(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
必須成分として、Ｓｉを０．５〜１．０質量％、Ｃｕを０．５〜１．０質量％、Ｍｎを０．５〜２．０質量％含有するアルミニウム合金を心材とし、当該心材の片面に皮材を、他の片面にろう材を有し、前記皮材がＺｎを１．５〜５．０質量％含み、かつ、Ｍｇを１．５〜３．０質量％含むＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系アルミニウム合金であるアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法であって、
前記アルミニウム合金クラッド材を５８０〜６２０℃のろう付け温度に加熱してろう付けを行い、このようにしてろう付けされた前記アルミニウム合金クラッド材を冷却速度７０〜８０℃／分で冷却することを特徴とするアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法。
【請求項２】
前記心材は、任意成分として、Ｍｇを０．２質量％以下において含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジエータや、ヒータエアコン等に用いられるアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ラジエータや、ヒータエアコン用のチューブには、Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金クラッド材が用いられてきた。しかし、かかるアルミニウム合金クラッド材のクラッド材の引張強度（以下、クラッド材の引張強度を「ろう付け後強度」、又は、単に「強度」という。）は、１１０Ｎ／ｍｍ2程度と低かったため、アルミニウム合金クラッド材の薄肉化を図ることが困難であった。そこで、前記問題を解決するべく、アルミニウム合金クラッド材の強度を上げて、そして、アルミニウム合金クラッド材の薄肉化を図るために、アルミニウム合金クラッド材の心材にＳｉ、Ｃｕを共添加する試みが行われてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、心材にＳｉとＣｕを共添加すると、ろう付け後強度は向上するものの、粒界腐食が生じて前記クラッド材の耐食性が低下することより、さらなる改善の余地が残されていた。
【０００４】
以上より、本発明の第一の課題は、アルミニウム合金クラッド材の内面腐食を効果的に防止することができるアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法を提供することにある。
本発明の第二の課題は、第一の課題により得られる前記ろう付け方法にさらに改良を加えて、アルミニウム合金クラッド材の流動係数を低下させることなく、高いろう付強度が得られ得るアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、前記課題を達成すべく、前記粒界腐食がどのようなメカニズムで発生するのかについて鋭意研究した結果、前記粒界腐食の発生原因が、心材にＳｉ及びＣｕの両者を添加した場合に、ろう付加熱後の冷却過程で、粒界にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系の金属間化合物が析出することに起因するものであることを知見した。
そして、本発明者らは、前記知見に基づいてさらに研究を重ねた結果、ろう付後の冷却速度を上げることにより、粒界析出が抑制され、粒界腐食がなくなることを見出した。また、本発明者らは、冷却速度を上げると心材中のＳｉ及びＣｕの固溶量が増大して、ろう付後強度が向上することや、皮材にＭｇを含む場合、Ｍｇ2Ｓｉの固溶量が増大するためにクラッド材の強度が高くなることも見出した。
【０００６】
即ち、本発明は、必須成分として、Ｓｉを０．５〜１．０質量％、Ｃｕを０．５〜１．０質量％、Ｍｎを０．５〜２．０質量％含有するアルミニウム合金を心材とし、当該心材の片面に皮材を、他の片面にろう材を有し、前記皮材がＺｎを１．５〜５．０質量％含み、かつ、Ｍｇを１．５〜３．０質量％含むＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系アルミニウム合金であるアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法であって、前記アルミニウム合金クラッド材を５８０〜６２０℃のろう付け温度に加熱してろう付けを行い、このようにしてろう付けされた前記アルミニウム合金クラッド材を冷却速度７０〜８０℃／分で冷却することを特徴とするアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法として構成した。
【０００７】
好ましい態様において、前記心材は、任意成分として、Ｍｇを０．２質量％以下において含有している。
【０００８】
さらに好ましい態様において、前記冷却速度は、７０〜８０℃／分であり、前記心材は、必須成分として、Ｓｉを０．６〜０．９質量％、Ｃｕを０．６〜０．９質量％、Ｍｎを０．８〜１．５質量％含有し、さらに任意成分として、Ｍｇを０．１〜０．２質量％含有している。また、前記皮材は、Ｍｇを１．０〜３．０質量％、Ｚｎを２．０〜４．０質量％含むＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系アルミニウム合金である。
【０００９】
最も好ましい態様において、必須成分として、Ｓｉを０．５〜１．０質量％、Ｃｕを０．５〜１．０質量％、Ｍｎを０．５〜２．０質量％含有し、任意成分として、Ｍｇを０〜０．２質量％含有しているアルミニウム合金を心材とし、該心材の片面に、Ｍｇを１．５〜３．０質量％含むＡｌ−Ｚｎ―Ｍｇ系アルミニウム合金を皮材として有するアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法であって、前記心材と前記皮材及び前記ろう材を、ろう付け温度（５８０〜６２０℃）で加熱し、冷却速度７０〜８０℃／分で冷却することを特徴とする前記アルミニウム合金クラッド材のろう付け方法が提供される。
尚、本発明の前記ろう付け方法により得られたアルミニウム合金クラッド材は、以下の実施例で説明するように、腐食深さが０．０２５ｍｍであって、６０〜７０の流動係数と１３０（Ｎ／ｍｍ2）〜１８０（Ｎ／ｍｍ2）のろう付強度を兼ね備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、前記粒界腐食のメカニズムの解明で得られた知見に基づいて、アルミニウム合金クラッド材のろう付け方法を最適化することにより完成されるに至ったものである。ここで、本発明の理解を容易にするために、前記粒界腐食の発生原因について図１を用いて説明する。図１に示されるように、マトリクス中の固溶成分であるＳｉ及びＣｕが、太線で示される粒界に析出していくと、斜線で示される粒界に接する部分（ＰＦＺ：Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ  Ｆｒｅｅ  Ｚｏｎｅ）のＳｉ及びＣｕ濃度が、他の部分のＳｉ及びＣｕ濃度より低くなり、ＰＦＺの電位が卑となる。この場合、電位の低いＰＦＺが他の部分よりも優先的に溶解していくために、このＰＦＺに沿って粒界腐食が進行していくものと推測される。
【００１１】
次に、本発明に係るアルミニウム合金クラッド材のろう付方法で用いられる、アルミニウム合金クラッド材を構成する心材、皮材及びろう材の合金組成の限定理由について説明していく。
（心材の組成）
Ｓｉは、アルミニウム合金クラッド材の強度を上げる目的で用いられる。特に、皮材にＭｇを含む場合、心材中にＳｉを添加することにより、心材中のＳｉと、皮材から拡散してきたＭｇとが反応して、Ｍｇ2Ｓｉを生成するため強度が向上する。Ｓｉの配合量は、０．５〜１．０質量％である。０．５質量％未満では、前記Ｓｉの効果が小さく、１．０％を超えると、融点低下によるろう付作業性が低下するため都合が悪い。好ましいＳｉの配合量は、０．６〜０．９質量％である。
【００１２】
Ｃｕは、アルミニウム合金クラッド材の強度を上げる目的で用いられる。Ｃｕの配合量は０．５〜１．０質量％である。０．５質量％未満では、前記Ｃｕの効果が小さく、１．０％を超えると、融点低下によるろう付作業性が低下するため都合が悪い。好ましいＣｕの配合量は、０．６〜０．９質量％である。
【００１３】
Ｍｎは、アルミニウム合金クラッド材の強度を上げる目的で用いられる。Ｍｎの配合量は０．５〜２．０質量％である。０．５質量％未満では、前記Ｍｎの効果が小さく、２．０％を超えると、粗大晶出物を生成し、圧延加工後、耐食性を低下させる危険があるので都合が悪い。好ましいＭｎの配合量は、０．８〜１．５質量％である。
【００１４】
Ｍｇは、アルミニウム合金クラッド材の強度を上げる目的で用いられる。Ｍｇの配合量は０〜０．２質量％である。０．２質量％を超えると、著しいろう付性の低下が生じるので好ましくない。
尚、Ｍｇを添加する場合、以下の実施例で明らかになるように、心材にＭｇを添加するよりも、皮材にＭｇを添加するほうが、ろう付け後強度が向上する。また、Ｍｇは、心材及び皮材の両方に、添加してもかまわない。
【００１５】
上記成分の他に、心材は、任意成分として、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｔｉを、それぞれ０．３質量％以下含有していてもよい。好ましくは、心材は、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｔｉをそれぞれ０．１〜０．２質量％含有していてもよい。ここで、Ｃｒは、アルミニウム合金クラッド材の強度向上に寄与し、Ｚｒは、心材のグレインサイズを拡大することに寄与し、Ｔｉは、耐腐食性を向上させることに寄与する。
【００１６】
心材としては、具体的には、合金番号３００３、合金番号３Ｎ０３、合金番号３Ｎ２３、合金番号６９５１、合金番号７０７２の合金を用いることができる。尚、これら心材の組成の詳細については、例えば、アルミニウムハンドブック第５版／社団法人軽金属協会編集発行／頁３２９表６等の従来公知の各種文献に記載されている。
【００１７】
（皮材の組成）
皮材中のＺｎは、犠牲腐食効果を得る目的で、即ち、皮材の電位を下げ、そして、皮材と心材との電位差を大きくすることにより、皮材を優先的に腐食させる目的で用いられる。Ｚｎの配合量は１．５〜５．０質量％である。１．５質量％未満では心材との電位差が不十分となり、内面腐食性を維持できなくなり、５．０質量％を超えると、皮材の消耗が激しく耐食性は低下するため都合が悪い。好ましいＺｎの配合量は、２．０〜４．０質量％である。
【００１８】
皮材中のＭｇは、アルミニウム合金クラッド材の強度を向上させる目的で用いられる。即ち、皮材中のＭｇは、ろう付け加熱により心材中に拡散し、そして、心材中のＳｉとＭｇ2Ｓｉを生成し、結果として、前記アルミニウム合金クラッド材の強度を向上させることになるからである。Ｍｇの配合量は０．５〜３．０質量％である。０．５質量％未満では前記Ｍｇの効果は小さく、３．０質量％を超えると、クラッド圧着性が低下するため都合が悪い。好ましいＭｇの配合量は、１．５〜２．５質量％である。
上記成分の他に、皮材は、任意成分として、Ｓｉを０．１〜１．０質量％含有していてもよい。Ｓｉを添加することにより、皮材にＭｇ2Ｓｉが生成されて、アルミニウム合金クラッド材の強度が向上することとなる。
【００１９】
皮材としては、具体的には、合金番号４３４３、合金番号４０４５、合金番号４００４、合金番号４００５、合金番号４Ｎ０４、合金番号４ｌ０４、合金番号４Ｎ４３、合金番号４Ｎ４５、合金番号４Ｎ４５、合金番号４ｌ４５、合金番号４０４７の合金を用いることができる。尚、これら合金の組成の詳細については、例えば、アルミニウムハンドブック第５版／社団法人軽金属協会編集発行／頁３２９表５等の従来公知の各種文献に記載されている。
【００２０】
（ろう材）
ろう材としては、従来公知のＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金が使用される。ろう材としては、具体的には、合金番号４３４３、合金番号４０４５、合金番号４００４、合金番号４００５、合金番号４Ｎ０４、合金番号４ｌ０４、合金番号４Ｎ４３、合金番号４Ｎ４５、合金番号４Ｎ４５、合金番号４ｌ４５、合金番号４０４７の合金を用いることができる。尚、これら合金の組成の詳細については、例えば、アルミニウムハンドブック第５版／社団法人軽金属協会編集発行／頁３２９表５等の従来公知の各種文献に記載されている。
【００２１】
次に、本発明における製造工程について説明していく。
まず、心材は溶製後通常の半連続鋳造法で鋳塊とする。一方、皮材及びろう材は、溶製後通常の半連続鋳造法で鋳造後、熱間圧延にて所定の板厚にする。そして、前記した心材鋳塊の片面にろう材を、またその他面に皮材を重ねて熱間クラッド圧延を行い３層クラッド材とする。
尚、本発明により得られるアルミニウム合金クラッド材は、３層に限定されるものではない。よって、心材の片面又は両面に、皮材及び／又はろう材を適宜組合せて設けて、２層のアルミニウム合金クラッド材としたり、または、３層以上のアルミニウム合金クラッド材としてもよい。
【００２２】
ろう付け温度は、従来公知の条件に従って、使用する心材、皮材、及びろう材の成分組成に基づいて定まる。ろう付温度は、一般的に５８０〜６２０℃である。例えば、Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金（４０４５）を用いた場合のろう付温度は、５８５〜６０５℃である。その他の合金の組成及びろう付温度の詳細については、例えば、アルミニウムハンドブック第５版／社団法人軽金属協会編集発行／頁３２８表４、頁３２９表５及び表６等の従来公知の各種文献に記載されている。
【００２３】
次に、前記アルミニウム合金クラッド材を、粒界腐食が生じない範囲の冷却速度で冷却する。アルミニウム合金クラッド材の冷却速度は、７０〜３００℃／分である。冷却速度が７０℃／分以下だと、アルミニウム合金クラッド材に粒界腐食が生じるため都合が悪い。一方、冷却速度を３００℃／分以上として冷却した場合、得られる効果は同一であったことより、経済的観点より、冷却速度は３００℃／分以下で足りる。尚、経済的観点が解決されるものであれば、６００℃／分以下であってもかまわない。好ましくは、アルミニウム合金クラッド材は、７０〜８０℃／分の範囲で冷却される。
【００２４】
冷却手段は、アルミニウム合金クラッド材が７０℃／分以上の冷却速度で冷却可能なものであって、アルミニウム合金クラッド材の性質に悪影響を与えるものでなければ、特に限定されるものではない。そのため、具体的には、前記アルミニウム合金クラッド材を、ろう付温度まで加熱した後に、室温に放置して冷却することが可能である。また、前記アルミニウム合金クラッド材は、所望により、エアーファン等の送風手段を用いて室温において急冷される。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明が以下の実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。
アルミニウム合金クラッド材（供試材）の製造（クラッドＮｏ．１〜１５）
以下の表１に示される組成の心材用アルミニウム合金、及び、皮材用アルミニウム合金を溶解し、連続鋳造により鋳塊を得た。また、ろう材用アルミニウム合金、４０４５合金を同様にして溶解した後、鋳造し、その後、熱間工程及び冷間工程を経て所定の板厚に圧延した。
そして、アルミニウム合金クラッド材を、従来公知の方法に従って、前記の合金からなる心材の片面に、前記の合金からなる皮材を重ね合わせ、さらに他面に前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなるろう材を重ね合わせて熱間圧延することにより製造した。この際のろう付け温度は６００℃前後であった。
【００２６】
前記ろう付け温度に加熱した後、表１に示される組成の心材用アルミニウム合金、皮材用アルミニウム合金及びろう材からなるアルミニウム合金クラッド材を、表２に示される各種の冷却速度で冷却し、最終的に０．２５ｍｍ厚のアルミニウム合金クラッド材を得た。
【００２７】
【表１】
0003911132.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003911132.tif 000003
【００２９】
そして、このようにして得られた各種の組成からなるアルミニウム合金クラッド材の性能試験を、以下の試験方法（１）〜（３）に基づいて行った。得られた試験結果（流動係数、ろう付強度、腐食深さ）を前記表２にまとめて示す。
【００３０】
（１）流動性試験（ドロップ試験）
表１に示される組成の前記アルミニウム合金クラッド材のろう材表面に、５ｇ／ｍ2となるようにノコロックフラックスをスプレー塗布し乾燥させた。その後、酸素濃度２００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で、６００℃で５分間ろう付加熱を行い、そして、表２に示される冷却速度で前記クラッド材を冷却した。ろう付後に得られたクラッド材の厚さを測定し、得られた数値から次式に従って流動係数を求めた。
【００３１】
流動係数（ｋ）＝（ｔ0−ｔ）／（ｌ1＋ｌ2）
（上記式中、
ｔ0は、ろう付け前のクラッド材の厚さを表わし、
ｔは、ろう付け後のクラッド材の厚さを表わし、及び
ｌ1、ｌ2は、皮材の厚さを表わす。）
【００３２】
（２）ろう付後強度試験
前記流動性試験と同じ条件下でろう付加熱及び冷却した後に得られたアルミニウム合金クラッド材から、ＪＩＳ  ５号の試験方法に従って、引っ張試験片を作成した。そして、この試験片を室温で１週間時効させた後に、引張試験を行った。
【００３３】
（３）内面腐食性試験
前記流動性試験と同じ条件下でろう付加熱及び冷却した後に得られたアルミニウム合金クラッド材のろう材面をシールした。また、人工水（Ｃｌ―：３００ｐｐｍ、ＳＯ42-：１００ｐｐｍ、Ｃｕ2+：５ｐｐｍ）を調製した。そして、前記シールされたアルミニウム合金クラッド材を、前記人工水に浸漬し、そして、８８℃で８時間浸漬し続けた後、さらに、室温で１６時間浸漬し続けた。この８８℃下及び室温下での浸漬工程を１サイクルとして、この１サイクルを３０回繰り返した後に、腐食深さを測定した。
【００３４】
以上、表２に示された試験結果より、以下のことがいえた。
＜冷却速度の影響＞（試験Ｎｏ．１〜１４、１６〜１９参照）
冷却速度が７５℃／分以上の場合（試験Ｎｏ．１〜１４、１６、１７）、前記クラッド材の腐食深さは、０．０２５ｍｍであった。一方、冷却速度が７５℃／分以下の場合（試験Ｎｏ．１８及び１９）、前記クラッド材は、貫通するか、または、腐食深さが０．１１ｍｍとなった。このことより、７５℃／分以上で冷却することにより良好な内面耐食性が得られることがいえた。
【００３５】
＜Ｚｎ添加の影響＞（試験Ｎｏ．１〜１５参照）
皮材にＺｎを１．２質量％添加した場合（試験Ｎｏ．１５）、前記クラッド材の腐食深さは、０．１２ｍｍであった。一方、皮材にＺｎを２．０質量％、１．６質量％及び４．０質量％添加した場合（試験Ｎｏ．１、７、８）、前記クラッド材の腐食深さは、いずれも０．０２５ｍｍであった。このことより、皮材にＺｎを１．６質量％以上添加した場合に、良好な内面耐食性が得られることがいえた。好ましくは、経済的な観点より、皮材にＺｎを１．６質量％〜２．０質量％加えることが都合がよいことがいえた。
【００３６】
＜Ｍｇ添加の影響＞（試験Ｎｏ．６、９、１０、１４参照）
心材又は皮材に、Ｍｇを添加すると、ろう付け後強度が向上した（試験Ｎｏ．６、９、１０、１４）。この場合、皮材にＭｇを加えたほうが（試験Ｎｏ．９、１０）、流動係数を低下させることなく、ろう付け後強度を上げることができた。その際、皮材にＭｇを１．０質量％添加するよりも（試験Ｎｏ．９）、皮材にＭｇを２．５質量％添加したほうが（試験Ｎｏ．１０）、ろう付強度が向上した。このことより、Ｍｇを心材又は皮材に添加することにより、前記クラッド材の強度が増すことがいえた。また、Ｍｇを添加する場合、心材にＭｇを添加するよりも、皮材にＭｇを添加するほうが前記クラッド材の強度が増すことがいえた。さらに、皮材にＭｇを１．０〜２．５質量％の量で添加することが特に都合がよいことがいえた。
【００３７】
＜Ｓｉ添加の影響＞（試験Ｎｏ．１、２、１１参照）
心材にＳｉを添加することにより、前記クラッド材の強度が増加することがいえた。この場合、Ｓｉの添加量が０．６質量％以下では（試験Ｎｏ．１１）、充分な強度が得られなかった。このことより、好ましいＳｉの添加量は、０．６〜０．９質量％であることがいえた。
【００３８】
＜Ｃｕ添加の影響＞（試験Ｎｏ．１、３、１２参照）
心材にＣｕを添加することにより、前記クラッド材の強度が増加することがいえた。この場合、Ｃｕの添加量が０．６質量％以下では（試験Ｎｏ．１２）、充分な強度が得られなかった。このことより、好ましいＣｕの添加量は、０．６〜０．９質量％であることがいえた。
【００３９】
＜Ｍｎ添加の影響＞（試験Ｎｏ．１、４、５、１３参照）
心材にＭｎを添加することにより、前記クラッド材の強度が増加することがいえた。この場合、Ｍｎの添加量が０．８質量％以下では（試験Ｎｏ．１３）、充分な強度が得られなかった。このことより、好ましいＭｎの添加量は、０．８〜１．５質量％であることがいえた。
【００４０】
以上、前記本発明のアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法により得られたアルミニウム合金クラッド材は、内面耐腐食性を有し、さらに、使用に最適な流動係数を有すると共に、高いろう付強度を有する。  そのため、前記アルミニウム合金クラッド材の特性を有効に利用して、前記アルミニウム合金クラッド材をラジエータや、ヒータエアコン等に用いることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上記の特徴を有することより、以下の効果を有する。
（１）本発明のアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法によれば、アルミニウム合金クラッド材の内面腐食を効果的に防止することができる。
（２）本発明のアルミニウム合金クラッド材のろう付け方法によれば、良好なろう付性と、ろう付強度をあわせ持つアルミニウム合金クラッド材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、粒界腐食発生のモデルを示す図である。
【図１】
0003911132.tif 000004