CN101839665A - 高温钎焊用薄钎焊板翅片部件以及使用其的热交换器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温钎焊用薄钎焊板翅片部件以及使用其的热交换器的制造方法。根据本发明，使用板厚为85μm以下的薄钎焊板翅片部件，即使在超过610℃的高温下进行钎焊，也不会产生翅片端部的倾倒变形。作为芯材使用Al-Mn系合金，所述Al-Mn系合金由0.7～1.5％的Mn、0.3～0.8％的Si、0.05～0.75％的Fe、实质上为Al的其余部分形成；作为接合在芯材两面的焊料，使用Si含量为5.5～8.0％的Al-Si系合金，且焊料的单面平均包覆率为6.0～9.8％，且调整焊料中硅含量(Sif)与焊料的单面平均包覆率(CR)之间的关系，使其满足下式：Q＝Sif(mass％)×CR(％)≤67。

Description

高温钎焊用薄钎焊板翅片部件以及使用其的热交换器的制造方法

技术领域

本发明涉及用于铝合金热交换器的钎焊板翅片部件以及使用其的热交换器的制造方法。更具体地说，作为实施了波纹加工的翅片部件，涉及适于在超过610℃且为622℃以下的高温达到温度下进行钎焊而使用的翅片部件，并涉及使用其的热交换器的制造方法。

背景技术

铝合金热交换器，由于其原料铝合金较轻且具有良好的热传导性，此外，通过使用预先包覆有焊料(ろう材)的铝钎焊板的炉内钎焊而进行接合的方式还适于批量生产，因此一直被广为利用，特别是广泛应用于汽车用散热器、空调蒸发器、电容器等。

近年来，汽车用热交换器有进一步轻量化的趋势，为此，迫切需要钎焊板翅片部件等各结构材料减薄。钎焊板翅片部件主要用于与多孔挤压管部件等表面不具有焊料的部件相接合的情况，一般使用芯材由Al-Mn系合金形成、在芯材的两面接合有Al-Si系合金形成的焊料的三层包覆材料。

以往，这样的焊板翅片部件主要为板厚100μm以上的材料，但最近也开始使用更薄的翅片部件。在此，将板厚为85μm以下的翅片部件称为薄翅片部件，然而实际上，这样的薄翅片部件在钎焊时焊料对芯材的腐蚀以及抗高温变形等各种特性方面，与现有的厚翅片部件(例如板厚100μm以上的翅片部件)相比处于不利状态。

此外，在材料减薄的同时，提高热交换器的生产效率也同样是重要的课题，如果能够以短时间的加热结束钎焊工序，可以直接提高批量生产的效率。此外，如果能够在进行翅片部件与管部件等的钎焊的同时也对现有技术中在钎焊之后利用其他工序安装的附属部件进行接合，则可以进一步提高生产效率。

作为这样的提高生产效率的具体方法之一，可以考虑通过使钎焊炉内的温度高于材料温度，即通过附加(设定)所谓的温差(温度ヘツド)，从而使钎焊加热的时间缩短。利用这样的方法，对于热交换器的结构部件中热容量大的集水箱(ヘツダタンク)等部件，也可以在短时间内升温，对于热容量大的安装部件等附属部件，也可以同时进行钎焊接合。

在上述附加了温差的钎焊加热的情况下，由于在被钎焊的热交换器的结构部件中，热容量最大的部件的升温速度最慢，因此需要升温至足以使这样的大热容量部件的接合部被充分钎焊的温度(例如600℃)。然而翅片部件是热交换器结构部件中最薄且热容量最小的部件，将会达到高于其他部件的温度(例如超过610℃的温度)。因此，在使用这样附加温差的钎焊加热方法的情况下，需要在比通常温度高的温度下能够被正常钎焊的翅片部件，然而现实是，至今还没有利用薄钎焊板实现这种翅片部件的技术。

作为有关薄钎焊钣翅片部件的技术，已提出了如专利文献1、专利文献2所示的技术，然而认为，这些提出的技术所提供的钎焊板翅片部件均不能承受超过610℃的高温钎焊条件。

即，专利文献1所示的技术涉及板厚40μm以上、不足100μm的钎焊板翅片部件，其要点为将具有特定成分的Al-Mn系合金芯材与Al-Si系合金焊料组合，通过控制焊料以及芯材的Si含量和焊料包覆率，防止钎焊时在接合部流动的熔融焊料的不足所导致的未接合，也提高其他的耐高温屈曲性(耐下垂性(耐サグ性))。在该专利文献1的权利要求中，限定了在600℃的温度下加热3分钟时的接合情况，正文的记载也仅仅提及了热交换器的钎焊通常在600℃的温度下进行，因此该文献全然未认识到在高于此温度的温度下实施钎焊时所存在的问题，当然针对在超过610℃的高温下进行钎焊时的问题的解决方法不能给出任何启示。

专利文献2所示的技术涉及板厚60μm以下的钎焊板翅片部件，主要通过将焊料中的Si颗粒的平均圆直径(平均円相当径)调整为3μm以下，可获得良好的耐晶界腐蚀性、耐高温屈曲性等。在专利文献2中，针对钎焊条件也记载了通常升温至约600℃，实施例也为同样条件，因此很明显专利文献2的技术也未考虑薄翅片部件在超过610℃的高温下被实施钎焊的情况。

(专利文献1)日本特许第3170202号公报

(专利文献2)日本特开2008-6480号公报

为了实现上述利用附加了温差的加热进行的钎焊，需要一种即使材料钎焊时的最高达到温度超过610℃，也能保持正常的波纹加工形状而进行接合的钎焊板翅片部件，且强烈希望以85μm以下的薄翅片部件实现该目的。然而，为了实现这一目的，需要克服现有技术中一般在大约600℃的钎焊温度下进行钎焊时、或利用较厚的翅片部件时所不会产生的技术问题。

即本发明者等发现，在超过610℃的高温下，在85μm以下的薄翅片部件被实施了波纹加工的状态下进行的钎焊过程中，与通常的翅片的高温屈曲不同，会出现波纹翅片的端部产生倾倒变形这一独特问题。

参照图1、图2具体说明这一问题。图1、图2表示为了制作热交换器芯体而组合预先被实施了波纹加工的钎焊板翅片部件1、多孔挤压管部件等管部件2以及集水箱3，加热至超过610℃的高温钎焊温度，从而将这些热交换器芯体部件高温钎焊接合的状况，在这种情况下，进行了波纹加工的钎焊板翅片部件1的端部1A(例如集水箱3侧的端部)大多作为上挺(或下垂)的自由端而存在。在这种情况下，若钎焊板翅片部件1的厚度较薄，为85μm以下，则在用于进行钎焊的、超过610℃的高温下加热时，会产生如下现象，即如上所述的钎焊板翅片1的自由端，即端部1A会如图1、图2的箭头P所示的那样变形，从而向管侧倾倒。如果象这样在翅片端部1A产生倾倒变形，不仅会由于与设计形状不同而导致产品外观欠佳，最坏的情况，还存在该变形了的翅片端部1A与集水箱(通常由钎焊片形成)接触导致集水箱侧的熔融焊料使翅片熔融的危险性。

本发明者等通过实验确认，即使在实施了波纹加工的翅片的波峰部的形状未被破坏或未产生翅片的屈曲的情况下，在超过610℃的高温钎焊中，在厚度大约为85μm以下的薄翅片部件中，也会产生这样的端部异常变形。而且即使是在以往的通常大约600℃的温度下的钎焊加热中高温抗屈曲性应该很好的钎焊板翅片部件，也会产生该端部异常变形。

在此，虽然也考虑上述翅片端部1A的异常的倾倒变形是由于作为自由端的端部1A所受的重力的影响，然而本发明者等进一步不断探讨发现，即使在将芯体的各部件设置为重力不作用在翅片端部1A的前端侧倾倒的方向上的情况下，也会产生端部异常变形，即、其并不仅仅是重力造成的。因此认为仅通过芯体的组装而改变钎焊时的配置方向不能解决问题。

发明内容

本发明正是以上述情况为背景而作出的，目的在于提供一种钎焊板翅片部件，通过对85μm以下的薄钎焊板翅片部件实施波纹加工，并组装热交换器芯体，从而在例如超过610℃的高温下进行钎焊加热时，可以可靠且有效地防止发生上述翅片端部的倾倒变形。

为了解决上述问题，对利用实施了波纹加工的薄钎焊板翅片部件组装热交换器芯体，在超过610℃的高温下进行钎焊时所产生的端部的倾倒变形反复进行了各种调查、探讨，发现，钎焊加热时翅片表面过剩的熔融焊料产生的表面张力影响该倾倒变形。即，即使在设计上是将被实施了波纹加工的翅片部件在波峰部的顶点截断，但当其与管部件等组装时，翅片部件会变为以某种程度浮起的状态(与管部件不接触的状态)，在这种情况下，由于钎焊加热时靠近波峰部附近的填角(fillet，图2的F部分)处的熔融焊料的表面张力，会如图2的箭头Q所示，将翅片向管侧拉拽。而特别是在超过610℃的高温钎焊中，与以往的通常大约600℃的温度下的钎焊加热相比，熔融焊料的量急剧增加，来自于附近的填角F侧的熔融焊料的表面张力所产生的拉伸力Q变大，再加上高温下材料强度也有所下降，因此在厚度为85μm左右以下的较薄的翅片中，翅片端部1A如箭头P所示向管侧倾倒。

而在以往通常在大约600℃的温度下的钎焊中、或使用大约100μm以上的较厚的翅片部件的情况下，几乎不出现这样的现象，所以一直以来对此全然没有认识。

于是，本发明者等认为，由于上述的翅片端部的倾倒变形起因于过剩的熔融焊料的表面张力，如果通过适当的控制，使得即使在超过610℃的高温钎焊中熔融焊料也不会过剩，则一定可以防止发生翅片端部的倾倒变形。基于这样的观点，经过再次探讨钎焊板翅片部件的焊料中Si含量与焊料包覆率发现，通过基于这些参数的相互关系而适宜调整这些参数可以解决上述问题，从而完成了本发明。

具体而言，第一方面的发明所涉及的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件由在芯材的两面接合有焊料的板厚为40～85μm的包覆部件形成，为实施波纹加工且在高温下实施钎焊的薄钎焊板翅片部件，其特征在于，芯材由Al-Mn系合金形成，该Al-Mn系合金含有0.7～1.5mass％的Mn、0.3～0.8mass％的Si、0.05～0.75mass％的Fe，其余部分为Al与不可避免的杂质元素；焊料由含有5.5～8.0mass％的Si的Al-Si系合金形成，且焊料的单面平均包覆率处在6.0～9.8％的范围内，且根据焊料中的Si含量Sif(mass％)与焊料的单面平均包覆率CR(％)由下式(1)所确定的Q值为67以下：

Q＝Sif(mass％)×CR(％)≤67        ......(1)

第二方面的发明的特征在于，如第一方面发明所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，所述芯材由Al-Mn系合金形成，其中所述Al-Mn系合金除上述各元素之外，还含有0.05～0.25mass％的Cu、0.3～3.0mass％的Zn这两者之一或双方。

第三方面的发明的特征在于，如第一方面发明所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，所述芯材由Al-Mn系合金形成，其中Al-Mn系合金除上述各元素之外，还含有选自0.05～0.25mass％的Ti、0.05～0.25mass％的Zr、0.05～0.25mass％的Cr、0.05～0.25mass％的V中的一种或两种以上元素。

第四方面的发明的特征在于，，如第一方面发明所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，所述芯材由Al-Mn系合金形成，其中所述Al-Mn系合金中除上述各元素之外，还含有选自0.05～0.25mass％的Cu、0.3～3.0mass％的Zn这两者之一或双方、以及0.05～0.25mass％的Ti、0.05～0.25mass％的Zr、0.05～0.25mass％的Cr、0.05～0.25mass％的V中的一种或两种以上元素。

第五方面的发明的特征在于，如第一～第四方面发明中的任一项所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，在焊料层中，厚度方向的颗粒尺寸超过八成单面平均焊料厚度的Si颗粒，在与焊料厚度方向平行且与翅片部件长度方向平行的截面中，在翅片部件长度方向上的分布密度不超过0.2个/mm。

第六、七方面的发明的特征在于，分别如第一～第四方面发明中任一项以及第五方面发明所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，该钎焊板翅片部件在材料的达到温度在超过610℃且在622℃以下的温度范围内被实施了钎焊。

第八、九方面的发明分别限定了使用第一～第四方面发明中任一项以及第五方面发明所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件制造热交换器的方法，该第八、九方面发明的特征在于，对第一～第四方面发明中任一项以及第五方面发明所述的翅片部件进行波纹加工，且将该被实施了波纹加工的钎焊板翅片部件至少作为结构要素的一部分而组装热交换器芯体，以使翅片的最高达到温度在超过610℃且在622℃以下的温度范围内的方式，在非氧化气氛中进行炉内助焊剂钎焊。

利用本发明的钎焊板翅片部件，尽管其壁厚薄至85μm以下，即使在被实施了波纹加工而作为热交换器芯体进行组装，并在超过610℃的高温下进行钎焊时，也能可靠并有效地防止翅片端部产生倾倒变形，为此，可以有效防止上述的由于端部的倾倒变形而导致的作为热交换器芯体的商品价值的降低，并且不会存在端部倾倒变形引起端部的前端与集水箱接触从而集水箱侧的熔融焊料造成翅片熔融的可能性。

因此，利用本发明的翅片部件，使用如上所述的85μm以下的薄翅片部件在超过610℃的高温下进行钎焊，一般不会产生问题而可以实用，因此，在有助于翅片部件减薄以及汽车轻量化的同时，通过钎焊温度的高温化可以切实且有效地提高热交换器产品的生产效率。

附图说明

图1是为了说明本发明中作为技术问题的翅片端部的倾倒变形现象而示意性表示被实施了波纹加工的钎焊板翅片部件与管部件、集水箱组合从而构成热交换器芯体的状态的概略图。

图2是扩大表示图1的主要部分、特别是翅片端部附近的状况的概略图。

图3是表示本发明的实施例的焊料中Si含量以及焊料的包覆率与翅片端部倾倒现象的发生状况之间关系的图表。

附图标记说明

1：钎焊板翅片部件

1A：翅片端部

2：管

3：集水箱

具体实施方式

在本发明中，为了有助于热交换器的轻量化，以板厚为40～85μm的钎焊板翅片部件为对象。在板厚小于该范围的情况下，难以制造完整的钎焊板，而在板厚大于该范围的情况下，虽然利于防止钎焊时翅片的变形而无需如本发明所述的周到细致的对策，然而无助于减薄乃至热交换器的轻量化。

本发明的薄钎焊板翅片部件的特征在于，在最高达到温度处于超过610℃且在622℃以下的范围内的高温钎焊中，抵御波纹翅片的端部变形的性能较好。为了实现这一特征而对材料构成的限定极为重要。在此，当然也需要兼顾作为热交换器用翅片部件所应有的其他特性，例如通常的耐屈曲性、钎焊后的翅片强度、牺牲阳极特性、翅片自身的耐腐蚀性等。

在本发明的钎焊板翅片部件中，使焊料的Si含量以及焊料的单面平均包覆率分别在特定的范围内，且将两者调整为满足特定的关系，从而直接控制使高温钎焊时的熔融焊料不会过量。通过采用这样的方法，可以可靠地控制熔融焊料的量，从而防止发生翅片端部的倾倒变形。

以下详细说明本发明。

如上所述，作为本发明的对象的钎焊板的板厚为40～85μm，为了进行波纹加工而用于热交换器芯体，作为其包覆结构，芯材的两面接合有焊料层。在此，芯材使用被认为最适于作为通常的钎焊板翅片部件芯材的Al-Mn系合金，焊料使用Al-Si系合金。

在此，首先说明对作为芯材的Al-Mn系合金的成分的限定理由。

Mn：

Mn为有助于提高强度和高温下抗变形性的合金元素，使其含量在0.7～1.5mass％的范围内。当芯材中Mn含量不足0.7mass％时，得不到足够的钎焊加热后的强度或抵御高温变形的能力，因而不优选。而当芯材中Mn的添加量超过1.5mass％时，在铸造时会形成粗大的结晶化合物从而导致组织不均匀，因此不优选。

Si：

Si为有助于提高强度且间接影响熔融焊料量的元素，使其含量在0.3～0.8mass％的范围内。当芯材中Si含量不足0.3mass％时，钎焊时Si从焊料向芯材的扩散变得显著，存在实质上减少了熔融焊料量因而翅片与管的接合不完全的情况，因此不优选。而当芯材中Si含量超过0.8mass％时，芯材自身的高温持久性下降从而使翅片的整体耐屈曲性变差，因此不优选。

Fe：

Fe为通常的铝合金中不可避免的杂质之一，在如本发明的Al-Mn系合金(AA3000系列合金)中，大多数情况下不设下限而仅将上限限定为0.7mass％左右，然而考虑到其有助于提高强度以及结晶组织的稳定性，可以根据情况不同而主动添加一些Fe，使Fe的含量在0.05～0.75mass％的范围内。当Fe含量不足0.05mass％时，需要昂贵的高纯度原料金属，不仅导致高成本，而且无助于性能的改善，因此不优选。而当Fe添加量超过0.75mass％时，在铸造时会形成粗大的结晶化合物从而导致组织不均匀，因此不优选。

此外，如第二方面的发明中所限定，可以在芯材合金中选择性地添加Cu、Zn。然而如果将其过量添加，芯材的固相线温度会下降，使得高温下的强度不足，从而存在热交换器芯体在钎焊时翅片产生整体变形的情况，因此不优选。考虑到这种情况，Cu、Zn的添加量如下设定。

Cu：

Cu为有助于强度提高的合金元素，使其含量在0.05～0.25mass％的范围内选择性地添加。当Cu含量不足0.05mass％时，不能充分得到钎焊加热后的强度提高效果。而当Cu的添加量超过0.25mass％时，不仅存在翅片变形的问题，而且会降低钎焊后的钎焊板翅片的耐晶界腐蚀性，因此不优选。

Zn：

使Zn的含量在0.3～3.0mass％的范围内选择性地添加，其目的在于，使钎焊板翅片部件具有作为牺牲阳极的性质，提高管的耐腐蚀性。当Zn含量不足0.3mass％时，不能充分得到牺牲阳极的作用。而当Zn的添加量超过3.0mass％时，不仅存在翅片变形的问题，而且会降低翅片自身的耐腐蚀性，因此不优选。此外，特别优选芯材中Zn含量的上限为2.8mass％。

此外，如第三方面的发明所限定，作为芯材的AL-Mn系合金，可以含有选自0.05～0.25mass％的Ti、0.05～0.25mass％的Zr、0.05～0.25mass％的Cr、0.05～0.25mass％的V之中的一种或两种以上元素。

这些Ti、Zr、Cr、V均为旨在提高强度以及耐高温屈曲性而选择性地添加的元素，特别有助于钎焊后强度的提高，因此，在需要较薄且钎焊后具有高强度的翅片的情况下，添加这些元素较为有效。如果添加量均不足0.05mass％，则不能得到特别的效果，而如果添加量均超过0.25mass％，则在铸造时会形成粗大的结晶物，因此不优选。

此外，在通常的铝合金的铸造中，为了使铸造组织微细化，大多添加含有Ti的细化剂，具体而言，多数情况下添加由AL-Ti系、Al-Ti-B系或Al-Ti-C系的母合金形成的细化剂。包含在这些材料中的Ti作为Al3Ti、TiB、TiC等化合物颗粒而参与凝固核的形成，并有效地使铸块结晶微细化，这些颗粒对强度的提高并没有直接的效果。在此，除上述的以提高强度为目的的选择元素Ti之外，在本发明中也可以作为细化剂的原料成分而添加0.005～不足0.05mass％的Ti，因此，与此相组合，添加0.0005～0.01mass％的B或添加0.0003～0.01mass％的C均可。

以下说明本发明的钎焊板翅片部件的焊料的成分组成，特别是焊料中的Si含量、焊料中的包覆率、以及两者的关系。

对于钎焊板翅片部件的焊料，焊料中Si含量越高，钎焊时熔融焊料的量越是增加。因此在本发明中，需要使焊料中Si含量在5.5～8.0mass％的范围内。在此，在焊料含有超过8.0mass％的Si的情况下，则在高温下钎焊时熔融焊料过多，从而引起翅片端部变形，因此不优选。而反之在Si含量少于5.5mass％的情况下，不能充分进行钎焊，使得翅片与管发生部分接合不良，因而也不优选。

作为焊料的成分元素，基本上在Si之外含有Al以及不可避免的杂质即可，然而在后述的本发明的钎焊板翅片部件中，希望焊料中粗大的Si颗粒尽量少，因此为了在铸造时实现Si颗粒的微细化，优选进行添加微量的Na或Sr的改良处理。优选该旨在使Si颗粒微细化的Na、Sr的添加量分别在0.002～0.05mass％的范围内。若其分别未达到下限，则不具有使Si颗粒微细化的效果，而即使超过上限，只不过是增加成本而已，使Si颗粒微细化的效果已经饱和。

在本发明的钎焊板翅片部件的焊料中，作为其他不可避免的元素通常还含有Fe，焊料中的Fe含量优选为0.6mass％以下。另外，在通常的焊料中，为了调整钎焊后的电位提高热交换器的整体抗蚀性，有时添加Cu、Zn，但在本发明中，如果由于添加这些元素造成焊料的熔点下降，会出现助长翅片的倾倒变形的问题，因此各种元素的添加量优选限制在0.2mass％以下。另外，作为提高焊料中熔融焊料的流动性的元素，可以添加0.001～0.1mass％以下的Bi。Bi的添加量如果少于下限，则失去提高焊剂流动性的效果，如果超过上限只不过是增加成本而已，使焊剂的流动性提高的效果已经饱和。

此外，针对本发明的钎焊板翅片部件的焊料，不仅是将其Si含量如上所述限定在5.5～8.0mass％的范围内，限定其Si含量与焊料单面平均包覆率的关系也极为重要。

在此，焊料在每单面的平均包覆率必须在6.0～9.8％的范围内。若包覆率超过这一范围的，则熔融焊料过剩从而容易引起翅片的端部变形。而若低于该范围，则由于引起接合不良而不优选。

于是，对于焊料的Si量和包覆率，若设Si含量为Sif(mass％)、包覆率(％)为CR，则需要限定其乘积Q在67以下。即需要满足下式(1)。

Q＝Sif(mass％)×CR(％)≤67     .........(1)

如后述的实施例1所示，该式(1)是本发明者等通过详尽且大量的实验得到的。即确认了在式(1)左边的值Q超过67的情况下，熔融焊料的量变得过多从而产生钎焊板翅片的端部变形。

此外，在本发明的钎焊板翅片部件中，针对焊料中所存在的Si颗粒，如第四方面的发明所限定的那样，优选在焊料中，厚度方向的颗粒尺寸超过八成单面平均焊料厚度的Si颗粒，在与焊料厚度方向平行且与翅片部件长度方向(在被波纹加工的状态下，波峰与波谷交错存在的方向，即一般为沿着压延方向的方向)平行的截面中，被限定为在翅片部件长度方向上的分布密度不超过0.2个/mm。

在此，在焊料中，在存在尺寸超过八成平均焊料厚度的粗大Si颗粒的部分，焊料的厚度局部性地变大，其结果，在其附近，高温钎焊时熔融焊料局部性地变多，反而芯材的实际厚度变小。虽然可以通过观察翅片部件的断面而分析Si颗粒，然而若将长度100mm以上的翅片部件作为观察区域、在该观察长度中上述限定的颗粒超过0.2个/mm，则熔融焊料多的部位变多，使得容易引起高温钎焊时的波纹翅片端部的倾倒变形，且也存在产生明显的、如贯通翅片的芯材那样的侵蚀的危险性。

作为实现满足如上所述的Si颗粒条件的具体手段，可以列举以下方法，例如使形成焊料的Al-Si合金的Si含量在限定范围内处于较低水平、提高铸造时的冷却速度、为实现铸造时Si颗粒的微细化而微量添加上述的Na、Sr而进行改良处理等。

对用于制造如上所述的本发明的薄钎焊板翅片部件的具体方法并没有特别的限定，可以与通常的三层包覆钎焊板的制造同样进行，以下说明代表性的优选例。

首先，利用半连续铸造法(DC铸造法)制造成为钎焊板翅片部件的结构要素的芯材以及焊料的合金铸块。此后，利用表面切割或预热轧等调整厚度，以规定的包覆率在芯材的两面配置焊料并组合，以在400～540℃的温度下保温0.5～15小时的条件进行热轧的预加热，通过此后的热轧而进行包覆接合。在热轧之后进行压下率为85～98％的冷轧，以在320～500℃的温度下保温0.5～10小时的条件进行中间退火，进一步通过压下率为10～60％的冷轧得到规定板厚的H1n部件即可。

这样制造出的钎焊板翅片部件，以规定的宽度加工狭缝，此后对其进行波纹加工并截断，与管部件、集水箱、侧板等组装在一起，从而成为构成热交换器芯体的部件。

此外，使用本发明的钎焊板翅片部件而制造热交换器芯体的具体条件如第六、七方面的发明所述，对如上所述的钎焊板翅片进行波纹加工，且将被该进行了波纹加工的钎焊板翅片部件至少作为结构要素的一部分而组装热交换器芯体，以使翅片的最高达到温度处于超过610℃且为622℃以下的范围内的方式，在非氧化气氛中进行炉内助焊剂钎焊。

在此，详细说明这样的热交换器的制造方法的条件。

钎焊板翅片部件的波纹加工，可以使用现有的常规方法，无需特别限定。适当截断波纹加工之后的钎焊板翅片部件使之成为所需尺寸，与管部件、集水箱等其他热交换器芯体的结构要素一同组装，在非氧化性气氛中进行炉内助焊剂钎焊。作为非氧化性气氛中的炉内助焊剂钎焊的方法，具体而言，可以使用作为Nocolok钎焊法而被熟知的一般的钎焊方法。其中，由于在真空钎焊法中焊料的流动行为与Nocolok钎焊法不同，不能保证利用本发明限定的条件解决问题，因此优选不使用真空钎焊。

在钎焊加热时，优选使翅片部件的材料达到温度在超过610℃且在622℃以下的范围内。若达到温度在610℃以下，则得不到高温钎焊所带来的优点，即可以使钎焊工序的时间充分缩短且使高热容量部件同时结合。而进行翅片部件的达到温度为超过622℃的极高温度下的高温钎焊，存在产生翅片部件的整体高温屈曲或者产生波纹翅片端部变形的危险性，因此不实用。

在此，在以短时间钎焊为目的的情况下，在进行用于钎焊的升温加热时，优选使翅片处于470℃以上温度区域的时间在12分钟之内，进一步优选8分钟之内。此外，优选达到钎焊的最高温度之后的冷却速度为50℃/分以上。

(实施例)

以下，同时表示本发明的实施例与比较例。当然，以下的实施例用于展示本发明的效果，并不是对本发明的技术范围的限定。

(实施例1)

本实施例1相当于一个初步研究结果，用于求出防止翅片端部变形所必需的焊料中的Si含量与钎材单面平均包覆率等条件。

在本实施例1中，芯材使用Al-1.1mass％Mn-0.35mass％Si-0.4mass％Fe合金，制作了在该芯材的两面接合有由Al-Si系合金形成的焊料的、70μm厚的钎焊板翅片部件，其中对Al-Si系合金的Si含量以及包覆率进行各种改变。使焊料中Fe的含量在0.2～0.25mass％的范围内，此外，为了抑制粗大的Si颗粒的形成，在铸造时添加0.003mass％左右的Na。在此，利用通常的DC铸造制作芯材以及焊料，在此后的工序中，也利用通常的方法，即通过热轧而进行包覆接合、实施冷轧以及中间退火。

为了调查翅片端部变形，对宽度16mm的钎焊板翅片部件进行波纹成型(高7mm、各翅片的波峰间距2mm)，使其长度统一为80mm，将其与由表面喷涂有Zn的纯Al系合金形成的多孔挤压管部件组合，组装成模拟热交换器的五级翅片的微型芯体样品，在表面涂覆氟化物助焊剂并使其干燥后，进行在氮气氛炉中加热的高温钎焊实验。其中，在钎焊时，以重力不作用于翅片端部倾倒的方向上的方式配置了微型芯体样品。

在该实验中，使钎焊时材料的达到温度为621℃，以升温过程中在470～570℃间的升温速度均为90℃/min、从470℃至达到温度的时间约为6～7min的方式加热。钎焊加热后冷却的平均速度约为120℃/min。在进行了这样的钎焊处理后，目视观察翅片端部，将10处翅片端部全部未出现从原来的位置倾倒30°以上变形的情况作为翅片端部无变形(合格)，除此之外作为不合格。其结果与焊料中的Si含量(Sif)以及焊料单面平均包覆率(CR)相对应而被示于图3。其中，在图3中，符号○表示合格(翅片端部无变形)，符号X表示不合格(翅片端部有变形)。此外，在图3中，实线相当于上述式(1)，虚线相当于本发明所限定的焊料中Si含量以及焊料单面平均包覆率各自的上限。

由图3可知，若分别提高包覆率以及Si含量，则存在产生翅片倾倒的趋势，然而发现，并不是这两个原因分别单独影响倾倒变形，两个原因共同作用而产生翅片端部倾倒变形的问题。此外发现，当包覆率(CR)为9.8％以下且焊料中Si含量(Sif)为8.0mass％以下时，在图3的实线的下侧区域、即由式(1)所决定的Q值在67以下的区域中，可以切实地防止翅片端部的倾倒变形。

在此，在本发明中，除确定了焊料中Si含量以及焊料单面平均包覆率各自的上限，还确定了上述式(1)。这样，在满足焊料中Si含量的上限以及包覆率的上限且满足式(1)的本发明的合理区域中，即使在材料温度达到621℃的高温钎焊中，也可以切实防止翅片端部的变形。

实施例2：

该实施例2中使更多的条件进行各种变化。

首先，利用常规的方法对具有表1所示成分的芯材以及表2所示的焊料分别进行DC铸造，并进行了均质处理。在此，在焊料的铸造中，进行了以规定条件添加Na、Sr的Si颗粒微细化处理。热轧焊料使其板厚为规定值，将其叠合在经过表面切割的芯材铸块的表面和背面，进一步实施热轧从而进行包覆接合。此后，实施冷轧、中间退火以及最终冷轧，制作了规定板厚的包覆部件(钎焊板翅片部件)。表3表示作为包覆部件的钎焊板翅片部件的材料构成。

利用光学显微镜观察沿着翅片部件长度方向的厚度方向截面，测定了钎焊板翅片部件的焊料单面包覆率(CR)以及焊料中Si颗粒的分布。针对Si颗粒，清点了在100mm的观察长度中厚度尺寸大于规定值的的颗粒的个数，作为每1mm的个数评价了存在密度。

此外，对如上所述的各钎焊板翅片部件进行了以下的翅片端部变形以及接合性的评价。

即，对宽度16mm的钎焊板翅片部件实施波纹成型(高7mm，翅片波峰间隔为2mm)，将其长度统一为80mm。将其与由表面喷涂有Zn的纯Al系合金形成的多孔挤压管部件组合，组装成模拟热交换器的五级翅片的微型芯体样品，在表面涂覆氟化物助焊剂并使其干燥后，进行在氮气氛炉中加热的高温钎焊实验。在该钎焊时，以重力不作用于翅片端部倾倒的方向上的方式配置了微型芯体样品。该实验从本发明中作为目标的钎焊时材料达到温度范围内，选择了两个温度水平(614℃、621℃)而实施。其中，在钎焊加热的升温过程中，在材料温度为470～570℃间的升温速度均为约90℃/min、从470℃至达到温度的时间约为6～7min。这样的短时间升温可以使炉内温度比材料的目标达到温度高10～15℃。

为了进行比较，也在接近以往常规钎焊达到温度的602℃的条件下进行了实验。在这种情况下，以从470℃至达到温度的时间为11min作为实验条件。在此，使钎焊加热后冷却的平均速度均为约120℃/min。

在冷却后的微型芯体的翅片端部的共计10处中，清点从规定位置出现30°以上变形的部位数目，进行了翅片端部倾倒变形的评价。

此外，作为翅片接合部的健全性评价，机械性地剥离翅片从而观察其表面，确认了在翅片与管的各接合部是否形成有足够的填角。于是，全部接合部均形成有足够的填角的样品被判断为良好。

此外，单独利用没有被实施波纹加工的翅片部件，在达到温度为614℃的条件下，与上述的微型芯体样品同样地加热后，在长度方向上进行拉伸实验，求出了钎焊后翅片的拉伸强度。

这些特性评价结果示于表4。

表1

(注)

符号*：此外添加相当于0.01mass％的Ti、0.002mass％的B的量的Al-Ti-B系铸造细化剂

符号**：此外添加相当于0.01mass％的Ti、0.0008mass％的C的量的Al-Ti-C系铸造细化剂

表2

表3

表4

从表4所示的特性评价结果可以确认，在本发明的实施例中，在达到温度超过610℃而为622℃以下的高温钎焊中，没有产生翅片端部变形，翅片与管的接合也良好。此外，高温钎焊后的翅片强度也有所提高。

此外，本发明实施例的部分翅片部件，在达到温度为602℃的通常的钎焊条件下存在产生接合不良的情况(G1)，由于本发明的前提为更高温度下的钎焊，因此这样的情况一般不成为问题。

而在比较例中，虽然在达到温度为602℃的通常的钎焊条件下毫无问题可以使用，然而在达到温度超过610℃的高温下，出现了翅片端部变形等问题。这说明，即使在通常的钎焊温度下足以适用的包覆翅片，在高温钎焊下也并不通用，利用本发明的技术初次解决了这一问题。

进一步分别说明各比较例NG1～NG19。

比较例NG1为焊料的Si含量低、钎焊后翅片与管的接合不良的情况。

比较例NG2中焊料的Si含量高、式(1)的Q值比规定值大、高温钎焊中产生了翅片端部变形。

比较例NG3、NG4均为焊料的Si含量高、Q值大、焊料层中厚度方向尺寸大的Si颗粒较多，因此高温钎焊中产生了翅片端部变形。

在比较例NG5中，也是焊料的Si含量高，大的Si颗粒比规定的多，因此高温钎焊中产生了翅片端部变形

比较例NG6、NG7为包覆率高、Q值大、高温钎焊中产生翅片端部变形的例子。

比较例NG8为焊料的包覆率低、高温钎焊也产生接合不良的比较例。

在比较例NG9中，芯材中的Mn含量低、高温钎焊后的强度低。

比较例NG10为芯材中的Mn含量高、铸造后观察到粗大的结晶物，因此组织的均匀性方面存在问题，没有制造出包覆部件的例子。

比较例NG11为芯材中的Si含量低、由于焊料中的Si向芯材扩散的影响而产生接合不良的例子。

比较例NG12为芯材的Si含量高、在614℃的钎焊中波纹翅片的几乎全部区域中产生翅片的波峰部分的变形的例子。

比较例NG13为芯材的Cu含量高、在614℃的钎焊中翅片的几乎全部区域变形、产生翅片的波峰部分的变形的例子。

比较例NG14～NG17为芯材中的Ti、Cr、Zr、V的添加量高、铸造后观察到粗大的结晶物，因此组织的均匀性方面存在问题，没有制造出包覆部件的例子。比较例NG18为芯材的Zn含量高、在614℃的钎焊中翅片的几乎全部区域变形、产生翅片的波峰部分的变形的例子。比较例NG19为焊料的Si含量低、钎焊后翅片与管的接合不良的情况。

此外，虽然表中未记载，与NG4、NG6结构相同仅板厚为95μm的翅片部件，在达到温度为614℃的高温钎焊中，没有产生翅片端部变形，因此确认了在本发明中作为需要解决的课题的技术问题为减薄了的翅片部件中特有的问题。

此外，虽然尝试了制作与G3、G8具有相同的包覆率且板厚为30μm的钎焊板翅片部件，然而平坦度以及板厚的偏差较大，不能均等地进行波纹加工。由此可知，在本发明中，不以板厚不足40μm的材料为研究对象。

要制作芯材中Fe的添加量低于本发明所限定的量、为不足0.05mass％的比较试样，必须使用至少99.9mass％或99.99mass％这样等级的昂贵的铝原料金属，也未见得具有特别的效果，因此本发明中没有制作。

而在芯材中Fe的添加量超过0.75mass％的情况下，铸造了仅将表1的C3中Fe含量变为0.95mass％的合金并进行确认，观察到尺寸与目标板厚相同或大于目标板厚的粗大结晶物，在确认最终特性之前，先确认了在组织的均匀性方面产生了问题。

Claims (9)

1.一种高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，由在芯材的两面接合有焊料的板厚为40～85μm的包覆部件形成，为被实施波纹加工且在高温下被实施钎焊的薄钎焊板翅片部件，其特征在于，

芯材由Al-Mn系合金形成，其中所述Al-Mn系合金含有0.7～1.5mass％的Mn、0.3～0.8mass％的Si、0.05～0.75mass％的Fe、其余部分为Al与不可避免的杂质元素；焊料由含有5.5～8.0mass％的Si的Al-Si系合金形成，同时焊料的单面平均包覆率处在6.0～9.8％的范围内，且根据焊料中的Si含量Sif与焊料的单面平均包覆率CR由下式(1)所确定的Q值在67以下，

Q＝Sif(mass％)×CR(％)≤67             ……(1)

其中，焊料中的Si含量Sif的单位为mass％，焊料的单面平均包覆率CR的单位为％。

2.如权利要求1所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，其特征在于，

所述芯材由Al-Mn系合金形成，其中所述Al-Mn系合金中除上述各元素之外，还含有0.05～0.25mass％的Cu、0.3～3.0mass％的Zn这两者之一或双方。

3.如权利要求1所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，其特征在于，

所述芯材由Al-Mn系合金形成，其中所述Al-Mn系合金中除上述各元素之外，还含有选自0.05～0.25mass％的Ti、0.05～0.25mass％的Zr、0.05～0.25mass％的Cr、0.05～0.25mass％的V中的一种或两种以上元素。

4.如权利要求1所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，其特征在于，

所述芯材由Al-Mn系合金形成，其中所述Al-Mn系合金中除上述各元素之外，还含有选自0.05～0.25mass％的Cu、0.3～3.0mass％的Zn这两者之一或双方、以及0.05～0.25mass％的Ti、0.05～0.25mass％的Zr、0.05～0.25mass％的Cr、0.05～0.25mass％的V中的一种或两种以上元素。

5.如权利要求1～权利要求4中任一项所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，其特征在于，

在焊料层中，厚度方向的颗粒尺寸超过八成单面平均焊料厚度的Si颗粒，在与焊料的厚度方向平行且与翅片部件的长度方向平行的截面中，在翅片部件长度方向上的分布密度不超过0.2个/mm。

6.如权利要求1～权利要求4中任一项所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，其特征在于，

该钎焊板翅片部件在材料的达到温度超过610℃且为622℃以下的范围内被实施钎焊。

7.如权利要求5所述的高温钎焊用薄钎焊板翅片部件，其特征在于，

该钎焊板翅片部件在材料的达到温度超过610℃且为622℃以下的范围内被实施钎焊。

8.一种铝合金热交换器的制造方法，其特征在于，

对权利要求1～权利要求4中任一项所述的翅片部件进行波纹加工，且将该被实施了波纹加工的钎焊板翅片部件至少作为结构要素的一部分而组装热交换器芯体，以使翅片的最高达到温度在超过610℃且在622℃以下的范围内的方式，在非氧化气氛中进行炉内助焊剂钎焊。

9.一种铝合金热交换器的制造方法，其特征在于，

对权利要求5所述的翅片部件进行波纹加工，且将该被实施了波纹加工的钎焊板翅片部件至少作为结构要素的一部分而组装热交换器芯体，以使翅片的最高达到温度在超过610℃且在622℃以下的范围内的方式，在非氧化气氛中进行炉内助焊剂钎焊。

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