JP3765327B2 - ろう付用アルミニウム合金複合部材及びろう付方法 - Google Patents
ろう付用アルミニウム合金複合部材及びろう付方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用ラジエータのチューブ材等に使用されるブレージングシートとして好適のろう付用アルミニウム合金複合部材及びろう付方法に関し、強度及び耐食性が高いと共に、ろう付性が良好なろう付用アルミニウム合金複合部材及びろう付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用ラジエータのチューブ材等に使用されるろう付用アルミニウム合金複合部材には、Ａｌ−Ｍｎ系の合金（ＪＩＳ ３００３）を芯材とし、この芯材にＡｌ−Ｓｉ系のろう材を積層したブレージングシート使用されていた。しかし、Ａｌ−Ｍｎ系の合金（ＪＩＳ ３００３）を芯材した場合は、ブレージングシートのろう付後の強度は約１１０Ｎ／ｍｍ2であり、強度が不十分であることに加え、耐食性についても十分であるとはいえなかった。ろう付後の強度については、芯材とする合金材にＭｇを添加することにより、向上させることができるものの、ろう材による芯材の浸食が大きくなるため、ろう付性が低下することに加え、耐食性が低下してしまうという問題点があった。特にノコロック法によるろう付では、芯材のＭｇ含有量が０．２重量％を超えた場合に、ろう付性が極めて低下する。このため、芯材の合金にＭｇを添加することはあまり好ましくない。
【０００３】
そこで、ろう付性を低下させることがなく、ろう付後の強度を向上させる技術が提案されている（特開平２−１７５０９３号公報、特開平４−１９８４４６号公報、特開平４−１９８４４７号公報、特開平４−１９８４４８号公報、特開平２−５０９３４号公報、特開平２−１４２６７２号公報、特開平４−２９７５４１号公報、特開平５−２３０５７７号公報及び特開平６−１４５８５９号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公知技術では、アルミニウム合金複合部材の更に一層の薄肉化を図るためには、不十分であるという問題点がある。
【０００５】
特開平２−１７５０９３号公報に記載のアルミニウム合金複合部材では、皮材におけるＺｎ含有量が２重量％以下と少ないため、芯材のＣｕ含有量が０．２重量％を超えた場合に、犠牲陽極効果が不十分となり、粒界腐食が発生する虞れがある。また、芯材がＴｉを含有していないため、十分な耐食性を得ることができないという難点がある。
【０００６】
特開平４−１９８４４６号公報に記載のアルミニウム合金複合部材では、皮材にＺｎが添加されておらず、Ｚｎに替えてＩｎ、Ｓｎ及び／又はＧａ等が添加されている。しかしながら、これらの元素はあまり一般的に使用されないものであるため、製造コストを上昇させるという問題点がある。また、このような元素を添加した場合は、スクラップ後の再利用性について問題が生じる。このため、前述の元素を皮材に添加することはあまり好ましくない。なお、特開平４−１９８４４６号公報における実施例には、皮材にＺｎを添加したものを記載されているが、その添加量が１．５重量％と少ないため、芯材にＣｕを０．２重量％を超えて添加した場合に、犠牲陽極効果が不十分となり、粒界腐食が発生する虞れがある。
【０００７】
特開平４−１９８４４７号公報に記載のアルミニウム合金複合部材では、皮材にＺｎが添加されているものの、その添加量が０．５乃至２．０重量％と少量であるため、芯材にＣｕを０．２重量％を超えて添加した場合に、犠牲陽極効果が不十分となり、粒界腐食が発生する虞れがある。
【０００８】
特開平４−１９８４４８号公報に記載のアルミニウム合金複合部材では、皮材にＺｎが添加されていないため、上述のアルミニウム合金複合部材と同様に、芯材にＣｕを０．２重量％を超えて添加した場合に、粒界腐食が発生する虞れがある。
【０００９】
また、上述の従来技術に加え特開平２−５０９３４号公報、特開平２−１４２６７２号公報、特開平４−２９７５４１号公報、特開平５−２３０５７７号公報及び特開平６−１４５８５９号公報に記載のアルミニウム合金複合部材においても、ろう付後のアルミニウム合金複合部材の強度は最大で２００Ｎ／ｍｍ2程度であり、より一層の薄肉化を図るためには、この強度では不十分である。
【００１０】
このように上述の従来技術では、強度、耐食性及びろう付性のいずれついても兼ね備えたアルミニウム合金複合部材を得ることは困難である。その一方で、自動車用のラジエータのような熱交換器等においては、軽量化及び製造コストの低減を図るために、素材を薄肉化することが要望されている。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高強度であると共に高耐食性を有し、更にろう付性が良好なろう付用高強度アルミニウム合金複合部材及びろう付方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合部材は、Ｆｅ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、Ｃｕ：０．３乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．８乃至１．５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物であり、前記不可避的不純物のうちＭｇ含有量を０．２質量％以下に規制し、更に、前記Ｓｉ及びＣｕの総含有量が１．３乃至１．６質量％である組成の芯材と、前記芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、前記芯材の他面に形成されＭｇ：２．０乃至３．０質量％、Ｚｎ：２．２を超え５．０質量％以下及びＳｉ：０．１乃至１．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成の皮材とを有し、ろう付後に前記皮材と前記芯材との境界部にＭｇ２Ｓｉが析出していることを特徴とする。
【００１３】
前記芯材は、更にＣｒ：０．３重量％以下及びＺｒ：０．３重量％以下からなる群から選択された１種以上の元素を含有することが好ましい。この場合に、前記芯材のＣｒ含有量は０．０２重量％以上であることが好ましく、また前記芯材のＺｒ含有量は０．０２重量％以上であることが好ましい。
【００１４】
前記芯材のＭｇ含有量は０．１重量％以下に規制されていることが好ましい。
前記芯材のＣｕ含有量は０．８重量％以下であることが好ましい。
【００１５】
前記芯材のＦｅ含有量は０．０２重量％以上であることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合部材は、被接合材にろう付後、前記芯材の孔食電位は前記皮材及びろう材の孔食電位に比して貴であり、前記芯材と前記皮材との孔食電位差が８０乃至１８０ｍＶであることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る第１のろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法は、Ｆｅ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、Ｃｕ：０．３乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．８乃至１．５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうちＭｇ含有量を０．２質量％以下に規制し、更に、前記Ｓｉ及びＣｕの総含有量が１．３乃至１．６質量％である組成の芯材と、この芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、前記芯材の他面に形成されＭｇ：２．０乃至３．０質量％、Ｚｎ：２．２を超え５．０質量％以下及びＳｉ：０．１乃至１．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成の皮材とを有するろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法であって、前記アルミニウム合金複合部材を被接合材に加熱してろう付した後に、冷却速度を３５℃／分以上として冷却し、次いで１７０乃至２００℃の温度で２５分以上時効処理することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る第２のろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法は、Ｆｅ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、Ｃｕ：０．３乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．８乃至１．５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうちＭｇ含有量を０．２質量％以下に規制し、更に、前記Ｓｉ及びＣｕの総含有量が１．３乃至１．６質量％である組成の芯材と、この芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、前記芯材の他面に形成されＭｇ：２．０乃至３．０質量％、Ｚｎ：２．２を超え５．０質量％以下及びＳｉ：０．１乃至１．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成の皮材とを有するろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法であって、前記アルミニウム合金複合部材を被接合材に加熱してろう付した後に、５５０乃至２００℃までの冷却速度を［冷却速度（℃／分）］≧−３５００×［芯材のＭｇ含有量（質量％）］＋８００として冷却し、次いで１７０乃至２００℃の温度で２５分以上時効処理することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアルミニウム合金複合部材は、芯材の一面に皮材が積層され、他面にろう材が積層させたものである。本願発明者等は、Ｃｕは芯材の強度向上に不可欠な成分であるものの、Ｃｕが芯材の結晶粒界に析出し、粒界に隣接するマトリックスのＣｕ含有量が減少して、孔食電位が皮材に対して卑な帯域（ＰＦＺ）が形成され、ＰＦＺが腐食されやすくなることを見出した。芯材の強度を向上させつつ、この腐食を防止するために種々実験研究した結果、ＣｕによってＰＦＺが形成される場合でも、２．２重量％を超えるＺｎを皮材に含有させることにより、皮材の孔食電位を低下させてＰＦＺより卑なものとすれば、耐食性を良好なものとしつつ、芯材の強度を向上させることができることを見出した。
【００２０】
また、本発明に係るアルミニウム合金複合部材は、芯材が適量のＳｉを含有すると共に、皮材が適量のＭｇを含有するため、ろう付後、芯材と皮材との接触部にＭｇ2Ｓｉが析出し、アルミニウム合金複合部材の強度が向上する。
【００２１】
本発明に係るアルミニウム合金複合部材のろう付方法においては、上述のアルミニウム合金複合部材をろう付した後、冷却速度並びに時効処理における処理温度及び処理時間を適切なものとして、芯材と皮材との接触部にＭｇ2Ｓｉを析出させ、ろう付後のアルミニウム合金複合部材の引張強さを向上させる。
【００２２】
以下、ろう付用アルミニウム合金複合部材における芯材、皮材及びろう材の成分限定理由並びにろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法における冷却速度及び時効処理条件の数値限定理由について説明する。先ず、芯材のアルミニウム合金材の成分限定理由について説明する。
【００２３】
芯材のＭｇ（マグネシウム）：０．２重量％以下
Ｍｇは芯材の強度を向上させる効果が大きい元素である。但し、Ｍｇ含有量が０．２重量％を超えると、ろう付性が低下してしまう。特に、ノコロック法によるろう付ではその低下が極めて大きい。従って、芯材のＭｇ含有量を０．２重量％以下に規制する。但し、ろう付性の低下をより一層抑制するためには、Ｍｇ含有量を０．１重量％以下とすることが好ましい。
【００２４】
芯材のＣｕ（銅）：０．３乃至１．０重量％
Ｃｕは芯材の強度を向上させる元素であり、またろう材側の耐食性も向上させる。しかし、芯材にＣｕを添加すると、粒界腐食感受性が増大するため、皮材面側の耐食性を低下させてしまう。即ち、Ｃｕはアルミニウムマトリックスに固溶して芯材の孔食電位を貴なものとするものの、同時にＣｕは結晶粒界に析出しやすいため、同粒界に隣接するマトリックスではＣｕ含有量が減少して、孔食電位が卑な帯域（ＰＦＺ）が発生し、ＰＦＺで腐食が発生しやすくなる。そこで、後述のように皮材に２．２重量％を超えてＺｎを含有させることにより、皮材の孔食電位をＰＦＺに対して卑に設定することができ、粒界腐食を防止することができる。即ち、皮材のＺｎ含有量を多くすることによって、芯材に対する皮材の電位を芯材マトリックスに加え、ＰＦＺに対しても低く設定することが可能となり、粒界腐食を防止しつつ、芯材にＣｕを所定量含有させることが可能となった。
【００２５】
Ｃｕ含有量が０．３重量％未満では、芯材の強度を向上させるには不十分である。一方、Ｃｕ含有量が１．０重量％を超えると、芯材の融点が低下し、ろう付作業性が低下する。従って、芯材のＣｕ含有量は０．３乃至１．０重量％とし、好ましくは、Ｃｕ含有量を０．８重量％以下とする。
【００２６】
芯材のＳｉ（けい素）：０．３乃至１．０重量％
Ｓｉは芯材の強度を向上させる元素であり、特にＭｎ−Ｓｉ系析出物と皮材から拡散するＭｇとが反応して、Ｍｇ2Ｓｉ金属間化合物が析出し、これにより芯材の強度が向上する。Ｓｉ含有量が０．３重量％未満では、析出するＭｇ2Ｓｉ金属間化合物の量が少ないため、芯材の強度の向上が不十分となる。一方、Ｓｉ含有量が１．０重量％を超えると、芯材の融点が低下すると共に、低融点相の増加に起因してろう付作業性が低下する。従って、芯材のＳｉ含有量は０．３乃至１．０重量％とする。
【００２７】
芯材のＣｕ及びＳｉ：総量で１．３乃至１．６重量％
上述のように、Ｃｕ及びＳｉのいずれについても、その含有量が１．０重量％を超えると、ろう付作業性が低下する。但し、Ｃｕ及びＳｉの含有量がいずれも１．０重量％以下であっても、総量で１．６重量％を超えると、ろう付作業性が低下する。一方、Ｃｕ及びＳｉの含有量が、いずれも０．３重量％以上であっても、総量で１．３重量％未満の場合は、芯材の強度向上が不十分となる。従って、芯材のＣｕ及びＳｉの含有量は総量で１．３乃至１．６重量％とする。
【００２８】
芯材のＭｎ（マンガン）：０．８乃至１．５重量％
Ｍｎは芯材の耐食性、ろう付性及び強度を向上させる元素である。Ｍｎ含有量が０．８重量％未満では、芯材の強度を十分に向上させることができない。一方、Ｍｎ含有量が１．５重量％を超えると、巨大金属間化合物が生成されるため、加工性及び耐食性が低下する。従って、芯材のＭｎ含有量は０．８乃至１．５重量％とする。
【００２９】
芯材のＴｉ（チタン）：０．０２乃至０．３重量％
Ｔｉは芯材の耐食性をより一層向上させる元素である。Ｔｉ含有量が０．０２重量％未満では、芯材の耐食性を十分に向上させることができない。一方、Ｔｉ含有量が０．３重量％を超えると、耐食性を向上させる効果は既に飽和しており、巨大金属間化合物が生成されることに起因して、加工性及び耐食性が低下してしまう。従って、芯材のＴｉ含有量は０．０２乃至０．３重量％とする。
【００３０】
このように、Ｔｉは芯材の耐食性を向上させるために不可欠な元素であり、芯材にＴｉが含有されていると、芯材において層状に析出して、孔食が深さ方向に進行することが抑制される。また、Ｔｉは芯材の電位を貴な方向に移動させる。更に、Ｔｉはアルミニウム合金中における拡散速度が小さいため、ろう付時に、殆ど拡散することがない。このため、Ｔｉを含有させることにより、芯材とろう材との間の電位差及び芯材と皮材との間の電位差を維持して、電気化学的に芯材を防食することができる。
【００３１】
芯材のＦｅ（鉄）：０．２重量％以下
Ｆｅは芯材の結晶粒を微細化し、芯材の強度を向上させる元素である。Ｆｅ含有量が０．２重量％を超えると、芯材の耐食性が低下してしまう。従って、芯材のＦｅ含有量は０．２重量％以下とする。なお、より好ましいＦｅ含有量は０．０２乃至０．２重量％である。
【００３２】
芯材のＣｒ（クロム）：好ましくは、０．３重量％以下
Ｃｒは芯材の耐食性、強度及びろう付性を向上させる元素である。Ｃｒ含有量が０．３重量％を超えると、耐食性、強度及びろう付性の向上させる効果は既に飽和しており、巨大金属間化合物が生成され、加工性が低下してしまう。従って、芯材のＣｒ含有量は０．３重量％以下とすることが好ましい。なお、より好ましいＣｒ含有量は、０．０２乃至０．３重量％である。
【００３３】
芯材のＺｒ（ジルコニウム）：好ましくは、０．３重量％以下
Ｚｒは結晶粒を制御して芯材の耐食性及びろう付性を向上させる元素である。Ｚｒが０．３重量％を超えると、耐食性及びろう付性を向上させる効果は既に飽和しており、巨大金属間化合物が生成され、加工性が低下してしまう。従って、芯材のＺｒ含有量は０．３重量％以下とすることが好ましい。なお、より好ましいＺｒ含有量は、０．０２乃至０．３重量％である。
【００３４】
次に、皮材成分の限定理由について説明する。
【００３５】
皮材のＭｇ（マグネシウム）：２．０乃至３．０重量％以下
Ｍｇは皮材の強度を向上させる元素である。ろう付時に加熱された場合に、皮材中のＭｇが芯材へ拡散することにより、芯材においてＭｇ2Ｓｉが形成され、ろう付後の合金複合部材の強度を向上させる。Ｍｇ含有量はろう付条件等により異なるものの、いずれの場合においても、Ｍｇ含有量が２．０重量％未満では、皮材の強度向上が不十分である。一方、Ｍｇ含有量が３重量％を超えると、クラッド圧着性が低下して、皮材を芯材に積層させることが困難となる。従って、皮材のＭｇ含有量は２．０乃至３．０重量％とする。
【００３６】
皮材のＺｎ（亜鉛）：２．２重量％を超えて５．０重量％以下
上述のように、本発明における芯材はＭｎ、Ｃｕ及びＴｉを含有しており、また必要に応じてＣｒ等を含有している。このような金属元素を芯材に含有させると、芯材の孔食電位が高くなり、相対的に皮材の孔食電位が低下することによって、皮材は犠牲陽極として機能する。但し、Ｃｕは加熱後の冷却により、芯材の結晶粒界に析出する。このような析出が発生すると、芯材内の結晶の粒界に隣接する部分（ＰＦＺ）では、Ｃｕ濃度が低下して、ＰＦＺにおける孔食電位が低下する。このため、ＰＦＺが腐食されやすくなってしまう。このような腐食を防止するためには、芯材のＣｕ含有量を０．２重量％以下に抑制し、Ｃｕに替えて他の元素成分の添加量を増加することによって、芯材の電位を維持するといったことが考えられる。しかし、上述のようにＣｕは、芯材の強度を向上させるのに必要な成分であり、その含有量が０．３重量％以上であることが必要である。このようなＣｕ濃度を維持しつつ、芯材のＰＦＺと皮材と間の孔食電位差を維持するために、皮材の孔食電位を低下させるＺｎを含有させ、そのＺｎ含有量を２．２重量％を超えて５．０重量％以下とする。皮材のＺｎ含有量が２．２重量％以下では、皮材と芯材のＰＦＺとの間の電位差が不十分なものとなり、粒界近傍に腐食が発生しやすく、皮材側の芯材の耐食性が低下してしまう。一方、皮材のＺｎ含有量が５．０重量％を超えると、ろう付時に炉内が汚染する虞れがあると共に、皮材の消耗が激しく、耐食性が低下する。従って、皮材のＺｎ含有量は、２．２重量％を超えて５．０重量％以下とする。
【００３７】
皮材のＳｉ（けい素）：０．１乃至１．０重量％
Ｓｉは皮材の強度を向上させる元素である。Ｓｉ含有量が、０．１重量％未満では、その効果が小さい。一方、Ｓｉ含有量が１．０重量％を超えると、皮材の融点が低下するため、ろう付時にバーニングが生じる。従って、皮材のＳｉ含有量は０．１乃至１．０重量％とする。
【００３８】
なお、アルミニウム合金複合部材の板厚がより一層厚くなる場合には、上述の成分以外にＭｎ、Ｃｕ、Ｔｉ及び／又はＺｒ等を皮材に含有させ、皮材の強度を向上させてもよい。但し、この場合は、皮材におけるＭｎ、Ｃｕ、Ｔｉ及び／又はＺｒ等の含有量は、芯材におけるものと同程度とする。
【００３９】
次に、ろう材及び芯材と皮材との間の孔食電位差について説明する。
【００４０】
ろう材のＺｎ（亜鉛）：好ましくは、２．２を超え５．０重量％
ろう材には、従来より使用されているＡｌ−Ｓｉ系合金材、例えばＪＩＳ Ａ４０４５に規定される合金材を使用することができる。また、ろう材にＺｎを添加することにより、ろう材を積極的に犠牲陽極として作用させることができる。この場合には、ろう材のＺｎ含有量を皮材のＺｎ含有量と略同一とすることが好ましく、即ち２．２を超え５．０重量％とすることが好ましい。
【００４１】
芯材と皮材との間の孔食電位差：好ましくは、芯材を貴として８０乃至１８０ｍ Ｖ
上述した芯材、皮材及びろう材からなるアルミニウム合金複合部材を使用して、ラジエータ等のチューブ材を製造する場合には、皮材を内周面、ろう材を外周面となるように製管する。この場合において、内面耐食性を向上させるには皮材を芯材に対して犠牲陽極的に作用させることが有効である。しかし、ノコロックろう付法により、ろう付される場合には、大気圧下でろう付けされるため、皮材中のＺｎが殆ど蒸発しない。このため、ろう付時の加熱により、Ｚｎは芯材内に拡散し、表面のＺｎ濃度は低下してしまう。
【００４２】
通常、ラジエータ等のチューブの内面クーラント（エンジン冷却水）側の耐食性を芯材の犠牲陽極効果によって、より一層向上させるためには、皮材表面と芯材マトリックスとの電位差を３０ｍＶ以上とすることが必要である。しかし、本発明における芯材のように、芯材のＣｕ含有量が０．２重量％以上である場合は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系金属間化合物が粒界に析出するため、粒界近傍のＣｕ欠乏帯における孔食電位は芯材マトリックスより約３０乃至６０ｍＶ低くなって、腐食の原因となる。このため、実質的には芯材と皮材との間の孔食電位差を８０ｍＶ以上に設定することが好ましい。一方、孔食電位差が１８０ｍＶを超えると、皮材の消耗速度が大きくなり、長期に亘る犠牲陽極効果を得ることが困難となる。従って、ろう付後の芯材と皮材との間の孔食電位差は、８０乃至１８０ｍＶとすることが好ましい。
【００４３】
なお、芯材と皮材との間の孔食電位差は芯材組織、皮材組織及びろう付条件により変化するが、上述の範囲内であれば、長期に亘って優れた耐食性を維持することができる。また、十分な犠牲陽極効果を得るため、芯材とろう材との孔食電位差は３０ｍＶ以上であることが好ましい。
【００４４】
次に、請求項９に係るろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法におけるろう付加熱後の冷却速度及び時効処理の数値限定理由について説明する。
【００４５】
冷却速度：３５℃／分以上
ろう付加熱後の冷却速度はろう付後のアルミニウム合金複合部材の強度に影響を及ぼす。即ち、冷却速度が高いほど、Ｍｇ２Ｓｉの固溶量が多くなり、その後の時効による析出硬化量が多くなる。冷却速度が３５℃／分未満では、冷却中にＭｇ2Ｓｉが粗大に成長するため、強度向上効果が不十分となる。従って、ろう付加熱後の冷却速度は３５℃／分以上とする。
【００４６】
時効処理温度：１７０乃至２００℃
ろう付後に時効処理を施すことにより、Ｍｇ2Ｓｉの析出を促進し、ろう付後のアルミニウム合金複合部材の強度を向上させることができる。時効処理温度が１７０℃未満では、析出が促進されず、強度の向上が不十分である。一方、時効処理温度が２００℃を超えると、Ｍｇ2Ｓｉが粗大に成長するため、強度向上効果が不十分となる。従って、時効処理温度は１７０乃至２００℃とする。
【００４７】
時効処理時間：２５分以上
時効処理温度が低い場合と同様に、時効処理時間が２５分未満では、Ｍｇ2Ｓｉの析出が促進されず、強度の向上が不十分である。従って、時効処理時間は２５分以上とする。
【００４８】
次に、請求項１０に係るろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法におけるろう付加熱後の冷却速度の数値限定理由について説明する。
【００４９】
［冷却速度（℃／分）］≧− 3500 ×［芯材のＭｇ含有量（重量％）］＋ 800
ろう付加熱後の５５０乃至２００℃までの冷却速度はろう付後の強度に影響を及ぼす。即ち、冷却速度が高いほど、Ｍｇ2Ｓｉの固溶量が多くなり、その後の時効による析出硬化量が多くなる。冷却速度を［冷却速度（℃／分）］≧−3500×［芯材のＭｇ含有量（重量％）］＋800に従って制御することにより、引張強さが２５０Ｎ／ｍｍ2と高いものとなる。
【００５０】
なお、請求項１０に係るろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法における時効処理温度及び時間は上述のものと同一である。
【００５１】
次に、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１実施例に係るろう付用アルミニウム合金複合部材を示す断面図である。図１に示すように、チューブ（ろう付用アルミニウム合金複合部材）４の芯材１の内面は、皮材２により覆われている。芯材１の外面にはろう材３が形成されており、加熱時にチューブ４を被接合材にろう付する。
【００５２】
このように構成されたろう付用アルミニウム合金複合部材においては、芯材３の強度が高いため、チューブ４全体を高強度なものとし、また、皮材２が犠牲陽極として機能するため、皮材２に接触する液体等により、チューブ４が腐食することがない。このようなチューブを所定の温度に加熱して、ろう材３によりチューブ４を被接合物に固着した場合は、強度及び耐食性を兼ね備えた製品を得ることができる。
【００５３】
図２は本発明の第２実施例に係るろう付用アルミニウム合金複合部材を示す断面図である。図２に示すように、チューブ（ろう付用アルミニウム合金複合部材）１４の皮材１２の両面に芯材１１が密着している。芯材１１の皮材１２との反対側の面にはろう材１３が形成されている。即ち、チューブ１４の外面はろう材１３により形成されている。
【００５４】
このように構成されたろう付用アルミニウム合金複合部材においては、チューブ１４の内面及び外面はろう材１３より形成されている。このため、ろう材１３の外面に加え、ろう材１２の内面に被接合物を固着することができる。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
【００５６】
第１実施例
第１実施例では芯材及び皮材の化学成分が特許請求範囲内の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。実施例（実施例１〜１３）及び比較例（比較例１〜２３）において使用された芯材の化学成分を下記表１に示す。下記表１において、芯材Ｎｏ．１〜９の成分は請求項１にて規定した範囲内のものであり、芯材Ｎｏ．１０、１１及び２６は請求項２にて規定した範囲内のものであり、芯材Ｎｏ．１２〜２５の成分は請求項１及び２にて規定した範囲外のものである。
【００５７】
【表１】
【００５８】
実施例（実施例１〜１３）及び比較例（比較例１〜２３）において使用された皮材の化学成分を下記表２に示す。下記表２において、皮材Ｎｏ．１〜５の成分は本発明にて規定した範囲内のものであり、皮材Ｎｏ．６〜１１の成分は本発明にて規定した範囲外のものである。
【００５９】
【表２】
【００６０】
上記表１に示す各芯材の一方の表面に上記表２に示す各皮材を形成すると共に、他方の表面にろう材（ＪＩＳ ４０４５。Ｓｉ：１０重量％、Ｆｅ：０．０５重量％、Ｃｕ：０．０５重量％、Ｔｉ：０．０２重量％及びＡｌ：残部）を合わせて、図１に示すチューブ（ろう付用アルミニウム合金複合部材）４を得た。チューブ４における芯材の番号及び板厚、皮材の番号、板厚及びクラッド率、ろう材の板厚並びに複合部材の全厚を下記表３に示す。
【００６１】
【表３】
【００６２】
本実施例におけるろう付用アルミニウム合金複合部材は自動車用ラジエータチューブ等に使用される。従って、ろう付用アルミニウム合金複合部材を使用して自動車用ラジエータを組み立て、このラジエータに対して各種試験を実施することが好ましい。以下に、自動車用ラジエータを組み立て方法を示す。
【００６３】
図３は自動車用ラジエータの一部を示す断面図である。図３に示すように、ラジエータはチューブ（ろう付用アルミニウム合金複合部材）３４、フィン３５及びヘッダ３６から形成される。チューブ３４の芯材３１の内面は、皮材３２により覆われており、皮材３２に被覆されたチューブ３４の内側の中空部３７を液体が流れるようになっている。芯材３１の外面にはろう材３３が形成されており、加熱時にチューブ３４を被接合材にろう付する。このようなチューブ３４に加え、熱を放出するためのフィン３５及びチューブ３４を連結するヘッダ３６を用意する。
【００６４】
次に、複数本のチューブ３４のろう材３３の表面にノコロック用フラックスを５ｇ／ｍ2塗布した後、乾燥させる。各チューブ３４を平行に配置すると共に、チューブ３４同士の間の中央部にフィン３５を配置し、更にチューブ３４の端部にヘッダ３６を配置して、各部材をラジエータ状に配置する。次に、このように配置された各部材を、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱した後、冷却する。これにより、チューブ３４とフィン３５とが固着されると共に、チューブ３４とヘッダ３６とが固着される。
【００６５】
図３に示すように、ろう付後、チューブ３４はラジエータの一部となってしまうため、ろう付後にアルミニウム合金複合部材自体の諸特性を試験することは困難である。そこで、上記表３に示す各複合部材（実施例１〜１３及び比較例１〜２３）に、次のような試験を施した。以下に、具体的な試験方法について説明する。
【００６６】
ろう付試験
ろう付試験におけるろう付性評価を簡易化及び定量化するために、ドロップ試験による流動係数によりろう付性を評価した。ドロップ試験とは、アルミニウム複合部材（平板）を吊した後、加熱する試験であり、流動係数（％）は、下記数式１のように定義される。
【００６７】
【数１】
｛（ろう付前のろう材の板厚−ろう付後のろう材の板厚）／（ろう付前のろう材の板厚）｝×１００
【００６８】
本実施例においては、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱し、上記数式１の流動係数が６５％未満のものを「×」、６５乃至７０％のものを「○」、７０％を超えるものを「◎」とした。得られた結果を下記表４のろう付性欄に示す。
【００６９】
引張強さ試験
上述のろう付試験に使用したろう付用アルミニウム合金複合部材と同一のものを用意し、このろう付用アルミニウム合金複合部材を、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱した後、５５０乃至２００℃までの冷却速度を３５℃／分として冷却し、その後１７０℃の温度で２５分間時効処理した。時効処理後のアルミニウム合金複合部材を７日間放置し、次いで引張強さ試験した。引張強さが２２０Ｎ／ｍｍ２未満のものを「×」、２２０Ｎ／ｍｍ２以上のものを「○」とした。得られた結果を下記表４のろう付後引張強さ欄に示す。
【００７０】
ろう材側腐食試験
上述のろう付試験に使用したろう付用アルミニウム合金複合部材と同一のものを用意し、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱したろう付用アルミニウム合金複合部材にＣＡＳＳ試験（CopperAccelerated Acctic Acid Salt Spray Test）を２５０時間施した。ろう材側腐食深さが、０．０４ｍｍ以下のものを「◎」、０．０４を超え０．０６ｍｍ以下のものを「○」、０．０６ｍｍを超えるものを「×」とした。得られた結果を下記表４のろう材側腐食深さ欄に示す。
【００７１】
皮材側腐食試験
上述のろう付試験に使用したろう付用アルミニウム合金複合部材と同一のものを用意し、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱したろう付用アルミニウム合金複合部材を人工水（Ｃｌ：３００ｐｐｍ、ＳＯ４：１００ｐｐｍ、Ｃｕ：５ｐｐｍ）に浸漬して腐食試験した。先ず、人工水の温度を８８℃とし、この人工水にろう付用アルミニウム合金複合部材を８時間浸漬し、更に温度が室温の人工水に１６時間浸漬する。１日間における浸漬手順をこのように実施し、この手順を連続３０日実施した後、ろう付用アルミニウム合金複合部材の腐食発生状況を調査した。皮材側腐食深さが０．０３ｍｍ以下のもの（腐食が芯材に達することなく、皮材に留まったもの）を「○」とし、０．０３ｍｍを超えるものを「×」とした。得られた結果を下記表４の皮材側腐食深さ欄に示す。
【００７２】
孔食電位測定
上述のろう付試験に使用したろう付用アルミニウム合金複合部材と同一のものを用意し、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱したろう付用アルミニウム合金複合部材の皮材表面の一部をエメリー研磨紙により機械的に除去して芯材を露出させた後、皮材と芯材との間の孔食電位差を測定した。なお、電解液として３．５質量％ＮａＣｌ水溶液（Ｎ２脱気）を用意し、この水溶液の温度を２５℃に設定した後、溶液中にろう付用アルミニウム合金複合部材を浸漬し、ポテンションスタットを使用して電位操作法（１０ｍＶ／分）により、芯材と皮材との間の孔食電位差を測定した。芯材の孔食電位を貴とし、皮材の孔食電位を卑とした場合に、孔食電位差が８０乃至１８０ｍＶのものを「○」、それ以外のものを「×」とした。得られた孔食電位差を下記表４に示す。
【００７３】
【表４】
【００７４】
上記表４に示すように、実施例１〜１３では、流動係数が６５％以上とろう付性が良好であった。また、ろう付後の引張強さは２２０Ｎ／ｍｍ2以上であり、いずれの実施例においても高い強度を得ることができた。また、いずれの実施例においても、ろう材側腐食深さが０．０６ｍｍ以下であると共に、皮材側腐食深さが０．０３ｍｍ以下であり、また孔食電位差が８０ｍＶ以上であって、耐食性が良好であった。
【００７５】
請求項２にて規定した範囲内の実施例１４では、芯材にＣｒを０．１重量％含有させたため、流動係数が７２％と極めて高くなって、ろう付性が良好であった。また、ろう材側の腐食深さが０．０４ｍｍと浅く、耐食性が良好であった。更に、実施例１に比して引張強さが２２８Ｎ／ｍｍ2と若干向上した。同様に、実施例１５では、芯材にＺｒを０．１重量％含有させたため、流動係数が７５％と極めて高くなって、ろう付性が良好であった。また、ろう材側の腐食深さが０．０４ｍｍと浅く、耐食性が良好であった。実施例１６では、芯材にＣｒ及びＺｒを、夫々、０．１重量％含有させたため、流動係数が７５％と極めて高くなって、ろう付性が良好であると共に、ろう材側の腐食深さが０．０４ｍｍと浅く、耐食性が良好であった。このように、芯材にＣｒ及び／又はＺｒを含有させることにより、ろう付性が向上すると共に耐食性が高くなり、更に強度が向上する。
【００７６】
比較例３〜１６は、芯材の化学組成が本発明にて規定した範囲外のものである。比較例３では、芯材のＳｉ含有量が０．２重量％と少ないため、Ｍｇ2Ｓｉ金属間化合物の析出量が不十分であり、引張強さが１９１Ｎ／ｍｍ2と低下した。比較例４では、芯材のＣｕ含有量が０．２重量％と少ないため、引張強さが１９２Ｎ／ｍｍ2と低下した。比較例５では、芯材のＳｉとＣｕとの総量が１．０重量％と少ないため、引張強さが１９１Ｎ／ｍｍ2と低下した。比較例６では、芯材のＳｉとＣｕとの総量が１．８重量％と多いため、流動係数が５０％とろう付性が劣化した。また、ろう材側の腐食深さが０．１０ｍｍと深くなり、耐食性が劣化した。比較例７では、芯材のＭｎ含有量が０．５重量％と少ないため、引張強さが２０８Ｎ／ｍｍ2と低下した。比較例８では芯材のＭｇ含有量が０．３重量％と多いため、流動係数が３０％と極めて低下して、ろう付性が劣化すると共に、ろう材側腐食深さ及び皮材側腐食深さが、夫々、貫通及び０．１８ｍｍと極めて深くなり、耐食性が劣化した。比較例９では、芯材がＴｉを含有していないため、ろう材側腐食深さ及び皮材側腐食深さが、夫々、０．１４ｍｍ及び０．２０ｍｍと極めて深くなり、耐食性が劣化した。比較例１０では、芯材のＦｅ含有量が０．３重量％と多いため、耐食性が低下して、ろう材側及び皮材側のいずれの腐食深さも、夫々、０．１０ｍｍ及び０．０５ｍｍと深くなった。また、ろう付性が劣化した。比較例１１では、芯材のＳｉ含有量が１．２重量％と多いため、芯材の融点が低下すると共に、低融点相が増加して、ろう付性が５８％と低下した。また、ろう材側の腐食深さが０．１０ｍｍと深くなった。比較例１２では、芯材のＣｕ含有量が１．２重量％と多いため、芯材の融点が低下してろう付性が６０％と低下する共に、ろう材側の腐食深さが０．１０ｍｍと深くなった。比較例１３では、芯材のＭｎ含有量が１．６重量％と多いため、巨大金属間化合物が形成され、耐食性が劣化した。このため、ろう材側及び皮材側のいずれについても、腐食深さが、夫々、０．１２ｍｍ及び０．０６ｍｍと深くなった。比較例１４では、芯材のＴｉ含有量が０．４重量％と多いため、巨大金属間化合物が形成され、ろう材側及び皮材側のいずれについても、腐食深さが、夫々、０．１０ｍｍ及び０．０５ｍｍと深くなった。比較例１５では、芯材のＣｒ含有量が０．４重量％と多いため、巨大金属間化合物が形成され、耐食性が劣化した。このため、ろう材側及び皮材側のいずれについても、腐食深さが、夫々、０．０９ｍｍ及び０．０５ｍｍと深くなった。比較例１６では、芯材のＺｒ含有量が０．４重量％と多いため、比較例１５と同様に、ろう材側及び皮材側のいずれについても、腐食深さが、夫々、０．０９ｍｍ及び０．０５ｍｍと深くなった。
【００７７】
比較例１８〜２３は、皮材の化学組成が本発明にて規定した範囲外のものである。比較例１８では、皮材のＭｇ含有量が１．５重量％と少ないため、ろう付後の引張強さが２０７Ｎ／ｍｍ2と低下した。比較例１９では、皮材のＺｎ含有量が２．０重量％と少ないため、腐食が皮材を貫通してしまい、耐食性が不良であった。また、孔食電位差が７５ｍＶと低かった。比較例２０では、皮材のＭｇ含有量が３．２重量％と多いため、クラッド圧着性が低下して、アルミニウム合金複合部材を得ることができなかった。比較例２１では、皮材のＺｎ含有量が５．５重量％と多いため、皮材の消耗が激しく、耐食性が低下した。このため、皮材側の腐食深さが０．０５ｍｍと深くなった。また、皮材と芯材との間の孔食電位差が１８５ｍＶと大きくなった。比較例２２では、皮材のＳｉ含有量が０．０５重量％と少ないため、ろう付後の強度向上が不十分であり、引張強さが２１８Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例２３では、皮材のＳｉ含有量が１．２重量％と多いため、皮材側の腐食深さが０．０５ｍｍと深くなった。
【００７８】
第２実施例
第２実施例ではろう付加熱後の冷却速度を３５℃／分以上とし、時効処理を１７０乃至２００℃の温度で２５分以上とした実施例（実施例１４〜２５）について、その特許請求の範囲から外れる比較例（比較例２４〜２７）と比較して説明する。
【００７９】
ろう付用アルミニウム合金複合部材には、上記表３に示す実施例１及び９のものを用意し、第１実施例と同様に引張強さ試験を実施した。引張強さ試験方法及び評価基準は、第１実施例のものと同一である。但し、引張強さが２５０Ｎ／ｍｍ2を超えるものは「◎」とした。得られた結果を下記表５に示す。
【００８０】
【表５】
【００８１】
上記表５に示すように、実施例１４〜２５では、ろう付加熱後の冷却速度が３５℃／分以上であり、また時効処理の温度及び時間が、夫々、１７０乃至２００℃及び２５分以上であったため、いずれも引張強さが２２０Ｎ／ｍｍ2以上と高いものとなった。
【００８２】
比較例２４では、冷却速度が２０℃／分と低速であったため、引張強さが２０２Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例２５では、時効処理温度が１５０℃と低温であったため、引張強さが２０５Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例２６では、時効処理時間が１５分と短時間であったため、引張強さが２０８Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例２７では、時効処理温度が２３０℃と高温であったため、引張強さが１９８Ｎ／ｍｍ2と低かった。
【００８３】
第３実施例
第３実施例では、各実施例のろう付加熱後の５５０乃至２００℃までの冷却速度を下記数式２の条件を満たすものとした。
【００８４】
【数２】
［冷却速度（℃／分）］≧−3500×［芯材のＭｇ含有量（重量％）］＋800
【００８５】
また、各実施例の時効処理を１７０乃至２００℃の温度で２５分以上とした。得られた各実施例（実施例２６、２７）について、その特許請求の範囲から外れる比較例（比較例２８〜３７）と比較して説明する。
【００８６】
ろう付用アルミニウム合金複合部材には、上記表３に示す実施例１及び９のものを用意し、引張強さ試験を実施した。引張強さ試験方法及び評価基準は、第２実施例のものと同一である。得られた結果を下記表６に示す。
【００８７】
【表６】
【００８８】
上記表６に示すように、実施例２６、２７では、ろう付加熱後の冷却速度が極めて速いため、上記数式２を満たし、また時効処理の温度及び時間が、夫々、１７０℃及び２５分であったため、いずれも引張強さが２５０Ｎ／ｍｍ２以上と高いものとなった。
【００８９】
比較例２８乃至３１では、芯材にＭｇが含有されていないため、上記数式２から要求される冷却速度は８００℃／分となる。比較例２８乃至３１では、冷却速度が５０、１５０、３００及び５００℃／分と、８００℃／分に比して低速であったため、引張強さが、夫々、２２６、２２７、２３２及び２４２Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例３２乃至３４では、芯材のＭｇ含有量が０．１ｍｇであるため、上記数式２から要求される冷却速度は４５０℃／分となる。比較例３２乃至３４では、冷却速度が５０、１５０及び３００℃／分と、上記数式２から要求される冷却速度４５０℃／分に比して、低速であったため、引張強さが、夫々、２３６、２４２及び２４８Ｎ／ｍｍ2と低かった。
【００９０】
比較例３５では、時効温度が１５０℃と低温であるため、Ｍｇ2Ｓｉの析出が促進されず、引張強さが２３８Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例３６では、時効時間が１５分と短時間であったため、Ｍｇ2Ｓｉの析出が促進されず、引張強さが２４０Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例３７では、時効温度が２３０℃と高温であるため、Ｍｇ2Ｓｉが粗大金属間化合物となり、引張強さが２３０Ｎ／ｍｍ2と低かった。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合部材によれば、芯材及び皮材の化学成分が適切であるので、ろう付後の強度が高いと共に耐食性が良好となる。
【００９２】
また、本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法によれば、ろう付加熱後の冷却速度並びに時効処理における処理温度及び処理時間が適切であるので、ろう付後の強度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るろう付用アルミニウム合金複合部材を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るろう付用アルミニウム合金複合部材を示す断面図である。
【図３】自動車用ラジエータのチューブの一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１，３１；芯材
２，１２，３２；皮材
３，１３，３３；ろう材
４，１４，３４；チューブ
３５；フィン
３６；ヘッダ
３７；中空部
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用ラジエータのチューブ材等に使用されるブレージングシートとして好適のろう付用アルミニウム合金複合部材及びろう付方法に関し、強度及び耐食性が高いと共に、ろう付性が良好なろう付用アルミニウム合金複合部材及びろう付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用ラジエータのチューブ材等に使用されるろう付用アルミニウム合金複合部材には、Ａｌ−Ｍｎ系の合金（ＪＩＳ ３００３）を芯材とし、この芯材にＡｌ−Ｓｉ系のろう材を積層したブレージングシート使用されていた。しかし、Ａｌ−Ｍｎ系の合金（ＪＩＳ ３００３）を芯材した場合は、ブレージングシートのろう付後の強度は約１１０Ｎ／ｍｍ2であり、強度が不十分であることに加え、耐食性についても十分であるとはいえなかった。ろう付後の強度については、芯材とする合金材にＭｇを添加することにより、向上させることができるものの、ろう材による芯材の浸食が大きくなるため、ろう付性が低下することに加え、耐食性が低下してしまうという問題点があった。特にノコロック法によるろう付では、芯材のＭｇ含有量が０．２重量％を超えた場合に、ろう付性が極めて低下する。このため、芯材の合金にＭｇを添加することはあまり好ましくない。
【０００３】
そこで、ろう付性を低下させることがなく、ろう付後の強度を向上させる技術が提案されている（特開平２−１７５０９３号公報、特開平４−１９８４４６号公報、特開平４−１９８４４７号公報、特開平４−１９８４４８号公報、特開平２−５０９３４号公報、特開平２−１４２６７２号公報、特開平４−２９７５４１号公報、特開平５−２３０５７７号公報及び特開平６−１４５８５９号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公知技術では、アルミニウム合金複合部材の更に一層の薄肉化を図るためには、不十分であるという問題点がある。
【０００５】
特開平２−１７５０９３号公報に記載のアルミニウム合金複合部材では、皮材におけるＺｎ含有量が２重量％以下と少ないため、芯材のＣｕ含有量が０．２重量％を超えた場合に、犠牲陽極効果が不十分となり、粒界腐食が発生する虞れがある。また、芯材がＴｉを含有していないため、十分な耐食性を得ることができないという難点がある。
【０００６】
特開平４−１９８４４６号公報に記載のアルミニウム合金複合部材では、皮材にＺｎが添加されておらず、Ｚｎに替えてＩｎ、Ｓｎ及び／又はＧａ等が添加されている。しかしながら、これらの元素はあまり一般的に使用されないものであるため、製造コストを上昇させるという問題点がある。また、このような元素を添加した場合は、スクラップ後の再利用性について問題が生じる。このため、前述の元素を皮材に添加することはあまり好ましくない。なお、特開平４−１９８４４６号公報における実施例には、皮材にＺｎを添加したものを記載されているが、その添加量が１．５重量％と少ないため、芯材にＣｕを０．２重量％を超えて添加した場合に、犠牲陽極効果が不十分となり、粒界腐食が発生する虞れがある。
【０００７】
特開平４−１９８４４７号公報に記載のアルミニウム合金複合部材では、皮材にＺｎが添加されているものの、その添加量が０．５乃至２．０重量％と少量であるため、芯材にＣｕを０．２重量％を超えて添加した場合に、犠牲陽極効果が不十分となり、粒界腐食が発生する虞れがある。
【０００８】
特開平４−１９８４４８号公報に記載のアルミニウム合金複合部材では、皮材にＺｎが添加されていないため、上述のアルミニウム合金複合部材と同様に、芯材にＣｕを０．２重量％を超えて添加した場合に、粒界腐食が発生する虞れがある。
【０００９】
また、上述の従来技術に加え特開平２−５０９３４号公報、特開平２−１４２６７２号公報、特開平４−２９７５４１号公報、特開平５−２３０５７７号公報及び特開平６−１４５８５９号公報に記載のアルミニウム合金複合部材においても、ろう付後のアルミニウム合金複合部材の強度は最大で２００Ｎ／ｍｍ2程度であり、より一層の薄肉化を図るためには、この強度では不十分である。
【００１０】
このように上述の従来技術では、強度、耐食性及びろう付性のいずれついても兼ね備えたアルミニウム合金複合部材を得ることは困難である。その一方で、自動車用のラジエータのような熱交換器等においては、軽量化及び製造コストの低減を図るために、素材を薄肉化することが要望されている。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高強度であると共に高耐食性を有し、更にろう付性が良好なろう付用高強度アルミニウム合金複合部材及びろう付方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合部材は、Ｆｅ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、Ｃｕ：０．３乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．８乃至１．５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物であり、前記不可避的不純物のうちＭｇ含有量を０．２質量％以下に規制し、更に、前記Ｓｉ及びＣｕの総含有量が１．３乃至１．６質量％である組成の芯材と、前記芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、前記芯材の他面に形成されＭｇ：２．０乃至３．０質量％、Ｚｎ：２．２を超え５．０質量％以下及びＳｉ：０．１乃至１．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成の皮材とを有し、ろう付後に前記皮材と前記芯材との境界部にＭｇ２Ｓｉが析出していることを特徴とする。
【００１３】
前記芯材は、更にＣｒ：０．３重量％以下及びＺｒ：０．３重量％以下からなる群から選択された１種以上の元素を含有することが好ましい。この場合に、前記芯材のＣｒ含有量は０．０２重量％以上であることが好ましく、また前記芯材のＺｒ含有量は０．０２重量％以上であることが好ましい。
【００１４】
前記芯材のＭｇ含有量は０．１重量％以下に規制されていることが好ましい。
前記芯材のＣｕ含有量は０．８重量％以下であることが好ましい。
【００１５】
前記芯材のＦｅ含有量は０．０２重量％以上であることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合部材は、被接合材にろう付後、前記芯材の孔食電位は前記皮材及びろう材の孔食電位に比して貴であり、前記芯材と前記皮材との孔食電位差が８０乃至１８０ｍＶであることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る第１のろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法は、Ｆｅ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、Ｃｕ：０．３乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．８乃至１．５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうちＭｇ含有量を０．２質量％以下に規制し、更に、前記Ｓｉ及びＣｕの総含有量が１．３乃至１．６質量％である組成の芯材と、この芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、前記芯材の他面に形成されＭｇ：２．０乃至３．０質量％、Ｚｎ：２．２を超え５．０質量％以下及びＳｉ：０．１乃至１．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成の皮材とを有するろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法であって、前記アルミニウム合金複合部材を被接合材に加熱してろう付した後に、冷却速度を３５℃／分以上として冷却し、次いで１７０乃至２００℃の温度で２５分以上時効処理することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る第２のろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法は、Ｆｅ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、Ｃｕ：０．３乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．８乃至１．５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうちＭｇ含有量を０．２質量％以下に規制し、更に、前記Ｓｉ及びＣｕの総含有量が１．３乃至１．６質量％である組成の芯材と、この芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、前記芯材の他面に形成されＭｇ：２．０乃至３．０質量％、Ｚｎ：２．２を超え５．０質量％以下及びＳｉ：０．１乃至１．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成の皮材とを有するろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法であって、前記アルミニウム合金複合部材を被接合材に加熱してろう付した後に、５５０乃至２００℃までの冷却速度を［冷却速度（℃／分）］≧−３５００×［芯材のＭｇ含有量（質量％）］＋８００として冷却し、次いで１７０乃至２００℃の温度で２５分以上時効処理することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアルミニウム合金複合部材は、芯材の一面に皮材が積層され、他面にろう材が積層させたものである。本願発明者等は、Ｃｕは芯材の強度向上に不可欠な成分であるものの、Ｃｕが芯材の結晶粒界に析出し、粒界に隣接するマトリックスのＣｕ含有量が減少して、孔食電位が皮材に対して卑な帯域（ＰＦＺ）が形成され、ＰＦＺが腐食されやすくなることを見出した。芯材の強度を向上させつつ、この腐食を防止するために種々実験研究した結果、ＣｕによってＰＦＺが形成される場合でも、２．２重量％を超えるＺｎを皮材に含有させることにより、皮材の孔食電位を低下させてＰＦＺより卑なものとすれば、耐食性を良好なものとしつつ、芯材の強度を向上させることができることを見出した。
【００２０】
また、本発明に係るアルミニウム合金複合部材は、芯材が適量のＳｉを含有すると共に、皮材が適量のＭｇを含有するため、ろう付後、芯材と皮材との接触部にＭｇ2Ｓｉが析出し、アルミニウム合金複合部材の強度が向上する。
【００２１】
本発明に係るアルミニウム合金複合部材のろう付方法においては、上述のアルミニウム合金複合部材をろう付した後、冷却速度並びに時効処理における処理温度及び処理時間を適切なものとして、芯材と皮材との接触部にＭｇ2Ｓｉを析出させ、ろう付後のアルミニウム合金複合部材の引張強さを向上させる。
【００２２】
以下、ろう付用アルミニウム合金複合部材における芯材、皮材及びろう材の成分限定理由並びにろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法における冷却速度及び時効処理条件の数値限定理由について説明する。先ず、芯材のアルミニウム合金材の成分限定理由について説明する。
【００２３】
芯材のＭｇ（マグネシウム）：０．２重量％以下
Ｍｇは芯材の強度を向上させる効果が大きい元素である。但し、Ｍｇ含有量が０．２重量％を超えると、ろう付性が低下してしまう。特に、ノコロック法によるろう付ではその低下が極めて大きい。従って、芯材のＭｇ含有量を０．２重量％以下に規制する。但し、ろう付性の低下をより一層抑制するためには、Ｍｇ含有量を０．１重量％以下とすることが好ましい。
【００２４】
芯材のＣｕ（銅）：０．３乃至１．０重量％
Ｃｕは芯材の強度を向上させる元素であり、またろう材側の耐食性も向上させる。しかし、芯材にＣｕを添加すると、粒界腐食感受性が増大するため、皮材面側の耐食性を低下させてしまう。即ち、Ｃｕはアルミニウムマトリックスに固溶して芯材の孔食電位を貴なものとするものの、同時にＣｕは結晶粒界に析出しやすいため、同粒界に隣接するマトリックスではＣｕ含有量が減少して、孔食電位が卑な帯域（ＰＦＺ）が発生し、ＰＦＺで腐食が発生しやすくなる。そこで、後述のように皮材に２．２重量％を超えてＺｎを含有させることにより、皮材の孔食電位をＰＦＺに対して卑に設定することができ、粒界腐食を防止することができる。即ち、皮材のＺｎ含有量を多くすることによって、芯材に対する皮材の電位を芯材マトリックスに加え、ＰＦＺに対しても低く設定することが可能となり、粒界腐食を防止しつつ、芯材にＣｕを所定量含有させることが可能となった。
【００２５】
Ｃｕ含有量が０．３重量％未満では、芯材の強度を向上させるには不十分である。一方、Ｃｕ含有量が１．０重量％を超えると、芯材の融点が低下し、ろう付作業性が低下する。従って、芯材のＣｕ含有量は０．３乃至１．０重量％とし、好ましくは、Ｃｕ含有量を０．８重量％以下とする。
【００２６】
芯材のＳｉ（けい素）：０．３乃至１．０重量％
Ｓｉは芯材の強度を向上させる元素であり、特にＭｎ−Ｓｉ系析出物と皮材から拡散するＭｇとが反応して、Ｍｇ2Ｓｉ金属間化合物が析出し、これにより芯材の強度が向上する。Ｓｉ含有量が０．３重量％未満では、析出するＭｇ2Ｓｉ金属間化合物の量が少ないため、芯材の強度の向上が不十分となる。一方、Ｓｉ含有量が１．０重量％を超えると、芯材の融点が低下すると共に、低融点相の増加に起因してろう付作業性が低下する。従って、芯材のＳｉ含有量は０．３乃至１．０重量％とする。
【００２７】
芯材のＣｕ及びＳｉ：総量で１．３乃至１．６重量％
上述のように、Ｃｕ及びＳｉのいずれについても、その含有量が１．０重量％を超えると、ろう付作業性が低下する。但し、Ｃｕ及びＳｉの含有量がいずれも１．０重量％以下であっても、総量で１．６重量％を超えると、ろう付作業性が低下する。一方、Ｃｕ及びＳｉの含有量が、いずれも０．３重量％以上であっても、総量で１．３重量％未満の場合は、芯材の強度向上が不十分となる。従って、芯材のＣｕ及びＳｉの含有量は総量で１．３乃至１．６重量％とする。
【００２８】
芯材のＭｎ（マンガン）：０．８乃至１．５重量％
Ｍｎは芯材の耐食性、ろう付性及び強度を向上させる元素である。Ｍｎ含有量が０．８重量％未満では、芯材の強度を十分に向上させることができない。一方、Ｍｎ含有量が１．５重量％を超えると、巨大金属間化合物が生成されるため、加工性及び耐食性が低下する。従って、芯材のＭｎ含有量は０．８乃至１．５重量％とする。
【００２９】
芯材のＴｉ（チタン）：０．０２乃至０．３重量％
Ｔｉは芯材の耐食性をより一層向上させる元素である。Ｔｉ含有量が０．０２重量％未満では、芯材の耐食性を十分に向上させることができない。一方、Ｔｉ含有量が０．３重量％を超えると、耐食性を向上させる効果は既に飽和しており、巨大金属間化合物が生成されることに起因して、加工性及び耐食性が低下してしまう。従って、芯材のＴｉ含有量は０．０２乃至０．３重量％とする。
【００３０】
このように、Ｔｉは芯材の耐食性を向上させるために不可欠な元素であり、芯材にＴｉが含有されていると、芯材において層状に析出して、孔食が深さ方向に進行することが抑制される。また、Ｔｉは芯材の電位を貴な方向に移動させる。更に、Ｔｉはアルミニウム合金中における拡散速度が小さいため、ろう付時に、殆ど拡散することがない。このため、Ｔｉを含有させることにより、芯材とろう材との間の電位差及び芯材と皮材との間の電位差を維持して、電気化学的に芯材を防食することができる。
【００３１】
芯材のＦｅ（鉄）：０．２重量％以下
Ｆｅは芯材の結晶粒を微細化し、芯材の強度を向上させる元素である。Ｆｅ含有量が０．２重量％を超えると、芯材の耐食性が低下してしまう。従って、芯材のＦｅ含有量は０．２重量％以下とする。なお、より好ましいＦｅ含有量は０．０２乃至０．２重量％である。
【００３２】
芯材のＣｒ（クロム）：好ましくは、０．３重量％以下
Ｃｒは芯材の耐食性、強度及びろう付性を向上させる元素である。Ｃｒ含有量が０．３重量％を超えると、耐食性、強度及びろう付性の向上させる効果は既に飽和しており、巨大金属間化合物が生成され、加工性が低下してしまう。従って、芯材のＣｒ含有量は０．３重量％以下とすることが好ましい。なお、より好ましいＣｒ含有量は、０．０２乃至０．３重量％である。
【００３３】
芯材のＺｒ（ジルコニウム）：好ましくは、０．３重量％以下
Ｚｒは結晶粒を制御して芯材の耐食性及びろう付性を向上させる元素である。Ｚｒが０．３重量％を超えると、耐食性及びろう付性を向上させる効果は既に飽和しており、巨大金属間化合物が生成され、加工性が低下してしまう。従って、芯材のＺｒ含有量は０．３重量％以下とすることが好ましい。なお、より好ましいＺｒ含有量は、０．０２乃至０．３重量％である。
【００３４】
次に、皮材成分の限定理由について説明する。
【００３５】
皮材のＭｇ（マグネシウム）：２．０乃至３．０重量％以下
Ｍｇは皮材の強度を向上させる元素である。ろう付時に加熱された場合に、皮材中のＭｇが芯材へ拡散することにより、芯材においてＭｇ2Ｓｉが形成され、ろう付後の合金複合部材の強度を向上させる。Ｍｇ含有量はろう付条件等により異なるものの、いずれの場合においても、Ｍｇ含有量が２．０重量％未満では、皮材の強度向上が不十分である。一方、Ｍｇ含有量が３重量％を超えると、クラッド圧着性が低下して、皮材を芯材に積層させることが困難となる。従って、皮材のＭｇ含有量は２．０乃至３．０重量％とする。
【００３６】
皮材のＺｎ（亜鉛）：２．２重量％を超えて５．０重量％以下
上述のように、本発明における芯材はＭｎ、Ｃｕ及びＴｉを含有しており、また必要に応じてＣｒ等を含有している。このような金属元素を芯材に含有させると、芯材の孔食電位が高くなり、相対的に皮材の孔食電位が低下することによって、皮材は犠牲陽極として機能する。但し、Ｃｕは加熱後の冷却により、芯材の結晶粒界に析出する。このような析出が発生すると、芯材内の結晶の粒界に隣接する部分（ＰＦＺ）では、Ｃｕ濃度が低下して、ＰＦＺにおける孔食電位が低下する。このため、ＰＦＺが腐食されやすくなってしまう。このような腐食を防止するためには、芯材のＣｕ含有量を０．２重量％以下に抑制し、Ｃｕに替えて他の元素成分の添加量を増加することによって、芯材の電位を維持するといったことが考えられる。しかし、上述のようにＣｕは、芯材の強度を向上させるのに必要な成分であり、その含有量が０．３重量％以上であることが必要である。このようなＣｕ濃度を維持しつつ、芯材のＰＦＺと皮材と間の孔食電位差を維持するために、皮材の孔食電位を低下させるＺｎを含有させ、そのＺｎ含有量を２．２重量％を超えて５．０重量％以下とする。皮材のＺｎ含有量が２．２重量％以下では、皮材と芯材のＰＦＺとの間の電位差が不十分なものとなり、粒界近傍に腐食が発生しやすく、皮材側の芯材の耐食性が低下してしまう。一方、皮材のＺｎ含有量が５．０重量％を超えると、ろう付時に炉内が汚染する虞れがあると共に、皮材の消耗が激しく、耐食性が低下する。従って、皮材のＺｎ含有量は、２．２重量％を超えて５．０重量％以下とする。
【００３７】
皮材のＳｉ（けい素）：０．１乃至１．０重量％
Ｓｉは皮材の強度を向上させる元素である。Ｓｉ含有量が、０．１重量％未満では、その効果が小さい。一方、Ｓｉ含有量が１．０重量％を超えると、皮材の融点が低下するため、ろう付時にバーニングが生じる。従って、皮材のＳｉ含有量は０．１乃至１．０重量％とする。
【００３８】
なお、アルミニウム合金複合部材の板厚がより一層厚くなる場合には、上述の成分以外にＭｎ、Ｃｕ、Ｔｉ及び／又はＺｒ等を皮材に含有させ、皮材の強度を向上させてもよい。但し、この場合は、皮材におけるＭｎ、Ｃｕ、Ｔｉ及び／又はＺｒ等の含有量は、芯材におけるものと同程度とする。
【００３９】
次に、ろう材及び芯材と皮材との間の孔食電位差について説明する。
【００４０】
ろう材のＺｎ（亜鉛）：好ましくは、２．２を超え５．０重量％
ろう材には、従来より使用されているＡｌ−Ｓｉ系合金材、例えばＪＩＳ Ａ４０４５に規定される合金材を使用することができる。また、ろう材にＺｎを添加することにより、ろう材を積極的に犠牲陽極として作用させることができる。この場合には、ろう材のＺｎ含有量を皮材のＺｎ含有量と略同一とすることが好ましく、即ち２．２を超え５．０重量％とすることが好ましい。
【００４１】
芯材と皮材との間の孔食電位差：好ましくは、芯材を貴として８０乃至１８０ｍ Ｖ
上述した芯材、皮材及びろう材からなるアルミニウム合金複合部材を使用して、ラジエータ等のチューブ材を製造する場合には、皮材を内周面、ろう材を外周面となるように製管する。この場合において、内面耐食性を向上させるには皮材を芯材に対して犠牲陽極的に作用させることが有効である。しかし、ノコロックろう付法により、ろう付される場合には、大気圧下でろう付けされるため、皮材中のＺｎが殆ど蒸発しない。このため、ろう付時の加熱により、Ｚｎは芯材内に拡散し、表面のＺｎ濃度は低下してしまう。
【００４２】
通常、ラジエータ等のチューブの内面クーラント（エンジン冷却水）側の耐食性を芯材の犠牲陽極効果によって、より一層向上させるためには、皮材表面と芯材マトリックスとの電位差を３０ｍＶ以上とすることが必要である。しかし、本発明における芯材のように、芯材のＣｕ含有量が０．２重量％以上である場合は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系金属間化合物が粒界に析出するため、粒界近傍のＣｕ欠乏帯における孔食電位は芯材マトリックスより約３０乃至６０ｍＶ低くなって、腐食の原因となる。このため、実質的には芯材と皮材との間の孔食電位差を８０ｍＶ以上に設定することが好ましい。一方、孔食電位差が１８０ｍＶを超えると、皮材の消耗速度が大きくなり、長期に亘る犠牲陽極効果を得ることが困難となる。従って、ろう付後の芯材と皮材との間の孔食電位差は、８０乃至１８０ｍＶとすることが好ましい。
【００４３】
なお、芯材と皮材との間の孔食電位差は芯材組織、皮材組織及びろう付条件により変化するが、上述の範囲内であれば、長期に亘って優れた耐食性を維持することができる。また、十分な犠牲陽極効果を得るため、芯材とろう材との孔食電位差は３０ｍＶ以上であることが好ましい。
【００４４】
次に、請求項９に係るろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法におけるろう付加熱後の冷却速度及び時効処理の数値限定理由について説明する。
【００４５】
冷却速度：３５℃／分以上
ろう付加熱後の冷却速度はろう付後のアルミニウム合金複合部材の強度に影響を及ぼす。即ち、冷却速度が高いほど、Ｍｇ２Ｓｉの固溶量が多くなり、その後の時効による析出硬化量が多くなる。冷却速度が３５℃／分未満では、冷却中にＭｇ2Ｓｉが粗大に成長するため、強度向上効果が不十分となる。従って、ろう付加熱後の冷却速度は３５℃／分以上とする。
【００４６】
時効処理温度：１７０乃至２００℃
ろう付後に時効処理を施すことにより、Ｍｇ2Ｓｉの析出を促進し、ろう付後のアルミニウム合金複合部材の強度を向上させることができる。時効処理温度が１７０℃未満では、析出が促進されず、強度の向上が不十分である。一方、時効処理温度が２００℃を超えると、Ｍｇ2Ｓｉが粗大に成長するため、強度向上効果が不十分となる。従って、時効処理温度は１７０乃至２００℃とする。
【００４７】
時効処理時間：２５分以上
時効処理温度が低い場合と同様に、時効処理時間が２５分未満では、Ｍｇ2Ｓｉの析出が促進されず、強度の向上が不十分である。従って、時効処理時間は２５分以上とする。
【００４８】
次に、請求項１０に係るろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法におけるろう付加熱後の冷却速度の数値限定理由について説明する。
【００４９】
［冷却速度（℃／分）］≧− 3500 ×［芯材のＭｇ含有量（重量％）］＋ 800
ろう付加熱後の５５０乃至２００℃までの冷却速度はろう付後の強度に影響を及ぼす。即ち、冷却速度が高いほど、Ｍｇ2Ｓｉの固溶量が多くなり、その後の時効による析出硬化量が多くなる。冷却速度を［冷却速度（℃／分）］≧−3500×［芯材のＭｇ含有量（重量％）］＋800に従って制御することにより、引張強さが２５０Ｎ／ｍｍ2と高いものとなる。
【００５０】
なお、請求項１０に係るろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法における時効処理温度及び時間は上述のものと同一である。
【００５１】
次に、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１実施例に係るろう付用アルミニウム合金複合部材を示す断面図である。図１に示すように、チューブ（ろう付用アルミニウム合金複合部材）４の芯材１の内面は、皮材２により覆われている。芯材１の外面にはろう材３が形成されており、加熱時にチューブ４を被接合材にろう付する。
【００５２】
このように構成されたろう付用アルミニウム合金複合部材においては、芯材３の強度が高いため、チューブ４全体を高強度なものとし、また、皮材２が犠牲陽極として機能するため、皮材２に接触する液体等により、チューブ４が腐食することがない。このようなチューブを所定の温度に加熱して、ろう材３によりチューブ４を被接合物に固着した場合は、強度及び耐食性を兼ね備えた製品を得ることができる。
【００５３】
図２は本発明の第２実施例に係るろう付用アルミニウム合金複合部材を示す断面図である。図２に示すように、チューブ（ろう付用アルミニウム合金複合部材）１４の皮材１２の両面に芯材１１が密着している。芯材１１の皮材１２との反対側の面にはろう材１３が形成されている。即ち、チューブ１４の外面はろう材１３により形成されている。
【００５４】
このように構成されたろう付用アルミニウム合金複合部材においては、チューブ１４の内面及び外面はろう材１３より形成されている。このため、ろう材１３の外面に加え、ろう材１２の内面に被接合物を固着することができる。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
【００５６】
第１実施例
第１実施例では芯材及び皮材の化学成分が特許請求範囲内の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。実施例（実施例１〜１３）及び比較例（比較例１〜２３）において使用された芯材の化学成分を下記表１に示す。下記表１において、芯材Ｎｏ．１〜９の成分は請求項１にて規定した範囲内のものであり、芯材Ｎｏ．１０、１１及び２６は請求項２にて規定した範囲内のものであり、芯材Ｎｏ．１２〜２５の成分は請求項１及び２にて規定した範囲外のものである。
【００５７】
【表１】
実施例（実施例１〜１３）及び比較例（比較例１〜２３）において使用された皮材の化学成分を下記表２に示す。下記表２において、皮材Ｎｏ．１〜５の成分は本発明にて規定した範囲内のものであり、皮材Ｎｏ．６〜１１の成分は本発明にて規定した範囲外のものである。
【００５９】
【表２】
上記表１に示す各芯材の一方の表面に上記表２に示す各皮材を形成すると共に、他方の表面にろう材（ＪＩＳ ４０４５。Ｓｉ：１０重量％、Ｆｅ：０．０５重量％、Ｃｕ：０．０５重量％、Ｔｉ：０．０２重量％及びＡｌ：残部）を合わせて、図１に示すチューブ（ろう付用アルミニウム合金複合部材）４を得た。チューブ４における芯材の番号及び板厚、皮材の番号、板厚及びクラッド率、ろう材の板厚並びに複合部材の全厚を下記表３に示す。
【００６１】
【表３】
本実施例におけるろう付用アルミニウム合金複合部材は自動車用ラジエータチューブ等に使用される。従って、ろう付用アルミニウム合金複合部材を使用して自動車用ラジエータを組み立て、このラジエータに対して各種試験を実施することが好ましい。以下に、自動車用ラジエータを組み立て方法を示す。
【００６３】
図３は自動車用ラジエータの一部を示す断面図である。図３に示すように、ラジエータはチューブ（ろう付用アルミニウム合金複合部材）３４、フィン３５及びヘッダ３６から形成される。チューブ３４の芯材３１の内面は、皮材３２により覆われており、皮材３２に被覆されたチューブ３４の内側の中空部３７を液体が流れるようになっている。芯材３１の外面にはろう材３３が形成されており、加熱時にチューブ３４を被接合材にろう付する。このようなチューブ３４に加え、熱を放出するためのフィン３５及びチューブ３４を連結するヘッダ３６を用意する。
【００６４】
次に、複数本のチューブ３４のろう材３３の表面にノコロック用フラックスを５ｇ／ｍ2塗布した後、乾燥させる。各チューブ３４を平行に配置すると共に、チューブ３４同士の間の中央部にフィン３５を配置し、更にチューブ３４の端部にヘッダ３６を配置して、各部材をラジエータ状に配置する。次に、このように配置された各部材を、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱した後、冷却する。これにより、チューブ３４とフィン３５とが固着されると共に、チューブ３４とヘッダ３６とが固着される。
【００６５】
図３に示すように、ろう付後、チューブ３４はラジエータの一部となってしまうため、ろう付後にアルミニウム合金複合部材自体の諸特性を試験することは困難である。そこで、上記表３に示す各複合部材（実施例１〜１３及び比較例１〜２３）に、次のような試験を施した。以下に、具体的な試験方法について説明する。
【００６６】
ろう付試験
ろう付試験におけるろう付性評価を簡易化及び定量化するために、ドロップ試験による流動係数によりろう付性を評価した。ドロップ試験とは、アルミニウム複合部材（平板）を吊した後、加熱する試験であり、流動係数（％）は、下記数式１のように定義される。
【００６７】
【数１】
｛（ろう付前のろう材の板厚−ろう付後のろう材の板厚）／（ろう付前のろう材の板厚）｝×１００
【００６８】
本実施例においては、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱し、上記数式１の流動係数が６５％未満のものを「×」、６５乃至７０％のものを「○」、７０％を超えるものを「◎」とした。得られた結果を下記表４のろう付性欄に示す。
【００６９】
引張強さ試験
上述のろう付試験に使用したろう付用アルミニウム合金複合部材と同一のものを用意し、このろう付用アルミニウム合金複合部材を、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱した後、５５０乃至２００℃までの冷却速度を３５℃／分として冷却し、その後１７０℃の温度で２５分間時効処理した。時効処理後のアルミニウム合金複合部材を７日間放置し、次いで引張強さ試験した。引張強さが２２０Ｎ／ｍｍ２未満のものを「×」、２２０Ｎ／ｍｍ２以上のものを「○」とした。得られた結果を下記表４のろう付後引張強さ欄に示す。
【００７０】
ろう材側腐食試験
上述のろう付試験に使用したろう付用アルミニウム合金複合部材と同一のものを用意し、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱したろう付用アルミニウム合金複合部材にＣＡＳＳ試験（CopperAccelerated Acctic Acid Salt Spray Test）を２５０時間施した。ろう材側腐食深さが、０．０４ｍｍ以下のものを「◎」、０．０４を超え０．０６ｍｍ以下のものを「○」、０．０６ｍｍを超えるものを「×」とした。得られた結果を下記表４のろう材側腐食深さ欄に示す。
【００７１】
皮材側腐食試験
上述のろう付試験に使用したろう付用アルミニウム合金複合部材と同一のものを用意し、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱したろう付用アルミニウム合金複合部材を人工水（Ｃｌ：３００ｐｐｍ、ＳＯ４：１００ｐｐｍ、Ｃｕ：５ｐｐｍ）に浸漬して腐食試験した。先ず、人工水の温度を８８℃とし、この人工水にろう付用アルミニウム合金複合部材を８時間浸漬し、更に温度が室温の人工水に１６時間浸漬する。１日間における浸漬手順をこのように実施し、この手順を連続３０日実施した後、ろう付用アルミニウム合金複合部材の腐食発生状況を調査した。皮材側腐食深さが０．０３ｍｍ以下のもの（腐食が芯材に達することなく、皮材に留まったもの）を「○」とし、０．０３ｍｍを超えるものを「×」とした。得られた結果を下記表４の皮材側腐食深さ欄に示す。
【００７２】
孔食電位測定
上述のろう付試験に使用したろう付用アルミニウム合金複合部材と同一のものを用意し、露点が−４０℃、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下である窒素雰囲気中で、６００℃の温度で５分間加熱したろう付用アルミニウム合金複合部材の皮材表面の一部をエメリー研磨紙により機械的に除去して芯材を露出させた後、皮材と芯材との間の孔食電位差を測定した。なお、電解液として３．５質量％ＮａＣｌ水溶液（Ｎ２脱気）を用意し、この水溶液の温度を２５℃に設定した後、溶液中にろう付用アルミニウム合金複合部材を浸漬し、ポテンションスタットを使用して電位操作法（１０ｍＶ／分）により、芯材と皮材との間の孔食電位差を測定した。芯材の孔食電位を貴とし、皮材の孔食電位を卑とした場合に、孔食電位差が８０乃至１８０ｍＶのものを「○」、それ以外のものを「×」とした。得られた孔食電位差を下記表４に示す。
【００７３】
【表４】
上記表４に示すように、実施例１〜１３では、流動係数が６５％以上とろう付性が良好であった。また、ろう付後の引張強さは２２０Ｎ／ｍｍ2以上であり、いずれの実施例においても高い強度を得ることができた。また、いずれの実施例においても、ろう材側腐食深さが０．０６ｍｍ以下であると共に、皮材側腐食深さが０．０３ｍｍ以下であり、また孔食電位差が８０ｍＶ以上であって、耐食性が良好であった。
【００７５】
請求項２にて規定した範囲内の実施例１４では、芯材にＣｒを０．１重量％含有させたため、流動係数が７２％と極めて高くなって、ろう付性が良好であった。また、ろう材側の腐食深さが０．０４ｍｍと浅く、耐食性が良好であった。更に、実施例１に比して引張強さが２２８Ｎ／ｍｍ2と若干向上した。同様に、実施例１５では、芯材にＺｒを０．１重量％含有させたため、流動係数が７５％と極めて高くなって、ろう付性が良好であった。また、ろう材側の腐食深さが０．０４ｍｍと浅く、耐食性が良好であった。実施例１６では、芯材にＣｒ及びＺｒを、夫々、０．１重量％含有させたため、流動係数が７５％と極めて高くなって、ろう付性が良好であると共に、ろう材側の腐食深さが０．０４ｍｍと浅く、耐食性が良好であった。このように、芯材にＣｒ及び／又はＺｒを含有させることにより、ろう付性が向上すると共に耐食性が高くなり、更に強度が向上する。
【００７６】
比較例３〜１６は、芯材の化学組成が本発明にて規定した範囲外のものである。比較例３では、芯材のＳｉ含有量が０．２重量％と少ないため、Ｍｇ2Ｓｉ金属間化合物の析出量が不十分であり、引張強さが１９１Ｎ／ｍｍ2と低下した。比較例４では、芯材のＣｕ含有量が０．２重量％と少ないため、引張強さが１９２Ｎ／ｍｍ2と低下した。比較例５では、芯材のＳｉとＣｕとの総量が１．０重量％と少ないため、引張強さが１９１Ｎ／ｍｍ2と低下した。比較例６では、芯材のＳｉとＣｕとの総量が１．８重量％と多いため、流動係数が５０％とろう付性が劣化した。また、ろう材側の腐食深さが０．１０ｍｍと深くなり、耐食性が劣化した。比較例７では、芯材のＭｎ含有量が０．５重量％と少ないため、引張強さが２０８Ｎ／ｍｍ2と低下した。比較例８では芯材のＭｇ含有量が０．３重量％と多いため、流動係数が３０％と極めて低下して、ろう付性が劣化すると共に、ろう材側腐食深さ及び皮材側腐食深さが、夫々、貫通及び０．１８ｍｍと極めて深くなり、耐食性が劣化した。比較例９では、芯材がＴｉを含有していないため、ろう材側腐食深さ及び皮材側腐食深さが、夫々、０．１４ｍｍ及び０．２０ｍｍと極めて深くなり、耐食性が劣化した。比較例１０では、芯材のＦｅ含有量が０．３重量％と多いため、耐食性が低下して、ろう材側及び皮材側のいずれの腐食深さも、夫々、０．１０ｍｍ及び０．０５ｍｍと深くなった。また、ろう付性が劣化した。比較例１１では、芯材のＳｉ含有量が１．２重量％と多いため、芯材の融点が低下すると共に、低融点相が増加して、ろう付性が５８％と低下した。また、ろう材側の腐食深さが０．１０ｍｍと深くなった。比較例１２では、芯材のＣｕ含有量が１．２重量％と多いため、芯材の融点が低下してろう付性が６０％と低下する共に、ろう材側の腐食深さが０．１０ｍｍと深くなった。比較例１３では、芯材のＭｎ含有量が１．６重量％と多いため、巨大金属間化合物が形成され、耐食性が劣化した。このため、ろう材側及び皮材側のいずれについても、腐食深さが、夫々、０．１２ｍｍ及び０．０６ｍｍと深くなった。比較例１４では、芯材のＴｉ含有量が０．４重量％と多いため、巨大金属間化合物が形成され、ろう材側及び皮材側のいずれについても、腐食深さが、夫々、０．１０ｍｍ及び０．０５ｍｍと深くなった。比較例１５では、芯材のＣｒ含有量が０．４重量％と多いため、巨大金属間化合物が形成され、耐食性が劣化した。このため、ろう材側及び皮材側のいずれについても、腐食深さが、夫々、０．０９ｍｍ及び０．０５ｍｍと深くなった。比較例１６では、芯材のＺｒ含有量が０．４重量％と多いため、比較例１５と同様に、ろう材側及び皮材側のいずれについても、腐食深さが、夫々、０．０９ｍｍ及び０．０５ｍｍと深くなった。
【００７７】
比較例１８〜２３は、皮材の化学組成が本発明にて規定した範囲外のものである。比較例１８では、皮材のＭｇ含有量が１．５重量％と少ないため、ろう付後の引張強さが２０７Ｎ／ｍｍ2と低下した。比較例１９では、皮材のＺｎ含有量が２．０重量％と少ないため、腐食が皮材を貫通してしまい、耐食性が不良であった。また、孔食電位差が７５ｍＶと低かった。比較例２０では、皮材のＭｇ含有量が３．２重量％と多いため、クラッド圧着性が低下して、アルミニウム合金複合部材を得ることができなかった。比較例２１では、皮材のＺｎ含有量が５．５重量％と多いため、皮材の消耗が激しく、耐食性が低下した。このため、皮材側の腐食深さが０．０５ｍｍと深くなった。また、皮材と芯材との間の孔食電位差が１８５ｍＶと大きくなった。比較例２２では、皮材のＳｉ含有量が０．０５重量％と少ないため、ろう付後の強度向上が不十分であり、引張強さが２１８Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例２３では、皮材のＳｉ含有量が１．２重量％と多いため、皮材側の腐食深さが０．０５ｍｍと深くなった。
【００７８】
第２実施例
第２実施例ではろう付加熱後の冷却速度を３５℃／分以上とし、時効処理を１７０乃至２００℃の温度で２５分以上とした実施例（実施例１４〜２５）について、その特許請求の範囲から外れる比較例（比較例２４〜２７）と比較して説明する。
【００７９】
ろう付用アルミニウム合金複合部材には、上記表３に示す実施例１及び９のものを用意し、第１実施例と同様に引張強さ試験を実施した。引張強さ試験方法及び評価基準は、第１実施例のものと同一である。但し、引張強さが２５０Ｎ／ｍｍ2を超えるものは「◎」とした。得られた結果を下記表５に示す。
【００８０】
【表５】
上記表５に示すように、実施例１４〜２５では、ろう付加熱後の冷却速度が３５℃／分以上であり、また時効処理の温度及び時間が、夫々、１７０乃至２００℃及び２５分以上であったため、いずれも引張強さが２２０Ｎ／ｍｍ2以上と高いものとなった。
【００８２】
比較例２４では、冷却速度が２０℃／分と低速であったため、引張強さが２０２Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例２５では、時効処理温度が１５０℃と低温であったため、引張強さが２０５Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例２６では、時効処理時間が１５分と短時間であったため、引張強さが２０８Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例２７では、時効処理温度が２３０℃と高温であったため、引張強さが１９８Ｎ／ｍｍ2と低かった。
【００８３】
第３実施例
第３実施例では、各実施例のろう付加熱後の５５０乃至２００℃までの冷却速度を下記数式２の条件を満たすものとした。
【００８４】
【数２】
［冷却速度（℃／分）］≧−3500×［芯材のＭｇ含有量（重量％）］＋800
【００８５】
また、各実施例の時効処理を１７０乃至２００℃の温度で２５分以上とした。得られた各実施例（実施例２６、２７）について、その特許請求の範囲から外れる比較例（比較例２８〜３７）と比較して説明する。
【００８６】
ろう付用アルミニウム合金複合部材には、上記表３に示す実施例１及び９のものを用意し、引張強さ試験を実施した。引張強さ試験方法及び評価基準は、第２実施例のものと同一である。得られた結果を下記表６に示す。
【００８７】
【表６】
上記表６に示すように、実施例２６、２７では、ろう付加熱後の冷却速度が極めて速いため、上記数式２を満たし、また時効処理の温度及び時間が、夫々、１７０℃及び２５分であったため、いずれも引張強さが２５０Ｎ／ｍｍ２以上と高いものとなった。
【００８９】
比較例２８乃至３１では、芯材にＭｇが含有されていないため、上記数式２から要求される冷却速度は８００℃／分となる。比較例２８乃至３１では、冷却速度が５０、１５０、３００及び５００℃／分と、８００℃／分に比して低速であったため、引張強さが、夫々、２２６、２２７、２３２及び２４２Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例３２乃至３４では、芯材のＭｇ含有量が０．１ｍｇであるため、上記数式２から要求される冷却速度は４５０℃／分となる。比較例３２乃至３４では、冷却速度が５０、１５０及び３００℃／分と、上記数式２から要求される冷却速度４５０℃／分に比して、低速であったため、引張強さが、夫々、２３６、２４２及び２４８Ｎ／ｍｍ2と低かった。
【００９０】
比較例３５では、時効温度が１５０℃と低温であるため、Ｍｇ2Ｓｉの析出が促進されず、引張強さが２３８Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例３６では、時効時間が１５分と短時間であったため、Ｍｇ2Ｓｉの析出が促進されず、引張強さが２４０Ｎ／ｍｍ2と低かった。比較例３７では、時効温度が２３０℃と高温であるため、Ｍｇ2Ｓｉが粗大金属間化合物となり、引張強さが２３０Ｎ／ｍｍ2と低かった。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合部材によれば、芯材及び皮材の化学成分が適切であるので、ろう付後の強度が高いと共に耐食性が良好となる。
【００９２】
また、本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法によれば、ろう付加熱後の冷却速度並びに時効処理における処理温度及び処理時間が適切であるので、ろう付後の強度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るろう付用アルミニウム合金複合部材を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るろう付用アルミニウム合金複合部材を示す断面図である。
【図３】自動車用ラジエータのチューブの一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１，３１；芯材
２，１２，３２；皮材
３，１３，３３；ろう材
４，１４，３４；チューブ
３５；フィン
３６；ヘッダ
３７；中空部
Claims (10)
- Ｆｅ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、Ｃｕ：０．３乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．８乃至１．５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物であり、前記不可避的不純物のうちＭｇ含有量を０．２質量％以下に規制し、更に、前記Ｓｉ及びＣｕの総含有量が１．３乃至１．６質量％である組成の芯材と、この芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、前記芯材の他面に形成されＭｇ：２．０乃至３．０質量％、Ｚｎ：２．２を超え５．０質量％以下及びＳｉ：０．１乃至１．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成の皮材とを有し、ろう付後に前記皮材と前記芯材との境界部にＭｇ２Ｓｉが析出していることを特徴とするろう付用アルミニウム合金複合部材。
- 前記芯材は、更にＣｒ：０．３質量％以下及びＺｒ：０．３質量％以下からなる群から選択された１種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１に記載のろう付用アルミニウム合金複合部材。
- 前記芯材のＣｒ含有量は０．０２質量％以上であることを特徴とする請求項２に記載のろう付用アルミニウム合金複合部材。
- 前記芯材のＺｒ含有量は０．０２質量％以上であることを特徴とする請求項２に記載のろう付用アルミニウム合金複合部材。
- 前記芯材のＭｇ含有量は０．１質量％以下に規制されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のろう付用アルミニウム合金複合部材。
- 前記芯材のＣｕ含有量は０．８質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のろう付用アルミニウム合金複合部材。
- 前記芯材のＦｅ含有量は０．０２質量％以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のろう付用アルミニウム合金複合部材。
- 被接合材にろう付後、前記芯材の孔食電位は前記皮材及びろう材の孔食電位に比して貴であり、前記芯材と前記皮材との孔食電位差が８０乃至１８０ｍＶであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のろう付用アルミニウム合金複合部材。
- Ｆｅ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、Ｃｕ：０．３乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．８乃至１．５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうちＭｇ含有量を０．２質量％以下に規制し、更に、前記Ｓｉ及びＣｕの総含有量が１．３乃至１．６質量％である組成の芯材と、この芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、前記芯材の他面に形成されＭｇ：２．０乃至３．０質量％、Ｚｎ：２．２を超え５．０質量％以下及びＳｉ：０．１乃至１．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成の皮材とを有するろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法であって、前記アルミニウム合金複合部材を被接合材に加熱してろう付した後に、冷却速度を３５℃／分以上として冷却し、次いで１７０乃至２００℃の温度で２５分以上時効処理することを特徴とするろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法。
- Ｆｅ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、Ｃｕ：０．３乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．８乃至１．５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうちＭｇ含有量を０．２質量％以下に規制し、更に、前記Ｓｉ及びＣｕの総含有量が１．３乃至１．６質量％である組成の芯材と、この芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、前記芯材の他面に形成されＭｇ：２．０乃至３．０質量％、Ｚｎ：２．２を超え５．０質量％以下及びＳｉ：０．１乃至１．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成の皮材とを有するろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法であって、前記アルミニウム合金複合部材を被接合材に加熱してろう付した後に、５５０乃至２００℃までの冷却速度を［冷却速度（℃／分）］≧−３５００×［芯材のＭｇ含有量（質量％）］＋８００として冷却し、次いで１７０乃至２００℃の温度で２５分以上時効処理することを特徴とするろう付用アルミニウム合金複合部材のろう付方法。
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