JP2013146757A - アルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法、およびアルミニウム製熱交換器のろう付け方法 - Google Patents

Abstract

【目的】Ｍｇを含有するアルミニウム合金を心材とし、フラックスを用いることなく、不活性ガス雰囲気中でろう付けすることを可能とするアルミニウム合金ブレージングシートを提供する。
【構成】アルミニウム合金心材の片面または両面に、Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金ろう材を、アルミニウム合金の中間材を介してクラッドしてなり、心材が０．１〜１．３％のＭｇを含むアルミニウム合金、ろう材がＳｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金、中間材がＳｉ：６％未満を含むアルミニウム合金で、ろう材と中間材の界面には、ＣｓＦを５〜６０モル％含み、残部Ｋ−Ａｌ−Ｆ系化合物からなるＣｓ含有弗化物フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであり、心材に含まれるＭｇ量をｘ（％）、中間材の厚さをｙ（ｍｍ）としたときに、心材に含まれるＭｇ量と中間材の厚さの関係が下記の式を満足することを特徴とする。
ｙ（ｍｍ）≧０．００７ｌｎ（ｘ）＋０．０１８ 但し、ｌｎは自然対数を表す。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金ブレージングシート、詳しくは、ろう付け加熱の際にフラックスを塗布することなしに、ろう付けを可能とするアルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法、および当該アルミニウム合金ブレージングシートを組み付けたアルミニウム製熱交換器のろう付け方法に関する。

現在、自動車用熱交換器の多くはＡｌ−Ｍｎ系心材にＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドしてなるブレージングシートにＫ−Ａｌ−Ｆ系化合物からなる弗化物フラックス、いわゆるノコロックフラックスを塗布し、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気炉で加熱することによってろう付け接合されている。しかしながら、近年の自動車部品の電子化に伴い、一部の熱交換器においては、ろう付け後のフラックス残渣が表面処理性を阻害するなどの問題が指摘されており、また、高性能化のために冷媒通路を微細にした熱交換器においては、フラックス残渣が冷媒通路を閉塞させ、熱交換性能が大幅に低下するという問題も生じている。

このような問題を解決するために、フラックスを塗布することなしにろう付けする技術が求められている。フラックスを塗布することなしにろう付けする技術としては、従来、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材を用い、真空炉中で加熱することによりろう付け接合する真空ろう付け法があり、真空ろう付け法によれば、完全にフラックス無しでの接合が可能であるが、ろう付け設備費が高価であり、Ｍｇ清掃やポンプ・計器類のメンテナンスにも費用がかかり、輻射加熱に頼っているため不活性ガス炉でのろう付けに比べて生産性も劣るという難点がある。

電子部品や冷媒通路が狭い精密なろう付け品に対しては、完全にフラックス無しで接合する以外に、フラックスの使用量を問題のないレベルにまで低減することでもよいが、従来のブレージングシートでは、一般的なろう付け環境においてフラックスの塗布量が３ｇ／ｍ^２を下まわるとろう付け性が急激に低下する。これは単にフラックス量が少なくなることに加え、ろう付け加熱中に雰囲気中に微量に含まれる酸素がフラックスと反応して酸化するためフラックスとしての機能が劣化してしまうことが原因と考えられている。また、このような酸化劣化によるフラックス機能の低下は、特に低い温度から溶融するＣｓＦを配合したフラックスやＣｓ系フラックスではさらに顕著となり、Ｃｓを含むような低融点フラックスは炉中ろう付けでは使用し難いという問題がある。

ろう付け加熱中にフラックスの酸化による劣化を生じさせないために、ブレージングシートにフラックスを封入することが試みられ、その手法として、フラックスを封入したアルミニウム合金材からなるフラックス封入部材を、ろう材と心材との界面またはろう材の表面に配置する方法（特許文献１）、アルミニウム合金からなるスペーサによって区画形成される空間部分に粉末状フラックスを充填し、その全体を熱間圧延してアルミニウム合金板およびスペーサを熱間圧着すると同時に、内部の粉末状フラックスを圧粉して固形化する方法（特許文献２）が提案されている。

しかしながら、いずれの方法においてもフラックスが障壁となって熱間圧延性が阻害されると共に、熱間圧延時にフラックスが装置の周辺に飛散して装置を汚染するという問題や、他の圧延材料へ混入するおそれがあるため、工業的には実現が困難である。また、アルミニウム箔にフラックスを包み込んで形成したフラックス含有線材を、心材とろう材の層間に配設し、この積層物を圧延してアルミニウムろう付け用ブレージングシートを製造する方法（特許文献３）も提案されているが、熱間圧延性の確保とフラックスの飛散という課題は解決できていない。

一方、近年、熱交換器においては、省スペース、耐高温特性、耐圧等の観点から、熱交換器を構成するアルミニウム部材について、ろう付け後の引張強さが２００ＭＰａ以上、場合によっては２４０ＭＰａ程度の引張強さを有する材料が望まれている。このような高強度の材料を得るためには、Ｍｇ添加が効果的であるが、Ｍｇを添加したアルミニウム部材を、ノコロックフラックスを用いてろう付け加熱すると、フラックスとＭｇが反応してＫＭｇＦ_３やＫ_３ＡｌＦ_３等を生じてしまい、有効なフラックス機能が低下する。そのため、材料中へのＭｇ含有量が０．３％を超えると、一般のノコロックフラックスではろう付けが困難となっていた。

Ｍｇを含有したアルミニウム合金のろう付けに対応するため、Ｃｓを含む弗化物フラックス、Ｃｓ−Ａｌ−Ｆ系またはＣｓ−Ｋ−Ａｌ−Ｆ系フラックスを使用することができるが、これらＣｓを含む弗化物フラックスは、一般のノコロックフラックスと比べてきわめて高コストであり、さらに溶融開始温度が低いため、不活性ガス中で加熱しても酸化消耗し易いという問題がある。このため、Ｍｇを含有するアルミニウム材を不活性ガス中でろう付けするには、Ｃｓを含む弗化物フラックスを多量に塗布する必要があり、コスト面できわめて不利となる。フラックスを多量に塗布すると、ろう付け後にフラックス残渣が多く残るため、特に電子部品を含むあるいは電子部品に近接する熱交換器においては、品質的に重大な問題がある。

特開２００１−２５９８８６号公報 特開２００２−３６１４８７号公報 特開２００７−２６０７８１号公報

本発明は、Ｍｇを添加したアルミニウム部材を弗化物フラックスでろう付けするための手法について、種々の試験、検討を行った結果としてなされたものであり、その目的は、Ｍｇを含有するアルミニウム合金を心材とし、多量のフラックスを用いることなく、不活性ガス雰囲気中でろう付けすることを可能とするアルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法、および当該ブレージングシートを組み込んだアルミニウム製熱交換器のろう付け方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１によるアルミニウム合金ブレージングシートは、アルミニウム合金心材（以下、心材）の片面または両面に、Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金ろう材（以下、ろう材）を、アルミニウム合金の中間材（以下、中間材）を介してクラッドしてなり、不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに加熱することによりろう付け接合される熱交換器に用いられるブレージングシートであって、心材が０．１〜１．３％（質量％、以下同じ）のＭｇを含むアルミニウム合金、ろう材がＳｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金、中間材がＳｉ：６％未満を含むアルミニウム合金で、ろう材と中間材の界面には、ＣｓＦを５〜６０モル％含み、残部Ｋ−Ａｌ−Ｆ系化合物からなるＣｓ含有弗化物フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであり、心材に含まれるＭｇ量をｘ（％）、中間材の厚さをｙ（ｍｍ）としたときに、心材に含まれるＭｇ量と中間材の厚さの関係が下記の式を満足することを特徴とする。
ｙ（ｍｍ）≧０．００７ｌｎ（ｘ）＋０．０１８ 但し、ｌｎは自然対数を表す。

請求項２によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項１において、前記ろう材および前記中間材のＭｇ含有量がいずれも０．０５％以下に制限され、ろう材と中間材の界面に内包される前記Ｃｓ含有弗化物フラックスの量が０．５ｇ／ｍ^２以上２．０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする。

請求項３によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項１において、前記ろう材と前記中間材の界面には弗化物フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであり、心材に含まれるＭｇ量をｘ（％）、中間材の厚さをｙ（ｍｍ）としたときに、心材に含まれるＭｇ量と中間材の厚さの関係が下記の式を満足することを特徴とする。
ｙ（ｍｍ）≧０．００７ｌｎ（ｘ）＋０．０２４ 但し、ｌｎは自然対数を表す。

請求項４によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項３において、前記ろう材および前記中間材のＭｇ含有量がいずれも０．０５％以下に制限され、ろう材と中間材の界面に内包される前記弗化物フラックスの量が０．５ｇ／ｍ^２以上２．０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする。

請求項５によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記ろう材および前記中間材のいずれか一方または両方に、さらにＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする。

請求項６によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項１、２および５のいずれかにおいて、前記ろう材と中間材の界面には、前記Ｃｓ含有弗化物フラックスと共に、固相線温度が５６５℃以下の金属が内包しており、該フラックスおよび金属の一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする。

請求項７によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項３、４および５のいずれかにおいて、前記ろう材と中間材の界面には、前記弗化物フラックスと共に、固相線温度が５６５℃以下の金属が内包しており、該フラックスおよび金属の一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする。

請求項８によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記中間材と前記心材の界面に、Ｃｓ含有弗化物フラックス、またはＣｓ含有弗化物フラックスと共に固相線温度が５６５℃以下の金属が内包しており、フラックス、またはフラックスと金属の一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする。

請求項９によるアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法は、請求項１〜５および８のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートを製造する方法であって、クラッド構成材として心材、中間材およびろう材を積層し、前記界面に、Ｃｓ含有弗化物フラックスまたは弗化物フラックスを内包させ、熱間クラッド圧延するに際し、熱間クラッド圧延に先だって、積層されたクラッド構成材を加圧しながら加熱して接合することを特徴とする。

請求項１０によるアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法は、請求項６、７および８のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートを製造する方法であって、クラッド構成材として心材、中間材およびろう材を積層し、前記界面に、Ｃｓ含有弗化物フラックスまたは弗化物フラックスと共に、固相線温度が５６５℃以下の金属を内包させ、熱間クラッド圧延するに際し、熱間クラッド圧延に先だって、積層されたクラッド構成材を加圧しながら加熱して接合することを特徴とする。

請求項１１によるアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法は、請求項９または１０において、前記クラッド構成材としての心材、中間材およびろう材を積層するに際し、前記界面に凹部を設けて、該凹部に前記フラックス、またはフラックスと共に前記金属を内包させ、積層されたクラッド構成材を加圧、加熱することにより、フラックス、またはフラックスと金属の一部または全部を溶融させて接合した後、熱間クラッド圧延することを特徴とする。

請求項１２によるアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法は、請求項９〜１１のいずれかにおいて、前記フラックス、またはフラックスと金属を挟持する界面の周囲を囲むようにフラックス流出防止部材を設けることを特徴とする。

請求項１３によるアルミニウム製熱交換器のろう付け方法は、請求項１〜８のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートで、前記界面に内包する前記Ｃｓ含有弗化物フラックスまたは弗化物フラックスの量を０．８ｇ／ｍ^２以下としたものを組み付けて、不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに、４５０℃から５９０℃までの昇温時間を４分以内とする加熱を行うことを特徴とする。

本発明によれば、Ｍｇを含有するアルミニウム合金を心材とし、多量のフラックスを用いることなく、不活性ガス雰囲気中でろう付けすることを可能とするアルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法、および当該ブレージングシートを組み込んだアルミニウム製熱交換器のろう付け方法が提供される。

実施例で用いる間隙充填試験片を示す図である。

本発明のアルミニウム合金ブレージングシートの第１の実施形態は、心材の片面または両面に、ろう材を、中間材を介してクラッドしてなり、心材が０．１〜１．３％のＭｇを含むアルミニウム合金、ろう材がＳｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金、中間材がＳｉ：６％未満を含むアルミニウム合金で、ろう材と中間材の界面には、ＣｓＦを５〜６０モル％含み、残部Ｋ−Ａｌ−Ｆ系化合物からなるＣｓ含有弗化物フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものとし、心材に含まれるＭｇ量をｘ（％）、中間材の厚さをｙ（ｍｍ）としたとき、心材に含まれるＭｇ量と中間材の厚さの関係を、ｙ（ｍｍ）≧０．００７ｌｎ（ｘ）＋０．０１８（ｌｎは自然対数を表す）とすることである（請求項１）。

心材としては、０．１〜１．３％のＭｇを含有するＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金が用いられる。このＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金としては、さらにＣｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｚｒなどを添加したＡ３００３、Ａ３２０３、Ａ３００４などのＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金をベースとすることができる。Ｍｇが０．１％未満では、ろう付け後の引張強さが１１５ＭＰａに満たないため、Ｍｇ無添加材との強度差が乏しく、１．３％を超えると、ろう付け性が劣り、後述する間隙充填試験において、間隙充填長さが２５ｍｍに満たなくなる。

ろう材としては、Ｓｉ：６〜１３％を含有するＡｌ−Ｓｉ合金、さらにＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有させたＡｌ−Ｓｉ系合金を用いることができ、Ｚｎ、Ｃｕの添加により、ろう材の融点が低下するため、熱間圧延前の加熱でろう材と心材が接合し易くなる。１０％を超えるＺｎ、３．０％を超えるＣｕの含有は、耐食性が低下するため好ましくない。その他の添加成分を少量含むＡｌ−Ｓｉ系合金を用いることも可能である。Ｓｉの含有量が６％未満ではろうの流動性が低下し、十分な接合ができなくなる。１３％を超えると粗大Ｓｉ粒が形成され、溶融したろうが心材や他の部材を溶融するため好ましくない。

中間材としては、Ｓｉ：６％未満を含有し、さらにＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有し得るアルミニウムを用いることができる（請求項５）。Ｚｎ、Ｃｕの添加により、中間材の融点が低下するため、熱間圧延前の加熱でろう材と心材が接合し易くなる。１０％を超えるＺｎ、３．０％を超えるＣｕの含有は、耐食性が低下するため好ましくない。Ｓｉ：６％以上では、ろう付け時に過度に溶融して中間層としての役目を果たさなくなる。

前記の構成において、優れたフィレット形成能を得るためには、ろう材および中間材のＭｇ含有量をいずれも０．０５％以下に制限し、ろう材と中間材の界面に内包されるＣｓ含有弗化物フラックスの量を０．５ｇ／ｍ^２以上２．０ｇ／ｍ^２以下とするのが好ましい（請求項２）。

本発明のアルミニウム合金ブレージングシートの第２の実施形態は、ろう材と中間材の界面には弗化物フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものとし、心材に含まれるＭｇ量をｘ（％）、中間材の厚さをｙ（ｍｍ）としたとき、心材に含まれるＭｇ量と中間材の厚さの関係を、ｙ（ｍｍ）≧０．００７ｌｎ（ｘ）＋０．０２４（ｌｎは自然対数を表す）とすることである（請求項３）。

この場合、心材としては、０．０５％を超え１．３％以下のＭｇを含有するＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金が用いられる。このＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金としては、さらにＣｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｚｒなどを添加したＡ３００３、Ａ３２０３、Ａ３００４などのＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金をベースとすることができる。Ｍｇが０．０５％以下では、ろう付け後の引張強さが１１５ＭＰａに満たないため、Ｍｇ無添加材との強度差が乏しく、１．３％を超えると、ろう付け性が劣り、後述する間隙充填試験において、間隙充填長さが２５ｍｍに満たなくなる。

上記の構成において、優れたフィレット形成能を得るためには、ろう材および中間材のＭｇ含有量をいずれも０．０５％以下に制限し、ろう材と中間材の界面に内包される前記弗化物フラックスの量を０．５ｇ／ｍ^２以上２．０ｇ／ｍ^２以下とするのが好ましい（請求項４）。

本発明のアルミニウム合金ブレージングシートの第３の実施形態は、第１の実施形態において、前記ろう材と中間材の界面に、前記Ｃｓ含有弗化物フラックスと共に、固相線温度が５６５℃以下の金属が内包しており、該フラックスおよび金属の一部または全部は溶融した後に凝固したものとすることである（請求項６）。

本発明のアルミニウム合金ブレージングシートの第４の実施形態は、第２の実施形態において、前記ろう材と中間材の界面には、前記弗化物フラックスと共に、固相線温度が５６５℃以下の金属が内包しており、該フラックスおよび金属の一部または全部は溶融した後に凝固したものとすることである（請求項７）。

また、本発明のアルミニウム合金ブレージングシートにおいては、中間材と心材の界面にもＣｓ含有弗化物フラックス、または該フラックスと共に固相線温度が５６５℃以下の金属を内包させ、フラックス、またはフラックスと金属の一部または全部は溶融した後に凝固したものとすることにより、より安定したろう付け性を得ることができる（請求項８）。

本発明の第一の特徴は、ブレージングシートにフラックスを内包させることにより、ろう付け加熱時の酸化劣化を防いでフラックス使用量を低減することにある。その効果は、一般の弗化物フラックスに比べて、ＣｓＦ含有弗化物フラックスや、Ｃｓ−Ａｌ−Ｆ系、Ｃｓ−Ｋ−Ａｌ−Ｆ系フラックスにおいて顕著である。

第二の特徴は、ろう材と中間材の界面、さらには中間材と心材の界面にフラックスを未溶融のまま内包させるのではなく、界面に内包させたフラックスが、一部または全部が溶融した後に凝固したものである点にある。具体的な手法としては、熱間クラッド圧延前、ろう材、中間材および心材からなるクラッド構成材の界面にフラックスを封入し、均質化処理あるいは熱間圧延前の加熱処理を利用してフラックスの一部または全部を溶融させ、クラッド構成材を接合させた後、熱間クラッド圧延を行う。

上記クラッド構成材の接合により、熱間クラッド圧延時の皮剥がれなどの圧延不良が生じ難くなり、クラッド率や材料強度に制限されることなく自由な仕様のクラッド材を製造することが可能となる。さらにクラッド率の精度が安定し、膨れなどの表面欠陥も生じ難くなり、また、従来の熱間クラッド圧延において必ず行われていた積層された材料の界面周囲の溶接固定を省くことができるという利点もある。

第三の特徴について説明すると、フラックスをクラッド構成材の界面に内包させるため、熱交換器の製造におけるろう付け加熱の昇温工程で、フラックスが酸化劣化することがなく、ろう付け加熱により熱交換器の温度がフラックスの融点を超え、フラックスが再溶融して、フラックスとしての機能を十分に果たすことができる。再溶融したフラックスはアルミニウムよりも比重が軽いため、ろう材が溶融を開始すると、フラックスはろう材表面に浮上して酸化皮膜の破壊、剥離に寄与し、その後、冷却すると、材料表面に残留する余剰フラックスの量が通常のフラックス塗布の場合に比べて少なくなる。

従って、冷媒通路が微小であっても、フラックスの残渣が冷媒通路を塞いでしまうという不具合が生じ難くなる。また、フラックスを酸化劣化させることなく再溶融することにより、材料表面に塗布して使用するのに比べてフラックスの使用量を低減することができる。以上説明した第一〜第三の特徴により、Ｍｇを含有する高強度心材をクラッドしたブレージングシートにより、低コストで且つ高品質の接合を実現することができる。

通常のフラックスろう付けにおいて、ＫＦ−ＡｌＦ_３を基本構成とするノコロックフラックスを用いる場合には、ろう付け加熱中にフラックスの酸化劣化が生じるため、熱交換器の外面側ではフラックスを３ｇ／ｍ^２以上塗布することが必要であるが、本発明においては、フラックスを酸化劣化させずにクラッド構成材間に封じ込めることができるため、ろう付け加熱において、４５０℃から５９０℃までを４分以内で加熱した場合、中間材とろう材の界面に内包されるフラックス量を０．８ｇ／ｍ^２以下としても良好なろう付け性が得られることが確認された。

以下、クラッド構成材の界面にフラックスを内包させる手法について説明する。クラッド構成材としてろう材、中間材および心材を積層し、ろう材と中間材の界面に、Ｃｓ含有弗化物フラックスあるいは弗化物フラックス、または該フラックスと共に固相線温度が５６５℃以下の金属を封入し、さらには必要に応じて中間材と心材の界面にＣｓ含有弗化物フラックス、または該フラックスと共に固相線温度が５６５℃以下の金属を封入して、積層されたクラッド構成材を加圧しながら加熱して接合した後、熱間クラッド圧延する。

積層されるクラッド構成材の界面に、フラックスと共に、固相線温度が５６５℃以下の金属を封入して加熱溶融させることにより、クラッド構成材同士をより確実に接合させることができる。金属としては粉末や板材が好ましく、例えば、低融点のＺｎ粉末、Ａｌ−Ｚｎ合金粉末、Ａｌ−Ｃｕ合金粉末、Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ合金粉末、あるいは、Ａｌ−Ｚｎ合金板材、Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ合金板材を適用することができる。これらの合金にＳｉを添加したものでもよい。また、純Ｃｕ粉末のように、Ａｌと共晶融解を生じ、且つ５６５℃以下の共晶温度を有する金属を適用することもできる。封入する金属量としては３〜１０ｇ／ｍ^２が好ましい。

積層されたクラッド構成材の界面にフラックスを確実に封入するためには、ろう材と中間材の界面、中間材と心材の界面に凹部を設け、この凹部にフラックスを封入して積層するのが好ましい。凹部の形状としては、三角形、四角形、半円形など種々の形状のものとすることができ、連続した凹部でも、ディンプル状に独立した凹部でもよい。凹部の形成方法としては、切削加工やプレス成形、凸部が形成されたロールで圧下するなどの方法により形成するのが好ましい。

ろう材と中間材の界面、中間材と心材の界面の周囲を囲むようにフラックス流出防止部材を配設してもよい。フラックス流出防止部材としては、例えば、アルミニウムの押出形材からなるアルミニウム枠を用いることもできる。フラックス流出防止部材は、積層されたクラッド構成材と共に熱間圧延されるが、クラッド構成材の幅方向および長手方向の端部にのみ位置するため、圧延工程の途中で切り落されることとなり、材料の品質や歩留を損ねることはない。

前記のように、界面にフラックス、またはフラックスと金属を封入したクラッド構成材を加圧、加熱することにより、フラックス、またはフラックスと金属の一部または全部を溶融させて、クラッド構成材を接合した後、熱間クラッド圧延する。

この場合、積層したクラッド構成材を加熱しながらその全面を加圧することが接合を確実にする上で有効である。全面を加圧する方法としては、積層されたクラッド構成材の表面に耐熱ばねを挟んだ板状の冶具を乗せて加圧する方法、ボルトで固定する方法、積層されたクラッド構成材の上にアルミニウム製のスラブや鋼鈑などの重量物を乗せ、重量物の自重でクラッド構成材を加圧する方法、プレス機内で加圧しながら加熱する方法がある。溶融したフラックスが積層したクラッド構成材の側面から漏れるのを回避するために、加圧力は１０×１０^−３ＭＰａ以下が好ましい。

本発明においては、積層されたクラッド構成材の界面に封入したフラックス、またはフラックスと金属を溶融させ、クラッド構成材を全面的あるいは部分的に接合させることを特徴とするものであるため、溶融、凝固したフラックスはクラッド構成材の界面に閉じ込められ、クラッド構成材の側面に一部流出したフラックスも凝固してクラッド構成材に密着するため、熱間クラッド圧延時の飛散を生じることはない。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を実証する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。

実施例１、比較例１
心材の片面に、ろう材を、中間材を介してクラッドした片面ブレージングシートを、本発明に従う方法によって製造した。心材は、連続鋳造により造塊し、厚さ２６ｍｍまで面削して、縦１７５ｍｍ、横１７５ｍｍの寸法に切断し、ろう材および中間材は、連続鋳造により造塊し、所定厚さまで熱間圧延した後、縦１７５ｍｍ、横１７５ｍｍの寸法に切断した。ろう材、中間材および心材の組み合わせを表１〜２に示す。表１〜２において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。

熱間クラッド圧延に先立って、積層されるろう材と中間材の接合面、一部については、中間材と心材の接合面にも、フラックスをアルコールで溶いてスラリー状にしたものを塗布して材料を積層した。また、フラックスと共に固相線温度が５６５℃以下の低融点金属を封入して積層したものも準備した。積層したクラッド構成材を冶具に組み付け、耐熱性のスプリングで加圧し、大気炉に装入して、５４０℃まで５０℃／ｈの昇温速度で昇温し、その後１２０℃／ｈの昇温速度で所定温度まで昇温して３０分間保持し、その後、３００℃まで炉内冷却した。熱間クラッド圧延前のフラックス封入条件を表３〜４に示す。表３〜４において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。

フラックスが封入されたクラッド構成材は、ついで、熱間クラッド圧延、冷間圧延され、最終軟化処理して厚さ０．４ｍｍのブレージングシートに仕上げた。得られたブレージングシートについて以下の方法により間隙充填性試験を行った。また、得られたブレージングシートを間隙充填試験片と同様に加熱処理した後、引張強さを測定し、１１５ＭＰａ以上を合格と評価した。ろう付け条件、ろう付け後の引張強さ、間隙充填長さを表５〜６に示す。

間隙充填試験：図１に示すように、脱脂処理したブレージングシートを水平材とし、３００３合金板（厚さ１ｍｍ）を垂直材として組み付けて間隙充填試験片を構成した。内容積０．４ｍ^３の予熱室とろう付け室を備えた二室型炉からなる窒素ガス炉を使用し、間隙充填試験片をろう付け室に装入し、到達温度５９５℃でろう付け接合した。ろう付け条件は、窒素ガス炉の各室に２０ｍ^３／ｈの窒素ガスを送り込み、４５０℃から５９０℃までを表３に示す条件で昇温した。加熱終了時のろう付け室の酸素濃度は１６〜２４ｐｐｍであった。ろう付け室にて間隙充填試験片の温度が５９５℃に到達したら間隙充填試験片を予熱室に移し、予熱室にて５５０℃まで冷却後、間隙充填試験片を取り出して大気中で冷却した。冷却後の間隙充填試験片より間隙充填長さを測定してフィレット形成能を評価した。間隙充填長さが２５ｍｍ以上のものをフィレット形成能が良好と評価した。

表５〜６に示すように、本発明に従う試験材１〜１４はいずれも、フラックスを塗布することなしにろう付けを行っても、フィレット形成能は良好であり、健全な接合部が形成された。試験材１４においては、ろう付け後の間隙充填試験片にフラックスの残渣が観察されたが、実用上許容できるものと認められた。なお、試験材のうち、試験材６はフラックスを内包させるろう材と中間材の界面に溝加工により凹部を設けたものであり、試験材１３はろう材と中間材の界面、中間材と心材の界面にアルミニウム形材からなるフラックス流出防止部材を設けたものである。

これに対して、弗化物フラックスを内包させたブレージングシートにおいては、試験材２１はろう材のＳｉ量が少ないため、間隙充填長さが短くフィレット形成能が劣っていた。試験材２２はろう材のＳｉ量が多いため、間隙充填試験において垂直材が過度に溶解した。試験材２３はろう材のＺｎ量が多いため、また試験材２４はろう材のＣｕ量が多いため、いずれも耐食性に問題があることが確認されている。

試験材２５は関係式の値が小さいため、試験材２６は中間材のＭｇ量が多いため、間隙充填長さが短くフィレット形成能が劣っていた。試験材２７は中間材のＺｎ量が多いため、また試験材２８は中間材のＣｕ量が多いため、いずれも耐食性に問題があることが確認されている。試験材２９は心材のＭｇ量が多いため、間隙充填長さが短くフィレット形成能が劣っていた。試験材３０はろう材と中間材の界面に内包されるフラックス量が少ないため、間隙充填長さが短くフィレット形成能が劣っていた。

Ｃｓ含有弗化物フラックスを内包させたブレージングシートにおいては、試験材３１、３２は関係式の値が小さいため、間隙充填長さが短くフィレット形成能が劣っていた。試験材３３は弗化物フラックス中のＣｓＦの含有量が少ないため、間隙充填長さが短くフィレット形成能が劣った。

Claims (13)

1. アルミニウム合金心材（以下、心材）の片面または両面に、Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金ろう材（以下、ろう材）を、アルミニウム合金の中間材（以下、中間材）を介してクラッドしてなり、不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに加熱することによりろう付け接合される熱交換器に用いられるブレージングシートであって、心材が０．１〜１．３％（質量％、以下同じ）のＭｇを含むアルミニウム合金、ろう材がＳｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金、中間材がＳｉ：６％未満を含むアルミニウム合金で、ろう材と中間材の界面には、ＣｓＦを５〜６０モル％含み、残部Ｋ−Ａｌ−Ｆ系化合物からなるＣｓ含有弗化物フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであり、心材に含まれるＭｇ量をｘ（％）、中間材の厚さをｙ（ｍｍ）としたときに、心材に含まれるＭｇ量と中間材の厚さの関係が下記の式を満足することを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシート。
   ｙ（ｍｍ）≧０．００７ｌｎ（ｘ）＋０．０１８ 但し、ｌｎは自然対数を表す。
2. 前記ろう材および前記中間材のＭｇ含有量がいずれも０．０５％以下に制限され、ろう材と中間材の界面に内包される前記Ｃｓ含有弗化物フラックスの量が０．５ｇ／ｍ^２以上２．０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
3. 前記ろう材と前記中間材の界面には弗化物フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであり、心材に含まれるＭｇ量をｘ（％）、中間材の厚さをｙ（ｍｍ）としたときに、心材に含まれるＭｇ量と中間材の厚さの関係が下記の式を満足することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
   ｙ（ｍｍ）≧０．００７ｌｎ（ｘ）＋０．０２４ 但し、ｌｎは自然対数を表す。
4. 前記ろう材および前記中間材のＭｇ含有量がいずれも０．０５％以下に制限され、ろう材と中間材の界面に内包される前記弗化物フラックスの量が０．５ｇ／ｍ^２以上２．０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項３記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
5. 前記ろう材および前記中間材のいずれか一方または両方に、さらにＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
6. 前記ろう材と中間材の界面には、前記Ｃｓ含有弗化物フラックスと共に、固相線温度が５６５℃以下の金属が内包しており、該フラックスおよび金属の一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする請求項１、２および５のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
7. 前記ろう材と中間材の界面には、前記弗化物フラックスと共に、固相線温度が５６５℃以下の金属が内包しており、該フラックスおよび金属の一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする請求項３、４および５のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
8. 前記中間材と前記心材の界面に、Ｃｓ含有弗化物フラックス、またはＣｓ含有弗化物フラックスと共に固相線温度が５６５℃以下の金属が内包しており、フラックス、またはフラックスと金属の一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
9. 請求項１〜５および８のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートを製造する方法であって、クラッド構成材として心材、中間材およびろう材を積層し、前記界面に、Ｃｓ含有弗化物フラックスまたは弗化物フラックスを内包させ、熱間クラッド圧延するに際し、熱間クラッド圧延に先だって、積層されたクラッド構成材を加圧しながら加熱して接合することを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
10. 請求項６、７および８のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートを製造する方法であって、クラッド構成材として心材、中間材およびろう材を積層し、前記界面に、Ｃｓ含有弗化物フラックスまたは弗化物フラックスと共に、固相線温度が５６５℃以下の金属を内包させ、熱間クラッド圧延するに際し、熱間クラッド圧延に先だって、積層されたクラッド構成材を加圧しながら加熱して接合することを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
11. 前記クラッド構成材としての心材、中間材およびろう材を積層するに際し、前記界面に凹部を設けて、該凹部に前記フラックス、またはフラックスと共に前記金属を内包させ、積層されたクラッド構成材を加圧、加熱することにより、フラックス、またはフラックスと金属の一部または全部を溶融させて接合した後、熱間クラッド圧延することを特徴とする請求項９または１０記載のアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
12. 前記フラックス、またはフラックスと金属を挟持する界面の周囲を囲むようにフラックス流出防止部材を設けることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
13. 請求項１〜８のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートで、前記界面に内包する前記Ｃｓ含有弗化物フラックスまたは弗化物フラックスの量を０．８ｇ／ｍ^２以下としたものを組み付けて、不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに、４５０℃から５９０℃までの昇温時間を４分以内とする加熱を行うことを特徴とするアルミニウム製熱交換器のろう付け方法。

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