JP2014194051A - アルミニウム合金ろう材とブレージングシート - Google Patents
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Abstract
【課題】ろう材自体の流動性を向上させることによって、より少ないろう材厚で、優れたろう付性を有するろう材を提供すること、また係るろう材と特定の組成を有した心材との組み合わせによって、強度、ろう付性、耐食性に優れたアルミニウム合金ブレージングシートを提供する。
【解決手段】Ｓｉ：４．０〜１３．０質量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５０質量％、Ｐ：０．０００１〜０．００９０質量％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成されるろう材とそれを用いたアルミニウム合金ブレージングシート。
【選択図】なし
【解決手段】Ｓｉ：４．０〜１３．０質量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５０質量％、Ｐ：０．０００１〜０．００９０質量％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成されるろう材とそれを用いたアルミニウム合金ブレージングシート。
【選択図】なし
Description
本発明は、ろう付に用いられるアルミニウム合金ろう材およびろう材を用いたアルミニウム合金ブレージングシートに関する。
従来から、自動車等の熱交換器の素材として、心材の片面または両面にろう材を配したアルミニウム合金（以下、単に「Ａｌ合金」と称する場合がある）からなるブレージングシート（以下、単に「ブレージングシート」と称する場合がある）が使用されている。例えば、自動車に用いられるインタークーラ、ラジエータ、オイルクーラ、コンデンサ、ヒータコア、エバポレータなどの熱交換器のチューブ、ヘッダプレート、サイドサポート等の各部材に、少なくとも心材の片側に、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材がクラッドされたブレージングシートが使用されている。これらのブレージングシートは、それぞれ所定の形状に成型加工された後、ろう付工程において各部材が接合される。
ろう付性を向上させる技術として、いくつかの技術が開発されてきている。例えば、特許文献１では、ろう付加熱前の心材の結晶粒形状の適正化を図る構成が提案されている。すなわち、特許文献１では、心材のろう付加熱前の結晶粒の圧延方向平均長さと板厚方向平均長さの比を制御して、ろう付加熱時に板厚方向の結晶粒界でのろう材の拡散を抑制することによって、ろう付材の粒界浸食を抑制し、ろう付性を向上させる技術が開示されている。
また、特許文献２では、ろう材中のＣａを規制することによって、緻密な酸化物の生成を抑制させて、ろう材の濡れ性と拡がり性の向上を図っている。また、特許文献２では、Ｂｉの添加によって、ろうの融点を低下させて、ろうの濡れ性および流動性を向上させる技術が開示されている。
熱交換器の小型化、軽量化のために、チューブ材、ヘッダプレート材等の更なる薄肉化を図るという要請に対しては、より少ないろう材厚で、従来の板厚同様のろう付性を維持することが必要とされる。しかしながら、ろう材自体の流動性の向上については、従来の技術では十分な検討がなされておらず、対処することができなかった。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その課題は、ろう材自体の流動性を向上させることによって、より少ないろう材厚で、優れたろう付性を有するろう材を提供することである。また係るろう材と特定の組成を有した心材との組み合わせによって、強度、ろう付性、耐食性に優れたアルミニウム合金ブレージングシートを提供することである。
このような課題に対して、本発明者らは、ろう材を構成する各種元素について、微量な成分も含めて、より子細に検討を進めていったところ、予期していなかったＳｒとＰという特定の微量成分が、ろう材自体の流動性向上に大きく寄与することを見出し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明のろう材は、Ｓｉ：４．０〜１３．０質量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５０質量％、Ｐ：０．０００１〜０．００９０質量％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成されることを特徴としている。
係るろう材を用いることにより、ろう材自体の流動性を向上させることができることが判明し、更なるろう付性の向上効果を得ることができる。
係るろう材を用いることにより、ろう材自体の流動性を向上させることができることが判明し、更なるろう付性の向上効果を得ることができる。
また、前記ろう材を構成するアルミニウム合金がさらに、Ｚｎ：１．５〜１０．０質量％を含有することを特徴としている。係る組成とすることによって、ろう材自体の流動性に加えて、ろう材を有する面側は耐食性をも兼ね備えたものとすることができる。
さらに、前記ろう材は、心材の片面または両面に、クラッド等されることによってアルミニウム合金ブレージングシートとして使用されるものであるが、心材としては、Ｓｉ：０．１〜１．０質量％、Ｃｕ：０．５〜１．２質量％、Ｍｎ：０．５〜２．０質量％を含有し、さらにＴｉ：０．０５〜０．２５質量％、Ｃｒ：０．０１〜０．２５質量％、Ｍｇ：０．０５〜０．５０質量％のうちのいずれか１種以上を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成されることを特徴としている。
係る構成のアルミニウム合金ブレージングシートとすることによって、ろう材の特性と心材の特性とが相まって、強度とろう付性と耐食性を向上させることが可能となる。
係る構成のアルミニウム合金ブレージングシートとすることによって、ろう材の特性と心材の特性とが相まって、強度とろう付性と耐食性を向上させることが可能となる。
本発明に係るろう材は、流動性に優れており、より少ないろう材厚で、優れたろう付性の向上を図ることができる。また、ろう材を構成する合金がさらにＺｎを含有する発明においては、優れたろう付性の向上に加えて、耐食性をも兼ね備えたものとすることができる。さらに、ろう材を貼り合せる心材として、特定の組成を有したアルミニウム合金からなる心材を用いることによって、強度、ろう付性、耐食性に優れたアルミニウム合金ブレージングシートを得ることができる。
以下、本発明のろう材およびアルミニウム合金ブレージングシートを実施するための形態について詳細に説明する。まず、本発明のろう材を構成するアルミニウム合金について説明する。
（ろう材）
本発明のろう材は、Ｓｉ：４．０〜１３．０質量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５０質量％、Ｐ：０．０００１〜０．００９０質量％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成されている。
以下、本発明のろう材を構成するアルミニウム合金を構成する各元素について、説明する。
本発明のろう材は、Ｓｉ：４．０〜１３．０質量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５０質量％、Ｐ：０．０００１〜０．００９０質量％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成されている。
以下、本発明のろう材を構成するアルミニウム合金を構成する各元素について、説明する。
（Ｓｉ：４．０〜１３．０質量％）
Ｓｉはアルミニウム合金の固相線温度を低下させ、ろう付温度における流動性を高める作用がある。Ｓｉが４．０質量％未満では、ろう付時のろう付温度５８０〜６３０℃におけるろう材液相の絶対量が不足する。例えば６００℃でろう付する場合に、十分なフィレット（ろうの充填、凝固部）体積が確保できず、ろう付性が不十分となる。一方、Ｓｉが１３．０質量％を越えると、ろう材の鋳造時の凝固課程において、Ｓｉの粗大な初晶が発生しやすくなり、１００μｍ程度を超えるサイズの粗大なＳｉ初晶が発生することがある。ろう材の鋳造時に１００μｍを超える粗大なＳｉ結晶が生成すると、チューブの成形時にこれらの粗大なＳｉ結晶粒を起点とした割れが発生し、チューブの成形が困難となる。よって、Ｓｉの含有量は、４．０〜１３．０質量％とする。Ｓｉの含有量のより好ましい範囲は４．１〜１２．５質量％である。
Ｓｉはアルミニウム合金の固相線温度を低下させ、ろう付温度における流動性を高める作用がある。Ｓｉが４．０質量％未満では、ろう付時のろう付温度５８０〜６３０℃におけるろう材液相の絶対量が不足する。例えば６００℃でろう付する場合に、十分なフィレット（ろうの充填、凝固部）体積が確保できず、ろう付性が不十分となる。一方、Ｓｉが１３．０質量％を越えると、ろう材の鋳造時の凝固課程において、Ｓｉの粗大な初晶が発生しやすくなり、１００μｍ程度を超えるサイズの粗大なＳｉ初晶が発生することがある。ろう材の鋳造時に１００μｍを超える粗大なＳｉ結晶が生成すると、チューブの成形時にこれらの粗大なＳｉ結晶粒を起点とした割れが発生し、チューブの成形が困難となる。よって、Ｓｉの含有量は、４．０〜１３．０質量％とする。Ｓｉの含有量のより好ましい範囲は４．１〜１２．５質量％である。
（Ｓｒ：０．００１〜０．０５０質量％、Ｐ：０．０００１〜０．００９０質量％）
本発明では、微量のＳｒとＰとを共存させることによって、ろう材溶融時の流動性を向上させる効果を有することが明らかとなった。そのメカニズムは必ずしも明らかとなってはいないが、現時点では、ＳｒとＰが僅かに共存することによって、溶融Ａｌの表面張力をさらに低下させる効果を有するためと考えている。即ち、ＳｒとＰが共存することによって、ろう材溶融開始時のＡｌ−Ｓｉ液相、Ａｌ固相、Ｓｉ固相が共存して流動する際の流動係数を低下させることを可能にするためと考えている。
本発明では、微量のＳｒとＰとを共存させることによって、ろう材溶融時の流動性を向上させる効果を有することが明らかとなった。そのメカニズムは必ずしも明らかとなってはいないが、現時点では、ＳｒとＰが僅かに共存することによって、溶融Ａｌの表面張力をさらに低下させる効果を有するためと考えている。即ち、ＳｒとＰが共存することによって、ろう材溶融開始時のＡｌ−Ｓｉ液相、Ａｌ固相、Ｓｉ固相が共存して流動する際の流動係数を低下させることを可能にするためと考えている。
Ｓｒが０．００１質量％未満であると、上記の効果による流動性向上効果を十分に得ることができない。一方、Ｓｒが０．０５０質量％を越えると、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材の液相自体の粘度が増大するため、ろう付性が低下する。よって、Ｓｒの含有量は、０．００１〜０．０５０質量％とする。Ｓｒの含有量のより好ましい範囲は０．００２〜０．０４０質量％である。
また、Ｐが０．０００１質量％未満であると、上記の効果による流動性向上効果を十分に得ることができない。一方、Ｐが０．００９０質量％を越えると、Ａｌ−Ｐ化合物を生成するため、ろう材クラッド材を熱間圧延で製造する際、側面に１００mm以上の耳割れを発生するため、ろう材クラッド材が効率的に製造できなくなる。
よって、Ｐの含有量は、０．０００１〜０．００９０質量％とする。Ｐの含有量のより好ましい範囲は０．０００１〜０．００７０質量％である。
よって、Ｐの含有量は、０．０００１〜０．００９０質量％とする。Ｐの含有量のより好ましい範囲は０．０００１〜０．００７０質量％である。
（残部：Ａｌおよび不可避的不純物）
本発明のろう材は、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成される。不可避的不純物としては、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎなどが考えられる。不可避的不純物は本発明の効果に影響を与えない程度の含有量であれば、含有することが許容される。例えば、Ｆｅであれば０．３質量％以下、Ｃｕであれば０．３質量％以下、Ｍｎであれば０．３質量％以下であることが好ましい。但し、不可避的不純物の含有量の合計が、０．６質量％を超えないように制御することが好ましい。
本発明のろう材は、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成される。不可避的不純物としては、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎなどが考えられる。不可避的不純物は本発明の効果に影響を与えない程度の含有量であれば、含有することが許容される。例えば、Ｆｅであれば０．３質量％以下、Ｃｕであれば０．３質量％以下、Ｍｎであれば０．３質量％以下であることが好ましい。但し、不可避的不純物の含有量の合計が、０．６質量％を超えないように制御することが好ましい。
（Ｚｎ：１．５〜１０．０質量％）
本発明のろう材を構成するアルミニウム合金の耐食性を向上させるときは、さらに、Ｚｎ：１．５〜１０．０質量％を含有することが好ましい。Ｚｎを添加して、ろう材側の電位を電気化学的に卑とすることによって、耐食性を向上させることができる。Ｚｎが１．５質量％未満では電位を卑化する効果が小さく、耐食性向上効果が小さい。一方、Ｚｎが、１０．０質量％を越えるとＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材の固相線温度が低くなりすぎるため、ろう材として適さない。よって、Ｚｎを含有させるときは、Ｚｎの含有量は、１．５〜１０．０質量％とする。Ｚｎの含有量のより好ましい範囲は１．８〜９．５質量％である。
本発明のろう材を構成するアルミニウム合金の耐食性を向上させるときは、さらに、Ｚｎ：１．５〜１０．０質量％を含有することが好ましい。Ｚｎを添加して、ろう材側の電位を電気化学的に卑とすることによって、耐食性を向上させることができる。Ｚｎが１．５質量％未満では電位を卑化する効果が小さく、耐食性向上効果が小さい。一方、Ｚｎが、１０．０質量％を越えるとＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材の固相線温度が低くなりすぎるため、ろう材として適さない。よって、Ｚｎを含有させるときは、Ｚｎの含有量は、１．５〜１０．０質量％とする。Ｚｎの含有量のより好ましい範囲は１．８〜９．５質量％である。
本発明のアルミニウム合金ブレージングシートは、上記の特定の組成を有した流動性に優れたろう材からなる層を、後記する心材の片面または両面に、クラッド等の手法を用いて接合させることによって製造することができる。
次に、この本発明のアルミニウム合金ブレージングシートに用いる心材について説明する。
次に、この本発明のアルミニウム合金ブレージングシートに用いる心材について説明する。
（心材）
本発明では、上記の特定の組成を有するアルミニウム合金からなるろう材とともに、ろう材と貼り合せる心材として、特定の組成を有したアルミニウム合金からなる心材を用いることによって、強度、ろう付性、耐食性に優れたアルミニウム合金ブレージングシートを得ることができる。
以下、本発明の心材を構成するアルミニウム合金を構成する各元素について、説明する
本発明では、上記の特定の組成を有するアルミニウム合金からなるろう材とともに、ろう材と貼り合せる心材として、特定の組成を有したアルミニウム合金からなる心材を用いることによって、強度、ろう付性、耐食性に優れたアルミニウム合金ブレージングシートを得ることができる。
以下、本発明の心材を構成するアルミニウム合金を構成する各元素について、説明する
（Ｓｉ：０．１〜１．０質量％）
Ｓｉは、固溶して引張強度を向上させる効果を有しており、ろう付後の合金強度を向上させることができる。０．１質量％未満では上記効果が不十分であり、一方、１．０質量％を超えると心材の固相線温度が低下するため、ろう付時に心材が溶融するおそれがある。よって、Ｓｉの含有量は、０．１〜１．０質量％とする。Ｓｉの含有量のより好ましい範囲は０．１２〜０．９８質量％である。
Ｓｉは、固溶して引張強度を向上させる効果を有しており、ろう付後の合金強度を向上させることができる。０．１質量％未満では上記効果が不十分であり、一方、１．０質量％を超えると心材の固相線温度が低下するため、ろう付時に心材が溶融するおそれがある。よって、Ｓｉの含有量は、０．１〜１．０質量％とする。Ｓｉの含有量のより好ましい範囲は０．１２〜０．９８質量％である。
（Ｃｕ：０．５〜１．２質量％）
Ｃｕは、Ｓｉと同様に、固溶して引張強度を向上させる効果を有しており、ろう付後の合金強度を向上させることができる。０．５質量％未満では、Ｃｕによる固溶強化が不十分であり、引張強度の向上効果が不十分である。一方、１．２質量％を超えると、ろう付加熱後にＡｌ−Ｃｕ系析出物の量が増大し、耐食性が低下する。よって、Ｃｕの含有量は、０．５〜１．２質量％とする。Ｃｕの含有量のより好ましい範囲は０．５２〜１．１５質量％である。
Ｃｕは、Ｓｉと同様に、固溶して引張強度を向上させる効果を有しており、ろう付後の合金強度を向上させることができる。０．５質量％未満では、Ｃｕによる固溶強化が不十分であり、引張強度の向上効果が不十分である。一方、１．２質量％を超えると、ろう付加熱後にＡｌ−Ｃｕ系析出物の量が増大し、耐食性が低下する。よって、Ｃｕの含有量は、０．５〜１．２質量％とする。Ｃｕの含有量のより好ましい範囲は０．５２〜１．１５質量％である。
（Ｍｎ：０．５〜２．０質量％）
Ｍｎは、Ｓｉとの分散粒子を形成することによって、分散が強化され、ろう付後のアルミニウム合金の引張強度を向上させる効果を有している。０．５質量％未満では、分散強化による引張強度の向上効果が不十分である。一方、２．０質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ−Ｍｎ系の金属間化合物を形成しやすくなり、加工性が低下するため、チューブ成形時に割れが発生しやすくなる。よって、Ｍｎの含有量は、０．５〜２．０質量％とする。Ｍｎの含有量のより好ましい範囲は０．５２〜１．９０質量％である。
Ｍｎは、Ｓｉとの分散粒子を形成することによって、分散が強化され、ろう付後のアルミニウム合金の引張強度を向上させる効果を有している。０．５質量％未満では、分散強化による引張強度の向上効果が不十分である。一方、２．０質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ−Ｍｎ系の金属間化合物を形成しやすくなり、加工性が低下するため、チューブ成形時に割れが発生しやすくなる。よって、Ｍｎの含有量は、０．５〜２．０質量％とする。Ｍｎの含有量のより好ましい範囲は０．５２〜１．９０質量％である。
（Ｔｉ：０．０５〜０．２５質量％）
Ｔｉは、Ａｌ合金中でＴｉ−Ａｌ系化合物を形成して層状に分散する。Ｔｉが層状に分布することにより、材料の電位の分布もＴｉの濃淡に対応した分布となることから、腐食形態を層状化でき、板厚方向の腐食進行速度が低減され、ろう付後の耐食性を向上させる効果を有している。０．０５質量％未満では、Ｔｉの層状分布の度合いが不十分であり、耐食性が不十分となる。一方、０．２５質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ３Ｔｉ系金属間化合物を形成しやすくなり、加工性が低下するため、チューブ成形時に割れが発生しやすくなる。よって、Ｔｉの含有量は、０．０５〜０．２５質量％とする。Ｔｉの含有量のより好ましい範囲は０．０６〜０．２４質量％である。
Ｔｉは、Ａｌ合金中でＴｉ−Ａｌ系化合物を形成して層状に分散する。Ｔｉが層状に分布することにより、材料の電位の分布もＴｉの濃淡に対応した分布となることから、腐食形態を層状化でき、板厚方向の腐食進行速度が低減され、ろう付後の耐食性を向上させる効果を有している。０．０５質量％未満では、Ｔｉの層状分布の度合いが不十分であり、耐食性が不十分となる。一方、０．２５質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ３Ｔｉ系金属間化合物を形成しやすくなり、加工性が低下するため、チューブ成形時に割れが発生しやすくなる。よって、Ｔｉの含有量は、０．０５〜０．２５質量％とする。Ｔｉの含有量のより好ましい範囲は０．０６〜０．２４質量％である。
（Ｃｒ：０．０１〜０．２５質量％）
Ｃｒは、添加することによって、Ａｌ３Ｃｒ分散粒子の微細析出相が分布することにより、ろう付後の引張強度を向上させる効果を有している。０．０１質量％未満では、上記効果が不十分である。一方、０．２５質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ３Ｃｒ金属間化合物を形成しやすくなり、加工性が低下するため、チューブ成形時に割れが発生しやすくなる。よって、Ｃｒの含有量は、０．０１〜０．２５質量％とする。Ｃｒの含有量のより好ましい範囲は０．０２〜０．２０質量％である。
Ｃｒは、添加することによって、Ａｌ３Ｃｒ分散粒子の微細析出相が分布することにより、ろう付後の引張強度を向上させる効果を有している。０．０１質量％未満では、上記効果が不十分である。一方、０．２５質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ３Ｃｒ金属間化合物を形成しやすくなり、加工性が低下するため、チューブ成形時に割れが発生しやすくなる。よって、Ｃｒの含有量は、０．０１〜０．２５質量％とする。Ｃｒの含有量のより好ましい範囲は０．０２〜０．２０質量％である。
（Ｍｇ：０．０５〜０．５０質量％）
Ｍｇは、Ｓｉと共存させた場合、Ｍｇ２Ｓｉ等の析出相を形成して、ろう付後のアルミニウム合金の引張強度を向上させる。０．０５質量％未満ではこの効果が小さい。一方、０．５０質量％を超えると、ろう付時にフラックスとＭｇがＭｇＦ２などの化合物を形成しやすいため、フラックス作用が不十分となりろう付性が大幅に低下する。よって、Ｍｇの含有量は、０．０５〜０．５０質量％とする。Ｍｇの含有量のより好ましい範囲は０．０６〜０．４８質量％である。
Ｍｇは、Ｓｉと共存させた場合、Ｍｇ２Ｓｉ等の析出相を形成して、ろう付後のアルミニウム合金の引張強度を向上させる。０．０５質量％未満ではこの効果が小さい。一方、０．５０質量％を超えると、ろう付時にフラックスとＭｇがＭｇＦ２などの化合物を形成しやすいため、フラックス作用が不十分となりろう付性が大幅に低下する。よって、Ｍｇの含有量は、０．０５〜０．５０質量％とする。Ｍｇの含有量のより好ましい範囲は０．０６〜０．４８質量％である。
上記のＴｉ：０．０５〜０．２５質量％、Ｃｒ：０．０１〜０．２５質量％、Ｍｇ：０．０５〜０．５０質量％のうちのいずれか１種以上を含有していることが必要である。心材のアルミニウム合金を構成する元素としては、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎに比べて、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｇは、必要性がやや低いものではあるが、上記の特徴、効果、用途に応じて、適宜所定量を含有させることができるものである。
（残部：Ａｌおよび不可避的不純物）
本発明の心材は、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成される。不可避的不純物としては、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｃなどが考えられる。不可避的不純物は本発明の効果に影響を与えない程度の含有量であれば、含有することが許容される。例えば、Ｆｅであれば０．３質量％以下であることが好ましい。また、不可避的不純物の含有量の合計が、０．６質量％を超えないように制御することが好ましい。
本発明の心材は、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成される。不可避的不純物としては、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｃなどが考えられる。不可避的不純物は本発明の効果に影響を与えない程度の含有量であれば、含有することが許容される。例えば、Ｆｅであれば０．３質量％以下であることが好ましい。また、不可避的不純物の含有量の合計が、０．６質量％を超えないように制御することが好ましい。
（ろう材の厚さ）
本発明に係るブレージングシートでは、ろう材は片面あたりで厚さ１０〜１００μｍとすることが好ましい。ろう材の厚さが１０μｍ未満ではろうの絶対量が不足してろう付性が低下するおそれがある。一方、ろう材の厚さが１００μｍを超えると、ろうの流動量が過剰となって、一部が心材を侵食し、心材のエロージョンが発生するおそれがある。さらに好ましいろう材厚さは、１０〜５０μｍである。なお、両面にろう材を備えたアルミニウム合金ブレージングシートとする場合は、それぞれの面におけるろう材が同じ成分のアルミニウム合金であっても異なるものであってもよい。
本発明に係るブレージングシートでは、ろう材は片面あたりで厚さ１０〜１００μｍとすることが好ましい。ろう材の厚さが１０μｍ未満ではろうの絶対量が不足してろう付性が低下するおそれがある。一方、ろう材の厚さが１００μｍを超えると、ろうの流動量が過剰となって、一部が心材を侵食し、心材のエロージョンが発生するおそれがある。さらに好ましいろう材厚さは、１０〜５０μｍである。なお、両面にろう材を備えたアルミニウム合金ブレージングシートとする場合は、それぞれの面におけるろう材が同じ成分のアルミニウム合金であっても異なるものであってもよい。
（犠牲陽極材）
本発明に係るブレージングシートにおいては、前記の心材の一方の面に前記ろう材を備え、他方の面には犠牲陽極材をクラッドして、他方の面の側からの耐食性を向上させてもよい。熱交換器のチューブ材、ヘッダ材のような用途に用いる場合、冷却水側または外面側の耐食性向上を図る目的で、このような犠牲陽極材を備えたブレージングシートでろう付接合構造体を作製することができる。その場合、犠牲陽極材を備えた面を腐食環境側となるようにして部品を成形する。
本発明に係るブレージングシートにおいては、前記の心材の一方の面に前記ろう材を備え、他方の面には犠牲陽極材をクラッドして、他方の面の側からの耐食性を向上させてもよい。熱交換器のチューブ材、ヘッダ材のような用途に用いる場合、冷却水側または外面側の耐食性向上を図る目的で、このような犠牲陽極材を備えたブレージングシートでろう付接合構造体を作製することができる。その場合、犠牲陽極材を備えた面を腐食環境側となるようにして部品を成形する。
犠牲陽極材としては、例えば、７０７２などのＡｌ−Ｚｎ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｚｎ系合金の犠牲防食材がクラッドされても良い。
（ブレージングシート）
本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートは、公知のクラッド材の製造方法によって製造される。以下にその一例を説明する。
まず、心材用アルミニウム合金、犠牲陽極層用アルミニウム合金、ろう材層用アルミニウム合金、そして必要に応じて犠牲陽極層側ろう材層用アルミニウム合金を、連続鋳造にて溶解、鋳造し、必要に応じて面削、均質化熱処理して、心材用鋳塊、犠牲陽極層用鋳塊、ろう材層用鋳塊、および犠牲陽極層側ろう材層用鋳塊を得る。犠牲陽極層用鋳塊、ろう材層用鋳塊および犠牲陽極層側ろう材層用鋳塊は、熱間圧延または切断によってそれぞれ所定厚さにして、犠牲陽極材、ろう材、および犠牲陽極層側ろう材を得る。
次に、心材用鋳塊を、ろう材と犠牲陽極材とで挟み、さらに必要に応じて犠牲陽極層側ろう材を犠牲陽極材の外側に配置して、重ね合わせ、４００℃以上の温度で加熱した後、熱間圧延により圧着し、板材とする。その後、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延を行うことにより所定の板厚とする。
本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートは、公知のクラッド材の製造方法によって製造される。以下にその一例を説明する。
まず、心材用アルミニウム合金、犠牲陽極層用アルミニウム合金、ろう材層用アルミニウム合金、そして必要に応じて犠牲陽極層側ろう材層用アルミニウム合金を、連続鋳造にて溶解、鋳造し、必要に応じて面削、均質化熱処理して、心材用鋳塊、犠牲陽極層用鋳塊、ろう材層用鋳塊、および犠牲陽極層側ろう材層用鋳塊を得る。犠牲陽極層用鋳塊、ろう材層用鋳塊および犠牲陽極層側ろう材層用鋳塊は、熱間圧延または切断によってそれぞれ所定厚さにして、犠牲陽極材、ろう材、および犠牲陽極層側ろう材を得る。
次に、心材用鋳塊を、ろう材と犠牲陽極材とで挟み、さらに必要に応じて犠牲陽極層側ろう材を犠牲陽極材の外側に配置して、重ね合わせ、４００℃以上の温度で加熱した後、熱間圧延により圧着し、板材とする。その後、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延を行うことにより所定の板厚とする。
本発明のろう材、そしてそれを用いたブレージングシートは、例えば、自動車に用いられるインタークーラ、ラジエータ、オイルクーラ、コンデンサ、ヒータコア、エバポレータなどの熱交換器のチューブ、ヘッダプレート、サイドサポート等の各用途に広く用いられ得るものである。
このような用途に使用するためには、一般に、ろう材を有するブレージングシートを用いて、ろう付接合構造体に加工することが必要である。
ろう付接合構造体の製造方法として、以下にその一例を説明する。例えば、自動車に搭載されるコンデンサ等の熱交換器であれば、一般に、本発明のブレージングシートを用いて、流体通路を構成する偏平管状のチューブと板材をコルゲート成形したフィンとを交互に繰り返し重ねて組み合わせ、流体通路を集結させるように、板材をプレス成形したプレート（ヘッダ）にチューブを嵌合させて、組み立てた構造体とする。
ろう付接合構造体の製造方法として、以下にその一例を説明する。例えば、自動車に搭載されるコンデンサ等の熱交換器であれば、一般に、本発明のブレージングシートを用いて、流体通路を構成する偏平管状のチューブと板材をコルゲート成形したフィンとを交互に繰り返し重ねて組み合わせ、流体通路を集結させるように、板材をプレス成形したプレート（ヘッダ）にチューブを嵌合させて、組み立てた構造体とする。
これらの部品が組み立てられた状態で、ろう付加熱されることによって、チューブとフィン、チューブとプレートがそれぞれ接合されて、熱交換器が製造される。ろう付加熱により溶融したろう材（溶融ろう）が部品間の接続部位に充填されてろう溜り（フィレット）を形成することとなり、構造体を構成する部品同士が接合される。
これらのチューブ、プレートおよびフィンの少なくともいずれか一つに、本発明のアルミニウム合金からなる心材の少なくとも一方の面にろう材をクラッドしたブレージングシートを適用することができる。
これらのチューブ、プレートおよびフィンの少なくともいずれか一つに、本発明のアルミニウム合金からなる心材の少なくとも一方の面にろう材をクラッドしたブレージングシートを適用することができる。
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
＜試験材Ｎｏ．１〜９５の作製＞
定法により、表１に示す化学成分を有するろう材（試験材Ｎｏ．１〜２９、ろう材記号Ｆ１〜Ｆ２９）を作製した。表２に示す化学成分を有する心材（試験材Ｎｏ．３０〜４８、心材記号Ｃ１〜Ｃ１９）の鋳塊を鋳造し、均質化処理を施した後、所定の板厚に面削して心材を作製した。これらの作製した心材およびろう材を種々の組み合わせで、重ね合わせ、熱間圧延によりろう材／心材２層クラッド材を圧着圧延した後、冷間圧延、中間焼鈍、仕上圧延を行い、０．２５ｍｍｔの板厚のクラッド材としてのブレージングシート供試材（試験材Ｎｏ．４９〜９５、クラッド材記号Ｂ１〜Ｂ４７））を作製した。ろう材の厚さとしては、３０μｍ、１０μｍの２種類を作製した。
＜試験材Ｎｏ．１〜９５の作製＞
定法により、表１に示す化学成分を有するろう材（試験材Ｎｏ．１〜２９、ろう材記号Ｆ１〜Ｆ２９）を作製した。表２に示す化学成分を有する心材（試験材Ｎｏ．３０〜４８、心材記号Ｃ１〜Ｃ１９）の鋳塊を鋳造し、均質化処理を施した後、所定の板厚に面削して心材を作製した。これらの作製した心材およびろう材を種々の組み合わせで、重ね合わせ、熱間圧延によりろう材／心材２層クラッド材を圧着圧延した後、冷間圧延、中間焼鈍、仕上圧延を行い、０．２５ｍｍｔの板厚のクラッド材としてのブレージングシート供試材（試験材Ｎｏ．４９〜９５、クラッド材記号Ｂ１〜Ｂ４７））を作製した。ろう材の厚さとしては、３０μｍ、１０μｍの２種類を作製した。
次に、得られた各ブレージングシート供試材について、流動係数、ろう付性、ろう付後の強度、ろう材側の耐食性、その他の性能について、下記に示す方法で評価し、それらの結果を表３および表４に示した。尚、表１および表２の化学成分の欄において、下線を引いた数値は請求項１〜３に規定の数値範囲から外れていることを示している。また「−」と記載された欄は、成分が不可避的不純物レベルの含有量であることを示している。表１および表２の化学成分の欄において、残部は、Ａｌおよび不可避的不純物である。また、表４の評価結果の流動係数、ろう付性、ろう付後の強度、ろう材側の耐食性の欄において「−」と記載された欄は、クラッド材としての製造が困難であったため、測定不能であったことを示している。また、表３および表４の評価結果のその他の欄において「−」と記載された欄は、流動係数、ろう付性、ろう付後の強度、ろう材側の耐食性以外の成形性等の性能において、特に問題がなかったことを示している。
（流動係数）
試験方法；「アルミニウムブレージングハンドブック(改定版)」社団法人軽金属溶接構造協会、p131、図4.11記載のドロップ試験法に準拠して行った。
供試試料；50mm幅×100mmL×0.25mmt
評価方法；重量法
評価条件；窒素雰囲気下、600℃に5分間保持して、通常のろう付を行った。
流動係数Ｋ３の算出；Ｋ３＝（４WB−WO）／(３WO×ろう材クラッド率)
ここで、WO；ろう付前のブレージングシートの質量、WB；ろう付後のブレージングシート下部１／４の質量、ろう材クラッド率；ブレージングシート全厚さに対するろう材厚さの比率、である。
流動係数Ｋ３の評価基準：Ｋ３；０．５以上のとき◎、Ｋ３；０．５未満で０．３５以上のとき○、Ｋ３；０．３５未満のとき×、と判定した。
試験方法；「アルミニウムブレージングハンドブック(改定版)」社団法人軽金属溶接構造協会、p131、図4.11記載のドロップ試験法に準拠して行った。
供試試料；50mm幅×100mmL×0.25mmt
評価方法；重量法
評価条件；窒素雰囲気下、600℃に5分間保持して、通常のろう付を行った。
流動係数Ｋ３の算出；Ｋ３＝（４WB−WO）／(３WO×ろう材クラッド率)
ここで、WO；ろう付前のブレージングシートの質量、WB；ろう付後のブレージングシート下部１／４の質量、ろう材クラッド率；ブレージングシート全厚さに対するろう材厚さの比率、である。
流動係数Ｋ３の評価基準：Ｋ３；０．５以上のとき◎、Ｋ３；０．５未満で０．３５以上のとき○、Ｋ３；０．３５未満のとき×、と判定した。
（ろう付性）
試験方法；「アルミニウムブレージングハンドブック(改定版)」社団法人軽金属溶接構造協会、p133、図4.13(1)、(2)、(3)に記載のすき間充填性試験法に準拠して行った。
供試試料；下板；25mmW×60mmL×0.25mmt、上板；25mmW×55mmL×1.0mmt
評価方法；下板として、実施例、比較例の試験材を上面がろう材側となるようにして置く。上板として、1mmtのアルミニウム3003合金のO材を用いる。スペーサに2φSUSを用いた。フラックスを下板のろう材面側に５ｇ／ｍ２塗布した。
評価条件；窒素雰囲気下、600℃に5分間保持して、通常のろう付を行った。
ろう付性の評価：すきま充填長さFLを測定した。
すきま充填長さFLの評価基準：FL；30mm以上のとき◎、FL；30mm未満で25mm以上のとき○、FL；25mm未満のとき×、と判定した。
試験方法；「アルミニウムブレージングハンドブック(改定版)」社団法人軽金属溶接構造協会、p133、図4.13(1)、(2)、(3)に記載のすき間充填性試験法に準拠して行った。
供試試料；下板；25mmW×60mmL×0.25mmt、上板；25mmW×55mmL×1.0mmt
評価方法；下板として、実施例、比較例の試験材を上面がろう材側となるようにして置く。上板として、1mmtのアルミニウム3003合金のO材を用いる。スペーサに2φSUSを用いた。フラックスを下板のろう材面側に５ｇ／ｍ２塗布した。
評価条件；窒素雰囲気下、600℃に5分間保持して、通常のろう付を行った。
ろう付性の評価：すきま充填長さFLを測定した。
すきま充填長さFLの評価基準：FL；30mm以上のとき◎、FL；30mm未満で25mm以上のとき○、FL；25mm未満のとき×、と判定した。
（ろう付後強度）
ろう付加熱方法；200mmL×150mmW×0.25mmtのサイズの各試験材を用いて、下記のろう付条件でドロップろう付試験を行い、ろう付加熱後に、室温に１週間保持した後、引張り試験を行った。
ろう付条件；窒素雰囲気下、600℃に5分保持して、通常のろう付を行った。
評価用試験片；JIS 5号試験片を用いた。
強度の評価基準；引張り強さが180MPa以上のとき◎◎、180MPa未満で160MPa以上のとき◎、160MPa未満で150MPa以上のとき○、150MPa未満のとき×、と判定した。
ろう付加熱方法；200mmL×150mmW×0.25mmtのサイズの各試験材を用いて、下記のろう付条件でドロップろう付試験を行い、ろう付加熱後に、室温に１週間保持した後、引張り試験を行った。
ろう付条件；窒素雰囲気下、600℃に5分保持して、通常のろう付を行った。
評価用試験片；JIS 5号試験片を用いた。
強度の評価基準；引張り強さが180MPa以上のとき◎◎、180MPa未満で160MPa以上のとき◎、160MPa未満で150MPa以上のとき○、150MPa未満のとき×、と判定した。
（ろう材側耐食性）
ろう付加熱方法；200mmL×150mmW×0.25mmtのサイズの各試験材を用いて、下記のろう付条件でドロップろう付試験を行い、ろう付加熱後に、室温に１週間保持した後、ろう材側耐食性評価試験に供した
ろう付条件；窒素雰囲気下、600℃に5分保持して、通常のろう付を行った。
ろう材側耐食性評価試験方法；腐食試験は、ろう材側を試験面とし、ろう材と反対側面をシールし、SWAAT ASTM G85-A3に準拠して、340h試験を行った。
評価方法；試験後腐食生成物を常法により除去し、腐食深さを焦点深度法により評価した。
ろう材側耐食性の評価基準：腐食深さ；30μm以下のとき◎、腐食深さ30μｍを超え、70μm未満のとき○、70μm以上のとき×、と判定した。
ろう付加熱方法；200mmL×150mmW×0.25mmtのサイズの各試験材を用いて、下記のろう付条件でドロップろう付試験を行い、ろう付加熱後に、室温に１週間保持した後、ろう材側耐食性評価試験に供した
ろう付条件；窒素雰囲気下、600℃に5分保持して、通常のろう付を行った。
ろう材側耐食性評価試験方法；腐食試験は、ろう材側を試験面とし、ろう材と反対側面をシールし、SWAAT ASTM G85-A3に準拠して、340h試験を行った。
評価方法；試験後腐食生成物を常法により除去し、腐食深さを焦点深度法により評価した。
ろう材側耐食性の評価基準：腐食深さ；30μm以下のとき◎、腐食深さ30μｍを超え、70μm未満のとき○、70μm以上のとき×、と判定した。
表１に示すように、本発明の請求項１の規定を満足するろう材は、ろう材記号Ｆ１〜Ｆ１６（試験材Ｎｏ．１〜１６）で示されている。本発明の請求項２の規定を満足するろう材は、ろう材記号Ｆ１７〜Ｆ２２（試験材Ｎｏ．１７〜２２）で示されている。本発明の請求項１の規定を満足しないろう材は、ろう材記号Ｆ２３〜Ｆ２８（試験材Ｎｏ．２３〜２８）で示されている。本発明の請求項２の規定を満足しないろう材は、ろう材記号Ｆ２９（試験材Ｎｏ．２９）で示されている。
表２に示すように、本発明の請求項３の規定を満足する心材は、心材記号Ｃ１〜Ｃ１３（試験材Ｎｏ．３０〜４２）で示されている。本発明の請求項３の規定を満足しない心材は、心材記号Ｃ１４〜Ｃ１９（試験材Ｎｏ．４３〜４８）で示されている。
表３に示されるように、本発明の請求項１または請求項２の規定を満足するろう材と、請求項３の規定を満足する心材との組み合わせからなるブレージングシートの試験材Ｎｏ．４９〜８２（ブレージングシートＢ１〜Ｂ３４）については、流動係数、ろう付性、ろう付後の強度、ろう材側の耐食性、その他の性能について、いずれも優れた性能を有したものであった。
表４の試験材Ｎｏ．８３〜８９のブレージングシートＢ３５〜Ｂ４１は、ろう材が本発明の請求項１または請求項２の規定を満足しないろう材を用いたものであり、流動係数、ろう付性、ろう付後の強度、ろう材側の耐食性、その他の性能のいずれか１つ以上の性能において劣ったものであった。
表４の試験材９０〜９５のブレージングシートＢ４２〜Ｂ４７は、心材が本発明の請求項３の規定を満足しない心材を用いたものであり、流動係数、ろう付性、ろう付後の強度、ろう材側の耐食性、その他の性能のいずれか１つ以上の性能において劣ったものであった。
特に、試験材Ｎｏ．８６、８９、９１は、ろう材の耳割れが大きかったり、ろう材や心材の固相線温度が低下して、クラッド材の製造が困難なものであった。また、試験材Ｎｏ．８８は、ろう材の鋳造時に１００μｍを超える粗大なＳｉ結晶が生成し、チューブの成形時にこれらの粗大なＳｉ結晶粒を起点とした割れが発生し、チューブの成形が困難であった。試験材Ｎｏ．９５は、Ａｌ−Ｍｎの粗大な化合物が割れの起点となり、チューブの成形時に割れが発生して、成形が困難であった。
Claims (3)
- Ｓｉ：４．０〜１３．０質量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５０質量％、Ｐ：０．０００１〜０．００９０質量％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなる合金から構成されるろう材
- 前記合金がさらに、Ｚｎ：１．５〜１０．０質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載のろう材。
- 心材の片面または両面に、請求項１または請求項２に記載のろう材を有するアルミニウム合金ブレージングシートであって、心材がＳｉ：０．１〜１．０質量％、Ｃｕ：０．５〜１．２質量％、Ｍｎ：０．５〜２．０質量％を含有し、さらにＴｉ：０．０５〜０．２５質量％、Ｃｒ：０．０１〜０．２５質量％、Ｍｇ：０．０５〜０．５０質量％のうちのいずれか１種以上を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなるアルミニウム合金から構成され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。
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