JP5823899B2 - アルミニウム合金ブレージングシート - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用熱交換器等に使用されるアルミニウム合金ブレージングシートに関する。
近年、自動車熱交換器の軽量化が要求されており、アルミニウム合金ブレージングシートには薄肉化が求められている。この薄肉化のためには、ろう付け後の強度を高めることが不可欠であり、強度向上には従来のＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｕ系心材へのＭｇ添加が有効である。しかし、フッ化物系フラックスを用いてろう付けを行う場合、ろう付け時に心材から拡散したＭｇがフラックス中のＦと反応し高融点化合物を形成する。そのため、ろう付けに有効なフラックス成分が減少し、フラックスの酸化膜除去能力が低下し、ろう付けが困難となることが知られている。Ｍｇを含む心材を用いたブレージングシートのろう付け性を高めるために、これまではブレージングシートの製造工程において、ろう材中のＭｇ含有量、および、ろう付け前のろう材の表層部のＭｇ濃度を規制していた（例えば、特許文献１参照）。
しかし、従来の技術では、ろう付け時に心材からろう材を経由してフラックスへ拡散するＭｇについては考慮されておらず、従来の技術だけではろう付け性が十分に改善されない場合がある。そのため、さらにろう付け性を向上させる技術についての検討が必要とされている。
本発明は、前記課題を解決するものであり、ろう付け性に優れるアルミニウム合金ブレージングシートを提供することを課題とする。
本発明者らは、ろう付けにおいて、心材が溶融したろうの侵食を受けると（すなわちエロージョンが生じると）、心材中のＭｇがろう材側へ溶出しろう材中を高速拡散してフラックスに到達することで、ろう付けに有効なフラックス成分が劣化することを見出した。そして、溶融ろうによる心材の溶出を抑える（耐エロージョン性を高める）には、心材における溶融ろうの侵食経路となる結晶粒界の体積率を低減すること、すなわち、結晶粒を粗大化させることが有効であることを見出した。
また、ろう付け前におけるろう材の最表層部のＭｇは、酸素と結合して化学的に安定なＭｇＯとなっており、このＭｇＯはろう付け時にフラックス成分と反応しないため、ろう付けには影響を及ぼさない。また、ろう付け前におけるろう材の最表面から深さ３μｍ位置までの化学的に活性なＭｇは、ろう付け時に最表層へ瞬時に拡散し酸素と結合して化学的に安定なＭｇＯとなり、このＭｇＯはろう付け時にフラックス成分と反応しないため、ろう付けには影響を及ぼさない。むしろ、ろう付け前におけるろう材表層部（ろう材の最表面から深さ３μｍ位置までをろう材表層部と定義する）を除いたろう材中のＭｇ量がろう付けに影響を及ぼし、この部位のＭｇ量の規制がろう付け性の改善に寄与することを見出した。
すなわち、本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートは、心材の少なくとも一方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材をクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシートであって、前記心材は、Ｓｉ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｎ：０．６質量％を超え２．０質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｇ：０．１５質量％以上０．５質量％以下、Ｔｉ：０．０５質量％を超え０．２５質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、前記ろう材の厚さが１５〜３３μｍであり、前記ろう材の表層部を除いたろう材中のＭｇ量が０．０７質量％以下であり、かつ、６００℃で３分間のろう付け後において、前記心材の板厚方向中心部の結晶粒径が、圧延方向で５０μｍ以上であることを特徴とする。
このような構成によれば、心材が所定量のＳｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｍｇを含有することでろう付け後強度が向上し、所定量のＴｉを含有することで耐食性が向上する。また、ろう材の表層部を除いたろう材中のＭｇ量を０．０７質量％以下とすることで、ろう付け時にフラックスと反応するＭｇの量が少なくなるため、ろう付け性が向上する。さらに、６００℃で３分間のろう付け後における心材の板厚方向中心部の結晶粒径を、圧延方向で５０μｍ以上とすることで、溶融ろうの侵食経路となる結晶粒界の体積率が低減し、心材の溶出量が減少してＭｇの溶出量が減少する。これにより、ろう付けに有効なフラックス成分が増えるため、ろう付け性が向上する。
本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートは、心材の一方の面にＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材をクラッドし、前記心材の他方の面に犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシートであって、前記心材は、Ｓｉ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｎ：０．６質量％を超え２．０質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｇ：０．１５質量％以上０．５質量％以下、Ｔｉ：０．０５質量％を超え０．２５質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、前記ろう材の厚さが１５〜３３μｍであり、前記ろう材の表層部を除いたろう材中のＭｇ量が０．０７質量％以下であり、かつ、６００℃で３分間のろう付け後において、前記心材の板厚方向中心部の結晶粒径が、圧延方向で５０μｍ以上であることを特徴とする。
このような構成によれば、心材が所定量のＳｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｍｇを含有することでろう付け後強度が向上し、所定量のＴｉを含有することで耐食性が向上する。また、犠牲陽極材を備えることで、耐食性がさらに向上する。また、ろう材の表層部を除いたろう材中のＭｇ量を０．０７質量％以下とすることで、ろう付け時にフラックスと反応するＭｇの量が少なくなるため、ろう付け性が向上する。さらに、６００℃で３分間のろう付け後における心材の板厚方向中心部の結晶粒径を、圧延方向で５０μｍ以上とすることで、溶融ろうの侵食経路となる結晶粒界の体積率が低減し、心材の溶出量が減少してＭｇの溶出量が減少する。これにより、ろう付けに有効なフラックス成分が増えるため、ろう付け性が向上する。
本発明のアルミニウム合金ブレージングシートによれば、ろう付け性を向上させることができる。また、ろう付け後強度、耐食性、耐エロージョン性、成形性にも優れる。
以下、本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートの形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
≪アルミニウム合金ブレージングシート≫
図１（ａ）に示すように、本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシート（以下、適宜、ブレージングシートという）１（１ａ）は、心材２の一方の面にろう材３をクラッドしたものである。ここで、ろう材３は心材２の少なくとも一方の面に設けられていればよいが、図１（ｂ）に示すブレージングシート１（１ｂ）のように、心材２の両面に設けられていてもよい。
次に、ブレージングシート１を構成する心材２、ろう材３における合金成分の含有量の数値限定理由等および心材２の結晶粒径の限定理由について説明する。
図１（ａ）に示すように、本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシート（以下、適宜、ブレージングシートという）１（１ａ）は、心材２の一方の面にろう材３をクラッドしたものである。ここで、ろう材３は心材２の少なくとも一方の面に設けられていればよいが、図１（ｂ）に示すブレージングシート１（１ｂ）のように、心材２の両面に設けられていてもよい。
次に、ブレージングシート１を構成する心材２、ろう材３における合金成分の含有量の数値限定理由等および心材２の結晶粒径の限定理由について説明する。
＜心材＞
心材２は、Ｓｉ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｎ：０．６質量％を超え２．０質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｇ：０．１５質量％以上０．５質量％以下、Ｔｉ：０．０５質量％を超え０．２５質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなる。
心材２は、Ｓｉ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｎ：０．６質量％を超え２．０質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｇ：０．１５質量％以上０．５質量％以下、Ｔｉ：０．０５質量％を超え０．２５質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなる。
［Ｓｉ：０．３質量％を超え１．０質量％以下］
ＳｉはＭｇと共存させた場合、Ｍｇ２Ｓiを形成し、ろう付け後強度を向上させる。しかし、Ｓｉ含有量が０．３質量％以下ではこの効果が小さい。一方、１．０質量％を超えると、心材２の固相線温度が低下するため、ろう付け時に心材２が溶融する。したがって、Ｓｉ含有量は、０．３質量％を超え１．０質量％以下とする。
ＳｉはＭｇと共存させた場合、Ｍｇ２Ｓiを形成し、ろう付け後強度を向上させる。しかし、Ｓｉ含有量が０．３質量％以下ではこの効果が小さい。一方、１．０質量％を超えると、心材２の固相線温度が低下するため、ろう付け時に心材２が溶融する。したがって、Ｓｉ含有量は、０．３質量％を超え１．０質量％以下とする。
［Ｍｎ：０．６質量％を超え２．０質量％以下］
Ｍｎは、固溶してろう付け後強度を向上させる。しかし、Ｍｎ含有量が０．６質量％以下では、強度向上効果が不十分である。一方、２．０質量％を超えると、鋳造時に形成される粗大な金属間化合物の量が増加し、成形性を低下させる。したがって、Ｍｎ含有量は、０．６質量％を超え２．０質量％以下とする。
Ｍｎは、固溶してろう付け後強度を向上させる。しかし、Ｍｎ含有量が０．６質量％以下では、強度向上効果が不十分である。一方、２．０質量％を超えると、鋳造時に形成される粗大な金属間化合物の量が増加し、成形性を低下させる。したがって、Ｍｎ含有量は、０．６質量％を超え２．０質量％以下とする。
［Ｃｕ：０．３質量％を超え１．０質量％以下］
Ｃｕは固溶してろう付け後強度を向上させる。しかし、Ｃｕ含有量が０．３質量％以下では強度向上効果が不十分である。一方、１．０質量％を超えると、心材２の固相線温度が低下するため、ろう付け時に心材２が溶融する。したがって、Ｃｕ含有量は、０．３質量％を超え１．０質量％以下とする。
Ｃｕは固溶してろう付け後強度を向上させる。しかし、Ｃｕ含有量が０．３質量％以下では強度向上効果が不十分である。一方、１．０質量％を超えると、心材２の固相線温度が低下するため、ろう付け時に心材２が溶融する。したがって、Ｃｕ含有量は、０．３質量％を超え１．０質量％以下とする。
［Ｍｇ：０．１５質量％以上０．５質量％以下］
ＭｇはＳｉと共存させた場合、Ｍｇ２Ｓｉを形成し、ろう付け後強度を向上させる。しかし、Ｍｇ含有量が０．１５質量％未満ではこの効果が小さい。一方、０．５質量％を超えると、ろう付け時にフラックス中に到達するＭｇ量が増え、フラックスの機能を損なわせるため、ろう付け性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は、０．１５質量％以上０．５質量％以下とする。
ＭｇはＳｉと共存させた場合、Ｍｇ２Ｓｉを形成し、ろう付け後強度を向上させる。しかし、Ｍｇ含有量が０．１５質量％未満ではこの効果が小さい。一方、０．５質量％を超えると、ろう付け時にフラックス中に到達するＭｇ量が増え、フラックスの機能を損なわせるため、ろう付け性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は、０．１５質量％以上０．５質量％以下とする。
［Ｔｉ：０．０５質量％を超え０．２５質量％以下］
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−Ａｌ系化合物は電位が貴であるため、腐食形態が層状化し、厚さ方向への腐食（孔食）に進展し難くなる効果がある。しかし、Ｔｉ含有量が０．０５質量％以下では腐食形態の層状化効果が小さい。一方、０．２５質量％を超えると、粗大な金属間化合物が形成して、成形性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は、０．０５質量％を超え０．２５質量％以下とする。
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−Ａｌ系化合物は電位が貴であるため、腐食形態が層状化し、厚さ方向への腐食（孔食）に進展し難くなる効果がある。しかし、Ｔｉ含有量が０．０５質量％以下では腐食形態の層状化効果が小さい。一方、０．２５質量％を超えると、粗大な金属間化合物が形成して、成形性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は、０．０５質量％を超え０．２５質量％以下とする。
［残部：Ａｌと不可避的不純物］
心材２の成分は前記の他、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。なお、不可避的不純物としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ等が挙げられ、これらは、それぞれ０．３質量％以下の含有であれば、本発明の効果を妨げず、心材２に含有することは許容される。
心材２の成分は前記の他、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。なお、不可避的不純物としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ等が挙げられ、これらは、それぞれ０．３質量％以下の含有であれば、本発明の効果を妨げず、心材２に含有することは許容される。
＜心材の結晶粒径＞
６００℃で３分間のろう付け後において、心材２の板厚方向中心部の結晶粒径を、圧延方向で５０μｍ以上とする。
なお、図２に示すように、板厚方向中心部Ａとは、具体的には、６００℃で３分間のろう付け後、本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートを板厚方向に切断した場合の断面（圧延方向に垂直な断面、あるいは、圧延方向に平行な断面）において、心材２の板厚方向中心を中心とし、この中心を基準とした板厚の±２５％における領域のことである。そして、結晶粒径は圧延方向の粒径を規定することから、板厚方向中心部の結晶粒径は、圧延方向に平行な板厚方向の断面を基準に測定することとなる。また、ここでの結晶粒径とは、平均の結晶粒径（平均結晶粒径）のことである。
６００℃で３分間のろう付け後において、心材２の板厚方向中心部の結晶粒径を、圧延方向で５０μｍ以上とする。
なお、図２に示すように、板厚方向中心部Ａとは、具体的には、６００℃で３分間のろう付け後、本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートを板厚方向に切断した場合の断面（圧延方向に垂直な断面、あるいは、圧延方向に平行な断面）において、心材２の板厚方向中心を中心とし、この中心を基準とした板厚の±２５％における領域のことである。そして、結晶粒径は圧延方向の粒径を規定することから、板厚方向中心部の結晶粒径は、圧延方向に平行な板厚方向の断面を基準に測定することとなる。また、ここでの結晶粒径とは、平均の結晶粒径（平均結晶粒径）のことである。
ろう付けにおいて、心材２が溶融したろうの侵食を受けると、心材２中の化学的に活性なＭｇがろう側へ溶出し溶融ろう中を高速拡散してフラックスに到達する。これにより、ろう付けに有効なフラックス成分が劣化し、ろう付け性が低下する。溶融ろうによる心材２の溶出を抑える（耐エロージョン性を高める）には、溶融ろうの侵食経路となる結晶粒界の体積率を低減すること、すなわち、結晶粒径を粗大化させることが有効である。板厚方向中心部の圧延方向の結晶粒径（結晶粒の圧延方向の長さ）が５０μｍ未満では、溶融ろうの侵食経路が増え、心材２の溶出量が増えてＭｇの溶出量が増える。これにより、ろう付けに有効なフラックス成分が減り、ろう付け性が低下する。なお、上限値は特に規定されるものではないが、ろう付け後強度の観点から、２５０μｍ以下が好ましい。
板厚方向中心部の結晶粒径の測定は、以下のようにして行なうことができる。まず、６００℃×３分ろう付け相当の加熱後、ブレージングシート１を好適な大きさに切断し、Ｌ−ＳＴ面を研磨した後、電解液にてエッチングし、研磨面を１００倍で写真撮影する。そしてこの写真で、心材２の圧延方向の結晶粒径を切片法により測定する。
６００℃で３分間のろう付け後における板厚方向中心部の圧延方向の結晶粒径は、後記するブレージングシートの製造方法で説明するように、クラッド後における中間焼鈍を３００℃以上で１ｈ以上、かつ仕上げ冷間圧延率を５０％以下の条件で行なうことにより制御する。
＜ろう材＞
ろう材３は、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるものであり、ここでのＡｌ−Ｓｉ系合金とは、Ｓｉの他に、Ｚｎを含有した合金も含むものである。具体的には、例えば、Ａｌ−４．０質量％以上１２．０質量％以下Ｓｉ合金を用いることができる。Ｓｉ含有量が４．０質量％未満では、液相率が低くなり、ろう付けが不十分となりやすい。一方、１２．０質量％を超えると、粗大な初晶Ｓｉが発生し成形加工時に割れが生じやすくなる。また、ろう材３の電位を卑化させることでろう材３に犠牲陽極効果を持たせるため、Ａｌ−４．０質量％以上１２．０質量％以下Ｓｉ合金に、１．０質量％以上６．０質量％以下のＺｎを添加してもよい。この場合、Ｚｎ含有量が１．０質量％未満では、電位卑化の度合いが小さく、犠牲防食が不十分となりやすい。一方、６．０質量％を超えると、ろう溜り部にＺｎが濃縮し優先腐食サイトとなる。
ろう材３は、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるものであり、ここでのＡｌ−Ｓｉ系合金とは、Ｓｉの他に、Ｚｎを含有した合金も含むものである。具体的には、例えば、Ａｌ−４．０質量％以上１２．０質量％以下Ｓｉ合金を用いることができる。Ｓｉ含有量が４．０質量％未満では、液相率が低くなり、ろう付けが不十分となりやすい。一方、１２．０質量％を超えると、粗大な初晶Ｓｉが発生し成形加工時に割れが生じやすくなる。また、ろう材３の電位を卑化させることでろう材３に犠牲陽極効果を持たせるため、Ａｌ−４．０質量％以上１２．０質量％以下Ｓｉ合金に、１．０質量％以上６．０質量％以下のＺｎを添加してもよい。この場合、Ｚｎ含有量が１．０質量％未満では、電位卑化の度合いが小さく、犠牲防食が不十分となりやすい。一方、６．０質量％を超えると、ろう溜り部にＺｎが濃縮し優先腐食サイトとなる。
＜ろう材の表層部を除いたろう材中のＭｇ量：０．０７質量％以下＞
図３に示すように、ろう材３において、ろう付け前でのろう材３の表層部（以下、適宜、ろう材表層部という）３１を除いたろう材（以下、適宜、ろう材表層部除外部という）３２中のＭｇ量を、０．０７質量％以下とする。ここで、ろう材表層部３１とは、ろう材最表面（心材２とクラッドしていない側の最表面）から深さ３μｍ位置までの領域を指す。Ｍｇは、ろう付け時にろう材３の最表面へ拡散し、ろう表面に予め塗付していたフラックスと化合し、フラックスの酸化膜除去能力を低下させるため、ろう付け性を低下させる。ろう材表層部除外部３２のＭｇ量が０．０７質量％以下の場合、ろう付け時にフラックスと反応するＭｇの量が少なく、ろう付け性が向上する。一方、０．０７質量％を超えると、ろう付け時にフラックスと反応するＭｇの量が多くなり、ろう付け性が低下する。なお、ろう材表層部除外部３２のＭｇ量は、０質量％でもよい。
図３に示すように、ろう材３において、ろう付け前でのろう材３の表層部（以下、適宜、ろう材表層部という）３１を除いたろう材（以下、適宜、ろう材表層部除外部という）３２中のＭｇ量を、０．０７質量％以下とする。ここで、ろう材表層部３１とは、ろう材最表面（心材２とクラッドしていない側の最表面）から深さ３μｍ位置までの領域を指す。Ｍｇは、ろう付け時にろう材３の最表面へ拡散し、ろう表面に予め塗付していたフラックスと化合し、フラックスの酸化膜除去能力を低下させるため、ろう付け性を低下させる。ろう材表層部除外部３２のＭｇ量が０．０７質量％以下の場合、ろう付け時にフラックスと反応するＭｇの量が少なく、ろう付け性が向上する。一方、０．０７質量％を超えると、ろう付け時にフラックスと反応するＭｇの量が多くなり、ろう付け性が低下する。なお、ろう材表層部除外部３２のＭｇ量は、０質量％でもよい。
ろう材表層部除外部３２のＭｇ量は、ろう材３中（ろう材３全体中）のＭｇ量の積分値から、ろう材表層部３１のＭｇ量の積分値を引いた値をろう材３の厚さで割った値と定義する。なお、ろう材表層部除外部３２のＭｇ量、ろう材３全体中のＭｇ量、および、ろう材表層部３１のＭｇ量は、ろう付け前のものである。
ろう材表層部除外部３２のＭｇ量の測定は、以下のようにして行なうことができる。まず、ろう付け前の供試材を好適な大きさに切断し、例えばＬ−ＳＴ面を研磨し、板厚方向へのＥＰＭＡライン分析を行なう。そして、ろう材３中（ろう材３全体中）のＭｇ量の積分値から、ろう材３の最表面から３μｍ深さまでのＭｇ量の積分値を引き、その値をろう材３の厚さで割ることにより求める。ここで、ろう付け前でのろう材３とは、ＥＰＭＡライン分析において、０．１質量％以上Ａｌ、かつ、０．１質量％以下Ｍｎを満たす領域であり、かつ、その領域を光学顕微鏡により断面観察すると共晶Ｓｉ相が認められる領域のことを指すものとする。なお、ＥＰＭＡラインによる定量分析は、各元素濃度の明らかな標準試料の特性Ｘ線強度を測定しそれぞれの検量線を作成することで行う。
ろう材表層部除外部３２のＭｇ量は、ろう付け前の最終板厚時のろう材厚を１５μｍ以上とするとともに、後記するブレージングシートの製造方法で説明するように、クラッド後における中間焼鈍を３７５℃以下で７ｈ以下、仕上げ冷間圧延率を２０％以上、かつ最終焼鈍を３５０℃以下で７ｈ以下の条件で行なうことにより制御する。
＜最終板厚時のろう材厚：１５μｍ以上＞
ろう材厚が１５μｍ未満では、ろう付け前でのろう材表層部除外部３２のＭｇ量が０．０７質量％を超え、ろう付け性が低下する。なお、好ましいろう材３厚の上限は３６μｍである。ろう材厚が３６μｍを超えると、板厚に対する心材２の割合が小さくなり、ろう付け後強度が低下する。
ろう材厚が１５μｍ未満では、ろう付け前でのろう材表層部除外部３２のＭｇ量が０．０７質量％を超え、ろう付け性が低下する。なお、好ましいろう材３厚の上限は３６μｍである。ろう材厚が３６μｍを超えると、板厚に対する心材２の割合が小さくなり、ろう付け後強度が低下する。
また、本発明においては、図１（ｃ）に示すように、心材２の一方の面にろう材３をクラッドし、心材２の他方の面に犠牲陽極材４をクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシート１ｃとしてもよい。心材２の他方の面に犠牲陽極材４を設ける以外は、前記した心材２にろう材３のみをクラッドしたブレージングシートと同様であるため、ここでは犠牲陽極材４について説明する。
犠牲陽極材４として、例えば、Ａｌ−０．１質量％以上１．０質量％以下Ｓｉ−１．０質量％以上６．０質量％以下Ｚｎ合金を用いることができる。Ｓｉは、犠牲陽極材４の強度を高める働きをする。Ｓｉ含有量が０．１質量％未満では、強度向上の効果が不十分となりやすい。一方、１．０質量％を超えると、犠牲陽極材４の固相線温度が低下し、ろう付け時に溶融する恐れがある。Ｚｎ含有量が１．０質量％未満では、犠牲防食効果が不十分となりやすい。一方、６．０質量％を超えると、犠牲陽極材４と心材２との電位差が大きくなり、犠牲陽極材４の消耗速度が増すことで十分な耐食性が確保されにくい。
≪アルミニウム合金ブレージングシートの製造方法≫
次に、ブレージングシートの製造方法の一例について説明する。
ここでは、心材２の一方の面にろう材３をクラッドし、心材２の他方の面に犠牲陽極材４をクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシート１ｃ（図１（ｃ）参照）を取り上げて説明するが、心材２にろう材３のみクラッドしたブレージングシート１ａ，１ｂ（図１（ａ）、（ｂ）参照）の製造方法についても、犠牲陽極材４を用いないこと以外は同様である。
次に、ブレージングシートの製造方法の一例について説明する。
ここでは、心材２の一方の面にろう材３をクラッドし、心材２の他方の面に犠牲陽極材４をクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシート１ｃ（図１（ｃ）参照）を取り上げて説明するが、心材２にろう材３のみクラッドしたブレージングシート１ａ，１ｂ（図１（ａ）、（ｂ）参照）の製造方法についても、犠牲陽極材４を用いないこと以外は同様である。
まず、心材用アルミニウム合金、ろう材用アルミニウム合金、および、犠牲陽極材用アルミニウム合金を連続鋳造により溶解、鋳造して鋳塊を製造し、この鋳塊に面削（表面平滑化処理）、および、均質化処理を行うことで、心材用鋳塊（心材用部材）、ろう材用鋳塊、犠牲陽極材用鋳塊を製造する。そして、ろう材用鋳塊、および、犠牲陽極材用鋳塊は、それぞれ所定厚さに熱間圧延して、ろう材用部材、犠牲陽極材用部材とする。次に、心材用部材の一面側にろう材用部材、他面側に犠牲陽極材用部材を重ね合わせ、この重ね合わせ材に熱処理（再加熱）を行った後、熱間圧延により圧着して板材とする。その後、冷間圧延、中間焼鈍を行い、さらに冷間圧延（仕上げ冷間圧延）を行う。そしてその後、最終焼鈍（仕上げ焼鈍）を行なう。
なお、心材用鋳塊には均質化処理を行なわなくてもよく、ろう材用鋳塊、および、犠牲陽極材用鋳塊には、熱間圧延を行なわず、面削により厚さを調整してそれぞれ、ろう材用部材、犠牲材用部材としてもよい。また、重ね合わせ材に熱処理を行なわなくてもよい。
なお、心材用鋳塊には均質化処理を行なわなくてもよく、ろう材用鋳塊、および、犠牲陽極材用鋳塊には、熱間圧延を行なわず、面削により厚さを調整してそれぞれ、ろう材用部材、犠牲材用部材としてもよい。また、重ね合わせ材に熱処理を行なわなくてもよい。
ここで、前記したように、６００℃で３分間のろう付け後における、心材の板厚方向中心部の圧延方向の結晶粒径を所定に制御するため、クラッド後における中間焼鈍を３００℃以上で１ｈ以上、かつ仕上げ冷間圧延率を５０％以下の条件とする必要がある。さらに、ろう材の表層部を除いたろう材中のＭｇ量を所定に制御するため、クラッド後における中間焼鈍を３７５℃以下で７ｈ以下、仕上げ冷間圧延率を２０％以上、かつ最終焼鈍を３５０℃以下で７ｈ以下の条件とする必要がある。すなわち、クラッド後の中間焼鈍を３００〜３７５℃で１〜７ｈ、仕上げ冷間圧延率を２０〜５０％、かつ最終焼鈍を３５０℃以下で７ｈ以下とする条件で行なう。
クラッド後の中間焼鈍温度が３００℃未満では、ひずみの除去が不十分となるため、ろう付け前の蓄積ひずみが大きくなる。そのため、ろう付け時の再結晶核が増大して、ろう付け後の心材の板厚方向中心部の結晶粒径が圧延方向で５０μｍ未満と微細となり、耐エロージョン性が低下し、ろう付け性が低下する。一方、３７５℃を超えると、心材中のＭｇのろう材への拡散量が増え、ろう材表層部除外部のＭｇ量が０．０７質量％を超え、ろう付け性が低下する。
また、クラッド後の中間焼鈍時間が１ｈ未満では、ひずみの除去が不十分となるため、ろう付け前の蓄積ひずみが大きくなる。そのため、ろう付け時の再結晶核が増大してろう付け後の心材の板厚方向中心部の結晶粒径が圧延方向で５０μｍ未満と微細となり、耐エロージョン性が低下し、ろう付け性が低下する。一方、７ｈを超えると、心材中のＭｇのろう材への拡散量が増え、ろう材表層部除外部のＭｇ量が０．０７質量％を超え、ろう付け性が低下する。
仕上げ冷間圧延率が２０％未満では、心材中のＭｇのろう材への拡散量が増え、ろう材表層部除外部のＭｇ量が０．０７質量％を超え、ろう付け性が低下する。一方、５０％を超えると、ろう付け前の蓄積ひずみが大きくなり、ろう付け時の再結晶核が増大してろう付け後の心材の板厚方向中心部の結晶粒径が圧延方向で５０μｍ未満と微細となり、耐エロージョン性が低下し、ろう付け性が低下する。
最終焼鈍温度が３５０℃を超えると、心材中のＭｇのろう材への拡散量が増え、ろう材表層部除外部のＭｇ量が０．０７質量％を超え、ろう付け性が低下する。なお、好ましい最終焼鈍温度の下限は１５０℃であり、最終焼鈍温度が１５０℃未満では、ひずみ除去が不十分となりやすく、成形性が低下しやすい。最終焼鈍時間が７ｈを超えると、心材のＭｇのろう材への拡散量が増え、ろう材表層部除外部のＭｇ量が０．０７質量％を超え、ろう付け性が低下する。なお、好ましい最終焼鈍時間の下限は１ｈであり、最終焼鈍時間が１ｈ未満では、ひずみ除去が不十分となりやすく、成形性が低下しやすい。
次に、本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートについて、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを比較して具体的に説明する。
なお、心材の一方の面または両面にろう材をクラッドしたブレージングシートであっても、心材の一方の面にろう材をクラッドし、心材の他方の面に犠牲陽極材をクラッドしたブレージングシートであっても、本発明の効果に特段の違いはないことから、ここでは、代表して、心材の一方の面にろう材をクラッドし、心材の他方の面に犠牲陽極材をクラッドした供試材を用いて実験を行なった。
なお、心材の一方の面または両面にろう材をクラッドしたブレージングシートであっても、心材の一方の面にろう材をクラッドし、心材の他方の面に犠牲陽極材をクラッドしたブレージングシートであっても、本発明の効果に特段の違いはないことから、ここでは、代表して、心材の一方の面にろう材をクラッドし、心材の他方の面に犠牲陽極材をクラッドした供試材を用いて実験を行なった。
表１に示す組成を有する心材用合金、Ａｌ−１０質量％Ｓｉ合金であるろう材用合金、Ａｌ−０．３質量％Ｓｉ−４．０質量％Ｚｎ合金である犠牲陽極材用合金をＤＣ鋳造により造塊し、各々所望の厚さまで両面を面削して心材用鋳塊（心材用部材）、ろう材用鋳塊、犠牲陽極材用鋳塊を得た。ろう材用鋳塊、および、犠牲陽極材用鋳塊にはそれぞれ均質化処理を施し、ろう材用部材、および、犠牲陽極材用部材とした。そして、ろう材用部材、心材用部材、犠牲陽極材用部材をこの順で組み合わせて重ね合わせ材とし、５３０℃×４ｈの加熱を施した後、３．０ｍｍ厚まで熱間圧延した。なお、ろう付け前のろう材厚が表２、３に示す値となるようにろう材用部材のクラッド率を調整した。また、犠牲陽極材用部材のクラッド率は１５％とした。そして、熱間圧延後、冷間圧延により０．５ｍｍの板材とし、表２、３に示した条件で中間焼鈍を行い、その後、表２、３に示した条件で仕上げ冷間圧延率により仕上げ冷間圧延を行い０．２５ｍｍの板材とした。この板材に表２、３に示した条件で最終焼鈍を施し、供試材を作製した。
次に、前記作製した供試材について、ろう付け前でのろう材表層部を除いたろう材中のＭｇ量（ろう材表層部除外部のＭｇ量）、６００℃で３分間のろう付け後における、心材の板厚方向中心部の結晶粒径（表２、３中、心材結晶粒径と記す）の測定、および、耐エロージョン性、ろう付け後強度、ろう付け性、成形性、耐食性の評価を下記に示す方法で行った。
＜ろう材表層部除外部のＭｇ量の測定＞
ろう付け前でのろう材表層部除外部のＭｇ量の測定は、以下のようにして行なった。まず、ろう付け前の供試材を好適な大きさに切断し、Ｌ−ＳＴ面を研磨し、板厚方向へのＥＰＭＡライン分析を行なった。そして、ろう材中のＭｇ量の積分値から、ろう材の最表面から３μｍ深さまでのＭｇ量の積分値を引き、その値をろう材厚さで割ることにより求めた。ここで、ろう付け前でのろう材とは、ＥＰＭＡライン分析において、０．１質量％以上Ａｌ、かつ、０．１質量％以下Ｍｎを満たす領域であり、かつ、その領域を光学顕微鏡により断面観察すると共晶Ｓｉ相が認められる領域のことを指す。なお、ＥＰＭＡラインによる定量分析は、各元素濃度の明らかな標準試料の特性Ｘ線強度を測定しそれぞれの検量線を作成することで行った。
ろう付け前でのろう材表層部除外部のＭｇ量の測定は、以下のようにして行なった。まず、ろう付け前の供試材を好適な大きさに切断し、Ｌ−ＳＴ面を研磨し、板厚方向へのＥＰＭＡライン分析を行なった。そして、ろう材中のＭｇ量の積分値から、ろう材の最表面から３μｍ深さまでのＭｇ量の積分値を引き、その値をろう材厚さで割ることにより求めた。ここで、ろう付け前でのろう材とは、ＥＰＭＡライン分析において、０．１質量％以上Ａｌ、かつ、０．１質量％以下Ｍｎを満たす領域であり、かつ、その領域を光学顕微鏡により断面観察すると共晶Ｓｉ相が認められる領域のことを指す。なお、ＥＰＭＡラインによる定量分析は、各元素濃度の明らかな標準試料の特性Ｘ線強度を測定しそれぞれの検量線を作成することで行った。
＜ろう付け後の心材結晶粒径の測定＞
ろう付け後の心材結晶粒径の測定は、以下のようにして行なった。まず、昇温速度１５℃／分、６００℃×３分ろう付け相当の加熱後、供試材を好適な大きさに切断し、Ｌ−ＳＴ面を研磨した後、電解液にてエッチングし、研磨面を１００倍で写真撮影した。そしてこの写真で、心材の板厚方向中心部（心材の板厚方向中心を中心とした板厚の±２５％における領域）の圧延方向の結晶粒径を切片法により測定した。
ろう付け後の心材結晶粒径の測定は、以下のようにして行なった。まず、昇温速度１５℃／分、６００℃×３分ろう付け相当の加熱後、供試材を好適な大きさに切断し、Ｌ−ＳＴ面を研磨した後、電解液にてエッチングし、研磨面を１００倍で写真撮影した。そしてこの写真で、心材の板厚方向中心部（心材の板厚方向中心を中心とした板厚の±２５％における領域）の圧延方向の結晶粒径を切片法により測定した。
＜耐エロージョン性評価＞
耐エロージョン性の評価は、昇温速度１５℃／分、６００℃×３分ろう付け相当の加熱後、供試材を好適な大きさに切断し、Ｌ−ＳＴ面を研磨した後、その研磨面について顕微鏡にて心材へのろうの侵食度合い（エロージョン度合い）を観察した。耐エロージョン性は、心材残存率（＝ろう付け相当の加熱後、エロージョン最悪部での心材残存厚／加熱前の心材厚×１００）が７０％以上のものを良好（○）、心材残存率が７０％未満のものを不良（×）とした。
耐エロージョン性の評価は、昇温速度１５℃／分、６００℃×３分ろう付け相当の加熱後、供試材を好適な大きさに切断し、Ｌ−ＳＴ面を研磨した後、その研磨面について顕微鏡にて心材へのろうの侵食度合い（エロージョン度合い）を観察した。耐エロージョン性は、心材残存率（＝ろう付け相当の加熱後、エロージョン最悪部での心材残存厚／加熱前の心材厚×１００）が７０％以上のものを良好（○）、心材残存率が７０％未満のものを不良（×）とした。
＜ろう付け後強度評価＞
ろう付け後強度は、以下のようにして評価した。まず、供試材について、昇温速度１５℃／分、６００℃で３分間保持、冷却速度２００℃／分のろう付けを施した。その後、室温で７日間保持し、引張方向が圧延方向と平行となるように、ＪＩＳ５号試験片に加工して、室温にて引張試験を実施することによりろう付け後強度を測定した。ろう付け後強度は、引張強さが１６０ＭＰａ以上のものを良好（○）、引張強さが１６０ＭＰａ未満のものを不良（×）とした。
ろう付け後強度は、以下のようにして評価した。まず、供試材について、昇温速度１５℃／分、６００℃で３分間保持、冷却速度２００℃／分のろう付けを施した。その後、室温で７日間保持し、引張方向が圧延方向と平行となるように、ＪＩＳ５号試験片に加工して、室温にて引張試験を実施することによりろう付け後強度を測定した。ろう付け後強度は、引張強さが１６０ＭＰａ以上のものを良好（○）、引張強さが１６０ＭＰａ未満のものを不良（×）とした。
＜ろう付け性評価＞
ろう付け性は、竹本正ら著、「アルミニウムブレージングハンドブック（改訂版）」、軽金属溶接構造協会（２００３年３月発行）の１３２〜１３６頁に記載されている評価方法により評価した。図４に示すように、水平に置いた下板（３００３Ａｌ合金板（厚さ１．０ｍｍ×縦幅２５ｍｍ×横幅６０ｍｍ））と、この下板に対して垂直に立てて配置した上板（供試材（厚さ０．３ｍｍ×縦幅２５ｍｍ×横幅５５ｍｍ））との間に、φ２ｍｍのステンレス製スペーサを挟んで、一定のクリアランスを設定した。なお、上板の供試材は、ろう材面側にフラックス（森田化学工業株製ＦＬ−７）を５ｇ／ｍ2塗布した。そして、窒素雰囲気下、６００℃で３分間という条件の加熱処理を行った後、下板と上板のすき間が充填された長さ（間隙充填長さ）をノギスで測定してろう付け性を数値化した。間隙充填長さが１５ｍｍ以上のものを良好（○）、間隙充填長さが１５ｍｍ未満のものを不良（×）とした。
ろう付け性は、竹本正ら著、「アルミニウムブレージングハンドブック（改訂版）」、軽金属溶接構造協会（２００３年３月発行）の１３２〜１３６頁に記載されている評価方法により評価した。図４に示すように、水平に置いた下板（３００３Ａｌ合金板（厚さ１．０ｍｍ×縦幅２５ｍｍ×横幅６０ｍｍ））と、この下板に対して垂直に立てて配置した上板（供試材（厚さ０．３ｍｍ×縦幅２５ｍｍ×横幅５５ｍｍ））との間に、φ２ｍｍのステンレス製スペーサを挟んで、一定のクリアランスを設定した。なお、上板の供試材は、ろう材面側にフラックス（森田化学工業株製ＦＬ−７）を５ｇ／ｍ2塗布した。そして、窒素雰囲気下、６００℃で３分間という条件の加熱処理を行った後、下板と上板のすき間が充填された長さ（間隙充填長さ）をノギスで測定してろう付け性を数値化した。間隙充填長さが１５ｍｍ以上のものを良好（○）、間隙充填長さが１５ｍｍ未満のものを不良（×）とした。
＜成形性評価＞
成形性は、供試材をろう付けする前に、ろう材面側に張り出すように、ＪＩＳ Ｚ ２２４７によりエリクセン試験を行い、張り出し高さを測定することにより評価した。成形性は、張り出し高さが８ｍｍ以上である場合を良好（○）、張り出し高さが８ｍｍ未満（×）である場合を不良とした。なお、ろう付け時に心材が溶融するものについては、評価を行わなかった。
成形性は、供試材をろう付けする前に、ろう材面側に張り出すように、ＪＩＳ Ｚ ２２４７によりエリクセン試験を行い、張り出し高さを測定することにより評価した。成形性は、張り出し高さが８ｍｍ以上である場合を良好（○）、張り出し高さが８ｍｍ未満（×）である場合を不良とした。なお、ろう付け時に心材が溶融するものについては、評価を行わなかった。
＜耐食性の評価＞
耐食性は、供試材を６００℃×３分間のろう付け相当の加熱後に、犠牲陽極材側を試験面として、３ヶ月間ＯＹ水浸漬試験を行い、腐食深さを測定することにより評価した。耐食性は、腐食深さが４０μｍ未満のものを良好（○）、腐食深さが４０μｍ以上のものを不良（×）とした。
耐食性は、供試材を６００℃×３分間のろう付け相当の加熱後に、犠牲陽極材側を試験面として、３ヶ月間ＯＹ水浸漬試験を行い、腐食深さを測定することにより評価した。耐食性は、腐食深さが４０μｍ未満のものを良好（○）、腐食深さが４０μｍ以上のものを不良（×）とした。
心材の成分を表１に示し、ろう付け前の最終板厚時のろう材厚、製造条件、および、前記の試験結果を表２、３に示す。なお、表１〜３において、供試材が溶融したため、測定・評価不能だったもの、および、評価を行なわなかったものは「溶融」と記載し、本発明の構成を満たさないもの、および、ろう材厚や製造条件が規定を満たさないものは、数値に下線を引いて示す。
表２に示すように、供試材Ｎｏ．１〜２３は、本発明の要件を満たしているため、または参考例のため、すべての評価項目で良好であった。
一方、表３に示すように、Ｎｏ．２４〜４３は、本発明の構成を満たさないため、以下の結果となった。
Ｎｏ．２４は、心材のＳｉ含有量が過少のため、ろう付け後強度に劣った。Ｎｏ．２５は、心材のＳｉ含有量が過剰なため、心材が溶融した。Ｎｏ．２６は、心材のＭｎ含有量が過少のため、ろう付け後強度に劣った。Ｎｏ．２７は、心材のＭｎ含有量が過剰なため、成形性に劣った。
Ｎｏ．２４は、心材のＳｉ含有量が過少のため、ろう付け後強度に劣った。Ｎｏ．２５は、心材のＳｉ含有量が過剰なため、心材が溶融した。Ｎｏ．２６は、心材のＭｎ含有量が過少のため、ろう付け後強度に劣った。Ｎｏ．２７は、心材のＭｎ含有量が過剰なため、成形性に劣った。
Ｎｏ．２８は、心材のＣｕ含有量が過少のため、ろう付け後強度に劣った。Ｎｏ．２９は、心材のＣｕ含有量が過剰なため、心材が溶融した。Ｎｏ．３０は、心材のＭｇ含有量が過少のため、ろう付け後強度に劣った。Ｎｏ．３１は、心材のＭｇ含有量が過剰なため、ろう付け性に劣った。Ｎｏ．３２は、心材のＴｉ含有量が過少のため、耐食性に劣った。Ｎｏ．３３は、心材のＴｉ含有量が過剰なため、成形性に劣った。
Ｎｏ．３４は、ろう材厚が小さく、ろう材表層部除外部のＭｇ量が過剰となったため、ろう付け性に劣った。Ｎｏ．３５は、中間焼鈍温度が低く、心材結晶粒径が過少となったため、耐エロージョン性、ろう付け性に劣った。Ｎｏ．３６は、中間焼鈍温度が高く、ろう材表層部除外部のＭｇ量が過剰となったため、ろう付け性に劣った。Ｎｏ．３７は、中間焼鈍時間が短く、心材結晶粒径が過少となったため、耐エロージョン性、ろう付け性に劣った。
Ｎｏ．３８は、中間焼鈍時間が長く、ろう材表層部除外部のＭｇ量が過剰となったため、ろう付け性に劣った。Ｎｏ．３９は、仕上げ冷間圧延率が低く、ろう材表層部除外部のＭｇ量が過剰となったため、ろう付け性に劣った。Ｎｏ．４０は、仕上げ冷間圧延率が高く、心材結晶粒径が過少となったため、耐エロージョン性、ろう付け性に劣った。Ｎｏ．４１は、最終焼鈍温度が高く、ろう材表層部除外部のＭｇ量が過剰となったため、ろう付け性に劣った。Ｎｏ．４２は、最終焼鈍時間が長く、ろう材表層部除外部のＭｇ量が過剰となったため、ろう付け性に劣った。Ｎｏ．４３は、中間焼鈍を行なわず、また仕上げ冷間圧延率が高く、心材結晶粒径が過少となったため、耐エロージョン性、ろう付け性に劣った。
なお、Ｎｏ．４３の供試材は、前記特許文献１に記載された従来のブレージングシートを想定したものである。本実施例で示すように、従来のブレージングシートは、前記の評価について一定の水準を満たさないものである。従って、本実施例によって、本発明に係るブレージングシートが従来のブレージングシートと比較して、優れていることが客観的に明らかとなった。
以上のとおり、本発明のアルミニウム合金ブレージングシートは、ろう付け性に優れるとともに、ろう付け後強度、耐食性、耐エロージョン性、成形性にも優れるものであり、従来の課題を解決できるものである。
以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて改変・変更等することができることはいうまでもない。
１ アルミニウム合金ブレージングシート
２ 心材
３ ろう材
４ 犠牲陽極材
３１ ろう材の表層部（ろう材表層部）
３２ ろう材表層部を除いたろう材（ろう材表層部除外部）
Ａ 板厚方向中心部
２ 心材
３ ろう材
４ 犠牲陽極材
３１ ろう材の表層部（ろう材表層部）
３２ ろう材表層部を除いたろう材（ろう材表層部除外部）
Ａ 板厚方向中心部
Claims (2)
- 心材の少なくとも一方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材をクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシートであって、
前記心材は、Ｓｉ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｎ：０．６質量％を超え２．０質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｇ：０．１５質量％以上０．５質量％以下、Ｔｉ：０．０５質量％を超え０．２５質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、
前記ろう材の厚さが１５〜３３μｍであり、
前記ろう材の表層部を除いたろう材中のＭｇ量が０．０７質量％以下であり、
かつ、６００℃で３分間のろう付け後において、前記心材の板厚方向中心部の結晶粒径が、圧延方向で５０μｍ以上であ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。 - 心材の一方の面にＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材をクラッドし、
前記心材の他方の面に犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシートであって、
前記心材は、Ｓｉ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｎ：０．６質量％を超え２．０質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％を超え１．０質量％以下、Ｍｇ：０．１５質量％以上０．５質量％以下、Ｔｉ：０．０５質量％を超え０．２５質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、
前記ろう材の厚さが１５〜３３μｍであり、
前記ろう材の表層部を除いたろう材中のＭｇ量が０．０７質量％以下であり、
かつ、６００℃で３分間のろう付け後において、前記心材の板厚方向中心部の結晶粒径が、圧延方向で５０μｍ以上であ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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