JP6109615B2 - ろう付用アルミニウム合金フィンクラッド材 - Google Patents

Description

この発明は、非酸化性雰囲気中でフラックスを使用せずに、ろう付可能なアルミニウム合金フィンクラッド材に関する。

ラジエータやコンデンサをはじめ、インタークーラー等を代表とする自動車用熱交換器やその他アルミニウム合金にて製造される熱交換器や放熱器等は、現在、不活性ガス雰囲気下で非腐食性のフッ化物系フラックスを用いてろう付されるか、ろう材に０．５〜１．５質量％程度のＭｇを添加して真空雰囲気下でろう付される工法が主流となっている。

上記フラックスを用いる場合、多くがろう付対象部材をプレス成形等で加工後、所望の組み付け状態とし、フラックス粉末を溶媒に溶いた混濁液を組み付け体に塗着・乾燥させ、高純度窒素ガスによる非酸化性雰囲気中で加熱ろう付している。この場合、フラックスを使用すること自体、あるいは、その塗布工程の設置や管理にコストを要するという問題がある。

また、フラックスはその一部がろう付加熱過程で蒸発し、炉内壁に付着、堆積することが知られており、堆積物の除去を目的とした定期的な炉のメンテナンスも必要コストとして生じる。そして昨今、自動車の軽量化促進に伴い、自動車用熱交換器でもさらなる材料の薄肉高強度化が求められている。高強度化の需要に対し、現在、アルミニウムのろう付はノコロックフラックスを用いる方法が主流であるが、Ｍｇ添加により母材の高強度化を図ろうとした場合、フラックスとＭｇの顕著な反応によるフラックスの不活化（ＭｇＦ_２の形成）を生じるという問題がある。また、近年はハイブリッド車や電気自動車に使用されるインバータ冷却器等ではフラックス残渣自体が半導体部品のはんだ付性等を阻害するなどの理由から、フラックスの使用が制限される場合もある。

この問題に対し、本発明者らは過去に、特許文献１においてＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金ろう材を用いたクラッド材によるフラックスレス工法を提案している。

特許第４５４７０３２号

しかし、特許文献１で提案されている技術では、密着した接合面同士を接合する際には良好なろう付が可能であるが、接合部の一部のみが接触し、接触していない部位にフィレットを形成させる場合には、雰囲気中酸素により非接触部で酸化皮膜が成長し易く、酸化皮膜により溶融ろうの濡れ性が阻害されるため、安定的なフィレット形成が難しくなる。

さらに、上記状況ではろう材表面の酸化皮膜がろう付熱処理時に十分に破壊、分断されないため、接合不良が発生し、著しく接合強度が低下する問題がある。また、製造工程中やろう付熱処理時の雰囲気中の酸素濃度が高いと部材中のＭｇと雰囲気中の酸素が反応し、Ｍｇの酸化皮膜（ＭｇＯ）が成長し、接合率が著しく低下し、安定した接合状態が得られにくい課題もある。

このような課題に鑑み、本発明は、フラックスを使用せず、大気圧、もしくは簡易な真空設備による低真空下でろう付け接合をすることができるアルミニウム合金フィンクラッド材を提供することを目的とする。

アルミニウムは下記（１）式の反応によって非常に酸化しやすく、酸化皮膜を形成するとろう付性が低下する。
２Ａｌ＋３／２Ｏ_２→Ａｌ_２Ｏ_３ （１）
フラックスレスろう付では、接合部の酸化皮膜を緻密なフィルム状の形態からなるべく微細な粒子状に分断して、溶融ろうの濡れ性や流動性を向上させる必要がある。またろう付性向上という点で、炉内雰囲気中の酸素濃度の低下が有効であることが確認されている。
酸化皮膜の分断のためにろう材やろう付対象部材などの材料中にＭｇが添加された場合でも、ろう付時に雰囲気中の酸素濃度が高いと、下記（２）式に示すように、部材中のＭｇの酸化が促進され、表面に安定なＭｇＯ酸化物層が厚く形成されるため、ろう付性が著しく低下する。ろう付け時は高温で長時間保存されるほど表面の酸化皮膜は成長するが、酸化反応は５５０℃以上で急激に進み、固相であってもその反応は起こる。
Ｍｇ＋１／２Ｏ_２→ＭｇＯ （２）
一方、酸素濃度が低い状態では、下記（３）式に示すように、アルミニウム表面の酸化皮膜Ａｌ_２Ｏ_３が材料中のＭｇにより還元分解されて粒状のＭｇＡｌ_２Ｏ_４に変化し、微細な酸化物として分散するため、良好な接合が行われる。
３Ｍｇ＋４Ａｌ_２Ｏ_３→３ＭｇＡｌ_２Ｏ_４＋２Ａｌ （３）
したがって、良好な接合状態を得るには雰囲気中の酸素濃度をなるべく低く制御することが望ましい。

そこで、本発明者等は、鋭意研究を進めた結果、非酸化性雰囲気中で酸素濃度を５０ｐｐｍ以下としたろう付環境において、部材表面の酸化皮膜欠陥部となる金属間化合物やろう材Ｓｉ粒子のサイズと量を制御し、酸化皮膜成長を抑制することで、非接触部においても酸化皮膜が破壊されやすくなり、良好なろう付性が得られることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明のアルミニウム合金フィン材のうち、第１の本発明は、大気圧から０．１Ｐａの圧力範囲下で、酸素濃度が５０ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲気中で、フラックスを使用せずに、ろう付接合される板厚０．２ｍｍ以下のアルミニウム合金フィン材であって、
合金成分が、質量％でＭｎを０．２〜２．０％、Ｆｅを０．２〜１．５％、Ｍｇを０．１〜０．８％含み、残部がＡｌと不可避不純物からなり、かつフィン材表層に円相当径で０．５μｍ以上の金属間化合物が１ｍｍ^２当たり５００個以上分布することを特徴とする。

第２の本発明のアルミニウム合金フィン材は、前記第１の本発明において、合金成分として、さらに質量％でＣｕ０．０５〜１．０％、Ｓｉ０．１〜１．２％の１種または２種を含むことを特徴とする。

第３の本発明のアルミニウム合金フィン材は、前記第１または第２の本発明において、合金成分として、さらに質量％でＺｎを０．１〜５．０％含むことを特徴とする。

第４の本発明のアルミニウム合金フィン材は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、ろう付前のろう付面表面の酸化皮膜の厚さが１５ｎｍ以下であり、前記酸化皮膜中の酸化マグネシウム膜（ＭｇＯ膜）の平均膜厚が２ｎｍ以下であることを特徴とする。

すなわち、本発明のアルミニウム合金フィンクラッド材のうち、第１の本発明は、大気圧から０．１Ｐａの圧力範囲下で、酸素濃度が５０ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲気中で、フラックスを使用せずに、ろう付接合される板厚０．２ｍｍ以下のアルミニウム合金フィン材の片面または両面にろう材層が設けられており、
前記ろう材層の組成が、質量％でＳｉを５〜１３％、Ｍｇを０．１〜３．０％、Ｆｅを０．１〜１．０％含み、残部がＡｌと不可避不純物からなり、
前記ろう材層表層において円相当径０．２５μｍ以上のＳｉ粒子が１ｍｍ^２当たり２０，０００個以上存在することを特徴とする。

第２の本発明のアルミニウム合金フィンクラッド材は、前記第１の本発明において、前記フィン材の合金成分が、質量％でＭｎを０．２〜２．０％、Ｆｅを０．２〜１．５％、Ｍｇを０．１〜０．８％含み、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする。
第３の本発明のアルミニウム合金フィンクラッド材は、前記第２の本発明において、前記フィン材の合金成分として、さらに質量％でＣｕ０．０５〜１．０％、Ｓｉ０．１〜１．２％の１種または２種を含むことを特徴とする。
第４の本発明のアルミニウム合金フィンクラッド材は、前記第２または第３の本発明において、前記フィン材の合金成分として、さらに質量％でＺｎを０．１〜５．０％含むことを特徴とする。

第５の本発明のアルミニウム合金フィンクラッド材は、前記第１〜第４のいずれかの本発明において、ろう付前のろう材層表面の酸化皮膜の厚さが１５ｎｍ以下であり、前記酸化皮膜中の酸化マグネシウム膜（ＭｇＯ膜）の平均膜厚が２ｎｍ以下であることを特徴とする。

以下に、本発明で規定する内容について説明する。

（アルミニウム合金フィン材組成）
Ｍｎ：０．２〜２．０％
Ｍｎは、Ａｌ−Ｍｎ（−Ｆｅ）系金属間化合物として晶出または析出し、酸化皮膜の欠陥部を形成し、ろう付後の強度向上、芯材の電位を貴にして耐食性を向上させる作用をもつ。この作用を得るため、０．２％以上含有するのが望ましい、０．２％未満の含有では上記効果が不十分となる。一方、２．０％を超えて含有すると、鋳造時に巨大金属間化合物が生成し、鋳造性や圧延性を阻害する。これらのため、Ｍｎ含有量は、０．２〜２．０％が望ましい。なお、同様の理由で下限を０．５％、上限を１．５％とするのが一層望ましい。

Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、材料中に固溶してろう付後の強度を向上させるとともに、芯材の電位を貴にして耐食性を向上させるので、０．０５％以上含有するのが望ましい。０．０５％未満の含有では上記効果が不十分となる。一方、１．０％を超えて含有すると、鋳造時に割れが生じたり、強度が高くなりすぎて材料作製時の圧延性が低下する。これらのため、Ｃｕ含有量は０．０５〜１．０％が望ましい。なお、同様の理由で下限を０．１％、上限を０．７％とするのが一層望ましい。

Ｓｉ：０．１〜１．２％
Ｓｉは、単体でマトリックスに固溶して材料強度を向上させる他、Ｍｇ含有との相乗効果によって得られるＭｇ_２Ｓｉの析出により、材料強度を向上させる。このＭｇ_２Ｓｉの析出は、ろう付熱処理後の時効硬化により、飛躍的な材料強度向上に寄与する。また、Ｍｎと同時に添加されるとＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物として分散して、材料強度を向上させる。これら作用を得るため０．１％以上含有するのが望ましく、０．１％未満の含有では、上記効果が不十分となる。一方、１．２％を超えて含有すると、融点が低下するため、ろう付時に芯材が溶融する。これらのため、Ｓｉ含有量は、０．１〜１．２％が望ましい。なお、同様の理由で下限を０．３％、上限を１．０％とするのが一層望ましい。

Ｍｇ：０．１〜０．８％
Ｍｇは、材料表面に生成する緻密な酸化皮膜（Ａｌ_２Ｏ_３）を還元し、粒子状の酸化物（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）に分解することで酸化皮膜の破壊を促し、これにより最終的には液相ろうとの接触によって酸化皮膜全体が破壊に至るため、溶融ろうとの濡れ性が向上して良好な接合状態が得られる。また、フィン材中では、単独で固溶強化により、また、Ｓｉと同時に添加されるとろう付後に微細な金属間化合物Ｍｇ_２Ｓｉとして析出し、時効硬化することで材料強度を向上させる効果を有する。また、ろう付加熱中にろう材から拡散してきたＳｉとも反応し、同様の強度効果を有する。上記作用のために０．１％以上含有するのが望ましく、０．１％未満の含有では、Ａｌ_２Ｏ_３酸化皮膜の還元、分解作用が不十分となるため、十分な接合状態が得られず、材料強度の向上効果も不十分となる。一方、０．８％を超えて含有すると、融点が低下することでろう侵食を受け易くなり、ろう付構造体の寸法精度や構造維持等に問題を生じる。これらのため、Ｍｇの含有量は０．１〜０．８％とする。なお、同様の理由で下限を０．２５％、上限を０．７％とするのが一層望ましい。

Ｆｅ：０．２〜１．５％
Ｆｅは、Ａｌ−Ｆｅ（−Ｍｎ）系金属間化合物として晶出または析出し、酸化皮膜の欠陥部を形成する。また、ろう付後の強度向上や、最終焼鈍時とろう付時の再結晶を促進する。上記作用のために０．２％以上含有するのが望ましく、０．２％未満の含有では、上記効果が不十分となる。一方、１．５％を超えて含有すると、腐食速度が速くなりすぎるとともに、最終焼鈍後の結晶粒径が細かくなりすぎて成形時に加工の導入されない部分でのろう侵食が著しく大きくなる。これらのため、Ｆｅの含有量は０．２〜１．５％とする。なお、同様の理由で下限を０．２％、上限を０．５％とするのが一層望ましい。

Ｚｎ：０．１〜５．０％
Ｚｎは、電位を低下させ、犠牲陽極効果により接合相手部材を防食する効果を有するので所望により含有させる。上記作用のために０．１％以上含有するのが望ましく、０．１％未満の含有では、上記効果が不十分となる。一方、５．０％を超えて含有すると、腐食速度が著しく増加し、十分な防食期間が得られない。これらのため、Ｚｎの含有量は０．１〜５．０％とする。なお、同様の理由で下限を０．５％、上限を３．０％とするのが一層望ましい。

（Ａｌ−Ｓｉろう材組成）
Ｓｉ：５．０〜１３．０％
Ｓｉは、Ａｌに含有することで融点を低下させ、ろう付時に継手を形成する溶融ろうを生成させるための必須元素である。また、ろう材表面上ではＳｉ粒子上に酸化皮膜が成長しないことから、部材の酸化皮膜欠陥部となり、溶融ろうが部材表面へ染み出すことで濡れ性を向上させる。これら作用を得るためには５．０％以上の含有が望ましい。５．０％未満の含有では、上記効果が不十分となる。一方、１３．０％を超えて含有すると、初晶Ｓｉが増加することで材料の加工性が低下するとともに、ろう付時に接合部のろう侵食が著しく促進される。このため、Ｓｉの含有量は上記範囲が望ましい。なお、同様の理由で下限を６．５％、上限を１２．０％とするのが一層望ましい。

Ｍｇ：０．１〜３．０％
ろう材中のＭｇは、材料表面に生成する緻密な酸化皮膜（Ａｌ_２Ｏ_３）を還元し、粒子状の酸化物（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）に分解することで、溶融ろうの流動性が向上するとともに酸化皮膜全体が破壊されやすくなる。これら作用のためには０．１％以上の含有が望ましい。０．１％未満の含有では、上記効果が不十分となる。一方、３．０％を超えて含有すると、ろう材強度の増加によりクラッド圧延が困難になるとともに、Ｍｇの酸化皮膜が厚く成長しやすくなりろう付性を低下させる。これらのため、Ｍｇの含有量は、上記範囲が望ましい。なお、同様の理由で、下限を０．２５％、上限を２．０％とするのが一層望ましい。

Ｆｅ：０．１〜１．０％
Ｆｅは、Ｓｉ同様にろう材表面では酸化皮膜の欠陥部となり、溶融ろうが部材表面に染み出しやすくなる。上記作用のために０．１％以上含有するのが望ましく、０．１％未満の含有では、上記効果が不十分となる。一方、１．０％を超えて含有すると、溶融ろう材中には溶けずに異物となるため、溶融ろうの流動性が低下してろう付性を低下させる。これらのため、Ｆｅの含有量は、上記範囲が望ましい。なお、同様の理由で、下限を０．２％、上限を０．５％とするのが一層望ましい。

（ろう付条件）
大気圧〜０．１Ｐａ
本発明のろう付は、大気圧下の非酸化性雰囲気中の環境で十分な接合が得られるものであるが、簡易な真空設備で得られる低真空下で行えば、雰囲気中の酸素濃度が低下することによって、より効率的で安定した接合を得ることが可能となる。
０．１Ｐａより高真空では、接合は行えるが、高真空下ではＭｇの蒸発が生じることから、閉塞的な接合面にはＭｇの堆積を生じやすくなり、接合界面に粗大ボイドを形成し易くなる。結果、接合率はやや低下することとなる。また、高真空を得るには設備導入と維持コストが高くなる。
酸素濃度５０ｐｐｍ以下
５０ｐｐｍを越える酸素濃度では、ろう付加熱時にＡｌやＭｇの酸化皮膜の成長が進み、ろう溶融時の濡れ性が低下するため接合状態が不安定となり、特に隙間充填性や接合強度が低下する。

（フィン材表面の金属間化合物分布）
金属間化合物が１ｍｍ^２当たり５００個以上分布
金属間化合物上では、アルミニウムの緻密な酸化皮膜の成長が抑制され、酸化皮膜の欠陥部として作用し、この部位を起点に酸化皮膜の破壊や分断が進み、溶融ろうの濡れ性が向上し、より安定した接合状態を得ることが可能となる。
１ｍｍ^２当たり５００個未満では、ろう材の染み出しが発生する箇所が少なく、酸化皮膜の破壊や分断が不十分となる。
また、分布密度が１００，０００個／ｍｍ^２を超えると、酸化皮膜の欠陥部は増大するが、鋳造性や圧延性が低下し、切断およびプレス時の金型磨耗が促進されるので、所望により上記金属間化合物の分布密度を１００，０００個／ｍｍ^２以下とする。
なお、上記金属間化合物の上記分布状態は、少なくともフィン材表面で認められるものであればよい。例えば、５μｍ深さのフィン材表層で上記分布状態を有しているのが望ましい。
また、上記金属間化合物は、面方向に均一に分布しているのが望ましく、例えば、５ｍｍ^２当りの分布が均一となっていることが望ましい。

（ろう材表面のＳｉ粒子分布）
Ａｌ−Ｓｉろう材表層に円相当径０．２５μｍ以上のＳｉ粒子が１ｍｍ^２当たり２０，０００個以上存在
ろう材表面にＳｉ粒子が存在する部位はアルミニウムの緻密な酸化皮膜の成長が抑制され、酸化皮膜の欠陥部として作用し、この部位を起点に酸化皮膜の破壊や分断を促進する効果があり、溶融ろうの濡れ性が向上し、より安定した接合状態を得ることが可能となる。上記現象は一定サイズ以上のＳｉ粒子が表面に均一に分散しているほどその効果が大きい。
１ｍｍ^２当たり２０，０００個未満では、部材表面のＳｉ粒子サイズが小さ過ぎると、酸化皮膜の欠陥部としての効果が不十分となる。また、分布密度が低い場合は酸化皮膜の破壊や分断が起こる場所が減少し、その効果が不十分となる。
なお、１ｍｍ^２当たりのＳｉ粒子の数が３００，０００個を超えると、酸化皮膜の欠陥部は増大するが、鋳造性や圧延性が低下し、また、切断およびプレス時の金型磨耗が促進されるので、２５０，０００個未満とするのが望ましい。
なお、上記Ｓｉ粒子の上記分布状態は、少なくともろう材表面で認められるものであればよい。例えば、５μｍ深さのろう材表層で上記分布状態を有しているのが望ましい。

（ろう付前酸化皮膜厚さ）
ろう付前の材料表面の酸化皮膜厚さが１５ｎｍ以下
ろう材をもたないフィン材、もしくは、ろう材をクラッドしたフィン材表面においては、ろう付前の初期酸化皮膜が厚いと、ろう付時に酸化皮膜の破壊や分断が十分に起こらず、接合不良が発生する。ろう付前の酸化皮膜厚さは薄いほど接合状態は向上することから、酸化皮膜厚さは１０ｎｍ以下に制御することがより望ましい。また、酸化マグネシウム組成の酸化皮膜が成長すると、より薄い膜厚でも破壊しにくくなることから、２ｎｍ以下に制御する。１５ｎｍを超えると、初期酸化皮膜が十分に破壊されないため、接合不良が発生する。
上記初期酸化皮膜は、鋳造後の均質化、熱間圧延前の均熱、冷間圧延後の焼鈍等、各種熱処理時の温度と時間によって調整することができる。

以上説明したように、本発明によれば、低真空においてフラックスレスろう付けが可能となり、設備コストの高い真空設備を必要とせず、材料強度と耐食性に優れたろう付製品を得ることが可能となる。

本発明の実施例における供試材の模式図である。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
質量％で、Ｍｎを０．２〜２．０％、Ｆｅを０．２〜１．５％、Ｍｇを０．１〜０．８％含有し、さらに所望によりＣｕを０．０５〜１．０％、Ｓｉを０．１〜１．２％、Ｚｎを０．１〜５．０％の１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金フィン材を常法により製造する。
本実施形態では、前記アルミニウム合金フィン材表面において円相当径で０．５μｍ以上の金属間化合物が１ｍｍ^２当たり５００個以上均一に分布する。本材料を得るには、鋳造時の凝固速度や均質化処理の温度と時間、熱間圧延時の最大圧延率等を複合的に制御する。

前記アルミニウム合金フィン材はさらに冷間圧延を行って０．２ｍｍ以下の板厚とし、その後、所望により組織制御や調質のための熱処理を行う。熱処理の内容については本発明としては特に限定されるものではない。

常法により得られる前記アルミニウム合金フィン材は、ろう付け直前の状態で、初期酸化皮膜厚として１５ｎｍ以下の酸化皮膜が形成されており、前記酸化皮膜中に平均膜厚が２ｎｍ以下である酸化マグネシウム膜（ＭｇＯ膜）が形成されている。
前記アルミニウム合金フィン材は、チューブや無垢材コネクタなどのろう付け対象部材と組み付けられて、好適には熱交換器組立体などを構成する。なお、ろう付け対象部材としては種々の組成のアルミニウム材料を用いることができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。

上記組立体は、圧力が大気圧から０．１Ｐａの範囲で、非酸化性雰囲気とされた加熱炉内に配置される。該非酸化性雰囲気は、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたは水素、アンモニア、一酸化炭素などの還元性ガス、あるいはこれらの混合ガスを用いて構成することができる。加熱炉は密閉した空間を有することを必要とせず、ろう付け材の搬入口、搬出口を有するものであってもよい。このような加熱炉でも、不活性ガスを炉内に吹き出し続けることで非酸化性が維持される。該非酸化性雰囲気では、酸素濃度を体積比で５０ｐｐｍ以下とする。
上記雰囲気下で５６０〜６２０℃で加熱をしＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いてろう付けを行う。
Ａｌ−Ｓｉ系ろう材としては、Ｓｉ：５．０〜１３．０％、Ｍｇ：０．１〜３．０％、さらに必要に応じてＦｅ：０．１〜１．０％を含有するものを好適例として示すことができる。
ろう付けにおいては、アルミニウム合金フィン材とろう付け対象部材とがフラックスレスで良好に接合される。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。
質量％で、Ｍｎを０．２〜２．０％、Ｆｅを０．２〜１．５％、Ｍｇを０．１〜０．８％含有し、さらに所望によりＣｕを０．０５〜１．０％、Ｓｉを０．１〜１．２％、Ｚｎを０．１〜５．０％の１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金フィン材の芯材を常法により製造する。なお、この形態では、アルミニウム合金フィン材の芯材組成がこの範囲に限定されるものではない。
また、質量％で、Ｓｉ：５．０〜１３．０％、Ｍｇ：０．１〜３．０％、Ｆｅ：０．１〜１．０％を含有するろう材を常法により製造する。

上記アルミニウム合金フィン材を芯材とし、前記ろう材を皮材として、前記芯材の片面または両面に皮材を配置し、クラッドすることでフィンクラッド材を得る。該クラッドの製造条件は本発明としては特に限定されるものではない。また、各材のクラッド率も本発明としては特定されるものではない。なお、芯材となったアルミニウム合金フィン材は、板厚０．２ｍｍ以下になっている。
本実施形態では、前記ろう材表面において円相当径で０．２５μｍ以上のＳｉ粒子が１ｍｍ^２当たり２０，０００個以上均一に分布している。本材料を得るには、鋳造時の凝固速度や均質化処理の温度と時間、熱間圧延時の最大圧延率等を制御する。

常法により得られるアルミニウム合金フィンクラッド材は、鋳造後の均質化、熱間圧延前の均熱、冷間圧延後の焼鈍等、各種熱処理時の温度と時間を制御することによって、ろう付け直前に、ろう材表面に初期酸化皮膜厚として１５ｎｍ以下の酸化皮膜が形成されており、かつ、前記酸化皮膜中に平均膜厚が２ｎｍ以下である酸化マグネシウム膜（ＭｇＯ膜）が形成されている。
上記アルミニウム合金フィンクラッド材は、チューブや無垢材コネクタなどのろう付け対象部材と組み付けられて、好適には熱交換器組立体などを構成する。なお、ろう付け対象部材としては種々の組成のアルミニウム材料を用いることができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。

上記組立体は、圧力が大気圧から０．１Ｐａの範囲で、非酸化性雰囲気とされた加熱炉内に配置される。該非酸化性雰囲気は、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたは水素、アンモニア、一酸化炭素などの還元性ガス、あるいはこれらの混合ガスを用いて構成することができる。加熱炉は密閉した空間を有することを必要とせず、ろう付け材の搬入口、搬出口を有するものであってもよい。このような加熱炉でも、不活性ガスを炉内に吹き出し続けることで非酸化性が維持される。該非酸化性雰囲気では、酸素濃度を体積比で５０ｐｐｍ以下とする。
上記雰囲気下で５６０〜６２０℃で加熱をしてろう付けを行う。ろう付けにおいては、アルミニウム合金フィン材とろう付け対象部材とがフラックスレスで良好に接合される。

以下に本発明の実施例を説明する。
表１に示す製造条件によって、表２、３（実施例）、表４（比較例）に示す組成（残部Ａｌと不可避不純物）のろう付用部材（フィン材用部材、ろう材用部材）を用意した。ろう付用部材のうち、フィン材用部材の鋳造時の凝固速度は一般的な半連続鋳造の条件である０．１〜２．０℃／ｓｅｃの範囲に制御した。
表１に、クラッドフィン材を含むフィン材の熱処理条件を示す。
これに加えて、熱間圧延時の最大圧延率を１５〜５０％で制御して、材料表面の金属間化合物やろう材Ｓｉ粒子の分布状態を制御した。

なお、フィン材用部材は、鋳造時の凝固速度と均質化処理条件、熱間圧延時の最大圧延率を種々変化させることによって、最表面における金属間化合物の分布を制御した。均質化処理は、３００〜５９５℃×１〜４８時間の範囲内で調整し、熱間圧延の最大圧延率は、１５〜５０％の範囲内で調整した。
また、ろう付前のろう材のないフィン材表面、またはろう材をクラッドしたフィン材におけるろう材表面の初期酸化皮膜厚さは、材料の均質化熱処理や中間焼鈍を行う際に、大気または大気よりも酸素濃度が低い雰囲気を用いて表１に示す熱処理を行って調整した。

○金属間化合物、Ｓｉ粒子の分布
作製したろう付用部材のうちフィン材用の部材について、部材最表面を０．１μｍの砥粒で研磨し、０．５％フッ酸水溶液で６０秒エッチングした後、表面方向からＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）を用いた全自動粒子解析により粒子サイズと個数を測定した。測定は各サンプルについて２５０μｍ角相当の観察視野で任意部５ヶ所について測定し、金属間化合物の分布を求めた。測定では、円相当径で０．５μｍ以上の金属間化合物の個数密度（個／ｍｍ^２）を算出し、測定結果を表２〜４に示した。
また、同様の方法にて、ろう付用部材のうちろう材用部材については円相当径で０．２５μｍ以上のＳｉ粒子の分布を求めた。
金属間化合物分布およびＳｉ粒子分布の測定結果を表２〜４に示した。

○ろう付前の初期酸化皮膜厚さ
ろう付前の酸化皮膜厚さは、ＸＰＳ（Ｘ線光分子分光法）にて、任意部５ヶ所の測定を行い、平均値を採用した。ろう付前の酸化皮膜厚さの測定結果は表２〜４に示した。

○ろう付性（接合率）
表２〜４に示した組成の材料は、厚さ０．１ｍｍ、質別Ｈ１４の合金板、もしくは、クラッド板材とした。このとき、クラッド板材については、芯材の厚みを０．１ｍｍとし、両面にクラッド率１０％にてろう材を貼り合せた。各板材は、図１に示すフィン形状に加工し、フィン材もしくは、クラッドフィン材とした。

ろう材層をもたないフィン材１については、芯材成分ＪＩＳ Ａ３００３、ろう材成分Ａｌ−１．５％Ｍｇ−７．５％Ｓｉで、板厚０．５ｍｍ、調質Ｈ１４、ろう材クラッド率１０％としたブレージングシートを接合対象材料２として準備し、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍとしたブレージングシートのろう材面の間にフィン材を組み合わせて固定し、ろう付を行った。
ろう材層を有するフィンクラッド材１０については、成分ＪＩＳ Ａ３００３、板厚０．５ｍｍ、調質Ｈ１４の材料を接合対象材料２として準備し、接合対象材料２の幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍとしたろう付け面にクラッドフィン材を組み合わせて固定し、ろう付を行った。

ろう付熱処理は、大気圧下の窒素ガス雰囲気中（酸素濃度１５ｐｐｍ）にて、６００℃まで加熱を行なった後、室温まで冷却する条件で実施した。
その後、以下の式にてフィンとチューブの接合率を求め、ろう付性を評価した。その結果は、表２〜４に示した。
ろう付接合率＝（フィンとチューブの総接合部長さ／フィンとチューブの総接触長さ）×１００

○ろう付後材料強度
表２〜４に示す組成のフィン用部材（０．１ｍｍ厚）をＪＩＳ５号試験片とし、上記条件によるろう付相当熱処理後、９０℃×７日間時効処理後に引張試験に供した。得られた材料強度測定値を評価し、その結果をろう付け後強度ＴＳとして表２〜４に示した。

本発明の実施例は比較例に比べ良好なろう付性を示したのに対し、比較例では十分な接合が得られなかった。また、実施例では材料の高強度化とろう付性との両立が得られたが、比較例でその効果は得られなかった。

１ フィン材
２ ろう付け対象部材
３ フィレット

Claims (5)

1. 大気圧から０．１Ｐａの圧力範囲下で、酸素濃度が５０ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲気中で、フラックスを使用せずに、ろう付接合される板厚０．２ｍｍ以下のアルミニウム合金フィン材の片面または両面にろう材層が設けられており、
   前記ろう材層の組成が、質量％でＳｉを５〜１３％、Ｍｇを０．１〜３．０％、Ｆｅを０．１〜１．０％含み、残部がＡｌと不可避不純物からなり、
   前記ろう材層表層において円相当径０．２５μｍ以上のＳｉ粒子が１ｍｍ^２当たり２０，０００個以上存在することを特徴とするアルミニウム合金フィンクラッド材。
2. 前記フィン材の合金成分が、質量％でＭｎを０．２〜２．０％、Ｆｅを０．２〜１．５％、Ｍｇを０．１〜０．８％含み、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金フィンクラッド材。
3. 前記フィン材の合金成分として、さらに質量％でＣｕ０．０５〜１．０％、Ｓｉ０．１〜１．２％の１種または２種を含むことを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム合金フィンクラッド材。
4. 前記フィン材の合金成分として、さらに質量％でＺｎを０．１〜５．０％含むことを特徴とする請求項２または３に記載のアルミニウム合金フィンクラッド材。
5. ろう付前のろう材層表面の酸化皮膜の厚さが１５ｎｍ以下であり、前記酸化皮膜中の酸化マグネシウム膜（ＭｇＯ膜）の平均膜厚が２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金フィンクラッド材。

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