(57)【要約】【課題】接合部位に必要に応じて十分な大きさのフィレットを確保して接合性を高めることができるとともに、複雑な継ぎ手に対しても改善されたろう材充填性能を達成することができ、とくに、アルミニウム合金製熱交換器のろう付け製造において好適に使用できるろう材粉末、および該ろう材粉末を用いたアルミニウム材のろう付け方法を提供する。【解決手段】アルミニウム材をろう付けするためのろう材粉末で、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末（Ｍはアルカリ金属、ｘ、ｙ、ｚは正の整数）にＡｌ含有粉末を混合してなることを特徴とし、このろう材粉末をバインダおよび溶剤と混合してアルミニウム材に付着させ、該アルミニウム材に接合すべき他のアルミニウム材を組み付けて加熱、ろう付けする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム材をろう付けするためのろう材であって、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末にＡｌ含有粉末を混合してなることを特徴とするろう材粉末。但し、Ｍはアルカリ金属、ｘ、ｙ、ｚは正の整数である。
【請求項２】
前記ろう材粉末中のＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末とＡｌ含有粉末との比率が９５：５〜３０：７０であることを特徴とする請求項１記載のろう材粉末。
【請求項３】
前記ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末の平均粒径が３０μｍ以下、Ａｌ含有粉末の最大粒径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のろう材粉末。
【請求項４】
前記ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物がＫＺｎＦ３　であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のろう材粉末。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のろう材粉末に、Ｓｉ粉末またはＡｌ−Ｓｉ合金粉末を混合してなることを特徴とするろう材粉末。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のろう材粉末をバインダおよび溶剤と混合してアルミニウム材に付着させ、該アルミニウム材に接合すべき他のアルミニウム材を組み付けて加熱、ろう付けすることを特徴とするアルミニウム材のろう付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム材をろう付けするためのろう材粉末および該ろう材粉末を用いるアルミニウム材のろう付け方法、とくに、カーエアコンのコンデンサ、エバポレータ、ラジエータ、ヒーターコア、オイルクーラ、インタークーラなどの自動車用アルミニウム合金製熱交換器をろう付けにより製造する場合に好適に使用されるろう材粉末および該ろう材粉末を用いるアルミニウム材のろう付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、自動車用アルミニウム合金製熱交換器の組み立ては、フッ化物系のフラックスを用いる不活性ガス雰囲気ろう付けによる方法が主流となっており、ろう材についても、Ａｌ−Ｓｉ系合金材をクラッドしてなるブレージングシートに代わって、各種の混合粉末を用いたフラックスおよび／またはろう材が提案されている。
【０００３】
例えば、米国特許第５１９０５９６号明細書には、Ｓｉ粉末とフッ化物系のフラックスを混合し、ろう付け加熱中に、Ｓｉ粉末をアルミニウム母材と反応させてＡｌ−Ｓｉろう材を形成させてろう付けする方法が提案されている。この方法においては、比較的小さなフィレットの形成で十分に接合し得る部分には有効に適用できるが、基本的には、アルミニウムは母材を溶融させてフィレットを確保するものであるため、十分な接合のために大きなフィレットが必要な部位には、Ｓｉ粉末を多量に付着させなければならず、接合部分でのアルミニウム母材の浸食量が大きくなるという問題点がある。
【０００４】
特許第２８８１２８９号公報には、ヘキサフルオロ珪酸カリウム（Ｋ２　ＳｉＦ６　）とフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３　）の混合粉末を用い、フッ化物系のフラックスとＡｌ−Ｓｉろう材を形成させる方法が提案されているが、この方法も前記の米国特許の方法と同様、アルミニウム母材との反応を利用するもので、十分な接合のために大きなフィレットが必要な部位の接合には不向きであるという問題があり、フラックスに対するＳｉの比率が低いため、多量の混合粉末を必要とするという難点もある。
【０００５】
ＤＥ１９９１３１１１Ａには、アルミニウムのろう付け用フラックスとして、フルオロ亜鉛酸アルカリ塩を含有してなり、広い温度域で溶融するため、広溶融域のろう材に対して有効なフラックスが提案されているが、このフラックスは、ろう材として作用することはできない。フルオロ亜鉛酸アルカリ塩がろう材として作用し得るとの記載もみられる（ＷＯ０１／３８０４０Ａ１号公報）が、発明者らによる検討によれば、必ずしも十分な作用を示すものとは認められない。
【０００６】
一方、近年、アルミニウム合金製熱交換器の薄肉化が進み、高耐食性、とくに耐孔食性を得るために、アルミニウムブレージングシートのＡｌ−Ｓｉ系ろう材層にＺｎを含有させることにより孔食抑制用の犠牲陽極層を形成する手法が行われているが、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材にＺｎを含有させた場合、伸びが低下するため、ブレージングシートの圧延製造時に歩留りの低下、場合によってはろう材と芯材とが圧着できないという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、アルミニウム材の不活性ガス雰囲気ろう付けにおいて、ブレージングシートに代わって使用されるフッ化物系のフラックスとろう材とからなる混合粉末における上記従来の問題点を解消するために、混合粉末の組成および配合率、粉末の粒径、その他の特性とろう付け性、耐食性との関係についてさらに試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、接合部位に必要に応じて十分な大きさのフィレットを確保して接合性を高めることができるとともに、複雑な継ぎ手に対しても改善されたろう材充填性能を達成することができ、ろう付け可能温度域が広く、熱容量が著しく異なる複雑な構成のアルミニウム部品のろう付けが可能で、且つ優れた耐食性を付与することを可能とし、とくに、アルミニウム合金製熱交換器のろう付け製造において好適に使用できるろう材粉末、および該ろう材粉末を用いたアルミニウム材のろう付け方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の請求項１によるアルミニウム材をろう付けするためのろう材粉末は、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末にＡｌ含有粉末を混合してなることを特徴とする。但し、Ｍはアルカリ金属、ｘ、ｙ、ｚは正の整数である。
【０００９】
請求項２によるろう材粉末は、請求項１において、前記ろう材粉末中のＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末とＡｌ含有粉末との比率が９５：５〜３０：７０であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３によるろう材粉末は、請求項１または２において、前記ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末の平均粒径が３０μｍ以下、Ａｌ含有粉末の最大粒径が１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４によるろう材粉末は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物がＫＺｎＦ３　であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５によるろう材粉末は、請求項１〜４のいずれかに記載のろう材粉末に、Ｓｉ粉末またはＡｌ−Ｓｉ合金粉末を混合してなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項６によるアルミニウム材のろう付け方法は、請求項１〜５のいずれかに記載のろう材粉末をバインダおよび溶剤と混合してアルミニウム材に付着させ、該アルミニウム材に接合すべき他のアルミニウム材を組み付けて加熱、ろう付けすることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のろう材粉末は、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末（Ｍはアルカリ金属、ｘ、ｙ、ｚは正の整数）にＡｌ含有粉末を混合してなることを特徴とする。Ａｌ含有粉末とは、純アルミニウム粉末、Ａｌ−Ｓｉ合金などのＡｌ合金粉末である。アルミニウム材としてブレージングシートを用いて継ぎ手を形成し、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物を付着させた場合、アルミニウム材の表面にＺｎが検出され、アルミニウム材の深さ方向にはＺｎの拡散層が形成しているのが認められる。しかしながら、継ぎ手の接合は行われず、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物の付着量を増やしてもアルミニウム材（ブレージングシート）のろう材の溶融は認められない。これは、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末とアルミニウム材との反応が接触部分のみで生じているためで、付着した粉末の上部は反応していないことが見出された。
【００１５】
ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末にＡｌ含有粉末を混合したろう材粉末を前記継ぎ手部に付着させて、ろう付け温度に加熱した場合には、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末とアルミニウム材とが接触部で反応して、Ｍａ　ＡｌＦｂ　系化合物（１種以上）となり、Ｚｎが析出し、このＺｎがアルミニウム材の内部に拡散してＺｎ拡散層を形成する。ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末とアルミニウム材との未接触部においても、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末がＡｌ含有粉末と反応してＭａ　ＡｌＦｂ　系化合物（１種以上）とＺｎとに分離し、温度が上昇すると、溶融したＭａ　ＡｌＦｂ　系化合物（１種以上）がフラックスとしてアルミニウム材の表面を覆い、ろう材を溶融させ、ろう材上に析出したＺｎの一部はＡｌ−Ｓｉ系ろう材をＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎの共晶温度で溶融させるから、さらにろう材の流動性が向上する。
【００１６】
アルミニウム材としてブレージングシートを用いず、例えば、Ａｌ−Ｍｎ系などのアルミニウム材を用いて継ぎ手を形成し、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物を付着させた場合でも、適量の化合物粉末を適用した場合には、アルミニウム材と反応して析出したＺｎがＡｌと結合して、溶融Ａｌ−Ｚｎを形成し、ろう材として作用する。Ａｌ含有粉末がＡｌ−Ｓｉ系合金の場合、Ａｌ含有粉末としてＳｉ粉末やＡｌ−Ｓｉ合金粉末を混合したものを使用した場合には、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎがろう材として作用する。
【００１７】
ろう材粉末中のＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物とＡｌとの比率が９５：５〜３０：７０であることが好ましく、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末の平均粒径が３０μｍ以下、Ａｌ粉末の最大粒径が１００μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
ろう材粉末中のＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物とＡｌとの比率が９５：５よりもＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物が過剰に存在すると、ろう付け加熱中に化合物がＡｌと十分に反応せず、未溶融残査が残り易くなる。ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物とＡｌとの比率が３０：７０よりもＡｌ含有粉末が過剰に存在すると、Ａｌ含有粉末と析出したＺｎとが十分に反応せず、未溶融残査が残り易くなる。
【００１９】
ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物粉末の平均粒径が３０μｍを越えると、Ａｌ含有粉末と接触していない化合物粒の粒径中心部で反応が促進されず未溶融残査が残り易く、また、Ａｌ含有粉末の最大粒径が１００μｍを越えると、ろう付け温度に到達する間にＺｎがＡｌ中に十分に拡散せず、液相を越える合金組成を形成し難くなり、一部溶融しない場合もある。
【００２０】
ろう材粉末には、Ｓｉ粉末またはＡｌ−Ｓｉ合金粉末を混合することができ、ＳｉはＡｌと共晶を形成して、溶融を速め、流動性を高める。また、ＭＸ　Ｚｎｙ　ＦＺ　系化合物がＫＺｎＦ３　の場合には、フィレット面積がより大きくなり、継ぎ手部への充填性を向上させることができる。
【００２１】
本発明のろう材粉末を用いるアルミニウム材のろう付けは、前記のろう材粉末をバインダおよび溶剤と混合してアルミニウム材に付着させ、このアルミニウム材に接合すべき他のアルミニウム材を組み付けて加熱、ろう付けすることによって行われる。バインダとしては、ろう付け性を阻害しない樹脂系のバインダが好ましく、溶剤としては、有機溶剤など公知のものが適用できる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は、本発明の好ましい一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２３】
実施例１
表１に示すろう材粉末を調製し、これらのろう材粉末を、アクリル樹脂系のバインダおよび溶剤に溶かして十分に分散させ、図１および図２に示すように、得られたろう材粉末混合物３を３００３合金（Ａｌ−Ｍｎ合金）の圧延板（寸法：縦６０ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ）１の表面に５０ｇ／ｍ２　の割合で塗布し、ろう付けすべき他のアルミニウム材２を組付けて継ぎ手Ｊ１、Ｊ２を形成し、窒素ガス雰囲気炉に装入し、５６０℃および６００℃の温度に加熱した。図２においては、アルミニウム材２の一方の端部にアルミニウムの丸棒材４を置いて、アルミニウム材２の一方の端部を持ち上げて、３００３合金圧延板１とアルミニウム材２との間に間隙５を設けた。
【００２４】
４５０℃から５６０℃および６００℃のろう付け温度に到るまでの加熱時間を約１０分に調整した。５６０℃と６００℃でのろう付け性を確認する理由は、構造が複雑で、各部の熱容量が異なり、そのためにろう付け不良が生じ易い熱交換器のろう付けを想定したものであり、５６０℃と６００℃の温度で良好なろう付け性が得られれば、上記の熱交換器のろう付けも良好に行われることが確認されている。
【００２５】
ろう付け加熱された継ぎ手Ｊ１、Ｊ２を取り出し、Ｊ１については、図３に示すように、接合断面のフィレットＳ１、Ｓ２の合計面積（Ｓ１＋Ｓ２＝フィレット面積）を測定し、Ｊ２については、間隙充填長さＬを測定した。また、６００℃の温度まで加熱してろう付けしたＪ１の継ぎ手については、ＳＷＡＡＴ腐食試験（ＡＳＴＭ　Ｇ８５−８５）を６週間行い、ろう材粉末混合物３を塗布した面の孔食による貫通の有無を調べた。結果を表２に示す。
【００２６】
表２にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１〜１２はいずれも、５６０℃および６００℃の温度への加熱で、十分なフィレット面積および充填長さが得られ、腐食試験においても３００３合金圧延板１を貫通する孔食を生じることがなく、優れた耐食性を示した。試験材Ｎｏ．１３〜１５はＡｌ粉末の混合量が低く、試験材Ｎｏ．１６は化合物粉末の混合量が低く、試験材Ｎｏ．１７およびＮｏ．１８は、それぞれ化合物の平均粒径およびＡｌ粉末の最大粒径が大きいため、いずれも試験材Ｎｏ．１〜１２に比べ、ろう付け特性において、やや劣る結果を示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
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【００２９】
比較例１
表３に示すろう材粉末を調製し、これらのろう材粉末を、アクリル樹脂系のバインダおよび溶剤に溶かして十分に分散させ、実施例１と同様にして、継ぎ手１、Ｊ２を形成して、窒素ガス雰囲気炉に装入し、５６０℃および６００℃の温度に加熱した。
【００３０】
ろう付け加熱された継ぎ手Ｊ１、Ｊ２を取り出し、実施例１と同様、Ｊ１についてはフィレット面積を測定し、Ｊ２については間隙充填長さＬを測定した。また、６００℃の温度まで加熱してろう付けしたＪ１の継ぎ手については、ＳＷＡＡＴ腐食試験（ＡＳＴＭ　Ｇ８５−８５）を６週間行い、孔食による貫通の有無を調査した。結果を表４に示す。
【００３１】
表４に示すように、Ａｌ粉末が混合されていないろう材粉末を用いた試験材Ｎｏ．１９〜２２はいずれも、ろう付け加熱においてフィレットが形成されず、ろう材の間隙充填も認められなかった。従って、腐食試験は行わなかった。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
【表４】
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【００３４】
実施例２
表１に示すろう材粉末を調製し、これらのろう材粉末を、アクリル樹脂系のバインダおよび溶剤に溶かして十分に分散させ、図１および図２に示すように、得られたろう材粉末混合物３をアルミニウムブレージングシート（芯材：３００３合金、ろう材：４０４５合金、片面クラッド８％、寸法：縦６０ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ）１の表面に２５ｇ／ｍ２　の割合で塗布し、ろう付けすべき他のアルミニウム材２を組付けて継ぎ手Ｊ１、Ｊ２を形成し、窒素ガス雰囲気炉に装入し、５６０℃および６００℃の温度に加熱した。
【００３５】
ろう付け加熱された継ぎ手Ｊ１、Ｊ２を取り出し、実施例１と同様、Ｊ１についてはフィレット面積を測定し、Ｊ２については間隙充填長さＬを測定した。また、６００℃の温度まで加熱してろう付けしたＪ１の継ぎ手については、ＳＷＡＡＴ腐食試験（ＡＳＴＭ　Ｇ８５−８５）を６週間行い、孔食による貫通の有無を調査した。結果を表５に示す。
【００３６】
表５にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．２３〜３４はいずれも、５６０℃および６００℃の温度への加熱で、十分なフィレット面積および充填長さが得られ、腐食試験においてもブレージングシート１を貫通する孔食を生じることがなく、優れた耐食性を示した。試験材Ｎｏ．３５〜３７はＡｌ粉末の混合量が低く、試験材Ｎｏ．３８は化合物粉末の混合量が低く、試験材Ｎｏ．３９およびＮｏ．４０は、それぞれ化合物の平均粒径およびＡｌ粉末の最大粒径が大きいため、いずれも試験材Ｎｏ．２３〜３４に比べ、ろう付け特性において、やや劣る結果を示した。
【００３７】
【表５】
2004042086.tif 000007
【００３８】
比較例２
表３に示すろう材粉末およびＫＡｌＦ４　＋Ｋ３　ＡｌＦ６　のみからなるろう材粉末（Ｎｏ．Ｗ）を調製し、これらのろう材粉末を、アクリル樹脂系のバインダおよび溶剤に溶かして十分に分散させ、実施例２と同様にして、継ぎ手１、Ｊ２を形成して、窒素ガス雰囲気炉に装入し、５６０℃および６００℃の温度に加熱した。
【００３９】
ろう付け加熱された継ぎ手Ｊ１、Ｊ２を取り出し、実施例２と同様、Ｊ１についてはフィレット面積を測定し、Ｊ２については間隙充填長さＬを測定した。また、６００℃の温度まで加熱してろう付けしたＪ１の継ぎ手については、ＳＷＡＡＴ腐食試験（ＡＳＴＭ　Ｇ８５−８５）を６週間行い、孔食による貫通の有無を調査した。結果を表６に示す。
【００４０】
表６に示すように、Ａｌ粉末が混合されていないろう材粉末を用いた試験材Ｎｏ．４１〜４４はいずれも、ろう付け加熱においてフィレットが形成されず、ろう材の間隙充填も認められなかった。従って、腐食試験は行わなかった。ろう材粉末としてＮｏ．Ｗを用いた試験材Ｎｏ．４５は、６００℃の加熱である程度のフィレットが形成されたが、腐食試験においてブレージングシートを貫通する孔食が生じた。
【００４１】
【表６】
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【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、接合部位に必要に応じて十分な大きさのフィレットを確保して接合性を高めることができるとともに、複雑な継ぎ手に対しても改善されたろう材充填性能を達成することができ、ろう付け可能温度域が広く、熱容量が著しく異なる複雑な構成のアルミニウム部品のろう付けが可能で、且つ優れた耐食性を付与することを可能とし、とくに、アルミニウム合金製熱交換器のろう付け製造において好適に使用できるろう材粉末、および該ろう材粉末を用いたアルミニウム材のろう付け方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のろう材粉末の効果を確認するための継ぎ手Ｊ１を示す斜視図である。
【図２】本発明のろう材粉末の効果を確認するための継ぎ手Ｊ２を示す斜視図である。
【図３】継ぎ手Ｊ１のろう付け後の側面図である。
【図４】継ぎ手Ｊ２のろう付け後の正面図である。
【符号の説明】
１　　３０００３圧延板およびブレージングシート
２　　アルミニウム材
３　　ろう材粉末混合物
４　　丸棒材
５　　間隙
Ｊ１　継ぎ手
Ｊ２　継ぎ手
Ｓ１　フィレット
Ｓ２　フィレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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