(57)【要約】【課題】フラックスや真空設備を必要とすることなく大気圧下でのフラックスレスろう付けを可能にする。【解決手段】Ｍｇ０．１〜５．０％、Ｓｉ３〜１３％、Ｂｅ０．０００１〜０．１％を含有し、表層面方向で円相当径で１．０μｍ以上のＳｉ粒子、Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物が合計で、１，０００〜１００，０００個／ｍｍ２で分布するＡｌ−Ｓｉ系ろう材が最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いて、減圧を伴わない非酸化性雰囲気で５５９〜６２０℃においてＡｌ−Ｓｉ系ろう材によりろう付け対象部材との接触密着部を接合するので、フラックスや真空設備を必要とせずに大気圧下でのフラックスレスろう付けが可能になり、ろう材以外の被ろう付け構成部材へＭｇを添加した場合にもろう付け阻害要因とはならない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＭｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：３〜１３％、Ｂｅ：０．０００１〜０．１％を含有し、表層面方向の観察において、円相当径で１．０μｍ以上のＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が合計で、１，０００〜１００，０００個／ｍｍ２で分布するＡｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いて、減圧を伴わない非酸化性雰囲気で、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材と被ろう付部材とを接触密着させ、加熱温度５５９〜６２０℃において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によりフラックスレスで接触密着部の密着面において前記芯材と前記被ろう付部材とを接合することを特徴とするアルミニウム材のフラックスレスろう付方法。
【請求項２】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に、さらに質量％で、Ｎａ：０．００１〜０．３％、Ｓｒ：０．００１〜０．３％、Ｓｂ：０．００１〜０．３％のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法。
【請求項３】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に質量％でさらにＴｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％のうち１種または２種以上含有することを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法。  
【請求項４】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に、さらに質量％で、０．１〜５．０％のＺｎを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム材のフラックスレスろう付け方法。
【請求項５】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に、さらに質量％で、０．０１〜１．０％のＢｉを含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム材のフラックスレスろう付け方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のＡｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が最表面に位置しており、減圧を伴わない非酸化性雰囲気でフラックスレスのろう付けに供されることを特徴とするフラックスレスろう付け用アルミニウムクラッド材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非酸化性雰囲気でフラックスを使用せずに、ろう付可能なアルミニウムクラッド材、及びそのろう付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラジエータやコンデンサをはじめ、インタークーラー等を代表とする自動車用熱交換器や、その他アルミニウム合金にて製造される熱交換器や放熱器等は、現在、非腐食性のフッ化物系フラックスを用いてろう付けされるか、ろう材に０．５〜１．５質量％程度のＭｇを添加して真空下でろう付けされる工法が主流となっている。
上記フラックスを用いる場合、多くがろう付け対象部材をプレス成形等で加工後、所望の組み付け状態とし、フラックス粉末を溶媒に溶いた混濁液を組み付け体に塗着・乾燥させ、高純度窒素ガス雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱ろう付けしている。この場合、フラックスを使用すること自体、或いは、その塗布工程の設置や管理にコストを要するという問題がある。また、フラックスは、その一部がろう付け加熱過程で蒸発し、炉内壁に付着、堆積することが知られており、堆積物の除去を目的とした定期的な炉のメンテナンスも必要コストとして生じる。そして昨今、自動車の軽量化促進に伴い、自動車用熱交換器でも材料の薄肉高強度化が求められ、アルミニウム材料の高強度化には、アルミニウム合金へのＭｇ添加が有効であることは一般的に知られているが、フラックスを用いたろう付けではＭｇとフラックスが反応して高融点のＭｇＦ２を生成することから、これがろう付け阻害要因となったり、材料中のＭｇを消費してしまうため、折角添加したＭｇが高強度化にあまり役立たないという問題がある。すなわち、フラックスろう付けでは製品中のＭｇ添加部位や量に制限があり、積極的に材料高強度化手法として用いることができていないのが現状である。
【０００３】
一方、真空ろう付けでは、ろう材に添加されたＭｇがろう付け昇温過程で材料中から蒸発し、その際に、ろう付け阻害要因であるアルミニウム材料表面の酸化皮膜を破壊し、雰囲気中では水分や酸素と結合するゲッター作用により、炉内雰囲気をろう付け可能な状態としている。本手法では、フラックス工程管理は必要ないものの、真空炉が高価な設備であること、炉の気密性管理等に相応のコストが生じる問題がある。また、自動車用熱交換器等では、製品の耐食性確保を目的にＺｎが添加されるが、真空加熱下ではＺｎが蒸発してしまい、製品材料中に十分なＺｎを残すことができないというデメリットもある。更に、炉内壁には蒸発したＭｇやＺｎが堆積することから、定期的な炉内清掃も必要となる。
【０００４】
これらに対し、最近では上記問題を解消しようとする大気圧下のフラックスレスろう付けが提案されている。例えば特許文献１では、被ろう付け部材、もしくはそれ以外の部位にＭｇ含有物を配置し、且つ、被ろう付け物に覆いをすることによって非酸化性雰囲気大気圧下のフラックスレスろう付けを提案している。しかし、この技術では覆いをすることが必須となっており、覆いを製品サイズ別に用意したり、量産で想定される使用個数を準備する必要があったり、更に、覆いのメンテナンス等が必要となり、量産適用においては手間やコストがかかるという問題がある。また、覆いをすることにより被ろう付け物の昇温速度が低下してしまい、生産性を低下させてしまうという問題もある。
【０００５】
上記問題に対し、特許文献２では、予めろう付け炉内で加熱された風除け冶具（覆い）によって炉内で被ろう付け部材を覆うような仕組みを提案し、昇温速度の低下を改善している。しかし、本方法においては、炉内に風除け冶具の動作を制御する機構を設ける必要があり、設備の導入や維持にコストと手間が掛かるという問題がある。
【０００６】
一方、覆いを必要としないフラックスレスろう付けとしては、特許文献３では、クラッド材のろう材にＭｇを添加し、そのクラッド材で成形された熱交換器チューブの内側を不活性雰囲気中大気圧下でフラックスレスろう付けする方法が提案されている。
【０００７】
また、同じく覆いを必要としないものとして、特許文献４では、ろう材表面に酸化防止層をクラッドし、そのクラッド材を積層構造としたもので大気雰囲気中のろう付けを可能にするという提案もある。
【０００８】
そして特許文献５では、芯材の表面にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなるろう材をクラッドし、且つ、ろう付け前に材料表面を酸洗浄し酸化皮膜の厚みを２０Å以下とすれば、非酸化性雰囲気中でのフラックスレスろう付けが可能になるという提案がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−８５４３３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７５５００号公報
【特許文献３】特許第４０３７４７７号公報
【特許文献４】特許第３７０１８４７号公報
【特許文献５】特開平１０−１８０４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、覆いを必要とせずに、大気圧下でのろう付けを可能にする特許文献３〜５においても以下の課題がある。
特許文献３で提案されている方法では、チューブ外面とフィンの接合はフラックスを使用しており、フラックスを使用することによるデメリットは完全に解消されていないという問題がある。
また、特許文献４で提案されている技術では、従来の真空ろう付けやノコロックろう付けに用いる材料に対し、ろう材表面に酸化防止層を設けたクラッド材を準備する必要があり、材料コストが高くなるという問題があり、更に、コアとしては積層構造に限定されるという汎用性の問題がある。
さらに、特許文献５に示される方法では、酸洗浄の工程管理が煩雑となる問題や、酸洗浄工程分のコストが増加するという問題がある。
【００１１】
また、フラックスレスろう付では、部材成分やろう付条件、さらには接合部の形状、部材の酸化皮膜厚さや皮膜欠陥部の分布密度などを最適化し、接合を可能としている。しかし、上記要因の影響が大きく、酸素濃度がやや高い雰囲気などでろう付される場合は、接合状態が不安定となるため、さらなる接合率の向上が望まれている。また、製品の耐久性向上のため接合率だけでなく接合部の強度のさらなる向上が求められている。
【００１２】
このような問題に鑑み、本発明ではフラックス塗布工程や真空設備等の導入運用コストや、ろう付け時に使用する覆い等の副資材コスト、材料酸洗浄等の新たな工程コストを発生させず、且つ、熱交換器等の形状によらない汎用的な大気圧下フラックスレスろう付け方法を見出すことを目的に開発を進めたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、Ｓｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の分布を制御するとともに、ろう材中にＢｅを添加することで、従来より酸素濃度が高い雰囲気でも著しくろう付性が向上することを見出した。また、あわせてＮａやＳｒを添加するとろう材凝固組織が微細化し、接合強度が向上する。さらにはＴｉ、Ｚｒの添加はフィレットサイズを増大させる効果があり、熱交換器の耐久性が著しく向上することを見出した。
ろう材表面の酸化皮膜欠陥部はろう溶融直後における濡れ性向上に有効であるが、Ｂｅは溶融ろうの表面に形成される酸化皮膜の成長や分解を促進する作用があるため、酸素濃度が高い雰囲気においても接合状態が改善される。また、ＮａやＴｉなどはろう材の凝固組織を微細にしたり、溶融ろうの粘度などの物性を変化させる効果があり、フラックスを使用しない本ろう付法において著しく製品性能の向上に寄与する。
【００１４】
すなわち、本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法のうち、第１の本発明は、質量％でＭｇ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：３〜１３％、Ｂｅ：０．０００１〜０．１％を含有し、表層面方向の観察において、円相当径で１．０μｍ以上のＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が合計で、１，０００〜１００，０００個／ｍｍ２で分布するＡｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いて、減圧を伴わない非酸化性雰囲気で、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材と被ろう付け部材とを接触密着させ、加熱温度５５９〜６２０℃において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によりフラックスレスで接触密着部の密着面において前記芯材と前記被ろう付け部材とを接合することを特徴とする。
【００１５】
第２の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法は、前記第１の本発明において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に、さらに質量％で、Ｎａ：０．００１〜０．３％、Ｓｒ：０．００１〜０．３％、Ｓｂ：０．００１〜０．３％のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【００１６】
第３の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法は、前記第１または第２の本発明において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に、質量％でさらにＴｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％のうち１種または２種以上含有することを特徴とする。
【００１７】
第４の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に、さらに質量％で、０．１〜５．０％のＺｎを含有することを特徴とする。
【００１８】
第５の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に、さらに質量％で、０．０１〜１．０％のＢｉを含有することを特徴とする。
【００１９】
第６の本発明のフラックスレスろう付け用アルミニウムクラッド材は、前記第１〜第５の本発明のいずれかに記載のＡｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が最表面に位置しており、減圧を伴わない非酸化性雰囲気でフラックスレスのろう付けに供されることを特徴とする。
【００２０】
以下に、本発明で規定する成分等の限定理由について以下に説明する。なお、各成分量はいずれも質量％で示される。
【００２１】
１．ろう材
本発明ではＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金をベースとしたろう材が使用され、下記含有量でＳｉ、ＭｇおよびＢｅを必須成分として含有する。
【００２２】
Ｓｉ：３〜１３％
ＳｉはＡｌに含有することにより、その融点を低下させ、ろう付温度にて溶融して所定の継手を形成する基本的な元素である。ろうとして機能する適正な含有量の範囲として、３〜１３％とする。３％未満では生成する液相量が不足するため十分な流動性が得られず、１３％を超えると初晶Ｓｉが急激に増加して加工性が悪化するとともに、ろう付時に接合部のろう侵食が著しく促進される。Ｓｉ含有量の一層好ましい下限は６％、上限は１２％である。
【００２３】
Ｍｇ：０．１〜５．０％
Ｍｇは材料表面に生成する緻密なアルミニウムの酸化皮膜（Ａ１２０３）をろう付加熱時に還元、分解して、接合性とろうの濡れ性を向上する効果を有する。本発明において十分な接合を得るためのＭｇ含有量は０．１〜５．０％である。０．１％未満では本発明の効果であるろう付時接合面の酸化皮膜破壊効果が得られず、５．０％を越えるとその効果が飽和し、かつ、アルミニウム材料の加工性に難を生じる。
本発明では、上記Ｍｇ成分範囲における酸化皮膜破壊活動のみでもろう付性を確保できるが、さらに、Ｍｇ含有量を最適化してＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材の固相線温度の低下効果を利用すれば、優れたろう付性を発揮できる。この場合のＭｇの最適含有量は、Ｓｉ含有量により変動するが、例えばＳｉ含有量が６〜１２％の場合は、Ｍｇ含有量は０．７５〜１．５％が好ましい。この範囲であれば、ろうの融点低下が十分に得られ、Ｍｇによる酸化皮膜破壊効果との相乗効果により、より良好なろう付性を得ることが可能となる。具体的には、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金で最も低い固相線温度の５５９℃以上でろう付が可能となる。
【００２４】
Ｂｅ：０．０００１〜０．１％
Ｂｅは、ろう付に際し溶融ろうの表面に形成する酸化皮膜の成長を抑制し、雰囲気の酸素濃度が高い状態でも良好な接合状態が得られる。このため、０．０００１％以上の含有が必要であり、下限未満では上記作用が十分に得られない。一方、上限を超えると、効果が飽和し、さらに、材料コストの増大を招くためＢｅの含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で下限を０．０００２％、上限を０．０１％とするのが望ましい。
【００２５】
本発明のろう材は、上記Ｓｉ、Ｍｇ，Ｂｅを含有し、その他をＡｌと不可避不純物とするものでもよく、また、上記Ｓｉ、Ｍｇ、Ｂｅの作用を損なわないように、その他の成分を含有するものであってもよい。以下に、所望によって含有するその他の成分を説明する。
【００２６】
Ｎａ：０．００１〜０．３％、Ｓｒ：０．００１〜０．３％、Ｓｂ：０．００１〜０．３％のうち１種または２種以上
これら成分は、ろう材凝固部の組織（Ｓｉ粒子）を微細にするため、接合強度が向上し、製品の耐久性向上に著しく寄与するので所望により含有させる。これら成分の含有量が下限未満では十分な効果が得られず、上限を超えると効果が飽和する。
【００２７】
Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％のうち１種または２種以上
これら成分は、Ａｌ−Ｔｉ系金属間化合物、Ａｌ−Ｚｒ金属間化合物、Ａｌ−Ｔｉ−Ｚｒ系金属間化合物を形成し、酸化皮膜の欠陥部を形成し、接合率の向上に寄与し、さらに、溶融ろう中に溶解し、溶融ろうの物性を変化させ、フィレットの安定形成や粗大化に寄与し、製品の耐久性が向上するので所望により含有させる。
これら成分の含有量が下限未満では十分な効果が得られず、上限を超えると効果が飽和し、さらに、粗大な金属間化合物が生成して接合率が低下する。
【００２８】
Ｂｉ：０．０１〜１．０％
Ｂｉを含有させることにより、よりろう材の濡れ性を向上させることが可能となるので所望によりろう材に含有させる。０．０１％未満では効果が十分でなく、１．０％を越えると効果の飽和、材料コストの増大を招くため好ましくない。
【００２９】
Ｚｎ：０．１〜５．０％
Ｚｎはろう材の電位を低下させ、犠牲陽極効果によりブレージングシートの耐食性を向上させる効果を有するので所望によりろう材に含有させる。Ｚｎの含有量は０．１〜５．０％が望ましい。０．１％未満では電位がほとんど変化しないため十分な耐食性向上効果が得られず、５．０％を超えると腐食速度が著しく増大する。なお、Ｚｎ含有量の一層好ましい下限は０．５％、上限は３．０％である。また、Ｚｎを積極的に添加しない場合でも、該Ｚｎを不可避不純物として０．１％未満で含むものであってもよい。
【００３０】
ろう材表層面でのＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の分布
円相当径１．０μｍ以上のＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が合計で１０００〜１０００００個／ｍｍ２以上分布
本発明を実施するにあたっては、ろう材表面に比較的粗大なＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が存在していることが必要である。通常、アルミニウム材料表面には緻密なＡｌ２Ｏ３等の酸化皮膜が存在し、ろう付け熱処理過程ではこれがさらに成長し厚膜となる。酸化皮膜の厚みが増すほど、酸化皮膜の破壊作用を阻害する傾向が強くなるのが一般的な見解である。本発明では、ろう材表面に粗大なＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が存在することで、粗大粒子表面にアルミニウムの緻密な酸化皮膜が成長せず、この部位がアルミニウム材料表面の酸化皮膜欠陥として働く。すなわち、アルミニウム材料表面の酸化皮膜がろう付け熱処理中に厚膜となっても、粗大粒子部分からろう材の染み出し等が発生し、この部位を起点に酸化皮膜破壊作用が進んでいくものと考えられる。
【００３１】
ここで言うＳｉ粒子とは、組成上Ｓｉ単体成分によるＳｉ粒子のことで、また、Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ系などのＡｌとＳｉを含む金属間化合物とする。
なお、ここでろう材の表層面とは、酸化皮膜を除いたアルミニウム合金生地の表面を意味しており、１０μｍに至る深さ範囲のいずれかの面方向において、上記条件を満たしていればよい。
【００３２】
ろう材表面のＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物はそのサイズが小さ過ぎると、酸化皮膜の欠陥部として作用する効果が不十分となる。したがって、１．０μｍ以上のＳｉ粒子とＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の数が合計で、１０００〜１０００００個／ｍｍ２以上分布していることを必須とした。なお、１０００個／ｍｍ２未満ではろう材の染み出しが発生する箇所が少なく、酸化皮膜の破壊や分断も不十分となって上記効果が十分に得られず、また、１０００００個／ｍｍ２を越えると、粗大Ｓｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物部分において材料側ろう侵食が顕著となり、ろう付不具合の原因となる。よって、Ｓｉ粒子とＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の合計の分布密度を上記範囲に定めている。
なお、同様の理由で上記密度は５，０００個／ｍｍ２以上が望ましく、７５，０００個／ｍｍ２以下が望ましい。
また、上記Ｓｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物は、ろう材表層面で面方向に均一に分布しているのが望ましい。
【００３３】
上記Ｓｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の分布は、アルミニウム合金ブレージングシートを製造する際の熱管理によって制御することができる。
例えば、鋳造時の凝固速度や均質化処理の温度と時間、熱間圧延時の最大圧延率等によってＳｉ粒子やＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の大きさを制御でき、鋳造時の凝固速度によって円相当径１．０μｍを越えるような粗大なＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の個数を制御することができる。
すなわち、鋳造時の凝固速度が遅いほど粗大なＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が生成され、凝固速度が速いほど微細なＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が生成される。また、凝固速度が速いほど、Ｓｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の個数密度が大きくなり、凝固速度が遅いほどＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の個数密度が小さくなる。
また、均質化処理を高温で長時間実施するほど、粗大なＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が生成され、低温で短時間実施することで微細なＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物となる。
また、熱間圧延時の圧下率は、一度の圧下率が大きいほどＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が微細に破砕される。
これらの条件を複合的に制御することでＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の分布（大きさ、粗大な粒子の個数密度）を変えることができる。
【００３４】
２．芯材
本発明に用いるアルミニウムクラッド材の芯材組成は、特に限定されるものではなく、芯材にはＭｇを添加しなくても接合は可能である。しかし、本発明にてフラックスレスろう付を実現したことにより、高強度化を狙ったＭｇ添加を積極的に行なうことも可能となる。
芯材成分としては、質量比でＳｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるもの、あるいは質量比で、Ｍｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｆｅ：０．１〜１．０％、を含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるものが示される。
また、質量比でＳｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、さらに、Ｍｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜１．０％の内１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるもの、さらにはＺｒ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％の内１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるものが示される。
芯材における各元素の作用及び限定理由は以下の通りである。  
【００３５】
Ｓｉ：０．１〜１．２％
Ｓｉ単体でマトリックスに固溶して材料強度を向上させる他、本発明においては、Ｍｇの積極添加との相乗効果によって得られるＭｇ２Ｓｉの析出により、材料強度を向上させる。このＭｇ２Ｓｉの析出は、ろう付熱処理後の時効硬化により、飛躍的な材料強度向上に寄与する。従来の  ＪＩＳＡ３００３合金等をベースとした合金設計においては、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物として分散して、材料強度を向上させる。下限未満ではこれら効果が不十分であり、上限を越えると、融点が低下し、芯材が溶融するので、上記範囲が望ましい。
なお、Ｓｉ含有量の一層好ましい下限は０．３％、上限は１．０％である。Ｍｎ等の含有によりＳｉの積極的な含有を要しない場合、０．１％未満のＳｉを不純物として含有することは許容される。
【００３６】
Ｍｇ：０．０１〜２．０％
Ｍｇは、Ｓｉと同時に添加されることでろう付後に微細な金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉとして析出し、時効硬化により著しく強度が向上する効果を有する。また、ろう付加熱中にろう材から拡散してきたＳｉとも反応し、同様の強度効果を有する。さらに一部はろう材中に拡散し、ろう材表面の酸化皮膜破壊、酸化皮膜成長抑制作用に寄与する。下限未満ではこれら効果が不十分であり、上限を超えると融点が低下し、芯材が溶融する。このため、Ｍｇ含有量は上記範囲が望ましい。
【００３７】
Ｍｎ：０．２〜２．５％
Ｍｎは、金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。また、芯材の電位を貴にして耐食性も向上させる。下限未満ではこれら効果が不十分であり、上限を超えると、圧延などの加工性が低下する。また、一層の効果は得られない。これら理由によりＭｎ含有量は上記範囲が望ましい。なお、Ｍｎ含有量の一層好ましい下限は０．５％、上限は１．５％である。
【００３８】
Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、固溶してろう付後の強度を向上させると共に、芯材の電位を貴にして耐食性を向上させる。下限未満ではこれら効果が不十分であり、上限を超えると、融点が低下し、芯材が溶融する。このため、Ｃｕ含有量は上記範囲が望ましい。なお、Ｃｕ含有量の一層好ましい下限は０．１％、上限は０．７％である。
【００３９】
Ｆｅ：０．１〜１．０％
Ｆｅは金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。また、最終焼鈍時とろう付時の再結晶を促進する。下限未満ではこれら効果が不十分であり、上限を超えると、腐食速度が速くなりすぎる。また、最終焼鈍後の結晶粒径が細かくなりすぎて成形時に加工の導入されない部分でろうの侵食が著しく大きくなる。これら理由によりＦｅ含有量が上記範囲が望ましい。なお、Ｆｅ含有量の一層好ましい下限は０．２％、上限は０．５％である。
【００４０】
Ｚｒ、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％
Ｚｒ、ＴｉまたはＣｒは、ろう付後に微細な金属間化合物として分散し、強度を向上させる。上記記載の下限未満では効果が不十分であり、上限を超えると加工性が低下する。このため、これら成分の含有量は上記範囲が望ましい。
【００４１】
３．クラッド材
本発明に使用する上記クラッド材においては、少なくとも片面に上記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材がクラッドされていればよく、適宜、片面クラッド材と両面クラッド材を使い分けることができる。両面クラッド材では、芯材の両面にろう材がクラッドされているものであってもよく、また片面に上記ろう材がクラッドされ、他の片面に犠牲材等のその他の材料がクラッドされているものであってもよい。  
【００４２】
４．被ろう付け部材の材質
ろう材以外の被ろう付け部材としては、一般的に用いられているアルミニウム合金であれば何れも問題なく使用可能である。  
【００４３】
５．被ろう付け部材の初期酸化膜厚
本発明の実施に当たっては、ろう材および被ろう付け部材は、特に材料表面の初期酸化皮膜を抑制するような材料製作は必要としない為、通常、アルミニウムの量産コイル材として作製される初期酸化膜厚２０〜５００Å程度のアルミニウム材料を使用できる。初期酸化皮膜厚さを２０Å未満とするためには、従来技術に示したような酸洗浄等が必要となる。また、初期酸化皮膜厚さが５００Åを超えても本発明材であれば接合は可能であるが、良好な接合状態が得られにくくなるため、初期酸化皮膜はなるべく薄くしておくことが望ましい。
【００４４】
６．炉内雰囲気
本発明の実施にあたっては、炉内雰囲気を不活性ガス、或いは還元性ガス等の非酸化性ガスとすることで、雰囲気中の酸素濃度や露点を低下させ、ろう材および被ろう付け部材の再酸化を抑制する必要がある。使用する置換ガスの種類としては、接合を得るにあたり特に限定されるものではないが、コストの観点で、不活性ガスとしては窒素、アルゴン、還元性ガスとしては水素、アンモニア、一酸化炭素を用いることが好適である。雰囲気中の酸素濃度管理範囲としては、５〜５００ｐｐｍがよい。５ｐｐｍ未満の場合は、接合に不具合は生じないが、雰囲気の管理に多量のガスを使用する等、製造コストの増大懸念が生じるためである。５００ｐｐｍ超ではろう材および被ろう付け部材の再酸化が進みやすくなり、特にろう材が表面にないベア構成部材とろう材間の接合が十分に得られない為である。雰囲気中の酸素濃度が低いほど接合状態は良好となるため、全ての接合部で安定した接合状態を得るには、ろうが溶融後の酸素濃度は５０ｐｐｍ以下に制御することが望ましい。しかし、本発明のろう材はＢｅ添加の効果により、溶融ろうの酸化が防止されるため、上記のように酸素濃度が高い雰囲気でも全ての接合部で安定した接合が可能となる。
【００４５】
７．ろう付温度
本発明においては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材合金の最も低い固相線温度である５５９℃以上でろう付ができるが、当然、従来からのＡｌ−Ｓｉろう材によるろう付温度範囲も適用可能である。具体的には５５９〜６２０℃が良い。５５９℃未満ではろうが溶融しないためろう付ができず、６２０℃超ではろう侵食が顕著となり、製品形状の維持等に問題が生じるため好ましくない。但し、この温度範囲においても、ろうの合金組成によって固相線温度が低い場合には、ろう侵食が顕著になる場合もあり、その際は、この温度範囲の中で合金組成にあったろう付温度を選択するのが好ましい。
【発明の効果】
【００４６】
以上説明したように、本発明のろう付法を用いれば、フラックスや真空設備を必要としない、大気圧下のフラックスレスろう付が可能となり、従来よりも安定した接合状態を容易に得ることができる。また、ろう材以外の被ろう付け部材へＭｇを添加した場合にもろう付阻害要因とはならないことから、Ｍｇを構造部材に添加した、熱交換器用アルミニウム高強度部材への用途展開も図れることになる。その他、減圧を伴わない雰囲気での加熱となるため、アルミニウム材料からのＭｇやＺｎの蒸発はほとんど発生せず、炉内壁等の汚染を生じないというメリットも得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態におけるろう付け前の状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
質量％で、少なくともＭｇを０．１〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％、Ｂｅ：０．０００１〜０．１％を含有するＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、芯材とは常法により製造することができる。両者またはこれに犠牲材などの他の材料とを重ねてクラッド圧延する。各層のクラッド率は本発明として特定されるものではない。
【００４９】
なお、上記ろう材では、鋳造時の凝固速度や均質化処理の温度と時間、熱間圧延時の最大圧延率等によってＳｉ粒子やＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の分布を制御する。
これらの条件を複合的に制御することでＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の分布（大きさ、粗大な粒子の個数密度）を調整し、円相当径１．０μｍ以上のＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の個数密度が合計で１，０００〜１００，０００個／ｍｍ２の範囲内になるようにする。
【００５０】
芯材の組成は、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有するもの、Ｍｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｆｅ：０．１〜１．０％を含有するもの、あるいはＳｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、さらにＭｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜１．０％の内１種または２種以上を含有し、さらに所望によりＺｒ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％の内１種または２種以上を含有などが望ましい。
【００５１】
上記によって得られるアルミニウムクラッド材１は、図１に示すように芯材２の片面または両面にクラッドされた上記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材３が最表面に位置しており、初期酸化膜厚として２０〜５００Åの酸化皮膜が形成されている。
上記アルミニウムクラッド材１は、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材３が、ベアフィン、無垢材コネクタなどの被ろう付け部材４に接触密着するように組み付けられて、好適には熱交換器組立体などを構成する。なお、被ろう付け部材としては種々の組成のアルミニウム材料を用いることができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。
【００５２】
上記組立体は、減圧を伴うことなく非酸化性雰囲気とされた加熱炉内に配置される。該非酸化性雰囲気は、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたは水素、アンモニア、一酸化炭素などの還元性ガス、あるいはこれらの混合ガスを用いて構成することができる。非酸化性雰囲気は、ろう付加熱時には減圧を伴わず、通常は大気圧とされる。なお、非酸化性雰囲気を得る前に、置換などの目的で減圧工程を含むものであってもよい。加熱炉は密閉した空間を有することを必要とせず、ろう付材の搬入口、搬出口を有するものであってもよい。このような加熱炉でも、不活性ガスを炉内に吹き出し続けることで非酸化性雰囲気が維持される。該非酸化性雰囲気としては、酸素濃度として体積比で５〜５００ｐｐｍが望ましい。上記雰囲気下で５５９〜６２０℃で加熱をしてろう付を行う。ろう付においては、被ろう付け部材４との接触密着部５がフラックスレスで良好に接合される。
【実施例１】
【００５３】
以下に、本発明の実施例を説明する。
表１、２に示す組成（残部Ａｌと不可避不純物）のＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、Ａｌ−０．５Ｍｇ−０．５Ｓｉ−１．０Ｍｎ−０．５Ｃｕ−０．３Ｆｅ合金からなる組成（残部不可避不純物）の芯材とを熱間圧延および冷間圧延によってクラッドした表３、４に示すアルミニウムクラッド材を用意した。各合金の鋳造時の凝固速度は一般的な半連続鋳造の条件である０．１〜２．０℃／ｓｅｃの範囲に制御した。なお、ろう材は鋳造時の凝固速度と均質化処理条件、熱間圧延時の最大圧延率を種々変化させることによって、Ｓｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の分布を制御した。
なお、均質化処理は、３００〜５９５℃×１〜４８時間の範囲内で調整し、熱間圧延の最大圧延率は、１５〜５０％の範囲内で調整した。
【００５４】
上記アルミニウムクラッド材は、各種組成のろう材と芯材とを選択し、ろう材クラッド率１０％、Ｈ１４相当調質で０．５ｍｍ厚に仕上げた。
作製したアルミニウムクラッド材について、ろう材最表面を０．１μｍの砥粒で研磨し、０．５％フッ酸水溶液で６０秒エッチングした後、表面方向からＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）を用いた全自動粒子解析を行った。測定は各サンプルについて１００００μｍ２（１００μｍ角相当）の観察視野で任意部５ヶ所について測定を実施した。
該測定では、円相当径で１．０μｍ以上のＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の個数密度（個／ｍｍ２）を算出した。
各サンプルのろう材表層面のＳｉ粒子およびＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物の測定結果を表３、４に示した。
また、被ろう付け部材としてＪＩＳ  Ａ３００３合金、Ｈ１４相当調質のアルミニウムベア材（０．１ｍｍ厚）のコルゲートフィン材を用意した。
【００５５】
ろう付性
本発明の上記アルミニウムクラッド材を用いて幅２０ｍｍの扁平電縫管を製作し、前記コルゲートフィンと組合せてコア形状とした。コアサイズは、チューブ１５段、長さ３００ｍｍの構成とした。
上記コアを窒素雰囲気中にて、５６０〜６２０℃まで加熱するろう付熱処理を行った後、チューブとフィンの接合率を測定することでろう付性を評価した。フィンの接合率は、以下の式で求め、その結果を表３、４に示した。
フィン接合率＝（フィンとチューブの総ろう付接合長さ／フィンとチューブの総接触長さ）×１００（％）
【００５６】
雰囲気中の酸素濃度
雰囲気中の酸素濃度は窒素ガスの流量によって変量し、ろう付温度に達した際の酸素濃度を測定し、表３、４に示した。
【００５７】
耐久性評価
作製したコアに内圧０−１５ｋｇｆを繰返し負荷する耐久試験を実施し、チューブに破断が発生するまでの回数を測定した。フィン材の接合率が優れ、フィレットサイズが大きいほど耐久性に優れる結果が得られる。
【００５８】
本発明の実施例は従来例に比べ良好なろう付性を示したのに対し、比較例では十分な接合が得られなかった。また、実施例では材料の高強度化とろう付性との両立が得られたが、比較材でその効果は得られなかった。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
【表２】
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【００６１】
【表３】
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【００６２】
【表４】
2012050993.tif 000006
【符号の説明】
【００６３】
１    アルミニウムクラッド材
２    芯材
３    Ａｌ−Ｓｉ系ろう材
４    被ろう付け部材
【図１】
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