(57)【要約】【課題】接合前後の寸法あるいは形状の変化が殆ど無く、また、ろう材あるいは溶加材のような接合部材を使用することなく被接合部材同士が接合するアルミニウム合金押出材を用いた構造体とその接合方法を提供する。【解決手段】アルミニウム合金押出材を一方の被接合部材とし、他方の被接合部材としてアルミニウム合金、純アルミニウムあるいはアルミニウム以外の金属からなる押出材、鍛造材あるいは圧延材のいずれかを用い、前記一方の被接合部材と前記他方の被接合部材とを接合部材を用いることなく接合した構造体において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材が、Ｓｉ：１．５質量％〜５．０質量％（以下、質量％は単に％と記す。）を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、接合前と接合後の当該構造体の寸法及び形状が略同一であることを特徴とする構造体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金押出材を一方の被接合部材とし、他方の被接合部材としてアルミニウム合金、純アルミニウムあるいはアルミニウム以外の金属からなる押出材、鍛造材あるいは圧延材のいずれかを用い、前記一方の被接合部材と前記他方の被接合部材とを接合部材を用いることなく接合した構造体において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材が、Ｓｉ：１．５質量％〜５．０質量％（以下、質量％は単に％と記す。）を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、接合前と接合後の当該構造体の寸法及び形状が略同一であることを特徴とする構造体。
【請求項２】
請求項１記載の構造体において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材の成分としてさらにＦｅ：０．１％〜１．０％、Ｍｎ：０．３％〜１．８％、Ｚｎ：０．１％〜０．８％、Ｍｇ：０．１〜２．０％、Ｃｕ：０．１％〜０．８％、Ｃｒ：０．０５％〜０．３％、Ｔｉ：０．０５％〜０．３％、Ｖ：０．０５％〜０．２％の中から１種または２種以上を含むことを特徴とする構造体。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の構造体において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材の成分としてさらにＢｅ：０．０００１％〜０．０５％、Ｓｒ：０．０００１％〜０．０５％、Ｓｂ：０．０００１％〜０．０５％、Ｂｉ：０．０００１％〜０．０５％
、Ｎａ：０．０００１％〜０．０５％ 、Ｃａ：０．０００１％〜０．０５％の中から１種または２種以上含むことを特徴とする構造体。
【請求項４】
請求項１〜請求項３に記載の構造体において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材の接合後に長径３μｍ以上の球状の共晶組織が断面で３０００個／ｍｍ２以下存在することを特徴とする構造体。
【請求項５】
請求項１〜請求項４に記載の構造体の接合方法において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材の全質量に対する当該アルミニウム合金押出材内に生成する液相の質量の比が０％を超え３５％以下となる温度で接合することを特徴とする構造体の接合方法。
【請求項６】
請求項５に記載の構造体の接合方法において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材の固相線温度と液相線温度の差が１０℃以上であることを特徴とする構造体の接合方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の構造体の接合方法において、接合前に対する接合後の寸法変化が５％以下であることを特徴とする構造体の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合前後の寸法あるいは形状の変化が殆どなく、また、ろう材あるいは溶加材のような接合部材を使用することなく被接合部材同士が接合するアルミニウム合金押出材を用いた構造体とその接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１及び非特許文献１に記載されるように、自動車用熱交換器を代表とするブレージング法で製造する構造体は、Ａｌ-Ｓｉ合金からなるろう材をクラッドしたブレージングシートを用いるか、ろう材を別途塗布あるいは配置して、それらをろう付加熱することにより製造されていた。しかし、ブレージングシートは、各層を別々に製造し、さらにそれを合わせる工程が必要であるため、非常に製造コストが高く、それを利用した構造体の製造も必然高価なものとなっている。また、別途ろう材を塗布したり、配置したりする場合も、構造体の製造にはやはり高いコストがかかっている。特に、押出材においては、押出機の特性から、クラッド材として製造するには、丸管などの単純な形状に限られていた。
【特許文献１】特開２００８−３０３４０５公報
【非特許文献１】「アルミニウムブレージングハンドブック（改訂版）」、ｐ．２０−２６、社団法人軽金属溶接構造協会  ２００３年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、押出材を接合した構造体を製造する場合、押出クラッド材を用いるか、置きろう等の方法がとられていた。しかし、押出クラッド材は、その断面が対称形でない場合、ダイス通過時のメタルフローのアンバランスからクラッド率が不均一になるため、丸管等断面形状の単純な形状に適用されてきた。このことにより、押出材が使用される構造体あるいはその部位は限定された。また、異形材同士の接合においては、別途、置きろう材を使用することがあり、接合の手間がかかり、生産性が非常に悪いものとなっていた。
【０００４】
また、ブレージング法においては、接合部材であるろう材が溶融し、被接合部材の隙間に流動、充填することで接合を可能とする。また、その際に被接合部材の一部を溶融させるため、熱交換器をはじめとした構造体の設計においては、ろう材が溶融、流動することを考慮することが必要である。例えば、押出クラッド材のろう材のクラッド率が５％である場合、ろう材が流動すると最大で５％の寸法変化が生じる可能性がある。しかし、ろう材の流動はろう付加熱時の熱の分布や隙間や接合部の形状に影響されるため均一ではなく、接合前後の寸法変化を正確に予測することが困難である。従って、従来の接合方法を用いた構造体の設計において、接合後の寸法誤差を考慮する必要があるため、精密な寸法精度や清浄な表面品質が要求される構造体の製造には不向きであった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、鋭意検討の結果、以下の成分を有する被接合部材であるアルミニウム合金押出材を用いた構造体を、特定の条件で接合し組み立てる場合、ろう材のような接合部材を用いることなく接合することが可能であることを見出したものである。
【０００６】
請求項１に係る第１の発明は、アルミニウム合金押出材を一方の被接合部材とし、他方の被接合部材としてアルミニウム合金、純アルミニウムあるいはアルミニウム以外の金属からなる押出材、鍛造材あるいは圧延材のいずれかを用い、前記一方の被接合部材と前記他方の被接合部材とを接合部材を用いることなく接合した構造体において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材が、Ｓｉ：１．５質量％〜５．０質量％（以下、質量％は単に％と記す。）を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、接合前と接合後の当該構造体の寸法及び形状が略同一であることを特徴とする構造体である。
【０００７】
請求項２に係る第２の発明は、請求項１記載の構造体において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材の成分としてさらにＦｅ：０．１％〜１．０％、Ｍｎ：０．３％〜１．８％、Ｚｎ：０．１％〜０．８％、Ｍｇ：０．１〜２．０％、Ｃｕ：０．１％〜０．８％、Ｃｒ：０．０５％〜０．３％、Ｔｉ：０．０５％〜０．３％、Ｖ：０．０５％〜０．２％の中から１種または２種以上を含むことを特徴とする構造体である。
【０００８】
請求項３に係る第３の発明は、請求項１または請求項２記載の構造体において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材の成分としてさらにＢｅ：０．０００１％〜０．０５％、Ｓｒ：０．０００１％〜０．０５％、Ｓｂ：０．０００１％〜０．０５％、Ｂｉ：０．０００１％〜０．０５％
、Ｎａ：０．０００１％〜０．０５％ 、Ｃａ：０．０００１％〜０．０５％の中から１種または２種以上含むことを特徴とする構造体である。
【０００９】
請求項４に係る第４の発明は、請求項１〜請求項３に記載の構造体において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材の接合後に長径３μｍ以上の球状の共晶組織が断面で３０００個／ｍｍ２以下存在することを特徴とする構造体である。
【００１０】
請求項５に係る第５の発明は、請求項１〜請求項４に記載の構造体の接合方法において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材の全質量に対する当該アルミニウム合金押出材内に生成する液相の質量の比が０％を超え３５％以下となる温度で接合することを特徴とする構造体の接合方法である。
【００１１】
請求項６に係る第６の発明は、請求項５に記載の構造体の接合方法において、前記一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材の固相線温度と液相線温度の差が１０℃以上であることを特徴とする構造体の接合方法である。
【００１２】
請求項７に係る第７の発明は、請求項５または請求項６に記載の構造体の接合方法において、接合前に対する接合後の寸法変化が５％以下であることを特徴とする構造体の接合方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るアルミニウム合金押出材を用いた構造体は、当該アルミニウム合金押出材内部に一部生成した液相を利用して接合を行うものであり、従来困難であった、異形材同士の接合が可能となり、製造工程の簡略化とこれに伴う大幅なコスト低減が可能となる。
【００１４】
また、ろう材等の接合部材を利用することなく接合を行うため、接合前後での寸法、形状変化が殆どなく、熱交換器等の設計精度が向上するとともに、精密な寸法精度が要求される構造体を量産製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】液相の染み出しのメカニズムを示す模式図である。
【図２】接合後の一方の被接合部材の押出方向に平行な断面における球状共晶組織の金属組織写真である。
【図３】実施例１に用いた押出材の形状を示す模式図である。
【図４】実施例１に用いた接合率の測定方法の説明図である。
【図５】実施例２に用いた接合率、ならびに、接合による変形率を測定するための試料を示す斜視図である。
【図６】実施例２に用いた接合率、ならびに、接合による変形率の測定方法の説明図である。
【図７】実施例３のテストピースに用いた押出チューブの形状の一部を示す斜視図である。
【図８】実施例３の３段積みのテストピース（ミニコア）の外観図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の詳細な説明を示す。
本発明に用いる被接合部材であるアルミニウム合金押出材は、Ｓｉ：１．５％〜５．０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金である。
【００１７】
該アルミニウム合金を用いて対称形状もしくは複雑形状をした押出材を常法により製造する。それらを適宜組み付けた構造体を窒素雰囲気あるいは真空中で５８０〜６２０℃程度の温度に加熱すると、該アルミニウム合金押出材の内部の一部から液相が生成し、それが材料表面に染み出してきて接合が可能となる。
【００１８】
図1に本発明の接合メカニズムである液相の染み出しを模式的に示す。固相線温度より高い温度を加熱されると金属間化合物の偏析の多い結晶粒界がまず溶融し、次いでマトリクス（アルミニウム合金内の金属間化合物を除いた部分）中に分散するＳｉ粒子周辺が溶融する。Ｓｉの添加量が多いと分散するＳｉ粒子の数が多く、マトリクス内部に多くの球状の液相が存在することになる。加熱温度が高くなると球状の液相は体積を増すが、直接粒界に触れるかあるいは固体内でのＳｉ拡散によって粒界に液相が移動する。これが粒界を伝って表面に染み出し、他方の被接合部材との隙間に充填されて接合が可能となる。液相が外部に流出すると球状の液相は次第に収縮していき、最後は消滅する。一方、球状に溶融した液相が外部に染み出さず残存すると冷却後は図２に示すような球状の共晶組織がマトリクスの結晶粒内に多数分散した組織となる。
【００１９】
材料の強度は未溶融のマトリクスと液相に寄与しない金属間化合物が担っている。そのため、本発明に係る構造体は接合の前後で寸法や形状の変化が殆どない。
【００２０】
このようにＳｉはＡｌ−Ｓｉの液相を生成し、接合に寄与するが、１．５％未満の場合は充分な液相の染み出しが無く、接合が不完全となる場合が多い。一方、５．０％を越えるとアルミニウム合金押出材中のＳｉ粒子が多くなり、液相の生成量が多くなるため、加熱中の材料強度が極端に低下し、構造体の形状維持が困難となる。したがって、Ｓｉ量は１．５％〜５．０％と規定する。さらにＳｉ量を１．５％〜３．５％とすると好ましい。さらにＳｉ量を２．０％〜２．５％とするとより好ましい。なお、染み出す液相の量は部材が厚く、加熱温度が高いほど多くなるが、加熱時に必要とする液相の量は構造体の形状に依存するので、必要に応じてＳｉ量や接合条件（温度、時間等）を調整することが望ましい。
また、以下のＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖの１種又は２種以上を更に添加してもよい。これら成分の１種又は２種以上が添加される場合には、各添加成分のいずれもが請求項２に規定する成分範囲内にあることを必要とする。
【００２１】
Ｆｅは、ＳｉとともにＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化として作用する。その添加量が０．１％未満ではその効果が小さいだけでなく、高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高となり、１．０％を超えると粗大金属間化合物が形成されやすくなり、耐食性、押出性を低下させる。したがってＦｅ量は０．１％〜１．０％が好ましい。
【００２２】
Ｍｎは、ＳｉとともにＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化として作用し、或いはアルミニウム母相中に固溶して固溶強化により強度を向上させる。その添加量が０．３％未満ではその効果が小さく、１．８％を超えると粗大金属間化合物が形成されやすくなり、耐食性、押出性を低下させる。したがってＭｎ量は０．３％〜１．８％が好ましい。よりこの好ましくは０．３％〜１．０％である。
【００２３】
ＦｅおよびＭｎはともにＳｉとともにＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成する。金属間化合物となったＳｉは液相の生成に寄与しないため、接合性が低下することになる。そのため、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎの含有量（質量％）をそれぞれＳ、Ｆ、Ｍとしたとき、１．２≦Ｓ−０．３（Ｆ＋Ｍ）≦３．５の関係式を満足することが好ましい。
【００２４】
Ｚｎは、マトリクス中にほぼ均一に固溶しているが、液相が生じるとその中に溶け出して、液相のＺｎが濃化する。液相が表面に染み出すと、その部分はＺｎ濃度が上昇するため、犠牲陽極作用によって耐食性が向上する。その添加量が０．１％未満ではその効果が小さく、０．８％を超えるとマトリクスに残存するＺｎ量が多くなり、表面との電位差が不十分となり、有効な犠牲防食が働かない。したがって、Ｚｎ量は、０．１％〜０．８％とするのが好ましい。
【００２５】
ＭｇはＭｇ２Ｓｉの析出により強度を向上させる。その添加量が０．１％未満ではＭｇ２Ｓｉの析出がほとんど起こらず、２．０％を超えると、接合にフラックスを用いた場合、該フラックスと反応して、高融点の化合物を形成するため著しく接合性が低下する。なお、Ｍｇを添加した場合は、Ｍｇのゲッター作用によってフラックスを用いずに接合をおこなうことも可能であるが、この場合、接合部の密着性をより厳しく管理することが望ましい。Ｍｇの添加量は０．１％〜２．０％が好ましい。より好ましくは０．１％〜０．８％である。
【００２６】
Ｃｕは固溶して強度を向上させる。その添加量が０．１％未満では強度向上効果がほとんど見られず、０．８％を超えると耐食性が低下する。したがって、Ｃｕ量は０．１％〜０．８％とするのが好ましい。
【００２７】
Ｃｒは、固溶強化により強度を向上させ、またＡｌ−Ｃｒ系の金属間化合物が析出し、接合後の結晶粒粗大化に作用する。その添加量が０．０５％未満ではその効果は得られず、０．３％を超えると粗大金属間化合物が形成されやすくなり、押出性を低下させる。したがって、Ｃｒ量は０．０５％〜０．３％とするのが好ましい。
【００２８】
Ｔｉは固溶強化により、強度を向上させ、また耐食性の向上が図れる。その添加量が０．０５％未満ではその効果は得られず、０．３％を越えると粗大金属間化合物が形成されやすくなり、押出性、耐食性を阻害する。したがって、Ｔｉ量は０．０５％〜０．３％とするのが好ましい。
【００２９】
Ｖは固溶強化により、強度を向上させ、また耐食性の向上が図れる。その添加量が０．０５％未満ではその効果は得られず、０．２％を越えると粗大金属間化合物が形成されやすくなり、押出性、耐食性を阻害する。したがって、Ｖ量は０．０５％〜０．２％とするのが好ましい。
【００３０】
また、必要に応じてＢｅ：０．０００１％〜０．０５％、Ｓｒ：０．０００１％〜０．０５％、Ｓｂ：０．０００１％〜０．０５％、Ｂｉ：０．０００１％〜０．０５％
、Ｎａ：０．０００１％〜０．０５％ 、Ｃａ：０．０００１％〜０．０５％の１種又は２種以上を添加しても良いが、これらの微量元素はＳｉ粒子の微細分散、液相流動性向上等によって接合性を改善することができる。規定範囲以下ではその効果が小さく、規定範囲を超えると耐食性の低下などの弊害が生じる。なお、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｃａの１種又は２種以上が添加される場合には、各添加成分のいずれもが上記成分範囲内にあることを必要とする。
【００３１】
本発明に係るアルミニウム合金押出材を製造するにあたっては、通常のビレット鋳造、均質化処理、熱間押出をおこなえばよく、用途に応じて調質をおこなう。形状や使用方法によっては軟質材を使用しても良い。また、ビレット鋳造はホットトップ鋳造でもＧＤＣ鋳造でもよい。
【００３２】
本発明に係る構造体を製造する場合、上記組成を有する一方の被接合部材であるアルミニウム合金押出材と他方の被接合部材を組み合わせ、加熱処理を施す。その際に加熱雰囲気は窒素で置換した非酸化性雰囲気等が好ましい。また、非腐食性フラックスを使用することでさらに良好な接合性を得ることができる。加熱条件としては、本発明に係るアルミニウム合金押出材内部に液相が生成する固相線温度以上液相線温度以下であり、かつ該アルミニウム合金押出材内部に生成する液相量が多くなり、強度が低下して形状を維持できなくなる温度以下の温度で、０〜１０分間程度保持する。本発明に係る上記アルミニウム合金の場合、５８０℃〜６２０℃で３〜１０分間程度とすれば良いが、組成によって加熱条件を調整し、冷却後に長径３μｍ以上の球状共晶組織が、断面で３０００個／ｍｍ２以下存在するようにするのが好ましい。
【００３３】
また、Ｍｎを０．３％以上添加すると、球状共晶組織を減少させる効果がある。すなわち、球状共晶組織の球状共晶組織が断面で５００個/ｍｍ２以下となる。
【００３４】
本発明の場合、前述のＳｉ粒子周辺が球状に溶融した部分がマトリクス内にある程度残存し、図２に示すような特徴的な球状の共晶組織となる。良好な接合性と接合時の材料強度のバランスが取れた場合、接合後に長径３μｍ以上の球状共晶組織が断面で３０００個／ｍｍ２以下存在するのが好ましいことを見出した。３０００個／ｍｍ２を超える場合、接合に寄与した液相が少なく、接合性が低下することになる。接合後の組織を観察し、球状共晶組織の数密度を測定し、断面で３０００個／ｍｍ２以下であるように予め被接合部材であるアルミニウム合金押出材のＳｉ量を１．５％〜５．０％の範囲で調整することで、良好な接合性を得ることができる。なお、断面とは、アルミニウム合金材の任意の断面であり、例えば押出方向に沿った（平行な）断面でもよく、押出方向とは垂直な断面でもよい。
【００３５】
本発明に係る構造体を製造するための接合方法においては、被接合部材であるアルミニウム合金押出材の全質量に対する当該アルミニウム合金押出材内に生成する液相の質量の比（以下、液相率と記す。）が０％を超え３５％以下となる温度で接合する必要がある。液相率が３５％を超えると、生成する液相の量が多過ぎてアルミニウム合金押出材は大きく変形してしまい形状を保てなくなる。一方、液相率が０％では生成する液相がなく、接合ができない。そこで、液相率は０％を超え３５％以下とするが、より好ましい液相率は５〜３５％であり、さらに好ましくは１０〜２０％である。また、液相率が５〜３５％の範囲で３０秒以上３６００秒以下に保つことにより、一層確実な接合を得ることができる。
【００３６】
加熱中における実際の液相率を測定することは、極めて困難である。そこで、本発明で規定する液相率は状態図を利用して組成と温度の平衡計算によって求めるものとする。具体的には、平衡状態図計算ソフト（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ；Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  ＡＢ社製）によって合金組成と加熱時の最高到達温度から計算される。
【００３７】
上記の条件を満たすことで必要な接合特性を得ることできるが、中空部があり、比較的脆弱な構造体を形成する場合においては、構造体内に発生する応力が高すぎると構造を維持できない場合がある。特に液相率が大きい場合は比較的小さな応力に留めたほうが良好な形状を維持できる。液相が生成する被接合部材内に発生する応力のうちの最大値をＰ（ｋＰａ）、液相率をＶ（％）とした場合、Ｐ≦４６０−１２Ｖの条件を満たせば、非常に安定した接合が得られる。なお、両被接合部材から液相が発生する場合は、両被接合部材各々に対して、各々の応力Ｐ、液相率Ｖを用いてＰ≦４６０−１２Ｖを算出し、両被接合部材ともこの式を同時に満たすように接合を行う。各被接合部材内の各部位に発生する応力は、形状と荷重から求められる。例えば、構造計算プログラムなどを用いて計算する。
【００３８】
接合部の圧力と同様に接合部の表面形態も接合性に影響を与え、両面が平滑なほうがより安定した接合が得られる。本発明においては、接合前の両被接合部材の接合面の表面の凹凸から求められる算術平均うねりＷａ１とＷａ２の和が、Ｗａ１＋Ｗａ２≦１０（μｍ）を満たす場合には、更に十分な接合が得られる。なお、算術平均うねりＷａ１、Ｗａ２は、ＪＩＳＢ０６３３で規定されるものであり、波長が２５〜２５００μｍの間で凹凸となるようカットオフ値を設定し、レーザー顕微鏡やコンフォーカル顕微鏡で測定されたうねり曲線から求められる。
【００３９】
また、本発明に係る接合方法では、液相を生成するアルミニウム合金材の固相線温度と液相線温度の差を１０℃以上とするのが好ましい。固相線温度を超えると液相の生成が始まるが、固相線温度と液相線温度の差が小さいと、固体と液体が共存する温度範囲が狭くなり、発生する液相の量を制御することが困難となる。従って、この差を１０℃以上とするのが好ましい。例えば、この条件を満たす組成を有する２元系の合金としては、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｎｉ系合金などが挙げられ、これら共晶型合金は固液共存領域を大きく有するので本接合方法に有利である。しかしながら、他の全率固溶型、包晶型、偏晶型などの合金であっても、固相線温度と液相線温度の差が５℃以上であるなら接合が可能となる。また、上記の２元系合金は主添加元素以外の添加元素を含有することができ、実質的には３元系や４元系合金、更に５元以上の多元系の合金も含まれる。例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系やＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系などが挙げられる。
【００４０】
なお、固相線温度と液相線温度の差は大きくなるほど適切な液相量に制御するのが容易になる。従って、固相線温度と液相線温度の差に上限は特に設けない。
【００４１】
本発明においては、接合前後において構造体の寸法や形状が殆ど変化しない。これは前述のメカニズムに従い、接合に寄与する液相が被接合部材であるアルミニウム合金材内部に生成するものの、マトリクスや液相の生成に寄与しない金属間化合物により、加熱中に被接合部材の形状が維持されるためである。従って、本発明における接合前後の寸法変化は５％以下とする。５％以下であれば、寸法精度の良好な構造体を製造することが可能である。また、本発明に係る構造体の耐食性をさらに向上させるために、表面にＺｎ溶射やＺｎ置換フラックス塗布を行っても良く、さらに加熱処理後にクロメート処理やノンクロメート処理などの表面処理を実施して耐食性向上を図っても良い。
【００４２】
本発明材を用いることによって、多くの接合部を有する構造体を得ることができる。例えば、櫛刃形状の押出材と中空部を持つ形状の異なる２つの押出材を製造し、接合することで簡便に熱交換器を作製することができる。また、これらを積層構造とし、必要サイズに見合ったオイルクーラー、ヒートシンクなどの製品にも応用することができる。
【実施例１】
【００４３】
本発明は、押出可能であれば、どのような形状の押出材にも適用可能であるが、ここでは、冷却体をイメージした構造体を検討した。表１に示すＮｏ．１〜２４までの組成の材料を鋳造し、φ１５０ｍｍのビレットを得る。なお、表１において、成分組成の空欄は測定限界以下であることを示す。これを直接押出により押出し、図３に示すようなφ４０ｍｍ×３ｍｍ（ｔ）の管と２０ｍｍ（Ｌ）×４０ｍｍ（Ｈ）×３ｍｍ（ｔ）のチャンネル形材を押出した。供試材の算術平均うねりＷａはともに約１μｍであった。なお、チャンネル形材の２０ｍｍ（Ｌ）部はφ４０ｍｍの曲率に合わせてある。押出性については、熱間押出した際に、健全な押出材が１０ｍ以上できた場合を○とし、鋳造時に粗大金属間化合物が発生するなどして、健全な押出材ができなかった場合を×、押出材が０〜１０ｍできた場合を△とした。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
チャンネル形材を１０ｍｍ（Ｗ）に切断し、φ４０ｍｍの管の周囲にあわせ冶具で固定し、それらを非腐食性の弗化物系フラックスの１０％懸濁液に浸漬、乾燥後、窒素雰囲気中で５８０〜６００℃で、３分の加熱をおこなった。ただし、発明例１３、発明例１４、比較例２３ではフラックスを塗布せず真空中で接合した。また、発明例１１では、セシウム入りの弗化物系フラックスを用いた。
【００４６】
接合後、断面観察により、接合状況を確認した。評価に当たって、周囲を観察し、図４のようにφ４０ｍｍの本来接合されるべき周長に対し、接合している長さを測定し、その比率を接合率とした。接合率９５％以上を◎、９０％以上９５％未満を○、２５％以上９０％未満を△、２５％未満を×とした。
【００４７】
また、完成した製品について耐食性評価のためにＣＡＳＳ試験を５００ｈｒ、１０００ｈｒ行った。評価にあたっては、管のみを貫通する腐食の有無を確認した。腐食がなかったものを○、腐食がおこっていたものを×とした。
更に、接合後における押出管について、押出方向に平行な断面を光学顕微鏡で観察し、長径３μｍ以上の球状の共晶組織の数を測定し、つぶれの有無についても観察した。
表２に結果を示す。
【００４８】
【表２】
2012040609.tif 000004
【００４９】
発明例１〜１５はいずれも押出性、接合性、潰れ性、耐食性ともに合格であった。
比較例１６では、Ｓｉ成分が規定値に満たないため、球状共晶組織の数密度も発明範囲を超えていた。また、接合性の点で劣った。
比較例１７では、Ｓｉ成分が規定値を超えているため、接合時に押出管が潰れてしまった。
比較例１８では、Ｓｉ成分が規定値に満たないため、球状共晶組織の数密度も発明範囲を超えていた。また、接合性の点で劣った。
比較例１９では、Ｓｉ成分が規定値を超えているため、接合時に押出管が潰れてしまった。
比較例２０では、ＦｅとＣｕ成分がともに規定値を超えているため、ＣＡＳＳ試験において貫通孔が発生し、耐食性の点で劣った。
比較例２１では、Ｍｎ成分が規定値を超えているため、ＣＡＳＳ試験において貫通孔が発生し、耐食性の点で劣った。
比較例２２では、Ｚｎ成分が規定値を超えているため、ＣＡＳＳ試験において貫通孔が発生し、耐食性の点で劣った。
比較例２３では、Ｍｇ成分が規定値を超えているため、ＣＡＳＳ試験において貫通孔が発生し、耐食性の点で劣った。
比較例２４では、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ成分が規定値を超えているため、ＣＡＳＳ試験において貫通孔が発生し、耐食性の点で劣った。
【実施例２】
【００５０】
実施例１にて製造した材料の中から、表１に示すＮｏ．１〜１７を抜粋して、その組成の材料を鋳造し、φ１５０ｍｍのビレットを得る。これを直接押出により１ｍｍ×１０ｍｍの平板に押出した。供試材の算術平均うねりＷａは約１μｍであった。
【００５１】
押出した平板を切り出し、端面をフライスにより平滑にしたものを組み合わせて、図５に示す接合試験片を作製した。試験片の上板と中板には、表１に示す組成のアルミニウム合金押出材を用い、下板には純アルミニウム板（Ａ１０７０）を用いた。上板と中板のアルミニウム合金板は同一組成である。これら例は、同一組成のアルミニウム合金同士の接合である。この接合試験片の接合面には、フッ化物系の非腐食性フラックスを塗布した。ただし、発明例３７、発明例３８ではフラックスを塗布しなかった。また、実施例３５では、セシウム入りの弗化物系フラックスを塗布した。
【００５２】
図５（ａ）に示すように、下板に中板と上板を順次重ね、重ね合わせたものの上下に板厚１ｍｍのステンレス板の治具を配するようにした。次いで、図５（ｂ）に示すように、上下のステンレス板と側面に２本のステンレス線を架け渡して端部をそれぞれ縛り、下板、中板及び上板からなる試験片を固定して試料とした。なお、図５（ａ）に記載の数字は、部材の寸法（単位：ｍｍ）を表す。
【００５３】
上記の試料を、窒素雰囲気中で所定の温度（５８０〜６２０℃）まで昇温しその温度に３分間保持した。ただし、実施例３７、実施例３８では真空中で所定の温度まで昇温しその温度に３分間保持した。
【００５４】
接合後の試験片を、図６（ａ）に示す観察断面が得られるように切断した。図６（ｂ）に示すように、上板と中板は接合部１及び接合部２で接合されている。接合部１（２）の一部拡大図を６（ｃ）に示す。上板と中板に接合界面が見られない部分が、接合されている部分であり、接合界面（図の横線）が見られる部分が、接合されていない未接合の部分である。接合率は、下記式（１）で定義される。
接合率（％）＝｛（Ｌ１＋Ｌ２）／２Ｌ０｝×１００                        （１）
【００５５】
ここで、Ｌ１は接合部１において接合されている部分の長さ、Ｌ２は接合部２において接合されている部分の長さ、Ｌ０は接合部１と接合部２において、それぞれ接合されるべき長さである。
【００５６】
図６（ｄ）に、試験片の天井部を示す。ａは試験片の天井部の接合前の長さ、ａ１は試験片の天井部上側の接合後における湾曲長さ、ａ２は試験片の天井部下側の接合後における湾曲長さを表わす。下記式（２）で定義される変形率をもって、接合前に対する接合後の寸法変化とした。
変形率（％）＝｛（ａ１＋ａ２）／２ａ｝×１００                          （２）
【００５７】
接合率が９５％以上を◎、９０％以上９５％未満を○、２５％以上９０％未満を△、２５％未満を×と判定した。また、変形率が３％以下を◎、３％を超え５％以下を○、５％を超えるものを×と判定した。
【００５８】
表３に結果及び所定の温度での平衡液相率も示した。なお、平衡液相率は、Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃによる計算値である。
【００５９】
【表３】
2012040609.tif 000005
【００６０】
発明例２５〜３９はいずれも、接合率、変形率ともに合格であった。
比較例４０では、Ｓｉ成分が規定量に満たないため、液相が生成せず、接合が不十分であった。
比較例４１では、Ｓｉ成分が規定値を超えているため、生成する液相が過剰となり、被接合部材が形状を維持できず、大きく変形してしまった。
【実施例３】
【００６１】
表４に示すＮｏ．２５〜４８までの組成の材料でφ１５０ｍｍのビレットを得る。なお、表４において、成分組成の空欄は測定限界以下であることを示す。これを直接押出により熱間押出を行い、図７に示す扁平形状の押出チューブとした。供試材の算術平均うねりＷａは約１μｍであった。押出性については、熱間押出した際に、健全な押出材が１０ｍ以上製造できた場合を○とし、鋳造時に粗大金属間化合物が発生するなどして、健全な押出材ができなかった場合を×、押出材が０〜１０ｍは製造できた場合を△とした。
【００６２】
【表４】
2012040609.tif 000006
【００６３】
この扁平形状の押出チューブに表４のＦ１の組成で算術平均うねりＷａが０．３μｍ、板厚０．０７ｍｍのフィン材を高さ７ｍｍにコルゲート成形したものと組み合わせ、ステンレス製のジグに組み込み、図８に示す３段積みのテストピース（ミニコア）を作製した。このミニコアの場合、ステンレスジグとアルミニウムの熱膨張率の差でろう付け時には約４Ｎの圧縮荷重が生じ、接合面積から計算すると約の接合面には約１０ｋＰａの応力が生じていることになる。
【００６４】
このミニコアを非腐食性の弗化物系フラックスの１０％懸濁液に浸漬、乾燥後、窒素雰囲気中で５８０〜６００℃で、３分の加熱をおこなった。ただし、発明例５４、発明例５５、比較例６４ではフラックスを塗布せず真空中で接合した。また、発明例５２では、セシウム入りの弗化物系フラックスを用いた。その後、ミニコアの中央段のフィンとの接合部４０箇所を調べ、接合率が９５％以上を◎、９０％以上９５％未満を○、２５％以上９０％未満を△、２５％未満を×と判定した。
【００６５】
また、完成したミニコアについては耐食性評価のためにＣＡＳＳ試験を５００ｈ、１０００ｈ行い、チューブを貫通する腐食の有無を確認した。腐食がなかったものを○、腐食がおこっていたものを×とした。
更に、接合後における押出チューブについて、押出方向に平行な断面を光学顕微鏡で観察し、長径３μｍ以上の球状の共晶組織の数を測定し、つぶれの有無についても観察した。
表５に結果を示す。
【００６６】
【表５】
2012040609.tif 000007
【００６７】
発明例４２〜５６は、いずれも押出性、接合率、チューブ潰れ性、耐食性ともに合格であった。
比較例５７では、Ｓｉ成分が規定値に満たないため、球状共晶組織の数密度も発明範囲を超えていた。また、接合性の点で劣った。
比較例５８では、Ｓｉ成分が規定値を超えているため、接合時に押出管が潰れてしまった。
比較例５９では、Ｓｉ成分が規定値に満たないため、球状共晶組織の数密度も発明範囲を超えていた。また、接合性の点で劣った。
比較例６０では、Ｓｉ成分が規定値を超えているため、接合時に押出管が潰れてしまった。
比較例６１では、ＦｅとＣｕ成分がともに規定値を超えているため、ＣＡＳＳ試験において貫通孔が発生し、耐食性の点で劣った。
比較例６２では、Ｍｎ成分が規定値を超えているため、ＣＡＳＳ試験において貫通孔が発生し、耐食性の点で劣った。
比較例６３では、Ｚｎ成分が規定値を超えているため、ＣＡＳＳ試験において貫通孔が発生し、耐食性の点で劣った。
比較例６４では、Ｍｇ成分が規定値を超えているため、ＣＡＳＳ試験において貫通孔が発生し、耐食性の点で劣った。
比較例６５では、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ成分が規定値を超えているため、ＣＡＳＳ試験において貫通孔が発生し、耐食性の点で劣った。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明により、接合前後の寸法あるいは形状の変化が殆ど無く、また、ろう材あるいは溶加材のような接合部材を使用することなく被接合部材同士が接合するアルミニウム合金板を用いた構造体とその接合方法が達成され、工業上顕著な効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００６９】
ａ・・試験片の天井部の接合前の長さ
ａ１・・試験片の天井部上側の接合後における湾曲長さ
ａ２・・試験片の天井部下側の接合後における湾曲長さ
【図１】
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【図２】
2012040609.tif 000009
【図３】
2012040609.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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