JP2001049374A - ろう付け性及び耐食性に優れた高強度アルミニウム合金 - Google Patents

ろう付け性及び耐食性に優れた高強度アルミニウム合金

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JP2001049374A JP11219555A JP21955599A JP2001049374A JP 2001049374 A JP2001049374 A JP 2001049374A JP 11219555 A JP11219555 A JP 11219555A JP 21955599 A JP21955599 A JP 21955599A JP 2001049374 A JP2001049374 A JP 2001049374A
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Yoshifusa Shoji
美房 正路
Toshihiko Fukuda
敏彦 福田
Yuji Hisatomi
裕二 久富
Tadashi Minoda
正 箕田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性、ろう付け後の強度特性に優れ、成形
加工性が良好であり、フッ化物系フラックスを使用する
ろう付けを行った場合に優れたろう付け性が得られ、特
に自動車用熱交換器のユニオン、コネクタなど接続部材
用材料として好適に使用できる熱交換器用アルミニウム
合金を提供する。 【解決手段】 Zn:5.0%を越え〜6.5 %以下、Mg:
0.05 %以上0.3 %未満、Cu:0.01 %以上0.1 %未
満、Si:0.01 〜0.2 %、Fe:0.01 〜0.3 %、Zr:
0.05 〜0.25%を含有し、残部Alと不可避的不純物か
らなる。Mgの含有量とCuの含有量の関係は、Mg%
≧1.5Cu%にするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ろう付け性及び耐
食性に優れた高強度アルミニウム合金に関し、詳しくは
カーエアコンのエバポレータ、コンデンサあるいはラジ
エータ、ヒータ等、ろう付けにより接合されるアルミニ
ウム合金製熱交換器の部材として用いられるユニオン及
びコネクタ等の材料として好適に使用され、特に不活性
ガス雰囲気中でフッ化物系フラックスを使用してろう付
けを行う場合に適したろう付け性及び耐食性に優れた高
強度アルミニウム合金に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、アルミニウム合金製熱交換器は、
自動車のラジエータ、オイルクーラ、インタークーラ、
ヒータ及びエアコンのエバポレータやコンデンサあるい
は油圧機器や産業機械のオイルクーラ等の熱交換器とし
て使用されている。このアルミニウム合金製熱交換器を
連結するための接続部材として、ユニオン、コネクタ等
があり、これらの接続部材は、熱交換器や配管等にろう
付け接合されて使用されている。ユニオン及びコネクタ
には、高い強度が要求されるため、これらの材料として
は、Al−Zn−Mg系のアルミニウム合金、例えば、
JIS A7N01合金、A7003合金等が用いられ
ることが多く、また、Al−Mn−Mg系のアルミニウ
ム合金、JIS A3004合金等も使用されている。
【0003】アルミニウム合金製熱交換器のろう付け方
法としては、不活性ガス雰囲気中でフッ化物系フラック
スを使用するろう付け法(ろう材はAl−Si系合金)
が現在最も一般的であるが、その他に真空ろう付け法
(ろう材はAl−Si−Mg系合金)が適用されること
もある。ユニオン及びコネクタと、熱交換器や配管との
ろう付け方法についても、従来の塩化物系フラックスを
使用するトーチろう付け法以外に、最近では不活性ガス
雰囲気中でフッ化物系フラックスを使用するろう付け法
が使用される。
【0004】近年、自動車における経済性追求の観点か
ら、アルミニウム合金製熱交換器についてのコスト低減
の要求がますます強くなっており、そのため、製造工程
の短縮や使用するフラックス塗布量を低減することが必
要になってきている。製造工程の短縮については、従来
熱交換器本体をろう付けした後、ユニオン及びコネクタ
を別途個別にろう付け接合していた方式を改善し、最近
ではユニオン及びコネクタと熱交換器本体とを組み合わ
せ、ろう付け加熱炉内で同時にろう付け一体化する方式
を採ることにより生産性を更に向上させることが検討さ
れている。一方、フラックス塗布量の減少に伴ってろう
付け性が低下し、接合不良が増加して熱交換器の製造性
及び生産性に不都合が生じることも経験されており、コ
ネクタ及びユニオン用のアルミニウム合金自体のろう付
け性を更に改善することが望まれている。
【0005】また、従来、アルミニウム合金製熱交換器
を連結するためのユニオン及びコネクタ等の材質として
は、前記のように、ZnやMgを主成分とするA7N0
1合金、A7003合金等が用いられることが多いが、
Mgを含有するアルミニウム合金をフッ化物系フラック
スを使用してろう付けすると、合金中のMgがろう付け
工程中に拡散してフッ化物系フラックス中のフッ素と反
応し、綿状のMgF2化合物を生成し、このため、ろう
付け時において有効に作用するフッ化物系フラックス量
が減少して、フッ化物系フラックスの有する酸化皮膜除
去効果が低下し、ろう付け性を阻害する。従って、Mg
を多く含有するアルミニウム合金を使用する場合は、ろ
う付け性を改善するために、高濃度のフッ化物系フラッ
クスをスプレーして塗布したり、刷毛で塗ったりする
が、これらの方法では、フッ化物系フラックスの使用量
が増え製造コストが増し、しかもスプレー噴射口に目詰
りが生じる等の技術的な不都合も発生する。更に、熱交
換器の表面精度が要求される部位では、ろう付け後のフ
ッ化物系フラックスの残渣が多くなり、面精度が得られ
ず、加えてフッ化物系フラックスの塗布量が増えてもろ
う付け性が改善されるとは言い難く、熱交換器の製造性
及び生産性に不都合が生じる。
【0006】ユニオン、コネクタ等に使用されるAl−
Zn−Mg系のアルミニウム合金について、フッ化物系
フラックスを使用してろう付け性を確保するために、ア
ルミニウム合金中のMgの含有量を1%未満の範囲内で
規制した合金が提案されているが(特開昭63−868
45号公報、特開平1−152236号公報、特公平8
−9750号公報等)、これらのアルミニウム合金で
は、ろう付け性についてはある程度の改善が見られるも
のの、耐食性や強度が不充分なため、熱交換器の信頼性
に難がある。ろう付け性に優れたアルミニウム合金とし
て、Al−Mn系のアルミニウム合金、例えば、JIS
A3003合金、A3203合金等もあるが、これら
合金は強度が低く、熱交換器の耐久性に不都合が生じ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アルミニウ
ム合金製熱交換器を連結するユニオン、コネクタ等の接
続部材として使用されるアルミニウム合金における上記
従来の不都合な点を解消するために、ろう付け性、耐食
性及び強度に対する合金成分とそれらの組合わせの影響
について多角的に検討した結果としてなされたものであ
り、その目的は、フッ化物系フラックスを使用するろう
付けを行った場合にも、十分なろう付け性、耐食性を確
保でき、成形加工性を備え、ろう付け後の強度特性に優
れ、製造された製品の信頼性の確保と製造コストの低減
を可能とするろう付け性及び耐食性に優れたアルミニウ
ム合金を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項1によるろう付け性及び耐食性に優
れたアルミニウム合金は、Zn:5.0%を越え6.5 %以
下、Mg:0.05 以上0.3%未満、Cu:0.01 %以上0.1
%未満、Si:0.01 〜0.2 %、Fe:0.01 〜0.3%、Z
r:0.05 〜0.25%を含有し、残部Alおよび不可避的不
純物からなることを特徴とする。
【0009】また、請求項2によるろう付け性及び耐食
性に優れた高強度アルミニウム合金は、請求項1に記載
のアルミニウム合金において、Mgの含有量とCuの含
有量との関係が、Mg%≧1.5Cu%であることを特
徴とし、請求項3によるろう付け性及び耐食性に優れた
高強度アルミニウム合金は、請求項1〜2に記載のアル
ミニウム合金に、更にMn:0.01 〜0.25%、Cr:0.01
〜0.25%、Ti:0.01〜0.25%、V:0.01 〜0.25%のう
ちの1種または2種以上を含有していることを特徴とす
る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のろう付け性及び耐食性に
優れた高強度アルミニウム合金(以下単にアルミ合金と
言う)における合金成分の意義およびその限定理由につ
いて説明すると、アルミ合金中のZnは、Mgと共存し
てMgZn2 を生成し強度を高めるよう機能する。Zn
の好ましい含有範囲は、5.0 %を越え6.5 %以下であ
り、5.0%以下ではその効果が十分ではなく、6.5 %を
越えて含有すると、ろう付け時に材料の局部溶融が生じ
るおそれがあり、また、材料自体の耐食性が低下する。
【0011】アルミ合金中のMgは、Znと共存して、
上記のようにMgZn2 を生成して強度を高める効果を
有し、アルミ合金の強度を向上させる。Mgの好ましい
含有範囲は、0.05%以上0.3 %未満であり、0.05%未満
ではその効果が小さく、また、Mgを含有するアルミ合
金は、フッ化物系フラックスを使用してろう付けを行っ
た場合、フッ素とアルミ合金中のMgとが反応してMg
2 等の化合物が生成するため、フッ化物系フラックス
の絶対量が不足してろう付け性が低下し、特にMgの含
有量が0.3 %以上になると、ろう付け性の低下が顕著と
なる。
【0012】アルミ合金中のCuは、強度を高める効果
を有する。Cuの好ましい含有範囲は、0.01%以上0.1
%未満であり、0.01%未満ではその効果が小さく、0.1
%以上になると、材料自体の耐食性が低下する。
【0013】上記Mgの含有量とCuの含有量との関係
は、Mg%≧1.5Cu%であることが好ましい。Mg
とCuとの含有量を上記の範囲とし、且つMgとCuと
の含有量をこの関係にすることにより、優れた耐食性、
ろう付け性を保持しながら、より一層の強度向上を図る
ことができる。
【0014】アルミ合金中に多量のSiを含有すると耐
食性が低下する。Siの好ましい含有範囲は、0.01〜0.
2 %であり、Siの含有量が0.2 %より多いと、Mgと
共にMg2 Siとを生成するため、MgがZnと共にM
gZn2 を生成して強度を高める効果を減ずる。また、
Si含有量が0.01%未満の高純度アルミニウム地金はコ
ストが高く実用的でない。
【0015】アルミ合金中に多量のFeが含有すると耐
食性を低下する。Feの好ましい含有範囲は、0.01〜0.
3 %であり、Siの含有量が0.01%未満の高純度のアル
ミニウム地金はコストが高く実用的でない。
【0016】アルミ合金中のZrは、組織を微細化して
強度を高めると共に、耐食性を向上させるよう機能す
る。Zrの好ましい含有範囲は、0.05〜0.25%であり、
0.05%未満では効果が十分ではなく、0.25%を越えて含
有すると、鋳造時に粗大な化合物が生成し、素材の押出
加工性が低下して健全な材料を得難くくなる。
【0017】Mn、Cr、Ti、Vは、いずれもZrと
共存することにより、組織を微細化して強度を高めると
共に、耐食性を向上させる効果を有する。これらMn、
Cr、Ti、Vの好ましい含有範囲は、各々0.01〜0.25
%であり、含有量が各々0.01%未満では効果が十分では
なく、各々0.25%を越えると、鋳造時に粗大な化合物が
生成し、素材の押出加工性が低下して健全な材料を得る
のが難しくなる。
【0018】本発明のアルミ合金においては、その他の
元素として、切削性等を改善するために、Pb、Sn、
Bi、In、Sn、Gaのうちの1種以上が、本発明の
効果を損なわない範囲内で少量含まれても良い。但し、
これらの元素の添加量が多くなるとアルミ合金の自己耐
食性が低下するため、添加元素の総量は1.5%以下に
抑えるのが好ましい。
【0019】本発明のろう付け性及び耐食性に優れた高
強度アルミニウム合金を製造するには、従来、ユニオ
ン、コネクタ用として使用されているAl−Zn−Mg
系アルミニウム合金、JIS A7N01合金及びA7
003合金の場合と同様に、例えば、本発明の範囲内の
成分組成を有するアルミニウム合金を連続鋳造により造
塊し、常法に従って均質化処理した後、所定の形状に熱
間押出成形を行う。
【0020】
【実施例】実施例1 まず、表1に示す組成を有するアルミニウム合金を溶解
し、連続鋳造により造塊し、得られた鋳塊について50
0℃で3時間の均質化処理を行った後、450℃で熱間
押出加工して、直径30mmの丸棒素材を作製した。こ
の丸棒素材を切削加工して、厚さ1mm、幅25mm、
長さ55mmの試験材を得た。
【0021】得られた試験材について、以下の方法で、
(1)強度試験、(2)ろう付け性試験、(3)耐食性
を評価するためにCASS試験を行い、(4)押出加工
性を評価した。測定、評価結果を表2に示す。 (1)強度試験:フッ化物系ろう付け加熱処理(NB)
として、試験材にフッ化物系フラックス(濃度3%)を
塗布した後、ろう付け条件と同様、窒素ガス雰囲気中で
600℃で5分間加熱し、室温にて1か月間放置した
後、それぞれの加熱後の試験材についてビッカース硬さ
(Hv)を測定した。
【0022】(2)ろう付け性試験:図1に示すよう
に、クラッド材1(厚さ1mm、幅25mm、長さ60
mm)及び前記の切削加工した試験材2を、クラッド材
1を芯材4(JIS A3003合金)を下側に、ろう
材3(JIS A4045合金、クラッド率10%)を
上側にして水平に置き、試験材2を垂直にして、片側を
クラッド材1のろう材3に接触させ、他方の片側にスペ
ーサロッド5(直径3mm)を介在させて組み付けた
後、ろう付け条件と同様、フッ化物系ろう付け加熱処理
(NB)として、フッ化物系フラックス(濃度3%)を
塗布した後、窒素ガス雰囲気中で600℃で5分間の加
熱を行い、上記のろう付け加熱後、図2に示すように、
溶融したろうがクラッド材と試験材との間隙に充填され
るろうの間隙充填長さLを測定した。間隙充填長さLが
長いほど、ろうの試験材に対する濡れ広がり性が良好
で、試験材がろう付け性に優れていることを示す。な
お、通常の自動車熱交換器用のユニオン及びコネクタ等
のろう付けでは、間隙充填長さLが10mm未満の場
合、接合継ぎ手部のろう付け性不良が生じ易くなるた
め、ろう付け性試験で間隙充填長さLが10mm未満の
試験材をろう付け性不充分(表2、表4において×の表
示)とし、10mm以上の試験材をろう付け性良好(表
2、表4において○の表示)とした。
【0023】(3)CASS試験:前記ろう付け加熱後
の試験材(厚さ1mm、幅25mm、長さ55mm)に
ついて、JIS H8681に基づいて2週間の試験を
行い、試験後の試験材の最大腐食深さを測定した。 (4)押出加工性:実際の押出加工時目視にて行う。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】 《表注》ろう付け性評価 ○:間隙充填長さが10mm以上のもの 押出加工性 ○:押出性が良好と判断されたもの
【0026】表2にみられるように、本発明の条件に従
う試験材No.1〜17はいずれも、間隙充填長さLが
15mm以上の優れたろう付け性を示した。また、CA
SS試験後の最大腐食深さは0.3〜0.6mmと浅
く、耐食性が優れていることが認められた。ろう付け後
の強度に相当するビッカース硬さHv(以下、単に硬さ
と言う)は、いずれも67Hv以上の優れた値を示し
た。なお、いずれの場合も熱間押出加工性に問題が無
く、良好な加工性を示した。
【0027】比較例1 表3に示す組成を有するアルミニウム合金を溶解し、連
続鋳造により造塊して、得られた鋳塊を実施例1と同様
に処理して、厚さ1mm、幅25mm、長さ55mmの
試験材を作製した。得られた試験材について、実施例1
と同一の方法で、(1)強度試験、(2)ろう付け性試
験、(3)CASS試験を行い、(4)押出加工性を評
価した。結果を表4に示す。なお、表3において、本発
明の条件を外れたものには下線を付した。
【0028】
【表3】
【0029】
【表4】 《表注》ろう付け性評価 ○:間隙充填長さが10mm以上のもの ×1:間隙充填長さが10mm未満のもの ×2:局部溶融が生じたもの ×3:未接合のもの 押出加工性 ○:押出性が良好と判断されたもの ×:押出が困難なもの
【0030】表4に示すように、本発明の条件を外れた
試験材No.18〜32はいずれも、熱交換器用ユニオ
ン及びコネクタとして十分な性能を有しない。すなわ
ち、試験材No.18は、Znの含有量が少なく、Mg
%≧1.5Cu%の関係を満たさないため硬さが低く、
試験材No.19は、Znの含有量が多いため、ろう付
け時の加熱で局部溶融が生じた。試験材No.20は、
Mgの含有量が少ないため硬さが低く、試験材No.2
1は、Mgの含有量が多いため間隙充填長さが短く、ろ
う付け性が劣っている。試験材No.22は、Cuの含
有量が少ないため硬さが低く、また、SiとFeの含有
量が少ないため、使用するアルミニウム地金コストが高
くなり実用的でない。
【0031】試験材No.23は、Cuの含有量が多い
ため、CASS試験後の最大腐食深さが深く耐食性が劣
り、試験材No.24は、Siの含有量が多いため、硬
さが低く、また、CASS試験後の最大腐食深さが大き
く耐食性が劣る。試験材No.25は、Feの含有量が
多いため、CASS試験後に貫通孔が発生し耐久性が劣
り、また、Zrの含有量が少ないため、硬さが低い。試
験材No.26はZrの含有量が多いため、試験材N
o.27はMnとCrの含有量が多いため、また試験材
No.28はTiとVの含有量が多いため、いずれも押
出加工が困難となり健全な材料が製造出来なかった。
【0032】試験材No.29は、JIS A7003
合金に相当するもので、Mgの含有量が多いため、間隙
充填長さが短くろう付け性が劣り、またFeの含有量が
多いため、CASS試験後に貫通孔が発生した。試験材
No.30は、JIS A3004合金に相当するもの
で、Mgの含有量が多いため未接合状態でろう付け性が
劣り、またFeの含有量が多いため、CASS試験後に
貫通孔が発生した。また、試験材No.31は、JIS
A3003合金に相当するもので、Zn及びMgをほ
とんど含有しないため硬さが低く、またFeの含有量が
多いため、耐食性が劣り、CASS試験後に貫通孔が発
生した。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、耐食性、ろう付け後の
強度特性に優れ、成形加工性が良好であり、フッ化物系
フラックスを使用するろう付けを行った場合に優れたろ
う付け性が得られる熱交換器用アルミニウム合金が提供
される。当該アルミニウム合金は、特に自動車用熱交換
器のユニオン、コネクタなど接続部材用材料として好適
に使用でき、熱交換器の生産性の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるろう付け性試験前の試験材の配
置を示す側面図である。
【図2】図1の試験後のろう材の流動状態を示す側面図
である。
【符号の説明】
1 クラッド材 2 試験材 3 ろう材 4 心材 5 スペーサロッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久富 裕二 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友軽金 属工業株式会社内 (72)発明者 箕田 正 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友軽金 属工業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Zn:5.0%(質量%、以下同じ)を越え
    6.5 %以下、Mg:0.05 以上0.3 %未満、Cu:0.01 %
    以上0.1 %未満、Si:0.01 〜0.2 %、Fe:0.01 〜0.
    3 %、Zr:0.05 〜0.25%を含有し、残部Alおよび不
    可避的不純物からなることを特徴とするろう付け性及び
    耐食性に優れた高強度アルミニウム合金。
  2. 【請求項2】 前記Mgの含有量と前記Cuの含有量と
    の関係が、Mg%≧1.5Cu%であることを特徴とす
    る請求項1記載のろう付け性及び耐食性に優れた高強度
    アルミニウム合金。
  3. 【請求項3】 更にMn:0.01 〜0.25%、Cr:0.01 〜
    0.25%、Ti:0.01〜0.25%、V:0.01 〜0.25%のうち
    の1種または2種以上を含有していることを特徴とする
    請求項1又は2に記載のろう付け性及び耐食性に優れた
    高強度アルミニウム合金。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002256369A (ja) * 2000-12-28 2002-09-11 Calsonic Kansei Corp 高強度かつ切削加工性に優れたアルミニウム熱交換器用継手およびその製造方法
JP2016145398A (ja) * 2015-02-09 2016-08-12 三菱アルミニウム株式会社 ろう付け用高強度被加工アルミニウム合金材およびネジ強度に優れるコネクタ材

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