(57)【要約】【課題】粉末ろう付が行われるアルミニウム合金材において、ろう付による強度低下、耐孔食性の劣化を防止する。【解決手段】粉末ろう付用アルミニウム合金材の表面層結晶粒を、平均粒径５０〜７００μｍで結晶粒縦断面における粒径の面方向／深さ方向のアスペクト比が１．５〜１０となるものとする。アルミニウム合金ビレットを押出圧力０．４５〜１０ＭＰａ、押出速度２０ｍ／ｍｉｎ以上、押出断面積５０〜１５０ｍｍ２の押出条件で押出を行って粉末ろう付用アルミニウム合金材を得る。扁平な形状を有する結晶粒が表面層に得られ、ろう付に際し、粒界を通したＳｉの深さ方向への侵食が抑制され、ろう付による強度低下、耐孔食性の劣化が防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面層結晶粒が、平均粒径５０〜７００μｍで結晶粒縦断面における粒径の面方向長さ／深さ方向長さのアスペクト比が１．５〜１０であることを特徴とする粉末ろう付用アルミニウム合金材。
【請求項２】
質量％で、Ｍｎ：０．９〜１．５％、Ｓｉ：０．８〜１．２％、Ｔｉ：０．１０〜０．２０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする請求項１記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材。
【請求項３】
質量％で、Ｍｎ：０．９〜１．５％、Ｓｉ：０．８〜１．２％、Ｔｉ：０．１０〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする請求項１または２に記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材。
【請求項４】
前記不可避不純物中のＦｅ量が質量％で０．６％以下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粉末ろう付用アルミニウム合金材。
【請求項５】
ろう付に用いられる粉末ろう材が、質量％でＳｉ：１２〜６０％を含有し残部がＡｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｓｉ系合金粉末または純度９５％以上のＳｉ粉末の単独または混合粉末からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材。
【請求項６】
アルミニウム合金ビレットを押出圧力０．４５〜１０ＭＰａ、押出速度２０ｍ／ｍｉｎ以上、押出断面積５０〜１５０ｍｍ２の押出条件で押出を行って粉末ろう付用アルミニウム合金材を得ることを特徴とする粉末ろう付用アルミニウム合金材の製造方法。
【請求項７】
前記押出時の前記ビレット温度が４５０〜５５０℃であることを特徴とする請求項６記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の製造方法。
【請求項８】
上記押出前に均質化熱処理を行うことを特徴とする請求項６または７に記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の製造方法。
【請求項９】
前記アルミニウム合金ビレットが、請求項２〜４のいずれかに記載の組成を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ろう付に供されるろう付用アルミニウム合金材およびその製造方法に関するものであり、特に粉末ろう材を用いてろう付が行われるアルミニウム合金製熱交換器の分野に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ろう付法により組み立てられるＡｌ熱交換器では、Ａｌ−Ｓｉ合金ろう材を芯材にクラッドしたブレージングシートが広く用いられている。しかし、近年、コストダウンの観点からＡｌ合金に粉末ろうを塗布した材料が使用されつつある。該粉末ろう材は、従来の展伸材からなるろう材とは異なりＳｉを１１％以上含む、いわゆる、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金やＳｉ合金を使用することができ、塗布する粉末ろう材量を低減できることからコストダウンが可能であり、例えば、Ａｌ−２５％Ｓｉ合金粉末などが用いられている。一方、従来のブレージングシートの芯材に相当する合金には、薄肉、軽量化の要請も強く高い強度が必要とされる。また、Ａｌ製熱交換器は、自動車用などとして用いられることで過酷な腐食環境にも晒されるため、上記芯材に相当する合金では良好な耐食性を有していることも必要とされる。これら観点から、従来の上記芯材にはＪＩＳ３００３合金やその他のＡｌ−Ｍｎ系合金（例えば特許文献１）が広く用いられている。  
【特許文献１】特開２００２−２９４３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記Ａｌ製熱交換器などのろう付品では、上記のようにＳｉを含むろう材が芯材の表面を覆うため、ろう付後にＳｉを多く含む表面層が形成される。この表面層は、高Ｓｉ含有によって電位が高く、芯材内部より貴であるので、表面で腐食が生じた場合、いわゆる孔食となって材料内部に深く進行してしまい、耐孔食性に劣るという問題がある。特に、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金やＳｉ合金を使用する粉末ろう付では、Ｓｉが結晶粒界面を通して深さ方向に侵食してＳｉ含有量が高い層が材料深くまで形成されるため、上記問題が顕著になるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ろう付後にＳｉを多く含む表面層が形成されたろう付品においても優れた耐孔食性を発揮する粉末ろう付用アルミニウム合金材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明の粉末ろう付用アルミニウム合金材のうち、請求項１記載の発明は、表面層結晶粒が、平均粒径２〜１５μｍで結晶粒縦断面における粒径の面方向／深さ方向のアスペクト比が１．５〜１０であることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の発明は、請求項１記載の発明において、質量％で、Ｍｎ：０．９〜１．５％、Ｓｉ：０．８〜１．２％、Ｔｉ：０．１０〜０．２０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の発明は、請求項１または２に記載の発明において、質量％で、Ｍｎ：０．９〜１．５％、Ｓｉ：０．８〜１．２％、Ｔｉ：０．１０〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記不可避不純物中のＦｅ量が質量％で０．６％以下であることを特徴とするろう付用アルミニウム合金材。
【０００９】
請求項５記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、ろう付に用いられるろう材が、質量％でＳｉ：１２〜６０％を含有し残部がＡｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｓｉ系合金粉末または純度９５％以上のＳｉ粉末の単独または混合粉末からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の製造方法の発明は、アルミニウム合金ビレットを押出圧力０．４５〜１０ＭＰａ、押出速度２０ｍ／ｍｉｎ以上、押出断面積５０〜１５０ｍｍ２の押出条件で押出を行ってろう付用アルミニウム合金材を得ることを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の製造方法の発明は、請求項６記載の発明において、前記押出時の前記ビレット温度が４５０〜５５０℃であることを特徴とする。
【００１２】
請求項８記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の製造方法の発明は、請求項６または７に記載の発明において、上記押出前に均質化熱処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項９記載の粉末ろう付用アルミニウム合金材の製造方法の発明は、請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、前記アルミニウム合金ビレットが、請求項２〜４のいずれかに記載の組成を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、表面層におけるアスペクト比１．５〜１０の扁平な結晶粒によって強度および耐孔食性が改善される。過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金粉末やＳｉ粉末の粉末ろうを用いたろう付ではろうの溶融過程で芯材表面も溶融して、これをろうとすることに特徴を有するが芯材の溶融は粒内よりも粒界の方が早い。ＪＩＳ３００３合金や、さらにＳｉを含有した合金などを芯材としたときには溶融ろうと接する粒界が選択的に侵食されるため、ろうが芯材深く侵食が進行する結果、ろう付後には芯材の強度や耐孔食食性に劣るものとなっている。
【００１５】
これに対し、本発明の粉末ろう付用アルミニウム合金材では、表面層結晶粒のアスペクト比（横縦比、横：面方向径、縦：深さ方向径）が１．５以上であることにより、溶融ろうの侵食が深く進行することがなくなり、ろう付による強度の低下や孔食性の低下が回避される。また、上記アスペクト比が１０を越えると、それ以上の効果は期待できないため、上記アスペクト比を１．５〜１０の範囲に定める。なお、同様の理由でアスペクト比の下限は１．８、上限は８であるのが望ましい。
また、表面層結晶粒における面方向の平均粒径は、５０μｍ未満では耐食性に劣り、一方、７００μｍを超えると耐食性の向上が望めなくなるため、下限を５０μｍ、上限を７００μｍと定める。好ましくは下限１００μｍ、上限５００μｍである。なお、表面層結晶粒は、平均だけでなく、実質的に上記粒径の範囲内にあるのが望ましい。
なお、上記アスペクト比および平均結晶粒径を有する結晶粒は、少なくとも表面層に存在していることが必要である。この表面層としては、５０〜３００μｍの深さで示すことができる。
【００１６】
また、本発明の粉末ろう付用アルミニウム合金材では、好適な組成により、強度および耐食性においてさらに優れた特性を発揮する。以下に、当該組成における限定理由を述べる。なお、成分含有量はいずれも質量％である（以下同じ）。
【００１７】
Ｍｎ：０．９〜１．５％
Ｍｎは、金属間化合物を生成して強度を高める。また、材料の電位を高め耐食性を向上させる。ただし、０．９％未満では電位、強度の効果が十分発揮されず、一方、１．５％を超えて含有されると押出性や圧延加工性が著しく低下する。したがってＭｎ含有量を０．９〜１．５％に定める。なお、同様の理由で下限を１．０％、上限を１．４％とするのが望ましい。
【００１８】
Ｓｉ：０．８〜１．２％
前記ＭｎとＳｉと両方を含むことによって表面のろう材部より電位が高くなり、腐食形態は全面腐食型となり、耐孔食性に優れたものとなる。さらに、ＳｉはＭｎと共にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系微細化合物も形成するので、材料強度も向上させる。ただし、Ｓｉ含有量が０．８％未満では上記効果が十分でなく、一方、１．２％を超えて含有されると合金の溶融温度が低下してろう付中に材料の部分溶融が生じるようになる。このためＳｉ含有量を０．８〜１．２％とする。なお、同様の理由で下限を０．９％、上限を１．１％とするのが望ましい。
【００１９】
Ｔｉ：０．１０〜０．２０％
Ｔｉを含有させると結晶粒がより扁平、かつ微細となり、粒界が材料表面に平行に多く存在するため、溶融ろうの侵食が深く進行するのを防止する。ただし、Ｔｉ：０．１０％未満では上記効果が十分でなく、一方、０．２０％を超えて含有されても更にいっそうの効果が発揮されないばかりでなく、Ａｌ−Ｔｉ系粗大化合物が形成されて材料の加工性が著しく低下する。したがってＴｉ含有量を０．１０〜０．２０％に定める。なお、同様の理由で下限を０．１２％、上限を０．１８％とするのが望ましい。
【００２０】
Ｃｕ：０．０５〜０．５％
上記合金中にさらにＣｕを含有させると電位、強度ともにさらに高くなる。ただし、０．０５％未満では上記効果が十分ではなく、０．５０％を超えて含有すると材料の溶融温度と加工性の低下をもたらす。したがって、所望によりＣｕを含有させる場合、その含有量を０．０５〜０．５％に定める。なお、同様の理由で下限を０．０８％、上限を０．４％とするのが望ましい。
【００２１】
Ｆｅ：０．６％以下
不可避不純物に含まれるＦｅ含有量を０．６％以下に規制することで、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系やＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ系の金属間化合物の過剰な形成を抑制しＭｎやＳｉの固溶量を確保（合金電位を貴に維持）でき、耐食性の低下を抑制することができる。
【００２２】
上記アスペクト比を有するろう付用アルミニウム合金材は、押出成形に際し、以下の条件で押出を行うことにより得ることができる。以下に、その限定理由を説明する。
押出圧力    ：０．４５〜１０ＭＰａ
形状（断面積）：５０〜１５０ｍｍ２
押出速度      ：２０ｍ／ｍｉｎ以上
上記断面積形状のビレットに、上記押出圧力、押出速度で押出を行うことで、上記アスペクト比を有する結晶粒がろう付用アルミニウム合金材の表面層に形成される。なお、押出圧力および押出速度が下限未満の場合、または断面積が上限を超える場合、ビレットの表面層に十分に歪が負荷されず、結晶粒に目的のアスペクト比が得られない。一方、押出圧力、押出速度が上限を超え、または断面積が下限を下回る場合、著しく押出圧力が上がり、ダイス破壊やピックアップなどの表面欠陥が発生する。なお、押出時のビレット温度は４５０〜５５０℃とするのが望ましい。４５０℃未満では、ダイス破損が生じやすく、一方、５５０℃を超えると、ピックアップなどの表面欠陥が発生する。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の粉末ろう付用アルミニウム合金材は、表面層結晶粒が、平均粒径５０〜７００μｍで結晶粒縦断面における粒径の面方向／深さ方向のアスペクト比が１．５〜１０であるので、ろう付に際し、ろう材すなわちＳｉの粒界を通した深さ方向への侵食が抑制され、ろう付による強度低下、耐孔食性の劣化が防止され、強度および耐食性に優れたろう付品を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の粉末ろう付用アルミニウム合金材の製造方法によれば、アルミニウム合金ビレットを押出圧力０．４５〜１０ＭＰａ、押出速度２０ｍ／ｍｉｎ以上、押出断面積５０〜１５０ｍｍ２の押出条件で押出を行って粉末ろう付用アルミニウム合金材を得るので、扁平な形状を有する結晶粒が表面層に得られ、ろう付による強度低下、耐孔食性の劣化が防止される上記で説明したアルミニウム合金材が確実に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本発明の製造方法では、好適には、Ｍｎ：０．９〜１．５％、Ｓｉ：０．８〜１．２％、Ｔｉ：０．１０〜０．２０％を含有し、さらに所望によりＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金が用いられる。該合金では、さらに不可避不純物中のＦｅ量を０．６％以下に規制するのが望ましい。
該合金は常法により溶製することができ、ビレットとして押出加工のために用意される。
押出加工では、好適にはビレット温度を４５０〜５５０℃に管理して、押出圧力０．４５〜１０ＭＰａ、押出速度２０ｍ／ｍｉｎ以上、押出断面積５０〜１５０ｍｍ２の押出条件で押出を行う。
【００２６】
押出方法は特に限定されるものではないが、例えば、押出する合金に適した温度に加熱したビレットをコンテナに装入し、ラムでダイス方向に圧縮してダイス孔を通して押出を行う直接押出法がある。
【００２７】
押出により得られた粉末ろう付用アルミニウム合金材は、事前に、均質化処理を行うことができる。該均質化処理は、常法により行うことができ、その条件が特に限定されるものではないが、例えば、５９０℃×６時間の条件を示すことができる。
【００２８】
上記により得られる粉末ろう付用アルミニウム合金材１は、図１に示すようにパイプ形状を有している。該粉末ろう付用アルミニウム合金材１は、押出によって同一断面形状１ｂを有しており、該断面形状１ｂにおける面積は、５０〜１５０ｍｍ２に設定がなされている。
該粉末ろう付用アルミニウム合金材１は、図２の概略図に示すように、表面層に扁平な結晶粒１０が形成されており、該結晶粒１０は、面方向における平均粒径が５０〜７００μｍで、深さ方向における長さａに対する面方向での長さｂ（アスペクト比ｂ／ａ）が１．５〜１０の範囲内になっている。
【００２９】
該粉末ろう付用アルミニウム合金材１は、ろう付をすべき面に粉末ろう材とフラックスおよびバインダを塗布する。粉末ろう材は、前記したように過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金やＳｉ合金を用いるのが望ましい。ただし、本発明としては粉末ろう材の種別が特に限定されるものではなく、共晶、亜共晶の粉末ろう材を用いることもできる。過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を用いる場合、Ｓｉ量は１５超〜６０％が望ましく、下限２０％、上限３０％がさらに望ましい。また、本発明としてはフラックスの種別も特に限定されるものではなく、フッ化物フラックス、塩化物フラックスなどを用いることができる。また、バインダの種別も特に限定されるものではなく、アクリル系、メタクリル系樹脂などを用いることができる。さらに、粉末ろう付用アルミニウム合金材１に粉末ろう材等を塗布する方法や塗布量が本発明として特に限定されるものではない。
【００３０】
上記粉末ろう付用アルミニウム合金材１は、好適には熱交換器用部材として用いることができる。
図３では、上記粉末ろう付用アルミニウム合金材１を熱交換器用ヘッダータンクとして用い、２つのヘッダータンク間に扁平チューブ２…２を所定間隔で配置してヘッダータンクに連通させ、扁平チューブ２、２間には、波形フィン３をそれぞれ配置した熱交換器が示されている。図中４、４はヘッダプレートである。
上記により構成される各熱交換器部材は、それぞれを図３に示すように組み付けた後、ろう付に供される。ろう付に際しての条件、装置等も本発明としては特に限定をされるものではなく、常法により行うことができる。
上記により製造された熱交換器は、ヘッダータンク部分においては、表面層においてろうの侵食が防止され、強度低下、孔耐食性の劣化が回避される。これにより高強度で耐食性に優れた熱交換器が得られる。
【実施例１】
【００３１】
以下に、本発明の実施例を説明する。
表１に示す組成を有するアルミニウム合金（残部Ａｌ及び不可避不純物）を常法により溶製してビレットを作製し、表２に示す条件で押出を行って、フラットバー形状のろう付用アルミニウム合金材（１．５ｍｍ厚×３０ｍｍ幅）を供試材として製造した。
【００３２】
各供試材について、組織観察によって表面層の平均結晶粒径とアスペクト比を測定し、それぞれ表３に示した。
また、押出加工時のピックアップの発生頻度によって押出性を評価した。該評価では、供試材Ｎｏ．６における発生頻度を１として相対評価をし、発生頻度が１．２以下を○、１．２超〜１．５を△、１．５超を×と判断し、その結果を表３に示した。
【００３３】
次に、各供試材の表面にＡｌ−２５％Ｓｉ粉末（１００ｇ／ｍ２）とフッ化物系フラックス（２０ｇ／ｍ２）、アクリル系樹脂バインダ（１２ｇ／ｍ２）からなるろう付用組成物を塗布したものと未塗布ものを垂直に吊るした状態で、窒素雰囲気炉で６００℃×３ｍｉｎのろう付熱処理を行った。なお、供試材を垂直にして、ろう付したのは、塗布した粉末ろうを重力により流動させるためである。
ろう付後に未塗布供試材を使い引張試験を実施し引張強さを測定した。
同じくろう付後に塗布供試材のろう付用組成物塗布表面の断面観察を行い、ろうのエロージョン深さを測定した。また塗布供試材を使いＳＷＡＡＴ（ＪＩＳＺ２３７１）にて３０日間の腐食試験を行い、腐食深さの測定を行い、それぞれの結果を表３に示した。
本発明は比較例に比べ引張強さが高く、エロージョン深さや腐食深さは浅くなり、良好な特性が得られる。
【００３４】
【表１】
2007262513.tif 000003
【００３５】
【表２】
2007262513.tif 000004
【００３６】
【表３】
2007262513.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態における粉末ろう付用アルミニウム合金材を示す正面図および斜視図である。
【図２】同じく、表面層の拡大断面概略図である。
【図３】同じく、粉末ろう付用アルミニウム合金材を用いた熱交換器を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    粉末ろう付用アルミニウム合金材
１０  結晶粒
２    扁平チューブ
３    波形フィン
４    ヘッダプレート
【図１】
2007262513.tif 000006
【図２】
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【図３】
2007262513.tif 000008