JP2001300762A - アルミニウム合金ブレ−ジングシ−ト - Google Patents
アルミニウム合金ブレ−ジングシ−トInfo
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- JP2001300762A JP2001300762A JP2000125114A JP2000125114A JP2001300762A JP 2001300762 A JP2001300762 A JP 2001300762A JP 2000125114 A JP2000125114 A JP 2000125114A JP 2000125114 A JP2000125114 A JP 2000125114A JP 2001300762 A JP2001300762 A JP 2001300762A
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- flux
- brazing material
- aluminum alloy
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 真空炉とか気密性の雰囲気炉の高価設備が不
要であり、またフラックスとか不活性ガスの消耗もなく
低コストであり、かつ作業簡便性に優れたろう付けが可
能なアルミニウムブレ−ジングシ−トを提供する。 【解決手段】 薄皮材と芯材との中間材としてAl−S
i−Mg系ろう材を挟み込んだ構造の非酸化性雰囲気で
無フラックスろう付けするのに使用するブレ−ジングシ
−ト。ろう材には更にBi,Zn,Cu,Geの内から
選択した1種類以上を含有しても良い。
要であり、またフラックスとか不活性ガスの消耗もなく
低コストであり、かつ作業簡便性に優れたろう付けが可
能なアルミニウムブレ−ジングシ−トを提供する。 【解決手段】 薄皮材と芯材との中間材としてAl−S
i−Mg系ろう材を挟み込んだ構造の非酸化性雰囲気で
無フラックスろう付けするのに使用するブレ−ジングシ
−ト。ろう材には更にBi,Zn,Cu,Geの内から
選択した1種類以上を含有しても良い。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は非酸化性雰囲気中
で無フラックスでの接合が可能なアルミニウムブレ−ジ
ングシ−トに関するものである。
で無フラックスでの接合が可能なアルミニウムブレ−ジ
ングシ−トに関するものである。
【0002】
【従来の技術】 アルミニウムのろう付け法は大面積継
手や多点継手を一挙に作成できる効率的な方法として熱
交換器やパネルの製造に用いられている。また、この多
点継手では継手へのろう材の配置効率の点より一般的に
はろう材をクラッドしたブレ−ジングシ−トを用いてい
る。そして、ろう付け法としては、真空中での無フラ
ックス法非酸化雰囲気での非腐食性フラックス法大
気中での腐食性フラックス法の3つが用いられている。
しかし、これらろう付け法のうちは高価な真空炉が必
要であり、は真空式より低廉だがそれでも高価な気密
性の高い雰囲気炉やフラックス塗布工程や消耗する高価
な不活性ガスが必要であり、は装置や消耗代で優れる
がろう付け前後の腐食性フラックスの処理に多大の労
力、コストが必要である等の各々課題を抱えている。こ
れらの問題に対して、例えば、WWelding Journal、1
983年10月号P31〜に示されるように、Al−S
i−Mg−Biろう材のブレージングシートを用いて窒
素ガス雰囲気で無フラックスろう付けを行う方法が提示
されている。
手や多点継手を一挙に作成できる効率的な方法として熱
交換器やパネルの製造に用いられている。また、この多
点継手では継手へのろう材の配置効率の点より一般的に
はろう材をクラッドしたブレ−ジングシ−トを用いてい
る。そして、ろう付け法としては、真空中での無フラ
ックス法非酸化雰囲気での非腐食性フラックス法大
気中での腐食性フラックス法の3つが用いられている。
しかし、これらろう付け法のうちは高価な真空炉が必
要であり、は真空式より低廉だがそれでも高価な気密
性の高い雰囲気炉やフラックス塗布工程や消耗する高価
な不活性ガスが必要であり、は装置や消耗代で優れる
がろう付け前後の腐食性フラックスの処理に多大の労
力、コストが必要である等の各々課題を抱えている。こ
れらの問題に対して、例えば、WWelding Journal、1
983年10月号P31〜に示されるように、Al−S
i−Mg−Biろう材のブレージングシートを用いて窒
素ガス雰囲気で無フラックスろう付けを行う方法が提示
されている。
【0003】しかし、これらの方法では元板の酸化膜を
薄く制御しなければならなかったり、酸化防止のため窒
素ガス流量を多くしなくてはならない等の問題があっ
た。
薄く制御しなければならなかったり、酸化防止のため窒
素ガス流量を多くしなくてはならない等の問題があっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来技
術の問題点を解消して、より簡便な非酸化性雰囲気中で
無フラックスの接合が可能なアルミニウムブレ−ジング
シ−トを提供する事を目的とするものである。
術の問題点を解消して、より簡便な非酸化性雰囲気中で
無フラックスの接合が可能なアルミニウムブレ−ジング
シ−トを提供する事を目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、薄皮材
と芯材との中間材としてAl−Si−Mg系ろう材を挟
み込んだ特殊構造のブレ−ジングシ−トを使用して非酸
化性雰囲気で無フラックスろう付けするもので、ろう溶
融時に溶融ろうを皮材面に染み出させてろう付けを行う
ものである。
と芯材との中間材としてAl−Si−Mg系ろう材を挟
み込んだ特殊構造のブレ−ジングシ−トを使用して非酸
化性雰囲気で無フラックスろう付けするもので、ろう溶
融時に溶融ろうを皮材面に染み出させてろう付けを行う
ものである。
【0006】具体的には、薄皮材と芯材との中間材にA
l−Si−Mg系合金ろう材を用い、薄皮材及び芯材に
はそれより融点の高いアルミニウム合金を用いる事を特
徴とした非酸化性雰囲気中で無フラックスで使用するア
ルミニウム合金ブレ−ジングシ−トである。また、ろう
材には更にBi,Zn,Cu,Geの内から選択した1
種類以上を含有しても良い。
l−Si−Mg系合金ろう材を用い、薄皮材及び芯材に
はそれより融点の高いアルミニウム合金を用いる事を特
徴とした非酸化性雰囲気中で無フラックスで使用するア
ルミニウム合金ブレ−ジングシ−トである。また、ろう
材には更にBi,Zn,Cu,Geの内から選択した1
種類以上を含有しても良い。
【0007】
【発明の実施の形態】ここで、薄皮材と芯材との中間材
にAl−Si−Mg系合金ろう材を用いるのは以下の理
由による。Siはアルミニウム合金ろう材として必須の
合金元素であって、ろう材の融点を低下させ、溶融ろう
の流動性を良好にする作用を有する。その添加量は6.
0%〜13.0%が望ましい。Mgは非酸化性雰囲気で
のろうの濡れ広がり性を促進し、その添加量は0.1%
から5%が好ましい。0.1%未満ではろうの濡れ広が
り性の促進効果が無く、5%を超えると促進効果が飽和
し無意味になる。Bi,Zn,Cu,Geの内から選択
した1種類以上を含有させるとより好ましい。BiはM
gの機能を補助する作用があり、特にMg含有母材に対
して有効であり、その添加は0.01〜0.3が望まし
い。Cu,Zn、Geはろう材の融点を低下させ、その
結果として、ろうの濡れ広がりを促進する働きがあり、
その添加は5〜50%が望ましい。これらの条件を満た
すろう合金としては、例えば、JIS A 4003、
4004、4104、4N04が望ましい。
にAl−Si−Mg系合金ろう材を用いるのは以下の理
由による。Siはアルミニウム合金ろう材として必須の
合金元素であって、ろう材の融点を低下させ、溶融ろう
の流動性を良好にする作用を有する。その添加量は6.
0%〜13.0%が望ましい。Mgは非酸化性雰囲気で
のろうの濡れ広がり性を促進し、その添加量は0.1%
から5%が好ましい。0.1%未満ではろうの濡れ広が
り性の促進効果が無く、5%を超えると促進効果が飽和
し無意味になる。Bi,Zn,Cu,Geの内から選択
した1種類以上を含有させるとより好ましい。BiはM
gの機能を補助する作用があり、特にMg含有母材に対
して有効であり、その添加は0.01〜0.3が望まし
い。Cu,Zn、Geはろう材の融点を低下させ、その
結果として、ろうの濡れ広がりを促進する働きがあり、
その添加は5〜50%が望ましい。これらの条件を満た
すろう合金としては、例えば、JIS A 4003、
4004、4104、4N04が望ましい。
【0008】また、薄皮材及び芯材に用いるアルミニウ
ム合金としてはろう材より融点の高いアルミニウム合金
であれば良く、通常JIS A 1070,1050、
1100、1200、3003、3203、3004、
5005、5N01、6951、6061、6063、
6N01等が好ましく使用できる。なお、特に薄皮材で
はこれらの合金に更にSi,Zn,Sn,Inを添加し
ても良い。Siはろう材の染み出し性を促進させるため
に0.5〜5%添加するのが好ましい。Zn,Sn,I
nはろうの染み出し後のろう材全体の犠牲防食性を向上
させる。その添加量は、Znでは0.5〜5%、Sn,
Inでは0.01〜0.1%が好ましい。
ム合金としてはろう材より融点の高いアルミニウム合金
であれば良く、通常JIS A 1070,1050、
1100、1200、3003、3203、3004、
5005、5N01、6951、6061、6063、
6N01等が好ましく使用できる。なお、特に薄皮材で
はこれらの合金に更にSi,Zn,Sn,Inを添加し
ても良い。Siはろう材の染み出し性を促進させるため
に0.5〜5%添加するのが好ましい。Zn,Sn,I
nはろうの染み出し後のろう材全体の犠牲防食性を向上
させる。その添加量は、Znでは0.5〜5%、Sn,
Inでは0.01〜0.1%が好ましい。
【0009】ブレ−ジングシ−トの板厚としては通常
0.05〜2.0mmであれば良い。0.05mm未満
では製造が難しかったり、ろう材が不足でろう付け性が
低下する。また、2.0mmを超えると不必要な厚さで
無意味で経済的でないので好ましくない。
0.05〜2.0mmであれば良い。0.05mm未満
では製造が難しかったり、ろう材が不足でろう付け性が
低下する。また、2.0mmを超えると不必要な厚さで
無意味で経済的でないので好ましくない。
【0010】薄皮材クラッド率は1〜10%が、中間ろ
う材クラッド率は5〜20%が良い。これは薄皮材クラ
ッド率が1%未満では厚みの制御管理が難しくなった
り、圧延途中で皮材が剥がれる等の問題が有り、10%
を超えるとろうが溶融時に染み出し難くなる。中間ろう
材クラッド率が5%未満ではろう材不足でろう付け性が
低下し、20%を超えるとろうが過剰になって好ましく
ないためである。
う材クラッド率は5〜20%が良い。これは薄皮材クラ
ッド率が1%未満では厚みの制御管理が難しくなった
り、圧延途中で皮材が剥がれる等の問題が有り、10%
を超えるとろうが溶融時に染み出し難くなる。中間ろう
材クラッド率が5%未満ではろう材不足でろう付け性が
低下し、20%を超えるとろうが過剰になって好ましく
ないためである。
【0011】薄皮材及び中間ろう材は芯材の両面または
片面側のみに配しても良い。この際薄皮材と中間ろう材
はセットで配すれば良い。両面ろう材クラッドの場合は
芯材を含めて5層になり、片面ろう材クラッドの場合は
芯材を含めて3層または4層になる。
片面側のみに配しても良い。この際薄皮材と中間ろう材
はセットで配すれば良い。両面ろう材クラッドの場合は
芯材を含めて5層になり、片面ろう材クラッドの場合は
芯材を含めて3層または4層になる。
【0012】非酸化性雰囲気中の酸素の濃度は特に限定
はないが通常工業的に容易に使用可能な30〜1000
ppmが良い。また、主たる非酸化性雰囲気ガスとして
は通常窒素が好ましいが、Ar等の不活性ガスでも良
い。アルミニウム板のろう付け加熱温度はろう材が溶融
し、皮材が溶融しない温度であれば良く、通常560〜
620℃が良い。
はないが通常工業的に容易に使用可能な30〜1000
ppmが良い。また、主たる非酸化性雰囲気ガスとして
は通常窒素が好ましいが、Ar等の不活性ガスでも良
い。アルミニウム板のろう付け加熱温度はろう材が溶融
し、皮材が溶融しない温度であれば良く、通常560〜
620℃が良い。
【0013】本発明のろう付け法で不活性雰囲気で無フ
ラックスろう付けが可能な理由については以下の通りと
推定される。
ラックスろう付けが可能な理由については以下の通りと
推定される。
【0014】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Mg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。
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Mg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。
【0015】これに対し本発明では不活性雰囲気でかつ
無フラックスの条件下での酸化防止は図1に示す様に、
感受性の高いろう材を中間材に用いてその酸化を染み出
し時まで防止している事、およびこの際、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によると考えられる。
無フラックスの条件下での酸化防止は図1に示す様に、
感受性の高いろう材を中間材に用いてその酸化を染み出
し時まで防止している事、およびこの際、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によると考えられる。
【0016】又、本発明で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内面のろうが溶融
時に薄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。この際ろう材の染み出し直後にはろう
材中のMgが蒸発し継手部極近傍の雰囲気の酸素を消耗
し酸化防止に働いていると考えられる。図2にこの機構
に関する模式図を示す。
いにもかかわらずろう付が可能なのは内面のろうが溶融
時に薄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。この際ろう材の染み出し直後にはろう
材中のMgが蒸発し継手部極近傍の雰囲気の酸素を消耗
し酸化防止に働いていると考えられる。図2にこの機構
に関する模式図を示す。
【0017】一方、酸化皮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。露出部のろう材中
Mgは継手極近傍の相手母材の酸化皮膜を還元または改
質する作用によりぬれ吸引作用を生じさせると考えられ
る。
あるが一応以下の通りと考えている。露出部のろう材中
Mgは継手極近傍の相手母材の酸化皮膜を還元または改
質する作用によりぬれ吸引作用を生じさせると考えられ
る。
【0018】またBiがMg含有母材に対する溶融ろう
材の濡れ性を向上する機構についても不明な点が多い
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Mg
系酸化皮膜の巻き上げ剥離作用を有する(Materials Sc
ience and Technology、1999年4月号P419)た
めと考えられる。また、前述の通りZn,Cu,Geの
添加はAlと共晶反応を生じてアルミ合金の融点を下げ
る働きがあり、その結果ろう付けの低温化を可能にした
り、ろうの流動性を向上させる働きがある。
材の濡れ性を向上する機構についても不明な点が多い
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Mg
系酸化皮膜の巻き上げ剥離作用を有する(Materials Sc
ience and Technology、1999年4月号P419)た
めと考えられる。また、前述の通りZn,Cu,Geの
添加はAlと共晶反応を生じてアルミ合金の融点を下げ
る働きがあり、その結果ろう付けの低温化を可能にした
り、ろうの流動性を向上させる働きがある。
【0019】
【実施例】表1に示す芯材用合金(No.A)の金型鋳
造鋳塊を厚さ40mmに両面面削し、次いで600℃、
10時間の均質化処理をして芯材を作成した。また薄皮
材用合金(No.A)及び中間ろう材用合金(No.B
〜G)の金型鋳造鋳塊を厚さ40mmに両面面削し、そ
の後熱間圧延と冷間圧延を順に施して各々厚さ1.9m
m、及び9.4mmの薄皮材および中間ろう材を作成し
た。次に前記薄皮材、中間ろう材、芯材を表2に示す組
み合せで重ね、これを開始温度500℃で熱間圧延して
厚さ4mmのクラッド材とし、これを0.5mmまで冷
間圧延し、その後400℃×2時間の焼鈍を施して調質
O材とした。このように作成した5層あるいは3層のブ
レ−ジングシ−ト(0.5mm厚×30mm×60m
m)を、JIS A 3003母材板(1.0mm厚×
30mm×60mm)と組み合わせて図3に示す様なT
継手試験片を組み立てた。
造鋳塊を厚さ40mmに両面面削し、次いで600℃、
10時間の均質化処理をして芯材を作成した。また薄皮
材用合金(No.A)及び中間ろう材用合金(No.B
〜G)の金型鋳造鋳塊を厚さ40mmに両面面削し、そ
の後熱間圧延と冷間圧延を順に施して各々厚さ1.9m
m、及び9.4mmの薄皮材および中間ろう材を作成し
た。次に前記薄皮材、中間ろう材、芯材を表2に示す組
み合せで重ね、これを開始温度500℃で熱間圧延して
厚さ4mmのクラッド材とし、これを0.5mmまで冷
間圧延し、その後400℃×2時間の焼鈍を施して調質
O材とした。このように作成した5層あるいは3層のブ
レ−ジングシ−ト(0.5mm厚×30mm×60m
m)を、JIS A 3003母材板(1.0mm厚×
30mm×60mm)と組み合わせて図3に示す様なT
継手試験片を組み立てた。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】この試験片を表3に示す種々の酸素濃度の
窒素雰囲気ろう付け炉(温度600℃)に投入し最高温
度に到達後5分保持して炉から取り出した。尚、比較と
してろう材表面に本発明の皮材を用いない通常の両面ク
ラッドのブレ−ジングシ−ト2種類(ろう材JIS A
4004及びJIS A 4045、芯材JIS A
3003、ろう材クラッド率15%)を使用した以外
は上記と同じにして試験片を作成し、本発明と同様にフ
ラックス塗布無しでろう付けした。
窒素雰囲気ろう付け炉(温度600℃)に投入し最高温
度に到達後5分保持して炉から取り出した。尚、比較と
してろう材表面に本発明の皮材を用いない通常の両面ク
ラッドのブレ−ジングシ−ト2種類(ろう材JIS A
4004及びJIS A 4045、芯材JIS A
3003、ろう材クラッド率15%)を使用した以外
は上記と同じにして試験片を作成し、本発明と同様にフ
ラックス塗布無しでろう付けした。
【0023】その結果を、フィレット形成率、すなわち
ろう継手長さに対するフィレット形成長さの比率(10
0%は全長フィレット形成)で評価して表3に示す。
ろう継手長さに対するフィレット形成長さの比率(10
0%は全長フィレット形成)で評価して表3に示す。
【0024】
【表3】
【0025】表3の結果から、本発明のブレ−ジングシ
−トは窒素雰囲気ろう付け炉の酸素濃度が高くても良好
な接合性を示す事が確認された。
−トは窒素雰囲気ろう付け炉の酸素濃度が高くても良好
な接合性を示す事が確認された。
【0026】
【発明の効果】この発明によれば真空炉とか気密性の雰
囲気炉の高価設備が不要であり、またフラックスとか不
活性ガスの消耗もなく低コストであり、かつろう付け組
立て時に挟み込むだけの作業簡便性に優れたろう付け法
が可能になる。
囲気炉の高価設備が不要であり、またフラックスとか不
活性ガスの消耗もなく低コストであり、かつろう付け組
立て時に挟み込むだけの作業簡便性に優れたろう付け法
が可能になる。
【図1】本発明のアルミニウムブレ−ジングシ−トの構
成配置を示す。両面ろう材クラッドの場合の構成配置を
図1(a)に、片面ろう材クラッドの3層の場合を図1
(b)、片面ろう材クラッドの4層の場合を図1(c)
に各々示す。
成配置を示す。両面ろう材クラッドの場合の構成配置を
図1(a)に、片面ろう材クラッドの3層の場合を図1
(b)、片面ろう材クラッドの4層の場合を図1(c)
に各々示す。
【図2】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。
式図である。
【図3】実施例に用いたT継手試験片の外観図である。
1 ろう材 2 薄皮材 3 芯材 4 酸化皮膜 5 ブレージングシート 6 母材
───────────────────────────────────────────────────── 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) C22C 21/00 C22C 21/00 J
Claims (2)
- 【請求項1】 薄皮材と芯材との中間材にAl−Si−
Mg系合金ろう材を用い、薄皮材及び芯材にはそれより
融点の高いアルミニウム合金を用いる事を特徴とした非
酸化性雰囲気中で無フラックスで使用するアルミニウム
合金ブレ−ジングシ−ト。 - 【請求項2】 ろう材として更にBi,Zn,Cu,G
eの内から選択した1種類以上を含有するAl−Si−
Mg系合金を用いることを特徴とする請求項1に記載の
アルミニウム合金ブレ−ジングシ−ト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000125114A JP2001300762A (ja) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | アルミニウム合金ブレ−ジングシ−ト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000125114A JP2001300762A (ja) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | アルミニウム合金ブレ−ジングシ−ト |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001300762A true JP2001300762A (ja) | 2001-10-30 |
Family
ID=18635124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000125114A Withdrawn JP2001300762A (ja) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | アルミニウム合金ブレ−ジングシ−ト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001300762A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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