特表 2024-529407 ろう付け可能な鋳造用アルミニウム合金

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-06

(54)【発明の名称】ろう付け可能な鋳造用アルミニウム合金

(51)【国際特許分類】

   C22C 21/00 20060101AFI20240730BHJP

【ＦＩ】

C22C21/00 N

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024503877

(86)(22)【出願日】2022-07-22

(85)【翻訳文提出日】2024-03-18

(86)【国際出願番号】 US2022038041

(87)【国際公開番号】W WO2023004131

(87)【国際公開日】2023-01-26

(31)【優先権主張番号】63/203,476

(32)【優先日】2021-07-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】510192916

【氏名又は名称】テスラ，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】パティンソン，グラント

(72)【発明者】

【氏名】ハミル，クインリン

(72)【発明者】

【氏名】パラニヴェル，シヴァネシュ

(72)【発明者】

【氏名】コマイ，リカルド

(72)【発明者】

【氏名】シュトゥッキ，ジェイソン ロバート

(72)【発明者】

【氏名】カルドロン，ジョン デビッド

(72)【発明者】

【氏名】クラーク，トレバー

(72)【発明者】

【氏名】チェン，ジアジエ

(57)【要約】

高い伝導率を有するアルミニウム合金組成物を提供する。低伝導率母材も記載する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃｒ：０．１～０．４重量％、
Ｍｎ：０．３～１重量％、
Ｆｅ：０．３～１．２重量％、
Ｎｉ：１．５～６重量％を含み、
残部はアルミニウム及び不純物である、高温固溶材料。

【請求項2】

Ｔｉ：０．０１～１．３重量％を更に含む、請求項１に記載の高温固溶材料。

【請求項3】

Ｖ：０．０１～０．６５重量％を更に含む、請求項１又は２に記載の高温固溶材料。

【請求項4】

Ｃｅ：０．０１～８．８重量％を更に含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の高温固溶材料。

【請求項5】

Ｍｇ：０．０１～０．１５重量％を更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の高温固溶材料。

【請求項6】

Ｚｎ：０．０１～１重量％を更に含む、請求項１から５に記載の高温固溶材料。

【請求項7】

Ｍｏ：０．０１～１重量％を更に含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の高温固溶材料。

【請求項8】

前記高温固溶材料が、ケイ素、銅、マグネシウム、亜鉛又はスズを含まないか、又は実質的に含まない、請求項１から７のいずれか一項に記載の高温固溶材料。

【請求項9】

本質的に、
Ｎｉ：４．５～６重量％から成り、
残部はアルミニウム及び不純物である、高伝導率母材。

【請求項10】

Ｎｉが４．７５～５．７５重量％である、請求項９に記載の高伝導率母材。

【請求項11】

Ｎｉが５～５．５重量％である、請求項１０に記載の高伝導率母材。

【請求項12】

Ｎｉが５．２５重量％である、請求項１１に記載の高伝導率母材。

【請求項13】

熱伝導率が約１６０～２２０Ｗ／ｍＫの範囲内である、請求項９から１２のいずれか一項に記載の高伝導率母材。

【請求項14】

熱伝導率が約１７０～２００Ｗ／ｍＫの範囲内である、請求項１３に記載の高伝導率母材。

【請求項15】

ＦＣＣα－Ａｌマトリックスを含む低伝導率合金であって、前記合金の固相線温度が６１０℃を超え、熱伝導率が約８０～１５０Ｗ／ｍＫの範囲内である、低伝導率合金。

【請求項16】

前記合金の固相線温度が６３０℃を超える、請求項１５に記載の低伝導率合金。

【請求項17】

前記熱伝導率が約９０～１４０Ｗ／ｍＫの範囲内である、請求項１５または１６に記載の低伝導率合金。

【請求項18】

マンガン、クロム、チタン、及びバナジウム、ジルコニウム、鉄、ニッケル、セリウム、又はモリブデンの少なくとも１つを更に含む、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の低伝導率合金。

【請求項19】

前記合金が、ケイ素、銅、マグネシウム、亜鉛又はスズを含まないか、又は実質的に含まない、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の低伝導率合金。

【請求項20】

分散質を形成する元素を更に含む、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の低伝導率合金。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互出願］
本特許出願は、２０２１年７月２３日に出願された米国仮特許出願第６３／２０３，４７６号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

一般に、ろう付けは、ろう金属を溶融して接合部に流すことによって２つ以上の金属物品を互いに接合する金属接合プロセスである。典型的には、ろう付けプロセスでは、隣接する金属よりも低い融点を有するろう金属を用いて、接合された金属物品を溶融させないように試みる。ろう金属は、毛細管現象によって密着部間の隙間に流入する。ろう金属は、適切な雰囲気によって保護されながら、その溶融温度よりわずかに高くされる。次いで、液体ろう材は、ベース金属上を流れ、次いで冷却されて２つの金属片を互いに接合する。

【0003】

アルミニウム片を接合する状況では、ろう付けの利用は、片間の流路の漏れを軽減し、接着結合と比較して高温での動作接合、複雑な接合部を有する小さな細部にわたる部品、強固な接合部のための大きな接触面積、及び金属片間の電気的接続を容易にすることができる。アルミニウムは一般に、低融点、一貫性があり安定性が高い酸化物、高い熱伝導率、高い熱膨張及び低密度を有することを特徴とする。したがって、アルミニウム片は典型的には、ろう付けプロセスを可能にするために、より低い融点を特徴とするいくつかのアルミニウム系ろう合金でろう付けされる。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】鋳造合金系用の高熱伝導率母材の例示的なグラフである。

【0005】

【図2】６００℃を超える共晶／包晶温度を有する好適な低伝導率母材のチャートである。

【発明の詳細な説明】

【0006】

本発明は、アルミニウム合金に関する。より具体的には、本発明は、自動車部品を含む高性能用途のための、比較的高い強度、良好な鋳造性及び改善されたろう付けを有するアルミニウム合金に関する。本願の１つ又は複数の態様は、合金が低い熱伝導率を示す実施形態に関する。本願の１つ又は複数の態様は、合金が高い熱伝導率を示す他の実施形態に更に関連することができる。例示的には、合金はアルミニウム合金に相当する。本開示は、以下に記載する図面と併せて、以下の詳細な説明を参照することによって理解されてもよい。説明を明確にするために、様々な図面の特定の要素は、縮尺通りに描かれていなくてもよく、概略的又は概念的に表されてもよく、そうでなければ実施形態の特定の物理的構成に正確に対応しなくてもよいことに留意されたい。

【0007】

実施形態は、製品を作製するのに有用なアルミニウム合金に関する。アルミニウム鋳造物は一般に、ろう付けに使用されるろう材の融点と同様の低い融点を有する。したがって、アルミニウム鋳造物をろう付けすることは、母材が溶融又は浸食を受けることが多いため、従来のろう付け技術では極めて困難又は不可能である。例えば、いくつかの実施形態では、アルミニウム母材をアルミニウムろう付けろう材でろう付けすることができる。しかしながら、ほとんどのろう付けろう材は、最も一般的な鋳造合金（Ａｌ－Ｓｉ又はＡｌ－Ｍｇ）と同じ低融点系に由来する。これは、ろう付けプロセス中に母材が溶融するために、ほとんどのアルミニウム鋳造物がろう付け可能であるとはみなされないことを意味する。

【0008】

車両及び車両製造の状況では、例として、高温ライン及び低温ラインとが互いに近接している特定のＨＶＡＣ用途では、熱伝導率は、システムに寄生的な熱損失を引き起こすことができるため、望ましくない。したがって、そのようなＨＶＡＣ構成要素を鋳造する場合、ＨＶＡＣ構成要素は、伝導率が低く、優れた鋳造性を有し、良好なろう付け性を示す能力を有する合金／材料から構成されるべきである。いくつかの材料、例えば米国特許出願公開第２０１９／０１２７８２４号、発明の名称「ＣＡＳＴＩＮＧ ＡＬＵＭＩＮＵＭ ＡＬＬＯＹＳ ＦＯＲ ＨＩＧＨ－ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」は、良好な鋳造性を有し、優れた伝導率も示す。米国特許出願公開第２０１９／０１２７８２４号は、参照により本明細書に組み込まれる。別の例では、６０６３（マグネシウム及びケイ素）と呼ばれるアルミニウム合金のような材料が製造に一般的に使用されるが、最適な伝導率又は鋳造性を示さない。車両における高伝導率用途のためにろう付けアルミニウム片と共に適用可能であってもよい車両の他の用途は、バスバー、ヒートシンク／コールドプレート及び他の配管又は圧力容器を含むことができる。

【0009】

ろう材（フィラー材）をろう付け（ブレーズ）するための現在の手法は、従来のアルミニウム鋳造物のろう付けを可能にするが、これらの材料は、限られた幾何学的形態で利用可能である傾向がある。前述のように、多くの典型的なろう付け材料は、母材が典型的なろう付け材料と同様の融点を有するので、アルミニウム鋳造物を用いた従来の高容量ろう付けプロセスでの使用にはあまり適していない。図１は、鋳造合金及び合金展伸材などの複数の合金系の熱伝導率対固相線温度のプロットを示す。図１に示す一態様では、ろう付け範囲よりも低い固相線温度を有する合金系（例えば、Ａｌ－Ｓｉ鋳造）、ろう付け範囲よりも高い固相線温度を有する合金システム（例えば、３０００シリーズ鍛造）を識別するために、ほぼ５８５℃～６１０℃の範囲の、ろう付けに使用される温度の範囲が示されている。いくつかの実施形態では、本開示の高温固溶材料は、６１０℃、６２０℃、６３０℃、６４０℃、６５０℃、又は６６０℃を超える固相線温度を有することができる。他の実施形態では、本開示の高伝導率母材は、６３０℃、６４０℃、又は６５０℃を超える固相線温度を有することができる。図１に示す別の態様では、合金系は、様々な熱伝導特性を有することができる。

【0010】

本願の１つ又は複数の態様は、優れた鋳造性に対応する特性を示す高融点鋳造合金を含むろう付け母材に対応する。より具体的には、ろう付け母材は、通常は展伸されたアルミニウム合金母材にのみ使用することができる真空ろう付け、制御雰囲気ろう付け（ＣＡＢ）ろう付け、及び誘導ろう付けを含むが、これらに限定されない従来のろう付けプロセスでろう付けされるよう構成される。一態様では、ろう付け母材は、例示的に、他のろう付け材料と比較して高い固相線温度を特徴とし、Ａｌ－Ｓｉ又はＡｌ－Ｍｇろう付け材料を含むが、これらに限定されない。別の態様では、ろう付け母材は、熱伝導特性に基づいて特徴付けることができる。一態様では、熱伝導率が低い又はより低いという特性評価は、１００Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導特性に基づくことができる。いくつかの実施形態では、熱伝導率が高い又はより高いという特性評価は、約１６０～２２０Ｗ／ｍＫの熱伝導特性に基づくことができる。別の態様では、熱伝導率が高い又はより高いという特性評価は、１７０～２００Ｗ／ｍＫの熱伝導特性に基づくことができる。当業者は、熱伝導率の範囲が本質的に例示的であり、熱伝導率の全ての可能な特性又は熱伝導特性を満たす値の範囲を表すものではないことを理解するであろう。例えば、熱伝導特性が低い又はより低いという特性評価は、様々な部分範囲（例えば、１００～８０Ｗ／ｍＫ）、閾値又は最適値によって更に特徴付けることができる。いくつかの実施形態では、本開示の低伝導率合金は、約８０～１５０Ｗ／ｍＫの範囲内の熱伝導率を有することができる。他の実施形態では、本開示の低伝導率合金は、約９０～１４０Ｗ／ｍＫの範囲内の熱伝導率を有することができる。同様に、熱伝導特性が高い又はより高いという特性評価は、様々な部分範囲（例えば、１８０～１９０Ｗ／ｍＫ）、閾値又は最適値によって更に特徴付けることができる。更に、ろう付け構成要素は、最小強度などの他の属性によって更に特徴付けることができる。

【0011】

例示的には、高い伝導率を有する母材については、母材は、アルミニウム、５．２５％ニッケル、及び鉄などの追加の不純物の化合物に対応することができる。熱伝導率が高い母材の例は、図１に例示的に示されている。ろう付け材料と組み合わせたこのような高伝導率母材は、新しい用途とみなされてもよい。

【0012】

別の態様では、熱伝導率が低い母材の場合、ろう付け可能な母材は、ＦＣＣα－Ａｌマトリックスに基づく少なくとも１つの高温固溶体要素を組み合わせたアルミニウムで作製することができる。ろう付けろう材と組み合わせたこのような低伝導率母材は、新しい合金とみなされてもよい。図２は、典型的なろう付け温度である６００℃を超える共晶／包晶温度を有する好適な低伝導率母材を示す。実例として、ＦＣＣα－Ａｌマトリックスに含めることができる高温固溶材料としては、マンガン、クロム、チタン、及びバナジウム、ジルコニウム、鉄、ニッケル、セリウム、モリブデン、ケイ素、銅、マグネシウム、亜鉛若しくはスズ、又はそれらの組合せが挙げられる。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、０．１重量％、０．２重量％、若しくは０．４重量％、約これらの値、少なくともこれらの値、又は少なくとも約これらの値、又はこれらの間の任意の値の範囲のクロムを含む。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、０．０１重量％、０．２重量％、若しくは１．３重量％、約これらの値、少なくともこれらの値、若しくは少なくとも約これらの値、又はこれらの間の任意の値の範囲のチタンを含む。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、０．０１重量％、０．１重量％、若しくは０．６５重量％、約これらの値、少なくともこれらの値、又は少なくとも約これらの値、又はこれらの間の任意の値の範囲のバナジウムを含む。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、０．３重量％、０．５重量％、若しくは１重量％、約これらの値、少なくともこれらの値、若しくは少なくとも約これらの値、又はこれらの間の任意の値の範囲のマンガンを含む。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、０．３重量％、０．８重量％、若しくは１．２重量％、約これらの値、少なくともこれらの値、又は少なくとも約これらの値、又はこれらの間の任意の値の範囲の鉄を含む。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、１．５重量％、３重量％、４．５重量％、若しくは６重量％、約これらの値、少なくともこれらの値、又は少なくとも約これらの値、又はこれらの間の任意の値の範囲のニッケルを含む。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、０．０１重量％、４重量％、若しくは８．８重量％、約これらの値、少なくともこれらの値、又は少なくとも約これらの値、又はこれらの間の任意の値の範囲のセリウムを含む。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、０．０１重量％、０．１２重量％、若しくは０．１５重量％、約これらの値、少なくともこれらの値、又は少なくとも約これらの値、又はこれらの間の任意の値の範囲のマグネシウムを含む。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、０．０１重量％、０．８５重量％、若しくは１重量％、約これらの値、少なくともこれらの値、又は少なくとも約これらの値、又はこれらの間の任意の値の範囲の亜鉛を含む。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、０．０１重量％、０．８５重量％、若しくは１重量％、約これらの値、少なくともこれらの値、又は少なくとも約これらの値、又はこれらの間の任意の値の範囲のモリブデンを含む。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、ケイ素、銅、マグネシウム、亜鉛又はスズを含まないか、又は実質的に含まない。いくつかの実施形態では、高温固溶材料は、超飽和固溶体から容易に生じる元素を含むことができる。いくつかの実施形態では、合金組成物は、分散質を形成する元素、例えばアルミニウム合金３００３を含むことができる。更に、ろう付け可能な合金は、ダイはんだ付けを最小限に抑えるために必要なだけの鉄を含むことができる。表１に、溶液材料の組成範囲を示す。

【表1】

【0013】

本発明のいくつかの実施形態は、高い降伏強度及び高い熱伝導率の両方、並びに改善された流動性及び熱間亀裂又は亀裂に対する耐性を有するアルミニウム合金の鋳造に関する。アルミニウム合金は、従来の市販のアルミニウム合金と比較して、高い降伏強度及び高い導電率を有することが分かった。本発明の他の実施形態は、高い降伏強度及び低い熱伝導率の両方、並びに改善された流動性及び熱間亀裂又は亀裂に対する耐性を有するアルミニウム合金の鋳造に関する。アルミニウム合金は、従来の市販のアルミニウム合金と比較して、高い降伏強度及び高い導電率を有することも分かった。アルミニウム合金は、本明細書では、合金内の全元素及び粒子の重量パーセント（重量％）、並びに合金の特定の特性によって説明される。本明細書に記載の任意の合金の残りの組成は、アルミニウム及び付随的な不純物であることが理解される。

【0014】

表２は、本願の１つ又は複数の態様の例示的な結果を表す高圧ダイカストの測定された特性を表す。

【表2】

【0015】

上記の明細書では、特定の実施形態を参照して本開示を説明した。しかしながら、当業者が理解するように、本明細書に開示される様々な実施形態は、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な他の方法で修正又は実施することができる。したがって、この記載は例示とみなされるべきであり、開示されたシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の様々な実施形態を作成及び使用する方法を当業者に教示する目的のためである。本明細書に示され記載される開示の形態は、代表的な実施形態として解釈されるべきであることを理解されたい。同等の要素、材料、プロセス又はステップは、本明細書に代表的に示され記載されたものに置き換えられてもよい。更に、本開示の特定の特徴は、本開示のこの記載の利益を得た後に当業者に明らかになるように、他の特徴の使用とは無関係に利用してもよい。

【0016】

本明細書で使用される場合、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語又はそれらの任意の文脈上の変形は、非排他的包含を網羅することを意図している。例えば、要素のリストを含むプロセス、製品、物品、又は装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていない、又はそのようなプロセス、製品、物品、又は装置に固有の他の要素を含んでもよい。更に、そうではないと明示的に述べられていない限り、「又は」は、包括的なｏｒを指し、排他的なｏｒを指すのではない。例えば、条件「Ａ又はＢ」は、以下のいずれか１つによって満たされる。Ａは真（又は存在する）であり、Ｂは偽（又は存在しない）であり、Ａは偽（又は存在しない）であり、Ｂは真（又は存在する）であり、ＡとＢの両方は真（又は存在する）である。

【0017】

ステップ、動作、又は計算は特定の順序で提示されてもよいが、この順序は異なる実施形態で変更されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書で複数のステップが連続して示されている限り、代替の実施形態におけるそのようなステップのいくつかの組み合わせを同時に実行してもよい。本明細書に記載の一連の動作は、別のプロセスによって中断（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ）、中断（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）、逆転、又は制御することができる。

【0018】

図面／図に示された要素のうちの１つ又は複数はまた、特定の用途に応じて有用であるように、より分離又は統合された方法で実装されてもよく、又は特定の場合には除去若しくは動作不能とみなされてもよいことも理解されよう。更に、図面／図中の任意の信号矢印は、特に明記しない限り、例示とのみみなされるべきであり、限定するものとみなされるべきではない。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】