JP2011520032A - 高温で高強度のろう付用サンドイッチ材 - Google Patents
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Abstract
本発明は、第１のアルミニウム合金のコア層及び第２のアルミニウム合金のバリア層を具えるろう付用サンドイッチ材であって、前記第１のアルミニウム合金が、重量％において、０．８〜２％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．３〜１．５％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．３％以下のＺｒ、１．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．７％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５%以下の各々の不可避的不純物からなるコア層を構成し、前記第２のアルミニウム合金が、重量％において、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、１．０％以下のＭｇ、１．５％以下のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなるバリア層を構成する。本発明はまた、前記サンドイッチ材の製造方法、例えば前記サンドイッチ材で構成される熱交換器のようなろう付製品、高温及び低温での当該ろう付製品の使用方法に関する。
【選択図】図２
【選択図】図２
Description
本発明は、ろう付用サンドイッチ材、サンドイッチ材の製造方法、ろう付製品及びろう付製品の使用方法に関する。
アルミニウムは、ろう付による製品の製造に、頻繁に用いられる材料である。アルミニウムは、種々の合金化元素、例えばマンガン、マグネシウム、チタン及びシリコンを加えることで合金とすることができ、そのため、アルミニウム合金の強度は、析出粒子又はアルミニウムと固溶体を形成する合金化元素の影響を受ける。
上記タイプのろう付用材料は、ろう付前の冷間処理によって、ろう付後に高い強度を得ることができる。すなわち、２００℃以下の温度での圧延又は延伸によって強度が増加され、このような方法で実行されることで、ろう付によって生成された強度の増加が失われることがない。これは、ろう付に必要な熱処理を通して、材料の再結晶化が全て防止されるということである。このような材料はまた、３００℃までの高温での使用の間の、疲労及びクリープに対して高い強度を与えることができる。この高温での高い強度は、冷間処理に最適な高度の変形を選択することにより再結晶化のための駆動力を減少すること、及び、単位体積当たりに適度な粒子量を生産することにより減速力を増加することによって達成される。
ろう付用材料は、高いシリコン含有量の合金のろう付クラッドで金属被覆されることができる。ろう付の時点では、このような材料は、他の構成の次に配置され、ろう付オーブンで加熱される。ろう付された層の高いシリコン含有量は、その下にあるコア層よりも低い温度でのろう付クラッドの溶解、毛管強度（capillary strength）及び表面張力の違いによるフローティング、ろう付金属接合の生成をもたらすことになる。
ろう付のための他の異なる材料はろう付クラッドを有しておらず、むしろ、このような層を有する材料に対してろう付される。例えば、このような材料は、シートメタルで形成されるチューブで用いられることができる。製造において、例えば熱交換器の製造において、チューブは、ろう付めっきフィン及びエンドプレートに対して配置され、さらにろう付オーブンで加熱され、これにより、毛管強度及び表面張力の違いによりろう付クラッドが溶けて流れ、ろう付接合を生成する。
ろう付される部分の材料が、ろう付金属の金属溶解温度で再結晶化しない場合には、ろう付温度まで温まる際に、ろう付金属のシリコンが、ろう付される材料へ浸透することになる。この事は、ろう付金属の融点が上昇し、ろう付接合を形成する能力が減弱又は消失していることを意味する。シリコンの浸透は、拡散、表面層の溶解、又はいわゆる「液体フィルムマイグレーション」（例えば、非特許文献１を参照）」を経て生じる。
A. Wittebrod, S. Desikan, R. Boom, L Katgerman, "Materials Science Forum Vols. 519-521", 2006年, pp.1151-1156
従って、ろう付時に再結晶化しない上記のようなろう付の材料は、バリア層と共に生成される必要がある。バリア層と共に生成されるろう付用材料は、好ましくは、サンドイッチ材と称されるものである。バリア層の機能は、ろう付金属から下層のコア金属へのシリコンの浸透を減少させ、これにより、良好なろう付接合の形成を確実にすることである。シリコンは、粒界で容易に拡散する。従って、粒界がほとんど無いように、バリア層の大きな粒子を形成することが重要である。この事は、ろう付の間の温度が、シリコンの拡散速度が速くなる温度まで上昇する前に、実行されなければならない。従って、ろう付被覆された材料のろう付クラッドからのシリコンの消失は、バリア層を生成することにより減少され、その結果（バリア層は）、ろう付温度まで加熱された際に、粗い粒径に再結晶化する。
既知の種類のろう付用材料に関する問題は、それらが、高温で十分に高い疲労抵抗及びクリープ抵抗を有さないということである。
１５０℃〜３００℃の温度で、改良された疲労抵抗及びクリープ抵抗を要求する製品の２つの例は、給気冷却器及び、自動車のエンジン中で、新しい燃料へ変換される排出ガス用冷却器である。これらの製品は、通常、サンドイッチ材をろう付することによって製造される。エンジン上のさらなる要求、例えば有害ガスの放出を低減し、効率を改善するという要求は、これらの冷却器が、ますます高い動作温度及びガス圧にさらされることを意味する。このことは、既存のサンドイッチ材が強度条件を満たさないために、問題を生じさせる。１００℃超の動作温度に達することがない標準の自動車の冷却器は、今日、強度条件の理由から、比較的粗い寸法で製造されている。高重量であることは、高燃料消費の原因となる。冷却器で使用される大量の材料は、製造費用を高くする。
周知のろう付用材料のさらなる問題は、熱間圧延によって複数層を同時に圧延する際に、サンドイッチプレートが、しばしば、縦方向に上方又は下方に曲がる（ベンディングする）ということである。この事は、人に対して有害であり、隣接する装置にダメージを与える場合があり、プレートの圧延が未完成となるかもしれない。加えて、ストリップ幅以上のバリア層の厚さには、多くのばらつきが存在する。
本発明の一つの目的は、ろう付用サンドイッチ材を提供することであり、当該サンドイッチ材は、低温及び高温の両方において、特にクリープ及び疲労に対して高い強度を有するものであって、上記課題のうちの少なくとも一つが解決される。この目的は、本発明によるサンドイッチ材によって達成される。本発明の他の目的は、低温及び高温の両方で高い強度である、ろう付用サンドイッチ材の製造方法を定義することにある。これは、より薄い材料を用いることができ、結果として材料の節減及び車両の熱交換器をより低重量として、燃料消費を低減することができることを意味する。この目的は、本発明による方法によって達成される。本発明のさらなる目的は、低温及び高温で高い強度を示すサンドイッチ材を包含する製品を提供することにある。この目的は、特許製品で定義される要件によって達成される。本発明の他の目的は、上記に従うサンドイッチ材を包含し、１５０℃、好ましくは２００℃、好ましくは２５０℃を超える動作温度でのろう付製品の使用方法である。本発明の他の目的は、１００℃までの低い動作温度での上記に従うサンドイッチ材を包含し、一方で、材料の使用量又は重さ及び燃料消費を最小化するために、通常よりも薄い材料を用いることができるろう付製品の使用方法である。これらの目的は、特許請求項の範囲で定められる、ろう付製品の使用方法によって達成される。
本発明は、第１のアルミニウム合金のコア層と、第２のアルミニウム合金のバリア層を具えるろう付用サンドイッチ材に関し、第１のアルミニウム合金において、重量％で、０．８〜２％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．３〜１．５％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．３％以下のＺｒ、１．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．７％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなるコア層を構成し、第２のアルミニウム合金において、重量％で、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、１．０％以下のＭｇ、１．５％以下のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなるバリア層を構成し、当該バリア層は、前記サンドイッチ材の、他のコンポーネントにろう付される側の、サンドイッチ材の最外層である。
このような材料は、特に、ろう付金属で被覆された表面に対するろう付に適している。バリア層の、コア層から離れた側には、いかなる追加の層も無いことが好ましい。
本発明は、第１のアルミニウム合金のコア層と、第２のアルミニウム合金のバリア層と、ろう付クラッドを具えるろう付用サンドイッチ材に関し、第１のアルミニウム合金が、重量％において、０．８〜２％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．３〜１．５％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．３％以下のＺｒ、１．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．７％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなるコア層を構成し、第２のアルミニウム合金が、重量％において、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、１．０％以下のＭｇ、１．５％以下のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなるバリア層を構成するものである。
上記のサンドイッチ材は、種々の効果を有する。バリア層は、ろう付温度まで加熱されると、粗い粒径で再結晶化するので、ろう付金属からコアへのシリコンの拡散を、著しく減少させる。コア層及びバリア層における慎重にバランスが取られた合金レベルは、コア層の再結晶化を防止することになるため、サンドイッチ材の高温における良好な強度特性を与えるのに役立つ。これにより、材料は、最高３００℃の温度において、高い疲労強度及び良好なクリープ抵抗を示す。ろう付の後、サンドイッチ材は、非常に良好なろう付接合及び非常に良好な強度特性を示す。サンドイッチ材からできたろう付製品は、ベンディング又は圧延線からのずれがない圧延によって製造されることができる。
コア層は、重量％において、０．８〜２％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．５〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．３％以下のＺｒ、１．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．７％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金から構成されることができる。このようなコア層を具えるサンドイッチ材は、高温での静的強度及び動的強度並びにクリープ抵抗に関する限りにおいて、良好な特性を有する。
コア層は、重量％において、０．８〜２．０％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．５〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．３５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金から構成されることができる。慎重にバランスが取られた合金レベルは、多数の小さく且つ安定した析出物を生成するのに役立つため、このようなコア層を具えるサンドイッチ材は、特に、高温で良好な疲労特性を有する。
コア層は、重量％において、１．０〜１．７％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．５〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．３５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金で構成されることができる。慎重にバランスが取られた合金レベルは、多数の小さく且つ安定した析出物を生成するのに役立つため、このようなコア層を具えるサンドイッチ材は、特に、高温で良好な疲労特性を有する。
バリア層は、重量％において、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、１．０％以下のＭｇ、０．０４〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金から構成されることができる。低いマンガン及びクロミウムレベルはバリア層での分散質の形成を低減させるため、このようなバリア層は層が薄い場合であっても粗い粒子で再結晶化し、当該材料は、圧延によって、ベンディング又は圧延線からのずれが無く製造されることができる。
バリア層は、重量％において、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、１．０％以下のＭｇ、０．０４〜０．９％のＳｉ、０．１〜０．２％のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金から構成されることができる。低いマンガン及びクロミウムレベルがバリア層での分散質の形成を低減させるため、このようなバリア層を具えるサンドイッチ材は、層が薄い場合であっても、粗い粒子で再結晶化されることができる。当該材料もまた、圧延によって、ベンディング又は圧延線からのずれが無く製造されることができる。
サンドイッチ材はまた、重量％において、１．０〜１．７％のＭｎ、０．３％以下のＭｇ、０．５〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．３５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５%以下の各々の不可避的不純物からなるコア層と、重量％において、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、０．３％以下のＭｇ、より好ましくは０．１５〜０．３％のＭｇ、０．０４〜０．９％のＳｉ、０．１〜０．２％のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金で構成されるバリア層とで構成されることができる。慎重にバランスが取られた合金レベルは、多数の小さく且つ安定した析出物を生成するのに役立つため、このようなコア層を具えるサンドイッチ材は、特に、高温で良好な疲労特性を有する。（サンドイッチ材が）外側ろう付層で金属被覆されている場合、０．３％以下のマグネシウム含有量は、サンドイッチ材を、ろう付フラックスを用いる不活性ガスろう付に適したものとする。
サンドイッチ材はまた、重量％において、１．０〜１．７％のＭｎ、０．０５％以下のＭｇ、０．５〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．３５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５%以下の各々の不可避的不純物からなるコア層と、重量％において、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、０．０５％以下のＭｇ、０．０４〜０．９％のＳｉ、０．１〜０．２％のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）と、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金で構成されるバリア層とで構成されることができる。慎重にバランスが取られた合金レベルは、多数の小さく且つ安定した析出物を生成するのに役立つため、このようなコア層を具えるサンドイッチ材は、特に、高温で良好な疲労特性を有する。０．５％以下のマグネシウム含有量は、サンドイッチ材が、ろう付フラックスを用いる不活性ガスろう付に適したものであることを意味する。サンドイッチ材がバリア層の外側のろう付クラッドで金属被覆されている場合には、ろう付フラックスを用いる不活性ガスろう付であっても、０．３％よりもわずかに高いマグネシウム含有量が許容され得る。
サンドイッチ材は、第１のアルミニウム合金のコア層と、コア層の一方側に配置される第２のアルミニウム合金のバリア層から構成されることができる。
サンドイッチ材は、第1のアルミニウム合金のコア層と、コア層の各側に配置される第２のアルミニウム合金の２層のバリア層から構成されることができる。
サンドイッチ材は、第１アルミニウム合金のコア層、第２アルミニウム合金のバリア層、耐食保護特性を有する他のアルミニウム合金の層から構成されることができ、バリア層及び耐食保護層が、コア層の各側に配置される。
ろう付温度まで加熱した後、バリア層は、好ましくは圧延表面と平行に５０ミクロンより大きい粒径を有する再結晶化構造を示し、ろう付金属からコアへのシリコンの浸透を最小化し、ひいてはより強いろう付接合を与えることになる。
ろう付の後のコア層は、再結晶化されていない又は部分的に再結晶化された構造を示すことができる。コア層のこの構造は、サンドイッチ材の強度を増加するのに役立つ。
ろう付の後、サンドイッチ材は、好ましくは、３００℃でＲ＝０．１の引張荷重を伴う１００万負荷サイクルで、４０ＭＰａよりも高い疲労強度を示す。
熱間圧延の前に、バリア層は、好ましくは、２００℃〜５００℃の温度で、コア層の最大変形抵抗の少なくとも４０％の変形抵抗を示し、ろう付温度に加熱される間に再結晶化される。
本発明はまた、上記に従うろう付用サンドイッチ材を製造する方法に関し、第１のアルミニウム合金のコア層で構成される第１の層を提供するステップと、前記コア層の少なくとも第１の表面上に、第２のアルミニウム合金のバリア層で構成される少なくとも一つの層を配置するステップと、２００℃〜５００℃の温度で前記層を圧延するステップとを含む。
本発明はまた、上記に従うろう付用サンドイッチ材を製造する方法に関し、第１のアルミニウム合金のコア層で構成される第１の層を提供するステップと、前記コア層の少なくとも第１の表面上に、前記第２のアルミニウム合金のバリア層で構成される少なくとも一つの層を配置するステップと、前記第２のアルミニウム合金の少なくとも第１の表面上に、ろう付材料の少なくとも一つの層を配置するステップと、２００℃〜５００℃の温度で前記層を圧延するステップとを含む。
或いは、鋳造の間に接合されるように、前記層は、同時に鋳造されることができる。この方法もまた、圧延後の層の厚さの変化が小さくなる効果がある。
サンドイッチ材がバリア層の外側にろう付クラッドを有する場合には、バリア層は好ましくは、熱間圧延の前に、２００℃〜５００℃でコア層の最大変形抵抗の少なくとも４０％の変形抵抗を示し、ろう付温度に加熱される間に再結晶化する。
上記方法によって、ろう付用サンドイッチ材が、安全な方法で、すなわち、圧延線からずれて材料が圧延されたり、周囲の人を負傷させる又は装置に損傷を与えるリスクが無い安全な方法で生成されることができる。ベンディングのリスクが最小化されるので、サンドイッチ材は、ストリップ又は異なる長さのプレートに圧延されることができる。ストリップの表面にわたって僅かな厚さ変化が生じうる。当該方法は、高い生産性及び高いリターンを伴うサンドイッチ材の、安全で効率的な生産を可能にする。
熱間圧延の前に、コア層の両側がバリア層で囲まれるように、コア層の第２の表面に、第２のアルミニウム合金の追加的な層が配置される。この方法によって、両側でろう付され得るサンドイッチ材が達成される。
耐食保護特性を有するアルミニウム合金の追加的な層は、コア層の第２の表面に配置されることができ、コア層の一方側がバリア層によって囲まれ、他方側が耐食保護層で囲まれる。
熱間圧延の前に、第２のアルミニウム合金の追加的な層及びろう付金属の層がコア層の第２の表面に配置されることができ、これにより、コア層は、両側が中間層及びろう付クラッドによって囲まれる。この方法によって、両側でろう付され得るサンドイッチ材が達成される。
耐食保護特性を有するアルミニウム合金の追加的な層は、コア層の第２の表面に配置されることができ、コア層の一方側が中間層及びろう付クラッドによって囲まれ、他方側が耐食保護層で囲まれる。
材料は、続く更なるステップで、再結晶化アニールされることができる。結晶化アニールを介して、サンドイッチ材の内部構造が変更され、全ての層が再結晶化される。共に圧延された層は、その後、５〜２０％、好ましくは７〜１４％の減少を伴う冷間圧延で更なる処理を受けなければならない。冷間圧延は、材料の内部構造の変化をもたらし、これにより、その力学的性質が改良される。
或いは、サンドイッチ材は、熱間圧延の後に冷間圧延されることができ、これにより、材料寸法が調整される。材料はその後再結晶化アニールされ、これにより、層が再結晶化される。材料は、最後に冷間圧延され、５〜２０％、好ましくは７〜１４％の減少を伴う。これらのステップは、ろう付後に最適な構造を示すサンドイッチ材をもたらす。ろう付の際の加熱率が少なくとも毎分３０℃である場合、１３ミクロン以上の厚さのバリア層は、ろう付金属からのシリコンの浸透に対して優れた抵抗を与える。
本発明は、バリア層が圧延表面長さと平行に少なくとも５０μｍの粒径を有する再結晶化構造を有する、上述のサンドイッチ材を具えたろう付製品に関する。ろう付温度へ加熱されることに起因する再結晶化、バリア層の粗い粒子構造は、ろう付金属からコアへシリコンが拡散することを低減し、ひいては、より強力なろう付接合を与える。この結果、ろう付製品は、特に３００℃以下の高温において、高強度で、優れたクリープ及び疲労性能を有するものとなる。ろう付製品のコア層は、変形され、再結晶化されていない又は部分的に再結晶化された構造を有し、少なくとも６５ＭＰａの降伏強度Ｒｐ０，２を示す。
ろう付製品は、好ましくは、変形され、再結晶化されていない又は部分的に再結晶化された構造を有し、２００℃で少なくとも６５ＭＰａの降伏強度Ｒｐ０，２を有するコア層を具えるサンドイッチ材から構成されている。この製品は、高温での良好な耐食性と、特に疲労及びクリープに対して高い強度を有する。
ろう付製品は、好ましくは、変形され、再結晶化されていない又は部分的に再結晶化された構造を有し、３００℃で少なくとも５０ＭＰａの降伏強度Ｒｐ０，２を有するコア層を具えるサンドイッチ材から構成されている。
ろう付製品は、好ましくは熱交換器、より好ましくは給気冷却器である。
本発明はまた、１５０℃、又は２００℃、又は２５０℃を超える動作温度でろう付製品の使用方法に関する。当該製品は、高温で非常に良好な強度特性を示すため、特に、このような使用方法に適している。
ろう付製品は、特に、１００℃以下の動作温度での熱交換器に適している。これらの温度において材料が高強度を示すということは、低重量で安価となるように、当該製品の壁を薄く作ることができることを意味しているからである。低重量であることは、車両の燃料消費量が低減されるため、特に、自動車で用いられる製品の場合に効果的である。
発明者は、熱間圧延の際、バリア層が厚く、コア合金がバリア層よりも非常に硬い（より高い変形抵抗を有する）場合には、圧延の間のサンドイッチ材のベンディングの問題が、難しいことに気付いた。細いチューブのバリア層は、所望の保護を与えるために、少なくとも略１３ミクロンの厚さでなければならないので、この場合、工程は特に難しくなる。
マグネシウム又は銅のような溶液中に保持され得る合金化元素のより高い含有量を使用することができる場合、バリア層を、溶液の硬化によって硬くすることができる。マグネシウム含有量があまりに高い場合には、フラックス（融剤）を用いる不活性ろう付のようなろう付方法では、良好なろう付を達成することができない。良好な耐食性のためには、バリア層における高い銅含有量に対して、コア層が、必ずしも許容できないほどさらに多くの銅を含むことが必要である。他の方法は、粒子を形成する合金化元素を追加することである。これはほとんど効果的ではない。なぜならば、バリア層は薄く且つ再結晶化のための駆動力が低いにもかかわらず、バリア層は、シリコンの拡散速度が高くなる前にろう付温度まで加熱した際に、粗い粒子で再結晶化する必要があるからである。
一つの課題は、熱間圧延の際に高度に十分高い変形抵抗を可能にする組成のバリア層、或いは、サンドイッチプレートが曲がって、ろう付温度に加熱した際に粗い粒子サイズに再結晶化する材料を与えることがないように、薄い層のバリア層を見つけることである。試験の結果、バリア層により微細な粒子が含まれ、バリア層がより薄いと、ろう付クラッドからのシリコンが、コア材料へ入るのを阻止することはさらに難しいことが分かった。このように、バリア層の合金化元素の選択は、圧延能力及び再結晶化特性に関して非常に制限される。再結晶化及びシリコン浸透に対して必要な保護を与えるためのバリア層の厚さの要求は、ろう付の際の加熱率に依存する。
本発明によるサンドイッチ材は、非再結晶化に対する大きな効果及び高温で非常に高い疲労抵抗及びクリープ抵抗を与えるために、単位体積当たりに非常の多くの粒子を生成するコア合金中に、高い含有量の合金化元素を有する。
異なる硬度のバリア層の実施は、予想外にも、２００℃〜５００℃の高温での熱間圧延の際のバリア層の最大変形抵抗がコア材料の最大変形抵抗からあまり変化しない場合には、熱間圧延の際のサンドイッチプレートのベンディングのリスクが実質的に低減することを示した。バリア層のこの変形抵抗は、好ましくは、銅、チタン、鉄及びシリコンの合金バリア層の、バランス化された合金追加物によって得られる。バリア層は、ろう付の際に粗い粒径に再結晶化しなければならないため、当該合金追加物及びそれらの量の選択は制限される。バリア層の最小厚さは、その所望の機能及びろう付での加熱率に基づいて選択される。
上記したように、高温での良好な機械特性を有し、圧延によってベンディング又は圧延線からのずれが無く製造されるサンドイッチ材を得るために、慎重に合金化元素を選択し、コア層中及びバリア層中の合金含有量のバランスを取ることが重要である。以下では、サンドイッチ材の合金化元素の個々の効果を説明する。
シリコンは、変形抵抗、特に高い変形率での変形抵抗の原因となる。シリコンの含有量は、コア層において好ましくは、０．３〜１．５重量％であり、より好ましくは０．５〜０．９重量％である。０．３重量％よりも下のレベルは硬化効果を低減することになり、一方、１．５重量％を超えるレベルは、固相線温度をかなり低くし、ろう付の際のコア合金の溶解リスクを増加させることになる。ろう付の際のバリア層の溶解を防ぐために、バリア層において、シリコンのレベルはあまり高くするべきではない。バリア層におけるシリコンの含有量は、１．５重量％以下であることが好ましく、０．９重量％以下であることがより好ましい。好ましくは、バリア層におけるシリコンの含有量は、０．０４重量％〜０．９重量％である。
マグネシウムは、固溶体中に存在する際の固溶硬化によって、又はエージングの間のＭｇ２Ｓｉ析出物の形成によって、材料の強度を増加する。マグネシウムは、高温での圧延の際の変形抵抗を増加し、バリア層での使用を効果的なものにする。あまりに高い含有量では、表面の厚いマグネシウム酸化物層の形成によってろう付能力が低減し、さらに、ろう付温度での材料の溶解リスクがある。この事は、コア層でのマグネシウム含有量が、１．０重量％に制限されるということである。ろう付フラックスを用いる不活性ガスろう付に対しては、マグネシウムはろう付フラックスと反応して、ろう付能力が低減する。コア層のマグネシウム含有量は、従って、材料がろう付フラックスを伴う不活性ガスろう付に対して用いられる場合には、０．０５重量％に制限される。しかし、ろう付クラッドが保護層の外側に適用される場合には、０．３重量％までのマグネシウムが許容される。
コア層と同様の理由から、バリア層でのマグネシウム含有量は、一般的に１．０重量％に制限されてきた。今日最も一般的なろう付方法では、マグネシウムがフラックス機能に負の影響を及ぼすため、バリア層は、約０．０５重量％よりも高いレベルのマグネシウムを含むことができない。バリア層のマグネシウム含有量は、材料がろう付フラックスを使用する不活性ガスろう付に対して用いられる場合には、０．０５重量％以下とするべきである。しかし、ろう付クラッドが保護層の外側に適用される場合には、０．３重量％までのマグネシウム、より好ましくは０．１５重量％〜０．３重量％のマグネシウムが許容される。材料が真空ろう付される場合には、０．３重量％よりも高いレベルのマグネシウムが許容されうる。真空ろう付において、ろう付クラッドは高いマグネシウム含有量を有するべきである。
亜鉛は、耐食性を低減させるため、高いレベルは回避するべきであり、コア合金及びバリア層において、０．５重量％まで許容されることができる。材料が、亜鉛を含む金属合金と接触する構造内で用いられる場合には、コア層では、他の合金の亜鉛の含有量よりも少なくとも０．５重量％少ない含有量の亜鉛が許容される。
ジルコニウムは、垂れ抵抗（sagging resistance）を増加し、再結晶化のために増加した抵抗を与える。コア層の組成に対して、０．３重量％まで、好ましくは０．０６重量％〜０．３重量％のジルコニウムが、添加され得る。ジルコニウムは、主に小さいＡＩ３Ｚｒ粒子によって分散される。これらの粒子は、再結晶化を防止して、ろう付後に材料中に大きな粒子を生成する。３００℃を超える非常に高い温度でもＡＩ３Ｚｒ粒子は安定しているので、これらは高温での疲労及びクリープ抵抗のために重要である。０．３重量％以上では粗い析出物が形成され、材料の延性を損ねる。バリア層において、ジルコニウムのレベルは０．２重量％を超えてはならず、さもないと、シリコン浸食に対する所望の保護を提供するために、ろう付の間にバリア層は再結晶化しない。
チタンは、強度を増加し、コア層の０．３重量％まで存在することができる。チタンバリア層は、０．３重量％まで、好ましくは０．１重量％〜０．２重量％とすることができる。これらのレベルのチタンは、再結晶化を減速する析出物を形成しないので、高温での圧延に際し、バリア層の変形抵抗を増加するための優れた合金化元素である。
固溶体のマンガンは、強度、たわみ抵抗（deflection resistance）及び耐食性を増加する。析出物中のマンガンは、強度を増加する。マンガンは、５００℃以下の温度での適切な熱処理により、分散質と呼ばれる０．５ミクロン未満の中間直径を有する小さい析出物を形成し、それは、垂れ抵抗を増加し再結晶化を防止する。コア層のマンガン含有量は、０．８重量％〜２．０重量％、好ましくは１．０重量％〜１．７重量％である。バリア層はろう付温度で再結晶化するべきであるため、バリア層で、マンガンの含有量は、０．２重量％を上回ることはできない。
鉄およびニッケルは、耐食性さらにはたわみ抵抗にさえ負の影響を及ぼす。コア層のＦｅ＋Ｎｉ含有量は、従って、０．７重量％、好ましくは０．１重量％〜０．７重量％に制限されてきた。Ｆｅ＋Ｎｉ含有量は、好ましくは、コア層の０．３５重量％以下とするべきであり、より好ましくは、０．１５重量％〜０．３５重量％とするべきである。バリア層では、含有量は１．５重量％に制限されているが、好ましくは０．３５重量％以下とすべきである。バリア層において含有量は、好ましくは、０．１５重量％〜０．３５重量％とするべきである。
０．３重量％より高い含有量の銅は、バリア層がコアよりもさらに不活性となり、耐食性の観点から不所望の電位勾配へ上昇させるという点で、不都合となる場合がある。バリア層において銅の含有量は、従って、０．３重量％を上回るべきではない。コア層における銅の含有量は、より高いものとすることができるが、しかしながら、１．３重量％までである。コア層の銅の含有量は、好ましくは、１．３重量％を上回るべきではない。
クロミウム、ジルコニウム、マンガンは、低いレベルでのいわゆる分散質クリエーターである。粗大な粒子が高いクロミウム含有量で形成されるので、コア層におけるクロミウムの含有量は０．３重量％を上回るべきではない。バリア層はろう付温度で再結晶化する必要があるため、バリア層において、マグネシウム及びクロミウムレベルの総計は、０．２重量％を上回るべきではない。
インジウム及びスズは、材料の電気化学的性質を変えるために、少量加えられる場合がある。含有量は、インジウムは０．２％以下に、スズは０．１％以下に制限されるべきである。
[詳細な実施例の説明]
図１は、本発明の第１の好適な実施形態によるサンドイッチ材１の概略図を示す。サンドイッチ材１は、第１のアルミニウム合金のコア層２及び第２のアルミニウム合金のバリア層３を示す。バリア層３は、ろう付クラッド５で被覆されたコンポーネント４にろう付される側の、コア層２に配置されている。コンポーネント４は、サンドイッチ材料１側に位置される。図１は、バリア層３が、ろう付被覆されたコンポーネント４にろう付されるサンドイッチ材１側の、最外層であることを示している。或いは、（図１には示されていないが）サンドイッチ材は、コア層２の各側に配置される、第２のアルミニウム合金の２層のバリア層３を示すことができる。各層は、他のコンポーネントがろう付されるサンドイッチ材側の最外層である。或いは、（図１には示されていないが）サンドイッチ材１は、第１のアルミニウム合金のコア層２と、第２のアルミニウム合金のバリア層３と、耐食保護特性を有する第２のアルミニウム合金の層６とを示し、コア層２の各側上に、バリア層３及び耐食保護層６が配置される。
図１は、本発明の第１の好適な実施形態によるサンドイッチ材１の概略図を示す。サンドイッチ材１は、第１のアルミニウム合金のコア層２及び第２のアルミニウム合金のバリア層３を示す。バリア層３は、ろう付クラッド５で被覆されたコンポーネント４にろう付される側の、コア層２に配置されている。コンポーネント４は、サンドイッチ材料１側に位置される。図１は、バリア層３が、ろう付被覆されたコンポーネント４にろう付されるサンドイッチ材１側の、最外層であることを示している。或いは、（図１には示されていないが）サンドイッチ材は、コア層２の各側に配置される、第２のアルミニウム合金の２層のバリア層３を示すことができる。各層は、他のコンポーネントがろう付されるサンドイッチ材側の最外層である。或いは、（図１には示されていないが）サンドイッチ材１は、第１のアルミニウム合金のコア層２と、第２のアルミニウム合金のバリア層３と、耐食保護特性を有する第２のアルミニウム合金の層６とを示し、コア層２の各側上に、バリア層３及び耐食保護層６が配置される。
図２は、本発明の第２の好適な実施形態によるサンドイッチ材１の概略図を示す。サンドイッチ材１は、第２のアルミニウム合金のバリア層３の一方側が構成される、第１のアルミニウム合金のコア層２を具える。サンドイッチ材は、バリア層上に配置されるろう付クラッド５を具える。或いは、（図２には示されていないが）サンドイッチ材１には、コア層２の各側に配置される、第２のアルミニウム合金の２層のバリア層３を示すことができる。サンドイッチ材は、また、各バリア層３上に配置される、追加的なろう付クラッド５を具えることができる。或いは、（図２には示されていないが）サンドイッチ材は、バリア層３と、サンドイッチ材の一方側上に配置されるろう付クラッド５と、サンドイッチ材の他方側上に配置される耐食保護特性を示す更なる層を示すことができる。
本発明によるサンドイッチ材の上述した好適な実施形態において、コア層２は、添付の条件のいずれかに従う組成を有する第１の合金アルミニウムを含む。バリア層３は、添付の条件のいずれかに従う組成を有する第２のアルミニウム合金から構成される。ろう付被覆されたコンポーネント４上のろう付クラッドとサンドイッチ材１の組成は、ろう付工程及び他の要因によって決定され、含有量が５〜１２重量％のシリコン含有量を有する４ＸＸＸ合金のいずれかから成ることができる。
以下の実施例は、本発明によるサンドイッチ材を用いた試験の結果を記載したものである。実施例１は、本発明の第１の好適な実施例に従うサンドイッチ材に関する。実施例２は、本発明の第２の好適な実施例に従うサンドイッチ材に関する。実施例３、４及び５は、比較例である。
[実施例１]
サンドイッチ材は、バリア層のプレートとコア合金のインゴットを、熱間圧延及び冷間圧延を介して共に圧延することによって生成されたものである。インゴットの厚さは３７０ｍｍであり、バリア層の厚さみは６４ｍｍ（総厚さの１５％）であった。表１には、層の組成が示されている。熱間圧延の開始時の温度は、５００℃であった。熱間圧延は、ベンディングの問題が無い状態で、サンドイッチ材の厚さが４ｍｍとなるまで実行された。冷間圧延は、厚さが０．２ｍｍになるまで実行された。これにより、サンドイッチ材の厚さ８７％はコア合金により構成され、厚さ１３％は一方側のバリア層で構成される結果となった。プレートは、再結晶化されるように、アニールされた。それから、サンドイッチ材は、１０％減の厚さで圧延された。ストリップ幅を超えるバリア層の厚さ変化は、ストリップ幅の７５％の１％未満であった。
サンドイッチ材は、バリア層のプレートとコア合金のインゴットを、熱間圧延及び冷間圧延を介して共に圧延することによって生成されたものである。インゴットの厚さは３７０ｍｍであり、バリア層の厚さみは６４ｍｍ（総厚さの１５％）であった。表１には、層の組成が示されている。熱間圧延の開始時の温度は、５００℃であった。熱間圧延は、ベンディングの問題が無い状態で、サンドイッチ材の厚さが４ｍｍとなるまで実行された。冷間圧延は、厚さが０．２ｍｍになるまで実行された。これにより、サンドイッチ材の厚さ８７％はコア合金により構成され、厚さ１３％は一方側のバリア層で構成される結果となった。プレートは、再結晶化されるように、アニールされた。それから、サンドイッチ材は、１０％減の厚さで圧延された。ストリップ幅を超えるバリア層の厚さ変化は、ストリップ幅の７５％の１％未満であった。
サンドイッチ材は、フラックスに浸漬され、その後、窒素雰囲気の溶解炉中で垂直に吊るされて、車のクーラーのろう付で用いられるものに類似の熱処理を施される。２０分の間、室温から６００℃まで加熱し、３分間この温度とした後、室温まで急速冷却した。層は、ろう付固相線温度に達する前に、５０ミクロンよりも大きな粗い粒子で再結晶化された。
ろう付シミュレーション後、サンドイッチ材は、熱処理することが出来ないアルミニウム合金であるために、非常に高い静的強度を有する。不活性ガスが、例えばＥＮ−ＡＷ３００３及び３００５のような熱交換器をろう付したことによる標準の合金が４０〜５５ＭＰａであるのに比較して、ろう付シミュレーションの後の降伏強度Ｒｐ０．２は、、室温で９０ＭＰａと同じ程度の強さである。実施例２に従うサンドイッチ材との比較は、ろう付シミュレーション後の材料もまた、熱処理することが出来ないアルミニウム合金であるために、非常に高い静的強度、クリープ強度及び疲労強度を示すことが分かる。
サンドイッチ材は、フラックスコーティング後、表２に従う組成を有する合金の厚さ０．１０ｍｍのろう付プレートのフィンに対して不活性ガス中でろう付される。サンドイッチ材及びフィンの間のろう付接合は、良好な隅肉を示した。
[実施例２]
サンドイッチ材は、（複数の）ろう付プレートとバリア層とコア合金のインゴットとを、熱間圧延及び冷間圧延によって共に圧延することによって生成されたものである。インゴットの厚さは３７０ｍｍであり、ろう付プレートの厚さは４２ｍｍ（総厚さの８．４％）、バリア層の厚さは３２ｍｍ（総厚さの６．４％）であった。表３には、層の組成が示されている。熱間圧延の開始時の温度は、５００℃であった。熱間圧延は、ベンディングの問題が無い状態で、サンドイッチ材の厚さが４ｍｍとなるまで実行された。冷間圧延は、厚さが０．４５ｍｍになるまで実行された。これにより、サンドイッチ材の厚さ７４％はコア合金により構成され、コア合金の一方の側の、厚さ６％はバリア層、厚さ７％はろう付材料で構成される結果となった。プレートは、再結晶化されるように、アニールされた。それから、サンドイッチ材は、１２％減の厚さで圧延された。ストリップ幅を超えるバリア層及びろう付クラッドの厚さ変化は、ストリップ幅の７５％の１％未満であった。
サンドイッチ材は、（複数の）ろう付プレートとバリア層とコア合金のインゴットとを、熱間圧延及び冷間圧延によって共に圧延することによって生成されたものである。インゴットの厚さは３７０ｍｍであり、ろう付プレートの厚さは４２ｍｍ（総厚さの８．４％）、バリア層の厚さは３２ｍｍ（総厚さの６．４％）であった。表３には、層の組成が示されている。熱間圧延の開始時の温度は、５００℃であった。熱間圧延は、ベンディングの問題が無い状態で、サンドイッチ材の厚さが４ｍｍとなるまで実行された。冷間圧延は、厚さが０．４５ｍｍになるまで実行された。これにより、サンドイッチ材の厚さ７４％はコア合金により構成され、コア合金の一方の側の、厚さ６％はバリア層、厚さ７％はろう付材料で構成される結果となった。プレートは、再結晶化されるように、アニールされた。それから、サンドイッチ材は、１２％減の厚さで圧延された。ストリップ幅を超えるバリア層及びろう付クラッドの厚さ変化は、ストリップ幅の７５％の１％未満であった。
サンドイッチ材は、フラックスに浸漬され、その後、窒素雰囲気の溶解炉中で垂直に吊るされて、車のクーラーのろう付で用いられるものに類似の熱処理を施される。３０分の間、室温から６００℃まで加熱し、３分間この温度とした後、室温まで急速冷却した。ろう付材料は溶解し、殆どのろう付は、プレートの下端部へ流れた。図３に示すように、極少量のろう付金属だけが、バリア層の粒子境界を透過した。この理由は、図４に示すように、ろう付固相線温度に達する前に、バリア層が５０ミクロンよりも大きな粗い粒子で再結晶化されたからである。
ろう付シミュレーション後、サンドイッチ材は、熱処理することが出来ないアルミニウム合金であるために、非常に高い静的強度を有する。不活性ガスが、例えばＥＮ−ＡＷ３００３及び３００５のような加熱交換器をろう付したことによる標準の合金が４０〜５５ＭＰａであるのに比較して、ろう付シミュレーションの後の降伏強度Ｒｐ０．２は、室温での９５ＭＰａと同じ程度の強さである。この高い耐力は、サンドイッチ材を２５０℃に３ヶ月間さらした後においても、依然として残ったままである。クリープ特性及び疲労特性の比較が、図５及び６に示されている。
バリア層をどの程度薄く製造することができ、ろう付金属からシリコンがコアへ浸透するのをなお防ぐことができるかを考察するために、サンドイッチ材が異なる厚さに圧延され、再結晶アニールされ、１０％減の厚さで再び圧延された。バリア層が厚さ１０ミクロンである場合、０．１７ｍｍの厚さでは、上述のろう付シミュレーションの熱処理の間にかなりの浸透があった。バリア層が厚さ１３ミクロンである場合には、０．２２ｍｍの厚さでは、非常にわずかな浸透があるだけであった。
再結晶アニーリングの後の適切な厚さの減少を決定するための試みが行われた。最高１６％の厚さ減少率の増加に伴って、ろう付シミュレーション後の強度は増加した。５％以下あるいは１５％以上の減少率に対して、ろう付の間、ろう付クラッドから、シリコンのかなりの量の浸透が得られた。７％〜１４％の減少率に対しては、シリコンの浸透は、殆どなかった。
[実施例３]
サンドイッチ材は、表４に示す通り、バリア層の組成が合金の種類がＥＮ ＡＷ−３００３であること以外は、実施例２と同じ方法で製造された。
サンドイッチ材は、表４に示す通り、バリア層の組成が合金の種類がＥＮ ＡＷ−３００３であること以外は、実施例２と同じ方法で製造された。
実施例２と同様に、圧延及び熱処理が実行された。このバリア層は再結晶化せず、従って、図７に示すように、部分融解となる、シリコンがろう付クラッドからコア材料へ浸透することを防止しない。
[実施例４]
実施例２と同じ方法で実行されたバリア層における種々のマンガン含有量の実験は、バリア層が再結晶化するために、マンガン含有量が０．３重量％以下でなければならないことを示した。図８は、ろう付シミュレーションの熱処理後の、ストリップの縦方向断面の粒子構造を示しており、バリア層の０．３重量％のマンガンの合金成分が、実質的にろう付クラッドからのシリコンの浸透及び溶解へとつながる、ろう付工程において十分に早くは再結晶化しないことを示している。これは、マンガンの小粒子―分散質の分離に起因し、（当該分離は）アニール及びろう付の間の冷間圧延の間の変形が小さい場合、材料が再結晶化するのを防止する（FJ Humphreys, M. Hatherly, "Recrystallization annealing and Related Phenomena", Pergamon 1996, ISBN 008 0418848）。当該層の組成が、表５に示されている。
実施例２と同じ方法で実行されたバリア層における種々のマンガン含有量の実験は、バリア層が再結晶化するために、マンガン含有量が０．３重量％以下でなければならないことを示した。図８は、ろう付シミュレーションの熱処理後の、ストリップの縦方向断面の粒子構造を示しており、バリア層の０．３重量％のマンガンの合金成分が、実質的にろう付クラッドからのシリコンの浸透及び溶解へとつながる、ろう付工程において十分に早くは再結晶化しないことを示している。これは、マンガンの小粒子―分散質の分離に起因し、（当該分離は）アニール及びろう付の間の冷間圧延の間の変形が小さい場合、材料が再結晶化するのを防止する（FJ Humphreys, M. Hatherly, "Recrystallization annealing and Related Phenomena", Pergamon 1996, ISBN 008 0418848）。当該層の組成が、表５に示されている。
表６に従う組成のバリア層を有するとともに、表３が与えたものと同様のコア合金及びろう付クラッドの組成を有するストリップと同様の結果が得られた。
[実施例５]
実施例５は、比較例である。サンドイッチ材は、表７に示すように、合金の種類がＥＮ−ＡＷ１０５０Ａであること以外は、実施例２と同様の方法で製造された。
実施例５は、比較例である。サンドイッチ材は、表７に示すように、合金の種類がＥＮ−ＡＷ１０５０Ａであること以外は、実施例２と同様の方法で製造された。
熱間圧延において、接合された層は、継続的な圧延を不可能にする圧延での数回の通過の後の、ローラーギャップの通過後に、上方へ曲げられた。
圧延された層のベンディングは、バリア層が柔らかすぎることによって生じ、この事はローラーギャップの入口のちょうど上のバリア層を厚くし、次々に、共に圧延された層上の曲げトルクを引き起こした。圧延実験及び異なる合金に対する変形率の測定値の結果が示すように、図１０の通り、バリア層の変形抵抗は、４００℃〜５００℃の温度範囲で、コア合金の変形抵抗の少なくとも４０％としなければいけない。
変形抵抗は、高さ２１ｍｍ及び直径１４ｍｍのシリンダを変形するのに必要となる、断面積単位あたりの最大強度として測定された。０．２ｍｍ深さ及び０．７５ｍｍの幅を有する円形トラックは、２ｍｍの寸法を有するシリンダの各先端で機械加工された。少なくとも５０％の高さ低減を得るために、シリンダは、必要な温度まで加熱され、変形率２ｓ−１によって変形された。窒化ホウ素が、潤滑剤として使用される。
この出願に記載された実施形態は、本発明を例示することを目的として記載されたものであり、添付の特許請求の範囲に制限されるものと考えるべきではない。変更及び修正が、特許請求の範囲に記載の本発明から逸脱することのない範囲で可能である。
Claims (24)
- 第１のアルミニウム合金のコア層及び第２のアルミニウム合金のバリア層を具えるろう付用サンドイッチ材であって、
前記第１のアルミニウム合金が、重量％において、０．８〜２％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．３〜１．５％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．３％以下のＺｒ、１．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．７％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５%以下の各々の不可避的不純物からなるコア層を構成し、
前記第２のアルミニウム合金が、重量％において、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、１．０％以下のＭｇ、１．５％以下のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなるバリア層を構成し、
前記バリア層は、前記サンドイッチ材の、他のコンポーネントにろう付される側の、前記サンドイッチ材の最外層であることを特徴とするサンドイッチ材。 - 第１のアルミニウム合金のコア層と、第２のアルミニウム合金のバリア層と、ろう付クラッドと、を具えるろう付用サンドイッチ材であって、
前記第１のアルミニウム合金が、重量％において、０．８〜２％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．３〜１．５％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．３％以下のＺｒ、１．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．７％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなるコア層を構成し、
前記第２のアルミニウム合金が、重量％において、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、１．０％以下のＭｇ、１．５％以下のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなるバリア層を構成することを特徴とするサンドイッチ材。 - 前記コア層が、重量％において、０．８〜２％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．５〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．３％以下のＺｒ、１．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．７％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金から構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のサンドイッチ材。
- 前記コア層が、重量％において、０．８〜２．０％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．５〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．３５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載のサンドイッチ材。
- 前記コア層が、重量％において、１．０〜１．７％のＭｎ、１．０％以下のＭｇ、０．５〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．３５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載のサンドイッチ材。
- 前記バリア層が、重量％において、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、１．０％以下のＭｇ、０．０４〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のサンドイッチ材。
- 前記バリア層が、重量％において、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、１．０％以下のＭｇ、０．０４〜０．９％のＳｉ、０．１〜０．２％のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のサンドイッチ材。
- 前記コア層が、重量％において、１．０〜１．７％のＭｎ、０．３％以下のＭｇ、０．５〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．３５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５%以下の各々の不可避的不純物からなり、
前記バリア層は、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、０．３％以下のＭｇ、より好ましくは０．１５〜０．３％のＭｇ、０．０４〜０．９％のＳｉ、０．１〜０．２％のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金であることを特徴とする、請求項２に記載のサンドイッチ材。 - 前記コア層が、重量％において、１．０〜１．７％のＭｎ、０．０５％以下のＭｇ、０．５〜０．９％のＳｉ、０．３％以下のＴｉ、０．３％以下のＣｒ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び０．３５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５%以下の各々の不可避的不純物からなり、
前記バリア層は、０．２％以下の（Ｍｎ＋Ｃｒ）、０．０５％以下のＭｇ、０．０４〜０．９％のＳｉ、０．１〜０．２％のＴｉ、０．２％以下のＺｒ、０．３％以下のＣｕ、０．５％以下のＺｎ、０．２％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ及び１．５％以下の（Ｆｅ＋Ｎｉ）を含有し、残部がＡｌ及び０．０５％以下の各々の不可避的不純物からなる合金であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のサンドイッチ材。 - 前記コア材料の各側に配置された、第１のアルミニウム合金のコア層と、第２のアルミニウム合金の２層のバリア層とで構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のサンドイッチ材。
- ろう付温度に加熱した後のバリア層が、表面と平行に５０ミクロンよりも粗大な粒径での再結晶化構造を示すことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のサンドイッチ材。
- ろう付後のコア層が、再結晶化されていない又は部分的な再結晶化構造を示すことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のサンドイッチ材。
- ろう付後のサンドイッチ材が、３００℃で引張荷重Ｒ＝０．１を伴う１００万負荷サイクルで、４０ＭＰａよりも高い疲労強度を示すことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のサンドイッチ材。
- 熱間圧延の前のバリア層が、２００℃〜５００℃の温度で前記コア層の最大変形抵抗の少なくとも４０％の変形抵抗を示し、ろう付温度へ加熱される間に再結晶化されることを特徴とする、請求項２〜８及び請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のサンドイッチ材。
- 請求項１、請求項３〜７及び請求項９〜１３に記載のろう付用サンドイッチ材の製造方法であって、
前記第１のアルミニウム合金のコア層を構成する第１の層を提供するステップと、
前記コア層の少なくとも第１の表面上に、前記第２のアルミニウム合金のバリア層を構成する少なくとも一つの層を配置するステップと、
２００℃〜５００℃の温度で前記層を圧延するステップと、
を含むことを特徴とする製造方法。 - 請求項２〜８のいずれか一項に記載のろう付用サンドイッチ材の製造方法であって、
前記第１のアルミニウム合金のコア層を構成する第１の層を提供するステップと、
前記コア層の少なくとも第１の表面上に、前記第２のアルミニウム合金のバリア層を構成する少なくとも一つの層を配置するステップと、
前記第２のアルミニウム合金の少なくとも第１の表面上に、ろう付材料の少なくとも一つの層を配置するステップと、
２００℃〜５００℃の温度で前記層を圧延するステップと、
を含むことを特徴とする製造方法。 - 任意に冷間圧延を行うステップと、
再結晶化アニールを行うステップと、
５〜２０％の低減、好ましくは７〜１４％の低減を伴う冷間圧延を行うステップと
を含むことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の製造方法。 - 熱間圧延の前のバリア層が、２００℃〜５００℃の温度で前記コア層の最大変形抵抗の少なくとも４０％の変形抵抗を示し、ろう付温度へ加熱される間に再結晶化されることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の製造方法。
- 前記バリア層が圧延表面と平行に５０ミクロンよりも粗大な粒径での再結晶化構造を示すことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のサンドイッチ材で構成される、ろう付製品。
- 変形され、再結晶化されていない又は部分的に再結晶化された構造を有し、室温で少なくとも６５ＭＰａの降伏強度Ｒｐ０，２を有するコア層を具えるサンドイッチ材から構成されることを特徴とする、請求項１９に記載のろう付製品。
- 熱交換器が、変形され、再結晶化されていない又は部分的に再結晶化された構造を有し、２００℃で少なくとも６５ＭＰａの降伏強度Ｒｐ０，２を有するコア層を具えるサンドイッチ材を具えた給気冷却器であることを特徴とする、請求項１９に記載のろう付製品。
- 変形され、再結晶化されていない又は部分的に再結晶化された構造を有し、３００℃で少なくとも５０ＭＰａの降伏強度Ｒｐ０，２を有するコア層を具えるサンドイッチ材から構成されることを特徴とする、請求項１９に記載のろう付製品。
- 前記ろう付製品が熱交換器であり、好ましくは給気冷却器であることを特徴とする、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載のろう付製品。
- １５０℃を超える動作温度、或いは２００℃を超える動作温度、或いは２５０℃を超える動作温度において、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載のろう付製品を使用する方法。
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