(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】Ｍｇを０．１〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、ろう付によって接合される部材最表面に円相当径で１．０μｍ以上のＳｉ粒子と金属間化合物が合計で１ｍｍ２当たり１，０００個以上分布するアルミニウム合金ろう材シート３を用い、該シートをアルミニウム材からなる被ろう付け部材１、２間に挟んで接触密着させ、減圧を伴わない非酸化性雰囲気で加熱温度５５９〜６２０℃において、前記被ろう付け部材同士を前記接触密着部４を介して接合するので、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る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量比で、Ｍｇを０．１〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、ろう付によって接合される部材最表面に円相当径で１．０μｍ以上のＳｉ粒子と金属間化合物が合計で１ｍｍ２当たり１，０００個以上分布することを特徴とする、ろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シート。
【請求項２】
前記部材最表面で、円相当径１．０μｍ以上のＳｉ粒子および金属間化合物のうち、円相当径で１．０〜３．０μｍのものの個数が円相当径１．０μｍ以上の前記Ｓｉ粒子および金属間化合物全体の個数の５０％以上を占めることを特徴とする請求項１記載のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シート。
【請求項３】
前記組成として、さらに、質量％で、Ｚｎを０．１〜５．０％含有することを特徴とする請求項１または２に記載のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シート。
【請求項４】
前記組成として、さらに、質量比で、Ｍｎ：０．３〜１．７％、Ｆｅ：０．５〜１．５％、Ｎｉ：０．１〜１．０％の内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１〜３のいずれか１項に記載のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シート。
【請求項５】
前記組成として、さらに、質量％で、Ｂｅ：０．０００１〜０．１％、Ｓｒ：０．００５〜０．１％、Ｂｉ：０．０１〜０．５％の内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１〜４のいずれか１項に記載のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シート。
【請求項６】
前記組成として、さらに、質量％で、Ｃａを０．０５〜０．１％含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のろう付性に優れるフラックススレスろう付用アルミニウム合金ろう材シート。
【請求項７】
液相線温度が６１０℃以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シート。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートをアルミニウム材からなる被ろう付け部材間に挟んで接触密着させ、減圧を伴わない非酸化性雰囲気で加熱温度５５９〜６２０℃において、前記被ろう付け部材同士を前記接触密着部を介して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け方法。
【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、ろう付可能なフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートおよび該シートを用いたフラックスレス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】
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が可能な材料および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】
【００１２】
すなわち、本発明のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートのうち、第１の本発明は、質量比で、Ｍｇを０．１〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、ろう付によって接合される部材最表面に円相当径で１．０μｍ以上のＳｉ粒子と金属間化合物が合計で１ｍｍ２当たり１，０００個以上分布することを特徴とする。
【００１３】
第２の本発明のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートは、前記第１の本発明において、前記部材最表面で、円相当径１．０μｍ以上のＳｉ粒子および金属間化合物のうち、円相当径で１．０〜３．０μｍのものの個数が円相当径１．０μｍ以上の前記Ｓｉ粒子および金属間化合物全体の個数の５０％以上を占めることを特徴とする。
【００１４】
第３の本発明のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートは、前記第１または第２の本発明において、前記組成として、さらに、質量％で、Ｚｎを０．１〜５．０％含有することを特徴とする。
【００１５】
第４の本発明のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートは、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記組成として、さらに、質量比で、Ｍｎ：０．３〜１．７％、Ｆｅ：０．５〜１．５％、Ｎｉ：０．１〜１．０％の内１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【００１６】
第５の本発明のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートは、前記第１〜第４の本発明において、前記組成として、さらに、質量％で、Ｂｅ：０．０００１〜０．１％、Ｓｒ：０．００５〜０．１％、Ｂｉ：０．０１〜０．５％の内１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【００１７】
第６の本発明のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートは、前記第１〜第５の本発明において、前記組成として、さらに、質量％で、Ｃａを０．０５〜０．１％含有することを特徴とする。
【００１８】
第７の本発明のろう付性に優れるフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートは、前記第１〜第６の本発明において、液相線温度が６１０℃以下であることを特徴とする。
【００１９】
第８の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付け方法は、前記第１〜第７のいずれかに記載のフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートをアルミニウム材からなる被ろう付け部材間に挟んで接触密着させ、減圧を伴わない非酸化性雰囲気で加熱温度５５９〜６２０℃において、前記被ろう付け部材同士を前記接触密着部を介して接合す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．ろう材シート
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およびＭｇ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。
また、ろう材表面に存在するＳｉ粒子上ではアルミニウムの緻密な酸化皮膜の成長が抑制され、酸化皮膜の欠陥部が生成する。すなわち、アルミニウム材料表面の酸化皮膜がろう付熱処理中に厚膜となっても、金属間化合物の周辺からろう材の染み出しが発生し、この部位を起点に酸化皮膜の破壊や分断が進み、溶融ろうの濡れ性が向上するため、より安定した接合状態を得ることが可能となる。
【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】
本発明のろう材は、上記Ｓｉ、Ｍｇ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。
【００２５】
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。
【００２６】
さらに本発明では、ろう材表面に金属間化合物やＳｉ粒子が存在していることが好ましい。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が、ろう材表面に金属間化合物やＳｉ粒子が存在すると、同部位ではアルミニウムの緻密な酸化皮膜の成長が抑制され、酸化皮膜の欠陥部が生成する。すなわち、アルミニウム材料表面の酸化皮膜がろう付熱処理中に厚膜となっても、金属間化合物やＳｉ粒子の周辺からろう材の染み出しが発生し、この部位を起点に酸化皮膜の破壊や分断が進み、溶融ろうの濡れ性が向上するため、より安定した接合状態を得ることが可能となる。
そこで、本発明では、所望によりろう材中にＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎの一種以上を添加し、Ａｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｍｎ系あるいはＡｌ−Ｆｅ−（Ｍｎ、Ｎｉ）系ならびにＡｌ−Ｓｉ−（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ）系の金属間化合物を多数生成させ、同部位における酸化皮膜の成長を抑制し、酸化皮膜の欠陥部を形成させることで接合率を著しく向上させる。
【００２７】
Ｆｅ：０．５〜１．５％
Ｆｅの含有量は０．５〜１．５％が望ましい。０．５％未満では金属間化合物の生成量が少なすぎて上記した効果が十分には得られず、一方、１．５％を超えると鋳造および圧延性が著しく低下し、さらにろう材の腐食速度が増大し、耐食性が低下する。なお、Ｆｅ含有量の一層好ましい下限は０．５％超、上限は１．０％である。
【００２８】
Ｎｉ：０．１〜１．０％
Ｎｉの含有量は０．１〜１．０％が望ましい。０．１％未満では金属間化合物の生成量が少なすぎて十分な効果は得られず、１．０％を超えるとろう材の腐食速度が著しく増大し、耐食性が低下する。なお、Ｎｉ含有量の一層好ましい下限は０．３％、上限は０．５％である。
【００２９】
Ｍｎ：０．３〜１．７％
Ｍｎの含有量は０．３〜１．７％が望ましい。０．３％未満では金属間化合物の生成量が少なすぎて十分な効果は得られず、１．７％を超えると鋳造性が低下し、製造が困難となる。なお、Ｍｎ含有量の一層好ましい下限は０．７％、上限は１．５％である。
【００３０】
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ので所望により含有させる。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０．００２％、上限を０．０１％とするのが望ましい。
【００３１】
Ｓｒ：０．００５〜０．１％
Ｓｒは、ろう材Ｓｉ粒子を微細にし、酸化皮膜の欠陥部を均一に分散させ、接合の安定性を向上させるので、所望により含有させる。Ｓｒの含有量が下限未満であると、効果が不十分であり、一方、上限を超えると効果が飽和する。さらには、上限を超えると巨大金属間化合物が生成し、成形性や金型磨耗性が低下する。
【００３２】
Ｂｉ：０．０１〜０．５％
Ｂｉは、溶融ろうの濡れ性を向上させるので、所望により含有させる。Ｂｉの含有量が下限未満であると効果が不十分であり、一方、上限を超えると効果が飽和し、材料コストの増大を招くため望ましくない。
【００３３】
Ｃａ：０．０５〜１．０％
Ｃａは、Ｍｇの酸化皮膜を還元分解し、ろう付における接合状態を向上させるので、所望により含有させる。下限未満では効果が不十分であり、一方、上限を超えるとＣａの酸化が促進され、接合率が低下する。なお、同様の理由で下限を０．１％、上限を０．７％とするのが望ましい。
【００３４】
ろう材表面でのＳｉ粒子および金属間化合物の分布
（１）円相当径１．０μｍ以上のＳｉ粒子および金属間化合物が合計で１，０００個／ｍｍ２以上均一に存在する。
ろう材表面にＳｉ粒子や金属間化合物が生成する部位は、アルミニウムの緻密な酸化皮膜の成長が抑制され、酸化皮膜の欠陥部として作用し、この部位を起点に酸化皮膜の破壊や分断が進み、溶融ろうの濡れ性が向上し、より安定した接合状態を得ることが可能となる。
ただし、ろう材表面のＳｉ粒子や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。また、分布密度が低い場合は、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るため、安定した接合状態を得ることが困難となる。このためろう材の表面に円相当径１．０μｍ以上のＳｉ粒子および金属間化合物が、合計で１，０００個／ｍｍ２以上存在しているのが望ましい。より好ましくは２，５００個／ｍｍ２以上である。
なお、Ｓｉ粒子および金属間化合物がろう材の表面に過剰に存在していると、酸化皮膜の欠陥部は増大するものの、鋳造性や圧延性が低下し、切断およびプレス時の金型摩耗が促進されるので、上限を設けるのが望ましい。該上限として１００，０００個／ｍｍ２を示すことができる。
また、皮膜欠陥部は接合部全体に必要となるため、Ｓｉ粒子および金属間化合物は表面全体に均一に分布していることが望ましい。
なお、ここでろう材の表面とは、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。
【００３５】
（２）円相当径１．０μｍ以上のＳｉ粒子および金属間化合物のうち、１．０〜３．０μｍのものが全体の５０％以上の個数比
円相当径３．０μｍより大きな金属間化合物が生成すると、酸化皮膜の欠陥部は増大するが、溶融ろうの流動性が低下するため、却って接合状態が不安定となる。また、粗大な金属間化合物が多く存在すると耐食性を低下させる。さらに、ろう材の圧延性低下や切断およびプレス時の金型磨耗が促進されるため、上記範囲が望ましい。
さらに上記個数比は、６０％以上が望ましい。また、円相当径１．０μｍ以上のＳｉ粒子および金属間化合物のうち、１．５〜２．５μｍのものが全体の５０％以上の個数比を占めるのが好ましく、６０％以上の個数比を占めるのが一層好ましい。
また、前記した理由で、円相当径３．０μｍより大きな金属間化合物は、個数で１２００個／ｍｍ２以下が望ましく、さらには、５００個／ｍｍ２以下が一層望ましい。
【００３６】
上記金属間化合物およびＳｉ粒子の分布は、アルミニウム合金ろう材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粒子および金属間化合物の大きさを制御でき、添加元素量の最適化、鋳造時の凝固速度によって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金属間化合物が生成され、凝固速度が速いほど微細な金属間化合物が生成される。また、凝固速度が速いほど、金属間化合物の個数が多くなり、凝固速度が遅いほど金属間化合物の個数が少なくなる。
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同じ成分でも化合物の分布（大きさ、個数）を変えることができる。
【００３７】
ろう材シートの液相線温度：６１０℃以下
ろう材の液相線温度が低いほうが、ろう付温度で液相分が増加し、より安定した接合状態が得られるので、望ましくは液相線温度を６１０℃以下とする。液相線温度は、規定されているろう材の成分範囲において成分調整によって設定することができる。
なお、液相線温度が６１０℃を超えると効果が不十分であり、また、液相線温度が高すぎると、ろう付温度で液相分が減少し、接合率が低下するので上限を定めるのが望ましく、該上限として６２５℃を示すことができる。
【００３８】
３．被ろう付け部材の材質
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り、本発明としては特定のものに限定されるものではない。なお、ろう材シートを挟み込む二つの被ろう付け部材は、同じ材質からなるものであってもよく、また、異なる材質からなるものであってもよい。
【００３９】
４．表面粗さ
本発明を実施するに当たっては、接合部の接触密着状態を高めることで、接合部である接触密着部への外部からの酸素供給がされにくくなり、ろう付け昇温過程での材料表面の酸化抑制力が高まる。ここで言う酸素供給とは、大気雰囲気中での酸素を意味するのではなく、非酸化性雰囲気中に僅かに含まれる酸素によるものを示す。本発明者らが調べた結果、接合部におけるろう材シートおよび被ろう付け部材両者の表面粗さがＲａ０．３μｍ以下であれば、より良好な接合が得られることが判り、さらに好ましくは、Ｒａ０．２５μｍ以下で安定して良好な接合状態が得られることも判った。表面粗さがＲａ０．３μｍを超える場合は加圧密着力を高めても十分な気密性が得られないためろう付け性が低下する。
【００４０】
５．ろう材および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、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得る、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。２０Å未満では、従来技術に示したような酸洗浄等が必要となり、５００Åを越えるものはＭｇによる酸化皮膜破壊作用が十分に得られず、良好な接合状態が得られにくくなる。
【００４１】
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、被ろう付け物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。
【００４２】
７．ろう付け温度
本発明においては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金からなるろう材シートの最も低い固相線温度の５５９℃以上でろう付けができ、当然、従来からのＡｌ−Ｓｉろう材によるろう付け温度範囲も使用可能である。具体的には５５９〜６２０℃が良い。５５９℃未満ではろうの溶融が得られずろう付けが得られない。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け温度を選択するのが好ましい。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように、本発明のフラックスレスろう付用アルミニウム合金ろう材シートおよびろう付法によれば、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かつ確実に得ることができる。また、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が得られる。
また、一般にろう付けに用いられるブレージングシートは材料コストが高く、クラッド率などにも制約があるため、部材によってはろう材供給量の最適化が困難な場合があるが、本発明では、必要に応じて接合部およびその近傍のみにろう材シートを供給することが可能であり、材料コストの低減が可能となる。ただし、本発明としては被ろう付け部材がブレージングシートであるものを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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】
【００４５】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
アルミニウム材料からなる被ろう付け部材と、質量％で、Ｍｇを０．１〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％を含有するＡｌ−Ｓｉ系ろう材シートとは、常法の工程手順により製造することができる。
各材料は、初期酸化膜厚として２０〜５００Åの酸化皮膜を有している。
被ろう付け部材は、ベアフィン、無垢材コネクタなどとして組み付けられて、好適には熱交換器組立体などを構成する。この際に、少なくとも接合部分には上記ろう材シートを挟んで組み付けられて接触密着される。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。
【００４６】
なお、上記ろう材シートでは、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金属間化合物の分布（大きさ、個数密度）を調整し、ろう材シート表層面で円相当径１．０μｍ以上のＳｉ粒子および金属間化合物が合計で１０００個／ｍｍ２以上存在するようにする。
【００４７】
上記被ろう付け部材１、２とろう材シート３とは、初期酸化膜厚として２０〜５００Åの酸化皮膜が形成されている。
上記各部材は、図１に示すように前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材シート３が被ろう付け部材１、２間に挟まれて互い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。
【００４８】
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１、２とが接触密着部４を介してフラックスレスで良好に接合される。
【実施例１】
【００４９】
以下に、本発明の実施例を説明する。
表１〜表３に示す組成（残部Ａｌと不可避不純物）のＡｌ−Ｓｉ系ろう材シートを熱間圧延および冷間圧延によって製造した。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、ろう材シート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。
【００５０】
作製したアルミニウムろう材シートについて、部材最表面を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により粒子サイズと個数を測定した。測定は各サンプルについて２５０μｍ角相当の観察視野で任意部５ヶ所について測定し、Ｓｉ粒子と金属間化合物の分布を求め、その結果を表１〜表３に示した。
【００５１】
ろう材液相線温度
ＤＴＡ（示差熱分析装置）を用いて各アルミニウムろう材シートの測定を実施し、表１〜表３に示した。
【００５２】
ろう付性
厚さ０．０５ｍｍの本発明ろう材シートと、被ろう付け材である厚さ１ｍｍのＡｌ−１Ｍｎ−０．１５Ｃｕ−０．５Ｍｇ合金板材を２枚５０ｍｍ角に切断し、ろう材シートを前記板材の間に挟んで、１００ｇｆ／ｃｍ２で均一に加圧し、窒素雰囲気中（酸素濃度５０ｐｐｍ）にて、６００℃まで加熱するろう付熱処理を行った後、断面観察を行い接合状態の観察を行なった。接合部における接合不良部（ボイド部）の長さを測定し、接合率を求めた。
【００５３】
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。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
【表２】
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【００５６】
【表３】
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【符号の説明】
【００５７】
１  被ろう付け部材
２  被ろう付け部材
３  ろう材シート
４  接触密着部
【図１】
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