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特開2024-119467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】P2024119467
(43)【公開日】2024-09-03
(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 21/02 20060101AFI20240827BHJP
F28F 21/08 20060101ALI20240827BHJP
【ＦＩ】
C22C21/02
F28F21/08 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023026381
(22)【出願日】2023-02-22
(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、Ｍｇ：０質量％超え０．１０質量％以下及び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、Ｍｇ：０質量％超え０．１０質量％以下及び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、Ｍｇ：０質量％超え０．１０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3】
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２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、前記アルミニウム合金材に接合された相手材と、
前記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し、
前記アルミニウム合金材及び前記相手材のうち少なくとも一方の部材の表面にＺｎを含有する層が存在している、アルミニウム構造体。
前記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し、
前記アルミニウム合金材及び前記相手材のうち少なくとも一方の部材の表面にＺｎを含有する層が存在している、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耐サグ性の点で未だ改善の余地があり、ろう付中の自重による変形や座屈をより起こしにくいアルミニウム合金材が望まれている。
【0006】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ろう付性、強度及び耐サグ性に優れたろう付用単層アルミニウム合金材、その製造方法及びこの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、Ｍｇ（マグネシウム）：０質量％超え以上０．１０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、「アルミニウム合金材」という。）は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ及びＺｎの含有量がそれぞれ前記特定の範囲内であ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、強度と、耐サグ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、ろう付性、強度及び耐サグ性に優れた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。前記アルミニウム合金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。前記アルミニウム合金材の化学成分及びその限定理由について説明する。
【0012】
・Ｓｉ
前記アルミニウム合金材には、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。前記アルミニウム合金材中のＳｉの含有量を２．０質量％以上とすることにより、ろう付中にＡｌ及びＳｉを含む融液を生成し、前記アルミニウム合金材と相手材とを接合することができる。前記アルミニウム合金材中のＳｉの含有量は、２．１質量％以上であることが好ましく、２．２質量％以上であることがより好ましく、２．３質量％以上であることがさらに好ましい。この場合には、ろう付中に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、ろう付中に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。
前記アルミニウム合金材には、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。前記アルミニウム合金材中のＳｉの含有量を２．０質量％以上とすることにより、ろう付中にＡｌ及びＳｉを含む融液を生成し、前記アルミニウム合金材と相手材とを接合することができる。前記アルミニウム合金材中のＳｉの含有量は、２．１質量％以上であることが好ましく、２．２質量％以上であることがより好ましく、２．３質量％以上であることがさらに好ましい。この場合には、ろう付中に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、ろう付中に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、ろう付中におけるアルミニウム合金材の融解量が多くなり、アルミニウム合金材の強度の低下を招くおそれがある。その結果、前記アルミニウム合金材の耐サグ性が低下し、ろう付中に前記アルミニウム合金材の自重による変形や前記アルミニウム合金材の座屈が起こりやす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】
前記アルミニウム合金材中のＳｉの含有量の好ましい範囲を構成するに当たっては、前述したＳｉの含有量の上限と下限とを任意に組み合わせることができる。例えば、前記アルミニウム合金材中のＳｉの含有量の好ましい範囲は、２．１質量％以上２．８質量％以下であってもよく、２．２質量％以上２．６質量％以下であってもよく、２．３質量％以上２．６質量％以下であってもよい。
【0015】
・Ｆｅ
前記アルミニウム合金材には、必須成分として、０．０５質量％以上０．４０質量％以下のＦｅが含まれている。Ｆｅの一部は、Ａｌマトリクス中に固溶してアルミニウム合金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合金材の強度を向上させる作用を有している。さらに、Ｆｅは、前記アルミニウム合金材の結晶粒を微細化させる作用を有している。前記アルミニウム合金材の結晶粒を適度に微細化させることにより、ろう付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。
前記アルミニウム合金材には、必須成分として、０．０５質量％以上０．４０質量％以下のＦｅが含まれている。Ｆｅの一部は、Ａｌマトリクス中に固溶してアルミニウム合金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合金材の強度を向上させる作用を有している。さらに、Ｆｅは、前記アルミニウム合金材の結晶粒を微細化させる作用を有している。前記アルミニウム合金材の結晶粒を適度に微細化させることにより、ろう付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。
【0016】
従って、前記アルミニウム合金材中のＦｅの含有量を０．０５質量％以上、好ましくは０．０８質量％以上、より好ましくは０．１０質量％以上、さらに好ましくは０．１５質量％以上、特に好ましくは０．２０質量％以上とすることにより、常温及び高温におけるアルミニウム合金材の強度を向上させ、耐サグ性を向上させると共にろう付性を向上させることができる。
【0017】
一方、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、アルミニウム合金材の製造性の低下を招くおそれがある。また、この場合には、前記アルミニウム合金材の結晶粒が過度に微細化し、耐サグ性の低下を招くおそれがある。前記アルミニウム合金材中のＦｅの含有量を０．４０質量％以下、好ましくは０．３８質量％以下、より好ましくは０．３５質量％以下、さらに好ましくは０．３０質量％以下とすることにより、これらの問題を容易に回避することができる。
【0018】
前記アルミニウム合金材中のＦｅの含有量の好ましい範囲を構成するに当たっては、前述したＦｅの含有量の上限と下限とを任意に組み合わせることができる。例えば、前記アルミニウム合金材中のＦｅの含有量の好ましい範囲は、０．０８質量％以上０．３８質量％以下であってもよく、０．０８質量％以上０．３５質量％以下であってもよく、０．１０質量％以上０．３５質量％以下であってもよく、０．１０質量％以上０．３０質量％以下であってもよく、０．１５質量％以上０．３５質量％以下であってもよく、０．２０質量％以上０．３５質量％以下であってもよい。
【0019】
・Ｃｕ
前記アルミニウム合金材には、必須成分として、０．０５質量％以上０．２５質量％以下のＣｕが含まれている。Ｃｕは、Ａｌマトリクス中に固溶してアルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材の結晶粒を適度に微細化させ、ろう付性を向上させる作用を有している。前記アルミニウム合金材中のＣｕの含有量を０．０５質量％以上、好ましくは０．０６質量％以上、より好ましくは０．０７質量％以上とすることにより、前記アルミニウム合金材の強度を向上させると共にろう付性を向上させることができる。
前記アルミニウム合金材には、必須成分として、０．０５質量％以上０．２５質量％以下のＣｕが含まれている。Ｃｕは、Ａｌマトリクス中に固溶してアルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材の結晶粒を適度に微細化させ、ろう付性を向上させる作用を有している。前記アルミニウム合金材中のＣｕの含有量を０．０５質量％以上、好ましくは０．０６質量％以上、より好ましくは０．０７質量％以上とすることにより、前記アルミニウム合金材の強度を向上させると共にろう付性を向上させることができる。
【0020】
一方、Ｃｕの含有量が過度に多くなると、ろう付中に前記アルミニウム合金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や耐サグ性の低下を招くおそれがある。また、この場合には、アルミニウム合金材の電位が貴化し、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の低下を招くおそれもある。前記アルミニウム合金材中のＣｕの含有量を０．２５質量％以下、好ましくは０．２３質量％以下、より好ましくは０．２０質量％以下、さらに好ましくは０．１５質量％以下とすることにより、これらの問題を容易に回避することができる。
【0021】
前記アルミニウム合金材中のＣｕの含有量の好ましい範囲を構成するに当たっては、前述したＣｕの含有量の上限と下限とを任意に組み合わせることができる。例えば、前記アルミニウム合金材中のＣｕの含有量の好ましい範囲は、０．０６質量％以上０．２３質量％以下であってもよく、０．０７質量％以上０．２０質量％以下であってもよく、０．０７質量％以上０．１５質量％以下であってもよい。
【0022】
・Ｚｎ
前記アルミニウム合金材には、必須成分として、１．０質量％以上３．０質量％以下のＺｎが含まれている。Ｚｎは、前記アルミニウム合金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、アルミニウム合金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、アルミニウム合金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。前記アルミニウム合金材中のＺｎの含有量を１．０質量％以上、好ましくは１．１質量％以上、より好ましくは１．２質量％以上、さらに好ましくは１．３質量％以上、特に好ましくは１．５質量％以上とすることにより、前記アルミニウム合金材の耐食性及びろう付性を向上させることができる。
前記アルミニウム合金材には、必須成分として、１．０質量％以上３．０質量％以下のＺｎが含まれている。Ｚｎは、前記アルミニウム合金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、アルミニウム合金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、アルミニウム合金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。前記アルミニウム合金材中のＺｎの含有量を１．０質量％以上、好ましくは１．１質量％以上、より好ましくは１．２質量％以上、さらに好ましくは１．３質量％以上、特に好ましくは１．５質量％以上とすることにより、前記アルミニウム合金材の耐食性及びろう付性を向上させることができる。
【0023】
一方、Ｚｎの含有量が過度に多くなると、アルミニウム合金材の電位が過度に卑化し、アルミニウム合金材自身が腐食されやすくなるおそれがある。前記アルミニウム合金材中のＺｎの含有量を３．０質量％以下、好ましくは２．９質量％以下、より好ましくは２．８質量％以下、さらに好ましくは２．４質量％以下、特に好ましくは２．１質量％以下とすることにより、アルミニウム合金材の自己耐食性の低下を容易に回避することができる。
【0024】
前記アルミニウム合金材中のＺｎの含有量の好ましい範囲を構成するに当たっては、前述したＺｎの含有量の上限と下限とを任意に組み合わせることができる。例えば、前記アルミニウム合金材中のＺｎの含有量の好ましい範囲は、１．１質量％以上２．９質量％以下であってもよく、１．２質量％以上２．８質量％以下であってもよく、１．３質量％以上２．４質量％以下であってもよく、１．５質量％以上２．１質量％以下であってもよい。
【0025】
・Ｍｎ
前記アルミニウム合金材には、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、前記アルミニウム合金材中に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合金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合金材の強度を向上させる作用を有する。
前記アルミニウム合金材には、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、前記アルミニウム合金材中に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合金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合金材の強度を向上させる作用を有する。
【0026】
前記アルミニウム合金材中の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合金材の強度を向上させることができる。更に、前記アルミニウム合金材は、前述した分散強化及び固溶強化により、ろう付中の強度の低下を抑制し、アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材の変形や座屈が発生しやすくなるおそれがある。
【0027】
一方、Ｍｎの含有量が過度に多い場合には、前記アルミニウム合金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。
【0028】
・Ｍｇ
前記アルミニウム合金材には、必須成分として、０質量％超え０．１０質量％以下のＭｇが含まれている。Ｍｇは、ろう付後の前記アルミニウム合金材中にＭｇ２Ｓｉを形成し、時効硬化によりアルミニウム合金材の強度を向上させる作用を有している。一方で、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。また、この場合には、ろう付後の前記アルミニウム合金材の強度が過度に高くなり、成形性の悪化を招くおそれがある。さらに、Ｍｇの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム合金材の結晶粒が過度に微細化しやすくなり、耐サグ性の低下を招くおそれもある。Ｍｇの含有量を０．１０質量％以下、好ましくは０．０９５質量％以下、より好ましくは０．０９０質量％以下、さらに好ましくは０．０８０質量％以下とすることにより、これらの問題を容易に回避することができる。
前記アルミニウム合金材には、必須成分として、０質量％超え０．１０質量％以下のＭｇが含まれている。Ｍｇは、ろう付後の前記アルミニウム合金材中にＭｇ２Ｓｉを形成し、時効硬化によりアルミニウム合金材の強度を向上させる作用を有している。一方で、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。また、この場合には、ろう付後の前記アルミニウム合金材の強度が過度に高くなり、成形性の悪化を招くおそれがある。さらに、Ｍｇの含有量が過度に多くなると、前記アルミニウム合金材の結晶粒が過度に微細化しやすくなり、耐サグ性の低下を招くおそれもある。Ｍｇの含有量を０．１０質量％以下、好ましくは０．０９５質量％以下、より好ましくは０．０９０質量％以下、さらに好ましくは０．０８０質量％以下とすることにより、これらの問題を容易に回避することができる。
【0029】
前記アルミニウム合金材中のＭｇの含有量は、０．０１０質量％以上であることが好ましく、０．０２０質量％以上であることがより好ましく、０．０３０質量％以上であることがさらに好ましく、０．０４０質量％以上であることが特に好ましく、０．０５０質量％以上であることが最も好ましい。この場合には、時効硬化によるアルミニウム合金材の強度向上の効果をより確実に得ることができる。さらに、この場合には、前記アルミニウム合金材の製造過程において、鋳造原料としてアルミニウム廃材等を使用する場合においても、Ｍｇの含有量を所望の値に容易に調整することができる。
【0030】
前記アルミニウム合金材中のＭｇの含有量の好ましい範囲を構成するに当たっては、前述したＭｇの含有量の上限と下限とを任意に組み合わせることができる。例えば、前記アルミニウム合金材中のＭｇの含有量の好ましい範囲は、０．０１０質量％以上０．１０質量％以下であってもよく、０．０２０質量％以上０．０９５質量％以下であってもよく、０．０３０質量％以上０．０９０質量％以下であってもよく、０．０３０質量％以上０．０８０質量％以下であってもよく、０．０４０質量％以上０．０８０質量％以下であってもよく、０．０５０質量％以上０．０８０質量％以下であってもよい。
【0031】
前記アルミニウム合金材には、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、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。
【0032】
・Ｃｒ
前記アルミニウム合金材には、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、前記アルミニウム合金材中に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合金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合金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、前記アルミニウム合金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。
前記アルミニウム合金材には、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、前記アルミニウム合金材中に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合金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合金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、前記アルミニウム合金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。
【0033】
前記アルミニウム合金材中の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合金材の強度をより向上させることができる。
【0034】
・Ｔｉ、Ｖ
前記アルミニウム合金材には、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合金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、前記アルミニウム合金材中に層状に分布し、前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金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。
前記アルミニウム合金材には、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合金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、前記アルミニウム合金材中に層状に分布し、前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金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。
【0035】
前記アルミニウム合金材中の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、前記アルミニウム合金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。
【0036】
・Ｚｒ
前記アルミニウム合金材には、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、前記アルミニウム合金材中に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合金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中に前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金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。
前記アルミニウム合金材には、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、前記アルミニウム合金材中に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合金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中に前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金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。
【0037】
前記アルミニウム合金材中の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。
【0038】
・Ｓｎ、Ｉｎ
前記アルミニウム合金材には、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合金材の電位を卑化させる作用を有している。前記アルミニウム合金材中の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合金材の電位を調整し、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。
前記アルミニウム合金材には、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合金材の電位を卑化させる作用を有している。前記アルミニウム合金材中の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合金材の電位を調整し、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。
【0039】
・Ｎｉ
前記アルミニウム合金材には、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、前記アルミニウム合金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合金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、前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材の自己耐食性の低下を招くおそれもある。前記アルミニウム合金材中の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合金材の強度をより向上させることができる。
前記アルミニウム合金材には、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、前記アルミニウム合金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合金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、前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材の自己耐食性の低下を招くおそれもある。前記アルミニウム合金材中の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合金材の強度をより向上させることができる。
【0040】
・Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｎａ
前記アルミニウム合金材には、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、前記アルミニウム合金材中のＳｉ粒子を微細化し、また、ろう付中に前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材の自己耐食性の低下を招くおそれがある。
前記アルミニウム合金材には、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、前記アルミニウム合金材中のＳｉ粒子を微細化し、また、ろう付中に前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材の自己耐食性の低下を招くおそれがある。
【0041】
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、自己耐食性の低下を回避しつつ前記アルミニウム合金材のろう付性をより向上させることができる。
【0042】
ろう付性向上の効果をより確実に得る観点からは、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂｉ及びＮａの含有量は、それぞれ、０．００２質量％以上であることがより好ましく、０．００４質量％以上であることがさらに好ましい。また、アルミニウム合金材の自己耐食性の低下をより容易に回避する観点からは、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂｉ及びＮａの含有量は、それぞれ、０．２質量％以下であることがより好ましく、０．１質量％以下であることがさらに好ましい。
【0043】
前記アルミニウム合金材中のＢｅ、Ｓｒ、Ｂｉ及びＮａの含有量の好ましい範囲を構成するに当たっては、前述した各元素の含有量の上限と下限とを任意に組み合わせることができる。例えば、前記アルミニウム合金材中のＢｅ、Ｓｒ、Ｂｉ及びＮａの含有量の好ましい範囲は、それぞれ、０．００２質量％以上０．２質量％以下であってもよく、０．００４質量％以上０．１質量％以下であってもよい。
【0044】
前記アルミニウム合金材には、前述した任意成分のうち１種または２種以上の元素が含まれていてもよい。例えば、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、Ｍｇ：０質量％超え０．１０質量％以下、Ｚｎ：１．０質量％以上３．０質量％以下、Ｃｒ：０質量％超え０．３０質量％以下及びＴｉ：０質量％超え０．３０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有していてもよい。
【0045】
また、前記アルミニウム合金材は、例えば、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、Ｍｇ：０．０５０質量％以上０．０８０質量％以下、Ｚｎ：１．０質量％以上３．０質量％以下、Ｃｒ：０質量％超え０．３０質量％以下及びＴｉ：０質量％超え０．３０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有していてもよい。
【0046】
・金属組織
前記アルミニウム合金材は、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。前記アルミニウム合金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。
前記アルミニウム合金材は、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。前記アルミニウム合金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。
【0047】
ろう付後における前記アルミニウム合金材の平均結晶粒径は、１００μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以上１５００μｍ以下であることがより好ましい。この場合には、前記アルミニウム合金材の結晶粒の大きさを適度に大きくすることができる。これにより、ろう付中に結晶粒界から染み出す融液の量を十分に多くし、ろう付性をより向上させることができる。さらに、この場合には、結晶粒界を起点とする粒界滑りの発生をより効果的に抑制し、耐サグ性をより向上させることができる。そして、ろう付時に生じる融液の量を多くするとともに、ろう付中における前記アルミニウム合金材の変形や座屈の発生を抑制することにより、前記アルミニウム合金材と相手材との間にろう付接合をより容易に形成することができる。
【0048】
（製造方法）
前記アルミニウム合金材の製造方法は種々の態様を取り得る。例えば、前記アルミニウム合金材は、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、前記アルミニウム合金材は、鋳造により得られる鋳物であってもよい。
前記アルミニウム合金材の製造方法は種々の態様を取り得る。例えば、前記アルミニウム合金材は、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、前記アルミニウム合金材は、鋳造により得られる鋳物であってもよい。
【0049】
ろう付性及び強度の向上の観点からは、前記アルミニウム合金材は、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合金材は、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。
【0050】
展伸材からなる前記アルミニウム合金材を作製する場合、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、前記アルミニウム合金材中に、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、前記アルミニウム合金材のＡｌマトリクス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。
【0051】
双ロール式連続鋳造圧延法により前記アルミニウム合金材を作製する場合、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、前記アルミニウム合金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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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合金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合金材を得ることもできる。前記アルミニウム合金材は、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、前記アルミニウム合金材は、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。
【0055】
また、展伸材からなる前記アルミニウム合金材は、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、前記アルミニウム合金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。
【0056】
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、前記アルミニウム合金材中の第二相粒子を容易に微細化することができる。
【0057】
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合金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合金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、前記アルミニウム合金材の質別を調整することもできる。前記アルミニウム合金材は、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、前記アルミニウム合金材は、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。
【0058】
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合金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。
【0059】
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。
【0060】
（アルミニウム構造体）
前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材と、前記アルミニウム合金材に接合された相手材と、前記アルミニウム合金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。
前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材と、前記アルミニウム合金材に接合された相手材と、前記アルミニウム合金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。
【0061】
前記アルミニウム合金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、相手材として前記アルミニウム合金材を用いることもできる。
【0062】
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。
【0063】
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合金材から構成されていればよい。
【0064】
例えば、前記アルミニウム合金材を用いてパラレルフロー型の熱交換器を得る方法は以下の通りである。まず、前記アルミニウム合金材からなるチューブと、前記アルミニウム合金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合金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合金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、パラレルフロー型の熱交換器を得ることができる。
【0065】
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、前記アルミニウム合金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。
【0066】
また、例えば、前記アルミニウム合金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。
【0067】
また、例えば、前記アルミニウム合金材からなり、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。
【0068】
前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材から融液を発生させる。そして、前記アルミニウム合金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。
【0069】
前記アルミニウム合金材と相手材とを接合する際の加熱温度は、前記アルミニウム合金材の液相率、つまり、ろう付前の前記アルミニウム合金材の質量に対する前記アルミニウム合金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合金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合金材の強度の低下を抑制しつつ、アルミニウム合金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。
【0070】
また、前記アルミニウム合金材と相手材とを接合する際の加熱温度の保持時間は、前記アルミニウム合金材の液相率が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。アルミニウム合金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合金材の強度の低下を抑制しつつ、アルミニウム合金材から生じた融液を、アルミニウム合金材と相手材との間に十分に充填することができる。なお、前記アルミニウム合金材と相手材との接合においては、アルミニウム合金材の全面から融液が生じるため、アルミニウム合金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。
【0071】
より具体的には、例えば、前記アルミニウム合金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。
【0072】
前述したアルミニウム合金材の液相率は、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「Ｔｈｅｒｍｏ－Ｃａｌｃ（登録商標）」等を使用することができる。
【0073】
前記アルミニウム合金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、前記アルミニウム合金材と相手材とを接合することも可能である。
【0074】
前記アルミニウム合金材と相手材とのろう付性をより高める観点から、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。
【0075】
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は、Ｚｎを含む層が形成されていてもよい。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。Ｚｎを含む層の形成方法としては、例えば、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ろう付を行う方法が挙げられる。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0076】
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、Ｍｇ：０質量％超え０．１０質量％以下及びＺｎ：１．０質量％以上３．０質量％以下を含有し、さらに任意成分としてＴｉ：０質量％超え０．３０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有している。以下、アルミニウム合金材のより具体的な構成を、製造方法と共に説明する。
【0077】
図１に示すように、本例のアルミニウム合金材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合金材１は、非繊維状組織からなる金属組織を有している。アルミニウム合金材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。なお、表１における記号「Ｂａｌ．」は残部であることを示す。
【0078】
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～Ｓ６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～Ｓ６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～Ｓ６と同様である。
【0079】
次に、前記アルミニウム合金材の諸特性の評価方法を説明する。
【0080】
・ろう付後の平均結晶粒径
平均結晶粒径の評価において用いる試験片の作製方法は以下の通りである。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、この小片を試験片として用いる。
平均結晶粒径の評価において用いる試験片の作製方法は以下の通りである。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、この小片を試験片として用いる。
【0081】
次に、試験片を厚み方向に研削し、さらに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。
【0082】
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、各試験材のろう付後の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
【0083】
表２に、ろう付後における各試験材の平均結晶粒径を示す。
【0084】
・アルミニウム合金材の引張強さ
ろう付を行う前の試験材を用い、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、各試験材の引張強さを示す。
ろう付を行う前の試験材を用い、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、各試験材の引張強さを示す。
【0085】
・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。
【0086】
コルゲートフィン２２は、表１に示す試験材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。
【0087】
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。
【0088】
ろう付後のミニコア試験体２を、コルゲートフィン２２の高さ方向の中央で切断した後、２本のチューブ２１のそれぞれから、チューブ２１に接合されたコルゲートフィン２２を除去する。そして、ノギスを用い、チューブ２１上に形成されたろう付接合２３の長さを測定する。ミニコア試験体２におけるコルゲートフィン２２の接合率は、コルゲートフィン２２の幅と、コルゲートフィン２２とチューブ２１との当接部の数との積に対するろう付接合２３の長さの合計の比率を百分率で表すことにより算出される。表２に、各試験材を用いたミニコア試験体２のフィン接合率を示す。
【0089】
・サグ試験
以下の方法によりサグ試験を行い、サグ試験後の試験片の垂下量に基づいて耐サグ性の評価を行う。サグ試験に用いる試験片は、試験材を切断することにより得られる、長さ１４０ｍｍ、幅１５ｍｍの平板である。図３に、耐サグ性の評価に用いる試験装置３を示す。試験装置３は、試料台３１と、試料台３１に試験片１０を取り付ける固定治具３２とを有している。試験片１０は、試験片１０の長手方向における先端１０１が試料台３１から突出するようにして、試料台３１と固定治具３２との間に水平に保持される。即ち、試験片１０は、試験装置３に片持ち梁の状態で取り付けられる。なお、試料台３１から試験片１０の先端１０１までの距離Ｌは５０ｍｍとする。
以下の方法によりサグ試験を行い、サグ試験後の試験片の垂下量に基づいて耐サグ性の評価を行う。サグ試験に用いる試験片は、試験材を切断することにより得られる、長さ１４０ｍｍ、幅１５ｍｍの平板である。図３に、耐サグ性の評価に用いる試験装置３を示す。試験装置３は、試料台３１と、試料台３１に試験片１０を取り付ける固定治具３２とを有している。試験片１０は、試験片１０の長手方向における先端１０１が試料台３１から突出するようにして、試料台３１と固定治具３２との間に水平に保持される。即ち、試験片１０は、試験装置３に片持ち梁の状態で取り付けられる。なお、試料台３１から試験片１０の先端１０１までの距離Ｌは５０ｍｍとする。
【0090】
このようにして試験片１０を試験装置３に取り付けた後、試験片１０を６００℃の温度に３分間保持して加熱する。その後、試験片１０の先端１０１の垂下量ｈ、即ち、加熱前における試験片１０の先端１０１の位置から加熱後における試験片１０の先端１０１’の位置までの鉛直方向における長さを測定する。表２に、各試験材のサグ試験後の垂下量ｈを示す。
【0091】
【表1】
【0092】
【表2】
【0093】
表１に示したように、試験材Ｓ１～Ｓ６は、前記特定の化学成分を有している。そのため、試験材Ｓ１～Ｓ６は、表２に示すように、強度及び耐サグ性に優れている。また、これらの試験材は、ろう付中に十分な量の融液を生じさせることができる。それ故、試験材Ｓ１～Ｓ６は、ろう付性にも優れており、相手材との当接部にろう付接合を容易に形成することができる。
【0094】
これらの試験材の中でも、試験材Ｓ１～Ｓ５は、鋳造原料としてアルミニウム新地金を使用することなく作製することができるため、材料コストの増大を抑制するととともに、製造時の環境負荷を軽減することができる。また、試験材Ｓ３～Ｓ５は、Ｍｇの含有量が比較的多く、より高い強度を有しているため、耐サグ性をより向上させることができる。
【0095】
一方、試験材Ｒ１及び試験材Ｒ２は、Ｍｇの含有量が前記特定の範囲よりも多いため、耐サグ性に劣り、ろう付中に自重による変形や座屈が生じやすい。そのため、これらの試験材を用いる場合、ろう付中の試験材の変形や座屈によって試験材と相手材との間に隙間が生じやすく、ろう付接合が形成されにくい。
【0096】
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、その製造方法及びこの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、その製造方法及びこの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】
【0097】
１ ろう付用単層アルミニウム合金材
【図1】
【図2】
【図3】