JP5339556B2 - 無フラックスろう付け用ブレージングシート及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、電子機器冷却用の構造体等の製造に有用なアルミニウム合金ブレージングシートに関する。特に、非酸化性ガス雰囲気下でフラックスを用いずに安定的にろう付け接合することを可能とするためのアルミニウム合金ブレージングシート及びその製造方法に関する。

熱交換器、電子機器冷却用の構造体等の製造に、アルミニウム合金ブレージングシートが用いられている。アルミニウム合金ブレージングシートとは、Ａｌ−Ｍｎ系合金等からなる心材にＡｌ−Ｓｉ系合金等からなるろう材を設けたクラッド板であり、ろう材により接合部材への接合がなされる。ここで、アルミニウム合金ブレージングシートを適用する、ろう付け方法としては、窒素等の非酸化性ガス雰囲気炉中でフラックスを用いて行われるノコロック法（ＮＢ法）が現在の主流となっている。ＮＢ法における非酸化性ガス雰囲気炉は真空炉等と比べて連続式生産設備としやすいため、量産性に優れる点が広く用いられる理由となっている。

もっとも、ＮＢ法にもいくつかの問題点はある。例えば、ＮＢ法では、フラックスでアルミニウム表面の酸化皮膜を破壊することにより、ろう付けによる接合を可能とするものであるが、このフラックスはＭｇと反応して高融点の物質となりその効果を失う可能性がある。そのため、Ｍｇを添加したＡｌ合金のろう付けには適さないという問題がある。また、フラックス及びその塗布工程にコストがかかること、処理後の接合部や他の表面にフラックスの残渣が存在するといった問題もある。

そこで、非酸化性ガス雰囲気炉でフラックスを用いずにろう付け接合を可能とする無フラックスろう付け技術が従来から検討されている。特許文献１には、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材を中間とし、ろう材より融点の高いＡｌ合金からなる心材と、同じくろう材より融点の高いＡｌ合金からなる薄皮材からなるブレージングシート、及び、これを用い無フラックスろう付けを可能とする技術が開示されている。

この薄皮材を備える無フラックスろう付け用ブレージングシートを適用するろう付け接合では、ろう溶融時に薄皮材の結晶粒界等からろうが滲みだし、ろう材に含まれるＭｇが、相手材となるアルミニウム合金の表面を改質することで、フラックスが無くてもろうの濡れ広がりを確保し健全な接合を可能とする。この従来技術において、薄皮材としてはＭｇが含有されない純アルミニウム系合金等が好適であり、ろう溶融前に表面のＭｇ酸化物形成を抑え、ろう溶融時には速やかに粒界等からろうが滲出できるようになっていることが求められる。このような保護皮膜付きのブレージングシートも通常の方法、即ち心材のスラブと各層の材料を組み合わせ、熱間圧延時にクラッド接合され、冷間圧延等後工程を経て作製される。尚、この薄皮材の作用については、薄皮材が無くＭｇ含有ろう合金が露出されている場合、ろう付けの昇温時にＭｇを含む酸化物が表面に多く形成されて、ろう溶融後の濡れやろう流れを阻害することが予測される。

本発明者等は、工業的規模の熱間圧延機を用い、上記の無フラックスろう付け用ブレージングシートを作製して追検討している。その結果、この構成のブレージングシートを用いることで非酸化性ガス雰囲気炉での無フラックスろう付けが可能であり、この従来技術が基本的に有効であることを確認している。
しかしながら、この追検討において、様々な接合継ぎ手形状で試験を行ったところ、安定して接合されない場合があることが分かった。即ち、同一条件下で作製した薄皮材を用いたブレージングシートであっても、部位によりろう付け性にばらつきが生じる場合があった。また、同一構成の薄皮材付きブレージングシートであっても、製造ロットの違いによりろう付け性に差異があることも確認された。かかるろう付け性の不均一性は、決して発生頻度は高くはないが、熱交換器等の最終製品の品質低下や歩留まりの悪化の要因となることから、無フラックスろう付け用ブレージングシートの信頼性確保のためには看過できないものである。

特許第３７８０３８０号明細書

そこで、本発明は、薄皮材を有する無フラックスろう付け用ブレージングシートについて、均一なろう付け性が確保され安定的な接合を可能なものを提供する。また、かかる無フラックスろう付け用ブレージングシートの製造方法も提供する。

発明者等は、上記課題解決のため鋭意検討を行い、薄皮材を有する無フラックスろう付け用ブレージングシートの接合工程による不安定性の主原因として、薄皮材のクラッド率にばらつきが生じており、それにより薄皮材の厚さに偏りが存在することに要因があると考察した。このクラッド率のばらつきについて説明すると、後述するように、薄皮材の厚さの好適範囲は５〜３０μｍ程度であるが、このような厚さの薄皮材に対して設定されるクラッド率は、ブレージングシート全体の板厚によってはかなり低い値となる。例えば、板厚３．０ｍｍのブレージングシートではクラッド率は１％以下となり、このような低クラッド率で薄皮の厚さを制御することが求められる。この点、工業的規模での生産においては、上記のような低クラッド率を薄皮材全体に対して保持することは困難であると予測される。そのため、局所的ではあるが部位によるクラッド率に差が生じることとなり、薄皮材の厚さに偏りが生じることとなる。そして、薄皮材の厚さに偏りが存在すると、部位によりろうの滲みだしやすさが異なるため、結果として接合の健全性に差が生じ、ここに従来技術の問題があると考えられる。

そこで、本発明者等は低クラッド率の薄皮材を形成することが困難となる原因について検討を行った結果、薄皮材とＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇろう材との界面に存在する酸化物の存在が大きく関与していることを見出した。そして、更に種々検討をした結果、薄皮材とろう材の間の酸化物量を制御することにより、非酸化性ガス雰囲気で安定した無フラックスろう付けを可能とするブレージングシートに関する本願発明に想到した。

本願発明は、心材と、前記心材の少なくとも片面に配されるろう材と、前記ろう材上に配される薄皮材とからなる無フラックスろう付け用ブレージングシートであって、前記心材は前記ろう材より融点が高いアルミニウム合金からなり、前記ろう材はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなり２５〜２５０μｍの厚さを有し、前記薄皮材は前記ろう材より溶融開始温度が高く実質的にＭｇを含有しないアルミニウム合金からなり５〜３０μｍの厚さを有し、前記ろう材と前記薄皮材との界面に存在する酸化物の含有量がクラッド材全体を基準とした重量比で０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする無フラックスろう付け用ブレージングシートである。

本発明について詳細に説明する。本願明細書において、材料組成に関する「％」は、「ｍａｓｓ％」を意味する。本願に係る無フラックスろう付け用ブレージングシートは、薄皮材、ろう材、心材で構成される。以下、各構成について詳細に説明する。

まず、薄皮材について説明する。薄皮材はブレージングシート製造時やろう付けの加熱中に表面でＭｇ酸化物を多く含む酸化皮膜が形成されるのを防ぐ保護層として働く。更に、ろう溶融開始温度ではこの薄皮材の結晶粒界等から滲みだしたＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ溶融ろうが継ぎ手接合に寄与する。薄皮材は最終的にはろうに溶融する。

薄皮材の材質としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金ろうの溶融開始温度（約５８０℃）に比較して、高い溶融開始温度を有する純Ａｌ系合金又はＡｌ−Ｍｎ系合金が好適である。特に限定はしないが、ＪＩＳ合金記号の１０８０、１０７０、１０５０、１１００あるいは３００３合金等が使用可能である。また、薄皮材はＭｇを実質的に含有しないものであることが必要である。Ｍｇを含有するとＭｇ酸化物を多く含む酸化皮膜が形成されろう付け性を阻害する。但し、未規定の不純物元素の一般的な許容量である０．０５％未満の含有は許容される。

薄皮材の厚さの適正範囲は５〜３０μｍである。この厚さが５μｍ未満では、ろう付けの加熱時にろう材からのＭｇの拡散が容易になり薄皮材表面にＭｇを含む酸化物が多く形成されるためろう流れを阻害する。逆に薄皮材の厚さが３０μｍを超えると、ろう付け時に薄皮材が溶け残って接合のばらつきを引き起こすおそれがある。

また、薄皮材は、部位による厚さのばらつきが小さいものが好ましく、同一材の中で薄皮材の厚さのばらつきは、平均厚さの３０％以内に管理されたものが好ましい。

次に、ろう材について説明する。本発明のろう材はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなり薄皮材の内側に配される。ろう材の合金組成としては、Ｓｉ５〜１３％、Ｍｇ０．２〜１．５％を含むものが好適である。

Ｓｉは融点を下げ、ろうとしての特性を与える必須元素であり、５％未満の含有量であると、ろう流れ性が低下する。また、Ｓｉが１３％を超えると、ろう材組織中に粗大なＳｉ粒子が形成され、ろう付け時に心材あるいは接合の相手材を部分的に侵食することがある。

Ｍｇはろう材溶融時に薄皮材から滲みだして蒸発することで、酸化皮膜を破る効果あるいは接合部直近の酸素量を下げる効果により、無フラックスでのろう付けを可能とする必須元素である。Ｍｇが０．２％未満ではその効果が不十分である。Ｍｇが１．５％を超えると、クラッド材（ブレージングシート）製造のための熱間圧延の際、ろう材と薄皮材の界面にＭｇを含む酸化物を多く形成する傾向があり、この酸化物が薄皮材の厚さのばらつきの原因になることがある。

また、ろう材は、Ｓｉ及びＭｇに加え、Ｂｉ０．０１〜０．５％を添加しても良い。Ｂｉはろう流れ性を向上させる効果があり、上記範囲より少なければその効果が得られず、範囲を超える量を添加してもそれ以上のろう流れ性向上につながらない。

更に、ろう材には、Ｚｎ：０．１〜５％、Ｉｎ：０ ．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．０１〜０．１％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％を添加しても良い。これらは、ろう付け後のろう材の電位を調整して防食効果を発揮するために適宜添加される元素であり、上記範囲で添加してもろう付け性は確保される。

また、アルミニウムの鋳造時の結晶微細化剤としてＴｉ０．００１〜０．１％、Ｂ０．０００１〜０．０２％を添加しても良い。その他、ろう材は不可避的不純物として０．６％までのＦｅの含有を許容する。

ろう材の厚さは２５〜２５０μｍが好適である。２５μｍより薄い場合、ろうの不足によりろう付け接合が不十分になる。また、ろう厚さが２５０μｍを超える場合、ろう過多による心材や相手材のろう侵食が顕著になるので不適当である。尚、薄皮材はろう付け時にろうに溶け込むことから、ろう材厚さは薄皮材厚さより十分に厚いことが好ましく、具体的には５倍以上であることが好ましい。

そして、本発明では、上記で説明した薄皮材とろう材との界面に存在する酸化物について規定することを特徴とする。このＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材と薄皮材の界面に在る酸化物は、ブレージングシート製造工程における熱間圧延によるクラッド接合が行われる前からろう材及び薄皮材の表面に存在する酸化皮膜に由来するものである。この点についてより詳細に説明すると、クラッド接合に供されるろう材及び薄皮材の元材は共に熱間圧延板や連続鋳造圧延板が用いられるが、これらの圧延板の表面には元から高温酸化皮膜が形成されており、この酸化皮膜は熱間圧延の予備加熱時に成長する。特に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金ろう材ではＭｇを含む酸化物が形成されているため酸化皮膜が厚く成長しやすい。
ろう材と薄皮材と界面の酸化物量が多いと、クラッド圧延時に部位により接合のタイミングにバラツキを生じる。即ち、多段のクラッド圧延を行う際に、ある圧延パスで接合されている部位と接合されていない部位が生じる。そして、その後の圧延パスでは、これらの部位間で変形に違いが生じることとなる。この変形の違いがクラッド率の差に繋がり、薄皮材の厚さのばらつきの原因となるのである。このように、この界面の酸化物が、ろう付け接合のばらつきを引き起こすのである。

そこで、本発明の無フラックスろう付け用ブレージングシートでは、ろう材と薄皮材の界面に存在する酸化物のクラッド材全体を基準とした重量比を０．１ｐｐｍ以下に制御することにより、薄皮材の厚さのばらつき及びろう付け接合のばらつきを防止している。この酸化物量の規制により、特にクラッド率１％未満の薄皮材を有する厚さ２ｍｍ以上の厚さのブレージングシートであっても無フラックスろう付け接合の安定性を確保することを可能にしている。

ろう材と薄皮材との界面に存在する酸化物量は、例えば、クラッド材の両面を機械研磨あるいはイオンミリングして接合界面を含む厚さ０．１ｍｍ以下のサンプルとし、これをヨウ素メタノール法によりアルミニウム及びマグネシウムの酸化物を定量分析する算定できる。そして、その重量比は、算定された酸化物量を研磨前の初期サンプル重量を基準とする重量比に換算することで得ることができる。

心材は、ろう材より融点が高いアルミニウム合金からなる。例えば、ＪＩＳ合金分類の３０００系合金（Ａｌ−Ｍｎ系合金）、例えば３００３、３００５、３００４等が好適である。また、６０００系合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）も適用可能である。但し、これらに限定するものではない。

以上の通り、本発明は心材にろう材と薄皮材を配するブレージングシートであり、心材の片面にこれらを配した３層構成であってもよく、心材の表裏両面にろう材と薄皮材を配した５層構成でも良い。尚、本発明ブレージングシートの板厚は０．４〜６ｍｍが好適であるが、この範囲の中でも板厚が２ｍｍを超える場合のろう付け性の向上とばらつき低減に本発明は有効である。

次に、本発明に係る無フラックスろう付け用ブレージングシートの製造方法について説明する。本発明に係る製造方法は、基本的には、上記した従来の無フラックスろう付け用ブレージングシートの製造工程と同様である。ここで、無フラックスろう付け用ブレージングシート製造方法としては、心材の圧延板とＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材の圧延板と薄皮材の圧延板を準備し、これらをクラッド接合するのが一般的である。各圧延板のクラッド接合の工程としては、心材の圧延板とＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材の圧延板と薄皮材の圧延板とを同時に重ね熱間圧延して接合する工程、又は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材の圧延板と薄皮材の圧延板とを重ね熱間圧延してプレクラッド材とするプレクラッド工程と、このプレクラッド材と心材の圧延材とを重ね熱間圧延して接合する工程が採用される。そして、本発明に係る無フラックスろう付け用ブレージングシートは、ろう材と薄皮材との界面の酸化物量を規制するものであり、上記従来の製造工程を基本としつつ、以下の具体的態様により製造できる。

本発明に係る第１の製造方法は、心材の圧延板とＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材の圧延板と薄皮材の圧延板を重ね熱間圧延して接合する工程を含むものであって、重ね圧延前に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材について、薄皮材と接する面の表面酸化物を機械的あるいは化学的に除去する処理を行なうものである。

この製造方法では重ね熱間圧延前にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材の圧延板表面の薄皮材と接する面の酸化物を除去することにより、界面の酸化物量を低減させている。この製造方法は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材表面に既に形成されている酸化皮膜を除去する効果にとどまらず、その後の熱間圧延の予備加熱時にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材の圧延板に表面酸化皮膜（特に、Ｍｇを含む表面酸化皮膜）が成長するのを遅延させる効果を持つ。

ここで、薄皮材及びろう材の元材となる圧延板は、通常、半連続鋳造法による鋳塊を通常方法で熱間圧延して作製されるものが使用される。また、双ロールキャスター、ベルトキャスターやブロックキャスターなどを用いた工程による連続鋳造圧延板でも差し支えない。そして、心材の鋳塊は、通常方法で半連続鋳造により作製され、適宜、均質化処理など前処理を行って面削や圧延がなされた板材が使用できる。

具体的な酸化皮膜除去方法は、機械的方法としては切削やブラシ等による研磨等が適用される。また、化学的方法としては、酸、アルカリによるエッチングが適用できる。これらの内、化学的方法がより効果的である。また、切削を行う場合には、切削油の付着の影響を除くために化学的なエッチングを併用することが好ましい。

本発明に係るブレージングシートの製造工程の他の形態としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材の圧延板と薄皮材の圧延板とを重ね熱間圧延してプレクラッド材とするプレクラッド工程と、プレクラッド材と心材とを重ね熱間圧延して接合する工程とを含む方法を基本としつつ、プレクラッド工程前に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材について、薄皮材と接する面の酸化皮膜を機械的あるいは化学的に除去する処理を行なうものである。

この製造方法はプレクラッド工程前のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材の圧延板表面の酸化皮膜を除去することにより、界面の酸化物量を低減させる方法であり、上記第１の方法と同様に、ろう材表面に形成されている酸化皮膜を除去する効果、及び、プレクラッド工程前に酸化皮膜を除去することにより、その後の熱間圧延の予備加熱時の酸化皮膜成長を遅延させることができる。

この方法における酸化皮膜除去の具体的方法については、上記と同様の酸化皮膜除去処理が行われる。また、鋳塊の面削と兼ねてよいが、その後に化学的なエッチングを併用することが望ましい。

尚、ここでの薄皮材及びろう材の元材となる圧延板は、上記と同様、半連続鋳造法又は連続鋳造法で製造される鋳塊の圧延板が適用でき、心材の圧延板も上記と同様のものが使用できる。

また、上記２つの製造方法のいずれにおいても、熱間圧延前に予備加熱を行うことが好ましい。予備加熱は、通常の大気雰囲気炉で実施可能であるが、露点５℃以下の脱湿雰囲気下で実施することがろう材と薄皮材との界面の酸化物の成長を防止する意味で好ましい。この予備加熱の雰囲気の例としては、例えば、乾燥空気、ＤＸガス、窒素ガスなどを炉に流入させてもよい。

予備加熱温度は、４００〜４９０℃が好適で、この温度域での保持時間は1〜６ｈが好適である。これより高温、長時間の予備加熱を行うと、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金ろうの表面の酸化皮膜が過度に成長するので不適当である。また、予備加熱時に薄皮材とろう材が密着させ、過度の表面酸化が起こらないようにすることが望ましい。

そして、上記２つの製造方法のいずれにおいても、熱間圧延における圧下率は９５％以上とすることが望ましい。９５％未満であると薄皮材とろう材界面の酸化皮膜が熱間圧延により十分に分断されず、その結果、完成後のブレージングシートのろう付け後において、接合部、特に面接合部でボイドが発生し接合率が低くなる。これは、酸化皮膜の分断が不十分であると、ろう付け後の面接合部に残存する酸化物の周囲にボイドが発生してしまうためである。

本発明に係る無フラックスろう付け用ブレージングシートの製造方法は、上記の酸化皮膜の除去工程以外は従来の方法と同様である。よって、クラッド工程前後に冷間圧延、焼鈍等を組み合わせて、目的の板厚及び調質のブレージングシートを得ることができる。また、レべリング、トリミング、スリッティング、カッティング等も適宜行うことができる。

本発明に係る無フラックスろう付け用ブレージングシートを適用する接合工程では、接合する相手材と組み合わせて組み上げられた後、非酸化性ガス雰囲気にてフラックスを用いずにろう付けされる。ブレージングシート及び相手材は、必要形状にプレス等で成形しても良い。ろう付け前の各素材は、油分等を表面から除去するため洗浄を行うことが好ましい。ろう付けの雰囲気ガスとしては、窒素や不活性ガスが使用可能であり、ろう付け炉内の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。ろう付け炉は、工業的に普及しているフラックスブレージングの一種であるノコロックブレージング用の窒素雰囲気炉が適用でき、ろう付け温度は、５９０〜６１０℃とするのが好ましい。

以上説明したように、本発明に係る無フラックスろう付け用ブレージングシートは、薄皮材とろう材との界面に存在する酸化物の量を規制するものである。これにより、非酸化性ガス雰囲気での無フラックスろう付けで安定した接合が可能となる。

各実施例・比較例のブレージングシートのろう付け性評価のための継ぎ手形状を説明する図。

本発明の実施形態について、以下に記載する実施例に基づいて説明する。本実施形態では、複数の心材、ろう材、薄皮材を組み合わせつつ、また、製造条件を調整しつつ無フラックスろう付け用ブレージングシートを製造し、その接合性を評価した。

まず、心材、ろう材、薄皮材の各構成部材を、半連続鋳造法で表１の組成の合金の鋳塊を作製した。

ブレージングシートの製造にあたって、心材鋳塊を均質化処理し、上下両面を面削した。ろう材は、鋳塊を熱間圧延して厚さを調節した。薄皮材は、鋳塊を熱間圧延及び冷間圧延して厚さを調節した。そして、厚さ調節した各部材を用いて、下記ａ、ｂ２つの製造工程にて表２の組み合わせのブレージングシートを作製した。薄皮材およびろう材の厚さを光学顕微鏡で測定した。尚、３層材は片面にのみろうと薄皮が接合されたもの、５層材は心材の両面にろうと薄皮が接合されたものである。５層材では両面のろうと薄皮厚さを同一に設定している。

・製造方法ａ：心材鋳塊と後述する酸化膜除去工程を経たろう材と薄皮材を組み合わせて予備加熱した後、熱間圧延を行いクラッド材とした。熱間圧延の予備加熱は４３０〜４７５℃で１〜２ｈ保持する条件とした。一部条件では、炉内に露点−５℃以下の乾燥空気を流入した。

・製造方法ｂ：薄皮材と後述する酸化膜除去工程を経たろう材を予備加熱し熱間圧延しプレクラッド材を作成し、その後さらに心材と組合せて熱間圧延して所定のクラッド材を作成した。各熱間圧延の予備加熱は４６０℃で２ｈ保持する条件とした。

尚、熱間圧延後の板厚は５．０ｍｍとした。一部のものは、この熱間圧延材でブレージングシートとしての特性を試験した。他の一部は、最終厚まで冷間圧延し、３８０℃×1ｈの焼鈍によりO材とした。

本発明実施例では、厚さ調節した後のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金ろう材の表面皮膜を除去する処理を行っている。その方法としては、（１）水酸化ナトリウム溶液を用いたエッチングと硝酸デスマット、（２）硫酸エッチング、（３）機械的研磨を実施した。各方法の詳細条件は、以下の通りである。

（１）水酸化ナトリウム溶液エッチングと硝酸デスマット
１０ｇ／Ｌ水酸化ナトリウム溶液（５５℃）に３０ｓｅｃ浸漬し、２５０ｇ／Ｌ硝酸にてデスマットした後、水洗、乾燥
（２）硫酸エッチング
５０ｇ／Ｌ硫酸（６０℃）に６０ｓｅｃ浸漬後、水洗、乾燥
（３）機械的研磨
スチールワイヤーブラシで表面研磨した後、（２）同様の硫酸エッチング

ブレージングシートのサンプルは、最終圧延板の長さ位置で８箇所、幅位置で中央及び圧延板両端から４０ｍｍ位置で採取した（合計２４箇所）。薄皮材およびろう材の厚さを光学顕微鏡で測定した。なお、実施例１〜８、比較例１〜６の評価元材は、幅５００ｍｍ、長さ６０〜８０ｍの元材、実施例９〜１０と比較例７は、幅１０００ｍｍ、長さ２００ｍ以上の元材サイズであった。比較例８は幅２５０ｍｍ、長さ１０ｍの元材サイズであった。

ブレージングシートの.酸化物重量比は、片面の薄皮材とろう材の界面が含むように表裏両面から研磨し、０．０９〜０．１ｍｍの箔サンプルを作製し、これをヨウ素メタノール法によりアルミニウム及びマグネシウムの酸化物を抽出し定量分析した。その酸化物量を研磨前の初期サンプル重量を基準とした重量比に換算した。

各ブレージングシートのろう付け性の評価は、図１のような継ぎ手接合をし、接触長さＬの接合面の接合率（ボイド以外の箇所の割合）とフィレットの形成程度で評価している。ろう付けは、酸素濃度２０〜５０ｐｐｍ以下の窒素ガス雰囲気で、６００℃×５ｍｉｎの加熱で実施している。ブレージングシートと相手材は溶剤洗浄で脱脂し、乾燥した後、所定サンプル形状にくみ上げ、ステンレス治具で固定してろう付け試験に供した。各材料２４個の継ぎ手試験片のろう付け後、密着部の幅中央断面の組織観察から、ボイドを除いた部分の率（％）を接合率として算出した。評価基準として、接合率として９６％以上をＯＫとした。また、２４個のサンプルのうち密着部周囲のフィレットが全周途切れずに存在しているかを調べ、切れのないサンプル個数で評価した。これは、全サンプルでフィレットが健全な場合をＯＫとした。このろう付け性の評価結果を表２に示した。

この評価結果から、実施例１〜１４に係るブレージングシートは、ろう材と薄皮材との界面に存在する酸化物の含有量がいずれも０．１ｐｐｍ以下であった。これらのブレージングシートは、酸化物の含有量を低減したことにより、薄皮材の厚さの均一性も良好であり、最大厚さと最小厚さとの差はブレージングシート全体に対して約０．２％以下であった。そして、これらの実施例はろう付け性についても良好であり、接合率及び接合部健全性（フィレット形成）は良好であった。これに対し、酸化物含有量が０．１ｐｐｍを超える比較例１、２、７、８は、薄皮材の厚さにばらつきがあり、ろう付け接合性も好ましくないものであった。

そして、ろう材の組成について検討すると、実施例１〜１４は、ろう材のＭｇ濃度、Ｓｉ濃度を好適範囲内に設定したものであり、好ましいろう付け接合性を示した。一方、比較例３、４の結果から、ろう材組成についてＭｇ濃度が好適範囲外となると接合性が劣ること、及び、比較例５、６の結果から、Ｓｉ濃度についても好適範囲より低い濃度で接合性不良が生じ、好適範囲より高い濃度でろう材による侵食が生じ、この場合もろう付け性が劣ることがわかった。尚、実施例１、６、１１〜１４は、添加元素としてＢｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｕを添加したろう材を適用したものであるが、これらの添加元素はろう付け接合性に悪影響を与えるものではなく、各ブレージングシートは良好な接合性を有することが確認された。

また、製造工程における酸化皮膜除去処理の有効性についてみると、酸化皮膜除去処理を適切に行った実施例１〜１４は接合性が良好であったこと、及び、酸化皮膜除去処理を行っていない比較例１、２、７、８では界面の酸化物含有量が高く接合性が芳しくなかったことから、酸化皮膜除去処理の有効性が確認できる。また、熱間圧延前の予備加熱の条件として、酸化性の低い乾燥空気を適用することで酸化物含有量は低くなる傾向があるが、大気中でも酸化物含有量は十分低いことから、予備加熱の雰囲気には自由度が高いと考えられる。尚、製造工程として、心材、ろう材、薄皮材を重ね圧延する方法（方法ａ）とプレクラッド材を経る方法（方法ｂ）の２つを行ったが、いずれかが特に優れているというわけではなく、いずれも有用であることも確認できる。

本発明は、無フラックスで均一なろう付け性を有する無フラックスろう付け用ブレージングシートである。本発明は、熱交換器等のろう付け構造体の製造に有用であり、これらの製造において安定的な接合を可能とし、製品品質の確保に資する。

Claims (5)

1. 心材と、前記心材の少なくとも片面に配されるろう材と、前記ろう材上に配される薄皮材とからなる無フラックスろう付け用ブレージングシートであって、
   前記心材は前記ろう材より融点が高いアルミニウム合金からなり、
   前記ろう材はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなり２５〜２５０μｍの厚さを有し、
   前記薄皮材は前記ろう材より溶融開始温度が高く、Ｍｇが０．０５質量％未満に規制されたアルミニウム合金からなり５〜３０μｍの厚さを有し、
   前記薄皮材と前記ろう材とはクラッド圧延により接合されており、
   前記ろう材と前記薄皮材との界面に存在する酸化物の含有量がクラッド材全体を基準とした質量比で０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする無フラックスろう付け用ブレージングシート。
2. ろう材は、５〜１３質量％のＳｉと０．２〜１．５質量％のＭｇを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金である請求項１記載の無フラックスろう付け用ブレージングシート。
3. 薄皮材は、純Ａｌ系合金又はＡｌ−Ｍｎ系合金である請求項１又は請求項２記載の無フラックスろう付け用ブレージングシート。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の無フラックスろう付け用ブレージングシートの製造方法であって、
   心材の圧延板とＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材の圧延板と薄皮材の圧延板とを重ね熱間圧延して接合する工程を含み、
   重ね圧延前に前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材について前記薄皮材と接する面の表面酸化皮膜を機械的あるいは化学的に除去する処理を行なうことを特徴とする無フラックスろう付け用ブレージングシートの製造方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の無フラックスろう付け用ブレージングシートの製造方法であって、
   Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材の圧延板と薄皮材の圧延板とを重ね熱間圧延してプレクラッド材とするプレクラッド工程と、
   前記プレクラッド材と心材とを重ね熱間圧延して接合する工程とを含み、
   前記プレクラッド工程前にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材について前記薄皮材と接する面の表面酸化皮膜を機械的あるいは化学的に除去する処理を行なうことを特徴とする無フラックスろう付け用ブレージングシートの製造方法。

Images