JPH04220194A - Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金ろう材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空構造を有するアル
ミニウム製熱交換器の製造に適した真空ろう付け性に優
れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金ろう材に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年ア
ルミニウム製構造体のろう付けに、フラックスを必要と
しない真空ブレージング法が開発され、公害上の心配が
ないところから盛んに行なわれるようになった。真空ブ
レージングはアルミニウム合金を芯材とし、その片面ま
たは両面にアルミニウム合金ろう材を皮材としてクラッ
ドしたブレージングシートを用い、真空中でブレージン
グを行うもので、熱交換器を始め各種構造体のろう付け
に用いられている。真空ブレージングシートには各種の
芯材用アルミニウム合金と皮材用アルミニウム合金ろう
材が開発され現在ではＪＩＳ　Ｚ　３２６３により規格
化されている。

【０００３】熱交換器に使用される真空ブレージングシ
ートとしては、芯材としてＪＩＳ　Ａ　３００３，ＪＩ
Ｓ　Ａ　３００５　，ＪＩＳ　Ａ　３１０５，ＪＩＳ　
Ａ　６９５１合金を用い、皮材としては表１に示すよう
な組成のＪＩＳ　ＢＡ　４００４　，ＡＡ　４１０４　
合金ろう材を用いるのが通常である。なお板厚は　０．
５〜１．２ｍｍ　、ろう材クラッド率は片面で５〜１５
％の片面又は両面ろう材クラッドのブレージングシート
として使用されている。

【０００４】

【表１】

【０００５】こうした真空ブレージングシートを用いた
中空構造を有するアルミニウム製熱交換器としては、ド
ロンカップタイプのエバポレータ、オイルクーラー、ラ
ジエーターなどが製造されている。例えばドロンカップ
タイプのエバポレータは図４に示すように部材（１）　
を積層し、この積層した部材（１）の間にコルゲートフ
ィン（２）　を配設して、１０−５〜１０−４Ｔｏｒｒ
台の真空中で　６００℃に加熱してろう付けを行って製
造されている。この真空ろう付けではブレージングシー
トろう材（ＪＩＳＢＡ４００４，ＡＡ　４１０４　合金
等）中に添加されたＭｇが　４００℃付近から徐々に蒸
発しはじめ、炉内酸化性ガスを、Ｈ２　Ｏ＋Ｍｇ→Ｍｇ
Ｏ＋Ｈ２　，Ｏ２　＋２Ｍｇ→２ＭｇＯのゲッター反応
により除去するとともに、ろう材溶融時にろう材中のＭ
ｇが急激に蒸発し、ろう材表面の酸化皮膜の破壊作用を
ひきおこし、ろう付けを可能にしている。またＳｉはろ
うの融点を下げ、ろう付け温度を低めてろう付け性を良
好にする作用を有している。

【０００６】ところで、長時間炉を使用した場合、炉の
汚染等により真空度が低下するが、そのような場合、ろ
うの濡れ性は低下し、ろうのフィレットが形成されず、
ろう付け性が低下する。つまり、ろう切れ現象と言われ
る不良現象が生じる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこの問題を解決
するため種々検討の結果、ろう付け性、ろう切れ現象は
、ブレージングシートにクラッドされているろう材の金
属組織中のＭｇ２　Ｓｉ粒子及びＳｉ粒子の大きさ、数
に関係するという知見を得た。本発明ろう材は、これら
の知見に基づいて真空ろう付け性に優れたＡｌ−Ｍｇ−
Ｓｉ系合金ろう材を開発したものである。

【０００８】即ち本発明ろう材の一つは、　０．６〜１
．８　ｗｔ％のＭｇおよび　６．０〜２０．０ｗｔ％の
Ｓｉを含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなるろう
材において、その金属組織中に円相当径２〜５μｍのＭ
ｇ２　Ｓｉ粒子が１０００個／ｍｍ２　以上でかつ６μ
ｍ以下のＳｉ粒子が３０００個／ｍｍ２　以上存在する
ことを特徴とするものである。

【０００９】また本発明ろう材の他の一つは、　０．６
〜１．８　ｗｔ％のＭｇ、　６．０〜２０．０ｗｔ％の
Ｓｉおよび０．０１〜０．２　ｗｔ％のＢｉを含有し、
残部Ａｌと不可避的不純物からなるろう材において、そ
の金属組織中に円相当径２〜５μｍのＭｇ２　Ｓｉ粒子
が１０００個／ｍｍ２　以上で、かつ６μｍ以下のＳｉ
粒子が３０００個／ｍｍ２　以上存在することを特徴と
するものである。

【００１０】

【作用】まず、本発明によるろう材合金の化学組成につ
いて説明する。ろう材は　０．６〜１．８　ｗｔ％のＭ
ｇおよび　６．０〜２０．０ｗｔ％のＳｉを含有し、残
部Ａｌと不可避的不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合
金を用いる。

【００１１】ろう材のＭｇは、ろう付け中に蒸発しゲッ
ター作用により真空度を向上させる効果と蒸発により酸
化皮膜の破壊作用を有する。しかしてその量が０．６ｗ
ｔ％未満では上記作用が十分に生じずろう付け性が低下
し、　１．８ｗｔ％を越えた場合ろう付け加熱途中にＭ
ｇ系の酸化皮膜が逆に増加してろう付け性を低下させる
。

【００１２】ろう材のＳｉは合金の融点を低下させ、ろ
う付けを可能にする添加元素である。しかして添加量が
　６．０ｗｔ％未満や２０．０ｗｔ％を越えた場合、ろ
うの融点が上昇しろう付け性が低下する。

【００１３】以上が、第１発明のろう材合金の組成であ
るが、第２発明はさらにＢｉを０．０１〜０．２　ｗｔ
％添加する場合がある。この場合、Ｂｉはろうの流動性
を向上させると共に、Ｍｇの蒸発を促進し、皮膜を破壊
されやすくする働きを有する。しかしてＢｉの添加量が
０．０１ｗｔ％未満の場合上記作用が十分でなく、　０
．２ｗｔ％を越えるとろう材の圧延性が低下し、ブレー
ジングシートの製造が困難である。

【００１４】なお、本発明ろう材合金組成において、Ｆ
ｅは不純物として　０．８ｗｔ％以下まで許容される。 しかしながら、多すぎるとろう付け加熱中酸化皮膜が生
成しやすくなるため　０．７ｗｔ％以下が望ましい。又
Ｆｅが　０．３ｗｔ％以下では原材料でＡｌ地金が高く
なるためＦｅは　０．３〜０．７ｗｔ％が経済的で望ま
しい。

【００１５】次に、粒径の測定方法について説明する。 ろう材内部に存在する粒子を、走査型電子顕微鏡を用い
た反射電子像により観察した。観察される反射電子像で
黒く見えるものをＭｇ２　Ｓｉ粒子、白く見えるものを
Ｓｉ粒子と判断し、画像解析を行いその円相当径を求め
た。

【００１６】さて、上記のように本発明において、金属
組織中のＭｇ２　Ｓｉ粒子を、円相当径２〜５μｍの範
囲で１０００個／ｍｍ２　以上としたのは、粒径が５μ
ｍを越えると真空ろう付け加熱初期においてＭｇの蒸発
量を少なくし、ゲッターとしての働きを低下させ、期待
する様な効果が得られない。一方、粒径が２μｍより小
さいとＭｇが蒸発する際にろう材表面の酸化皮膜の破壊
力が低下する。従って、本発明では２〜５μｍの粒径の
Ｍｇ２Ｓｉ粒子を十分に有していないといけない。即ち
、又上記範囲内の粒径でＭｇ２　Ｓｉ粒子の数が１００
０個／ｍｍ２　未満の場合、Ｍｇ蒸発にともなうろう材
表面の酸化皮膜の破壊能力が低下するとともに、ゲッタ
ーとしての働きが不十分となる。従って、粒径２〜５μ
ｍのＭｇ２　Ｓｉ粒子数を１０００個／ｍｍ２　以上に
限定すべきである。なおＭｇ２　Ｓｉ粒子の数の上限は
、多い程好ましいが、製造上　２００００個／ｍｍ２　
以下が限度である。

【００１７】さらに、本発明においてろう材中に存在す
るＳｉ粒子を、円相当径６μｍ以下で３０００個／ｍｍ
２　以上としたのは、粒径が６μｍを越えるＳｉ粒子の
場合、ろうの溶融までに長時間を必要とする結果、ろう
付け時間を長くしたり、または、ろう付け温度を高めな
ければならない。従って、本発明ではＳｉ粒子は６μｍ
以下でなくてはいけない。また、その範囲の大きさのＳ
ｉ粒子の数が３０００個／ｍｍ２　未満の場合、上記作
用において所望の効果が得られない。従って、粒径６μ
ｍ以下のＳｉ粒子の数を３０００個／ｍｍ２　以上に限
定することにより、さらに、ろう付け性が向上するもの
である。

【００１８】本発明において、ろう材内部の金属組織中
に存在する粒径２〜５μｍのＭｇ２　Ｓｉ粒子の数を１
０００個／ｍｍ２　以上に限定したことにより、Ｍｇ蒸
気によるろう材表面の酸化皮膜の破壊が十分にすすみ、
またゲッターとして酸化性ガスの排出を良好にする作用
をなすものであり、さらに、粒径６μｍ以下のＳｉ粒子
の数を３０００個／ｍｍ２　以上に限定したことにより
、ろう付け時間が短縮し、又ろう付け温度が低下してろ
う付け性を良好にする作用をなすものである。本発明に
おける所定のＭｇ２　Ｓｉ粒子の分布およびＳｉ粒子の
分布を得るには、ろう材の鋳造、ソーキング、芯材との
合せ加熱、熱間圧延、中間焼鈍等の条件をコントロール
して行うことができる。

【００１９】

【実施例】次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説
明する。Ａｌ合金芯材およびろう材には表１に示すよう
な成分の材料（ろう材Ａ，Ｂは本発明に係るろう材）を
使用し、板厚　０．６ｍｍで両面クラッド（片面１５％
のクラッド率）のブレージングシートを製造する工程に
おいて、ろう材のソーキング処理条件、合わせ加熱、熱
間圧延条件、焼鈍条件を変えることにより、ろう材中の
Ｍｇ２　Ｓｉ粒子およびＳｉ粒子の存在状態を変えて、
表３に示す各種のブレージングシート（板厚　０．６ｍ
ｍ、焼鈍材）を作成した。

【００２０】なお表３中のＮｏ．１〜Ｎｏ．１０のブレ
ージングシートの具体的製造法は以下のとおりである。 ろう材（皮材）の鋳造→ソーキング（５２０℃以上×３
時間）→Ａｌ合金芯材と皮材の合せ加熱（　５２０℃以
上×３時間）→熱間圧延→冷間圧延→仕上焼鈍（　３３
０℃×３時間）→厚さ　０．６ｍｍの焼鈍材。

【００２１】また表３中のＮｏ．１１，Ｎｏ．１２（従
来例）のブレージングシートの具体的製造法は以下のと
おりである。ろう材（皮材）の鋳造→ソーキング（　４
８５℃以上×３時間）→Ａｌ合金芯材と皮材の合せ加熱
（４８５℃以上×３時間）→熱間圧延→中間焼鈍（　３
６０℃×２時間）→冷間圧延→仕上焼鈍（　３６０℃×
２時間）→厚さ　０．６ｍｍの焼鈍材。

【００２２】このように作成したブレージングシートを
次いでプレス成形して図１（平面図）、図２（断面図）
に示すカップ（３）　を作製した。図中（４）　は排気
口である。このようにしてブレージングシートをプレス
成形したカップを重ねて図３に示す試験用中空構造体（
５）　を真空ブレージングにより作成してテストした。 図中（３）　は排気口つきカップ、（６）　は排気口な
しカップ、（７）　は排気筒である。ブレージングのテ
スト条件は、５×１０−５Ｔｏｒｒの真空中で、昇温速
度３０℃／ｍｉｎで６００℃に到達後１０ｍｉｎ　保持
した。評価はカップの合わせ面におけるブレージング後
のフィレット形成具合により行い、　１００個のテスト
に対するろう切れ発生率を求めた。その結果を表３に併
記した。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】表３より、本発明例は従来例および比較例
の結果と比べてフィレットの形成能が著しく改善され、
ろう付け性が安定していることがわかる。

【００２６】

【発明の効果】このように本発明によればＡｌ−Ｍｇ−
Ｓｉ系合金ろう材のろう付け性を向上させることができ
、このことにより不良率を著しく低減させることが可能
となり、安定した操業ができる等、工業上顕著な効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器用カップの一例を示す平面図である。

【図２】同じく断面図である。

【図３】カップを重ねた試験用中空構造体を示す側断面
図である。

【図４】ドロンカップタイプのエバポレータの一例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１　　部　　材 ２　　コルゲートフィン ３　　カップ ４　　排気口 ５　　試験用中空構造体 ６　　排気口なしのカップ ７　　排気筒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　　０．６〜１．８　ｗｔ％のＭｇおよ
   び　６．０〜２０．０ｗｔ％のＳｉを含有し、残部Ａｌ
   と不可避的不純物からなるろう材において、その金属組
   織中に円相当径２〜５μｍのＭｇ２　Ｓｉ粒子が１００
   ０個／ｍｍ２　以上で、かつ６μｍ以下のＳｉ粒子が３
   ０００個／ｍｍ２　以上存在することを特徴とするＡｌ
   −Ｍｇ−Ｓｉ系合金ろう材。
2. 【請求項２】　　　０．６〜１．８　ｗｔ％のＭｇ、　
   ６．０〜２０．０ｗｔ％のＳｉおよび０．０１〜０．２
   ｗｔ％のＢｉを含有し、残部Ａｌと不可避的不純物から
   なるろう材において、その金属組織中に円相当径２〜５
   μｍのＭｇ２　Ｓｉ粒子が１０００個／ｍｍ２　以上で
   、かつ６μｍ以下のＳｉ粒子が３０００個／ｍｍ２　以
   上存在することを特徴とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金ろ
   う材。