(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ含有量が０．３質量％以下となるＡｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系ロウ材を、他の片面に１〜４質量％のＭｇを含有するアルミニウム合金皮材をクラッドしたアルミニウム合金クラッド材であって、
製品となるロウ付け前における前記アルミニウム合金皮材の皮材表面のＭｇＯとＡｌおよびＡｌＯの成分比であるＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）を４以下とすることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材。
【請求項２】
Ｍｇ含有量が０．３質量％以下となるＡｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系ロウ材を、他の片面に１〜４質量％のＭｇを含有するアルミニウム合金皮材をクラッドし、製品となるロウ付け前における前記アルミニウム合金皮材の皮材表面のＭｇＯとＡｌおよびＡｌＯの成分比であるＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）を４以下としたアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、熱間圧延後に所定の板厚まで冷間圧延した後、３３０〜５５０℃の温度で焼鈍すると共に、焼鈍後の冷却速度が２〜２０℃／ｈｒとし、その後酸洗浄することを特徴とするアルミニウム合金クラッド材の製造方法。
【請求項３】
Ｍｇ含有量が０．３質量％以下となるＡｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系ロウ材を、他の片面に１〜４質量％のＭｇを含有するアルミニウム合金皮材をクラッドし、製品となるロウ付け前における前記アルミニウム合金皮材の皮材表面のＭｇＯとＡｌおよびＡｌＯの成分比であるＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）を４以下としたアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、熱間圧延後に所定の板厚まで冷間圧延した後、酸洗浄し、その後３３０〜３８０℃の温度で焼鈍すると共に、焼鈍後の冷却速度が２〜２０℃／ｈｒであることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金クラッド材およびその製造方法に関し、特にラジエータ等の熱交換器用のチューブやヘッダプレート等としてロウ付け作業を行なう場合に好適なアルミニウム合金クラッド材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車のラジエータやオイルクーラ、さらにインタークーラ等をロウ付けにて組み立て製造するに際して、これらの構造部材であるチューブやヘッダプレートなどにブレージングシートとしてアルミニウム合金クラッド材が用いられている。
【０００３】
前記アルミニウム合金クラッド材として、Ａｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金を芯材とし、片面にＡｌ−Ｓｉ系ロウ材を、他の片面にＡｌ−Ｚｎ系アルミニウム合金やＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系アルミニウム合金の皮材（犠牲陽極材）をクラッドした３層クラッド材が用いられるのが一般的である。
【０００４】
前記の３層クラッド材は、芯材スラブの片面にロウ材を、他の片面に皮材を張り付けた組み立てスラブを熱間圧延して所定の厚みのクラッド材コイルを得、さらにこれを所定の厚みまで冷間圧延した後、焼鈍することによって製造されている。
【０００５】
なお、Ａｌ−Ｓｉ系ロウ材はチューブとフィンの接合、チューブとヘッダプレートとの接合のためのものである。ロウ付けは非酸化性ガス雰囲気中でフッ化物フラックスを用いて行われることが多い。また、皮材（犠牲陽極材）をクラッドした他の片面は、使用中に内側（水側）になり、犠牲陽極作用を発揮して芯材の孔食や隙間腐食を防止している。
【０００６】
近年ラジエータやオイルクーラ等の軽量化を求める要求が強く、チューブ材やヘッダプレート材の薄肉化が必要となっている。そのためには材料の高強度化、特にロウ付け後の強度の向上が必要であり、皮材中にＭｇを添加することが多くなって来ている。
【０００７】
高強度のチューブ材やヘッダプレート材としては、特開平４−１９３９２６号公報、特開平５−２３０５７７号公報、特開平６−１４５８５９号公報、特開平６−２１２３３１号公報などに提案されているが、これらはいずれもアルミニウム合金クラッド材の皮材に高濃度のＭｇを含有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のアルミニウム合金クラッド材は、皮材に高濃度のＭｇを添加することで、高強度化には有利であるが以下のような問題点を引き起こす。
（１）従来のアルミニウム合金クラッド材では、皮材表面に生成するＭｇ酸化膜により金型の摩耗が大きくなり、成形性が低下するという問題がある。
（２）従来のアルミニウム合金クラッド材では、皮材にＺｎを同時に含む場合に、時効硬化して成形性が低下する。
【０００９】
そこで本発明は、皮材に高濃度のＭｇを添加した場合の高強度と成形性を両立し得るアルミニウム合金クラッド材およびその製造方法の提供を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、皮材に高濃度のＭｇを添加した場合の成形性を維持する方法を鋭意研究した結果、
▲１▼冷間圧延後の焼鈍前または焼鈍後にアルミニウム合金クラッド材を酸洗浄すること。
▲２▼前記焼鈍後の冷却速度をコントロールし徐冷すること。
▲３▼ロウ付け前の表面のＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）を所定の範囲に維持すること。が有効であることを知見して本発明をなすに至った。
【００１１】
前記課題を解決した本発明に係るアルミニウム合金クラッド材は、Ｍｇ含有量が０．３質量％以下となるＡｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系ロウ材を、他の片面に１〜４質量％のＭｇを含有するアルミニウム合金皮材をクラッドしたアルミニウム合金クラッド材であって、製品となるロウ付け前における前記アルミニウム合金皮材の皮材表面のＭｇＯとＡｌおよびＡｌＯの成分比であるＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）を４以下とするものとした。
【００１２】
アルミニウム合金芯材中のＭｇは痕跡量があればよく、ロウ付け性を低下させないという観点からＭｇの添加上限は０．３質量％であることが好ましい。また、皮材へＭｇ添加する場合、１質量％未満であるとその効果は小さく、４質量％を超えるとクラッド圧着性が低下する可能性が大きい。さらに、成分比ＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）が４以下であれば、金型摩耗および成形性の低下は抑制される。
【００１３】
前記課題を解決した本発明に係るアルミニウム合金クラッド材の製造方法は、Ｍｇ含有量が０．３質量％以下となるＡｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系ロウ材を、他の片面に１〜４質量％のＭｇを含有するアルミニウム合金皮材をクラッドし、製品となるロウ付け前における前記アルミニウム合金皮材の皮材表面のＭｇＯとＡｌおよびＡｌＯの成分比であるＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）を４以下としたアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、熱間圧延後に所定の板厚まで冷間圧延した後、３３０〜５５０℃の温度で焼鈍すると共に、焼鈍後の冷却速度が２〜２０℃／ｈｒとし、その後酸洗浄することとした。
【００１４】
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材の製造方法によれば、焼鈍後の酸洗浄は、熱間圧延時及び冷間圧延後の焼鈍で生成した皮材表面のＭｇ酸化膜を除去し、プレス加工時の金型摩耗、成形性の低下を抑制する。また、焼鈍の温度は、３３０℃未満では完全に焼鈍ができない可能性があり、成形性が低下する原因となる。５５０℃を超える場合はＡｌ−Ｓｉロウ材のバーニングの危険が高くなる。さらに、焼鈍後の冷却速度が２０℃／ｈｒを超えると、皮材中成分の固溶量が増大する可能性が高く、成形性が低下する。特にＭｇとＺｎとが共添加されているときには、時効硬化し、成形性が低下する。一方冷却速度が２℃／ｈｒ未満であると生産性が著しく低下するので好ましくない。
【００１５】
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材の製造方法は、Ｍｇ含有量が０．３質量％以下となるＡｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系ロウ材を、他の片面に１〜４質量％のＭｇを含有するアルミニウム合金皮材をクラッドし、製品となるロウ付け前における前記アルミニウム合金皮材の皮材表面のＭｇＯとＡｌおよびＡｌＯの成分比であるＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）を４以下としたアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、熱間圧延後に所定の板厚まで冷間圧延した後、酸洗浄し、その後３３０〜３８０℃の温度で焼鈍すると共に、焼鈍後の冷却速度が２〜２０℃／ｈｒであることとした。
【００１６】
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材の製造方法によれば、焼鈍前の酸洗浄は、熱間圧延時に生成した皮材表面のＭｇ酸化膜を除去し、プレス加工時の金型摩耗、成形性の低下を抑制する。そして、酸洗浄後の焼鈍の温度は、３３０℃未満では完全に焼鈍ができない可能性が高く、成形性が低下する原因となる。３８０℃を超えると皮材表面にＭｇ酸化膜が再度生成し、プレス加工時の金型摩耗を促進し、成形性の低下をもたらす可能性が高い。焼鈍後の冷却速度が２０℃／ｈｒを超えると、皮材中成分の固溶量が増大する可能性が高く、成形性が低下する。特にＭｇとＺｎとが共添加されているときには、時効硬化し、成形性が低下する。一方冷却速度が２℃／ｈｒ未満であると生産性が著しく低下するので好ましくない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明する。
本発明のアルミニウム合金クラッド材は、従来の３層アルミニウム合金クラッド材と同様に、熱間圧延前の芯材スラブの片面にアルミニウム合金ロウ材を、他の片面にアルミニウム合金皮材をそれぞれ所望のクラッド比となるように張り付けて組み立てスラブを製作し、この組み立てスラブを熱間圧延して所定の厚みのクラッド材コイルを得、さらに所定の厚みまで冷間圧延してから、焼鈍することによって製造される。
【００２３】
アルミニウム合金クラッド材は、芯材としてＭｇの含有量が０．３質量％以下となるＡｌ−Ｍｎ系合金が用いられている。アルミニウム合金クラッド材は、芯材中にＭｇが微量でも存在するとクラッド材の強度向上が見られ、Ｍｇを含有することが好ましい。したがって、アルミニウム合金芯材中のＭｇは痕跡量があればよい。また、ノコロックロウ付けにおいて、芯材のＭｇはノコロックフラックスと反応し、フラックスの活性を低下させるため、ロウ付け性を著しく低下させる。ロウ付け性を低下させない観点からＭｇの添加上限は０．３質量％であることが好ましい。
【００２４】
また、アルミニウム合金クラッド材の芯材の片面には、Ａｌ−Ｓｉ系ロウ材が形成されている。このＡｌ−Ｓｉ系ロウ材は、ブレージングシートとして用いられるものに使用できる素材であれば、特に限定されるものではない
【００２５】
さらに、芯材の他の片面には、アルミニウム合金皮材が形成されている。このアルミニウム合金皮材は、１〜４質量％のＭｇを含有するように構成されている。Ｍｇを含有することにより、層構造となるクラッドの強度を向上させることに寄与することができる。Ｍｇの含有量が１質量％未満である場合は、クラッドの強度を向上させる効果が小さく、４質量％を超えるとクラッド圧着性が低下する可能性が大きくなる。
【００２６】
前記構成のアルミニウム合金クラッド材を製造する場合は、熱間圧延および冷間圧延により所定の板厚にした後、焼鈍の前または焼鈍の後に酸洗浄する構成としている。焼鈍の前に酸洗浄を行なう場合は、焼鈍で行なわれる温度設定は、３３０〜３８０℃の範囲で行なうことが望ましい。このように、冷間圧延後に酸洗浄することによって、熱間圧延時および焼鈍時に生成された皮材表面のＭｇ酸化膜を除去し、プレス加工時の金型磨耗、成形性の低下が抑制される。その後、皮材表面に酸化膜が再度生成し難い３３０〜３８０℃で焼鈍することによって、完全な焼鈍を行い、プレス加工時の成形性の低下を抑制することを可能としている。また、酸洗浄後の焼鈍を行なうことによりアルミニウム合金皮材表面上に極薄い酸化膜が生成するため、成形時の金型カジリなどが生じにくい。
【００２７】
さらに、焼鈍の後に酸洗浄する場合は、冷間圧延後に行なわれる焼鈍の適切な温度範囲、即ち、３３０〜５５０℃の温度で完全に焼鈍した後に、クラッド材を酸洗浄することによって熱間圧延時および焼鈍時に生成された皮材表面のＭｇ酸化膜を除去し、プレス加工時の金型磨耗、成形性の低下を抑制するようにしている。
【００２８】
このときの焼鈍温度は、３３０℃未満では完全に焼鈍ができない可能性があり、成形性が低下する原因となる。また、５５０℃を超える場合はＡｌ−Ｓｉロウ材のバーニングの危険が高くなる。また、５５０℃超える場合ではＡｌ−Ｓｉロウ材中のＳｉが芯材中へ拡散する可能性が高く、実質的にロウ材が減少するので、ロウ付け性が低下する原因となる。
【００２９】
そして、アルミニウム合金クラッド材は、酸洗浄を行なった場合、ロウ付け前の皮材表面のＭｇＯとＡｌおよびＡｌＯの成分比ＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）が表面の極薄い酸化膜中におけるＭｇの濃縮度合を定量的に表現し、ＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）が４以下となるように調整している。成分比ＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）を、４以下とすることで、金型摩耗および成形性の低下は抑制される。なお、ＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）は０であってもよく、０に近いほど金型摩耗および成形性の低下は抑制される。なお、ここでの成分比の値はアトミック％である。
【００３０】
また、アルミニウム合金クラッド材の製造工程において、焼鈍時の冷却速度は、２〜２０℃／ｈｒの範囲で行なっている。焼鈍後の冷却速度を２０℃／ｈｒを以下として、皮材中成分における固溶量の増大の可能性を低くすることによって、成形性の低下を防止する。特に皮材にＭｇとＺｎとが共添加されているときには、時効硬化を防ぎ、成形性の維持・向上を図る。一方、冷却速度が２℃／ｈｒ以上とすることで生産性が著しく低下するのを防止する。
【００３１】
（実施例１）
【００３２】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
下記表１に示す各アルミニウム合金芯材の片面に下記表１に示すアルミニウム合金皮材を、もう一方の面にＪＩＳ  Ｚ  ３２６３に規定のロウ材ＢＡ４０４５を各々クラッド率１０質量％でクラッドして、熱間圧延後に厚み１．０ｍｍまで冷間圧延し、その後３８０℃で３時間焼鈍した。焼鈍後冷却速度１５℃／ｈｒで冷却し、その後、１０質量％硝酸に室温で１５ｓｅｃ浸漬した試験材を試作し、その特性を下記のように調査した。
【００３３】
【表１】
0003712230.tif 000002
【００３４】
（１）ロウ付け性試験
表１の材料をＪＩＳ  Ｈ４０００に規定の３００３材と、図１に示すように組み合わせた。即ち、厚み１．０ｍｍ、幅２０ｍｍ，長さ６０ｍｍの供試材１の上に、厚み１．０ｍｍ、幅１５ｍｍ，長さ５５ｍｍの３００３材２を、直径２ｍｍのステンレス鋼丸棒３を介して、長辺の長さ５０ｍｍで短辺の高さが２ｍｍの三角形の間隙４ができるように組み合わせ、間隙充填試験によりロウ付け性を評価した。即ち、前記試験片に５ｇ／ｍ2のノコロックスフラックスをスプレーで塗布し、乾燥した後に、酸素濃度２００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で、６００℃で３ｍｉｎ加熱してロウ付けした。ロウ付け時に溶融したろうは毛細管現象により前記の間隙４に充填される。間隙充填長さが長い程ロウ付け性は良好で、間隙充填長さ３０ｍｍ以上を「○」、２５ｍｍ以上３０ｍｍ未満を「△」、２５ｍｍ未満を「×」として評価した。
【００３５】
（２）ロウ付け後強度試験
表１の材料を上記ロウ付け性試験と同様の加熱条件でドロップロウ付けし、ロウ付け後の平板よりＪＩＳ  ５号引張り試験片を加工し、室温で７日間自然時効させた後、引張り試験に供した。ロウ付け後強度１５０Ｎ／ｍｍ2以上を「○」、１５０Ｎ／ｍｍ2未満を×として評価した。
【００３６】
表１に示すように、本発明実施例の材料Ｎｏ．１〜４はロウ付け性およびロウ付け後強度ともに優れていた。これに対して、芯材のＭｇ量が０．３質量％超えの比較例の材料Ｎｏ．５はロウ付け性が劣る。また、皮材のＭｇ量が１質量％未満である比較例の材料Ｎｏ．６はロウ付け後強度が低く、皮材のＭｇ量が４質量％超えである比較例の材料Ｎｏ．７はクラッド圧着不良となった。
【００３７】
（実施例２）
表１に示す材料Ｎｏ．１の組成の素材を、表２に示すように種々変えて皮材表面のＭｇ濃度および成形性を調査して表２に示した。皮材表面分析および成形性調査は以下のように行った。
【００３８】
【表２】
0003712230.tif 000003
【００３９】
（１）皮材表面分析
皮材表面のＭｇＯとＡｌおよびＡｌＯのアトミック％をＡＥＳ（オージェ分析法）により分析し、最表面での成分比ＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）を算出した。なお、分析に用いたのは以下の機器である。
ＶＧ  ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ社製
ビーム出力  １０ｋＶ，３０ｎＡ
イオンガン出力  ３ｋＶ，１μＡ
深さ２００ｎｍまで分析
【００４０】
（２）角筒絞り試験
図２（ｂ）の正面図、図２（ｃ）に示す上面図に示す正方形断面のポンチ５を用いて、図２（ａ）の断面図に示すダイス６とポンチ５で角筒絞り試験を行った。供試材７は厚み１ｍｍのものの両面に潤滑油を塗布し皮材が上面になるようにセットして、しわ押さえ力４トン、成形速度１１ｍｍ／ｍｉｎで行った。良好に成形された角筒の高さを測定して角筒絞り値とし、角筒絞り値１０ｍｍ以上を「○」、１０ｍｍ未満を「×」として評価した。
【００４１】
（３）摩擦係数測定
クラッド材の皮材表面の摩擦係数をバウデン摩擦試験機で測定した。材料表面にはプレス油を塗布し、負荷荷重を１０Ｎとして測定した。摩擦係数０．５以下を「○」、０．５超えを「×」として評価した。
【００４２】
表２から下記のことがいえる。
（１）本発明実施例の工程Ｎｏ．１〜８のものは、ＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）、角筒絞り値、摩擦係数ともに好適な範囲に入っている。
（２）酸洗後の焼鈍温度が本発明範囲を超える比較例工程Ｎｏ．１２および焼鈍前後に酸洗浄を行わない比較例工程Ｎｏ．１４のＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）は本発明範囲以上に増加している。
（３）焼鈍温度が本発明範囲よりも低い比較例工程Ｎｏ．９，１１，また焼鈍温度が本発明範囲よりも高い比較例工程Ｎｏ．１２、焼鈍後の冷却速度が本発明範囲よりも速いＮｏ．１０、焼鈍前後に酸洗浄を行わない比較例工程Ｎｏ．１４はいずれも角筒絞り値が低い。
（４）皮材表面のＭｇＯ／（Ａｌ＋ＡｌＯ）が本発明範囲を外れている比較例工程Ｎｏ．１２，１４は、摩擦係数が高くなっており、金型摩耗の増大、成形性の低下が予想される。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は以下の優れた効果を奏する。
（１）請求項１に係る本発明によれば、アルミニウム合金クラッド材は、ロウ付け前の皮材表面の極薄い酸化膜中のＭｇＯの濃縮度が低く、接合面積が広くなるようにロウ付け性に優れ、さらに、ロウ付け後の強度を向上することができる。また、アルミニウム合金クラッド材は、成形性の低下は抑制され加工性に優れる。そして、加工する際の金型摩耗を最小限に抑えることができる。
【００４５】
（２）請求項２に係る本発明によれば、焼鈍後の酸洗浄によって、熱間圧延時および焼鈍で生成した皮材表面のＭｇ酸化膜を除去し、プレス加工時の金型摩耗、成形性の低下を抑制するアルミニウム合金クラッド材を製造することができる。また、適切な温度範囲における焼鈍によって、完全に焼き鈍しが可能で成形性が維持されるとともに、Ａｌ−Ｓｉロウ材のバーニングの危険やロウ付け性が低下することがないアルミニウム合金クラッド材を製造することができる。また、焼鈍後の徐冷によって皮材中成分の固溶量が少なく、成形性が向上するアルミニウム合金クラッド材を製造することができる。特にＭｇとＺｎとが共添加されているときには、時効硬化を抑制し、成形性を高めるアルミニウム合金クラッド材を製造することができる。
【００４６】
（３）請求項３に係る本発明によれば、焼鈍前の酸洗浄によって、熱間圧延時に生成した皮材表面のＭｇ酸化膜を除去し、プレス加工時の金型摩耗、成形性の低下を抑制するアルミニウム合金クラッド材を製造することができる。また、適切な温度範囲における焼鈍によって完全に焼き鈍しが可能で成形性が維持されるとともに、酸洗浄後の焼鈍によりアルミニウム合金表面上に極薄い酸化膜が生成するため、成形時の金型カジリなどが生じにくいアルミニウム合金クラッド材を製造することができる。また、焼鈍後の徐冷によって皮材中成分の固溶量が少なく、成形性が向上するアルミニウム合金クラッド材を製造することができる。特にＭｇとＺｎとが共添加されているときには、時効硬化を抑制し、成形性を高めるアルミニウム合金クラッド材を製造することができる。
【００４８】
以上の総合効果として、皮材に高濃度のＭｇを添加した場合の高強度と成形性を両立させたアルミニウム合金クラッド材を製造することが可能で、例えば、自動車の各種熱交換器の軽量化の要求にこたえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    間隙充填試験方法を示す正面図である。
【図２】    角筒絞り試験の方法を説明するための模式図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）はポンチの正面図、（ｃ）はポンチの上面図である。
【符号の説明】
１    供試材              ２    ３００３材
３    ステンレス鋼丸棒    ４    間隙
５    ポンチ              ６    ダイス
７    供試材
【図１】
0003712230.tif 000004
【図２】
0003712230.tif 000005