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

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
Ｆ₂ 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。