JP2016221578A - フラックスレスろう付け用アルミニウム複合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】フラックスを不要にすることができるアルミニウム複合材料の熱接合方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１種類のアルミニウムコア合金と、アルミニウムコア合金の片側又は両側に形成されたアルミニウムろう付け合金からなる少なくとも１個の外側ろう付け層とからなるアルミニウム複合材料を使用する。アルミニウムろう付け層が洗浄面を有し、接合プロセスが保護性ガスの存在下で実施される。
【選択図】図６ａ

Description

本発明は、少なくとも１種類のアルミニウムコア合金と、アルミニウムコア合金の片側又は両側に形成されたアルミニウムろう付け合金からなる少なくとも１個の、洗浄面を有する外側ろう付け層とからなるアルミニウム複合材料の使用、細片アルミニウム複合材料の製造方法、構造部品の熱接合の方法、並びにろう付け構築物に関する。

少なくとも１種類のアルミニウムコア合金と、アルミニウムコア合金の片側又は両側に配置された少なくとも１個のアルミニウムろう付け層とからなるアルミニウム複合材料が、ろう付け構築物の製造に使用される。これらは、例えば熱交換器の場合のように、複数のろう付け接合部を有することが多い。この点に関して、種々のろう付けプロセスが、金属構造部品のろう付けに使用されている。最も一般的なプロセスの一つは、いわゆる「制御雰囲気ろう付け」（ＣＡＢ：Controlled Atmosphere Brazing）ろう付けプロセスであり、該プロセスでは、アルミニウム構造部品は、通常、フラックスを用いてろう付けされ、ろう付けプロセス中に正確に制御された雰囲気、例えば、窒素雰囲気に曝露される。別の熱接合プロセスもフラックスを使用し、やはり保護性ガスの存在下でアルミニウムろう付け材料を軟化させる。しかし、腐食性又は非腐食性フラックスの使用は、欠点、例えば、高プラントコスト、及び熱交換器におけるフラックス残渣と例えば冷却添加剤の相互作用に付随した技術的問題がある。さらに、化学物質の使用も、環境汚染の回避に関連して問題になる。しばしば使用される第２のプロセスは、真空ろう付けである。真空ろう付けでは、ろう付けされる構造部品は、極低圧、例えば、約１０^−５ｍｂａｒ以下の雰囲気でろう付けされる。真空ろう付けは、フラックスなしでも実施することができるが、ろう付けの結果をより良好にするために、ある量のマグネシウムをアルミニウムろう付け材料に添加することが多い。ＣＡＢろう付けプロセスを用いたフラックスレスろう付けプロセスは、さらに、特許文献１により公知である。特許文献１では、アルミニウムろう付け層は、第１のアルミニウムろう付け層及び第２のアルミニウムろう付け層からなる。第２のアルミニウムろう付け層は、５ｗｔ％〜２０ｗｔ％ケイ素に加えて０．０１ｗｔ％〜３ｗｔ％マグネシウムも含むＡｌ−Ｓｉアルミニウム合金からなる。一方、第１のアルミニウムろう付け層は、２〜１４ｗｔ％ケイ素及び０．４ｗｔ％未満のマグネシウムを含む。しかし、アルミニウムろう付け層の二層構造は、二層アルミニウムろう付け層の製造に必要なコストがより高くなる点で不利である。

真空ろう付けプロセスにおける、又はＣＡＢろう付けプロセスにおけるフラックスと一緒の、アルカリ洗浄アルミニウム複合材料の使用は、特許文献２、３及び４により公知である。

国際公開第２０１０／０００６６６Ａ１号 特開平０４−１００６９６号 特開平０４−１００６７４号 特開平０５−１５４６９３号

この従来技術に基づいて、本発明の目的は、アルミニウム複合材料を使用することによって単純な熱接合方法を提供することである。

上記目的は、アルミニウム複合材料がフラックスレス熱接合プロセスに使用され、接合プロセスが保護性ガスの存在下で行われることを特徴とする、洗浄アルミニウムろう付け層を有するアルミニウム複合材料を使用することによって、本発明の第１の教示に従って達成される。

アルミニウムろう付け層の表面のアルカリ洗浄又は酸洗浄後、保護性ガスの存在下で熱接合プロセス、特にろう付けプロセスにおいてアルミニウム複合材料の諸性質が極端に変わり得ることが見いだされた。熱接合プロセスは、アルミニウムろう付け材料を加熱し、結合相手との材料閉鎖結合（英：material closure connection，独：stoffschluessige Fuegeverbindung）が形成されるプロセスであると理解される。通常、熱接合は、保護性ガス、例えば不活性ガスの存在下で実施される。なお、「保護性ガスの存在」という表現は、少なくとも熱接合部継ぎ目領域において、酸素が保護性ガスで少なくとも部分的に置換され、アルミニウムろう付け材料が溶融したときに、酸化アルミニウムの形成が防止される、又は大いに抑制されることを意味すると理解される。これまで、単純なろう付け層構造の場合における保護性ガス下の良好な接合結果は、フラックスを使用することによってしか得られなかった。しかし、本発明による使用においては、良好な結果がフラックスを使用せずに得ることもできる。

その結果、フラックス残渣が構造部品上に残らず、そのため、一方では、追加の清浄工程を省き、他方では、接合構造部品の耐食性に関して有利になる。非腐食性フラックスの場合には、本発明の効果は、特に、その後に媒体を搬送するろう付け複合材料の領域が、例えば、フラックス残渣と何ら相互作用しないことによって示される。

本発明によるアルミニウム複合材料は、広範囲なろう付け試験が示すように、ＣＡＢろう付けプロセスにおいてフラックスを使用せずに使用することもできる。洗浄によって、一方ではアルミニウム表面で、アルミニウム複合材料の製造において形成された酸化アルミニウム層が除去される。次いで新しい天然酸化物層が形成されるが、それはアルミニウム複合材料の製作プロセスにおいて形成される酸化物層よりもかなり薄い。さらに、表面のケイ素が洗浄によって濃縮され、表面に幾つかの食刻されたくぼみが生成する。３つの効果はすべて、本発明によるアルミニウム複合材料の極めて良好なろう付け挙動の理由と考えられる。

走査型電子顕微鏡像が示すように、強力な洗浄中に、ケイ素粒子がアルミニウムろう付け層に露出することもあり、その結果、ケイ素がそのまま表面で強力に濃縮される。本発明によるアルミニウム複合材料を使用すると、その目的がフラックスレスろう付けを可能にすることである従来技術で公知の複雑なアルミニウムろう付け層構造が不要になる。それによって、ろう付け接合部をより高い費用効果で提供することができる。

本発明によるアルミニウム複合材料の使用の別の一実施形態によれば、アルミニウムろう付け層表面は、さらに、洗浄前又は洗浄中に脱脂される。脱脂は、例えば、焼きなまし処理によって実施することができる。しかし、脱脂媒体の使用も可能である。アルミニウム複合材料のアルミニウムろう付け層の脱脂表面は、洗浄による攻撃を改善し、したがってフラックスを使用せずにろう付け挙動を改善することができる。

上述したように、本発明の次の一実施形態によれば、アルミニウムろう付け層の洗浄面が、少なくとも部分的に露出した又は露出したケイ素粒子を含むと有利である。ケイ素濃度がここでは局所的により高くなり、ろう付け材料の組成によっては、融解範囲を局所的に狭くすることができる。ケイ素粒子は、周囲のアルミニウムマトリックスと一緒に溶融し、その程度に応じて残りのアルミニウムろう付け材料の液化を促進する。アルミニウムろう付け材料の濡れ性は極めて複雑であり、まだ詳細に理解されていない。しかし、詳細な実験によって、少なくとも部分的に露出したケイ素粒子がアルミニウムろう付け材料の濡れ性を改善し得ることが示された。

アルミニウム複合材料の使用の更なる一展開によれば、タイプＡＡ１ｘｘｘ、ＡＡ２ｘｘｘ、ＡＡ３ｘｘｘ、ＡＡ５ｘｘｘ又はＡＡ６ｘｘｘのアルミニウム合金がアルミニウムコア合金として提供される。上記タイプのアルミニウム合金は、概して、例えば熱交換器としての使用に、又はろう付け構築物の別の適用分野において、必要である機械的性質を有する。熱交換器の場合、タイプＡＡ３ｘｘｘのアルミニウム合金が特に好ましく使用される。というのは、これらが、それ相応に低合金材料であり、安価であり、耐食性であるからである。

アルミニウム複合材料の使用の別の一実施形態によれば、アルミニウムろう付け合金は以下の組成（ｗｔ％）を有する。
６．５％≦Ｓｉ≦１５％、
Ｆｅ≦１％、
Ｃｕ≦０．３％、
Ｍｇ≦２．０％、
Ｍｎ≦０．１５％、
Ｚｎ≦０．１５％、
Ｔｉ≦０．３０％、
残部は、それぞれ最高０．０５％及び合計で最高０．１５％のＡｌ及び不可避的不純物である。

アルミニウムろう付け合金としては、例えば、タイプＡＡ４０４５、ＡＡ４３４３、又はＡＡ４０４７のアルミニウム合金が好ましく使用される。上記仕様を満足するすべてのアルミニウムろう付け合金に共通しているのは、それらがアルミニウムコア合金よりも融点が低く、その結果、ろう付けされる構造部品をコア合金の固相線温度よりも低い温度に加熱すると、アルミニウムろう付け層が液体又は部分的に液体になることである。アルミニウムコア合金は溶融しない。アルミニウムろう付け合金のＳｉ含有量は、好ましくは、６．５ｗｔ％から１２ｗｔ％である。

本発明によるアルミニウム複合材料の使用の別の一実施形態によれば、複合材料は、洗浄前に、軽く再焼きなましされるか、又は圧延のままであり、その結果、その後の使用中に必要な機械的性質が保証される。

経済的に大規模に製造することができるアルミニウム複合材料は、アルミニウム複合材料が同時鋳造又は圧延クラッディングによって製造された場合に提供することができる。同時鋳造又は圧延クラッディングの代替として、アルミニウムろう付け層を溶射によって塗布することも可能である。しかしながら、最初の２つのプロセスは、工業的に大規模に使用されるものである。

本発明の第２の教示によれば、上記目的は、少なくとも１種類のアルミニウムコア合金と、アルミニウムコア合金の片側又は両側に形成された少なくとも１個の外側アルミニウムろう付け層とからなる細片アルミニウム複合材料の製造方法であって、細片アルミニウム複合材料が圧延クラッディング又は同時鋳造及びそれに続く圧延によって製造される方法であって、アルミニウム複合材料のろう付け層がアルカリ洗浄又は酸洗浄に供されることを特徴とする方法によって達成される。上述したように、本発明者らは、驚くべきことに、アルカリ洗浄又は酸洗浄によって、特にフラックスレスろう付けにおいて、ろう付け性をかなり改善することができ、その結果、ＣＡＢろう付けによってフラックスを不要にできることを見いだした。アルミニウム複合材料を洗浄前又は洗浄中に脱脂媒体によって脱脂すると、洗浄除去効果が改善され、したがってろう付け結果が改善される。洗浄前の脱脂は、例えば、焼きなまし処理によって実施することもできる。ろう付け結果は、洗浄中に脱脂媒体を用いた脱脂によって改善することができる。

好ましくは、アルカリ洗浄媒体は、濃度０．２から１０ｗｔ％又は０．２〜５ｗｔ％の水酸化ナトリウムを含む。上記濃度では、アルミニウムろう付け層の表面を十分洗浄することができ、その結果、フラックスレスろう付け用のアルミニウム複合材料を簡単に提供できることが見いだされた。水酸化ナトリウムとは別に、例えば硝酸又はリン酸を表面洗浄に使用した、酸性洗浄を採用することができる。好ましくは、洗浄媒体は、水酸化ナトリウムとは別に、例えば、グルコン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムなどの有機又は無機錯化剤を含む。これは、驚くべきことに、ろう付け結果を更に改善する。

アルミニウムろう付け層の洗浄は、好ましくは、最後の冷間圧延工程に合わせて行われ、その結果、できるだけ経済的な製造プロセスを提供することができる。しかし、アルミニウム複合材料を、洗浄前に連続炉中で再焼きなまし又は軽く焼きなましすることもできる。このようにして、熱交換器の製造に対して最適化された細片ろう付け複合材料のコイルを極めて経済的に提供することができる。しかし、他の製造工程とは無関係に実施されるコイル−コイル製作工程の使用も考えられる。

さらに、完成した圧延アルミニウム複合材料をコイル形態でバッチ炉で焼きなまし、次いで表面洗浄処理に移すこともできる。これらのプロセスも、例えば、連続炉に高い投資費用を必要としないので、経済的に好都合である。

本発明による方法の別の一実施形態によれば、脱脂媒体は、５〜４０ｗｔ％トリポリリン酸ナトリウムと、３〜１０ｗｔ％グルコン酸ナトリウムと、３〜８ｗｔ％非イオン及び陰イオン界面活性剤と、場合によっては０．５〜７０ｗｔ％炭酸ナトリウム、好ましくは３０〜７０ｗｔ％炭酸ナトリウムとの混合物を少なくとも０．２から１５ｗｔ％、好ましくは０．５〜３ｗｔ％又は２から８ｗｔ％含む。脱脂媒体の上記組成は、特に、好ましくは水酸化ナトリウムを含むアルカリ洗浄と組み合わせて、極めて良好なろう付け結果をもたらす。上記脱脂媒体は、洗浄処理の適用前又は洗浄処理と一緒に使用することができ、ＣＡＢプロセスにおいてフラックスを使用せずにアルミニウムろう付け層の極めて良好なろう付け可能な表面を残す。

その後に使用されるアルミニウム複合材料を調製するために、アルミニウム複合材料を洗浄前に軽く焼きなまし又は逆焼きなまし（英：reverse annealed，独：rueckgeglueht）すると有利である。ここで、機械的性質を焼きなましプロセスによって簡単に調節することができる。

好ましくは、洗浄媒体中のアルミニウム複合材料のアルミニウムろう付け層の滞在時間は、１〜２０秒、好ましくは２〜８秒である。この滞在時間によって、表面のケイ素を濃縮するために、又はケイ素粒子を露出させるためにも、アルミニウムろう付け層表面を洗浄媒体によって十分攻撃することができる。

洗浄媒体温度が６５℃〜８０℃である場合、洗浄媒体とアルミニウムろう付け層の反応をさらに改善することができる。特に、温度が高いほどプロセス速度を高くすることができる。

好ましくは、酸性リンスを硝酸又は硫酸を使用して行うことができ、その結果、洗浄残渣を細片アルミニウム複合材料から除去することができる。

本発明の更なる教示によれば、上記目的は、少なくとも１個のアルミニウムコア合金と、アルミニウムコア合金の片側又は両側に形成されたアルミニウムろう付け合金からなる少なくとも１個の外側ろう付け層とからなるろう付け複合材料を使用したアルミニウム合金の構造部品の熱接合方法であって、アルミニウムろう付け合金が洗浄面を有し、アルミニウム複合材料がフラックスレス熱接合プロセスで接合され、接合プロセスが保護性ガスの存在下で行われる、方法によって達成される。好ましい熱接合プロセスは、保護性ガス下のろう付け、又は例えばＣＡＢろう付けプロセスである。しかし、例えばレーザーろう付けなどの保護性ガスを必要とする別の接合プロセスも考えられる。

さらに、本発明の更なる教示によれば、上記目的は、少なくとも２個の熱接合部品を含むろう付け構築物であって、部品の少なくとも１個が、アルミニウムろう付け層を有するアルミニウム複合材料を含み、アルミニウムろう付け層が洗浄面を有し、保護性ガスの存在下でフラックスを使用せずに形成された熱接合部継ぎ目が第１の部品と第２の部品の間にある、ろう付け構築物によって達成される。

ろう付け構築物の別の一実施形態によれば、これは、本発明によるアルミニウム複合材料からなる少なくとも１個の成形又は非成形金属シート又は管を含む。

かかるろう付け構築物は、更なる一展開によれば、例えば、熱交換器である。ろう付け構築物の利点は、本発明によるアルミニウム複合材料が、保護性ガスの存在下で、例えば、ＣＡＢろう付けプロセスによって、フラックスレス熱接合を可能にすることにある。フラックス残渣がもはや存在せず、同時にコスト集約的な真空ろう付けを使用する必要がないので、耐久性が改善され、同時に製造コストが削減されたろう付け構造部品を提供することができる。

本発明を図面と併せて例示的実施形態を用いて以下により詳細に記述する。

アルミニウム複合材料のろう付け性を確認するためのろう付け実験装置の斜視図である。 図１のろう付け実験装置の長軸に沿った断面図である。 従来のアルミニウム複合材料を使用したろう付け実験結果である。 本発明によるアルミニウム複合材料の例示的実施形態のろう付け実験結果である。 本発明によるアルミニウム複合材料の別の例示的実施形態のろう付け実験結果である。 本発明によるアルミニウム複合材料の別の例示的実施形態のろう付け実験結果である。 ろう付け前の図３のアルミニウム複合材料の表面の走査型電子顕微鏡像である。 ろう付け後の図４ａ）の例示的実施形態の表面の走査型電子顕微鏡像である。 ろう付け後の図４ｂ）の例示的実施形態の表面の走査型電子顕微鏡像である。 ろう付け後の図４ｃ）の例示的実施形態の表面の走査型電子顕微鏡像である。 本発明によるアルミニウム複合材料を含むろう付け構築物の例示的一実施形態である。

本発明によるアルミニウム複合材料のろう付け性を、フラックスレスＣＡＢろう付けプロセスによって図１に示した特別なろう付け実験装置で試験した。ろう付け実験装置は、合計３個の部品、すなわち金属シート１、角度付き金属シート２、及び角度付き金属シート２のための支持金属シート３からなる。角度付き金属シート２は、支持金属シート３上のその閉端２ａが金属シート１上に配置された状態で置かれている。しかしながら、両方の分岐端２ｂは金属シート１上にある。図２の断面図に示したように、角度付き金属シート２の分岐端２ｂの支持点から支持金属シート３上の閉端２ａの支持点まで変化する間隙がこうして形成される。ろう付け間隙が広がるため、金属シート１のろう付け性がどれほど良好か評価することができる。例えば、広がっていく間隙４が大部分充填される場合、極めて良好なろう付け挙動が特定のプロセスパラメータ下で存在すると考えることができる。

金属シート１は、本例示的実施形態においては、圧延被覆アルミニウムろう付け層を有するアルミニウム複合材料からなる。実験に用いた金属シート厚さは、０．５ｍｍから１ｍｍであった。金属シート１の長さは７０ｍｍであり、幅は５０ｍｍである。角度付き小片２の分岐の長さは、各場合において５０ｍｍである。角度付き金属シート２の開口角度は３５°である。支持金属シート３は厚さが１ｍｍであり、その結果、角度付き金属シート２の閉端から分岐端までの高さの差は１ｍｍである。角度付き金属シート２の厚さは０．６ｍｍである。角度付き金属シート２は、アルミニウムろう付け層がない。

従来のアルミニウム複合材料のろう付け結果を図３に示す。タイプＡＡ３００３のアルミニウム合金のコア層を有するアルミニウム複合材料は、合計厚さが０．５ｍｍであり、両側がＡｌＳｉ１０−アルミニウムろう付け材料（ＡＡ４０４５）で被覆されていた。被覆層厚さは、片側で合計厚さの１１．５％であった。この結果、被覆層厚さは各場合において約０．０５７５ｍｍであった。ろう付けを加熱段階後に温度６００℃で実施し、このろう付け温度を４分間保持した。ろう付けをフラックスなしで窒素雰囲気中で実施した。図３からわかるように、ろう付け後、角度付き金属シートと複合材料の間隙は充填されず、その結果、ろう付け接合部を形成できなかった。この結果は驚くべきものではなかった。というのは、アルミニウム複合材料の単純な構造のため、フラックスレスろう付けが期待すべきものではなかったからである。

これに対して、図４ａ）から４ｃ）は、洗浄、ここではアルカリ洗浄されたアルミニウムろう付け層表面を有する本発明によるアルミニウム複合材料を用いたろう付け結果である。使用したアルミニウム複合材料の全厚は、図４ａ）及び４ｃ）に示した例示的実施形態では１ｍｍであり、両側被覆層厚さは１５％、すなわち０．１５ｍｍであった。図４ａ）の例示的実施形態は、ＡｌＳｉ７．５アルミニウムろう付け層で被覆され、図４ｃ）の例示的実施形態は、ＡｌＳｉ１２アルミニウムろう付け層で被覆されていた。タイプＡＡ３００３の合金をアルミニウムコア合金として使用した。図４ｂ）の例示的実施形態は、図３のそれに正確に対応するが、違いは、図４ｂ）の例示的実施形態が、本発明による例示的実施形態４ａ）及び４ｃ）同様、アルカリ洗浄面を有することであった。

角度付き金属シートの支持点の領域において、さらに分岐長さの少なくとも約２／３に沿って、アルミニウムろう付け層がろう付け接合部を形成したことは印象的であった。アルミニウム複合材料上のアルミニウムろう付け材料が溶融し、間隙の比較的大きい領域でも角度付き金属シートとろう付け接合部を形成したことが明瞭に認められる。角度付きシート金属小片の閉端の支持点の付近に極めて大きい間隙幅を有する領域のみ、ろう付けされなかった。さらに、アルミニウムろう付け層のＳｉ含有量が増加するにつれて間隙充填が改善されることが認められる。洗浄面を有する本発明によるアルミニウム複合材料を用いると、ＣＡＢろう付けプロセスにおいてフラックスを不要にできることが見いだされた。

試験アルミニウム複合材料は圧延被覆されていた。しかしながら、同時鋳造又は溶射によって製造されたアルミニウム複合材料でも同一の結果が予想される。

図５は、ろう付けに使用される前の、図３の圧延被覆された従来のアルミニウム複合材料の例示的実施形態の表面の走査型電子顕微鏡像である。図示したアルミニウム複合材料を軟質状態に戻すために、焼きなまし処理に供した。図５においては、表面が平滑であり、表面にケイ素粒子を含まず、通常の圧延構造を有することが明瞭に認められる。

図６ａ）から６ｃ）は、表面洗浄後の図４ａ）から４ｃ）のアルミニウム複合材料の走査型電子顕微鏡像である。図６ａ）及び６ｃ）の金属シートを実験室で浸漬による手作業の洗浄に供した。濃度１ｗｔ％の水酸化ナトリウム溶液を接触時間約３分、６０℃の洗浄温度で使用した。噴霧プロセスによる製作と同様の洗浄攻撃を得るために、長い洗浄時間を選択した。洗浄と同時に、５〜４０ｗｔ％トリポリリン酸ナトリウムと、３〜１０ｗｔ％グルコン酸ナトリウムと、非イオン及び陰イオン界面活性剤の３〜８ｗｔ％との１ｗｔ％濃度の混合物で脱脂媒体を使用した。洗浄後、複合材料を１％硝酸溶液で清浄にした。

図６ｂ）の例示的実施形態は、脱脂工程と洗浄工程を同時に備え、洗浄及び脱脂媒体を噴霧するコイル−コイル製造工程を経たものである。１．５ｗｔ％水酸化ナトリウム溶液のほか、脱脂媒体は、５〜４０ｗｔ％トリポリリン酸ナトリウムと、３〜１０ｗｔ％グルコン酸ナトリウムと、非イオン及び陰イオン界面活性剤の３〜８ｗｔ％との混合物の１ｗｔ％を含むものとした。接触時間は、洗浄温度７５℃で２〜８秒であった。

図６ａ）は、図５）と比較して、多数の、少なくとも部分的に露出したケイ素粒子と、さらにアルミニウムろう付け層表面の食刻されたくぼみを示す。図６ｂ）及び図６ｃ）にも同じことが当てはまり、アルミニウムろう付け層のＳｉ含有量がより高いために、少なくとも部分的に露出したケイ素粒子による表面占有率が図６ａ）から図６ｃ）へと上昇している。走査型電子顕微鏡像で明瞭に示されているように、洗浄のために、洗浄媒体に不溶なケイ素粒子が表面に残るようにアルミニウムが溶解している。このことから、洗浄プロセスに起因して表面のケイ素濃度が増加すると、例えば、多数のケイ素粒子の露出に至る濃縮によって、アルミニウム複合材料のろう付け挙動がかなり改善されると考えられる。前のプロセス工程によって形成された図５の表面に存在する比較的厚い酸化アルミニウム層が除去され、新しい極めて薄い酸化アルミニウム層で置換されることも有利である。図６ａ）及び図６ｃ）に対して、図６ｂ）は、比較的多数の少なくとも部分的に露出したケイ素粒子を表面に有するより少数の深い食刻された穴を示している。

したがって、本発明によるアルミニウム複合材料を用いて、ＣＡＢプロセスにおいて単純なアルミニウムろう付け層を用い、フラックスを使用せずに、ろう付けを形成することに初めて成功した。本発明によるアルミニウム複合材料を用いてろう付け構築物を形成するために、例えばタイプＡｌＳｉ１２、ＡｌＳｉ１０又はＡｌＳｉ７．５のアルミニウム合金の、単純なアルミニウムろう付け層を使用することができる。例えば、本発明によるアルミニウム複合材料は、有利には、図７に示すように、ろう付け熱交換器７の製造に使用することができる。

熱交換器のフィン５は、通常、裸のアルミニウム合金細片、又は両側がアルミニウムろう付け材料で被覆されたアルミニウム合金細片からなる。フィン５は、管６上の蛇行形状のろう付け湾曲部であり、多数のろう付け接合部が必要であることを意味する。したがって、本発明によるアルミニウム複合材料を使用することが特に有利である。というのは、ＣＡＢろう付けプロセスにおいてフラックスを使用しなくても特に良好なろう付け結果が得られるからである。それによって製造された熱交換器は、フラックス残渣がもはや存在しないので、ＣＡＢろう付けプロセスを用いると耐用年数が延びる。フラックス残渣がないと、熱交換器の操作に特にポジティブな効果がある。

このことは、通常はフラックスを用いてろう付けされるアルミニウム複合材料を有する他の構築物にも当てはまることは明らかである。

アルミニウムろう付け層の表面のアルカリ洗浄後、保護性ガスの存在下で熱接合プロセス、特にろう付けプロセスにおいてアルミニウム複合材料の諸性質が極端に変わり得ることが見いだされた。熱接合プロセスは、アルミニウムろう付け材料を加熱し、結合相手との材料閉鎖結合（英：material closure connection，独：stoffschluessige Fuegeverbindung）が形成されるプロセスであると理解される。通常、熱接合は、保護性ガス、例えば不活性ガスの存在下で実施される。なお、「保護性ガスの存在」という表現は、少なくとも熱接合部継ぎ目領域において、酸素が保護性ガスで少なくとも部分的に置換され、アルミニウムろう付け材料が溶融したときに、酸化アルミニウムの形成が防止される、又は大いに抑制されることを意味すると理解される。これまで、単純なろう付け層構造の場合における保護性ガス下の良好な接合結果は、フラックスを使用することによってしか得られなかった。しかし、本発明による使用においては、良好な結果がフラックスを使用せずに得ることもできる。

アルミニウム複合材料の使用の別の一実施形態によれば、アルミニウムろう付け合金は以下の組成（ｗｔ％）を有する。
６．５％≦Ｓｉ≦１５％、
Ｆｅ≦１％、
Ｃｕ≦０．３％、
Ｍｇ≦２．０％、
Ｍｎ≦０．１５％、
Ｚｎ≦０．１５％、
Ｔｉ≦０．３０％、
残部は、Ａｌ及びそれぞれ最高０．０５％及び合計で最高０．１５％の不可避的不純物である。

本発明の第２の教示によれば、上記目的は、少なくとも１種類のアルミニウムコア合金と、アルミニウムコア合金の片側又は両側に形成された少なくとも１個の外側アルミニウムろう付け層とからなる細片アルミニウム複合材料の製造方法であって、細片アルミニウム複合材料が圧延クラッディング又は同時鋳造及びそれに続く圧延によって製造される方法であって、アルミニウム複合材料のろう付け層がアルカリ洗浄に供されることを特徴とする方法によって達成される。上述したように、本発明者らは、驚くべきことに、アルカリ洗浄によって、特にフラックスレスろう付けにおいて、ろう付け性をかなり改善することができ、その結果、ＣＡＢろう付けによってフラックスを不要にできることを見いだした。アルミニウム複合材料を洗浄前又は洗浄中に脱脂媒体によって脱脂すると、洗浄除去効果が改善され、したがってろう付け結果が改善される。洗浄前の脱脂は、例えば、焼きなまし処理によって実施することもできる。ろう付け結果は、洗浄中に脱脂媒体を用いた脱脂によって改善することができる。

好ましくは、アルカリ洗浄媒体は、濃度０．２から１０ｗｔ％又は０．２〜５ｗｔ％の水酸化ナトリウムを含む。上記濃度では、アルミニウムろう付け層の表面を十分洗浄することができ、その結果、フラックスレスろう付け用のアルミニウム複合材料を簡単に提供できることが見いだされた。好ましくは、洗浄媒体は、水酸化ナトリウムとは別に、例えば、グルコン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムなどの有機又は無機錯化剤を含む。これは、驚くべきことに、ろう付け結果を更に改善する。

Claims (19)

1. 少なくとも１種類のアルミニウムコア合金と、前記アルミニウムコア合金の片側又は両側に形成されたアルミニウムろう付け合金からなる少なくとも１個の外側ろう付け層とからなるアルミニウム複合材料の使用であって、前記アルミニウムろう付け層が洗浄面を有する使用であって、
   前記アルミニウム複合材料がフラックスレス熱接合プロセスに使用され、前記接合プロセスが保護性ガスの存在下で実施されることを特徴とする、使用。
2. 前記アルミニウム複合材料がフラックスレスＣＡＢろう付けプロセスに使用されることを特徴とする、請求項１に記載の使用。
3. 前記アルミニウムろう付け層の前記表面が、さらに、前記洗浄前又は洗浄中に脱脂されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の使用。
4. 前記アルミニウムろう付け層の前記洗浄面が、少なくとも部分的に露出した又は露出したケイ素粒子を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の使用。
5. タイプＡＡ１ｘｘｘ、ＡＡ２ｘｘｘ、ＡＡ３ｘｘｘ、ＡＡ５ｘｘｘ又はＡＡ６ｘｘｘのアルミニウム合金がアルミニウムコア合金として用意されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の使用。
6. 前記アルミニウムろう付け合金が以下の組成（ｗｔ％）を有し、
   ６．５％≦Ｓｉ≦１５％、
   Ｆｅ≦１％、
   Ｃｕ≦０．３％、
   Ｍｇ≦２．０％、
   Ｍｎ≦０．１５％、
   Ｚｎ≦０．１５％、
   Ｔｉ≦０．３０％、
   残部が、それぞれ最高０．０５％及び合計で最高０．１５％のＡｌ及び不可避的不純物であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の使用。
7. 前記アルミニウム複合材料が、前記洗浄前に軽く焼きなましされる、又は再焼きなましされることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の使用。
8. 前記アルミニウム複合材料が、同時鋳造又は圧延クラッディングによって製造されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の使用。
9. 少なくとも１個のアルミニウムコア合金と、前記アルミニウムコア合金の片側又は両側に形成されたアルミニウムろう付け合金からなる少なくとも１個の外側ろう付け層とからなる、細片アルミニウム複合材料、特に請求項１から８のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料の製造方法であって、細片アルミニウム複合材料が圧延クラッディング又は同時鋳造及びそれに続く圧延によって製造され、前記アルミニウムろう付け層がアルカリ洗浄又は酸洗浄に供される方法であって、
   前記アルミニウム複合材料が、前記洗浄前又は前記洗浄中に脱脂媒体によって脱脂されることを特徴とする、方法。
10. 前記アルカリ洗浄媒体が濃度０．２から１０ｗｔ％又は０．２から５ｗｔ％の水酸化ナトリウムを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記洗浄媒体が、水酸化ナトリウムに加えて、有機又は無機錯化剤も含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記脱脂媒体が、５〜４０ｗｔ％トリポリリン酸ナトリウムと、３〜１０ｗｔ％グルコン酸ナトリウムと、３〜８ｗｔ％の非イオン及び陰イオン界面活性剤と、場合によっては０．５〜７０ｗｔ％炭酸ナトリウム、好ましくは３０〜７０ｗｔ％炭酸ナトリウムとの混合物を少なくとも０．２から１５ｗｔ％、０．５から３ｗｔ％又は２から８ｗｔ％含むことを特徴とする、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記洗浄媒体中の前記アルミニウム合金細片の滞在時間が１から２０秒、好ましくは２〜８秒であることを特徴とする、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記洗浄媒体の温度が６５℃から８０℃であることを特徴とする、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記酸性リンスが硝酸又は硫酸を用いて実施されることを特徴とする、請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 少なくとも１個のアルミニウムコア合金と、前記アルミニウムコア合金の片側又は両側に形成されたアルミニウムろう付け合金からなる少なくとも１個の外側ろう付け層とからなる請求項１から８のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料の使用によるアルミニウム合金の構造部品の熱接合方法であって、前記アルミニウムろう付け層が洗浄面を有し、前記アルミニウム複合材料がフラックスレス熱接合プロセスで接合され、前記接合プロセスが保護性ガスの存在下で行われる、方法。
17. 少なくとも２個の熱接合部品を含むろう付け構築物であって、前記部品の少なくとも１個が、アルミニウムろう付け層を有するアルミニウム複合材料を含み、前記アルミニウムろう付け層が洗浄面を有し、保護性ガスの存在下でフラックスを使用せずに形成された熱接合部継ぎ目が前記第１の部品と前記第２の部品の間にある、ろう付け構築物。
18. フラックスレスＣＡＢろう付けプロセスにおいて請求項１から８のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材料を使用して製造された少なくとも１個の成形又は非成形金属シート又は管を含む、請求項１７に記載のろう付け構築物。
19. 前記ろう付け構築物が熱交換器であることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載のろう付け構築物。