JP7209492B2 - アルミニウムクラッド材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、極低温環境下で優れた伝導性を発現し、かつ高強度を有するアルミニウムクラッド材に関する。
高純度アルミニウムは、軽量で、電気および熱の伝導性が高く、かつ耐食性に優れている等、優れた物性を示すため、様々な用途に用いられている。
例えば、高純度アルミニウムは極低温環境下で高い熱伝導性を有するため、極低温環境下での利用が提案されている（例えば、特許文献１、２）。医療用ＭＲＩ、分析用ＮＭＲ等に用いられる超電導マグネットには、液体ヘリウムにより４．２Ｋに冷却された低温超電導コイル、または冷凍機で２０Ｋ程度に冷却された高温超電導コイルが使われている。これら超電導コイルを効率的かつ均一に冷却するために、液体窒素の沸点(７７Ｋ)より低い極低温環境下でも高い熱伝導性を有する熱伝達材が求められている。そこで、極低温環境下でも熱伝導性の高い高純度アルミニウム（主に、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上）を熱伝達材として用いることが提案されている。
例えば、高純度アルミニウムは極低温環境下で高い熱伝導性を有するため、極低温環境下での利用が提案されている（例えば、特許文献１、２）。医療用ＭＲＩ、分析用ＮＭＲ等に用いられる超電導マグネットには、液体ヘリウムにより４．２Ｋに冷却された低温超電導コイル、または冷凍機で２０Ｋ程度に冷却された高温超電導コイルが使われている。これら超電導コイルを効率的かつ均一に冷却するために、液体窒素の沸点(７７Ｋ)より低い極低温環境下でも高い熱伝導性を有する熱伝達材が求められている。そこで、極低温環境下でも熱伝導性の高い高純度アルミニウム（主に、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上）を熱伝達材として用いることが提案されている。
特許文献１～２に記載された高純度アルミニウム材は、極低温環境下でも高い熱伝導性と電気伝導性を示すことから、極低温環境下で使用される機器の熱伝導部品、電気伝導用部品等の材料として、更なる用途が期待される。しかし、高純度アルミニウム材は軟質であるため、強度が不足して適用範囲が限定され得る問題がある。
本発明の目的は、極低温環境下において優れた熱伝導性および電気伝導性を発現し、かつ十分な強度を有する材料およびその製造方法を提供することにある。
本発明の態様１は、
アルミニウム合金から成る第１金属層と、
純度９９．９９９質量％以上の高純度アルミニウムから成り、前記第１金属層の少なくとも片面に接合された第２金属層と、を含むアルミニウムクラッド材である。
アルミニウム合金から成る第１金属層と、
純度９９．９９９質量％以上の高純度アルミニウムから成り、前記第１金属層の少なくとも片面に接合された第２金属層と、を含むアルミニウムクラッド材である。
本発明の態様２は、前記第２金属層が、純度９９．９９９８質量％以上の高純度アルミニウムから成る、態様１に記載のアルミニウムクラッド材である。
本発明の態様３は、５０Ｋ以下の温度環境下で使用される極低温環境用アルミニウムクラッド材である、態様１または２に記載のアルミニウムクラッド材である。
本発明の態様４は、
アルミニウム合金から成る第１金属層と、純度９９．９９９質量％以上の高純度アルミニウムから成り、前記第１金属層の少なくとも片面に接合された第２金属層と、を含むアルミニウムクラッド材の製造方法であって、
前記アルミニウム合金から成る第１金属材料と、前記高純度アルミニウムから成る第２金属材料とを積層して圧延接合するクラッド工程を含む、アルミニウムクラッド材の製造方法である。
アルミニウム合金から成る第１金属層と、純度９９．９９９質量％以上の高純度アルミニウムから成り、前記第１金属層の少なくとも片面に接合された第２金属層と、を含むアルミニウムクラッド材の製造方法であって、
前記アルミニウム合金から成る第１金属材料と、前記高純度アルミニウムから成る第２金属材料とを積層して圧延接合するクラッド工程を含む、アルミニウムクラッド材の製造方法である。
本発明の態様５は、前記第２金属材料が、純度９９．９９９８質量％以上の高純度アルミニウムから成る、態様４に記載のアルミニウムクラッド材の製造方法である。
本発明の態様６は、前記クラッド工程より前に、前記第１金属材料および前記第２金属材料の貼合せ面をそれぞれ研磨する研磨工程を更に含む、態様４または５に記載のアルミニウムクラッド材の製造方法である。
本発明のアルミニウムクラッド材およびその製造方法によれば、極低温環境下において優れた熱伝導性および電気伝導性を発現し、かつ十分な強度を有するアルミニウムクラッド材を提供することができる。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係るアルミニウムクラッド材１０の概略断面図である。
アルミニウムクラッド材１０は、第１金属層１１と、第１金属層１１の少なくとも片面に接合された第２金属層１２とを含む。第１金属層１１はアルミニウム合金から成り、第２金属層１２は、純度９９．９９９質量％（５Ｎ）以上の高純度アルミニウムから成る。なお、第１金属層１１を形成するアルミニウム合金の組成は特に限定されないが、例えば３０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｍｎ系合金）、５０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｍｇ系合金）および６０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金）などが適用できる。
図１は、本発明の実施の形態に係るアルミニウムクラッド材１０の概略断面図である。
アルミニウムクラッド材１０は、第１金属層１１と、第１金属層１１の少なくとも片面に接合された第２金属層１２とを含む。第１金属層１１はアルミニウム合金から成り、第２金属層１２は、純度９９．９９９質量％（５Ｎ）以上の高純度アルミニウムから成る。なお、第１金属層１１を形成するアルミニウム合金の組成は特に限定されないが、例えば３０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｍｎ系合金）、５０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｍｇ系合金）および６０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金）などが適用できる。
本明細書において「伝導性」とは、特に記載がない限り、電気伝導性および熱伝導性の両方を含むものとして理解されるべきである。金属材料は、温度が一定であれば、熱伝導率と電気伝導率が比例関係にあることが一般的に知られている。そのため、一方（例えば電気伝導性）が改善されたことが確認されれば、他方（例えば熱伝導性）も必然的に改善されているといえる。
本発明のアルミニウムクラッド材１０は、高純度アルミニウムからなる第２金属層を有しており、電気伝導性が高い。しかしながら、本発明者らの検討によれば、高純度アルミニウムからなる層が含まれてさえいればアルミニウムクラッド材の電気伝導性が高くなるのではなく、高純度アルミニウムの純度が十分に高いことが必要である。
本発明のアルミニウムクラッド材１０は、第２金属層１２を形成する高純度アルミニウムの純度を、９９．９９９質量％（５Ｎ）以上、好ましくは９９．９９９８質量％（５Ｎ８）以上、より好ましくは９９．９９９９質量％（６Ｎ）以上とすることにより、極低温環境下において伝導性を確保できることを見いだした。
アルミニウムクラッド材１０の厚さは用途によって適宜変更可能であるが、一般的な用途では、厚さ０．２～６．０ｍｍが好ましい。そのようなアルミニウムクラッド材１０では、第１金属層１１の厚さｔ１は、例えば０．０４ｍｍ（４０μｍ）～５．０ｍｍ、第２金属層１２の厚さｔ２は例えば０．０６ｍｍ（６０μｍ）～５．０ｍｍにすることができる。
本発明のアルミニウムクラッド材１０は、例えば５０Ｋ以下の極低温環境下であっても十分に高い伝導性を有している。そのため、本発明のアルミニウムクラッド材１０は、５０Ｋ以下の温度環境下で使用するのに好適である。
第２金属層１２は、９９．９９９質量％（５Ｎ）以上の高純度アルミニウムから成る。高純度アルミニウムは、純度が高いほど極低温環境下における伝導性が良くなるため、より純度の高い（５Ｎ以上の）アルミニウム（例えば、純度９９．９９９８質量％（５Ｎ８）や純度９９．９９９９質量％（６Ｎ）以上のアルミニウム）で第２金属層１２を形成することにより、より優れた伝導性を有するアルミニウムクラッド材１０を得ることができる。
次に、図２を参照しながら、アルミニウムクラッド材１０の製造方法の一例を説明する。
本発明の実施の形態に係るアルミニウムクラッド材１０の製造方法は、クラッド工程を含む。さらに、クラッド工程より後に熱処理工程を含んでもよく、クラッド工程より前に表面研磨工程を含んでもよい。
本発明の実施の形態に係るアルミニウムクラッド材１０の製造方法は、クラッド工程を含む。さらに、クラッド工程より後に熱処理工程を含んでもよく、クラッド工程より前に表面研磨工程を含んでもよい。
（クラッド工程）
クラッド工程は、アルミニウム合金から成る第１金属材料１１０と、高純度アルミニウムから成る第２金属材料１２０を積層して圧延接合する工程である。第１金属材料１１０は、圧延接合後に、アルミニウムクラッド材１０の第１金属層１１となり、第２金属材料１２０は、第２金属層１２となる。第２金属材料１２０は、純度９９．９９９質量％（５Ｎ）以上の高純度アルミニウムから形成し、好ましくは純度９９．９９９８質量％（５Ｎ８）以上、より好ましくは純度９９．９９９９質量％（６Ｎ）以上の高純度アルミニウムから形成する。
まず、従来公知の方法により、第１金属材料１１０、第２金属材料１２０を準備する。例えば、所定の組成を有するアルミニウム合金を鋳造、圧延して第１金属材料１１０を準備し、所定の純度の高純度アルミニウムを鋳造、圧延して第２金属材料１２０を準備することができる。必要に応じて、鋳造と圧延との間に均質化処理を実施してもよい。
クラッド工程は、アルミニウム合金から成る第１金属材料１１０と、高純度アルミニウムから成る第２金属材料１２０を積層して圧延接合する工程である。第１金属材料１１０は、圧延接合後に、アルミニウムクラッド材１０の第１金属層１１となり、第２金属材料１２０は、第２金属層１２となる。第２金属材料１２０は、純度９９．９９９質量％（５Ｎ）以上の高純度アルミニウムから形成し、好ましくは純度９９．９９９８質量％（５Ｎ８）以上、より好ましくは純度９９．９９９９質量％（６Ｎ）以上の高純度アルミニウムから形成する。
まず、従来公知の方法により、第１金属材料１１０、第２金属材料１２０を準備する。例えば、所定の組成を有するアルミニウム合金を鋳造、圧延して第１金属材料１１０を準備し、所定の純度の高純度アルミニウムを鋳造、圧延して第２金属材料１２０を準備することができる。必要に応じて、鋳造と圧延との間に均質化処理を実施してもよい。
図２（ａ）に示すように、第１金属材料１１０の上面と、第２金属材料１２０の下面とを向かい合わせて、第１金属材料１１０と第２金属材料１２０とを積層する。第１金属材料１１０の上面が第１金属材料１１０の貼合せ面１１０ｂ（第２金属材料１２０と接合する面）となり、第２金属材料１２０の下面が、第２金属材料１２０の貼合せ面１２０ｂ（第１金属材料１１０と接合する面）となる。
その後、第１金属材料１１０と第２金属材料１２０を積層した積層体を圧延することにより、第１金属材料１１０と第２金属材料１２０をと圧延接合する。これにより、図２（ｂ）に示すようなアルミニウムクラッド材１０が得られる。
その後、第１金属材料１１０と第２金属材料１２０を積層した積層体を圧延することにより、第１金属材料１１０と第２金属材料１２０をと圧延接合する。これにより、図２（ｂ）に示すようなアルミニウムクラッド材１０が得られる。
第１金属材料１１０と第２金属材料１２０との圧延接合（クラッディング）は熱間圧延で行うと、アルミニウムクラッド材１０の第１金属層１１と第２金属層１２の密着性を容易に向上できるので好ましい。熱間圧延時の加熱温度は適宜設定することができ、例えば２５０℃以上６００℃以下である。後述するような表面処理（研磨工程）を行う場合には、熱間圧延が低めの温度（例えば２５０℃以上３００℃以下）での実施であっても第１金属層１１と第２金属層１２の密着性を十分に向上できる。
熱間圧延した後のアルミニウムクラッド材１０に、さらに仕上げ圧延（冷間圧延）を行ってもよい。
熱間圧延した後のアルミニウムクラッド材１０に、さらに仕上げ圧延（冷間圧延）を行ってもよい。
（研磨工程）
クラッド工程より前に、第１金属材料１１０の貼合せ面１１０ｂと、第２金属材料１２０の貼合せ面１２０ｂとをそれぞれ研磨する研磨工程を含んでもよい。研磨により、貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂの酸化皮膜が除去されると、クラッド工程で第１金属材料１１０と第２金属材料１２０が接合しやすくなる効果がある。
クラッド工程より前に、第１金属材料１１０の貼合せ面１１０ｂと、第２金属材料１２０の貼合せ面１２０ｂとをそれぞれ研磨する研磨工程を含んでもよい。研磨により、貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂの酸化皮膜が除去されると、クラッド工程で第１金属材料１１０と第２金属材料１２０が接合しやすくなる効果がある。
研磨工程では、貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂの酸化皮膜の少なくとも一部が除去されれば、上記効果が得られる。特に、第１金属材料１１０の貼合せ面１１０ｂと、第２金属材料１２０の貼合せ面１２０ｂのそれぞれが、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１:２０１３）が０．５μｍ以上３μｍ以下となるように研磨すると、上記効果がより顕著になるので好ましい。Ｒａが０．５μｍ以上２μｍ以下となるように研磨するのがより好ましい。
貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂの研磨は、例えば、研磨剤を用いたバフ研磨で行うことができる。
貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂの研磨は、例えば、研磨剤を用いたバフ研磨で行うことができる。
（熱処理工程）
クラッド工程により得られたアルミニウムクラッド材１０（図２（ｂ））を、熱処理してもよい。熱処理工程は、クラッド工程時の圧延により第１金属層１１および第２金属層１２に導入された加工ひずみを除去する効果がある。特に、第２金属層１２の加工ひずみは第２金属層１２の伝導性を低下させる原因となり得るため、熱処理工程により、第２金属層１２の伝導性の改善、ひいてはアルミニウムクラッド材１０の伝導性の改善の効果が期待できる。
熱処理の条件は、例えば熱処理温度を１５０℃以上４００℃以下、熱処理時間を２時間以上１０時間以下とすることができる。
クラッド工程により得られたアルミニウムクラッド材１０（図２（ｂ））を、熱処理してもよい。熱処理工程は、クラッド工程時の圧延により第１金属層１１および第２金属層１２に導入された加工ひずみを除去する効果がある。特に、第２金属層１２の加工ひずみは第２金属層１２の伝導性を低下させる原因となり得るため、熱処理工程により、第２金属層１２の伝導性の改善、ひいてはアルミニウムクラッド材１０の伝導性の改善の効果が期待できる。
熱処理の条件は、例えば熱処理温度を１５０℃以上４００℃以下、熱処理時間を２時間以上１０時間以下とすることができる。
このようにして得られたアルミニウムクラッド材１０は、極低温環境下において、高い強度と優れた伝導性を有している。
（変形例）
図３は、本発明の実施の形態の変形例に係るアルミニウムクラッド材２０の概略断面図である。変形例に係るアルミニウムクラッド材２０は、第１金属層１１の両面に、第２金属層１２ａ、１２ｂを含む。２つの第２金属層１２ａ、１２ｂは、同じ純度の高純度アルミニウムから成ってもよく、別の純度の高純度アルミニウムから成ってもよい。例えば、第１金属層１１の上面を覆う第２金属層１２ａが純度９９．９９９質量％（５Ｎ）の高純度アルミニウムから成り、下面を覆う第２金属層１２ｂが純度９９．９９９９質量％（６Ｎ）の高純度アルミニウムから成ってもよい。また、一方の第２金属層１２ａの厚さｔ２ａと、他方の第２金属層１２ｂの厚さｔ２ｂは、同じであっても、異なっていてもよい。
第１金属層１１の両面に第２金属層１２ａ、１２ｂが形成されると、片面にのみ形成される場合に比べて、伝導性の向上効果を高め得る。
これにより、低温環境下において強度と伝導性が共に良好なアルミニウムクラッド材２０を得ることができる。
図３は、本発明の実施の形態の変形例に係るアルミニウムクラッド材２０の概略断面図である。変形例に係るアルミニウムクラッド材２０は、第１金属層１１の両面に、第２金属層１２ａ、１２ｂを含む。２つの第２金属層１２ａ、１２ｂは、同じ純度の高純度アルミニウムから成ってもよく、別の純度の高純度アルミニウムから成ってもよい。例えば、第１金属層１１の上面を覆う第２金属層１２ａが純度９９．９９９質量％（５Ｎ）の高純度アルミニウムから成り、下面を覆う第２金属層１２ｂが純度９９．９９９９質量％（６Ｎ）の高純度アルミニウムから成ってもよい。また、一方の第２金属層１２ａの厚さｔ２ａと、他方の第２金属層１２ｂの厚さｔ２ｂは、同じであっても、異なっていてもよい。
第１金属層１１の両面に第２金属層１２ａ、１２ｂが形成されると、片面にのみ形成される場合に比べて、伝導性の向上効果を高め得る。
これにより、低温環境下において強度と伝導性が共に良好なアルミニウムクラッド材２０を得ることができる。
（実施例１）
１．測定用試料の作製
アルミニウムを鋳造圧延して、表１に記載の純度を有するアルミニウム板（第２金属材料１２０）を準備した。表１の２Ｎ－Ａｌ、４Ｎ－Ａｌ、５Ｎ－Ａｌ、５Ｎ８－Ａｌおよび６Ｎ－Ａｌは、それぞれ、純度９９質量％、９９．９９質量％、９９．９９９質量％、９９．９９９８質量％および９９．９９９９質量％のアルミニウムを指す。
また、アルミニウム合金（Ａ５０５２）を鋳造圧延して、表２に示す組成を有するアルミニウム合金板（第１金属材料１１０）を準備した。
なお、表１および表２は、得られた第１金属材料１１０、第２金属材料１２０について、固体発光分光分析により組成分析を行った分析結果である。表１で線（－）を記載したものは、その化学成分が検出されなかったことを意味する。
１．測定用試料の作製
アルミニウムを鋳造圧延して、表１に記載の純度を有するアルミニウム板（第２金属材料１２０）を準備した。表１の２Ｎ－Ａｌ、４Ｎ－Ａｌ、５Ｎ－Ａｌ、５Ｎ８－Ａｌおよび６Ｎ－Ａｌは、それぞれ、純度９９質量％、９９．９９質量％、９９．９９９質量％、９９．９９９８質量％および９９．９９９９質量％のアルミニウムを指す。
また、アルミニウム合金（Ａ５０５２）を鋳造圧延して、表２に示す組成を有するアルミニウム合金板（第１金属材料１１０）を準備した。
なお、表１および表２は、得られた第１金属材料１１０、第２金属材料１２０について、固体発光分光分析により組成分析を行った分析結果である。表１で線（－）を記載したものは、その化学成分が検出されなかったことを意味する。
得られた第１金属材料１１０、第２金属材料１２０を以下の寸法に切断した後、以下の条件で表面処理工程、クラッド工程（熱間圧延）および仕上げ圧延（冷間圧延）を行い、アルミニウムクラッド材１０を準備した。
・第１金属材料１１０の寸法：2.0～3.0mm×125mm×190mm
・第２金属材料１２０の寸法：0.3～1.0mm×125mm×190mm
・表面処理工程：市販の金属磨き剤にて第１金属材料１１０の貼合せ面１１０ｂ全体および第２金属材料１２０の貼合せ面１２０ｂ全体を、それぞれ、長手方向に１０往復させて研磨した。
・クラッド工程（熱間圧延）：圧延前の第１金属材料１１０、第２金属材料１２０のそれぞれを３００～３５０℃に加熱し、その温度（熱間圧延温度）で、１パス当たりの圧下率１５～２０％として５パスの熱間圧延を行った。最終的な総圧下率は５０～７５％であった。
・仕上げ圧延（冷間圧延）：仕上げ圧延として、１パス当たりの圧下率１０～２０％として、１～１０パスの冷間圧延を行って、所定厚さ（表３の「アルミニウムクラッド材の厚さ」）まで圧延した。
・第１金属材料１１０の寸法：2.0～3.0mm×125mm×190mm
・第２金属材料１２０の寸法：0.3～1.0mm×125mm×190mm
・表面処理工程：市販の金属磨き剤にて第１金属材料１１０の貼合せ面１１０ｂ全体および第２金属材料１２０の貼合せ面１２０ｂ全体を、それぞれ、長手方向に１０往復させて研磨した。
・クラッド工程（熱間圧延）：圧延前の第１金属材料１１０、第２金属材料１２０のそれぞれを３００～３５０℃に加熱し、その温度（熱間圧延温度）で、１パス当たりの圧下率１５～２０％として５パスの熱間圧延を行った。最終的な総圧下率は５０～７５％であった。
・仕上げ圧延（冷間圧延）：仕上げ圧延として、１パス当たりの圧下率１０～２０％として、１～１０パスの冷間圧延を行って、所定厚さ（表３の「アルミニウムクラッド材の厚さ」）まで圧延した。
各アルミニウムクラッド材１０の製造に使用される第１金属材料１１０、第２金属材料１２０の材質の組み合わせは、表３に記載された第１金属層の「材質」、第２金属層の「材質」に記載した。なお、表３において、試料Ｎｏ．８は、第１金属層１１のみから成り（つまり、第２金属層１２を含まない）、試料Ｎｏ．９は、第２金属層１２のみから成る（つまり、第１金属層１１を含まない）ことを意味する。
圧延前の第１金属材料１１０の厚さｔ１１および第２金属材料１２０の厚さｔ２２は、圧延後（熱間圧延および仕上げ圧延の後）に、表３に記載した第１金属層の厚さｔ１および第２金属層の厚さｔ２となるように選択される。なお、圧延前の「第１金属材料１１０の厚さｔ１１」に対する「第２金属材料１２０の厚さｔ２２」の比（圧延前の厚さ比）は、圧延後の「第１金属層の厚さｔ１」に対する「第２金属層の厚さｔ２」の比（圧延後の厚さ比）とほぼ等しくなる。よって、圧延前の厚さ比が、表３に示す圧延後の厚さ比と等しくなるように、圧延前の第１金属材料１１０の厚さｔ１１および第２金属材料１２０の厚さｔ２２を、それぞれ、２．０～３．０ｍｍ、０．３～１．０ｍｍの間で調節した。
上記の条件で製造されたアルミニウムクラッド材１０のうち試料Ｎｏ．２、３、６、および８～１３を、３４５℃で３時間保持して熱処理を行い、測定用試料を得た。なお、表３の「熱処理」の欄に「あり」と記載したものは熱処理を行ったことを意味し、「なし」と記載したものは熱処理を行わなかったことを意味する。
表３において、試料Ｎｏ．６、７および１３の第２金属層の材質に下線を付しているのは、それらが本発明の規定を満たしていないことを示している。
表３において、試料Ｎｏ．６、７および１３の第２金属層の材質に下線を付しているのは、それらが本発明の規定を満たしていないことを示している。
２．残留抵抗比（ＲＲＲ）
極低温環境下における伝導性を検討するために、残留抵抗比（ＲＲＲ）を測定した。
測定用試料を用いて、室温での電気比抵抗値ρrt（Ω・ｍ）と、液体Ｈｅ温度（４．２Ｋ）での電気比抵抗値ρ4.2K（Ω・ｍ）を四端子法により測定した。得られた電気比抵抗値を用いて、以下の式（１）から残留抵抗比（ＲＲＲ）を求めた。
ＲＲＲ＝ρrt÷ρ4.2K （１）
各試料のＲＲＲの測定値を表４に示す。また、ＲＲＲが２０００以上を優良（◎）、１０００以上２０００未満を良好（○）、１００以上１０００未満を可（△）、１００未満を不良（×）と分類して、表４の「評価」の欄に示した。
極低温環境下における伝導性を検討するために、残留抵抗比（ＲＲＲ）を測定した。
測定用試料を用いて、室温での電気比抵抗値ρrt（Ω・ｍ）と、液体Ｈｅ温度（４．２Ｋ）での電気比抵抗値ρ4.2K（Ω・ｍ）を四端子法により測定した。得られた電気比抵抗値を用いて、以下の式（１）から残留抵抗比（ＲＲＲ）を求めた。
ＲＲＲ＝ρrt÷ρ4.2K （１）
各試料のＲＲＲの測定値を表４に示す。また、ＲＲＲが２０００以上を優良（◎）、１０００以上２０００未満を良好（○）、１００以上１０００未満を可（△）、１００未満を不良（×）と分類して、表４の「評価」の欄に示した。
３．熱伝導率（κ）
極低温環境下（４．２Ｋ）における熱伝導性を検討するために、熱伝導率を算出した。
残留抵抗比（ＲＲＲ）と熱伝導率との間には下記の式（２）が成り立つことが知られている（星河浩介、田中一郎、恵智裕、“高純度アルミニウムの精製技術と低温物性”、住友化学誌、住友化学株式会社、2013年、P.10-19）。
そこで、上記の測定で求めたＲＲＲを用いて、各試料の熱伝導率（κ）を算出した。
κ＝１÷（１．８×１０－７×Ｔ２＋１．１÷ＲＲＲ÷Ｔ） （２）
ここで、Ｔ（Ｋ）は４．２Ｋとする。
各試料で算出した熱伝導率を表４に示す。また、熱伝導率が５０００以上を優良（◎）、５００超５０００未満を良好（○）、５００以下を不良（×）と分類して、表４の「評価」の欄に示した。
極低温環境下（４．２Ｋ）における熱伝導性を検討するために、熱伝導率を算出した。
残留抵抗比（ＲＲＲ）と熱伝導率との間には下記の式（２）が成り立つことが知られている（星河浩介、田中一郎、恵智裕、“高純度アルミニウムの精製技術と低温物性”、住友化学誌、住友化学株式会社、2013年、P.10-19）。
そこで、上記の測定で求めたＲＲＲを用いて、各試料の熱伝導率（κ）を算出した。
κ＝１÷（１．８×１０－７×Ｔ２＋１．１÷ＲＲＲ÷Ｔ） （２）
ここで、Ｔ（Ｋ）は４．２Ｋとする。
各試料で算出した熱伝導率を表４に示す。また、熱伝導率が５０００以上を優良（◎）、５００超５０００未満を良好（○）、５００以下を不良（×）と分類して、表４の「評価」の欄に示した。
４．引張強度
引張試験により、測定用試料の引張強度を調べた。
測定用試料から、ＪＩＳ１３Ｂ号引張試験片を作製し、ＪＩＳ規格に準拠した引張試験機でＪＩＳ Ｚ ２２４１:２０１１に基づいて求めた。各試料の引張強度の測定値を表４に示した。また、引張強度が１００ＭＰａ以上を良好（○）、１００ＭＰａ未満を不良（×）と分類して、表４の「評価」の欄に示した。
引張試験により、測定用試料の引張強度を調べた。
測定用試料から、ＪＩＳ１３Ｂ号引張試験片を作製し、ＪＩＳ規格に準拠した引張試験機でＪＩＳ Ｚ ２２４１:２０１１に基づいて求めた。各試料の引張強度の測定値を表４に示した。また、引張強度が１００ＭＰａ以上を良好（○）、１００ＭＰａ未満を不良（×）と分類して、表４の「評価」の欄に示した。
試料Ｎｏ．１～５、１０～１２は、第１金属層１１がアルミニウム合金から成り、第２金属層１２が純度９９．９９９質量％（５Ｎ）以上の高純度アルミニウムから成るため、熱処理の有無に拘わらず、ＲＲＲが１００以上、熱伝導率が５００Ｗ／ｍ／Ｋ以上、引張強度が１００ＭＰａ以上であった。
中でも、第２金属層１２の材料として５Ｎ８－Ａｌを用いた試料Ｎｏ．４～５、および６Ｎ－Ａｌを用いた試料Ｎｏ．１０～１２は優れた実験結果を示した。試料Ｎｏ．４～５は熱処理を行わない条件で、第１金属層と第２金属層の厚さを変動させた例であり、試料Ｎｏ．１０～１２は熱処理を行う条件でそれらの厚さを変動させた例であり、いずれも、ＲＲＲが１０００以上、熱伝導率が３５００Ｗ／ｍ／Ｋ以上、引張強度は１００ＭＰａ以上となった。
試料Ｎｏ．６および１３は、第２金属層１２を形成するアルミニウムの純度が９９．９９質量％（４Ｎ－Ａｌ）とあまり高くないため、熱伝導率が低かった。
試料Ｎｏ．７は、第２金属層１２を形成するアルミニウムの純度が９９質量％（２Ｎ－Ａｌ）と極めて低いため、ＲＲＲおよび熱伝導率が極めて低かった。
試料Ｎｏ．７は、第２金属層１２を形成するアルミニウムの純度が９９質量％（２Ｎ－Ａｌ）と極めて低いため、ＲＲＲおよび熱伝導率が極めて低かった。
試料Ｎｏ．８は、第２金属層１２が存在しないため、極低温環境下における伝導性が低く、ＲＲＲおよび熱伝導率が極めて低かった。
試料Ｎｏ．９は、アルミニウム合金から成る第１金属層１１が存在しないため、引張強度が低かった。
試料Ｎｏ．９は、アルミニウム合金から成る第１金属層１１が存在しないため、引張強度が低かった。
（実施例２）
第１金属材料１１０および第２金属材料１２０の貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂを研磨して、異なる温度で熱間圧延して圧延接合(クラッディング)を行った。
実施例１の試料Ｎｏ．１と同様に準備した第１金属材料１１０（サイズ：2.0mm×125mm×190mm）と第２金属材料１２０（サイズ：1.0mm×120mm×190mm）について、貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂの全面のそれぞれを、市販のステンレス製ワイヤーブラシで長手方向に１０往復こすって粗面化した試料と、市販の金属磨き剤を用いて長手方向に１０往復して研磨した試料とを準備した。
各試料の貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂについて、レーザー顕微鏡を用いて、1.0×1.4mm角の範囲で算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１:２０１３）を測定した。測定は、各試料の中央付近で行った。測定したＲａの値を表５に示す。
第１金属材料１１０および第２金属材料１２０の貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂを研磨して、異なる温度で熱間圧延して圧延接合(クラッディング)を行った。
実施例１の試料Ｎｏ．１と同様に準備した第１金属材料１１０（サイズ：2.0mm×125mm×190mm）と第２金属材料１２０（サイズ：1.0mm×120mm×190mm）について、貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂの全面のそれぞれを、市販のステンレス製ワイヤーブラシで長手方向に１０往復こすって粗面化した試料と、市販の金属磨き剤を用いて長手方向に１０往復して研磨した試料とを準備した。
各試料の貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂについて、レーザー顕微鏡を用いて、1.0×1.4mm角の範囲で算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１:２０１３）を測定した。測定は、各試料の中央付近で行った。測定したＲａの値を表５に示す。
その後、第１金属材料１１０の貼合せ面１１０ｂと、第２金属材料１２０の貼合せ面１１０ｂとを接触させて、熱間圧延を行って圧延接合（クラッディング）した。圧延前の各金属材料の温度（熱間圧延温度）は表５に示した通りとし、１パス当たりの圧下率１５～２０％で５パス行った。最終的な総圧下率は８０％であった。
得られた試料（アルミニウムクラッド材）について、剥離試験を行った。剥離試験では、１０ｍｍ×２０ｍｍのサイズに切り出した試料を、長手方向の中央付近（端部から１０ｍｍの位置）で９０度に折り曲げ、その後に１８０度に戻す操作（これを「９０度曲げ」と称する）を行う。同じ位置で９０度曲げを１０回繰り返した後に、第１金属層１１と第２金属層１２との間に剥離が生じたかどうかを目視で確認した。剥離が生じなかった場合を「完全接合（○）」とし、一部が剥離した場合を「一部剥離（△）」とし、完全に剥離した場合を「完全剥離（×）」と評価した。評価結果を表５に示す。
得られた試料（アルミニウムクラッド材）について、剥離試験を行った。剥離試験では、１０ｍｍ×２０ｍｍのサイズに切り出した試料を、長手方向の中央付近（端部から１０ｍｍの位置）で９０度に折り曲げ、その後に１８０度に戻す操作（これを「９０度曲げ」と称する）を行う。同じ位置で９０度曲げを１０回繰り返した後に、第１金属層１１と第２金属層１２との間に剥離が生じたかどうかを目視で確認した。剥離が生じなかった場合を「完全接合（○）」とし、一部が剥離した場合を「一部剥離（△）」とし、完全に剥離した場合を「完全剥離（×）」と評価した。評価結果を表５に示す。
ワイヤーブラシでの研磨では、第１金属材料１１０の貼合せ面１１０ｂの表面粗さＲａは３μｍを超えており、本発明の好ましい表面粗さの範囲（Ｒａ＝０．５～３μｍ）から外れていた。一方、第２金属材料１２０の貼合せ面１２０ｂの表面粗さＲａは０．５～３μｍの範囲であった。この場合、第１金属材料１１０、第２金属材料１２０を完全接合するためには、熱間圧延温度を３２０℃以上（本実施例では、３２０℃～４００℃）にする必要があった。
これに対して、研磨粉での研磨では、貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂの表面粗さＲａがいずれも０．５～３μｍの範囲内であった。この場合、熱間圧延温度が２６０℃以上（本実施例では、２６０℃～４００℃）で第１金属材料１１０、第２金属材料１２０を完全接合することができた。つまり、貼合せ面１１０ｂ、１２０ｂの表面粗さＲａがいずれも好ましい範囲内にあると、２６０℃～２８０℃の低い熱間圧延温度でも金属材料１１０、１２０を完全接合できることがわかった。
１０、２０ アルミニウムクラッド材
１１ 第１金属層
１２、１２ａ、１２ｂ 第２金属層
１２ｘ 第２金属層の表面
１５、１５０ 接合面
１１０ 第１金属材料
１１０ｂ 第１金属材料の貼合せ面
１２０ 第２金属材料
１２０ｂ 第２金属材料の貼合せ面
１１ 第１金属層
１２、１２ａ、１２ｂ 第２金属層
１２ｘ 第２金属層の表面
１５、１５０ 接合面
１１０ 第１金属材料
１１０ｂ 第１金属材料の貼合せ面
１２０ 第２金属材料
１２０ｂ 第２金属材料の貼合せ面
Claims (8)
- アルミニウム合金から成る第１金属層と、
純度９９．９９９質量％以上の高純度アルミニウムから成り、前記第１金属層の少なくとも片面に接合された第２金属層と、を含み、
前記第１金属層の厚さｔ１は０．４ｍｍ～５．０ｍｍ、前記第２金属層の厚さｔ２は０．０６ｍｍ～５．０ｍｍであり、
引張強度が１００ＭＰａ以上であるアルミニウムクラッド材。 - 前記第２金属層が、純度９９．９９９８質量％以上の高純度アルミニウムから成る、請求項１に記載のアルミニウムクラッド材。
- ５０Ｋ以下の温度環境下で使用される極低温環境用アルミニウムクラッド材である、請求項１または２に記載のアルミニウムクラッド材。
- 前記第２金属層の厚さｔ２に対する前記第１金属層の厚さｔ１の比が、ｔ１：ｔ２＝２：1～１０：1の範囲にある、請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウムクラッド材。
- アルミニウム合金から成る第１金属層と、純度９９．９９９質量％以上の高純度アルミニウムから成り、前記第１金属層の少なくとも片面に接合された第２金属層と、を含み、
引張強度が１００ＭＰａ以上であるアルミニウムクラッド材の製造方法であって、
前記第１金属層の厚さｔ１は０．４ｍｍ～５．０ｍｍ、前記第２金属層の厚さｔ２は０．０６ｍｍ～５．０ｍｍであり、
前記アルミニウム合金から成る第１金属材料および前記高純度アルミニウムから成る第２金属材料の貼合せ面をそれぞれ研磨する研磨工程と、
前記研磨工程の後に、前記第１金属材料と、前記第２金属材料とを積層して圧延接合するクラッド工程と、
を含む、アルミニウムクラッド材の製造方法。 - 前記第２金属材料が、純度９９．９９９８質量％以上の高純度アルミニウムから成る、請求項５に記載のアルミニウムクラッド材の製造方法。
- 前記研磨工程は、前記第１金属材料および前記第２金属材料の貼合せ面がそれぞれ表面粗さＲａ０．５μｍ以上３μｍ以下となるように研磨することを含む、請求項５または６に記載のアルミニウムクラッド材の製造方法。
- 前記第２金属層の厚さｔ２に対する前記第１金属層の厚さｔ１の比が、ｔ１：ｔ２＝２：1～１０：1の範囲にある、請求項５～７のいずれか１項に記載のアルミニウムクラッド材の製造方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040062946A1 (en) | 2002-06-24 | 2004-04-01 | Rinze Benedictus | Method of producing a high strength balanced Al-Mg-Si alloy and a weldable product of that alloy |
| JP2007521039A (ja) | 2003-08-13 | 2007-08-02 | オール−クラッド メタルクラフターズ エルエルシー | 均一な熱伝導率特性を有する接着された金属部材およびその製造方法 |
| JP2010177413A (ja) | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 発熱部品冷却装置用アルミニウム・クラッド材の製造方法 |
| JP2012001748A (ja) | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 熱交換器用アルミニウムクラッド材 |
| JP2012234938A (ja) | 2011-04-28 | 2012-11-29 | High Energy Accelerator Research Organization | 低温用熱伝達材 |
| JP2013144299A (ja) | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Furukawa-Sky Aluminum Corp | 無フラックスろう付け用ブレージングシート及びその製造方法 |
| JP2014060101A (ja) | 2012-09-19 | 2014-04-03 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | コネクタ端子用材料、コネクタ端子、及びコネクタ端子用材料の製造方法 |
| JP2014177708A (ja) | 2014-05-07 | 2014-09-25 | Uacj Corp | 熱交換器用アルミニウムクラッド材 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040062946A1 (en) | 2002-06-24 | 2004-04-01 | Rinze Benedictus | Method of producing a high strength balanced Al-Mg-Si alloy and a weldable product of that alloy |
| JP2007521039A (ja) | 2003-08-13 | 2007-08-02 | オール−クラッド メタルクラフターズ エルエルシー | 均一な熱伝導率特性を有する接着された金属部材およびその製造方法 |
| JP2010177413A (ja) | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 発熱部品冷却装置用アルミニウム・クラッド材の製造方法 |
| JP2012001748A (ja) | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 熱交換器用アルミニウムクラッド材 |
| JP2012234938A (ja) | 2011-04-28 | 2012-11-29 | High Energy Accelerator Research Organization | 低温用熱伝達材 |
| JP2013144299A (ja) | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Furukawa-Sky Aluminum Corp | 無フラックスろう付け用ブレージングシート及びその製造方法 |
| JP2014060101A (ja) | 2012-09-19 | 2014-04-03 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | コネクタ端子用材料、コネクタ端子、及びコネクタ端子用材料の製造方法 |
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