JP7165553B2 - ブレージングシート及びその製造方法 - Google Patents
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Description
0.20質量%以上3.0質量%以下のMg(マグネシウム)を含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有するアルミニウム合金からなる心材と、
Mgと、6.0質量%以上13.0質量%以下のSi(シリコン)と、0.050質量%超1.0質量%以下のBi(ビスマス)とを含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有するアルミニウム合金からなり、前記心材の少なくとも片面上に積層されるとともに最表面に露出したろう材と、を有し、
前記ろう材は、
前記心材との境界面から前記最表面へ近づくほどMg濃度が連続的に低くなるMg分布を有しており、
前記最表面からの深さが前記ろう材の厚みの1/8となる位置におけるMg濃度が0.150質量%以下であり、かつ、
前記最表面からの深さが前記ろう材の厚みの7/8となる位置におけるMg濃度が前記心材中のMg量の5~90%である、ブレージングシートにある。
前記ブレージングシートの心材は、0.20質量%以上3.0質量%以下のMgを含むアルミニウム合金から構成されている。心材を構成するアルミニウム合金は、例えば、0.20質量%以上3.0質量%以下のMgを含み、残部がAl(アルミニウム)及び不可避的不純物からなる化学成分を有していてもよい。また、心材を構成するアルミニウム合金中には、必須成分としてのMgの他に、更に、任意成分として、Fe(鉄)、Mn(マンガン)、Si(シリコン)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)が含まれていてもよい。
心材中のMgは、ろう付の初期段階、つまり、ろう材が溶融する前の段階において、ろう付加熱によって拡散し、心材から固体のろう材中に移動する。そのため、ろう材中のMgの総量は、ろう付の進行に伴って徐々に増加する。そして、ろう付が進行して溶融ろうが形成された後においては、溶融ろう中のMgによって接合予定部に存在する酸化皮膜が破壊される。その結果、フラックスを用いることなくブレージングシートと相手材とのろう付を行うことができる。
心材中には、任意成分として、1.0質量%以下のFeが含まれていてもよい。Feは、心材の強度を向上させる作用を有している。しかし、Feの含有量が過度に多くなると、心材の耐食性の悪化を招くおそれがある。また、この場合には、心材中に巨大な析出物が形成されやすくなり、ブレージングシートの成形性の低下を招くおそれもある。Feの含有量を1.0質量%以下、より好ましくは0.70質量%以下とすることにより、これらの問題を回避しつつ心材の強度をより向上させることができる。
心材中には、任意成分として、1.80質量%以下のMnが含まれていてもよい。Mnは、心材の強度を向上させる作用を有している。また、Mnは、心材の電位を調整し、耐食性を向上させる作用を有している。これらの作用効果をより高める観点からは、Mnの含有量を0.60質量%以上とすることが好ましい。しかし、Mnの含有量が過度に多くなると、前記ブレージングシートの製造過程において心材に割れが発生しやすくなる。Mnの含有量を1.80質量%以下、より好ましくは1.30質量%以下とすることにより、ブレージングシートの製造性の悪化を回避しつつ心材の強度及び耐食性をより向上させることができる。
心材中には、任意成分として、1.0質量%以下のSiが含まれていてもよい。Siは、心材の強度を向上させる作用を有している。しかし、Siの含有量が過度に多くなると、心材の融点が低下し、ろう付性の悪化を招くおそれがある。Siの含有量を1.0質量%以下とすることにより、ろう付性の悪化を回避しつつ心材の強度をより向上させることができる。
心材中には、任意成分として、1.0質量%以下のCuが含まれていてもよい。Cuは、心材の強度を向上させる作用を有している。また、Cuは、心材の電位を調整し、耐食性を向上させる作用を有している。しかし、Cuの含有量が過度に多くなると、粒界腐食が発生しやすくなる。また、この場合には、心材の融点が低下し、ろう付性の悪化を招くおそれがある。Cuの含有量を1.0質量%以下、より好ましくは0.50質量%以下とすることにより、これらの問題を回避しつつ心材の強度及び耐食性をより向上させることができる。
心材中には、任意成分として、3.0質量%以下のZnが含まれていてもよい。Znは、心材の自然電極電位を卑にする作用を有している。心材の自然電位を卑にすることにより、心材を犠牲陽極として機能させることができる。しかし、Znの含有量が過度に多くなると、心材の自然電極電位が過度に低下し、犠牲防食効果が早期に損なわれるおそれがある。Znの含有量を3.0質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下とすることにより、心材による犠牲防食効果をより長期間にわたって維持することができる。
心材中には、任意成分として、0.20質量%以下のTiが含まれていてもよい。Tiは、心材の腐食を層状に進行させ、深さ方向への腐食の進行を抑制する作用を有している。しかし、Tiの含有量が過度に多くなると、心材中に巨大な析出物が形成されやすくなり、ブレージングシートの製造過程における圧延性の悪化を招くおそれがある。また、この場合には、かえって心材の耐食性の悪化を招くおそれもある。Tiの含有量を0.20質量%以下、より好ましくは0.15質量%以下とすることにより、かかる問題を回避しつつ心材の深さ方向への腐食の進行をより効果的に抑制することができる。
心材中には、任意成分として、0.50質量%以下のZrが含まれていてもよい。Zrは、心材の結晶粒径を大きくし、エロージョンの発生を抑制する作用を有している。しかし、Zrの含有量が過度に多くなると、前記ブレージングシートの製造過程において心材に割れが発生しやすくなる。Zrの含有量を0.50質量%以下、より好ましくは0.20質量%以下とすることにより、ブレージングシートの製造性の悪化を回避しつつエロージョンの発生をより効果的に抑制することができる。
前記ブレージングシートのろう材は、Mgと、6.0質量%以上13.0質量%以下のSiと、0.050質量%超1.0質量%以下のBiとを含むアルミニウム合金から構成されている。ろう材を構成するアルミニウム合金は、例えば、Mgと、6.0質量%以上13.0質量%以下のSiと、0.050質量%超1.0質量%以下のBiとを含み、残部がAl(アルミニウム)及び不可避的不純物からなる化学成分を有していてもよい。また、ろう材を構成するアルミニウム合金中には、必須成分としてのMg、Bi及びSiの他に、更に、任意成分として、Sr(ストロンチウム)、Sb(アンチモン)、Na(ナトリウム)、Zn(亜鉛)が含まれていてもよい。
ろう材中のSiは、ろう材の融点を低下させ、ろう付時に溶融ろうを生じさせる作用を有している。Siの含有量を6.0質量%以上、好ましくは7.0質量%以上とすることにより、ろう付時に十分な量の溶融ろうを生じさせ、前記ブレージングシートと相手材とのろう付を行うことができる。ろう材中のSiの含有量が6.0質量%未満の場合には、溶融ろうの量が不足し、ろう付性の悪化を招くおそれがある。
前記ろう材中には、Mgが含まれている。ろう材中のMgは、心材との境界面から最表面へ近づくほどMg濃度が連続的に低くなるように分布している。また、ブレージングシートの最表面からの深さがろう材の厚みの1/8となる位置におけるMg濃度は0.150質量%以下であり、ブレージングシートの最表面からの深さが前記ろう材の厚みの7/8となる位置におけるMg濃度は心材中のMg量の5~90%である。
Biは、ろう付中におけるブレージングシートの酸化を抑制する作用を有している。ろう材中のBiの含有量を0.050質量%よりも多くすることにより、ろう付時の加熱によるち密な酸化皮膜の形成を抑制し、ろう付性をより向上させることができる。Biは、例えばろう付雰囲気中の酸素濃度が50~500体積ppm程度の場合のように、酸素濃度が比較的高い不活性ガス雰囲気中でろう付を行う場合に特に有効である。Biによるろう付性向上の効果をより高める観点からは、Biの含有量を0.10質量%以上とすることが好ましい。
・Sr:0.10%以下、Sb:0.10%以下、Na:0.30%以下
前記ろう材中には、任意成分として、Sr:0.10%以下、Sb:0.10%以下、Na:0.30%以下のうち1種または2種以上が含まれていてもよい。これらの元素は、ろう付後に形成される接合部、つまり、凝固したろうの組織を微細化し、接合強度を向上させる作用を有している。これらの元素による接合強度向上の効果をより高める観点からは、Srの含有量を0.0030質量%以上、Sbの含有量を0.0040質量%以上、Naの含有量を0.0020質量%以上とすることが好ましい。
前記ろう材中には、任意成分として、5.0質量%以下のZnが含まれていてもよい。Znを含むろう材を用いてろう付を行うことにより、ろう付後に心材の表面に残留するろう材の電位を低下させることができる。そして、ろう材の犠牲防食効果により、ろう付後のアルミニウム製品の耐食性をより向上させることができる。アルミニウム製品の耐食性を向上させる効果をより高める観点からは、Znの含有量を1.0質量%以上とすることがより好ましい。
前記ブレージングシートは、心材と、心材の一方の面上に積層された前記ろう材と、純アルミニウムまたはZn:8.0質量%以下を含有するアルミニウム合金からなり、心材の他方の面上に積層された犠牲陽極材と、を有していてもよい。この場合には、犠牲陽極材の犠牲防食効果によって、ろう付後のアルミニウム製品の耐食性をより向上させることができる。なお、前述した「純アルミニウム」とは、Alの純度が99.00質量%以上であるアルミニウム材をいう。
前記ブレージングシートは、心材と、心材の一方の面上に積層された前記ろう材と、前記心材及び前記ろう材とは異なるアルミニウム合金からなり、心材の他方の面上に積層された第2ろう材と、を有していてもよい。第2ろう材を構成するアルミニウム合金としては、公知のAl-Si系合金を採用することができる。
このクラッド塊に熱間圧延を行うことにより、前記クラッド塊を構成する各層を接合してクラッド材を作製する。
次いで、前記クラッド材に1パス以上の冷間圧延を行うとともに、前記冷間圧延のパス間及び最終パスの後のうち少なくとも一方において前記クラッド材を1回以上加熱してMgを拡散させることにより、前記ろう材中に前記Mg分布を形成する。
本例は、図1に示すように、心材11と、心材11の片面上に積層されたろう材12とからなる2層構造のブレージングシート1の例(図1参照)である。本例のブレージングシート1の作成方法は以下の通りである。まず、連続鋳造により、表1に示す化学成分(合金記号A1~A14)を有する心材用塊を作製する。次いで、心材用塊に面削を施し、心材用塊の厚みを所定の厚みとする。
以下の方法により、各試験材におけるろう材12中のMg分布を評価することができる。まず、各試験材を板幅方向に切断した後、露出した断面に鏡面研磨を施す。この断面において、図1に示すように、試験材の最表面111からの深さがろう材12の厚みtfの1/8である3点の分析位置P1/8を無作為に選択する。これらの各分析位置P1/8においてEPMA(つまり、電子プローブマイクロアナライザ)による点分析を行い、各分析位置P1/8におけるMg濃度を測定する。そして、各分析位置P1/8におけるMg濃度を平均した値を、最表面121からの深さがろう材の厚みの1/8となる位置におけるMg濃度c1/8とする。各試験材における当該位置のMg濃度c1/8は、表3及び表4に示す通りである。
間隙充填試験を行うことにより、各試験材のろう付性を評価することができる。間隙充填試験において使用する試験体2は、図2に示すように、試験材から採取した水平板21と、水平板21のろう材12上に配置された垂直板22と、を有している。垂直板22は、水平板21に対して直交する向きに配置されている。また、垂直板22の長手方向の一端221は、水平板21のろう材12に当接している。なお、本例の水平板21の幅は25mmであり、長さは60mmである。また、垂直板22は、JIS A3003合金から構成された、幅25mm、長さ約55mm、厚さ1mmのアルミニウム板である。
試験材C34は、ろう材中のSiの含有量が前記特定の範囲よりも多いため、ろう付時に、心材が溶融ろうによって侵食されやすい。そのため、試験材C34を用いる場合、心材が溶融し、ろう付を行うことができなくなるおそれがある。
試験材C36は、心材中のMgの含有量が前記特定の範囲よりも多いため、心材からろう材へ拡散するMgの量が過度に多くなりやすい。そのため、試験材C36は、ろう付中に心材の結晶粒が微細化し、エロージョンの発生を招くおそれがある。
試験材C38は、前記式(1)におけるDの値が前記特定の範囲よりも多いため、ろう材の表面に到達するMgの量が過度に多くなりやすい。そのため、試験材C38を用いる場合、ろう付中に試験材の最表面にMgOのち密な皮膜が形成され、ろう付性の悪化を招くおそれがある。
本例は、厚みが1.0mmであるブレージングシートの例である。表5に示す本例の試験材D1~D4は、厚みを1.0mmに変更した以外は、実施例1における試験材C1~C38と同様の方法により作製することができる。
本例は、心材の両面にろう材が積層された3層構造のブレージングシートの例である。表6に示す本例の試験材E1~E6は、心材用塊の両面にろう材用塊を重ね合わせた後、実施例1と同様の方法により熱間圧延、冷間圧延及び加熱を順次行うことにより作製することができる。なお、本例の試験材E1~E6の厚みは0.050mmである。
11 心材
12 ろう材
Claims (12)
- 不活性ガス雰囲気中においてフラックスを使用せずに行うろう付に適用可能なブレージングシートであって、
0.20質量%以上3.0質量%以下のMgを含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有するアルミニウム合金からなる心材と、
Mgと、6.0質量%以上13.0質量%以下のSiと、0.050質量%超1.0質量%以下のBiとを含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有するアルミニウム合金からなり、前記心材の少なくとも片面上に積層されるとともに最表面に露出したろう材と、を有し、
前記ろう材は、
前記心材との境界面から前記最表面へ近づくほどMg濃度が連続的に低くなるMg分布を有しており、
前記最表面からの深さが前記ろう材の厚みの1/8となる位置におけるMg濃度が0.150質量%以下であり、かつ、
前記最表面からの深さが前記ろう材の厚みの7/8となる位置におけるMg濃度が前記心材中のMg量の5~90%である、ブレージングシート。 - 前記ろう材中には、更に、Sr:0.10質量%以下、Sb:0.10質量%以下、Na:0.30質量%以下のうち1種または2種以上が含まれている、請求項1に記載のブレージングシート。
- 前記ろう材中には、更に、Zn:5.0質量%以下が含まれている、請求項1または2に記載のブレージングシート。
- 前記心材中には、更に、Fe:1.0質量%以下、Mn:1.80質量%以下、Si:1.0質量%以下、Cu:1.0質量%以下、Zn:3.0質量%以下、Ti:0.20質量%以下、Zr:0.50質量%以下のうち1種または2種以上が含まれている、請求項1~3のいずれか1項に記載のブレージングシート。
- 前記ろう材は、前記心材の両面上に積層されている、請求項1~4のいずれか1項に記載のブレージングシート。
- 前記ブレージングシートは、前記心材と、前記心材の一方の面上に積層された前記ろう材と、純アルミニウムまたはZn:8.0質量%以下を含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有するアルミニウム合金からなり、前記心材の他方の面上に積層された犠牲陽極材と、を有している、請求項1~4のいずれか1項に記載のブレージングシート。
- 前記犠牲陽極材は、更に、Mn:2.0質量%以下、Mg:3.0%質量以下、Si:1.5質量%以下、Fe:1.0質量%以下、Cu:1.0%質量以下、Ti:0.3質量%以下、Zr:0.3質量%以下、Cr0.3質量%以下のうち1種または2種以上を含むアルミニウム合金から構成されている、請求項6に記載のブレージングシート。
- 前記犠牲陽極材は、更に、In:0.0050~0.100質量%、Sn:0.0050~0.100質量%のうち1種または2種以上を含むアルミニウム合金から構成されている、請求項6または7に記載のブレージングシート。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載のブレージングシートの製造方法であって、
前記心材の化学成分を備えた心材用塊と、6.0質量%以上13.0質量%以下のSiと0.050質量%超1.0質量%以下のBiとを含むアルミニウム合金からなり、前記心材用塊に重ね合わされたろう材用塊とを有するクラッド塊を作製し、
前記クラッド塊に熱間圧延を行うことにより、前記クラッド塊を構成する各層を接合してクラッド材を作製し、
前記クラッド材に1パス以上の冷間圧延を行うとともに、前記冷間圧延のパス間及び最終パスの後のうち少なくとも一方において前記クラッド材を1回以上加熱してMgを拡散させることにより、前記ろう材中に前記Mg分布を形成する、ブレージングシートの製造方法。 - 前記心材から前記ろう材へMgを拡散させる際に、下記式(1)で表されるDの値が3.0×10-15~3.0×10-9となる条件で前記クラッド材を加熱する、請求項9に記載のブレージングシートの製造方法。
(但し、前記式(1)におけるnは前記クラッド材の厚みが前記ブレージングシートの厚みの100~200%の範囲にある間の加熱回数であり、Thkはk回目の加熱における前記クラッド材のろう材の厚み(m)であり、Rは気体定数(J/mol・K)であり、tk0はk回目の加熱において前記クラッド材の温度が50℃を超えた時点の時刻であり、tk1はk回目の加熱において前記クラッド材の温度が50℃を下回った時点の時刻であり、T(t)は時刻tにおける前記クラッド材の温度(K)である。) - 前記熱間圧延を行った後、前記ブレージングシートを用いてろう付を行うまでの間に、酸を用いて前記クラッド材の表面をエッチングする、請求項9または10に記載のブレージングシートの製造方法。
- 前記エッチングにおけるエッチング量は0.05~2g/m2である、請求項11に記載のブレージングシートの製造方法。
Priority Applications (5)
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