(57)【要約】【課題】アルミニウムクラッド材の界面の接合性を向上させることが出来、その結果、クラッド材の品質向上を実現し、更には従来技術では製造が困難な組合せのクラッド材の製造をも可能とするアルミニウムクラッド材の改良された製造方法を提供すること。【解決手段】５〜２００μｍの厚さを有し且つＭｇ含有量が０．７質量％以下のアルミニウム材質からなるＡｌシート４，４の間に、粒径が０．２〜３．２ｍｍの多数の固体粒子６を重なり合うことなく分散、配置して構成される粒子分散層８が設けられてなる形態の接合補助部材をＡｌ心材２とＡｌ皮材１０との接合界面に介在させて、積層物を構成し、かかる積層物に対して熱間圧延を実施して、アルミニウムクラッド材を製造するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるＡｌ心材の片面若しくは両面に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるＡｌ皮材を重ね合わせて積層せしめ、その得られた積層物を熱間圧延することにより、それらＡｌ心材とＡｌ皮材とが接合、一体化されてなるアルミニウムクラッド材を製造するに際して、
５〜２００μｍの厚さを有し且つＭｇ含有量が０．７質量％以下のアルミニウム材質からなるＡｌシートの２枚の間に、粒径が０．２〜３．２ｍｍの多数の固体粒子を重なり合うことなく分散、配置して構成される粒子分散層が設けられてなる形態の接合補助部材を、前記Ａｌ心材と前記Ａｌ皮材との接合界面に介在させて、前記積層物を構成し、かかる積層物に対して熱間圧延を実施するようにしたことを特徴とするアルミニウムクラッド材の製造方法。
【請求項２】
前記固体粒子が、鉄若しくはその合金粒子、アルミニウム若しくはその合金粒子、Ｓｉ粒子及びセラミック粒子からなる群より選ばれた少なくとも１種の粒子である請求項１に記載のアルミニウムクラッド材の製造方法。
【請求項３】
前記Ａｌシートが、純アルミニウム又はアルミニウム含有量が９９．０質量％以上のアルミニウム材質にて構成されている請求項１又は請求項２に記載のアルミニウムクラッド材の製造方法。
【請求項４】
前記接合補助部材を構成するＡｌシート及び固体粒子のうちの少なくとも一方が、酸溶液又はアルカリ溶液にて処理されて、その表面の酸化膜が化学的に破壊、除去せしめられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のアルミニウムクラッド材の製造方法。
【請求項５】
前記固体粒子が、前記２枚のＡｌシートの対向面の少なくとも一方の面に形成された接着層に接着、保持されて、前記粒子分散層を構成している請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のアルミニウムクラッド材の製造方法。
【請求項６】
前記Ａｌ心材と前記Ａｌ皮材との間に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる板状のＡｌ中間材が、更に介在せしめられると共に、該Ａｌ心材と該Ａｌ中間材との間及び該Ａｌ中間材と該Ａｌ皮材との間の少なくとも何れか一方の間に、前記接合補助部材が介在せしめられて、前記積層物が構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のアルミニウムクラッド材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムクラッド材の製造方法に係り、特に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるＡｌ心材の片面若しくは両面に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるＡｌ皮材を重ね合わせて積層せしめ、その得られた積層物を熱間圧延することにより、それらＡｌ心材とＡｌ皮材とが接合、一体化されてなるアルミニウムクラッド材を有利に製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムクラッド材は、Ａｌ心材の片面或いは両面に、かかるＡｌ心材とは材質の異なるＡｌ皮材を重ね合わせ、或いは用途に応じて、それら心材と皮材との間に、それら心材や皮材とは材質の異なるアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるＡｌ中間材を介在させた形態において、重ね合わせて、多層構造の積層体（積層物）と為し、そしてそのような積層体を所定温度に加熱して、熱間圧延せしめ、更にその後、冷間圧延して、所定の板厚とすることによって、得られた板材である。そして、この種のアルミニウムクラッド材については、従来から、各種の製造方法が提案されてきており、また実際に、航空機や自動車等の輸送機器用の熱交換器におけるブレージングシート等として用いられてきているが、従来のアルミニウムクラッド材の製造法には、未だ解決されるべき多くの問題が残されている。
【０００３】
具体的には、上記した熱間クラッド圧延の施される積層体の界面の接合は、一般的に、圧接と呼称され、高温にて強い圧力を与えて接合することを意味しているが、その際、Ａｌ心材やＡｌ皮材等の各積層材の表面は、酸化皮膜で覆われているところから、それらの接合には、かかる酸化皮膜を破壊する必要がある。しかして、熱間クラッド圧延により、接合面に対して垂直方向に強い圧力を加えるだけでは、酸化皮膜を有効に破壊することが出来ず、接合することが困難であるところから、当業者間においては、それら積層材の界面を摺動させて、酸化皮膜を破壊することが必要であることが、一般的には認識されているのである。
【０００４】
実際に、皮材のクラッド率が高いクラッド材においては、心材と皮材の界面で摺動が発生し難く、それらの接合が困難となっているのである。一方、皮材のクラッド率が低いクラッド材にあっては、熱間クラッド圧延前に、皮材に温度低下が生じて、酸化皮膜が破壊され難くなると共に、かかる熱間圧延中に皮材が破れる等して、圧延不良を生じ易い問題がある。このため、そのような製造上の問題から、アルミニウムクラッド材のクラッド率は、一般に、５〜２５％の範囲に制限されているのが実情である。さらに、マグネシウム（Ｍｇ）を多く含む、ＪＩＳ呼称の２０００系、５０００系、６０００系、或いは７０００系のＡｌ合金においては、その表面に、アルミニウム酸化物（Ａｌ2Ｏ3）の他に、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）も形成されており、そのために酸化皮膜が強固なものとなるところから、そのようなアルミニウム材質の心材や皮材を用いたクラッド材の製造は、困難なものと考えられてきているのである。
【０００５】
ところで、従来から、アルミニウムクラッド材の界面の接合性を向上せしめるべく、特開昭６２−２２７５０４号公報においては、接着性のよい純アルミニウム系材質よりなる接合材層と強度に優れたアルミニウム合金よりなる強化材層とを積層一体化してなる、合わせ圧延用材料が提案され、この合わせ圧延用材料の２枚を、それぞれの接合材層を対向させて、重ね合わせた後、合わせ圧延（クラッド圧延）することにより、接合材層を介して、その両側に強化材層が一体化されてなるクラッド材を、材料相互の接着性を同等に保持しつつ、得ることが出来ることが明らかにされている。また、特開昭６２−３８７８２号公報には、Ｍｇの含有量が３．５％以上のＡｌ合金製皮材と他のＡｌ合金製心材とをクラッド圧延するに際して、クラッドされるべき皮材として、心材と対向する面側に皮材板厚の少なくとも５％に相当する純Ａｌ層を有するものを使用し、この純Ａｌ層を介して、皮材と心材とをクラッド圧延することにより、Ａｌ−Ｍｇ合金皮材のクラッドを確実に達成し得ることが明らかにされている。さらに、特開２０１３−１６３２１４号公報には、クラッド圧延せしめられる２枚のＡｌ板材の間に、複数の金属粒子を予め配設しておき、クラッド圧延を行うことにより、圧延パスの初期から、Ａｌ板材同士の接合強度を高めることが出来、１パスあたりの圧下量を大きくとって、圧延効率を向上させることが出来ることが明らかにされている。
【０００６】
しかしながら、それら従来の接合性向上技術について、本発明者らが種々検討したところ、特に、Ｍｇを多く含むＡｌ皮材やＡｌ心材をクラッド圧延する場合においては、その接合界面が充分に接合され得ず、圧延途中において皮材と心材が剥離してしまう等の問題が、依然として内在し、それらの特許文献に示される効果が充分に得られず、アルミニウムクラッド製品として、実用上満足し得るものではないことが明らかとなったのである。加えて、クラッド圧延が出来た場合にあっても、そこで得られたクラッド材には、フクレが発生する等の問題が内在していることが確認されたのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−２２７５０４号公報
【特許文献２】特開昭６２−３８７８２号公報
【特許文献３】特開２０１３−１６３２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、アルミニウムクラッド材の界面の接合性を向上させることが出来、その結果、クラッド材の品質向上を実現し、更には従来技術では製造が困難な組合せのクラッド材の製造をも可能とするアルミニウムクラッド材の改良された製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者らは、かかる課題を解決するために鋭意研究を進めた結果、アルミニウムクラッド材の製造に際して、Ｍｇを含有しないか、或いはＭｇ含有量が０．７質量％を越えることのないアルミニウム材質からなる所定厚さのＡｌシートの２枚の間に、所定大きさの固体の粒子の分散層を形成せしめてなる形態の接合補助部材を用い、そのような接合補助部材が、Ａｌ心材とＡｌ皮材との接合界面に介在するようにして、クラッド圧延することにより、それらＡｌ心材とＡｌ皮材との界面の接合性を効果的に向上せしめることが出来、またクラッド材の品質向上に加えて、従来では製造が困難であったクラッド材の組合せに対しても、安定した製造が可能となることを見出したのである。
【００１０】
そして、本発明にあっては、かかる知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるＡｌ心材の片面若しくは両面に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるＡｌ皮材を重ね合わせて積層せしめ、その得られた積層物を熱間圧延することにより、それらＡｌ心材とＡｌ皮材とが接合、一体化されてなるアルミニウムクラッド材を製造するに際して、５〜２００μｍの厚さを有し且つＭｇ含有量が０．７質量％以下（０質量％を含む）のアルミニウム材質からなるＡｌシートの２枚の間に、粒径が０．２〜３．２ｍｍの多数の固体粒子を重なり合うことなく分散、配置して構成される粒子分散層が設けられてなる形態の接合補助部材を、前記Ａｌ心材と前記Ａｌ皮材との接合界面に介在させて、前記積層物を構成し、かかる積層物に対して熱間圧延を実施するようにしたことを特徴とするアルミニウムクラッド材の製造方法にある。
【００１１】
なお、かかる本発明に従うアルミニウムクラッド材の製造方法の好ましい態様の一つによれば、前記固体粒子は、鉄若しくはその合金粒子、アルミニウム若しくはその合金粒子、Ｓｉ粒子及びセラミック粒子からなる群より選ばれた少なくとも１種の粒子である。
【００１２】
また、本発明にあっては、有利には、前記Ａｌシートが、純アルミニウム又はアルミニウム含有量が９９．０質量％以上のアルミニウム材質にて構成されている。
【００１３】
さらに、本発明に従うアルミニウムクラッド材の製造方法の別の望ましい態様の一つにあっては、前記接合補助部材を構成するＡｌシート及び固体粒子のうちの少なくとも一方が、酸溶液又はアルカリ溶液にて処理されて、その表面の酸化膜が化学的に破壊、除去せしめられている。
【００１４】
更にまた、本発明に従うアルミニウムクラッド材の製造方法の他の望ましい態様の一つにあっては、前記固体粒子は、前記２枚のＡｌシートの対向面の少なくとも一方の面に形成された接着層に接着、保持されて、前記粒子分散層を構成している。
【００１５】
加えて、本発明に従うアルミニウムクラッド材の製造方法の更に別の望ましい態様の一つによれば、前記Ａｌ心材と前記Ａｌ皮材との間に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる板状のＡｌ中間材が、更に介在せしめられると共に、該Ａｌ心材と該Ａｌ中間材との間及び該Ａｌ中間材と該Ａｌ皮材との間の少なくとも何れか一方の間に、前記接合補助部材が介在せしめられて、前記積層物が構成されることとなる。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明に従うアルミニウムクラッド材の製造方法にあっては、多数の固体粒子が分散、配置せしめられてなる粒子分散層を挟むように、その両側に、Ｍｇ含有量が０．７質量％以下のＡｌシートを配置して構成される接合補助部材を、Ａｌ心材とＡｌ皮材との界面に介在せしめてなる形態において、クラッド圧延が行われることとなるところから、そのような接合補助部材の機能に基づいて、接合されるべき材料の表面に形成されている酸化皮膜の破壊を効果的に実現しつつ、Ａｌ心材とＡｌ皮材との界面接合を容易と為し、更に、その促進を有利に図り得ることとなるのである。
【００１７】
すなわち、本発明において接合補助部材を構成する粒子分散層を与える、粒径が０．２〜３．２ｍｍの多数の固体粒子は、粒子分散層の両側に配されるＡｌシート、更にはＡｌ心材やＡｌ皮材の表面に存在する酸化皮膜を破壊する機能を有し、また、そのような粒子分散層の両側に配されるＡｌシートは、酸化皮膜が破壊された後のＡｌ心材とＡｌ皮材との界面接合を促進する機能を有しているのである。従って、上述せるような本発明の構成によれば、クラッド圧延の初期において、固体粒子の頂点部とＡｌシートを介したＡｌ皮材やＡｌ心材との接触点に荷重が集中して、強烈な圧下力が加えられるようになるところから、Ｍｇ含有量が多いＡｌ皮材やＡｌ心材の場合にあっても、かかる接触点において、それら皮材や心材の酸化皮膜が効果的に破壊され、更に、当該接触点とそれ以外の部分との境界に生ずる剪断力によって、酸化皮膜の破壊が、かかる接触点を起点として進展するようになるのである。また、これと同時に、固体粒子の頂点部は、強い荷重によって、Ａｌシートに食い込むようになるために、Ａｌシートは大きく変形し、そしてその変形に伴って、Ａｌシートを覆っている酸化皮膜が破壊されることとなる。更に、Ａｌシートは、Ｍｇ含有量を０〜０．７質量％に低減した柔らかいＡｌ材質にて構成されているところから、上述した酸化皮膜の破壊の進展により、露出したＡｌ皮材及びＡｌ心材とＡｌシートとの金属表面同士が直ちに強く押し当てられ、以て効果的に接合せしめられ得て、クラッド材の品質向上が有利に実現され得るのである。
【００１８】
要するに、従来の製造法の如く、ＡｌシートのみをＡｌ皮材とＡｌ心材との接合界面に敷いただけでは、それら皮材や心材の酸化皮膜の破壊を促す機能は得られないため、各部材の金属表面の露出が充分でなく、接合が均等に行われるようにすることが困難となるのであるが、本発明に従って、接合補助部材として、所定の固体の粒子とＡｌシートとを用いることにより、上述した機能に基づいて、従来では製造が困難であったＭｇ含有量が多いクラッド材質の材料（Ａｌ皮材やＡｌ心材）であっても、容易にクラッド圧延することが出来ることとなるのである。加えて、接合補助部材を構成する固体の粒子が、Ａｌ心材とＡｌ皮材に食い込むことによって、それら心材と皮材との界面での摺動が抑えられ、それら心材と皮材が一体となって伸長するようになるために、クラッド率の分布が大きく改善される効果が得られるのである。
【００１９】
そして、本発明によれば、接合の進展が、固体粒子の頂点部との接触点を起点として均等に拡大するようになるところから、従来の熱間圧延プロセスにおいては頻繁に問題となる、広域の未接合による皮剥がれや、局部的に生ずる皮材の未接合による膨れ（フクレ）の発生が効果的に抑制され得、従来からのクラッド材質のクラッド材においても、その品質の向上が、効果的に達成され得ることとなる。
【００２０】
このように、本発明に係るアルミニウムクラッド材の製造方法の採用によって、アルミニウムクラッド材の各積層材間の界面の接合性を有利に向上させることが出来ることとなり、従来では製造が困難であった組合せのクラッド材質のクラッド材の製造が可能となったことに加え、フクレ発生の抑制やクラッド率分布の改善といったクラッド材の品質向上が、有利に達成され得たのである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に従うアルミニウムクラッド材の製造方法における、Ａｌ皮材と接合補助部材とＡｌ心材との重ね合わせ形態の一例を、分解して示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ここにおいて、本発明は、先ず、多数の固体の粒子が分散、配置されてなる粒子分散層を、その両側から、それぞれＡｌシートにて挟んでなる形態の接合補助部材を用いて、これを、クラッドされるべきＡｌ皮材とＡｌ心材との間に介在させて、クラッド圧延を行うところに、一つの大きな特徴を有している。即ち、そのような構造の接合補助部材の介在によって、クラッド圧延時において、強烈な圧下力が加えられたときに、Ａｌ皮材やＡｌ心材等の積層材の表面に形成されている酸化皮膜の破壊が、かかる接合補助部材を構成する粒子分散層の固体の粒子における頂点部との接触点を起点として進展することとなり、これによって、目的とするアルミニウムクラッド材の積層材間の界面の接合性を、効果的に向上せしめ得ることとなるのである。
【００２３】
そして、そのような本発明において用いられる接合補助部材を構成する一つである粒子分散層を与える固体の粒子の粒径としては、０．２ｍｍ〜３．２ｍｍの範囲内において、主としてＡｌ皮材の積層時の厚さやＡｌ皮材及びＡｌ心材の材質等に応じて、適宜に決定されることとなる。なお、かかる固体粒子の粒径が０．２ｍｍ未満となると、前記した粒子の頂点部との接触点において、Ａｌ皮材やＡｌ心材の酸化皮膜、更には接合補助部材の他の構成成分であるＡｌシートの酸化皮膜を破壊する効果を充分に発揮させることが困難となるために、接合が充分に行われ得なくなる問題がある。また、固体粒子の粒径が３．２ｍｍを超えるようになると、Ａｌ皮材への食い込みが大きくなって、得られるクラッド材の表面に凹凸を発生せしめて、クラッド材表面の平滑性に問題を惹起する恐れがある。
【００２４】
また、本発明にあっては、かくの如き粒径の固体粒子を用いて、その多数個を分散、配置せしめることにより構成される粒子分散層が、両側から、Ａｌシートにて挟まれてなる形態において、接合補助部材が形成されることとなるが、そのような粒子分散層は、多数の固体粒子が重なり合わないようにして、換言すれば積み重ならないようにして、粒子１個分の粒径に相当する厚さを有する粒子１層分の粒子層となるように形成されるのである。なお、そのような粒子分散層が、複数の固体粒子が積み重なった形態の、複数層を呈する粒子層にて形成される場合にあっては、両側のＡｌシート間において、複数の粒子が重なり合うこととなるが、その重なり合った粒子同士の接合性が高くないために、粒子間の界面で接合不良が惹起され、また固体粒子のそれぞれが、両側のＡｌシートにてしっかりと保持されて、その両側のＡｌシートを介して、Ａｌ皮材やＡｌ心材に接触することも、阻害されるようになるところから、得られるアルミニウムクラッド材におけるフクレやＡｌ皮材の剥離に繋がる恐れがある等の問題を惹起する。
【００２５】
さらに、そのような多数の固体粒子が分散、配置して構成される粒子分散層において、その分散、配置された固体粒子間の間隔は、主として、Ａｌ皮材の積層時の厚さやＡｌ皮材及びＡｌ心材の材質等に応じて、適宜に選定されることとなるが、それにかかわることなく、一般に、平面視において０．２ｍｍ〜１３ｍｍの間隔において配置されていることが望ましい。なお、かかる固体粒子間の間隔が０．２ｍｍ未満であると、固体粒子の頂点部への圧下力が弱くなるために、接触点での酸化皮膜の破壊が充分に惹起され得ず、接合が不充分となる恐れがある。また、固体粒子間の距離が１３ｍｍを超えるようになると、酸化皮膜の破壊が惹起される起点が少なくなるために、未接合部が発生する恐れがある。なお、そのような多数の固体の粒子を分散、配置せしめる際には、固体の粒子及びＡｌシートの配設時や、圧延の初期段階において、固体粒子の位置が容易に移動し、粒子間の距離が上記した範囲外の間隔となることによって、一部に未接合部が発生して、Ａｌ皮材にフクレが生じたり、圧延途中においてＡｌ皮材が剥離する等の問題が惹起される恐れがあるが、そのような固体粒子を密に配置せしめるようにすることで、上述の如き固体粒子の位置の移動を防ぐようにすることも可能である。
【００２６】
そして、本発明において、そのような粒子分散層を構成する固体粒子の材質としては、特に限定されるものではないが、前述した酸化皮膜を破壊する機能を有利に高める上において、固体粒子の強度は、Ａｌ心材やＡｌ皮材と同等以上であることが好ましい。一般的に、熱間クラッド圧延は４５０〜５００℃で実施されることとなるところから、本発明で用いられる固体粒子には、４５０〜５００℃での強度が求められ、そしてそのために、固体粒子の材質としては、鉄若しくはその合金、アルミニウム若しくはその合金、シリコン（Ｓｉ）又はセラミック（例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ等）が好適に採用されることとなる。中でも、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる粒子の場合にあっては、粒子自体もＡｌ皮材やＡｌ心材、更にはＡｌシートとの接合性が良好であるところから、より望ましいと言うことが出来る。
【００２７】
また、本発明における他の一つの特徴は、Ｍｇ含有量が０．７質量％以下、換言すれば０〜０．７質量％のアルミニウム材質からなるＡｌシートを、上記した粒子分散層の両側に配置した形態において、Ａｌ皮材とＡｌ心材との間に介在せしめて、熱間クラッド圧延を行うことにあり、そしてそのようなＡｌシートの存在によって、Ａｌ皮材とＡｌ心材との間の界面接合が促進せしめられるようにしたことにある。しかも、かかるＡｌシートの厚さは、５μｍ〜２００μｍの範囲内において、Ａｌ皮材や後述するＡｌ中間材の積層時の厚さと固体粒子の形状等に応じて、適宜に決定されることとなる。なお、Ａｌシートの厚さが５μｍ未満であると、クラッド圧延の初期に、界面に敷いた粒子分散層とＡｌシートの合計厚みに相当する圧下量の圧延を行った段階で、粒子分散層を構成する固体粒子の頂点部が、Ａｌシートに食い込んだ際に破れてしまい、Ａｌシートがない領域が生じることによって、一部で未接合が発生する恐れがある。Ａｌシートは、接合界面の全体が接合される段階まで破れることなく界面を覆っていることが、望ましいのである。また、Ａｌシートの厚さが２００μｍを超えるようになると、固体粒子の頂点部でのＡｌ皮材やＡｌ心材の酸化皮膜破壊の効果が乏しくなり、接合性が低下する恐れがある。さらに、Ａｌシートの厚みは、上記の範囲内において、固体粒子の粒径の１／２以下であることがより望ましい。なお、このＡｌシートの厚みが固体粒子の粒径の１／２を超えるようになると、両側に配置せしめられるＡｌシートにて、固体粒子が完全に覆われてしまうようになり、粒子の頂点部でのＡｌ皮材やＡｌ心材の酸化皮膜破壊の効果が、弱くなる恐れがある。
【００２８】
さらに、かかるＡｌシートは、固体粒子が分散、配置されて構成される粒子分散層を介してのＡｌ心材とＡｌ皮材との間の有効な接合性を確保するために、そのような粒子分散層を挟むように、その両側に配置せしめられる必要がある。これに反して、Ａｌシートが粒子分散層の片側のみに配された場合にあっては、そのようなＡｌシートが配されていない側のＡｌ皮材又はＡｌ心材と固体粒子との接合が不充分となり、ひいてはＡｌ皮材又はＡｌ心材との間において、一部で未接合部位が発生する恐れがあり、得られるクラッド材の品質向上を図ることが出来なくなる問題を生じる。しかも、Ａｌシートが片側のみに配されていると、粒子分散層を構成する固体の粒子同士は、互いに独立して配置されているものであるところから、Ａｌ心材やＡｌ皮材の積層時やクラッド圧延の際に一部の固体粒子が積層界面から容易に脱落して、生産ラインに飛び散り、クラッド製品の品質に悪影響をもたらす恐れも惹起されるようになるのである。
【００２９】
なお、かかるＡｌシートを構成するアルミニウム材質のＭｇ含有量が０．７質量％を超えるようになると、Ａｌシートの強度が高くなることに加えて、Ａｌシート表面の酸化皮膜が強固となり、Ａｌ皮材やＡｌ心材の接合の妨げとなる。このＡｌシートを与えるアルミニウム材質のその他の成分としては、特に限定されるものではないが、強度が低い材質の方が、上述の如く、Ａｌ皮材やＡｌ心材、更には粒子分散層に対して、クラッド圧延時において直ちに強く押し当てられて、接合されることとなるところから、純アルミニウムや純度（アルミニウム含有量）が９９．０質量％以上であるアルミニウム材質にて構成されていることが、より好ましいのである。
【００３０】
ところで、かくの如き接合補助部材を構成する粒子分散層の固体粒子やＡｌシートの機能をより向上させるには、Ａｌシートや粒子分散層を構成する固体粒子の材質が金属やシリコンからなる場合にあっては、そのような材質の固体粒子を含めて、それら表面の酸化皮膜を、Ａｌ皮材やＡｌ心材、更には後述するＡｌ中間材における酸化皮膜と共に、熱間クラッド圧延に先立って、酸溶液又はアルカリ溶液によって化学的に破壊、除去しておくことが有効である。この酸溶液又はアルカリ溶液による酸化皮膜の破壊・除去は、一般的に、エッチング処理と呼ばれているが、本発明における固体粒子やＡｌシート等のエッチング処理には、フッ酸、硫酸、リン酸等の酸や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリの水溶液が代表的に用いられ、またエッチングによって生ずるスマット除去のために、硝酸等も用いられることとなる。そして、このエッチング処理によって、酸化皮膜が破壊、除去された材料の表面には、そのようなエッチング処理後に、直ちに、自然酸化皮膜が形成されるようになるが、素材製造時に形成された酸化皮膜に比べて、薄く、脆いために、熱間クラッド圧延時の圧下力によって破壊され易く、それ故に、エッチング処理を施していないものに比べて、Ａｌシートとの接合性、更にはＡｌ心材やＡｌ皮材との接合性を向上せしめることが可能となるのである。また、このようなエッチング処理の要否は、クラッド圧延されるべき材料の材質や状態によって適宜に決定され、例えば、アルミニウム含有量が９９質量％以上のアルミニウム材質からなる材料の場合の他、一般的に面削が施されるＡｌ心材や、面削が施されたＡｌ皮材及びＡｌ中間材においては、エッチング処理を不要とすることも出来る。
【００３１】
また、かくの如き粒子分散層の両側にＡｌシートがそれぞれ配されてなる構成の接合補助部材を用いて、熱間クラッド圧延されるＡｌ皮材やＡｌ心材は、何れも、公知のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状形態の材料であって、例えば、ＪＩＳ呼称の１０００系アルミニウムや２０００系〜８０００系の各種のアルミニウム合金を、その材質とするものであるが、特に、本発明にあっては、従来からクラッド材の製造が困難とされていたＪＩＳ呼称の２０００系、５０００系、６０００系、或いは７０００系のアルミニウム合金からなる心材や皮材を用いて、クラッド材を製造することが可能となるのである。そして、このようなアルミニウム材質において、Ａｌ皮材及びＡｌ心材には、異なる材質が選択されることとなる。また、それら心材や皮材の材質として採用されるアルミニウム又はアルミニウム合金は、目的とするアルミニウムクラッド材の用途に応じて適宜に選定されるところであって、例えば、熱交換器等に用いられるブレージングシートにあっては、Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金からなるろう材にて構成されるＡｌ皮材が用いられ、これに、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金等からなるＡｌ心材が組み合わされて、クラッド圧延されることとなる。
【００３２】
さらに、本発明に従ってアルミニウムクラッド材を製造するに際して、熱間クラッド圧延の施される積層物を構成するＡｌ皮材やＡｌ心材の形態としては、一般に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる所定厚さの板状材料が用いられ、例えば、Ａｌ心材としては、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるアルミニウムスラブ（厚肉の板状ブロック）に面削等の加工を施して、所定厚さとしたものが用いられ、またＡｌ皮材にあっては、上記のアルミニウムスラブを熱間圧延して得られた板材が用いられることとなる。なお、この熱間圧延されたＡｌ皮材用の板材の平坦度が悪い場合には、接合界面に介在させる接合補助部材における粒子分散層の固体粒子の粒径を、所定の範囲内で大きくすることによって、より明確な効果を発揮せしめることが出来る他、熱間圧延されたＡｌ皮材用板材の接合界面を、機械加工によって平滑化するようにすれば、接合補助部材における粒子分散層における固体粒子の粒径の大きさを、所定の範囲内で小さくすることも可能である。
【００３３】
本発明において用いられるＡｌ皮材の他の形態としては、アルミニウムスラブから切り出した厚板で形成されているものであり、また、その接合界面が機械加工によって平滑化されているものも、皮材として使用可能である。
【００３４】
ここで、それらＡｌ皮材とＡｌ心材に共通して、その接合界面の仕上げ方法には、機械加工の他に、金属ブラシによるブラッシングを施して、人工的に凹凸を設ける手法も採用可能であり、また設備上可能であれば、上記した接合補助部材を構成するＡｌシートや粒子分散層における固体粒子の場合と同様に、エッチング処理を施すようにすることも可能である。何れにしても、Ａｌ皮材やＡｌ心材の表面酸化皮膜を、圧延前の加工によって破壊したり、人工的に凹凸を設けて、摺動抵抗を増大させること等は、本発明の効果をより発揮させる上において、有効となるものである。
【００３５】
そして、本発明に従って、上記の如きＡｌシートを粒子分散層の両側に配して構成される接合補助部材を用いて、所定のＡｌ皮材とＡｌ心材とのクラッド圧延を実施するに際しては、固体粒子を分散、配置して構成される粒子分散層の両側にＡｌシートを配置せしめた形態において、それら粒子分散層とＡｌシートとが、Ａｌ皮材とＡｌ心材との接合界面に介在せしめられることとなるのであるが、そのための方法としては、例えば、図１に示される如く、Ａｌ心材２の上に、Ａｌシート４、固体粒子６を分散、配置して構成される粒子分散層８、Ａｌシート４及びＡｌ皮材１０の順に、順次積層せしめて、積層物を得る手法があり、またＡｌシート４上に、固体粒子６の分散、配置により構成される粒子分散層８を設け、更にその上に、Ａｌシート４を配置してなる接合補助部材を予め準備しておき、この接合補助部材を、Ａｌ心材２とＡｌ皮材１０との間に敷いて、積層せしめることにより、積層物を得る手法も、採用可能である。
【００３６】
なお、かかる固体粒子６を用いて、Ａｌシート４，４間に粒子分散層８を形成せしめる方法としては、例えば、一方のＡｌシート４の上に、接着剤、粘着剤又は油剤をノズル塗布等の手法により、縦横二方向において、それぞれ、０．２ｍｍ〜１３ｍｍの間隔において点状に塗布した後、固体の粒子を散布せしめることにより、その塗布部位に接着せしめる一方、接着されていない固体の粒子をＡｌシート４から取り払うことにより、縦横二方向において、それぞれ、０．２ｍｍ〜１３ｍｍの間隔で固体粒子６を分散、配置せしめて、目的とする粒子分散層８が形成されるようにすることが出来る。また、Ａｌシート４の一面に、接着剤、粘着剤又は油剤を薄く塗布して、その上に固体粒子６を散布するようにすれば、Ａｌシート４上に、およそ一層分の固体の粒子６のみが、接着剤、粘着剤又は油剤で接着されるようになり、そしてその上に重なっている、接着されていない固体の粒子６を取り払うようにすることによって、固体粒子６の一層分の粒子分散層８が形成されるようにすることも出来る。なお、そのような場合の塗布方法としては、ロールコーターやスプレーガンによる塗布手法を採用することが可能である。また、そのような接着剤、粘着剤又は油剤の塗布に代えて、一方のＡｌシート４の上に、図１に示される如く、薄い両面粘着シート１２を貼り付け、その上に固体の粒子６を配設することによって、粒子分散層８を形成せしめるようにすることも、可能である。
【００３７】
かくの如き固体の粒子６を固定、保持するために用いられる接着剤や粘着剤や油剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、酢酸ビニル樹脂等を用いた有機系の接着剤や粘着剤、又はパラフィン系やナフテン系の鉱物油や合成油をベースとした成形加工油等を用いることが出来る。また、粘着シート１２としても、公知の各種のものが用いられ得、例えば、ポリエステル系やポリエチレン系のフィルムを基材として、両面にアクリル系やシリコーン系等の粘着剤層が形成されてなる構造の粘着シートを用いることが出来、実用上において、市販の両面粘着シートが、そのまま用いられ得るのである。
【００３８】
また、本発明にあっては、Ａｌ皮材とＡｌ心材との間に、固体粒子を分散、配置して構成される粒子分散層の両側にＡｌシートを配置してなる接合補助部材を介在させて、得られる積層物を用いて、熱間クラッド圧延が行われる他、Ａｌ皮材とＡｌ心材との間に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなり、それら皮材や心材とは材質の異なる板状のＡｌ中間材の少なくとも一つを介装せしめてなる積層物に対しても、本発明を適用することが可能である。例えば、熱交換器用アルミニウムクラッド材においては、Ａｌ皮材とＡｌ心材との間に耐食性を向上させる目的で、犠牲陽極層を与えるＡｌ−Ｚｎ系アルミニウム合金からなる板状のＡｌ中間材が介在せしめられているのであるが、そのような構成のアルミニウムクラッド材においても、本発明が、有利に適用されることとなる。このようなＡｌ皮材、Ａｌ中間材、及びＡｌ心材で構成されるアルミニウムクラッド材においては、それら皮材と中間材との接合界面及び中間材と心材との接合界面の少なくとも何れか一方に、本発明に従う接合補助部材が介在せしめられて、熱間クラッド圧延されることにより、本発明に従う効果が有利に発揮され得ることとなる。
【００３９】
そして、本発明に従って、接合補助部材を、Ａｌ皮材とＡｌ心材との間、或いはそれらＡｌ皮材、Ａｌ心材とＡｌ中間材との間に介在せしめて得られる積層物を、熱間クラッド圧延するに際しては、かかる積層物の重ね合わせ面、換言すれば、接合界面が大気中に連通されている状態となるように、それらＡｌ皮材と接合補助部材とＡｌ心材、或いはそれらとＡｌ中間材とを、それらの外周部において部分的に固定した後、或いは固定することなく、熱間クラッド圧延が施されることが望ましい。
【００４０】
そこにおいて、例えば、そのような積層物を構成するＡｌ皮材、接合補助部材及びＡｌ心材を、それらの外周部において部分的に固定するための手段としては、一般に、溶接が有利に採用されるところであるが、これに限られるものではなく、ロウ付けやＦＳＷ（摩擦撹拌接合）による固定（接合）方式や、アルミ製金具による締結方式等も、適宜に採用可能である。また、そのような外周部における部分的な固定は、Ａｌ皮材とＡｌ心材の接合界面に接合補助部材を介在せしめた状態下、それらの外周部の一部において接合界面の周縁部が位置する部位を少なくとも含む部分に対して実施され、これによって、接合界面は、かかる固定部位を除いて、外部の大気中に連通されてなる形態とされている。更に、このような外周部における部分的な固定は、所定のＡｌ中間材がＡｌ皮材とＡｌ心材との間に介在せしめられる場合においても、同様に、Ａｌ皮材と接合補助部材とＡｌ中間材との間や、Ａｌ中間材と接合補助部材とＡｌ心材との間に対して適用され、それぞれの接合界面が外部の大気中に連通せしめられてなる形態において、クラッド圧延が実施されることとなる。
【００４１】
なお、本発明にあっては、上述の如き積層物における部分的な固定に代えて、例えば、かかる積層物を構成するＡｌ皮材、接合補助部材及びＡｌ心材（又は、Ａｌ皮材、接合補助部材及びＡｌ中間材、或いはＡｌ中間材、接合補助部材及びＡｌ心材）を相互に固定することなく、それらの接合界面を大気に連通せしめてなる形態下において、積層物をクラッド圧延に供することも可能である。尤も、積層物を構成する各積層材料がバラバラの状態では、加熱工程等での取り扱い性に問題を生じるようになるところから、例えば、積層物を適当な締結バンドにて固定してなる形態において加熱を行い、そしてクラッド圧延の直前に、締結バンドを取り外して、無固定の状態において圧延ロールにセットして、クラッド圧延を開始するようにすることも可能である。
【００４２】
このように、本発明に従って、被クラッド材料たるＡｌ皮材とＡｌ心材との間に、所定の接合補助部材を、固体粒子からなる粒子分散層と、その両側に配されてなるＡｌシートとから構成して、介在せしめてなる形態において、クラッド圧延することにより、圧延時のクラッド材の界面の接合性が、効果的に向上せしめられ得ることとなるのであり、これによって、従来では製造が困難であったクラッド材の製造も可能となり、以て強度、成型性、耐食性等、両立し難い特性を併せ持った材料の設計が可能となったのである。また、クラッド率分布の改善やフクレの発生の抑制といった品質改善効果も得られることから、クラッド材の歩留まり向上が有利に実現され得ることとなって、製造コストを有利に低下せしめることが可能となったのである。そして、本発明に従って得られるクラッド材は、上述の如き特性が付与されていることにより、輸送機器の構体や駆動系及び制御系部品、電子機器用多機能材料、熱交換器用高性能材料等、多分野において、幅広い活用が期待されるものとなったのである。
【００４３】
以上、本発明に従うアルミニウムクラッド材の製造方法の実施形態について、種々説明してきたが、本発明が、そのような例示の具体的な態様に係る詳細な記述によって何等限定的に解釈されるものでは決してなく、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、またそのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることが理解されるべきである。
【実施例】
【００４４】
以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことも、また、理解されるべきである。
【００４５】
先ず、下記表１に示される各種のアルミニウム材質（Ａ〜Ｇ）からなるＡｌ鋳塊を、それぞれ、連続鋳造法により、従来と同様にして作製した後、その得られたＡｌ鋳塊を用いて、Ａｌ心材、Ａｌ中間材及びＡｌ皮材を、それぞれ準備した。即ち、Ａｌ心材については、かかる連続鋳造により造塊されたＡｌ鋳塊（スラブ）を、従来と同様に面削して、厚さ：１６０〜１９８ｍｍ×幅：２００ｍｍ×長さ：３００ｍｍのサイズにおいて製造し、またＡｌ皮材やＡｌ中間材については、それぞれのＡｌ鋳塊の鋳造後において、厚さ：２〜２０ｍｍまで熱間圧延せしめ、次いで、幅：２００ｍｍ×長さ：３００ｍｍの寸法に切断することにより、製造した。
【００４６】
また、Ａｌシートについては、下記表１に示される各種アルミニウム材質（Ｈ〜Ｋ）のＡｌ鋳塊を、連続鋳造法により、作製し、その得られた鋳塊の表面を面削した後、厚さ：３ｍｍまで熱間圧延し、そして端部の耳割れ部を削除することにより、幅：２５０ｍｍの熱延板を作製した。次いで、冷間圧延、中間焼鈍を行い、更に０．３ｍｍの厚さとなるまで冷間圧延を実施した。その後、表２乃至表４に記載の厚さ：３〜２５０μｍまで箔圧延を行った。更にその後、焼鈍を行ってから、それぞれの厚さの箔について、幅：２００ｍｍ、長さ：３００ｍｍに切断して、目的とするＡｌシートを作製した。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
さらに、固体の粒子として、下記表２に示される各種材質からなる粒子（１〜６）を準備した。なお、それぞれの固体粒子の粒径は、ふるい分けによって、０．１５ｍｍ以下、０．２〜０．５ｍｍ、０．６〜１．０ｍｍ、１．２〜１．６ｍｍ、２．０〜２．４ｍｍ、２．８〜３．２ｍｍ及び３．４〜３．８ｍｍの７つの粒径範囲の何れかに属するものとされた。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
そして、それら得られた各材料のうちのＡｌ皮材や固体粒子については、必要に応じて、その表面処理を、次のようにして実施した。即ち、Ａｌ皮材の接合面については、熱間圧延のまま（但し、アセトンによる脱脂処理を実施。エッチング処理：無）、又は５％水酸化ナトリウム水溶液によるアルカリエッチング処理（エッチング処理：有）を施した。また、固体粒子についても、同様に、５％水酸化ナトリウム水溶液によるアルカリエッチング処理（エッチング処理：有）を実施した。
【００５１】
また、上記各種のＡｌシート及び固体粒子を用いて、下記表３〜表５に示される組合せにて、Ａｌシートの上に、図１の如く、両面テープ（住友３Ｍ社製両面テープ：４３７７Ｎ−３０）を貼り付け、その上に固体粒子を密に敷き詰めた後、かかる両面テープにて固定されていない固体粒子を取り除くことにより、Ａｌシートの上に固定された約１層分の固体粒子からなる粒子分散層を形成せしめ、更にその上にＡｌシートを重ね合わせて、各種の接合補助部材を準備した。
【００５２】
次いで、かくの如き各種のＡｌ皮材、Ａｌ心材、接合補助部材及びＡｌ中間材を用いて、それらを表３〜表５に示される組合せにて積層し、その得られた積層物の各角部における幅方向及び長さ方向のそれぞれ長さ３０ｍｍずつの部分を溶接して、各積層材料を相互に固定せしめた。なお、この部分的な溶接固定により、各積層材料の接合界面は、それぞれ大気に連通せしめられてなる状態とされている。その後、かかる積層物を、４８０℃に加熱して、圧延ロール間を複数回パスさせることからなる熱間クラッド圧延を実施した。なお、この熱間クラッド圧延における圧下率は、積層物の厚みに対して０．５％の比率から開始し、圧下量を順次増大させながら、１０回目のパスにおいて、圧下率が１０％となるようにして実施した。また、圧延は、１パス毎に圧延方向を反転させるリバース圧延方式にて実施した。何れの材料においても、厚さ：３ｍｍまでの熱間圧延を行い、端部の耳割れ部を削除してなる幅：１５０ｍｍの熱間圧延板を、更に冷間圧延機にて、厚さ：１ｍｍまで冷間圧延を行い、更にその後、４００℃×２時間の軟化処理を施すことにより、目的とするクラッド材の製造を行った。なお、このクラッド材の製造過程において、熱間圧延操作の途中で顕著な皮剥がれを生じたものや、接合界面の未接合によって継続不能となったものにあっては、熱間圧延操作を途中で中止した。
【００５３】
【表３】
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【００５４】
【表４】
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【００５５】
【表５】
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【００５６】
そして、このようにして得られた各種のアルミニウムクラッド材について、それぞれ、その外観を検査し、皮剥がれやフクレの発生状況と表面の平滑性を評価し、また皮材のクラッド率を測定し、更に総合評価を行って、それらの結果を、下記表６〜表７に示した。なお、表面平滑性の評価は、表面粗さ計を用いて、軟化処理後のクラッド材の圧延方向に沿って測定範囲を４ｍｍ、カットオフ値０．８ｍｍとしたときの、最大高さ：Ｒｍａｘを測定し、このＲｍａｘが５．０μｍ以下の場合に「○」とし、５．０μｍを超えるものを「×」とした。また、クラッド材の断面を１０点観察し、皮材及び中間材の厚み並びにクラッド材の厚みの測定結果から、クラッド率を計算した。そして、クラッド率分布の判定は、１０点のクラッド率のばらつき（クラッド率の最大値−最小値）が、狙いのクラッド率の５％以下のものを「◎」とし、５％を超えて１０％以下のものを「○」、１０％を超えるものを「×」とした。更に、総合評価としては、圧延時の皮材剥離の有無とフクレ、表面の平滑性及びクラッド率分布の全ての点で問題がないものを「○」とし、一つでも問題があったものは「×」とした。
【００５７】
【表６】
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【００５８】
【表７】
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【００５９】
かかる表３〜表５及び表６〜表７の結果より明らかな如く、本発明に従って得られたアルミニウムクラッド材Ｎｏ．１〜１４においては、クラッド率の如何に拘わらず、厚さ１ｍｍに至るまで良好にクラッド圧延することが出来ると共に、何れも、皮剥がれやフクレの発生は認められず、また表面の平滑性及びクラッド率分布において、優れていることを認めた。
【００６０】
これに対して、本発明に従う固体粒子（粒子分散層）やＡｌシートが、Ａｌ皮材とＡｌ心材との間に介在せしめられていないアルミニウムクラッド材Ｎｏ．１５の場合にあっては、Ａｌ皮材とＡｌ心材との接合が十分でなく、フクレの発生が確認された。加えて、Ａｌ皮材とＡｌ心材の界面での摺動を抑えることが出来ず、クラッド率が大きくばらつくことを認めた。また、Ａｌ皮材とＡｌ心材との間に、Ａｌシートのみが介在せしめられてなるアルミニウムクラッド材Ｎｏ．１６の場合にあっては、それら皮材と心材との接合が充分でなく、フクレが一部に見出され、また上記アルミニウムクラッド材Ｎｏ．１５と同様に、クラッド率が大きくばらついており、更に接合性が悪い材質からなるＡｌ皮材とＡｌ心材の組合せであるアルミニウムクラッド材Ｎｏ．１７の場合にあっては、ＡｌシートのみをＡｌ皮材とＡｌ心材との間に敷いて圧延しただけであるところから、それら皮材と心材との接合が殆ど出来ず、熱間圧延の途中で大きく剥がれが生じ、最後まで圧延することが出来なかった。
【００６１】
また、Ａｌシートが、粒子分散層のＡｌ心材側のみに配されているアルミニウムクラッド材Ｎｏ．１８の場合にあっては、Ａｌシートが配されていない側のＡｌ皮材と粒子分散層の固体粒子との接合が充分でなく、圧延方向両端で剥がれが生じ、接合されている圧延方向中央部分にも、一部にフクレが生じていることが確認された。更に、ＡｌシートのＭｇ含有量が０．８質量％となるアルミニウムクラッド材Ｎｏ．１９の場合にあっては、Ａｌシートの酸化皮膜が強固であって、Ａｌ皮材とＡｌ心材との接合が殆ど出来ず、熱間圧延の途中で剥がれが生じ、最後まで圧延することが出来なかった。そして、アルミニウムクラッド材Ｎｏ．２０の場合にあっては、接合補助部材の粒子分散層を構成する固体粒子の粒径が３．４〜３．８ｍｍもあるために、表面に微少な凹凸の存在が認められると共に、クラッド率にも大きなばらつきが認められた。一方、固体粒子の粒径が０．１５ｍｍ以下である、アルミニウムクラッド材Ｎｏ．２１の場合にあっては、Ａｌ皮材とＡｌ心材の酸化皮膜の破壊が充分でなく、そのために、それらＡｌ皮材とＡｌ心材との接合が出来ず、熱間圧延の途中で剥がれが生じ、最後まで圧延することが出来なかった。
【００６２】
さらに、３μｍの厚さのＡｌシートを用いたアルミニウムクラッド材Ｎｏ．２２の場合にあっては、Ａｌ皮材とＡｌ心材との界面の一部に未接合部が惹起され、フクレが発生した。これに対して、厚さが２５０μｍであるＡｌシートを用いたアルミニウムクラッド材Ｎｏ．２３の場合にあっては、接合補助部材の粒子分散層を構成する固体粒子の頂点との接点における酸化皮膜破壊の効果が弱く、その結果、圧延方向両端でＡｌ皮材の剥がれが惹起され、接合されている圧延方向中央部分にも、一部にフクレが生じていることが確認された。
【符号の説明】
【００６３】
２  Ａｌ心材            ４  Ａｌシート
６  固体粒子            ８  粒子分散層
１０  Ａｌ皮材
【図１】
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