CN106906383A - 钎焊后的强度优异的铝合金制钎焊板 - Google Patents

Abstract

本发明提供钎焊后的强度优异的铝合金制钎焊板。如图1所示，本发明的铝合金制钎焊板为在芯材铝合金板(2)上包覆有铝合金钎焊材(4)、铝合金牺牲防腐材(3)的热交换器用铝合金制钎焊板(1)，芯材铝合金板(2)由分别含有Mg、Si、Li的3000系的特定组成构成，即使在薄壁化的钎焊板中，也不会阻碍耐腐蚀性等其他必要特性，能够实现钎焊后的高强度化。

Description

钎焊后的强度优异的铝合金制钎焊板

技术领域

本发明涉及一种铝合金热交换器用的铝合金制钎焊板。

本发明中所说的铝合金制钎焊板是指：在芯材铝合金板上分别包覆有铝合金钎焊材和铝合金牺牲防腐材而成的铝合金层叠板(铝合金包覆板)。

该铝合金制钎焊板是利用钎焊而被作为热交换器的热交换器用的原材，其是指钎焊处理前或相当钎焊的热处理(加热处理)前的铝合金层叠板。

以下，将铝合金制钎焊板也简称为钎焊板或层叠板，将芯材铝合金板也简称为芯材。

背景技术

为了汽车的车体轻量化，在散热器管等热交换构件中，铝合金材的应用正在增加，并取代一直以来所使用的铜合金材。而且，这些热交换构件用铝合金材使用的是由多层化的层叠板(也称为包覆板、包覆材)构成的耐腐蚀性铝合金材。

作为用于该钎焊板的铝合金，从耐腐蚀性和强度的观点出发，在芯材中使用由JISH4000中规定的例如Al－0.15质量％、Cu－1.1质量％Mn等的组成构成的3003等Al－Mn系(3000系)合金板。

另外，作为时常与制冷剂接触的皮材，出于防腐和基于向芯材中的Mg扩散的高强度化的目的，而使用由Al－1质量％Zn的组成等构成的7072等Al－Zn系或Al－Zn-Mg系(7000系)合金板。

进而，在钎料中使用由低熔点的Al－10质量％Si等的组成构成的4045等Al－Si系(4000系)合金板。

一直以来，依据芯材的合金组成、平均晶粒直径、析出物(金属间化合物)等的组织控制，提出各种提高铝合金制钎焊板的强度或改善公知的侵蚀、腐蚀等的耐腐蚀性的方案。

例如在专利文献1中提出了在分别包含Si：0.6％、Fe：0.7％、Mn：1.2％、Zn：0.1％且以JISA3003铝合金为基材的芯材中添加Li 0.1～10.0％作为耐侵蚀抑制元素，从而形成将从钎料侵入的Si以化合物的形式固定的耐侵蚀抑制层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000－303132号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述专利文献1中，在最近的、层叠板的板厚薄壁化为不足0.2mm的钎焊板中，在提高钎焊后的强度方面存在限度，上述现有技术的芯材铝合金板的合金组成、组织控制均尚有改善的余地。

针对这样的课题，本发明的目的在于提供即使在薄壁化的钎焊板中也不会阻碍耐腐蚀性等其他必要特性而能够实现钎焊后的高强度化的铝合金制钎焊板。

用于解决课题的手段

为了达成该目的，本发明的钎焊后的强度优异的铝合金制钎焊板的主旨在于：其是在芯材铝合金板上包覆有铝合金钎焊材或者包覆有铝合金钎焊材和铝合金牺牲防腐材而成的热交换器用铝合金制钎焊板，上述芯材铝合金板以质量％计分别含有Mg：0.05～0.5％、Si：0.05～1.5％、Li：0.005～1.0％，余量由Al及不可避免的杂质构成。

发明效果

根据本发明，通过向上述芯材中添加Li，从而能够在不阻碍耐腐蚀性等其他必要特性的前提下实现厚度不足0.20mm的薄壁钎焊板的钎焊后的高强度化。

附图说明

图1为表示本发明铝合金制钎焊板的剖视图。

图2是表示铝合金制热交换器的剖视图。

具体实施方式

使用图1、2对用于实施本发明的铝合金制钎焊板的最佳方式进行说明。

图1为本发明的热交换器用铝合金制钎焊板的剖视图，图2为使用了图1的钎焊板(热交换器用铝合金制管)的汽车用散热器管的要部剖视图。

(铝合金制钎焊板)

本发明的铝合金制钎焊板1在组装到后述的热交换器上之前先预先制造成图1所示的铝合金层叠板(包覆板)。该钎焊板1在芯材铝合金板2的一面包覆有铝合金牺牲防腐材(板)3并在另一个面包覆有铝合金钎焊材(板)4的钎焊板。

该图1的实施方式的钎焊板1为包覆有铝合金钎焊材4和铝合金牺牲防腐材3且以芯材2为中心的3层轧制包覆材(板)。

作为本发明的另一实施方式，也可以不包覆铝合金牺牲防腐材3而在铝合金芯材2的单面或双面包覆铝合金钎焊材4。

在此，在方案1中也使用的“包覆”这一用语表示如图1那样层叠有芯材2、牺牲材3、钎焊材4的各层的钎焊板1的层叠状态，除此以外，并无表示该层叠状态的恰当的表述，也并非制造方法的表述。

上述芯材铝合金板2由后述的特征性的组织和组成的JIS3000系铝合金构成。另外，作为上述钎焊板，在与位于该芯材2的内侧的制冷剂时常接触的一侧(图1的上侧)包覆有例如Al－Zn组成的JIS7000系等的铝合金作为后述的牺牲防腐材(牺牲材、内垫材、皮材)3。此外，在芯材2的外侧(图1的下侧)包覆有例如Al－Si组成的JIS4000系等的铝合金钎料4。

本发明的钎焊板1用于不仅包含后述的管而且还包含芯板(联管箱)等的汽车用等的全部热交换器构件的用途中、并经过钎焊而作为热交换器(构件)来使用。

在这一点上，对于牺牲防腐材3、钎料4的被覆率、芯材2、钎焊板1的板厚而言，其最佳的板厚根据这些热交换器构件的用途(依照用途的用法)而大不相同。

例如，在用于后述的偏平管状的管(层叠构件)11的用途的情况下，为了热交换器的轻量化，优选使钎焊板1的板厚为不足0.2mm的0.15～0.19mm左右、芯材2为不足0.17mm的0.08～0.16mm左右的薄板。这种情况下，钎料、牺牲防腐材的厚度通常均为20～30μm左右的厚度。

与此相对，在用于上述芯板等的用途的情况下，钎焊板1的板厚比以上更厚，在较厚的情况下，达成厚至1.5mm左右的板厚，牺牲防腐材3、钎料4的被覆率、芯材2的板厚也相应地较厚。

(钎焊板的制造方法)

本发明中规定的钎焊板可以利用通常的钎焊板的制法来制造，在实施均质化热处理或者未实施均质化热处理的芯材的铸锭上重叠牺牲防腐材(板)或钎料(板)而以层叠的状态进行热轧，接着，依次实施冷轧、中间退火、冷轧，制造H14调质材(1/2硬质)等的板。

(热交换器)

在本发明的钎焊板1的用途为形成图2所示的流体通路的偏平管状的管(层叠构件)11的情况下，将钎焊板1利用成形辊等向宽度方向弯曲而以在管内表面侧配置皮材3的方式形成为偏平管状后，将其利用电缝焊接等形成偏平管状的管。

这样的偏平管状的管(层叠构件)11与进行了波纹加工的散热翅片12和联管箱13等的其他构件，通过钎焊被一体地制作(组装)为图2所示的散热器10等热交换器。管(层叠构件)11和散热翅片12被一体化的部分也称为热交换器的核心。这时，加热至钎料4的固相线温度以上即585～620℃、优选590～600℃的高温而进行钎焊。作为该钎焊施工方法，通用的有焊剂钎焊法、使用了非腐蚀性的焊剂的NOCOLOK(商品名)钎焊法等。

在图2的热交换器中，偏平管(层叠构件)11的两端在由联管箱13和水箱(未图示)构成的空间分别开口。然后，高温制冷剂从一方的水箱侧的空间通过偏平管11内，送至另一方的水箱侧的空间，在管11和翅片12的部分进行热交换，使变成低温的制冷剂再循环。

(芯材的铝合金组成)

以下，对构成本发明钎焊板的芯材(铝合金板)的铝合金组成进行说明。

本发明芯材为如下组成：作为管材及联管箱材等的热交换器用构件，即使在薄壁化的钎焊板中，能够在阻碍耐腐蚀性等其他必要特性的前提下实现钎焊后的高强度化，而且还兼备成形性、钎焊性或焊接性、强度、耐腐蚀性等诸特性。

因此，本发明的芯材为如下组成：以质量％计分别含有Mg：0.05～0.5％、Si：0.05～1.5％、Li：0.005～1.0％，且余量由Al及不可避免的杂质构成。

而且，优选还含有Mn：0.3～2.0％和Cu：0.05～3.0％中的一种或两种。

另外，也可以在这些元素的基础上或代替这些元素而进一步含有Cr：0.01～0.30％、Zr：0.01～0.30％和Ti：0.05～0.3％中的一种或两种以上。

予以说明，各元素的含量％的表述是指总质量％。

除此以外的其他元素基本上是杂质。但是，从芯材的再循环的观点出发，作为熔化材，不只有高纯度Al锭，在将其他的铝合金废料、低纯度Al锭等作为熔化原料使用时，会混入这些元素。而且，将这些元素减少到例如检测极限以下，会造成自身成本提高，需要允许以一定程度的量含有这些元素。因此，在不阻碍本发明目的和效果的范围内，允许其达到JIS规格的3000系铝合金组成的上限程度。

Mg：0.05～0.5％

Mg具有提高芯材的钎焊后的强度的效果，因此含有0.05％以上、优选0.30％以上的Mg。

若Mg含量过少，则芯材的钎焊后的强度变低。但是，若其含量多，则Mg向钎料的扩散的影响加强，因此在使用氟化物系焊剂的NOCOLOK钎焊法等中，在钎焊时涂布于钎料表面的氟化物系焊剂与材料中的Mg发生反应，钎焊性显著降低。

另外，若其含量多，则使芯材的熔点降低，导致钎焊时发生侵蚀，还会产生芯材的熔融。因此，上限设为0.5％。因此，Mg的含量范围为0.05～0.5％。

Si：0.05～1.5％

Si固溶于基材而提高芯材(热交换器)所需的钎焊后的强度。但是，就Si而言，如上述所示，由于其还具有被Al－Mn－Si系分散粒子消耗的部分，因此从确保固溶Si量的意图出发，也要含有0.05％以上、优选0.40％以上的Si。另外，Si特别形成所述Al－Mn－Si系分散粒子，也有提高芯材铝合金板的强度的效果。若Si含量过少，则这些效果不足。

另一方面，若Si含量过多，则使芯材的熔点降低，并且由于低熔点相的增加而在钎焊时发生芯材的熔融，因此上限为1.5％以下、优选为1.2％以下。

因此，Si的含量范围为0.05～1.50％、优选为0.40～1.20％。

Li：0.005～1.0％

Li是通过含有在芯材中而促进δ‘(Al₃Li)的微细析出物的形成、由过饱和固溶量的增大所致的Mg₂Si的微细析出相的形成并且使钎焊后的强度提高的重要元素。

在Li的含量不足0.005％时，钎焊后的强度的提高效果变得不充分。

另一方面，若Li的含量超过1.0％，则在通常的熔化法中难以向铸锭中添加Li。因此，为了得到含有Li的效果，而使Li的含量为0.005～1.0％的范围、优选为0.01～0.5％的范围。

Mn：0.3～2.0％、Cu：0.05～3.0％

Mn、Cu均是芯材的强化元素。

Mn使微细分散粒子分布到芯材中，不使芯材的耐腐蚀性降低，并且通过分散强化而提高强度。另一方面，若Mn含量过多，则成为塑性变形时的裂纹发生起点的粗大的Al－Fe－(Mn)－(Si)系结晶物的数密度增大，因此存在使层叠有芯材的层叠板的成形性降低、在组装成部件形状等的加工时层叠板破裂的风险。因此，在通过选择性地含有Mn而确保作为上述层叠板或相当于钎焊的热处理后的层叠板所需的强度的情况下，以0.3～2.0％的范围含有Mn。

Cu是以固溶状态存在于芯材中且使芯材的强度提高的元素，另外其也使钎料侧的耐腐蚀性提高。因此，为了确保作为上述层叠板、相当于钎焊的热处理后的层叠板所需的强度，而以下限为0.05％以上的量含有Cu。另一方面，若Cu含量过多，则在钎焊加热后的冷却时粗大的Cu系化合物析出至晶界中，容易发生晶界腐蚀，作为上述层叠板或相当于钎焊热处理后的层叠板的耐腐蚀性降低。另外，由于使芯材的熔点降低，因此在钎焊时发生芯材的熔融。

因此，在通过选择性地含有Cu而确保作为上述层叠板或相当于钎焊的热处理后的层叠板所需的强度的情况下，Cu的含量范围为0.05～3.0％的范围。

Cr：0.01～0.30％、Zr：0.01～0.30％、Ti：0.05～0.30％

Cr、Zr、Ti是使析出物(金属间化合物)分布到芯材组织中且使芯材的强度、耐腐蚀性提高的元素。

因此，根据需要选择性地含有这些元素中的1种或2种以上。其中，特别是Zr使微细分散粒子只以规定的粒度分布在芯材板中分布的效果最大。在Cr、Zr、Ti不足各规定下限量时，不能使微细分散粒子充分分布，得不到由分散强化带来的强度提高效果。

另外，若Cr、Zr、Ti超过各规定上限量而过多，则形成粗大的化合物，层叠板的成形性降低，在组装成部件形状等的加工时层叠板存在破裂的风险。因此，在含有Cr、Zr、Ti的情况下，设为Cr：0.01～0.30％、Zr：0.01～0.30％、Ti：0.05～0.30％的各范围。

杂质元素

除这些添加元素以外的元素为不可避免的杂质。其中，若Zn、Fe等杂质的含量过多，则芯材的耐腐蚀性显著降低。另外，形成粗大的化合物，层叠板的成形性降低，在组装成部件形状等的加工时层叠板也存在破裂的风险。因此，这些杂质元素优选尽可能地少，即使在含有这些杂质的情况下，也优选将总量限制为0.5％以下(包括0％)。

(钎料合金)

以下，对层叠于除芯材以外的层叠板1的板材进行说明。

包覆于芯材2的钎料合金4可以使用一直以来通用的JIS4043、4045、4047等4000系的Al－Si系合金钎料等公知的钎料铝合金。钎料合金以在一面包覆铝合金牺牲防腐材(板)3和在另一面包覆铝合金钎料(板)4而成的钎焊板的形式构成。

(牺牲防腐材)

包覆于芯材2的牺牲防腐材合金3可以使用一直以来通用的Al－1质量％Zn组成的JIS7072等7000系铝合金等、包含Zn的公知的牺牲防腐材铝合金。这样的牺牲防腐材在冷却水存在于管内表面侧的汽车用热交换器中是必不可少的。即，为了确保针对上述冷却水所存在的管内表面侧的腐蚀性的防腐、耐腐蚀性，必须使用牺牲防腐材。

实施例

以下，列举实施例更具体地说明本发明。在后述的制造条件下制作表1所示组成的具有3000系铝合金芯材2的层叠板(钎焊板)1，并对该层叠板的耐侵蚀性、钎焊后的强度的特性进行了调查、评价。

它们的结果如表2所示。

予以说明，在表1中，检测限以下(含量为0％)的元素量以空白来表示。

另外，在表2中，如后述的比较例所示，不能进行这些评价或未进行评价的情况以“－”来表示。

(钎焊后的强度)

对从上述层叠板采集的试验材，各例均利用下落试验(drop test)方式，在模拟钎焊的条件下进行热处理(在露点为－40℃、氧浓度为200ppm以下的氮气氛中以590℃以上(最大600℃)的温度加热3分钟)后，加工成JIS5号试验片(对各试验材各制作3片)。将该试验片在室温(25℃)下放置1周后，依据JIS Z2241的规定进行拉伸试验，测定抗拉强度(MPa)，作为钎焊后强度。

更具体而言，就各试验材的拉伸试验条件而言，从各层叠板提取与轧制方向垂直的方向的JISZ2201的5号试验片(25mm×50mmGL×板厚)，进行拉伸试验。拉伸试验基于JISZ2241(1980)(金属材料拉伸试验方法)在室温20℃下进行试验。另外，十字头速度为5mm/分钟，在直至试验片断裂之前以一定的速度进行拉伸。

各例均以3个试验片的钎焊后强度的平均值为190MPa以上的情况评价为最良好(◎)，将该平均值为170MPa以上且不足190MPa的情况评价为良好(○)，将至此为止的以上情况设为就热交换器用途而言为合格。而且，由此将强度比以上低的不足170MPa的情况评价成就热交换器用途而言为合格且为不良(×)。

(耐侵蚀性)

制作对从上述层叠板采集的试验材进一步以10％的加工率实施冷轧后的试验材，以下落试验方式在模拟钎焊的条件下进行热处理(在露点为－40℃、氧浓度为200ppm以下的氮气气氛中以590℃以上(最大600℃)的温度加热3分钟)，作为评价用的供试材。

将各例所得的供试材分别切割为2cm见方，将其埋入树脂中，对切断面进行研磨，用Keller氏液进行蚀刻后，对该研磨面用100倍的光学显微镜进行了观察。

各例均将对各个供试材未观察到侵蚀的芯材部的面积比为50％以上的情况评价成耐侵蚀性良好(○)、且就热交换器用途而言为合格，将不足50％的情况评价成就热交换器用途而言为不合格且为不良(×)。

(层叠板的制造)

这些层叠板的制造如下所示。将表1所示的S1～S26的组成的3000系铝合金组成熔化、铸造，制造铝合金芯材铸锭。然后，对该芯材铸锭进行均热处理。

之后，在芯材铸锭的一面包覆由Al-1质量％Zn组成构成的JIS7072铝合金板作为牺牲防腐材，并在另一面包覆由Al－10质量％Si组成构成的JIS4045铝合金板作为钎焊材。然后，对这些包覆板均热处理后，利用常规方法进行热轧，再边适当实施中间退火边利用常规方法进行冷轧，制成层叠板。

所制造的层叠板(钎焊板)的板厚如表2所示那样变更为90～1500μm来进行制造。此时，芯材铝合金板的板厚也变化至60～1470μm。另外，分别层叠于这些芯材的各个面的钎料、牺牲防腐材的厚度均为20～30μm的范围。

如表1、2所示，发明例1～20的芯材铝合金板(铸锭)为本发明成分组成范围内。因此，就发明例1～20而言，如表2所示，即使芯材被薄壁化，也具有就热交换器用途而言为合格的耐侵蚀性、钎焊后的强度的特性。

与此相对，就比较例21～28而言，由于芯材组成不满足本发明的要件，因此得出以下的结果。

比较例21的芯材S19的Mg含量、比较例23的芯材S21的Si含量、比较例25的芯材S23的Li含量分别过少，钎焊后强度均过低。

比较例22的芯材S20的Mg含量过多，钎焊后的强度虽然高，但是耐侵蚀性差。

比较例24的芯材S22的Si含量过多，在模拟上述钎焊的条件下的热处理时芯材熔融。

比较例26的芯材S24的Li含量过多，形成粗大的Al－Li系化合物，钎焊后强度过低。

比较例27的芯材S25的Mn含量过多，比较例28的芯材S26的Cu含量过多，在轧制时均产生裂纹，无法制作供试材本身。

因此，由以上的实施例的结果证实了汽车用等的铝合金制热交换器的使层叠板的钎焊后的强度提高的本发明的意义乃至效果。

【表1】

【表2】

产业上的可利用性

根据本发明，可以提供钎焊后的强度优异的铝合金制钎焊板。因此，本发明适合用于要求使钎焊后的强度优异的汽车用等铝合金制热交换器的全部构件中。

符号说明

1：热交换器用铝合金层叠板(钎焊板)、2：芯材、3：皮材、4：钎料、10：散热器(热交换器)、11：管(层叠构件)、12：散热翅片、13：联管箱。

Claims (3)

1.一种钎焊后的强度优异的铝合金制钎焊板，其特征在于，其是在芯材铝合金板上包覆有铝合金钎焊材或者包覆有铝合金钎焊材和铝合金牺牲防腐材而成的热交换器用铝合金制钎焊板，所述芯材铝合金板以质量％计分别含有Mg：0.05～0.5％、Si：0.05～1.5％、Li：0.005～1.0％，余量由Al及不可避免的杂质构成。

2.根据权利要求1所述的钎焊后的强度优异的铝合金制钎焊板，其中，所述芯材铝合金板还含有Mn：0.3～2.0％和Cu：0.05～3.0％中的一种或两种。

3.根据权利要求1或2所述的钎焊后的强度优异的铝合金制钎焊板，其中，所述芯材铝合金板还含有Cr：0.01～0.30％、Zr：0.01～0.30％和Ti：0.05～0.30％中的一种或两种以上。