(57)【要約】四層複合材は、４ｘｘｘシリーズ蝋被覆層とコア合金との間に配された第一インターライナー及び該第一インターライナーに対してコア合金の反対側に配された第二インターライナーを持つ。第一及び第二インターライナーの少なくとも一つは、これに接したコア合金のそれよりも珪素を多く含有している。このインターライナーの高い珪素含有量は、好ましくは、０．０２ないし１．１重量百分率である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
約０．５ないし１．７重量百分率のマンガン、約０．０２ないし１．２重量百分率の銅、約０．９重量百分率以下の珪素及び約０．０２ないし０．２５重量百分率のチタンを含むアルミニウム合金なるコア層；
約０．０２ないし１．１重量百分率の珪素を含むアルミニウム合金からなる第一インターライナー層；及び
約５ないし１５重量百分率の珪素を含むアルミニウム合金からなる蝋着被覆層；
約０．０２ないし１．１重量百分率の珪素を含むアルミニウム合金からなる第二インターライナー層；
で構成され、かつ
前記第一インターライナー層が前記コア層の一側面に配され；
前記蝋着被覆層が、前記第一インターライナー層が持つ側面のうち、前記第一インターライナー層と前記コア層が接する前記一側面とは別の側面に配され；
前記第二インターライナー層が、前記コア層が持つ側面のうち、前記第一インターライナー層と前記コア層が接する前記一側面とは別の側面に配され；並びに、
前記コア層合金における珪素含量が、前記第一及び第二インターライナー層合金の少なくとも一方の合金おける珪素含量よりも小さい；
ことを特徴とする多重化蝋着シート。
【請求項２】
前記被覆層合金がさらに：
約０．６重量百分率以下の鉄；
約０．１重量百分率以下のマンガン；
約０．３重量百分率以下の銅；及び
約４重量百分率以下の亜鉛；
を含むことを特徴とする請求項１に記載の蝋着シート。
【請求項３】
前記被覆層合金が約０．１５ないし０．３重量百分率の鉄及び約０．１重量百分率以下の銅で構成されることを特徴とする請求項２に記載の蝋着シート。
【請求項４】
前記第一インターライナー層合金がさらに：
約０．６重量百分率以下の鉄；
約１．７重量百分率以下のマンガン；
約０．３重量百分率以下の銅；
約０．１重量百分率以下のマグネシウム；
約４重量百分率以下の亜鉛、及び
約０．２５重量百分率以下のチタン；
で構成されることを特徴とする請求項１に記載の蝋着シート。
【請求項５】
前記第一インターライナー層合金が約０．１５ないし０．３重量百分率の鉄、約０．１重量百分率以下の銅、及び約０．２５重量百分率以下のチタンで構成されることを特徴とする請求項４に記載の蝋着シート。
【請求項６】
前記第一インターライナー層合金が、前記コア層合金よりも、電気化学的により活動的であることを特徴とする請求項４に記載の蝋着シート。
【請求項７】
前記コア層合金がさらに、約０．６重量百分率以下の鉄及び約０．２重量百分率以下の亜鉛で構成されることを特徴とする請求項４に記載の蝋着シート。
【請求項８】
前記コア層合金が約０．１５ないし０．３重量百分率の鉄、約０．２５ないし０．６重量百分率以下のマンガン、及び約０．１０ないし０．２５重量百分率以下のチタンで構成されることを特徴とする請求項７に記載の蝋着シート。
【請求項９】
前記コア層合金が、前記第一及び第二インターライナー層の前記合金に比べてより電気化学的に優位であることを特徴とする請求項７に記載の蝋着シート。
【請求項１０】
前記第二インターライナー層合金がさらに：
約０．６重量百分率以下の鉄；
約１．７重量百分率以下のマンガン；
約０．２５重量百分率以下の銅；
約０．１重量百分率以下のマグネシウム；及び
約６重量百分率以下の亜鉛；
で構成されることを特徴とする請求項１に記載の蝋着シート。
【請求項１１】
前記第二インターライナー層が、さらに、約０．１５ないし０．３重量百分率の鉄、約０．１重量百分率以下の銅、約０．０５重量百分率以下のマグネシウム、及び、約１ないし４重量百分率の亜鉛で構成されることを特徴とする請求項１０に記載の蝋着シート。
【請求項１２】
前記第二インターライナー層合金が、前記コア層合金よりも、電気化学的に活動的であることを特徴とする請求項１０に記載の蝋着シート。
【請求項１３】
前記シートが約３５０μｍ厚以下であることを特徴とする請求項１に記載の蝋着シート。
【請求項１４】
前記シートが約１２０ないし２５０μｍ厚であることを特徴とする請求項１に記載の蝋着シート。
【請求項１５】
その厚みにおいて、前記シートに対する厚みの割合が：
前記被覆層にて約５ないし２０％；
前記第一インターライナー層にて約１０ないし２５％；
前記第二インターライナー層にて約１０ないし３０％
であることを特徴とする請求項１０に記載の蝋着シート。
【請求項１６】
３０日間９０℃にて時効処理を施した前記シートにおける蝋着後の引張応力強度が６０ ＭＰａを超えることを特徴とする請求項１に記載の蝋着シート。
【請求項１７】
３０日間９０℃にて時効処理を施した前記シートにおける蝋着後の破断引張強度が１５０ ＭＰａを超えることを特徴とする請求項１に記載の蝋着シート。
【請求項１８】
３０日間９０℃にて時効処理を施した前記シートにおける蝋着後の引張応力強度９０ ＭＰａを超えることを特徴とする請求項１に記載の蝋着シート。
【請求項１９】
３０日間９０℃にて時効処理を施した前記シートにおける蝋着後の破断引張強度が１６０ ＭＰａを超えることを特徴とする請求項１に記載の蝋着シート。
【請求項２０】
約０．５ないし１．７重量百分率のマンガン、約０．１ないし１重量百分率のマグネシウム、約０．０２ないし１．２重量百分率の銅、約０．９重量百分率以下の珪素、約０．６重量百分率以下の鉄、約０．２重量百分率以下の亜鉛、及び約０．０２ないし０．２５重量百分率のチタンを本質的に含むアルミニウム合金なるコア層；
約０．０２ないし１．１重量百分率の珪素、約０．６重量百分率以下の鉄、約１．７重量百分率以下のマンガン、約０．３重量百分率以下の銅、約０．１重量百分率のマグネシウム、約４重量百分率以下の亜鉛、及び約０．２５重量百分率以下のチタンを含むアルミニウム合金で本質的に構成される第一インターライナー層；及び
約５ないし１５重量百分率の珪素、約０．６重量百分率以下の鉄、約０．１重量百分率以下のマンガン、約０．３重量百分率以下の銅、及び約４重量百分率以下の亜鉛を含むアルミニウム合金で本質的に構成される蝋着被覆層；
約０．０２ないし１．１重量百分率の珪素、約０．６重量百分率以下の鉄、約１．７重量百分率以下のマンガン、約０．２５重量百分率以下の銅、約０．１重量百分率以下のマグネシウム及び、約６重量百分率の亜鉛を含むアルミニウム合金で本質的に構成される第二インターライナー層；
で構成され、かつ
該第一インターライナー層が該コア層の一側面に配され；
該蝋着被覆層が、該第一インターライナー層が持つ側面のうち、該第一インターライナー層と該コア層が接する該一側面とは別の側面に配され；
該第二インターライナー層が、該コア層が持つ側面のうち、該第一インターライナー層と該コア層が接する該一側面とは別の側面に配され；並びに、
該コア層合金における珪素含量が、該第一及び第二インターライナー層合金それぞれにおける珪素含量よりも小さい；
ことを特徴とする多重化蝋着シート。
【請求項２１】
前記シートが約３５０μｍ厚以下であることを特徴とする請求項２０に記載の蝋着シート。
【請求項２２】
前記シートが約１２０ないし２５０μｍ厚であることを特徴とする請求項２０に記載の蝋着シート。
【請求項２３】
その厚みにおいて、前記シートに対する厚みの割合が：
前記被覆層にて約５ないし２０％；
前記第一インターライナー層にて約１０ないし２５％；
前記第二インターライナー層にて約１０ないし３０％
であることを特徴とする請求項２０に記載の蝋着シート。
【請求項２４】
３０日間９０℃にて時効処理を施した前記シートにおける蝋着後の引張応力強度が６０ ＭＰａを超えることを特徴とする請求項２０に記載の蝋着シート。
【請求項２５】
３０日間９０℃にて時効処理を施した前記シートにおける蝋着後の破断引張強度が１５０ ＭＰａを超えることを特徴とする請求項１に記載の蝋着シート。
【請求項２６】
請求項１に記載の蝋着シートで構成される、ラジエーター又は熱交換器用のチューブ。
【請求項２７】
請求項１に記載の蝋着シートが、該シートの面取り物を蝋着により互いにシールされるところのチューブに折畳まれ構成することを特徴とする熱交換用チューブ。
【請求項２８】
前記チューブがフラックスにより蝋着されることを特徴とする請求項２７に記載のチューブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、熱処理可能な、アルミニウム合金製品に関する。特に、フッ化物をベースにしたフラックスを用いる工程により蝋着可能な多重化層合金製品に関する。このフラックスの一つの例は、一般的に知られているＮｏｃｏｌｏｋ（登録商標）型フラックス（一般的に「Ｎｏｃｏｌｏｋ ｂｒａｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ」として参照される）である。Ｎｏｃｏｌｏｋ（登録商標）は、カナダのＡｌｃａｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｌｔｄ．の登録商標である。
【０００２】
夥しい数の蝋着可能なアルミニウム合金が特許されてきた。代表的な組成物が、米国特許第４，０４０，８２２号、第５，３７５，７６０号、第５，５２０，３２１号、第５，５３５，９３９号、及び第５，５６４，６１９号に述べられている。蝋着に特定されないが、Ｎｏｃｏｌｏｋやその他のものを用いたその他のアルミニウム合金は、米国特許第２，０９６，０１０号、第４，５８９，９３２号、第５，２８６，４４５号、第５，５２２，９５０号、及び、第５，５８７，０２９号に述べられている。
【０００３】
現在まで、Ｎｏｃｏｌｏｋ（登録商標）型フラックスを適用した蝋着工程により内部及び外部表面に蝋着されたシート状製品に関し、９０ ＭＰａ以上の引張応力強度を持ちながら高い強度を得ることは難しかった。一つのアプローチは、４０００（又は４ｘｘｘ）シリーズ蝋着被覆とマグネシウム含有の熱処理可能なコア合金との間に、アルミニウム協会（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ；ＡＡ）制定の３００３合金又は７０７２合金からなるインターライナーを適用することであった。このインターライナーは、主として、コア合金から蝋着被覆へのマグネシウムの拡散に対する隔壁として機能する。このようにして、本発明のコンポジット合金は、Ｎｏｃｏｌｏｋ（登録商標）型の工程により蝋着可能な一方で、より高い強度の保持が可能である。
【０００４】
本技術分野にて既知の四層合金製品は、大部分が、より向上した蝋着後の強度を持ちながら熱処理可能なコア合金として期待された。このような合金の蝋着後の引張降伏強度（ＴＹＳ）値は、自然時効時間を延長した後でさえ、典型的には約８５ ＭＰａを超えない。この強度は、Ｎｏｃｏｌｏｋ（登録商標）型工程による蝋着後に適用される冷却率と同様に、合金の組成、時効時間及び温度に依存する。これら製品のゲージを継続的に減弱するための製造者の能力は、より高い強度が明確により望ましく、かつより大きな継続的なゲージの減弱を伴うようなこれら蝋着後の強度に依存する。
【０００５】
本発明は、四層アルミニウム蝋着シート合金に関する。本合金は、主として、ヘッダー／チューブ型熱交換器（例えば、ラジエーターやヒーター中心部及びそれに類似するもの）に使用する折畳み及び／又は鋳造型チューブ用の蝋着熱交換器の組立材料として使用されるかもしれない。このシートは、伝統的なロール結合手法（ｒｏｌｌ ｂｏｎｄｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ）を介して、又は、以下の米国特許に述べられる手法により組み立てられるかもしれない（米国特許出願、出願日時：２００１年１０月２３日、題：Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｍｕｌｔｉ−Ａｌｌｏｙ Ｃａｓｔｉｎｇ、発明者：Ｒａｙｍｏｎｄ Ｊ． Ｋｉｌｍｅｒ及びＪ． Ｌｅｓｔｅｒ Ｋｉｒｂｙ）。なお、この特許文献は、参照として取り込む。後者の手法を使った場合、（コンポジットの持つ厚みの約３％以下の）薄ディバイダー合金（ｔｈｉｎ ｄｉｖｉｄｅｒ ａｌｌｏｙ）が、ここに述べた四層のうち、少なくとも一つ又は３つ以内の境界面との間に存在するだろう。この薄ディバイダー合金は、少なくとも９６％のアルミニウムを含み、鋳造工程における何れの側面に対しても、この合金の内部混合（ｉｎｔｅｒｍｉｘｉｎｇ）を最小限にする目的で、セパレーター／ディバイダーとして機能する。もし、本発明による一つ以上のシート状部材が、前記特許文献による方法にて組み立てられる場合、このシートは、組成的に異なる層４つの以上を持つことになる。この薄ディバイダー合金の存在は、最終製品の挙動、及びここに述べた機構を意図的に変更することはない。したがって、四層製品に関するすべての文献は、必然的に、これらディバイダーを持たない合金の発明を制限しない。これら四つの層は、組成的かつ機能的に有意なコンポジット製品の層構造を参照する。
【０００６】
本発明における四層コンポジットは、アルミニウム協会制定の４ｘｘｘシリーズ蝋被覆合金とコア合金との間に配された第一インターライナー、及び、該第一インターライナーに対してコア合金の反対側に配された第二インターライナーを持つ。第一及び第二インターライナーの少なくとも一つは、これに接したコア合金のそれよりも珪素を多く含有している。このインターライナーの高い珪素含有量は、好ましくは、０．０２ないし１．１重量百分率であり、好ましくは、約０．１ないし１．１重量百分率の珪素を含むであり、最も好ましくは、約０．３ないし１．１重量百分率の珪素を含むことである。このインターライナーは、また、この製品のＮｏｃｏｌｏｋ（登録商標）による蝋着容易性を向上させる目的で、低いマグネシウムを含んでいる。
【０００７】
図１は、本発明の蝋着シートの好適実施例に関する四つの異なる層を示した模式図である。
【０００８】
ここに示したすべての組成物の百分率は、他に示さなければ、重量百分率である。また、ここで使用する「本質的にフリー」との言葉は、組成物で作られる合金化要素の意図的な添加がなく、かつ、不純物及び／又は製造装置へのコンタクトに由来する滲出により、これら要素のトレース量がこれら方法により最終製品見出されることを意味する。
【０００９】
数値範囲を参照する場合、これら範囲は、表記した最小値及び最大値の範囲のそれぞれ及びすべての数及び／又は画分を含むと理解される。例えば、約５ないし１５重量百分率のシリコンなる範囲は、明確に、約５．１、５．２、５．３、及び、５．５％、並びに、１４．５、１４．７、及び１４．９％の珪素なるすべての中間値を含む。同様のことを、ここに述べる相対的な厚み及び／又は要素的範囲などの、他の数値的特性のそれぞれに対し適用する。
【００１０】
本発明における蝋着シートを、図示的に図１に示した。シート２が含む四層は、４ｘｘｘシリーズ蝋着被覆層４、蝋着被覆層４とコア合金８との間に配された第一インターライナー６、及び、第一インターライナー６に対してコア合金１０の反対側に配された第二インターライナー１０である。蝋着シート２は、好ましくは、最終ゲージにおいて約３５０μｍ厚であり、さらに好ましくは、約１２０ないし約２５０μｍである。インターライナーにおけるより高い珪素含量は、約０．０２ないし１．１重量百分率であり好ましくは、約０．１ないし１．１重量百分率であり、さらに好ましくは、約０．３ないし１．１重量百分率の珪素を含むことである。加えて、第一及び第二インターライナー、６及び１０、並びにコア８に含まれる珪素の総重量百分率は、好ましくは、少なくとも約０．４である。第二インターライナー１０が、熱交換器において、水に接するライナーとして使用された場合、インターライナー１０は、内部における腐蝕耐性の提供を目的に、高いレベルの亜鉛（約６重量百分率以下）を含む可能性がある。
【００１１】
蝋着シート２におけるそれぞれの層に対する好ましい組成及び好ましい相対的厚みを表１にまとめた。より好ましい範囲は、それぞれの下部に括弧書きで示した。
【００１２】
【表１】
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約３０日間、９０℃（ラジエーター／ヒーター用チューブにおける典型的な動作環境温度）での時効処理期間の後、シート２の蝋着後のＴＹＳ値は、約６０ ＭＰａを超えると期待された。蝋着及び時効処理後のＴＹＳ及びＵＴＳ（破断引張強度；Ｕｌｔｉｍａｔｅ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ； ＵＴＳ）値は、コア合金のマグネシウム含量が約０．２５重量百分率以下の場合、それぞれ、８０ ＭＰａ及び１５０ ＭＰａを超えなかった。蝋着及び時効処理後に高い強度（ＴＹＳ値では９０ ＭＰａ以上、ＵＴＳ値では１６０ ＭＰａ以上）を観測するには、コア合金におけるマグネシウム含量が約０．３５重量百分率以上、及び三つの層（第一インターライナー６、コア８、又は第二インターライナー１０）のうち少なくとも一つの層における珪素含量が約０．７重量百分率以上である場合であるかもしれない。コアにおけるマグネシウム含量が約０．４５重量百分率以上の場合、これら強度レベルは、低い珪素含量を持つ合金により達成可能である。蝋着及び時効処理後における強度レベルは、コア８における銅含量の増加とともに、増加することが観察されてきた。実質的に、蝋着処理の間に内部拡散が起こることから、この珪素は、インターライナー６及び１０の一つあるいは両者からコア８へと拡散が可能である。同様に、マグネシウム及び／又は銅も、コア８から、インターライナー６又は１０へと拡散が可能である。より高いレベルのマグネシウム、珪素及び銅は、蝋着後の強度の上昇をもたらすが、合金中における蝋着前の溶質含量には、その選択に注意しなければならない。というのも、コア８、第一インターライナー６（例えば空気側）、及び第二インターライナー（例えば、水側）との適切な異種金属接触関係を保つためである。高い珪素、マグネシウム、銅を含む合金は、また、一般的に、蝋着後の焼入れ感受性に関しより感受性が高くなる（例えば、合金の溶質の不均一な分布は、蝋着後に、低い強度及び低下した腐蝕耐性を導く）。表１には、その合金化組成において、第一インターライナー６と第二インターライナー１０との相違が見られる。しかしながら、この両者のインターライナー６及び１０は、同様の組成で作られることを理解しなければならない。いくつかの例において、その組成において、インターライナー６及び１０が変化すると、有用性をもたらす（特に、腐蝕耐性の見地において）。インターライナー６及び１０は、同一でも異なる厚みを持ってもかまわない。また、インターライナー６及び１０は、例えば、被覆層４及びコア層８との間への配置、並びにコア層８の外側に接するべく配置、のように、交換可能であることを理解すべきである。好ましくは、コア８は、インターライナー６及び１０よりも電気化学的に優れており、かつ、インターライナー６及び１０の電気化学的ポテンシャルは、合金がこのような環境に曝露された際、コア層８のそれよりも犠牲的である。蝋着の結果、シート２の各層間における合金化要素の内部拡散が起こるだろう。この内部拡散は、適切で局部的な溶質レベルの確立において重要である。というのも、内部及び外部における適切な腐蝕耐性を伴った、析出硬化可能な合金を製造するためである。内部腐蝕耐性は、改変型ＯＹ水の曝露で構���する内部腐蝕試験において、穿孔を受けることなく、５ヶ月の曝露を超えることを期待される。上述の表に記載した好ましい組成的な範囲に関して、コア層８は、約０．１ないし１重量百分率なる好ましいマグネシウム含量範囲を有している。シート２のいかなる層は、強度の増加を目的としたマンガンの添加、及び／又は、腐蝕耐性の向上を目的としたチタンの添加（約０．２５重量百分率以下）を行ってもかまわない。高いチタンレベルは、一般的には、特に、インターライナーに亜鉛を意図的に添加した場合、腐蝕耐性向上の目的には必要ない。しかしながら、本発明にとって、このような合金付加物のすべては、特定の層全体における固相線温度（ｓｏｌｉｄｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が約６１０℃を超えないように製造されなければならない。コア合金層に対するクロムの添加は任意である。クロムの添加は、クロム含有粗粒子の形成を阻害すべく、特に、マンガン＋チタンのレベルが約１．３重量百分率を超える場合、調節する必要がある。
【００１３】
本発明におけるインターライナー層６及び１０は、マグネシウムを含有するコア層ＣＯと結合する場合、蝋着後のシート全体に対するＴＹＳ値が劇的に増加する可能性がある。事実、等価的強度及び蝋着能は、４ｘｘｘ層が、蝋着処理中での実質的な珪素の量をコアへ供すべくデザインされる場合においてさえ、単なるコア合金を４ｘｘｘ蝋着被覆層への結合では、獲得されない。インターライナー６及び１０の利用を通じてのみ、本発明における四層製品（コア合金中のマグネシウム含量が約０．３重量百分率以上）が、Ｎｏｃｏｌｏｋ（登録商標）型フラックスを用いた蝋着に適したものになると確信する。
【００１４】
本発明は一般的に上述のように述べてきたが、特定の例を、本発明製品の付加的な図示を以て与える。
【００１５】
（実例）
本発明に従って四層化された蝋着シートが、表２に示した組成物を使って、製造された。試験された合金組み合わせ物は、被覆率及び蝋着後の機械的特性及び内部腐蝕耐性に関するデーターとともに、表３に示した。
【００１６】
【表２】
2005505421.tif 000004
【００１７】
【表３】
2005505421.tif 000005
【００１８】
【表４】
2005505421.tif 000006
本発明における蝋着シートは、特に、ラジエーターや熱交換器腰のチューブとしての使用に適している。このチューブは、溶接シームを含むかもしれないし、又は、このチューブは鋳造されないかもしれないが、異形材またはシートの面取り物へと折畳まれ、特にＮｏｃｏｌｏｋ（登録商標）のような蝋着工程の結果として互いにシールされる。
【００１９】
当業者に側剤に理解されるであろうことは、ここに示した記述の観念から解離することなく本発明に改変が加えられるである、ということである。このような改変は、これら言語によって請求項に明確に他に付されていない場合、後述する請求項の範囲内に含まれるものとして考えるべきである。従って、ここに詳細に述べた特定の実施例は、単に図示的であり、かつ、添付された請求項の全範囲により、及び、このいくつか及びすべてに等価であるところの、与えられた本発明の狙いを限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の蝋着シートの好適実施例に関する四つの異なる層を示した模式図である。
【国際公開パンフレット】
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2005505421.tif 000008
2005505421.tif 000009
2005505421.tif 000010
2005505421.tif 000011
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2005505421.tif 000015
2005505421.tif 000016
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2005505421.tif 000020
2005505421.tif 000021
2005505421.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005505421.tif 000023
【国際調査報告】
2005505421.tif 000024
2005505421.tif 000025