(57)【要約】【課題】フラックス塗布工程や真空設備等の導入運用コストを不要にして、フラックスレスで大気圧下においてろう付けを良好に行うことができるフラックスレスろう付方法を提供する。【解決手段】Ｓｉ：３〜１３％、Ｍｇ：０．１〜５．０％を含有するＡｌ−Ｓｉ系ろう材３が芯材２にクラッドされて最表面に位置するアルミニウム合金ブレージングシート１を用い、減圧を伴わない非酸化性雰囲気で、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材３と被ろう付け部材４を接触密着させ、ろう付熱処理時に、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材３の温度が４００℃を超えてから固相線温度に達するまでの温度域の時間を５分以下にして、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材３の液相線温度以下まで昇温させ、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材３により接触密着部５の密着面において芯材２と被ろう付け部材４をフラックスレスでろう付け接合する。【選択図】図１
2012030244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｓｉ：３〜１３％、Ｍｇ：０．１〜５．０％を含有する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合金ブレージングシートを用いるろう付方法であって、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を接触密着させ、ろう付熱処理時に、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材の温度が４００℃を超えてから固相線温度に達するまでの温度域の時間を５分以下にして、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材の液相線温度以下まで昇温させ、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材により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け方法。
【請求項２】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材は、質量％で、Ｓｉ：３〜１３％、Ｍｇ：０．１〜５．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からな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け方法。
【請求項３】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材は、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け方法。
【請求項４】
前記芯材が、質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、残部Ａｌと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１〜３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】
前記芯材が、質量％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組成を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６】
前記芯材が、質量％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Ａｌと不可避不純物とからなる組成を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７】
前記芯材が、質量％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、さらに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Ａｌと不可避不純物とからなる組成を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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧下の非酸化性雰囲気においてフラックスを使用せずに接合可能なアルミニウムのろう付方法に関するものである。
【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、不活性ガス雰囲気下で非腐食性のフッ化物系フラックスを用いてろう付されるか、ろう材に０．５〜１．５質量％程度のＭｇを添加して真空雰囲気下でろう付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、多くが被ろう付け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が高強度化に寄与しないという問題がある。すなわち、フラックスろう付では製品中の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、真空ろう付では、ろう材に添加されたＭｇがろう付昇温過程で材料中から蒸発し、その際に、ろう付阻害要因であるアルミニウム材料表面の酸化膜を破壊し、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可能な状態としている。本手法では、フラックス塗布工程は必要ないものの、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こと、などの点で問題がある。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、炉の内壁には蒸発した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が提案されている。例えば特許文献１では、被ろう付部材、もしくはそれ以外の部位にＭｇ含有物を配置し、且つ、被ろう付け部材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部材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、重ね合わせた部材全体を加圧密着した状態で、ろう材の液相線温度以上で加熱して大気雰囲気中でろう付する方法が提案されている。
【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、ろう付前に材料表面を酸洗浄し酸化膜の厚みを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、従来の真空ろう付やノコロックろう付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。また、ろう付を行う製品の形状も積層構造に限定される。さらには、ろう材表面にある薄いクラッド層を侵食させ接合を行なうため、ろう材の液相線温度以上に加熱が必要となるが、その場合、他の接合部においてはろう侵食が促進される不具合を生じる。
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り、酸洗浄工程分のコストが増加するという問題がある。    
【００１１】
上記のように従来の方法では大気圧下においてフラックスレスろう付では安定した接合を得るのが困難であり、さらなる改善が必要となる。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ずに全ての部位で安定的な接合状態を得ることが可能なアルミニウムの汎用的な大気圧下フラックスレスろう付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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を進めた結果、クラッド材のろう材に添加するＭｇ量を適正な範囲とし、かつ、ろう付昇温時における４００℃を超えた後の保持時間を５分以下に制御することで、材料表面の酸化皮膜の成長を抑制し、接触密着した接合継手部について、減圧を伴わない非酸化性雰囲気中で良好な接合状態が得られることを見出した。また、通常のろう付と同様にろう材の液相線温度以下の温度域でろう付を行うことで、その他接合部の過剰なろう侵食を抑制し、優れたろう付状態を得ることが可能となった。この際、ろう付け前材料表面の初期酸化膜をあえて除去する必要はなく、通常に生産されているアルミニウム材が使用可能である。
【００１３】
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、Ｓｉ：３〜１３％、Ｍｇ：０．１〜５．０％を含有する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合金ブレージングシートを用いるろう付方法であって、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を接触密着させ、ろう付熱処理時に、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材の温度が４００℃を超えてから固相線温度に達するまでの温度域の時間を５分以下にして、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材の液相線温度以下まで昇温させ、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材により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を接合することを特徴とする。
【００１４】
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系ろう材は、質量％で、Ｓｉ：３〜１３％、Ｍｇ：０．１〜５．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする。
【００１５】
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系ろう材は、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。
【００１６】
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、前記芯材が、質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【００１７】
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３の本発明のいずれかにおいて、前記芯材が、質量％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組成を有することを特徴とする。
【００１８】
第６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、前記芯材が、質量％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Ａｌと不可避不純物とからなる組成を有することを特徴とする。
【００１９】
第７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、前記芯材が、質量％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、さらに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Ａｌと不可避不純物とからなる組成を有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
本発明に用いるアルミニウムクラッド材では、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ系合金をベースに、Ｍｇを添加したものを用いる。
【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％とした。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はろう材の酸化皮膜を破壊し、ゲッター作用によりろう材表面の再酸化を防止する効果を有する。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再酸化防止効果が得られず、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によるゲッター作用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】
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、所望により含有させる。Ｚｎの含有量は、所望により含有させる場合、０．１〜５．０％とする。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。Ｚｎを積極的に添加しない場合、０．１％未満のＺｎを不純物として含有することは許容される。
【００２５】
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、接合を得るにあたって特に限定されるものではないが、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添加が積極的に行える。
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、芯材成分としては、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、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種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるものが示される。各元素の作用及び限定理由は以下の通りである。
【００２６】
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。
【００２７】
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、ろう材表面の酸化膜破壊、酸化膜成長抑制作用に寄与する。下限未滞では効果不十分であり、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。
【００２８】
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。  
【００２９】
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。
【００３０】
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含有量は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。  
【００３１】
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。下限未満では効果不十分であり、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。
【００３２】
３．ろう付条件
本発明の実施にあたっては、ろう材表面に生成する酸化皮膜厚さを極力低下させることが好ましい。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。この酸化皮膜は温度の上昇とともに成長速度が増加し、特に４００℃以上になると著しく成長が促進される。酸化膜の厚みが増すほど、Ｍｇによる酸化膜の破壊作用は阻害され、ろう付性が低下するため、本発明ではろう付熱処理の昇温時にろう材の温度が４００℃を超えてから溶融を開始するまで、すなわち４００℃を超えてからろう材の固相線温度までの温度域の時間を従来のろう付条件より短い、５分以下に制御をして、良好な接合状態を得ることを可能とした。なお、４００℃から固相線温度に達するまでの時間は可能な限り短時間であることが望ましい。より好ましくは３分以下である。
また、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℃以上でろう付が可能であるが、ろう付温度はろう材成分の液相線温度以下の５５９〜６２０℃で実施する。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。また、ろう材の液相線温度を超えると局部的に母材へのろう侵食が発生し、接合部において著しいろう侵食や形状変化が発生し、耐食性や耐久性の低下を招く。
【００３３】
４．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Ａｌ−Ｓｉ系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。
【００３４】
５．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。
【００３５】
６．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。初期酸化皮膜厚さが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。
【００３６】
７．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。本発明の非酸化性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超ではろう付時間を短縮しても、高温で被ろう付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。
【００３７】
本発明では、ろう材に添加された適量のＭｇが接合部接触密着表面の酸化膜を破壊し、再酸化を抑制するとともに、ろう付昇温時の高温での保持時間を制御し、酸化皮膜の成長を抑制することで、従来より一層優れた接合状態を得ることが可能となる。また、ろう付温度をろう材の液相線温度以下の、例えば５５９〜６２０℃の範囲とし、接合部における局部的なろう侵食を抑制し、安定した接合状態を得ることも可能となった。本発明における接合のメカニズムは、真空ろう付や、大気圧下でのフラックスレスろう付等を提案している従来技術と同様であるが、真空ろう付では、部材の再酸化防止のため真空の維持が必須であり、また、大気圧下の従来技術では、ろう材の表面に酸化防止層を設けたり、被ろう付部材を覆いで囲ったりする等して、材料の再酸化やＭｇ蒸気の拡散防止を行う必要がある。しかし、本発明においては、前述のような特殊な条件ではなく、一般的な非酸化性雰囲気でもろう付加熱時の保持時間とろう付温度の制御のみで接合の安定性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
以上のように、本発明による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】
【００３９】
【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】
【００４０】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
質量％で、Ｍｇを０．１〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％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、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。該クラッド圧延での製造条件は特に限定されるものではない。また、各層のクラッド率も本発明としては特定されるものではない。
なお、上記のように芯材の組成は、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。
【００４１】
常法により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。
【００４２】
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５６０〜６２０℃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】
【００４３】
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系ろう材と、同じく表１〜表３に示す組成（残部Ａｌと不可避不純物）の芯材とをクラッドしたアルミニウムクラッド材として用意した。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。
【００４４】
上記アルミニウムクラッド材は、前記表に示した各種組成のろう材と芯材とを、ろう材クラッド率１０％とし、Ｈ１４相当調質の０．５ｍｍ厚に仕上げた。
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）のフィン材を用意した。
【００４５】
○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、ＪＩＳ  Ａ３００３ベア材の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のコアである。
各コアを窒素雰囲気中（酸素含有量２０ｐｐｍ）のろう付炉にて、昇温速度を各種変化させて、それぞれ５６０〜６２０℃の各温度まで加熱し、ろう付性を評価した。その際、ブレージングシートのろう材が４００℃を超えてから固相線温度に到達するまでの昇温時間とろう付時の最高温度を測定した。ろう付性は、以下式にて接合率を求め、その結果を表１〜３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
なお、ろう付け時の材料温度は、上記チューブ材の複数個所に熱電対を配置して測定した。
【００４６】
○材料強度
製作した上記アルミニウムクラッド材（０．５ｍｍ厚）をＪＩＳ５号試験片とし、前記ろう付熱処理後、９０℃×７日間時効処理後に引張試験に供した。得られた材料強度測定値を評価し、その結果を表１〜表３に示した。  
【００４７】
表から明らかなように、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。また、芯材の成分が好適範囲を外れる参考例では、種々の不具合が認められた。
【００４８】
【表１】
2012030244.tif 000003
【００４９】
【表２】
2012030244.tif 000004
【００５０】
【表３】
2012030244.tif 000005
【符号の説明】
【００５１】
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】
2012030244.tif 000006