(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｍｎ：０．５０〜１．３０％、Ｍｇ：０．３０〜０．６０％、Ｚｎ：４．５〜６．５％、Ｆｅ：０．１０〜０．３０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、ろう付前のビッカース硬さが７０〜１１０であり、６００℃のろう付熱処理後に室温で１００時間経過後のビッカース硬さが７０以上であることを特徴とするろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材。
【請求項２】
さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％のうち、１種または２種を含有することを特徴とする請求項１記載のろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材。
【請求項３】
ろう付前に円相当径で０．００１〜０．０５μｍのＭｇＺｎ２第二相粒子が１×１０２〜１×１０５個／ｍｍ２存在することを特徴とする請求項１または２に記載のろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材。
【請求項４】
ろう付後に室温で１００時間経過後に円相当径で０．０１〜０．１０μｍのＭｇＺｎ２第二相粒子が１．０×１０１〜１．０×１０３個／ｍｍ２存在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材からなることを特徴とするネジ強度に優れるコネクタ材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ろう付けに供されてろう付け後に高い強度を有するろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材およびネジ強度に優れるコネクタ材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラジエータやコンデンサ、オイルクーラなどの自動車用熱交器には、アルミニウム製のコネクタ（ボスと呼ばれることもある）が、外部にフラックスなどを用いたろう付により接合されており、このコネクタは熱交換器と配管との接合役（アダプタ）となる。
コネクタは配管と熱交換器をつなぐ重要な部品であり、接合ユニットの信頼性から高い材料強度が必要となる。そのため、その部材には、従来からＪＩＳ  Ａ  ３００４系のＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ合金やＪＩＳ  Ａ  ７０００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｚｎ合金などが用いられることが多い。さらに、コネクタは、自身にネジ加工を施すことで配管とネジ止めにより接合されるため、ネジ加工のための素材としての切削性とろう付後の配管接合時におけるネジ強度の２点が特に要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４９３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここでネジ強度とは配管とネジ止めした際にネジが破壊するトルク強度を指す。一般的に素材の切削性向上には適度の硬さが必要であり、柔らかすぎても硬すぎても切削性は低下する。一方でろう付後のネジ強度は硬さが高いほど有利となる。一定値以下の硬さではネジ締め付け時にネジ上がりが発生してしまう。これまでの３００４系や７０００系合金のボス材では、上記両特性を満足することが難しく、素材のネジ切削性を向上させるとろう付後のネジ強度が低下し、ろう付後のネジ強度を向上させると、素材のネジ切削性が低下する問題がある。
また一般的な７０００系合金等ではろう付後のネジ強度は高いものの、強度向上効果の高いＭｇを多量に含むことで、酸化皮膜除去のためのフラックス（ＫＡｌＦ３等）と材料中のＭｇが反応して化合物を形成することで、コネクタのろう付性が大幅に低下して、熱交換器本体とコネクタ材のろう付接合が脆弱となる問題がある。またこれらＭｇの多量添加は、ろう付前の素材硬さも大幅に向上させるため、ネジ加工のための切削性が大幅に低下してしまう問題がある。
また、特許文献１の材料では、強度向上に寄与するＭｎや時効硬化に寄与するＭｇの添加量が十分ではなく、ろう付後に所望の強度を得るまでに時間を要する問題がある。コネクタ材はろう付接合後に速やかに配管とネジ止めされる場合が多く短時間での強度向上が必要となる。
【０００５】
本願発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ろう付け性に優れ、高強度で加工性に優れたろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材および該合金材を用いたネジ強度に優れるコネクタ材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】
【０００６】
すなわち、本発明のろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材のうち、第１の本発明は、質量％で、Ｍｎ：０．５０〜１．３０％、Ｍｇ：０．３０〜０．６０％、Ｚｎ：４．５〜６．５％、Ｆｅ：０．１０〜０．３０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、ろう付前のビッカース硬さが７０〜１１０であり、６００℃のろう付熱処理後に室温で１００時間経過後のビッカース硬さが７０以上であることを特徴とする。
【０００７】
第２の本発明のろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材は、前記第１の本発明において、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％のうち、１種または２種を含有することを特徴とする。
【０００８】
第３の本発明のろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材は、前記第１または第２の本発明において、ろう付前に円相当径で０．００１〜０．０５μｍのＭｇＺｎ２第二相粒子が１．０×１０２〜１．０×１０５個／ｍｍ２存在することを特徴とする。
【０００９】
第４の本発明のろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材は、前記第１〜第３の本発明において、ろう付後に室温で１００時間経過後に円相当径で０．０１〜０．１０μｍのＭｇＺｎ２第二相粒子が１．０×１０１〜１．０×１０３個／ｍｍ２存在することを特徴とする。
【００１０】
第４の本発明のネジ強度に優れるコネクタ材は、前記ろう付け用高強度アルミニウム合金材からなることを特徴とする。
【００１１】
以下に、本発明で規定する条件について説明する。なお、以下の説明では、成分はいずれも質量％で示されている。
【００１２】
Ｍｎ：０．５０〜１．３０％
Ｍｎは、固溶強化や金属間化合物の分散硬化によりネジ強度が向上する。ただし、Ｍｎの含有量が０．５０％未満では、十分な強度が得られない。一方、Ｍｎを過剰に含有すると、切削性を低下させる。このため、Ｍｎ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、下限を０．７０％、上限を１．１０％とするのが望ましい。
【００１３】
Ｍｇ：０．３０〜０．６０％
Ｍｇは、ＺｎとＭｇＺｎ２などの第二相粒子を形成することで時効硬化が得られネジ強度が向上する。ただし、Ｍｇの含有量が０．３０％未満では、十分な強度が得られない。一方、Ｍｇを過剰に含有すると、ろう付け性を低下させる。このため、Ｍｇ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、下限を０．３５％、上限を０．４５％とするのが望ましい。
【００１４】
Ｚｎ：４．５〜６．５％
Ｚｎは、ＭｇとＭｇＺｎ２などの第二相粒子を形成することで時効硬化が得られネジ強度が向上する。ただし、Ｚｎの含有量が４．５％未満では、十分な強度が得られない。一方、Ｚｎを過剰に含有すると、耐食性が低下し、融点が低下してろう付け性が低下する。このため、Ｚｎ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、下限を５．０％、上限を６．０％とするのが望ましい。
【００１５】
Ｆｅ：０．１０〜０．３０％
Ｆｅは、固溶硬化や金属間化合物の分散硬化によりネジ強度が向上する。ただし、Ｆｅの含有量が０．１０％未満では、十分な強度が得られない。一方、Ｆｅを過剰に含有すると、切削性、耐食性が低下する。このため、Ｆｅ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、下限を０．１５％、上限を０．２５％とするのが望ましい。
【００１６】
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％
Ｔｉは、固溶強化や金属間化合物の分散硬化によりネジ強度が向上する。ただし、Ｔｉの含有量が０．０１％未満では、十分な強度が得られない。一方、Ｔｉを過剰に含有すると、鋳造性、圧延性などが低下し、製造性が悪化する。このため、Ｔｉ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、下限を０．０５％、上限を０．１５％とするのが望ましい。なお、Ｔｉを０．００５％未満で不可避不純物として含有するものであってもよい。
【００１７】
Ｂｉ：０．０１〜０．２０％
Ｂｉは、ろう付け性向上のために添加される。ただし、Ｂｉの含有量が０．０１％未満であると、所望の効果が得られない。一方、Ｂｉを過剰に含有すると鋳造性、圧延性などが低下し、製造性が悪化する。このため、Ｂｉ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、下限を０．０５％、上限を０．１５％とするのが望ましい。なお、Ｂｉを０．００５％未満で不可避不純物として含有するものであってもよい。
【００１８】
ろう付前に、円相当径が０．００１〜０．０５μｍのＭｇＺｎ２の第二相粒子が１．０×１０２〜１．０×１０５個／ｍｍ２ 
ＭｇＺｎ２第二相粒子の分散状態によって材料強度は変わり、ろう付前の切削性に影響を及ぼす。すなわち範囲の下限未満では強度が切削性に劣り、上限を超えると強度向上が大きすぎて、所望の切削性が得られない。
【００１９】
ろう付後に室温で１００時間経過後に、円相当径で０．０１〜０．１０μｍのＭｇＺｎ２第二相粒子が１．０×１０１〜１．０×１０３個／ｍｍ２ 
ＭｇＺｎ２第二相粒子の分散状態によって材料強度は変わり、ろう付後のネジ強度特性に影響を及ぼす。すなわち範囲の下限未満では、強度が不十分でネジ強度に劣り、上限を超えると粒子サイズ、分散状態が適切ではなく、やはり材料強度は低下して所望のネジ強度が得られない。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、加工性、ろう付け性に優れ、ろう付け後に高い強度が得られ、コネクタ材として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態におけるコネクタ周辺を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本発明のアルミニウム合金は、質量％で、Ｍｎ：０．５０〜１．３０％、Ｍｇ：０．３０〜０．６０％、Ｚｎ：４．５〜６．５％、Ｆｅ：０．１０〜０．３０％を含有し、さらに所望によりＴｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％のうち、１種または２種を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成に溶製される。本発明においてアルミニウム合金の溶製方法は、特に限定されるものではなく、常法を用いることができる。
【００２３】
本発明のアルミニウム合金の製造方法は、特に限定されるものではないが押出材は、所定形状の金型を用いることで特別な成形加工なくコネクタ材が得られるため、通常は押出材が利用される。
押出条件は通常４００〜６００℃で均質化処理を実施したビレットを４００〜６００℃にて所定の形状に押し出すが、押出条件は限定されない。
【００２４】
本発明のアルミニウム合金は、図１に示すようにコネクタ材１として使用することができ、その際に、切削などの加工処理を施す。この実施形態では、コネクタ材１には、ねじ穴２と配管通路３が形成されている。
本発明のアルミニウム合金は、ろう付けに供されるが、ろう付け前に、ビッカース硬さが７０〜１１０を有している。この硬度においては、切削などの加工を良好に行うことができる。
【００２５】
ろう付条件は通常、窒素ガスなどの不活性雰囲気中で酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とし、５８０〜６２０℃で１〜５分程度保持の熱処理が実施されるが特別に限定されるものではない。またフラックス塗布量も通常は、２〜１０ｇ／ｍ２だが特別限定されない。      
【００２６】
コネクタ材１は、熱交換器本体１０にろう付けされた後、配管部材２０のフランジ２１を通して前記ねじ穴にネジ２２がねじ込まれて熱交換器本体１０と配管部材２０とが接合される。
ろう付け後には、良好な強度を有することができる。６００℃のろう付熱処理（ろう付時間の影響は小さく、差異は無視できる）を想定すると、室温で１００時間経過後のビッカース硬さが７０以上を有している。
ビッカース硬さが、７０以上であることにより、高いネジ強度を有している。ネジ強度が低いとネジ締め付け時にネジ上がりが発生して接合不良を生じるため接合部の健全性（洩れ無きこと等）でＮＧとなってしまう。コネクタ材１は、車両などに搭載されて振動などを受けるため、十分なネジ止めが必要である。Ｍ６ピッチのネジにて締め付けトルクは１５Ｎ・ｍ以上有するのが望ましく、上記ビッカース硬さにより締め付けトルクに対する十分な強度を示す。
【００２７】
時効処理における温度と時間の影響
熱間加工（好適には押出）後の時効処理は、温度と時間を適正化することでＭｇＺｎ２の析出を制御する必要がある。一般的に温度が低い場合は長時間、温度が高い場合は短時間で析出が進む。
特に時効温度の影響は大きく、温度が１００℃以下の低温の場合、析出が不十分となり、ろう付前に円相当径で０．００１〜０．０５μｍのＭｇＺｎ２第二相粒子が１．０×１０２個／ｍｍ２以上などを満足できない。
一方で、温度が２２０℃以上の高温の場合、析出が促進且つ析出物が粗大化するため、ろう付前に円相当径で０．００１〜０．０５μｍのＭｇＺｎ２第二相粒子が１．０×１０５個／ｍｍ２以下などを満足できない。
温度条件を適正化する事でろう付前に、円相当径が０．００１〜０．０５μｍのＭｇＺｎ２の第二相粒子が１．０×１０２〜１．０×１０５個／ｍｍ２とする事で６００℃のろう付熱処理後に室温で１００時間経過後のビッカース硬さが７０以上を満足する。
【実施例１】
【００２８】
（製法）
表１に示す組成（残部Ａｌ＋不可避不純物）を有するアルミニウム合金を、ＤＣ法（半連続鋳造法）により溶解、鋳造して８インチ径のビレットを作製した。なお、ビレットの冷却速度は、０．５〜３．５℃／秒であった。さらに、得られたビレットに対し、５００℃で４時間の均質化処理を実施し、その後、５００℃にて押出を行い、５０ｍｍ径の丸棒を作製した。
さらに得られた丸棒に、表１に示す各時効処理を実施して供試材とした。
【００２９】
（ろう付処理）
室温から６００℃まで平均昇温速度３０℃／分で昇温し、６００℃で３分保持後、１００℃／分の降温速度で降温冷却する熱処理の条件でろう付相当加熱を行った。加熱後の供試材について、以下の評価試験を行った。
【００３０】
（化合物の分布状態）
ろう付前後の第二相粒子（分散粒子）の個数密度（個／μｍ２）を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定した。測定方法は、ろう付前は素材に４００℃×１５秒のソルトバス焼鈍を行って変形ひずみを除去して化合物を観察しやすくした後、通常の方法で機械研磨、および電解研磨によって薄膜を作製し、透過型電子顕微鏡にて３００００倍でそれぞれ写真撮影した。各５視野について写真撮影し、画像解析によって分散粒子のサイズおよび個数密度を計測した。
【００３１】
（ビッカース硬さ）
ＪＩＳＺ２２４４に準拠し、ろう付前後のビッカース硬さを測定した。
【００３２】
（腐食試験）
ろう付後に室温で１００時間経過後、塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を４週（２８日）実施した。試験後の腐食減量が５０ｍｇ／ｄｍ２未満を◎、５０以上〜１００ｍｇ／ｍｍ２未満を○、１００ｇ／ｍｍ２以上を×と評価した。
【００３３】
【表１】
0006470062.tif 000002
【符号の説明】
【００３４】
１    コネクタ材
２    ネジ穴
１０    熱交換器本体
２０    配管部材
２２    ネジ
【図１】
0006470062.tif 000003