アルミニウム材のフラックスレスろう付方法およびフラックスレスろう付用Ａｌ−Ｓｉ系ろう材ならびにフラックスレスろう付用アルミニウムクラッド材
【課題】様々な形状の接合部においても、接合部に十分なフィレットを形成して良好なろう付け性を得るフラックスレスのろう材を提供する。
【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いるろう付方法であって、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、質量％で、Ｍｇを０．２〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、さらに６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、減圧を伴わない非酸化性雰囲気中で、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材とろう付対象部材とを接触させ、加熱温度５５９〜６２０℃において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によりフラックスレスで接触部において前記芯材と前記ろう付対象部材とを接合する。
【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いるろう付方法であって、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、質量％で、Ｍｇを０．２〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、さらに６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、減圧を伴わない非酸化性雰囲気中で、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材とろう付対象部材とを接触させ、加熱温度５５９〜６２０℃において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によりフラックスレスで接触部において前記芯材と前記ろう付対象部材とを接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム材のフラックスレスろう付方法およびフラックスレスろう付用Ａｌ−Ｓｉ系ろう材ならびにフラックスレスろう付用アルミニウムクラッド材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ろう付方法としてフラックスを用いることなくろう付けを行うフラックスレスろう付方法が知られている。従来のフラックスレスろう付技術では、ろう付け前に材料表面を酸洗浄し酸化膜の厚みを２０Åにする等の特殊な表面処理を施したり、材料に特殊なものを使用したり、特殊なろう付工法などが採用されている。しかしながら、コスト、品質安定性に問題があり本格的な実用化には至っていない。
【０００３】
そこで、特別な前処理を必要とすることなく大気圧下でフラックスレスろう付けを行うことができるろう付方法が提案されている（特許文献１参照）。減圧を伴うことなく非酸化性雰囲気中でろう付けを行う例としては、特許文献１に、ろう材に含有されるＳｉ粒子径を制御してろう材表面に粗大なＳｉ粒子を存在させるものが開示されている。これによれば、該Ｓｉ粒子表面でのアルミニウムの緻密な酸化膜の成長を抑制し、かつ、該Ｓｉ粒子部分からろう材をしみ出させ、この部位を基点にして酸化膜破壊作用が進むため、ろう付け強化が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５４７０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示されるフラックスレスろう付方法においても、接合部形状によってはフィレット（ろう溜まり）形成能が十分ではない等、様々な形状の被ろう付け材（例えば熱交換器）に対して、必ずしもまだ十分な汎用性が得られていない。
【０００６】
本発明では、上記の問題を鑑み、様々な形状の被ろう付け材に対してその接合部に安定したフィレット形成能をもつフラックスレスろう付方法およびフラックスレスろう付用Ａｌ−Ｓｉ系ろう材ならびにフラックスレスろう付用アルミニウムクラッド材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者は、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を適正に添加することで、ろう付時この元素が蒸発し、ろう付阻害要因となる材料表面酸化膜の分断作用を高めることを見出した。また、該元素が蒸発して接合部近傍の気相中に含まれる微量の酸素と反応することで酸素濃度をさらに下げてより良好なろう付け性が得られることも見いだした。
【０００８】
すなわち、本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法のうち第１の本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いるろう付方法であって、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、質量％で、Ｍｇを０．２〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、さらに６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、減圧を伴わない非酸化性雰囲気中で、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材とろう付対象部材とを接触させ、加熱温度５５９〜６２０℃において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によりフラックスレスで接触部において前記芯材と前記ろう付対象部材とを接合することを特徴とする。
【０００９】
第２の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法は、第１の本発明において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．０５％のＣｓを含有することを特徴とする。
【００１０】
第３の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法は、第１または第２の本発明において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．３％のＰおよび０．０１〜０．３％のＳから選択される１種または２種の元素を含有することを特徴とする。
【００１１】
第４の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法は、第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．３％のＫ、０．０１〜０．３％のＮａ、０．０１〜０．０５％のＲｂおよび０．０１〜１％のＳｅから選択される１種または２種以上の元素を含有することを特徴とする。
【００１２】
第５の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付用Ａｌ−Ｓｉ系ろう材は、前記第１〜第４のいずれかの発明の組成を有することを特徴とする。
【００１３】
第６の本発明のフラックスレスろう付用アルミニウムクラッド材は、前記第１〜第４の本発明のいずれかのＡｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて最表面に位置していることを特徴とする。
【００１４】
以下、本発明に規定する条件について説明する。なお、以下における各成分の含有量はいずれも質量％で示されている。
【００１５】
（ろう材）
【００１６】
Ｓｉ：３〜１３％
Ｓｉの含有量は、一般的にろう材として用いられる３〜１３％とする。さらに下限は６％、上限は１２％が好適である。６％未満ではろう付け時の液相量が不足する傾向にあり、１２％を越えると、Ａｌ−Ｓｉ系合金の過共晶Ｓｉ領域となり、アルミニウム板製造時の加工性が悪くなる傾向にある。
【００１７】
Ｍｇ：０．２〜５．０％
Ｍｇは、０．２％未満では本発明の効果であるろう付け時接合面の再酸化防止効果が得られず、５％を越えると効果が飽和し、かつ、アルミニウム材料の加工性に難を生じる。Ｍｇ含有量を最適化してＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材の固相線温度の低下効果を利用すれば、優れたろう付性を発揮できる。この場合のＭｇの最適含有量は、Ｓｉ含有量により変動するが、例えばＳｉ含有量が６〜１２％の場合は、Ｍｇ含有量は０．７５〜１．５％が好ましい。この範囲であれば、ろうの融点低下が十分に得られ、Ｍｇによるゲッター作用との相乗効果により、より良好なろう付性を得ることが可能となる。具体的には、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金で最も低い固相線温度の５５９℃以上でろう付けができるようになる。
【００１８】
（６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素）
ろう材には６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を少なくとも１種含有する。このような元素はろう付け温度である５５９〜６２０℃の範囲においてＭｇと同等以上の蒸気圧を持つことから、ろう付け時にＭｇよりも早い段階から材料の酸化膜破壊作用、再酸化防止作用が得られる。
なお、このような元素を添加することで、ろう付阻害要因となる、材料添加Ｍｇの材料表面における酸化を抑制し、Ｍｇに期待する役割である酸化膜破壊作用を高めることができる。
該元素のうち、上記の酸化膜破壊および再酸化防止効果が最も高いのはＣｓである。Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｓｅ、Ｐ、Ｓにも同様の効果が期待できるが、添加量はＣｓに比較して多いため、使用するろう付け品に求められるコスト等を考慮して適宜選択する。
また、Ｐ、Ｓは気相中でも雰囲気中の酸素を消費し、材料酸化膜の成長を抑制する効果がある。なお、上記の酸素とは非酸化雰囲気中に微量に含まれる酸素を指す。
これら元素の含有量以下に説明する。
【００１９】
Ｃｓ：０．０１〜０．０５％
Ｃｓはろう付時にＭｇと同等以上の蒸気圧をもつことから、ろう付時にＭｇよりも早い段階から材料の酸化膜破壊作用、再酸化防止作用を得るために選択により含有させる。Ｃｓの含有量が０．０１％未満であると材料の酸化膜破壊作用と再酸化防止作用が低下し、安定的な接合状態が得られない。一方０．０５％超えでは材料製造面において、合金化不良、コスト高等を生じ、製造上実用性が損なわれる。そのため、Ｃｓの含有量は０．０１〜０．０５％とする。なお、同様の理由で下限を０．０２％、上限を０．０４％とするのがより好ましい。
【００２０】
Ｐ、Ｓ：０．０１〜０．３％
Ｐ、Ｓはろう付時に大気圧より大きな蒸気圧をもち、材料の酸化膜破壊作用、再酸化防止作用に加えて、気相中でも雰囲気中の酸素を消費し、材料酸化膜の成長を抑制する効果があるため選択により含有させる。Ｐ、Ｓが各々０．０１未満では、材料酸化膜破壊作用と再酸化防止作用が低下し、安定的な接合状態が得られない。一方、各々０．３％超えでは材料製造面において、合金化不良、コストＵＰ等を生じ、製造上実用性が損なわれる。そのため、Ｐ、Ｓは上記範囲で含有させる。なお、同様の理由で下限を０．１％、上限を０．２％とするのがより好ましい。
【００２１】
Ｋ、Ｎａ：０．０１〜０．３％
Ｒｂ ：０．０１〜０．０５％
Ｓｅ ：０．０１〜１％
Ｋ、Ｎａ、ＲｂおよびＳｅはろう付時にＭｇと同等以上の蒸気圧をもつことから、ろう付時にＭｇよりも早い段階から材料の酸化膜破壊作用、再酸化防止作用を得るために選択により含有させる。Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｓｅが各々０．０１％未満では材料の酸化膜破壊作用と再酸化防止作用が低下し、安定的な接合状態が得られない。一方、Ｋ、Ｎａが０．３％超、Ｒｂが０．０５％超、Ｓｅが１％超では合金化不良、コストアップ等を生じ、材料の製造上実用性が損なわれる。そのため、Ｋ、Ｎａ、ＲｂおよびＳｅは上記範囲とする。なお、同様の理由でＫ、Ｎａの下限を０．１％、上限を０．２％、Ｒｂの下限を０．０２％、上限を０．０４％、Ｓｅの下限を０．３％、上限を０．６％とするのがそれぞれより好ましい。
【００２２】
以上のように、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素として上記各元素を説明したが、本発明としてはこれら元素に限定されるものではない。ただし、上記元素は製造面での取り扱い易さ、コスト面から適宜選択されたものであり、ここに挙げていない放射性物質や特段の毒性を示す元素よりも実用面において優位である。
【００２３】
（被ろう付け材の表面粗さ）
本発明によって、接合形態を限定せず様々な被ろう付け材でのフラックスレスろう付が可能となる。熱交換器内の各接合部間などで接合状態のばらつきを少なくするには、接合部の表面粗さを低減することが有効である。表面粗さが低減することで、接合対象材料間の接触面での密着度が増して外部からの酸素供給がされにくくなり、ろう付け昇温過程での材料の酸化抑制力が高まる。ここで言う酸素供給とは、大気雰囲気中での酸素を意味するのではなく、非酸化性雰囲気中に僅かに含まれる酸素によるものを示す。本理由により、前記アルミニウムクラッド材、及び、前記被ろう付け材においては、少なくとも接合部接触部の表面粗さが、０．３μｍ以下であることがより好ましい。
【００２４】
（芯材）
本発明に用いるＡｌ−Ｓｉ系ろう材がクラッドされているアルミニウムクラッド材の芯材組成は、接合を得るにあたって特に限定されるものではないが、フラックスレスろう付けを実現したことにより、高強度化を狙ったＭｇ添加が積極的に行える。
【００２５】
芯材成分として、質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなるものが示される。
また、芯材成分として、質量％で、Ｍｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｆｅ：０．１〜１．０％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるものが示される。
また、芯材成分として、質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、さらにＭｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜１．０％の内１種または２種以上を含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるものが示される。
また、芯材成分として、質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、さらにＭｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜１．０％の内１種または２種以上を含有し、さらにＺｒ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％の内１種または２種以上を含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるものが示される。各元素の限定理由は以下のとおりである。
【００２６】
Ｓｉ：０．１〜１．２％
Ｓｉ単体でマトリックスに固溶して材料強度を向上させる他、本発明においては、Ｍｇの積極添加との相乗効果によって得られるＭｇ２Ｓｉの析出により、材料強度を向上させる。このＭｇ２Ｓｉ析出による硬化は、ろう付け熱処理後の時効析出により、飛躍的な材料強度向上に寄与する。従来のＡ３００３合金等をベースとした合金設計においては、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物として分散して、材料強度を向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を越えると、融点が低下し、芯材が溶融するので、上記範囲が望ましい。なお、Ｓｉ含有量の一層好ましい範囲は０．３〜１．０％である。Ｍｎ等の含有によりＳｉの積極的な含有を要しない場合、０．１％未満のＳｉを不純物として含有することは許容される。
【００２７】
Ｍｇ：０．０１〜２．０％
Ｍｇは、Ｓｉと同時に添加されることでろう付後に微細な金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉとして析出し、時効硬化により著しく強度が向上する効果を有する。また、ろう付加熱中にろう材から拡散してきたＳｉとも反応し、同様の強度効果を有する。さらに一部はろう材中に拡散し、ろう材表面の酸化膜破壊、酸化膜成長抑制作用に寄与する。下限未満では効果不十分であり、上限を超えると融点が低下し、芯材が溶融する。このため、Ｍｇ含有量は上記範囲が望ましい。
【００２８】
Ｍｎ：０．２〜２．５％
Ｍｎは、金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。また、芯材の電位を貴にして耐食性も向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えると、圧延などの加工性が低下する。また、一層の効果は得られない。これら理由によりＭｎ含有量は上記範囲が望ましい。なお、Ｍｎ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．５％である。
【００２９】
Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、固溶してろう付後の強度を向上させると共に、芯材の電位を貴にして耐食性を向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えると、融点が低下し、芯材が溶融する。このため、Ｃｕ含有量は上記範囲が望ましい。なお、Ｃｕ含有量の一層好ましい範囲は０．１〜０．７％である。
【００３０】
Ｆｅ：０．１〜１．０％
Ｆｅは金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。また、最終焼鈍時とろう付時の再結晶を促進する。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えると、腐食速度が速くなりすぎる。また、最終焼鈍後の結晶粒径が細かくなりすぎて成形時に加工の導入されない部分でろうの侵食が著しく大きくなる。これら理由によりＦｅ含有量が上記範囲が望ましい。なお、Ｆｅ含有量の一層好ましい範囲は０．２〜０．５％である。
【００３１】
Ｚｒ、Ｔｉ：０．０１〜０．３％
Ｃｒ ：０．０１〜０．５％
Ｚｒ、ＴｉまたはＣｒは、ろう付後に微細な金属間化合物として分散し、強度を向上させる。下限未満では効果不十分であり、上限を超えると加工性が低下する。このため、これら成分の含有量は上記範囲が望ましい。
【００３２】
Ｂｉ：０．０１〜１．０％
Ｂｉは、材料の再酸化を抑制し、ろう材の濡れ拡がり性を向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えても一層の効果は得られない。このため、Ｂｉの含有量は、上記範囲が望ましい。
【００３３】
（クラッド材）
本発明に使用する上記クラッド材においては、少なくとも片面に上記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材がクラッドされていればよく、適宜、片面と両面クラッド材を使い分けることができる。両面クラッド材では、芯材の両面にろう材がクラッドされているものであってもよく、また片面に上記ろう材がクラッドされ、他の片面に犠牲材等のその他の材料がクラッドさ
れているものであってもよい。
【００３４】
（被ろう付け材の材質）
ろう材以外の被ろう付け材としては、一般的に用いられているアルミニウム合金であれば何れも問題なく使用可能である。
【００３５】
（被ろう付け材の初期酸化膜厚）
本発明の実施に当たっては、特に材料の初期酸化皮膜を抑制するような材料製作は必要としない為、通常、アルミニウムの量産コイル材として作製され得る、初期酸化膜厚２０〜５００Å程度のアルミニウム材料を使用できる。２０Å未満では、従来技術に示したような酸洗浄等が必要となり、５００Åを越えるものはＭｇによる酸化膜破壊作用が十分に得られず、良好な接合状態が得られにくくなる。
【００３６】
（炉内雰囲気）
本発明の実施にあたっては、炉内雰囲気を不活性ガス、或いは還元性ガス等の非酸化性ガスとすることで、雰囲気中の酸素濃度や露点を低下させ、被ろう付け材の再酸化を抑制する必要がある。使用する置換ガスの種類としては、接合を得るにあたり特に限定されるものではないが、コストの観点で、不活性ガスとしては窒素、アルゴン、還元性ガスとしては水素、アンモニア、一酸化炭素を用いることが好適である。雰囲気中の酸素濃度管理範囲としては、２〜１００ｐｐｍがよい。２ｐｐｍ未満の場合は、接合に不具合は生じないが、雰囲気の管理に多量のガスを使用する等、製造コストの増大懸念が生じるためである。１００ｐｐｍ超では被ろう付け材の再酸化が進みやすくなり、特にろう材が表面にないベア構成部材とろう材間の接合が十分に得られない為である。
【００３７】
（ろう付け温度）
本発明においては、ろう材Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金の最も低い固相線温度の５５９℃以上でろう付けができ、当然、従来からのＡｌ−Ｓｉろう材によるろう付け温度範囲も使用可能である。具体的には５５９〜６２０℃が良い。５５９℃未満ではろうの溶融が得られずろう付けが得られない。６２０℃超ではろう侵食が顕著となり、製品形状の維持等に問題が生じるため好ましくない。但し、この温度範囲においても、ろうの合金組成によって固相線温度が低い場合には、ろう侵食が顕著になる場合もあり、その際は、この温度範囲の中で合金組成にあったろう付け温度を選択するのが好ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明のろう材によれば、フラックスレスのろう付けにおいて様々な形状の被ろう付け材において、接合部に十分なフィレットを形成することで良好なろう付け性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）は本発明におけるろう付け評価モデル、（ｂ）は接合部の幅についての評価位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
質量％で、Ｍｇを０．２〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、さらに６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用意する。６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素としては、０．０１〜０．０５％のＣｓ、０．０１〜０．３％のＰおよび０．０１〜０．３％のＳから選択される１種または２種、０．０１〜０．３％のＫ、０．０１〜０．３％のＮａ、０．０１〜０．０５％のＲｂおよび０．０１〜１％のＳｅから選択される１種または２種以上の元素が好適なものとして挙げられる。
【００４１】
上記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材と、芯材とは常法により製造することができ、両者またはこれに犠牲材などの他の材料とを重ねてクラッド圧延する。該クラッド圧延での製造条件は本発明としては特に限定されるものではない。また、各層のクラッド率も本発明としては特定されるものではない。
なお、上記のように芯材の組成は、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有するもの、Ｍｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｆｅ：０．１〜１．０％を含有するもの、あるいはＳｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、さらにＭｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜１．０％の内１種または２種以上を含有し、さらに所望によりＺｒ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｂｉ：０．０１〜１．０％の内１種または２種以上を含有するものなどが望ましい。
【００４２】
また、本発明では前記アルミニウムクラッド材、及び、前記ろう付け対象部材の少なくとも接触部表面の表面粗さを、Ｒａで０．３μｍ以下とするのが望ましい。この表面粗さは、材料の最終圧延時のロール表面粗度に依存し、そのロール表面粗度を、Ｒａで０．４５μｍ以下とすることで得られる。尚、ろう付け接合部がプレス等の熱交換器部材加工表面となる場合には、そのプレス等金型表面粗度を同様に管理することで目的の表面粗度が得られる。なお、ＲａはＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１で定義される算術平均粗さを示している。
【００４３】
常法により得られるアルミニウムクラッド材は、上記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が最表面に位置しており、初期酸化膜厚として２０〜５００Åの酸化皮膜が形成されている。上記アルミニウムクラッド材は、ベアフィン、無垢材コネクタなどのろう付け対象部材と組み付けられて、好適には熱交換器組立体などを構成する。なお、ろう付け対象部材としては種々の組成のアルミニウム材料を用いることができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。
【００４４】
上記組立体は、減圧を伴うことなく非酸化性雰囲気とされた加熱炉内に配置される。該非酸化性雰囲気は、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたは水素、アンモニア、一酸化炭素などの還元性ガス、あるいはこれらの混合ガスを用いて構成することができる。非酸化性雰囲気は、ろう付け加熱時には減圧を伴わず、通常は大気圧とされる。なお、非酸化性雰囲気を得る前に、置換などの目的で減圧工程を含むものであってもよい。加熱炉は密閉した空間を有することを必要とせず、ろう付け材の搬入口、搬出口を有するものであってもよい。このような加熱炉でも、不活性ガスを炉内に吹き出し続けることで非酸化性が維持される。該非酸化性雰囲気としては、酸素濃度として体積比で２〜１００ｐｐｍが望ましい。
上記雰囲気下で５５９〜６２０℃で加熱をしてろう付けを行う。ろう付けにおいては、ろう付け対象部材との接触密着部がフラックスレスで良好に接合される。
なお、上記実施形態でＡｌ−Ｓｉ系ろう材は、クラッド材として用いるものとして説明したが、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材単材でろう付けに用いられるものであってもよい。
【実施例１】
【００４５】
表１〜表２に示す組成（残部Ａｌと不可避不純物）のＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、芯材とをクラッドしたアルミニウムクラッド材として用意した。上記アルミニウムクラッド材は、各種組成ろう材と各種組成芯材とを、ろう材クラッド率を１０％とし、Ｈ１４相当調質の０．２５ｍｍ厚に仕上げた。また、被ろう付け材としてＪＩＳＡ３００３合金、Ｈ１４調質のアルミニウムベア材（０．１ｍｍ厚）のフィン材を用意した。
【００４６】
○ろう付性
本発明の上記アルミニウムクラッド材を用いて幅２０ｍｍの扁平電縫管を製作し、図１（ａ）に示すように、ＪＩＳ Ａ３００３ベア材のコルゲートフィンと組合せてコア形状とした。コアサイズは、チューブ１５段、長さ３００ｍｍのコアである。
コアを窒素雰囲気中（酸素含有量５０ｐｐｍ）のろう付け炉にて、５６０〜６００℃まで加熱し、ろう付け後の接合率を以下式にて求め、ろう付け状態を評価した。
フィン接合率＝（フィンとチューブの総ろう付け長さ／フィンとチューブの総接触長さ）×１００
なお、フィン接合率の判定基準は◎：９５％以上、○：８５％以上、△：８０％以上、×：８０％未満である。その結果を表１〜表２に示した。
【００４７】
○接合部幅評価
ろう付接合状態は上記接合率のみではなく、本発明の目的であるフィレット形成能の向上を確認するため、図１（ｂ）に示したような接合部の幅（フィレット形成幅）を各試料で２０点計測し、その平均値をもって優劣を評価した。その判定は以下の基準で◎：０．６ｍｍ以上 ○：０．３ｍｍ以上、×：０．３ｍｍ未満とした。同様にその結果を表１〜表２に示した。
【００４８】
実施例の何れも良好なろう付性を示したのに対し、比較例では十分な接合が得られなかった。また、実施例では材料高強度化とろう付性との両立が得られたが、比較材では十分な接合は得られなかった。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム材のフラックスレスろう付方法およびフラックスレスろう付用Ａｌ−Ｓｉ系ろう材ならびにフラックスレスろう付用アルミニウムクラッド材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ろう付方法としてフラックスを用いることなくろう付けを行うフラックスレスろう付方法が知られている。従来のフラックスレスろう付技術では、ろう付け前に材料表面を酸洗浄し酸化膜の厚みを２０Åにする等の特殊な表面処理を施したり、材料に特殊なものを使用したり、特殊なろう付工法などが採用されている。しかしながら、コスト、品質安定性に問題があり本格的な実用化には至っていない。
【０００３】
そこで、特別な前処理を必要とすることなく大気圧下でフラックスレスろう付けを行うことができるろう付方法が提案されている（特許文献１参照）。減圧を伴うことなく非酸化性雰囲気中でろう付けを行う例としては、特許文献１に、ろう材に含有されるＳｉ粒子径を制御してろう材表面に粗大なＳｉ粒子を存在させるものが開示されている。これによれば、該Ｓｉ粒子表面でのアルミニウムの緻密な酸化膜の成長を抑制し、かつ、該Ｓｉ粒子部分からろう材をしみ出させ、この部位を基点にして酸化膜破壊作用が進むため、ろう付け強化が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５４７０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示されるフラックスレスろう付方法においても、接合部形状によってはフィレット（ろう溜まり）形成能が十分ではない等、様々な形状の被ろう付け材（例えば熱交換器）に対して、必ずしもまだ十分な汎用性が得られていない。
【０００６】
本発明では、上記の問題を鑑み、様々な形状の被ろう付け材に対してその接合部に安定したフィレット形成能をもつフラックスレスろう付方法およびフラックスレスろう付用Ａｌ−Ｓｉ系ろう材ならびにフラックスレスろう付用アルミニウムクラッド材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者は、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を適正に添加することで、ろう付時この元素が蒸発し、ろう付阻害要因となる材料表面酸化膜の分断作用を高めることを見出した。また、該元素が蒸発して接合部近傍の気相中に含まれる微量の酸素と反応することで酸素濃度をさらに下げてより良好なろう付け性が得られることも見いだした。
【０００８】
すなわち、本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法のうち第１の本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いるろう付方法であって、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、質量％で、Ｍｇを０．２〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、さらに６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、減圧を伴わない非酸化性雰囲気中で、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材とろう付対象部材とを接触させ、加熱温度５５９〜６２０℃において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によりフラックスレスで接触部において前記芯材と前記ろう付対象部材とを接合することを特徴とする。
【０００９】
第２の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法は、第１の本発明において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．０５％のＣｓを含有することを特徴とする。
【００１０】
第３の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法は、第１または第２の本発明において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．３％のＰおよび０．０１〜０．３％のＳから選択される１種または２種の元素を含有することを特徴とする。
【００１１】
第４の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法は、第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．３％のＫ、０．０１〜０．３％のＮａ、０．０１〜０．０５％のＲｂおよび０．０１〜１％のＳｅから選択される１種または２種以上の元素を含有することを特徴とする。
【００１２】
第５の本発明のアルミニウム材のフラックスレスろう付用Ａｌ−Ｓｉ系ろう材は、前記第１〜第４のいずれかの発明の組成を有することを特徴とする。
【００１３】
第６の本発明のフラックスレスろう付用アルミニウムクラッド材は、前記第１〜第４の本発明のいずれかのＡｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて最表面に位置していることを特徴とする。
【００１４】
以下、本発明に規定する条件について説明する。なお、以下における各成分の含有量はいずれも質量％で示されている。
【００１５】
（ろう材）
【００１６】
Ｓｉ：３〜１３％
Ｓｉの含有量は、一般的にろう材として用いられる３〜１３％とする。さらに下限は６％、上限は１２％が好適である。６％未満ではろう付け時の液相量が不足する傾向にあり、１２％を越えると、Ａｌ−Ｓｉ系合金の過共晶Ｓｉ領域となり、アルミニウム板製造時の加工性が悪くなる傾向にある。
【００１７】
Ｍｇ：０．２〜５．０％
Ｍｇは、０．２％未満では本発明の効果であるろう付け時接合面の再酸化防止効果が得られず、５％を越えると効果が飽和し、かつ、アルミニウム材料の加工性に難を生じる。Ｍｇ含有量を最適化してＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材の固相線温度の低下効果を利用すれば、優れたろう付性を発揮できる。この場合のＭｇの最適含有量は、Ｓｉ含有量により変動するが、例えばＳｉ含有量が６〜１２％の場合は、Ｍｇ含有量は０．７５〜１．５％が好ましい。この範囲であれば、ろうの融点低下が十分に得られ、Ｍｇによるゲッター作用との相乗効果により、より良好なろう付性を得ることが可能となる。具体的には、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金で最も低い固相線温度の５５９℃以上でろう付けができるようになる。
【００１８】
（６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素）
ろう材には６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を少なくとも１種含有する。このような元素はろう付け温度である５５９〜６２０℃の範囲においてＭｇと同等以上の蒸気圧を持つことから、ろう付け時にＭｇよりも早い段階から材料の酸化膜破壊作用、再酸化防止作用が得られる。
なお、このような元素を添加することで、ろう付阻害要因となる、材料添加Ｍｇの材料表面における酸化を抑制し、Ｍｇに期待する役割である酸化膜破壊作用を高めることができる。
該元素のうち、上記の酸化膜破壊および再酸化防止効果が最も高いのはＣｓである。Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｓｅ、Ｐ、Ｓにも同様の効果が期待できるが、添加量はＣｓに比較して多いため、使用するろう付け品に求められるコスト等を考慮して適宜選択する。
また、Ｐ、Ｓは気相中でも雰囲気中の酸素を消費し、材料酸化膜の成長を抑制する効果がある。なお、上記の酸素とは非酸化雰囲気中に微量に含まれる酸素を指す。
これら元素の含有量以下に説明する。
【００１９】
Ｃｓ：０．０１〜０．０５％
Ｃｓはろう付時にＭｇと同等以上の蒸気圧をもつことから、ろう付時にＭｇよりも早い段階から材料の酸化膜破壊作用、再酸化防止作用を得るために選択により含有させる。Ｃｓの含有量が０．０１％未満であると材料の酸化膜破壊作用と再酸化防止作用が低下し、安定的な接合状態が得られない。一方０．０５％超えでは材料製造面において、合金化不良、コスト高等を生じ、製造上実用性が損なわれる。そのため、Ｃｓの含有量は０．０１〜０．０５％とする。なお、同様の理由で下限を０．０２％、上限を０．０４％とするのがより好ましい。
【００２０】
Ｐ、Ｓ：０．０１〜０．３％
Ｐ、Ｓはろう付時に大気圧より大きな蒸気圧をもち、材料の酸化膜破壊作用、再酸化防止作用に加えて、気相中でも雰囲気中の酸素を消費し、材料酸化膜の成長を抑制する効果があるため選択により含有させる。Ｐ、Ｓが各々０．０１未満では、材料酸化膜破壊作用と再酸化防止作用が低下し、安定的な接合状態が得られない。一方、各々０．３％超えでは材料製造面において、合金化不良、コストＵＰ等を生じ、製造上実用性が損なわれる。そのため、Ｐ、Ｓは上記範囲で含有させる。なお、同様の理由で下限を０．１％、上限を０．２％とするのがより好ましい。
【００２１】
Ｋ、Ｎａ：０．０１〜０．３％
Ｒｂ ：０．０１〜０．０５％
Ｓｅ ：０．０１〜１％
Ｋ、Ｎａ、ＲｂおよびＳｅはろう付時にＭｇと同等以上の蒸気圧をもつことから、ろう付時にＭｇよりも早い段階から材料の酸化膜破壊作用、再酸化防止作用を得るために選択により含有させる。Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｓｅが各々０．０１％未満では材料の酸化膜破壊作用と再酸化防止作用が低下し、安定的な接合状態が得られない。一方、Ｋ、Ｎａが０．３％超、Ｒｂが０．０５％超、Ｓｅが１％超では合金化不良、コストアップ等を生じ、材料の製造上実用性が損なわれる。そのため、Ｋ、Ｎａ、ＲｂおよびＳｅは上記範囲とする。なお、同様の理由でＫ、Ｎａの下限を０．１％、上限を０．２％、Ｒｂの下限を０．０２％、上限を０．０４％、Ｓｅの下限を０．３％、上限を０．６％とするのがそれぞれより好ましい。
【００２２】
以上のように、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素として上記各元素を説明したが、本発明としてはこれら元素に限定されるものではない。ただし、上記元素は製造面での取り扱い易さ、コスト面から適宜選択されたものであり、ここに挙げていない放射性物質や特段の毒性を示す元素よりも実用面において優位である。
【００２３】
（被ろう付け材の表面粗さ）
本発明によって、接合形態を限定せず様々な被ろう付け材でのフラックスレスろう付が可能となる。熱交換器内の各接合部間などで接合状態のばらつきを少なくするには、接合部の表面粗さを低減することが有効である。表面粗さが低減することで、接合対象材料間の接触面での密着度が増して外部からの酸素供給がされにくくなり、ろう付け昇温過程での材料の酸化抑制力が高まる。ここで言う酸素供給とは、大気雰囲気中での酸素を意味するのではなく、非酸化性雰囲気中に僅かに含まれる酸素によるものを示す。本理由により、前記アルミニウムクラッド材、及び、前記被ろう付け材においては、少なくとも接合部接触部の表面粗さが、０．３μｍ以下であることがより好ましい。
【００２４】
（芯材）
本発明に用いるＡｌ−Ｓｉ系ろう材がクラッドされているアルミニウムクラッド材の芯材組成は、接合を得るにあたって特に限定されるものではないが、フラックスレスろう付けを実現したことにより、高強度化を狙ったＭｇ添加が積極的に行える。
【００２５】
芯材成分として、質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなるものが示される。
また、芯材成分として、質量％で、Ｍｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｆｅ：０．１〜１．０％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるものが示される。
また、芯材成分として、質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、さらにＭｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜１．０％の内１種または２種以上を含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるものが示される。
また、芯材成分として、質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、さらにＭｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜１．０％の内１種または２種以上を含有し、さらにＺｒ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％の内１種または２種以上を含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるものが示される。各元素の限定理由は以下のとおりである。
【００２６】
Ｓｉ：０．１〜１．２％
Ｓｉ単体でマトリックスに固溶して材料強度を向上させる他、本発明においては、Ｍｇの積極添加との相乗効果によって得られるＭｇ２Ｓｉの析出により、材料強度を向上させる。このＭｇ２Ｓｉ析出による硬化は、ろう付け熱処理後の時効析出により、飛躍的な材料強度向上に寄与する。従来のＡ３００３合金等をベースとした合金設計においては、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物として分散して、材料強度を向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を越えると、融点が低下し、芯材が溶融するので、上記範囲が望ましい。なお、Ｓｉ含有量の一層好ましい範囲は０．３〜１．０％である。Ｍｎ等の含有によりＳｉの積極的な含有を要しない場合、０．１％未満のＳｉを不純物として含有することは許容される。
【００２７】
Ｍｇ：０．０１〜２．０％
Ｍｇは、Ｓｉと同時に添加されることでろう付後に微細な金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉとして析出し、時効硬化により著しく強度が向上する効果を有する。また、ろう付加熱中にろう材から拡散してきたＳｉとも反応し、同様の強度効果を有する。さらに一部はろう材中に拡散し、ろう材表面の酸化膜破壊、酸化膜成長抑制作用に寄与する。下限未満では効果不十分であり、上限を超えると融点が低下し、芯材が溶融する。このため、Ｍｇ含有量は上記範囲が望ましい。
【００２８】
Ｍｎ：０．２〜２．５％
Ｍｎは、金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。また、芯材の電位を貴にして耐食性も向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えると、圧延などの加工性が低下する。また、一層の効果は得られない。これら理由によりＭｎ含有量は上記範囲が望ましい。なお、Ｍｎ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．５％である。
【００２９】
Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、固溶してろう付後の強度を向上させると共に、芯材の電位を貴にして耐食性を向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えると、融点が低下し、芯材が溶融する。このため、Ｃｕ含有量は上記範囲が望ましい。なお、Ｃｕ含有量の一層好ましい範囲は０．１〜０．７％である。
【００３０】
Ｆｅ：０．１〜１．０％
Ｆｅは金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。また、最終焼鈍時とろう付時の再結晶を促進する。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えると、腐食速度が速くなりすぎる。また、最終焼鈍後の結晶粒径が細かくなりすぎて成形時に加工の導入されない部分でろうの侵食が著しく大きくなる。これら理由によりＦｅ含有量が上記範囲が望ましい。なお、Ｆｅ含有量の一層好ましい範囲は０．２〜０．５％である。
【００３１】
Ｚｒ、Ｔｉ：０．０１〜０．３％
Ｃｒ ：０．０１〜０．５％
Ｚｒ、ＴｉまたはＣｒは、ろう付後に微細な金属間化合物として分散し、強度を向上させる。下限未満では効果不十分であり、上限を超えると加工性が低下する。このため、これら成分の含有量は上記範囲が望ましい。
【００３２】
Ｂｉ：０．０１〜１．０％
Ｂｉは、材料の再酸化を抑制し、ろう材の濡れ拡がり性を向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えても一層の効果は得られない。このため、Ｂｉの含有量は、上記範囲が望ましい。
【００３３】
（クラッド材）
本発明に使用する上記クラッド材においては、少なくとも片面に上記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材がクラッドされていればよく、適宜、片面と両面クラッド材を使い分けることができる。両面クラッド材では、芯材の両面にろう材がクラッドされているものであってもよく、また片面に上記ろう材がクラッドされ、他の片面に犠牲材等のその他の材料がクラッドさ
れているものであってもよい。
【００３４】
（被ろう付け材の材質）
ろう材以外の被ろう付け材としては、一般的に用いられているアルミニウム合金であれば何れも問題なく使用可能である。
【００３５】
（被ろう付け材の初期酸化膜厚）
本発明の実施に当たっては、特に材料の初期酸化皮膜を抑制するような材料製作は必要としない為、通常、アルミニウムの量産コイル材として作製され得る、初期酸化膜厚２０〜５００Å程度のアルミニウム材料を使用できる。２０Å未満では、従来技術に示したような酸洗浄等が必要となり、５００Åを越えるものはＭｇによる酸化膜破壊作用が十分に得られず、良好な接合状態が得られにくくなる。
【００３６】
（炉内雰囲気）
本発明の実施にあたっては、炉内雰囲気を不活性ガス、或いは還元性ガス等の非酸化性ガスとすることで、雰囲気中の酸素濃度や露点を低下させ、被ろう付け材の再酸化を抑制する必要がある。使用する置換ガスの種類としては、接合を得るにあたり特に限定されるものではないが、コストの観点で、不活性ガスとしては窒素、アルゴン、還元性ガスとしては水素、アンモニア、一酸化炭素を用いることが好適である。雰囲気中の酸素濃度管理範囲としては、２〜１００ｐｐｍがよい。２ｐｐｍ未満の場合は、接合に不具合は生じないが、雰囲気の管理に多量のガスを使用する等、製造コストの増大懸念が生じるためである。１００ｐｐｍ超では被ろう付け材の再酸化が進みやすくなり、特にろう材が表面にないベア構成部材とろう材間の接合が十分に得られない為である。
【００３７】
（ろう付け温度）
本発明においては、ろう材Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金の最も低い固相線温度の５５９℃以上でろう付けができ、当然、従来からのＡｌ−Ｓｉろう材によるろう付け温度範囲も使用可能である。具体的には５５９〜６２０℃が良い。５５９℃未満ではろうの溶融が得られずろう付けが得られない。６２０℃超ではろう侵食が顕著となり、製品形状の維持等に問題が生じるため好ましくない。但し、この温度範囲においても、ろうの合金組成によって固相線温度が低い場合には、ろう侵食が顕著になる場合もあり、その際は、この温度範囲の中で合金組成にあったろう付け温度を選択するのが好ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明のろう材によれば、フラックスレスのろう付けにおいて様々な形状の被ろう付け材において、接合部に十分なフィレットを形成することで良好なろう付け性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）は本発明におけるろう付け評価モデル、（ｂ）は接合部の幅についての評価位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
質量％で、Ｍｇを０．２〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、さらに６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用意する。６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素としては、０．０１〜０．０５％のＣｓ、０．０１〜０．３％のＰおよび０．０１〜０．３％のＳから選択される１種または２種、０．０１〜０．３％のＫ、０．０１〜０．３％のＮａ、０．０１〜０．０５％のＲｂおよび０．０１〜１％のＳｅから選択される１種または２種以上の元素が好適なものとして挙げられる。
【００４１】
上記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材と、芯材とは常法により製造することができ、両者またはこれに犠牲材などの他の材料とを重ねてクラッド圧延する。該クラッド圧延での製造条件は本発明としては特に限定されるものではない。また、各層のクラッド率も本発明としては特定されるものではない。
なお、上記のように芯材の組成は、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有するもの、Ｍｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｆｅ：０．１〜１．０％を含有するもの、あるいはＳｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．０１〜２．０％を含有し、さらにＭｎ：０．２〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜１．０％の内１種または２種以上を含有し、さらに所望によりＺｒ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｂｉ：０．０１〜１．０％の内１種または２種以上を含有するものなどが望ましい。
【００４２】
また、本発明では前記アルミニウムクラッド材、及び、前記ろう付け対象部材の少なくとも接触部表面の表面粗さを、Ｒａで０．３μｍ以下とするのが望ましい。この表面粗さは、材料の最終圧延時のロール表面粗度に依存し、そのロール表面粗度を、Ｒａで０．４５μｍ以下とすることで得られる。尚、ろう付け接合部がプレス等の熱交換器部材加工表面となる場合には、そのプレス等金型表面粗度を同様に管理することで目的の表面粗度が得られる。なお、ＲａはＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１で定義される算術平均粗さを示している。
【００４３】
常法により得られるアルミニウムクラッド材は、上記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が最表面に位置しており、初期酸化膜厚として２０〜５００Åの酸化皮膜が形成されている。上記アルミニウムクラッド材は、ベアフィン、無垢材コネクタなどのろう付け対象部材と組み付けられて、好適には熱交換器組立体などを構成する。なお、ろう付け対象部材としては種々の組成のアルミニウム材料を用いることができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。
【００４４】
上記組立体は、減圧を伴うことなく非酸化性雰囲気とされた加熱炉内に配置される。該非酸化性雰囲気は、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたは水素、アンモニア、一酸化炭素などの還元性ガス、あるいはこれらの混合ガスを用いて構成することができる。非酸化性雰囲気は、ろう付け加熱時には減圧を伴わず、通常は大気圧とされる。なお、非酸化性雰囲気を得る前に、置換などの目的で減圧工程を含むものであってもよい。加熱炉は密閉した空間を有することを必要とせず、ろう付け材の搬入口、搬出口を有するものであってもよい。このような加熱炉でも、不活性ガスを炉内に吹き出し続けることで非酸化性が維持される。該非酸化性雰囲気としては、酸素濃度として体積比で２〜１００ｐｐｍが望ましい。
上記雰囲気下で５５９〜６２０℃で加熱をしてろう付けを行う。ろう付けにおいては、ろう付け対象部材との接触密着部がフラックスレスで良好に接合される。
なお、上記実施形態でＡｌ−Ｓｉ系ろう材は、クラッド材として用いるものとして説明したが、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材単材でろう付けに用いられるものであってもよい。
【実施例１】
【００４５】
表１〜表２に示す組成（残部Ａｌと不可避不純物）のＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、芯材とをクラッドしたアルミニウムクラッド材として用意した。上記アルミニウムクラッド材は、各種組成ろう材と各種組成芯材とを、ろう材クラッド率を１０％とし、Ｈ１４相当調質の０．２５ｍｍ厚に仕上げた。また、被ろう付け材としてＪＩＳＡ３００３合金、Ｈ１４調質のアルミニウムベア材（０．１ｍｍ厚）のフィン材を用意した。
【００４６】
○ろう付性
本発明の上記アルミニウムクラッド材を用いて幅２０ｍｍの扁平電縫管を製作し、図１（ａ）に示すように、ＪＩＳ Ａ３００３ベア材のコルゲートフィンと組合せてコア形状とした。コアサイズは、チューブ１５段、長さ３００ｍｍのコアである。
コアを窒素雰囲気中（酸素含有量５０ｐｐｍ）のろう付け炉にて、５６０〜６００℃まで加熱し、ろう付け後の接合率を以下式にて求め、ろう付け状態を評価した。
フィン接合率＝（フィンとチューブの総ろう付け長さ／フィンとチューブの総接触長さ）×１００
なお、フィン接合率の判定基準は◎：９５％以上、○：８５％以上、△：８０％以上、×：８０％未満である。その結果を表１〜表２に示した。
【００４７】
○接合部幅評価
ろう付接合状態は上記接合率のみではなく、本発明の目的であるフィレット形成能の向上を確認するため、図１（ｂ）に示したような接合部の幅（フィレット形成幅）を各試料で２０点計測し、その平均値をもって優劣を評価した。その判定は以下の基準で◎：０．６ｍｍ以上 ○：０．３ｍｍ以上、×：０．３ｍｍ未満とした。同様にその結果を表１〜表２に示した。
【００４８】
実施例の何れも良好なろう付性を示したのに対し、比較例では十分な接合が得られなかった。また、実施例では材料高強度化とろう付性との両立が得られたが、比較材では十分な接合は得られなかった。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いるろう付方法であって、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、質量％で、Ｍｇを０．２〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、さらに６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、減圧を伴わない非酸化性雰囲気中で、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材とろう付対象部材とを接触させ、加熱温度５５９〜６２０℃において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によりフラックスレスで接触部において前記芯材と前記ろう付対象部材とを接合することを特徴とするアルミニウム材のフラックスレスろう付方法。
【請求項２】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．０５％のＣｓを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材のフラックスレスろう付方法。
【請求項３】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．３％のＰおよび０．０１〜０．３％のＳから選択される１種または２種の元素を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法。
【請求項４】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．３％のＫ、０．０１〜０．３％のＮａ、０．０１〜０．０５％のＲｂおよび０．０１〜１％のＳｅから選択される１種または２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の組成を有することを特徴とするフラックスレスろう付用Ａｌ−Ｓｉ系ろう材。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のＡｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が最表面に位置していることを特徴とするフラックスレスろう付用アルミニウムクラッド材。
【請求項１】
Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いるろう付方法であって、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、質量％で、Ｍｇを０．２〜５．０％、Ｓｉを３〜１３％含有し、さらに６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の元素を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、減圧を伴わない非酸化性雰囲気中で、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材とろう付対象部材とを接触させ、加熱温度５５９〜６２０℃において、前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によりフラックスレスで接触部において前記芯材と前記ろう付対象部材とを接合することを特徴とするアルミニウム材のフラックスレスろう付方法。
【請求項２】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．０５％のＣｓを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材のフラックスレスろう付方法。
【請求項３】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．３％のＰおよび０．０１〜０．３％のＳから選択される１種または２種の元素を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法。
【請求項４】
前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が、６００℃における蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ以上の前記元素として、質量％で０．０１〜０．３％のＫ、０．０１〜０．３％のＮａ、０．０１〜０．０５％のＲｂおよび０．０１〜１％のＳｅから選択される１種または２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム材のフラックスレスろう付方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の組成を有することを特徴とするフラックスレスろう付用Ａｌ−Ｓｉ系ろう材。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のＡｌ−Ｓｉ系ろう材が芯材にクラッドされて前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が最表面に位置していることを特徴とするフラックスレスろう付用アルミニウムクラッド材。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−２４００８９（Ｐ２０１２−２４００８９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３２４８（Ｐ２０１１−１１３２４８）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００１７６７０７）三菱アルミニウム株式会社 (446)
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００１７６７０７）三菱アルミニウム株式会社 (446)
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