JP5945361B1 - ろう材および熱交換器用ブレージングシート - Google Patents
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Abstract
【課題】粗大なＳｉ粒の生成が抑制されたろう材およびこれを用いた熱交換器用ブレージングシートを提供する。【解決手段】ろう材は、Ｓｉ：３．５質量％以上１３．０質量％以下、Ｔｉ：０．００１質量％以上０．０５質量％以下、Ｖ：０．０００５質量％を超えて０．０５質量％以下、Ｂ：０．００１質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなる合金からなり、前記Ｖ含有量（質量％）を前記Ｔｉ含有量（質量％）で割った値であるＶ／Ｔｉ値が０．０５以上５以下であることを特徴とする。【選択図】なし
Description
本発明は、自動車用熱交換器等のろう付接合構造体に用いられる、４０００系アルミニウム合金ろう材、および、そのろう材を含むアルミニウム合金ブレージングシートに関する。
従来から、自動車等の熱交換器の素材として、心材の片面または両面にろう材を配したアルミニウム合金（以下、単に「Ａｌ合金」と称する場合がある）からなるブレージングシート（以下、単に「ブレージングシート」と称する場合がある）が使用されている。例えば、自動車に用いられるインタークーラ、ラジエータ、オイルクーラ、コンデンサ、ヒータコア、エバポレータ等の熱交換器のチューブ、ヘッダプレート、サイドサポート等の各部材に、少なくとも心材の片側に、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材がクラッドされたブレージングシートが使用されている。これらのブレージングシートは、それぞれ所定の形状に成型加工された後、ろう付工程において各部材が接合される。
ここで、アルミニウム合金においては従来、鋳造時の割れ防止、すなわち結晶粒の微細化を目的として、Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ系合金を添加するのが一般的であった。しかしながら、ＴｉやＢを添加すると、粗大なＳｉ粒が生成されやすくなる。また、４０００系アルミニウム合金ろう材の凝固組織は、主としてＡｌ−Ｓｉ共晶とα固溶体からなるが、共晶組織中に最大径が２０μｍを超える粗大なＳｉ粒が晶出する場合がある。粗大なＳｉ粒のＳｉ濃度および寸法は、その後の加工、熱処理では大きく変化しない。そのため、粗大なＳｉ粒が生成されると、ろう付加熱時に粗大なＳｉ粒の周囲で著しく溶融し、溶融穴が生じることが知られている。これに対し、従来は、Ｎａ、Ｓｒ等を添加する共晶Ｓｉの微細化処理等により粗大Ｓｉ粒の生成を抑制していた（特許文献１参照）。しかしながら、この技術では、粗大Ｓｉ粒の生成の抑制は不十分であった。
そこで、特許文献１では、粗大Ｓｉ粒の晶出を防止する、あるいは粗大Ｓｉ粒の成長を抑制することで、ろう付加熱時に溶融穴を発生させないまたは溶融穴の発生を抑制することを可能とする熱交換器用アルミニウムブレージングシートのろう材、およびその製造方法を開示している。
このように、従来においては、粗大なＳｉ粒の生成を抑制するため、種々の技術が用いられている。しかしながら、アルミニウム合金の溶解および鋳造時において、粗大なＳｉ粒の生成のさらなる抑制を実現する技術の開発が望まれている。
本発明は、前記課題を解決するものであり、粗大なＳｉ粒の生成が抑制されたろう材およびこれを用いた熱交換器用ブレージングシートを提供することを課題とする。
本発明者らは、Ｓｉ：３．５質量％以上１３．０質量％以下を含む４０００系ろう材において、Ｔｉ：０．００１質量％以上０．０５質量％以下、Ｖ：０．０００５質量％を超えて０．０５質量％以下、Ｂ：０．００１質量％以下とし、前記Ｖ含有量（質量％）を前記Ｔｉ含有量（質量％）で割った値であるＶ／Ｔｉ値を０．０５以上５以下とすることで粗大なＳｉ粒の生成が抑制されることを見出した。
すなわち、本発明に係るろう材は、Ｓｉ：３．５質量％以上１３．０質量％以下、Ｔｉ：０．００１質量％以上０．０５質量％以下、Ｖ：０．０００５質量％を超えて０．０５質量％以下、Ｂ：０．００１質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなる合金からなり、前記Ｖ含有量（質量％）を前記Ｔｉ含有量（質量％）で割った値であるＶ／Ｔｉ値が０．０５以上５以下であることを特徴とする。
このような構成によれば、アルミニウム合金の溶解および鋳造時において粗大なＳｉ粒の生成が抑制され、粗大なＳｉ粒の生成が抑制されたろう材となる。
また、本発明に係るろう材は、さらに、Ｎａ：０．０００１質量％以上０．０１質量％以下、Ｓｒ：０．００１質量％以上０．０５質量％以下のうち１種以上を含有することが好ましい。
このような構成によれば、ろう材は、共晶Ｓｉが微細化されたものとなる。
このような構成によれば、ろう材は、共晶Ｓｉが微細化されたものとなる。
また、本発明に係るろう材は、さらに、Ｚｎ：０．０１質量％以上６．０質量％以下を含有することが好ましい。
このような構成によれば、ろう材は、ろう材面側の耐食性が向上したものとなる。
このような構成によれば、ろう材は、ろう材面側の耐食性が向上したものとなる。
また、本発明に係るろう材は、さらに、Ｍｎ：０．０１質量％以上１．２質量％以下、Ｆｅ：０．３質量％以上１．２質量％以下のうち１種以上を含有することが好ましい。
このような構成によれば、ろう材は、ろう材面側の耐食性が向上したものとなる。
このような構成によれば、ろう材は、ろう材面側の耐食性が向上したものとなる。
また、本発明に係る熱交換器用ブレージングシート（以下、適宜、ブレージングシートという）は、心材の少なくとも片面に前記記載のろう材がクラッドされたものであることを特徴とする。
このような構成によれば、ブレージングシートは、ろう付加熱時において溶融穴の発生が抑制される。
このような構成によれば、ブレージングシートは、ろう付加熱時において溶融穴の発生が抑制される。
本発明のろう材は、粗大なＳｉ粒の生成が抑制されているため、ろう付加熱時において溶融穴の発生が抑制される。
本発明の熱交換器用ブレージングシートは、ろう付加熱時において溶融穴の発生が抑制される。
本発明の熱交換器用ブレージングシートは、ろう付加熱時において溶融穴の発生が抑制される。
以下、本発明に係るろう材および熱交換器用ブレージングシートについて具体的に説明する。
≪ろう材≫
本発明に係るろう材は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｂを所定量含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなる合金からなり、また、Ｖ／Ｔｉ値を規定したものである。
また、ろう材は、前記成分に加え、任意成分としてＮａ、Ｓｒのうち１種以上を所定量含有してもよい。さらに、任意成分としてＺｎを所定量含有してもよく、さらに、任意成分としてＭｎ、Ｆｅのうち１種以上を所定量含有してもよい。
以下、各成分の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量は、ろう材全体についての含有量である。
≪ろう材≫
本発明に係るろう材は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｂを所定量含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなる合金からなり、また、Ｖ／Ｔｉ値を規定したものである。
また、ろう材は、前記成分に加え、任意成分としてＮａ、Ｓｒのうち１種以上を所定量含有してもよい。さらに、任意成分としてＺｎを所定量含有してもよく、さらに、任意成分としてＭｎ、Ｆｅのうち１種以上を所定量含有してもよい。
以下、各成分の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量は、ろう材全体についての含有量である。
（Ｓｉ：３．５質量％以上１３．０質量％以下）
Ｓｉ含有量が３．５質量％未満であれば、ろう付接合に必要なろうの量が不足し、ろう付不良が生じる。一方、Ｓｉ含有量が１３．０質量％を超えると、初晶Ｓｉが生成し、粗大に成長する。したがって、Ｓｉ含有量は、３．５質量％以上１３．０質量％以下とする。Ｓｉ含有量は、ろう付けをより良好にする観点から、好ましくは４．０質量％以上、より好ましくは６．０質量％以上である。また、初晶Ｓｉの生成をより抑制する観点から、好ましくは１２．５質量％以下、より好ましくは１２．０質量％以下である。
Ｓｉ含有量が３．５質量％未満であれば、ろう付接合に必要なろうの量が不足し、ろう付不良が生じる。一方、Ｓｉ含有量が１３．０質量％を超えると、初晶Ｓｉが生成し、粗大に成長する。したがって、Ｓｉ含有量は、３．５質量％以上１３．０質量％以下とする。Ｓｉ含有量は、ろう付けをより良好にする観点から、好ましくは４．０質量％以上、より好ましくは６．０質量％以上である。また、初晶Ｓｉの生成をより抑制する観点から、好ましくは１２．５質量％以下、より好ましくは１２．０質量％以下である。
（Ｔｉ：０．００１質量％以上０．０５質量％以下）
Ｔｉ含有量は、鋳造割れ防止のため、０．００１質量％以上とする。一方、Ｔｉ含有量が０．０５質量％を超えると、粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなる。このメカニズムはまだ明確にはなっていないが、Ｔｉ含有量が０．０５質量％を超えると、ＴｉＢ２の生成量が過剰となりＴｉＢ２がＳｉ晶の核生成サイトとして働くために粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなると考えられる。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１質量％以上０．０５質量％以下とする。Ｔｉ含有量は、鋳造割れ防止の効果をより高める観点から、好ましくは０．００５質量％以上、より好ましくは０．０１質量％以上である。また、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは０．０４質量％以下、より好ましくは０．０２質量％以下である。
Ｔｉ含有量は、鋳造割れ防止のため、０．００１質量％以上とする。一方、Ｔｉ含有量が０．０５質量％を超えると、粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなる。このメカニズムはまだ明確にはなっていないが、Ｔｉ含有量が０．０５質量％を超えると、ＴｉＢ２の生成量が過剰となりＴｉＢ２がＳｉ晶の核生成サイトとして働くために粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなると考えられる。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１質量％以上０．０５質量％以下とする。Ｔｉ含有量は、鋳造割れ防止の効果をより高める観点から、好ましくは０．００５質量％以上、より好ましくは０．０１質量％以上である。また、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは０．０４質量％以下、より好ましくは０．０２質量％以下である。
（Ｖ：０．０００５質量％を超えて０．０５質量％以下）
メカニズムは明らかではないが、ＶがＴｉＢ２中に含まれることで、ＴｉＢ２がＳｉ晶の核生成サイトとして作用しなくなるため粗大Ｓｉ晶の生成が抑制される。Ｖ含有量が０．０００５質量％以下であれば、ＴｉＢ２に含まれるＶ量が僅かとなり、ＴｉＢ２が粗大Ｓｉ晶の核生成サイトとして働くために粗大Ｓｉ晶が生成されやすい。一方、Ｖ含有量が０．０５質量％を超えると、Ａｌ−Ｖ系化合物、Ａｌ−Ｔｉ−Ｖ（−Ｂ）系化合物等が生成され、これがＳｉ晶の核生成サイトとして働くため、粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなる。したがって、Ｖ含有量は０．０００５質量％を超えて０．０５質量％以下とする。Ｖ含有量は、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは０．００５質量％以上、より好ましくは０．０１質量％超である。また、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは０．０４質量％以下、より好ましくは０．０３質量％以下である。
メカニズムは明らかではないが、ＶがＴｉＢ２中に含まれることで、ＴｉＢ２がＳｉ晶の核生成サイトとして作用しなくなるため粗大Ｓｉ晶の生成が抑制される。Ｖ含有量が０．０００５質量％以下であれば、ＴｉＢ２に含まれるＶ量が僅かとなり、ＴｉＢ２が粗大Ｓｉ晶の核生成サイトとして働くために粗大Ｓｉ晶が生成されやすい。一方、Ｖ含有量が０．０５質量％を超えると、Ａｌ−Ｖ系化合物、Ａｌ−Ｔｉ−Ｖ（−Ｂ）系化合物等が生成され、これがＳｉ晶の核生成サイトとして働くため、粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなる。したがって、Ｖ含有量は０．０００５質量％を超えて０．０５質量％以下とする。Ｖ含有量は、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは０．００５質量％以上、より好ましくは０．０１質量％超である。また、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは０．０４質量％以下、より好ましくは０．０３質量％以下である。
（Ｂ：０．００１質量％以下（０質量％を含まない））
Ｂは、その含有量が０．００１質量％を超えると、粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなる。このメカニズムはまだ明確にはなっていないが、Ｂ含有量が０．００１質量％を超えると、ＴｉＢ２の生成量が過剰となりＴｉＢ２がＳｉ晶の核生成サイトとして働くために粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなると考えられる。したがって、Ｂ含有量は０．００１質量％以下とする。Ｂ含有量は、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは０．０００８質量％以下、より好ましくは０．０００５質量％以下である。一方、Ｂ含有量の下限値は、鋳造割れ防止の効果をより高める観点から、好ましくは０．００００１質量％である。
Ｂは、その含有量が０．００１質量％を超えると、粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなる。このメカニズムはまだ明確にはなっていないが、Ｂ含有量が０．００１質量％を超えると、ＴｉＢ２の生成量が過剰となりＴｉＢ２がＳｉ晶の核生成サイトとして働くために粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなると考えられる。したがって、Ｂ含有量は０．００１質量％以下とする。Ｂ含有量は、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは０．０００８質量％以下、より好ましくは０．０００５質量％以下である。一方、Ｂ含有量の下限値は、鋳造割れ防止の効果をより高める観点から、好ましくは０．００００１質量％である。
（Ｎａ：０．０００１質量％以上０．０１質量％以下）
ろう材にＮａを添加することで、共晶Ｓｉが微細化される。Ｎａ含有量が０．０００１質量％未満であれば、その効果が十分に得られない。一方、Ｎａ含有量が０．０１質量％を超えると、ろうの流動性が低下し、ろう付加熱時にフィレットの形成が不十分となりやすい。したがって、Ｎａを添加する場合には、Ｎａ含有量は０．０００１質量％以上０．０１質量％以下とする。Ｎａは共晶Ｓｉを微細化させる観点から、好ましくは０．０００３質量％以上、より好ましくは０．０００５質量％以上である。また、ろうの流動性の低下を抑制する観点から、好ましくは０．００８質量％以下、より好ましくは０．００５質量％以下である。
ろう材にＮａを添加することで、共晶Ｓｉが微細化される。Ｎａ含有量が０．０００１質量％未満であれば、その効果が十分に得られない。一方、Ｎａ含有量が０．０１質量％を超えると、ろうの流動性が低下し、ろう付加熱時にフィレットの形成が不十分となりやすい。したがって、Ｎａを添加する場合には、Ｎａ含有量は０．０００１質量％以上０．０１質量％以下とする。Ｎａは共晶Ｓｉを微細化させる観点から、好ましくは０．０００３質量％以上、より好ましくは０．０００５質量％以上である。また、ろうの流動性の低下を抑制する観点から、好ましくは０．００８質量％以下、より好ましくは０．００５質量％以下である。
（Ｓｒ：０．００１質量％以上０．０５質量％以下）
ろう材にＳｒを添加することで、共晶Ｓｉが微細化される。Ｓｒ含有量が０．００１質量％未満であれば、その効果が十分に得られない。一方、Ｓｒ含有量が０．０５質量％を超えると、ろうの流動性が低下し、ろう付加熱時にフィレットの形成が不十分となりやすい。したがって、Ｓｒを添加する場合には、Ｓｒ含有量は０．００１質量％以上０．０５質量％以下とする。Ｓｒは共晶Ｓｉを微細化させる観点から、好ましくは０．００２質量％以上、より好ましくは０．００３質量％以上である。また、ろうの流動性の低下を抑制する観点から、好ましくは０．０４７質量％以下、より好ましくは０．０４５質量％以下である。
ろう材にＳｒを添加することで、共晶Ｓｉが微細化される。Ｓｒ含有量が０．００１質量％未満であれば、その効果が十分に得られない。一方、Ｓｒ含有量が０．０５質量％を超えると、ろうの流動性が低下し、ろう付加熱時にフィレットの形成が不十分となりやすい。したがって、Ｓｒを添加する場合には、Ｓｒ含有量は０．００１質量％以上０．０５質量％以下とする。Ｓｒは共晶Ｓｉを微細化させる観点から、好ましくは０．００２質量％以上、より好ましくは０．００３質量％以上である。また、ろうの流動性の低下を抑制する観点から、好ましくは０．０４７質量％以下、より好ましくは０．０４５質量％以下である。
（Ｚｎ：０．０１質量％以上６．０質量％以下）
ろう材面側の耐食性を高めるために、Ｚｎを添加してもよい。Ｚｎ含有量が０．０１質量％未満であれば、良好な耐食性が得られない。一方、Ｚｎ含有量が６．０質量％を超えると、ろう材表面でＺｎが過剰に濃化し自己消耗速度を高めるため耐食性が低下する。したがって、Ｚｎを添加する場合には、Ｚｎ含有量は０．０１質量％以上６．０質量％以下とする。Ｚｎ含有量は、自己消耗速度を低減させる観点から、好ましくは５．５質量％以下、より好ましくは５．０質量％以下である。
ろう材面側の耐食性を高めるために、Ｚｎを添加してもよい。Ｚｎ含有量が０．０１質量％未満であれば、良好な耐食性が得られない。一方、Ｚｎ含有量が６．０質量％を超えると、ろう材表面でＺｎが過剰に濃化し自己消耗速度を高めるため耐食性が低下する。したがって、Ｚｎを添加する場合には、Ｚｎ含有量は０．０１質量％以上６．０質量％以下とする。Ｚｎ含有量は、自己消耗速度を低減させる観点から、好ましくは５．５質量％以下、より好ましくは５．０質量％以下である。
（Ｍｎ：０．０１質量％以上１．２質量％以下）
ろう材面側の耐食性を高めるために、Ｍｎを添加してもよい。Ｍｎ添加により、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物等が形成され、その周囲で腐食が進行する。そのため、腐食が分散され、耐食性が向上する。Ｍｎ含有量が０．０１質量％未満であれば、良好な耐食性が得られない。一方、Ｍｎ含有量が１．２質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物等が形成しやすくなり、加工性が低下する。したがって、Ｍｎを添加する場合には、Ｍｎ含有量は０．０１質量％以上１．２質量％以下とする。Ｍｎ含有量は、加工性を向上させる観点から、好ましくは１．１質量％以下、より好ましくは１．０質量％以下である。
ろう材面側の耐食性を高めるために、Ｍｎを添加してもよい。Ｍｎ添加により、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物等が形成され、その周囲で腐食が進行する。そのため、腐食が分散され、耐食性が向上する。Ｍｎ含有量が０．０１質量％未満であれば、良好な耐食性が得られない。一方、Ｍｎ含有量が１．２質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物等が形成しやすくなり、加工性が低下する。したがって、Ｍｎを添加する場合には、Ｍｎ含有量は０．０１質量％以上１．２質量％以下とする。Ｍｎ含有量は、加工性を向上させる観点から、好ましくは１．１質量％以下、より好ましくは１．０質量％以下である。
（Ｆｅ：０．３質量％以上１．２質量％以下）
ろう材面側の耐食性を高めるために、Ｆｅを添加してもよい。Ｆｅ添加により、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物等が形成され、その周囲で腐食が進行する。そのため、腐食が分散され、耐食性が向上する。Ｆｅ含有量が０．３質量％未満であれば、良好な耐食性が得られない。一方、Ｆｅ含有量が１．２質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物等が形成しやすくなり、加工性が低下する。したがって、Ｆｅを添加する場合には、Ｆｅ含有量は０．３質量％以上１．２質量％以下とする。Ｆｅ含有量は、耐食性の向上効果をより高める観点から、好ましくは０．３５質量％以上、より好ましくは０．４質量％以上である。また、加工性を向上させる観点から、好ましくは１．１質量％以下、より好ましくは１．０質量％以下である。
ろう材面側の耐食性を高めるために、Ｆｅを添加してもよい。Ｆｅ添加により、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物等が形成され、その周囲で腐食が進行する。そのため、腐食が分散され、耐食性が向上する。Ｆｅ含有量が０．３質量％未満であれば、良好な耐食性が得られない。一方、Ｆｅ含有量が１．２質量％を超えると、鋳造時に粗大なＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物等が形成しやすくなり、加工性が低下する。したがって、Ｆｅを添加する場合には、Ｆｅ含有量は０．３質量％以上１．２質量％以下とする。Ｆｅ含有量は、耐食性の向上効果をより高める観点から、好ましくは０．３５質量％以上、より好ましくは０．４質量％以上である。また、加工性を向上させる観点から、好ましくは１．１質量％以下、より好ましくは１．０質量％以下である。
（残部：Ａｌと不可避的不純物）
ろう材の残部はＡｌと不可避的不純物である。ろう材には、不可避的不純物として、Ｆｅ：０．３質量％未満、Ｍｎ：０．０１質量％未満、Ｚｎ：０．０１質量％未満、Ｃｕ：０．０５質量％未満、Ｐ：０．００５質量％未満等を含んでもよい。
ろう材の残部はＡｌと不可避的不純物である。ろう材には、不可避的不純物として、Ｆｅ：０．３質量％未満、Ｍｎ：０．０１質量％未満、Ｚｎ：０．０１質量％未満、Ｃｕ：０．０５質量％未満、Ｐ：０．００５質量％未満等を含んでもよい。
（Ｖ／Ｔｉ値：０．０５以上５以下）
Ｖ／Ｔｉ値が０．０５未満であれば、Ｖを含まないＴｉＢ２が生成されやすくなり、これがＳｉ晶の核生成サイトとして働くため、粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなる。一方、Ｖ／Ｔｉ値が５を超えると、Ａｌ−Ｖ系化合物等が生成されやすくなり、これがＳｉ晶の核生成サイトとして働くため、粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなる。したがって、Ｖ／Ｔｉ値は０．０５以上５以下とする。Ｖ／Ｔｉ値は、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは０．２以上であり、より好ましくは０．７以上である。また、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは４以下であり、より好ましくは３．５以下である。
Ｖ／Ｔｉ値が０．０５未満であれば、Ｖを含まないＴｉＢ２が生成されやすくなり、これがＳｉ晶の核生成サイトとして働くため、粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなる。一方、Ｖ／Ｔｉ値が５を超えると、Ａｌ−Ｖ系化合物等が生成されやすくなり、これがＳｉ晶の核生成サイトとして働くため、粗大Ｓｉ晶が生成されやすくなる。したがって、Ｖ／Ｔｉ値は０．０５以上５以下とする。Ｖ／Ｔｉ値は、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは０．２以上であり、より好ましくは０．７以上である。また、粗大Ｓｉ晶の生成をより抑制する観点から、好ましくは４以下であり、より好ましくは３．５以下である。
前記した本発明のろう材は、粗大なＳｉ粒の生成が抑制されたものとなる。ここで、本願において粗大なＳｉ粒とは、円相当直径で２０μｍ以上のものをいう。例えば、以下の方法でＳｉ粒を測定した場合に、最も粗大なＳｉ粒が円相当直径で２０μｍ未満であれば、組織中に含まれる粗大なＳｉ粒の量が抑制されているものと言える。
［最大Ｓｉ粒径の測定方法］
図１、２に示すように、鋳塊１の鋳造方向Ｘの中心部（鋳造方向Ｘの長さの半分の部位）を、鋳造方向Ｘと直交する方向において垂直に輪切りにし、断面Ｓの中央部５０ｍｍ（厚さ方向（垂直方向））×７０ｍｍ（幅方向（鋳造方向Ｘと直交する方向））の領域Ａを湿式研磨により鏡面に仕上げた後、光学顕微鏡等により、例えば１００倍で、領域Ａの全域についてＳｉ粒の分布状態を調査する。具体的には、光学顕微鏡等で全域を写真撮影し、二値化処理した画像から解析ソフトによりＳｉ粒の円相当直径を求め大きさを判別する。なお、図１、２は記載内容を分かりやすくするため、模式的に図示したものであり、各図面が示す部材や領域の大きさ等は誇張していることがある。
図１、２に示すように、鋳塊１の鋳造方向Ｘの中心部（鋳造方向Ｘの長さの半分の部位）を、鋳造方向Ｘと直交する方向において垂直に輪切りにし、断面Ｓの中央部５０ｍｍ（厚さ方向（垂直方向））×７０ｍｍ（幅方向（鋳造方向Ｘと直交する方向））の領域Ａを湿式研磨により鏡面に仕上げた後、光学顕微鏡等により、例えば１００倍で、領域Ａの全域についてＳｉ粒の分布状態を調査する。具体的には、光学顕微鏡等で全域を写真撮影し、二値化処理した画像から解析ソフトによりＳｉ粒の円相当直径を求め大きさを判別する。なお、図１、２は記載内容を分かりやすくするため、模式的に図示したものであり、各図面が示す部材や領域の大きさ等は誇張していることがある。
≪ブレージングシート≫
本発明に係るブレージングシートは、心材の少なくとも片面に前記記載のろう材がクラッドされたものである。
ブレージングシートとしては、例えば、心材の一面側にろう材、他面側に犠牲材を形成した３層のブレージングシートや、心材の両面側にろう材を形成した３層のブレージングシートを挙げることができる。その他、心材とろう材との間や、心材と犠牲材との間に中間材を形成した４層あるいは５層のブレージングシートとしてもよい。さらに、犠牲材、ろう材、中間材の層数を増やした６層以上のブレージングシートであってもよい。
本発明に係るブレージングシートは、心材の少なくとも片面に前記記載のろう材がクラッドされたものである。
ブレージングシートとしては、例えば、心材の一面側にろう材、他面側に犠牲材を形成した３層のブレージングシートや、心材の両面側にろう材を形成した３層のブレージングシートを挙げることができる。その他、心材とろう材との間や、心材と犠牲材との間に中間材を形成した４層あるいは５層のブレージングシートとしてもよい。さらに、犠牲材、ろう材、中間材の層数を増やした６層以上のブレージングシートであってもよい。
本発明のブレージングシートに使用する心材としては特に規定されるものではなく、従来公知のものを使用すればよい。ブレージングシートの心材に用いられるアルミニウム合金としては、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系アルミニウム合金のいずれであっても使用することができる。これらのアルミニウム合金であれば、自動車用熱交換器等の用途に使用されるアルミニウム合金ブレージングシートとして、物性の面で十分に使用し得るものである。
具体的には、例えば、Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％、Ｃｕ：０．５０〜１．２０質量％、Ｍｎ：０．５０〜２．００質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物であるアルミニウム合金を用いることができる。また、必要に応じて、さらに、Ｔｉ：０．０５〜０．２５質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．２５質量％、Ｍｇ：０．０５〜０．５０質量％から選択される少なくとも１種類を含有したアルミニウム合金を用いることができる。
本発明のブレージングシートに使用する犠牲材としては特に規定されるものではなく、従来公知のものを使用すればよい。ブレージングシートの犠牲材に用いられるアルミニウム合金としては、例えば、Ｚｎを含む７０００系アルミニウム合金を使用することができる。さらに、ＳｉやＭｎ等を含有していてもよい。例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｚｎ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ系合金等を用いることができる。
具体的には、例えば、Ｓｉ：０．２０質量％を超え０．８０質量％以下、Ｚｎ：２．００質量％を超え５．００質量％以下、Ｍｇ：１．００〜４．５０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物であるアルミニウム合金を用いることができる。
本発明のブレージングシートに使用する中間材としては特に規定されるものではなく、従来公知のものを使用すればよい。ブレージングシートの中間材に用いられるアルミニウム合金としては、例えば、純ＡｌやＪＩＳ３００３の他、強度向上およびろう材との電位差確保のために、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｔｉ等を添加したアルミニウム合金を好適に用いることができる。
≪ブレージングシートの製造方法≫
次に、本発明のブレージングシートの製造方法について説明する。本発明のブレージングシートは、代表的な製造方法の例として、以下の製造方法によって製造することができる。ここでは、心材の一面側にろう材、他面側に犠牲材を形成した３層のブレージングシートの製造方法について説明する。
次に、本発明のブレージングシートの製造方法について説明する。本発明のブレージングシートは、代表的な製造方法の例として、以下の製造方法によって製造することができる。ここでは、心材の一面側にろう材、他面側に犠牲材を形成した３層のブレージングシートの製造方法について説明する。
まず、心材用アルミニウム合金、犠牲材用アルミニウム合金およびろう材用アルミニウム合金を連続鋳造法によって、溶解、鋳造して鋳塊を製造する。この鋳塊に面削（表面平滑化処理）および均質化熱処理を行うことによって、心材用鋳塊（心材用部材）、犠牲材用鋳塊、ろう材用鋳塊を製造する。その後、犠牲材用鋳塊およびろう材用鋳塊は、それぞれ所定厚さに熱間圧延して、犠牲材用部材、ろう材用部材とする。ろう材用鋳塊については、鋳造時における鋳塊中央部での冷却速度は、５７７℃から６００℃までの温度範囲では０．０１℃／秒以上とすることが好ましい。
次に、心材用部材の一面側にろう材用部材、他面側に犠牲材用部材を重ね合わせ、この重ね合わせ材に熱処理（再加熱）を行った後、熱間圧延によって圧着して板材とする。その後、これらの板材は、冷間圧延、必要に応じて中間焼鈍を行い、さらに仕上げ冷間圧延を行う。なお、仕上げ冷間圧延の後に最終焼鈍を行ってもよく、また、中間焼鈍および仕上げ冷間圧延を行わずに、冷間圧延の後に最終焼鈍を行ってもよい。
また、心材用鋳塊には均質化処理を行なわなくてもよい。ろう材用鋳塊および犠牲材用鋳塊には、熱間圧延を行なわず、面削により厚さを調整してそれぞれ、ろう材用部材、犠牲材用部材としてもよい。また、重ね合わせ材に熱処理を行なわなくてもよい。
また、心材用鋳塊には均質化処理を行なわなくてもよい。ろう材用鋳塊および犠牲材用鋳塊には、熱間圧延を行なわず、面削により厚さを調整してそれぞれ、ろう材用部材、犠牲材用部材としてもよい。また、重ね合わせ材に熱処理を行なわなくてもよい。
上記した各材料の鋳造、均質化熱処理、再加熱、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、仕上げ冷間圧延、最終焼鈍の条件は、公知の常法に従って行うことができる。
なお、心材用部材、犠牲材用部材、およびろう材用部材は、ブレージングシートになる前のものであるため、ここでは、心材用部材、犠牲材用部材、およびろう材用部材としている。ただし、これらを心材、犠牲材、およびろう材と呼称してもよく、本発明では、ろう材用部材をろう材と呼称している。
本発明のろう材、そしてそれを用いたブレージングシートは、例えば、自動車に用いられるインタークーラ、ラジエータ、オイルクーラ、コンデンサ、ヒータコア、エバポレータ等の熱交換器のチューブ、ヘッダプレート、サイドサポート等の各用途に広く用いられ得るものである。
このような用途に使用するためには、一般に、ろう材を有するブレージングシートを用いて、ろう付接合構造体に加工することが必要である。
ろう付接合構造体の製造方法として、以下にその一例を説明する。例えば、自動車に搭載されるコンデンサ、エバポレータ、インタークーラ等の熱交換器であれば、一般に、本発明のブレージングシートを用いて、流体通路を構成する偏平管状のチューブと板材をコルゲート成形したフィンとを交互に繰り返し重ねて組み合わせ、流体通路を集結させるように、板材をプレス成形したプレート（ヘッダ）にチューブを嵌合させて、組み立てた構造体とする。
ろう付接合構造体の製造方法として、以下にその一例を説明する。例えば、自動車に搭載されるコンデンサ、エバポレータ、インタークーラ等の熱交換器であれば、一般に、本発明のブレージングシートを用いて、流体通路を構成する偏平管状のチューブと板材をコルゲート成形したフィンとを交互に繰り返し重ねて組み合わせ、流体通路を集結させるように、板材をプレス成形したプレート（ヘッダ）にチューブを嵌合させて、組み立てた構造体とする。
これらの部品が組み立てられた状態で、ろう付加熱されることによって、チューブとフィン、チューブとプレートがそれぞれ接合されて、熱交換器が製造される。ろう付加熱により溶融したろう材（溶融ろう）が部品間の接続部位に充填されてろう溜り（フィレット）を形成することとなり、構造体を構成する部品同士が接合される。
これらのチューブ、プレートおよびフィンの少なくともいずれか一つに、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本発明のろう材をクラッドしたブレージングシートを適用することができる。
これらのチューブ、プレートおよびフィンの少なくともいずれか一つに、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本発明のろう材をクラッドしたブレージングシートを適用することができる。
次に、本発明のろう材およびブレージングシートについて、本発明の要件を満たす実施例と、本発明の要件を満たさない比較例と、を対比させて具体的に説明する。
表１に示す元素を含む、ろう材（場合によっては耐食性も付与したろう材）を想定したＡｌ−Ｓｉ系合金をＤＣ鋳造により溶解、鋳造して鋳塊を作製した。この鋳塊について、最大Ｓｉ粒径を測定した。なお、鋳塊のサイズは、厚さ１５０ｍｍ×幅３５０ｍｍ×長さ１０００ｍｍとした。鋳造時におけるこの鋳塊中央部での冷却速度は、５７７℃から６００℃までの温度範囲では約０．５℃／秒であった。
［最大Ｓｉ粒径の測定方法］
鋳塊の鋳造方向の中心部（鋳造方向の長さの半分の部位）を、鋳造方向と直交する方向において垂直に輪切りにし、断面の中央部５０ｍｍ（厚さ方向）×７０ｍｍ（幅方向）の領域を湿式研磨により鏡面に仕上げた後、光学顕微鏡により、１００倍で、前記領域の全域についてＳｉ粒の分布状態を調査した。具体的には、光学顕微鏡で全域を写真撮影し、二値化処理した画像から解析ソフト（Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ ＰＬＵＳ、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製、バージョン．６．０）によりＳｉ粒の円相当直径を求め大きさを判別した。最も粗大なＳｉ粒が円相当直径で１０μｍ未満を◎、１０μｍ以上１５μｍ未満を○、１５μｍ以上２０μｍ未満を△、２０μｍ以上を×とし評価した。そして、◎、○、△のものを合格とした。
鋳塊の鋳造方向の中心部（鋳造方向の長さの半分の部位）を、鋳造方向と直交する方向において垂直に輪切りにし、断面の中央部５０ｍｍ（厚さ方向）×７０ｍｍ（幅方向）の領域を湿式研磨により鏡面に仕上げた後、光学顕微鏡により、１００倍で、前記領域の全域についてＳｉ粒の分布状態を調査した。具体的には、光学顕微鏡で全域を写真撮影し、二値化処理した画像から解析ソフト（Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ ＰＬＵＳ、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製、バージョン．６．０）によりＳｉ粒の円相当直径を求め大きさを判別した。最も粗大なＳｉ粒が円相当直径で１０μｍ未満を◎、１０μｍ以上１５μｍ未満を○、１５μｍ以上２０μｍ未満を△、２０μｍ以上を×とし評価した。そして、◎、○、△のものを合格とした。
次に、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金である心材用合金をＤＣ鋳造により造塊し、各々所望の厚さまで両面を面削して、心材用鋳塊を得た。また、ろう材用鋳塊は、鋳造方向と直交する方向における垂直な断面の中央部５０ｍｍ（厚さ方向）×７０ｍｍ（幅方向）の領域から切り出した。そして、それぞれ均質化処理を施し、ろう材用鋳塊、心材用鋳塊を組み合わせて重ね合わせ材とし、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍を経て、厚さ０．２ｍｍの供試材とした。ろう材のクラッド率は１０％とした。
前記作製したろう材用鋳塊について、目視観察により鋳塊表面にて筋が認められる場合、その位置で鋳塊の断面観察を行い、割れの深さを測定した。最大長が２０ｍｍ以上の割れを鋳造割れと判断した。
前記作製した供試材について、厚さ０．２ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ２００ｍｍのサイズに切り出し、６００℃で３分間のろう付相当加熱を行った。その後、２０ｍｍ幅のサイズに切り出し、厚さ０．２ｍｍ×幅２０ｍｍの板を２５枚準備し、これらを重ね合わせた。そして、供試材の圧延方向の中心部（圧延方向の長さの半分の部位）における、圧延方向と直交する方向における垂直な断面の断面積が１００ｍｍ２（厚さ０．２ｍｍ×幅２０ｍｍ×２５枚）の領域を研磨、ケラー氏液によるエッチングを施した後、光学顕微鏡により、１００倍で、前記領域の全域について断面観察した。溶融ろうによる心材の浸食が最も顕著な場所において、心材の未溶融部の厚さ（厚さ方向の長さ）を測定した。心材の未溶融部の厚さが１００μｍ以上のものを合格とした。
元素量および評価結果を表１、２に示す。なお、表１において、「−」は元素を含有しないものである。また、本発明の規定を満たさないものは数値に下線を引いて示す。
表１、２に示すように、実施例であるＮｏ．１〜４０は、本発明の構成を満たすため、最大Ｓｉ粒径の評価および心材の未溶融部の厚さの評価が合格であった。
一方、比較例であるＮｏ．４１〜５６は、本発明の構成を満たさないため、以下の結果となった。
一方、比較例であるＮｏ．４１〜５６は、本発明の構成を満たさないため、以下の結果となった。
供試材Ｎｏ．４１は、Ｔｉ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４２は、Ｂ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４３は、Ｖ含有量が少ないため、また、Ｖ／Ｔｉ値が低いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４４は、Ｖ含有量が多いため、また、Ｖ／Ｔｉ値が高いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４５は、Ｔｉ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４６は、Ｂ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４２は、Ｂ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４３は、Ｖ含有量が少ないため、また、Ｖ／Ｔｉ値が低いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４４は、Ｖ含有量が多いため、また、Ｖ／Ｔｉ値が高いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４５は、Ｔｉ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４６は、Ｂ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４７は、Ｖ含有量が少ないため、また、Ｖ／Ｔｉ値が低いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４８は、Ｖ含有量が多いため、また、Ｖ／Ｔｉ値が高いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４９は、Ｔｉ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５０は、Ｂ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５１は、Ｖ含有量が少ないため、また、Ｖ／Ｔｉ値が低いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５２は、Ｖ含有量が多いため、また、Ｖ／Ｔｉ値が高いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４８は、Ｖ含有量が多いため、また、Ｖ／Ｔｉ値が高いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．４９は、Ｔｉ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５０は、Ｂ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５１は、Ｖ含有量が少ないため、また、Ｖ／Ｔｉ値が低いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５２は、Ｖ含有量が多いため、また、Ｖ／Ｔｉ値が高いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５３は、Ｓｉ含有量が多いため、Ｓｉ粒が粗大化した。また、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５４は、Ｔｉ含有量が少ないため、鋳造割れが発生した。
供試材Ｎｏ．５５は、Ｖ／Ｔｉ値が低いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５６は、Ｖ／Ｔｉ値が高いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５４は、Ｔｉ含有量が少ないため、鋳造割れが発生した。
供試材Ｎｏ．５５は、Ｖ／Ｔｉ値が低いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
供試材Ｎｏ．５６は、Ｖ／Ｔｉ値が高いため、Ｓｉ粒が粗大化した。そのため、心材の未溶融部の厚さの評価が不合格であった。
以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて改変・変更等することができることはいうまでもない。
１ 鋳塊
Ａ 鋳塊の中央部の領域
Ｓ 断面
Ｘ 鋳造方向
Ａ 鋳塊の中央部の領域
Ｓ 断面
Ｘ 鋳造方向
Claims (5)
- Ｓｉ：３．５質量％以上１３．０質量％以下、Ｔｉ：０．００１質量％以上０．０５質量％以下、Ｖ：０．０００５質量％を超えて０．０５質量％以下、Ｂ：０．００１質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物よりなる合金からなり、前記Ｖ含有量（質量％）を前記Ｔｉ含有量（質量％）で割った値であるＶ／Ｔｉ値が０．０５以上５以下であることを特徴とするろう材。
- 前記ろう材が、さらに、Ｎａ：０．０００１質量％以上０．０１質量％以下、Ｓｒ：０．００１質量％以上０．０５質量％以下のうち１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のろう材。
- 前記ろう材が、さらに、Ｚｎ：０．０１質量％以上６．０質量％以下を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のろう材。
- 前記ろう材が、さらに、Ｍｎ：０．０１質量％以上１．２質量％以下、Ｆｅ：０．３質量％以上１．２質量％以下のうち１種以上を含有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のろう材。
- 心材の少なくとも片面に請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のろう材がクラッドされたものであることを特徴とする熱交換器用ブレージングシート。
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