JPH03243294A

JPH03243294A - 高強度Ａｌ合金のろう付方法、ろう付構造用高強度Ａｌ合金材および高強度Ａｌ合金ブレージングシート

Info

Publication number: JPH03243294A
Application number: JP3736590A
Authority: JP
Inventors: Ken Toma; 当摩　建; Shoji Takeuchi; 竹内　章二; Hajime Kudo; 元工藤
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1991-10-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、高強度Ａｉ！、合金をろう付する際に、ろ
う材部に適当なフィレットが形成され、良好なろう付接
合性が得られるろう付方法、および、このろう付方法に
使用される構造用Ａｌ合金材、プレージングシートに関
するものである。

［従来の技術］純ＡｌやＡｌ合金からなる部材を接合する際に、この部
材が複雑な形状であったり、比較的薄肉であったり、さ
らに接合箇所が多かったりする場合は、ろう付による接
合方法が広く行われている。

その−例を具体的に説明すると、ろう材には、Ｊ　Ｉ　
Ｓ４１０４やＪＩＳ４３４３に代表されるろう付性が良
好なＡｌ合金を使用し、このろう材を、プレージングシ
ートや置きろうとしてろう付部に供給する。

部材同士は製品形状に応じて組み立て、プレージングシ
ートや置きろうなどとともに組立体とする。この組立体
を、フラックスを塗布した後に、大気あるいは不活性ガ
ス雰囲気炉内に配置し、あるいは、フラックスを塗布す
ることなく、真空炉内に配置する。炉内では、ろう材の
溶融温度以上の温度（例えば、Ａｌ−Ｓｉ合金系ろう材
で、約６００℃）に保持して、ろう材を溶融させてろう
付を行っている。

ところで、Ａｌは軽量という利点を生かして各種用途に
利用されており、ろう付により接合されたろう付製品も
ハニカム構造（例えば自動二輪車のスイングアーム）や
熱交換器などに広く応用されており、強度は若干低くて
も、ろう付性に優れたＡｌ２合金が多く用いられている
。

しかし、最近では、Ａｌ合金の用途拡大のために、高強
度で、しかもろう付性に優れた構造用、Ｉｆ合金の使用
が要望されている。

また、ろう付製品全体の強度は、構造用Ａｌ合金の強度
のみならず、製品構造の一部となるプレージングシート
の強度にも影響される。しかし、従来、プレージングシ
ートの芯材として一般に使用されているＡｌ２−Ｍｎ系
合金は強度が十分ではなく、ろう付製品の破断強度を低
下させる一因となっている。このため、プレージングシ
ートの芯材にも、ろう付性に優れた高強度のＡｌ合金を
使用することが要望されている。

［発明が解決しようとする課題］一般に高強度Ａｌ合金としては、ＪＩＳ２００Ｏ系、５
０００糸、６０００系、７０００系の合金が知られてい
る。しかし、２０００系、６０００系の合金は、Ｃｕ、
Ｓｉを比較的多量に含有し、溶融温度が低いために、ろ
う付用に溶融してしまうという問題点がある。また、ろ
う付時の加熱により、合金は焼鈍された状態となり、ろ
う付部の１合却速度も大きくないため、適当な焼入れ効
果が得られず、強度は不十分である。また、その後の熱
処理によっても十分な強度は得られない。

したがって、ＪＩＳ２０００系、６０００系のＡｌ合金
は、ろう付用の高強度材料としては不適当である。

以上の点から、ろう付用の高強度Ａｌ合金としては、Ｍ
ｇを比較的多く含有する焼入れ感受性の弱い７０００系
合金や非熱処理型の５０００系合金が候補として考えら
れる。

しかし、５０００系、７０００系のＡ１合金を用いた場
合には、ろう付部に適当なフィレットが形成されず、ろ
う付接合性（以下、ろう付性という）に劣っているとい
う問題点がある。

本発明者らは、上記問題点を解決すべく、Ｍｇ含含有Ａ
ｌ金合金おけるろう付性不良の原因を調査研究し、以下
の２点が要因になっていることを明らかにした。

ｆｉｌ第１点として、Ｍｇ含含有Ａ１金合金、焼鈍によ
って微細、等方再結晶組織が形成されやすく、溶融ろう
の粒界侵食を受けやすい。しかも侵入した溶融ろう（例
えば八β−３ｉろう）は、Ａｌ合金中で拡散するＭｇを
取り入れることによって、融点が低下するため、安定し
て合金の粒界を侵食し続ける。したがって、フィレット
形成に寄与すべき必要なろうが、合金内に吸収され、フ
ィレット形成が不十分となって、ろう付性を悪化させる
。

（２）第２点としては、Ｍｇ含有八へ合金は、真空中、
不活性ガス中、大気中などの雰囲気にかかわらず、焼鈍
や、ろう付時の加熱によって、表面に酸化皮膜が厚く成
長し、Ｍｇ含有量が多いほど酸化皮膜の成長速度が早い
。この皮膜が溶融ろうを過剰に拡げる促進作用をもち、
ろう部のフィレット形成を阻害してろう付性を悪化させ
る。

上記　ｆｉ＋、　（２１で述べたろうの侵入およびろう
の拡がり現象は、Ａｌ２合金のＭｇ含有量が多いほど顕
著となり、ろう付性を一層悪化させる。

したがって、ろう付に用いるＡＪ２合金としては、Ｍｇ
含有量が少ないほどろう付性が良好となるが、高強度と
いう特性を満足することはできない。

本願発明は、上記した知見に基づき、Ｍｇ含有Ａｌ合金
を用いて、高強度の特性を得るとともに、良好なろう付
性を確保することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本願発明のうち高強度Ａｌ合
金のろう付方法は、Ｃｕ含有量が２．０重量％未満、Ｓ
ｉ含有量が１．２重量％未満で、Ｍｇを０．３〜５．６
重量％含有する高強度Ａｌ合金をろう付するに先立ち、
高強度Ａ、９合金の少なくともろう付表面に、純Ａｌま
たはＭｇ含有量が０．５重量％未満のＡｌ合金からなる
被覆層を、１００μｍ以上の厚さで設けておき、ろう材
を溶解させて前記高強度Ａｌ１合金ろう付することを特
徴とするものである。

次に、第２の発明のろう付構造用高強度Ａｆｆ合金材は
、Ｃｕ含有量が２．０重量％未満、Ｓｉ含有量が１．２
重量％未満で、Ｍｇを０．３〜５゜６重量％含有するろ
う付構造用高強度Ａｌ合金の少なくともろう付表面に、
純へ４またはＭｇ含有量が０．５重量％未満のＡｌ２合
金からなる被覆層が、ｌＱＯＬＬｍ以上の厚さで設けら
れていることを特徴とするものである。

第３の発明である高強度Ａｌ合金プレージングシートは
、Ｃｕ含有量が２．０重量％未満、Ｓｉ含有量が１．２
重量％未満で、Ｍｇを０．３〜５．６重量％含有する高
強度Ａｌ合金を芯材とし、この芯材の少なくともろう付
表面に、純ＡｌまたはＭｇ含有量が０．５重量％未満の
へ４合金からなる被覆層が、１１００ＬＬ以上の厚さで
設けられており、この被覆層の表面に、ろう材が被覆さ
れていることを特徴とするものである。

以下に、本発明の構成を、より具体的に説明する。

先ず、本発明に用いる高強度Ａｌ合金の成分限定理由を
述べる。

高強度Ａｌ合金中のＣｕ含有量を２．０重量％未満、Ｓ
ｉ含有量を１．２重量％未満としたのは、これら含有量
を超えた場合に、Ａｌ合金の溶融開始温度が低下して、
ろう何時にＡｌ１合金局部溶解が起こり、材料強度が著
しく低下し、さらに製品形状を保てないおそれがあるた
めである。

また、Ｍｇ含有量を０．３〜５．６重量％の範囲内とし
たのは、０．３重量％未満では、Ａｌ１合金強度が不十
分であり、一方、５．６重量％を超えると、ろうの侵入
やＡｌ１合金溶融現象が生ずるためである。また、同様
の理由によって、さらに、Ｍｇ含有量を０．６〜３．０
重量％に限定するのが望ましい。

なお、他の成分については、言及しないので、上記以外
の成分を適宜量含有することは可能である。

この高強度Ａｌ１合金、第２の発明のように、構造用の
へ４合金材として用いることができ、さらに、第３の発
明のように、ブレ、−ジングシートの芯材として用いる
ことができる。

次に、上記した高強度Ａｌ合金の少なくともろう付表面
には、後述する純Ａ℃またはＡｌ２合金からなる被覆層
を設ける。すなわち、ろう材が溶融してろうが拡がると
想定される表面域に、最小限、被覆層が設けられていれ
ばよい。また、本願発明としては、被覆層をろう付表面
以外の合金表面に設けてもよく、さらに片面のみならず
、両面に設けることも考えられる。

この被覆層に用いられる材料は、純ＡｌまたはＭｇ含有
量が０．５重量％未満のＡ、９合金に限定される。なお
、純ＡＪ２には、不可避の不純物が含まれるものであっ
てもよい。また、Ａｌ１合金ついては、Ｍｇ以外の成分
については特に限定されない。被覆層の材料を上記に限
定したのは、この組成によれば、ろう付加熱時に、高強
度八β合金表面における酸化皮膜の成長が遅く、かつ、
高強度Ａｌ合金へのろうの侵入が生じ難いためである。

また、上記被覆層の厚さを１００１．１ｍ以上としたの
は、一般のろう付条件では、Ｍｇの拡散が１５０ｕｍで
あり、Ｍｇによるろう付性の悪影響を有効に排除するた
めに、最小限、上記厚さが必要となるためである。なお
、被覆層の厚さの上限は、特に存在しないが、被覆層が
設けれらた材料の強度が、比較的強度の低い被覆層の存
在によって全体として低下しないように、過度の厚さと
しないのが望ましい。例えば、純Ａ℃の被覆層では、厚
みを３００ＬＬｍ以下とするのが望ましい。

なお、被覆層の形成方法は特に限定されるものではなく
、クラッド法や金属溶射法などを採用することができる
。一般には、クラッド法により能率よく被覆層を設ける
ことができる。

上記のように被覆層を設けた高強度式β合金を、プレー
ジングシートの芯材として用いる場合には、被覆層の表
面に、さらに、ろう材を被覆する。ろう材の被覆につい
ても上記被覆層と同様に、被覆方法は限定されないが、
クラッド法が望ましい。ろう材の材料としては、高強度
Ａｌ合金へのろうの侵入が抑制されるように、Ｍｇ含有
量が０．３重量％以下であるのが望ましい。

一方、構造用Ａ１２合金材として用いる場合には、ろう
材は、プレージングシートや置きろうなどの方法によっ
て供給されるが、その方法は特に限定されるものではな
い。

上記プレージングシートや構造用Ａｌ合金材を用い、常
法によって各種雰囲気下でろう材を溶融させてろう付を
行う。

なお、プレージングシートのろう材のＭｇ含有量を、前
記したように０．３重量％以下として、真空ろう付を行
う場合には、５　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒ以下の高真空
下で行うのが望ましい。これは、従来、Ｍｇ含有のろう
材により、プレージングシートの耐食性が増して芯材の
酸化皮膜の形成を抑制していたので、低Ｍｇ含有のろう
材では芯材の酸化皮膜の形成を抑止するために、より高
い真空度が望ましいためである。

［作　用］すなわち、本願発明によれば、ろう付に際し、高強度Ａ
ｌ合金の少なくともろう付表面が被覆層で覆われた状態
にあり、溶融したろうが高強度Ａｌ合金内に侵入するの
を防止し、さらに、高強度Ａｌ合金中のＭｇ成分が拡散
して溶融ろうと化学反応するのを防止する。また、Ｍｇ
成分による酸化皮膜の成長を抑制し、ろうの拡がりを必
要以上に促進しない。

したがって、溶融したろう材は、高強度Ａｌ合金内に侵
入することなく、ろう何面に適度に拡がり、ろう何部に
適当なフィレットが形成され、良好なろう付接合がなさ
れる。

以下に、本発明の実施例を、２つのＡｌ２合金板材をろ
う付接合する場合について説明する。

［実施例１］実施例１では、Ａｆ１合金板材の一方にＭｇ含有の高強
度Ａｌ合金を用い、他方の板材には、Ａｌ−３ｉ系のＡ
ｌ合金を用いた。

高強度Ａｌ合金として、第１表に示す成分組成を有する
合金（Ｎｏ、１〜４）を通常の溶解、鋳造法によって作
製し、均質化熱処理、面削の後、第１図（Ａ）に示すよ
うに、各合金ｌに、Ａｌと不可避不純物からなる純Ａ℃
材を熱間圧延によってクラッドして被覆層２を設け、冷
間圧延によって２ｍｍ厚の板材とし、それぞれ焼鈍を行
って本発明の構造用高強度Ａ１２合金材を得た。各板材
における純Ａｌ、すなわち被覆層２の厚みは、第１表に
示す通りである。

なお、比較のために、合金（Ｎｏ、３）を用い、前記面
削後に、熱間圧延、冷間圧延して２ｍｍ厚とし、さらに
焼鈍して、被覆層を設けない比較例の構造用板材を得た
。

前記構造用板材と接合させる他方の板材には、Ａｌ１−
１．０重量％Ｍｎ−１，０重量％Ｓｉ　−（１，５重量
％Ｃｕの／’Ｉ２−３ｉ系合金を用い、この合金を、第
１図（Ｂ）に示すように芯材３として、その両面に、Ｊ
ＩＳ４１０４合金または４３４３合金からなるろう材４
を１０％厚ずつクラッドして０．５ｍｍ厚のＡｌ１−５
ｉ系板材（プレージングシ−ト）とし、さらに、焼鈍し
た。

また、ろう材をクラッドすることなく、上記芯材３のみ
で構成し、上記と同様に焼鈍した０、　５ｍｍ厚のＡ℃
−３ｉ系板材を別に用意した。

なお、前記した構造用板材は、５０Ｘ３０ｍｍの大きさ
に切断し、Ａｌ−３１系板材は、４０×２０ｍｍの大き
さに切断し、その後、それぞれの板材について、溶剤脱
脂、乾燥を行った。

そして、Ａｌ２−３ｉ系板材を、第２図（Ａ）〜（Ｃ）
に示すように、長辺側を載置面とするようにして、高強
度Ａ１２合金板材の上面に垂直に立てた。なお、芯材の
みの板材を用いた場合には、第２図（Ｃ）に示すように
、接合部分にＪＩＳ４１０４合金または４３４３合金か
らなる０、８ｍｍ径のろう線材５を置いてろう材を供給
するものとした。

そして、ろう付性としては、３つの方法を採用し、その
１つの真空ろう付では、１０−５Ｔｏｒｒの真空下で行
い、プレージングシートまたは置きろうのろう材として
はＪ　Ｉ　Ｓ４１０４合金を使用した。第２の方法では
、接合部にふっ化物系フラックスを塗布してＮ２ガス雰
囲気中でろう付するものとし、ろう材には、ＪＩＳ４３
４３合金を用いた。さらに、第３の方法では、塩化物系
フラックスを用い、大気中でろう付するものとし、ろう
材にはＪＩＳ４３４３合金を用いた。なお、いずれのろ
う付方法においても、ろう付温度は６００℃で、ろう何
時間は５分間とした。

ろう付後には、第３図に示すように接合部分の断面観察
を行い、ろう６の拡がり幅Ｗと高強度、Ｉｆ合合金への
ろう６の侵入深さＨな測定した。さらに、接合された構
造体の接合強度を引っ張り試験によって測定し、また、
ろう付後の高強度Ａｌ合金１のみの引っ張り試験を行っ
た。これらの結果は第１表に示した。

その結果は、本発明の実施例では、ろうの拡がりは適当
で、ろうの侵入も浅く、適当なフィレットが形成された
。したがって、ろう付状態は良好で、接合部の破断強度
は高く、破断は接合部から生ずることはなく、他方の強
度の小さい板材で生じた。また、高強度Ａｌ合金材の材
料強度も十分に高い。

これに対し、被覆層を有しない比較例では、ろう拡がり
が大きく、ろうの侵入も深くて、フィレット形成が不十
分となった。そのため接合状態が極めて悪くて、構造体
の破断強度が低く、破断は、接合部で生じた。また、高
強度、１１合金材の強度も極めて低い結果となった。

〔実施例２］実施例２では、一方の板材は高強度Ａｌ合金を芯材とす
るプレージングシートとし、他方の板材は、高強度Ａｌ
合金またはＪＩＳ３００３１２合金を用いた構造用板材
とした。

第２表に示すように、高強度Ａｌ合金（Ｎｏ。

５〜７）、プレージングシート用ろう材（Ｎｏ。

ａ＝ｃ）、被ｌ′！（クラッド）用純Ａｆｆ材、ＪＩＳ
３００３合金をそれぞれ用意した。

各材料を、均質化熱処理した後、薄削した。

その後、構造用爪β合金板材に高強度Ａｌ合金１０を用
いた場合には、熱間圧延によって、第４図（Ａ）に示す
ように、高強度Ａｌ合金の片面に１０％の厚さで線式β
からなる被覆層１１をクラッドした。また、構造用ＡＪ
２合金板材にＪＩＳ３００３Ａｌ合金を用いた場合（図
示しない）には、薄削後、被覆層を設けることなく、熱
間圧延した。それぞれの構造用Ａ１２合金板材は、上記
熱間圧延後に、さらに、冷間圧延して１．５ｍｍ厚の板
材とした。

また、プレージングシートについては、前記薄削後、熱
間圧延によって、第４図（Ｂ）に示すように、高強度Ａ
ｌ合金１０の両面に、純Ａｌからなる被覆層１１、ろう
材１２をそれぞれ１０％の厚さでクラッドし、さらに、
冷間圧延によって、１．５ｍｍ厚の板材とした。

なお、比較のため、プレージングシートおよび構造用板
材について、純Ａｌ被覆層を設けない高強度Ａｌ合金板
材をそれぞれ用意した。

プレージングシートは、４０Ｘ２０ｍｍ、構造用板材は
５０Ｘ３０ｍｍの大きさに切断し、その後、溶剤脱脂し
、乾燥を行った。

次いで、実施例１と同様に、構造用板材上に、プレージ
ングシートを垂直に立てて、ろう付を行った。

ろう付条件は、実施例１と同様に真空ろう付、Ｎ２ガス
雰囲気中でのフラックスろう付、大気中でのフラックス
ろう付により行い、ろう付温度、時間も同様に６００℃
、５分間とした。なお、真空ろう付において、プレージ
ングシートの芯材にＮｏ、５またはＮｏ、６の合金を使
用した場合は、真空度を２　Ｘ　ｌ　０−５Ｔｏｒｒと
し、Ｎｏ、７の合金を使用した場合には、真空度をｌＸ
ｌ０−８Ｔｏｒｒとした。

ろう何部に、ツイーン１〜の形成状況を観察し、さらに
、ろう何種合部およびその近傍の断面を観察し、プレー
ジングシートｚ材および構造用Ａｌ合金へのろうの侵入
深さを調べた。また、ろう材構造体の接合強度を引っ張
り試験によって測定した。これらの結果は第３表に示し
た。

第３表から明らかなように、高強度Ａｌ合金をプレージ
ングシートまたは構造材に使用した場合に、純Ａｌをク
ラッドしたものは、良好なろう付状態が得られ、破断強
度に優れていた。

しかし、高強度穴β合金に純Ａｌをクラッドしなかった
ものは、ろうの侵入が顕著で、フィレットの形成が不十
分となり、破断強度も低く、ろう付性に劣っていた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本願発明のうち、高強度Ａ℃金合
金ろう付方法によれば、Ｃｕ含有量が２．０重量％未満
、Ｓｉ含有量が１．２重量％未満で、Ｍｇを０．３〜５
．６重量％含有する高強度Ａｌ合金をろう付するに先立
ち、高強度Ａｌ２合金の少なくともろう付表面に、純Ａ
ｌまたはＭｇ含有量が０．５重量％未満のＡｌ２合金か
らなる被覆層を、１１００ｔＬ以上の厚さで設けておき
、ろう材を溶解させて前記高強度Ａｌ合金をろう付する
ので、ろう何部で、フィレットが適当に形成され、良好
なろう付状態が得られ、しかも、高強度Ａｌ２合金の使
用により、高強度のろう材構造体が得られるという効果
がある。

また、本願発明のろう付構造用高強度Ａｌ合金材によれ
ば、Ｃｕ含有量が２．０重量％未満、Ｓ１含有量が１．
２重量％未満で、Ｍｇを０．３〜５．６重量％含有する
ろう付構造用高強度Ａｌ合金の少なくともろう付表面に
、純Ａ℃またはＭｇ含有量が０．５重量％未満の八４合
金が、１００μｍ以上の厚さで設けられているので、高
強度のＡｌ合金材を用いて前記方法を実施することがで
き、ろう付性に優れた高強度のろう材構造体が得られる
という効果がある。

また、本願発明のプレージングシートによれば、Ｃｕ含
有量が２．０重量％未満、Ｓｉ含有量が１．２重量％未
満で、Ｍｇを０．３〜５．６重量％含有する高強度ＡＩ
；！、合金を芯材とし、この芯材の少なくともろう付表
面に、純ＡｌまたはＭｇ含有量が０．５重量％未満の八
４合金からなる被覆層が、１１００ＬＬ以上の厚さで設
けられており、この被覆層の表面に、ろう材が被覆され
ているので、高強度の芯材を有するプレージングシート
を用いて、前記方法を実施することができ、ろう付性が
良好で強度の高いプレージングシートが提供されるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、この発明の一実施例に用いられる構造
用Ａｌ合金材の断面図、第１図（Ｂ）は、同じくプレー
ジングシートの断面図、第２図（Ａ）は、同じく板材同
士を組み立てた状態を示す斜視図、第２図（Ｂ）は、同
じくプレージングシートを用いた場合の正面断面図、第
２図（Ｃ）は、同じく置きろうを用いた場合の正面断面
図、第３図は、同じくろう何部の断面図、第４図（Ａ）
は、他の実施例に用いられる構造用Ａ１２合金材の断面
図、第４図（Ｂ）は、同じくプレージングシートの断面
図である。ｌ・・・高強度Ａｕ合金３・・・２材５・・・ろう線材１０・・・高強度Ａｌ合金１２・・・ろう材２・・・被覆層４・・・ろう材６・・・ろう１１・・・被覆層

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｃｕ含有量が２．０重量％未満、Ｓｉ含有量が１．
２重量％未満で、Ｍｇを０．３〜５．６重量％含有する
高強度Ａｌ合金をろう付するに先立ち、前記高強度Ａｌ
合金の少なくともろう付表面に、純ＡｌまたはＭｇ含有
量が０．５重量％未満のＡｌ合金からなる被覆層を、１
００μｍ以上の厚さで設けておき、ろう材を溶解させて
前記高強度Ａｌ合金をろう付することを特徴とする高強
度Ａｌ合金のろう付方法２、Ｃｕ含有量が２．０重量％未満、Ｓｉ含有量が１．
２重量％未満で、Ｍｇを０．３〜５．６重量％含有する
ろう付構造用高強度Ａｌ合金の少なくともろう付表面に
、純ＡｌまたはＭｇ含有量が０．５重量％未満のＡｌ合
金からなる被覆層が、１００μｍ以上の厚さで設けられ
ていることを特徴とするろう付構造用高強度Ａｌ合金材３、Ｃｕ含有量が２．０重量％未満、Ｓｉ含有量が１．
２重量％未満で、Ｍｇを０．３〜５．６重量％含有する
高強度Ａｌ合金を芯材とし、この芯材の少なくともろう
付表面に、純ＡｌまたはＭｇ含有量が０．５重量％未満
のＡｌ合金からなる被覆層が、１００μｍ以上の厚さで
設けられており、この被覆層の表面に、ろう材が被覆さ
れていることを特徴とする高強度Ａｌ合金プレージング
シート