JP2008023553A - 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含有Ａｌ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にあたってのろう付け性を向上させる。
【解決手段】8.5〜12％Ｓｉのろう材を用いて、Ｍｇ含有量0.05〜1％のＭｇ含有Ａｌ合金をフッ化物系フラックスの存在下でろう付けを行なうにあたり、フラックスとして、ＫＡｌＦ₄に、ＡｌＦ₃を2％未満、Ｋ₂ＡｌＦ₅を19％未満の割合で混合してなるもの、あるいはＫＡｌＦ₄に、ＡｌＦ₃を2％未満、Ｋ₃ＡｌＦ₆を16％未満の割合で混合してなるもの、もしくはＫＡｌＦ₄に、ＡｌＦ₃を1.5％未満の割合で混合してなるもの、あるいはさらにＫＡｌＦ₄100％のものを用いる。なおフラックスの平均粒径はいずれも10〜25μｍとする。さらに、ろう付け加熱の昇温過程におけるフラックスの流動開始からろう材流動開始までの時間を60秒以内とする。
【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ノコロックブレージング法によりろう付けする方法、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。

さらに特許文献２においては、Ｍｇ含有アルミニウム合金をろう付けするためのフッ化物系フラックスとして、そのフラックスを構成するフッ化物の配合比をある範囲内に調整すると同時に、フラックス粉末をＤＴＡ分析したときの特定成分の最大回折ピーク強度を規制することによって、低い溶融温度で溶融時の流動性、広がり性に優れるものとしたフラックスが提案されている。

特開平３−２２６３９６号公報 特開２００５−１２５４０６号公報

前述のように、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があり、そのため非耐食性ろう付け法であるノコロックブレージング法は、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、前述のように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。

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。

さらに特許文献２で提案されているフッ化物系フラックスを使用してＭｇ含有アルミニウム合金をろう付けした場合、必ずしもろう付け性を確実に向上させることができるとは限らず、充分なろう付け性が確保されない場合もあることが本発明者等の実験により判明している。

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たノコロックブレージング法によって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ノコロックブレージング法によるろう付けをするにあたり、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、前述の特許文献２で提案されている考え方、手法とは全く異なる技術的方向性をもって、フッ化物系フラックスの配合組成を適切に選定することにより、前記課題の達成が可能となることを見出し、この発明をなるに至ったのである。

すなわち本発明者等は、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た結果、ろう付けのための加熱昇温過程において、フッ化物系フラックスが溶融を開始してから、フラックスとアルミニウム合金中のＭｇとの反応が開始されるまでの間の時間をできるだけ短時間化させることが有効であることを見出した。そしてそのためには、フッ化物系フラックスの溶融開始温度を高くして、そのフラックス溶融開始温度をできるだけろう材の溶融開始温度に近付けることが有効であり、そのような観点からフッ化物系フラックスの配合組成を適切に定めることにより、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も、Ｍｇ含有アルミニウム合金について良好なろう付け性が得られることを見出したのである。

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フッ化物系フラックスによる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。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、前述のようにろう付け性が阻害されてしまう。これを解決して良好なろう付け性を得るためには、フラックスが流動を開始した後、フラックスとＭｇが反応する前に、できるだけ短時間のうちにろう材の流動を開始させることが有効である。そしてこのようにフラックスの流動開始から、ろう材の流動開始までの時間を短時間化させる方法としては、フラックスの流動開始温度とろう材の流動開始温度とを、近付けることが有効であると考えた。そのためのひとつの手法としては、ろう材の流動開始温度を低温化させるベく、ろう材の融点を下げる方法が考えられる。このようにろう材の融点を下げるためには、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に対して、Ｃｕ、Ｚｎなどの低融点化に寄与する合金元素を添加する必要があるが、ろう材成分を変更すれば、材料の強度、耐食性等の特性も大きく変化してしまうため、実際には単純にこれらの低融点化元素を少量添加するだけではなく、大幅な材料変更が必要となってしまい、新たに別の種々の問題が生じてしまう。

そこで本発明者は、フッ化物系フラックスの流動開始温度とろう材の溶融開始温度とを近付けるための手法としては、ろう材の融点を下げるのではなく、フッ化物系フラックスの流動開始温度を高温化させる方法を適用することが好適であると考えた。通常のＡｌ−Ｓｉ系のろう材は５７７℃で溶融を開始し、５８０℃を越えると流動を始める。これに対し、従来の通常のフッ化物系フラックスは、約５６０℃で溶融を開始し、５６５℃を越えた付近から流動を始めるが、このように流動開始温度が５６５℃超付近の従来の一般的なフッ化物系フラックスでは、通常のＡｌ−Ｓｉ系ろう材が流動を開始するまでの間に、前述のようにフラックスとアルミニウム合金材料中のＭｇとが反応して、ろう付け性を阻害してしまう。そこでこの発明では、使用するフッ化物系フラックスの組成を、その流動開始温度が従来の一般的なフラックスの流動開始温度よりも高温となるように適切に調整して、Ｍｇとの反応物を形成するタイミングを遅らせることにより、Ｍｇを含有するアルミニウム合金のろう付けを可能にしたのである。

なお前述の特許文献２のフラックスでは、ろう付け時にフラックスとＭｇが反応することを前提として、フラックスの流動性、広がり性の向上を図るためにその組成を選定しており、この場合むしろフラックスの融点が低い方が良いとされており、したがってフラックスの流動開始温度を高めてフラックスとＭｇとの反応を抑制しようとするこの発明の場合とは、基本的な技術的方向性および組成選定理由が全く異なるのである。

具体的には、請求項１の発明のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法は、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％の範囲内にあるＭｇ含有アルミニウム合金について、Ｓｉを８．５〜１２％含有するろう材を用い、フラックスの存在下でノコロックブレージング法によりろう付けする方法において、前記フラックスとして、ＫＡｌＦ₄に、ＡｌＦ₃をフラックス全体の２％未満、Ｋ₂ＡｌＦ₅をフラックス全体の１９％未満となるように混合してなる、平均粒径１０〜２５μｍの粉末を用いることを特徴とするものである。

また請求項２の発明のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法は、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％の範囲内にあるＭｇ含有アルミニウム合金について、Ｓｉを８．５〜１２％含有するろう材を用い、フラックスの存在下でノコロックブレージング法によりろう付けする方法において、前記フラックスとして、ＫＡｌＦ₄に、ＡｌＦ₃をフラックス全体の２％未満、Ｋ₃ＡｌＦ₆をフラックス全体の１６％未満となるように混合してなる、平均粒径１０〜２５μｍの粉末を用いることを特徴とするものである。

さらに請求項３の発明のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法は、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％の範囲内にあるＭｇ含有アルミニウム合金について、Ｓｉを８．５〜１２％含有するろう材を用い、フラックスの存在下でノコロックブレージング法によりろう付けする方法において、前記フラックスとして、ＫＡｌＦ₄に、ＡｌＦ₃をフラックス全体の１．５％未満となるように混合してなる、平均粒径１０〜２５μｍの粉末を用いることを特徴とするものである。

そしてまた請求項４の発明のＭｇ含有アルミニウム合金のろう付け方法は、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％の範囲内にあるＭｇ含有アルミニウム合金について、Ｓｉを８．５〜１２％含有するろう材を用い、フラックスの存在下でノコロックブレージング法によりろう付けする方法において、前記フラックスとして、ＫＡｌＦ₄からなる、平均粒径１０〜２５μｍの粉末を用いることを特徴とするものである。

一方請求項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、ろう付けのための加熱昇温過程において前記フラックスが溶融して流動を開始してから、６０秒以内にろう材を溶融開始させるようにしたことを特徴とするものである。

また請求項６の発明は、アルミニウム合金製熱交換器について規定したものであり、請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載された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たノコロックブレージング法を適用して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、そのため非腐食性ろう付け法であるノコロックブレージング法を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もノコロックブレージング法を適用して、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と比較しても特にフラックスの材料コストを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と同程度に抑えることができる。

一般に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、ＡｌＦ₃、ＫＡｌＦ₄、Ｋ₂ＡｌＦ₅、Ｋ₃ＡｌＦ₆等のうちのいくつかのフッ化物を混合して使用するのが通常であり、この発明の場合、それぞれの配合量を調整することによって、フラックス流動開始温度を適切に高温化させることとしているが、使用するフッ化物の組合せによって、その適切な組成、配合比は異なり、そこでこの発明では、請求項１においては、ＫＡｌＦ₄を主体とし、それにＡｌＦ₃およびＫ₂ＡｌＦ₅を混合して使用する場合を規定し、また請求項２においては、ＫＡｌＦ₄を主体とし、それにＡｌＦ₃およびＫ₃ＡｌＦ₆を混合して使用する場合を規定し、さらに請求項３においては、ＫＡｌＦ₄を主体とし、それにＡｌＦ₃を混合して使用する場合を規定し、そのほか請求項４においてはＫＡｌＦ₄を単独使用する場合を規定している。

以下にこれらのフッ化物系フラックスの配合比限定理由について説明する。

先ず、請求項１で規定するように、フラックスとして、ＫＡｌＦ₄にＡｌＦ₃およびＫ₂ＡｌＦ₅を混合したものを用いる場合には、Ｋ₂ＡｌＦ₅が１９ｍａｓｓ％以上であれば、低い温度でフラックスが流動を開始して、ろう材が溶融、流動してアルミニウム合金表面に広がる前にＭｇとの反応が始まってしまうため、Ｍｇ含有合金のろう付け性改善に充分な効果が得られない。またＡｌＦ₃が２ｍａｓｓ％以上では、フラックスの溶融温度が急激に上昇するため、ろう材が流動する温度に到達してもフラックスが流動しなくなって、ろう付け性が大幅に低下してしまう。そこでＫＡｌＦ₄にＡｌＦ₃およびＫ₂ＡｌＦ₅を混合する場合には、ＡｌＦ₃の配合割合はフラックス全体の２％未満、Ｋ₂ＡｌＦ₅の配合割合はフラックス全体の１９％未満とし、これらの残部をＫＡｌＦ₄とした。なおこのような請求項１で規定するフラックスでは、その流動開始温度は、通常は５７０℃程度以上の高温となり、したがってろう材の流動開始温度（前述のように通常は５８０℃超付近）との差は、約１０℃程度以下に過ぎないことになる。

次に請求項２で規定するように、フラックスとして、ＫＡｌＦ₄にＡｌＦ₃およびＫ₃ＡｌＦ₆を混合したものを用いる場合は、Ｋ₃ＡｌＦ₆が１６ｍａｓｓ％以上では、低い温度でフラックスが流動を始めるため、Ｍｇ含有合金のろう付け性改善に充分な効果が得られない。またＡｌＦ₃が２ｍａｓｓ％以上では、フラックスの溶融温度が急激に上昇するため、ろう付け性は低下してしまう。そこでＫＡｌＦ₄にＡｌＦ₃およびＫ₃ＡｌＦ₆を混合する場合は、ＡｌＦ₃の配合割合はフラックス全体の２％未満、Ｋ₃ＡｌＦ₆の配合割合はフラックス全体の１６％未満とし、残部をＫＡｌＦ₄とする。なおこのような請求項２で規定するフラックスでは、その流動開始温度は、通常は５７０℃程度以上の高温となり、したがってこの場合も、ろう材の流動開始温度との差は、約１０℃程度以下と小さい値となる。

さらに請求項３で規定するように、フラックスとして、ＫＡｌＦ₄にＡｌＦ₃を混合したものを用いる場合には、ＡｌＦ₃が１．５ｍａｓｓ％以上となれば、フラックスの溶融温度が急激に上昇するため、ろう付け性が低下してしまう。そこでＫＡｌＦ₄にＡｌＦ₃を混合したものを用いる場合は、ＡｌＦ₃の配合割合はフラックス全体の１．５％未満とし、残部をＫＡｌＦ₄とする。なおこのような請求項３で規定するフラックスでは、その流動開始温度は、通常は５７５℃程度以上の高温となり、したがってこの場合のろう材流動開始温度との差は、約５℃以下と小さい値となる。

なお、以上のような請求項１〜請求項３で規定する各フラックスにおいて、ＡｌＦ₃の含有割合は、フラックスの溶融開始温度を高くする観点から、フラックス全体に対して１％以上とすることが好ましい。

さらにこの発明おいてフッ化物系フラックスとしては、請求項４で規定するように、ＫＡｌＦ₄のみからなる１００％組成のものを使用することも可能である。すなわち、ＫＡｌＦ₄単独のフラックスの場合でも、その流動開始温度は充分に高くて、通常は５７５℃程度以上であり、したがってこの場合、ろう材流動開始温度との差は約５℃以下となり、Ｍｇ含有アルミニウム合金について良好なろう付け性を得ることができる。

以上のところにおいて、Ｋ₂ＡｌＦ₅としては、結晶水が結合したＫ₂ＡｌＦ₅・Ｈ₂Ｏに置き換えることも可能である。さらに、前述の各フラックスにおいて、ＫＡｌＦ₄、Ｋ₂ＡｌＦ₅、Ｋ₃ＡｌＦ₆は、その一部をＫＦとＡｌＦ₃に置き換えても良く、その場合ＫＦおよびＡｌＦ₃の配合量をＫＡｌＦ₄、あるいはＫ₂ＡｌＦ₅、もしくはＫ₃ＡｌＦ₆に換算したときのそれぞれの配合量が前記組成範囲内となっていれば、前記と同様の効果が得られる。

なお当然のことながら、フラックスの流動開始温度がろう材の流動開始温度よりも高ければ、溶融ろう材がアルミニウム合金表面に広がる際に溶融フラックスがアルミニウム合金表面に広がっていないことになり、フラックスによる酸化膜除去機能が有効に発揮されなくなってしまうから、この発明の方法を実際に適用するにあたってフラックスの配合組成を具体的に選定する場合、その組成が前述の範囲内であってしかもフラックスの流動開始温度がろう材の溶融開始温度よりも低くなるように選定することはもちろんである。

さらにこの発明の方法においては、使用するフッ化物系フラックスの粒体粒径が、平均粒径（メディアン径）で１０μｍ以上、２５μｍ以下である必要がある。フラックス粒径が２５μｍを越えれば、フラックスが溶融を開始してから全部が溶けきるまでに長時間を要し、そのためろう付けに要する充分な量のフラックスが短時間に供給されないため、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。またフラックス粒径が１０μｍ未満では、ろう付けに関しては問題ないが、フラックス粉末をノズルで吹きつけ塗布する際に、ノズルの目詰まりを起こしやすく、工業上好ましくない。

また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使用しても、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、この発明の方法によるフラックスを使用しても、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。

この発明のろう付け法をＭｇ含有アルミニウム合金に適用する場合、ろう材としてはＳｉ：８．５〜１２ｍａｓｓ％、残部ＡｌからなるＡｌ−Ｓｉ合金を用いることが適当である。ノコロックブレージング法では、一般にろう材としてＳｉ量が６．５〜１２ｍａｓｓ％の範囲内のＡｌ−Ｓｉ合金が使用されており、このようなＡｌ−Ｓｉ合金では、Ｓｉ量６．５〜１２ｍａｓｓ％の範囲内であれば、いずれも固相線は５７７℃で一定であり、したがって溶融開始温度は同じであるが、その範囲内でもＳｉ含有量が少ないＡｌ−Ｓｉ合金は液相温度が高く、そのためより高温でろう材が流動を開始してろう付けが完了することになる。しかるにこの発明のＭｇ含有合金のろう付けでは、フラックスが溶融した後、できるだけ短時間でろう材が流動することが必要になるが、Ｓｉ量が８．５ｍａｓｓ％未満では、ろう材が流動を開始する温度が高温化するため、フラックスとＭｇの反応が進行してしまうから、ろう付け性は低下してしまう。また、Ｓｉ量が１２ｍａｓｓ％を越えれば、溶融したろう材の流動性自体が低下してしまうため、ろう付け性が低下してしまう。なおＡｌ−Ｓｉ系合金に、さらに溶融開始温度の低温化のためにＺｎやＣｕ等の元素を添加したろう材も適用可能であり、これらのＺｎ、Ｃｕ等は、通常は８ｍａｓｓ％程度以下であれば許容される。このように溶融温度が低いろう材を使用することによって、フラックス流動開始からろう材流動開始までの時間がより短くなり、この発明のＭｇ含有材のろう付け法には、より好適となる。

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、請求項１〜請求項４のいずれかに規定する配合比のフッ化物系フラックスを用いて不活性ガス雰囲気中でろう付け加熱を行なえば、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作成することが可能となる。すなわち、ろう付けのための加熱昇温過程において、フラックスが溶融しさらにその流動を開始してから、ろう材が溶融してその流動が開始されるまで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。

ここで、本発明者等の実験によれば、フッ化物系フラックスがその流動を開始してから６０秒以内にろう材が流動を開始すれば、ろう付け性を確実に向上させ得る程度に、前述のような高融点化合物の生成を抑制できることが判明している。そして前述のような各請求項１〜４で規定する配合比のフラックスを用いれば、加熱方法や部材のサイズ、フラックス量等によっても若干は異なるが、一般にはフラックス流動開始からろう材流動開始までの時間を６０秒以内に抑え得ることが判明している。

表１のＡ１〜Ａ４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。なおろう材として用いたＡｌ−１０．５％Ｓｉ合金の流動開始温度は約５８２℃である。

フラックスとしては、表２のＢ１〜Ｂ１３に示す組成のものを用意した。これらのフラックスとしては、予め化学合成により製造した、平均粒径１５μｍのＫＡｌＦ₄、Ｋ₂ＡｌＦ₅、Ｋ₃ＡｌＦ₆、ＡｌＦ₃を、表２中に示す比率で混合したものを使用した。

各フラックスを、表３に示す組み合わせで逆Ｔ継ぎ手試験片に塗布した。ここで各フラックスは、それぞれ５ｗｔ％濃度の懸濁液とし、逆Ｔ継ぎ手試験片をフラックス懸濁液中に浸漬することにより塗布し、１５０℃の乾燥炉で充分に乾燥させた。

フラックスを塗布した各逆Ｔ継ぎ手試験片を、炉内で加熱してろう付した。ろう付けの雰囲気は窒素ガスとし、炉内の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とした。加熱時間は逆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分間保持した。なお、いずれのサンプルにおいてもフラックス流動開始からろう材の流動開始までの所要時間は６０秒以内であった。

加熱ろう付け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。その測定結果を表３中に示す。

表３に示すように、本発明例のＮｏ．１〜１２の場合は、充分な大きさのフィレットが形成されること、すなわちろう付け性が良好であることが確認された。

これに対し、Ｎｏ．１３〜１４、Ｎｏ．１８〜１９の場合は、いずれもフラックスの組成がこの発明の範囲外であり、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は小さく、充分なろう付け性が得られなかった。またＮｏ．１５の場合についても、フラックスの組成がこの発明の範囲外であって、フラックスの溶融温度が高すぎたために、ろう材の流動よりもフラックスの流動が遅くなってしまい、充分なろう付け性が得られなかった。さらに、Ｎｏ．１６およびＮｏ．１７の場合は、フラックスの組成はこの発明の範囲内であるが、ブレージングシートの芯材中のＭｇ含有量が多いため、フラックスとＭｇの反応が急速に進んでろう付け性が阻害されたため、ほとんどフィレットは形成されなかった。

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 (6)

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）の範囲内にあるＭｇ含有アルミニウム合金について、Ｓｉを８．５〜１２％含有するろう材を用い、フラックスの存在下でノコロックブレージング法によりろう付けする方法において；
   前記フラックスとして、ＫＡｌＦ₄に、ＡｌＦ₃をフラックス全体の２％未満、Ｋ₂ＡｌＦ₅をフラックス全体の１９％未満となるように混合してなる、平均粒径１０〜２５μｍの粉末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。
2. 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％の範囲内にあるＭｇ含有アルミニウム合金について、Ｓｉを８．５〜１２％含有するろう材を用い、フラックスの存在下でノコロックブレージング法によりろう付けする方法において；
   前記フラックスとして、ＫＡｌＦ₄に、ＡｌＦ₃をフラックス全体の２％未満、Ｋ₃ＡｌＦ₆をフラックス全体の１６％未満となるように混合してなる、平均粒径１０〜２５μｍの粉末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。
3. 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％の範囲内にあるＭｇ含有アルミニウム合金について、Ｓｉを８．５〜１２％含有するろう材を用い、フラックスの存在下でノコロックブレージング法によりろう付けする方法において；
   前記フラックスとして、ＫＡｌＦ₄に、ＡｌＦ₃をフラックス全体の１．５％未満となるように混合してなる、平均粒径１０〜２５μｍの粉末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。
4. 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％の範囲内にあるＭｇ含有アルミニウム合金について、Ｓｉを８．５〜１２％含有するろう材を用い、フラックスの存在下でノコロックブレージング法によりろう付けする方法において；
   前記フラックスとして、ＫＡｌＦ₄からなる、平均粒径１０〜２５μｍの粉末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。
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、
   ろう付けのための加熱昇温過程において前記フラックスが溶融して流動を開始してから、６０秒以内にろう材を溶融開始させるようにしたことを特徴とする、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された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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