JP2001062587A

JP2001062587A - 低融点アルミニウム合金ろう材

Info

Publication number: JP2001062587A
Application number: JP24104799A
Authority: JP
Inventors: Kei Yoshitomi; 圭吉富
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2001-03-13

Abstract

(57)【要約】【課題】オールアルミニウム製熱交換器をろう付によ
って製造する場合に、フィン等の薄肉材の座屈変形や溶
け落ち等がなく、且つ、耐食性を保持するために電位が
フィンと冷媒チューブとの間の値になる低融点アルミニ
ウム合金ろう材を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃｕ：１５〜３０％、Ｚｎ：
１５〜３０％、Ｓｉ：１〜１０％含有し、残部がＡｌ及
び不可避不純物からなる低融点アルミニウム合金ろう材
である。さらに、上記Ｃｕの含有量のみを１５〜２５％
に設定すること、上記Ｚｎの含有量のみを２０〜３０％
とすること、上記Ｓｉの含有量のみを２．５〜７％と設
定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低融点のアルミニ
ウム合金ろう材に関し、更に詳しくは、ろう付によって
接合及び製造されるオールアルミニウム製熱交換器に用
いる低融点のアルミニウム合金ろう材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、全構成部品がアルミニウム製であ
り、且つこれらの構成部品をろう付によって接合するこ
とによって製造されるオールアルミニウム製熱交換器
は、約６００℃前後の温度でろう付されている。ここ
で、純アルミニウムは融点が６６０℃の金属であり、こ
のアルミニウムに種々の元素を添加してアルミニウム合
金とし、上記熱交換器の構成部材を作製している。そし
て、構成部材であるアルミニウム合金の融点をＴｍとす
ると、従来から広く行われている一般的なアルミニウム
合金をろう付する温度は０．９０〜０．９２Ｔｍであ
り、構成部材の融点とほぼ同等程度に高温である。この
ため、ろう付時における構成部材の高温強度の低下によ
って構成部材の変形や脱落等が発生したり、溶融したア
ルミニウム合金ろう材によって過度に構成部材を侵食す
るので、製品歩留まりの低下やコスト上昇をまねき、製
品の品質向上の妨げにもなっている。また、上記熱交換器の構成部品の接合には、主にＡｌ−
Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系のアルミニウム合金ろう材
が使用される。該アルミニウム合金ろう材のＳｉ量とＺ
ｎ量は各々、７〜１２％及び１〜５％が中心で、該ろう
材の融点は５７０〜６１５℃であり、従来の一般的なア
ルミニウム合金のろう付は、ろう材を溶融及び流動させ
る温度で行う必要があるために５９０〜６１０℃に設定
している。

【０００３】一方、近年、ろう付によって製造されるオ
ールアルミニウム製熱交換器、特に車載用オールアルミ
ニウム製熱交換器等では軽量化の要求が非常に強くなっ
てきており、これによって熱交換器の構成部材を薄肉化
する動きが進行している。特に、圧力容器である熱交換
器の耐圧強度に直接関係がない放熱用アルミニウム製フ
ィン（以下、フィンという。）は、肉厚が０．１ｍｍ以
下になり、熱交換器をろう付によって製造する時のフィ
ンの座屈変形、脱落、溶け落ち等の問題が年々大きくなっ
てきて、このフィン等の薄肉材の高温強度不足が顕著に
なってきている。この問題を解消するため、ろう付け温
度を低温にて行う手段が有効であるが、ろう付温度は使
用するろう材の融点以上でなければならず、該ろう材の
融点により一義的に決まってしまい、ろう材の融点以下
の温度域では、ろう材が溶融及び流動しないためろう付
することができない。オールアルミニウム製熱交換器の
製造に一般的に用いられているＡｌ−Ｓｉ系及びＡｌ−
Ｓｉ−Ｚｎ系ろう材の融点は５７０〜６１５℃であるた
め、ろう付温度は５９０〜６１０℃に設定されており、こ
のろう材を用いて５７０℃以下の温度域でろう付を行う
ことはできない。しかし、従来から低融点のアルミニウム合金用ろう材と
してＺｎ-Ａｌ系、Ｚｎ-Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が用いられ
ている。これらの最低融点は、Ｚｎ-Ａｌ系が３８１
℃、Ｚｎ-Ａｌ−Ｓｉ系が３８２℃であるため、ろう付
け温度を４００℃程度に設定することができる。

【０００４】さらに、熱交換器には、高い耐食性が要求
されるが、これを維持するためには、各構成部材の電位
を調整する手段が有効である。オールアルミニウム製熱
交換器は外気等の腐食環境下において腐食によって冷媒
チューブに穴が開くと空調機として機能しなくなる。そ
こで、冷媒チューブにろう付されているフィンを犠牲陽
極として作用させることによって冷媒チューブを防食
し、穴が開くのを防止している。電位については、フィ
ンが最も卑であり、続いて冷媒チューブ表面のろう材
層、冷媒チューブの順に貴になるように設定されてい
る。従来、アルミニウム合金ろう材であるＡｌ−Ｓｉ系
及びＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系ろう材を使用して製造されたオ
ールアルミニウム製熱交換器は、上記のような電位順に
設定されており、製品として実用上十分な耐食性が得ら
れている。しかし、上述した従来のＺｎ-Ａｌ系、Ｚｎ-
Ａｌ−Ｓｉ系ろう材は、融点を低下させるためにＺｎの
含有量を概ね５０％以上に設定している。このろう材を
オールアルミニウム製熱交換器に使用した場合、フィン
と冷媒チューブ表面のろう材層との電位の貴卑が逆転
し、該ろう材層が最も卑になるため、ろう材層が最初に
腐食しやすくなるため、ろう材層に接している冷媒チュ
ーブが腐食して穴が開き、熱交換器の寿命が短かくな
る。したがって、従来のＺｎ-Ａｌ系、Ｚｎ-Ａｌ−Ｓｉ
系ろう材は、オールアルミニウム製熱交換器の製造に用
いることができないという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題を
解決し、オールアルミニウム製熱交換器をろう付によっ
て製造する場合に、フィン等の薄肉材の座屈変形や溶け
落ち等がなく、且つ、耐食性を保持するために電位がフ
ィンと冷媒チューブとの間の値になる低融点アルミニウ
ム合金ろう材を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る低融点アル
ミニウム合金ろう材は、上記目的を達成するため、重量
％で、Ｃｕ：１５〜３０％、Ｚｎ：１５〜３０％、Ｓ
ｉ：１〜１０％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物か
らなる。上記組成を有するろう材は、オールアルミニウ
ム製熱交換器の作製に適しており、塩化カリウム飽和銀
−塩化銀基準で、電位が−６５０〜−８５０ｍＶにな
る。したがって、熱交換器において、ろう材の電位がフ
ィンと冷媒チューブとの間になり、フィンを犠牲陽極と
することによって、熱交換器の耐食性を向上させること
ができる。また、ろう材の融点は４８０〜５４０℃とな
り、従来の一般的なろう材であるＡｌ−Ｓｉ系、及びＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系アルミ合金ろう材の融点よりも３０〜
１２０℃程度低くなる。これに合わせて、ろう付け温度
も同程度分、低温化することができるので、オールアル
ミニウム製熱交換器をろう付によって製造する場合に、
フィン等の薄肉材の座屈変形や溶け落ち等がなくなる。

【０００７】また、本発明の一態様に係る低融点アルミ
ニウム合金ろう材では、上記Ｃｕの含有量を１５〜２５
％とすることができる。このＣｕを添加することによっ
て、ろう材の融点を低下させると共に、ろう材の電位を
貴化させることができる。さらに、本発明の一態様に係
る低融点アルミニウム合金ろう材では、上記Ｚｎの含有
量を２０〜３０％とすることができる。このＺｎを添加
することによって、ろう材の融点を低下させると共に、
ろう材の電位を卑化させることができる。なお、上本発
明の更に別の態様に係る低融点アルミニウム合金ろう材
では、上記Ｓｉの含有量を２．５〜７％とすることがで
きる。このＳｉを添加することによって、ろう材の融点
を低下させると共に、ろう材が溶融したときの流動性を
向上させることができる。

【０００８】［アルミニウム合金ろう材の成分組成］銅（Ｃｕ）について本発明に係るアルミニウム合金ろう材に添加するＣｕの
上限は、３０重量％としている。３０重量％を超えて添
加すると、ろう材層の電位が冷媒チューブより貴にな
り、ろう材層がカソードとなって冷媒チューブの腐食を
促進するためである。また、添加するＣｕの下限は、１
５重量％としている。１５重量％未満の添加量ではろう
材の融点の低下量が小さく、融点低下に伴うフィンの溶
け落ち等の効果が小さいからである。したがって、Ｃｕ
の添加量は１５〜３０重量％とし、好ましくは１５〜２
５重量％とする。更に好ましくは１５〜２０重量％であ
る。このＣｕを添加することによって、ろう材の融点を
低下させると共に、ろう材の電位を貴化させることがで
きる。亜鉛（Ｚｎ）について本発明に係るアルミニウム合金ろう材に添加するＺｎの
上限は、３０重量％としている。３０重量％を超える添
加量では、ろう材層の電位がフィンより卑になり、フィ
ンの犠牲陽極効果がなくなり冷媒チューブが腐食しやす
くなるからである。また、添加するＺｎの下限は、１５
重量％としている。１５重量％未満の添加量では融点低
下量が小さく、効果が小さいからである。したがって、
Ｚｎの添加量は１５〜３０重量％とし、好ましくは２０
〜３０重量％とする。更に好ましくは２０〜２５重量％
である。このＺｎを添加することによって、ろう材の融
点を低下させると共に、ろう材の電位を卑化させること
ができる。

【０００９】珪素（Ｓｉ）について本発明に係るアルミニウム合金ろう材に添加するＳｉの
上限は、１０重量％としている。１０重量％を超える添
加量では、逆にろう材の融点が上昇すると共に高融点の
初晶が多く現れるため、ろう材の流動性が大幅に低下す
るからである。また、添加するＳｉの下限は、１重量％
としている。１重量％未満の添加量ではろう材流動性の
改善効果が顕著に表れず、効果が小さいからである。し
たがって、Ｓｉの添加量は１〜１０重量％とし、好まし
くは２．５〜７重量％とする。更に好ましくは２．５〜
５重量％である。このＳｉを添加することによって、ろ
う材の融点を低下させると共に、ろう材が溶融したとき
の流動性を向上させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る低融点アル
ミニウム合金ろう材の一実施形態について、詳細に説明
する。このオールアルミニウム製熱交換器の接合に用い
る低融点アルミニウム合金ろう材は、その組成がＡｌ−
１５〜３０重量％Ｃｕ−１５〜３０重量％Ｚｎ−１〜１
０重量％Ｓｉであり、１）低融点であること、及び２）
電位がフィンより貴で、且つ冷媒チューブより卑である
という特徴を両方とも備えている。［ろう材の電位］上記低融点アルミニウム合金ろう材
は、電位制御の条件を備えなくてはならない。ろう材に
要求される電位としては、塩化カリウム飽和銀−塩化銀
基準で−８５０〜−６５０ｍＶである。−６５０ｍＶよ
りも貴であると、フィンの犠牲陽極としての効果が小さ
くなり、冷媒チューブの防食効果が小さい。更に大幅に
ろう材の電位を貴とし、電位列が逆転して冷媒チューブ
より貴にすると、冷媒チューブの腐食を促進する可能性
が大きくなる。また、逆にろう材の電位を−８５０ｍＶ
よりも卑とすると、フィンとの電位列が逆転してろう材
層がフィンよりも卑となり、ろう材層の腐食速度が速く
なる。これによって、フィンと冷媒チューブが剥離して
熱交換器の性能が低下する可能性が大きくなる。したが
って、本発明に係るろう材の電位は−８５０ｍＶ〜−６
５０ｍＶであり、このうち、−８５０〜−７５０ｍＶが
望ましい。

【００１１】［ろう材中のＺｎ添加量と電位との関係］
次に、ろう材中に種々の量のＺｎを添加した場合におけ
る、Ｚｎ添加量と電位との関係について検討する。図１
は、純Ａｌ及びＡｌ−２５ｗｔ％Ｃｕ-５ｗｔ％Ｓｉ系
合金中にＺｎを添加し、この添加Ｚｎ量を変化させて作
製したアルミニウム合金ろう材を用いて電位測定を行っ
たグラフである。この図において、Ａｌをマトリックス
として、このＡｌ中にＣｕとＳｉを添加し、Ｚｎは添加
しないろう材の場合、電位は冷媒チューブ材料相当のも
のよりも貴化するため、ろう材として使用できない。ま
た、純ＡｌにＺｎのみを添加した場合は、１重量％以上
Ｚｎを添加した場合、電位は大幅に卑になり、その後６
０重量％までＺｎ添加量に対する電位の卑化量（低下
量）は小さくなり、可動範囲の大きな電位制御は非常に
困難である。そして、ＡｌのマトリックスにＣｕ、Ｓｉ
及びＺｎの全てを複合添加した場合は、電位は概ねＺｎ
の添加量に比例して直線的に卑化（低下）しており、可
動範囲の大きな電位制御が可能である。以上から、ろう
材の電位をフィンと冷媒チューブとの間に設定するに
は、本発明に係るアルミニウム合金ろう材の成分範囲を
Ａｌ-１５〜３０重量％Ｃｕ-１５〜３０重量％Ｚｎ-１
〜１０重量％Ｓｉとすることが好ましい。

【００１２】［ろう材の融点］上述したように、電位の
観点からアルミニウム合金ろう材の組成をＡｌ-１５〜
３０重量％Ｃｕ-１５〜３０重量％Ｚｎ-１〜１０重量％
Ｓｉとしたが、このろう材の融点は４８０〜５４０℃と
なる。従来、熱交換器に広く用いられているＡｌ−Ｓｉ
系及びＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系アルミニウム合金ろう材の融
点は５７０〜６１５℃であるため、本発明に係るろう材
は従来のものよりも３０〜１２０℃程度融点が低く、こ
れによってろう付温度の低温化が達成できる。これに伴
い、ろう付け温度を、従来の一般的な温度である６００
℃から５２０℃まで８０℃下げると、図２に示すよう
に、フィンの高温強度を示す指標の一つであるササグ量
を約１／２に低下でき、合わせてフィンの高温強度を約
２０％向上することが可能である。ここで、サグ#量に
ついて図３を用いて説明する。まず、熱交換器を構成す
るアルミフィン材１を略水平状に台２に固定した状態
で、この台２から突き出た長さ（突出量）Ｌを測定す
る。次いで、上記アルミフィン材１を加熱するとアルミ
フィン材１が下方に折れ曲がるため、その先端１ａの高
さも下がる。この高さの変化量を垂下量Ｄといい、該垂
下量Ｄを上記突出量Ｌで割って１００を掛けた値をサク゛
量と呼ぶ。これらの結果から、ろう付温度の低温化によ
って、ろう付製造時におけるフィン等の薄肉材の座屈変
形、脱落、溶け落ち等の問題を解消できるといえる。

【００１３】

【実施例】［実施例１］本発明に係るアルミニウム合金
ろう材を用いたろう付の不良低減、及びこの不良低減に
よる歩留まり向上の効果を検証した。本発明に係るろう
材と、比較材として従来から用いられているろう材とを
用いて、オールアルミニウム製熱交換器をろう付製造
し、フィンの座屈変形、脱落、溶け落ち等のろう付不良発
生率を比較した。その結果を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】この表から、本発明に係るろう材は、従来
のろう材よりもろう付温度が低いため、フィンの座屈変
形、脱落、溶け落ち等のろう付不良率が低く、良好なろう
付が可能であり、製品歩留まりの向上、及び製品コスト
の低減が期待できる。

【００１６】［実施例２］次に、本発明に係るろう材を
使用したオールアルミニウム製熱交換器の耐食性を検証
した。まず、本発明に係るろう材と、比較材として従来
から使用されているろう材とを用いて、オールアルミニ
ウム製熱交換器をろう付け製造し、該熱交換器の腐食試
験を実施した。その結果を表２に示す。

【００１７】

【表２】

【００１８】この結果から、電位の相違から推定出でき
たように、本発明に係るろう材は、従来のろう材と同等
又はそれ以上の耐食性が得られることが確認できた。ま
た、従来のアルミニウム合金用低融点ろう材であるＺｎ-
Ａｌ系、Ｚｎ-Ａｌ−Ｓｉ系ろう材は腐食量が大きく耐食
性が悪かった理由は、該ろう材は融点を低下させるため
にＺｎ含有量が概ね５０％以上であり、冷媒チューブ材
に比べて電位が極めて卑であるので腐食が進んだと考え
られる。

【００１９】

【発明の効果】従来の低融点アルミニウム合金用ろう材
には、アルミニウム合金に対して極めて卑電位であり熱
交換器に使用した場合に耐食性が大幅に悪化するという
性質があった。しかし、本発明であるオールアルミニウ
ム製熱交換器用低融点アルミニウム合金ろう材によれ
ば、ろう材の成分組成と添加元素量とを最適化して電位
制御し、熱交換器の耐食性を従来と同等かそれ以上確保
しつつ、且つろう付の温度を低温化した。このため、フ
ィン等の薄肉材のろう付時における座屈変形、脱落、溶け
落ち等のろう付不良を大幅に低減することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】純Ａｌ及びＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金にＺｎを添
加したろう材における、Ｚｎ添加量と電位との関係を示
すグラフである。

【図２】本発明に係るろう材を用いてろう付けを行った
場合の、ろう付温度とアルミフィンのサグ量との関係を
示すグラフである。

【図３】アルミフィンのサグ量を説明する概略図であ
る。

【符号の説明】

１フィン材１ａ先端２台Ｌ突出量Ｄ垂下量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃｕ：１５〜３０％、Ｚｎ：
１５〜３０％、Ｓｉ：１〜１０％含有し、残部がＡｌ及
び不可避不純物からなる低融点アルミニウム合金ろう
材。
【請求項２】上記Ｃｕの含有量を１５〜２５％とした
ことを特徴とする請求項１に記載の低融点アルミニウム
合金ろう材。
【請求項３】上記Ｚｎの含有量を２０〜３０％とした
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の低融点アルミ
ニウム合金ろう材。
【請求項４】上記Ｓｉの含有量を２．５〜７％とした
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低融
点アルミニウム合金ろう材。