場合はろう付けのための加熱昇温過程において、被ろう付け物のＭｇ含有アルミニウム合金表面に接しているフラックスが溶融を開始してから、ろう材が溶融して流動するまでの時間が長く、その間にフラックスとＭｇとの反応生成物が多量に生じてしまう。そしてこのように粉体フラックスの懸濁液を用いた従来の一般的な方法では、被ろう付け物に対してフラックスの供給を開始するタイミングを、ろう材の溶融開始直前に制御することは実際上困難である。しかるに被ろう付け物に対してフラックスを塗布しないままの状態でろう付け炉内に挿入して加熱し、被ろう付け物の温度がろう材の溶融開始温度に到達する直前にフラックス含有蒸気を供給することにより、フラックス供給開始タイミングを容易に制御することが可能となるのである。またこのようにフラックスとしてその蒸気を用いれば、炉内に供給した後、短時間の内に被ろう付け物全体にフラックスを行き渡らせ、安定したろう付け性を得ることが可能となるのである。

なお前述の特許文献２〜特許文献４で提案されている方法でも、フッ化物系フラックスの蒸気を用いることとしているが、これらの提案では、フラックス蒸気を供給するタイミングについては、全く考慮されていない。ここで、特許文献２〜特許文献４においてフラックス蒸気を供給する方法としては、第１の方法として、被ろう付け物を配置したろう付け炉の外部からその炉内へフラックス蒸気を供給する方法、また第２の方法として、被ろう付け物を配置したろう付け炉内に、被ろう付け物とは別に予めフラックス蒸発源（通常は粉末）を配置しておいて、ろう付けのための加熱昇温に伴なってフラックスを蒸発させる方法とが記載されている。しかるに第１の方法の具体的説明としては、炉内を非酸化性雰囲気とするためのガスにフラックス蒸気を分圧として加えたものを炉内に送り込むとされているだけであり、この場合にはフラックス蒸気はろう付け加熱のための加熱昇温の初期から供給されると解さざるを得ない。また第２の方法の場合、ろう付け加熱のための加熱昇温に伴なって炉内でフラックスが蒸発することから、加熱昇温過程の比較的早期からフラックス蒸気が被ろう付け物に供給されることになる。したがっていずれの方法も、フラックス蒸気の供給開始タイミングは、この発明で規定しているろう材溶融開始の直前よりもはるかに以前のタイミングとなってしまい、ろう付け性の低下を確実に回避することが困難だったのである。したがってこの発明のろう付け方法は、フラックス含有蒸気の供給開始タイミングを規制している点で、特許文献２〜特許文献４に示されている方法とは基本的に異なるものである。

具体的には、請求項１の発明は、合金成分として少なくともＭｇを含有し、かつそのＭｇ量が０．０５〜１％の範囲内であるＭｇ含有アルミニウム合金について、フッ化物系フラックスを用いて不活性雰囲気中で炉中ろう付けする方法において、ろう付けのための加熱昇温過程においてろう材が溶融を開始する直前に、フラックスを含有する蒸気を被ろう付け物に供給してろう付けすることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法において、被ろう付け物の加熱昇温過程における少なくともフラックス含有蒸気の供給開始からろう材の溶融開始までの被ろう付け物の昇温速度を５℃／分以上とし、かつフラックス含有蒸気を被ろう付け物に対してフラックス含有蒸気の供給を開始するタイミングを、そのフラックス供給開始時における被ろう付け物の温度ｔ（℃）と、ろう材の溶融開始温度ｍ（℃）との関係が、
ｔ＞ｍ−２０
を満たすように制御することを特徴とするものである。

さらに請求項３の発明は、請求項２に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法において、前記タイミングを、
ｔ＞ｍ−１０
を満たすように制御することを特徴とするものである。

そしてまた請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法において、フラックス含有蒸気を被ろう付け物に供給開始した後、６０秒以内にろう材が流動を開始するように、フラックス含有蒸気の供給開始タイミングを規制することを特徴とするものである。

また請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法において、ろう付け加熱のための被ろう付け物の加熱昇温過程の当初は、被ろう付け物からフラックス含有蒸気もしくはその発生源を空間的に遮断しておき、被ろう付け物の加熱昇温過程におけるろう材溶融開始直前の段階において前記遮断を開放して、被ろう付け物に対するフラックス含有蒸気の供給を開始することを特徴とするものである。

また請求項６の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法において、被ろう付け物の少なくとも一部として、０．０５〜１％のＭｇを含有するＭｇ含有アルミニウム合金を芯材としかつその芯材の片面もしくは両面にろう材をクラッドしたブレージングシートを用いることを特徴とするものである。

一方請求項７の発明のアルミニウム合金製熱交換器は、請求項１〜請求項６のいずれかの請求項に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法を用いて組立てられたことを特徴とするものである。

この発明のろう付け方法によれば、フッ化物系フラックスを用いてＭｇを含有するアルミニウム合金材料にろう付けを行なうにあたって、良好なろう付け性を確実かつ安定して得ることができ、そのためフッ化物系フラックスを用いた非腐食性ろう付け法を、Ｍｇ含有アルミニウム合金の接合に実際的に適用することが可能となり、高強度化、薄肉化を図った自動車用熱交換器の如く、Ｍｇ含有アルミニウム合金を用いたろう付け構造体の製造に適用して、その非腐食性の利点を有効に活かすことが可能となった。またこの発明の方法によれば、従来の一般的なフッ化物系フラックスによるろう付け法と比較してフラックスの材料コストをさほど上昇させることがなく、そのためフッ化物系フラックスを用いてＭｇ含有アルミニウム合金をろう付けするためのコストも、従来の通常のノコロックブレージング法によるろう付け法と同程度に抑えることができる。

この発明の方法でろう付けの対象となるＭｇ含有アルミニウム合金は、そのＭｇ量が０．０５〜１ｍａｓｓ％の範囲内のものとする。ここで、ろう付け対象となるアルミニウム合金中のＭｇ含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満では、フッ化物系フラックスとの反応が少なく、従来の通常のフラックスを使用した方法でもろう付けが可能なためである。但し、Ｍｇ量が０．０５ｍａｓｓ％未満のアルミニウム合金材についてこの発明の方法を適用しても、何ら支障なくろう付けすることが可能である。一方アルミニウム合金中のＭｇ量が１ｍａｓｓ％を越える場合には、この発明の方法を適用しても、フッ化物系フラックスとＭｇとの反応が急速に起こるため、高融点化合物が短時間で形成されてしまい、ろう付け性が低下してしまう。

なおこの発明は、要はＭｇを含有するアルミニウム合金について、その合金中に含まれているＭｇによる問題を解決することを課題としているのであるから、ろう付け対象のアルミニウム合金に含まれるＭｇ以外の合金元素については特に限定されないことはもちろんであり、ろう付け構造体の用途、要求特性に応じて適宜Ｍｇ以外の合金元素が含まれていて良いことはもちろんである。

なおまた、この発明のろう付け方法は、芯材としてＭｇを含有するＭｇ含有アルミニウム合金を用いたブレージングシートに適用した場合に、より効果的である。芯材としてＭｇ含有アルミニウム合金を用いたブレージングシートでは、材料の強度を確保することができるが、そればかりでなく、この発明のろう付け法を適用した場合によりろう付け性を向上させることができる。すなわち、ブレージングシートの芯材合金中のＭｇは、ろう付け加熱時にろう材の表面に拡散し、材料表面に到達してフラックスと反応するが、ろう材が流動する直前の段階でもブレージングシート表面のＭｇ量は、芯材合金中のＭｇ量よりも少ないため、フラックス蒸気との反応が抑えられ、より安定したろう付け性を確保することができるのである。ここで、ブレージングシートの構成としては、芯材の片面または両面にろう材をクラッドしたもののほか、片面に犠牲材をクラッドした３層材、また芯材とろう材や芯材と犠牲材の間に、Ｍｇの拡散防止や耐食性改善を目的とした中間層をクラッドした４〜５層材のブレージングシートでも良く、これらの場合にもこの発明のろう付け方法を好適に適用することができる。

一方、この発明のろう付け方法に適用するろう材としては、一般にノコロックブレージングに使用されているＡｌ−Ｓｉ系合金が使用可能である。Ｓｉ含有量が６．５〜１２．０ｍａｓｓ％の範囲内のＡｌ−Ｓｉ系合金であれば、約６００℃の加熱温度でろう付けが可能であり、またこのようなＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材は、５７７℃程度で溶融を開始するから、この発明の方法にしたがって被ろう付け物の温度がろう材溶融開始温度となる直前のタイミングでフラックス蒸気を供給すれば、Ｍｇ含有材を確実かつ安定してろう付けすることができる。

なおこの本発明の方法をより効果的に適用するためには、ろう材が溶融を開始する温度と、ろう材が流動を開始する温度の差ができるだけ小さいことが好ましい。この温度差が小さければ、供給されたフラックス蒸気と材料中のＭｇが反応する時間が一層短くなり、ろう付け性がより向上する。このように溶融開始と流動開始の温度差が小さいろう材としては、Ｓｉ含有量が９．５〜１２．０ｍａｓｓ％の範囲内のＡｌ−Ｓｉ系合金を使用することが好ましい。

さらに、ろう材の溶融開始温度および流動開始温度が低温である方が、フラックス蒸気とＭｇとの反応を低減できるため、ろう付け性は向上する。ここで、ろう材の溶融温度を低温化するための方法としては、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材にＺｎやＣｕを添加する方法が知られているが、ＺｎやＣｕを過剰に添加すれば、溶融開始温度は大幅に低下するものの、ろう材の流動開始温度の低下は少なくなって、結果的に溶融開始と流動開始の温度差が大きくなり、ろう付け性が低下してしまう。そこでＺｎやＣｕをＡｌ−Ｓｉ合金に添加する場合、Ｚｎの添加量は６．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕの添加量は４．０ｍａｓｓ％以下に規制することが望ましい。したがってこの発明で使用する最も好ましいろう材の成分範囲は、Ｓｉ含有量９．５〜１２．０ｍａｓｓ％、Ｚｎ含有量０〜６．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ含有量０〜４．０ｍａｓｓ％である。

なおまた、以上のようなろう材とは、ろう材を単独で使用する場合のみならず、前述のようにブレージングシートの皮材として用いる場合をも含んでいることはもちろんである。

この発明の方法では、前述のようなＭｇ含有アルミニウム合金やブレージングシート、あるいはろう材を組合せた被ろう付け物を、そのまま（すなわち粉末状フラックスを塗布することなく）ろう付け加熱炉内に挿入し、被ろう付け物を炉内で加熱・温度上昇させ、その加熱昇温過程中においてろう材の溶融が開始される直前に被ろう付け物に対するフラックスの蒸気の供給を開始し、ろう付けを行なう。

ここで、フラックス蒸気を供給する際の被ろう付け物の温度ｔ（℃）は、ろう材の溶融開始温度ｍ（℃）に対してｔ＞ｍ−２０であることが望ましく、またより望ましくはｔ＞ｍ−１０が適当である。すなわち、フラックス蒸気の供給開始温度ｔ（℃）とろう材溶融開始温度ｍ（℃）との差が２０℃未満、好ましくは１０℃未満となるように、フラックス蒸気の供給開始タイミングを制御することが望ましい。フラックス蒸気の供給を、被ろう付け物の温度がｍ−２０（℃）に至らないうちに開始すれば、フラックスとＭｇの反応が進行して、材料表面を反応生成物が覆ってしまい、ろう材の流動が妨げられてろう付け性が著しく低下してしまう。したがってフラックス蒸気の供給開始タイミングは、その時の被ろう付け物の温度がｍ−２０（℃）以上となったタイミングとすることが、ろう付け性向上のために適切である。特に、被ろう付け物の温度がｍ−１０（℃）以上となった時点でフラックス蒸気の供給を開始すれば、ろう付け性をより充分に向上させることができる。

なお、フラックス蒸気の供給開始時の温度ｔは、ろう付け性の点だけから考慮すれば、要はろう材の流動開始温度よりも低ければ良いが、ろう材の流動開始温度を厳密に把握することは困難であり、そこで実際に操業を行なう場合には、ろう材の溶融開始温度（これはろう材の成分組成により容易に把握できる）以下の温度（したがってｔ≦ｍ）の温度となるようにフラックス蒸気の供給開始タイミングを制御することが望ましい。

なおまた、ろう付け加熱のための加熱昇温速度は、少なくともフラックス蒸気の供給開始からろう材の流動開始までの間の昇温速度が５℃／分以上となるように制御することが望ましい。これよりも加熱昇温速度が遅ければ、フラックス蒸気の供給開始からろう材の流動開始までの時間が長くなり、その間にフラックスとＭｇの反応が進行してしまって、ろう付け性の低下招いてしまう。

さらに、フラックス蒸気の供給からろう材の流動開始までに要する時間を、６０秒以内に規制することが好ましく、このようにすれば、良好なろう付け性を確実に得ることができる。この時間が６０秒を越える長時間となれば、フラックスとＭｇとの反応が進行して、ろう付け性が低下してしまうおそれがある。

なお上述のところにおいて、ろう材の流動開始温度は、ろう材の加熱昇温過程で目視でろうが流動し始めることを観察することによって確認することが可能であるが、より正確には、昇温途中においてろう材が溶融を開始した後、固液共存状態のろう材の液相比率が約８０％となる時点の温度として定義することができる。

前述のようにフラックス蒸気の供給開始タイミングを制御するための手法としては、要は、ろう付け加熱のための加熱昇温過程の当初においては、炉内の被ろう付け物に対して、フラックス蒸気もしくはその発生源（蒸発源）を空間的に遮断しておき、加熱昇温過程におけるろう材溶融開始直前の段階において前記遮断を開放して、被ろう付け物に対するフラックス蒸気の供給を開始すれば良い。そのための具体的方法は、フラックス蒸気の供給方法によって異なる。例えば、フラックスを加熱・気化させるためのフラックス加熱室を、被ろう付け物を挿入して加熱するためのろう付け炉に併設しておき、フラックス加熱室内でフラックス蒸気を予め生成しておき、ろう付け炉内の昇温過程における所要の温度タイミングでろう付け炉内とフラックス加熱室との間の遮断を開放して、フラックス加熱室からろう付け炉内に蒸気を送り込む方法を適用することができる。また加熱室が数室に仕切られているろう付け炉を使用する場合、被ろう付け物を収容した加熱室とは別の加熱室内に予めフラックス蒸気を入れておくとともに、その室内の温度（フラックス蒸気温度）をろう材の溶融温度域に設定しおき、被ろう付け物を加熱昇温させてその温度がある程度の温度に達した時点で被ろう付け物をフラックス蒸気のある加熱室内に移送し、さらに昇温させる方法を適用しても良い。さらに、簡便にこの発明のろう付け方法を実施するためには、蓋等により開閉可能なステンレス等の容器内に所定量のフラックスを入れ、その容器を閉じた状態でろう付け物を挿入したろう付け炉内に配置しておき、ろう付け炉内を加熱昇温させて、被ろう付け物が所要の温度に到達した時点で、容器を開放する手法を適用することもできる。

なおこの発明のろう付け方法において、フラックスとしては、従来のノコロックブレージング法の場合と同様にＫＦ−ＡｌＦ₃、あるいはＫＡｌＦ₄、Ｋ₂ＡｌＦ₅、Ｋ₃ＡｌＦ₆などのフッ化物の混合物もしくは単体からなるものを用いるのが通常である。またこのようなフラックスの蒸気をろう付け炉の外部から炉内に送り込む場合、炉内の雰囲気を不活性雰囲気に制御するための窒素ガス等の不活性ガスと混合して炉内に送り込んでも良いことはもちろんである。したがって、この発明の方法では、要はフッ化物系フラックスを含有する蒸気を、ろう材の溶融が開始される直前のタイミングで被ろう付け物に供給すれば良いのである。

この発明のろう付け方法を適用するろう付け部材の構成としては、例えば熱交換器のフィン材やコネクタ材のように、Ｍｇ含有アルミニウム合金のベア材をブレージングシートのろう材や置きろうを用いてろう付けする場合や、芯材にＭｇを含有したブレージングシートをろう付けするする場合など、アルミニウム合金のろう付けであれば、いずれの構成でも良く、特に限定されるものではない。

以上のように、ろう材の加熱昇温過程において、ろう材が溶融を開始する直前のタイミングでフッ化物系フラックス含有蒸気を被ろう付け物に供給すれば、０．０５〜１％のＭｇを含有するアルミニウム合金についても、良好なろう付け性を確実かつ安定に得て、ろう付け欠陥の少ないろう付け構造体を得ることが可能となる。すなわち、このようにフラックス含有蒸気の供給開始タイミングを制御することにより、フラックスが被ろう付け物に供給されてから、溶融ろう材が流動してアルミニウム合金表面に濡れ広がる迄の時間が従来よりも格段に短縮され、その結果、フッ化物系フラックスとアルミニウム合金中のＭｇとの反応が進行しないかまたは少なくともその進行がわずかとなり、ろう付け阻害要因となる高融点化合物も生成されにくくなって、良好なろう付け性を安定して得ることができるのである。

表１のブレージングＮｏ．Ａ１〜Ａ１０に示す構成のブレージングシートを用意した。厚さは０．５ｍｍ、ろう材は芯材の片面にクラッドし、クラッド厚さは０．０５ｍｍとした。このブレージングシートを幅２５ｍｍ、長さ７０ｍｍに切断し、厚さ１．０ｍｍのＪＩＳ３００３合金のベア材と組み合わせ、図１に示す逆Ｔ継ぎ手試験片とした。

一方フラックスとしては、ＫＡｌＦ₄：８０％とＫ₂ＡｌＦ₅：２０％との混合物からなる粉末状フッ化物系フラックスを用意し、炉外からの操作で蓋を開閉可能なステンレス製の容器内にフラックスを入れて蓋を閉じた。逆Ｔ継ぎ手試験片とフラックス入り容器をろう付け炉内に隣合わせに配置した。ろう付け炉内は窒素ガス雰囲気とし、酸素濃度３０ｐｐｍ、露点−５０℃とした。逆Ｔ継ぎ手試験片の加熱昇温速度を管理しながら加熱し、表２中に示す温度（フラックス蒸気供給開始温度）に到達した時点でフラックス入り容器の蓋を開放して、炉内をフラックス蒸気を含む雰囲気とした。また比較例（後述するＮｏ．１７、Ｎｏ．１８）として、フラックス入り容器に蓋をせずに、加熱昇温過程の当初から逆Ｔ継ぎ手試験片とともにフラックスを加熱した。この場合はフラックスが溶融した直後からフラックス蒸気が供給されることになる。

なお加熱昇温速度は、５００℃から６００℃の範囲内において１０℃／分となるように制御し、逆Ｔ継ぎ手試験片のサンプル温度が６００℃以上となる条件で５分間保持して、ろう付けを完了させた。加熱後のろう付けサンプルについて、ろう付け性の評価のため、断面観察により図２に示すフィレット長さを測定した。測定結果を表２中に示す。

表２に示すように、本発明例のＮｏ．１〜Ｎｏ．１３の場合は、いずれも充分な大きさのフィレットが形成され、ろう付け性が良好であることが確認された。特にこれらの本発明例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３）のうちでも、Ｎｏ．３およびＮｏ．６以外は、フラックス蒸気供給開始時の逆Ｔ継ぎ手試験片の温度ｔとろう材溶融開始温度ｍとの差を１０℃未満とした例であり、これらの場合には、ろう付け性がＮｏ．３、Ｎｏ．６の場合よりもさらに向上していることが確認された。

これに対し、Ｎｏ．１４、Ｎｏ．１５の場合は、芯材のＭｇ量がこの発明の範囲外であり、フィレットの大きさは小さく、充分なろう付け性は得れらなかった。一方Ｎｏ．１６の場合は、フラックス蒸気の供給開始時の温度が低く、ろう材の流動よりも先にフラックスとブレージングシート中のＭｇと反応してしまったため、フィレットの大きさが小さく、充分なろう付け性が得られなかった。またＮｏ．１７とＮｏ．１８の場合も、未だ低温の時点からフラックス蒸気が供給されたため、フィレットの大きさが小さく、充分なろう付け性が得れらなかった。

なお本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３のうち、Ｎｏ．８の例では、フラックス含有蒸気の供給開始のタイミングから６０秒以内にろう材の流動が開始されることが確認されており、この場合には最もフィレット長さが長く、最も優れたろう付け性を示すことが判明した。但し、その他の本発明例でも、比較例と比べて優れたろう付け性を示していることはもちろんである。

実施例の逆Ｔ継ぎ手試験片を示す図である。 ろう付け後のフィレット断面を示す図である。

符号の説明

１ ＪＩＳ３００３合金ベア材
２ａ ブレージングシート ろう材
２ｂ ブレージングシート 心材
３ フィレット
４ フィレット長さ

Claims (7)

1. 合金成分として少なくともＭｇを含有し、かつそのＭｇ量が０．０５〜１％（ｍａｓｓ％、以下同じ）の範囲内であるＭｇ含有アルミニウム合金について、フッ化物系フラックスを用いて不活性雰囲気中で炉中ろう付けする方法において、
   ろう付けのための加熱昇温過程においてろう材が溶融を開始する直前に、フラックスを含有する蒸気を被ろう付け物に供給してろう付けすることを特徴とする、Ｍｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法。
2. 請求項１に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法において；
   被ろう付け物の加熱昇温過程における少なくともフラックス含有蒸気の供給開始からろう材の溶融開始までの被ろう付け物の昇温速度を５℃／分以上とし、かつフラックス含有蒸気を被ろう付け物に対してフラックス含有蒸気の供給を開始するタイミングを、そのフラックス供給開始時における被ろう付け物の温度ｔ（℃）と、ろう材の溶融開始温度ｍ（℃）との関係が、
   ｔ＞ｍ−２０
   を満たすように制御することを特徴とする、Ｍｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法。
3. 請求項２に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法において；
   前記タイミングを、
   ｔ＞ｍ−１０
   を満たすように制御することを特徴とする、Ｍｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法において；
   フラックス含有蒸気を被ろう付け物に供給開始した後、６０秒以内にろう材が流動を開始するように、フラックス含有蒸気の供給開始タイミングを規制することを特徴とする、Ｍｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法において；
   ろう付け加熱のための被ろう付け物の加熱昇温過程の当初は、被ろう付け物からフラックス含有蒸気もしくはその発生源を空間的に遮断しておき、被ろう付け物の加熱昇温過程におけるろう材溶融開始直前の段階において前記遮断を開放して、被ろう付け物に対するフラックス含有蒸気の供給を開始することを特徴とする、Ｍｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法において；
   被ろう付け物の少なくとも一部として、０．０５〜１％のＭｇを含有するＭｇ含有アルミニウム合金を芯材としかつその芯材の片面もしくは両面にろう材をクラッドしたブレージングシートを用いることを特徴とする、Ｍｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかの請求項に記載のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法を用いて組立てられたことを特徴とする、アルミニウム合金製熱交換器。

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