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特開2023-184177ろう付用単層アルミニウム合金材、その製造方法、アルミニウム構造体及び熱交換器
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023184177
(43)【公開日】2023-12-28
(54)【発明の名称】ろう付用単層アルミニウム合金材、その製造方法、アルミニウム構造体及び熱交換器
(51)【国際特許分類】
C22C 21/00 20060101AFI20231221BHJP
B23K 35/28 20060101ALI20231221BHJP
【ＦＩ】
C22C21/00 D
C22C21/00 J
B23K35/28 310A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022098173
(22)【出願日】2022-06-17
(71)【出願人】
【識別番号】000107538
【氏名又は名称】株式会社ＵＡＣＪ
(74)【代理人】
【識別番号】110000648
【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中村 真一
(72)【発明者】
【氏名】戸谷 友貴
(72)【発明者】
【氏名】土公 武宜
(57)【要約】
【課題】優れたろう付性を有し、高温における強度が高く、アルミニウム構造体の耐食性を高めることができるろう付用単層アルミニウム合金材を提供する。
【解決手段】ろう付用単層アルミニウム合金材１は、Ｓｉ：２．０質量％以上３．０質量％以下、Ｆｅ：０．０５質量％以上０．４０質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上０．２５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以上１．６質量％以下、Ｚｎ：１．０質量％以上３．０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比Ｆｅ／Ｃｕが１．２以上５．０以下であり、Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計が０．２５質量％以上０．６５質量％以下であり、Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比Ｃｕ／Ｚｎが０．０２以上０．４０以下である化学成分を有する。
【選択図】図１
【解決手段】ろう付用単層アルミニウム合金材１は、Ｓｉ：２．０質量％以上３．０質量％以下、Ｆｅ：０．０５質量％以上０．４０質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上０．２５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以上１．６質量％以下、Ｚｎ：１．０質量％以上３．０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比Ｆｅ／Ｃｕが１．２以上５．０以下であり、Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計が０．２５質量％以上０．６５質量％以下であり、Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比Ｃｕ／Ｚｎが０．０２以上０．４０以下である化学成分を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｓｉ：２．０質量％以上３．０質量％以下、Ｆｅ：０．０５質量％以上０．４０質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上０．２５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以上１．６質量％以下、Ｚｎ：１．０質量％以上３．０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、
Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比が１．２以上５．０以下であり、
Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計が０．２５質量％以上０．６５質量％以下であり、
Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比が０．０２以上０．４０以下である化学成分を有する、ろう付用単層アルミニウム合金材。
Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比が１．２以上５．０以下であり、
Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計が０．２５質量％以上０．６５質量％以下であり、
Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比が０．０２以上０．４０以下である化学成分を有する、ろう付用単層アルミニウム合金材。
【請求項2】
前記アルミニウム合金材は、さらにＭｇ：０質量％超え２．０質量％以下を含有している、請求項１に記載のろう付用単層アルミニウム合金材。
【請求項3】
前記アルミニウム合金材は、さらにＣｒ：０質量％超え０．３質量％以下、Ｔｉ：０質量％超え０．３質量％以下及びＺｒ：０質量％超え０．３質量％以下からなる群より選択される１種または２種以上の元素を含有している、請求項１に記載のろう付用単層アルミニウム合金材。
【請求項4】
前記アルミニウム合金材は、さらにＩｎ：０質量％超え０．３質量％以下、Ｓｎ：０質量％超え０．３質量％以下、Ｖ：０質量％超え０．３質量％以下、Ｎｉ：０質量％超え２．０質量％以下、Ｂｅ：０質量％超え０．３質量％以下、Ｓｒ：０質量％超え０．３質量％以下、Ｂｉ：０質量％超え０．３質量％以下及びＮａ：０質量％超え０．３質量％以下からなる群より選択される１種または２種以上の元素を含有している、請求項１に記載のろう付用単層アルミニウム合金材。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１項に記載のろう付用単層アルミニウム合金材と、前記ろう付用単層アルミニウム合金材に接合された相手材と、
前記ろう付用単層アルミニウム合金材と前記相手材との間に形成されたろう付接合とを有するアルミニウム構造体。
前記ろう付用単層アルミニウム合金材と前記相手材との間に形成されたろう付接合とを有するアルミニウム構造体。
【請求項6】
請求項５に記載のアルミニウム構造体からなる熱交換器。
【請求項7】
請求項１～４のいずれか１項に記載のろう付用単層アルミニウム合金材の製造方法であって、
鋳造原料の少なくとも一部にアルミニウム廃材を使用する、ろう付用単層アルミニウム合金材の製造方法。
鋳造原料の少なくとも一部にアルミニウム廃材を使用する、ろう付用単層アルミニウム合金材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ろう付用単層アルミニウム合金材、その製造方法、アルミニウム構造体及び熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、熱交換器などのアルミニウム製品は、アルミニウムやアルミニウム合金からなる多数の部材を有している。これらの部材は、ろう付接合を介して互いに接合されていることがある。従来、アルミニウム製品の構成部材同士をろう付する方法としては、ろう付接合を形成しようとする部分にろう材を配置する方法や、ろう付接合を形成しようとする部分にＳｉ粉末を含むろう付用ペーストを塗布し、ろう付用ペーストによって構成部材からろうを生じさせる方法、心材と、心材の少なくとも一方の面上に設けられたろう材とを有するブレージングシートを用いてろう付を行う方法等が知られている。
【0003】
また、近年では、加熱によって微量の融液を生成し、相手材とろう付できるように構成された単層のアルミニウム合金材が提案されている。この種のアルミニウム合金材として、例えば特許文献１には、Ｓｉ：１．０質量％～５．０質量％、Ｆｅ：０．０１質量％～２．０質量％を含有し、Ｍｇ：２．０質量％以下、Ｃｕ：１．５質量％以下及びＭｎ：２．０質量％以下から選択される１種または２種以上を更に含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる単層のアルミニウム合金材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５３３７３２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献１のアルミニウム合金材には、ろう付性を確保しつつ高温における強度を高める点、及び、当該アルミニウム合金材を含むアルミニウム構造体の耐食性をより高める点で、いまだ改善の余地がある。
【0006】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、優れたろう付性を有し、高温における強度が高く、アルミニウム構造体の耐食性を高めることができるろう付用単層アルミニウム合金材、その製造方法、このろう付用単層アルミニウム合金材を有するアルミニウム構造体及び熱交換器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様は、Ｓｉ（シリコン）：２．０質量％以上３．０質量％以下、Ｆｅ（鉄）：０．０５質量％以上０．４０質量％以下、Ｃｕ（銅）：０．０５質量％以上０．２５質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．８質量％以上１．６質量％以下、Ｚｎ（亜鉛）：１．０質量％以上３．０質量％以下を含有し、残部がＡｌ（アルミニウム）及び不可避的不純物からなり、
Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比が１．２以上５．０以下であり、
Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計が０．２５質量％以上０．６５質量％以下であり、
Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比が０．０２以上０．４０以下である化学成分を有する、ろう付用単層アルミニウム合金材にある。
Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比が１．２以上５．０以下であり、
Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計が０．２５質量％以上０．６５質量％以下であり、
Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比が０．０２以上０．４０以下である化学成分を有する、ろう付用単層アルミニウム合金材にある。
【発明の効果】
【0008】
前記ろう付用単層アルミニウム合金材（以下、「アルミニウム材」または「アルミニウム合金材」という。）は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ及びＺｎの含有量がそれぞれ前記特定の範囲内であることに加え、Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との比、Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計及びＣｕの含有量とＺｎの含有量との比がそれぞれ前記特定の範囲内となる化学成分を有している。これにより、前記アルミニウム材は、ろう付性と、高温における強度と、アルミニウム構造体の耐食性とをバランスよく高めることができる。
【0009】
従って、前記の態様によれば、優れたろう付性を有し、高温における強度が高く、アルミニウム構造体の耐食性を高めることができるろう付用単層アルミニウム合金材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
（ろう付用単層アルミニウム合金材）
前記ろう付用単層アルミニウム合金材は、前記化学成分を備えたアルミニウム合金の単一の層から構成されている。前記アルミニウム材の化学成分及びその限定理由について説明する。
前記ろう付用単層アルミニウム合金材は、前記化学成分を備えたアルミニウム合金の単一の層から構成されている。前記アルミニウム材の化学成分及びその限定理由について説明する。
【0012】
・Ｓｉ
前記アルミニウム材中には、必須成分として、２．０質量％以上３．０質量％以下のＳｉが含まれている。前記アルミニウム材中のＳｉの含有量を２．０質量％以上とすることにより、ろう付加熱によってＡｌ及びＳｉを含む融液を生成し、前記アルミニウム材と相手材とを接合することができる。Ｓｉの含有量は、２．２質量％以上であることが好ましく、２．３質量％以上であることがより好ましい。この場合には、ろう付加熱によって生じる融液の量をより多くし、ろう付性をより向上させることができる。Ｓｉの含有量が２．０質量％未満の場合は、ろう付加熱によって生じる融液の量が不足するため、ろう付性の悪化を招くおそれがある。
前記アルミニウム材中には、必須成分として、２．０質量％以上３．０質量％以下のＳｉが含まれている。前記アルミニウム材中のＳｉの含有量を２．０質量％以上とすることにより、ろう付加熱によってＡｌ及びＳｉを含む融液を生成し、前記アルミニウム材と相手材とを接合することができる。Ｓｉの含有量は、２．２質量％以上であることが好ましく、２．３質量％以上であることがより好ましい。この場合には、ろう付加熱によって生じる融液の量をより多くし、ろう付性をより向上させることができる。Ｓｉの含有量が２．０質量％未満の場合は、ろう付加熱によって生じる融液の量が不足するため、ろう付性の悪化を招くおそれがある。
【0013】
一方、Ｓｉの含有量が過度に多くなると、ろう付加熱の際にアルミニウム材の融解量が多くなり、アルミニウム材の強度の低下を招くおそれがある。その結果、ろう付中に、前記アルミニウム材を含む構造体の形状が維持できなくなるおそれがある。かかる問題を回避する観点から、Ｓｉの含有量は３．０質量％以下とする。同様の観点から、Ｓｉの含有量は２．８質量％以下とすることが好ましく、２．６質量％以下とすることがより好ましい。
【0014】
また、ろう付中における前記アルミニウム材の強度を確保しつつろう付性を向上させる観点からは、Ｓｉの含有量は２．２質量％以上２．８質量％以下であることが好ましく、２．３質量％以上２．６質量％以下であることがより好ましい。
【0015】
・Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ
前記アルミニウム材中には、必須成分として、０．０５質量％以上０．４０質量％以下のＦｅ、０．０５質量％以上０．２５質量％以下のＣｕ及び１．０質量％以上３．０質量％以下のＺｎが含まれている。また、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｎの含有量は、（１）Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比（つまり、Ｆｅ／Ｃｕの値）が１．２以上５．０以下である、（２）Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計（つまり、Ｆｅ＋Ｃｕの値）が０．２５質量％以上０．６５質量％以下である、及び（３）Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比（つまり、Ｃｕ／Ｚｎの値）が０．０２以上０．４０以下である、の３つの関係を満たしている。
前記アルミニウム材中には、必須成分として、０．０５質量％以上０．４０質量％以下のＦｅ、０．０５質量％以上０．２５質量％以下のＣｕ及び１．０質量％以上３．０質量％以下のＺｎが含まれている。また、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｎの含有量は、（１）Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比（つまり、Ｆｅ／Ｃｕの値）が１．２以上５．０以下である、（２）Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計（つまり、Ｆｅ＋Ｃｕの値）が０．２５質量％以上０．６５質量％以下である、及び（３）Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比（つまり、Ｃｕ／Ｚｎの値）が０．０２以上０．４０以下である、の３つの関係を満たしている。
【0016】
Ｆｅの一部は、Ａｌマトリクス中に固溶してアルミニウム材の強度を向上させる作用を有している。また、Ｆｅの残部は、晶出物としてＡｌマトリクス中に分散しており、常温及び高温におけるアルミニウム材の強度を向上させる作用を有している。さらに、Ｆｅは、前記アルミニウム材の結晶粒を微細化させる作用を有している。前記アルミニウム材の結晶粒を微細化させることにより、ろう付加熱中に結晶粒界から融液が染み出しやすくなり、ろう付性を向上させることができる。しかし、Ｆｅの含有量が過度に多くなると、鋳造時に粗大な金属間化合物が形成されやすくなり、アルミニウム材の製造性の低下を招くおそれがある。
【0017】
一方、Ｃｕも、Ａｌマトリクス中に固溶してアルミニウム材の強度を向上させる作用を有している。また、Ｃｕは、Ｆｅと同様に、前記アルミニウム材の結晶粒を微細化させる作用を有している。しかし、Ｃｕの含有量が過度に多くなると、ろう付加熱中に前記アルミニウム材から生じる融液の量が過度に多くなり、高温における強度の低下を招くおそれがある。また、この場合には、アルミニウム材の電位が貴化し、アルミニウム材を含むアルミニウム構造体の耐食性の低下を招くおそれもある。
【0018】
それ故、Ｆｅの含有量及びＣｕの含有量をそれぞれ前記特定の範囲とした上で、さらに、Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比及びＦｅの含有量とＣｕの含有量との合計を前記特定の範囲とすることにより、アルミニウム材の製造性の低下やアルミニウム構造体の耐食性の低下を回避しつつ高温におけるアルミニウム材の強度を向上させることができる。かかる作用効果をより確実に得る観点からは、Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比は１．２以上４．０以下であることが好ましい。
【0019】
一方、例えば前記アルミニウム材を熱交換器用フィンとして使用する場合には、ろう付後のフィンを加工することがある。しかし、前記アルミニウム材のろう付後の強度が過度に高くなると、成形性の低下を招くおそれがある。かかる問題をより容易に回避する観点から、Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計は、０．２５質量％以上０．６０質量％以下であることが好ましく、０．２５質量％以上０．５５質量％以下であることがより好ましく、０．２５質量％以上０．５０質量％以下であることがさらに好ましい。
【0020】
また、Ｃｕは、前述したようにろう付性の向上やアルミニウム材の強度の向上に有効である一方で、アルミニウム材の電位を貴化させる作用を有している。そのため、Ｃｕの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム材が犠牲陽極として機能しなくなり、アルミニウム構造体の耐食性が低下したり、前記アルミニウム材と相手材との間に形成されるろう付接合が腐食されやすくなるなどの問題が生じるおそれがある。
【0021】
一方、Ｚｎも、前記アルミニウム材から生じる融液の量を多くする作用を有している。さらに、Ｚｎは、アルミニウム材の電位を卑化させる作用を有しているため、ＣｕとともにＺｎを添加することにより、アルミニウム材の電位が過度に貴化することを回避しつつ、ろう付性を向上させることができる。しかし、Ｚｎの含有量が過度に多くなると、アルミニウム材の電位が過度に卑化し、アルミニウム材自身が腐食されやすくなるおそれがある。
【0022】
それ故、Ｃｕの含有量及びＺｎの含有量をそれぞれ前記特定の範囲とした上で、さらに、Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比を前記特定の範囲とすることにより、アルミニウム構造体の耐食性の低下や自己耐食性の低下を回避しつつろう付性を向上させることができる。かかる作用効果をより確実に得る観点からは、Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比は、０．０２以上０．１０以下であることが好ましく、０．０２以上０．０８以下であることがより好ましい。
【0023】
以上のように、Ｆｅ、Ｃｕ及びＺｎの含有量をそれぞれ前記特定の範囲内とした上で、さらにＦｅ、Ｃｕ及びＺｎの含有量が前記（１）～（３）の関係を満たすことにより、前記アルミニウム材のろう付性、高温における強度及びアルミニウム構造体の耐食性をバランスよく高めることができる。
【0024】
・Ｍｎ
前記アルミニウム材中には、必須成分として、０．８質量％以上１．６質量％以下のＭｎが含まれている。Ｍｎの一部は、前記アルミニウム材中にＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有する。また、Ｍｎの残部は、Ａｌマトリクス中に固溶し、固溶強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有する。
前記アルミニウム材中には、必須成分として、０．８質量％以上１．６質量％以下のＭｎが含まれている。Ｍｎの一部は、前記アルミニウム材中にＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有する。また、Ｍｎの残部は、Ａｌマトリクス中に固溶し、固溶強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有する。
【0025】
前記アルミニウム材中のＭｎの含有量を０．８質量％以上とすることにより、分散強化及び固溶強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させることができる。更に、前記アルミニウム材は、前述した分散強化及び固溶強化により、ろう付加熱中の強度の低下を抑制し、アルミニウム材の変形や座屈の発生を抑制することができる。Ｍｎの含有量が０．８質量％未満の場合には、Ｍｎによる強度向上の効果が低くなり、前記アルミニウム材の変形や座屈が発生しやすくなるおそれがある。
【0026】
一方、Ｍｎの含有量が過度に多い場合には、前記アルミニウム材の製造過程において粗大な金属間化合物が形成されやすくなる。この粗大な金属間化合物を包含したまま圧延を行うと、ピンホールが発生しやすくなるおそれがある。かかる問題を容易に回避する観点から、Ｍｎの含有量は１．６質量％以下とする。
【0027】
前記アルミニウム材中には、前述した必須成分、Ａｌ及び不可避的不純物の他に、任意成分として、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂｉ（ビスマス）及びＮａ（ナトリウム）等の元素が含まれていてもよい。
【0028】
・Ｍｇ
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え２．０質量％以下のＭｇが含まれていてもよい。Ｍｇは、ろう付後の前記アルミニウム材中にＭｇ２Ｓｉを形成し、時効硬化によりアルミニウム材の強度を向上させる作用を有している。一方、Ｍｇの含有量が過度に多くなると、フラックスを用いてろう付を行う場合にＭｇとフラックスとが反応し、ろう付性の低下を招くおそれがある。Ｍｇの含有量を０質量％超え２．０質量％以下とすることにより、かかる問題を容易に回避しつつアルミニウム材の強度を向上させることができる。
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え２．０質量％以下のＭｇが含まれていてもよい。Ｍｇは、ろう付後の前記アルミニウム材中にＭｇ２Ｓｉを形成し、時効硬化によりアルミニウム材の強度を向上させる作用を有している。一方、Ｍｇの含有量が過度に多くなると、フラックスを用いてろう付を行う場合にＭｇとフラックスとが反応し、ろう付性の低下を招くおそれがある。Ｍｇの含有量を０質量％超え２．０質量％以下とすることにより、かかる問題を容易に回避しつつアルミニウム材の強度を向上させることができる。
【0029】
・Ｃｒ
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え０．３質量％以下のＣｒが含まれていてもよい。Ｃｒの一部は、前記アルミニウム材中にＡｌ－Ｃｒ系の金属間化合物を形成し、分散強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有する。また、Ｃｒの残部は、Ａｌマトリクス中に固溶し、固溶強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有する。一方、Ｃｒの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム材の製造過程において粗大な金属間化合物が形成されやすくなり、塑性加工性の低下を招くおそれがある。
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え０．３質量％以下のＣｒが含まれていてもよい。Ｃｒの一部は、前記アルミニウム材中にＡｌ－Ｃｒ系の金属間化合物を形成し、分散強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有する。また、Ｃｒの残部は、Ａｌマトリクス中に固溶し、固溶強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有する。一方、Ｃｒの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム材の製造過程において粗大な金属間化合物が形成されやすくなり、塑性加工性の低下を招くおそれがある。
【0030】
前記アルミニウム材中のＣｒの含有量を前記特定の範囲とすることにより、粗大なＡｌ－Ｃｒ系金属間化合物の形成を回避しつつ、分散強化及び固溶強化によって前記アルミニウム材の強度をより向上させることができる。
【0031】
・Ｔｉ、Ｖ
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え０．３質量％以下のＴｉ及び０質量％超え０．３質量％以下のＶのうち１種または２種の元素が含まれていてもよい。Ｔｉ及びＶは、Ａｌマトリクス中に固溶して前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有している。また、Ｔｉ及びＶは、前記アルミニウム材中に層状に分布し、前記アルミニウム材の厚み方向への腐食の進展を抑制する作用を有している。一方、Ｔｉの含有量またはＶの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム材の製造過程において巨大な晶出物が形成されやすくなり、塑性加工性の低下を招くおそれがある。
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え０．３質量％以下のＴｉ及び０質量％超え０．３質量％以下のＶのうち１種または２種の元素が含まれていてもよい。Ｔｉ及びＶは、Ａｌマトリクス中に固溶して前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有している。また、Ｔｉ及びＶは、前記アルミニウム材中に層状に分布し、前記アルミニウム材の厚み方向への腐食の進展を抑制する作用を有している。一方、Ｔｉの含有量またはＶの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム材の製造過程において巨大な晶出物が形成されやすくなり、塑性加工性の低下を招くおそれがある。
【0032】
前記アルミニウム材中のＴｉの含有量及びＶの含有量を前記特定の範囲とすることにより、巨大な晶出物の形成を回避しつつ、前記アルミニウム材の強度及び自己耐食性をより向上させることができる。
【0033】
・Ｚｒ
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え０．３質量％以下のＺｒが含まれていてもよい。Ｚｒは、前記アルミニウム材中にＡｌ－Ｚｒ系の金属間化合物を形成し、分散強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有する。また、Ａｌ－Ｚｒ系の金属間化合物はろう付加熱中に前記アルミニウム材の結晶粒を粗大化させる作用を有している。一方、Ｚｒの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム材の製造過程において粗大な金属間化合物が形成されやすくなり、塑性加工性の低下を招くおそれがある。
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え０．３質量％以下のＺｒが含まれていてもよい。Ｚｒは、前記アルミニウム材中にＡｌ－Ｚｒ系の金属間化合物を形成し、分散強化によって前記アルミニウム材の強度を向上させる作用を有する。また、Ａｌ－Ｚｒ系の金属間化合物はろう付加熱中に前記アルミニウム材の結晶粒を粗大化させる作用を有している。一方、Ｚｒの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム材の製造過程において粗大な金属間化合物が形成されやすくなり、塑性加工性の低下を招くおそれがある。
【0034】
前記アルミニウム材中のＺｒの含有量を前記特定の範囲とすることにより、粗大な金属間化合物の形成を回避しつつ、前述した効果を得ることができる。
【0035】
・Ｓｎ、Ｉｎ
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え０．３質量％以下のＳｎ及び０質量％超え０．３質量％以下のＩｎのうち１種または２種の元素が含まれていてもよい。Ｓｎ及びＩｎは、Ｚｎと同様に前記アルミニウム材の電位を卑化させる作用を有している。前記アルミニウム材中のＳｎの含有量及びＩｎの含有量を前記特定の範囲とすることにより、自己耐食性の低下を回避しつつ前記アルミニウム材の電位を調整し、アルミニウム構造体の耐食性をより高めることができる。
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え０．３質量％以下のＳｎ及び０質量％超え０．３質量％以下のＩｎのうち１種または２種の元素が含まれていてもよい。Ｓｎ及びＩｎは、Ｚｎと同様に前記アルミニウム材の電位を卑化させる作用を有している。前記アルミニウム材中のＳｎの含有量及びＩｎの含有量を前記特定の範囲とすることにより、自己耐食性の低下を回避しつつ前記アルミニウム材の電位を調整し、アルミニウム構造体の耐食性をより高めることができる。
【0036】
・Ｎｉ
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え２．０質量％以下のＮｉが含まれていてもよい。Ｎｉは、前記アルミニウム材中に金属間化合物を形成し、分散強化によって前記アルミニウム材のろう付後の強度を向上させる作用を有する。一方、Ｎｉの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム材の製造過程において粗大な金属間化合物が形成されやすくなり、塑性加工性の低下を招くおそれがある。また、この場合には、前記アルミニウム材の自己耐食性の低下を招くおそれもある。前記アルミニウム材中のＮｉの含有量を０質量％超え２．０質量％以下、好ましくは０．０５質量％以上２．０質量％以下とすることにより、前述した問題を容易に回避しつつ前記アルミニウム材の強度をより向上させることができる。
前記アルミニウム材には、任意成分として、０質量％超え２．０質量％以下のＮｉが含まれていてもよい。Ｎｉは、前記アルミニウム材中に金属間化合物を形成し、分散強化によって前記アルミニウム材のろう付後の強度を向上させる作用を有する。一方、Ｎｉの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム材の製造過程において粗大な金属間化合物が形成されやすくなり、塑性加工性の低下を招くおそれがある。また、この場合には、前記アルミニウム材の自己耐食性の低下を招くおそれもある。前記アルミニウム材中のＮｉの含有量を０質量％超え２．０質量％以下、好ましくは０．０５質量％以上２．０質量％以下とすることにより、前述した問題を容易に回避しつつ前記アルミニウム材の強度をより向上させることができる。
【0037】
・Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｎａ
前記アルミニウム材には、０質量％超え０．３質量％以下のＢｅ、０質量％超え０．３質量％以下のＳｒ、０質量％超え０．３質量％以下のＢｉ及び０質量％超え０．３質量％以下のＮａのうち１種または２種以上の元素が含まれていてもよい。これらの元素は、前記アルミニウム材中のＳｉ粒子を微細化し、また、ろう付加熱中に前記アルミニウム材から生じる融液の流動性を改善することにより、ろう付性を向上させる作用を有している。一方、これらの元素の含有量が過度に多い場合には、前記アルミニウム材の耐食性の低下を招くおそれがある。
前記アルミニウム材には、０質量％超え０．３質量％以下のＢｅ、０質量％超え０．３質量％以下のＳｒ、０質量％超え０．３質量％以下のＢｉ及び０質量％超え０．３質量％以下のＮａのうち１種または２種以上の元素が含まれていてもよい。これらの元素は、前記アルミニウム材中のＳｉ粒子を微細化し、また、ろう付加熱中に前記アルミニウム材から生じる融液の流動性を改善することにより、ろう付性を向上させる作用を有している。一方、これらの元素の含有量が過度に多い場合には、前記アルミニウム材の耐食性の低下を招くおそれがある。
【0038】
Ｂｅの含有量、Ｓｒの含有量、Ｂｉの含有量及びＮａの含有量をそれぞれ前記特定の範囲とすることにより、耐食性の低下を回避しつつ前記アルミニウム材のろう付性をより向上させることができる。
【0039】
・金属組織
前記アルミニウム材は、非繊維状組織からなる金属組織を有している。なお、非繊維状組織とは、繊維状組織（つまり、展伸加工によって形成される、加工方向に延在する繊維状の結晶粒からなる組織）以外の組織をいう。非繊維状組織には、例えば、粒状の結晶粒からなる組織が含まれる。前記アルミニウム材の金属組織が非繊維状組織であるか否かは、当業者であれば容易に判断することができる。
前記アルミニウム材は、非繊維状組織からなる金属組織を有している。なお、非繊維状組織とは、繊維状組織（つまり、展伸加工によって形成される、加工方向に延在する繊維状の結晶粒からなる組織）以外の組織をいう。非繊維状組織には、例えば、粒状の結晶粒からなる組織が含まれる。前記アルミニウム材の金属組織が非繊維状組織であるか否かは、当業者であれば容易に判断することができる。
【0040】
前記アルミニウム材の平均結晶粒径は、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以上９００μｍ以下であることがより好ましい。この場合には、前記アルミニウム材における結晶粒界の数密度を適度に多くすることができる。前記アルミニウム材と相手材とを接合する際、アルミニウム材から生じる融液は、主に結晶粒界を介して前記アルミニウム材内部を移動し、アルミニウム材の表面に供給される。そのため、前記アルミニウム材における結晶粒界の数密度を適度に多くすることにより、前記アルミニウム材のろう付性をより向上させることができる。
【0041】
（製造方法）
前記アルミニウム材の製造方法は種々の態様を取り得る。例えば、前記アルミニウム材は、展伸加工が施されてなる展伸材であってもよく、鍛造加工が施されてなる鍛造材であってもよい。また、前記アルミニウム材は、鋳造により得られる鋳物であってもよい。
前記アルミニウム材の製造方法は種々の態様を取り得る。例えば、前記アルミニウム材は、展伸加工が施されてなる展伸材であってもよく、鍛造加工が施されてなる鍛造材であってもよい。また、前記アルミニウム材は、鋳造により得られる鋳物であってもよい。
【0042】
ろう付性及び強度の向上の観点からは、前記アルミニウム材は、展伸材であることが好ましい。展伸材は、その製造過程における加工度が鍛造材や鋳物等に比べて大きいため、製造過程において第二相粒子が分断されやすい。そのため、展伸材からなる前記アルミニウム材は、Ａｌマトリクス中に分散したＳｉ粒子やＳｉ系金属間化合物、Ａｌ系金属間化合物等の数をより多くすることができる。その結果、ろう付性及び強度をバランスよく向上させることができる。
【0043】
展伸材からなる前記アルミニウム材を作製する場合、例えば、双ロール式連続鋳造圧延法や双ベルト式連続鋳造法などの連続鋳造法を採用することができる。連続鋳造法は、ＤＣ鋳造法に比べて鋳造時の冷却速度を高くすることができる。そのため、前記アルミニウム材中に、多数の微細なＳｉ粒子等の第二相粒子を形成することができる。そして、前記アルミニウム材中に多数の微細な第二相粒子を分散させることにより、ろう付加熱中に形成される融液の量を多くし、ろう付性を向上させることができる。
【0044】
双ロール式連続鋳造圧延法により前記アルミニウム材を作製する場合、鋳造速度を０．５ｍ／分以上３ｍ／分以下とすることが好ましい。双ロール式連続鋳造圧延法において、鋳造速度を０．５ｍ／分以上とすることにより、鋳造時の冷却速度を十分に高くし、前記アルミニウム材中の第二相粒子を容易に微細化することができる。また、鋳造速度を３ｍ／分以下とすることにより、鋳造中に溶湯を十分に冷却して凝固させることができる。
【0045】
また、鋳造時の溶湯の温度は、６５０℃以上８００℃以下であることが好ましく、６８０℃以上７５０℃以下であることがより好ましい。溶湯の温度を好ましくは６５０℃以上、より好ましくは６８０℃以上とすることにより、溶湯中への巨大な晶出物の形成を回避することができる。また、溶湯の温度を好ましくは８００℃以下、より好ましくは７５０℃以下とすることにより、鋳造中に溶湯を十分に冷却して凝固させることができる。
【0046】
鋳造により得られる圧延板の厚みは、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、４ｍｍ以上８ｍｍ以下であることがより好ましい。圧延板の厚みを好ましくは２ｍｍ以上、より好ましくは４ｍｍ以上とすることにより、健全な圧延板を安定して製造することができる。また、圧延板の厚みを好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは８ｍｍ以下とすることにより、鋳造後の圧延板をロールに巻き取りやすくなる。
【0047】
連続鋳造法により得られる圧延板は、そのまま前記アルミニウム材として使用されてもよい。また、圧延板に冷間圧延や熱処理等を施して厚み及び質別を調整することにより、所望の厚み及び質別を備えた前記アルミニウム材を得ることもできる。前記アルミニウム材は、例えば、質別記号Ｏ、Ｈ１ｎまたはＨ２ｎで表される質別を有していてもよい。ろう付時のエロージョンを抑制する観点からは、前記アルミニウム材は、質別記号Ｈ１ｎまたはＨ２ｎで表される質別を有していることが好ましい。
【0048】
また、展伸材からなる前記アルミニウム材は、例えば、ＤＣ鋳造により鋳塊を作製した後、鋳塊に展伸加工を施す方法により作製されていてもよい。ＤＣ鋳造により鋳塊を作製する場合、鋳造速度は２０ｍｍ／分以上１００ｍｍ／分以下であることが好ましく、３０ｍｍ／分以上８０ｍｍ／分以下であることがより好ましい。ＤＣ鋳造において、鋳造速度を好ましくは２０ｍｍ／分以上、より好ましくは３０ｍｍ／分以上とすることにより、鋳造時の冷却速度を十分に高くし、前記アルミニウム材中の第二相粒子を容易に微細化することができる。また、鋳造速度を好ましくは１００ｍｍ／分以下、より好ましくは８０ｍｍ／分以下とすることにより、鋳造中に溶湯を十分に冷却して凝固させることができる。
【0049】
ＤＣ鋳造によりスラブを作製する場合、スラブの厚みは６００ｍｍ以下であることが好ましく、５００ｍｍ以下であることがより好ましい。この場合には、鋳造時の冷却速度を十分に高くし、前記アルミニウム材中の第二相粒子を容易に微細化することができる。
【0050】
ＤＣ鋳造により鋳塊を作製した後、鋳塊に展伸加工を行うことにより、所望の形状を備えたアルミニウム材を得ることができる。例えば、ＤＣ鋳造においてスラブを作製した後、スラブに圧延加工を行うことにより、所望の厚みを有する圧延板からなる前記アルミニウム材を得ることができる。圧延加工としては、熱間圧延及び冷間圧延を適宜組み合わせて行えばよい。また、圧延加工を行う前から圧延加工が完了した後までの間に、必要に応じて、均質化処理や焼鈍処理などの熱処理を行い、前記アルミニウム材の質別を調整することもできる。前記アルミニウム材は、例えば、質別記号Ｏ、Ｈ１ｎまたはＨ２ｎで表される質別を有していてもよい。ろう付時のエロージョンを抑制する観点からは、前記アルミニウム材は、質別記号Ｈ１ｎまたはＨ２ｎで表される質別を有していることが好ましい。
【0051】
また、ＤＣ鋳造においてビレットを作製した後、ビレットに熱間押出加工を行うことにより所望の断面形状を備えた押出材からなる前記アルミニウム材を得ることができる。熱間押出加工を行う前に、必要に応じてビレットに均質化処理を施してもよい。ビレットの鋳造は、ホットトップ鋳造法またはＧＤＣ鋳造法等の鋳造法より行われる。
【0052】
前記製造方法において、鋳造時の鋳造原料としては、アルミニウム新地金、中間合金及びアルミニウム廃材を使用することができる。鋳造原料として使用されるアルミニウム廃材には、例えば、廃棄されたアルミニウム製品、廃棄された製品から分離されたアルミニウム製部品、アルミニウム製品やアルミニウム製部品の製造過程で発生する端材及び切りくず等が含まれる。アルミニウム廃材を鋳造原料として用いる場合には、アルミニウム廃材をそのまま溶解してもよい。また、アルミニウム廃材を切断したり、圧縮したりすることによりアルミニウム廃材のサイズを調整した後に溶解してもよい。さらに、アルミニウム廃材から一旦アルミニウム再生地金を作製した後、アルミニウム再生地金を鋳造原料として使用してもよい。
【0053】
（アルミニウム構造体）
前記アルミニウム材と相手材とをろう付することにより、アルミニウム構造体を得ることができる。すなわち、アルミニウム構造体は、前記アルミニウム材と、前記アルミニウム材に接合された相手材と、前記アルミニウム材と相手材との間に形成されたろう付接合とを有している。
前記アルミニウム材と相手材とをろう付することにより、アルミニウム構造体を得ることができる。すなわち、アルミニウム構造体は、前記アルミニウム材と、前記アルミニウム材に接合された相手材と、前記アルミニウム材と相手材との間に形成されたろう付接合とを有している。
【0054】
前記アルミニウム材に接合される相手材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されていればよい。例えば、相手材は、それ自体ではろう付接合を形成することができないアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる単層材であってもよい。また、相手材として前記ろう付用単層アルミニウム合金材を用いることもできる。
【0055】
アルミニウム構造体の用途は特に限定されることはない。例えば、アルミニウム構造体は、熱交換器として構成されていてもよい。熱交換器は、例えば、空気調和装置に組み込まれ、伝熱媒体と外気との熱交換を行うためのコンデンサやエバポレータであってもよい。また、熱交換器は、例えば、自動車に組み込まれるラジエータやオイルクーラ等であってもよい。
【0056】
熱交換器は、その用途及び使用条件等に応じて、伝熱媒体を流通させるチューブ、熱交換面積を拡大するフィン、複数のチューブに伝熱媒体を分配し、あるいはチューブから導出される伝熱媒体を集めるタンク及びプレートなどの種々の構成部材を有している。そして、これらの構成部材のうち少なくとも１種の構成部材が前記アルミニウム材から構成されていればよい。
【0057】
例えば、前記アルミニウム材からなるチューブと、前記アルミニウム材からなるコルゲートフィンと、を交互に積層するとともに、積層方向における最も外方に前記アルミニウム材からなるプレートを配置することにより、熱交換器コアを作製する。次に、熱交換器コアにおける複数の前記チューブの両端に前記アルミニウム材からなるタンクを取り付けることにより組立体を作製する。この組立体を加熱してろう付を行うことにより、いわゆるパラレルフロー型の熱交換器を得ることができる。
【0058】
また、前述したパラレルフロー型の熱交換器においては、例えばチューブとして、前記アルミニウム材からなるチューブに替えて、ろう付接合を形成する機能を有しないアルミニウム合金からなるチューブを用いることもできる。この場合、チューブは、押出加工によって形成される押出材であってもよく、板材に電縫加工を施してなる電縫管であってもよい。
【0059】
また、例えば、前記アルミニウム材からなり凹部を有する２枚のプレートを、２枚のプレートの間に伝熱媒体の流路が形成されるようにして重ね合わせた後にろう付を行うことにより、いわゆるラミネートタイプの熱交換器を得ることができる。
【0060】
また、例えば、前記アルミニウム材からなり、ベース板に複数のフィンが立設されたヒートシンクと、前記アルミニウム材からなり、中空部を有するジャケットとを準備し、ジャケットの中空部にヒートシンクを接合することにより、熱交換器を得ることができる。さらに、ヒートシンクとジャケットとを積層することにより、オイルクーラ等を得ることもできる。
【0061】
前記アルミニウム材を含むアルミニウム構造体を作製するに当たっては、まず、前記アルミニウム材を含むアルミニウム構造体の構成部材を準備し、これらの構成部材を組み立てて組立体を作製する。この組立体を加熱し、前記アルミニウム材から融液を発生させる。そして、前記アルミニウム材と相手材との間にろう付接合を形成することにより、アルミニウム構造体を得ることができる。
【0062】
前記アルミニウム材と相手材とを接合する際の加熱温度は、前記アルミニウム材の液相率、つまり、ろう付加熱前の前記アルミニウム材の質量に対する前記アルミニウム材から生じる融液の質量の比が５質量％を超え３５質量％以下となるように設定することが好ましく、７質量％以上２５質量％以下となるように設定することがより好ましい。加熱時におけるアルミニウム材の液相率を前記特定の範囲内とすることにより、加熱中のアルミニウム材の強度の低下を抑制しつつ、アルミニウム材から十分な量の融液を生じさせ、相手材との間にろう付接合を容易に形成することができる。
【0063】
また、前記アルミニウム材と相手材とを接合する際の加熱温度の保持時間は、前記アルミニウム材の液相率が５質量％以上となる時間が３０秒以上３６００秒以下となるように設定することが好ましく、６０秒以上１８００秒以下となるように設定することがより好ましい。アルミニウム材の加熱温度の保持時間を前記特定の範囲内とすることにより、加熱中のアルミニウム材の強度の低下を抑制しつつ、アルミニウム材から生じた融液を、アルミニウム材と相手材との間に十分に充填することができる。なお、前記アルミニウム材と相手材との接合においては、アルミニウム材の全面から融液が生じるため、アルミニウム材と相手材との間に形成されるろう付接合の面積とは無関係に保持時間の長さを設定することができる。
【0064】
より具体的には、例えば、前記アルミニウム材と相手材とを接合する際の加熱温度は、５８０℃以上６２０℃以下の範囲から適宜設定することができる。また、前記加熱温度の保持時間は、例えば０分以上１０分以下、好ましくは３０秒以上５分以下の範囲から適宜設定することができる。ここで、保持時間とは、加熱温度が所望の温度に達した時点からの経過時間をいう。加熱温度の保持時間が０分の場合には、加熱温度が所望の時間に達した後、直ちに加熱を終了してアルミニウム構造体の冷却を開始すればよい。
【0065】
前述したアルミニウム材の液相率は、所望の温度における平衡状態図に基づき、てこの原理（ｌｅｖｅｒ ｒｕｌｅ）に基づいて決定することができる。液相率の算出に用いる平衡状態図としては、すでに公知となっている平衡状態図を用いてもよく、平衡状態図を算出するためのソフトウェアにより作成された平衡状態図を用いてもよい。この種のソフトウェアとしては、例えば、Ｔｈｅｒｍｏ－ＣａｌｃＳｏｆｔｗａｒｅＡＢ社製の熱力学計算システム「Ｔｈｒｅｍｏ－Ｃａｌｃ（登録商標）」等を使用することができる。
【0066】
前記アルミニウム材と相手材とを接合する際の雰囲気は特に限定されることはないが、アルミニウム構造体の不要な酸化を抑制する観点から、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気であることが好ましい。また、組立体を減圧雰囲気中で加熱することにより、前記アルミニウム材と相手材とを接合することも可能である。
【0067】
前記アルミニウム材と相手材とのろう付性をより高める観点からは、組立体におけるろう付接合を形成しようとする部分に予めフラックスを配置し、その後に組立体を加熱してろう付を行ってもよい。フラックスとしては、例えば、ＫＡｌＦ４、Ｋ２ＡｌＦ５、Ｋ２ＡｌＦ５・Ｈ２Ｏ、Ｋ３ＡｌＦ６、ＡｌＦ３、ＫＺｎＦ３及びＫ２ＳｉＦ６等のフッ化物系フラックスや、Ｃｓ３ＡｌＦ６、ＣｓＡｌＦ４・２Ｈ２Ｏ、Ｃｓ２ＡｌＦ５・Ｈ２Ｏ等のセシウム系フラックス、塩化物系フラックス等のアルミニウムのろう付用フラックスとして用いられる化合物を使用することができる。
【0068】
また、アルミニウム構造体の構成部材のうち１つ以上の構成部材の表面に、予めＺｎ溶射皮膜やＺｎ原子を含むフラックス、Ｚｎ粉末、Ｚｎめっき膜などを形成した後に加熱を行い、前記アルミニウム材と相手材とを接合することもできる。この場合には、アルミニウム構造体の耐食性をより向上させることができる。同様の観点から、加熱後のアルミニウム構造体にクロメート処理やノンクロメート処理などの表面処理を実施してもよい。
【実施例0069】
前記ろう付用単層アルミニウム合金材の実施例を以下に説明する。前記アルミニウム合金材は、Ｓｉ：２．０質量％以上３．０質量％以下、Ｆｅ：０．０５質量％以上０．４０質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上０．２５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以上１．６質量％以下、Ｚｎ：１．０質量％以上３．０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｃｕの含有量に対するＦｅの含有量の比が１．２以上５．０以下であり、Ｆｅの含有量とＣｕの含有量との合計が０．２５質量％以上０．６５質量％以下であり、Ｚｎの含有量に対するＣｕの含有量の比が０．０２以上０．４０以下である化学成分を有している。以下、アルミニウム材のより具体的な構成を、製造方法と共に説明する。
【0070】
図１に示すように、本例のアルミニウム材１は、ろう付接合を形成する機能を有するアルミニウム合金からなる単層構造の板材である。また、本例のアルミニウム材１は、非繊維状組織からなる金属組織を有している。アルミニウム材１は、例えば、双ロール式連続鋳造圧延法により作製した鋳造板を圧延することにより作製することができる。具体的には、まず、双ロール式連続鋳造圧延法により、表１に示す化学成分を備えた鋳造板を作製する。鋳造時の溶湯の温度は、例えば６５０～８００℃の範囲内から適宜設定すればよい。鋳造板の寸法は特に限定されないが、例えば、厚さ６ｍｍである。
【0071】
なお、記号「Ｂａｌ．」は残部であることを示す。また、表１における「Ｆｅ／Ｃｕ」欄にはＣｕの含有量に対するＦｅの含有量の比を記載し、「Ｆｅ＋Ｃｕ」欄にはＦｅの含有量とＣｕの含有量との合計を記載し、「Ｃｕ／Ｚｎ」欄にはＺｎの含有量に対するＣｕの含有量の比を記載した。
【0072】
その後、鋳造板に冷間圧延を行い、厚み０．１００ｍｍの圧延板を作製する。この圧延板を３８０℃の温度に３時間保持して中間焼鈍を行い、さらに冷間圧延を行って圧延板の厚みを０．０７０ｍｍまで減少させる。以上により、表１に示す試験材Ｓ１及び試験材Ｓ２を得ることができる。なお、表１に示す試験材Ｒ１及び試験材Ｒ２は、試験材Ｓ１及び試験材Ｓ２との比較のための試験材である。試験材Ｒ１及び試験材Ｒ２の構成は、表１に示す化学成分を有している以外は試験材Ｓ１及び試験材Ｓ２と同様である。
【0073】
次に、前記アルミニウム材の諸特性の評価方法を説明する。
【0074】
・平均結晶粒径
平均結晶粒径の評価においては、以下のようにして、ろう付加熱前の試験片及びろう付加熱後の試験片を準備する。まず、試験材を切断して長さ３００ｍｍ、幅１５０ｍｍの平板を採取する。この平板から長さ２０ｍｍ、幅１５ｍｍの小片を採取し、この小片をろう付加熱前の試験片として用いる。
平均結晶粒径の評価においては、以下のようにして、ろう付加熱前の試験片及びろう付加熱後の試験片を準備する。まず、試験材を切断して長さ３００ｍｍ、幅１５０ｍｍの平板を採取する。この平板から長さ２０ｍｍ、幅１５ｍｍの小片を採取し、この小片をろう付加熱前の試験片として用いる。
【0075】
これとは別に、長さ３００ｍｍ、幅１５０ｍｍの平板を準備し、この平板を窒素雰囲気中において５８０℃以上６００℃以下の温度に３分間保持する。加熱後の平板から長さ２０ｍｍ、幅１５ｍｍの小片を採取し、この小片をろう付加熱後の試験片として用いる。
【0076】
以上のようにして準備した試験片を厚み方向に研削し、次いで鏡面研磨を施すことにより試験片の厚み方向における中心面を露出させる。その後、中心面にエッチングを行って結晶粒界を顕在化させた後、偏光顕微鏡を用いて中心面を観察する。そして、中心面上における試験片の金属組織を代表する部分に３か所の評価領域を設定し、これらの領域の偏光顕微鏡像を取得する。なお、偏光顕微鏡の倍率は５０倍とする。
【0077】
このようにして得られた偏光顕微鏡像を用い、ＪＩＳ Ｇ０５５１（２０２０）に規定された切断法に準じた方法により、試験材の平均結晶粒径を算出する。具体的には、偏光顕微鏡像上に、共通の中心を有する直径７９．５８ｍｍの円、直径５３．０５ｍｍの円及び直径２６．５３ｍｍの円を描き、これらの円と交差する結晶粒の数を数える。そして、前述した３つの円の円周の長さの合計を結晶粒の数で除した値を平均結晶粒径とする。すなわち、平均結晶粒径ｄ（単位：μｍ）は、円と交差する結晶粒の数ｎ（単位：個）と、偏光顕微鏡の観察倍率Ｘ（単位：倍）とを用い、下記式により表される。
ｄ＝１０００π（７９．５８＋５３．０５＋２６．５３）／ｎＸ
ｄ＝１０００π（７９．５８＋５３．０５＋２６．５３）／ｎＸ
【0078】
表２に、ろう付加熱前の試験片及びろう付加熱後の試験片の平均結晶粒径を示す。
【0079】
・ろう付前のアルミニウム材の引張強さ
各試験材を用い、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法により引張試験を行う。なお、引張試験における引張速度は１０ｍｍ／分とし、ゲージ長は５０ｍｍとする。引張試験により得られる応力－ひずみ曲線に基づいて試験材の引張強さを決定する。表２に、ろう付加熱前の試験材の引張強さを示す。
各試験材を用い、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法により引張試験を行う。なお、引張試験における引張速度は１０ｍｍ／分とし、ゲージ長は５０ｍｍとする。引張試験により得られる応力－ひずみ曲線に基づいて試験材の引張強さを決定する。表２に、ろう付加熱前の試験材の引張強さを示す。
【0080】
・ろう付後のアルミニウム材の引張強さ
窒素雰囲気中において５８０℃以上６００℃以下の温度に３分間保持し、ろう付に相当する加熱を行った後の試験材を用い、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法により引張試験を行う。なお、引張試験における引張速度は１０ｍｍ／分とし、ゲージ長は５０ｍｍとする。引張試験により得られる応力－ひずみ曲線に基づいて試験材の引張強さを決定する。表２に、ろう付加熱後の試験材の引張強さを示す。
窒素雰囲気中において５８０℃以上６００℃以下の温度に３分間保持し、ろう付に相当する加熱を行った後の試験材を用い、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法により引張試験を行う。なお、引張試験における引張速度は１０ｍｍ／分とし、ゲージ長は５０ｍｍとする。引張試験により得られる応力－ひずみ曲線に基づいて試験材の引張強さを決定する。表２に、ろう付加熱後の試験材の引張強さを示す。
【0081】
・ろう付性
ろう付性の評価には、図２に示すミニコア試験体２を用いる。ミニコア試験体２は、２本のチューブ２１と、チューブ２１同士の間に介在するコルゲートフィン２２とを有している。また、チューブ２１とコルゲートフィン２２とは、ろう付接合２３を介して接合されている。本例のチューブ２１は、具体的にはアルミニウム合金から構成されており、チューブ２１の表面には約８ｇ／ｍ２のＺｎ溶射皮膜が設けられている。また、チューブ２１の幅は１６ｍｍであり、長さは４０ｍｍである。
ろう付性の評価には、図２に示すミニコア試験体２を用いる。ミニコア試験体２は、２本のチューブ２１と、チューブ２１同士の間に介在するコルゲートフィン２２とを有している。また、チューブ２１とコルゲートフィン２２とは、ろう付接合２３を介して接合されている。本例のチューブ２１は、具体的にはアルミニウム合金から構成されており、チューブ２１の表面には約８ｇ／ｍ２のＺｎ溶射皮膜が設けられている。また、チューブ２１の幅は１６ｍｍであり、長さは４０ｍｍである。
【0082】
コルゲートフィン２２は、表１に示す試験材Ｓ１、Ｓ２、Ｒ１またはＲ４のいずれかから構成されている。コルゲートフィン２２の幅は１６ｍｍであり、山高さは１０ｍｍであり、ピッチは３．０ｍｍである。
【0083】
ミニコア試験体２を作製するに当たっては、まず、２本のチューブ２１の間にコルゲートフィン２２を配置して組立体（図示略）を作製する。この組立体をステンレス鋼製の治具を用いて拘束した後、組立体をフッ化物系フラックスの１０％懸濁液に浸漬する。その後、組立体を乾燥させることにより、組立体の表面にフッ化物系フラックスを付着させる。フッ化物系フラックスが付着した組立体をろう付炉内に入れ、窒素雰囲気中において５８０℃以上６００℃以下の温度に３分間保持することにより、チューブ２１とコルゲートフィン２２との間にろう付接合２３を形成する。
【0084】
ろう付後のミニコア試験体２をチューブ２１の長手方向における中央で切断した後、さらにチューブ２１の幅方向における中央で切断することにより、ろう付接合２３の断面を露出させる。そして、２本のチューブ２１（２１ａ、２１ｂ）のうち第１のチューブ２１ａとコルゲートフィン１２との間に形成される複数のろう付接合２３から無作為に３か所のろう付接合２３を選択し、これらのろう付接合２３の断面積を測定する。同様に、２本のチューブ２１のうち第２のチューブ２１ｂとコルゲートフィン２２との間に形成される複数のろう付接合２３から３か所のろう付接合２３を選択し、これらのろう付接合２３の断面積を測定する。以上により得られた６か所のろう付接合２３の断面積の算術平均値を、表２の「平均フィレット面積」欄に示す。
【0085】
・ろう付後の自然電極電位
前述したろう付性の評価と同様にしてミニコア試験体２から、以下のようにしてチューブ２１の内部の自然電極電位を測定するためのチューブ内部試験体、チューブ２１の表面の自然電極電位を測定するためのチューブ表面試験体、コルゲートフィン２２の自然電極電位を測定するためのフィン試験体及びろう付接合２３の自然電極電位を測定するためのフィレット試験体を準備する。
前述したろう付性の評価と同様にしてミニコア試験体２から、以下のようにしてチューブ２１の内部の自然電極電位を測定するためのチューブ内部試験体、チューブ２１の表面の自然電極電位を測定するためのチューブ表面試験体、コルゲートフィン２２の自然電極電位を測定するためのフィン試験体及びろう付接合２３の自然電極電位を測定するためのフィレット試験体を準備する。
【0086】
チューブ内部試験体を作製するに当たっては、まず、ミニコア試験体２からコルゲートフィン２２を切除して第１のチューブ２１ａを取り外す。このチューブ２１ａの表面を研磨してＺｎ溶射皮膜を除去した後、アセトンによりチューブ２１ａの脱脂洗浄を行う。その後、Ｚｎ溶射皮膜を除去した後のチューブ２１ａの表面に一辺１０ｍｍの正方形状の電位測定部を設定し、電位測定部及びチューブ２１ａの一方の端面以外の部分をシリコーンシーラントで被覆する。以上により、チューブ内部試験体を得ることができる。
【0087】
チューブ表面試験体を作製するに当たっては、まず、ミニコア試験体２からコルゲートフィン２２を切除して第１のチューブ２１ａを取り外す。アセトンによりチューブ２１ａの脱脂洗浄を行った後、チューブ２１ａの表面に設けられたＺｎ溶射皮膜のうち、いずれか１か所のろう付接合２３から当該ろう付接合２３の隣に位置するろう付接合２３までの間の部分を特定し、この部分を電位測定部とする。すなわち、チューブ表面試験体の電位測定部は、チューブ２１ａの表面における、コルゲートフィン２２の１ピッチに相当する部分である。このように設定した電位測定部及びチューブ２１ａの一方の端面以外の部分をシリコーンシーラントで被覆する。以上により、チューブ表面試験体を得ることができる。
【0088】
フィン試験体を作製するに当たっては、まず、コルゲートフィン２２における、チューブ２１ａとチューブ２１ｂとの間のフィン一般部２２１のうちいずれか１か所のフィン一般部２２１を特定し、この部分を電位測定部とする。次に、ミニコア試験体２におけるコルゲートフィン２２を、電位測定部を含む１ピッチ分の部分をミニコア試験体２に残すようにして切除する。そして、アセトンによりミニコア試験体２の脱脂洗浄を行った後、電位測定部及びチューブ２１のいずれか１つの端面以外の部分をシリコーンシーラントで被覆する。以上により、フィン試験体を得ることができる。
【0089】
フィレット試験体を作製するに当たっては、まず、ミニコア試験体２からコルゲートフィン２２を切除して第１のチューブ２１ａを取り外す。その後、チューブ２１ａを研磨してろう付接合２３を露出させ、これらのろう付接合２３を電位測定部とする。そして、アセトンによりチューブ２１ａの脱脂洗浄を行った後、ろう付接合２３及びチューブ２１ａの一方の端面以外の部分をシリコーンシーラントで被覆する。以上により、フィレット試験体を得ることができる。
【0090】
自然電極電位の測定には、図３に示す測定装置３を使用する。測定装置３は、試験体４を浸漬するための溶液を入れる第１の容器３１と、参照電極５を浸漬するための溶液を入れる第２の容器３２と、第１の容器３１内の溶液と第２の容器３２内の溶液とを電気的に接続するための塩橋３３と、参照電極５に対する試験体４の電位を測定するためのポテンシオスタット３４と、測定した電位を記録するための記録装置３５と、を有している。なお、図３においては、試験体４の形状を模式的に示した。
【0091】
自然電極電位の測定は、以下のようにして行われる。まず、第１の容器３１内に酢酸を用いてｐＨを３に調整した５％ＮａＣｌ水溶液を準備するとともに、第２の容器３２内に飽和ＮａＣｌ水溶液を準備する。そして、第１の容器３１内の溶液と第２の容器３２内の溶液とを塩橋３３を介して電気的に接続する。なお、各溶液の温度は室温とする。
【0092】
次に、試験体４における、シリコーンシーラントで被覆されていないチューブ２１の端面４１及び参照電極５をそれぞれポテンシオスタット３４に接続する。なお、参照電極５としては、例えば、飽和カロメル電極（いわゆるＳＣＥ）を使用することができる。
【0093】
この状態で第１の容器３１内の溶液を攪拌しながら試験体４の電位測定部４２を浸漬するととともに、第２の容器３２内の飽和ＮａＣｌ水溶液に参照電極５を浸漬することにより、参照電極５を基準としたときの試験体４の電位測定部４２の自然電極電位を測定することができる。そして、測定開始から１０時間経過した時点から１５時間経過した時点までの各試験体の自然電極電位の算術平均値を、フィン、フィレット、チューブ表面及びチューブ内部の自然電極電位とする。表３に、各部の自然電極電位を示す。また、表３の「電位差」欄に、フィレットに対するチューブ表面の電位差を示す。
【0094】
・耐食性
前述した方法により得られたミニコア試験体２を用い、ＡＳＴＭ－Ｇ８５－Ａ３に準拠した方法によりＳＷＡＡＴ試験を実施する。なお、試験期間は４０日または５５日のいずれかとする。酸を用いて試験終了後のミニコア試験体を洗浄した後、チューブ２１からのコルゲートフィン２２の剥離の有無に基づいて耐食性を評価することができる。
前述した方法により得られたミニコア試験体２を用い、ＡＳＴＭ－Ｇ８５－Ａ３に準拠した方法によりＳＷＡＡＴ試験を実施する。なお、試験期間は４０日または５５日のいずれかとする。酸を用いて試験終了後のミニコア試験体を洗浄した後、チューブ２１からのコルゲートフィン２２の剥離の有無に基づいて耐食性を評価することができる。
【0095】
表３の「耐食性」欄には、ＳＷＡＡＴ試験を５５日継続した際にコルゲートフィン２２の剥離が起こらない場合には記号「Ａ」、４０日継続した際にコルゲートフィン２２の剥離が起こらず、５５日継続した際にコルゲートフィン２２の剥離が起こる場合には記号「Ｂ」、４０日継続した際にコルゲートフィン２２の剥離が起こる場合に記号「Ｃ」を記載した。
【0096】
【表1】
【0097】
【表2】
【0098】
【表3】
【0099】
表１に示したように、試験材Ｓ１及び試験材Ｓ２は、前記特定の化学成分を有している。そのため、試験材Ｓ１及び試験材Ｓ２は、表２に示すように優れたろう付性を有し、ろう付前及びろう付後において高い強度を有している。また、試験材Ｓ１及び試験材Ｓ２は、表３に示すように長期間にわたってアルミニウム構造体の耐食性を維持することができる。これらの試験材の中でも、試験材Ｓ１は、試験材Ｓ２よりもＦｅの含有量とＣｕの含有量との合計が少ないため、ろう付加熱後の成形性に優れている。
【0100】
一方、試験材Ｒ１は、Ｃｕの含有量が前記特定の範囲よりも少ないため、ろう付加熱時の液相率が低くなる。そのため、試験材Ｒ１は、表２に示すように試験材Ｓ１及び試験材Ｓ２に比べてろう付性に劣っている。また、試験材Ｒ１は、Ｃｕの含有量及びＦｅの含有量とＣｕの含有量との合計が前記特定の範囲よりも少ないため、表２に示すように試験材Ｓ１及び試験材Ｓ２に比べて強度が低い。さらに、試験材Ｒ１は、Ｃｕ／Ｚｎの値が前記特定の範囲よりも小さいため、表３に示すようにろう付接合の電位が過度に卑化しやすい。そのため、試験材Ｒ１を含むアルミニウム構造体は耐食性に劣っている。
【0101】
試験材Ｒ２も、試験材Ｒ１と同様にＣｕの含有量が前記特定の範囲よりも少ないため、表２に示すように試験材Ｓ１及び試験材Ｓ２に比べてろう付性に劣っている。また、試験材Ｒ１は、Ｃｕの含有量が前記特定の範囲よりも少ないため、表２に示すように試験材Ｓ１及び試験材Ｓ２に比べて強度が低い。さらに、試験材Ｒ１は、Ｃｕ／Ｚｎの値が前記特定の範囲よりも小さいため、表３に示すようにろう付接合の電位が過度に卑化しやすい。そのため、試験材Ｒ１を含むアルミニウム構造体は耐食性に劣っている。
【0102】
以上、実施例に基づいて本発明にかかるろう付用単層アルミニウム合金材及びこのろう付用単層アルミニウム合金材を含むアルミニウム構造体の態様を説明したが、本発明にかかるろう付用単層アルミニウム合金材及びこのろう付用単層アルミニウム合金材を含むアルミニウム構造体の具体的な態様は、実施例の態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。
【符号の説明】
【0103】
１ ろう付用単層アルミニウム合金材
【図1】
【図2】
【図3】