特表 2015-528852 制御雰囲気におけるフラックスフリーろう付けのための、多層のアルミニウムろう付けシート

(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】特表2015-528852(P2015-528852A)

(43)【公表日】2015年10月1日

(54)【発明の名称】制御雰囲気におけるフラックスフリーろう付けのための、多層のアルミニウムろう付けシート

(51)【国際特許分類】

   C22C 21/00 20060101AFI20150904BHJP

   B23K 35/28 20060101ALI20150904BHJP

   B23K 35/22 20060101ALI20150904BHJP

   B23K 35/14 20060101ALI20150904BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20150904BHJP

   B23K 1/19 20060101ALI20150904BHJP

   B32B 15/01 20060101ALI20150904BHJP

   F28F 21/08 20060101ALI20150904BHJP

   F28F 19/00 20060101ALI20150904BHJP

   B23K 101/14 20060101ALN20150904BHJP

   B23K 103/10 20060101ALN20150904BHJP

【ＦＩ】

   C22C21/00 E

   C22C21/00 D

   C22C21/00 J

   B23K35/28 310B

   B23K35/22 310E

   B23K35/14 F

   B23K1/00 330L

   B23K1/00 S

   B23K1/19 D

   B23K1/19 E

   B32B15/01 F

   F28F21/08 B

   F28F19/00 541

   B23K101:14

   B23K103:10

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-514957(P2015-514957)

(86)(22)【出願日】2013年5月28日

(85)【翻訳文提出日】2015年1月27日

(86)【国際出願番号】SE2013050606

(87)【国際公開番号】WO2013180630

(87)【国際公開日】20131205

(31)【優先権主張番号】1250566-5

(32)【優先日】2012年5月31日

(33)【優先権主張国】SE

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC

(71)【出願人】

【識別番号】512069256

【氏名又は名称】グランジェス・スウェーデン・アーべー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】リンダ・アール

(72)【発明者】

【氏名】リヒャルド・ヴェスタゴー

(72)【発明者】

【氏名】ダーヴィド・アブラハムソン

【テーマコード（参考）】

4F100

【Ｆターム（参考）】

4F100AB02A

4F100AB02B

4F100AB02C

4F100AB02D

4F100AB02E

4F100AB09A

4F100AB09B

4F100AB09C

4F100AB09D

4F100AB09E

4F100AB10A

4F100AB10B

4F100AB10D

4F100AB11A

4F100AB11B

4F100AB11C

4F100AB11D

4F100AB11E

4F100AB12A

4F100AB12B

4F100AB12C

4F100AB12D

4F100AB12E

4F100AB13A

4F100AB13B

4F100AB13C

4F100AB13D

4F100AB13E

4F100AB14A

4F100AB14B

4F100AB14C

4F100AB14D

4F100AB14E

4F100AB17A

4F100AB17B

4F100AB17C

4F100AB17D

4F100AB17E

4F100AB18B

4F100AB18C

4F100AB18D

4F100AB18E

4F100AB19A

4F100AB19B

4F100AB19C

4F100AB19D

4F100AB19E

4F100AB21B

4F100AB21C

4F100AB21D

4F100AB21E

4F100AB31A

4F100AB31B

4F100AB31C

4F100AB31D

4F100AB31E

4F100BA03

4F100BA05

4F100BA06

4F100BA07

4F100BA10A

4F100BA10C

4F100BA10E

4F100BA25B

4F100BA25C

4F100BA25D

4F100BA25E

4F100EC16C

4F100EC16E

4F100GB51

4F100JA04A

4F100JA04B

4F100JA04C

4F100JA04D

4F100JA04E

4F100YY00A

4F100YY00B

4F100YY00C

4F100YY00D

4F100YY00E

(57)【要約】

中間層、及びＡｌ−Ｓｉろう合金によって覆われるアルミニウム合金コア材料を含むアルミニウムろう付けシートが開示される。中間層は、≦１．０％のＳｉ、及び０．１％〜２．５％のＭｇを含むアルミニウム合金から成る。Ａｌ−Ｓｉろう合金は、５％〜１４％のＳｉ、及び０．０１％〜１．０％のＢｉを含む。コア材料、及び中間層は、ろう合金よりも高い融点を有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

≦１．０％のＳｉ、及び０．１〜２．５％のＭｇ、好ましくは≧０．２％のＭｇ、より好ましくは≧０．３％のＭｇ、さらにより好ましくは≧０．５％のＭｇ、最も好ましくは０．９〜２．２％のＭｇを含むアルミニウム合金の中間層によって覆われるアルミニウム合金コア材料を含む、フラックスフリーのろう付けのための、アルミニウム合金ろう付けシートであって、中間層が、５〜１４％のＳｉ、及び０．０１〜１．０％のＢｉ、好ましくは０．０５〜０．５％のＢｉ、最も好ましくは０．０７〜０．２％のＢｉ、≦０．８％のＦｅ、≦６％のＺｎ、≦０．１％のＳｎ、≦０．１％のＩｎ、≦０．３％のＣｕ、≦０．１５％のＭｎ、≦０．０５％のＳｒ、並びに、それぞれ０．０５重量％未満の量であり、０．２重量％未満の総不純物含有量である複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランスを含むＡｌ−Ｓｉろう合金によって覆われ、前記コア材料、及び中間層が、ろう合金よりも高い融点を有する、アルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項2】

中間層の合金が、
Ｍｇ ０．１〜２．５％、好ましくは≧０．２％、より好ましくは≧０．３％、最も好ましくは０．５〜２．５％
Ｍｎ ＜２．０％、
Ｃｕ ≦１．２％、
Ｆｅ ≦１．０％、
Ｓｉ ≦１．０％、
Ｔｉ ≦０．２％、
Ｚｎ ≦６％、
Ｓｎ ≦０．１％、
Ｉｎ ≦０．１％、並びに
Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ及び／又はＳｃ 全部で≦０．２％、並びに
それぞれ０．０５％未満の量であり、０．２％未満の総不純物含有量である複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランスを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項3】

コア材料が、３ＸＸＸ合金であり、好ましくは、
Ｍｎ ＜２．０％、
Ｃｕ ≦１．２％、
Ｆｅ ≦１．０％、
Ｓｉ ≦１．０％、
Ｔｉ ≦０．２％、
Ｍｇ ≦２．５％、好ましくは０．０３〜２．０％
Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ及び／又はＳｃ 全部で≦０．２％、並びに
それぞれ０．０５％未満の量であり、０．２％未満の総不純物含有量である複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランスを含む、請求項１又は２に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項4】

Ａｌ−Ｓｉろう合金が、
Ｓｉ ５から１４％、好ましくは７から１３％、
Ｍｇ ＜０．０２％、好ましくは＜０．０１％、
Ｂｉ ０．０１〜１．０％、好ましくは０．０５から０．５％、最も好ましくは０．０７から０．２％、
Ｆｅ ≦０．８％
Ｃｕ ≦０．３％、
Ｍｎ ≦０．１５％、
Ｚｎ ≦６％、
Ｓｎ ≦０．１％
Ｉｎ ≦０．１％
Ｓｒ ≦０．０５％、及び
０．０５％未満の量であり、０．２％未満の総不純物含有量である、複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランスを含む、請求項１から３の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項5】

中間層の融点、及びコアの融点が、＞６１５℃である、請求項１から４の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項6】

ろう合金の融点が、５５０〜５９０℃である、請求項１から５の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項7】

ろう合金層の厚さに対する中間層の厚さが、２５〜２５０％、好ましくは５０〜１５０％である、請求項１から６の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項8】

中間層の厚さが、５〜２００μｍである、請求項１から７の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項9】

ろう付けシートの総厚さに対する被覆層の総厚さが、３〜３０％である、請求項１から８の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項10】

中間層が、コアへの犠牲になる、請求項１から９の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項11】

ろう付けシートが、中間層及びろう合金を含む側と反対のコアの側上で、ろう、又は犠牲の被覆層を有する、請求項１から１０の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項12】

コアの反対側上の犠牲の被覆が、犠牲の層、又はろう層によって覆われる、請求項１１に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項13】

中間層が、コアへの犠牲になる、請求項１から１２の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシートを含む、ろう付け製品。

【請求項14】

フィン、チューブ又はヘッダープレートのために、請求項１から１２の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシートを用いて、フラックスを用いずに、熱交換器をろう付けする方法。

【請求項15】

請求項１から１２の何れか一項に記載のアルミニウムろう付けシートを含む熱交換器。

【請求項16】

熱交換器を製造するための、請求項１から１２の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシートの使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中間層によって覆われたコア材料、及び外部被覆ろう層を含む多層アルミニウムろう付けシートに関する。また、本発明は、上記改善された多層アルミニウムろう付けシートを含む熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明は、表面の酸化物層を壊す、分解する、又は除去するためのフラックスを適用する必要なく、一般的に大気圧で、不活性、又は還元雰囲気においてアルミニウム材料のろう付けによって接合するためのシート材料に関する。

【0003】

今日の挑戦は、可能な限り低い最終コストで、且つ可能な限り高い品質を備えた、熱交換器産業のための材料、及び部品を設計及び製造することである。熱交換器の製造において最も一般的に用いられる技術は、可能な限り低い量の酸化性不純物（主に酸素ガス、及び水蒸気）を備える窒素から一般的に構成される制御雰囲気におけるろう付けである。このプロセスは、制御雰囲気ろう付け（“ＣＡＢ”）として知られており、ろう付けの前に、接合される表面上に、Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス、例えばＮｏｃｏｌｏｋフラックスの適用を含む。フラックスは、フィラー金属の表面の酸化物層を壊し、除去し、又は分解して、溶融フィラーと、個別の熱交換器部品の表面との間の濡れを促進する。また、フラックスは、接合部形成の間に、新しい酸化物の形成を妨げる、又は減少させる。しかしながら、ろう付け後のフラックス残渣は、熱交換器に関して有害であるとしばしば考えられる。なぜなら、それらは、ろう付けされたアルミニウム表面から引き離れ、内部チャネルを詰まられることがあり、それによって、熱交換器の効率的な使用を阻むからである。いくつかの場合においてフラックスの使用は、腐食及び浸食を促進し、より効率的でないユニット、及び、ときどきユニットの早すぎる故障につながるという議論がときどき聞かれる。また、システムへのダメージを引き起こし得る、例えばラジエーター回路における媒体において用いられる腐食防止剤と、フラックス残渣との間で生じる化学反応に関する関心がある。フラックスの使用の、純粋に機能に関連した欠点から離れて、フラックス、及び例えば作業環境へのフラックス塗布、コスト、ハードウェア及びその維持に関連するろう付けにおける投資、エネルギー、並びに自然環境の影響は深刻である。

【0004】

上述の制限に加えて、ＣＡＢフラックスの酸化物除去効率は、ろう付けされる材料における合金化元素としてのＭｇの使用によって低下する。これは、非常に高い融点を有し、且つ濡れ、フィレットの形成及び接合部の成長を妨げる化合物を形成する、フラックスとＭｇとの反応に起因する。アルミニウム材料において強度を提供する際にＭｇが非常に効率が良いので、両立不能性は困難である。その結果、ＣＡＢは、非熱処理（ＮＨＴ）合金、及び少量のＭｇを含む合金に制約されてきた。Ｍｇはトレースレベルで、０．２％のレベルで、すでにろう付けの結果に影響を与え始め、ＣＡＢユーザーの大部分が接合部形成に大きな問題を有することがよく知られている。問題は、フラックスの追加を増加することによって、又は、唯一の、且つ高価なＣｓを含むフラックスグレードの使用によって、ある程度まで食い止めることができる。しかしながら、問題は解決されておらず、わずかにより高いＭｇレベルに向かってシフトされる。

【0005】

そのため、フラックスの適用無しでＣＡＢを用いて熱交換器を製造することを可能にするために、新しい材料の概念、及び設計の発達が、ろう付け接合部形成を可能にするために必要である。

【0006】

以後用いられる全てのテンパー度、及び合金の設計は、２００７年にアルミニウム協会によって発行されたような、アルミニウム協会の指定基準、及びデータ、及び登録記録（ｔｈｅ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｄａｔａ ａｎｄ ｔｈｅ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄｓ ａｓ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｉｎ ２００７）を指す。以後、合金における化学物質含有量に関する全てのパーセンテージは、重量パーセンテージを意味するものと理解されるべきである。

【0007】

特許文献１は、フラックスを使用することなく、不活性ガスにおいてろう付けするために適切なアルミニウムろう付け合金を説明する。この発明は、多層のろう付けシートに基づいており、外側材料は、０．１から０．５％のＭｇ及び０．０１から０．５％のＢｉを含むＡｌ−Ｓｉ系合金、並びにコア材料を覆う、薄い被覆層である。ろう付けサイクルの温度上昇段階の間、中間のＡｌ−Ｓｉ層は、初めに融解し始め、体積的に拡大し、薄い被覆層を壊し、溶融フィラー金属が、亀裂を介して、ろう付けシートの表面上へと浸透することを可能にする。

【0008】

引用文献２では、フラックス無しのろう付け方法が開示されている。この発明は、薄い被覆層、被覆層とコアとの間の中間層としてのＡｌ−Ｓｉろう付け材料を含む多層のアルミニウムシートに基づく。被覆合金、及びコア合金は、ろう付け材料の液相温度よりも高い固相温度を有する。Ａｌ−Ｓｉろう付け合金は、０．０１〜０．０９％のＭｇ、及び０．０１〜０．５％のＢｉを含む。コアのＭｇの含有量は、好ましくは＜０．０１５％である。本明細書では、ろう付けシートの総Ｍｇ含有量を０．０６％未満に維持することによって、フラックスレスのろう付けが可能である。

【0009】

上述の先行技術文献のろう付けシートの構成は同様である。両方とも、薄い被覆層によって覆われる、コア、Ｍｇ及びＢｉを含む中間ろう金属に基づく。このようなろう付けシート構造には潜在的なリスクがある。フィラーの融解と濡れとの間に時間差が存在し得る。融液上への重力の影響は、表面酸化物の下でフィラーの流れを引き起こし得、不均一な接合部サイズ、及び大きく局所化された溶融フィラーの蓄積をもたらす。

【0010】

先行技術において利用可能なフラックスレスのろう付けのための方法は、それらが、下にあるろうよりも高い融点を備える外部被覆、又は、ろう付けプロセスの間に両方とも融解するように意図された二つの異なるろう合金層の組み合わせ、のいずれかが必要であるという制約を有する。これは、同時の高度な腐食電位勾配設計、高い強度のシート設計、及びフラックス無しでの接合を可能にすることはない。また、ろう付けプロセスを改善するための要求もある。

【0011】

熱交換機システムにおいて許される残留フラックスの量に関して、主に自動車産業からの需要が増加している。高品質の内部接合部を繰り返し形成するために、熱交換器の内部表面上で局所領域上に、少しの、繰り返し可能なフラックス量を適用することは困難であり、コストがかかるので、本発明は、熱交換器生産のその面において明確な優位点を提供する。

【0012】

そのため、上で特定された問題を克服するろう付けシートを提供する必要性がいまだ存在する。

【0013】

既知のアルミニウム合金ろう付けシートの他の実施例は、特許文献３及び特許文献４から知られており、どちらも多量の、又は意図的に追加されたＭｇ含有量を有する最外層を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】欧州特許第１３０６２０７号明細書

【特許文献2】国際公開第２００８／１５５０６７号

【特許文献3】米国特許第６６２７３３０号明細書

【特許文献4】国際公開第２０１０／０５２２３１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明の目的は、フラックスを適用する必要なく、不活性、又は還元雰囲気においてろう付けされ得、強化されたろう付け接合部をもたらし、且つ高度な腐食電位設計を可能にするアルミニウム合金ろう付けシートを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本目的は、独立請求項１に従うアルミニウム合金ろう付けシートによって達成される。実施形態は、従属請求項によって定義される。

【0017】

本発明によるアルミニウム合金ろう付けシートは、ろう付けシートそれ自身よりも、一以上の部品へろう付けすること、特に、アルミニウムろう付けシートから作製されたチューブの外部表面へ、フィン又はヘッダーをろう付けすることに関して特に適する。

【0018】

アルミニウム合金ろう付けシートは、アルミニウム合金の中間層によって覆われたアルミニウム合金コア材料を含み、アルミニウム合金の中間層は、Ａｌ−Ｓｉろう合金によって覆われる。中間層のアルミニウム合金は、≦１．０％のＳｉ、及び０．１〜２．５％のＭｇ、好ましくは≧０．２％のＭｇ，より好ましくは≧０．３％のＭｇ、さらにより好ましくは≧０．５％のＭｇを含む。Ａｌ−Ｓｉろう合金は、５〜１４％のＳｉ、及び０．０１〜１．０％のＢｉ、好ましくは、０．０５〜０．５％のＢｉ、最も好ましくは０．０７〜０．２％のＢｉ、≦０．８％のＦｅ、≦６％のＺｎ、≦０．１％のＳｎ、≦０．１％のＩｎ、≦０．３％のＣｕ、≦０．１５％のＭｎ、≦０．０５％のＳｒ、及び、それぞれ０．０５ｗｔ％未満の量であり、０．２ｗｔ％未満の総不純物含有量である複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランスを含む。コア材料、及び中間層は、ろう合金よりも高い融点を有する。

【0019】

そのため、本発明は、例えば特許文献１、及び特許文献２において記載されるものとは完全に異なるろう付けシート構成に基づくものであり、制御雰囲気においてフラックス無しで優れたろう付け性、及び追加された腐食保護を達成し、先行技術において起こり得る制限を回避する。

【0020】

一実施形態によると、中間層のアルミニウム合金は、少なくとも０．９％のＭｇを含む。

【0021】

さらに他の一つの実施形態によると、中間層のアルミニウム合金は、多くて２．２％のＭｇを含む。

【0022】

一実施形態によると、中間層は、コア材料に直接、つまり、中間層とコア材料との間にいかなる中間層無しで、隣接している。他の一つの実施形態によると、ろう層は、中間層に直接、つまり、ろう層と中間層との間にいかなる中間層無しで、隣接している。さらに他の一つの実施形態によると、中間層は、コア層とろう合金との間でいかなる追加の層無しで、コア層とろう合金との間で挟まれる。

【0023】

アルミニウム合金ろう付けシートは、熱交換器等のろう付け製品を製造するために用いられる。

【0024】

本発明によるろう付けシートから製造される熱交換器の外表面上にはフラックスが存在しないので、例えば、車両の乗員室に入り得るフラックス残渣の脱離におけるいかなる困難が避けられる。また、これは、熱交換器の外観を改善する。熱交換器の内表面上にはフラックスが存在しないので、目詰まり、浸食、及び、フラックスと冷却媒体との間の化学反応におけるいかなる困難、並びに、フラックス残渣による他の知覚の欠点は避けられる。

【0025】

フラックスの使用無しで熱交換器をろう付けすることにおいてもたらされる明確なコストの優位点も存在する。なぜなら、それは、フラックス自身のコストを削減するだけでなく、ろう付けラインを介したリードタイムを短くし、より低い人件費を可能にし、工場内のフロアスペースを解放し、ろう付けハードウェアの維持の需要を減少させ、維持管理の需要を減少させるからである。また、重要な利益が、人々のためのより良い作業環境、固体廃棄物及びフラックス塗布システムからの処理水の少ない処分、並びにろう付けプロセスからの、より少量の有害なガス状排出物においてもたらされることになる。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明のアルミニウム合金ろう付けシートは、中間層としての、Ｍｇが豊富なアルミニウム合金によって片面、又は両面で覆われた、アルミニウムベースのコアから成り、中間層としての、Ｍｇが豊富なアルミニウム合金は、Ａｌ−Ｓｉろう合金によって覆われ、上記ろうは、Ｂｉの追加を含む。Ａｌ−Ｓｉろう合金の液相温度は、最も高い許されたろう付け温度よりも高い液相温度を有する、コア及び中間層の固相温度よりも低い。中間層からのＭｇは、ろう付け温度までの加熱の間に、ろうの外部表面へと拡散するべきである。適切な時間で適切な量のＭｇがそこに到達する場合、ろう付け後のシートの厚さを介する腐食電位勾配の提供を補助する無傷の中間層を有しつつ、酸化物は壊れ、溶融フィラー金属が任意の対向面を濡らし、接合部を形成することを可能にするであろう。本発明では、フィラー材料、つまりろう材料のＭｇ含有量は、好ましくは＜０．０１％である。本発明は、最適なろう付け性がコアとフィラー金属との間の中間層におけるＭｇによって達成されることを示す。

【0027】

以後、本発明は、３層のアルミニウム合金ろう付けシートとして説明され、ろう付けは、シートの片面上で生じる。しかしながら、本発明は、コアの両面上でろう接合部を生成するために用いられ得、その場合、ろう付けシートは、５つの層によって構築されるであろう。また、それは、４層のシートとなる片面上の犠牲の水側（ｗａｔｅｒｓｉｄｅ）、又は、５層のシートを与えることになる水側被膜とコアとの間に中間層を備えた水側によって覆われ得る。

【0028】

本発明は、Ｍｇが豊富な中間層によって覆われたコア材料を含む、アルミニウム合金ろう付けシートを提供し、Ｍｇが豊富な中間層は、Ｂｉを含むＡｌ−Ｓｉ合金によって覆われて、ろう付け性能を強化し、上記コア材料及び中間層は、ろう付け合金よりも高い融点、実際に、意図されたろう付け温度よりも高い融点を有する。中間層からのＭｇは、ろう付け温度までの加熱の間に、ろうの外部表面へとろう層を通って拡散する。適切な量のＭｇが、適切な時間でそこに到達する場合、ろう付け後のシートの厚さを通る腐食電位勾配を提供することを補助する無傷の中間層を有しつつ、表面の酸化物は壊れ、溶融フィラー金属が、任意の対向面を濡らし、接合部を形成することを可能にする。熱交換器において優れた接合部の形成を可能にするために、ろうは、５７７℃付近で融解すべきであり、加熱は、５８５〜６１０℃の区間における温度に到達し得る。通常は、５９５〜６０５℃の区間を目指す傾向にある。これは、中間層及びコア層の液相線がより高いことを必要とし、それらは両方とも、６１５℃を超えた液相温度を有するべきである。

【0029】

ろう合金
Ａｌ−Ｓｉろう合金は、優れたろう付けを得るために、好ましくは、多くて０．０２％のＭｇ、より好ましくは＜０．０１％のＭｇを含む。ろう付け前の加熱の間に、表面上で酸化物の過度の成長を避けるために、薄いろう層におけるＭｇ含有量は低く維持されることが重要である。本発明によるろう層内へのＢｉの追加は、接合部形成を強化し、接合部がより急速に形成され、且つより大きいサイズを有するようになる。また、それは、アルミニウム合金の腐食電位を減少させるＺｎ、Ｓｎ及びＩｎ、又は、腐食電位を増加させるＣｕ及びＭｎを含み得る。Ｓｒは、小さなＳｉ粒子サイズを達成するための強力な改質剤であり、５００ｐｐｍまでの、技術的に動機づけられた量で存在することもある。

【0030】

Ａｌ−Ｓｉろう合金におけるＳｉの量は、所望の特別なろう付けプロセスに適合するために選択され得、通常は５％と１４％との間のＳｉであるが、好ましくは７％から１３％のＳｉが用いられる。

【0031】

そのため、Ａｌ−Ｓｉろう合金の好ましい組成は、
Ｓｉ ５％から１４％、好ましくは７％から１３％
Ｍｇ ＜０．０２％、好ましくは＜０．０１％、
Ｂｉ ０．０１％から１．０％、好ましくは０．０５％から０．５％、最も好ましくは０．０７％から０．２％、
Ｆｅ ≦０．８％
Ｃｕ ≦０．３％、
Ｍｎ ≦０．１５％、
Ｚｎ ≦６％、
Ｓｎ ≦０．１％
Ｉｎ ≦０．１％
Ｓｒ ≦０．０５％、及び
それぞれ０．０５％未満の量であり、０．２％未満の総不純物含有量である複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランス、を含む。

【0032】

コア材料
本発明のろう付けシートは、任意のアルミニウムろう付けシートのコア材料と共に用いられ得る。適切なコア材料は、任意のＡＡ３ｘｘｘシリーズの合金であり得る。ろう付けにおける接合部形成は、コア合金へ追加されたＭｇと共にも上手く作用することが本発明内で見出され、コアがより高い強度を与えられ得ることを意味する。また、コアは、強度、ろう付け性及び腐食性能のためのＭｎ、並びに、腐食性能を改質するための、及びろう付け後の強度のためのＣｕを含むべきである。また、強度、及び分散質形成目的のためのＳｉ、並びに、強度、腐食のため、及び鋳造における結晶成長抑制剤としてのＴｉを含み得る。Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ及びＳｃの元素は、強度の変更のために、及び分散質形成目的として存在し得る。

【0033】

よって、コア合金は好ましくは、
Ｍｎ ＜２．０％、
Ｃｕ ≦１．２％、
Ｆｅ ≦１．０％、
Ｓｉ ≦１．０％、
Ｔｉ ≦０．２％、
Ｍｇ ≦２．５％、好ましくは０．０３〜２．０％
Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ及び／又はＳｃ 全部で≦０．２％、並びに、
それぞれ０．０５％未満の量であり、０．２％未満の総不純物含有量である複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランス、を含む。

【0034】

中間層
薄い中間層は、覆っているＡｌ−Ｓｉろう金属の融点よりも高い融点を有する、アルミニウム合金から成っており、表面の表面上の酸化物を壊すために、表面のろうを通って拡散することが可能なかなりの量のＭｇを含む必要があるであろう。従って、中間層は、０．１％よりも高い、より好ましくは０．２％よりも高いＭｇ含有量を有するべきである。最も好ましい場合は、Ｍｇが、０．３％以上、最も好ましくは０．５％超の量で合金に追加されることである。接合部形成は、実施例において示されるように、中間層において０．５％で実行可能である。しかしながら、中間層において少なくとも０．９％のＭｇによって有意に優れる。材料の圧延性は、中間層のＭｇ含有量が２．５％を超える際に困難であり得る。好ましくは、中間層におけるＭｇの最大含有量は、２．２％を超えない。そのため、中間層のＭｇ含有量は、０．１〜２．５％、好ましくは０．２〜２．５％、より好ましくは０．３〜２．５％、さらにより好ましくは０．５〜２．５％、最も好ましくは０．９〜２．２％である。また、中間層は、コア材料と同様の理由のために、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＳｃを含み得る。Ｚｎ、Ｓｎ及びＩｎは、合金の腐食電位を減少するために、且つシートの厚さを通る適切なろう付け後の腐食電位勾配を生成することを助けるために含まれ得る。

【0035】

そのため、中間層の合金は、好ましくは、
Ｍｇ ０．１〜２．５％、好ましくは≧０．２％、より好ましくは≧０．３％、さらにより好ましくは≧０．５％、最も好ましくは０．９〜２．２％
Ｍｎ ＜２．０％、
Ｃｕ ≦１．２％、
Ｆｅ ≦１．０％、
Ｓｉ ≦１．０％、
Ｔｉ ≦０．２％、
Ｚｎ ≦６％、
Ｓｎ ≦０．１％、
Ｉｎ ≦０．１％、
Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ及び／又はＳｃ 全部で≦０．２％、並びに、
それぞれ０．０５％未満の量であり、０．２％未満の総不純物含有量である複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランス、を含む。

【0036】

複合ろう付けシート
アルミニウム合金ろう付けシートを設けることによって、製品は、Ｍｇを含む中間層によって覆われるコア材料を含み、Ｍｇを含む中間層は、ろう付け性能を強化するためのＢｉを含むＡｌ−Ｓｉ合金によって覆われ、上記コア材料及び中間層は、ろう付け合金よりも高い融点を、実際、意図されるろう付け温度よりも高い融点を有する。ろう付けシートは、フラックスを使用することなく、制御雰囲気において効率的にろう付けされ得る。同様の構成、犠牲の被膜（ｃｌａｄｄｉｎｇ）、又はＡｌ−Ｓｉろう被膜を備える被膜、において配置され、反対側は被覆されないことがあり得る。しかしながら、本発明内で用いられ得るろう付けシートは、上記構成に限定されない。

【0037】

アルミニウムろう付けシートの総厚さは、０．１ｍｍと０．４ｍｍとの間であり、熱交換器の製造において適切である。中間層の厚さは、ろう付けの間の効果的な酸化物の破壊を提供するために、好ましくは５から２００μｍである。ろう層の厚さは、５μｍと１００μｍとの間であり得る。多層ろう付けシートの総厚さに対する被覆層の総厚さは、好ましくは３から３０％である。ろうの厚さは、十分なフィラーが、十分なろう付け後の接合部サイズを提供するために利用可能であるように選択される。また、厚さは、適切な量のＭｇが、ろうの加熱の間に、ろう層を通って外側の酸化物へ拡散することになり、それによって、十分な酸化物の破壊、及び優れた濡れを提供するように選択されるべきである。ろう合金層に対する中間層の厚さは、２５％と２５０％との間であり、大部分の用途で必要とする厚さ比は、５０％から１５０％の区間であると予想される。ろう付けが実施される適切な温度区間は、５８０℃から６１０℃、好ましくは５９０℃から６０５℃の範囲である。

【0038】

中間層、及びコアの化学的性質は、ろう付け後に適切な腐食電位勾配を提供するように選択されるべきである。これは、中間層が、コアへ適切に犠牲になるべきであることを意味する。

【0039】

シート設計は理想的には、ろう加熱サイクルの間に、正しい時間で、十分な量のＭｇが酸化物／金属界面に到達して、酸化物を壊すべきようなものである。ろう加熱サイクルの間に、多すぎるＭｇが酸化物／金属界面に早すぎて到達する場合、超過のＭｇが、厚すぎる酸化物の製造を補助し得、濡れ、及び接合部の成長を妨げ得る。ろう加熱サイクルの間に、少なすぎるＭｇが酸化物／金属界面に到達する場合、又は、到達が遅すぎる場合、濡れ及び接合部の成長は、不完全、又は存在しないことになるであろう。これは、フィラーが、破壊されない酸化物の層の下で流れ得るからである。従って、ろう加熱サイクルは非常に重要であり、フラックスフリーろう付けの成果の成功を提供するために、シート設計、熱機械的製造ルート、炉特性、及び残りの熱交換器組立設計と共に考慮されるべきである。

【0040】

本発明はさらに、上述のアルミニウム合金ろう付けシートを含む熱交換器を提供する。

【0041】

ろう付けシートの製造
上述の合金のそれぞれは、ダイレクトチル（ＤＣ）鋳造、若しくは連続双ロール鋳造を用いて鋳造され得、又はベルト鋳造機械において連続的に鋳造され得る。鋳造技術の選択は、技術的、経済的、及び容量を考慮することによって決定される。コア合金は、ＤＣ鋳造ルートを用いてスラブとして鋳造されるのに対して、中間層、及び外側の薄い層は、ＤＣ鋳造、又は連続的な鋳造技術の何れかを用いて鋳造される。

【0042】

現在用いられる支配的な技術は、ＤＣ鋳造であり、その後、ろう合金インゴット、及び中間層合金インゴットのスラブは両方とも面削され、その後、３５０℃と５５０℃との間の温度へ炉において加熱され、浸漬温度での時間は、０から２０時間まで変動する。その後、両方の合金は、所望の厚さへ熱間圧延され、適切な長さへ切られる。中間層プレートはその後、コアインゴットの面削表面上に配され、その後、ろう合金プレートは、中間層の表面上に配される。プレートは、ＭＩＧ溶接によって二つの対向辺に沿ってシーム溶接によって、又は、鋼ベルト（ｓｔｅｅｌ ｂａｎｄｉｎｇ）によって、又は、扱いやすいインゴットパッケージを作製するための他の適切な技術によって、コアスラブ上の所定の位置に保持される。パッケージはその後、予熱炉内へ配される。パッケージは、３５０℃と５５０℃との間の温度へ加熱され、浸漬温度での時間は、０時間と２０時間との間である。被覆パッケージが熱間圧延された後、最終寸法へ冷間圧延され、平坦度を改善するための引き延ばされ、引き渡し幅へと細く切られる。より容易な製造、及び正確な引き渡しテンパー度を達成するために、中間の及び最終的な熱処理が必要に応じて行われる。

【0043】

実施例
実施例の全ての合金は、実験用の鋳造装置を用いて、いわゆるブックモールド（ｂｏｏｋ ｍｏｕｌｄｓ）へと鋳造され、長さ１５０ｍｍ、幅９０ｍｍ及び厚さ２０ｍｍの小さなスラブを製造した。ろう付け性のために試験された合金の化学組成は、表１において見られ得る。

【0044】

各スラブは、面削され、８時間の間で室温から４５０℃へ加熱され、２時間の間４５０℃で浸漬され、周囲空気において冷却された。その後、材料は適切な厚さへと圧延され、必要とあれば、容易な圧延を促進するために通路の間でソフトアニールされた。その後、コア−、中間ろう層−、及び外側層の材料は組み合わされて、３層の被覆パッケージを作製した。層は冷間圧延によって互いに付着された。材料は０．２５ｍｍの厚さへと冷間圧延され、１０％の中間層、及び１０％のろう層を備える単一の側面の被膜を提供した。必要とあれば容易な圧延を提供するために中間のソフトアニーリング、及び後続のろう付け手順の間にコアにおいて大きな再結晶粒子を提供するためにＨ２４テンパー度への所定の最終的なバックアニーリングを備える。テンパーアニーリングの代わりに、大きな再結晶サイズを提供するために、加工されたテンパー度、例えばＨ１２、Ｈ１４又はＨ１１２を提供し得る。

【0045】

【表1】

【0046】

ろう付けは、およそ３ｄｍ^３のろう付けチャンバーを備える実験用のガラス炉において作製される。炉は、１０ｓｌｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｒｅｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）の速度で、全体のろう付けサイクルの間に、窒素によって洗い流された（ｆｌｕｓｈｅｄ）。ろう付けサイクルは、１０分で室温から６００℃までの線形加熱であり、６００℃で３分間浸漬され、続いて、室温へと大気中で冷却された。サンプルのセットアップは、クーポン上でのシンプルな湾曲したアングル材であり、被覆材料はクーポンとして用いられ、０．５ｍｍのゲージを備える非被覆ＡＡ３００３はアングル材として用いられた。全てのろう付けは、フラックス無しで作製された。サンプルは、ろう接合部の目視検査によって検査され、いくつかの結果の内の代表的な選択が、以下に与えられる。

【0047】

【表2】

【手続補正書】

【提出日】2014年3月31日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

他の部品へろう付けするのに適した、フラックスフリーのろう付けのための、アルミニウム合金ろう付けシートであって、アルミニウム合金ろう付けシートが、≦１．０％のＳｉ、及び０．１〜２．５％のＭｇを含むアルミニウム合金の中間層によって覆われるアルミニウム合金コア材料を含み、中間層が、５〜１４％のＳｉ、＜０．０２％のＭｇ、０．０１〜１．０％のＢｉ、≦０．８％のＦｅ、≦６％のＺｎ、≦０．１％のＳｎ、≦０．１％のＩｎ、≦０．３％のＣｕ、≦０．１５％のＭｎ、≦０．０５％のＳｒ、並びに、それぞれ０．０５重量％未満の量であり、０．２重量％未満の総不純物含有量である複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランスを含むＡｌ−Ｓｉろう合金によって覆われ、前記コア材料、及び中間層が、ろう合金よりも高い融点を有し、中間層が、コアへの犠牲になる、アルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項2】

中間層の合金が、
Ｍｇ ０．１〜２．５％、好ましくは≧０．２％、より好ましくは≧０．３％、最も好ましくは０．５〜２．５％
Ｍｎ ＜２．０％、
Ｃｕ ≦１．２％、
Ｆｅ ≦１．０％、
Ｓｉ ≦１．０％、
Ｔｉ ≦０．２％、
Ｚｎ ≦６％、
Ｓｎ ≦０．１％、
Ｉｎ ≦０．１％、並びに
Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ及び／又はＳｃ 全部で≦０．２％、並びに
それぞれ０．０５％未満の量であり、０．２％未満の総不純物含有量である複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランスを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項3】

コア材料が、３ＸＸＸ合金であり、好ましくは、
Ｍｎ ＜２．０％、
Ｃｕ ≦１．２％、
Ｆｅ ≦１．０％、
Ｓｉ ≦１．０％、
Ｔｉ ≦０．２％、
Ｍｇ ≦２．５％、好ましくは０．０３〜２．０％
Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ及び／又はＳｃ 全部で≦０．２％、並びに
それぞれ０．０５％未満の量であり、０．２％未満の総不純物含有量である複数の不可避の不純物、アルミニウムから成るバランスを含む、請求項１又は２に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項4】

Ａｌ−Ｓｉろう合金が、０．０５から０．５％のＢｉ、好ましくは０．０７から０．２％のＢｉである、請求項１から３の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項5】

Ａｌ−Ｓｉろう合金が、＜０．０１％のＭｇを含む、請求項１から４の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項6】

Ａｌ−Ｓｉろう合金が、７％から１３％のＳｉを含む、請求項１から５の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項7】

中間層の融点、及びコアの融点が、＞６１５℃である、請求項１から６の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項8】

ろう合金の融点が、５５０〜５９０℃である、請求項１から７の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項9】

ろう合金層の厚さに対する中間層の厚さが、２５〜２５０％、好ましくは５０〜１５０％である、請求項１から８の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項10】

中間層の厚さが、５〜２００μｍである、請求項１から９の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項11】

ろう付けシートが、中間層及びろう合金を含む側と反対のコアの側上で、ろう、又は犠牲の被覆層を有する、請求項１から１０の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項12】

コアの反対側上の犠牲の被覆が、犠牲の層、又はろう層によって覆われる、請求項１１に記載のアルミニウム合金ろう付けシート。

【請求項13】

中間層が、コアへの犠牲になる、請求項１から１２の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシートを含む、ろう付け製品。

【請求項14】

フィン、チューブ又はヘッダープレートのために、請求項１から１２の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシートを用いて、フラックスを用いずに、熱交換器をろう付けする方法。

【請求項15】

請求項１から１２の何れか一項に記載のアルミニウムろう付けシートを含む熱交換器。

【請求項16】

熱交換器を製造するための、請求項１から１２の何れか一項に記載のアルミニウム合金ろう付けシートの使用。

【国際調査報告】