專利名稱：鋁合金材料的釬焊方法及鋁合金制熱交換器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金材料的接合方法，更詳細(xì)地是涉及含有鎂的鋁合金材料的非腐蝕性釬焊方法。另外，涉及包括利用上述釬焊方法進(jìn)行釬焊的工序的的鋁合金制熱交換器的制造方法。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)車(chē)用熱交換器等的鋁制品的接合是在惰性氣體氣氛中通過(guò)使用氟化物類焊劑的釬焊方法進(jìn)行的。該釬焊方法被稱為非腐蝕性釬焊方法，其使用將Al-Si類的JIS4045合金(Al-10質(zhì)量％Si)或JIS4343合金(Al-7.5質(zhì)量％Si)等的釬料以5～15％的覆合率結(jié)合在由鋁或鋁合金構(gòu)成的芯材的一面或兩面的釬焊片或釬焊絲進(jìn)行。并且，成形加工該釬焊片或在被接合部位配置釬焊絲來(lái)組裝制品。然后，用水或其它溶液以5質(zhì)量％左右懸浮以KAlF4、K2AlF5、K2AlF5·H2O、K3AlF6等為主要成分的氟化物類焊劑，并在將其涂覆在鋁部件上后，用氧濃度在1000ppm以下、露點(diǎn)在-35℃以下的釬焊爐在氮?dú)獾榷栊詺怏w氣氛中加熱到規(guī)定溫度。
由于鋁合金含有鎂，所以提高強(qiáng)度。其結(jié)果，實(shí)現(xiàn)制品的輕量化、薄化。但是，在以往的非腐蝕性釬焊方法的情況下，焊劑中的氟與鋁合金中的鎂進(jìn)行反應(yīng)，在鋁表面形成氟化鎂(MgF2)等的高熔點(diǎn)化合物。可以考慮到該反應(yīng)能夠降低除去焊劑所具有的氧化膜的效果，進(jìn)而阻礙釬料的濡濕擴(kuò)展，從而降低釬焊性。作為將含有鎂的鋁合金材料進(jìn)行非腐蝕性釬焊的方法有如下方法，即，在釬焊片的釬料與含有鎂的芯料的界面設(shè)置鎂的擴(kuò)散阻擋層來(lái)抑制焊劑與鎂的反應(yīng)的方法(例如參照(日本國(guó))特開(kāi)平6-63734號(hào)公報(bào))、或在焊劑中含有銫來(lái)抑制氟化鎂等高熔點(diǎn)化合物的生成的方法(例如參照(日本國(guó))特開(kāi)平3-226396號(hào)公報(bào))等方法。設(shè)置擴(kuò)散阻擋層的方法，由于需要使阻擋層比釬焊加熱時(shí)的鎂的擴(kuò)散距離厚，所以不能使釬焊片本身變薄。而且，由于含有銫的焊劑成本非常高，所以存在批量生產(chǎn)性差的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供如下的方法(1)一種鋁合金材料的釬焊方法，其是鋁合金材料的非腐蝕性釬焊方法(ノコロツクブレ一ジング法，Nocolok brazing method在惰性氣體氣氛中使用非腐蝕性的氟化物類焊劑進(jìn)行釬焊的方法)，其特征在于，當(dāng)將釬料的開(kāi)始流動(dòng)溫度設(shè)為T(mén)f，將焊劑的開(kāi)始流動(dòng)溫度設(shè)為T(mén)s時(shí)，Ts≤Tf≤Ts+15℃。
(2)如(1)所述的鋁合金材料的釬焊方法，其特征在于，上述鋁合金含有0.05質(zhì)量％以上、2質(zhì)量％以下的鎂。
(3)如(1)或(2)所述的鋁合金材料的釬焊方法，其特征在于，上述釬料在上述焊劑開(kāi)始流動(dòng)后60秒以內(nèi)開(kāi)始流動(dòng)。
(4)如(1)～(3)中任何一項(xiàng)所述的鋁合金材料的釬焊方法，其特征在于，上述釬料的固相線溫度與液相線溫度之差是30℃以內(nèi)。
(5)如(1)～(4)中任何一項(xiàng)所述的鋁合金材料的釬焊方法，其特征在于，上述焊劑的固相線溫度與液相線溫度之差是30℃以內(nèi)。
(6)一種鋁合金制熱交換器的制造方法，其特征在于，利用(1)～(5)中任何一項(xiàng)所述的釬焊方法進(jìn)行釬焊。
如上所述，本發(fā)明的含有鎂的鋁合金材料的釬焊方法，由于應(yīng)用具有與氟化物類焊劑的開(kāi)始流動(dòng)溫度同等以上且比焊劑的開(kāi)始流動(dòng)溫度高15℃以下的開(kāi)始流動(dòng)溫度的釬料，所以能夠使用氟化物類焊劑對(duì)含有鎂的鋁合金材料進(jìn)行釬焊。進(jìn)而，本發(fā)明的含有鎂的鋁合金材料的釬焊方法能夠良好且廉價(jià)地進(jìn)行釬焊。
本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)可以參考附圖由下述的記載而看出。


圖1是表示釬焊試驗(yàn)中的試驗(yàn)材料的組裝狀態(tài)的立體圖。
具體實(shí)施例方式
以下，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
本發(fā)明者刻意研究的結(jié)果，確認(rèn)了焊劑中的氟與鋁合金中的鎂在焊劑熔融后不是馬上反應(yīng)，而是在比焊劑熔融然后開(kāi)始流動(dòng)的溫度高15℃左右的溫度下、另外從焊劑開(kāi)始流動(dòng)60秒左右之后開(kāi)始急劇反應(yīng)。因此，發(fā)現(xiàn)通過(guò)在失去焊劑中的氟與鎂的反應(yīng)而產(chǎn)生的除去氧化膜的效果之前使釬料流動(dòng)，而能得到優(yōu)良的釬焊性。
關(guān)于本發(fā)明的釬焊方法，對(duì)鎂的含量、焊劑的開(kāi)始流動(dòng)溫度Ts及釬料的開(kāi)始流動(dòng)溫度Tf、從焊劑開(kāi)始流動(dòng)到釬料開(kāi)始流動(dòng)的時(shí)間、固相線溫度與液相線溫度之差，說(shuō)明其限定理由。
在本發(fā)明的釬焊方法中，釬焊性最重要的條件是焊劑與釬料開(kāi)始流動(dòng)溫度。這里說(shuō)的焊劑及釬料的開(kāi)始流動(dòng)溫度定義為在釬焊加熱過(guò)程中焊劑及釬料熔融并開(kāi)始濡濕擴(kuò)展的溫度。很多焊劑、釬料固相線溫度與液相線溫度不同，在升溫途中變成固體—液體混合的狀態(tài)，在液相的比率為大約70％時(shí)開(kāi)始流動(dòng)。因而，開(kāi)始流動(dòng)的溫度在固相線溫度與液相線溫度之間，當(dāng)將該溫度差設(shè)為100時(shí)，定義為比固相線溫度高大約70左右的溫度。另外，用高溫顯微鏡對(duì)焊劑、釬料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察，以實(shí)際濡濕擴(kuò)展的溫度來(lái)表示。
優(yōu)選的是Tf在Ts以上。這是因?yàn)樵阝F料比焊劑先流動(dòng)的情況下，在焊劑在鋁表面擴(kuò)展并除去氧化膜之前，釬料覆蓋了鋁表面。
此外，優(yōu)選的是Tf比Ts高15℃以下的溫度。這是因?yàn)閺谋萒s高15℃的溫度附近開(kāi)始焊劑與鎂急劇反應(yīng)而生成氟化鎂等化合物，而使釬料的濡濕擴(kuò)展劣化。特別優(yōu)選的是Tf比Ts高10℃以下的溫度(Ts≤Tf≤Ts+10℃)。
鋁合金中的鎂含量?jī)?yōu)選的是在0.05質(zhì)量％以上、2質(zhì)量％以下。這是因?yàn)楫?dāng)Mg含量少時(shí)，與焊劑的反應(yīng)少，即使用現(xiàn)有的釬焊方法也能釬焊。另外，這是因?yàn)樵阪V含量過(guò)多時(shí)，在釬焊加熱時(shí)與焊劑中的氟迅速反應(yīng)，形成氟化鎂等的高熔點(diǎn)化合物，而阻礙釬焊性。特別優(yōu)選的是鎂含量是0.1質(zhì)量％以上、1.5質(zhì)量％以下。
優(yōu)選的是釬料開(kāi)始流動(dòng)是在焊劑開(kāi)始流動(dòng)后60秒以內(nèi)進(jìn)行。這是因?yàn)樵谝酝ǔ５纳郎貤l件進(jìn)行釬焊的情況下，從焊劑開(kāi)始流動(dòng)后60秒左右焊劑與鎂急劇反應(yīng)而生成氟化鎂等化合物，而使釬料的濡濕擴(kuò)展劣化。特別優(yōu)選的是釬料開(kāi)始流動(dòng)的時(shí)刻是焊劑開(kāi)始流動(dòng)后40秒以內(nèi)。另一方面，雖然開(kāi)始流動(dòng)的時(shí)刻沒(méi)有差別也可以，但優(yōu)選的是釬料在焊劑開(kāi)始流動(dòng)后5秒之后開(kāi)始流動(dòng)。
優(yōu)選的是釬料的固相線溫度與液相線溫度之差在30℃以下。這是因?yàn)閺拟F料熔融到開(kāi)始流動(dòng)需要時(shí)間，而在其間焊劑與鎂會(huì)反應(yīng)而生成氟化鎂等化合物，而使釬料的濡濕擴(kuò)展劣化。特別優(yōu)選的是溫度差在20℃以下。釬料除了現(xiàn)有的2元類的Al-Si釬料之外，也可以是在更低溫度下熔融的材料。在使用這樣的釬料的情況下，可以使釬焊加熱時(shí)的到達(dá)溫度降低。如(日本國(guó))特開(kāi)平6-55293公報(bào)中記載的方法，通過(guò)降低釬焊溫度，例如在熱交換器的情況下，具有提高散熱片材料的導(dǎo)熱率及高溫壓曲性的效果，而在釬焊片的情況下，具有由于抑制侵蝕及減少元素?cái)U(kuò)散而提高耐蝕性的效果，此外具有延長(zhǎng)釬焊爐壽命的效果。另一方面，也可以消除釬料的固相線溫度與液相線溫度的差，但優(yōu)選的是其在10℃以上。
優(yōu)選的是焊劑的固相線溫度與液相線溫度之差是30℃以下。這是因?yàn)閺暮竸┤廴诘介_(kāi)始流動(dòng)的時(shí)間變長(zhǎng)，在焊劑附著的部分與鎂進(jìn)行反應(yīng)，阻礙該部分的釬焊性。特別優(yōu)選的是溫度差是15℃以下。另一方面，也可以消除焊劑的固相線溫度與液相線溫度的差，但優(yōu)選的是其在5℃以上。
焊劑使用以由KAlF4、K2AlF5、K2AlF5·H2O、K3AlF6構(gòu)成的成分中的至少一種作為主要成分，但也可以是CsAlF類或KZnF3類等其它焊劑。優(yōu)選的是KAlF4和K2AlF5·H2O的混合物或KAlF4和K3AlF6的混合物。這里所謂的“焊劑中是主要成分”是表示在焊劑中該成分的含量是50質(zhì)量％以上(優(yōu)選的是70質(zhì)量％以上)的意思。
開(kāi)始流動(dòng)溫度、固相線溫度及液相線溫度的調(diào)整可以通過(guò)焊劑中的上述成分例如KAlF4和K2AlF5·H2O的混合物進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)KAlF4的混合量多時(shí)，則開(kāi)始流動(dòng)溫度變高，固相線溫度與液相線溫度的差就變大。
進(jìn)而，為了調(diào)整開(kāi)始流動(dòng)溫度、固相線溫度及液相線溫度，也可以添加其它元素。
另外，雖然作為釬料使用Al-Si類釬料，但其它釬料也可以，為了調(diào)整開(kāi)始流動(dòng)溫度、固相線溫度及液相線溫度，也可以添加鋅、銅等成分。
開(kāi)始流動(dòng)溫度、固相線溫度及液相線溫度可以通過(guò)釬料中的硅、鋅、銅的組成適當(dāng)調(diào)整。優(yōu)選的組成是把釬料整體質(zhì)量作為100％，硅占7～12質(zhì)量％、鋅占0.5～6質(zhì)量％、銅占0.5～8質(zhì)量％的范圍。
進(jìn)而，為了調(diào)整開(kāi)始流動(dòng)溫度、固相線溫度及液相線溫度，也可以添加其它元素。
作為應(yīng)用本發(fā)明的釬焊件的結(jié)構(gòu)可以是如下任何一種結(jié)構(gòu)，例如熱交換器的散熱片材料或連接器材料，使用釬焊片的釬料或預(yù)加釬料對(duì)含有鎂的鋁合金的一對(duì)材料進(jìn)行釬焊的情況，或者對(duì)芯料添加了鎂的釬焊片的情況等，只要是鋁合金材料的釬焊，任何結(jié)構(gòu)都可以。
以下根據(jù)實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于此。
實(shí)施例將表1、2所示組成的釬料與芯料的合金在模具中進(jìn)行鑄造，芯料利用端面切削而加工成45mm厚度，釬料在端面切削后進(jìn)行熱壓延而加工成5mm厚度。
在上述芯料的一面重疊釬料，以500℃進(jìn)行熱壓延而做成厚度3mm的覆合材料，然后，將其冷壓延成板厚1mm，進(jìn)而以360℃進(jìn)行2小時(shí)退火而做成釬焊片。在該釬焊片所占的釬料的覆合率是10％。
將所得到的釬焊片切成寬度25mm、長(zhǎng)度70mm，將其與t＝1mm的JIS3003合金的一對(duì)材料進(jìn)行組合，實(shí)施了倒T字接縫試驗(yàn)。
表1 釬料的組成 (質(zhì)量％)

“—”為不添加表2芯料的組成(質(zhì)量％)

“—”為不添加以下說(shuō)明試驗(yàn)方法。
如圖1所示，表示釬焊試驗(yàn)中的試料的組裝狀態(tài)的立體圖，將作為下板的釬焊片2和作為上板的JIS3003合金材料1，按照使釬焊片的釬料2a的面與JIS3003合金材料1相接的方式進(jìn)行組合。將釬焊片的芯料2b配置在釬焊片的釬料2a之下。
涂覆用自來(lái)水5質(zhì)量％地懸浮這些材料的焊劑，使其充分干燥后，用NB爐實(shí)施600℃×3分鐘的釬焊加熱。對(duì)于釬焊性，觀察作為接合部的角焊縫3的剖面組織來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。表3表示試驗(yàn)使用的焊劑的開(kāi)始流動(dòng)溫度、固相線溫度及液相線溫度。焊劑的固相線溫度和液相線溫度通過(guò)改變KAlF4、K2AlF5·H2O的混合比或制造方法來(lái)調(diào)節(jié)。焊劑15、16及焊劑17中的混合比用質(zhì)量比為KAlF4∶K2AlF5·H2O分別是70∶30、90∶10、95∶5。
表3 焊劑

表4表示材料的組合、評(píng)價(jià)結(jié)果。在釬焊性的項(xiàng)目中，“○”是表示良好結(jié)果的試料，“×”是釬焊性降低的試料。
利用本發(fā)明的鋁合金材料的釬焊方法進(jìn)行釬焊的試料NO.A～O(實(shí)施例)表現(xiàn)出良好的釬焊性。
試料NO.Q(比較例)，由于釬料的開(kāi)始流動(dòng)溫度是590℃，比焊劑的開(kāi)始流動(dòng)溫度568℃高22℃，另外，從焊劑流動(dòng)后到釬料開(kāi)始流動(dòng)是88秒那么長(zhǎng)，所以在釬料開(kāi)始流動(dòng)前生成了氟化鎂等高熔點(diǎn)化合物，從而產(chǎn)生釬焊斷開(kāi)。
試料NO.R(比較例)，釬料開(kāi)始流動(dòng)溫度是595℃那么高，比焊劑的開(kāi)始流動(dòng)溫度568℃高27℃，另外，從焊劑流動(dòng)后到釬料流動(dòng)的時(shí)間是108秒，因此，在釬料開(kāi)始流動(dòng)前生成了氟化鎂等的高熔點(diǎn)化合物，從而產(chǎn)生釬焊斷開(kāi)。
試料NO.S(比較例)，由于釬料開(kāi)始流動(dòng)溫度是558℃，比焊劑的開(kāi)始流動(dòng)溫度低，從而存在在焊劑流動(dòng)前釬料熔融而覆蓋接合部的部分，所以局部存在釬焊斷開(kāi)。
試料NO.T(與上述(2)項(xiàng)有關(guān)的發(fā)明的比較例)，釬焊片芯料的鎂含量是2.2質(zhì)量％那么高，從迅速形成氟化鎂而產(chǎn)生釬焊斷開(kāi)。
試料NO.U(與上述(5)項(xiàng)有關(guān)的發(fā)明的比較例)，焊劑的固相線溫度和液相線溫度之差是38℃，流動(dòng)性差，由于產(chǎn)生焊劑不流動(dòng)的部分，所以局部產(chǎn)生釬焊斷開(kāi)。
試料NO.P(參考例)，由于不含有鎂，雖然焊劑與釬料的開(kāi)始流動(dòng)溫度之差是22℃，很大，但表現(xiàn)出良好的釬焊性。
表4 部件的組合以及釬焊性評(píng)價(jià)結(jié)果

產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的鋁合金材料的接合方法作為含有鎂的鋁合金材料的非腐蝕性釬焊方法是最佳的方法。
此外，本發(fā)明的鋁合金制熱交換器的制造方法，由于使用上述釬焊方法，作為使用含有鎂的鋁合金材料利用非腐蝕性釬焊方法制造熱交換器的方法是最佳的。
雖然根據(jù)其實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明，但在我們沒(méi)有特別指定的情況下，說(shuō)明本發(fā)明的任何部分都不限定本發(fā)明，而是在不脫離附加的技術(shù)方案所示的發(fā)明的宗旨和范圍的情況下，應(yīng)該廣泛地進(jìn)行解釋。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金材料的釬焊方法，其是鋁合金材料的非腐蝕性釬焊方法，其特征在于，當(dāng)將釬料的開(kāi)始流動(dòng)溫度設(shè)為T(mén)f，將焊劑的開(kāi)始流動(dòng)溫度設(shè)為T(mén)s時(shí)，Ts≤Tf≤Ts+15℃。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料的釬焊方法，其特征在于，上述鋁合金含有0.05質(zhì)量％以上、2質(zhì)量％以下的鎂。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋁合金材料的釬焊方法，其特征在于，上述釬料在上述焊劑開(kāi)始流動(dòng)后60秒以內(nèi)開(kāi)始流動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的鋁合金材料的釬焊方法，其特征在于，上述釬料的固相線溫度與液相線溫度之差是30℃以內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的鋁合金材料的釬焊方法，其特征在于，上述焊劑的固相線溫度與液相線溫度之差是30℃以內(nèi)。
6.一種鋁合金制熱交換器的制造方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的釬焊方法進(jìn)行釬焊。
全文摘要
一種對(duì)鋁合金材料進(jìn)行釬焊的方法，其是鋁合金材料的非腐蝕性釬焊方法，在將釬料的開(kāi)始流動(dòng)溫度設(shè)為T(mén)f，將焊劑的開(kāi)始流動(dòng)溫度設(shè)為T(mén)s時(shí)，Ts≤Tf≤Ts+15℃。
文檔編號(hào)B23K1/19GK101043972SQ20058003192
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者山田知禮 申請(qǐng)人:古河Sky株式會(huì)社