JP6282518B2 - ろう付構造体の製造方法、これによって製造されるろう付構造体、アルミニウム−樹脂複合構造体、ならびに、前記製造方法に用いるアルミニウム材 - Google Patents
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本発明は、ろう付される一方のアルミニウム材が、アルミニウム素地側の緻密なバリア層と表面側のポア構造とを有し、その膜厚を適切な範囲に制御した易接着性酸化処理皮膜を表面に備え、フラックスの塗布箇所を制限して、この一方のアルミニウム材と他方のアルミニウム材を非酸化性雰囲気中でろう付することにより、ろう付後も易接着性酸化処理皮膜の特性を維持したろう付構造体を得るものである。
本発明では、一方及び他方のアルミニウム材同士をろう付することによってろう付構造体を製造する。一方のアルミニウム材は、樹脂組成物に対する接着下地としての易接着性酸化処理皮膜を少なくとも表面の一部に有する。接合される他方のアルミニウム材についても樹脂組成物と接着させる場合には、その表面の少なくとも一部に易接着性酸化処理皮膜を同様に有しているのが好ましい。
本発明で一方及び他方のアルミニウム材同士をろう付するために用いるろう材としては、Al−Si系合金が好適に用いられる。ろう材は、一方又は他方のアルミニウム材を心材として、上記心材にクラッドしたブレージングシートとして使用してもよく、置きろう材やペーストろう材として使用してもよい。
本発明における易接着性酸化処理皮膜とは、電解処理によって形成され、樹脂組成物との優れた樹脂密着性を有する酸化皮膜のことである。本発明者らは、TEM(透過型電子顕微鏡)、SEM(走査電子顕微鏡)及びFT―IR(赤外吸収分光法)等により酸化皮膜の性状評価を行った。その結果、従来技術におけるアルカリ交流電解処理によって形成される酸化処理皮膜において以下に示す要件を達成することにより、ろう付後においても酸化処理皮膜の前記ポア構造が維持され、易接着性酸化処理皮膜としての特性を保持することが可能であることを見出した。
本発明における易接着性酸化処理皮膜を有するアルミニウム材は、これを一の電極として、これと対極を用いたアルカリ交流電解法によって製造される。電解条件は、pH9〜13で液温35℃〜80℃のアルカリ性水溶液を電解溶液としは、周波数20〜100Hz、電流密度4〜50A/dm2、電解時間5秒〜60秒が採用される。なお、対電極とには黒鉛電極等が用いられる。上記電解条件の範囲外でアルカリ交流電解を行った場合、前記の易接着性酸化処理皮膜の構造を得ることができず、樹脂密着性が低下してしまう虞がある。
本発明のろう付構造体は、非酸化性雰囲気中でフラックスろう付によって製造されることを特徴とする。非酸化性雰囲気としては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスといった不活性ガス;水素、アンモニア、一酸化炭素などの還元性ガス;ならびに、これらの混合ガスが用いられる。コストの点から、窒素ガスを用いるのが好ましい。非酸化性雰囲気は、ろう付け加熱時には減圧を伴わず、通常は大気圧とされる。また、ろう付温度は特に規定するものではないが580〜620℃が好適である。
図1に、本発明に係るろう付構造体の一実施形態の断面図を示す。この実施態様では、一方のアルミニウム板1の片面には易接着性酸化処理皮膜2が残っており、他面には他方のアルミニウム材3がろう付されている。易接着性酸化処理皮膜2が残っている部分を接着下地として樹脂組成物と接着することができる。
図5に、本発明に係るろう付構造体に樹脂組成物を接着したアルミニウム−樹脂複合構造体の一例を示す。この例は、ろう付構造体23に樹脂組成物としての絶縁層25を接着したものである。ろう付構造体23は、一方のアルミニウム材である基板21の片面に易接着性酸化処理皮膜24を設けて、これを接着下地として絶縁層25を接着し、基板21の他面には、他方のアルミニウム材である放熱フィン22をろう付した構造を有する。
更に、図6に、図5のアルミニウム−樹脂複合構造体の絶縁層25に導体用金属部品26を接合したものを示す。図6において、導体用金属部品26として銅線を用いる場合には、プリント配線板を構成する。
更に、図8に、図7のアルミニウム−樹脂複合構造体の絶縁層25に導体用金属部品26を接合したものを示す。図6において、導体用金属部品26として銅線を用いる場合には、プリント配線板を構成する。
一方のアルミニウム材として、板厚1.0mm、幅10mm、長さ130mmのJIS3003合金板を使用した。このアルミニウム合金板を電極に用い(対電極には黒鉛電極を用い)、ピロりん酸ナトリウムを主成分とするアルカリ水溶液を電解溶液として用いた。ピロりん酸ナトリウムなどのアルカリ成分の濃度は表1に示すpHになるように適宜調整した。そして、表1に示す電解条件にて交流電解処理を実施し、アルミニウム合金板の両面に易接着性酸化処理皮膜を形成した。
易接着性酸化処理膜の全体厚さ及びバリア層厚さは、TEMにより酸化皮膜層の断面観察から測定した。ウルトラミクロトームを用いて供試材から断面観察用薄片試料を作製した。次に、この薄片試料において観察視野(1μm×1μm)中の任意の10点を選択して、酸化皮膜層の厚さを測定した。
ポア構造における小孔の直径と密度は、FE―SEM(電界放出形走査電子顕微鏡)を用いて、電解処理後のサンプルの酸化処理膜の表面の観察から測定した。観察視野(400nm×400nm)中のポア構造の最表面に見える任意の小孔10点を選択して小孔の直径を測定した。また、任意に観察した10点の観察視野(400nm×400nm)内の最表面に見える小孔の数を測定し、密度を計算した。
ろう付後のサンプル(ミニコア37)について、アルミニウム合金板31からコルゲートフィン35を剥がし、フィン接合率を測定した。フィン接合率は、コルゲートフィン35の接合長さをコルゲートしたフィンの山数の総和に相当する接合長さで割って算出した。本発明例1―1〜1−9及び比較例1−1〜1−13のいずれも95%以上のフィン接合率が得られ、良好なろう付が確認された。
ろう付後のミニコア37のアルミニウム合金板31について、ろう付部を除いて長さ80mmに切断したものを2枚準備した。そして、幅10mm、長さ50mm、厚さ3mmのPP樹脂を2枚のアルミニウム合金板31で、易接着性酸化処理皮膜面32bがPP樹脂と接触するように三辺を揃えて挟み込み、ホットプレス機によって圧力1MPa、温度230℃で1分間保持して接着した。ホットプレス機から取り外して空冷後、アルミニウム合金板31からはみ出したPP樹脂をカッターナイフで除去した。内側にPP樹脂が存在せず、対向しているアルミニウム合金板部分をそれぞれ外側に90°折り曲げてT字型とした。次いで、折り曲げ部を引張試験機にて引張速度100mm/分で引張ってTピール剥離試験を行った。結果を表3に示す。
一方のアルミニウム材として、Siを10%含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるろう材と、JIS3003合金を心材とし、常法に従って、片面ろう材のブレージングシート(厚さ1mm)を作製した。ろう材の層厚は、それぞれ0.1mm(クラッド率10%)とした。上記ブレージングシートを幅10mm、長さ130mmに切断したものを電極に用い(ブレージングシートにおけるろう材がクラッドされていない側の心材表面が、対電極である黒鉛電極と対面するように)、ピロりん酸ナトリウムを主成分とするアルカリ水溶液を電解溶液として用いた。ピロりん酸ナトリウムなどのアルカリ成分の濃度は表4に示すpHになるように適宜調整した。その他の電解条件は、電解浴の温度を60℃、電流密度を10A/dm2とし、周波数と電解時間は表4に示す条件にて交流電解処理を実施し、ろう材がクラッドされていない側の心材表面に易接着性酸化処理皮膜が形成されたアルミニウム材としてのブレージングシートを作製した。
ろう付後のサンプル(ミニコア47)について、実施例1と同様にブレージングシート43とコルゲートフィン45との接合状況を観察し、フィン接合率を測定した。本発明例2−1〜2−6および比較例2−1〜2−6では95%以上のフィン接合率が得られ、良好なろう付が確認された。
ろう付後のミニコア47のブレージングシート43について、ろう付部を除いて長さ80mmに切断したものを2枚準備し、実施例1と同様に、PP樹脂を2枚のブレージングシート41で、易接着性酸化処理皮膜面44がPP樹脂と接触するように挟み込んで接着した後、Tピール剥離試験を行った。結果を表6に示す。
2、2a、2b・・・一方のアルミニウム材
3、3a、3b・・・他方のアルミニウム材
21・・・基板
22・・・放熱フィン
23・・・ろう付構造体
24・・・易接着性酸化処理皮膜
25・・・絶縁層
26・・・導体用金属部品
31・・・アルミニウム合金板
32a、32b・・・易接着性酸化処理皮膜
33・・・ろう材
34・・・心材
35・・・コルゲートフィン
36・・・ステンレス板
37・・・ミニコア
41・・・ろう材
42・・・心材
43・・・ブレージングシート
44・・・易接着性酸化処理皮膜
45・・・コルゲートフィン
46・・・ステンレス板
47・・・ミニコア
Claims (9)
- 一方のアルミニウム材と他方のアルミニウム材とを非酸化性雰囲気中でフラックスろう付する工程を備えるろう付構造体の製造方法であって、前記一方のアルミニウム材がその表面の少なくとも一部に厚さ50〜400nmの易接着性酸化処理皮膜を有し、当該易接着性酸化処理皮膜は表面側に形成されたポア構造層と、素地側に形成された厚さ3〜30nmのバリア層とを備え、前記ポア構造層には、5〜30nmの小孔が表面側から見て1000〜10000個/μm2存在し、ろう付加熱された前記易接着性酸化処理皮膜の少なくとも一部を樹脂組成物に対する接着下地として用いることを特徴とするろう付構造体の製造方法。
- 前記ろう付工程において、前記接着下地としての易接着性酸化処理皮膜の部分にはフラックスを塗布せず、一方のアルミニウム材の他の部分及び他方のアルミニウム材の少なくともいずれかにフラックスを塗布してろう付する、請求項1に記載のろう付構造体の製造方法。
- 前記易接着性酸化処理皮膜が、前記ろう付工程の前において、前記一方のアルミニウム材をアルカリ水溶液中で交流電解することにより形成される、請求項1又は2に記載のろう付構造体の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されるろう付構造体において、前記一方のアルミニウム材の片面の少なくとも一部にろう付加熱された易接着性酸化処理皮膜が前記接着下地として存在し、前記一方のアルミニウム材の他面が他方のアルミニウム材とろう付されていることを特徴とするろう付構造体。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されるろう付構造体において、前記一方のアルミニウム材の片面が他方のアルミニウム材とろう付されており、当該片面のろう付部を除いた部分にろう付加熱された易接着性酸化処理皮膜が前記着下地として存在することを特徴とするろう付構造体。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されるろう付構造体において、前記一方のアルミニウム材の片面の少なくとも一部にろう付加熱された易接着性酸化処理皮膜が接着下地として存在し、前記一方のアルミニウム材の他面が他方のアルミニウム材とろう付されており、当該他面のろう付部を除いた部分にろう付加熱された易接着性酸化処理皮膜が前記接着下地として存在することを特徴とするろう付構造体。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されるろう付構造体において、前記一方のアルミニウム材の片面及び他面がそれぞれ他方のアルミニウム部材とろう付されており、当該片面及び他面のろう付部を除いた部分にろう付加熱された易接着性酸化処理皮膜が前記着下地として存在することを特徴とするろう付構造体。
- 請求項4〜7のいずれか一項に記載のろう付構造体のろう付加熱された易接着性酸化処理皮膜を前記接着下地として用いて、当該接着下地において樹脂組成物がろう付構造体に接着されていることを特徴とするアルミニウム−樹脂複合構造体。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法に用いる一方のアルミニウム材であって、前記易接着性酸化処理皮膜を片面に有し、5〜13mass%のSiを含有するろう材層を他面に有するブレージングシートから構成されることを特徴とするアルミニウム材。
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