JP2002155331A

JP2002155331A - アルミニウム合金合わせ板の製造方法

Info

Publication number: JP2002155331A
Application number: JP2000349692A
Authority: JP
Inventors: Shinji Takeno; 親二竹野
Original assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Current assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-05-31
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: JP4922479B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで作業簡便性に優れた大気中・無フ
ラックスのアルミニウム重ね継手のろう付け法を提供す
る。【解決手段】複数のアルミニウム母材の重ね合わせ界
面に予めアルミニウム薄合わせ板材を挿入してろう付け
してから熱間圧延するアルミニウム合金合わせ板の製造
において、アルミニウム薄合わせ板材が３層または５層
の薄合わせ板材からなり、その皮材の下の層は融点が６
００℃以下のろう材からなり、いずれか一つ以上の構成
部材にＭｇを０．１〜６％あるいは更にＢｉを０．０１
〜１％添加しており、重ね合わせた部材全体を加圧密着
した状態で、ろう材の液相線温度以上でかつろう材以外
の各部材の固相線温度の内の最低値を超えない範囲に加
熱して複数のアルミニウム母材をろう付けし、その後、
圧延を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は部材組み合せ範囲
の拡大が可能であり、低コストでかつ高精度なクラッド
率のアルミニウム合金の合せ板を製造する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金の合わせ板は主に薄皮
ろう材と芯材と組み合せたブレ−ジングシ−トに多用さ
れている。このブレ−ジングシ−トは自動車用の熱交換
器、例えばラジエ−タやク−ラ−などに使用されその使
用量は年々増加してきている。また、積層数も組み合わ
せる合金組成のバリエーションも増加する傾向にある。
この合せ板の製法は通常、薄皮ろう材と芯材とを重ね合
わせた状態で加熱し、そのまま熱間圧延を行う熱間圧着
接合により行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この熱間圧着では薄皮
材と芯材間の圧着性を確実なものにするためには両部材
の表面酸化皮膜の破壊による活性な新生面の露出を効果
的に生じさせる必要が有り、そのため両部材間の展伸性
が異なる組み合せが好ましい等、部材の合金組み合せに
制約があった。またこの展伸性は板厚方向で展伸性が異
なるためために部材の板厚組み合せとか組み合せ枚数に
も制約が有り、特に極厚皮材とか極薄皮材では圧着が困
難であった。また完全圧着するまでの圧延では薄皮材と
芯材の展伸性が異なるためクラッド率（全厚に対する薄
皮材厚さ比）が長手方向、幅方向の端では変動が大きく
所定のクラッド率が得られる割合が低く材料歩留りが低
いという問題が有った。また所定内のクラッド率範囲と
はいえバラツキが大きく、年々厳しさを増す厳しい品質
要求に応えるためには十分なものではなかった。本発明
は以上を鑑み合わせ板の部材組み合せ範囲の拡大が可能
であり、低コストでかつ高精度なクラッド率のアルミニ
ウム合金の合せ板を製造することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するため、本発明では従来の合わせ板製造での熱間圧着
接合に代えてろう接合を行うものであり、かつそのろう
接合を熱間圧延前の加熱炉内で大気中・無フラックスの
条件下で行うものである。この際、大気中・無フラック
スのろう接合がＭｇ添加のはんだ材又はろう材をアルミ
ニウム薄皮材で被覆保護してなるアルミニウム薄合せ板
材を接合界面に挿入して加圧加熱して可能になる事を見
出して行ったものである。なおここでろう接合とははん
だ付け及びろう付を指す総称である。即ち本発明のひと
つは、請求項１の、複数のアルミニウム母材の重ね合わ
せ界面に予めアルミニウム薄合わせ板材を挿入してろう
付けしてから熱間圧延するアルミニウム合金合わせ板の
製造において、アルミニウム薄合わせ板材が３層構造の
薄合わせ板材からなり、その芯材は融点が６００℃以下
のろう材からなり、その両皮材は芯材より融点の高いア
ルミニウム合金からなり、かつ少なくとも皮材と芯材の
いずれか一つ以上にＭｇを０．１〜６％（ｍａｓｓ％、
以下同じ）あるいは更にＢｉを０．０１〜１％添加して
おり、重ね合わせた部材全体を加圧密着した状態で、ろ
う材の液相線温度以上でかつろう材以外の各部材の固相
線温度の内の最低値を超えない範囲に加熱して複数のア
ルミニウム母材をろう付けし、その後、圧延を施す事を
特徴とするアルミニウム合金合わせ板の製造方法であ
る。

【０００５】また、請求項２の発明は、複数のアルミニ
ウム母材の重ね合わせ界面に予めアルミニウム薄合わせ
板材を挿入してろう付けしてから熱間圧延するアルミニ
ウム合金合わせ板の製造において、アルミニウム薄合わ
せ板材が５層構造の薄合わせ板材からなり、その両皮材
と芯材との中間材は融点が６００℃以下のろう材からな
り、その両皮材と芯材は中間材より融点の高いアルミニ
ウム合金からなり、かつ少なくとも皮材と芯材と中間材
のいずれか一つ以上にＭｇを０．１〜６％あるいは更に
Ｂｉを０．０１〜１％添加しており、重ね合わせた部材
全体を加圧密着した状態で、ろう材の液相線温度以上で
かつろう材以外の各部材の固相線温度の内の最低値を超
えない範囲に加熱して複数のアルミニウム母材をろう付
けし、その後、圧延を施す事を特徴とするアルミニウム
合金合わせ板の製造方法である。なお本明細書でろう付
けとははんだ付け及びろう付を指す総称である。

【０００６】

【発明の実施の形態】ここで、アルミニウム母材の合金
としては組み合わせるろう材の融点より高い融点の合金
でさえあれば良く、通常ＪＩＳＡ１０７０、１０
５０、１１００、１２００、３００３、３２０３、３０
０４、４００３、４００４、４１０４、４Ｎ０４、５０
０５、５Ｎ０１、６０６１、６０６３、６Ｎ０１、等の
板および鋳物材のＡＣ１Ａ、ＡＣ１Ｂ，ＡＣ２Ａ、ＡＣ
２Ｂ，ＡＣ３Ａ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｂ，ＡＣ４Ｃ，ＡＣ
５Ａ、ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ，ＡＣ８Ｃ等が好ましく使用
できる。

【０００７】合金組み合わせおよび枚数は使用目的に応
じたものであれば良く、特に制限はない。挿入する３層
および５層のアルミニウム薄合わせ板材の全板厚として
は通常０．１〜１．０ｍｍであれば良い。ろう材のクラ
ッド率は全板厚の１０〜８０％が良い。これら全板厚と
クラッド率の下限未満では製造が難しくなったり、ろう
材が不足でろう付け性が低下する。又全板厚とクラッド
率の上限を超えると、不必要な厚さで経済的でなかった
り、異種の低融点金属を挿入させるので異合金化の悪影
響が大きくなり好ましくない。

【０００８】３層薄合わせ板材での両皮材、５層薄合わ
せ板材での両皮材及び芯材、３層合わせ板母材の皮材及
び芯材には、３層薄合わせ板材の芯材と５層薄合わせ板
材と３層合わせ板母材の中間材より融点の高いアルミニ
ウム合金を用いる以外には特に限定はなく、通常ＪＩＳ
Ａ１０７０、１０５０、１１００、１２００、３０
０３、３２０３、３００４、４００３、４００４、４１
０４、４Ｎ０４５００５、５Ｎ０１、５０５２、５４５
４、５０８６、５０８３、６０６１、６０６３、６Ｎ０
１等が好ましく使用できる。

【０００９】３層薄合わせ板材での芯材、５層薄合わせ
板材での中間材、３層合わせ板母材の中間材には融点が
６００℃以下のろう材を用いる。この条件を満たすろう
材としてはＺｎ、Ｓｎ、Ｂｉの金属やＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ
−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ、Ｚｎ−Ａｌ、Ａｌ−Ｇｅ合
金が好ましく使用できる。そして各構成部材の少なくと
も一つ以上にＭｇを０．１〜６％添加する。Ｍｇはろう
材の溶融時の濡れ性向上に有効であり、この添加量が
０．１％未満ではその効果が不十分であり、６％を超え
ると添加効果が飽和して無意味になるとか、加工性が低
下する問題が有り好ましくない。ろう付け加熱時の加圧
密着の程度が強固な場合には、Ｍｇの添加は各構成部材
のいずれか一つで良いが、加圧密着の程度を特に強固に
しない場合にはぬれ性が劣化し易いため、この場合には
各構成部材の複数への添加が好ましい。

【００１０】３層薄合わせ板材の芯材、５層薄合わせ板
材での中間材、あるいは３層合わせ板母材の中間材等ろ
う材への添加の場合には、ろう材が溶融時に当然Ｍｇが
合金化している。３層薄合わせ板材および５層薄合わせ
板材の皮材、５層薄合わせ板材での芯材、あるいは３層
合わせ板母材の皮材及び芯材への添加の場合には、ろう
材が溶融時に皮材または芯材に侵入溶融化のエロージョ
ンにより侵食して溶融ろう材中にＭｇが合金化する。い
ずれの構成部材にＭｇを添加するかの使い分けは、例え
ば、ろう材へ添加した時にろう材の圧延加工性が著しく
低下する場合に他の構成部材に添加して行えば良い。

【００１１】さらに、いずれかの構成部材にＢｉを添加
するのが好ましい。特に接合するアルミニウム母材がＭ
ｇを含有した合金の場合（上記の例では３００４、４０
０３、４００４、４１０４、４Ｎ０４、５０５２等）に
は通常溶融ろう材の濡れ性が劣化するが、Ｂｉはこの劣
化を防止する働きをするのでＢｉを０．０１〜１．０％
添加するのが好ましいのである。その添加量が０．０１
％ではその効果が十分でなく１．０％を超えるとその効
果が飽和し、それ以上の添加は無意味なので０．０１〜
１．０％が望ましい。

【００１２】又これらに更にＬｉを０．０１〜５％共存
して加えても良い。

【００１３】また挿入式の合わせ板方式に代えて母材の
少なくとも一方に合わせ板材を用いる場合にはその全板
厚は特に限定しない。この場合は継手を構成する主要メ
ンバ−の母材の板厚は使用目的に応じて随時設定すれば
良い。またアルミニウム合わせ板材を両方に用いても良
い。但しこの時の皮材厚さ及び中間材（ろう材）厚さは
０．１から１．０ｍｍが望ましい。

【００１４】重ね合わせ部材全体を加圧密着する程度は
通常０．００１ＭＰａ以上の圧力をかけるのが好まし
い。なお、この際荷重が０．１ＭＰａ以上過大だとろう
の染み出しは切り込み部だけでなく板端部からも生じる
ようになる。これを防止するためには薄合わせ板の板端
部の酸化膜を厚くさせるのが一方法であるが、そのため
の手段としては合わせ板の切断にレーザー、プラズマ。
アーク等の溶融切断を行うのが望ましい。

【００１５】またその他の染み出し防止策として、重ね
面周辺に薄箔を置いて周辺のみを強加圧になるようにし
て周辺より内部の溶融ろうが外部に染み出さないに様に
するとか、合わせ板の端部をレーザー、アーク等により
板厚方向全体を溶融し混合合金化してこの部分の融点を
ろう材単独の融点より高くする等が考えられる。ろう接
合の加熱をろう材の液相線温度以上にすのは、ろう接で
あるからはんだ材又はろう材を溶融させる必要があるか
らで、またその上限加熱温度をろう材以外の各部材の固
相線温度の内の最低値を超えない範囲にするのは、ろう
材以外の部材の変形・劣化を防止するためである。

【００１６】上記ろう材の液相線温度は通常３８０〜５
９０℃になる。このろう接合した部材の凝固は温度を下
げて行うとか、そのろう接温度で長時間そのまま保持を
して液相拡散凝固させて行っても良い。この際、保持時
間は特に制約はないが通常１〜１０時間程度が好まし
い。１時間未満だと拡散が十分でなく１０時間以上では
拡散が十分でありそれ以上の加熱は無意味である。

【００１７】熱間圧延温度は一体化した部材が完全凝固
している状態であれば良い。

【００１８】本発明の一体化ろう接合が大気中でかつ無
フラックスの条件下で可能な理由については以下の通り
と推定される。即ち一般にアルミニウムのろう付けを可
能にするためには溶融ろうの濡れを生じさせる事が必須
条件になるが、この条件を満たすためにはろう付け加熱
中でのろう材及び接合母材の酸化防止作用と酸化皮膜破
壊作用が必要と考えられている。なおこの際、この両作
用の感受性は特に溶融ろう材において高く、ろう材への
制御は母材に対するより厳しくする必要があると考えら
れている。このため現状のろう付け法では前述の如くこ
の酸化防止と酸化皮膜破壊とに対して真空中での加熱と
同時にろう材へ添加したＭｇの蒸発現象を活用するとか
（真空ろう付け）、非酸化性雰囲気でのフラックスを活
用する（非酸化雰囲気での非腐食性フラックスろう付け
法）とかが行われている。これに対し本発明の大気中で
かつ無フラックスの条件下での酸化防止は、図１、図２
に示す様に、感受性の高いろう材を３層のアルミニウム
薄合わせ板材での芯材又は５層のアルミニウム薄合わせ
板材での中間材に用いて、大気による直接酸化を防止し
ている事、および母材と皮材に対しては密着重ね継手の
ため大気による酸化が最小限に押さえられる事により達
成されていると考えられる。本発明ではろう材が表面に
露出していないにもかかわらずろう付が可能なのは、図
３に示すように内面のろうが溶融時に皮材を侵食して表
面に染み出し液状化する事によると考えられる。この際
侵食による表面液状化ろうの酸化防止は表面へ露出直後
では酸化膜の成長が十分でない事および密着継手による
酸化抑制が働くためと考えられる。

【００１９】一方、酸化膜破壊については不明な点があ
るが一応以下の通りと考えている。ろう材中のＭｇが微
少な重ね空間で真空ろう付けと同様にアルミニウム酸化
皮膜を蒸発還元する作用が働いている事によると考えら
れる。この際Ｍｇの供給は３層のアルミニウム薄合わせ
板材では皮材と芯材（ろう材）のいずれか一つ以上にＭ
ｇを添加しており、皮材のみの添加の場合には低融点ろ
う材が溶融時に皮材に侵入溶融化するエロージョンによ
り侵食して溶融ろう材中にＭｇが合金化されることによ
り行われる。また５層のアルミニウム薄合わせ板材で
は、皮材、芯材、中間材（ろう材）のいずれか一つ以上
にＭｇを添加しており、中間材（ろう材）にＭｇが添加
されていなくてもろう材の溶融時に３層の説明と同様、
皮材及び芯材に侵入溶融化のエロージョンにより侵食し
て溶融ろう材中にＭｇを合金化することにより、ろう材
へのＭｇ供給が行われる。

【００２０】またＢｉがＭｇ含有母材に対する溶融ろう
材の濡れ性劣化を防止する機構に附いては不明な点が多
いが、一応以下の通りと考えられる。即ちＭｇ含有母材
ではその表面酸化皮膜がＭｇ系酸化皮膜からなるが、こ
の場合には溶融ろう材中のＭｇによる上記酸化皮膜を還
元する作用が働かなくなる。Ｂｉはこうした状況下でＭ
ｇ系酸化皮膜の巻き上げ剥離作用を有する（Materials
Science and Technology、１９９９年４月号Ｐ４１９）
ためと考えられる。

【００２１】なお、低融点金属をアルミニウム合金内に
挿入しても異種金属の組み合わせによる耐食性劣化等の
悪影響は最小限に抑えることが可能である。これは前記
のように挿入板が薄合せ板材であるため挿入後の全体板
厚に対する異種金属厚の割合を極端に低く押さえている
事とかつろう付後に熱間圧延及び焼鈍等の熱加工が加わ
るために異種金属が板厚全面に拡散均一化するためと考
えられる。

【００２２】

【実施例】実施例１図４に示す様に、芯材として母材１：Ａｌ-１.１％Ｍｎ
合金（８ｍｍ×１００×２００ｍｍ）を用い、皮材とし
てその両表面に母材２：Ａｌ-２％Ｚｎ合金（８ｍｍ×
１００×２００ｍｍ）を用い、皮材側の中間材１として
母材３：Ａｌ-１.１％Ｍｎ合金（８ｍｍ×１００×２０
０ｍｍ）、芯材側の中間材２として母材４：Ａｌ-２％
Ｚｎ合金（８ｍｍ×１００×２００ｍｍ）を用いた７層
アルミニウム合金合わせ板の製造のため、発明例として
表１に示す３種類の３層構造の薄合わせ板（クラッド率
両面各８％、０．１ｍｍ×１００×２００ｍｍ）の同一
種類のものを各母材の各重ね合わせ界面に挿入して組み
合わせた。この７層アルミニウム合金合わせ材を鋼製の
拘束治具を使って合わせ面を強加圧クランプした状態
で、表１に示す温度の大気炉中に投入した。その後５時
間保持して一体化ろう付けした後取り出して３７０℃ま
で冷却させた時点で拘束治具をはずしてそのまま熱間圧
延を行って板厚３ｍｍ迄に仕上げた。その後更に０.５
ｍｍ厚まで冷間圧延して、３５０℃×２時間の焼鈍を行
った。この板表面を観察した結果、膨れやはがれがな
く、クラッド圧着状態の良好な板材が得られた。なお、
比較例として重ね界面への３層構造の薄合わせ板の挿入
を省略した以外は発明例と同じ組み合せにして、図５に
示す様に重ね母材の端部をＭＩＧ溶接にて仮止めした状
態で５００℃に加熱したまま熱間圧延で圧着した。その
結果皮材と中間材１、中間材１と中間材２は圧着した
が、中間材２と芯材間は圧着せずに剥離し、７層材のク
ラッドは不可能であった。薄合わせ板の構成と加熱温度
とクラッド圧着の結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】その結果、本発明のクラッド法は良好な接
合性を示す事が確認された。

【００２５】実施例２芯材として母材１：アルミニウム板Ａｌ-１.１％Ｍｎ合
金（４０ｍｍ×１００×２００ｍｍ）を用い、皮材とし
てその両表面に母材５：Ａｌ-１０％Ｓｉ-１.５％Ｍｇ
合金（８ｍｍ×１００×２００ｍｍ）を用いた３層アル
ミニウム合金合わせ板の製造のため、発明例として表２
に示す３種類の５層構造の薄合わせ板（クラッド率皮材
両面各５％、中間材２５％、全寸法０．１ｍｍ×１００
×２００ｍｍ）の同一種類のものを各母材の各重ね合わ
せ界面に挿入して組み合わせた。この３層アルミニウム
合金合わせ材を実施例１と同様にして一体化ろう付け、
圧延して０.５ｍｍ厚にした。この板の板幅方向のクラ
ッド率分布を調べた。その結果を図６に示す。なお、比
較例として重ね界面への５層構造の薄合わせ板の挿入を
省略した以外は発明例と同じ組み合せにして、図６に示
す用に重ね材の端部をＭＩＧ溶接にて仮止めした状態で
５００℃に加熱したまま熱間圧着した。その後発明例と
同様にして０.５ｍｍ厚での板幅方向のクラッド率分布
を調べ図６に示す。薄合わせ板の構成と加熱温度を表２
に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】その結果、本発明のクラッド法は安定した
良好なクラッド率分布特性を示す事が確認された。

【００２８】

【発明の効果】この発明によれば、母材の組み合せ範囲
の拡大が可能で、クラッド率分布の均一なアルミニウム
合金の合わせ板の製造が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のろう付け法における各構成部材の組み
合わせを示す。アルミニウム母材間に３層のアルミニウ
ム薄合わせ板材を挿入する場合の構成配置を図１(ａ)
に、アルミニウム母材間に５層のアルミニウム薄合わせ
板材を挿入する場合の構成配置を図１(ｂ)に、各々示
す。

【図２】アルミニウム薄合わせ板材の積層構造を示す模
式図である。３層のアルミニウム薄合わせ板材の積層構
造を図２(ａ)に、５層のアルミニウム薄合わせ板材の積
層構造を図２(ｂ)に、

【図３】ろう材の染み出しと溶融ろうの濡れ拡がりの模
式図である。

【図４】実施例１の７層アルミニウム合金合わせ板の母
材の組み合わせを示す断面図。

【図５】端部をＭＩＧ溶接にて仮付した重ね母材を圧延
する状態を示す模式図。（比較例）

【図６】板幅方向のクラッド率分布。

【符号の説明】

１母材２アルミニウム薄合わせ板材３アルミニウム薄合わせ板材の芯材４アルミニウム薄合わせ板材の皮材５アルミニウム薄合わせ板材の中間材６酸化膜７母材１＝芯材８母材２＝皮材９母材３＝中間材１１０母材４＝中間材２１１仮付溶接部１２圧延ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/00 ６２７Ｃ２２Ｆ 1/00 ６２７ 1/04 1/04 ＡＦ２８Ｆ 21/08 Ｆ２８Ｆ 21/08 Ｄ // Ｂ２３Ｋ 1/00 Ｂ２３Ｋ 1/00 Ｓ 1/19 1/19 Ａ 35/40 ３４０ 35/40 ３４０ＪＢ２３Ｋ 103:10 Ｂ２３Ｋ 103:10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアルミニウム母材の重ね合わせ界
面に予めアルミニウム薄合わせ板材を挿入してろう付け
してから熱間圧延するアルミニウム合金合わせ板の製造
において、アルミニウム薄合わせ板材が３層構造の薄合
わせ板材からなり、その芯材は融点が６００℃以下のろ
う材からなり、その両皮材は芯材より融点の高いアルミ
ニウム合金からなり、かつ少なくとも皮材と芯材のいず
れか一つ以上にＭｇを０．１〜６％（ｍａｓｓ％、以下
同じ）あるいは更にＢｉを０．０１〜１％添加してお
り、重ね合わせた部材全体を加圧密着した状態で、ろう
材の液相線温度以上でかつろう材以外の各部材の固相線
温度の内の最低値を超えない範囲に加熱して複数のアル
ミニウム母材をろう付けし、その後、圧延を施す事を特
徴とするアルミニウム合金合わせ板の製造方法。
【請求項２】複数のアルミニウム母材の重ね合わせ界
面に予めアルミニウム薄合わせ板材を挿入してろう付け
してから熱間圧延するアルミニウム合金合わせ板の製造
において、アルミニウム薄合わせ板材が５層構造の薄合
わせ板材からなり、その両皮材と芯材との中間材は融点
が６００℃以下のろう材からなり、その両皮材と芯材は
中間材より融点の高いアルミニウム合金からなり、かつ
少なくとも皮材と芯材と中間材のいずれか一つ以上にＭ
ｇを０．１〜６％あるいは更にＢｉを０．０１〜１％添
加しており、重ね合わせた部材全体を加圧密着した状態
で、ろう材の液相線温度以上でかつろう材以外の各部材
の固相線温度の内の最低値を超えない範囲に加熱して複
数のアルミニウム母材をろう付けし、その後、圧延を施
す事を特徴とするアルミニウム合金合わせ板の製造方
法。