JP6267317B2 - ろう付け適用のためのクラッドシート合金 - Google Patents

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Description

関連出願
本出願は、その全体が参照によって本明細書に援用される、２０１３年３月１５日出願の米国特許仮出願第６１／７８９，２１５号の恩典を請求する。
本発明は、材料科学、材料化学、冶金学、アルミニウム合金、アルミニウム製造の分野、および関連の分野に関する。
ろう付け適用に適切なクラッドシート合金は、Ｓｉが添加されている、市販の純度精錬アルミニウムから通常は生成された金属被覆材合金を含む。このような従来の金属被覆材アルミニウム合金は、７〜１２％のＳｉ、０．２５％未満のＦｅ、および痕跡程度の他の元素を含む。市販の純度の精錬アルミニウムは、二次的なアルミニウムまたはリサイクルされたアルミニウムよりも高価である。このようなクラッドシート合金中のリサイクルされたアルミニウム合金の含量を増大することによって、ろう付け適用に適切なクラッドシートアルミニウム合金の費用を低下することが望ましい。クラッドシートアルミニウム合金から製造された部分または物体をろう付けすることによって作製されたろう付け継ぎ手の耐腐食性および／または強度を、例えば、増大するために、ろう付け適用に適切なアルミニウム合金の特性を改善することもまた望ましい。
本明細書において用いられる「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「前記発明（ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「この発明（ｔｈｉｓ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」および「本発明（ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、広義には、本発明の出願および添付の特許請求の範囲の全ての主題を指すことを意図している。これらの用語を含んでいる記述は、本明細書に記載される主題には限定されず、添付の特許請求の範囲の意味または範囲を限定もしないことが理解されるべきである。本発明の包含される実施形態は、特許請求の範囲によって定義されるものであり、この概要によるのではない。この概要は、本発明の種々の態様の高レベルの概説であり、下記の詳細な説明のセクションでさらに記載される概念のいくつかを紹介する。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴または必須の特徴を特定する意図はなく、また、特許請求される主題の範囲を決定するために単独で用いられることも意図していない。この主題は、明細書全体、任意のまたは全ての図面および各請求項の該当部分を参照することによって理解されるべきである。
金属被覆材（ｃｌａｄｄｉｎｇ）ではなく、鋳造に対して伝統的に用いられるアルミニウム合金は、伝統的な金属被覆材合金よりもかなり高いレベルのＦｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＴｉまたはＺｎのうちの１つ以上を含む。本発明者は、このような「鋳造合金」が、ろう付け適用に適切な鋳造アルミニウム合金中で、金属被覆材合金として用いられ得ることを発見した。本発明は、アルミニウム合金コアおよびアルミニウム合金金属被覆材を含んでいる、多層構造のアルミニウム材料を提供する。この材料は、「クラッドアルミニウム合金」と呼ばれ、シート型で作製されて、ろう付け適用に用いられ得る。また本発明は、上記のアルミニウム材料を製造するためのプロセス、ならびに上記のアルミニウム材料から製造された金属の成形品および／または物体を製造するためのプロセスも提供する。また、上記の多層構造のアルミニウム材料を用いるためのプロセスも提供され、このプロセスは、金属成形品または物体（そのうちの少なくとも１つは多層構造のアルミニウム材料から製造される）をろう付けすることによって連結することを包含する。ろう付けとしては、本発明の実施形態に組み込まれるとおり、限定するものではないが、真空ろう付け、管理雰囲気ろう付け、ボルグ・ワーナー（Ｂｏｒｇ−Ｗａｒｎｅｒ）Ｎｉプレートプロセスまたは溶融塩ろう付けが挙げられる。
本発明の１つの例示的な実施形態は、アルミニウム合金コアとアルミニウム合金金属被覆材とを含んでいるアルミニウム材料であって、ここでこの金属被覆材は、≦１．０重量％のＣｕ、≦０．５重量％のＦｅ、≦１．５重量％のＭｇ、≦１．０重量％のＭｎ、≦０．０１重量％のＮｉ、≦１５重量％のＳｉ、≦０．１５重量％のＴｉ、≦７重量％のＺｎおよび≦０．０５重量％のＳｒ、残部Ａｌを含んでいるアルミニウム合金を含む。本明細書に記載される合金の種々の実施形態では、優勢な元素は、アルミニウム（Ａｌ）であり、時に、残余のＡｌと呼ばれることが理解されるべきである。本明細書に記載される合金の種々の実施形態は、他では特定されない種々の避けられない不純物を含み得ることも理解されるべきである。いくつかの非限定的な実施例では、各不純物の含量は、最大０．０５重量％までを構成し得る。いくつかの他の非限定的な実施例では、不純物の総含量は、最大０．１５重量％までを構成し得る。一実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．１〜０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＭｎ、３〜１５重量％のＳｉ、０．００５〜０．１５重量％のＴｉおよび０．１〜７重量％のＺｎ、残部Ａｌを含む。別の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１５〜０．６重量％のＣｕ、０．１〜０．４重量％のＦｅ、０．２〜０．７重量％のＭｎ、５〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉおよび０．５〜５重量％のＺｎ、残部Ａｌを含む。さらに別の実施形態では、このアルミニウム合金金属被覆材は、０．１５〜０．３重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３〜０．５重量％のＭｎ、７〜１０重量％のＳｉ、０．００５〜０．１３重量％のＴｉおよび０．５〜３．５重量％のＺｎ、残部Ａｌを含む。任意の上記の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、さらに必要に応じて、１つ以上の０．００１〜０．３重量％のＭｇ、０．００１〜０．０１重量％のＮｉまたは０．００１〜０．０５重量％のＳｒ、ＮａもしくはＣａを含んでもよい。
この材料は、シートの片側にまたはシートの両側にクラッドを含んでいるシートの形態であってもよい。本発明の別の例示的な実施形態は、アルミニウム合金コアとアルミニウム合金金属被覆材とを含んでいるアルミニウム材料を調製するためのプロセスであり、前記プロセスは、金属被覆材合金を鋳造すること；この金属被覆材合金を必要な厚みまで圧延し、これによって、圧延された金属被覆材合金を生成すること；この圧延されたコア合金の少なくとも一方の側に圧延された合金金属被覆材をアセンブルすること；この圧延された合金金属被覆材を、圧延されたコア合金上に熱間圧延結合すること、を包含する。上記のプロセスのバリエーションは、アルミニウム合金コアおよびアルミニウム合金金属被覆材のＦＵＳＩＯＮ（商標）（Ｎｏｖｅｌｉｓ，Ａｔｌａｎｔａ，ＵＳＡ）プロセスによる溶融鋳込を包含し得る。上記のプロセスは、鋳造の前に、Ｓｉを添加されているスクラップのアルミニウムから、またはスクラップのアルミニウムと精錬等級のアルミニウムとの組み合わせから金属被覆材合金を調製することを包含し得る。さらに一般的には、金属被覆材アルミニウム合金は、リサイクルされたアルミニウムスクラップの金属を含むことができる。
本発明の別の例示的な実施形態は、本発明の実施形態によってある材料から製造された少なくとも１つのアルミニウム合金成形品を、第二のアルミニウム合金成形品を用いてろう付けすることによって連結することを包含する、プロセスである。ろう付けによって連結することを包含するプロセスによって製造される物体もまた本発明の実施形態の範囲内に包含される。このような物体の例は、ヒーターコア、蒸発器、ラジエーター、冷却器、チューブ、パイプまたはマニホールドである。
ろう付けに適切なクラッドシートアルミニウム合金を模式的に示している図である。 アルミニウムケイ素状態図を示している図解である。 電気化学ポテンシャル系列（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｓｅｒｉｅｓ）の再現である。 ある範囲のアルミニウム合金の融解温度のＴｈｅｒｍｏＣａｌｃ計算の結果を図示するバープロットである。 シートアルミニウム合金の製造のために適切な一般的な鋳造／熱間圧延プロセスを図示するスキームである。ＮＳＷ ＨＳＣ Ｏｎｌｉｎｅ（著作権記号）ＮＳＷ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ、およびチャールズ・スタート大学（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｓｔｕｒｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），２０１１の許可によって再現。 オイルクーラーの実施例の写真である。 ラジエーターの実施例の写真である。 蒸発器プレートの実施例の写真である。 蒸発器の実施例の写真である。 種々のサイズの環、ワイヤ、ワイヤのコイル、およびクラッドでない構成要素のろう付け中にフィラーとして用いられ得る他の形状を示している写真である。 パネルＡでは、例示的な多層構造のアルミニウムシートの断面の模式的な画像を示し、パネルＢでは、パネルＡで示される種類のシートから形成されるチューブの断面の模式的な画像を示す。 「鋳放し」条件における２つの実験的な金属被覆材アルミニウム合金の比較を図示する顕微鏡写真である。パネルＡは、従来のアルミニウム合金ＡＡ４３４３＋１％のＺｎ（Ｓｒで改変）の「鋳放し」インゴット全体の縦断面を示す。パネルＢは、本発明の実施形態による金属被覆材アルミニウム合金の「鋳放し」インゴット全体の縦断面を示す。 図１２に示される各々の金属被覆材合金から生成されたろう付けシートの比較を図示する顕微鏡写真である。パネルＡは、クラッドシート合金の縦断面を示しており、従来のアルミニウム合金ＡＡ４３４３＋１％のＺｎ（Ｓｒで改変）が、Ｘ９０２コア合金の片側上にクラッドされている。パネルＢは、Ｘ９０２コア合金上にクラッドされた改変体２の金属被覆材合金の縦断面を示す。 図１３に示されるサンプルのろう付け後比較を示している顕微鏡写真である。 「アングル・オン・クーポン（Ａｎｇｌｅ ｏｎ Ｃｏｕｐｏｎ）」試験を図示している模式的な画像である。
詳細な説明
この詳細な説明では、ＡＡの数および他の関連の記号、例えば「シリーズ」によって特定される合金について言及する。アルミニウムおよびその合金を命名および特定するのに最も通常に用いられる数指定システムの理解に関しては、両方ともアルミニウム協会が公開した「鍛造アルミニウムおよび鍛造アルミニウム合金に関する国際合金命名および化学組成限界（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｌｌｏｙ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｓ ｆｏｒ Ｗｒｏｕｇｈｔ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ Ｗｒｏｕｇｈｔ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙｓ）」または「鋳造およびインゴットの形態でのアルミニウム合金に関するアルミニウム協会合金命名および化学組成限界の登録記録（Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ａｌｌｏｙ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｌｉｍｉｔｓ ｆｏｒ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｏｒｍ ｏｆ Ｃａｓｔｉｎｇｓ ａｎｄ Ｉｎｇｏｔ」を参照のこと。
とりわけ、本明細書は、アルミニウム合金コアとアルミニウム合金金属被覆材とを含んでいる革新的な多層構造のアルミニウム材料を記述している。これらの多層構造のアルミニウム材料は、「クラッドアルミニウム合金」と呼ぶことができる。本明細書に記載される革新的な多層構造のアルミニウム材料は、シートであって、そのシートの片側または両側に金属被覆材を有しているシートとして製造することができ、この場合、それらは、「クラッドシートアルミニウム合金」、「クラッドアルミニウムシート」、「クラッドシート合金」または他の関連の用語によって、単数または複数で言及することができる。「クラッドアルミニウム合金」という用語および本明細書で用いられる同様の用語は、「クラッドシートアルミニウム合金」という用語および類似の用語に比べて範囲が広い。言い換えれば、クラッドシートアルミニウム合金は、クラッドアルミニウム合金の部分集合である。
クラッドシートアルミニウム合金を含んでいるクラッドアルミニウム合金は、種々の組成物および特性を有し得る。これらの特性のいくつかは、コアおよび金属被覆材層の化学組成によって付与され得るが、他の特性は、クラッドアルミニウム合金の作製または製造に用いられる製作または製造のプロセスによって付与されてもよい。
本明細書に記載されるクラッドシートアルミニウム合金は、ろう付けによる金属表面の接合を要する製作または製造のプロセスに適切である。ろう付けは、金属フィラーが融点を超えて加熱され、毛細管作用によって２つ以上のぴったりくっついた部分の間で分配される金属接合プロセスである。本質的には、本明細書に記載されるクラッドアルミニウム合金がろう付けプロセスで用いられる場合、金属被覆材が溶融して、利用可能な金属フィラーが、ろう付けされる組成物の間の接点まで毛細管作用によって流れるようになる。ろう付けのために接合される両方の部分または全ての部分がクラッドシート合金からできている必要はないことが理解されるべきである。少なくともいくつかの場合、接合される部分のうち一方の部分だけがクラッドシート合金からできていれば十分である。例えば、クラッドチューブストックは、ラジエーターまたは蒸発器中の非クラッドフィン合金に接合することができる。別の例では、クラッドフィンは、冷却器中の非クラッド押出チューブに接合することができる。ろう付けにおけるクラッドシートアルミニウム合金の使用、および、関連のプロセスと結果、例えばろう付けを含む製造プロセスによって作製された物体は、一般的に「ろう付け適用」と呼ばれる。
本発明によって、金属被覆材ではなく、鋳造に伝統的に用いられる特定の合金が、ろう付け適用に関して適切なクラッドアルミニウム合金中の金属被覆材合金として用いられ得ることが予期せず明らかになった。これらの伝統的な「鋳造合金」は、ろう付け適用に従来用いられる金属被覆材合金よりもかなり高いレベルの１つ以上のＦｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、またはＺｎを含む。これらの伝統的な「鋳造合金」を、ろう付け適用のためのクラッドアルミニウム合金中の金属被覆材合金として使用することで、本明細書でさらに詳細に考察される多数の利点が生じる。本発明は、クラッドシートアルミニウム合金を含めて、本明細書に記載される革新的なクラッドアルミニウム合金において、ならびにこれらの革新的なクラッドアルミニウム合金の製造および使用に関連するプロセスにおいて具体化される。本発明のいくつかの実施形態は、革新的なクラッドアルミニウム合金の作製または製造のためのプロセスである。本発明のいくつかの他の実施形態は、ろう付けを含む、クラッドアルミニウム合金を用いるためのプロセスである。本発明は、本明細書に記載される革新的なクラッドアルミニウム合金を用いて製造されるろう付けされた継ぎ手を有する成形品または物体を包含する。
クラッドアルミニウム合金
本発明の実施形態による革新的なクラッドアルミニウム合金は、その革新的なクラッドアルミニウム合金が、ろう付け適用に従来用いられる金属被覆材合金よりも高いレベルの１つ以上のＦｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、またはＺｎを含むアルミニウム合金の少なくとも１つの金属被覆材層を含むという点で、ろう付け適用に適切な従来のクラッドアルミニウム合金とは異なる。本明細書に記載される革新的なクラッドアルミニウム合金は、コアおよびシートの片側または両側に金属被覆材を備える、クラッドシート合金として製造することができる。
「金属被覆材（ｃｌａｄｄｉｎｇ）」、「クラッド（ｃｌａｄ）」、「金属被覆材層（ｃｌａｄｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ）」という用語、および関連の用語は、一般的には、多層構造のアルミニウム合金の比較的薄い表面層を指して用いられる。「コア」、「コア層」という用語および関連の用語は、多層構造のアルミニウム合金の比較的厚い層を指して用いられる。クラッドシートアルミニウム合金は、シートの両側に金属被覆材層を有してもよく、この場合、コア層は、実際に、多層構造の材料の内部層である。しかし、またクラッドシート合金は、シートの片側にのみ金属被覆材を有してもよく、この場合、コア層は、表面上に存在することもできる。このコア層および金属被覆材層（単数または複数）は、典型的には、異なる化学組成を有する。クラッドシート合金は、異なる組成および特性を有する２つの異なる金属被覆材層を有してもよい。
ろう付け適用に適切なクラッドアルミニウム合金は、必ずしもコア層および１または２つの金属被覆材層のみを含む必要はないことが理解されるべきである。クラッドアルミニウム合金は、他の層を含んでもよく、そのいくつかは、「中間層」、「外側層」、「裏張り」、および他の関連の用語で呼ばれてもよい。その概念は、本明細書の他の部分で考察され示されるいくつかの実施例で例示される。クラッドアルミニウム合金のいくつかの例は、図１および図１１に図示される。クラッドシートアルミニウム合金は、各々が特定の機能を有している、２、３、４、５、６またはそれ以上の別個の層を有することができる。さらに一般的には、クラッドシートアルミニウム合金は、１つ以上の操作で一緒にスタックおよび結合され得る程度の多さの層を有することができる。商業的な状況では、１つの可能性のある限定要因は、多層構造の合金の作製の間に生成される製品および／またはスクラップの費用であって、この費用は、多層構造の合金が商業的に実現可能であるための層の数が増大するにつれて、高くなりすぎる場合がある。ろう付け適応のために適切なクラッドシートアルミニウム合金の状況では、１つ以上の金属被覆材層は、ろう付けサイクルの間に融解するシートの一部である。裏張りは、ろう付けサイクルの間に融解するとは予想されない層であることができ、いくつかの他の利点、例えば、耐腐食性または強度の増大を、多層構造のアルミニウム合金に対して付与し得る。またコアは、多層、例えば、１つ以上の中間層を、主なコア層の片側に備えても、または両側に備えてもよい。
「ろう付けアルミニウム合金」、「ろう付け金属被覆材合金」、「ろう付けのための金属被覆材料合金」と命名され得る、ろう付け適用に適切な金属被覆材の組成物および他の関連の用語は、表１（ａ、ｂ、ｃ）に図示される。表１に列挙される元素の含量は、表１に示される下限および上限で囲まれる範囲内におさまり得る。下限は、「以上」（≧の記号）もしくは「より多い」（＞の記号）、または他の関連の記号の表現で、例えば「．．．〜（から）」、「より高い（を超える）」などの表現で記述され得る。上限は、「以下」（≦の記号）、「未満」（＜の記号）、または他の関連の記号の表現で、例えば「〜（まで）」、「未満」などの表現で記述され得る。また他の種類の表現を用いて、「〜と〜との間」、「の範囲」などの範囲を描写してもよい。ある範囲を、上限のみで描写する場合、このような範囲内におさまるいくつかの実施例では、該当の元素が存在しなくてもよいし、検出可能な量で存在しなくてもよいし、またはアルミニウム合金の分野で意味があると従来認識されないような低量で存在してもよい。「残余物」という用語は、本明細書に記載されるアルミニウム合金中のアルミニウム（Ａｌ）含量を記述するために用いられ得ることが理解されるべきである。いくつかの他の添加物および／または元素が、アルミニウム合金中に存在してもよく、これは表に必ずしも列挙されないことも理解されるべきである。一般的には、アルミニウム合金および関連の用語および命名法は、アルミニウム協会によって公開された文書、すなわち、「鋳造およびインゴットの形態でのアルミニウム協会合金命名および化学組成の登録記録（Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ａｌｌｏｙ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｏｒｍ ｏｆ Ｃａｓｔｉｎｇｓ ａｎｄ Ｉｎｇｏｔ」で考証されている。
表１に含まれる１つ以上の元素の存在および含量、ならびに表１に必ずしも列挙される必要はないいくつかの他の元素は、冶金学の分野で公知の、および下で簡略にまとめられた一般的原理によるアルミニウム合金金属被覆材の特性に影響し得る。従って、金属被覆材層および金属被覆材層を組み込んでいるクラッドアルミニウム合金の特性は、そのいくつかは下に考察されている、１つ以上の元素の存在および含量を変化させることによって変えることが可能である。
Ｃｕ：固溶体中のＣｕは、アルミニウム合金の強度を増大する。濃度次第で、Ｃｕは、アルミニウム合金の耐腐食性に対する効果を有する場合がある。例えば、本発明のいくつかの実施形態によるクラッドアルミニウム合金では、固溶体中のＣｕは、マトリクスの腐食電位（ＡＳＴＭ Ｇ６９ ＳＣＥ）と共融系のＳｉ粒子との間の展開を低下させることによって腐食耐性を増大し得る。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層は、いくつかの非限定的な実施例では、０．１〜０．３、０．１〜０．６、０．１〜１．０、０．１５〜０．３、０．１５〜０．６、０．１５〜０．１、０．５〜１．０、＞０．５ただし≦１．０、０．５５〜１．０または０．６〜１．０重量％のＣｕを含むことができる。金属被覆材層中のＣｕ含量は、本発明のいくつかの実施形態では特定されない場合もあるが、Ｃｕはやはり金属被覆材層中に存在してもよい。
Ｆｅ：比較的少量のＦｅが、処理後のアルミニウム合金中で固溶体中に存在してもよい。Ｆｅは、Ｍｎ、Ｓｉおよび他の元素を含み得る金属間の構成要素の一部であってもよい。アルミニウム合金中のＦｅ含量を制御して、破壊靱性などの、合金の有益な特性に寄与しない大きい構成要素を回避することが有益である場合が多い。従来の金属被覆材合金では、Ｆｅ含量は、針の形態であるベータＡｌＦｅＳｉの形成を回避するために低く保持される。本発明の実施形態における金属被覆材層のために用いられるアルミニウム合金は、Ｆｅの従来許容可能なレベルよりも高いレベルを許容し得る。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層は、いくつかの非限定的な実施例では、０．１〜０．４、０．１〜０．５、０．２〜０．４または０．２〜０．５重量％のＦｅを含むことができる。金属被覆材層中のＦｅ含量は、本発明のいくつかの実施形態では特定されていない場合もあるが、Ｆｅはやはり金属被覆材層中に存在してもよい。
Ｍｇ：Ｍｇは一般的にアルミニウム合金中の強度のために添加される。ろう付け適用では、Ｍｇは、それが表面の酸化物を破壊するのに役立つという点で真空ろう付けを改善するように添加することができ、その結果金属フィラーは、隣接する表面を湿らせ得る。しかし、これは、管理雰囲気ろう付け（ＣＡＢ）にとって有害であり、ここではＭｇは、フラックスと反応して、ろう付けサイクルの間にＫ２ＭｇＦ４およびＭｇＦ２の固体の針を生成する。一般的には、Ｍｇの封入は、本発明の実施形態による金属被覆材合金にとって必要ではないが、Ｍｇの存在は、いくつかの実施形態では、必要である場合も、所望される場合も、または任意である場合もある。すなわち、Ｍｇは、本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層には必ずしも存在していなくてもよい（言い換えれば、存在しても、しなくてもよいし、または必要に応じて存在してもよい）。それにもかかわらず、本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層は必要に応じて、いくつかの非限定的な実施例では、０．００〜０．１、０．００〜０．２、０．００〜０．３、０．００〜０．５、０．００〜１．５、０．００１〜０．１、０．００１〜０．２、０．００１〜０．３、０．００１〜０．５、０．００１〜１．５、０．００５〜０．１、０．００５〜０．２、０．００５〜０．３、０．００５〜０．５、０．００５〜１．５、０．００５〜０．１、０．００５〜０．２、０．００５〜０．３、０．００５〜０．５、０．００５〜１．５、０．１〜０．２、０．１〜０．３、０．１〜０．５、０．１〜１．５、０．２〜０．３、０．２〜０．５または０．２〜１．５重量％のＭｇを含むことができる。ＣＡＢろう付けに適切であるには、金属被覆材合金は、典型的には、ＫＭｇＦ２針の形成を制限または排除するために特定のフラックスが用いられない限り、０．２重量％以下のＭｇを含む必要がある。真空ろう付けに適切であるためには、金属被覆材合金は典型的には、約０．２〜１．５重量％のＭｇを含む必要がある。ボルグ・ワーナー（Ｂｏｒｇ−Ｗａｒｎｅｒ）プロセスに適切であるためには、金属被覆材合金は、典型的には、約０．５重量％までのＭｇを含む必要がある。金属被覆材層中のＭｇ含量は、本発明のいくつかの実施形態では特定されていない場合があるが、Ｍｇは、やはり金属被覆材層中に存在してもよい。
Ｍｎ：固溶体中のＭｎは、アルミニウム合金の強度を増大し、腐食電位をさらにカソードの状態へ移動させる。（ＦｅＭｎ）−Ａｌ６またはＡｌ１５Ｍｎ３Ｓｉ２の分散質は、微細でかつ濃密な分散中に存在する場合、粒子強化によってアルミニウム合金の強度を増大する。本発明の実施形態で用いられる金属被覆材合金中に存在するＭｎは、角ばっているか、または針状の形状である、立方アルファ（Ｃｕｂｉｃ Ａｌｐｈａ）ＡｌＦｅＭｎＳｉ相の形成を促進し得る。構成比率および凝固速度次第で、Ｆｅ、Ｍｎ、ＡｌおよびＳｉは、凝固の間に組み合わさって、種々の金属間構成要素、すなわち、２〜３例を挙げれば、Ａｌ１５（ＦｅＭｎ）３Ｓｉ２またはＡｌ５ＦｅＳｉまたはＡｌ８ＦｅＭｇ３Ｓｉ６などの微小構造内の粒子を形成する。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層は、いくつかの非限定的な実施例では、０．１〜０．４５、０．１〜０．５０、０．１〜０．７、０．１〜１、０．２〜０．４５、０．２〜０．５、０．２〜０．７、０．２〜１、０．３〜０．４５、０．３〜０．５、０．３〜０．７、０．３〜１、＞３ただし≦０．１、０．３５〜０．４５、０．３５〜０．５、０．３５〜０．７、０．３５〜１、０．４〜０．４５、０．４〜０．５、０．４〜０．７または０．４〜１重量％のＭｎを含むことができる。金属被覆材層中のＭｎ含量は、本発明のいくつかの実施形態では特定されていない場合があるが、Ｍｎはやはり金属被覆材層中に存在してもよい。
Ｎｉ：Ｎｉは、アルミニウム合金中で高度にカソードであるＮｉＡｌ３を形成する。本発明のいくつかの実施形態では、従って、金属被覆材合金中でＮｉレベルは低いことが有益である。表１に示される組成物の限定にもかかわらず（ａ、ｂ、ｃ）、Ｎｉ含量は、ボルグ・ワーナープロセスを通じて生成されるろう付け後材料中では、またはＮｉＡｌ３の存在が有害である腐食環境に関与しない適用では、より高くてもよいことが理解される。Ｎｉを含むことは、本発明の実施形態による金属被覆材合金の要件ではない。すなわち、Ｎｉは、本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層に必ずしも存在していなくてもよい（言い換えれば、存在してもしなくてもよいし、必要に応じて存在してもよい）。それにもかかわらず、本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層は、必要に応じて、いくつかの非限定的な実施例では、０．００〜０．０１、０．００１〜０．０１、０．００５〜０．０１重量％のＮｉを含むことができる。金属被覆材層中のＮｉ含量は、本発明のいくつかの実施形態では特定されていない場合があるが、Ｎｉはやはり、金属被覆材層には存在してもよい。
Ｓｉ：Ｓｉは、図２に示されるアルミニウムケイ素相の略図によって図示されるとおり、種々のろう付け適用に必要な多数の融解範囲を可能にする種々の濃度で用いられる。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層は、いくつかの非限定的な実施例では、３〜８、３〜１０、３〜１２、３〜１５、５〜７、５〜８、５〜１０、５〜１２、５〜１５、７〜８、７〜１０、７〜１２、７〜１５、８〜１０、８〜１２または８〜１５重量％のＳｉを含むことができる。金属被覆材層中のＳｉ含量は、本発明のいくつかの実施形態では特定されていない場合があるが、Ｓｉはやはり金属被覆材層に存在してもよい。
Ｔｉ：Ｔｉは、アルミニウム合金中で０．１〜０．２２重量％の範囲で存在する場合、耐腐食性を改善し得る。包晶元素として、Ｔｉは、合金の再凝固した後、セルの中心で濃縮される。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層は、いくつかの非限定的な実施例では０．００５〜０．１３、０．００５〜０．１５、０．０１〜０．１３または０．０１〜０．１５重量％のＴｉを含むことができる。金属被覆材層中のＴｉ含量は、本発明のいくつかの実施形態では特定されていない場合があるが、Ｔｉはやはり金属被覆材層に存在してもよい。
Ｚｎ：Ｚｎは通常は、図３に示される電気化学ポテンシャル系列（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｓｅｒｉｅｓ）で図示されるとおり、スケールのアノード末端に向けて腐食電位を動かすようにアルミニウム合金に添加される。Ｚｎは、７０００系列の合金中など、Ｃｕ、Ｍｇのような元素が存在する場合、強化性の元素であり得る。例えば、鍛造Ａｌ ７０００は、３．０〜９．７％のＺｎを含み；７０００系列の鋳造合金は、２．７および８％のＺｎを含む。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層は、いくつかの非限定的な実施例では、０．１〜３．０、０．１〜３．２５、０．１〜３．５、０．１〜５、０．１〜７．０、０．５〜３．０、０．５〜３．２５、０．５〜３．５、０．５〜５、０．５〜７．０、１．０〜３．０、１．０〜３．２５、１．０〜３．５、１．０〜７．０または１．０〜５．０、＞３ただし≦５、３．２５〜５、３．５〜５、３．７５〜５、４〜５、４．２５〜５、４．７５〜５、１．０〜７．０、＞３ただし≦７、３．２５〜７、３．５〜７、３．７５〜７、４〜７、４．２５〜７、４．７５〜７、５〜７、１．０〜７．５、＞３ただし≦７．５、３．２５〜７．５、３．５〜７．５、３．７５〜７．５、４〜７．５、４．２５〜７．５、４．７５〜７．５、５〜７．５、１．０〜８．０、＞３ただし≦８、３．２５〜８、３．５〜８、３．７５〜８、４〜８、４．２５〜８、４．７５〜８または５〜８重量％のＺｎを含むことができる。金属被覆材層中のＺｎ含量は、本発明のいくつかの実施形態では特定されていない場合があるが、Ｚｎは、やはり金属被覆材層中に存在してもよい。
Ｓｒ、Ｎａ、Ｃａ：Ｓｒ、ＮａまたはＣａは、一般的には、針状の形状から微細な球状にＳｉ粒子を改変するためにＡｌＳｉ合金に添加される。ＳｒおよびＮａ金属は、凝固速度が比較的遅い、直接チル鋳造（ｃｈｉｌｌ ｃａｓｔｉｎｇ）の間には最も有益である。Ｓｒは、融解したＡｌ中ではより長く残り、従って、鋳造が起こる前により長時間を可能にするが、Ｎａは、溶融金属からより速くエバポレートを開始して、そのため鋳造前の時間を制限する。Ｓｒ、ＮａまたはＣａは、ＡｌＳｉ合金中でＳｉを改変するのに有効である。一般的には、Ｎａ、ＣａまたはＳｒを含むことは、本発明の実施形態による金属被覆材合金にとって必要ではないが、Ｃａ、ＮａまたはＳｒのうちの少なくとも１つの存在が必要であるか、所望されるか、またはいくつかの実施形態では任意であり得る。すなわち、Ｃａ、Ｎａおよび／またはＳｒは、本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層には必ずしも存在していなくてもよい（言い換えれば、存在してもしなくてもよいし、必要に応じて存在してもよい）。それにもかかわらず、本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金の金属被覆材層は、必要に応じて、いくつかの非限定的な実施例では、０００〜０．００２、０．００〜０．０２、０．００〜０．０２５、０．００〜０．０３、０．００〜０．０５、０．００１〜０．００２、０．００１〜０．０２５、０．００１〜０．０３、０．００１〜０．０５、０．００５〜０．０２５、０．００５〜０．０３、０．００５〜０．０５重量％のＳｒ、ＮａまたはＣａを含むことができる。また、Ｓｒ、ＮａまたはＣａの含量は、上記の範囲中で特定されるより高くてもよい。金属被覆材層中のＳｒ、ＮａまたはＣａの含量は、本発明のいくつかの実施形態では特定されていない場合があるが、Ｓｒ、ＮａまたはＣａはやはり、金属被覆材層には存在してもよい。
表１ａに列挙される元素のいくつかは、本発明によるろう付けのための金属被覆材合金の例示的な好ましい実施形態に必要に応じて存在する。これらの元素およびそれらの例示的な含量は、表１ｃに列挙される。表１ａに列挙される元素のいくつかは、本発明によるろう付けのための金属被覆材合金の例示的な好ましい実施形態に必然的に存在する。これらの元素およびそれらの例示的な含量は、表１ｂに列挙される。
クラッドアルミニウム合金の金属被覆材層（「アルミニウム合金金属被覆材」）の組成物のいくつかの実例となる実施形態を以下に示す。第一の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．１〜０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＭｎ、３〜１５重量％のＳｉ、０．００５〜０．１５重量％のＴｉおよび０．１〜７重量％のＺｎを含む。第二の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１５〜０．６重量％のＣｕ、０．１〜０．４重量％のＦｅ、０．２〜０．７重量％のＭｎ、５〜１２重量％のＳｉ、０．００５〜０．１３重量％のＴｉ、および０．５〜５重量％のＺｎを含む。第三の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１５〜０．３重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３〜０．５重量％のＭｎ、７〜１０重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉおよび０．５〜３．５重量％のＺｎを含む。第四の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１５〜０．３重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３〜０．５重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および０．５〜３．５重量％のＺｎを含む。
第五の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３〜０．５重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および＞３ただし≦７重量％のＺｎを含む。第六の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３〜０．５重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および３．２５〜７重量％のＺｎを含む。第七の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．５５〜１．０重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３〜０．５重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および＞３ただし≦７重量％のＺｎを含む。第八の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．５５〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３〜０．５重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および３．２５〜７重量％のＺｎを含む。第九の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．５５〜１．０重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜０．５重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および＞３ただし≦７重量％のＺｎを含む。第十の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．５５〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜０．５重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および３．２５〜７重量％のＺｎを含む。第十一の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜０．５重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および＞３ただし≦７重量％のＺｎを含む。第十二の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜０．５重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および３．２５〜７重量％のＺｎを含む。
第十三の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜１重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および＞３ただし≦７重量％のＺｎを含む。第十四の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜１重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および３．２５〜７重量％のＺｎを含む。第十五の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．５５〜１．０重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜１重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および＞３ただし≦７重量％のＺｎを含む。第十六の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．５５〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜１重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および３．２５〜７重量％のＺｎを含む。第十七の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．５５〜１．０重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜１重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および＞３ただし≦７重量％のＺｎを含む。第十八の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．５５〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜１重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および３．２５〜７重量％のＺｎを含む。第十九の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜１重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および＞３ただし≦７重量％のＺｎを含む。第二十の実施形態では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜１重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および３．２５〜７重量％のＺｎを含む。
Figure 0006267317
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上記の金属被覆材合金のいくつかの種々の実施形態では、第一〜第二十の例示的な実施形態を含む、テキストにおいて、および表において、金属被覆材合金組成物の残りは、Ａｌおよび不可避の不純物であるということが理解されるべきである。例えば（各々の実施形態に適用し得る）、第二十の実施形態は、アルミニウム合金金属被覆材であることができ、０．１〜１重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３５〜１重量％のＭｎ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、および３．２５〜７重量％のＺｎ、残部Ａｌを含む。しかし、いくつかの他のバリエーションでは、ある実施形態が、「残りのＡｌ」を有すると記載されている場合でさえ、上記の金属被覆材合金の実施形態は、以下で考察される例示的なバリエーションなどで、さらなる構成要素を含むことができる。
第一〜第二十実施形態の第一のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００１〜０．３重量％のＭｇを含む。第一〜第二十実施形態の第二のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００５〜０．５重量％のＭｇを含む。第一〜第二十の実施形態の第三のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．１〜１．５重量％のＭｇを含む。第一〜第二十の実施形態の第四のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００〜０．１重量％のＭｇを含む。第一〜第二十の実施形態の第五のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００〜０．０１重量％のＮｉを含む。第一〜第二十の実施形態の第六のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００１〜０．０１重量％のＮｉを含む。第一〜第二十の実施形態の第七のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００５〜０．００１重量％のＮｉを含む。第一〜第二十の実施形態の第八のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００１〜０．０５重量％の少なくとも１つのＳｒ、ＮａまたはＣａを含む。第一〜第二十の実施形態の第九のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、Ｓｒ、ＮａまたはＣａのうちの少なくとも１つの０．００１〜０．０３重量％を含む。第一〜第二十の実施形態の第十のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、Ｓｒ、ＮａまたはＣａのうちの少なくとも１つの０．００１〜０．０２５重量％を含む。第一〜第二十の実施形態の第十一のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、Ｓｒ、ＮａまたはＣａのうちの少なくとも１つの０．０００〜０．００２重量％を含む。第一〜第二十の実施形態の第十二のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、Ｓｒ、ＮａまたはＣａのうちの少なくとも１つの０．０１〜０．０２５重量％を含む。第一〜第二十の実施形態の第十三のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、Ｓｒ、ＮａまたはＣａのうちの少なくとも１つの０．００５〜０．０５重量％を含む。第一〜第二十の実施形態の第十四のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００１〜０．０５重量％のＳｒを含む。第一〜第二十の実施形態の第十五のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００１〜０．０３重量％のＳｒを含む。第一〜第二十の実施形態の第十六のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００１〜０．０２５重量％のＳｒを含む。第一〜第二十の実施形態の第十七のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．０００〜０．００２重量％のＳｒを含む。第一〜第二十の実施形態の第十八のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．０１〜０．０２５重量％のＳｒを含む。第一〜第二十の実施形態の第十九のバリエーションでは、この金属被覆材合金は必要に応じて、０．００５〜０．０５重量％のＳｒを含む。
この実施形態の上記のバリエーションは、上記の実施形態にだけでなく、アルミニウム合金金属被覆材の他の実施形態にもあてはまり得ることを理解するべきである。さらに、各々のバリエーションは、別々に使用されてもよいし、または他のバリエーションとの適切な組み合わせで使用されてもよいことを理解するべきである。すなわち、アルミニウム合金金属被覆材の実施形態は、Ｍｇ含量、Ｎｉ含量、Ｓｒ含量、Ｎａ含量、またはＣａ含量のうちの１つ以上のバリエーションを含んでもよい。例示として、アルミニウム合金金属被覆材は、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．１〜０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＭｎ、３〜１５重量％のＳｉ、０．００５〜０．１５重量％のＴｉ、および０．１〜７重量％のＺｎおよび０．００１〜０．３重量％のＭｇ、残部Ａｌを含んでもよい。アルミニウム合金金属被覆材の残りは、アルミニウムおよび正常な不純物であってもよく、または他の構成要素も金属被覆材合金中に存在してもよい。例えば、金属被覆材合金は、上記で特定された元素に加えて、０．００１〜０．０１重量％のＮｉおよび／または０．００１〜０．００５％のＳｒを含んでもよい。別の実施例では、アルミニウム合金金属被覆材は、０．２〜０．３重量％のＣｕ、０．２〜０．３重量％のＦｅ、≦０．１重量％のＭｇ、≦０．６重量％のＭｎ、０．００５〜０．０１重量％のＮｉ、７〜１２重量％のＳｉ、０．０５〜０．１５重量％のＴｉ、０〜３．５重量％のＺｎおよび０．０１〜０．０２５重量％のＳｒ、残部Ａｌを含む。また他の構成要素も、金属被覆材合金中に存在してもよいことも理解されるべきである。
いくつかの場合には、本発明の実施形態によるアルミニウム合金金属被覆材は、構成要素の元素の含量についての上限のみを用いて特定され得る。例示的な実施例では、アルミニウム合金金属被覆材は、≦１．０重量％のＣｕ、≦０．５重量％のＦｅ、≦１．５重量％のＭｇ、≦１．０重量％のＭｎ、≦０．０１重量％のＮｉ、≦１５重量％のＳｉ、≦０．１５重量％のＴｉ、≦７重量％のＺｎ、残部Ａｌを含むとして記載される。別の例示的な実施例では、アルミニウム合金金属被覆材は、≦１．０重量％のＣｕ、≦０．５重量％のＦｅ、≦０．２重量％のＭｇ、≦１．０重量％のＭｎ、≦０．０１重量％のＮｉ、≦１５重量％のＳｉ、≦０．１５重量％のＴｉ、≦７重量％のＺｎおよび≦０．０５重量％のＳｒ、残部Ａｌを含む。さらに１つの実施例において、アルミニウム合金金属被覆材は、≦１．０重量％のＣｕ、≦０．５重量％のＦｅ、≦０．２重量％のＭｇ、≦１．０重量％のＭｎ、≦０．０５１重量％のＮｉ、≦１５重量％のＳｉ、≦０．１５重量％のＴｉ、≦７重量％のＺｎ、および≦０．０５重量％のＳｒ、ＮａまたはＣａのうちの少なくとも１つ、残部Ａｌを含むと記載される。上記の例示的な実施例では、構成要素の元素含量の下限は、特定の元素次第で、０、０．００、または０．０００重量％であってもよいし、でなくてもよい。
範囲の上記の例は、非限定的であることが理解されるべきである。いくつかの場合には、上記の元素は、上記の範囲の外側になる量で存在してもよいし、または存在しなくてもよい。元素が「存在しない」または「非存在」と記述されるか、またはその元素の含量が「０重量％」、「０．００重量％」、「０．０００重量％」と記載される場合、該当の元素は、存在しなくてもよいし、検出可能な量で存在しなくてもよいし、またはアルミニウム合金の分野では意味があると従来認識されないような低量で存在してもよい。ある場合には、ある元素が合金の詳細な説明では特定され得ないことも理解されるべきである。このような場合、その元素は、種々の量で存在してもよいし、または存在しなくてもよいことが理解されるべきである。
本明細書に記載のクラッドアルミニウム合金は、コアアルミニウム合金を含む。コアアルミニウム合金は、その固有の融解範囲のおかげで過度の融解も溶解もなくろう付けされ得る、任意の３ｘｘｘまたは６ｘｘｘ系列の合金であってもよい。コアアルミニウム合金とは、コア全体にわたって腐食を遅らせるような機序を用いることを意味する「長寿命」と一般に記載される合金であり得る。このような機序の１例は、米国特許第５，０４１，３４３号および同第５，０３７，７０７号に記載される。これらの特許で考察されるとおり、コア合金と金属被覆材合金との間の境界に隣接するコアにおけるろう付けサイクルの間、濃密な沈殿物バンドが形成される。この濃密な沈殿物のバンドは、腐食の間コアに対して犠牲的であり、それによってコアの腐食を遅らせる。コアアルミニウム合金中のアルミニウム以外の１つ以上の元素の存在および含量は、冶金学の分野で公知であり、本明細書において前に簡略にまとめられた一般的な原理によるコアアルミニウム合金の特性に影響し得る。従って、元素（そのいくつかは下に考察する）の１つ以上の存在および含量を変化させることによって、コアの特性およびコアを組み込むクラッドアルミニウム合金の特性を変えることが可能である。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金のコアアルミニウム合金は、いくつかの非限定的な実施例では、０．０〜０．７、０．０５〜０．７または０．１〜０．４重量％のＦｅを含んでもよい。コアアルミニウム合金中のＦｅの存在は、任意であり、かつＦｅ含量は、いくつかの場合には不純物として特徴付けられ得る。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金のコアアルミニウム合金は、いくつかの非限定的な実施例では０．００５〜０７、０．１〜０．８または０．４〜０．７重量％のＣｕを含むことができる。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金のコアアルミニウム合金は、いくつかの非限定的な実施例では０．３〜１．５、０．５〜１．８または１．２〜１．６重量％のＭｎを含むことができる。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金のコアアルミニウム合金は、いくつかの非限定的な実施例では、０．００１〜０．２、０．１〜０．１５または０．１３〜０．３重量％のＴｉを含むことができる。コア中のＺｎの存在は任意である。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金のコアアルミニウム合金は、いくつかの非限定的な実施例では、０．００〜２．０、０．００〜１．０、０．００１〜２．０または０．００１〜１．０重量％のＺｎを含むことができる。コア中のＭｇの存在は任意である。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金のコアアルミニウム合金は、いくつかの非限定的な実施例では、０．０〜１．５重量％のＭｇまたは０．００１〜１．５重量％のＭｇを含むことができる。コアアルミニウム合金の実施例は、例えば、米国特許第４，６４９，０８７号に記載されている。１つの例示的な実施形態では、コアアルミニウム合金は、０．００５〜０．７重量％のＣｕ、０．０〜０．７重量％のＦｅ、０．３〜１．５％重量％のＭｎ、０．０〜１．５重量％のＭｇ、０．１３〜０．３重量％のＴｉ、および０．０〜０．８％のＳｉ、残部Ａｌを含む。
特性および利点
従来、ろう付け適用に用いられるクラッドアルミニウム合金中の金属被覆材は、Ｓｉが添加されている、商業的純度の精錬アルミニウムから製造される。従来のろう付け金属被覆材は、通常は、７〜１２％のＳｉ、および＜０．２５％のＦｅを含む。Ｍｇは、合金が真空ろう付け適用に用いられるものである場合、存在してもよい。他の元素は、通常は、このような従来の金属被覆材合金中に微量レベルで、例えば、＜０．０５重量％または０．００５重量％未満で存在する。商業的純度の精錬金属（その高純度のおかげで上記の従来の金属被覆材合金の製造に必要である）は、二次金属またはリサイクルされた金属よりも高価である。
鍛造アルミニウム合金は、ろう付け用適用のための金属被覆材合金としては用いられない。なぜなら、それらのアルミニウム合金はおそらく質および堅さにおいて下位であるとみなされるからである。一般的には、限られた回数の金属被覆材合金のろう付けを、伝統的には、アルミニウム冶金学の分野および関連の分野で用いる。例えば、不活性雰囲気ろう付けに関しては、ＡＡ４３４３、４０４５および４０４７のような合金が、最も共通して用いられる金属被覆材合金である。従来のろう付け金属被覆材合金は、比較的周知のかつ定義された融解範囲を有する。なぜならそれらは主にＡｌ、ＳｉおよびおそらくＺｎまたはＭｇを含むからである。状態図によって、アルミニウム産業におけるろう付けに適切な合金の選択が決定された。例えば、「多成分状態図：市販のアルミニウム合金についての適用（Ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒａｍｓ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙｓ）」Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、２００５、ＩＳＢＮ０−０８０−４４５３７−３を参照のこと。
驚くべきことに、本発明によって、鍛造アルミニウム合金は、有利にリサイクルできて、ろう付け適用のためのクラッドアルミニウム合金中の金属被覆材合金として用いられ得るということが明らかになる。また、鍛造アルミニウム合金は、従来の高純度の精錬金属と有利に組み合わされて、ろう付け適用のためのクラッドアルミニウム合金中の金属被覆材合金としても用いられ得る。従って、本発明の実施形態は、種々の清浄なアルミニウム合金スクラップの添加による精錬等級のアルミニウムの混合物から誘導され得る金属被覆材合金を組み込む。また本発明の実施形態に組み込まれる金属被覆材合金のろう付けは、清浄なスクラップのアルミニウムから製造されてもよく、そこにＳｉを添加して、所望の融解範囲を有する合金を製造する。本明細書に記載される金属被覆材合金は、特に、ろう付け適合性の適用のためのシート材料を製造するのに用いる場合、従来の金属被覆材合金を上回る１つ以上の他の利点を有する。
本発明によって、商業的な圧延および鋳造が製造を容易にする鍛造アルミニウムのリサイクルが可能になる。「リサイクル（する）」という用語および関連の用語は、以前に製造されたアルミニウム合金またはそのような合金から調製された物体を組み合わせて、冶金プロセスによって処置して、商業的におよび技術的に有用なアルミニウム合金を製造し得る（これは「リサイクルされる」として特徴付けされ得る）、という概念を記述するために本明細書において用いられる。本発明の実施形態に組み込まれる金属被覆材ろう付け合金は、最大１００％のまたはリサイクルされたアルミニウム、または「スクラップ」を含んでもよい。いくつかの場合には、所望の融解範囲に必要なＳｉ含量、例えば、７．５％のＳｉまたは１０％のＳｉを達成するために、リサイクルされた金属被覆材合金を製造するためにスクラップのアルミニウムに添加される唯一の追加の元素は、Ｓｉである。いくつかの他の場合には、他の追加の元素を添加してもよい。
金属被覆材合金の成分としてリサイクルされた鍛造アルミニウムを用いることで、ろう付け適用のための革新的なクラッドシートアルミニウム合金の費用を低減し得る。以下の実施例は、このポイントを例示するために含まれる。精錬等級のアルミニウムに関して１トンあたり１，５００ドルという価格が設定されるならば、スクラップのアルミニウムは、上記の価格のほぼ半分で売られる可能性が高い。クラッドシートアルミニウム合金が商業的に製造されるとき、インゴット、熱間圧延されたスラブ、または冷間圧延された材料の種々の部分をトリミングおよび廃棄することによってスクラップが生成される。このスクラップは、再溶融後、金属被覆材およびコアの両方の混合物である。金属被覆材が、精錬等級のアルミニウムプラスＳｉから製造され、コアが高Ｍｎ、Ｃｕ合金であるならば、スクラップは、全体的な元の金属被覆材の厚みおよび処理中のどのポイントで材料がスクラップされるか次第で、金属被覆材とコア合金との間のどこかの組成物を有する。本発明の実施形態によるクラッドアルミニウム合金に使用される金属被覆材合金は、Ｓｉの添加後にこのようなスクラップから調製することができ、ここでは上記の仮定の状況で得られた価格は、精錬等級のアルミニウム未満である（例えば、約１０、２０、３０、または４０％低い）。
本発明の実施形態に組み込まれる金属被覆材合金の利点は、ろう付け後に生成される隅肉または残留の金属被覆材が、従来の金属被覆材合金によって生成される隅肉または残留の金属被覆材よりも腐食に抵抗し得るということである。改善された耐腐食性は、従来の金属被覆材合金に比較して、本発明のクラッドアルミニウム合金に用いられる金属被覆材合金中の追加の元素の存在に起因する。ろう付けに供される部分および物体において保護的な抗腐食コーティングとして機能し得る、隅肉および残留の金属被覆材の腐食特性に有益に影響し得るこのような追加の元素の２つの例は、ＣｕおよびＭｎである。Ｃｕおよび／またはＭｎは、アルミニウム合金中の固溶体中に存在する場合、αＡｌの腐食電位を上げる。これは、極めてカソードであるＳｉ粒子とαＡｌとの間の広がりを減少する。耐腐食性の増大は、公知の原理に基づき、そのいくつかは図３で再現された腐食の図で示される。例えば、比較的純粋なＳｉが、−１７０ｍｖというＡＳＴＭ Ｇ６９オープンカップルド（ｏｐｅｎ ｃｏｕｐｌｅｄ）腐食電位（ｓｃｅ）を有し、かつＣｕなしのαＡｌが、−７６０〜−７４０ｍｖの範囲のオープンカップルド腐食電位を有すると考えられるならば、０．１重量％が添加される。αＡｌに対するＣｕによって、約５０ｍｖまでさらにカソードになる。αＡ１に対して１重量％のＭｎを添加することは、腐食電位をさらにカソード方向に動かし、これによってマトリクスとＳｉ粒子との間の隙間が閉じる。Ｍｇ以外の元素は、公知の電気化学的原理によって、金属被覆材合金中に存在する場合でさえ電位をさらに動かし得る。
本明細書に記載されるクラッドシートアルミニウム合金中に組み込まれる改善された金属被覆材合金は、表１に例示されるように、アルミニウムに加えて１つ以上の金属の存在に起因して、従来の金属被覆材合金よりも強力である。１つ以上の追加の元素が、固溶体中に存在しても、および／または構成型中に存在してもよい。隅肉の強度に影響するこのような追加の元素の２つの例は、ＣｕおよびＭｎである。一般的なろう付け金属被覆材合金（Ｓｉの添加によって実質的に純粋なＡｌから作られる）は、本発明の実施形態に組み込まれる金属被覆材合金と比較して比較的軟性である。表２は、従来の金属被覆材アルミニウム合金（４０４３−０、４３４３、４０４５−Ｏおよび４０４７）の、および例示的な鋳造アルミニウム合金（Ａ４１３．０−Ｆ、Ａ３５６およびＡ３６０．０−Ｆ）の選択の引張特性を示しており、これによって、本発明の実施形態へ有利に組み込まれ得る組成物および特性を例示している。
本発明の実施形態に組み込まれる金属被覆材合金の強度の増大によって、クラッドシート合金の製造に通常使用される圧延プロセスの間のパッケージングのエッジ上での絞り出しによる金属被覆材の損失が最小になる。本発明の実施形態で使用される金属被覆材合金はまた、熱間圧延の間の伸展にも耐え、１通過あたりの減少をより大きくさせ、これがいくつかの場合には、従来のクラッドシート合金に共通した不利な点である、端部と中心との間の金属被覆材の厚みの伸展の減少に役立つ。本発明の実施形態によるクラッドシート合金に組み込まれる金属被覆材合金によって、クラッドシートの幅にまたがる金属被覆材の厚みはより一貫して保証され得る。
表２に示される４３４３および４０４５の合金での強度データは実験で得た。表２に示される他の強度データは、アルミニウム合金下で、非鉄部分でＭａｔＷｅｂ材料特性データウェブサイトから得た。表２に示される鋳造合金の強度は、室温で測定した。より高温に供した場合ほど、Ａｌ合金はより軟性になる。室温で試験した実施例ＡＡ１１００は９０ＭＰａという最大抗張力（ＵＴＳ）を有し、一方で３７１℃で試験したＡＡ１１００は、１４．５ＭＰａというＵＴＳを有する。ＡＡ３００３は、室温では約１１０ＭＰａのＵＴＳを有するが、３７１℃では１９ＭＰａというＵＴＳである。従って、表２は、金属被覆材アルミニウム合金の室温強度特性の例示として役立つことが理解されるべきである。ＵＴＳのような強度特性は、室温で測定した同じ特性と比較して、熱間圧延温度で８５〜９５％程度まで低下され得る。種々の温度での引張データは、アルミニウム協会が公開したマテリアル、すなわち、アルミニウムの標準およびデータ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｄａｔａ）１９９７、例えば、２−５、２−７および２−９ページに示されている。
本明細書に記載されるクラッドアルミニウム合金のアルミニウム合金金属被覆材に組み込まれたアルミニウム合金のさらに１つの利点は、それらの合金が、従来のろう付け金属被覆材と比較して、ろう付けまたは同様のプロセスの間により低い温度で溶融し得るということである。これによって、例えば、エネルギー支出の低下に起因して、ろう付けされた構成要素および／または部品の製造において費用便益がもたらされる。融解温度の低下を例示するために、表３および図４に示される棒グラフを、ＴｈｅｒｍｏＣａｌｃソフトウェア（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｉｎｃ，ＭｃＭｕｒｒａｙ ＰＡ）によって作成し、追加の元素を含んでいるアルミニウム合金は、同様のＳｉ含量だが、１つ以上の追加の元素がより低レベルであるアルミニウム合金よりも有意に低い温度で溶融するということが示される。例えば、７重量％のＳｉを含む合金４３４３は、５７３．５℃（固相線、金属が溶融し始める温度を意味する）から６１２．８℃（液相線、材料が完全に溶融される温度を意味する）までの温度範囲で溶融する。比較では、同様のレベルのＳｉを含んでいるＡ３５６のような鋳造合金は、５５０℃（固相線）から６０７℃（液相線）までの温度範囲で溶融する。
以下の実施例は、上記で考察される特性および利点を示するために含まれる。一実施例では、ラジエーターのためのチューブストックは通常、片側にＡｌ−Ｓｉ合金（ＡＡ４３４３、ＡＡ４０４５＋／−Ｚｎ）を有し、またおそらく反対側には裏張り合金を有する全厚に関して３％〜１８％のクラッドであるコア合金から構成される。別の実施例では、蒸発器プレートは、コア合金の両側上に各々のクラッド５％〜１５％であるＡＡ４３４３合金から作製することができる。上記のクラッド合金の両方とも、本明細書に記載の金属被覆材で有利に製造され得る。一般的には、金属被覆材合金の要件は、ろう付けされた部品または物体が、破裂圧力、繰り返し疲労、耐腐食性などのような点検要件の順守を示す種々の試験条件に抵抗できるように、製造業者の必要なろう付け温度で溶融して流れること、およびろう付け後に特定の必要な強度を得ることである。より低温で溶融して流れ得るろう付け合金があれば、ろう付けプロセスの費用は低下する。なぜならろう付けプロセスは、より低いろう付け温度で行われ得るからである。より強力であって、かつ易腐食性がより低い金属被覆材合金は、ラジエーターまたは蒸発器のような合金などから製造された物体の特性を有利に改善し得る。
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プロセス
本明細書に記載されるクラッドアルミニウム合金を作製または製造するためのプロセス、およびこのクラッドアルミニウム合金を用いる物体を製造するためのプロセスも、本発明の範囲内に含まれる。１つの例示的なプロセスが図５に模式的に図示される。本明細書に記載されるクラッドアルミニウムは、本明細書に記載され、かつ示される技術的工程の少なくともいくつかを含むプロセスによって製造され得る。本明細書に含まれるプロセスの説明および例示は非限定的であることが理解されるべきである。本明細書に記載されるプロセス工程は、種々の方法で組み合わされて改変されてもよく、クラッドアルミニウム合金またはこのような合金から成形品および物体を製造するために適切に使用され得る。本明細書に明確に記載されていない（それでも、冶金学ならびにアルミニウム加工および製造の領域では一般的に使用されている）プロセス工程および条件は、また本発明の範囲内におさまるプロセス中に組み込むこともできる。
本発明の実施形態によるプロセスに適切に組み込まれ得る１つの技術は、「溶融鋳込み」であり、これはまた、商品名ＦＵＳＩＯＮ（商標）（Ｎｏｖｅｌｉｓ，Ａｔｌａｎｔａ，ＵＳ）とも呼ばれ、例えば、米国特許第７，４７２，７４０号に記載されている。一般的には、溶融鋳込は、複合体または多層構造の金属インゴットの鋳造のプロセスである。ＦＵＳＩＯＮ（商標）（Ｎｏｖｅｌｉｓ，Ａｔｌａｎｔａ，ＵＳ）プロセスによる鋳造を、本明細書に記載の鋳造アルミニウム合金の製造に使用する場合、金属被覆材合金は、部分的に凝固されたコア合金の片側または両側の表面上で凝固される。溶融鋳込プロセスは、通常は、供給端と出口端を備える鋳型を用いる。溶融金属は、供給端に追加されて、固化されたインゴットがその鋳型の出口端から取り出される。仕切り壁を用いて、供給端を少なくとも２つの別々の供給チャンバに分ける。この仕切り壁は、その鋳型の出口端の上で終わる。各々の供給チャンバは、少なくとも１つの他の供給チャンバに隣接している。隣接する供給チャンバの各々の対について、第一の合金のストリームは、チャンバの対のうちの１つに供給されて、第一のチャンバ中で金属のプールを形成する。第二の合金のストリームは、供給チャンバの第二の対を通じて供給されて、第二のチャンバ中で金属のプールを形成する。第一の金属プールは、チャンバの対の間の仕切り壁と接触して第一のプールを冷却し、それによって仕切り壁に隣接する自己保持表面を形成する。次いで、第二の金属プールは、この第二のプールが最初に、その自己保持表面の温度が最初の合金の固相線温度未満であるポイントで第一のプールの自己保持表面と接触するように、第一のプールと接触される。２つの合金プールは２層として接続されて冷却され、複合体または多層構造のインゴットを形成し、またこれは「パッケージ」と呼ぶこともできる。溶融鋳込によって得られる多層構造のインゴットは、本明細書に記載されるクラッドアルミニウム合金の範囲内に包含される。
多層構造のアルミニウム合金は、溶融鋳込以外のプロセスによって製造され得ることが理解されるべきである。例えば、金属被覆材合金は、連続鋳造（Ｃ．Ｃ．）または直接チル鋳造（Ｄ．Ｃ．）によって鋳造されて、必要な厚みまで熱間圧延され、次いでコア合金の片側または両側上に、熱間圧延結合によってアセンブルされるかまたは被覆されてもよい。このように生成された「熱間圧延された結合」は、中間体ゲージまで冷間圧延されて、最終ゲージまで何度も通過させることによって焼きなましまたは冷間圧延されてもよい。
熱間圧延は、本発明の実施形態によってこのプロセス中に適切に組み込むことができる。例えば、直接チルまたはＦＵＳＩＯＮ（商標）プロセスによって製造される、パッケージまたはインゴットは、４５０℃〜５５０℃の温度で再加熱されて、２〜１０ｍｍの中間ゲージまで熱間圧延される。再加熱はプッシャー式加熱炉中で、５〜１０時間にわたって行うことができ、またはピット炉中で１５〜２４時間の期間にまたがって行うことができる。予備加熱プロセスは本発明のプロセス中に必要に応じて組み込むことができる。
また、冷間圧延は、本発明の実施形態によるプロセス中に適切に組み込むことができる。最終ゲージの熱間圧延次第で、鋳造アルミニウム合金は、必要な冷間圧延通過が多くても少なくてもよい。例えば、冷間圧延は、ホットミルから供給される熱結合ゲージ次第で、１〜６回の冷間圧延通過を包含することができる。冷間通過のこの回数は、限定されておらず、例えば、最終シートの所望の厚み次第で、適切に調節することができる。冷間圧延によって達成される厚みは、５０ミクロン〜１ｍｍであり得る。冷間圧延によって達成される厚みのいくつかの例は、５０ミクロン（通常はフィン材料に用いられる）および２００ミクロン、および１ｍｍ（チューブストック構成要素用）である。
また、焼きなましを、本発明の実施形態によるプロセスに組み込むこともできる。例えば、クラッドシートアルミニウム合金を部分的にまたは完全に焼きなまして、適切な成形性の要件を達成することができる。
クラッドシートアルミニウム合金は、ろう付け適用に適切である。従って、種々のろう付けプロセスおよび技術的な工程を、本発明の実施形態で適切に使用することができる。アルミニウム部品のろう付けは、一般的には、米国特許第３，９７０，３２７号に記載されている。ろう付けには、塩ろう付け、ＣＡＢろう付け、真空ろう付けおよびＮｉ−プレートろう付けが挙げられる。クラッドシートアルミニウム合金のろう付けには、コア合金よりも有意に低い温度で溶融する金属被覆材合金が必要である。ろう付け適用に用いられる標準的な市販のＡｌ−Ｓｉ金属被覆材合金は、通常は、Ｓｉ含量に応じて、約５７５℃〜５７７℃で溶融し始め、そして５７７℃〜６１５℃の温度で完全に液化する。このコアは、通常は、６４５℃以上で溶融する。本発明のクラッドアルミニウム合金は、上記の要件に従って挙動する。
さらに、金属被覆材層に存在する追加の元素のおかげで、本明細書に記載のクラッドアルミニウム合金は、有利にもろう付け適用に用いられる従来のクラッドアルミニウム合金よりも低い金属被覆材の融点を有する場合がある。例えば、ＴｈｅｒｍｏＣａｌｃの状況によって、本発明のクラッドシート合金に組み込まれた金属被覆材は、同じＳｉ含量の従来のアルミニウム合金よりも有意に低温で溶融し得ることが示された。
１つの例示的なプロセスでは、クラッドシートアルミニウム合金から製造された２つの成形品は、アセンブル、固定、必要に応じて不安定にされ（ろう付けが不活性雰囲気中で行われるべきである場合）、次にろう付けされる。ろう付けプロセスは、もしクラッドシートアルミニウム合金のコアおよび金属被覆材が適切なレベルのＭｇ、通常は０．２５重量％〜１．５重量％のＭｇを含む場合、真空ろう付けプロセスであってもよい。例えば、ろう付けは、６００℃〜６０５℃の温度で行うことができる。
用途および応用
本明細書に記載されるクラッドアルミニウム合金の用途および応用は、本発明の範囲内に包含され、本明細書に記載のクラッドアルミニウム合金で製造されたか、またはそれを含んでいる物体、成形品、装置および類似の物も同様である。このような物体、成形品、装置および類似物を製造、生成または作製するためのプロセスも本発明の範囲内に包含される。
１つの例示的な物体は熱交換器である。熱交換器は、２〜３例を挙げると、チューブ、プレート、フィン、ヘッダーおよび側面支持体を含む部品のアセンブリによって作製される。例えば、ラジエーターは、チューブ、フィン、ヘッダーおよび側面支持体から構築される。通常はむき出しである（Ａｌ−Ｓｉ合金でのクラッドなしを意味する）フィンを除いて、熱交換器の全ての他の部分は、典型的には、１つまたは２つの面上にろう付け金属被覆材を有するクラッドである。一旦アセンブルされれば、熱交換器ユニットを、結合またはこのようなデバイスによって固定して、フラックスおよびろう付けを通じて一緒にこのユニットを保持する。ろう付けは、通常は、トンネル炉を通ってこのユニットを通過させることによって達成される。また、ろう付けは、溶融塩に浸漬することによって、またはバッチプロセスもしくは半バッチプロセスで行うことができる。このユニットは、５９０℃〜６１０℃のろう付け温度まで加熱され、適切な温度で、継ぎ手が毛細管作用によって作製されるまで浸漬され、次いで金属フィラーの固相線未満に冷却される。加熱速度は炉の種類および作製された熱交換器のサイズに依存する。
本発明の合金で作製され得るいくつかの他の例示的な物体が、米国特許第８，３４９，４７０号に記載され、かつ示されている。このような物体のいくつかの例は、蒸発器プレート、蒸発器、ラジエーター、ヒーター、ヒーターコア、冷却器、冷却器チューブ、種々のチューブおよびパイプ、マニホールド、およびいくつかの構造的な特徴、例えば、側面支持体である。本発明による金属被覆材ろう付けアルミニウム合金の使用は、コア合金または層内合金上に金属被覆材合金をろう付けすることを包含するプロセスには限定されない。例えば、金属被覆材ろう付けアルミニウム合金は、引かれたワイヤから作製されたフィラーリングのために生成され得る。別の実施例では、シート型で生成される金属被覆材ろう付けアルミニウム合金は、フィラーシムとして用いることができる。このシム材料は、適用次第で、２〜３ミクロンから１ミリメートルのいずれかの厚みを有することができる。上記の実施形態のいくつかは図６〜１１に図示してある。
以下の実施例は、本発明をさらに説明するのに役立つ、それと同時に、しかしながら、本発明をなんら限定しない。むしろ、本明細書の説明を読んだ後に、本発明の趣旨から逸脱せずに当業者に対して示唆することができる種々の実施形態、修正およびそれらの等価物を用い得ることは明確に理解されるべきである。以下の実施例に記載されている研究中、他に言及しない限り、従来の手順に従った。例示の目的のために、いくつかの手順を以下に記載している。
Figure 0006267317
実施例１
Ａ３５６と同様の鋳造合金の３つの改変体を、生成して、Ｘ９０２またはＸ９１２のコア上にクラッドした。Ｘ９０２は、名目上、全て重量％で１．４〜１．６のＭｎ、０．５〜０．６５のＣｕ、≦０．１５のＳｉ、≦０．０２のＭｇ、≦０．０１５のＴｉを含んでいる合金である。Ｘ９１２は、０．１重量％のＴｉを添加されたＸ９０２基部を有する合金である。Ｘ９０２およびＸ９１２コア上の４３４３系列のクラッドの４つの従来の金属被覆材合金をコントロールとして用いた。クラッドシート合金を、０．３および０．２５ｍｍまで加工し、次いでろう付けサイクルに曝して、金属被覆材合金が溶融して流れることを確認した。ＴｈｅｒｍｏＣａｌｃ分析を行って、融解範囲および構成要素の種類をチエックした。試験した合金の特徴を表３および表４に示す。
実施例２
ろう付け条件下のクラッドシートアルミニウム合金の挙動
ろう付け条件下のクラッドシートアルミニウム合金の挙動の検討を行った。「改変体２」金属被覆材合金（表４）を試験した。従来のアルミニウム合金ＡＡ４３４３＋１ Ｚｎであって、ＳｒおよびＸ９０２コア合金上のクラッドで改変されたものをコントロールとして用いた。図１２は、試験されている「鋳放し（ａｓ ｃａｓｔ）」合金の微細構造を示す。特に、「改変体２」合金は、針形状から微細な球状形状合金へ鋳放しインゴット中でＳｉ粒子を改変するために用いられるＳｒを含まなかった。パネルＢに示されるとおり、「鋳放し」「改変体２」合金は、Ｓｒの非存在に起因してより大きいＳｉ粒子を含んだ。Ｓｒを含むことは、金属被覆材合金がろう付け適用に適切であるためには必要ではない。しかし、インゴットの市販のサイズの鋳造のさらなる試験が、ＳｒまたはＮａ添加が市販の鋳造にとって望ましいか否かを確認するために想定される。
各々の金属被覆材合金から作製されたろう付けシートの比較を図１３に示す。図１３のパネルＡは、コントロールのクラッドシート合金の縦断面を示す。図１３のパネルＢは、改変体２鋳造合金の縦断面を示す。図１３に示される顕微鏡写真は、改変体鋳造合金が標準的な金属被覆材合金のものと同様に微細構造を示すという結論を支持している。「改変体２」合金は、Ｓｉ粒子を改変するためのＳｒを含まなかったが、得られた微細構造は、やはり比較的微細であり、十分分散されていた。実験で用いられるインゴットは、小さいインゴットの３．７５×９×２４インチの直接チル鋳造であった。凝固速度は、６フィート幅×２４インチ厚×２０フィート長であり得る、市販のインゴットで通常観察される速度よりも高かった。しかし、本発明の実施形態による金属被覆材合金は、市販のインゴットで鋳造された場合、ろう付け適用に適切な微細構造を生成することが想定される。
図１４は、図１３に示されるサンプルのろう付け後の比較を示している顕微鏡写真である。図１４について撮影されたサンプルは、図１３に示されるサンプルのクラッド合金のクーポンを６０２℃〜６０６℃に曝し、次いでそれらを３分間浸漬することによって得た。このことは、その温度が６０２〜６０６℃に「保持」され、続いて５７０℃まで冷却され、その後に炉からサンプルを取り出して、室温まで冷却するということを意味している。クーポンを実験室で作製して、垂直方向のままでろう付けサイクルに曝した。パネルＡは、従来のＡＡ４３４３ ＋ １ Ｚｎクラッドの縦断面の顕微鏡写真を示す。パネルＢは、Ｘ９０２コア合金上の改変体２金属被覆材合金クラッドの縦断面の顕微鏡写真を示す。縦断面とは、研磨の面が圧延方向に並行であり、図に示される表示がシートの厚み全体にわたることを意味している。
図１４に示される顕微鏡写真の試験によって、両方のサンプルにおいて、同様に流された金属被覆材および同様のレベルの残留金属フィラーがろう付け後に表面上に存在したことが明らかになった。両方の場合とも、濃厚な沈殿物バンドが、残留フィラー表面層に隣接するコア中に形成された。従って、実験の合金およびコントロールの合金の両方とも、垂直方向に曝された場合、適切な溶融およびクーポンの底部への流れを示した。試験の結果から、本発明の合金がろう付けサイクルの間に毛細管作用によって２つの構成要素を充填または接続し得るという結論が支持される。
実施例３
「アングル・オン・クーポン（Ａｎｇｌｅ ｏｎ Ｃｏｕｐｏｎ）」試験のクラッドシートアルミニウム合金の挙動
「アングル・オン・クーポン」試験と通常呼ばれる試験を、前の実施例で記載された合金で行う。約１．２５インチ平方のクーポンを、各々のクラッドシートアルミニウム合金から作製する。ベントＡＡ１１００の小片を各々のクーポンに置く。このクーポンおよびアングルを、サーファクタントを含有する水中で１６％のＮＯＣＯＬＯＫ（商標）（Ｓｏｌｖａｙ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＵＳ）のスラリー中に浸漬することによって流動させるか、代替的には、そのフラックスを、１００％のイソプロピルアルコール中で混合させる。いずれかのフラックスの方法が、このアングルおよびクーポンの表面上に約２〜６ｇ／ｍ２のフラックスを沈着する。このアングルおよびクーポンは、図１５に図示されるように、小ワイヤによって一端でまたは他で持ち上げられ、これによって隙間を形成し得、この隙間は、ろう付けの間に金属被覆材合金によって充填され得る。この試験を用いて、試験されているクラッドシートアルミニウム合金が種々のサイズの隙間を充填する能力を検出する。得られた隅肉の長さは、ろう付け後に評価する。金属フィラーが、隙間を完全にワイヤまで充填することが観察される。この金属フィラーの能力によって、この金属フィラーが、２つの表面の間で発達する毛細管作用によって「引っ張られる」適切な流動性を有することが示される。
実施例４
実験的なクラッドシート合金の腐食試験
表４に示される全ての合金は、クラッドシート合金に作製されて、耐腐食性について試験された。実験的なクラッドシート合金の腐食試験を行って、金属被覆材合金の改変体１、改変体２および改変体３が、同じコア上の標準的な合金クラッドと比較して、クーポンの表面上により多くの残留された再凝固されたフィラー合金を残すことが示された。この結果によって、実験的な金属被覆材合金である改変体１、改変体２および改変体３が、標準的な金属被覆材合金よりもコア合金に対してアノード性が少ないことが示された。従って、本発明の実施形態を例証する、実験的な金属被覆材を含んでいるクラッドシート合金は、従来の合金よりもろう付けされた接合で腐食に抵抗できる。実験的な合金から製造されたろう付けされた物体は、従来のクラッドシート合金から製造された物体に比較して、腐食に起因してろう付けされた継ぎ手で壊れるまで長持ちする場合がある。
上記で引用された全ての特許、刊行物および要約は、その全体が参照によって本明細書に援用される。本明細書に記載される要素および特徴の種々の配置および組み合わせが可能である。同様に、いくつかの特徴およびサブコンビネーションが有用であり、他の特徴およびサブコンビネーションを参照することなく使用されてもよい。本発明の種々の実施形態は、本発明の種々の目的の実現で記載されている。これらの実施形態は、本発明の原理の単なる例示に過ぎないことが認識されるべきである。多くの改変およびその適合は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく当業者に容易に明白であろう。

本明細書の開示内容は、以下の態様を含む。
態様１：
アルミニウム合金コアとアルミニウム合金金属被覆材とを含んでいるアルミニウム材料であって、前記アルミニウム合金金属被覆材が０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．１〜０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＭｎ、３〜１５重量％のＳｉ、０．００５〜０．１５重量％のＴｉ、および０．１〜７重量％のＺｎ、残部Ａｌを含む、前記アルミニウム材料。

態様２：
前記アルミニウム合金金属被覆材が０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．１〜０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＭｎ、３〜１５重量％のＳｉ、０．００５〜０．１５重量％のＴｉ、および３重量％より多く７重量％以下のＺｎ、残部Ａｌを含む、態様１に記載のアルミニウム材料。

態様３：
前記アルミニウム合金金属被覆材がさらに０．００５〜０．０５重量％のＳｒ、ＮａまたはＣａの少なくとも１つ、残部Ａｌを含む、態様１または２に記載のアルミニウム材料。

態様４：
前記アルミニウム合金金属被覆材が０．１５〜０．６重量％のＣｕ、０．１〜０．４重量％のＦｅ、０．２〜０．７重量％のＭｎ、５〜１２重量％のＳｉおよび０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、残部Ａｌを含む、態様１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム材料。

態様５：
前記アルミニウム合金金属被覆材が０．１５〜０．３重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３〜０．５重量％のＭｎ、７〜１０重量％のＳｉおよび０．００５〜０．１３重量％のＴｉ、残部Ａｌを含む、態様１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム材料。

態様６：
前記アルミニウム合金金属被覆材がさらに１つ以上の０．００１〜０．３重量％のＭｇまたは０．００１〜０．０１重量％のＮｉ、残部Ａｌを含む、態様１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム材料。

態様７：
前記材料が、アルミニウム合金コアを含んでおり、かつシートの片側にまたはシートの両側にアルミニウム合金金属被覆材を有しているシートの形態である、態様１〜６のいずれか１項に記載のアルミニウム材料。

態様８：
前記アルミニウム合金コアが、０．００５〜０．７重量％のＣｕ、０．３〜１．５重量％のＭｎおよび０．００１〜０．２重量％のＴｉ、残部Ａｌを含む、態様１〜７のいずれか１項に記載のアルミニウム材料。

態様９：
態様１〜８のいずれか１項に記載のアルミニウム材料を調製するためのプロセスであって：
前記アルミニウム合金金属被覆材を鋳造すること；
前記アルミニウム合金金属被覆材を必要な厚みまで圧延し、これによって、圧延されたアルミニウム合金金属被覆材を生成すること；
前記圧延されたアルミニウム合金コアの少なくとも一方の側に前記圧延されたアルミニウム合金金属被覆材をアセンブルすること；
前記圧延されたアルミニウム合金金属被覆材を、前記圧延されたアルミニウム合金コア上に熱間圧延結合すること、を包含する、プロセス。

態様１０：
前記アルミニウム合金コアおよび前記アルミニウム合金金属被覆材を溶融鋳込することを包含する、態様１〜８のいずれか１項に記載のアルミニウム材料を調製するためのプロセス。

態様１１：
鋳造の前に、前記アルミニウム合金金属被覆材を、Ｓｉが添加されているスクラップのアルミニウムから、またはスクラップのアルミニウムと精錬等級のアルミニウムとの組み合わせから調製することをさらに包含する、態様９または１０に記載のプロセス。

態様１２：
態様１〜８のいずれか１項に記載のアルミニウム材料から製造された少なくとも１つの第一のアルミニウム合金成形品を、第二のアルミニウム合金成形品を用いてろう付けすることによって連結することを包含する、プロセス。

態様１３：
２つ以上のアルミニウム成形品のうちの少なくとも１つが態様１〜８のいずれか１項のアルミニウム材料から製造される、ろう付けによって前記２つ以上のアルミニウム成形品を連結するプロセスであって：
前記２つ以上のアルミニウム成形品を一緒にアセンブルおよび固定すること；
前記２つ以上のアルミニウム成形品を、前記２つ以上のアルミニウム成形品の間で毛細管作用によって連結が作製されるまで、ろう付け温度に加熱すること；
前記２つ以上のアルミニウム成形品を前記アルミニウム合金金属被覆材の固相線より下に冷却すること、を包含する、プロセス。

態様１４：
前記ろう付け温度が５９０℃〜６１０℃である態様１２または１３に記載のプロセス。

態様１５：
態様１２〜１４のいずれか１項に記載のプロセスを包含しているプロセスによって製造される物体。

態様１６：
前記物体がヒーター、蒸発器プレート、蒸発器、ラジエーター、ヒーターコア、冷却器、チューブ、パイプまたはマニホールドである、態様１５に記載の物体。

態様１７：
ろう付けのための態様１〜８のいずれか１項に記載のアルミニウム材料の使用。

Claims (13)

  1. アルミニウム合金コアとアルミニウム合金金属被覆材とを含んでいるろう付け用アルミニウム材料であって、前記アルミニウム合金金属被覆材が０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．１〜０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＭｎ、３〜１５重量％のＳｉ、０．００５〜０．１５重量％のＴｉ、０．１〜７重量％のＺｎ、０．００１〜０．０１重量％のＮｉおよび０．００１〜０．３重量％のＭｇを含み、残部がＡｌおよび不可避不純物である、前記アルミニウム材料。
  2. 前記アルミニウム合金金属被覆材が０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．１〜０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＭｎ、３〜１５重量％のＳｉ、０．００５〜０．１５重量％のＴｉ、３重量％より多く７重量％以下のＺｎ、０．００１〜０．０１重量％のＮｉおよび０．００１〜０．３重量％のＭｇを含み、残部がＡｌおよび不可避不純物である、請求項１に記載のアルミニウム材料。
  3. 前記アルミニウム合金金属被覆材がさらに０．００５〜０．０５重量％のＳｒを含む、請求項１または２に記載のアルミニウム材料。
  4. 前記アルミニウム合金金属被覆材が０．１５〜０．６重量％のＣｕ、０．１〜０．４重量％のＦｅ、０．２〜０．７重量％のＭｎ、５〜１２重量％のＳｉ、０．０１〜０．１５重量％のＴｉ、０．５〜５重量％のＺｎ、０．００１〜０．０１重量％のＮｉおよび０．００１〜０．３重量％のＭｇを含み、残部がＡｌおよび不可避不純物である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム材料。
  5. 前記アルミニウム合金金属被覆材が０．１５〜０．３重量％のＣｕ、０．２〜０．４重量％のＦｅ、０．３〜０．５重量％のＭｎ、７〜１０重量％のＳｉ、０．００５〜０．１３重量％のＴｉ、０．５〜３．５重量％のＺｎ、０．００１〜０．０１重量％のＮｉおよび０．００１〜０．３重量％のＭｇを含み、残部がＡｌおよび不可避不純物である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム材料。
  6. 前記材料が、アルミニウム合金コアを含んでおり、かつシートの片側にまたはシートの両側にアルミニウム合金金属被覆材を有しているシートの形態である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム材料。
  7. 前記アルミニウム合金コアが、０．５〜０．６５重量％のＣｕ、１．４〜１．６重量％のＭｎ、０．１１５重量％以下（０重量％を含む）のＴｉ、０．１５重量％以下（０重量％を含む）のＳｉ、および０．０２重量％以下（０重量％を含む）のＭｇを含み、残部がＡｌおよび不可避不純物である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアルミニウム材料。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のアルミニウム材料を調製するためのプロセスであって：
    前記アルミニウム合金金属被覆材を、Ｓｉが添加されているスクラップのアルミニウムから、またはスクラップのアルミニウムと精錬等級のアルミニウムとの組み合わせから調製すること
    前記アルミニウム合金金属被覆材を鋳造すること；
    前記アルミニウム合金金属被覆材を必要な厚みまで圧延し、これによって、圧延されたアルミニウム合金金属被覆材を生成すること；
    前記圧延されたアルミニウム合金コアの少なくとも一方の側に前記圧延されたアルミニウム合金金属被覆材をアセンブルすること；
    前記圧延されたアルミニウム合金金属被覆材を、前記圧延されたアルミニウム合金コア上に熱間圧延結合すること、を包含する、プロセス。
  9. 前記アルミニウム合金金属被覆材を、部分的に凝固されたアルミニウム合金コアの片側または両側の表面上で凝固させることを含む、請求項８に記載のアルミニウム材料を調製するためのプロセス。
  10. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のアルミニウム材料から製造された少なくとも１つの第一のアルミニウム合金成形品を、第二のアルミニウム合金成形品を用いてろう付けすることによって連結することを包含する、プロセス。
  11. ２つ以上のアルミニウム成形品のうちの少なくとも１つが請求項１〜７のいずれか１項のアルミニウム材料から製造される、ろう付けによって前記２つ以上のアルミニウム成形品を連結するプロセスであって：
    前記２つ以上のアルミニウム成形品を一緒にアセンブルおよび固定すること；
    前記２つ以上のアルミニウム成形品を、前記２つ以上のアルミニウム成形品の間で毛細管作用によって連結が作製されるまで、ろう付け温度に加熱すること；
    前記２つ以上のアルミニウム成形品を前記アルミニウム合金金属被覆材の固相線より下に冷却すること、を包含する、プロセス。
  12. 前記ろう付け温度が５９０℃〜６１０℃である請求項１０または１１に記載のプロセス。
  13. ろう付けのための請求項１〜７のいずれか１項に記載のアルミニウム材料の使用。
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