(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯、該芯の少なくとも片側において該芯に結合した中間層、および該中間層に結合した張合わせ材から成る冶金製品において、該芯および該中間層は複合的に鋳造された材料であり、鋳造工程において個々の材料の熔融物が接触して同時に固化することによって生じた結合をその相互の境界の所に有し、該芯はアルミニウム合金であり、該中間層は該芯よりも低い腐食電位をもつことを特徴とする冶金製品。
【請求項２】
芯、該芯の少なくとも片側において該芯に結合した中間層、および該中間層に結合した張合わせ材から成る冶金製品において、該芯および該中間層は複合的に鋳造された材料であり、鋳造工程において固化が起こる前の熔融状態においてその個々の組成物を相互に混合することによって生じた結合区域をその相互の境界の所に有し、該芯はアルミニウム合金であり、該中間層は該芯よりも低い腐食電位をもつことを特徴とする冶金製品。
【請求項３】
板またはシートであり、該芯の少なくとも片側で該中間層は該板またはシートの厚さ方向において該複合的に鋳造された材料の厚さの１〜３０％の範囲の厚さをもっていることを特徴とする請求項１または２記載の冶金製品。
【請求項４】
該棒材、棒状物または針金の長手方向を横切る部分において、該中間層は該複合的に鋳造された材料の半径の１〜３０％の厚さをもっていることを特徴とする請求項１または２記載の冶金製品。
【請求項５】
芯および中間層はその境界の所に酸化物を実質的に含まないことを特徴とする請求項１〜４記載の冶金製品。
【請求項６】
張合わせ材は芯とは異なった固化温度を有することを特徴とする請求項１〜５記載の冶金製品。
【請求項７】
張合わせ材は芯よりも低い固化温度を有することを特徴とする請求項６記載の冶金製品。
【請求項８】
張合わせ材は蝋付け用の合金であることを特徴とする請求項６または７記載の冶金製品。
【請求項９】
張合わせ材は蝋付け用のアルミニウム合金であることを特徴とする請求項８記載の冶金製品。
【請求項１０】
芯は熱処理可能なアルミニウム合金から成ることを特徴とする請求項１〜９記載の冶金製品。
【請求項１１】
芯は非熱処理性のアルミニウム合金から成ることを特徴とする請求項１〜９記載の冶金製品。
【請求項１２】
中間層は芯と異なった腐食電位をもつことを特徴とする請求項１〜１１記載の冶金製品。
【請求項１３】
中間層は張合わせ材と芯との間の拡散障壁として作用することを特徴とする請求項１〜１２記載の冶金製品。
【請求項１４】
中間層は熱処理可能なアルミニウム合金から成ることを特徴とする請求項１〜１３記載の冶金製品。
【請求項１５】
中間層は非熱処理性のアルミニウム合金から成ることを特徴とする請求項１〜１３記載の冶金製品。
【請求項１６】
同時に固化することによって結合された芯および中間層を含む複合的に鋳造された材料、および該複合的に鋳造された材料の固化後に該中間層に結合された張合わせ層から成ることを特徴とするシートまたは板の形をした冶金製品。
【請求項１７】
（ｉ）芯および中間層を個々の熔融物が互いに接触して同時に固化するような方法で鋳造する工程を含む方法により、芯および該芯に結合した中間層を含む複合的に鋳造された材料をつくり、
（ｉｉ）該中間層が固化した後、該張合わせ材を該中間層に結合する工程から成ることを特徴とする請求項１〜１６記載の冶金製品の製造法。
【請求項１８】
鋳造後、該複合的に鋳造された材料は少なくとも１００ｍｍの厚さをもつことを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
工程（ｉｉ）の前に均質化の熱処理を複合的に鋳造された材料に対して行なうことを特徴とする請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
工程（ｉｉ）の前に熱間ロール掛け処理を複合的に鋳造された材料に対して行なうことを特徴とする請求項１７〜１９記載の方法。
【請求項２１】
工程（ｉｉ）の前に表面処理を複合的に鋳造された材料に対して行なうことを特徴とする請求項１７〜２０記載の方法。
【請求項２２】
工程（ｉｉ）の後に製品をロール掛けしてシートまたは板製品にすることを特徴とする請求項１７〜２１記載の方法。
【請求項２３】
厚さが３ｍｍよりも薄いシート製品の形をした請求項１記載の冶金製品。
【請求項２４】
蝋付け用シートの形をした請求項１または２３記載の冶金製品。
【請求項２５】
該張合わせ材はＳｉ含量が３〜１８重量％のアルミニウム合金であることを特徴とする請求項２４記載の冶金製品。
【請求項２６】
厚さが３〜８ｍｍの板製品の形をした請求項１記載の冶金製品。
【請求項２７】
請求項１〜１６記載の冶金製品である少なくとも一つの成分を含む蝋付けされたアセンブリー。
【発明の詳細な説明】
本発明の分野
本発明は芯、該芯の少なくとも片側において該芯に結合した中間層、および該中間層に結合した張合わせ材（ｃｌａｄｄｉｎｇ）から成る冶金製品、および該冶金製品の製造法に関する。本発明は特に蝋付け用のシートまたは蝋付け用の板の形をした該冶金製品、および該冶金製品を少なくとも一つの成分として含む蝋付けされたアセンブリーに関するが、それだけに限定されるものではない。
従来法の説明
芯の合金を含み、少なくともその片側にある内部層および該中間層に結合された少なくとも一つの張合わせ層を含む冶金製品は、従来異なった層をロールで互いに張合わせることによって製造されて来た。ＵＳ−Ａ−２８２１０１４号には、その典型的な方法と製品が記載されている。ロールによる張合わせ法の欠点は、すべての異なった種類の層を取り扱い加工しなければならないこと、例えばロール掛けおよび表面処理をしなければならないことである。従ってロールによる張合わせには時間がかかり、また費用もかかる。
張合わせ層を芯の層に直接接合させ、ロール掛けにより蝋付け用シートをつくる方法も例えばＥＰ−Ａ−３２６３３７号におけるように公知である。
ＵＳ−Ａ−５，４７６，７２５号には、アルミニウムの芯と少なくとも１枚の張合わせ層を有する複合蝋付け用製品が記載されている。帯状の張合わせ層を熔融した芯の材料と同時に相対する冷却されたロールに供給し、芯の材料を張合わせ層と接触させて固化させる。張合わせ層は芯よりも低い温度で熔融するが、ロールの咬合部においてそれが熔融した芯材料と接触した時に熔融すると記載されている。次いでこの複合体に対し冷間ロール掛けを行なう。この方法の一変形法においては、張合わせ用の帯状物をコイルから巻き戻しながら亜鉛の中間層をその上に噴霧し、しかる後にこの帯状物を熔融した芯材料と接触させる。同様な方法がＪＰ−Ａ−５６−０９１９７０号に記載されている。
ＪＰ−Ａ−６１−１１１７４５号には、耐腐食性および耐摩耗性をもった層をつくるために他の部材と蝋付けする材料を製造する方法が記載されている。一対のロールの片方のロールの上に蝋付け用の金属を帯状に固化させ、セラミックス繊維を含むＣｏ合金の形をした第２の熔融金属を二つのロールのニップの所でこの帯状物の上に固化させる。
いくつかの一般に鋳造に関する他の従来法は下記に説明する。
本発明の概要
本発明の目的は、現存の製品に比べ低価格で製造できる上記型の冶金製品を提供することである。
本発明の第１の態様に従えば、芯、該芯の少なくとも片側において該芯に結合した中間層、および該中間層に結合した張合わせ材から成る冶金製品において、該芯および該中間層は複合的に鋳造された材料であり、鋳造工程において個々の材料の熔融物が接触して同時に固化することによって生じた結合をその相互の境界の所に有することを特徴とする冶金製品が提供される。
本発明の第２の態様に従えば、芯、該芯の少なくとも片側において該芯に結合した中間層、および該中間層に結合した張合わせ材から成る冶金製品において、該芯および該中間層は複合的に鋳造された材料であり、鋳造工程において固化が起こる前の熔融状態においてその個々の組成物を相互に混合することによって生じた結合区域をその相互の境界の所に有することを特徴とする冶金製品が提供される。
従って本発明の冶金製品は、芯と中間層とが鋳造工程において結合され、芯および中間層は熔融状態から同時に固化して複合材料をつくっていることを特徴としている。次に張合わせ層を装着する。連続的または半連続的な鋳造工程において熔融状態から芯の合金および中間層の合金を同時に固化させ、固化して得られた芯が少なくとも片側を、好ましくは外側の表面全体を覆い、中間層の合金が複合的に鋳造された材料になるようにする。このような複合的に鋳造された材料は従来のロールにより張合わせた複合材料よりも著しく低価格で得られる。何故なら芯の合金のスキャルピング（鋳塊表面の切削、ｓｃａｌｐｉｎｇ）、および芯に結合させる前に行なう中間層の鋳造、ロール掛け、および表面処理をもはや必要としないからである。
本発明の他の利点は、互いに接触して同時に固化するために、中間層と芯との結合が極めて強いことである。二つの熔融材料がこのように接触してその結果境界の所で混合するために、固化した生成物の中に本発明の製品および方法の冶金学的特性をもっている狭い境界の帯状の区域が生じる。このような境界の結合区域はこれらの製品の専門家によって容易に識別することができ、結合前では二つの層の片方または両方が固体である上記従来法の製品とは異なっており、またそれと識別することができる。
本発明の冶金製品においては、板またはシートの形をしている場合、芯の少なくとも片側において中間層の厚さは複合的に鋳造された材料の厚さの１〜３０％であることが好ましい。棒材、棒状物または針金状の形をした本発明の製品の場合、中間層は同様に複合的に鋳造された材料の半径（幅の半分）の１〜３０％であることが好ましい。これによって中間層の厚さに柔軟性が得られ、この柔軟性はロール張合わせの場合に比べ著しく大きい。
芯および中間層がその境界の所で実質的に酸化物を含まないことも本発明で得られる利点である。ロール掛けによって結合した材料に比べ本発明の複合的に鋳造された材料の重要な利点は、境界の所に酸化物または酸化物含有化合物が存在しないために、芯と中間層との間の結合が改善されていることである。ロール掛けによって結合した材料では、ロールを用いて曲げる前に適切な表面処理を行なった後でも、このような酸化物性の化合物が存在している。
本発明の冶金製品においては、張合わせ材は芯とは異なった固化温度をもち、さらに好ましくは張合わせ材は芯よりも低い固化温度をもっている。これらの具体化例の冶金製品は蝋付け用シートの用途に特に適している。
本発明は原理的には広範囲の金属に適用できるが、芯はアルミニウム合金であることが好ましく、これによって製品は広い範囲の用途、例えば蝋付け用のシートに適したものになる。冶金製品の用途または使用時の必要とされる最終的な性質に依存して、芯として熱処理可能なアルミニウム合金、例えばＡＡ２ｘｘｘ、ＡＡ６ｘｘｘまたはＡＡ７ｘｘｘ系列の合金、または非熱処理性アルミニウム合金、例えばＡＡ３ｘｘｘまたはＡＡ５ｘｘｘ系列の合金を選ぶことができる。
張合わせ材が蝋付け用合金である場合、それはアルミニウム蝋付け用合金であることが好ましい。冶金製品の用途または使用時の必要とされる最終的な性質に依存して、他の張合わせ材、例えばＡＡ１ｘｘｘ系列の合金を使用して鏡に似た表面仕上げを得ることも、或いは亜鉛または亜鉛合金、或いは亜鉛含有アルミニウム合金を使用して耐腐食性を改善することもできる。
好ましくは中間層は芯とは異なった、さらに好ましくは芯よりも低い腐食電位をもっている。この場合中間層はアノード的な中間層として作用し、冶金製品の耐腐食性を改善する。芯の合金の種類、および冶金製品の用途または使用法に依存して、熱処理可能なアルミニウム合金、例えばＡＡ２ｘｘｘ、ＡＡ６ｘｘｘまたはＡＡ７ｘｘｘ系列の合金から成る中間層、或いは非熱処理性の合金、例えばＡＡ１ｘｘｘ、ＡＡ３ｘｘｘまたはＡＡ５ｘｘｘ系列の合金から成る中間層が好適である。別法として、亜鉛または亜鉛合金、或いは亜鉛含有アルミニウム合金を用いることも可能である。
中間層は公知方法で張合わせ材と芯との間の拡散障壁をつくっていることが好ましい。この場合、中間層は蝋付けの際熔融した蝋付け用の合金から来る元素を芯の材料から遮蔽し、また逆も行なわれる。芯の合金の種類、および冶金製品の用途または使用法に依存して、ＡＡ６ｘｘｘまたはＡＡ７ｘｘｘ系列の合金から成る中間層、或いは非熱処理性の合金、例えばＡＡ１ｘｘｘ、ＡＡ３ｘｘｘまたはＡＡ５ｘｘｘ系列の合金から成る中間層が好適である。本発明に使用する障壁ライニング材に関するこれ以上の情報は、ＵＳ−Ａ−２，８２１，０１４号参照のこと。
本発明の他の目的は本発明の冶金製品を製造する方法を提供することである。
本発明方法は、
（ｉ）芯および中間層を個々の熔融物が互いに接触して同時に固化するような方法で鋳造する工程を含む方法で、芯および該芯に結合した中間層を含む複合的に鋳造された材料をつくり、
（ｉｉ）該中間層が固化した後、張合わせ材を該中間層に結合する工程から成っている。
本発明方法の利点は、一つの工程で芯と中間層とが結合され、中間層の板をロール掛けする工程、および芯および中間層の材料を表面処理する工程を必要としない点である。この方法により工程のコストに関し著しい利点が得られる。本発明方法の他の利点は、芯の合金を選ぶ際の柔軟性である。通常使用されれないような芯の合金、例えば高強度のＡＡ７ｘｘｘ系列の合金を加工し、張合わせ材と芯との間に機能的な中間層をもたせることができる。
本発明方法では任意の適当な鋳造法、特に連続的または半連続的鋳造法、例えばＥＰ−Ａ−０５９６１３４号およびＤＥ−Ａ−４４２０６９７号記載の公知鋳造技術または方法を使用し、複合的に鋳造された材料をつくることができる。従来法の説明を終えるに当たり、二つの金属を固化させる他の多くの組み合わせ鋳造法が知られていることを付け加えておく。その例としてはＤＥ−Ａ−８４４８０６号、ＵＳ−Ａ−４，５６７，９３６号、ＧＢ−Ａ−２２０４５１８号、およびＥＰ−Ａ−５９６１３４号であるが、これらの方法は二つの熔融金属を接触させて同時に固化させる方法を含んではいない。
さらに好ましくはＤＥ−Ａ−４４２０６９７号記載のようなＤＣ−鋳造法またはその変形法を使用する。何故なら、このようにすれば新しい鋳造機および必要な下部設備に著しいコストをかける必要なしに、インゴットおよび押出しビレットの両方に対し既存の鋳造ステーションにおいて本発明方法を適用できるからである。
本発明の好適な方法においては、鋳造後の複合的に鋳造された材料の厚さは１００ｍｍよりも厚く、押出しビレットの場合には複合的に鋳造された材料の直径は１００ｍｍよりも大きいが、この方法においてもっと小さい直径のビレットをつくることもできる（当業界においては「押出しビレット」という言葉は押出すことができる典型的には円筒形の製品を意味するが、本発明においてはロール掛けのような異なった後処理が使用できる製品を意味するものとする）。これによって通常のＤＣ−鋳造法またはそれを僅かに変形した方法を用い、複合的に鋳造された材料を製造することができる。これによってさらにコストを低下させることができる。
通常ロールによる張合わせ法またはその変形法を用い、張合わせ材と中間層との間の結合を改善することができる。しかし張合わせ材を中間層の上に結合させる他の方法、例えば浸漬、熱的噴霧法またはアーク噴霧法を用いることもできる。
メッキ、被覆および表面処理に関する基本情報は下記の二つの資料およびその中に引用された文献から得ることができる。
（１）Ｍｅｔａｌ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、第９版、第５巻、”Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ，Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏａｔｉｎｇ”、米国オハイオ州、Ｍｅｔａｌｓ  Ｐａｒｋ、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｅｔａｌｓ  １９８２年発行、および
（２）ＡＳＭ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、第１８巻、”Ｆｒｉｃｔｉｏｎ，Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｗｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”、米国オハイオ州、Ｍｅｔａｌｓ  Ｐａｒｋ、ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  １９９２年発行。
メッキ、被覆および表面処理の種々のオプションの中で、本発明の板および／またはシート製品に対してはロールによる張合わせが好適である。
本発明方法においては、複合的に鋳造された材料を均質化すること、特に工程（ｉｉ）の前で均質化することが好適である。芯および中間層に対して選ばれる合金の種類に依存して、ロール掛けの際の成形性を改善する場合には、複合的に鋳造された材料の加工性を改善するために均質化が必要である。均質化は、鋳造物から残留応力を減少させ、合金元素の微視的な析離を減少させるために行なわれる公知の工程である。
複合的に鋳造された材料は工程（ｉｉ）の前でロール掛けを行なわないことが好ましい。複合的に鋳造された材料に必要とされる厚さに依存して、張合わせを行なう前にロール掛けを、好ましくは熱間ロール掛けを行なうことができる。熱間ロール掛けを行なう前に複合的に鋳造された材料の均質化を行なうことが好ましい。
複合的に鋳造された材料は典型的には工程（ｉｉ）の前で表面処理を行なう。表面処理、例えばスキャルピング、化学的エッチングおよび他の可能な処理法またはその組み合わせにより、中間層と張合わせ材との間の結合を改善することができる。
本発明方法はさらに製品をロール掛けしてシート製品または板製品にする工程（ｉｉｉ）を含むことができる。ロール掛けの際またはその後における任意の段階において熱処理を行ない、板またはシート製品の必要とされる最終的な性質を得るか、または熱処理を用いてロール掛けの際の加工の程度を補強することができる。
本発明はさらに本発明の冶金製品を処理して得られるかまたは本発明方法によって得られる、厚さが３ｍｍより、好ましくは２ｍｍより薄いシート製品に関する。特に本発明はまた本発明の冶金製品を処理して得られるかまたは本発明方法によって得られる蝋付け用のシートであるシート製品に関する。本発明の冶金製品を使用し蝋付け用シートまたは蝋付け用シートの用途に特に適した芯、中間層および張合わせ材の広範囲な可能な組み合わせを得ることができる。例えば張合わせ材は３〜１８重量％のＳｉを含むか、またはＡＡ４ｘｘｘ系列の合金に由来するアルミニウム合金を含んでいることができる。
さらに本発明は本発明の冶金製品を処理して得られるかまたは本発明方法によって得られる厚さが３〜８ｍｍの板製品に関する。
本発明はまた、例えばアセンブリーの一部として使用しアセンブリーを一緒に結合する際の、本発明の冶金製品、または本発明方法で得られる冶金製品の蝋付け用シートとしての使用に関する。或いは本発明はアセンブリーの一部として使用し、アセンブリーを張合わせ材の固化温度より高い温度に加熱することによりアセンブリーを一緒に接合する場合の本発明の冶金製品の使用に関する。機械的連結により熱交換的な関係に保たれた管とフィン、または板とフィンとの構造をもつ熱交換器から成るアセンブリーの一部としての本発明の冶金製品の使用に関する。熔融張合わせにより熱交換的な関係に保たれた管とフィン、または板とフィンとの構造をもつ熱交換器から成るアセンブリーの一部として使用するに適した、さらに他の例における管とフィン、または板とフィンとの構造をもつ熱交換器から成るアセンブリーの一部としての本発明の冶金製品の使用に関する。
実施例
一つの試験としてパイロット試験の規模において下記の多層製品を製造した。
ＤＥ−Ａ−４４２０６９７号記載の方法で、長さが約１５００ｍｍ、全直径が２５５ｍｍのビレットを鋳造し、個々の熔融物を接触させながら芯と中間層とを同時に固化させた。芯の直径は２２１ｍｍであり、残りは中間層であった。芯の合金はＡＡ６０６３の範囲の化学組成をもち、中間層の組成はＡＡ３００３の範囲の組成に１．３重量％の亜鉛を加えた組成であった。複合的に鋳造されたビレットを長手方向に切断し、５００ｍｍの部分つくった。各部分を８〜１２時間５６０〜５８０℃において加熱冷却速度を約３５℃／時間にして均一化する。該部分を熱間ロール掛けして必要な厚さをもった矩形の形にする。別法として、鋳造を加えても良い。層の必要な厚さを最終的な厚さにするために中間層にスキャルピングを行なう。スキャルピングをした区画をロールで張合わせ、片側だけに張合わせ材を付ける。張合わせ材料の組成はＡＡ４００４の範囲内である。この多層製品を３．５ｍｍまで熱間ロール掛けし、さらに０．３５ｍｍまで冷間ロール掛けする。冷間ロール掛けの際３６０℃で中間的な焼鈍を行なう。最終的な多層シート製品は厚さが０．３５ｍｍであり、その約１０％が張合わせ層であり、３５〜４５μｍが中間層であった。多層蝋付け用製品に対しＡＳＴＭ  Ｇ−８５によりＳＷＡＡＴ試験を行ない、腐食寿命は穿孔なしで２５日より長かった。この結果は、同様な組成と異なった層の厚さをもった従来法のロールによる張合わせ法で得られた多層蝋付け用シートと比べて同様な結果である。この方法により下記の利点をもった多層製品が得られる。
−  従来のロールによる張合わせ材料と同様な腐食特性および機械的性質をもっている。
−  合金の組成に大きな柔軟性が得られる。
−  既存の製造設備で製造が可能である。
−  低コストで製造される。
−  芯と中間層との間の結合が改善されている。