(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ；５乃至１３質量％、Ｃｕ；２乃至６質量％、Ｚｎ；１乃至５質量％（但し、Ｃｕ＋Ｚｎ＝５質量％以上）、Ｎｉ；０．５乃至５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金接合用ろう材。
【請求項２】
Ａｌ−Ｍｎ系合金からなる心材と、この心材の両面又は片面に積層されたろう材とを有し、このろう材は、Ｓｉ；５乃至１３質量％、Ｃｕ；２乃至６質量％、Ｚｎ；１乃至５質量％（但し、Ｃｕ＋Ｚｎ＝５質量％以上）、Ｎｉ；０．５乃至５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材であることを特徴とするクラッド材。
【請求項３】
Ａｌ−Ｍｎ系合金からなる心材と、この心材の一方の面に積層されたろう材と、前記心材の他方の面に積層された犠牲材とを有し、前記ろう材は、Ｓｉ；５乃至１３質量％、Ｃｕ；２乃至６質量％，Ｚｎ；１乃至５質量％、（Ｃｕ＋Ｚｎ＝５質量％以上），Ｎｉ；０．５乃至５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材であり、前記犠牲材はＡｌ−Ｚｎ系合金又は又は純アルミニウムからなることを特徴とするクラッド材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金を例えば５７０℃以下の温度でろう付する低温ろう付けに有効なアルミニウム合金接合用ろう材及びそれを使用したクラッド材に関し、特に、加工性及びろう付性が優れ、特に自動車用熱交換器部材等のろう付けに好適であるろう材及び自動車用熱交換器の構成部材自体として好適のクラッド材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用アルミニウム合金製熱交換器は、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材（ＪＩＳＡ４３４３等）を使用し、このろう材を６００℃程度の高温に加熱することによりアルミニウム合金部材をろう付け接合して製造されている。また、６００℃よりも低い温度でろう付けする低温ろう付用アルミニウム合金ろう材としては、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系ろう材があり、このろう材を使用して５８０℃でろう付加熱する方法が公知である（特開平８−１０４９３６号公報）。更に、Ｚｎ−Ａｌ系ろう材を使用した場合には、４５０℃程度で加熱ろう付されている（特開平６−７９４９５など）。
【０００３】
また、Ａｌ−Ｓｉ−（Ｚｎ）系心材とＣｕ−Ｎｉ系のクラッド材を箔として使用する方法も公知である（Development of a fluxless, low temperature  aluminium brazing process（フラックスレス低温アルミニウムブレージング方法; ALUMINIUM第７１巻１９９５年２月第２１５乃至２１９頁）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来一般的に実施されているＡｌ−Ｓｉ系ろう材を使用したろう付け方法においては、ろう材を６００℃前後に加熱するため、加熱のための電力コストが高いと共に、炉製造費が高く、炉寿命及びジグ寿命等が短いために、熱交換器の製造コストが高くなる。また、ろう材融点からの制約により、適用対象が高融点材料の接合に限定される。
【０００５】
また、従来のＺｎ−Ａｌ系ろう材を使用する場合は、塩化物系の腐食性フラックスを用いるため、ろう付け後の洗浄が必要となり、公害の問題から廃液処理が必要となるという問題点がある。更に、このＺｎ−Ａｌ系ろう材を板材として使用する場合には、板材にするための圧延加工性に問題がある。
【０００６】
更にまた、上記ALUMINIUM第７１巻１９９５年２月第２１５乃至２１９頁に記載される方法では、ろう材として、Ａｌ−Ｓｉ−（Ｚｎ）系合金からなる心材にＣｕ−Ｎｉ系合金を積層したクラッド箔を使用するため、製造コストが極めて高くなると共に、大量生産が困難であるという問題がある。
【０００７】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金の場合には、Ｓｉ，Ｃｕ，Ｚｎ量の調整により、５７０℃以下でのろう付を可能とするが、低融点となる高Ｃｕ及び高Ｚｎ組成においては、ろうの濡れ性が不十分であり、十分なろう付けが困難となる。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、５７０℃以下の低温度でろう付け可能であり、ろう付け性及び加工性が優れており、またろう付けの適用対象に制約が少なく、ランニングコスト及び設備コスト等の製造コストが低いアルミニウム合金接合用ろう材及びそれを使用したクラッド材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアルミニウム合金接合用ろう材は、Ｓｉ；５乃至１３質量％、Ｃｕ；２乃至６質量％、Ｚｎ；１乃至５質量％（但し、Ｃｕ＋Ｚｎ＝５質量％以上）、Ｎｉ；０．５乃至５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るアルミニウム合金接合用ろう材を使用したクラッド材は、Ａｌ−Ｍｎ系合金からなる心材と、この心材の両面又は片面に積層されたろう材とを有し、このろう材は、Ｓｉ；５乃至１３質量％、Ｃｕ；２乃至６質量％、Ｚｎ；１乃至５質量％（但し、Ｃｕ＋Ｚｎ＝５質量％以上）、Ｎｉ；０．５乃至５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材であることを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明に係る他のクラッド材は、Ａｌ−Ｍｎ系合金からなる心材と、この心材の一方の面に積層されたろう材と、前記心材の他方の面に積層された犠牲材とを有し、前記ろう材は、Ｓｉ；５乃至１３質量％、Ｃｕ；２乃至６質量％，Ｚｎ；１乃至５質量％、（Ｃｕ＋Ｚｎ＝５質量％以上），Ｎｉ；０．５乃至５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材であり、前記犠牲材はＡｌ−Ｚｎ系合金又は又は純アルミニウムからなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、ろう材組成をＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系とし、その組成を適切に規定し、特にＮｉの添加及びその含有量を適切に規定することにより、本発明の目的を達成した。即ち、本発明の特許請求の範囲に規定する組成のろう材は、５７０℃以下の温度でろう付け可能であると共に、加工性及びろう付け性が優れている。
【００１３】
先ず、本発明におけるろう材合金組成の限定理由について説明する。
【００１４】
Ｓｉ：５乃至１３重量％
Ｓｉはアルミニウム合金の融点を低下させる作用を有するために添加元素である。Ｓｉが５重量％未満では、それらの効果が不十分となり、Ｓｉ添加量が１３重量％を超える場合には、融点が５７０℃を超えるため、５７０℃以下でのろう付ができなくなる。このため、Ｓｉ含有量は５乃至１３重量％とするが、好ましくは、Ｓｉ含有量は７乃至１２％とする。
【００１５】
Ｃｕ：２乃至６重量、Ｚｎ：１乃至５重量％、Ｃｕ＋Ｚｎ＝５重量％以上
Ｃｕ及びＺｎはアルミニウム合金ろう材を低融点化する作用を有する。Ｃｕ＋Ｚｎ＝５重量％未満では、融点が５７０℃を超えるため、５７０℃以下でのろう付ができなくなる。このため、Ｃｕ＋Ｚｎは５重量％以上とする。
【００１６】
また、Ｃｕが６重量％を超え、又はＺｎが５重量％を超えて添加されると、アルミニウム合金材の加工性が低下し、圧延加工によりアルミニウム合金板材を得る場合に、耳割れ及び表面割れ等の欠陥が生じやすくなり、工業的な利用ができなくなる。一方、Ｃｕが２重量％未満、又はＺｎが１重量％未満の場合には、融点が５７０℃を超えるため、５７０℃以下でのろう付ができなくなるという不都合がある。このため、Ｃｕは２乃至６重量％、Ｚｎは１乃至５重量％とする。
【００１７】
Ｎｉ：０．５乃至５重量％
Ｎｉは、ろう付時においてアルミニウム合金ろう材の濡れ性を向上させる作用を有し、このためＮｉは良好なフィレットを形成させるために必須の添加元素である。Ｎｉ含有量が０．５重量％未満では、その効果は不十分であり、上限を超えてＮｉを添加すると、逆に濡れ性が低下する。更に、Ｎｉ添加量が上限の５重量％を超えると、アルミニウム合金ろう材の加工性が劣化し、工業的な製造が困難となる。このため、Ｎｉ含有量は０．５乃至５重量％とする。なお、好ましくは、Ｎｉ含有量は１乃至３％とする。
【００１８】
上述の組成を有する本発明のアルミニウム合金接合用ろう材によれば、５７０℃以下の低温度でアルミニウム合金をろう付することができ、また工業的に板材としての使用が可能である。
【００１９】
次に、上述のアルミニウム合金ろう材を使用して構成されるクラッド材について説明する。このろう材は、Ａｌ−Ｍｎ合金からなる心材の片面又は両面にクラッドされる。このように、心材としてＡｌ−Ｍｎ系合金を使用するのは、Ｍｎが心材の強度を向上させると共に、心材の電位を貴として耐食性を向上させる元素であり、Ａｌ−Ｍｎ合金の使用により、高い部材強度を得ることができるからである。
【００２０】
また、本発明のアルミニウム合金ろう材をＡｌ−Ｍｎ系合金からなる心材の片面にクラッドした場合は、心材の他方の面、即ち、ろう材をクラッドした方の面とは反対側の心材の面に犠牲材をクラッドすることもできる。このように、Ａｌ−Ｍｎ系合金からなる心材を挟むようにして、本発明のアルミニウム合金ろう材と、犠牲材とをクラッドすることにより、Ｚｎによる犠牲陽極効果を高めることができ、ブレージングシート表面の腐食がその表面に平行な方向に広がるので、シートの厚さ方向への浸食が抑制されて、耐食性を向上させることができる。このような犠牲材としては、Ａｌ−Ｚｎ系（ＪＩＳ  ７０７２）合金材等がある。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について比較例と対比してその効果について説明する。下記表１に示す化学組成を有するアルミニウム合金ろう材を常法により溶解し、鋳造した後、５００℃に６時間加熱するの均質化処理を実施し、その後、所定の板厚まで熱間圧延した。また、ＪＩＳ  Ａ３００３合金の鋳魂を５９０℃に６時間加熱して均質化処理することにより、心材を得た。次に、上述の心材と、種々のろう材とを組み合わせて重ね合わせ、４５０℃で熱間合わせ圧延を行い、更に冷間圧延、中間焼鈍及び仕上げ冷間圧延を経て、クラッド材を作成した。図１はこのクラッド材を示す断面図である。このクラッド材３は、ＪＩＳ  Ａ３００３合金からなる心材２の両面に、表１に示す組成のろう材１がクラッドされたものである。このクラッド材３の厚さは０．６ｍｍ、両面のろう材２のクラッド率は、夫々全体の厚さの１０％である。
【００２２】
図２はすき間充填性試験方法を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は斜視図である。クラッド材３を幅２５ｍｍ、長さ５５ｍｍに切断し、図２に示すように、水平に配置した母材５上でクラッド材３を垂直に立て、クラッド材３の一端から５０ｍｍの位置に直径が１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、又は４ｍｍのステンレス製のスペーサーロッド４を挟み、その面内で持ち上げて固定した。母材５には幅２５ｍｍ、長さ６０ｍｍ、板厚２ｍｍのＪＩＳ  Ａ３００３合金を使用し、クラッド材３と母材５はステンレス製細線６により固定した。試験片は融点５３０℃のフッ化物系フラックスを塗布した後、窒素ガス雰囲気炉中で５７０℃に５分間加熱して、ろう付け加熱試験した。
【００２３】
その後、図３に示すように、ろう付後の試験片による流動係数Ｋとすきま充填長さＬを測定し、フィレット７の形成状況を調べた。但し、流動係数Ｋは、ろう付前の板厚ｔ（図３（ａ））、ろう付後の板厚Ｔ（図３（ｂ））並びにろう付け前のろう材１のクラッド厚Ｃ１及びＣ２を使用して、下記数式１により求めることができる。
【００２４】
【数１】
Ｋ＝（ｔ−Ｔ）／（Ｃ１＋Ｃ２）
【００２５】
また、すき間充填長さＬは、図３（ｃ）に示すようにして、ノギスにより、フィレット７がクラッド材３と母材５との双方に接触している長さを測定することにより求めた。また、Ｌ／２の位置でクラッド材３と母材５を切断して、図３（ｂ）に示すフィレット性状を評価した。流動係数Ｋ及びすき間充填長さＬがいずれも大きいほど、ろうの流動性が良好であり、ろう付性が優れていることを示す。
【００２６】
量産加工性は、クラッド３の最終冷間圧延加工の際の割れ発生状況により評価し、ＪＩＳ  Ｚ  ３２６３（１９８０）に規定されるＢＡ１２ＰＣと比較して、同等程度のものをＡ、若干劣るものの加工可能なものをＢ、耳割れ及び表面割れにより加工不可であったものをＣとした。
【００２７】
また、隙間充填試験後のフィレット性状は、上記ＢＡ１２ＰＣを６０５℃でろう付した場合と比較して、同等程度のものをＡ、若干劣るものの良好なフィレット形状をなすものをＢ、ろう付は可能であるがフィレット形成が不安定なものをＣとした。
【００２８】
以上の評価結果を下記表２にまとめて示す。表２から明らかなように、本発明によるアルミニウム合金ろう材は、従来のものと比べてろう付性及び加工性が優れたものであり、本発明の実施例のろう材は、５７０℃以下の低温で工業的にろう付を可能とするものである。
【００２９】
【表１】
0003751429.tif 000002
【００３０】
【表２】
0003751429.tif 000003
【００３１】
比較例７は、Ｓｉ含有量が本発明より低いため、流動係数が低く、フィレット性状も低かった。比較例８はＮｉを含有しないため、すき間充填長さが短く、フィレット性状が低かった。比較例９はＮｉ含有量が多すぎたため、加工性が低く、量産加工性の評価が低かった。比較例１０はＺｎ含有量が多すぎたため、量産加工性が低かった。比較例１１はＣｕ含有量が多すぎたため、量産加工性が低かった。比較例１２はＳｉ含有量が多すぎたため、フィレット性状が低く、流動係数も低いものであった。
【００３２】
これに対し、本発明の実施例１乃至６は各成分の組成がいずれも本発明にて規定する範囲に入るため、流動係数が十分に高く、すき間充填長さが長く、フィレット性状が優れたものであった。更に、実施例１乃至６は量産加工性も優れていた。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＮｉの各成分の組成を適切に規定したので、５７０℃以下でろう付けした場合でも、ろう材の濡れ性及び流動性が優れており、また加工性も優れていて、工業的な低温ろう付けが可能となり、また本発明のろう材は製造コストも低いという効果を奏する。このろう材を使用したクラッド材も、ろう付け作業性が良好で、自動車用熱交換器用の部材として極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミニウム合金接合用ろう材を使用したクラッド材を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例のすき間充填性試験方法を示す図である。
【図３】本発明の流動係数とすき間充填長さ測定方法を示す図である。
【符号の説明】
１：ろう材
２：心材
３：クラッド材
４：スペーサロッド
５：母材
６：固定用細線
７：フィレット
【図１】
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【図２】
0003751429.tif 000005
【図３】
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