JP2014237171A - フラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート及びアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法 - Google Patents

Abstract

【解決課題】不活性ガス雰囲気中で、フラックスを用いることなく、アルミニウム製部材のろう付け接合が可能なアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法及びそれに用いられるフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートを提供すること。
【解決手段】アルミニウム材、アルミニウム合金材、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材からなる基板の表面に、０．１μｍ以上の金属銅層が形成されていることを特徴とするフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート。
【選択図】なし

Description

本発明は、エバポレータ、コンデンサ、ラジエータ、ヒータ、インバータ冷却器などのアルミニウム製の熱交換器や、電気部品の冷却フィン等のアルミニウム製の部材を、フラックスレスろう付けにより接合することができるアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法、及びそれに用いられるフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに関する。

自動車熱交換器、エバポレータ等は、外面にフィンを有し、内面が作動流体（冷媒）の通路となるチューブ、ヘッダー及びタンクから構成されており、必要に応じてチューブの内側にはインナフィンが挿入され、タンク材には配管材が接続されている。

これら構成部材には、ＪＩＳ Ａ３００３などのＡｌ−Ｍｎ系合金単層材、ＪＩＳ Ａ３００３などのＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、芯材の片面あるいは両面にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材をクラッドしたアルミニウム合金クラッド板材、芯材の一方の面にろう材をクラッドし、他方の面にＡｌ−Ｚｎ系合金またはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金の犠牲陽極材をクラッドした三層構造のアルミニウム合金クラッド板材、純アルミニウムあるいはＡｌ−Ｃｕ系合金の多穴管などが用いられている。配管材には、ＪＩＳ Ａ３００３などのＡｌ−Ｍｎ系合金を心材とし、内面、あるいは内面と外面にＪＩＳ Ａ７０７２などのＡｌ−Ｚｎ系合金の犠牲陽極材をクラッドした二層または三層のクラッドパイプが用いられている。

チューブとフィンとの接合、チューブとヘッダープレートとの接合、またはクラッド板からチューブを製造する場合のろう付け接合のために、これらの部材には、７〜１２質量％のＳｉを含有するＡｌ−Ｓｉ系ろう材がクラッドされているクラッド材が用いられている。

そして、ろう付け接合は、フッ化物系フラックスやセシウム系フラックスを用いた不活性ガス雰囲気ろう付け、あるいは、真空ろう付により行われる。

ところが、従来のろう付方法においては、基板表面の酸化皮膜を除去するためにフラックスを用いたり、炉内を真空にしたりする必要があり、熱交換器の製造にかかるコストが高いといった問題があった。また、フラックスを用いるろう付においては基板にＭｇを含む場合、フラックスとＭｇが反応して酸化皮膜の除去が困難となり健全な金属継手が得られない問題があった。さらに、真空ろう付においては、犠牲陽極層である皮材に添加したＺｎがろう付中に蒸発するため、皮材の犠牲陽極効果を得られない問題もあった。

そこで、フラックスを用いないろう付け接合方法が検討されており、特許文献１には、フラックスレスろう付け方法が開示されている。

特表２００５−５１０３６５号公報（特許請求の範囲）

しかし、特許文献１に開示されているフラックスレスろう付け方法では、ろう材となる共晶形成層の表面に、酸化皮膜の生成を抑制する効果を有するニッケルなどのろう付け促進層となる皮膜を形成させる必要があり、製造コストを増大させるという問題があった。

従って、本発明の目的は、不活性ガス雰囲気中で、フラックスを用いることなく、アルミニウム製部材のろう付け接合が可能なアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法及びそれに用いられるフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、金属銅層が形成されているアルミニウム製シートを用いることにより、大気圧下の不活性ガス雰囲気中で、フラックスを用いることなくろう付け接合が可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明（１）は、アルミニウム材、アルミニウム合金材、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材からなる基板の表面に、０．１μｍ以上の金属銅層が形成されていることを特徴とするフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートを提供するものである。

また、本発明（２）は、アルミニウム材、アルミニウム合金材、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材からなる基板の表面に、０．９μｍ以上の金属銅層が形成されていることを特徴とするフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートを提供するものである。

また、本発明（３）は、一方のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの加工材（ａ）と他方のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの加工材（ｂ）とをろう付け接合するアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法であって、
該加工材（ａ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート及び該加工材（ｂ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのいずれもが、アルミニウム材、アルミニウム合金材、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材からなる基板の表面に、０．１μｍ以上の金属銅層が形成されているフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートであり、
該加工材（ａ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに形成されている金属銅層の厚みと、該加工材（ｂ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに形成されている金属銅層の厚みの合計が、１．０μｍ以上であり、
該加工材（ａ）及び該加工材（ｂ）を、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の不活性ガス雰囲気中、５５０℃以上でろう付け加熱すること、
を特徴とするアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法を提供するものである。

本発明によれば、不活性ガス雰囲気中で、フラックスを用いることなく、アルミニウム製部材のろう付け接合が可能なアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法及びそれに用いられるフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートを提供することができる。

実施例及び比較例における試験材の組み立て図である。 実施例及び比較例において形成されるフィレットを示す図である。

本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートは、アルミニウム材、アルミニウム合金材、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材からなる基板の表面に、０．１μｍ以上の金属銅層が形成されていることを特徴とするフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートである。

本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートは、基板の表面に金属銅層が形成されているアルミニウム製のシートである。

基板は、アルミニウム材（ａ）、アルミニウム合金材（ｂ）、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材（ｃ）からなる。

基板となるアルミニウム材（ａ）は、アルミニウム及び不可避不純物からなる。つまり、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのうち、基板がアルミニウム材（ａ）の場合、アルミニウム及び不可避不純物からなるシート状のアルミニウム材（ａ）の片面又は両面に、金属銅層が形成されている。

基板となるアルミニウム合金材（ｂ）に係るアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｆｅ系合金、Ａｌ−Ｎｉ系合金等が挙げられる。つまり、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのうち、基板がアルミニウム合金材（ｂ）の場合、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｆｅ系合金、Ａｌ−Ｎｉ系合金等のアルミニウム合金からなるシート状のアルミニウム合金材（ｂ）の片面又は両面に、金属銅層が形成されている。

基板となるクラッド材（ｃ）は、心材の両面又は片面に皮材がクラッドされたクラッド材である。クラッド材（ｃ）の心材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる。クラッド材（ｃ）の心材に係るアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｆｅ系合金、Ａｌ−Ｎｉ系合金等が挙げられる。クラッド材（ｃ）の皮材は、アルミニウム合金からなる。クラッド材（ｃ）の皮材に係るアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｚｎ系合金が挙げられる。つまり、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのうち、基板がクラッド材（ｃ）の場合、アルミニウム若しくはアルミニウム合金（Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｆｅ系合金、Ａｌ−Ｎｉ系合金等のアルミニウム合金）からなる心材の片面若しくは両面に、Ａｌ−Ｚｎ系合金等のアルミニウム合金からなる皮材がクラッドされているシート状のクラッド材（ｃ）の片面又は両面に、金属銅層が形成されている。通常、クラッド材（ｃ）にクラッドされている皮材は、犠牲陽極材であるが、犠牲陽極材に限定されることはない。

基板を構成する上記アルミニウム合金に係るＡｌ−Ｃｕ系合金は、５．０質量％以下のＣｕ、１．５質量％以下のＳｉ、１．０質量％以下のＦｅ、２．０質量％以下のＭｎ、２．０質量％以下のＭｇ、５．０質量％以下のＺｎ及び０．５質量％以下のＴｉを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。Ｃｕ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎが上記範囲外だと、材料の固相線が低下し、ろう付加熱時に材料が溶融する恐れがある。Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉが上記範囲外だと、板の製造が困難になる。

基板を構成する上記アルミニウム合金に係るＡｌ−Ｓｉ系合金は、１．５質量％以下のＳｉ、１．０質量％以下のＦｅ、１．０質量％以下のＣｕ、１．５質量％以下のＭｎ、１．５質量％以下のＭｇ、１．５質量％以下のＺｎ及び０．５質量％以下のＴｉを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎが上記範囲外だと、材料の固相線が低下し、ろう付時に材料が溶融する恐れがある。Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉが上記範囲外だと、板の製造が困難になる。

基板を構成する上記アルミニウム合金に係るＡｌ−Ｍｎ系合金は、２．０質量％以下のＭｎ、１．５質量％以下のＳｉ、１．０質量％以下のＦｅ、１．５質量％以下のＣｕ、１．５質量％以下のＭｇ、１．５質量％以下のＺｎ及び０．５質量％以下のＴｉを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎが上記範囲外だと、材料の固相線が低下し、ろう付時に材料が溶融する恐れがある。Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉが上記範囲外だと、板の製造が困難になる。

基板を構成する上記アルミニウム合金に係るＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金は、Ｓｉ及びＭｇを合計で３．０質量％以下含有し、更に、１．０質量％以下のＦｅ、１．５質量％以下のＣｕ、１．５質量％以下のＺｎ及び０．５質量％以下のＴｉを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。Ｓｉ＋Ｍｇ、Ｃｕ、Ｚｎが上記範囲外だと、材料の固相線が低下し、ろう付時に材料が溶融する恐れがある。Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉが上記範囲外だと、板の製造が困難になる。

基板を構成する上記アルミニウム合金に係るＡｌ−Ｚｎ系合金は、１０．０質量％以下のＺｎ、１．５質量％以下のＳｉ、１．０質量％以下のＦｅ、５．０質量％以下のＣｕ、１．５質量％以下のＭｎ、１．５質量％以下のＭｇ及び０．５質量％以下のＴｉを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎが上記範囲外だと、材料の固相線が低下し、ろう付時に材料が溶融する恐れがある。Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉが上記範囲外だと、板の製造が困難になる。

基板を構成する上記アルミニウム合金に係るＡｌ−Ｆｅ系合金は、１．５質量％以下のＦｅ、１．５質量％以下のＳｉ、１．５質量％以下のＣｕ、１．５質量％以下のＭｎ、１．５質量％以下のＭｇ及び０．５質量％以下のＴｉを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎが上記範囲外だと、材料の固相線が低下し、ろう付時に材料が溶融する恐れがある。Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉが上記範囲外だと、板の製造が困難になる。

基板を構成する上記アルミニウム合金に係るＡｌ−Ｎｉ系合金は、４．０質量％以下のＮｉ、１．５質量％以下のＳｉ、１．５質量％以下のＦｅ、１．５質量％以下のＣｕ、１．５質量％以下のＭｎ、１．５質量％以下のＭｇ及び０．５質量％以下のＴｉを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎが上記範囲外だと、材料の固相線が低下し、ろう付時に材料が溶融する恐れがある。Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉが上記範囲外だと、板の製造が困難になる。

本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに係る金属銅層は、基板の表面に形成されている金属銅の層である。金属銅層は、金属銅からなるが、不純物として他の成分を含有することは許容される。そして、金属銅層中の他の成分の含有量が少ない方が好ましく、具体的には金属銅層中の銅の含有量は９９質量％以上が好ましい。

基板の表面に金属銅層を形成させる方法は、特に制限されず、例えば、蒸着法により基板の表面に金属銅を蒸着させて金属銅の薄膜を形成させる方法、スパッタリング法により金属銅を基板の表面に堆積させて金属銅の薄膜を形成させる方法、湿式メッキ法により基板の表面に銅のメッキ被膜を形成させる方法、基板の表面に銅箔を接着させる方法、基板用鋳塊の表面に銅板材をクラッドし、熱間圧延により複合材を作成する方法等が挙げられる。

蒸着法は、金属膜の原料となる金属を加熱して蒸発させ、金属膜を形成させる対象物の表面に、蒸発した金属を堆積させる方法である。

スパッタリング法は、金属膜の原料となる金属に高エネルギーの粒子を衝突させ、飛散した金属粒子を、金属膜を形成させる対象物の表面に堆積させる方法である。

湿式メッキ法は、硫酸銅水溶液中に金属膜を形成させる対象物と対極となる銅板を浸漬させ、対象物を陰極、銅板を陽極として電流を流すことにより行われる。

そして、金属銅層は、蒸着法又はスパッタリング法により形成された金属銅層であることが、基板と金属銅層との密着性が高くなるために、ろう付け加熱時において基板と金属銅層の界面で共晶融解が起こり易くなる点で、好ましい。

また、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートは、基板の表面に金属銅層が形成される前に、アルカリ洗浄又は酸洗浄により、あるいは、スパッタリングにより、基板の表面の酸化被膜が除去され、酸化被膜の除去処理が行われた基板の表面に金属銅層が形成されたものであることが、基板と金属銅層との密着性が高くなるために、ろう付け加熱時において基板と金属銅層の界面で共晶融解が起こり易くなる点で、好ましい。

本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートにおいて、基板の表面に形成されている金属銅層の厚みは、０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、特に好ましくは０．９μｍ以上、更に好ましくは１．０μｍ以上である。なお、本発明において、金属銅層の厚みは、金属銅層全体の平均値である。また、金属銅層の厚みの測定は、以下のようにして行われる。測定対象となるアルミニウム製シートを１０ｍｍ×１０ｍｍに切断した後、クロスセクションポリッシャ法と呼ばれる方法で、アルミニウム製シートの断面を露出させる。すなわち、アルミニウム製シートの表面の一部に遮蔽板を設置し、表面に対してアルゴンイオンビームを照射すると、遮蔽板の設置されていないアルミニウム製シートが除去されるため、遮蔽板の端部に位置するアルミニウム製シートの断面を、平滑に、だれることなく、露出させることができる。その断面を、走査型電子顕微鏡にて倍率２０００〜１万倍で観察し、断面の任意の５か所の銅層の厚みを測定する。次いで、異なる位置で、測定対象となるアルミニウム製シートを切断し、同様に、切断面の任意の５か所の銅の厚みを測定する。そして、測定値を平均して、平均値を金属銅層の厚みとする。

本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートにおいて、基板の表面に形成されている金属銅層の厚みの上限であるが、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートは、ろう付け加熱されると、金属銅層のＣｕと基板のアルミニウムの界面でＡｌ−Ｃｕ共晶となって融解し、それがろう材となって接合部位に流動していき、ろう付け接合が行われる。従って、金属銅層の量にともなって基板のＡｌも溶解するため、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの基板の厚みに対して、金属銅層の厚みが大き過ぎると、基板の溶解量が大きくなり、基板自体の強度が保たれずに座屈してしまうおそれがある。このことから、基板の表面に形成されている金属銅層の厚みの上限については、金属銅層の厚みが、基板の厚みの１／７以下、好ましくは１／１０以下である。また、金属銅層の形成時間と生産効率との観点からは、基板の表面に形成されている金属銅層の厚みは、１００μｍ以下であることが、好ましい。

ろう付け接合は、一方のアルミニウム製部材（ａ）と他方のアルミニウム製部材（ｂ）とを接合するために行われるが、本発明では、一方のアルミニウム製部材（ａ）と他方のアルミニウム製部材（ｂ）の両方に、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの加工材を用いることにより、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の不性ガス雰囲気中で５５０℃以上、好ましくは５５５℃以上で加熱すれば、フラックスを用いることなく、ろう付け接合を行うことができる。このとき、一方のアルミニウム製部材（ａ）を構成するフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの金属銅層の厚みと、他方のアルミニウム製部材（ｂ）を構成するフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの金属銅層の厚みの合計が、１．０μｍ以上であると、接合部にフィレットが形成されて、ろう付け接合が可能となる。例えば、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのうち、金属銅層の厚みが０．１μｍのものは、ろう付けの相手となるアルミニウム製シートが、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのうち、金属銅層の厚みが０．９μｍ以上のものであれば、合計の金属銅層の厚みが１．０μｍ以上となるので、両者を用いて、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の不性ガス雰囲気中、５５０℃以上、好ましくは５５５℃以上の加熱で、フラックスレスろう付け接合を行うことができる。つまり、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのうち、金属銅層の厚みが０．１μｍ以上０．９μｍ未満のものは、ろう付け接合の相手材に、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのうち、金属銅層の厚みが合計で１．０μｍ以上となるものを選択することにより、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の不性ガス雰囲気中、５５０℃以上、好ましくは５５５℃以上の加熱で、フラックスレスろう付け接合を行うことができる。また、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの金属銅層の厚みは０．１μｍ以上であるので、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのうち、金属銅層の厚みが０．９μｍ以上のものは、相手材がどのような本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートであっても、金属銅層の合計の厚みが１．０μｍ以上となるため、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の不性ガス雰囲気中、５５０℃以上、好ましくは５５５℃以上の加熱で、フラックスレスろう付け接合を行うことができる。

本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートにおいて、金属銅層を、基板の両面に形成させるか、片面に形成させるか、あるいは、片面に形成させる場合にいずれの面に形成させるかは、アルミニウム製シートが何に用いられるか、組み付け体のどこにフィレットが形成されるか等により、適宜選択される。

本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの厚み（基材＋金属銅層）は、０．０１〜３．０ｍｍ、好ましくは０．０３〜３．０ｍｍである。

本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートは、熱交換器のフィン材用、チューブ材用、ヘッダ材用又はタンク材用のアルミニウム製シートとして、好適に用いられる。つまり、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートは、熱交換器のフィン材、チューブ材、ヘッダ材又はタンク材の形状に加工され、ろう付けされる。また、他には、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートは、電気機器の冷却フィン材として用いられる。

本発明のアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法は、一方のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの加工材（ａ）と他方のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの加工材（ｂ）とをろう付け接合するアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法であって、
該加工材（ａ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート及び該加工材（ｂ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのいずれもが、アルミニウム材、アルミニウム合金材、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材からなる基板の表面に、０．１μｍ以上の金属銅層が形成されているフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートであり、
該加工材（ａ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに形成されている金属銅層の厚みと、該加工材（ｂ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに形成されている金属銅層の厚みの合計が、１．０μｍ以上であり、
該加工材（ａ）及び該加工材（ｂ）を、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の不活性ガス雰囲気中、５５０℃以上でろう付け加熱すること、
を特徴とするアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法である。

本発明のアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法は、一方のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの加工材（ａ）と他方のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの加工材（ｂ）とをろう付け接合するためのろう付け方法であり、ろう付けを行う加工材（ａ）及び加工材（ｂ）の両方に、本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートを加工して得られる加工材を用いるろう付け方法である。

本発明のアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法に係るフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート、すなわち、加工材（ａ）に加工されるフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート及び加工材（ｂ）に加工されるフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートは、前記本発明のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートと同様である。

本発明のアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法では、加工材（ａ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに形成されている金属銅層の厚みと、加工材（ｂ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに形成されている金属銅層の厚みの合計が、１．０μｍ以上、好ましくは３．０μｍ以上である。金属銅層の厚みの合計が上記範囲未満だと、正常にろう付け接合が行われない。また、加工材（ａ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに形成されている金属銅層の厚みと、加工材（ｂ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに形成されている金属銅層の厚みの合計の上限は、基板の厚み等により適宜選択されるが、好ましくは１００μｍである。

本発明のアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法では、加工材（ａ）と加工材（ｂ）を組み付けた後、加工材（ａ）及び加工材（ｂ）を、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の不活性ガス雰囲気中、５５０℃以上、好ましくは５５５℃以上でろう付け加熱することにより、ろう付け接合を行う。不活性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等が挙げられる。不活性ガス中の酸素濃度は、１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１０ｐｐｍ以下である。不活性ガス中の酸素濃度が上記範囲を超えると、ろう付け接合が正常に行われない。加熱温度は、５５０℃以上、好ましくは５５５℃以上、特に好ましくは５６０℃以上である。Ａｌ−Ｃｕ共晶の融点は、５４８℃なので、加熱温度が５４８℃以上であれば、ろう付けが可能であるが、加熱炉内の温度の制御等の観点からは、５５０℃以上が好ましい。加熱温度の上限値であるが、加熱温度は、基板の融点以下の温度であればよく、基板の種類により適宜選択されるが、６１０℃以下が好ましい。また、ろう付け加熱温度が低く、ろう付け加熱の際に酸化され難いという点で、加熱温度は、５８０℃以下が好ましい。ろう付け加熱は、通常、大気圧下で行われる。

そして、本発明のアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法では、フラックスを用いることなく、ろう付け接合を行う。

なお、チューブ材において、１枚のろう付け接合用アルミニウム製シートが筒状に加工され、その両端同士がろう付け接合される場合、１枚のろう付け接合用アルミニウム製シートの両端同士のろう付け接合においては、本発明のアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法における加工材（ａ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート及び加工材（ｂ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートとは、いずれも、筒状に加工される前の１枚のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートを指す。

本発明では、フラックスを用いなくても、基板の表面に存在している金属銅が、ろう付け加熱により、基材のアルミニウムと反応してＡｌ−Ｃｕ共晶となって溶融し、それが接合部位に流動することにより、フレットを形成する。一方、基板の表面にＳｉ層が形成されているアルミニウム製シートでは、フラックスを用いないと、ろう付け加熱したときに、Ａｌ−Ｓｉ共晶は生じるものの、それが接合部位に流動しないので、フレットは形成されない。これは、ＣｕがＳｉに比べて酸化され難いので、ろう付け加熱のときの金属銅層の表面に存在する酸化物がＳｉの場合に比べて少ないため、ろう付け加熱によって生じたＡｌ−Ｃｕ共晶が接合部位に流動することができるが、ＳｉはＣｕに比べて酸化され易いので、ろう付け加熱のときに、金属Ｓｉ層の表面に酸化被膜が存在しているため、ろう付け加熱によって生じたＡｌ−Ｓｉ共晶が接合部位に流動することができないためであると推測される。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。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るものではない。

（実施例及び比較例）
＜基板の作製＞
連続鋳造により、表１に示す化学組成の合金を準備した。
次いで、熱間圧延及び冷間圧延により、表２示す板厚の基板を作製した。なお、Ｃ１９については、皮材としてＡ１０を、心材としてＡ１を用いて、熱間圧延及び冷間圧延により、片面にＡ１０がクラッド率１０％でクラッドされた表２に示す板厚の基板を作製した。

＜基板の酸化被膜の除去＞
上記のようにして得た基板に、表２に示す下地処理を行った。
（１）酸洗浄
・処理液：０．２％ＨＮＯ_３と１．０％Ｈ_２ＳＯ_４の混合液
・処理液の温度：６０℃
・処理時間：５秒間浸漬
・後処理：６０℃で１秒間水洗後、１３０℃で３秒間熱風乾燥
（２）アルカリ洗浄
・処理液：０．１％ＮａＯＨ水溶液
・処理液の温度：５５℃
・処理時間：５秒間浸漬
・後処理：６０℃で１秒間水洗後、１３０℃で３秒間熱風乾燥
（３）スパッタリング
・スパッタ元素：Ａｒ
・印加電圧：３ｋＶ
・印加電流：３００ｍＡ
・時間：３００秒

＜金属銅膜の成膜＞
上記のようにして得た下地処理後の基板の片面に、表２に示す方法で、表２に示す膜厚のＣｕ膜を成膜して、金属銅層が形成されているアルミニウム製シートを得た。なお、Ｃ２２では、基板の下地処理を行なわずに、成膜を行った。Ｄ７では、基板の下地処理のみ行い、成膜を行わなかった。Ｄ５及びＤ６では、Ｃｕの代わりにＳｉを用いて、Ｓｉ膜の成膜を行った。
（１）蒸着法
・基板の寸法：５０×２００ｍｍ
・基板温度：室温
・雰囲気圧力：０．００１Ｐａ以下
・ヒーター出力：０．５〜５ｋＷ
・成膜速度：１〜５ｎｍ／ｓ
（２）スパッタリング法
・基板の寸法：５０×２００ｍｍ
・基板温度：室温
・スパッタ元素：Ａｒ
・雰囲気圧力：０．００１Ｐａ以下
・印加電圧：３ｋＶ
・印加電流：３００ｍＡ
・成膜速度：０．１ｎｍ／ｓ
（３）金属銅層の厚みの測定
得られた金属銅層が形成されているアルミニウム製シートから、１０ｍｍ×１０ｍｍ切り出し、金属銅層の厚みの測定対象とした。次いで、アルミニウム製シートをクロスセクションポリッシャ法により断面を露出させ、走査型電子顕微鏡にて倍率２０００〜１万倍で観察し、切断面の任意の５か所の銅層の厚みを測定した。次いで、異なる位置で、測定対象となるアルミニウム製シートを切断し、同様に、切断面の任意の５か所の銅の厚みを測定した。得られた測定値を平均して、平均値を金属銅層の厚みとして求めた。

＜ろう付け接合試験＞
得られた金属銅層が形成されているアルミニウム製シートを、図１に示す水平板（２５ｍｍ×６０ｍｍ）又は垂直板（２０ｍｍ×５５ｍｍ）の大きさに切り出し、表３に示す組み合わせで、逆Ｔ字に組み立てた。次いで、組み立てた逆Ｔ字試験片を、表３に示す酸素濃度の窒素ガス雰囲気で、表３に示す加熱温度でろう付け加熱した。試験後の逆Ｔ字試験片を観察し、フィレットの形成状態から、ろう付け性を評価した。その結果を表３に示す。
なお、図１中、逆Ｔ字試験片では、図１中の水平板の上面側をＣｕ膜が形成されている側の面にし、図１中の垂直板の向かって右側の面（図１で見えている側の面）をＣｕ膜が形成されている側の面にした。
（フィレット接触角）
逆Ｔ字試験片のフィレット形成部を樹脂埋め研磨した後、顕微鏡にて倍率５０〜４００倍で観察し、図２に示すように、フィレットと水平板との接触角を測定し、接触角が３０°以下の場合を合格「○」とし、３０°を超えた場合を不合格「×」とした。
（接合率）
逆Ｔ字試験片に形成されたフィレットの外観を、顕微鏡にて倍率１０〜５０倍で観察し、フィレット切れを生じた長さを測定し、下記式（１）により、接合率を計算した。なお、接合率が２０％以上の場合が合格である。
接合率（％）＝（（継手長さ−Σフィレット切れ長さ）／５０）×１００
（継手長さ＝５０ｍｍ、フィレット切れの少ない方で測定、フィレット切れ長さ：フィレット切れが複数個所で起きている場合、その積算をΣフィレット切れ長さとする。）

Claims (8)

1. アルミニウム材、アルミニウム合金材、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材からなる基板の表面に、０．１μｍ以上の金属銅層が形成されていることを特徴とするフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート。
2. アルミニウム材、アルミニウム合金材、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材からなる基板の表面に、０．９μｍ以上の金属銅層が形成されていることを特徴とするフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート。
3. 熱交換器のフィン材用、チューブ材用、ヘッダ材用又はタンク材用のアルミニウム製シートであることを特徴とする請求項１又は２いずれか１項記載のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート。
4. 厚みが０．０１〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート。
5. 前記金属銅層が、蒸着法又はスパッタリング法により形成された金属銅層であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート。
6. アルミニウム材、アルミニウム合金材、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材からなる基板を、アルカリ洗浄又は酸洗浄、あるいは、スパッタリングにより処理した後に、蒸着法又はスパッタリング法により、該金属銅層の形成面に、前記金属銅層を形成させたものであることを特徴とする請求項５記載のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート。
7. 一方のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの加工材（ａ）と他方のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートの加工材（ｂ）とをろう付け接合するアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法であって、
   該加工材（ａ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート及び該加工材（ｂ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートのいずれもが、アルミニウム材、アルミニウム合金材、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる心材の片面若しくは両面に皮材がクラッドされているクラッド材からなる基板の表面に、０．１μｍ以上の金属銅層が形成されているフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートであり、
   該加工材（ａ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに形成されている金属銅層の厚みと、該加工材（ｂ）のフラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シートに形成されている金属銅層の厚みの合計が、１．０μｍ以上であり、
   該加工材（ａ）及び該加工材（ｂ）を、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の不活性ガス雰囲気中、５５０℃以上でろう付け加熱すること、
   を特徴とするアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法。
8. 前記不活性ガス雰囲気の酸素濃度が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項７記載のアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法。