(57)【要約】  ろう付けシートを形成するための装置、材料および方法は、低融点アルミニウム合金の複合ろう付けライナー層および４０００シリーズのろう付けライナーを有する。複合ろう付けライナーの低融点層は、低温ろう付けを容易にし、コアから複合ろう付けライナーへのマグネシウムの拡散を減少させる。マグネシウム拡散の減少はまた、Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスによる除去に耐性のあるろう付け接合界面での関連する酸化マグネシウムの形成を低下させ、それにより低温制御雰囲気ろう付け（ＣＡＢ）およびＮｏｃｏｌｏｋフラックスの使用により良好なろう付け接合の形成を促進する。本装置はまた、高強度および良好な腐食特性を有するろう付けシート材料の製造を可能にする。
2021518813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート材料であって、
２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸ、または６ＸＸＸアルミニウム合金のコアと、
複合ろう付けライナーであって、
低融点アルミニウム合金の層と、
４ＸＸＸアルミニウム合金の層と、を含む、複合ろう付けライナーと、を含み、前記低融点アルミニウム合金が、４ＸＸＸアルミニウム合金より低い融点を有する、シート材料。
【請求項２】
前記４ＸＸＸアルミニウム合金が、前記コア上に配置され、前記低融点アルミニウム合金が、前記コアの遠位にある前記４ＸＸＸアルミニウム合金上に配置されている、請求項１に記載のシート材料。
【請求項３】
前記低融点アルミニウム合金が、前記コア上に配置され、前記４ＸＸＸアルミニウム合金が、前記コアの遠位にある前記低融点アルミニウム合金上に配置されている、請求項１に記載のシート材料。
【請求項４】
前記４ＸＸＸアルミニウム合金が、４ＸＸＸアルミニウム合金の第１の層と、４ＸＸＸアルミニウム合金の第２の層と、を含み、４ＸＸＸアルミニウム合金の前記第１の層が、前記コア上に配置され、前記低融点アルミニウム合金が、前記コアの遠位にある４ＸＸＸアルミニウム合金の前記第１の層に配置され、４ＸＸＸアルミニウム合金の前記第２の層が、４ＸＸＸアルミニウム合金の前記第１の層より遠位にある前記低融点アルミニウム合金上に配置されている、請求項１に記載のシート材料。
【請求項５】
前記複合ろう付けライナーの遠位側の前記コア上に配置されたアルミニウム合金の少なくとも１つの遠位層をさらに含む、請求項１に記載のシート材料。
【請求項６】
前記少なくとも１つの遠位層が、４ＸＸＸアルミニウム合金の層である、請求項５に記載のシート材料。
【請求項７】
前記少なくとも１つの遠位層が、第２の複合ろう付けライナーである、請求項５に記載のシート材料。
【請求項８】
前記少なくとも１つの遠位層が、水側ライナーである、請求項５に記載のシート材料。
【請求項９】
前記水側ライナーが、１．０〜１５重量％の範囲の亜鉛を有する７ＸＸＸアルミニウム合金である、請求項８に記載のシート材料。
【請求項１０】
前記低融点アルミニウム合金が、５１０℃〜５６０℃の範囲の融点を有する、請求項１に記載のシート材料。
【請求項１１】
前記低融点アルミニウム合金が、４．０〜１２．０重量％のＳｉ、０．１〜１．０重量％のＦｅ、１．０〜５．０重量％のＣｕおよび５．０〜２０．０重量％のＺｎを含む、請求項１に記載のシート材料。
【請求項１２】
前記複合ろう付けライナーが、４．０〜１２．０重量％のＳｉ、０．１〜１．０重量％のＦｅ、≦２．０重量％のＣｕ、１．０〜６．０重量％のＺｎを含み、前記複合ろう付けライナーが、５１５℃〜５７５℃の固相線と、５６５℃〜５９５℃の液相線と、を有する、請求項１に記載のシート材料。
【請求項１３】
前記コアが、Ｓｉ、Ｃｕ、ＭｎおよびＭｇから選択される少なくとも１つの強化元素を含む、請求項１に記載のシート材料。
【請求項１４】
前記複合材ろう付けライナーと前記コアのクラッド比率が、４〜１８％の範囲であり、複合ろう付けライナーの前記低融点アルミニウム合金の厚さと前記４ＸＸＸアルミニウム合金の厚さとの比率が、５〜５０％の範囲である、請求項１に記載のシート材料。
【請求項１５】
前記ＬＰＭライナーおよび４０００ライナーが、別々に圧延結合されて調製され、次いで前記コアと圧延結合されるか、または前記ＬＰＭライナー、４０００ライナー、コアおよび／または水側ライナーが、同じプロセスで圧延結合される、請求項１に記載のシート材料。
【請求項１６】
前記低融点アルミニウム合金が、５１０〜５６０℃の範囲で溶融が開始する温度と、５６５〜５８５℃の範囲で溶融が完了する温度と、を有する、請求項１に記載のシート材料。
【請求項１７】
ろう付け後の状態での前記低融点アルミニウム合金の残留物が、前記コアを保護するアノード型耐食層を形成し、前記耐食層が、前記表面と前記コア間に１５〜１５０ｍＶの範囲の腐食電位差を有する、請求項１に記載のシート材料。
【請求項１８】
前記シート材料が、第１の部分内に形成され、アルミニウム合金で形成された第２のシート材料をさらに含み、前記第１の部分が、前記第２の部分にろう付けされて熱交換器を形成する、請求項１に記載のシート材料。
【請求項１９】
シート材料であって、
２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸ、または６ＸＸＸアルミニウム合金のコアと、
複合ろう付けライナーであって、
低融点アルミニウム合金の層と、
４ＸＸＸアルミニウム合金の層と、を含む、複合ろう付けライナーと、を含み、前記低融点アルミニウム合金が、前記４ＸＸＸアルミニウム合金よりも低い融点を有し、前記コアが、０．１０〜１．２重量％のＳｉ、０．１５〜０．５重量％のＦｅ、０．４０〜３．５重量％のＣｕ、０．１０〜１．８重量％のＭｎ、０．２０〜１．８５重量％のＭｇ、≦０．０１重量％のＣｒ、≦０．２０重量％のＺｎおよび≦０．２０重量％のＴｉを含み、前記コアが、＞５９０℃の固相線と、＞６５０℃の液相線と、を有する、シート材料。
【請求項２０】
ろう付けのための方法であって、
２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸまたは６ＸＸＸのアルミニウム合金のコアと、低融点アルミニウム合金の層および４ＸＸＸアルミニウム合金の層を有する複合ろう付けライナーと、を有するシート材料から形成された部分を提供するステップと、
アルミニウム合金から形成された第２の部分を提供するステップと、
Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスを前記第１の部分と前記第２の部分のうちの少なくとも一方に適用して、その表面から酸化物を除去するステップと、
前記第１の部分を前記第２の部分に接触させるステップと、
制御された雰囲気内で前記第１の部分および前記第２の部分を加熱するステップと、
前記４ＸＸＸアルミニウム合金が溶融する前に、前記低融点アルミニウム合金を溶融するステップと、
前記４ＸＸＸアルミニウム合金を溶融し、前記低融点アルミニウム合金と前記４ＸＸＸアルミニウム合金との混合溶融合金を形成するステップと、
前記混合溶融合金から前記第１の部分と前記第２の部分との間にろう付け接合を形成するステップと、
前記混合溶融合金を冷却させるステップと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器を作製するための装置および方法に関し、より具体的には、熱交換器構成要素に形成され、ろう付けによってアセンブリに一体化されるアルミニウム合金ろう付けシートから熱交換器を作製するために使用される材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器を作製するための様々な装置、材料および方法が知られている。ラジエータ、コンデンサ、ヒーターコアなどのアルミニウム熱交換器は、主に制御雰囲気ろう付け（ＣＡＢ）および真空ろう付けなどのろう付け技術を使用して組み立てられる。ろう付けプロセスでは、複合ろう付けシートのろう付けライナー層は、例えば炉内などの高温に曝されることによって溶融し、溶加金属として機能して、チューブとヘッダー、チューブとフィンなどなどの熱交換器構成要素間にろう付け接合部を形成する。
【０００３】
低温ろう付けは、溶融温度が低いろう付け合金ライナーの単層を使用して提案されているが、これは、作業性、腐食性能、接合強度、硬度、脆性、および圧延結合の困難性に悪影響を及ぼす。既知の方法、材料および装置にもかかわらず、熱交換器を作製するための代替の方法、装置および材料は依然として望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
開示された主題は、低融点アルミニウム合金の層と４ＸＸＸアルミニウム合金の層を有する、２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸまたは６ＸＸＸアルミニウム合金のコアと、複合ろう付けライナーと、を有するシート材料に関する。
【０００５】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金は、４ＸＸＸアルミニウム合金より低い融点を有する。
【０００６】
別の実施形態では、４ＸＸＸアルミニウム合金は、コア上に配置され、低融点アルミニウム合金は、コアの遠位にある４ＸＸＸアルミニウム合金上に配置されている。
【０００７】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金は、コア上に配置され、４ＸＸＸアルミニウム合金は、コアの遠位にある低融点アルミニウム合金上に配置されている。
【０００８】
別の実施形態では、４ＸＸＸアルミニウム合金は、４ＸＸＸアルミニウム合金の第１の層と４ＸＸＸアルミニウム合金の第２の層と、を含み、４ＸＸＸアルミニウム合金の第１の層は、コア上に配置され、低融点アルミニウム合金は、コアの遠位にある４ＸＸＸアルミニウム合金の第１の層上に配置され、４ＸＸＸアルミニウム合金の第２の層は、４ＸＸＸアルミニウム合金の第１の層より遠位にある低融点アルミニウム合金上に配置されている。
【０００９】
別の実施形態では、複合ろう付けライナーの遠位側のコア上に配置されたアルミニウム合金の少なくとも１つの遠位層をさらに含む。
【００１０】
別の実施形態では、少なくとも１つの遠位層は、４ＸＸＸアルミニウム合金の層である。
【００１１】
別の実施形態では、少なくとも１つの遠位層は、第２の複合ろう付けライナーである。
【００１２】
別の実施形態では、少なくとも１つの遠位層は、水側ライナーである。
【００１３】
別の実施形態では、水側ライナーは、１．０〜１５重量％の範囲の亜鉛を有する７ＸＸＸアルミニウム合金である。
【００１４】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金は、５１０℃〜５６０℃の範囲の融点を有する。
【００１５】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金は、４．０〜１２．０重量％のＳｉ、０．１〜１．０重量％のＦｅ、１．０〜５．０重量％のＣｕおよび５．０〜２０．０重量％のＺｎを含む。
【００１６】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金は、５１０℃〜５６０℃の範囲の固相線と、５６５℃〜５８５℃の範囲の液相線と、を有する。
【００１７】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金内のＳｉの量は、４〜９重量％の範囲である。
【００１８】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金内のＺｎの量は、６〜１８重量％の範囲である。
【００１９】
別の実施形態では、複合ろう付けライナーは、４．０〜１２．０重量％のＳｉ、０．１〜１．０重量％のＦｅ、≦２．０重量％のＣｕ、１．０〜６．０重量％のＺｎを含み、複合ろう付けライナーは、５１５℃〜５７５℃の固相線と、５６５℃〜５９５℃の液相線と、を有する。
【００２０】
別の実施形態では、複合ろう付けライナーは、１０．０〜１０．５重量％のＳｉ、０．１５〜２．０重量％のＦｅ、≦０．７重量％のＣｕ、≦４．０〜６．０重量％のＺｎを含み、複合ろう付けライナーは、５５０℃〜５７５℃の固相線と、５７５℃〜５９０℃の液相線と、を有する。
【００２１】
別の実施形態では、コアは、０．１０〜１．２重量％のＳｉ、０．１５〜０．５重量％のＦｅ、０．４０〜３．５重量％のＣｕ、０．１０〜１．８重量％のＭｎ、０．２０〜１．８５重量％のＭｇ、≦０．０１重量％のＣｒ、≦０．２０重量％のＺｎおよび≦０．２０重量％のＴｉを含み、コアは、＞５９０℃の固相線と、＞６５０℃の液相線と、を有する。
【００２２】
別の実施形態では、コアは、０．１０〜０．９０重量％のＳｉ、０．１５〜０．５重量％のＦｅ、０．４０〜２．６０重量％のＣｕ、０．１０〜１．５５重量％のＭｎ、０．２０〜１．０重量％のＭｇ、≦０．０１重量％のＣｒ、≦０．０．２０重量％のＺｎおよび≦０．２０重量％のＴｉを含み、コアは、＞５９０℃の固相線と、＞６５０℃の液相線と、を有する。
【００２３】
別の実施形態では、コアは、Ｓｉ、Ｃｕ、ＭｎおよびＭｇから選択される少なくとも１つの強化元素を含む。
【００２４】
別の実施形態では、ろう付け前にコア内に存在するＭｇは、０．２〜１．８５重量％の量であり、Ｃｕは、０．４〜３．５重量％の量であり、Ｍｎは、０．１〜１．８重量％の量であり、Ｓｉは、０．１〜１．２重量％の量である。
【００２５】
別の実施形態では、複合材ろう付けライナーとコアのクラッド比率は、４〜１８％の範囲である。
【００２６】
別の実施形態では、複合ろう付けライナーの低融点アルミニウム合金の厚さと４ＸＸＸアルミニウム合金の厚さとの比率は、５〜５０％の範囲である。
【００２７】
別の実施形態では、ＬＰＭライナーと４０００ライナーは、別々に圧延結合されて調製され、次いでコアと圧延結合されるか、またはＬＰＭライナー、４０００ライナー、コアおよび／または水側ライナーが、同じプロセスで圧延結合される。
【００２８】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金は、５１０〜５６０℃の範囲で溶融が開始する温度と、５６５〜５８５℃の範囲で溶融が完了する温度と、を有する。
【００２９】
別の実施形態では、ろう付け前の状態で低融点アルミニウム合金中に存在するＺｎは、それに隣接する４ＸＸＸアルミニウム合金中に、およびろう付け後の状態でコア中に分布する。
【００３０】
別の実施形態では、ろう付け後の状態での低融点アルミニウム合金の残留物は、コアのアノード型耐食層を形成する。
【００３１】
別の実施形態では、耐食層は、表面とコア間とに１５〜１５０ｍＶの範囲の腐食電位差を有する。
【００３２】
別の実施形態では、シート材料は、第１の部分内に形成され、アルミニウム合金で形成された第２のシート材料をさらに含み、第１の部分は、第２の部分にろう付けされてアセンブリを形成する。
【００３３】
別の実施形態では、アセンブリは、熱交換器である。
【００３４】
別の実施形態では、ろう付けのための方法は、
２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸ、または６ＸＸＸアルミニウム合金のコアと、低融点アルミニウム合金の層と４ＸＸＸアルミニウム合金の層と、を有する複合ろう付けライナーと、を有するシート材料から形成された部分を提供するステップと、アルミニウム合金から形成された第２の部分を提供するステップと、第１の部分を第２の部分と接触して載置させるステップと、第１の部分と第２の部分を加熱するステップと、４ＸＸＸアルミニウム合金を溶融する前に、低融点アルミニウム合金を溶融するステップと、４ＸＸＸアルミニウム合金を溶融し、低融点アルミニウム合金と４ＸＸＸアルミニウム合金との混合溶融合金を形成するステップと、混合された溶融合金から第１の部分と第２の部分の間にろう付け接合を形成するステップと、混合された溶融合金を冷却させるステップと、を含む。
【００３５】
別の実施形態では、加熱するステップは、制御された雰囲気内で行われ、Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスを第１の部分と第２の部分の少なくとも一方に適用して、その表面から酸化物を除去することをさらに含む。
【００３６】
別の実施形態では、最大温度は、５分未満維持される。
【００３７】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金は、５６０℃未満の温度で溶融を開始する。
【００３８】
別の実施形態では、コアは、０．２〜１．０重量％のＭｇ、０．４〜２．６重量％のＣｕおよび０．１〜１．０重量％のＳｉのうちの少なくとも１つを含む組成を有する。
【００３９】
別の実施形態では、拡散するステップは、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｎを４ＸＸＸアルミニウム合金に拡散させ、４ＸＸＸアルミニウム合金が溶融する温度を下げることを含む。
【００４０】
別の実施形態では、シート材料は、低融点アルミニウム合金の層と４ＸＸＸアルミニウム合金の層とを有する、２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸまたは６ＸＸＸアルミニウム合金のコアと、複合ろう付けライナーと、を含み、低融点アルミニウム合金は、４ＸＸＸアルミニウム合金より低い融点を有する。
【００４１】
別の実施形態では、４ＸＸＸアルミニウム合金は、コア上に配置され、低融点アルミニウム合金は、コアの遠位にある４ＸＸＸアルミニウム合金上に配置され、または低融点アルミニウム合金は、コア上に配置され、４ＸＸＸアルミニウム合金は、コアの遠位の低融点アルミニウム合金上に配置され、または４ＸＸＸアルミニウム合金は、４ＸＸＸアルミニウム合金の第１の層と４ＸＸＸアルミニウム合金の第２の層とを含み、４ＸＸＸアルミニウム合金の第１の層は、コア上に配置され、低融点アルミニウム合金は、コアの遠位にある４ＸＸＸアルミニウム合金の第１の層上に配置され、４ＸＸＸアルミニウム合金の第２の層は、４ＸＸＸアルミニウム合金の第１の層より遠位の低融点アルミニウム合金上に配置される。
【００４２】
別の実施形態では、前述の実施形態のいずれかに記載のシート材料は、複合材ろう付けライナーの遠位側のコア上に配置されたアルミニウム合金の少なくとも１つの遠位層をさらに含み、および／または少なくとも１つの遠位層は、４ＸＸＸアルミニウム合金の層であり、および／または少なくとも１つの遠位層は、第２の複合ろう付けライナーであり、および／または少なくとも１つの遠位層は、水側ライナーであり、および／または水側ライナーは、１．０〜１５重量％の範囲の亜鉛を含む７ＸＸＸアルミニウム合金である。
【００４３】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金は、５１０℃〜５６０℃の範囲の融点を有する、前述の実施形態のいずれかに記載のシート材料。
【００４４】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金は、４．０〜１２．０重量％のＳｉ、０．１〜１．０重量％のＦｅ、１．０〜５．０重量％のＣｕおよび５．０〜２０．０重量％のＺｎおよび／または低融点アルミニウム合金は、５１０℃〜５６０℃の範囲の固相線と、５６５℃〜５８５℃の液相線と、を有し、および／または低融点アルミニウム合金中のＳｉの量は、４〜９重量％の範囲であり、および／または低融点アルミニウム合金中のＺｎの量は、６〜１８重量％の範囲である、前述の実施形態のいずれかに記載のシート材料。
【００４５】
別の実施形態では、複合ろう付けライナーは、４．０〜１２．０重量％Ｓｉ、０．１〜１．０重量％Ｆｅ、≦２．０重量％Ｃｕ、１．０〜６．０重量％Ｚｎを含み、複合ろう付けライナーは、５１５℃〜５７５℃の固相線と、５６５℃〜５９５℃の液相線と、を有し、または複合ろう付けライナーは、１０．０〜１０．５重量％Ｓｉ、０．１５〜２．０重量％Ｆｅ、≦０．７重量％Ｃｕ、≦４．０〜６．０重量％Ｚｎを含み、複合ろう付けライナーは、５５０℃〜５７５℃の固相線および５７５℃〜５９０℃の液相線を有する、前述の実施形態のいずれかに記載のシート材料。
【００４６】
別の実施形態では、コアは、０．１０〜１．２重量％Ｓｉ、０．１５〜０．５重量％Ｆｅ、０．４０〜３．５重量％％Ｃｕ、０．１０〜１．８重量％Ｍｎ、０．２０〜１．８５重量％Ｍｇ、≦０．０１重量％Ｃｒ、≦０．２０重量％Ｚｎおよび≦０．２０重量％Ｔｉを含み、コアは、＞５９０℃の固相線と、＞６５０℃の液相線と、を有し、コアは、０．１０〜０．９０重量％Ｓｉ、０．１５〜０．５重量％Ｆｅ、０．４０〜２．６０重量％Ｃｕ、０．１０〜１．５５重量％Ｍｎ、０．２０〜１．０重量％Ｍｇ、≦０．０１重量％Ｃｒ、≦０．２０重量％Ｚｎおよび≦０．２０重量％％Ｔｉを含み、コアは、＞５９０℃の固相線と、＞６５０℃の液相線と、を有する、前述の実施形態のいずれかに記載のシート材料。
【００４７】
別の実施形態では、コアは、Ｓｉ、Ｃｕ、ＭｎおよびＭｇから選択される少なくとも１つの強化元素を含み、および／またはろう付け前にコア内に存在するＭｇ、は、０．２〜１．８５重量％の量であり、Ｃｕは、０．４〜３．５重量％の量であり、Ｍｎは、０．１〜１．８重量％の量であり、Ｓｉは、０．１〜１．２重量％の量である、前述の実施形態のいずれかのシート材料。
【００４８】
別の実施形態では、複合材ろう付けライナーとコアのクラッド比率は、４〜１８％の範囲であり、および／または
複合ろう付けライナーの低融点アルミニウム合金の厚さと４ＸＸＸアルミニウム合金の厚さとの比率は、５〜５０％の範囲であり、および／または
ＬＰＭライナーと４０００ライナーは、別々に圧延結合されて調製され、次いでコアと圧延結合されるか、またはＬＰＭライナー、４０００ライナー、コアおよび／または水側ライナーは、同じプロセスで圧延結合される、前述の実施形態のいずれかのシート材料。
【００４９】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金は、５１０〜５６０℃の範囲で溶融が開始する温度と、５６５〜５８５℃の範囲で溶融が完了する温度と、を有する、前述の実施形態のいずれかに記載のシート材料。
【００５０】
別の実施形態では、ろう付け前の状態で低融点アルミニウム合金に存在するＺｎは、隣接する４ＸＸＸアルミニウム合金と、ろう付け後の状態でコアに分布し、ろう付け後の状態での低融点アルミニウム合金の残留物は、コアのアノード型腐食耐性層を形成し、および／または耐食層は、表面とコアとの間に１５〜１５０ｍＶの範囲の腐食電位差を有する、前述の実施形態のいずれかに記載のシート材料。
【００５１】
別の実施形態では、シート材料は、第１の部分内に形成され、アルミニウム合金で形成された第２のシート材料をさらに含み、第１の部分は、第２の部分にろう付けされて熱交換器を形成する、前述の実施形態のいずれかに記載のシート材料。
【００５２】
別の実施形態では、ろう付けのための方法であって、
方法は、２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸ、または６ＸＸＸアルミニウム合金のコアと、低融点アルミニウム合金の層と４ＸＸＸアルミニウム合金の層と、を有する複合ろう付けライナーと、を有するシート材料から形成された部分を提供するステップと、アルミニウム合金から形成された第２の部分を提供するステップと、第１の部分を第２の部分と接触させるステップと、第１の部分と第２の部分部分を加熱するステップと、４ＸＸＸアルミニウム合金を溶融する前に、低融点アルミニウム合金を溶融するステップと、４ＸＸＸアルミニウム合金を溶融し、低融点アルミニウム合金と４ＸＸＸアルミニウム合金との混合溶融合金を形成するステップと、混合された溶融合金から第１の部分と第２の部分の間にろう付け接合を形成するステップと、混合された溶融合金を冷却させるステップと、を含む。
【００５３】
別の実施形態では、加熱するステップは、制御された雰囲気内で行われ、Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスを第１の部分と第２の部分の少なくとも一方に適用して、その表面から酸化物を除去することをさらに含む、前述の実施形態のいずれかに記載の方法。
【００５４】
別の実施形態では、最大温度は、５分未満維持され、および／または低融点アルミニウム合金は、５６０℃未満の温度で溶融を開始する、前述の実施形態のいずれかに記載の方法。
【００５５】
別の実施形態では、コアは、０．２〜１．０重量％のＭｇ、０．４〜２．６重量％のＣｕおよび０．１〜１．０重量％のＳｉのうちの少なくとも１つを含む組成を有し、拡散するステップは、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｎを４ＸＸＸアルミニウム合金に拡散し、４ＸＸＸアルミニウム合金が溶融する温度を下げることを含む、前述の実施形態のいずれかに記載の方法。
【００５６】
本開示をより完全に理解するために、添付の図面と併せて考慮される例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の実施形態によるろう付けシートの概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の実施形態によるろう付けシートの概略図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本開示の別の実施形態によるろう付けシートの概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の実施形態によるろう付けシートの断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の実施形態によるろう付けシートの断面図である。
【図３】図３Ａは、本開示の実施形態による低融点合金に対する示差走査熱量測定（ＤＳＣ）試験のグラフであり、図３Ｂは、本開示の実施形態による低融点合金に対する示差走査熱量測定（ＤＳＣ）試験のグラフである。
【図４】図４Ａは、本開示の実施形態による、低融点合金を有する４層ろう付けシートに対する示差走査熱量測定（ＤＳＣ）試験のグラフであり、図４Ｂは、本開示の実施形態による、低融点合金を有する４層ろう付けシートに対する示差走査熱量測定（ＤＳＣ）試験のグラフである。
【図５】図５Ａは、ろう付け前の、本開示の実施形態による、低融点合金を有する複合４層ろう付けシート内の元素分布のグラフであり、図５Ｂは、ろう付け後の、図５Ａの、複合４層ろう付けシート内の元素分布のグラフである。
【図６】図６は、ろう付け後の、図５Ｂのろう付けシート中の元素Ｃｕ、ＺｎおよびＭｇの分布のグラフである。
【図７】図７は、図６の複合ろう付けシート内の腐食電位のグラフである。
【図８Ａ】図８Ａは、本開示の実施形態による、ろう付けシートをろう付けすることによって形成されたろう付け接合部の断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本開示の実施形態による、ろう付けシートをろう付けすることによって形成されたろう付け接合部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
熱交換器構造は、少なくとも２つの層を持つアルミニウム合金シート材料、すなわち、例えば、ベース合金としての２０００、３０００、５０００または６０００シリーズのアルミニウムのコア層と、例えば、４０００シリーズのベース合金から形成されたろう付け層／ろう付けライナーと、から形成され得る。この種類の材料は、ろう付けシートとして記述され得る。ろう付けによって熱交換器構造をアセンブリする前に、ろう付け層の表面は、例えば、製作プロセスおよび大気への露出を通じて、Ａｌ酸化物、Ｍｇ酸化物などの酸化物膜の層を発達させている可能性がある。ろう付けプロセスの前または最中に酸化物層が除去される溶加金属が接合される表面を「濡らし」、ブリッジして、接合された要素間の酸化物バリアが接合部を汚染し、傷つけることなく、妥良好な接合部を生成することを保証する。本開示は、真空ろう付けプロセスにおいて、望ましくない酸化物層が、ろう付けライナーまたはろう付けシートのコアのいずれかに存在するＭｇの蒸発によって破壊されることを認識する。Ｍｇは、材料の強度を高めアルミニウム合金のろう付けシートの重要な合金元素であり、そのため、真空ろう付けプロセスでは、ろう付けシート内のＭｇの存在を利用して、構成要素表面の酸化物を除去し、得られるろう付け熱交換器アセンブリを強化することができる。
【００５９】
制御雰囲気ろう付け（ＣＡＢ）プロセスでは、周囲の酸素をほとんど排除する不活性ガス雰囲気でろう付けが行われるため、ろう付けプロセス中に形成される酸化物が減量される。ろう付けシート上に存在する既存の酸化物膜（複数可）は、Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスなどのフラックスによって除去される。フラックスは、ろう付けシートの表面上の酸化物膜を溶解し、接合される表面の湿潤性を促進することができる。Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスは、酸化Ｍｇの溶解性を制限し、酸化Ｍｇを除去する能力を限定する。さらに、ろう付けプロセス中に表面に拡散したＭｇは、フラックス内のＦおよびＫと反応し、ＭｇＦ２、ＫＭｇＦ３、およびＫ２ＭｇＦ４を形成してフラックスの組成を変化させ、フラックスの融点を上げ、酸化物膜の除去に悪影響を及ぼす。６０６３などのＭｇを含有するアルミニウム合金のためのＣｓ含有Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスが開発された。Ｃｓフラックスは、ＭｇＯ皮膜を効果的に破壊および除去できるため、Ｍｇ含有ろう付けシートの良好なろう付け性を確保することができるが、Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスよりも約３倍高価であるため、熱交換器メーカーによればＮｏｃｏｌｏｋよりも好ましくない。結果として、Ｍｇ含有アルミニウム合金は、ＣＡＢプロセスによって作製された熱交換器を作製するために広く使用されていない。
【００６０】
本開示の態様は、ＣＡＢプロセス中のＮｏｃｏｌｏｋフラックスを使用してＭｇ含有アルミニウム合金をろう付けアセンブルすることを可能にする複合ろう付ライナー（ＣＢＬ）である。より具体的には、ＣＢＬは、４ＸＸＸろう付けライナーに結合された低融点（ＬＭＰ）アルミニウム合金の層を含む。ＣＡＢの加熱を受けた時、ＬＭＰ層は、ろう付けプロセス中に４ＸＸＸのろう付けライナーが溶融する前に低温で溶融する。その後、ＬＭＰ層から得られた液体金属は、ＬＭＰ合金および隣接する４ＸＸＸライナーのＳｉ拡散を加速することができる。さらに、ＬＭＰ合金から４ＸＸＸろう付けライナーに拡散したＣｕおよびＺｎなどの合金元素は、４ＸＸＸライナーの融点を低下させることができる。これらの要因は両方とも、４ＸＸＸろう付けライナーの溶加金属の溶融と流動を高速化できるため、現在広く使用されているＣＡＢろう付けプロセスの５７７℃〜６１３℃の従来の温度範囲と比較して、ろう付けプロセスをより低い温度範囲、例えば約５６５℃〜５９０℃ですばやく完了することができる。一実施形態では、本開示による低下した温度範囲の上限は、５７７℃未満である。ＬＭＰはまた、本開示の実施形態に従って、ろう付けに必要な時間の長さを、例えば、従来のプロセスの場合の約２５〜４５分から、約１５〜３０分の短縮時間に短縮する有利な影響を与える。一実施形態では、本開示によるろう付けの時間長さは、２５分未満である。低温範囲での迅速なろう付けプロセスは、接合されるろう付けシート構成要素の表面へのＭｇ拡散を低減することができ、ろう付け性に対するＭｇの悪影響を、すなわちＭｇＯ形成およびＮｏｃｏｌｏｋフラックスとＭｇの反応を低減することにより、低減することができる。したがって、本開示は、ＣＡＢプロセスのＮｏｃｏｌｏｋフラックスを使用して、ろう付けされる、Ｍｇ含有アルミニウム合金から作製された熱交換器構成要素を可能にする。さらに、低いろう付け温度で行われるろう付けプロセスは、コアの固相線温度を、例えば溶融せずに従来のＣＡＢろう付けに必要な温度に逆らわない＜５９０℃のレベルに下げる、Ｓｉ、Ｃｕなどの他の合金元素をコア合金で使用できるようにする。したがって、本開示は、高強度ろう付けシート材料から作製された構成要素、例えば、チューブ、タンクおよび／または熱交換器のフィンのＣＡＢろう付けを可能にする。
【００６１】
本開示に従ってＣＡＢによって接合されることを可能にする新しい材料は、例えば、０．３〜１．０重量％、さらに高くは例えば１．８５重量％までの範囲の相当量のマグネシウムを含有するものなどの、例えばコア用の高強度材料を含むであろう。高強度材料は、より薄いゲージろう付けシートを使用し、より軽く、高性能の熱交換器をもたらす。本開示に開示されるＣＢＬ組成およびクラッド比率は、ＬＭＰ層が溶融して４ＸＸＸろう付け層と混合した後、例えば自動車ラジエータなどとしての使用中にコアの腐食を防止する保護層を形成できるように選択することができる。本開示によるろう付けシートはまた、熱交換器メーカーが低温のろう付けプロセスを使用することを可能にし、これはより簡単であり、エネルギーおよび製造コストを節約する。
【００６２】
図１Ａは、２０００、３０００、５０００または６０００シリーズのアルミニウム合金の基本組成を有するコア１２、４ＸＸＸ（４０００）シリーズのアルミニウム合金およびＬＭＰ（低融点）層（ライナー）１６の基本組成を有するろう付けライナー（層）１４を有するろう付けシート材料１０を示す。ろう付けライナー１４とＬＭＰ層１６との組み合わせは、複合ろう付けライナー（ＣＢＬ）１８の構成要素として特定され得る。図１Ａでは、ＬＭＰ層１６は、コア１２の第１の側にある４ＸＸＸろう付けライナー１４上に配置された外側ライナー／層である。コア１２の第２の側には、別のＣＢＬ１８、単一のろう付けライナー、または水側ライナーが存在してもよく、または用途に応じてライナーが存在しない場合がある。水側ライナーは、Ｚｎを添加した、例えば１．０〜１５．０重量％のＺｎを添加した７０００合金または３０００シリーズ合金であり得る。
【００６３】
図１Ｂは、図１Ａのろう付けシート材料１０のような、コア２２およびろう付けライナー２４を有するが、ＬＭＰ層２６がコア２２と４ＸＸＸろう付けライナー２４との間に位置決めされ、その結果、図１ＡのＣＢＬ１８の向きとは逆の向きのＣＢＬ２８が得られるろう付けシート材料２０を示す。ＣＢＬ２８の配向および位置によって、ＬＭＰ層２６は、４ＸＸＸろう付けライナー２４とコア２２との間のインターライナーとして記述され得る。同様に、コア２２の第２の側、別のＣＢＬ２８、単一のろう付けライナー、または水側ライナーが存在してもよく、または用途に応じてライナーが存在する場合がある。
【００６４】
図１Ｃは、図１Ａおよび１Ｂのろう付けシート材料１０および２０と同様の、ろう付けシート材料３０を示し、コア３２、および２つの部分ろう付けライナー３４Ａ、３４Ｂを有し、ＬＭＰ層３６は、２つのろう付けライナー３４Ａ、３４Ｂの部分間に配置され、その結果ＣＢＬ３８は、３つの層を有する。破線で示される任意の層３９は、ＣＢＬ３８と反対側のコア３２上に提供されてもよく、ＣＢＬ３８、２８、１８などの別のＣＢＬ、腐食保護用のアノード型層、ＣＢＬ１８、２８、３８によって覆われたアノード型層であり得、または用途によっては、存在しない場合もある（コアのこの側にクラッド層がない）。
【００６５】
層１６、２６および／または３６で使用されるようなＬＭＰ合金の例は、この例では４０００シリーズのろう付けライナー１４、２４、３４Ａ、３４Ｂ、４０４７合金と組み合わされ、残部がアルミニウムである重量パーセントで表現される表１に示すように試験された。表示された固相線および液相線は、表１のそれぞれの合金の組成に基づいて計算された。
【００６６】
【表１】
2021518813.tif 000003
【００６７】
表１のＬＭＰ層組成物のすべては、低温での複合ろう付けライナー（ＣＢＬ）１８、２８、３８の溶融を開始する低固相線および液相線を有する。ＬＭＰ層１６、２６、３６の液化金属は、Ｓｉ拡散および溶融を加速することができる。ＬＭＰ層の合金元素１６、２６、３６、これに限定されないが、ＺｎおよびＣｕは、隣接する４ＸＸＸライナー１４、２４、３４Ａ、３４Ｂ内に拡散することができ、その結果複合材ろう付けライナーＣＢＬ１８、２８、３８全体が、従来の４ＸＸＸろう付けライナーよりも低い温度ですばやく溶融する。ＬＭＰ層１６、２６、３６は、圧延プロセスでろう付け層１４、２４、３４Ａ、３４Ｂと同様に良好な加工性と同様の金属流れを備えている必要がある。さらに、複合材ろう付けライナー（ＣＢＬ）のクラッド比率は、溶融後、ＣＢＬ１８、２８、３８（ＬＭＰライナーと４ＸＸＸライナーの混合物）の合成により、４ＸＸＸライナーのみで形成されたろう付け接合部に匹敵する優れた強度と腐食特性を有する良好なろう付け接合が形成されるように選択される。本開示によれば、ろう付け後に残留する複合ライナー（ＣＢＬ）残留物は、コアに対する腐食防止を提供し、熱交換器の良好な耐用年数を確保する。
【００６８】
一実施形態では、ＬＭＰ層は、４．０〜１２．０重量％のＳｉ、０．１〜１．０重量％のＦｅ、≦５．０重量％のＣｕ、≦０．１重量％のＭｎ、≦０．０１重量％のＣｒ、５．０〜２０．０重量％Ｚｎおよび≦０．０２重量％Ｔｉの組成、および５１０℃〜５６０℃の範囲の固相線と、５６５℃〜５８５℃の液相線と、を有し得る。
【００６９】
別の実施形態では、低融点アルミニウム合金内のＳｉの量は、４〜９重量％の範囲である。別の実施形態では、低融点アルミニウム合金内のＺｎの量は、６〜１８重量％の範囲である。
【００７０】
表２は、重量パーセントで表され、残部がアルミニウムである４０４７ライナーを有する表１）からのＬＭＰ合金Ｌ１およびＬ２の組み合わせから得られる２つの例示的な組成ＣＢＬ１およびＣＢＬ２を示す。組成ＣＢＬ１およびＣＢＬ２は、拡散を考慮せずに計算に基づいて決定され、固相線および液相線は、鋳造時の組成に基づいて計算される。
【００７１】
【表２】
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【００７２】
一実施形態では、ＣＢＬは、４．０〜１２．０重量％のＳｉ、０．１〜１．０重量％のＦｅ、≦２．０重量％のＣｕ、≦０．１重量％のＭｎ、１．０〜６．０重量％のＺｎを含む組成を有し得、複合ろう付けライナーは、５１５℃〜５７５℃の固相線と、５６５℃〜５９５℃の液相線と、を有する。
【００７３】
別の実施形態では、複合ろう付けライナーは、１０．０〜１０．５重量％のＳｉ、０．１５〜１．０重量％のＦｅ、≦１．０重量％のＣｕ、≦０．１重量％のＭｎ、４．０〜６．０重量％のＺｎを有し、複合ろう付けライナーは、５５０℃〜５７５℃の固相線と、５７５℃〜５９０℃の液相線と、を有する。
【００７４】
図２Ａおよび２Ｂは、それぞれ図１Ｂおよび１Ａに示されるろう付けシート２０および１０の複合材サンプルの微細構造を示し、図２ＡはインターライナーとしてのＬＭＰ層２６を示し、図２Ｂは、外側ライナーとしてのＬＭＰ層１６を示す。サンプルは、商業製造の製作プロセスと類似した処理パラメータを使用して、ラボスケールの高温圧延および低温圧延プロセスで行われた。ＬＭＰ層１６および２６、ろう付けライナー１４および２４およびコア１２、２２は、欠陥なしにそれぞれの隣接する薄膜と良く結合されている。
【００７５】
本開示によるコア合金の例示的な組成物の固相線および液相を試験し、結果を表３に示す。コア合金、例えば、Ｃ３、Ｃ４、およびＣ１０、の一部は、Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスを用いたＣＡＢプロセスにおいて問題となるであろう高レベルのＭｇを含む。コア合金組成物の一部には、低い融点を有し、かつＣＡＢプロセス中の溶融を開始することが予想されるであろうＣｕおよびＭｇ、例えば、Ｃ３およびＣ１０を含有する。
【００７６】
【表３】
2021518813.tif 000005
【００７７】
一実施形態では、コアは、０．１０〜１．２重量％のＳｉ、０．１５〜０．５重量％のＦｅ、０．４０〜３．５重量％のＣｕ、０．１０〜１．８重量％のＭｎ、０．２０〜１．８５重量％のＭｇ、≦０．０１重量％のＣｒ、≦０．２重量％のＺｎおよび≦０．２重量％のＴｉを有する組成を有し、コアは、＞５９０℃の固相線と、＞６５０℃の液相線と、を有する。
【００７８】
別の実施形態では、コアは、０．１０〜１．０重量％のＳｉ、０．１５〜０．５重量％のＦｅ、０．４０〜３．０重量％のＣｕ、０．１０〜１．７重量％のＭｎ、０．２０〜１．５重量％のＭｇ、≦０．２重量％のＺｎ、および≦０．２重量％のＴｉを含み、コアは、＞５９０℃の固相線と、＞６５０Ｃの液相線と、を有する。
【００７９】
一実施形態では、コアは、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｍｎから選択される少なくとも１つの強化元素を有する。
【００８０】
別の実施形態では、Ｍｇは、コア中に０．２〜０．８重量％の量で存在し、Ｃｕは、１．５〜２．５重量％の量で、Ｓｉは、０．２〜１．０の量である図３Ａおよび３Ｂは、グラフ５０、５２をそれぞれ示し、２つの低融点アルミニウム合金（ＬＭＰ）、すなわち合金Ｌ１およびＬ２の融点を測定するために行われた示差走査熱量測定（ＤＳＣ）試験の結果を表１にそれぞれ示す。図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、５Ａおよび５Ｂの加熱においてグラフ化されたＤＳＣ試験では、１分あたり２０℃の速度で加熱を行った。図３Ａのグラフ５０は、合金Ｌ１が溶融していることを示す９２８．４Ｆ（４９７Ｃ）で開始された熱流を示す。熱吸収は、１００１．１Ｆ（５３８Ｃ）でピークに達し、大量のＬＭＰ金属溶融を示している。その後、熱吸収は減少し始めたが、その後、残りのＡｌ−Ｓｉ共晶溶融が開始する可能性が１０６９Ｆ（５７６Ｃ）の別のピークを上昇させ始めた。溶融は、１０８９．６Ｆ（５８８Ｃ）で完了した。
【００８１】
図３Ｂのグラフ５２は、合金Ｌ２の溶融が９４５．４Ｆ（５０７Ｃ）で開始され、１０１２．７Ｆ（５４５Ｃ）でピークに達したことを示している。金属の溶融が減速し、その後、Ｓｉ共晶の溶融が開始する１０６８Ｆ（５７５．５Ｃ）で第２のピークを開始した。１１０９．２Ｆ（５９８Ｃ）で完了した複合ろう付けライナーの溶融。
【００８２】
表４は、４層材料サンプルのＤＳＣ試験結果を示す。サンプルＡは、コアＣ３（表３）の一側面上のＣＢＬ１（表２）および他方側の４０４７を有していた。サンプルＢは、コアの一側面上のＣＢＬ２（表２）および他方側の４０４７を有していた。ＣＢＬ１およびＣＢＬ２の両方と４０４７層とのクラッド比率は、１５％であり、コアは表３の合金Ｃ３であった。サンプルＡおよびＢの積層構造および組成物を、重量パーセント、アルミニウム残部で表現して表４に示す。
【００８３】
【表４】
2021518813.tif 000006
【００８４】
表４のサンプルＡおよびＢは、ライナーとコアを一緒にアセンブリし、熱間圧延温度に再加熱し、４５０〜５１５Ｃの範囲の温度での熱間圧延し、アニーリングしてから最終ゲージまで圧延するかまたは最終アニールのために薄いゲージに冷間圧延することによって調製された。
【００８５】
図４Ａは、グラフ５４のサンプルＡのＤＳＣ結果を示しており、ＣＢＬ１を含むサンプルＡの第１の溶融（インターライナー）は、１０２６．１Ｆ（５５２．３Ｃ）で開始し、第２の溶融は、約１０６２．１Ｆ（５７２．２Ｃ）で開始した。１つの側面上にＣＢＬ１、他の側面に４０４７を含むサンプルＡのろう付けライナー溶融は、１１０４．４Ｆ（５９８Ｃ）で完了した。
【００８６】
図４Ｂは、グラフ５６のサンプルＢのＤＳＣ結果を示しており、第１の溶融（インターライナー）は、１０３７．７Ｆ（５５９Ｃ）で開始し、第２の溶融は、約１０６０．９Ｆ（５７１．６Ｃ）で開始した。１１０６．２Ｆ（５９６．８Ｃ）で完了したＣＢＬおよび４０４７の両方を含むサンプルＢのろうライナーの溶融。
【００８７】
グラフ５４と５６に示すように、複合材のＬＭＰ層は、製作プロセスとろう付けプロセスの両方の間、Ｃｕ、Ｚｎなどの合金元素の拡散に関連する組成変化により、モノリシック合金よりも高い温度で溶融を開始する。上記のように、５５２〜５５９Ｃで開始された液体金属の溶融は、４０４７ろう付けライナーでのＳｉの溶解を加速し、４０４７ライナーに拡散したＣｕ／Ｚｎは、ろう付けライナーがより低い温度で溶融を開始することができるようにライナーの融点を低減する。
【００８８】
図５Ａは、表４のサンプルＡなどの層：ＬＭＰ６０、ろう付けライナー６２、コア６４、およびクラッドろう付けシート６８のろう付けライナー６６における層内のろう付け前の合金元素分布のグラフ５８を示す。ＬＭＰ６０およびろう付けライナー６２は、結果として複合ろう付けライナーＣＢＬ１８（図１Ａ）をもたらし、低融点ライナー６０は、外側ライナーである。ＣｕレベルおよびＺｎレベルは、ＬＭＰライナー６０の薄層で高い。
【００８９】
ろう付け後のサンプル（表４のサンプルＢ）の合金化元素分布を図５Ｂに示しており、層７２、７４、７６および７８は、図５Ａの層ＬＭＰ６０、ろう付けライナーがー６２、コア６４およびろう付けライナー６６に対応するが、ただしろう付け後の状態である。拡散は、ろう付け熱サイクルでの固相拡散に基づいてシミュレーションされ、ＺｎおよびＣｕレベルは、ろう付け前の状態での初期レベルよりも大幅に低かった。これらのＣｕおよびＺｎレベルは、許容可能なレベルの腐食耐性を示唆している。実際のろう付け後のサンプルの合金元素分布は、シミュレーションと良く一致した。５Ａの表面では、Ｚｎは、１５％およびＣｕは、約２．３５％であるが、５Ｂの表面上では、Ｚｎは、２．３〜２．４％であり、Ｃｕは、０．６５〜０．７％である。
【００９０】
図６は、ろう付けシート９０の層ＣＢＬ８４、コア８６および内側ろう付けライナー８８内のろう付け後のＣｕ、ＭｇおよびＺｎ分布のグラフ８２を示し、ＬＭＰライナーの組成は、表１のＬ２であり、表２の合金Ｃ３が、４０４７合金の外側クラッドライナーを有するコア合金として使用された。隣接するろう付けシート９０間に形成されたろう付け接合部の２つの側面上の場所を試験した（図６のキーでは−１および−５として指定）。
【００９１】
図７は、４０００シリーズ合金の外側ライナー、コア１００および外側ライナー１０２としてＬＭＰ層９６および４０００シリーズ層９８（表２のＣＢＬ２を形成する）を有する複合ろう付けシート材料１０４における腐食電位分布のグラフ９４を示す。ろう付け後の材料１０４の腐食性能を評価するために、ろう付け後の材料の合金元素分布に基づいて腐食電位がシミュレーションされた。サンプルの表面の腐食電位は、約−９００ｍｖの腐食電位を有し、これは、コアに対してアノード型であるため、コアに良好な腐食保護を提供することができる。
【００９２】
本開示は、４３４３、４０４５、４０４７など、正常な４ＸＸＸろう付けライナー合金で結合されたＬＭＰアルミニウム合金の薄層を有するＣＢＬとして知られる新規材料を開示している。ろう付けプロセスの早期段階で、ＬＭＰアルミニウムライナーが溶融開始する前に、ＣｕおよびＺｎなどの合金元素が隣接する４ＸＸＸろう付けライナー内に拡散し、これは４ＸＸＸろう付けライナー合金の融点を低下させる。低融解合金層が、例えば、おおよそ５１０℃で溶融を開始するとき、液体金属中のＳｉ拡散が固体金属よりもずっと速くなるため、液体金属は、Ｓｉ共晶溶融を加速することができる。このようにして４ＸＸＸろう付けライナーは、その共晶温度、すなわち５７７℃より低い温度で迅速に溶融することができる。
【００９３】
本開示によれば、ろう付けプロセスは、低温でサンプルをろう付けするために開発された。サンプルは、約８〜１２分の短いろう付けサイクルに供され、５６０Ｃ〜５７５＋／−５Ｃの温度まで加熱された。短いろう付けサイクルでは、コアからろう付け表面へのＭｇの拡散が低下し、これが酸化物の形成を減少させ、またフラックス中のＭｇとＦ／Ｋとの間の反応を減少させる。高温でのろう付けおよび／または長時間のＭｇ拡散の減少は、高いＭｇ含有コア合金のためのＮｏｃｏｌｏｋフラックスの動作を促進し、ろう付け表面に存在する表面酸化物の効果的な溶解および除去を可能にする。
【００９４】
図８Ａは、本開示によるろう付けシート材料１１２と非クラッドフィン１１４との間のろう付け接合部１１０を示す。ろう付けシート１１２は、表１の合金Ｌ１の層をインターライナーとして有し、４０４７でクラッド化されたＣＢＬ１１８で、コア１１６の第１の側に、総クラッド率１５％で形成された。コア合金は、表２の合金Ｃ３であった。４０４７合金のろう付けライナー１２０を、コアの第２の側に１５％のクラッド比率でクラッド化した。波型の非クラッドフィン１１４は、ろう付けシート１１２の両側でアセンブルされた（図８Ａでは１つの側のみが見えている）。フィンを有するサンプルを、Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスでフラックス化し、ＣＡＢプロセスで、５７５℃でろう付けした。ろう付け接合部は、示されるように、複合ろう付けライナーＣＢＬ１１８側に形成されたが、４０４７ライナーでのみクラッド化されたコア１１６（図示せず）の反対側には形成されていなかった。
【００９５】
図８Ｂは、本開示によるろう付けシート材料１３２と非クラッドフィン１３４との間のろう付け接合部１３０を示す。ろう付けシート１３２は、表１の合金Ｌ２の層を有するＣＢＬ１３８で形成され、コア１３６の第１の側に、４０４７のろう付けライナーの上にクラッド化された外側ライナーとして、１５％の総クラッド比率で形成された。コア合金は、表２の合金Ｃ３であった。４０４７合金のろう付けライナー１４０を、コア１３６の第２の側に１５％のクラッド比率でクラッド化した。波型の非クラッドフィン１３４は、ろう付けシート１３２の両側でアセンブルされた（図８Ｂでは１つの側のみが見えている）。フィン１３４を有するサンプルを、Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスでフラックス化し、ＣＡＢプロセスで、５７５°Ｃでろう付けした。ろう付け接合部は、示されるように、複合ろう付けライナーＣＢＬ１３８側に形成されたが、４０４７ライナーでのみクラッド化されたコア１３６（図示せず）の反対側には形成されていなかった。ＣＢＬ、例えば、１１８、１３８は、通常の圧延プロセスを使用して他のライナーとコアと共に、熱間圧延プロセスで一緒に圧延結合され得る。また、これは、ＬＭＰアルミニウム合金粉末の層を４ＸＸＸろう付けライナーにコーティングするコーティング技術、ＬＭＰアルミニウム合金の層を４ＸＸＸろう付けライナーに溶射する溶射技術、などを含むがこれらに限定されない他の技術やプロセスによって形成することもできる。
【００９６】
本開示によるサンプル材料は、表５に示すように、高いろう付け後強度を示した。サンプルを０．２０ｍｍ以下のゲージで６％〜１２重量％の範囲の高いＺｎを含有する１０％の水側ライナーで作製した。それらはＨ１４またはＨ２４テンパーのいずれかで調製された。表５のブラケットサンプルは、自然時効または人工的時効のいずれかであった。
【００９７】
【表５】
2021518813.tif 000007
【００９８】
ＬＭＰ、ＣＢＬおよびコアに対する上述の組成範囲は、すべての中間値を含む。例えば、４．０〜１２．０重量％のＳｉ、０．１〜１．０重量％のＦｅ、１．０〜５．０重量％のＣｕ、≦０．１重量％のＭｎおよび５．０〜２０．０重量％Ｚｎの組成を有するＬＭＰの実施形態の組成範囲には、４．０、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、５．０、５．１、５．２、５．３、５．４、５．５、５．６、５．７など０．１の増分で最大１２．０までの量およびすべての中間値のＳｉと、０．０、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０〜５．０で、０．１重量％の増分または任意の中間値の量のＦｅと、１．０〜５．０で０．５重量％の増分または任意の中間値の量のＣｕと、０．０〜０．１で０．０１重量％の増分または任意の中間値の量のＭｎと、５．０、５．５、６．０、６．５、７．０、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、１０．０、１０．５、１１．０、１１．５、１２．０、１２．５、１３．０、１３．５、１４．０、１４．５、１５．０、１５．５、１６．０、１６．５、１７．０、１７．５、１８．０、１８．５、１９．０、１９．５または２０．０重量％または任意の中間値の量のＺｎと、を含むであろう。
【００９９】
本開示による代替実施形態のさらなる例では、４．０〜１２．０重量％のＳｉ、０．１〜１．０重量％のＦｅ、≦２．０重量％のＣｕ、≦０．１重量％のＭｎ、１．０〜６．０重量％のＺｎの組成を持つＣＢＬの実施形態の組成範囲は、前の段落のように、例えば、指定された範囲全体で各元素について０．０１重量％ずつ変化する、すべての増分中間値を含むであろう。
【０１００】
本開示による代替実施形態のさらなる例では、０．１０〜１．２重量％のＳｉ、０．１５〜０．５重量％のＦｅ、０．４０〜３．５重量％のＣｕ、０．１０〜１．８重量％のＭｎ、０．２０〜１．８５重量％のＭｇ、≦０．２重量％のＺｎおよび≦０．２重量％のＴｉの組成を持つコアの実施形態の組成範囲は、前の段落のように、例えば、範囲全体で各元素についてすべての中間値を含むであろう。
【０１０１】
本開示は、現在の業界で広く使用されている温度より低い温度でろう付け熱交換器アセンブリを可能にする複合ろう付けライナーを記述する。この低温ろう付けにより、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇなどの特性強化合金元素の高レベルの付加が可能となり、融点の低下が可能になる。さらに、これは、ろう付け熱交換器アセンブリにおけるエネルギー消費も低減する。
【０１０２】
別の実施形態では、本開示は、高い強度を達成するために、制御された雰囲気ろう付け（ＣＡＢ）プロセスにおいて、Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスなどの通常のフラックスを使用して高いＭｇを含有するろう付けシート製品をろう付けすることを可能にする。別の実施形態では、複合ろう付けライナーの組成物およびクラッド比率を、優れた耐食性特性を持つ材料を達成するように設計することができる。
【０１０３】
本開示は、元素の周期表に現れる元素の標準的な略語、例えば、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｏ（酸素）、Ｓｉ（シリコン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｆｅ（鉄）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｆ（フッ素）、Ｋ（カリウム）、Ｃｓ（セシウム）などを利用する。
【０１０４】
図は、本明細書の一部を構成し、本開示の例示的な実施形態を含み、様々な対象物およびその特徴を例示する。加えて、図に示される任意の測定値、仕様等は、例示的であり、限定的ではないことを意図する。従って、本明細書に開示される特定の構造的および機能的詳細は、限定として解釈されるべきではなく、本発明を様々に用いることを当業者に教示するための単に代表的な根拠として解釈されるべきである。
【０１０５】
開示された利点および改良点の中で、本発明の他の目的および利点は、添付図面と共に以下の説明から明らかになるであろう。本発明の詳細な実施形態は、本明細書に開示されている。しかしながら、開示された実施形態は、様々な形態で具現化され得る本発明を単に例示するものであることを理解されたい。さらに、本発明の様々な実施形態に関連して得られる各実施例は例示的であり、限定的ではないことが意図される。
【０１０６】
明細書および特許請求の範囲全体を通して、以下の用語は、文脈から判断して明らかに他の意味に解釈すべき場合を除いて、本明細書に明示的に関連する意味を取る。本明細書で使用する句「一実施形態では」および「いくつかの実施形態では」は、必ずしも同じ実施形態を指さないが、それを指す場合もある。さらに、本明細書で使用する句「別の実施形態では」および「いくつかの別の実施形態では」は、必ずしも異なる実施形態を指さないが、それを指す場合もある。従って、下記に説明するように、本発明の様々な実施形態を、本発明の主題の範囲と趣旨から逸脱することなく、容易に組合せてもよい。
【０１０７】
加えて、本明細書で使用される場合、「または」という用語は包括的な「または」であり、文脈から判断して明らかに他の意味に解釈すべき場合を除き、「および／または」と同等である。「に基づく」という用語は排他的ではなく、文脈から判断して明らかに他の意味に解釈すべき場合を除き、記述されていない追加的な要因に基づくことができる。加えて、本明細書を通して、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の意味は複数の参照を含む。「中に（ｉｎ）」の意味は、「中に（ｉｎ）」および「上に（ｏｎ）」を含む。
【０１０８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例示的なものにすぎず、限定的なものではなく、多くの変更が当業者には明らかになり得ることを理解されたい。さらになお、様々なステップを任意の所望の順序で実行することができる（および任意の所望のステップを追加することができ、および／または任意の所望のステップを排除することができる）。そのような変形および変更の全ては、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０９】
１０、２０、３０  ろう付けシート材料
１２、２２、３２  コア
１４、２４、３４Ａ、３４Ｂ  ろう付けライナー（層）
１６、２６、３６  ＬＭＰ（低融点）層
１８、２８、３８  複合ろう付けライナー（ＣＢＬ）
１１０、１３０  ろう付け接合部
１１２、１３２  ろう付けシート材料
１１４、１３４  非クラッドフィン
１１６、１３６  コア
１１８、１３８  ＣＢＬ
１２０、１４０  ろう付けライナー
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2021518813.tif 000009
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
2021518813.tif 000011
【図２Ｂ】
2021518813.tif 000012
【図３】
2021518813.tif 000013
【図４】
2021518813.tif 000014
【図５】
2021518813.tif 000015
【図６】
2021518813.tif 000016
【図７】
2021518813.tif 000017
【図８Ａ】
2021518813.tif 000018
【図８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月25日(2020.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう付けシートであって、
２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸ、または６ＸＸＸアルミニウム合金のコアと、
前記コアに隣接する複合ろう付けライナーであって、
４ＸＸＸアルミニウム合金層と、
前記４ＸＸＸアルミニウム合金層に接合されている低融点アルミニウム合金層と、
を含む、複合ろう付けライナーと、を含み、
前記低融点アルミニウム合金層が、前記４ＸＸＸアルミニウム合金層より低い融点を有し、
前記低融点アルミニウム合金が、５〜２０重量％のＺｎ、４〜１２重量％のＳｉ、１．０〜５重量％のＣｕおよびそれらの組み合わせの少なくとも１つを含む、ろう付けシート。
【請求項２】
前記４ＸＸＸアルミニウム合金層が、前記コア上に配置され、前記低融点アルミニウム合金層が、前記４ＸＸＸアルミニウム合金層上に配置されている、請求項１に記載のろう付けシート。
【請求項３】
前記低融点アルミニウム合金層が、前記コア上に配置され、前記４ＸＸＸアルミニウム合金層が、前記低融点アルミニウム合金層上に配置されている、請求項１に記載のろう付けシート。
【請求項４】
水側ライナーを含む、請求項１に記載のろう付けシート。
【請求項５】
前記水側ライナーが、１．０〜１５重量％のＺｎを含む、請求項４に記載のろう付けシート。
【請求項６】
前記低融点アルミニウム合金層が、５６０℃以下の固相線温度を有する、請求項１に記載のろう付けシート。
【請求項７】
前記低融点アルミニウム合金層が、４〜１２重量％のＳｉ、０．１〜１．０重量％のＦｅ、１．０〜５重量％のＣｕおよび５〜２０重量％のＺｎを含む、請求項１に記載のろう付けシート。
【請求項８】
前記コアが、５９０℃を超える固相線温度を有し、前記コアが、６５０℃を超える液相線温度を有する、請求項１に記載のろう付けシート。
【請求項９】
前記コアが、０．１０〜１．２重量％のＳｉ、０．１５〜０．５重量％のＦｅ、０．４０〜３．５重量％のＣｕ、０．１０〜１．８重量％のＭｎ、０．２０〜１．８５重量％のＭｇ、≦０．０１重量％のＣｒ、≦０．２０重量％のＺｎおよび≦０．２０重量％のＴｉを含む、請求項８に記載のろう付けシート。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のろう付けシートから形成された第１の部分を提供するステップと、
アルミニウム合金から形成された第２の部分を提供するステップと、
Ｎｏｃｏｌｏｋフラックスを前記第１の部分と前記第２の部分のうちの少なくとも一方に適用して、その表面から酸化物を除去するステップと、
前記第１の部分を前記第２の部分に接触させるステップと、
制御された雰囲気内で前記第１の部分および前記第２の部分を加熱するステップと、
前記４ＸＸＸアルミニウム合金が溶融する前に、前記低融点アルミニウム合金層を溶融するステップと、
前記４ＸＸＸアルミニウム合金層を溶融し、前記低融点アルミニウム合金と前記４ＸＸＸアルミニウム合金との混合溶融合金を形成するステップと、
前記混合溶融合金から前記第１の部分と前記第２の部分との間にろう付け接合を形成するステップと、
前記混合溶融合金を冷却させるステップと、を含む、方法。
【国際調査報告】
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