アルミニウム合金製ブレージングシートのろう材およびその設計方法
【課題】ろう材をクラッドした面においてろう付け処理後に高い耐食性が維持され、しかも良好なろう付け性が得られるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材およびろう材の設計方法を提供すること。
【解決手段】アルミニウム合金製ブレージングシート１０Ａのろう材は、少なくともＣｕを０．２〜１．０質量％含有するアルミニウム合金からなる心材１１の少なくとも一方の面１２ａ（１２ｂ）に設けられてアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材であって、ろう付け温度における液相率Ｘ（％）と、ろう材厚さＹ（μｍ）とが、（１）３０≦Ｘ≦８０、（２）Ｙ≧２５、（３）１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００、の関係を満たし、Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％を含有するアルミニウム合金からなること。
【解決手段】アルミニウム合金製ブレージングシート１０Ａのろう材は、少なくともＣｕを０．２〜１．０質量％含有するアルミニウム合金からなる心材１１の少なくとも一方の面１２ａ（１２ｂ）に設けられてアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材であって、ろう付け温度における液相率Ｘ（％）と、ろう材厚さＹ（μｍ）とが、（１）３０≦Ｘ≦８０、（２）Ｙ≧２５、（３）１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００、の関係を満たし、Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％を含有するアルミニウム合金からなること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器等に使用されるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材およびその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車に搭載される熱交換器は、アルミニウム合金からなるブレージングシートを所定形状に成形し、組み立てて、ろう付けされることにより製造されている。例えば、チューブ用のブレージングシートの板厚は、従来は０．３〜０．５ｍｍであったが、近年は熱交換器を軽量化するために、これを０．２ｍｍ以下とする薄肉化が進められており、これに伴ってブレージングシートには高強度化と高耐食化が求められている。
【０００３】
また、熱交換器のフィン材に関しては、ろう材をクラッドしないフィン（以下「ベアフィン」という）の使用によってさらなる軽量化が可能であるが、このベアフィンに対して用いるチューブ材は、ベアフィンとの接合面にろう材をクラッドする構成となるために、十分な耐食性を得ることができなくなる。
【０００４】
そこで、ろう材をクラッドした面のろう付け処理後の耐食性を向上させたブレージングシートとして、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ合金からなる心材に、Ｚｎを含有するＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材を積層し、ろう付け後表面に犠牲防食作用を付与したブレージングシート及びその製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された技術では、ろう付け処理の際にろう材から心材へＺｎを拡散させ、ろう付け後表面の電位を卑化することによって犠牲防食作用を付与し、耐食性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３６００２６号公報（段落［０００７］，［００１９］等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、Ｚｎの拡散の結果として、ろう付け後表面に残留するＺｎは少量であるため、ろう付け後表面と板材中央部（ろう付け後のブレージングシートの厚さ方向の中央部を指す。以下同様とする）との間に十分な電位差を付与することは困難である。
【０００７】
また、ろう付け処理の際に心材に含まれるＣｕがろう材面側に拡散し、こうしてろう材面側に拡散したＣｕは、ろう付け処理の冷却過程においてろう付け後表面に濃縮層を形成する。これにより、ろう付け後表面側の電位が貴化するため、ろう付け後表面と板材中央部との間に十分な電位差を生じさせることができない。その結果、十分な犠牲防食作用が得られず、厳しい腐食環境にさらされた場合には、早期に貫通孔が形成されてしまうおそれがある。
【０００８】
さらに、ろう付け処理の際に生成する流動ろうは多量のＺｎを含有しているために、ろう付け部（フィレット）が優先腐食を起こしやすく、例えば、ベアフィンのろう付けにおいては、ベアフィンが早期に剥離するおそれがある。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、ろう材をクラッドした面においてろう付け処理後に高い耐食性が維持され、しかも良好なろう付け性が得られるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材およびろう材の設計方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、ろう材の厚さとろう付け温度における液相率を制御することにより、心材に含まれるＣｕのろう材面側への拡散とろう付け後表面における濃縮を抑制することができ、しかも、ろう材にＺｎが含まれる場合に、ろう付け処理の際に生成する流動ろうに含まれるＺｎを減少させてろう付け後表面に残留するＺｎを増加させることができることを見い出した。その結果、ろう付け後表面に良好な犠牲防食作用が付与され、流動ろうに含まれるＺｎ含有量が少ないために優先腐食の発生し難いフィレットが形成されて良好なろう付け性を得ることができるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材およびろう材の設計方法を発明するに至った。
【００１１】
すなわち、請求項１に係るアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材は、少なくともＣｕを０．２〜１．０質量％含有するアルミニウム合金からなる心材の少なくとも一方の面に設けられてアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材であって、ろう付け温度における液相率Ｘ（％）と、ろう材厚さＹ（μｍ）とが、（１）３０≦Ｘ≦８０、（２）Ｙ≧２５、（３）１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００、の関係を満たし、Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とする。
【００１２】
このように、Ｃｕを含有する心材の少なくとも一方の面に、ろう付け温度での液相率及びろう材厚さが前記条件（１）〜（３）を満たす第１ろう材をクラッドすることにより、心材に含まれるＣｕが第１ろう材面側に向けて拡散してろう付け後表面に濃縮することが抑制され、これによりろう付け後表面から板材中央部に向かって十分に電位が貴になるように電位勾配を付与することができる。その結果、第１ろう材を腐食環境側にかつ心材の露出面を非腐食環境側に配置した場合に、十分な犠牲防食効果が発揮され、高い耐食性が得られる。また、前記条件（１）〜（３）が満たされることにより、流動ろうの量と残留ろうの量が適切に維持され、しかも、ろう付け処理の前後における板厚の変化を抑制することができるため、良好なろう付け性を得ることができる。
【００１３】
また、ろう材のＳｉ濃度及びＺｎ濃度を制御することにより、アルミニウム合金製ブレージングシートの耐食性及びろう付け性を向上させることができる。特に、ろう材がクラッドされた面側のろう付け後表面に残留するＺｎを増加させることができるために、ろう付け後表面の電位を卑とし、当該ろう付け後表面と板材中央部との間に十分な電位差を生じさせて、高い犠牲防食効果を得ることができる。
【００１４】
請求項２に係るアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材の設計方法は、少なくともＣｕを０．２〜１．０質量％含有するアルミニウム合金からなる心材の少なくとも一方の面に設けられてアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材の設計方法であって、ろう付け温度における液相率Ｘ（％）が３０≦Ｘ≦８０を満足するように、Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％の含有範囲内で組成を決定するとともに、ろう材厚さＹ（μｍ）を、Ｙ≧２５、１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００の関係を満足するように決定することを特徴とする。
【００１５】
このように、心材の少なくとも一方の面にろう材を設け、そのろう材は、ろう付け温度における液相率Ｘ（％）が３０≦Ｘ≦８０を満足するように、Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％の含有範囲内で組成を決定するとともに、ろう材厚さＹ（μｍ）を、Ｙ≧２５、１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００の関係である条件を満たすことにより、ろう材を腐食環境に配置した場合にも、十分な犠牲防食効果が発揮され、優れた耐食性が得られる。また、他の板材またはベアフィン等のろう材を備えていない板材とのろう付け接合が可能になる。
【００１６】
また、ろう材のＳｉ濃度及びＺｎ濃度を制御することにより、アルミニウム合金製ブレージングシートの耐食性及びろう付け性を向上させることができる。特に、ろう材がクラッドされた面側のろう付け後表面に残留するＺｎを増加させることができるために、ろう付け後表面の電位を卑とし、当該ろう付け後表面と板材中央部との間に十分な電位差を生じさせて、高い犠牲防食効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ろう材を腐食環境側に配置した場合でも、犠牲防食効果が十分に発揮され、高耐食性を得ることができる。また、心材の両面を腐食環境に配置した場合にも、犠牲防食効果が十分に発揮され、高い耐食性を得ることができる。さらに、ろう材のろう付け後表面に十分なＺｎが残存するため、さらに耐食性を高めることができる。
【００１８】
そして、ろう付け後強度と耐食性がさらに向上し、厳しい腐食環境においても高い耐食性と高いろう付け後強度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るブレージングシートの概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るブレージングシートの概略断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３実施形態に係るブレージングシートの概略断面図であり、（ｂ）はろう付け処理後におけるＺｎとＣｕの濃度分布を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るブレージングシートの概略断面図であり、（ｂ）はろう付け処理後におけるＺｎとＣｕの濃度分布を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係るブレージングシートの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
《第１実施形態》
図１に本発明の第１実施形態に係るアルミニウム合金製ブレージングシート（以下「ブレージングシート」という）の概略構造を表した断面図を示す。ブレージングシート１０Ａは、心材１１と、心材１１の一方の面に設けられた第１ろう材１２ａとからなる２層構造を有している。
【００２１】
ブレージングシート１０Ａにおいて、心材１１は、０．２〜１．０質量％のＣｕを含有すると共に、ここでは、１．５質量％以下（０質量％を含む）のＳｉと、１．８質量％以下（０質量％を含む）のＭｎと、０．３５質量％以下（０質量％を含む）のＴｉと、０．５質量％以下（０質量％を含む）のＭｇの中から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。Ｃｕは必須成分であるが、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｍｇは任意成分であり、心材１１にＭｎ，Ｔｉ，Ｍｇをそれぞれ添加する場合には、Ｍｎ含有量は０．５〜１．８質量％、Ｔｉ含有量は０．０５〜０．３５質量％、Ｍｇ含有量は０．０５〜０．５質量％とすることが好ましい。なお、心材１１の厚さは特に限定されないが、例えば、熱交換器として組み立てる際の成形性や熱交換器に要求される重量等を考慮し、好ましくは５０μｍ〜１．２ｍｍとされる。
【００２２】
第１ろう材１２ａとしては、２．０〜８．０質量％のＳｉと、１．０〜６．０質量％のＺｎを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるものが好適に用いられる。この第１ろう材１２ａは、前記したアルミニウム合金であり、かつ、ろう付け温度における液相率をＸ（％）とし、ろう材厚さをＹ（μｍ）としたときに、（１）３０≦Ｘ≦８０、（２）Ｙ≧２５、（３）１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００、の条件を満たしている。
【００２３】
例えば、ブレージングシート１０Ａを用いて熱交換器を組み立てる場合には、第１ろう材１２ａを腐食環境である空気側とし、心材１１の露出面を非腐食環境である流体（冷媒等）通路側とする。このとき、第１ろう材１２ａを前記条件（２）の通りに厚く構成することにより、ろう付け処理の際に第１ろう材１２ａ側においてＣｕ濃縮が発生し難くなり、ろう付け後表面から他面側表面（ブレージングシート１０Ａのろう材がクラッドされていない面）に向かって電位が貴となる。また、第１ろう材１２ａに前記した量のＺｎが含まれている場合には、前記条件（１）〜（３）が満たされていることにより、ろう付け後表面に十分なＺｎが残存し、これによっても、ろう付け後表面から板材中央部に向かって電位を貴とすることができる。したがって、第１ろう材１２ａが腐食環境に配置されるようにブレージングシート１０Ａを用いると、犠牲防食効果が顕著に発揮される。また、前記条件（１）〜（３）が満たされていることにより、ろう付け処理の際に生成する流動ろうの絶対量を適正化できるため、良好なろう付け性を得ることができる。
【００２４】
以下に、ブレージングシート１０Ａの構成要素についてより詳細に説明する。
［心材１１］
〔心材１１のＣｕ含有量：０．２〜１．０質量％〕
Ｃｕは、ろう付け後強度を向上させる効果がある。また、電位を貴にする働きがあるため、耐食性を向上させる。Ｃｕ含有量が０．２質量％未満では、ろう付け後表面と板材中央部との間に十分な電位差を生じさせることができない。一方、Ｃｕ含有量が１．０質量％を超えると、心材１１の融点の低下に伴ってバーニングが発生する可能性がある。したがって、心材１１におけるＣｕ含有量は、０．２〜１．０質量％とし、好ましくは０．３〜０．５質量％とする。
【００２５】
〔心材１１のＳｉ含有量：１．５質量％以下（０質量％を含む）〕
Ｓｉは、ろう付け後強度を向上させる効果があり、特にＭｇ，Ｍｎと共存させた場合にはＭｇ−Ｓｉ系金属間化合物とＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の形成により、さらにろう付け後強度を高めることができる。しかし、Ｓｉ含有量が１．５質量％を超えると、心材１１の融点低下及び低融点相増加により、心材１１の溶融が生じる。したがって、心材１１におけるＳｉ含有量は、１．５質量％以下とする。なお、Ｓｉ含有量が少ないと前記効果が小さい。したがって、心材１１におけるＳｉ含有量は、好ましくは０．３〜１．２質量％とする。
【００２６】
〔心材１１のＭｎ含有量：１．８質量％以下（０質量％を含む）〕
Ｍｎは、ろう付け後強度を向上させる効果があり、含有量増加によりろう付け後強度を高めることができる。また、電位を貴にする働きがあるため、耐食性を向上させる。Ｍｎ含有量が１．８質量％を超えると粗大なＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が形成され、成形性と耐食性が低下する。したがって、心材１１におけるＭｎ含有量は１．８質量％以下とする。なお、Ｍｎ含有量が０．５質量％未満では前記効果が小さい。したがって、心材１１におけるＭｎ含有量は、好ましくは０．５〜１．８質量％とする。
【００２７】
〔心材１１のＴｉ含有量：０．３５質量％以下（０質量％を含む）〕
Ｔｉは、Ａｌ合金中でＴｉ−Ａｌ系化合物を形成して層状に分散する。Ｔｉ−Ａｌ系化合物は電位が貴であるため、腐食形態が層状化し、深さ方向への腐食（孔食）に進展し難くなる効果がある。Ｔｉ含有量が０．３５質量％を超えると粗大なＡｌ−Ｔｉ系金属間化合物が形成され、成形性と耐食性が低下する。したがって、心材１１におけるＴｉ含有量は、０．３５質量％以下とする。なお、Ｔｉ含有量が０．０５質量％未満では腐食形態の層状化効果が小さい。したがって、心材１１におけるＴｉ含有量は、好ましくは０．０５〜０．３５質量％とする。
【００２８】
〔心材１１のＭｇ含有量：０．５質量％以下（０質量％を含む）〕
Ｍｇは、ろう付け後強度を向上させる効果がある。一方、Ｍｇはフラックスろう付け性を低下させる作用があるため、Ｍｇ含有量が０．５質量％を超えると、ろう付けの際にＭｇが第１ろう材１２ａまで拡散し、ろう付け性が著しく低下する。したがって、心材１１におけるＭｇ含有量は、０．５質量％以下とする。なお、Ｍｇ含有量が０．０５質量％未満ではろう付け後強度を向上させる効果が小さい。したがって、心材１１におけるＭｇ含有量は、好ましくは０．０５〜０．５質量％とする。
【００２９】
［第１ろう材１２ａ］
〔ろう付け温度における液相率Ｘ（％）：３０≦Ｘ≦８０〕
ろう付け温度における第１ろう材１２ａの液相率Ｘ（％）を制御することにより、ろう付け処理の際の第１ろう材１２ａの流動性を制御し、第１ろう材１２ａに起因してろう付け処理後に心材１１の表面に残存するろう材（残存ろう材）の量を制御することができる。液相率Ｘが３０％未満の場合には、ろう流動性が低いために、十分なろう付け性を確保することができない。一方、液相率Ｘが８０％を超えると、ろう付け処理後の残存ろう材が少なくなるために、残存ろう材に起因する犠牲防食効果が小さくなる。したがって、ろう付け温度における液相率Ｘは、３０〜８０％とする。なお、ろう付け温度での液相率Ｘ（％）は、ブレージングシート１０Ａの製造工程で使用するろう材の材料成分に基づいて、標準的な熱力学計算ソフト（例えば、サーモカルク（Thermo-Calc））により算出される値である。液相率Ｘの単位である“％”は、一般的に“質量％”である。
【００３０】
〔ろう材厚さＹ：Ｙ≧２５μｍ〕
ブレージングシート１０Ａの製造工程及びブレージングシート１０Ａを用いた熱交換器等の製品製造の際のろう付け処理工程において、心材１１から第１ろう材１２ａにＣｕが拡散する。このとき、第１ろう材１２ａが厚いほど、第１ろう材１２ａ中のＣｕ濃度を小さく抑えることができるため、ろう付け後表面でのＣｕ濃縮を抑制することができる。第１ろう材１２ａの厚さが２５μｍ未満では、このＣｕ濃縮を十分に抑制することができない。したがって、第１ろう材１２ａの厚さＹを２５μｍ以上とする。なお、厚さＹの上限値は、ブレージングシート１０Ａの板厚や接合点密度等を考慮する必要があるために、特に限定されないが、板厚の１／２とすることが好ましい。
【００３１】
〔液相率Ｘとろう材厚さＹの積：１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００〕
液相率Ｘとろう材厚さＹとを制御することにより、ろう付け処理の際に生成する流動ろうの絶対量と、残存ろう材の絶対量を制御することができる。これにより、例えば、フィン等とのろう付け処理においては、適切な絶対量の流動ろうの生成が確保され、十分なろう付け性を得ることができるとともに、適切な絶対量の残存ろう材が確保されて、残存ろう材に起因する犠牲防食効果が十分に発揮される。液相率Ｘとろう材厚さＹの積が１０００未満では、流動ろうの絶対量が少なくなるために、十分なろう付け性を確保することができない。例えば、フィレットの形成が不十分となって、接合強度が低下する。一方、液相率Ｘと厚さＹの積が２４０００を超えると、流動ろうの絶対量が多くなるため、ろう付け処理の前後におけるブレージングシート１０Ａの板厚の変化が大きくなってコア割れが発生し、また、過剰に生成した流動ろうによる心材１１の浸食等が発生し、耐食性が低下する。したがって、液相率Ｘと厚さＹの積（Ｘ×Ｙ）は、１０００〜２４０００とする。
【００３２】
〔第１ろう材１２ａのＳｉ含有量：２．０〜８．０質量％〕
Ｓｉは、第１ろう材１２ａたるＡｌ合金の融点を低下させ、ろう付け温度での液相率及び流動性を高める作用がある。Ｓｉ含有量が２．０質量％未満では、ろう付け処理の際に流動ろうの量が不足してろう付け性が低下する。一方、Ｓｉ含有量が８．０質量％を超えると、流動ろうが過剰に生成し、板厚の減少によるコア割れや心材１１の浸食等のろう付け不良が発生する。したがって、第１ろう材１２ａにＳｉを含有させる場合には、Ｓｉ含有量は、２．０〜８．０質量％とする。
【００３３】
〔第１ろう材１２ａのＺｎ含有量：１．０〜６．０質量％〕
Ｚｎは、第１ろう材１２ａたるＡｌ合金の電位を卑にする作用があり、また融点の低下及び液相率を増加する作用がある。Ｚｎ含有量が１．０質量％未満では、ろう付け後表面に残留するＺｎは極少量となるため、耐食性の向上はほとんど認められない。一方、Ｚｎ含有量が６．０質量％を超えると、流動ろうに含有されるＺｎ濃度が増大し、フィレット等が優先腐食する原因となる。したがって、第１ろう材１２ａにＺｎを含有させる場合には、Ｚｎ含有量は、１．０〜６．０質量％とする。
【００３４】
なお、ＳｉとＺｎのいずれにもＡｌ合金の融点を低下させ、液相率を増加させる作用があるため、ＳｉとＺｎの各添加量は、特に、前記した条件（１）が満たされるように、熱力学的計算を行って決定し、その上で、厚さＹを前記した条件（２）及び条件（３）が満たされるように、決定することが望ましい。また、上記成分の他、第１ろう材１２ａには、電位を卑にするＩｎ、Ｓｎ等が適宜添加されていてもよい。また、厳しい腐食環境下で使用されない場合（腐食深さが浅い場合）において、心材１１の他方の面に、板材全体の材料特性を低下させない範囲（材料構成）のＡｌ合金層をクラッドすることが可能である。
【００３５】
《第２実施形態》
図２に本発明の第２実施形態に係るブレージングシートの概略構造を表した断面図を示す。ブレージングシート１０Ｂは、心材１１と、心材１１の一方の面に設けられた第１ろう材１２ａと、心材１１の他方の面に設けられた第２ろう材１２ｂとからなる３層構造を有している。ここでは、ブレージングシート１０Ｂの心材１１の組成及び厚さはブレージングシート１０Ａの心材１１の組成及び厚さと同じであるとする。また、ブレージングシート１０Ｂの第１ろう材１２ａの組成及び厚さは、ブレージングシート１０Ａの第１ろう材１２ａの組成及び厚さと同じであるとする。そのため、心材１１と第１ろう材１２ａについての説明は省略する。
【００３６】
ブレージングシート１０Ｂを構成する第２ろう材１２ｂについては、第１ろう材１２ａと同様に、２．０〜８．０質量％のＳｉと、１．０〜６．０質量％のＺｎを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるものを用いることにより、耐食性をさらに向上させることができる。そして、第２ろう材１２ｂは、前記したアルミニウム合金であり、かつ、ろう付け温度における液相率をＸ１（％）とし、ろう材厚さをＹ１（μｍ）としたときに、（１ａ）３０≦Ｘ１≦８０、（２ａ）Ｙ１≧２５、（３ａ）１０００≦Ｘ１×Ｙ１≦２４０００、の関係が満たされている。これにより、第１ろう材１２ａと同様の特性を第２ろう材１２ｂに付与することができ、第１ろう材１２ａのみならず第２ろう材１２ｂをも腐食環境において用いることができ、第２ろう材１２ｂ側でも優れた耐食性を得ることができる。その理由は、前記した第１ろう材１２ａと同じである。
【００３７】
なお、第２ろう材１２ｂが非腐食環境に配置される場合には、前記した条件（１ａ）〜（３ａ）の関係は必ずしも満たされている必要はなく、また、第１ろう材１２ａに好適に用いられる前記した組成条件も満たされている必要はない。例えば、ブレージングシート１０Ｂを用いて熱交換器を組み立てる場合には、第１ろう材１２ａを腐食環境である空気側に配置すれば、必然的に第２ろう材１２ｂは非腐食環境に配置されるために、前記した条件（１ａ）〜（３ａ）の関係は必ずしも満たされている必要はなく、また、前記した組成条件も満たされている必要はない。
【００３８】
《第３実施形態》
図３（ａ）に本発明の第３実施形態に係るブレージングシートの概略構造を表した断面図を示し、図３（ｂ）に第３実施形態に係るブレージングシートのろう付け処理後におけるＺｎとＣｕの濃度分布を模式的に示す。ブレージングシート１０Ｃは、心材１１と、心材１１の一方の面に設けられた第１ろう材１２ａと、心材１１の他方の面に設けられた内張材１３からなる三層構造を有している。ブレージングシート１０Ｃを構成する心材１１及び第１ろう材１２ａは、前記したブレージングシート１０Ａ，１０Ｂを構成する心材１１及び第１ろう材１２ａと実質的に同じである。図３（ｂ）に示す符号「１２ａ１」はろう付け処理後に心材１１の表面に残るろう材、すなわち、第１残存ろう材を示している。
【００３９】
内張材１３は、心材１１にクラッドされるＡｌ合金層であって、ろう材として機能せず、また、Ｚｎを含有しない点で犠牲陽極材と区別される。内張材１３は、心材１１のＣｕ含有量以上１．０質量％以下のＣｕを含有し、１．５質量％以下のＳｉ，０．５〜１．８質量％のＭｎ，０．０５〜０．３５質量％のＴｉから選ばれた１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。ブレージングシート１０Ｃにおける内張材１３の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０１〜０．３ｍｍとされる。
【００４０】
例えば、ブレージングシート１０Ｃを用いて熱交換器等の製品を組み立てる場合には、第１ろう材１２ａを腐食環境である空気側とし、内張材１３を非腐食環境である流体（冷媒等）通路側とする。例えば、第１ろう材１２ａとして所定量のＺｎを含むものを用い、内張材１３として前記した組成を有するものを用いた場合、図３（ｂ）に示すように、ろう付け処理後のブレージングシート１０Ｃにおいては、第１残存ろう材１２ａ１側から内張材１３側に向かってＺｎ濃度は低下するがＣｕ濃度は増加するように濃度勾配を形成することができるため、第１残存ろう材１２ａ１から内張材１３にわたって常に貴化する電位勾配を形成することができる。その結果、腐食が内張材１３側へ進行した場合にも犠牲防食作用が維持され、長期にわたって耐食性を維持することができる。
【００４１】
［内張材１３］
〔内張材１３のＣｕ含有量：心材１１のＣｕ含有量以上１．０質量％以下〕
Ｃｕは、ろう付け後強度を向上させる効果がある。また、電位を貴にする働きがあるため、耐食性を向上させる。しかし、Ｃｕ含有量が１．０質量％を超えると、融点の低下に伴ってバーニングが発生する可能性がある。また、Ｃｕ含有量が心材１１のＣｕ含有量未満であると、内張材１３に対して心材１１側の電位が貴になるため、心材１１以深で孔食進展が促進される。したがって、内張材１３におけるＣｕ含有量は、心材１１のＣｕ含有量以上１．０質量％以下とする。なお、Ｃｕ含有量が０．０５質量％未満では前記した各種効果が小さい。内張材１３のＣｕ含有量は、０．９質量％以下かつ心材１１のＣｕ含有量以上とすることが好ましく、心材１１のＣｕ含有量＋０．１質量％以上とすることがより好ましい。
【００４２】
〔内張材１３のＳｉ含有量：１．５質量％以下〕
Ｓｉは、ろう付け後強度を向上させる効果があり、特にＭｇ，Ｍｎと共存させた場合には、Ｍｇ−Ｓｉ系金属間化合物、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の形成により、さらにろう付け後強度を高めることができる。しかし、Ｓｉ含有量が１．５質量％を超えると、内張材１３の融点低下と低融点相の増加により、内張材１３の溶融が生じる。したがって、内張材１３におけるＳｉ含有量は、１．５質量％以下とする。なお、Ｓｉ含有量が０．０３質量％未満では前記した効果が小さい。したがって、内張材１３におけるＳｉ含有量は、０．０３〜１．２質量％とすることがより好ましい。
【００４３】
〔内張材１３のＭｎ含有量：０．５〜１．８質量％〕
Ｍｎは、ろう付け後強度を向上させる効果があり、含有量増加によりろう付け後強度を高めることができる。また、電位を貴にする働きがあるため、耐食性を向上させる。しかし、Ｍｎ含有量が０．５質量％未満では強度向上の効果は小さい。一方、Ｍｎ含有量が１．８質量％を超えると、粗大なＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が形成され、成形性の低下や耐食性の低下が起こりやすい。したがって、内張材１３におけるＭｎ含有量は、０．５〜１．８質量％とする。
【００４４】
〔内張材１３におけるその他の含有元素〕
内張材１３側の電位貴化及び強度向上のために、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｒ等から選ばれる１種または複数種をそれぞれ０．３質量％以下添加してもよい。
【００４５】
《第４実施形態》
図４（ａ）に本発明の第４実施形態に係るブレージングシートの概略構造を表した断面図を示し、図４（ｂ）に第４実施形態に係るブレージングシートのろう付け処理後におけるＺｎとＣｕの濃度分布を模式的に示す。ブレージングシート１０Ｄは、心材１１と、心材１１の一方の面に設けられた第１ろう材１２ａと、心材１１の他方の面に設けられた第２ろう材１４からなる三層構造を有している。ブレージングシート１０Ｄの心材１１及び第１ろう材１２ａは、前記したブレージングシート１０Ａ〜１０Ｃを構成する心材１１及び第１ろう材１２ａと実質的に同じである。図４（ｂ）に示す符号「１２ａ１」は、図３（ｂ）と同様に、ろう付け処理後に心材１１の表面に残る第１ろう材１２ａの残存ろう材（第１残存ろう材）を示し、符号「１４ａ」は第２ろう材１４の残存ろう材（第２残存ろう材）を示している。
【００４６】
第２ろう材１４は、心材１１のＣｕ含有量以上３．０質量％以下のＣｕと、７質量％以上１３質量％未満のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。ブレージングシート１０Ｄにおける第２ろう材１４の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０１〜０．３ｍｍとされる。
【００４７】
ブレージングシート１０Ｄを用いて、例えば熱交換器等の製品を組み立てる場合には、第１ろう材１２ａを腐食環境である空気側とし、第２ろう材１４を非腐食環境である流体（冷媒等）通路側とする。例えば、第１ろう材１２ａとして所定量のＺｎを含むものを用い、第２ろう材１４として前記したＣｕを含有する組成を有するものを用いた場合には、図４（ｂ）に示されるように、ブレージングシート１０Ｄにおいても前記したブレージングシート１０Ｃと同様に、ろう付け処理後において、第１残存ろう材１２ａ１側から第２残存ろう材１４ａ側に向かってＺｎ濃度は低下するがＣｕ濃度は増加するように濃度勾配を形成することができるため、第１残存ろう材１２ａ１から第２残存ろう材１４ａにわたって常に貴化する電位勾配を形成することができる。その結果、腐食が第２残存ろう材１４ａ側へ進行した場合にも犠牲防食作用が維持され、長期にわたって耐食性を維持することができる。
【００４８】
［第２ろう材１４］
〔第２ろう材１４のＣｕ含有量：心材１１のＣｕ含有量以上３．０質量％以下〕
Ｃｕは、ろう付け後強度を向上させる効果がある。また、電位を貴にする働きがあるため、耐食性を向上させる。Ｃｕ含有量が３．０質量％を超えると、多量のＣｕを含有するフィレットが形成され、フィレット周辺に優先腐食が発生する。また、心材１１のＣｕ含有量未満であると、製造及びろう付け処理の際に、心材１１から第２ろう材１４にＣｕが拡散する結果、心材１１における第２ろう材１４側の電位が卑になるため、心材１１以深で孔食進展が促進される。したがって、第２ろう材１４におけるＣｕ含有量は、心材１１のＣｕ含有量以上３．０質量％以下とする。なお、Ｃｕ含有量が０．０５質量％未満では前記した各種効果が小さい。第２ろう材１４のＣｕ含有量は、２．０質量％以下かつ心材１１のＣｕ含有量以上とすることが好ましく、心材１１のＣｕ含有量＋０．３質量％以上とすることがより好ましい。
【００４９】
〔第２ろう材１４のＳｉ含有量：７質量％以上１３質量％未満〕
Ｓｉは、アルミニウム合金の融点低下、ろう付け温度での液相率及び流動性を高める作用がある。Ｓｉ含有量が７質量％未満では、ろう付け処理の際に流動ろうの量が不足してろう付け性が低下する。一方、Ｓｉ含有量が１３質量％以上であると、過剰の流動ろうが生成し、板厚の減少によるコア割れの他、心材１１の浸食等のろう付け不良が発生する。したがって、第２ろう材１４におけるＳｉ含有量は、７質量％以上１３質量％未満とする。なお、第２ろう材１４のＳｉ含有量が、第１ろう材１２ａのＳｉ含有量と異なるのは、第２ろう材１４を厚くせず、ろう付け温度における液相率をほぼ１００％として使用するためである。
【００５０】
〔第２ろう材１４におけるその他の含有元素〕
ろう付け処理後における第２残存ろう材１４ａ側の電位貴化のために、第２ろう材１４には、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｒ等から選ばれる１種または複数種をそれぞれ０．３質量％以下添加してもよい。
【００５１】
〔第２ろう材１４の液相率Ｘ２とろう材厚さＹ２〕
ブレージングシート１０Ｄのろう付け温度における第２ろう材１４の液相率をＸ２（％）とし、ろう材厚さをＹ２（μｍ）とすると、より好ましくは下記（１ｂ）〜（３ｂ）の関係が満たされることにより、ろう付け処理後における第２内側残存ろう材１４ａにおけるＣｕ残存量を増加させ、フィレットにおけるＣｕ含有量を低減させることができる。これにより、さらに心材１１から第１ろう材１２ａ及び第２ろう材１４への元素拡散を低減させることができる。
（１ｂ）３０≦Ｘ２≦８０
（２ｂ）Ｙ２≧２５
（３ｂ）１０００≦Ｘ２×Ｙ２≦２４０００
【００５２】
《第５実施形態》
図５に本発明の第５実施形態に係るブレージングシートの概略構造を表した断面図を示す。ブレージングシート１０Ｅは、心材１１と、心材１１の一方の面に設けられた第１ろう材１２ａと、心材１１の他方の面に設けられた犠牲陽極材１５からなる三層構造を有している。ブレージングシート１０Ｅの心材１１及び第１ろう材１２ａは、前記したブレージングシート１０Ａ〜１０Ｄを構成する心材１１及び第１ろう材１２ａと実質的に同じである。犠牲陽極材１５はＡｌ−Ｚｎ系合金からなり、第１ろう材１２ａのろう付け温度では溶融せず、ろう材としては機能しない。このブレージングシート１０Ｅは、第１ろう材１２ａ側と犠牲陽極材１５側の両面を腐食環境にさらして用いることができ、特に一方の面にのみろう材が必要である環境において好適に用いられ、良好な耐食性を得ることができる。
【００５３】
犠牲陽極材１５は、心材１１に対して電位が卑であり、犠牲防食作用を示すものであればＡｌ−Ｚｎ系組成は特に限定されるものではない。例えば、１〜５質量％のＺｎを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ−Ｚｎ合金や、これに強度向上を目的としてＳｉやＭｎを添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｚｎ合金等が好適に用いられる。
【００５４】
《ブレージングシート１０Ａ〜１０Ｅの製造方法》
ブレージングシート１０Ａ〜１０Ｅの製造方法の一例について説明する。例えば、ブレージングシート１０Ａ〜１０Ｅのろう付け温度を決定し、そのろう付け温度での第１ろう材１２ａの液相率Ｘ（％）を３０≦Ｘ≦８０の範囲で決定するとともに、第１ろう材１２ａの組成を決定する。次いで第１ろう材１２ａの厚さＹ（μｍ）を、Ｙ≧２５μｍ、かつ、１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００、となるように決定し、材料板厚や圧延条件を決定する。ブレージングシート１０Ｂについては、必要に応じて、第１ろう材１２ａと同様の設計を第２ろう材１２ｂについて行う。
【００５５】
このような設計の後、実際の製造プロセスにおいては、まず、心材用アルミニウム合金，第１ろう材用アルミニウム合金，第２ろう材用アルミニウム合金，内張材用アルミニウム合金及び犠牲陽極材用アルミニウム合金をそれぞれ、連続鋳造にて溶解、鋳造し、必要に応じて面削、均質化熱処理（以下「均熱」という）して、心材用鋳塊，第１ろう材用鋳塊，第２ろう材用鋳塊，内張材用鋳塊及び犠牲陽極材用鋳塊を得る。第１ろう材用鋳塊，第２ろう材用鋳塊，内張材用鋳塊及び犠牲陽極材用鋳塊をそれぞれ熱間圧延または切断によってそれぞれ所定厚さにして、第１ろう材１２ａ，第２ろう材１２ｂ，第２ろう材１４，内張材１３及び犠牲陽極材１５を製造する。
【００５６】
心材用鋳塊の一方の面に第１ろう材１２ａを配置し、必要に応じて心材用鋳塊の他方の面に第２ろう材１２ｂ，第２ろう材１４，内張材１３及び犠牲陽極材１５から選ばれた１つの材料を配置して、所定のクラッド率になるように重ね合わせ、４００℃以上の温度で加熱した後、熱間圧延により圧着し、板材とする。その後、冷間圧延−中間焼鈍−冷間圧延を行うことにより所定の板厚とする。なお、熱間圧延による圧着後、冷間圧延前に、合金中の元素分布を調整する目的で、粗鈍を実施してもよい。中間焼鈍は３５０〜４５０℃で３時間以上実施することが望ましく、最終の冷間加工率は３０〜６０％となるようにすることが好ましい。また、最終の板厚とした後、成型加工性を考慮して仕上げ焼鈍を実施してもよい。仕上げ焼鈍により、材料が軟化し、伸びが向上するため加工性を高めることができる。
【実施例】
【００５７】
以上、本発明を実施するための形態について述べてきたが、以下に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の構成要件を満たさない比較例と比較して具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下に用いる「第１ろう材」，「第２ろう材」はそれぞれ、前記した実施の形態における「第１ろう材１２ａ」，「第２ろう材１２ｂ」と同じ意味で用いるものとする。
【００５８】
［供試材作製］
表１に示す心材及び内張材と、表２に示す組成を有するろう材及び犠牲陽極材を周知の方法を用いて作製し、表３，４に示す組合せで重ね合わせ、４５０℃において熱間圧延してクラッドし、粗鈍を行うことなく冷間圧延にて板厚を０．３ｍｍとした。その後、４００℃で５時間の中間焼鈍を行い、さらに加工率；５０％で冷間圧延を行うことにより、板厚を０．２ｍｍ又は１．０ｍｍとし、最後に仕上げ焼鈍を３００℃で３時間行って、表３，４に示す供試材（３層材）を作製した。
【００５９】
なお、表２に示す通り、ろう材は、Ｚｎを含有するがＣｕを含有しないものを「ろう材Ａ」とし、Ｚｎを含有しないがＣｕを含有するろう材をさらにその厚さにより区別（表３，４参照）して、２つのグループ「ろう材Ｂ」と「ろう材Ｃ」に分けている。第１ろう材としては、ろう材Ａのみが用いられる。第２ろう材としては、ろう材Ｂ，Ｃのみならずろう材Ａを用いることができるため、表３，４では、第２ろう材の液相率と厚さをそれぞれ第１ろう材と同様にＸ，Ｙで表すこととする。
【００６０】
［熱処理材と試験材の作製］
作製した各供試材の第１ろう材の表面に市販の非腐食性のフラックスを３ｇ／ｍ２で塗布し、治具を用いて吊り下げて、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下の雰囲気において５９０〜６００℃で２分間保持することにより、ろう付け加熱を行い、ろう付け熱処理材を作製した。その後、ろう付け熱処理材から所定の形状の試験材を切り出して、下記の腐食試験に供した。なお、加工性や融点等の問題から、試験材を作製できなかったものについては、表３，４の「試験材の作製可否」の欄に「−」で示しており、試験材を作製することができたものについては同欄に「○」で示している。
【００６１】
［腐食試験］
腐食試験は、ろう付け熱処理材から６０ｍｍ×５０ｍｍの試験材を切り出し、第１ろう材面が試験面となるように、第１ろう材面の反対の面及び端面をシールテープによりシールして、ＣＡＳＳ試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）を１０００時間実施することにより、行った。試験後、最大腐食深さを測定し、最小残存板厚（＝試験前の板厚−最大腐食深さ）を算出した。結果を表３，４に示す。この腐食試験の合格基準は、試験材の最小残存板厚が元板厚（ろう付け前厚さの）の４０％（板厚０．２ｍｍの場合は８０μｍ、板厚１．０ｍｍの場合は４００μｍ）以上であることとした。
【００６２】
［接合部腐食試験］
ブレージングシートが熱交換器として使用される際の耐食性を評価するため、供試材から所定形状の板材を切り出して、その第１ろう材の表面にベアフィン材（Ａｌ−２Ｚｎ）を、前記ろう付け熱処理材と同様にして、ろう付け接合し、この面が試験面となるように、第１ろう材面の反対の面及び端面をシールして、ＣＡＳＳ試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）を実施した。試験後、ベアフィン材との接合部周辺（つまり、フィレットの周辺のベアフィン材、ブレージングシート）における腐食発生の有無を目視判定し、腐食の発生が確認されなかったものを合格として表３，４に「○」で示し、腐食の発生が確認されたものを不合格として表３，４に「×」で示した。
【００６３】
また試験後において、フィレットが健全にベアフィン材とブレージングシートを接合できている部分の比率（以下「接合部残存率」という）を求めた。この接合部残存率は、“試験後のフィレット長さ／ベアフィン材の幅×１００（％）”で定義される。この接合部腐食試験での合格基準は、接合部残存率が６０％以上であることとした。なお、接合部周辺の優先腐食については、すべてのろう材面（腐食環境側の第１ろう材と非腐食環境側の第２ろう材の両方）について観察した。
【００６４】
［第２ろう材のろう付け性評価］
第２ろう材を有する供試材から所定形状の板材を切り出して、第２ろう材の表面にベアフィン材（Ａｌ−２Ｚｎ）を、前記ろう付け熱処理材と同様にして、ろう付け接合し、ろう切れの有無を観察した。この試験では、ろう切れが発生していないものを合格として表３，４に「○」で示し、ろう切れが発生したものを不合格として表３，４に「×」で示した。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
【表３】
【００６８】
【表４】
【００６９】
［試験結果］
実施例１〜３３は本発明の構成要件を備えているために、最小残存板厚は最も薄い実施例３で９５μｍであり、また、接合部残存率は最も小さい実施例２で６７％であり、目視判定結果も良好であるという結果が得られ、良好な耐食性を示すことが確認された。また、第２ろう材によるろう付け性も良好であった。
【００７０】
なお、実施例１〜３３はこのように十分な耐食性を示すが、例えば、実施例１を基準としたときに、実施例３では、フィレット耐食性がＣｕの増加により向上している。実施例４〜７から、心材のＳｉとＭｎは耐食性に大きな影響を与えないことがわかる。実施例９では、心材のＴｉが多いために第１ろう材側の耐食性が向上している。実施例１２では、第１ろう材の厚さが薄いことにより、フィレットではＺｎが減少し、耐食性が向上している。実施例１５では、第１ろう材のＺｎが少ないためにフィレットの耐食性が向上している。実施例１６では、第１ろう材のＺｎが多いために第１ろう材側の耐食性が向上している。実施例１７〜２３では、第２ろう材としてＣｕを含むろう材を用いているが、腐食が深く進行しておらず、第１ろう材側における耐食性への影響は小さいことがわかる。実施例２４〜２６は犠牲陽極材を備えているが、第１ろう材側の耐食性への影響は小さいことがわかる。実施例２７〜３１は内張材を備えているが、第１ろう材側の耐食性への影響は小さいことがわかる。
【００７１】
一方、比較例３４では、心材のＣｕが少ないために耐食性が低下した。比較例３５では心材のＣｕが過剰なため、心材にバーニングが発生した。
【００７２】
比較例３６では、第１ろう材のろう材不足によりろう切れが発生し、接合部残存率を求めることができなかった。比較例３７は、第１ろう材のろう材不足によりろう切れが発生して接合部残存率を求めることができず、また、第１，第２ろう材の厚さが薄いためにＣｕの濃縮による貫通（孔食）が発生した。比較例３８，３９では、第１ろう材のろう材不足によりろう切れが発生し、接合部残存率を求めることができなかった。比較例４０，４１では、第１ろう材の液相率Ｘが大きいために、第１ろう材側のろう付け後表面における残存Ｚｎ不足により、耐食性が低下した。
【００７３】
比較例４２では、第１ろう材に含まれるＺｎが少ないために、ろう付け後表面における残存Ｚｎ不足により、耐食性が低下した。比較例４３では、第１ろう材に含まれるＺｎが過剰なため、フィレット耐食性が低下した。比較例４４ではろう材過剰により、心材に多量のＳｉが侵食するデソリューションが発生し、耐食性が低下した。なお、比較例４２〜４３は、第２ろう材の組成が所定範囲に限定されることを実証するものである。
【符号の説明】
【００７４】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ ブレージングシート
１１ 心材
１２ａ 第１ろう材
１２ａ１ 第１残存ろう材
１２ｂ 第２ろう材
１３ 内張材
１４ 第２ろう材
１４ａ 第２残存ろう材
１５ 犠牲陽極材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器等に使用されるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材およびその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車に搭載される熱交換器は、アルミニウム合金からなるブレージングシートを所定形状に成形し、組み立てて、ろう付けされることにより製造されている。例えば、チューブ用のブレージングシートの板厚は、従来は０．３〜０．５ｍｍであったが、近年は熱交換器を軽量化するために、これを０．２ｍｍ以下とする薄肉化が進められており、これに伴ってブレージングシートには高強度化と高耐食化が求められている。
【０００３】
また、熱交換器のフィン材に関しては、ろう材をクラッドしないフィン（以下「ベアフィン」という）の使用によってさらなる軽量化が可能であるが、このベアフィンに対して用いるチューブ材は、ベアフィンとの接合面にろう材をクラッドする構成となるために、十分な耐食性を得ることができなくなる。
【０００４】
そこで、ろう材をクラッドした面のろう付け処理後の耐食性を向上させたブレージングシートとして、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ合金からなる心材に、Ｚｎを含有するＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材を積層し、ろう付け後表面に犠牲防食作用を付与したブレージングシート及びその製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された技術では、ろう付け処理の際にろう材から心材へＺｎを拡散させ、ろう付け後表面の電位を卑化することによって犠牲防食作用を付与し、耐食性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３６００２６号公報（段落［０００７］，［００１９］等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、Ｚｎの拡散の結果として、ろう付け後表面に残留するＺｎは少量であるため、ろう付け後表面と板材中央部（ろう付け後のブレージングシートの厚さ方向の中央部を指す。以下同様とする）との間に十分な電位差を付与することは困難である。
【０００７】
また、ろう付け処理の際に心材に含まれるＣｕがろう材面側に拡散し、こうしてろう材面側に拡散したＣｕは、ろう付け処理の冷却過程においてろう付け後表面に濃縮層を形成する。これにより、ろう付け後表面側の電位が貴化するため、ろう付け後表面と板材中央部との間に十分な電位差を生じさせることができない。その結果、十分な犠牲防食作用が得られず、厳しい腐食環境にさらされた場合には、早期に貫通孔が形成されてしまうおそれがある。
【０００８】
さらに、ろう付け処理の際に生成する流動ろうは多量のＺｎを含有しているために、ろう付け部（フィレット）が優先腐食を起こしやすく、例えば、ベアフィンのろう付けにおいては、ベアフィンが早期に剥離するおそれがある。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、ろう材をクラッドした面においてろう付け処理後に高い耐食性が維持され、しかも良好なろう付け性が得られるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材およびろう材の設計方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、ろう材の厚さとろう付け温度における液相率を制御することにより、心材に含まれるＣｕのろう材面側への拡散とろう付け後表面における濃縮を抑制することができ、しかも、ろう材にＺｎが含まれる場合に、ろう付け処理の際に生成する流動ろうに含まれるＺｎを減少させてろう付け後表面に残留するＺｎを増加させることができることを見い出した。その結果、ろう付け後表面に良好な犠牲防食作用が付与され、流動ろうに含まれるＺｎ含有量が少ないために優先腐食の発生し難いフィレットが形成されて良好なろう付け性を得ることができるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材およびろう材の設計方法を発明するに至った。
【００１１】
すなわち、請求項１に係るアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材は、少なくともＣｕを０．２〜１．０質量％含有するアルミニウム合金からなる心材の少なくとも一方の面に設けられてアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材であって、ろう付け温度における液相率Ｘ（％）と、ろう材厚さＹ（μｍ）とが、（１）３０≦Ｘ≦８０、（２）Ｙ≧２５、（３）１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００、の関係を満たし、Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とする。
【００１２】
このように、Ｃｕを含有する心材の少なくとも一方の面に、ろう付け温度での液相率及びろう材厚さが前記条件（１）〜（３）を満たす第１ろう材をクラッドすることにより、心材に含まれるＣｕが第１ろう材面側に向けて拡散してろう付け後表面に濃縮することが抑制され、これによりろう付け後表面から板材中央部に向かって十分に電位が貴になるように電位勾配を付与することができる。その結果、第１ろう材を腐食環境側にかつ心材の露出面を非腐食環境側に配置した場合に、十分な犠牲防食効果が発揮され、高い耐食性が得られる。また、前記条件（１）〜（３）が満たされることにより、流動ろうの量と残留ろうの量が適切に維持され、しかも、ろう付け処理の前後における板厚の変化を抑制することができるため、良好なろう付け性を得ることができる。
【００１３】
また、ろう材のＳｉ濃度及びＺｎ濃度を制御することにより、アルミニウム合金製ブレージングシートの耐食性及びろう付け性を向上させることができる。特に、ろう材がクラッドされた面側のろう付け後表面に残留するＺｎを増加させることができるために、ろう付け後表面の電位を卑とし、当該ろう付け後表面と板材中央部との間に十分な電位差を生じさせて、高い犠牲防食効果を得ることができる。
【００１４】
請求項２に係るアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材の設計方法は、少なくともＣｕを０．２〜１．０質量％含有するアルミニウム合金からなる心材の少なくとも一方の面に設けられてアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材の設計方法であって、ろう付け温度における液相率Ｘ（％）が３０≦Ｘ≦８０を満足するように、Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％の含有範囲内で組成を決定するとともに、ろう材厚さＹ（μｍ）を、Ｙ≧２５、１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００の関係を満足するように決定することを特徴とする。
【００１５】
このように、心材の少なくとも一方の面にろう材を設け、そのろう材は、ろう付け温度における液相率Ｘ（％）が３０≦Ｘ≦８０を満足するように、Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％の含有範囲内で組成を決定するとともに、ろう材厚さＹ（μｍ）を、Ｙ≧２５、１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００の関係である条件を満たすことにより、ろう材を腐食環境に配置した場合にも、十分な犠牲防食効果が発揮され、優れた耐食性が得られる。また、他の板材またはベアフィン等のろう材を備えていない板材とのろう付け接合が可能になる。
【００１６】
また、ろう材のＳｉ濃度及びＺｎ濃度を制御することにより、アルミニウム合金製ブレージングシートの耐食性及びろう付け性を向上させることができる。特に、ろう材がクラッドされた面側のろう付け後表面に残留するＺｎを増加させることができるために、ろう付け後表面の電位を卑とし、当該ろう付け後表面と板材中央部との間に十分な電位差を生じさせて、高い犠牲防食効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ろう材を腐食環境側に配置した場合でも、犠牲防食効果が十分に発揮され、高耐食性を得ることができる。また、心材の両面を腐食環境に配置した場合にも、犠牲防食効果が十分に発揮され、高い耐食性を得ることができる。さらに、ろう材のろう付け後表面に十分なＺｎが残存するため、さらに耐食性を高めることができる。
【００１８】
そして、ろう付け後強度と耐食性がさらに向上し、厳しい腐食環境においても高い耐食性と高いろう付け後強度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るブレージングシートの概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るブレージングシートの概略断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３実施形態に係るブレージングシートの概略断面図であり、（ｂ）はろう付け処理後におけるＺｎとＣｕの濃度分布を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るブレージングシートの概略断面図であり、（ｂ）はろう付け処理後におけるＺｎとＣｕの濃度分布を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係るブレージングシートの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
《第１実施形態》
図１に本発明の第１実施形態に係るアルミニウム合金製ブレージングシート（以下「ブレージングシート」という）の概略構造を表した断面図を示す。ブレージングシート１０Ａは、心材１１と、心材１１の一方の面に設けられた第１ろう材１２ａとからなる２層構造を有している。
【００２１】
ブレージングシート１０Ａにおいて、心材１１は、０．２〜１．０質量％のＣｕを含有すると共に、ここでは、１．５質量％以下（０質量％を含む）のＳｉと、１．８質量％以下（０質量％を含む）のＭｎと、０．３５質量％以下（０質量％を含む）のＴｉと、０．５質量％以下（０質量％を含む）のＭｇの中から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。Ｃｕは必須成分であるが、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｍｇは任意成分であり、心材１１にＭｎ，Ｔｉ，Ｍｇをそれぞれ添加する場合には、Ｍｎ含有量は０．５〜１．８質量％、Ｔｉ含有量は０．０５〜０．３５質量％、Ｍｇ含有量は０．０５〜０．５質量％とすることが好ましい。なお、心材１１の厚さは特に限定されないが、例えば、熱交換器として組み立てる際の成形性や熱交換器に要求される重量等を考慮し、好ましくは５０μｍ〜１．２ｍｍとされる。
【００２２】
第１ろう材１２ａとしては、２．０〜８．０質量％のＳｉと、１．０〜６．０質量％のＺｎを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるものが好適に用いられる。この第１ろう材１２ａは、前記したアルミニウム合金であり、かつ、ろう付け温度における液相率をＸ（％）とし、ろう材厚さをＹ（μｍ）としたときに、（１）３０≦Ｘ≦８０、（２）Ｙ≧２５、（３）１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００、の条件を満たしている。
【００２３】
例えば、ブレージングシート１０Ａを用いて熱交換器を組み立てる場合には、第１ろう材１２ａを腐食環境である空気側とし、心材１１の露出面を非腐食環境である流体（冷媒等）通路側とする。このとき、第１ろう材１２ａを前記条件（２）の通りに厚く構成することにより、ろう付け処理の際に第１ろう材１２ａ側においてＣｕ濃縮が発生し難くなり、ろう付け後表面から他面側表面（ブレージングシート１０Ａのろう材がクラッドされていない面）に向かって電位が貴となる。また、第１ろう材１２ａに前記した量のＺｎが含まれている場合には、前記条件（１）〜（３）が満たされていることにより、ろう付け後表面に十分なＺｎが残存し、これによっても、ろう付け後表面から板材中央部に向かって電位を貴とすることができる。したがって、第１ろう材１２ａが腐食環境に配置されるようにブレージングシート１０Ａを用いると、犠牲防食効果が顕著に発揮される。また、前記条件（１）〜（３）が満たされていることにより、ろう付け処理の際に生成する流動ろうの絶対量を適正化できるため、良好なろう付け性を得ることができる。
【００２４】
以下に、ブレージングシート１０Ａの構成要素についてより詳細に説明する。
［心材１１］
〔心材１１のＣｕ含有量：０．２〜１．０質量％〕
Ｃｕは、ろう付け後強度を向上させる効果がある。また、電位を貴にする働きがあるため、耐食性を向上させる。Ｃｕ含有量が０．２質量％未満では、ろう付け後表面と板材中央部との間に十分な電位差を生じさせることができない。一方、Ｃｕ含有量が１．０質量％を超えると、心材１１の融点の低下に伴ってバーニングが発生する可能性がある。したがって、心材１１におけるＣｕ含有量は、０．２〜１．０質量％とし、好ましくは０．３〜０．５質量％とする。
【００２５】
〔心材１１のＳｉ含有量：１．５質量％以下（０質量％を含む）〕
Ｓｉは、ろう付け後強度を向上させる効果があり、特にＭｇ，Ｍｎと共存させた場合にはＭｇ−Ｓｉ系金属間化合物とＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の形成により、さらにろう付け後強度を高めることができる。しかし、Ｓｉ含有量が１．５質量％を超えると、心材１１の融点低下及び低融点相増加により、心材１１の溶融が生じる。したがって、心材１１におけるＳｉ含有量は、１．５質量％以下とする。なお、Ｓｉ含有量が少ないと前記効果が小さい。したがって、心材１１におけるＳｉ含有量は、好ましくは０．３〜１．２質量％とする。
【００２６】
〔心材１１のＭｎ含有量：１．８質量％以下（０質量％を含む）〕
Ｍｎは、ろう付け後強度を向上させる効果があり、含有量増加によりろう付け後強度を高めることができる。また、電位を貴にする働きがあるため、耐食性を向上させる。Ｍｎ含有量が１．８質量％を超えると粗大なＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が形成され、成形性と耐食性が低下する。したがって、心材１１におけるＭｎ含有量は１．８質量％以下とする。なお、Ｍｎ含有量が０．５質量％未満では前記効果が小さい。したがって、心材１１におけるＭｎ含有量は、好ましくは０．５〜１．８質量％とする。
【００２７】
〔心材１１のＴｉ含有量：０．３５質量％以下（０質量％を含む）〕
Ｔｉは、Ａｌ合金中でＴｉ−Ａｌ系化合物を形成して層状に分散する。Ｔｉ−Ａｌ系化合物は電位が貴であるため、腐食形態が層状化し、深さ方向への腐食（孔食）に進展し難くなる効果がある。Ｔｉ含有量が０．３５質量％を超えると粗大なＡｌ−Ｔｉ系金属間化合物が形成され、成形性と耐食性が低下する。したがって、心材１１におけるＴｉ含有量は、０．３５質量％以下とする。なお、Ｔｉ含有量が０．０５質量％未満では腐食形態の層状化効果が小さい。したがって、心材１１におけるＴｉ含有量は、好ましくは０．０５〜０．３５質量％とする。
【００２８】
〔心材１１のＭｇ含有量：０．５質量％以下（０質量％を含む）〕
Ｍｇは、ろう付け後強度を向上させる効果がある。一方、Ｍｇはフラックスろう付け性を低下させる作用があるため、Ｍｇ含有量が０．５質量％を超えると、ろう付けの際にＭｇが第１ろう材１２ａまで拡散し、ろう付け性が著しく低下する。したがって、心材１１におけるＭｇ含有量は、０．５質量％以下とする。なお、Ｍｇ含有量が０．０５質量％未満ではろう付け後強度を向上させる効果が小さい。したがって、心材１１におけるＭｇ含有量は、好ましくは０．０５〜０．５質量％とする。
【００２９】
［第１ろう材１２ａ］
〔ろう付け温度における液相率Ｘ（％）：３０≦Ｘ≦８０〕
ろう付け温度における第１ろう材１２ａの液相率Ｘ（％）を制御することにより、ろう付け処理の際の第１ろう材１２ａの流動性を制御し、第１ろう材１２ａに起因してろう付け処理後に心材１１の表面に残存するろう材（残存ろう材）の量を制御することができる。液相率Ｘが３０％未満の場合には、ろう流動性が低いために、十分なろう付け性を確保することができない。一方、液相率Ｘが８０％を超えると、ろう付け処理後の残存ろう材が少なくなるために、残存ろう材に起因する犠牲防食効果が小さくなる。したがって、ろう付け温度における液相率Ｘは、３０〜８０％とする。なお、ろう付け温度での液相率Ｘ（％）は、ブレージングシート１０Ａの製造工程で使用するろう材の材料成分に基づいて、標準的な熱力学計算ソフト（例えば、サーモカルク（Thermo-Calc））により算出される値である。液相率Ｘの単位である“％”は、一般的に“質量％”である。
【００３０】
〔ろう材厚さＹ：Ｙ≧２５μｍ〕
ブレージングシート１０Ａの製造工程及びブレージングシート１０Ａを用いた熱交換器等の製品製造の際のろう付け処理工程において、心材１１から第１ろう材１２ａにＣｕが拡散する。このとき、第１ろう材１２ａが厚いほど、第１ろう材１２ａ中のＣｕ濃度を小さく抑えることができるため、ろう付け後表面でのＣｕ濃縮を抑制することができる。第１ろう材１２ａの厚さが２５μｍ未満では、このＣｕ濃縮を十分に抑制することができない。したがって、第１ろう材１２ａの厚さＹを２５μｍ以上とする。なお、厚さＹの上限値は、ブレージングシート１０Ａの板厚や接合点密度等を考慮する必要があるために、特に限定されないが、板厚の１／２とすることが好ましい。
【００３１】
〔液相率Ｘとろう材厚さＹの積：１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００〕
液相率Ｘとろう材厚さＹとを制御することにより、ろう付け処理の際に生成する流動ろうの絶対量と、残存ろう材の絶対量を制御することができる。これにより、例えば、フィン等とのろう付け処理においては、適切な絶対量の流動ろうの生成が確保され、十分なろう付け性を得ることができるとともに、適切な絶対量の残存ろう材が確保されて、残存ろう材に起因する犠牲防食効果が十分に発揮される。液相率Ｘとろう材厚さＹの積が１０００未満では、流動ろうの絶対量が少なくなるために、十分なろう付け性を確保することができない。例えば、フィレットの形成が不十分となって、接合強度が低下する。一方、液相率Ｘと厚さＹの積が２４０００を超えると、流動ろうの絶対量が多くなるため、ろう付け処理の前後におけるブレージングシート１０Ａの板厚の変化が大きくなってコア割れが発生し、また、過剰に生成した流動ろうによる心材１１の浸食等が発生し、耐食性が低下する。したがって、液相率Ｘと厚さＹの積（Ｘ×Ｙ）は、１０００〜２４０００とする。
【００３２】
〔第１ろう材１２ａのＳｉ含有量：２．０〜８．０質量％〕
Ｓｉは、第１ろう材１２ａたるＡｌ合金の融点を低下させ、ろう付け温度での液相率及び流動性を高める作用がある。Ｓｉ含有量が２．０質量％未満では、ろう付け処理の際に流動ろうの量が不足してろう付け性が低下する。一方、Ｓｉ含有量が８．０質量％を超えると、流動ろうが過剰に生成し、板厚の減少によるコア割れや心材１１の浸食等のろう付け不良が発生する。したがって、第１ろう材１２ａにＳｉを含有させる場合には、Ｓｉ含有量は、２．０〜８．０質量％とする。
【００３３】
〔第１ろう材１２ａのＺｎ含有量：１．０〜６．０質量％〕
Ｚｎは、第１ろう材１２ａたるＡｌ合金の電位を卑にする作用があり、また融点の低下及び液相率を増加する作用がある。Ｚｎ含有量が１．０質量％未満では、ろう付け後表面に残留するＺｎは極少量となるため、耐食性の向上はほとんど認められない。一方、Ｚｎ含有量が６．０質量％を超えると、流動ろうに含有されるＺｎ濃度が増大し、フィレット等が優先腐食する原因となる。したがって、第１ろう材１２ａにＺｎを含有させる場合には、Ｚｎ含有量は、１．０〜６．０質量％とする。
【００３４】
なお、ＳｉとＺｎのいずれにもＡｌ合金の融点を低下させ、液相率を増加させる作用があるため、ＳｉとＺｎの各添加量は、特に、前記した条件（１）が満たされるように、熱力学的計算を行って決定し、その上で、厚さＹを前記した条件（２）及び条件（３）が満たされるように、決定することが望ましい。また、上記成分の他、第１ろう材１２ａには、電位を卑にするＩｎ、Ｓｎ等が適宜添加されていてもよい。また、厳しい腐食環境下で使用されない場合（腐食深さが浅い場合）において、心材１１の他方の面に、板材全体の材料特性を低下させない範囲（材料構成）のＡｌ合金層をクラッドすることが可能である。
【００３５】
《第２実施形態》
図２に本発明の第２実施形態に係るブレージングシートの概略構造を表した断面図を示す。ブレージングシート１０Ｂは、心材１１と、心材１１の一方の面に設けられた第１ろう材１２ａと、心材１１の他方の面に設けられた第２ろう材１２ｂとからなる３層構造を有している。ここでは、ブレージングシート１０Ｂの心材１１の組成及び厚さはブレージングシート１０Ａの心材１１の組成及び厚さと同じであるとする。また、ブレージングシート１０Ｂの第１ろう材１２ａの組成及び厚さは、ブレージングシート１０Ａの第１ろう材１２ａの組成及び厚さと同じであるとする。そのため、心材１１と第１ろう材１２ａについての説明は省略する。
【００３６】
ブレージングシート１０Ｂを構成する第２ろう材１２ｂについては、第１ろう材１２ａと同様に、２．０〜８．０質量％のＳｉと、１．０〜６．０質量％のＺｎを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるものを用いることにより、耐食性をさらに向上させることができる。そして、第２ろう材１２ｂは、前記したアルミニウム合金であり、かつ、ろう付け温度における液相率をＸ１（％）とし、ろう材厚さをＹ１（μｍ）としたときに、（１ａ）３０≦Ｘ１≦８０、（２ａ）Ｙ１≧２５、（３ａ）１０００≦Ｘ１×Ｙ１≦２４０００、の関係が満たされている。これにより、第１ろう材１２ａと同様の特性を第２ろう材１２ｂに付与することができ、第１ろう材１２ａのみならず第２ろう材１２ｂをも腐食環境において用いることができ、第２ろう材１２ｂ側でも優れた耐食性を得ることができる。その理由は、前記した第１ろう材１２ａと同じである。
【００３７】
なお、第２ろう材１２ｂが非腐食環境に配置される場合には、前記した条件（１ａ）〜（３ａ）の関係は必ずしも満たされている必要はなく、また、第１ろう材１２ａに好適に用いられる前記した組成条件も満たされている必要はない。例えば、ブレージングシート１０Ｂを用いて熱交換器を組み立てる場合には、第１ろう材１２ａを腐食環境である空気側に配置すれば、必然的に第２ろう材１２ｂは非腐食環境に配置されるために、前記した条件（１ａ）〜（３ａ）の関係は必ずしも満たされている必要はなく、また、前記した組成条件も満たされている必要はない。
【００３８】
《第３実施形態》
図３（ａ）に本発明の第３実施形態に係るブレージングシートの概略構造を表した断面図を示し、図３（ｂ）に第３実施形態に係るブレージングシートのろう付け処理後におけるＺｎとＣｕの濃度分布を模式的に示す。ブレージングシート１０Ｃは、心材１１と、心材１１の一方の面に設けられた第１ろう材１２ａと、心材１１の他方の面に設けられた内張材１３からなる三層構造を有している。ブレージングシート１０Ｃを構成する心材１１及び第１ろう材１２ａは、前記したブレージングシート１０Ａ，１０Ｂを構成する心材１１及び第１ろう材１２ａと実質的に同じである。図３（ｂ）に示す符号「１２ａ１」はろう付け処理後に心材１１の表面に残るろう材、すなわち、第１残存ろう材を示している。
【００３９】
内張材１３は、心材１１にクラッドされるＡｌ合金層であって、ろう材として機能せず、また、Ｚｎを含有しない点で犠牲陽極材と区別される。内張材１３は、心材１１のＣｕ含有量以上１．０質量％以下のＣｕを含有し、１．５質量％以下のＳｉ，０．５〜１．８質量％のＭｎ，０．０５〜０．３５質量％のＴｉから選ばれた１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。ブレージングシート１０Ｃにおける内張材１３の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０１〜０．３ｍｍとされる。
【００４０】
例えば、ブレージングシート１０Ｃを用いて熱交換器等の製品を組み立てる場合には、第１ろう材１２ａを腐食環境である空気側とし、内張材１３を非腐食環境である流体（冷媒等）通路側とする。例えば、第１ろう材１２ａとして所定量のＺｎを含むものを用い、内張材１３として前記した組成を有するものを用いた場合、図３（ｂ）に示すように、ろう付け処理後のブレージングシート１０Ｃにおいては、第１残存ろう材１２ａ１側から内張材１３側に向かってＺｎ濃度は低下するがＣｕ濃度は増加するように濃度勾配を形成することができるため、第１残存ろう材１２ａ１から内張材１３にわたって常に貴化する電位勾配を形成することができる。その結果、腐食が内張材１３側へ進行した場合にも犠牲防食作用が維持され、長期にわたって耐食性を維持することができる。
【００４１】
［内張材１３］
〔内張材１３のＣｕ含有量：心材１１のＣｕ含有量以上１．０質量％以下〕
Ｃｕは、ろう付け後強度を向上させる効果がある。また、電位を貴にする働きがあるため、耐食性を向上させる。しかし、Ｃｕ含有量が１．０質量％を超えると、融点の低下に伴ってバーニングが発生する可能性がある。また、Ｃｕ含有量が心材１１のＣｕ含有量未満であると、内張材１３に対して心材１１側の電位が貴になるため、心材１１以深で孔食進展が促進される。したがって、内張材１３におけるＣｕ含有量は、心材１１のＣｕ含有量以上１．０質量％以下とする。なお、Ｃｕ含有量が０．０５質量％未満では前記した各種効果が小さい。内張材１３のＣｕ含有量は、０．９質量％以下かつ心材１１のＣｕ含有量以上とすることが好ましく、心材１１のＣｕ含有量＋０．１質量％以上とすることがより好ましい。
【００４２】
〔内張材１３のＳｉ含有量：１．５質量％以下〕
Ｓｉは、ろう付け後強度を向上させる効果があり、特にＭｇ，Ｍｎと共存させた場合には、Ｍｇ−Ｓｉ系金属間化合物、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の形成により、さらにろう付け後強度を高めることができる。しかし、Ｓｉ含有量が１．５質量％を超えると、内張材１３の融点低下と低融点相の増加により、内張材１３の溶融が生じる。したがって、内張材１３におけるＳｉ含有量は、１．５質量％以下とする。なお、Ｓｉ含有量が０．０３質量％未満では前記した効果が小さい。したがって、内張材１３におけるＳｉ含有量は、０．０３〜１．２質量％とすることがより好ましい。
【００４３】
〔内張材１３のＭｎ含有量：０．５〜１．８質量％〕
Ｍｎは、ろう付け後強度を向上させる効果があり、含有量増加によりろう付け後強度を高めることができる。また、電位を貴にする働きがあるため、耐食性を向上させる。しかし、Ｍｎ含有量が０．５質量％未満では強度向上の効果は小さい。一方、Ｍｎ含有量が１．８質量％を超えると、粗大なＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が形成され、成形性の低下や耐食性の低下が起こりやすい。したがって、内張材１３におけるＭｎ含有量は、０．５〜１．８質量％とする。
【００４４】
〔内張材１３におけるその他の含有元素〕
内張材１３側の電位貴化及び強度向上のために、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｒ等から選ばれる１種または複数種をそれぞれ０．３質量％以下添加してもよい。
【００４５】
《第４実施形態》
図４（ａ）に本発明の第４実施形態に係るブレージングシートの概略構造を表した断面図を示し、図４（ｂ）に第４実施形態に係るブレージングシートのろう付け処理後におけるＺｎとＣｕの濃度分布を模式的に示す。ブレージングシート１０Ｄは、心材１１と、心材１１の一方の面に設けられた第１ろう材１２ａと、心材１１の他方の面に設けられた第２ろう材１４からなる三層構造を有している。ブレージングシート１０Ｄの心材１１及び第１ろう材１２ａは、前記したブレージングシート１０Ａ〜１０Ｃを構成する心材１１及び第１ろう材１２ａと実質的に同じである。図４（ｂ）に示す符号「１２ａ１」は、図３（ｂ）と同様に、ろう付け処理後に心材１１の表面に残る第１ろう材１２ａの残存ろう材（第１残存ろう材）を示し、符号「１４ａ」は第２ろう材１４の残存ろう材（第２残存ろう材）を示している。
【００４６】
第２ろう材１４は、心材１１のＣｕ含有量以上３．０質量％以下のＣｕと、７質量％以上１３質量％未満のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。ブレージングシート１０Ｄにおける第２ろう材１４の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０１〜０．３ｍｍとされる。
【００４７】
ブレージングシート１０Ｄを用いて、例えば熱交換器等の製品を組み立てる場合には、第１ろう材１２ａを腐食環境である空気側とし、第２ろう材１４を非腐食環境である流体（冷媒等）通路側とする。例えば、第１ろう材１２ａとして所定量のＺｎを含むものを用い、第２ろう材１４として前記したＣｕを含有する組成を有するものを用いた場合には、図４（ｂ）に示されるように、ブレージングシート１０Ｄにおいても前記したブレージングシート１０Ｃと同様に、ろう付け処理後において、第１残存ろう材１２ａ１側から第２残存ろう材１４ａ側に向かってＺｎ濃度は低下するがＣｕ濃度は増加するように濃度勾配を形成することができるため、第１残存ろう材１２ａ１から第２残存ろう材１４ａにわたって常に貴化する電位勾配を形成することができる。その結果、腐食が第２残存ろう材１４ａ側へ進行した場合にも犠牲防食作用が維持され、長期にわたって耐食性を維持することができる。
【００４８】
［第２ろう材１４］
〔第２ろう材１４のＣｕ含有量：心材１１のＣｕ含有量以上３．０質量％以下〕
Ｃｕは、ろう付け後強度を向上させる効果がある。また、電位を貴にする働きがあるため、耐食性を向上させる。Ｃｕ含有量が３．０質量％を超えると、多量のＣｕを含有するフィレットが形成され、フィレット周辺に優先腐食が発生する。また、心材１１のＣｕ含有量未満であると、製造及びろう付け処理の際に、心材１１から第２ろう材１４にＣｕが拡散する結果、心材１１における第２ろう材１４側の電位が卑になるため、心材１１以深で孔食進展が促進される。したがって、第２ろう材１４におけるＣｕ含有量は、心材１１のＣｕ含有量以上３．０質量％以下とする。なお、Ｃｕ含有量が０．０５質量％未満では前記した各種効果が小さい。第２ろう材１４のＣｕ含有量は、２．０質量％以下かつ心材１１のＣｕ含有量以上とすることが好ましく、心材１１のＣｕ含有量＋０．３質量％以上とすることがより好ましい。
【００４９】
〔第２ろう材１４のＳｉ含有量：７質量％以上１３質量％未満〕
Ｓｉは、アルミニウム合金の融点低下、ろう付け温度での液相率及び流動性を高める作用がある。Ｓｉ含有量が７質量％未満では、ろう付け処理の際に流動ろうの量が不足してろう付け性が低下する。一方、Ｓｉ含有量が１３質量％以上であると、過剰の流動ろうが生成し、板厚の減少によるコア割れの他、心材１１の浸食等のろう付け不良が発生する。したがって、第２ろう材１４におけるＳｉ含有量は、７質量％以上１３質量％未満とする。なお、第２ろう材１４のＳｉ含有量が、第１ろう材１２ａのＳｉ含有量と異なるのは、第２ろう材１４を厚くせず、ろう付け温度における液相率をほぼ１００％として使用するためである。
【００５０】
〔第２ろう材１４におけるその他の含有元素〕
ろう付け処理後における第２残存ろう材１４ａ側の電位貴化のために、第２ろう材１４には、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｒ等から選ばれる１種または複数種をそれぞれ０．３質量％以下添加してもよい。
【００５１】
〔第２ろう材１４の液相率Ｘ２とろう材厚さＹ２〕
ブレージングシート１０Ｄのろう付け温度における第２ろう材１４の液相率をＸ２（％）とし、ろう材厚さをＹ２（μｍ）とすると、より好ましくは下記（１ｂ）〜（３ｂ）の関係が満たされることにより、ろう付け処理後における第２内側残存ろう材１４ａにおけるＣｕ残存量を増加させ、フィレットにおけるＣｕ含有量を低減させることができる。これにより、さらに心材１１から第１ろう材１２ａ及び第２ろう材１４への元素拡散を低減させることができる。
（１ｂ）３０≦Ｘ２≦８０
（２ｂ）Ｙ２≧２５
（３ｂ）１０００≦Ｘ２×Ｙ２≦２４０００
【００５２】
《第５実施形態》
図５に本発明の第５実施形態に係るブレージングシートの概略構造を表した断面図を示す。ブレージングシート１０Ｅは、心材１１と、心材１１の一方の面に設けられた第１ろう材１２ａと、心材１１の他方の面に設けられた犠牲陽極材１５からなる三層構造を有している。ブレージングシート１０Ｅの心材１１及び第１ろう材１２ａは、前記したブレージングシート１０Ａ〜１０Ｄを構成する心材１１及び第１ろう材１２ａと実質的に同じである。犠牲陽極材１５はＡｌ−Ｚｎ系合金からなり、第１ろう材１２ａのろう付け温度では溶融せず、ろう材としては機能しない。このブレージングシート１０Ｅは、第１ろう材１２ａ側と犠牲陽極材１５側の両面を腐食環境にさらして用いることができ、特に一方の面にのみろう材が必要である環境において好適に用いられ、良好な耐食性を得ることができる。
【００５３】
犠牲陽極材１５は、心材１１に対して電位が卑であり、犠牲防食作用を示すものであればＡｌ−Ｚｎ系組成は特に限定されるものではない。例えば、１〜５質量％のＺｎを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ−Ｚｎ合金や、これに強度向上を目的としてＳｉやＭｎを添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｚｎ合金等が好適に用いられる。
【００５４】
《ブレージングシート１０Ａ〜１０Ｅの製造方法》
ブレージングシート１０Ａ〜１０Ｅの製造方法の一例について説明する。例えば、ブレージングシート１０Ａ〜１０Ｅのろう付け温度を決定し、そのろう付け温度での第１ろう材１２ａの液相率Ｘ（％）を３０≦Ｘ≦８０の範囲で決定するとともに、第１ろう材１２ａの組成を決定する。次いで第１ろう材１２ａの厚さＹ（μｍ）を、Ｙ≧２５μｍ、かつ、１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００、となるように決定し、材料板厚や圧延条件を決定する。ブレージングシート１０Ｂについては、必要に応じて、第１ろう材１２ａと同様の設計を第２ろう材１２ｂについて行う。
【００５５】
このような設計の後、実際の製造プロセスにおいては、まず、心材用アルミニウム合金，第１ろう材用アルミニウム合金，第２ろう材用アルミニウム合金，内張材用アルミニウム合金及び犠牲陽極材用アルミニウム合金をそれぞれ、連続鋳造にて溶解、鋳造し、必要に応じて面削、均質化熱処理（以下「均熱」という）して、心材用鋳塊，第１ろう材用鋳塊，第２ろう材用鋳塊，内張材用鋳塊及び犠牲陽極材用鋳塊を得る。第１ろう材用鋳塊，第２ろう材用鋳塊，内張材用鋳塊及び犠牲陽極材用鋳塊をそれぞれ熱間圧延または切断によってそれぞれ所定厚さにして、第１ろう材１２ａ，第２ろう材１２ｂ，第２ろう材１４，内張材１３及び犠牲陽極材１５を製造する。
【００５６】
心材用鋳塊の一方の面に第１ろう材１２ａを配置し、必要に応じて心材用鋳塊の他方の面に第２ろう材１２ｂ，第２ろう材１４，内張材１３及び犠牲陽極材１５から選ばれた１つの材料を配置して、所定のクラッド率になるように重ね合わせ、４００℃以上の温度で加熱した後、熱間圧延により圧着し、板材とする。その後、冷間圧延−中間焼鈍−冷間圧延を行うことにより所定の板厚とする。なお、熱間圧延による圧着後、冷間圧延前に、合金中の元素分布を調整する目的で、粗鈍を実施してもよい。中間焼鈍は３５０〜４５０℃で３時間以上実施することが望ましく、最終の冷間加工率は３０〜６０％となるようにすることが好ましい。また、最終の板厚とした後、成型加工性を考慮して仕上げ焼鈍を実施してもよい。仕上げ焼鈍により、材料が軟化し、伸びが向上するため加工性を高めることができる。
【実施例】
【００５７】
以上、本発明を実施するための形態について述べてきたが、以下に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の構成要件を満たさない比較例と比較して具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下に用いる「第１ろう材」，「第２ろう材」はそれぞれ、前記した実施の形態における「第１ろう材１２ａ」，「第２ろう材１２ｂ」と同じ意味で用いるものとする。
【００５８】
［供試材作製］
表１に示す心材及び内張材と、表２に示す組成を有するろう材及び犠牲陽極材を周知の方法を用いて作製し、表３，４に示す組合せで重ね合わせ、４５０℃において熱間圧延してクラッドし、粗鈍を行うことなく冷間圧延にて板厚を０．３ｍｍとした。その後、４００℃で５時間の中間焼鈍を行い、さらに加工率；５０％で冷間圧延を行うことにより、板厚を０．２ｍｍ又は１．０ｍｍとし、最後に仕上げ焼鈍を３００℃で３時間行って、表３，４に示す供試材（３層材）を作製した。
【００５９】
なお、表２に示す通り、ろう材は、Ｚｎを含有するがＣｕを含有しないものを「ろう材Ａ」とし、Ｚｎを含有しないがＣｕを含有するろう材をさらにその厚さにより区別（表３，４参照）して、２つのグループ「ろう材Ｂ」と「ろう材Ｃ」に分けている。第１ろう材としては、ろう材Ａのみが用いられる。第２ろう材としては、ろう材Ｂ，Ｃのみならずろう材Ａを用いることができるため、表３，４では、第２ろう材の液相率と厚さをそれぞれ第１ろう材と同様にＸ，Ｙで表すこととする。
【００６０】
［熱処理材と試験材の作製］
作製した各供試材の第１ろう材の表面に市販の非腐食性のフラックスを３ｇ／ｍ２で塗布し、治具を用いて吊り下げて、酸素濃度が２００ｐｐｍ以下の雰囲気において５９０〜６００℃で２分間保持することにより、ろう付け加熱を行い、ろう付け熱処理材を作製した。その後、ろう付け熱処理材から所定の形状の試験材を切り出して、下記の腐食試験に供した。なお、加工性や融点等の問題から、試験材を作製できなかったものについては、表３，４の「試験材の作製可否」の欄に「−」で示しており、試験材を作製することができたものについては同欄に「○」で示している。
【００６１】
［腐食試験］
腐食試験は、ろう付け熱処理材から６０ｍｍ×５０ｍｍの試験材を切り出し、第１ろう材面が試験面となるように、第１ろう材面の反対の面及び端面をシールテープによりシールして、ＣＡＳＳ試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）を１０００時間実施することにより、行った。試験後、最大腐食深さを測定し、最小残存板厚（＝試験前の板厚−最大腐食深さ）を算出した。結果を表３，４に示す。この腐食試験の合格基準は、試験材の最小残存板厚が元板厚（ろう付け前厚さの）の４０％（板厚０．２ｍｍの場合は８０μｍ、板厚１．０ｍｍの場合は４００μｍ）以上であることとした。
【００６２】
［接合部腐食試験］
ブレージングシートが熱交換器として使用される際の耐食性を評価するため、供試材から所定形状の板材を切り出して、その第１ろう材の表面にベアフィン材（Ａｌ−２Ｚｎ）を、前記ろう付け熱処理材と同様にして、ろう付け接合し、この面が試験面となるように、第１ろう材面の反対の面及び端面をシールして、ＣＡＳＳ試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）を実施した。試験後、ベアフィン材との接合部周辺（つまり、フィレットの周辺のベアフィン材、ブレージングシート）における腐食発生の有無を目視判定し、腐食の発生が確認されなかったものを合格として表３，４に「○」で示し、腐食の発生が確認されたものを不合格として表３，４に「×」で示した。
【００６３】
また試験後において、フィレットが健全にベアフィン材とブレージングシートを接合できている部分の比率（以下「接合部残存率」という）を求めた。この接合部残存率は、“試験後のフィレット長さ／ベアフィン材の幅×１００（％）”で定義される。この接合部腐食試験での合格基準は、接合部残存率が６０％以上であることとした。なお、接合部周辺の優先腐食については、すべてのろう材面（腐食環境側の第１ろう材と非腐食環境側の第２ろう材の両方）について観察した。
【００６４】
［第２ろう材のろう付け性評価］
第２ろう材を有する供試材から所定形状の板材を切り出して、第２ろう材の表面にベアフィン材（Ａｌ−２Ｚｎ）を、前記ろう付け熱処理材と同様にして、ろう付け接合し、ろう切れの有無を観察した。この試験では、ろう切れが発生していないものを合格として表３，４に「○」で示し、ろう切れが発生したものを不合格として表３，４に「×」で示した。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
【表３】
【００６８】
【表４】
【００６９】
［試験結果］
実施例１〜３３は本発明の構成要件を備えているために、最小残存板厚は最も薄い実施例３で９５μｍであり、また、接合部残存率は最も小さい実施例２で６７％であり、目視判定結果も良好であるという結果が得られ、良好な耐食性を示すことが確認された。また、第２ろう材によるろう付け性も良好であった。
【００７０】
なお、実施例１〜３３はこのように十分な耐食性を示すが、例えば、実施例１を基準としたときに、実施例３では、フィレット耐食性がＣｕの増加により向上している。実施例４〜７から、心材のＳｉとＭｎは耐食性に大きな影響を与えないことがわかる。実施例９では、心材のＴｉが多いために第１ろう材側の耐食性が向上している。実施例１２では、第１ろう材の厚さが薄いことにより、フィレットではＺｎが減少し、耐食性が向上している。実施例１５では、第１ろう材のＺｎが少ないためにフィレットの耐食性が向上している。実施例１６では、第１ろう材のＺｎが多いために第１ろう材側の耐食性が向上している。実施例１７〜２３では、第２ろう材としてＣｕを含むろう材を用いているが、腐食が深く進行しておらず、第１ろう材側における耐食性への影響は小さいことがわかる。実施例２４〜２６は犠牲陽極材を備えているが、第１ろう材側の耐食性への影響は小さいことがわかる。実施例２７〜３１は内張材を備えているが、第１ろう材側の耐食性への影響は小さいことがわかる。
【００７１】
一方、比較例３４では、心材のＣｕが少ないために耐食性が低下した。比較例３５では心材のＣｕが過剰なため、心材にバーニングが発生した。
【００７２】
比較例３６では、第１ろう材のろう材不足によりろう切れが発生し、接合部残存率を求めることができなかった。比較例３７は、第１ろう材のろう材不足によりろう切れが発生して接合部残存率を求めることができず、また、第１，第２ろう材の厚さが薄いためにＣｕの濃縮による貫通（孔食）が発生した。比較例３８，３９では、第１ろう材のろう材不足によりろう切れが発生し、接合部残存率を求めることができなかった。比較例４０，４１では、第１ろう材の液相率Ｘが大きいために、第１ろう材側のろう付け後表面における残存Ｚｎ不足により、耐食性が低下した。
【００７３】
比較例４２では、第１ろう材に含まれるＺｎが少ないために、ろう付け後表面における残存Ｚｎ不足により、耐食性が低下した。比較例４３では、第１ろう材に含まれるＺｎが過剰なため、フィレット耐食性が低下した。比較例４４ではろう材過剰により、心材に多量のＳｉが侵食するデソリューションが発生し、耐食性が低下した。なお、比較例４２〜４３は、第２ろう材の組成が所定範囲に限定されることを実証するものである。
【符号の説明】
【００７４】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ ブレージングシート
１１ 心材
１２ａ 第１ろう材
１２ａ１ 第１残存ろう材
１２ｂ 第２ろう材
１３ 内張材
１４ 第２ろう材
１４ａ 第２残存ろう材
１５ 犠牲陽極材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＣｕを０．２〜１．０質量％含有するアルミニウム合金からなる心材の少なくとも一方の面に設けられてアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材であって、
ろう付け温度における液相率Ｘ（％）と、ろう材厚さＹ（μｍ）とが、
（１）３０≦Ｘ≦８０、
（２）Ｙ≧２５、
（３）１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００、の関係を満たし、
Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とするアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材。
【請求項２】
少なくともＣｕを０．２〜１．０質量％含有するアルミニウム合金からなる心材の少なくとも一方の面に設けられてアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材の設計方法であって、
ろう付け温度における液相率Ｘ（％）が３０≦Ｘ≦８０を満足するように、Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％の含有範囲内で組成を決定するとともに、ろう材厚さＹ（μｍ）を、Ｙ≧２５、１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００の関係を満足するように決定することを特徴とするアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材の設計方法。
【請求項１】
少なくともＣｕを０．２〜１．０質量％含有するアルミニウム合金からなる心材の少なくとも一方の面に設けられてアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材であって、
ろう付け温度における液相率Ｘ（％）と、ろう材厚さＹ（μｍ）とが、
（１）３０≦Ｘ≦８０、
（２）Ｙ≧２５、
（３）１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００、の関係を満たし、
Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とするアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材。
【請求項２】
少なくともＣｕを０．２〜１．０質量％含有するアルミニウム合金からなる心材の少なくとも一方の面に設けられてアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材の設計方法であって、
ろう付け温度における液相率Ｘ（％）が３０≦Ｘ≦８０を満足するように、Ｓｉ：２．０〜８．０質量％，Ｚｎ：１．０〜６．０質量％の含有範囲内で組成を決定するとともに、ろう材厚さＹ（μｍ）を、Ｙ≧２５、１０００≦Ｘ×Ｙ≦２４０００の関係を満足するように決定することを特徴とするアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材の設計方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１７２９６５（Ｐ２０１０−１７２９６５Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３４８７（Ｐ２０１０−５３４８７）
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【分割の表示】特願２００７−３３２７００（Ｐ２００７−３３２７００）の分割
【原出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【分割の表示】特願２００７−３３２７００（Ｐ２００７−３３２７００）の分割
【原出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
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