JP6300747B2 - アルミニウム合金製ブレージングシート - Google Patents
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Description
また、本発明のアルミニウム合金製ブレージングシートは、中間層が所定の厚さであることによって、耐食性がさらに向上する。
本発明のアルミニウム合金製ブレージングシートは、中間層が所定の厚さであることによって、ろう付後強度がさらに向上する。
本発明のアルミニウム合金製ブレージングシートは、中間層が所定量のMnをさらに含有することによって、ブレージングシートのろう付後強度が向上する。
図1に示すように、ブレージングシート1Aは、心材2と、心材2の片面側に設けられたろう材4と、心材2とろう材4との間に設けられた中間層3とを備える。また、ブレージングシート1Aのシート全体の厚さは、ブレージングシート1Aの軽量化とろう付後強度の向上を両立化するために、0.30〜1.00mmが好ましい。シート全体の厚さは、薄肉による軽量化の観点から、0.80mm以下が好ましく、0.60mm以下がさらに好ましい。以下、各構成について説明する。
心材2は、所定量のCu、SiおよびMnを含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる。以下、成分組成の数値限定理由について説明する。
Cuは、心材の電位を貴化し、また固溶強化により耐食性とろう付後強度の向上に寄与する。Cuの含有量が0.50質量%未満では、ろう付後強度が不十分である。一方、Cuの含有量が1.10質量%を超えると、心材2の固相線温度が低くなり、ろう付加熱時に局部溶融が生じる。したがって、心材2のCuの含有量は、0.50〜1.10質量%である。
Siは、固溶強化によって、また、Mnと分散粒子を形成することによる分散強化によって、ろう付後強度の向上に寄与する。Siの含有量が0.10質量%未満では、ろう付後強度が不十分である。一方、Siの含有量が1.10質量%を超えると心材2の固相線温度が低くなり、ろう付加熱時に局部溶融が生じる。したがって、心材2のSiの含有量は、0.10〜1.10質量%である。また、心材2のろう付後強度を向上させる観点から、Siの含有量の下限値は0.20質量%を越えて、上限値は1.00質量%以下であることが好ましい。
Mnは、Siと分散粒子を形成して分散強化することで、ろう付後強度の向上に寄与する。Mnの含有量が0.60質量%未満では、ろう付後強度が不十分である。一方、Mnの含有量が2.00質量%を超えると、鋳造時に粗大な金属間化合物を形成し、加工性が低下するため、素材の圧延が困難となる。したがって、心材2のMnの含有量は、0.60〜2.00質量%である。
心材2の成分組成は、前記の他に残部がAlおよび不可避的不純物からなる。なお、不可避的不純物としては、例えば、Fe、Zn等が挙げられる。Feの含有量は、0.70質量%以下、好ましくは0.50質量%以下である。Znの含有量は、0.10質量%以下である。前記のような含有量であれば、本発明の効果を妨げないため、心材2に含有することが許容される。
(心材のMg:0.05〜0.50質量%)
Mgは、ろう付後にSiと析出相を形成し析出強化することで、ろう付後強度の向上に寄与する。Mgの含有量が0.05質量%未満では、ろう付後強度の向上効果が不十分である。一方、Mgの含有量が0.50質量%を超えると、心材2の片面側にろう材が直接配置される場合や接合部材が存在する場合は、ろう付時に拡散したMgとフラックスが反応し、高融点化合物を形成することで、フラックスの機能が損なわれるために、ろう付性が低下する。したがって、心材2にMgを含有させる場合、Mgの含有量は、0.05〜0.50質量%である。なお、安定したろう付性を得るためには、Mgの含有量の上限値は、0.30質量%以下が好ましい。
Crは、Al3Cr分散粒子を形成して分散強化することで、ろう付後強度の向上に寄与する。Crの含有量が0.05質量%未満では、ろう付後強度の向上効果が不十分である。一方、Crの含有量が0.30質量%を超えると、鋳造時に粗大な金属間化合物を形成し、加工性が低下するため、素材の圧延が困難となる。したがって、心材2にCrを含有させる場合、Crの含有量は、0.05〜0.30質量%である。
Tiは、アルミニウム合金中において層状に分布することにより、心材2の腐食形態が層状化し、厚さ方向への腐食進行速度を低減することができるため、耐食性の向上に寄与する。Tiの含有量が0.05質量%未満では、耐食性の向上の効果が十分には得られない。一方、Tiの含有量が0.30質量%を超えると、鋳造時に粗大な金属間化合物を形成し易くなり、加工性が低下するため、素材の圧延が困難となる。したがって、心材2にTiを含有させる場合、Tiの含有量は、0.05〜0.30質量%である。
Zrは、Al3Zr分散粒子を形成して分散強化することで、ろう付後強度の向上に寄与する。Zrの含有量が0.05質量%未満では、ろう付後強度の向上効果が不十分である。一方、Zrの含有量が0.30質量%を超えると、鋳造時に粗大な金属間化合物を形成し、加工性が低下するため、素材の圧延が困難となる。したがって、心材2にZrを含有させる場合、Zrの含有量は、0.05〜0.30質量%である。
中間層3は、所定量のZnおよびSiを含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる。以下に、中間層3の成分組成の数値限定理由について説明する。
Znは、中間層3の電位を卑化させ、心材2との電位差を生じさせることにより、耐食性の向上に寄与する。Znの含有量が0.50質量%未満では、心材2との電位差が小さくなり、耐食性を確保するのが困難になる。一方、Znの含有量が10.00質量%を超えると、中間層3と心材2との電位差が過大となり、中間層3が早期に消耗することで、結果的に犠牲陽極効果が低下する。したがって、中間層3のZnの含有量は、0.50〜10.00質量%である。また、中間層3の耐食性を向上させる観点から、Znの含有量の下限値は2.50質量%、上限値は6.00質量%であることが好ましい。
Siは、固溶強化によって、ろう付後強度の向上に寄与する。また、中間層3がMnを含有する場合には、SiとMnとの分散粒子を形成することによる分散強化によって、ろう付後強度の向上に寄与する。Siの含有量が0.20質量%以下では、ろう付後強度が不十分である。一方、Siの含有量が1.10質量%を超えると、中間層3の固相線温度が低くなり、ろう付加熱時に局部溶融が生じることで耐食性が低下する。したがって、中間層3のSiの含有量は、0.20質量%を越えて1.10質量%以下である。
また、中間層3の強度を向上させる観点から、Siの含有量の上限値は1.00質量%であることが好ましい。
中間層3の成分組成は、前記の他に残部がAlおよび不可避的不純物からなる。なお、不可避的不純物としては、例えば、Fe、In、Sn、Niが挙げられ、Feの含有量は、0.70質量%以下、好ましくは0.50質量%以下である。また、Fe以外の元素の含有量は、それぞれ0.05質量%未満、好ましくはそれぞれ0.03質量%以下である。前記の含有量であれば、本発明の効果を妨げないため、中間層3に含有することが許容される。
(中間層厚さ:0.05mm以上、かつ、シート全体の厚さの35%以下)
中間層3は、心材2とろう材4との間に犠牲防食層として配置される。中間層3の厚さが0.05mm未満であると、犠牲防食層の量が不足することで耐食性の確保が困難となる。一方、中間層3の厚さがブレージングシート1Aのシート全体の厚さの35%を超える、すなわち、中間層3のクラッド率が35%を超えると、シート全体の厚さに占める心材2の比率が小さくなり、要求されるろう付後強度水準の維持が困難となる。また、中間層3は、耐食性を向上させる観点から、その厚さの下限値は0.07mmが好ましい。また、中間層3は、ろう付後強度を向上させる観点から、その厚さの上限値はシート全体の厚さの35%、すなわち、中間層のクラッド率が35%以下であることが好ましい。
(中間層のMn:0.10〜1.50質量%)
Mnは、Siと分散粒子を形成して分散強化することで、ろう付後強度の向上に寄与する。Mnの含有量が0.10質量%未満では、ろう付後強度の向上効果が不十分である。一方、Mnの含有量が1.50質量%を超えると、鋳造時に粗大な金属間化合物を形成し、加工性が低下するため、素材の圧延が困難となる。したがって、中間層3にMnを含有させる場合、Mnの含有量は、0.10〜1.50質量%である。
(中間層のMg:0.05〜0.50質量%)
Mgは、ろう付後にSiと析出相を形成し析出強化することで、ろう付後強度の向上に寄与する。Mgの含有量が0.05質量%未満では、ろう付後強度の向上効果が不十分である。一方、Mgの含有量が0.50質量%を超えると、ろう付時にろう材側に拡散したMgとフラックスが反応し高融点化合物を形成することで、フラックスの機能を損なわせる結果、ろう付性が低下する。したがって、中間層にMgを含有させる場合、Mgの含有量は、0.05〜0.50質量%である。なお、安定したろう付性を得るためには、Mgの含有量の上限値は、0.30質量%以下が好ましい。
Crは、Al3Cr分散粒子を形成して分散強化することで、ろう付後強度の向上に寄与する。Crの含有量が0.05質量%未満では、ろう付後強度の向上効果が不十分である。一方、Crの含有量が0.30質量%を超えると、鋳造時に粗大な金属間化合物を形成し、加工性が低下するため、素材の圧延が困難となる。したがって、中間層にCrを含有させる場合、Crの含有量は、0.05〜0.30質量%である。
Tiは、アルミニウム合金中において層状に分布することにより、中間層3の腐食形態が層状化し、厚さ方向への腐食進行速度を低減することができるため、耐食性の向上に寄与する。Tiの含有量が0.05質量%未満では、耐食性の向上の効果が十分には得られない。一方、Tiの含有量が0.30質量%を超えると、鋳造時に粗大な金属間化合物を形成し易くなり、加工性が低下するため、素材の圧延が困難となる。したがって、中間層にTiを含有させる場合、Tiの含有量は、0.05〜0.30質量%である。
Zrは、Al3Zr分散粒子を形成して分散強化することで、ろう付後強度の向上に寄与する。Zrの含有量が0.05質量%未満では、ろう付後強度の向上効果が不十分である。一方、Zrの含有量が0.30質量%を超えると、鋳造時に粗大な金属間化合物を形成し、加工性が低下するため、素材の圧延が困難となる。したがって、中間層にZrを含有させる場合、Zrの含有量は、0.05〜0.30質量%である。
ろう材4は、Al−Si系合金からなる。このAl−Si系合金としては、特に限定されないが、JIS規定のAl−Si系合金、例えば4343合金、4045合金等が挙げられる。そして、Al−Si系合金とは、Siを含有した合金の他に、Znを含有した合金も含むものが挙げられる。すなわち、Al−Si系合金としては、通常使用されているAl−Si系合金、またはAl−Si−Zn系合金であればどのようなものでもよい。また、真空ろう付用に用いられるAl−Si−Mg系、Al−Si−Mg−Bi系合金を使用することも可能である。さらに、Al−Si系合金は、Si、Zn、Mg、Biの他に、Fe、Cu、Mn等を含有してもよい。
図2に示すように、ブレージングシート1Bは、心材2と、心材2の一面側に設けられた第1ろう材4aと、心材2の他面側に設けられた第2ろう材4bと、心材2と第1ろう材4aとの間に設けられた中間層3とを備える。また、ブレージングシート1Bのシート全体の厚さは、前記ブレージングシート1Aと同様である。以下、各構成について説明する。
図3に示すように、ブレージングシート1Cは、心材2と、心材2の一面側に設けられた第1ろう材4aと、心材2の他面側に設けられた第2ろう材4bと、心材2と第1ろう材4aとの間に設けられた第1中間層3aと、心材2と第2ろう材4bとの間に設けられた第2中間層3bを備える。また、ブレージングシート1Cのシート全体の厚さは、前記ブレージングシート1Aと同様である。以下、各構成について説明する。
表1に示す成分組成の心材用アルミニウム合金を鋳造した後、得られた鋳塊を面削し、均質化熱処理することで、心材(No.1〜16)を製造した。また、表2に示す成分組成の中間層用アルミニウム合金を鋳造した後、得られた鋳塊を面削し、均質化熱処理し、熱間圧延することで、中間層(No.1〜17)を製造した。さらに、Si:10.00質量%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるろう材用アルミニウム合金を鋳造した後、得られた鋳塊を面削し、均質化熱処理し、熱間圧延することで、ろう材を製造した。
供試材について、窒素雰囲気の下、600℃で5分間保持のろう付を模擬した熱処理を施した。その後、室温で7日間保持し、引張方向が圧延方向と平行となるように、JIS5号試験片に加工して、室温にて引張試験を実施することによりろう付後強度を測定した。
ろう付後強度は、引張強さが155MPa以上のものを極めて良好(◎)と評価し、155MPa未満145MPa以上のものを良好(○)と評価し、145MPa未満のものを不良(×)と評価した。
供試材について、窒素雰囲気の下、600℃×5分間のろう付相当の加熱を行なった後に、試験片(縦幅60mm×横幅50mm)に加工した。その試験片について、図1に示す心材2側、図2または図3に示す第2ろう材4b側の全面をマスキング用シールで覆い、図1または図2に示す中間層3側、図3に示す第1中間層3a側を試験面とした。そして、OY水浸漬試験を行い、腐食深さを測定することにより評価した。
ろう付性は、竹本正ら著、「アルミニウムブレージングハンドブック(改訂版)」、軽金属溶接構造協会(2003年3月発行)の132〜136頁に記載されている評価方法により評価した。供試材を縦幅25mm×横幅60mmに加工し下板とした。図4に示すように、ろう材4面(図1参照)または第1ろう材4a面(図2または図3参照)が上向きとなるように水平に置いた下板11と、この下板11に対して垂直に立てて配置した上板12(JIS3003−O材、厚さ2.0mm×縦幅25mm×横幅55mm))との間に、φ2mmのステンレス製スペーサ13を挟んで、一定の間隙14を設定した。なお、スペーサ13の位置は、上板12の一端(下板11への接地点)から50mmの距離に挟んだ。また、下板11は、ろう材4面側または第1ろう材4a面側にフラックス(森田化学工業株製FL−7)を5g/m2塗布した。そして、窒素雰囲気下、600℃で5分間という条件の加熱処理を行った後、下板11と上板12との間隙14がフィレットにより充填された長さ(間隙充填長さ)をノギスで測定してろう付性を数値化した。なお、第2ろう材4b面についても、第1ろう材面4aと同様にしてろう付性を測定、評価した。
一方、表4に示すように、本発明の要件を満足しない供試材No.28〜38は、以下に示すように実施例に比べて劣っていた。
心材のSi量が上限値を超えるため、局部溶融が発生した。供試材No.32(比較例)は、心材のCu量が上限値を超えるため、局部溶融が発生した。供試材No.33(比較例)は、心材のMn量が上限値を超えるため、素材の圧延が困難であった。
2 心材
3 中間層
3a 第1中間層
3b 第2中間層
4 ろう材
4a 第1ろう材
4b 第2ろう材
Claims (5)
- 心材と、前記心材の少なくとも一面側に設けられたろう材と、前記心材と少なくとも一面側の前記ろう材との間に設けられた中間層とを備えるアルミニウム合金製ブレージングシートであって、
前記心材は、Cu:0.50〜1.10質量%、Si:0.10〜1.10質量%、Mn:0.60〜2.00質量%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなり、
前記中間層は、Zn:0.50〜10.00質量%、Si:0.20質量%を越えて1.10質量%以下を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなり、
前記ろう材は、Al−Si系合金からなり、
前記中間層は、その厚さが0.05mm以上であり、
ろう付後強度と中間層側耐食性に優れることを特徴とするアルミニウム合金製ブレージングシート。 - 前記中間層は、その厚さが前記ブレージングシートの全体の厚さの35%以下であることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金製ブレージングシート。
- 前記中間層が、さらにMn:0.10〜1.50質量%を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアルミニウム合金製ブレージングシート。
- 前記心材が、さらにMg:0.05〜0.50質量%、Cr:0.05〜0.30質量%、Ti:0.05〜0.30質量%およびZr:0.05〜0.30質量%の少なくとも1種以上を含有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製ブレージングシート。
- 前記中間層が、さらにMg:0.05〜0.50質量%、Cr:0.05〜0.30質量%、Ti:0.05〜0.30質量%およびZr:0.05〜0.30質量%の少なくとも1種以上を含有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製ブレージングシート。
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