(57)【要約】【課題】ろう付後強度に優れるアルミニウム合金およびアルミニウム合金製クラッド材を提供する。【解決手段】本発明に係るアルミニウム合金は、アルミニウム合金製クラッド材の心材に用いられるアルミニウム合金であって、Ｓｉ：０．１質量％以上１．０質量％以下、Ｍｎ：０．５質量％以上２．０質量％以下、Ｃｕ：０．７質量％以上３．０質量％以下、Ｍｇ：０．０５質量％以上０．８質量％以下、Ａｇ：０．０１質量％以上０．８０質量％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金製クラッド材の心材に用いられるアルミニウム合金であって、
Ｓｉ：０．１質量％以上１．０質量％以下、Ｍｎ：０．５質量％以上２．０質量％以下、Ｃｕ：０．７質量％以上３．０質量％以下、Ｍｇ：０．０５質量％以上０．８質量％以下、Ａｇ：０．０１質量％以上０．８０質量％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。
【請求項２】
Ｆｅ：０．５質量％以下、Ｚｒ：０．３質量％以下、Ｃｒ：０．３質量％以下、Ｔｉ：０．３質量％以下のうちの１種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のアルミニウム合金を心材として用いたことを特徴とするアルミニウム合金製クラッド材。
【請求項４】
前記心材と、前記心材の一方の面に設けられたろう材と、前記心材の他方の面に設けられた犠牲材と、を備えることを特徴とする請求項３に記載のアルミニウム合金製クラッド材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金およびアルミニウム合金製クラッド材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車熱交換器は、通常、軽量で熱伝導性に優れるアルミニウム合金の板材を成形、組み付け、ろう付して製造される。自動車熱交換器の一つであるラジエータのチューブ材では、強度、ろう付性、耐食性を両立させるため、心材、ろう材、犠牲材からなるクラッド材がブレージングシートとして用いられる。心材には、比較的強度の高いＡｌ−Ｍｎ系合金が主に用いられるが、強度向上のために、心材へＣｕ、Ｍｇ、Ｓｉ等の合金元素が添加されている。
例えば特許文献１では、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇの合金元素を添加したアルミニウム合金を用いた、ろう付後強度に優れたブレージングシート用の心材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、自動車熱交換器は環境問題の観点から軽量化・小型化が進み、構造部材のさらなる薄肉高強度化が必須である。しかし、特許文献１に示すようなブレージングシート用の心材ではろう付後強度が不足しているため、ろう付後強度をさらに向上する必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、ろう付後強度に優れるアルミニウム合金およびアルミニウム合金製クラッド材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記課題を解決するために高強度化に有効な材料組成を鋭意検討した。その結果、Ｃｕ量を増加させてろう付後強度を向上させ、かつＡｇを新たな合金元素として添加して時効強化量を増加させることで、さらなる高強度化が可能な材料組成を見出した。
【０００７】
すなわち、本発明に係るアルミニウム合金は、アルミニウム合金製クラッド材の心材に用いられるアルミニウム合金であって、Ｓｉ：０．１質量％以上１．０質量％以下、Ｍｎ：０．５質量％以上２．０質量％以下、Ｃｕ：０．７質量％以上３．０質量％以下、Ｍｇ：０．０５質量％以上０．８質量％以下、Ａｇ：０．０１質量％以上０．８０質量％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる。
【０００８】
このように、本発明に係るアルミニウム合金は、成分の含有量が特定されていることから、ろう付後強度が向上する。特に、Ｃｕを所定量含有することでろう付後強度が向上し、さらにＡｇを所定量含有することで時効強化量が増加し、さらにろう付後強度が向上する。
【０００９】
また、本発明に係るアルミニウム合金は、Ｆｅ：０．５質量％以下、Ｚｒ：０．３質量％以下、Ｃｒ：０．３質量％以下、Ｔｉ：０．３質量％以下のうちの１種以上をさらに含有してもよい。
また、本発明に係るアルミニウム合金製クラッド材は、前記記載のアルミニウム合金を心材として用いたものである。
また、本発明に係るアルミニウム合金製クラッド材は、前記心材と、前記心材の一方の面に設けられたろう材と、前記心材の他方の面に設けられた犠牲材と、を備える。
【００１０】
このように、本発明に係るアルミニウム合金製クラッド材は、心材の成分の含有量が特定されていることから、ろう付後強度が向上する。特に、Ｃｕを所定量含有することでろう付後強度が向上し、さらにＡｇを所定量含有することで時効強化量が増加し、さらにろう付後強度が向上する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るアルミニウム合金およびアルミニウム合金製クラッド材は、ろう付後強度に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製クラッド材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、適宜図面を参照して、本発明に係るアルミニウム合金およびアルミニウム合金製クラッド材（以下、適宜、クラッド材という）を実施するための形態（実施形態）について説明する。
【００１４】
［アルミニウム合金］
本実施形態に係るアルミニウム合金は、アルミニウム合金製クラッド材の心材に用いられるものである。
アルミニウム合金は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｇを所定量含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる。
さらに、アルミニウム合金は、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉのうち１種類以上を所定量含有してもよい。
以下、各成分の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量は、アルミニウム合金全体についての含有量である。
【００１５】
（Ｓｉ：０．１質量％以上１．０質量％以下）
Ｓｉは、母材に固溶すること、および、ＭｎとともにＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成することでろう付後強度を向上させる。また、Ｓｉは、Ｍｇとともに、ろう付後強度を増加させる。Ｓｉの含有量が０．１質量％未満では、強度向上の効果が小さい。一方、Ｓｉの含有量が１．０質量％を超えると、固相線温度が低下し、ろう付時に溶融が生じる恐れがある。したがって、Ｓｉの含有量は、０．１質量％以上１．０質量％以下とする。
【００１６】
（Ｍｎ：０．５質量％以上２．０質量％以下）
Ｍｎは、ＳｉとともにＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成することでろう付後強度を向上させる。Ｍｎの含有量が０．５質量％未満では、強度向上の効果が小さい。一方、Ｍｎの含有量が２．０質量％を超えると、金属間化合物が粗大に析出し、圧延性が低下するため製造が困難となる。したがって、Ｍｎの含有量は、０．５質量％以上２．０質量％以下とする。
【００１７】
（Ｃｕ：０．７質量％以上３．０質量％以下）
Ｃｕは、ろう付後に母相に固溶し、ろう付後強度を向上させる。Ｃｕの含有量が０．７質量％未満では、強度向上の効果が小さい。一方、Ｃｕの含有量が３．０質量％を超えると、固相線温度が低下し、ろう付時に溶融する恐れがある。したがって、Ｃｕの含有量は、０．７質量％以上３．０質量％以下とする。
Ｃｕの含有量は、強度向上の観点から、好ましくは１．２質量％以上である。また、固相線温度低下を抑制する観点から、好ましくは２．７質量％以下である。
【００１８】
（Ｍｇ：０．０５質量％以上０．８質量％以下）
Ｍｇは、Ｓｉとの相互作用により、ろう付後強度を向上させる。また、Ｍｇは、Ａｇとの相互作用により時効強化量を向上させる。Ｍｇの含有量が０．０５質量％未満では、強度向上の効果が小さい。一方、Ｍｇの含有量が０．８質量％を超えると、ろう付に用いるフラックスと反応し、ろう付性を著しく低下させる。したがって、Ｍｇの含有量は、０．０５質量％以上０．８質量％以下とする。
Ｍｇの含有量は、強度向上の観点から、好ましくは０．１質量％以上である。
【００１９】
（Ａｇ：０．０１質量％以上０．８０質量％以下）
Ａｇは、Ｍｇとともにろう付後の時効強化量を向上させる。Ａｇの含有量が０．０１質量％未満では、時効強化量の向上効果が不十分である。一方、Ａｇの含有量が０．８０質量％を超えると、Ａｇ添加の効果が飽和する。したがって、Ａｇの含有量は、０．０１質量％以上０．８０質量％以下とする。
Ａｇの含有量は、時効強化量の向上の観点から、好ましくは０．０５質量％以上である。また、コストの観点から、好ましくは０．３０質量％以下である。
【００２０】
（Ｆｅ：０．５質量％以下）
Ｆｅは、一般的に知られているように、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系およびＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物を形成させ、分散強化によりろう付後強度を向上させる。ただし、Ｆｅの含有量が０．５質量％を超えると、粗大な金属間化合物が形成されることによって、製造性（圧延性）を低下させる。したがって、Ｆｅを含有させる場合、Ｆｅの含有量は、０．５質量％以下とする。
なお、Ｆｅを含有させることによって得られる効果（ろう付後強度の向上）をより確実なものとするため、Ｆｅの含有量は、０．０２質量％以上が好ましい。また、粗大な金属間化合物の形成をより抑制する観点から、Ｆｅの含有量は、０．４質量％以下が好ましい。
【００２１】
（Ｚｒ：０．３質量％以下）
Ｚｒは、一般的に知られているように、ＡｌとＡｌ３Ｚｒ金属間化合物を形成して、分散強化することで、ろう付後強度を向上させる。ただし、Ｚｒの含有量が０．３質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ３Ｚｒ金属間化合物を形成し、圧延時に割れが発生し易くなる。したがって、Ｚｒを含有させる場合、Ｚｒの含有量は、０．３質量％以下とする。
なお、Ｚｒを含有させることによって得られる効果（ろう付後強度の向上）をより確実なものとするため、Ｚｒの含有量は、０．０３質量％以上が好ましい。また、粗大なＡｌ３Ｚｒ金属間化合物の形成をより抑制する観点から、Ｚｒの含有量は、０．２５質量％以下が好ましい。
【００２２】
（Ｃｒ：０．３質量％以下）
Ｃｒは、一般的に知られているように、ＡｌとＡｌ３Ｃｒ金属間化合物を形成して、ろう付後強度を向上させる。ただし、心材のＣｒの含有量が０．３質量％を超えると、鋳造中に粗大な金属間化合物を形成し、圧延時に割れが発生し易くなる。したがって、Ｃｒを含有させる場合、Ｃｒの含有量は、０．３質量％以下とする。
なお、Ｃｒを含有させることによって得られる効果（ろう付後強度の向上）をより確実なものとするため、Ｃｒの含有量は、０．０５質量％以上が好ましい。また、粗大な金属間化合物の形成をより抑制する観点から、Ｃｒの含有量は、０．２５質量％以下が好ましい。
【００２３】
（Ｔｉ：０．３質量％以下）
Ｔｉは、一般的に知られているように、アルミニウム合金中に層状に分布することによって、板厚方向への腐食の進行速度を低減させることができるため、耐食性を向上させる。ただし、Ｔｉの含有量が０．３質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ３Ｔｉ金属間化合物を形成し易くなり、加工性が低下するため、圧延時に割れが発生し易くなる。したがって、Ｔｉを含有させる場合、Ｔｉの含有量は、０．３質量％以下とする。
なお、Ｔｉを含有させることによって得られる効果（耐食性の向上）をより確実なものとするため、Ｔｉの含有量は、０．０７質量％以上が好ましい。また、粗大なＡｌ３Ｔｉ金属間化合物の形成をより抑制する観点から、Ｔｉの含有量は、０．２５質量％以下が好ましい。
【００２４】
前記したＦｅ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉは、前記した上限値を超えなければ、アルミニウム合金に１種以上、つまり１種が含まれる場合だけでなく、２種以上が含まれていても、当然に本発明の効果を妨げない。
【００２５】
（残部：Ａｌおよび不可避的不純物）
アルミニウム合金の残部はＡｌおよび不可避的不純物である。そして、アルミニウム合金の不可避的不純物として、例えば、Ｖ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓｒ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等が本発明の効果を妨げない範囲で含有されていてもよい。詳細には、Ｖ：０．０５質量％以下、Ｎｉ：０．０５質量％以下、Ｃａ：０．０５質量％以下、Ｎａ：０．０５質量％以下、Ｓｒ：０．０５質量％以下、Ｌｉ：０．０５質量％以下、Ｍｏ：０．０５質量％以下、Ｚｎ：０．０５質量％以下、Ｓｎ：０．０５質量％以下、Ｉｎ：０．０５質量％以下の範囲で含有されていてもよい。
そして、Ｖ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓｒ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎについては、前記した所定の含有量を超えなければ、不可避的不純物として含有される場合だけではなく、積極的に添加される場合であっても、本発明の効果を妨げない。
また、前記したＦｅ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉについては、積極的に添加してもよいが、不可避的不純物として含まれていてもよい。
【００２６】
［クラッド材］
本実施形態に係るクラッド材は、前記記載のアルミニウム合金を心材として用いたものである。そして、本実施形態に係るクラッド材は、例えば、図１に示すように、心材２と、心材２の一方の面に設けられたろう材３と、心材２の他方の面に設けられた犠牲材４と、を備える。
以下、クラッド材１のろう材３および犠牲材４について説明する。
【００２７】
［ろう材］
本実施形態に係るクラッド材のろう材は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなる。Ａｌ−Ｓｉ系合金としては、例えば、一般的なＪＩＳ合金、例えば４３４３、４０４５等が挙げられる。Ａｌ−Ｓｉ系合金としては、例えば、Ｓｉを５質量％以上１５質量％以下程度含有したものを用いることができる。ただし、Ｓｉ含有量はこの範囲に限られるものではない。また、ろう材としては、ろう材としての機能を発揮できる公知の成分組成のものであればよく、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金等であってもよい。また、その他の元素を含むものであってもよい。
【００２８】
［犠牲材］
本実施形態に係るクラッド材の犠牲材は、例えば、Ａｌ−Ｚｎ系合金からなる。Ａｌ−Ｚｎ系合金としては、例えば、ＪＩＳ  ７０００系のＡｌ−Ｚｎ系合金が挙げられる。Ａｌ−Ｚｎ系合金としは、例えば、ＪＩＳ  ７０７２合金等のＺｎを１質量％以上１５質量％以下程度含有したものを用いることができる。ただし、Ｚｎ含有量はこの範囲に限られるものではない。また、犠牲材としては、犠牲防食能を発揮できる公知の成分組成のものであればよく、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金、ＪＩＳ  １０００系の純アルミニウム等であってもよい。また、その他の元素を含むものであってもよい。
【００２９】
［クラッド材のその他の構成］
本実施形態に係るクラッド材について、図１に示す３層構造の構成を例示して説明したが、その他の構成を除外するものではない。
例えば、本実施形態に係るクラッド材の構成は、使用者の要求に応じて、心材２と犠牲材４との間に中間材を設けてもよい。また、犠牲材４の外側にろう材をさらに設けてもよい。また、心材２とろう材３との間に犠牲材や中間材を設けてもよい。なお、中間材としては、要求特性によって、種々なアルミニウム合金を用いることができる。
なお、本明細書に示す合金番号は、ＪＩＳ  Ｈ  ４０００：２０１４、ＪＩＳ  Ｚ  ３２６３：２００２に基づくものである。
【００３０】
［用途］
本実施形態に係るアルミニウム合金は、クラッド材の心材として用いることができる。本実施形態に係るクラッド材としては、例えば、アルミニウム合金ブレージングシートが挙げられる。アルミニウム合金ブレージングシートは、例えば、自動車熱交換器の部材、例えば、ラジエータのチューブ材等に用いることができる。
【００３１】
［アルミニウム合金の製造方法］
本実施形態に係るアルミニウム合金の製造方法は特に限定されず、公知の製造方法で製造される。製造方法の一例を以下に示す。
まず、所定の成分組成のアルミニウム合金を溶解、鋳造後に面削加工し、均質化処理を施した後、熱間圧延および冷間圧延で所定の板厚まで圧延して製造する。なお、冷間圧延の途中および終了後には必要に応じて焼鈍を施す。最終焼鈍を実施する場合、中間焼鈍を省略することが可能である。また、調質はＨ１ｎ、Ｈ２ｎ、Ｈ３ｎ、Ｏのいずれでもよい。
【００３２】
［クラッド材の製造方法］
本実施形態に係るクラッド材の製造方法は特に限定されず、公知の製造方法で製造される。製造方法の一例を以下に示す。
ろう材および犠牲材として用いるアルミニウム合金は、所定の成分組成を溶解、鋳造後に必要に応じて面削加工し、所定の板厚まで圧延もしくは機械的にスライスして製造する。次に、心材の片面にろう材、他方の面に犠牲材を重ね合せ、この重ね合せたものに熱処理（合わせ加熱）を施し、熱間圧延により圧着する。その後、冷間圧延で所定の板厚まで圧延してクラッド材を製造する。なお、冷間圧延の途中および終了後には必要に応じて焼鈍を施す。最終焼鈍を実施する場合、中間焼鈍を省略することが可能である。また、調質はＨ１ｎ、Ｈ２ｎ、Ｈ３ｎ、Ｏのいずれでもよい。
【実施例】
【００３３】
次に、本実施形態に係るアルミニウム合金について、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを比較して具体的に説明する。
【００３４】
＜供試材作製＞
常法により、表１に示す成分組成のアルミニウム合金を鋳造し、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、最終冷間圧延を行い、板厚０．３０ｍｍのアルミニウム板材を作製した。
そして、アルミニウム板材を必要に応じた大きさに切断して、大気中で５９０℃以上の温度範囲（最大５９５℃）で４分間保持するろう付相当熱処理を行った後、室温で保持したものを供試材とした。
【００３５】
＜ろう付後強度の評価＞
下記方法で引張試験をそれぞれ実施し、ろう付相当熱処理から１４日後の引張強さが１８０ＭＰａ以上、かつ、Ａｇ以外は同じ組成であるＡｇ無添加材（Ｎｏ．８、９）よりも１４日後の時効強化量（ろう付相当熱処理直後から１４日後の引張強さの向上量）が増加したものをろう付後強度に優れる材料とした。
【００３６】
［引張試験条件］
供試材から、ＪＩＳ５号試験片を作製し、引張試験機を使用して引張強さを測定した。クロスヘッド速度は０．２％耐力に到達するまでは５ｍｍ／分で実施し、その後は１５ｍｍ／分で試験片が破断するまで実施した。
【００３７】
＜Ａｇ添加効果による評価＞
引張強さの絶対値のみで強度評価を行った場合、Ｃｕの高強度効果が大きく、添加したＡｇの効果が示しにくい（Ｃｕ下限Ａｇ上限材よりもＣｕ上限Ａｇ無添加材の方が強度の絶対値が大きくなるため）。そこで、引張強さの絶対値に加え、Ａｇ添加材とＡｇ無添加材との時効強化量の差により、Ａｇの高強度化効果を明確に示す。
【００３８】
これらの結果を表１に示す。なお、表１において、本発明の範囲を満たさないものにつては数値に下線を引いて示し、評価ができなかったものは「−」で示す。
また、ろう付相当熱処理直後の引張強さ、ろう付相当熱処理から１４日後の引張強さは、表１中、それぞれ、直後の引張強さ、１４日後の引張強さと記載する。
なお、Ｎｏ．８、９は、Ａｇを含有しないＡｇ無添加材であり、参考例とする。
【００３９】
【表１】
2019189909.tif 000002
【００４０】
表１に示すように、実施例であるＮｏ．１〜４は、本発明の構成を満たすため、ろう付後強度の評価で合格という結果となった。
また、Ｎｏ．１、２は、Ａｇを適量含有しているため、Ａｇ以外は同じ組成であるＡｇ無添加材（Ｎｏ．８）よりも時効強化量が増加し、１４日後の引張強さが高くなった。
また、Ｎｏ．３、４は、Ａｇを適量含有しているため、Ａｇ以外は同じ組成であるＡｇ無添加材（Ｎｏ．９）よりも時効強化量が増加し、１４日後の引張強さが高くなった。
【００４１】
一方、比較例であるＮｏ．５〜７は、本発明の構成を満たさないため、以下の結果となった。また、参考例であるＮｏ．８、９は以下の結果となった。
Ｎｏ．５は、Ｃｕの含有量が少ないため、１４日後の引張強さが低かった。なお、Ｎｏ．５は、Ｃｕの含有量が少ないため、Ａｇ無添加材との時効強化量の比較はできなかった。
Ｎｏ．６は、Ａｇの含有量を増加しても１４日後の引張強さと時効強化量が飽和したため、比較例とした。
Ｎｏ．７は、Ｃｕの含有量が多いため、ろう付相当熱処理時に溶融した。
【００４２】
Ｎｏ．８は、Ａｇを含有しないため、Ａｇを含有し、その他は同じ組成であるＮｏ．１、２と比べて、１４日後の引張強さが低く、かつ、時効強化量が少なかった。
Ｎｏ．９は、Ａｇを含有しないため、Ａｇを含有し、その他は同じ組成であるＮｏ．３、４と比べて、１４日後の引張強さが低く、かつ、時効強化量が少なかった。
【００４３】
以上の結果より、本発明に係るアルミニウム合金は、Ａｇ無添加材と比較して、時効強化量が増加し、ろう付相当熱処理から１４日後の引張強さが高くなり、ろう付後強度に優れることが確認できた。また、Ａｇの添加量を必要以上に多くする必要がなく、経済性に優れていることが確認できた。さらに、クラッド材の強度等の特性は通常、心材に大きく依存することため、本発明に係るアルミニウム合金を心材に用いたクラッド材も、ろう付後強度に優れるとともに経済性に優れることは明らかである。
【符号の説明】
【００４４】
１    クラッド材（アルミニウム合金製クラッド材）
２    心材
３    ろう材
４    犠牲材
【図１】
2019189909.tif 000003