(57)【要約】【課題】アルミニウム合金材のろう付け後の電位を推定することを可能にする。【解決手段】ろう付け接合されたアルミニウム合金材の電位を推定する方法であって、予め、ろう付け後のアルミニウム合金の組成と電位との相関関係を求めておき、推定を行うアルミニウム合金材のろう付け後の組成を決定し、前記相関関係に基づいて前記ろう付け後の組成により前記アルミニウム合金材のろう付け後の電位を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう付けされたアルミニウム合金材の電位を推定する方法であって、
予め、ろう付け後のアルミニウム合金の組成と電位との相関関係を求めておき、
推定を行うろう付け後アルミニウム合金材の任意の位置における組成を測定し、前記相関関係に基づいて前記ろう付け後アルミニウム合金材の任意の位置における組成により前記アルミニウム合金材のろう付け後の電位を推定することを特徴とするアルミニウム合金材の電位推定方法。
【請求項２】
前記アルミニウム合金材は、不可避不純物以外に、ろう付け前に、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金の電位推定方法。
【請求項３】
Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎを含有する場合の含有量が、ろう付け前に、質量％で、６％以下のＺｎ、２％以下のＳｉ、２％以下のＭｎ、２％以下のＣｕであることを特徴とする請求項２記載のアルミニウム合金の電位推定方法。
【請求項４】
推定を行うアルミニウム合金材のろう付け後の組成をＥＰＭＡ線分析によって同定することを特徴とする請求項２または３に記載のアルミニウム合金材の電位推定方法。
【請求項５】
前記相関関係が、統計的手法によるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材の電位推定方法。
【請求項６】
前記統計的手法が、ろう付け後の既知の組成の含有量と、対応する既知の電位との関係を重回帰分析することによって得られた、電位を目的変数に、前記組成の含有量またはそれらの演算式を説明変数とする回帰式を電位推定式として用いることを特徴とする請求項５記載のアルミニウム合金材の電位推定方法。
【請求項７】
前記電位推定式が、前記説明変数に、
Ｚｎ（％）、Ｓｉ（％）、Ｃｕ（％）、Ｍｎ（％）、
Ｚｎ（％）２、Ｓｉ（％）２、Ｃｕ（％）２、Ｍｎ（％）２、
Ｚｎ（％）×Ｓｉ（％）、Ｚｎ（％）×Ｃｕ（％）、Ｚｎ（％）×Ｍｎ（％）、Ｓｉ（％）×Ｃｕ（％）、
（Ｍｎ（％）−Ｓｉ（％））２、（Ｍｎ（％）／Ｓｉ（％））２、（Ｍｎ（％）×Ｓｉ（％））２のいずれか一つまたは二つ以上が用いられることを特徴とする請求項６記載のアルミニウム合金材の電位推定方法。
【請求項８】
１または２以上のろう付け前の成分において、それらの含有量に１または２以上の閾値を設定し、前記閾値で区別されたそれぞれの含有量の範囲で異なる回帰式を電位推定式として用いることを特徴とする請求項２または３に記載のアルミニウム合金の電位推定方法。
【請求項９】
Ｍｎに、前記閾値として０．５％が設定されていることを特徴とする請求項８記載のアルミニウム合金の電位推定方法。
【請求項１０】
Ｃｕに、前記閾値として０．０５％が設定されていることを特徴とする請求項８または９に記載のアルミニウム合金の電位推定方法。
【請求項１１】
ろう付け後の成分を定めるろう付け相当加熱条件が、６００℃×３〜３０分の加熱で冷却速度３００℃／ｍｉｎ〜３０℃／ｍｉｎで冷却するものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアルミニウム合金の電位推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ろう付後のアルミニウム合金材の電位を推定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに用いられるラジエータ、オイルクーラ等の熱交換器では、重要な仕様の一つとして耐食性を有することが挙げられる。耐食性の評価には、一般的には、腐食試験、電位といった電気化学的な手法が用いられる。特に、クラッド材で構成される熱交換器用の部材では、構成層間での電位の差が重要となる。材料の評価では評価試験を行うことなく材料特性を推定したいという要望があり、また材料開発では、評価試験を行うことなく材料特性を予測して材料設計を行いたいという要望がある。
従来、評価試験を行うことなく、金属材料の特性を推定・予測することが可能な方法が提案されている（例えば特許文献１〜５）。
【０００３】
特許文献１では、鋳造した素材を加熱、圧延、冷却、熱処理して製品を造るプロセスで、結果予測装置により、製品品質を予測する技術が提案されている。
結果予測装置は、過去の条件の値と、その条件によって得られた結果とを保存した実績データベースと、該実績データベースに保存されている条件により規定される条件空間において、結果を予測したい要求条件の近傍における各条件の結果に対する影響係数を計算する手段と、得られた影響係数に基づいて条件空間の軸を変換し、変換された条件空間において、前記実績データベースに保存されている過去の条件の値と前記要求条件との距離を計算する手段と、得られた距離に基づいて、各条件の値と前記要求条件との条件空間類似度を計算する手段と、前記実績データベースに保存されている実績データの観測時刻に基づいて、時間空間類似度を計算する手段と、得られた条件空間類似度及び時間空間類似度に基づいて、前記要求条件近傍の予測式を作成する手段と、得られた予測式に基づいて、要求条件に対する結果を計算する。
【０００４】
特許文献２では、金属材料の腐食速度の推定方法に関し、電気化学ノイズ法を用いた推定方法が提案されている。
【０００５】
特許文献３では、材質予測において、過去に製造した製品毎に、製造実績・材質記憶手段と、過去に製造した製品毎に、製造実績・組織パラメータ記憶手段と、製造実績・材質記憶手段の中から少なくとも1つの組織パラメータに加えて、素材成分値と操業条件の中から材質を予測するための複数の変数を選択する材質予測入力変数選択手段と、製造実績・組織パラメータ記憶手段に含まれる素材成分値と操業条件の中から組織パラメータを予測するための複数の入力変数を選択する組織パラメータ予測入力変数選択手段と、予測対象材の組織パラメータの推定値ならびに材質の推定値を演算・出力する局所モデル部と、を具備する鋼材の材質予測装置が提案されている。
【０００６】
特許文献４では、鋼材自体の特性からみた当該鋼材の腐食のしやすさを示す鋼材腐食指数と、当該鋼材が使用される大気環境の特性からみた当該鋼材の腐食のしやすさを示す環境腐食指数とを用いて、当該大気環境で使用される鋼材の腐食状態を推定するための腐食状態推定方法が提案されている。
【０００７】
特許文献５では、使用される環境において鉄鋼などの金属による構造体に水素が侵入する電位を予測する水素侵入電位予測方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２３０４１２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０３０８３号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２０７０８号公報
【特許文献４】特開２０１１−２４７６４２号公報
【特許文献５】特開２０１５−０３１５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、電位は金属材料に含有される種々の元素濃度によって概ね決定されるが、元素濃度から電位を推定する推定方程式は存在しておらず、特許文献に記載されている方法によってもアルミニウム合金材の電位を推定することはできない。
さらに、アルミニウム合金材に含まれる元素濃度は、熱交換器を作成する際のろう付熱処理時の拡散によって変化するため、ろう付後の所望の部材位置における電位を予想することは難しい。従来、電位を求めるには、実際に測定して求めるほかなく、添加成分やクラッド率といった材料仕様の変更による電位の変化を知るには、数か月かけて膨大な試作や実験を行う必要があり、コストや時間も多くかかっている。
【００１０】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ろう付け後のアルミニウム合金材の任意の位置における電位を、耐食性評価試験を行うことなく把握することができるアルミニウム合金材の電位推定方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明のアルミニウム合金材の電位推定方法のうち第１の形態は、ろう付けされたアルミニウム合金材の電位を推定する方法であって、
予め、ろう付け後のアルミニウム合金の組成と電位との相関関係を求めておき、
推定を行うろう付け後アルミニウム合金材の任意の位置における組成を測定し、前記相関関係に基づいて前記ろう付け後アルミニウム合金材の任意の位置における組成により前記アルミニウム合金材のろう付け後の電位を推定することを特徴とする。
【００１２】
他の形態のアルミニウム合金材の電位推定方法の発明は、前記形態の発明において、前記アルミニウム合金材は、不可避不純物以外に、ろう付け前に、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎの１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【００１３】
他の形態のアルミニウム合金材の電位推定方法の発明は、前記形態の発明において、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎを含有する場合の含有量が、ろう付け前に、質量％で、６％以下のＺｎ、２％以下のＳｉ、２％以下のＭｎ、２％以下のＣｕであることを特徴とする。
【００１４】
他の形態のアルミニウム合金材の電位推定方法の発明は、前記形態の発明において、推定を行うアルミニウム合金材のろう付け後の組成をＥＰＭＡ線分析によって同定することを特徴とする。
【００１５】
他の形態のアルミニウム合金材の電位推定方法の発明は、前記形態の発明において、前記相関関係が、統計的手法によるものであることを特徴とする。
【００１６】
他の形態のアルミニウム合金材の電位推定方法の発明は、前記形態の発明において、前記統計的手法が、ろう付け後の既知の組成の含有量と、それに対応する既知の電位との関係を重回帰分析することによって得られた、電位を目的変数に、前記組成の含有量またはそれらの演算式を説明変数とする回帰式を電位推定式として用いることを特徴とする。
【００１７】
他の形態のアルミニウム合金材の電位推定方法の発明は、前記形態の発明において、前記電位推定式が、前記説明変数に、
Ｚｎ（％）、Ｓｉ（％）、Ｃｕ（％）、Ｍｎ（％）、
Ｚｎ（％）２、Ｓｉ（％）２、Ｃｕ（％）２、Ｍｎ（％）２、
Ｚｎ（％）×Ｓｉ（％）、Ｚｎ（％）×Ｃｕ（％）、Ｚｎ（％）×Ｍｎ（％）、Ｓｉ（％）×Ｃｕ（％）、
（Ｍｎ（％）−Ｓｉ（％））２、（Ｍｎ（％）／Ｓｉ（％））２、（Ｍｎ（％）×Ｓｉ（％））２のいずれか一つまたは二つ以上が用いられることを特徴とする。
【００１８】
他の形態のアルミニウム合金材の電位推定方法の発明は、前記形態の発明において、１または２以上のろう付け前の前記成分において、それらの含有量に１または２以上の閾値を設定し、前記閾値で区別されたそれぞれの含有量の範囲で異なる回帰式を電位推定式として用いることを特徴とする。
【００１９】
他の形態のアルミニウム合金材の電位推定方法の発明は、前記形態の発明において、Ｍｎに前記閾値として０．５％が設定されていることを特徴とする。
【００２０】
他の形態のアルミニウム合金材の電位推定方法の発明は、前記形態の発明において、Ｃｕに、前記閾値として０．０５％が設定されていることを特徴とする。
【００２１】
他の形態のアルミニウム合金材の電位推定方法の発明は、前記形態の発明において、ろう付け後の成分を定めるろう付け相当加熱条件が、６００℃×３〜３０分の加熱で冷却速度３００℃／ｍｉｎ〜３０℃／ｍｉｎで冷却するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のアルミニウム合金材の電位推定方法によれば、ろう付け後のアルミニウム合金材の電位を予測し、前記アルミニウム合金材の耐久性を高い精度で推定することができ、生産性の向上にも寄与する効果がある。
材料の電位測定方法には、例えば自然電位や孔食電位があるが、データベースの値が統一された測定方法で構築されたものであれば、いずれの推定法も用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態における電位推定の手順を示すフロー図である。
【図２】Ｓｉ固溶量と電位との関係を示すグラフである。
【図３】Ｓｉ含有量に対する電位の関係を示すグラフである。
【図４】実施例において説明変数４種類によるろう付け後の組成測定における電位測定と電位推定値との関係を示すグラフである。
【図５】実施例において説明変数１５種類によるろう付け後の組成測定における電位測定と電位推定値との関係を示すグラフである。
【図６】実施例において説明変数１５種類と場合分けによるろう付け後の組成測定における電位測定と電位推定値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態について、自動車用の熱交換器に用いられるアルミニウム合金材の電位推定方法について説明する。
なお、アルミニウム合金材が熱交換器のどの部位に用いられるかは、本発明としては特に限定されるものではなく、タンク、チューブフィン、ヘッダーなどの適宜の部位に用いられるものが使用される。また、本発明としては、電位の推定が行われるアルミニウム合金材が自動車用に限定されるものではない。また、熱交換器に限定されるものではなく、ろう付けが行われて耐食性の特性が求められる用途において適用が可能である。
【００２５】
先ず、アルミニウム合金材について、ろう付け後の組成および電位の実測値とからデータベースを作成し、データベースのデータに対し重回帰分析を行って電位を求める推定式を求める。
具体的には、所定成分を有する材料を用いて常法により、クラッド材、ベア材を半連続鋳造、冷間加工によって板厚０．０５〜２．０ｍｍの調質Ｏ材の板材に作成する。ろう付後、電位測定を行い、ＥＰＭＡ線分析（電子線マイクロアナライザ；Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）により各元素の濃度を求める。Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎの各元素濃度と電位とでデータベースを構築する。
ＥＰＭＡ分析における測定モードとして線分析を用いる理由は、ピンポイントの測定点のみによるデータを用いた場合、金属組織中の晶析出物粒子の偏在などの影響を受けやすいためであり、線分析において目的とする測定点の周囲のデータから平均された値を組成の測定値とした方が、その点での電位を推定するうえで好ましいからである。
ろう付条件は特定のものに限定されるものではないが、以下の条件で行うことができる。
ろう付相当熱処理として６００℃×３〜３０分、冷却速度３００℃／ｍｉｎ〜３０℃／ｍｉｎで行うことができる。
電位の測定は、常法により行うことができ、本発明としては特定の測定方法に限定されるものではなく、自然電位や孔食電位などを測定することができる。
【００２６】
前記データベースを用いて、重回帰分析により、例えば、一次式、二次式、閾値を設けた二次式の推定式を作製する。材料としてはアルミニウム合金であれば種々用いることができるが、この実施形態では、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎの１種または２種以上を含有し、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎを含有する場合の含有量が、ろう付け前において質量％で、Ｚｎ：０．０１〜６．００％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．００１〜２．００％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％であるものを挙げることができる。
アルミニウム合金の形態としては、前記含有量の成分が鋳造で添加されたものでもよく、また、アルミニウム合金の表面に溶射や塗装されたものでもよい。
【００２７】
推定式として、例えば、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎの各含有量およびそれらの二次演算式を説明変数として、それぞれの項に係数を掛けたものの総和によって目的変数である推定される電位Ｅｐｉｔを求めることができる。ここで、αおよびβｎ（ｎは整数）は、既知の組成と電位のデータベースから重回帰分析によって求めた係数であり、最も相関関係が高くなる値が採用され、係数が０、すなわち該係数が掛かる説明変数が採用されない場合もありうる。
また、アルミニウム合金材によっては他含有成分や製造履歴の影響を受けるため、前記成分の含有量に閾値を設けることが好ましい場合がある。閾値を設けた場合には、閾値の前後で異なる説明変数・係数セットで構成される推定式を用いてＥｐｉｔの推定を行なうことができる。
【００２８】
＜推定式＞
Ｅｐｉｔ=  α＋β１Ｚｎｘ＋β２Ｓｉｘ＋β３Ｃｕｘ＋β４Ｍｎｘ
＋β５Ｚｎｘ２＋β６Ｓｉｘ２＋β７Ｃｕｘ２＋β８Ｍｎｘ２
＋β９Ｚｎｘ×Ｓｉｘ＋β１０Ｚｎｘ×Ｃｕｘ＋β１１Ｚｎｘ×Ｍｎｘ＋β１２Ｓｉｘ×Ｃｕｘ
＋β１３（Ｍｎｘ−Ｓｉｘ）２＋β１４（Ｍｎｘ／Ｓｉｘ）２＋β１５（Ｍｎｘ×Ｓｉｘ）２
α       ：  切片
βｎ      ：  重回帰分析で求めた係数、ｎは整数（項数による）
Ｚｎｘ    ：  任意の位置〔ｘ〕におけるＺｎの組成（％）
Ｓｉｘ    ：  任意の位置〔ｘ〕におけるＳｉの組成（％）
Ｃｕｘ    ：  任意の位置〔ｘ〕におけるＣｕの組成（％）
Ｍｎｘ    ：  任意の位置〔ｘ〕におけるＭｎの組成（％）
【００２９】
本実施形態における電位Ｅｐｉｔの推定フロー図を図１に示す。以下に、手順を説明する。
先ず、推定の対象となる部材、サンプル等がろう付熱処理を経たものであるか否かを判定する（ステップｓ１）。対象がろう付熱処理を経たものである場合（ステップｓ１、Ｙｅｓ）、各位置における組成を測定する。対象がろう付熱処理を行っていない場合は、ろう付熱処理を行い(ステップｓ２)、ろう付後の組成を測定し、ろう付後組成測定値を得る(ステップｓ３)。
【００３０】
ステップｓ３の後、閾値による場合分けを行うかを判定する（ステップｓ４）。閾値による場合分けを行わない場合(ステップｓ４、Ｎｏ)は、推定式Ｉにより電位Ｅｐｉｔの推定値算出を行う(ステップｓ５)。閾値による場合分けを行う場合(ステップｓ４、Ｙｅｓ)には、部材組成Ａをもとに場合分けを行い、推定式を選定して電位Ｅｐｉｔの推定値算出を行う(ステップｓ６)。
【００３１】
なお、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎはいずれも電位に大きく寄与する元素だが、それぞれその寄与度は異なるため、単純な加算によって予測すると精度が十分でない。また、ＭｎとＳｉは共存するとＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物を生じる。これにより、マトリックス中のＳｉ固溶量が変化し、電位に影響を与える。こうした効果を表現できるよう各推定式では説明変数を設定している。推定式Ｉおよび推定式II−１、−２、…−ｎそれぞれにおいては、既存の組成・電位データベースを用いた重回帰分析で求めた関係式、すなわち説明変数および係数のセットを用いる。
【００３２】
図２は、Ｓｉ固溶量と電位との関係を示した図である。
Ａｌ−Ｍｎ系合金にＳｉを添加した場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物が晶析出する。
Ｓｉ添加により固溶Ｍｎが減少すると、電位は卑になる。さらにＳｉを添加すると、固溶Ｓｉが増加し、電位は貴になる。
この傾向を式に盛り込むため、Ｓｉを変量したＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ合金を用いてデータを採取し、データベースに追加することができる。
具体的には、表１に示すベース合金においてろう付け前のＳｉ量を変量して、ろう付け後の電位を確認する。その結果を図３に示す。Ｓｉ量の変化に伴って電位が変化する傾向が示されている。図３の電位には孔食電位を用いている。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
測定したサンプルの中には、ＭｎとＳｉの共存によるＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物の影響を強く受ける合金系と受けない合金系がある。そこで、Ｍｎ添加量によりグループ分けし、それぞれのグループ特有の係数を求めることで、推定式の精度は向上することができる。
上記推定式に使用される係数の例を表２に示す。閾値の設定に応じて相関関係の高い係数セットを選定して推定式に用いる。係数が０すなわち該係数が掛かる説明変数を用いない場合も有り得る。この係数セットを用いて例えば係数セットＩＶを用いた推定式ＩＶなどによって推定値を算出することができる。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
例えば、ろう付け前含有量であるＭｎ０．５％を閾値として、０．５％Ｍｎ以上と、０．５％Ｍｎ未満の含有量で異なる推定式を用いてＭｎの閾値で区別することで相関関係がより精度が高くなる。
【００３７】
さらに、ろう付け前含有量であるＭｎ０．５％およびＣｕ量０．０５％を閾値として、それぞれの閾値前後で異なる４つの推定式を用いることで電位との関係で精度を挙げることができる。
Ｍｎ含有量とＣｕ含有量とによって場合分けすることで、ろう付け後の組成と電位とについて、実測値と推定値とが精度よい関係を有している。
【実施例１】
【００３８】
以下に、本発明の実施例について説明する。
表３に示す成分を有するアルミニウム合金材に対し、ろう付け相当熱処理を行い、ろう付け後の成分をＥＰＭＡ分析により同定し、さらに孔食電位の実測を行った。また、ろう付け後の成分から重回帰分析における推定式から孔食電位の推定値を求めた。
【００３９】
なお、ろう付け相当熱処理は、平均昇温速度：１５℃／ｍｉｎ、保持温度×時間：６００℃×３分、冷却速度：１００℃／ｍｉｎで行った。
ろう付け相当熱処理後のアルミニウム合金材に対しては、以下の条件で孔食電位の実測値を求めた。
電解液：２．６７％ＡｌＣｌ３
温度：４０℃
電位掃引速度：０．５ｍＶ／ｓ
溶存酸素：除去
孔食電位は、電位の掃引に伴い電流が急増するときの電位を孔食電位とする。
【００４０】
推定式としては、実施形態で示した説明変数４種、説明変数１５種、説明変数１５種＋場合分けを用いた。なお、場合分けでは、●０．５％未満Ｍｎ（０を含む）、０．０５％未満Ｃｕ（０を含む）、■０．５％未満Ｍｎ（０を含む）、０．０５％Ｃｕ以上、▲０．５％Ｍｎ以上、０．０５％未満Ｃｕ（０を含む）、◆０．５％Ｍｎ以上、０．０５％Ｃｕ以上とした。
これらの測定値および算出値を表３に示した。
説明変数４種よりも説明変数１５種を用いた方が実測値と推定値との差が少なく、説明変数１５種よりも説明変数１５種＋場合分けを用いた方が実測値と推定値との差が少なくなっている。
こられの関係を利用することで、材料の成分から電位の予測を容易に行うことができた。
【００４１】
【表３】
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【００４２】
表３の結果に基づいてろう付け後の電位測定値と電位推定値とを図４〜図６に示した。各図において、ろう付け後の電位測定値と電位推定値との間には良好な相関関係が見られ、説明変数４種よりも説明変数１５種の方が良好な相関関係を示し、説明変数１５種よりもさらに場合分けをした方がより良好な相関関係を示していた。
【００４３】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは上記実施形態に対する適宜の変更が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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