JPH07308795A

JPH07308795A - 非腐食性フラックスろう付用アルミニウムクラッド材およびそのろう付方法

Info

Publication number: JPH07308795A
Application number: JP12708594A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Oki; 義人沖; Haruo Sugiyama; 治男杉山
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1994-05-18
Filing date: 1994-05-18
Publication date: 1995-11-28

Abstract

(57)【要約】【目的】例えばアルミニウム材料表面に非腐食性フラ
ックスと珪素との混合物を用いて有利なろう付けをなす
に当たって、優れたろう付性を確保すると共にろう付け
後の強度が高い製品を得ることのできるクラッド材およ
びそのろう付方法を提供する。【構成】溶融してろうを形成する皮材をもったクラッ
ド材であって、芯材がアルミニウム合金であり、皮材が
金属と合金化してろうを形成する純アルミニウムからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非腐食性フラックスろう
付用アルミニウムクラッド材およびそのろう付方法に係
り、例えばアルミニウム材料表面に非腐食性フラックス
と珪素との混合物を用いて有利なろう付けをなすに当
り、優れたろう付性を確保し、しかもろう付け後の強度
が高い製品を得ることのできるクラッド材およびそのろ
う付け方法を提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムまたはアルミニウム合金材
をろう付けして機器を形成することは軽量性、熱伝導性
などにおいて他の金属材に求めることのできない有利性
があることから従来より広く採用されて来たところであ
って、特に車輌用熱交換器などにおいてはチューブ材に
対しフイン材をろう付けした構成のものが一般的に用い
られている。

【０００３】然して、上記したようなアルミニウムまた
はアルミニウム合金材を採用したろう付けは接合部にろ
う材とフラックスとを夫々添加供給して加熱する手法に
よるものは作業操作上煩雑でコスト高となり、しかもろ
う付不良、ろう付け品質の不均一性などの不利が伴うこ
とから芯材にろう材および皮材層をクラッドしたブレー
ジングシートを用いることが広く採用されている。即ち
ろう材層を相手部材に接合するように組合わせた状態で
炉内に装入し加熱することによってろう付けを一挙に達
成するものである。

【０００４】然し近年においては上記したようなクラッ
ド材を使用せずにろう付けする方法についてもそれなり
の提案がなされており、そうした方法の１つに弗化アル
ミニウムカリウム系の非腐食性弗化物フラックスと金属
珪素粉末の混合物でろう付けすることが米国特許第５１
０００４８号に発表されている。即ちこの方法ではアル
ミニウム材料表面に塗布された金属珪素がろう付温度で
アルミニウム材料中へ急速に拡散し、アルミニウム材料
表層部がAl−Si共晶組成近くになると溶融（共晶温度：
５７７℃）し、ろう材となって部材相互間の接合がなさ
れる。

【０００５】具体的には弗化物系フラックスと金属珪素
粉末の混合物がドライパウダーとして供給され、または
水やアルコール等の揮発性液体に懸濁して塗布され、該
混合物の配合は重量比で１：１〜３：１程度で、混合物
の塗布量は５〜３０ｇ／ｍ²、ろう付温度は５７７℃以
上、その時間は２〜５分であるが、最適条件としては珪
素約３０％の混合物を２０〜３０ｇ／ｍ²塗布し、また
ろう付用材料としては１１００系の純Al材や３００３の
Al−１％Mn合金材などが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような米国特許
第５１０００４８号による方法はクラッド材とする必要
がないことから工程ないしコスト的にメリットが大であ
り、また素材利用上においても有利であるなどのメリッ
トを有しているが、前記したような１１００系の純Al材
や３００３のAl−１％Mn合金材は、ろう付後の強度が低
いのでろう付構造体としての強度を適切に得るためには
肉厚を大とせざるを得ないこととなり、重量増大、コス
トアップとなる不利がある。一方ろう付後の強度の高い
２０００系、５０００系、６０００系、７０００系等お
よびMg, Cu, Si等の添加した３０００系合金で、このろ
う付法によるものは溶融ろうの組成がAl−Si−Ｘ合金と
なって流動性が劣化し、特にMgを0.３％以上含有する合
金ではフラックス成分であるＦとMgが反応するためフラ
ックスの効果が低減してろう付性が著しく低下すること
となる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
従来技術における課題を解決することについて検討を重
ね、優れたろう付性を有し、しかもろう付後の強度が高
い材料を得、またその好ましいろう付法を得ることに成
功したものであって、以下の如くである。

【０００８】（１）溶融してろうを形成する皮材をも
ったクラッド材であって、芯材がアルミニウム合金であ
り、皮材が金属と合金化してろうを形成する純アルミニ
ウムからなることを特徴とする非腐食性フラックスろう
付用アルミニウムクラッド材。

【０００９】（２）金属が珪素と他の金属であること
を特徴とする前記（１）項に記載の非腐食性フラックス
ろう付用アルミニウムクラッド材。

【００１０】（３）金属が金属珪素粉末または金属珪
素粉末と他の金属粉末であることを特徴とする前記
（１）または（２）項の何れかに記載の非腐食性フラッ
クスろう付用アルミニウムクラッド材。

【００１１】（４）芯材が高強度アルミニウム合金で
あることを特徴とする前記（１）〜（３）項の何れかに
記載の非腐食性フラックスろう付用アルミニウムクラッ
ド材。

【００１２】（５）皮材の厚さが１０μm 以上、好ま
しくは２０μm 以上であることを特徴とする前記（１）
〜（４）項の何れかに記載の非腐食性フラックスろう付
用アルミニウムクラッド材。

【００１３】（６）芯材が0.３％以上のMgを含有する
高強度アルミニウム合金であり、かつ皮材の厚さが次式
の関係を満足することを特徴とする前記（１）〜（５）
項の何れかに記載の非腐食性フラックスろう付用アルミ
ニウムクラッド材。皮材の厚さ（μm ）≧芯材のMg量（wt％）×４０＋１０

【００１４】（７）芯材がアルミニウム合金であり、
皮材が純アルミニウムからなるクラッド材にフラックス
と珪素または珪素と他の金属の存在下で皮材の純アルミ
ニウムと合金化してろうを形成しろう付することを特徴
とするアルミニウムクラッド材のろう付方法。

【００１５】（８）フラックスと共に用いられる金属
が珪素または珪素と他の金属であることを特徴とする前
記（７）項に記載のアルミニウムクラッド材のろう付方
法。

【００１６】（９）フラックスと共に用いられる金属
が金属珪素粉末または金属珪素粉末と他の金属粉末であ
ることを特徴とする前記（７）項に記載のアルミニウム
クラッド材のろう付方法。

【００１７】（１０）芯材が高強度アルミニウム合金
であることを特徴とする前記（７）〜（９）項の何れか
に記載のアルミニウムクラッド材のろう付方法。

【００１８】（１１）皮材の厚さが１０μm 以上、好
ましくは２０μm 以上であることを特徴とする前記
（７）〜（１０）項の何れかに記載のアルミニウムクラ
ッド材のろう付方法。

【００１９】（１２）芯材が0.３％以上のMgを含有す
る高強度アルミニウム合金であり、かつ皮材の厚さが次
式の関係を満足することを特徴とする前記（７）〜（１
１）項の何れかに記載のアルミニウムクラッド材のろう
付方法。皮材の厚さ（μm ）≧芯材のMg量（wt％）×４０＋１０

【００２０】

【作用】上記したような本発明のろう付について説明す
ると、先ず本発明で用いる非腐食性フラックスとして
は、LiF 、NaF 、KF、CaF₂、AlF₃、SiF₄などの弗化物粉
末混合物若しくはこれらを溶融した後粉末としたもの、
あるいは上記弗化物の錯化合物、例えばKAlF₄、K₂Al
F₅、K₃AlF₆、K₂SiF₆等の単味または混合物、若しくはこ
れらを溶融後粉末としたもの等であって、何れのものも
アルミニウムに対して塩化物の如き腐食性を有しないも
のである。このものの粉末粒度は平均で0.１〜３０μｍ
程度であるが、好ましくは平均１〜１０μｍである。

【００２１】次に皮材と合金化して溶融し、ろうを形成
する金属としては珪素の他亜鉛等があり、またろうに犠
牲陽極性を付与し、ろう付部材を腐食から保護する必要
があり場合はZnを含有し、好ましくは１０〜３０％Znを
含有する珪素−亜鉛合金等がある。然してこのような金
属は被ろう付部材として形成した例えば熱交換器用チュ
ーブの表面に溶射し、また粉末として粉末単味で被ろう
付部材に塗布しまたは前記フラックス粉末と混合スラリ
ーとして塗布してもよい。特に被ろう付部材に供給する
珪素を予め合金化することはコストが嵩む不利があり、
溶射することは溶射材とし、また溶射することによる不
利があるので粉体として被ろう付部材に塗布して用いる
のが好ましい。なかでも珪素はろう付温度で容易にAl-S
i 共晶合金となるので好ましい。望ましくは金属珪素
（工業用純珪素をいう）粉末として被ろう付部材に塗布
して用いることがよい。また上述したように、ろう付部
材を腐食から保護する必要のある場合は、金属珪素粉末
に１０〜３０％程度の亜鉛粉末を混合して使用すること
ができる。

【００２２】なお皮材は芯材の片面または両面に所要の
厚さに圧延して形成されてクラッド材を形成する。また
このようなクラッド材は例えば所定寸法に切断し、成形
加工してフイン材とされ、あるいはまた成形溶接して管
材とされ、ろう付部材として使用されることにより以下
のようなメリットが得られる。（ａ）Siを含有するろう材を圧延クラッドする煩雑性が
軽減される。（ｂ）ろう材を含まないクラッド材とすることによって
アルミニウム部材の成形加工時における金型損耗を防止
し得る。（ｃ）圧延および成形時のスクラップにろう材からのSi
が混入しないので再度使用できる。

【００２３】更に上記したようなろう付法における反応
メカニズムは前記のような金属珪素粉末と弗化アルミニ
ウムカリウム共晶系非腐食性フラックスを用いた場合に
ついて具体的に示すと、以下のような過程に解析するこ
とができる。５６２℃前後における弗化アルミニウムカリウム系
非腐食性フラックスの溶融アルミニウム材料表面の酸化皮膜破壊金属珪素粉末のアルミニウム材料表層部への拡散珪素濃度の高くなった表層部がAl−Si共晶温度（５
７７℃）で溶融開始金属珪素粉末の完全消滅までアルミニウム材料を溶
かしながらAl−Si共晶溶融液を生成。共晶融液がろう材となり接合部に流動しフィレット
を形成（６００℃程度まで）。その後の冷却過程でフィレットが凝固し、ろう付け
が完了。

【００２４】上記したようなろう付解析過程中におい
て、の反応により形成されるろうの組成が実質的に
流動性の非常に良いAl−１２％Siの２元共晶合金となる
ため、ろう付けすべき部材の結合部において十分なフィ
レットが形成される。

【００２５】本発明クラッド材における芯材としての高
強度アルミニウム合金としては、以下の如くである。ＪＩＳ−２１１７、２ＮＯ１等の２０００系合金で
あって、特にCu量を３％以下に制限した合金。Cu量が３
％を超えると融点が低下し、ろう付け時の部材強度が低
下し、変形のおそれがある。ＪＩＳ−３００４、３００５等の如くMgを含有する
３０００系合金。およびCu３％以下、Si1.６％以下等を
添加した３０００系合金。CuまたはSi量が上限値を超え
ると融点が低下し、ろう付時部材の強度が低下し変形の
おそれがある。ＪＩＳ−５００５、５０５２等のMg：４％以下の５
０００系合金（４％を超えると融点低下）ＪＩＳ−６０６３、６ＮＯ１、６９５１、６０６１
等の６０００系合金。ＪＩＳ−７００３、７ＮＯ１等の７０００系合金。

【００２６】上記のような芯材に対して皮材の純アルミ
ニウムとしてはＪＩＳ−１１００、１０５０等の１００
０系合金が使用されることによりろう付性を良好とし、
しかも前記のような芯材を用いることによってろう付後
の強度を充分に高く維持せしめる。

【００２７】皮材の厚さが１０μｍ以上、好ましくは２
０μｍ以上であることによって塗布したろう付に必要な
珪素量に対する必要アルミニウム量を皮材において確保
し、高強度アルミニウム材である芯材の溶融を回避せし
め、ろうの組成がAl−Si２元共晶からずれて流動性を低
下せしめることなく、高強度性とろう付の的確性を確保
する。

【００２８】芯材合金中に0.３％以上のMgが含有される
ときにおいても、皮材の厚さ（μｍ）≧芯材のMg量（wt％）×４０＋１０の式を満足することによって、ろう付加熱時にMgが皮材
の表面に拡散して弗化物系フラックスと反応することに
よるろう付性の低下を防止する。

【００２９】なお、ろう付直前の温度において皮材が結
晶粒径５０μｍ未満の再結晶粒組織または未再結晶組織
のときには珪素粉末と皮材表層部との反応で生じたAl−
Si溶融ろうによる皮材の侵食が激しくなるため、接合部
に流れるろうが少くなってろう付性が低下するから、前
記温度条件下における皮材の結晶粒径を５０μｍ以上と
することが好ましい。

【００３０】前記のようにろう付直前の温度において、
皮材の結晶粒径を５０μｍ以上の再結晶組織とする方法
としては以下の如きがある。冷間圧延された硬質材を１０℃／min 以下の昇温速
度で３００℃以上の温度に加熱して軟質材とし、最終板
とする。冷延板を焼鈍して軟質材とし、その後３〜６０％の
冷間圧延を行って最終板とする。ろうの流動性を阻害しない範囲でMn、Cr、Zr等の再
結晶阻止作用のある元素を皮材に添加する。

【００３１】なお本発明における皮材にSrを0.００１〜
0.１wt％添加してろう付後における共晶Siを微細化させ
ることもできる。また皮材にZnの２wt％以下、In、Snの
0.１wt％以下の１種または２種以上を添加してろう付後
におけるろう付部材の皮材およびろう材に犠牲陽極効果
をもたせ、芯材の孔食を防止することもできる。

【００３２】

【実施例】本発明によるものの具体的な実施例について
説明すると、以下の如くである。実施例１次の表１に示したような組成を有するＡ〜Ｇのアルミニ
ウム合金を各々ＤＣ鋳造し、合金Ａ鋳塊を熱間圧延して
クラッド用厚板を作製し、次いで合金Ｂ〜Ｇ鋳塊の両側
にクラッド率が５〜１５％になるように熱間でクラッド
圧延して厚さ６mmの板にした後、冷間圧延にて厚さ0.５
mmの板とした。

【００３３】

【表１】

【００３４】上記のようにして得られた各冷延板を昇温
速度１００℃／hr、４００℃で２時間保持する焼鈍処理
を行って供試材としたが、得られた各クラッド板の皮材
厚測定結果は次の表２における本発明例１〜６として示
す如くであり、またこの皮材についての結晶粒径は何れ
も６０〜７０μｍであった。また、比較材として合金Ａ
〜Ｇ鋳塊をそれぞれ単独に熱延、冷延して厚さ0.５mmの
板とした後、昇温速度１００℃／hr、４００℃で２時間
保持の焼鈍処理を行った板を作製したものは表２におけ
る比較例７〜１３の如くである。

【００３５】

【表２】

【００３６】上記のようにして得られた各供試板から幅
２５mm、長さ３０mmの試験片を夫々切出し、以下に示す
ような手順によってろう付試験を行った。・混合物の塗布フラックスと珪素粉末の混合物（重量比２：１）１００
ｇをイソプロピルアルコール４００ｇに懸濁し、試験片
を浸漬、引き上げ後、１５０℃で５分加熱して乾燥し
た。混合物の平均塗布量は塗布前後の試験片の重量を測
定して求めた結果、２０〜２６ｇ／m²であった。・ろう付試験厚さ1.２mm、幅３０mm、長さ５０mmの３００３−Ｈ１４
材の上に混合物を塗布した試験片を垂直に立てた逆Ｔ字
型試験片を組み立て、窒素ガス雰囲気中で昇温速度５０
℃／分、６００℃での保持時間３分間のろう付試験を行
った。

【００３７】得られたろう付部体について結合部のフィ
レット形成状態を目視で判定評価し、またろう付後の強
度はろう付を想定して６００℃で３分間の加熱処理を行
い室温で１週間放置した供試板からＪＩＳ−１３Ｂ号引
張試験片を切出し、引張試験で測定した結果は表２に併
せて示した如くである。即ち、本発明例のものは何れも
フィレットの大きさが大であり、ろう付を想定した加熱
処理後の抗張力は１２０Ｎ／mm²以上であったのに対
し、比較例のものは接合部にフイレットを形成しないも
のが大部分であり、形成しても小さいものが殆んどで、
大きくフィレットが形成されたＮｏ．７のものも抗張力
は１００Ｎ／mm²に達しておらず、本発明によって好ま
しいろう付がなされることが確認された。

【００３８】芯材に含有するMg量と皮材の厚さに関して
の実施例を示すと以下の如くである。実施例２前記表１に示した組成のアルミニウム合金を各々ＤＣ鋳
造し、合金Ａ鋳塊を熱間圧延してクラッド用厚板を作製
し、次いで合金Ｂ〜Ｇ鋳塊の片側にクラッド率が３〜２
０％になるように熱間でクラッド圧延して厚さ６mmの板
にした後、冷間圧延にて厚さ0.４２mmの板とした。これ
らの冷延板を昇温速度１００℃／hr、４００℃で２時間
保持の焼鈍処理後、さらに冷間圧延して厚さ0.３０mmの
両面クラッド板を作製した。得られたクラッド板の皮材
厚測定結果は次の表３に示す。なお、皮材の結晶粒径は
いずれも１００〜１５０μｍであった。

【００３９】

【表３】

【００４０】上述したようにして得られた各供試板より
幅３０mm、長さ５０mmの試験片を切出し、以下に示す手
順でろう付試験を行った。・混合物の塗布フラックスと珪素粉末の混合物（重量比２：１）１００
ｇをイソプロピルアルコール４００ｇに懸濁し、試験片
の皮材面に刷毛で塗布後、１５０℃で５分加熱して乾燥
した。混合物の平均塗布量は塗布前後の試験片の重量を
測定して求めた結果、２２〜２７ｇ／m²であった。・ろう付試験混合物を塗布した上述の試験片の面の上に、厚さ0.３０
mm、幅２５mm、長さ２５mmの３００３−Ｈ１４材を垂直
に立てた逆Ｔ字型試験片を組み立て、窒素ガス雰囲気中
で昇温速度５０℃／分、６００℃での保持時間３分間の
ろう付試験を行った。

【００４１】実施例１におけると同様に接合部フィレッ
トの形成状態を目視および断面組織観察して判定した結
果は表３に併せて示す如くであって、皮材の厚さが所定
厚さより厚い本発明例によるものは何れも好ましいろう
付がなされていることが確認された。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したような本発明によるときは
アルミニウム材表面に非腐食性フラックスを用い、皮材
と合金化して溶融せしめろうを形成するろう付けをなす
に当って、優れたろう付状態を的確に形成し、ろう付け
後強度において卓越した製品を確実に得しめるものであ
って、工業的にその効果の大きい発明である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融してろうを形成する皮材をもったク
ラッド材であって、芯材がアルミニウム合金であり、皮
材が金属と合金化してろうを形成する純アルミニウムか
らなることを特徴とする非腐食性フラックスろう付用ア
ルミニウムクラッド材。
【請求項２】金属が珪素または珪素と他の金属である
ことを特徴とする請求項１に記載の非腐食性フラックス
ろう付用アルミニウムクラッド材。
【請求項３】金属が金属珪素粉末または金属珪素粉末
と他の金属粉末であることを特徴とする請求項１に記載
の非腐食性フラックスろう付用アルミニウムクラッド
材。
【請求項４】芯材が高強度アルミニウム合金であるこ
とを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の非腐食性
フラックスろう付用アルミニウムクラッド材。
【請求項５】皮材の厚さが１０μm 以上、好ましくは
２０μm 以上であることを特徴とする請求項１〜４の何
れかに記載の非腐食性フラックスろう付用アルミニウム
クラッド材。
【請求項６】芯材が0.３％以上のMgを含有する高強度
アルミニウム合金であり、かつ皮材の厚さが次式の関係
を満足することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記
載の非腐食性フラックスろう付用アルミニウムクラッド
材。皮材の厚さ（μm ）≧芯材のMg量（wt％）×４０＋１０
【請求項７】芯材がアルミニウム合金であり、皮材が
純アルミニウムからなるクラッド材にフラックスと金属
の存在下で皮材の純アルミニウムと合金化してろうを形
成しろう付することを特徴とするアルミニウムクラッド
材のろう付方法。
【請求項８】フラックスと共に用いられる金属が珪素
または珪素と他の金属であることを特徴とする請求項７
に記載のアルミニウムクラッド材のろう付方法。
【請求項９】フラックスと共に用いられる金属が金属
珪素粉末または金属珪素粉末と他の金属粉末であること
を特徴とする請求項７に記載のアルミニウムクラッド材
のろう付方法。
【請求項１０】芯材が高強度アルミニウム合金である
ことを特徴とする請求項７〜９の何れかに記載のアルミ
ニウムクラッド材のろう付方法。
【請求項１１】皮材の厚さが１０μm 以上、好ましく
は２０μm 以上であることを特徴とする請求項７〜１０
の何れかに記載のアルミニウムクラッド材のろう付方
法。
【請求項１２】芯材が0.３％以上のMgを含有する高強
度アルミニウム合金であり、かつ皮材の厚さが次式の関
係を満足することを特徴とする請求項７〜１１の何れか
に記載のアルミニウムクラッド材のろう付方法。皮材の厚さ（μm ）≧芯材のMg量（wt％）×４０＋１０