JP2011094183A - ろう付け用アルミニウム材の製造方法及び熱交換器用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】優れたろう付け性能を実現し得るフラックスからなる溶射皮膜を、良好なる密着性及び溶射効率をもって形成することが可能な、ろう付け用アルミニウム材の有利な製造方法を提供すること。
【解決手段】アルミニウム材１０として、表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下とされたものを用い、このアルミニウム材１０を１００〜６００℃の温度に保持した状態下において、フレーム溶射法にて、その表面１２に、フッ化物系フラックス粉末４０を溶射して、かかるフラックスからなる溶射皮膜１６を形成せしめた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ろう付け用アルミニウム材の製造方法及び熱交換器用部材に係り、特に、フラックスろう付けにより、ラジエータ、ヒータコア、オイルクーラ、インタークーラ、カーエアコンのエバポレータやコンデンサ等のアルミニウム製熱交換器を作製する際に用いられる、フラックスからなる溶射皮膜が形成されたろう付け用アルミニウム材を有利に製造する方法と、かかる方法にて製造される多穴チューブ材等の熱交換器用部材に関するものである。

従来より、アルミニウム乃至はアルミニウム合金からなるアルミニウム製熱交換器は、自動車のラジエータ、ヒータコア、オイルクーラ、インタークーラ、カーエアコンのエバポレータやコンデンサ等として、広く使用されてきている。そして、そのようなアルミニウム製熱交換器は、例えば、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金等のアルミニウム合金からなるチューブ材（作動流体通路材）に、アルミニウム合金からなるフィン材を組み付け、それらチューブ材とフィン材とをろう付けすることにより、製作されているのである。

また、そのようなろう付けを行うに際しては、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金等のろう材と共に、一般に、フラックスが、アルミニウム材やろう材の表面に形成されるアルミニウムの酸化皮膜を除去するために、用いられている。なお、このフラックスを、アルミニウム材表面に適用せしめる手法としては、各種の手法が採用されており、例えば、所定の形状に成形されたフィン材やチューブ材、コアプレート材等を一体的に組み付けた後、その組付体の表面に、フラックス粉末又はそれとろう材粉末との混合粉末をそのまま振りかける手法や、かかる組付体を、所定の水性溶媒にフラックス粉末又はそれとろう材粉末を混合分散せしめてなる懸濁液に浸漬する手法、或いは、そのような懸濁液を組付体の全体に噴霧せしめる手法等が種々採用されている。

しかしながら、それらの手法は、フラックスやろう材をそのまま振りかけるだけ、或いは、水性溶媒を用いてフラックスやろう材を付着させているだけであるために、組付体をろう付け炉に搬送するまでの間にフラックスやろう材が脱落して、ろう付け接合を満足に行うことができないだけでなく、フラックスやろう材の粉塵が環境雰囲気中に舞い、作業環境が悪化せしめられるといった問題や、また、組付体に付着しないで無駄となるフラックスやろう材も多くなり、それが、ろう付け製品のコストアップの一因となる等の問題を内在するものであった。

かかる状況下、アルミニウム材の表面に対するフラックスやろう材の付着性を高めるために、ろう付け時に、分解・蒸発するような樹脂（例えば、アクリル樹脂）をフラックスやろう材に混合せしめ、これを、ロール塗装等にて、チューブ材等のアルミニウム材の表面に塗装する手法が、開発された。これにより、上述の如き脱落が生じるようなことは少なくなったのであるが、そのような手法では、塗膜中に樹脂成分がバインダとして比較的に多く含まれるところから、そのうちの一部が僅かではあるが、ろう付け時までに分解せずに残存することがあり、そのため、アルミニウム材上に残存した樹脂成分によって、ろう付け性が低下せしめられることがあった。また、かかる樹脂成分は、バインダとして用いられているものの、ろう付け時には不要となるものであって、ろう付け温度に達するまでに分解・蒸発せしめられるものであるところから、作業環境やコストの面からも、そのような樹脂の使用をできるだけ少なくすることが、望ましいのである。

また一方、国際公開第２００６／１０００５４号公報（特許文献１）には、ろう合金粉末及び／或いはフラックス粉末を、アルミニウム材の表面にプラズマ溶射する手法が、提案されているが、そのようなプラズマ溶射法を採用する場合には、その溶射方式及びその構造から、設備コストが必然的に高くなるといった問題がある。加えて、発生するプラズマの温度は数千℃〜数万℃にも達するため、そのような高温環境に曝された粉末は、一部が気化してしまい、溶射効率（付着効率）が落ちるために、ランニングコストが上昇するといった問題も内在している。また、その一方で、粉末の気化を抑制するために、発生電流や電圧等を低く設定すると、溶射状態が不安定となって、溶射皮膜の密着性や均一性が悪化して、耐食性やろう付け性等の性能が低下するといった問題が生じることとなる。

さらに、特開平７−１２４７８７号公報（特許文献２）や特開平７−３１０１６２号公報（特許文献３）等には、Ｓｉ粉末、Ｚｎ粉末、Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金粉末等のろう材粉末（金属粉末）と、フラックス粉末とを混合し、この混合粉末を、フレーム溶射法によって、アルミニウム材の表面に付着せしめる手法が、提案されている。しかしながら、ろう材粉末とフラックス粉末とを混合して用いると、ろう材粉末（金属粉末）の溶融状態を制御することが困難となったり、溶射中にフラックス粉末とろう材粉末が反応して、それらが劣化してしまうことがあり、これによって、ろう付け性が低下する等の問題があった。

そこで、本発明者等は、ろう材粉末とフラックス粉末との混合粉末ではなく、アルミニウムの酸化皮膜の除去に必要なフラックス粉末だけを、フレーム溶射法により溶射して、アルミニウム材の表面全体に、フラックスからなる溶射皮膜を形成せしめることを検討したのであるが、フラックス粉末だけをフレーム溶射しようとすると、フラックス粉末とろう材粉末との混合粉末の溶射皮膜を形成せしめる場合と比べて、フラックスからなる溶射皮膜の密着性（付着性）が低下すると共に、溶射効率（粉末の付着効率）も低下することが明らかとなった。特に、表面粗さ（Ｒａ）の小さいアルミニウム材、具体的には、表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下のアルミニウム材に対してフラックス粉末を溶射すると、アンカー効果（溶射粉末がアルミニウム材の表面に機械的にかみ合うことによって皮膜とアルミニウム材との密着性を高める効果）が乏しく、溶射皮膜の密着性と溶射効率が、著しく低下することが明らかとなった。なお、アンカー効果を得るために、ショットブラスト加工等を施して、アルミニウム材表面の粗面化を行うことも可能であるが、作業工数が増加して、経済性が悪化する。また一方、表面粗さ（Ｒａ）が２μｍを超える押出材や引抜材等のアルミニウム材は、一般に、表面精度が悪いものであって、押出しや引抜き時に、表面に筋状の凹凸が形成されており、このようなアルミニウム材に対して、フラックス粉末を溶射すると、筋状の凹凸により、溶射皮膜の密着性や溶射効率の低下が多少は抑制され得るものの、ろう付け時に、ろう材が、アルミニウム材の表面に形成された筋状の凹部に沿って、不必要な部位にまで流れ出し、ろう不足によるろう付け不良やアルミニウム材の耐食性の低下が惹起されるおそれがあったのである。

国際公開第２００６／１０００５４号公報 特開平７−１２４７８７号公報 特開平７−３１０１６２号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決すべき課題とするところは、表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下とされたアルミニウム材の表面に、優れたろう付け性能を実現し得るフラックスからなる溶射皮膜を、良好なる密着性及び溶射効率をもって形成することが可能な、ろう付け用アルミニウム材の有利な製造方法と、かかる製造手法によって、フラックスからなる溶射皮膜が形成された熱交換器用部材を提供することにある。

そして、本発明者等が鋭意検討を重ねた結果、表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下とされたアルミニウム材であっても、アルミニウム材を１００〜６００℃の温度に加熱した状態でフラックス粉末をフレーム溶射することにより、高い溶射効率で、溶射皮膜を密着性よく形成することができることを見出し、しかも、そのようなフラックスからなる溶射皮膜が形成されたろう付け用アルミニウム材を用いて、ろう付けを行っても、ろう付け不良が惹起されないことを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるアルミニウム材として、表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下とされたものを用い、該アルミニウム材を１００〜６００℃の温度に保持した状態下において、フレーム溶射法にて、該アルミニウム材の表面に、フッ化物系フラックス粉末を溶射して、該フラックスからなる溶射皮膜を形成せしめることを特徴とするろう付け用アルミニウム材の製造方法を、その要旨とするものである。

なお、かかる本発明に従うろう付け用アルミニウム材の製造方法の好ましい態様の一つによれば、前記フラックス粉末として、１０〜３００μｍの平均粒径を有するものが、用いられる。

また、本発明に従うろう付け用アルミニウム材の製造方法における別の好ましい態様の一つによれば、前記フラックス粉末として、Ｋ及びＡｌを含むフッ化物系化合物、Ｚｎを含むフッ化物系化合物、Ｓｉを含むフッ化物系化合物、及びＣｓを含むフッ化物系化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種以上のフッ化物系フラックスの粉末が、採用されることとなる。

さらに、本発明に従うろう付け用アルミニウム材の製造方法における望ましい態様の一つによれば、前記フラックスからなる溶射皮膜は、前記アルミニウム材の表面に対して、フラックス付着量が３〜２０ｇ／ｍ² となるように、形成されている。

加えて、本発明に従うろう付け用アルミニウム材の製造方法の他の好ましい態様の一つによれば、フレーム温度：５００〜４０００℃、及びフレーム速度：５０〜２００ｍ／ｓの条件下で、前記溶射が行われることとなる。

また、本発明においては、上述の如きろう付け用アルミニウム材の製造方法によって、前記アルミニウム材の表面に前記フラックスからなる溶射皮膜が形成されていることを特徴とする熱交換器用部材をも、その要旨とするものである。

このように、本発明に従うろう付け用アルミニウム材の製造方法にあっては、１００〜６００℃の温度に保持されたアルミニウム材の表面に対して、フレーム溶射法にて、フッ化物系フラックス粉末を溶射するようにしているところから、溶射粒子（フラックス粒子）とアルミニウム材との温度差が小さくなって、フラックスからなる溶射皮膜が、良好なる密着性をもって、有利に形成され得るようになるのである。また、アルミニウム材を上記温度に保持することによって、溶射粒子がアルミニウム材の表面で弾かれるようなことも効果的に防止され得て、溶射効率も有利に改善され得るようになる。これにより、ショットブラスト等の特別な表面加工（粗面化処理）を施すことなく、押し出したまま、或いは圧延したままの、表面粗さ（Ｒａ）の小さなアルミニウム材、つまり表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下のアルミニウム材の表面に対しても、高い溶射効率で、フラックスのみからなる溶射皮膜を密着性よく形成することができるようになる。

また、かかる溶射皮膜が形成されたろう付け用アルミニウム材を用いてろう付けを行えば、溶射皮膜のフラックスにて、アルミニウム材やろう材の表面に形成される酸化皮膜が有利に除去せしめられ、ろうの濡れ性や流動性が効果的に高められ得ることとなる。

さらに、上述せる如きろう付け用アルミニウム材の製造方法によって、フラックスからなる溶射皮膜が形成された熱交換器用部材にあっては、ろうの濡れ性や流動性が効果的に高められ、優れたろう付け性が実現され得るところから、他の部材との接合が極めて良好に行われ得るのである。

本発明に従ってアルミニウム材の表面にフラックスからなる溶射皮膜を形成せしめる一工程を概略的に示す断面説明図であって、アルミニウム材の表面に溶射を行っている状態を示している。 本発明に従ってフラックスからなる溶射皮膜が形成されたろう付け用アルミニウム材（熱交換器用部材）の一例を示す斜視説明図である。 図２に示されるろう付け用アルミニウム材（熱交換器用部材）をろう付けに用いた状態を示す正面説明図である。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１には、本発明に従って、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるアルミニウム材に対して、フレーム溶射法による溶射が実施されている工程の一例が、概略的に示されている。この図１において、１０は、アルミニウム材であって、その表面１２に対して、粉末式フレーム溶射を行い得る公知の構造の溶射ガン１４から、所定のフラックス粉末の溶射粒子が溶射されて、かかるフラックスからなる溶射皮膜１６が、形成されている。

ここにおいて、上記フラックスからなる溶射皮膜１６が形成されるアルミニウム材１０としては、ろう付けの対象とされるアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる部材（ろう付け用アルミニウム材）であれば、その種類は特に制限されるものではなく、押出材や圧延材、引抜材等の展伸材であっても、或いは、鋳造材であってもよい。また、アルミニウム材１０の形状や大きさ等も、何等限定されるものではなく、本実施形態においては、図２に示される如き形状の押出形材（多穴チューブ材乃至は多穴管）が、アルミニウム材１０として採用されている。この多穴チューブ材（１０）は、従来より熱交換器の製造に用いられている熱交換器用部材の１種であって、フラックスからなる溶射皮膜１６が形成された多穴チューブ材（１０）は、図３に示されるように、他の熱交換器用部材（フィン材１８）とろう付けされるのである。

特に、本発明においては、後述するように、アルミニウム材１０が特定の温度に保持された状態で溶射が行われ得るようになっているところから、表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下のアルミニウム材１０に対しても、フラックス粉末の溶射が有利に施され得るようになっているのである。ここで、「表面粗さ（Ｒａ）」は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に規定される算術平均粗さを示している。そして、かかる表面粗さ（Ｒａ）が小さくなると、一般に、アンカー効果が乏しくなる傾向があり、特に、ろう材粉末と混合されていないフラックス粉末をアルミニウム材１０の表面１２に溶射する場合には、その傾向が顕著となって、フラックスからなる溶射皮膜１６とアルミニウム材１０（以下、基材とも言う。）との密着性が低下するのである。

そして、本発明においては、基材温度を、１００〜６００℃、好ましくは１５０〜４００℃に保持した状態下で、基材表面に対して、溶射粉末としてのフラックス粉末を、フレーム溶射法にて溶射するようにしているところから、溶射粒子（フラックス粒子）と基材との温度差が小さくなって、フラックスからなる溶射皮膜１６が、良好なる密着性をもって、アルミニウム材１０の表面１２に形成されることとなるのである。このため、ショットブラスト等の特別な表面加工（粗面化処理）を施すことなく、押し出したまま、或いは圧延したままのアルミニウム材１０の表面１２に対して、高い溶射効率で、フラックスからなる溶射皮膜１６を形成することができるのである。なお、かかる基材温度が、１００℃未満の場合には、溶射粒子とアルミニウム材１０との温度差が大きく、溶射粒子の衝突直後の基材表面の熱膨張と溶射粒子の凝固収縮の差によって、溶射皮膜１６の密着性や、溶射効率の低下が惹起されることとなる。また一方、基材温度が６００℃を超える場合には、基材表面の高温酸化皮膜が成長することに加えて、溶射されたフラックスも高温で保持されるため、フラックス自体の酸化劣化も惹起され、その結果、ろう付け性が阻害されるようになる。

ここにおいて、アルミニウム材１０の加熱方法は、従来から公知の各種の手法を採用することができる。例えば、アルミニウム材１０の加熱方法としては、図示しないものの、電気ヒータやガスヒータ等の加熱装置で所定の温度に加熱した炉内（槽内）に、アルミニウム材１０を収容して、或いはかかる炉内を通過せしめて、加熱する手法や、誘導加熱等にて加熱する手法等を挙げることができるが、これらの方法に何等限定されるものではない。また、押出材の場合は、押出直後では、通常、かなりの高温度となっているところから、そのような押出材が、押出後、未だ十分な余熱を保持している間に、フラックス粉末の溶射を行うことも可能である。このように、他工程の余熱を利用する場合には、アルミニウム材１０を加熱する工程を省略することができるため、ろう付け用アルミニウム材の製造コストを有利に低減できるといったメリットも得られる。

また、アルミニウム材１０の表面１２に溶射される溶射粉末として、本発明では、ろう材粉末とフラックス粉末との混合粉末ではなく、ろう材粉末を含まないフラックス粉末が用いられることとなるのである。かかるフラックスは、アルミニウム材やろう材の表面に形成される酸化皮膜を除去せしめ、ろうの濡れ性や流動性を改善して、アルミニウム材とろう材との共晶合金の形成を促進するものであって、そのようなフラックスの粉末として、本発明においては、特に、フッ化物系のフラックス粉末が用いられることとなる。かかるフッ化物系のフラックス粉末は、常温でアルミニウム材に対して非腐食性であり、ろう付け後のフラックス洗浄が不要とされる等の利点がある。具体例としては、ＫＡｌＦ₄、Ｋ₂ＡｌＦ₅、Ｋ₂ＡｌＦ₅・Ｈ₂Ｏ、Ｋ₃ＡｌＦ₆等のＫ及びＡｌを含むフッ化物系化合物、ＫＺｎＦ₃、Ｋ₂ＺｎＦ₄等のＺｎを含むフッ化物系化合物、Ｋ₂ＳｉＦ₆等のＳｉを含むフッ化物系化合物、Ｃｓ−Ａｌ−Ｆ系、Ｃｓ−Ｋ−Ａｌ−Ｆ系、Ｃｓ−Ｓｉ−Ｆ系等のＣｓを含むフッ化物系化合物を挙げることができ、これらのうちの１種が単独で用いられ、或いはそれらの２種以上が併用されることとなる。なお、融点が大きく異なるフッ化物系フラックスを併用する場合においては、高融点側のフラックスが十分に溶融していなくても、溶融したフラックスと共に溶射皮膜に取り込まれて、皮膜形成されるようになる。

また、上記フラックス粉末は、好ましくは１０〜５００μｍ、より好ましくは１００〜３００μｍの平均粒径（Ｄ₅₀）の粉末として用いられ、このような平均粒径のものを用いることによって、フラックス粉末の溶射効率がより一層改善されることとなる。なお、かかるフラックス粉末の平均粒径が小さすぎる場合には、フレーム溶射に用いる溶射装置（溶射ガン）の溶射粉末の供給口や、溶射ガン内にフラックス粉末を導入するまでの導入路内で、フラックス粉末が目詰まりを起こしてしまい、溶射装置への安定した粉末送流量を確保することができず、フラックスからなる溶射皮膜１６を均一に形成することができないおそれがある。また逆に、フラックス粉末の平均粒径が大きすぎる場合には、フラックス粒子の表面のみが溶融し、基材表面への衝突時に、溶融していない粒子の中央部分によってフラックス粒子が弾かれて、基材表面に付着しなかったり、付着しても剥離しやすくなるおそれがある。ここにおいて、「平均粒径（Ｄ₅₀）」は、光散乱式粒径分布測定装置にて測定される粒径分布から、その累積度数分布における累積度数が５０％である粒子径を示す。

そして、フラックスからなる溶射皮膜１６を、アルミニウム材１０の表面１２に形成せしめるには、従来から公知の構造の粉末式フレーム溶射用の溶射装置（溶射ガン）が用いられるのであり、例えば、図１に示される溶射ガン１４は、その径方向（図１中、左右方向）中央部に、溶射粉末４０（フラックス粉末、又はフラックス粉末と樹脂粉末の混合粉末）とキャリアガスを供給する溶射粉末供給ポート２０が配置されている。また、かかる溶射粉末供給ポート２０の径方向外方には、同軸的に、内側から外側に向かって、ノズル部２２とエアキャップ部２４が配置されている。それらのうち、ノズル部２２は、内管２２ａ及び外管２２ｂとからなる二重管構造とされ、内管２２ａの外面と外管２２ｂの内面との間の環状空隙部が、燃焼ガスの通過する燃焼ガス通路２６とされている。また、ノズル部２２（外管２２ｂ）の外面とエアキャップ部２４の内面との間の環状空隙部は、圧縮空気が導入される圧縮空気通路２８とされている。

また、圧縮空気通路２８は、周方向に所定の間隔をあけて２〜８箇所程度設けられた、径方向内方側に向かって斜めに延びる連通路３０にて、溶射粉末供給ポート２０の外面とノズル部２２（内管２２ａ）の内面との間の環状空隙部３２に連通されており、圧縮空気通路２８内の圧縮空気が、かかる連通路３０を通じて、環状空隙部３２内に導入され得るようになっている。また、図１からも明らかなように、ノズル部２２の先端は、エアキャップ部２４の先端よりも被溶射基材であるアルミニウム材１０側に突出しており、この外気に露出した突出先端部にも、周方向に所定の間隔をあけた部位において、径方向内方側に向かって斜めに延びる連通路３４が適宜設けられており、外部の空気が、この連通路３４の開口部３６から連通路３４を通じて、溶射粉末供給ポート２０の先端部側に供給され得るようになっている。また、図１中、ノズル部２２（内管２２ａ）の内面と溶射粉末供給ポート２０の外面との間の環状空隙部３２や、ノズル部２２（外管２２ｂ）の外面とエアキャップ部２４の内面との間の環状空隙部には、それぞれ、Ｏ−リングが適宜に設置されている。

そして、燃焼ガス通路２６の先端部から供給された燃焼ガスが燃焼することによって、溶射ガン１４の先端からアルミニウム材１０に向かうフレーム３８（燃焼炎）が形成され、この形成されたフレーム３８中に、溶射粉末供給ポート２０の先端部から、窒素ガス等のキャリアガスによって搬送された溶射粉末４０が噴射される。そして、フレーム３８中に噴射された溶射粉末４０は、フレーム３８によって加熱、溶融せしめられると共に、燃焼ガス流によって加速せしめられて、前述の如き温度（１００〜６００℃）に保持されたアルミニウム材１０に衝突することにより、アルミニウム材１０の表面１２に、フラックスからなる溶射皮膜１６が形成される。この際、フレーム３８には、圧縮空気通路２８及び連通路３０を通って供給された圧縮空気が導入され得るようになっているところから、フレーム３８が効果的に冷却されて、フレーム温度が所望とする温度に有利に調整され得るようになっていると共に、フレーム３８中に噴射された溶射粒子が、フレーム３８の外方（図１中、左右方向）に向かって拡散するようなことが有利に防止され得るようになっているのである。また、図示しないものの、溶射ガン１４内に導入するまでの導入路を外部から加熱して、溶射粉末を予熱することにより、溶射皮膜１６がより一層有利に形成され得るようになる。

ここで、フレーム温度としては、従来と同様な温度が採用され得るものであるが、本発明においては、好ましくは５００〜４０００℃、より好ましくは１０００〜２０００℃の範囲とされることが望ましい。なぜなら、かかるフレーム温度が低くなりすぎると、フレーム３８によってフラックス粉末に熱量が十分に与えられないところから、フラックス粉末が十分に溶融せず、このため、そのようなフラックスがアルミニウム材１０の表面１２に衝突せしめられても、その表面１２で弾かれて付着せず、溶射効率が低下するおそれがあるからであり、また、フレーム温度が高すぎると、過剰な熱量がフラックス粉末に与えられ、フラックス粉末の一部が昇華乃至は気化して、溶射効率が低下し、ランニングコストを上昇させたり、或いは、昇華しない場合であっても、溶融した溶射粒子の表面の酸化が促進されて、溶射皮膜形成後のろう付け時において、ろう付け性が阻害されるおそれがあるからである。

また、フレーム速度にあっても、従来と同様な速度が採用され得るのであるが、本発明においては、燃焼ガスの供給速度等を適宜に調整することにより、好ましくは５０〜２００ｍ／ｓ、より好ましくは７０〜１５０ｍ／ｓの範囲に制御されることが望ましい。これは、フレーム速度が遅すぎる場合には、溶射粒子が十分に加速されず、溶射粒子の送流速度が遅すぎて、基材に対する衝撃力が低下して、フラックスが基材表面に付着し難くなり、溶射効率（付着効率）が低下するおそれがあるからであり、逆に、フレーム速度が２００ｍ／ｓを超える場合には、溶射粒子の送流速度が速くなりすぎて、溶射粒子に熱が十分に加えられないため、フラックス粒子が溶融しないうちに基材に衝突する割合が多くなって、溶射効率（付着効率）が低下するからである。

なお、フレーム溶射に用いられる燃焼ガスとしては、特に限定されるものではなく、従来と同様なものが、何れも採用され得るのであるが、本発明においては、主燃焼ガスとして、プロパン、プロピレン、ブタン、エタン、アセチレン、水素、及び灯油のうちの少なくとも１種と、かかる主燃焼ガスに組み合わされる支燃ガスとして、酸素又は空気を用いることが望ましい。つまり、燃焼ガスとしては、例えば、酸素−プロパン、酸素−プロピレン、酸素−ブタン、酸素−エタン、酸素−アセチレン、酸素−水素、酸素−灯油等の混合ガスが好適に使用され得るのであり、このような混合ガスを用いることによって、フレーム３８の温度や速度を、所望とする比較的低熱量の範囲に調整することが、有利に行われ得るようになり、安定したフレーム３８が形成され得ることとなるのである。なお、燃焼ガスとして、上記混合ガスよりも発熱量の高いガスを用いる場合には、熱量を低く抑えるために、燃焼ガスの供給量を極めて低く抑える等、溶射条件の制限が増え、安定した入熱を継続し難い等の不具合が生じ、以て、安定した溶射皮膜１６を連続して形成することができず、溶射皮膜１６が不均一になるおそれがある。また逆に、燃焼ガスとして、上記混合ガスよりも発熱量の低いガスを選定すると、溶射粒子を十分に溶融せしめることが困難となって、溶射効率が低下し、ひいては、ランニングコストの上昇が惹起されるおそれがある。

また、溶射粉末供給ポート２０の先端部からフレーム３８中に噴射される溶射粉末４０の送流量は、フラックスによる酸化皮膜除去効果が有利に発現され得るように、アルミニウム材１０の表面に付着せしめられるフラックスの付着量が、好ましくは３〜２０ｇ／ｍ² となるように、より好ましくは５〜１５ｇ／ｍ² となるように、フレーム速度や、溶射ガン１４若しくはアルミニウム材１０の移動速度等に応じて、適宜に調整されることとなる。

さらに、溶射ガン１４からアルミニウム材表面１２までの距離（図１中、Ｄ）は、近すぎると溶射粒子が十分に加熱されず、また、遠すぎるとフレーム３８で加熱及び加速された溶射粒子の温度や速度が低下するところから、一般に、２００〜５００ｍｍ程度、好ましくは１５０〜３００ｍｍ程度に保持されることが望ましい。

加えて、溶射皮膜１６は、溶射ガン１４若しくはアルミニウム材１０を、互いに相対的に移動せしめることにより、アルミニウム材１０の表面１２の全面に形成され得ることとなるのであるが、溶射ガン１４若しくはアルミニウム材１０の移動速度（送り速度）は、特に制限されるものではなく、一般に、３０〜２００ｍ／分程度の範囲内の速度とされる。なお、図１においては、アルミニウム材１０が、図示しない搬送ライン上に設置されて、矢印Ａ方向に、所定の速度で移動せしめられるようになっている。また、図１においては、アルミニウム材１０の片側の面に対してのみ、フレーム溶射が実施されているが、両面に対して溶射を行うことも可能である。

かくして、上述のようにして、フラックス粉末が溶射されたアルミニウム材１０（多穴チューブ材）の表面１２には、その表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下となっているにも拘わらず、高い溶射効率で、均一な溶射皮膜１６が、優れた密着性をもって形成せしめられているのである。そして、そのような溶射皮膜１６が形成されたアルミニウム材１０は、他の部材とのろう付けに好適に用いられるのである。例えば、図３に示されるように、多穴チューブ材（１０）は、溶射皮膜１６が形成された面乃至は部位において、ろう材がクラッドされたブレージングシートからなるコルゲート状のフィン材１８や、図示しないコアプレート材等に組み付けられ、所定のろう付け温度（一般に、５５０〜６５０℃程度）に加熱されることにより、複数の部材がろう付け接合されることとなる。この際、アルミニウム材１０の表面１２のフラックスにて、アルミニウム材やろう材の表面に形成される酸化皮膜が除去せしめられて、ろうの濡れ性や流動性が良好なものとなって、ろう付け性能も効果的に高められることとなる。

なお、本発明に従って、フラックスからなる溶射皮膜１６が形成されたろう付け用のアルミニウム材１０をろう付けするには、接合相手材として、ろう材がクラッドされたブレージングシートからなるアルミニウム部材を用いる他にも、置きろう付け法や、ろう材粉末と樹脂粉末を混合したペーストを、接合部に付与して、ろう付け加熱を行う手法等、従来から公知の各種の手法が何れも採用され得るのである。

以下に、本発明の実施例を幾つか示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等が加え得るものであることが、理解されるべきである。

先ず、アルミニウム材として、下記表１及び表２に示される各種表面粗さ（Ｒａ）のアルミニウム押出形材（Ａ１１００、幅：１６ｍｍ×長さ：６０ｍｍ×高さ：１．８ｍｍ）を準備する一方、溶射装置としては、図１に示される如き構造のフレーム溶射用の溶射ガン（スルザーメテコ社製）を準備した。なお、試験例２３に係る、表面粗さ（Ｒａ）：２．５μｍ）のアルミニウム押出形材を観察したところ、その表面に、多数の筋状の凹凸が形成されていることを認めた。

そして、かかる準備された溶射ガンを用いて、下記表１及び表２に示される溶射粉末（フラックス粉末）を、それぞれ、下記表１及び表２に示される条件下で、アルミニウム材の表面に溶射した。この際、アルミニウム材と溶射ガンとの間の距離は３００ｍｍに設定し、アルミニウム材を１００ｍ／分の速度で移動させることにより、アルミニウム材の全面に、溶射皮膜を形成させた。また、溶射粉末の送流量は、基材表面に対するフラックス付着量が略３〜２０ｇ／ｍ² 程度となるように、調整した。更に、アルミニウム材の加熱は、電気ヒータで加熱した槽内にアルミニウム材を通過させることにより行い、下記表１及び表２に示される基材温度の各アルミニウム材に対して、フレーム溶射を行った。

そして、溶射皮膜が形成された各アルミニウム材を用いて、以下に示すように、溶射皮膜の均一性、溶射効率、密着性及びろう付け性の評価を行った。

［溶射皮膜の均一性］
得られたろう付け用アルミニウム材を目視観察し、アルミニウム材表面に形成された溶射皮膜の均一性を、次の基準で評価して、その評価結果を下記表１及び表２に示した。評価基準は、むらのあるものを「×」、むらのないものを「○」とした。

［溶射効率］
溶射ガンから噴射された溶射粉末の重量と溶射前後のアルミニウム材の重量変化量とを測定し、それらから、溶射効率（溶射ガンから噴射された溶射粉末に対するアルミニウム材に付着した溶射粉末の割合）を算出した。そして、得られた溶射効率の値が、５％未満であるものを「×」、５％以上、１０％未満であるものを「△」、１０％以上であるものを「○」として評価を行い、その評価結果を、下記表１及び表２に示した。

［密着性］
ＪＩＳ Ｋ ５６００−５−４の「塗料一般試験方法−第５部：塗膜の機械的性質−第４節：引っかき硬度（鉛筆法）」に準拠して、アルミニウム材表面に被覆形成された溶射皮膜の鉛筆硬度を測定し、得られた結果を下記表１及び表２に示すと共に、鉛筆硬度がＨＢよりも軟らかいものを「×」、ＨＢ以上の硬さのものを「○」として評価を行い、その評価結果も、下記表１及び表２に示した。

［ろう付け性］
軽金属溶接構造協会規格：ＬＷＳ Ｔ ８８０１の「アルミニウムブレージングシートのろう付性試験方法」に準拠して、逆Ｔ字型の間隙充填試験を行って、ろう付け性を評価した。具体的には、水平板として、上記で溶射皮膜の形成されたアルミニウム材（幅：１６ｍｍ×長さ：６０ｍｍ×高さ：１．８ｍｍ）を用いる一方、垂直板として、心材（Ａ３００３）の表面にろう材（Ａ４０４５）を１０％クラッドしたブレージングシート（幅：２５ｍｍ×長さ：５０ｍｍ×厚さ：１．０ｍｍ）を用い、これら水平板と垂直板を組み合わせて、間隙充填試験片を作製し、窒素雰囲気中で、ろう付け加熱を行った。かかるろう付け加熱は、試験片の温度が６００℃に到達するところで、炉内雰囲気が、酸素濃度：５０ｐｐｍ以下、露点：−４０℃以下になるように調整した。また、試験片が６００℃に到達した後、室温の窒素ガスを吹き付けて冷却し、試験片をろう材の凝固温度（５７７℃）以下とした後、炉外に取り出した。そして、ろう付け後に形成されたフィレットの長さを測定して、その長さが、２５ｍｍ未満のものを「×」、２５ｍｍ以上のものを「○」として評価を行い、その評価結果を、下記表１及び表２に示した。

かかる表１及び表２の結果からも明らかなように、試験例１〜１８にあっては、均一性、溶射効率、密着性及びろう付け性の評価が何れも「○」となっている。また、試験例１９〜２２は、溶射効率の評価が「△」となっているものの、均一性、密着性及びろう付け性の評価は「○」となっており、フラックスからなる溶射皮膜が、実用上において支障なく形成され得ることが認められる。一方、試験例２３では、アルミニウム材として、表面粗さ（Ｒａ）が２．５μｍとされた押出形材が用いられているところから、ろう付け時にろうが筋状の凹部に沿って流れてしまい、ろう付け性が悪化した。また、溶射時におけるアルミニウム材の温度が８０℃や２０℃とされた試験例２４，２５では、溶射効率と密着性が低下している。更に、溶射時におけるアルミニウム材の温度が６３０℃とされた試験例２６では、基材表面に高温酸化皮膜が生成されると共に、溶射されたフラックスも高温に曝されて酸化劣化し、ろう付け性が低下した。

１０ アルミニウム材 １２ 表面
１４ 溶射ガン １６ 溶射皮膜
１８ フィン材 ２０ 溶射粉末供給ポート
２２ ノズル部 ２２ａ 内管
２２ｂ 外管 ２４ エアキャップ部
２６ 燃焼ガス通路 ２８ 圧縮空気通路
３０ 連通路 ３２ 環状空隙部
３４ 連通路 ３６ 開口部
３８ フレーム ４０ 溶射粉末

Claims (6)

1. アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるアルミニウム材として、表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下とされたものを用い、該アルミニウム材を１００〜６００℃の温度に保持した状態下において、フレーム溶射法にて、該アルミニウム材の表面に、フッ化物系フラックス粉末を溶射して、該フラックスからなる溶射皮膜を形成せしめることを特徴とするろう付け用アルミニウム材の製造方法。
2. 前記フラックス粉末が、１０〜３００μｍの平均粒径を有するものである請求項１に記載のろう付け用アルミニウム材の製造方法。
3. 前記フラックス粉末が、Ｋ及びＡｌを含むフッ化物系化合物、Ｚｎを含むフッ化物系化合物、Ｓｉを含むフッ化物系化合物、及びＣｓを含むフッ化物系化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種以上のフッ化物系フラックスの粉末である請求項１又は請求項２に記載のろう付け用アルミニウム材の製造方法。
4. 前記フラックスからなる溶射皮膜が、前記アルミニウム材の表面に対して、フラックス付着量が３〜２０ｇ／ｍ² となるように、形成されている請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のろう付け用アルミニウム材の製造方法。
5. フレーム温度：５００〜４０００℃、及びフレーム速度：５０〜２００ｍ／ｓの条件下で、前記溶射が行われる請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のろう付け用アルミニウム材の製造方法。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のろう付け用アルミニウム材の製造方法によって、前記アルミニウム材の表面に前記フラックスからなる溶射皮膜が形成されていることを特徴とする熱交換器用部材。
   

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