JP2001150180A - 熱交換器用アルミニウム材料 - Google Patents

熱交換器用アルミニウム材料

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JP2001150180A
JP2001150180A JP33595599A JP33595599A JP2001150180A JP 2001150180 A JP2001150180 A JP 2001150180A JP 33595599 A JP33595599 A JP 33595599A JP 33595599 A JP33595599 A JP 33595599A JP 2001150180 A JP2001150180 A JP 2001150180A
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heat exchanger
brazing
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corrosion resistance
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Yoshikazu Kato
良和 加藤
Kiyoshi Tada
清志 多田
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Showa Aluminum Can Corp
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Showa Aluminum Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有害重金属を使用せず、またプロセスを増や
すことなく製造でき、優れた耐食性を有する熱交換器用
アルミニウム材料を提供する。 【解決手段】 熱交換器用アルミニウム材料は、芯材の
少なくとも一面に、Si:9.0〜11.0%、Mg:
1.0〜2.0%、Fe:0.1〜0.3%およびS
r:0.02〜0.10%を含み、残部がAlおよび不
純物からなるろう材がクラッドされている。また、前記
芯材は、Si:0.1〜0.6%、Cu:0.3〜0.
5%、Mn:0.6〜1.0%、Mg:0.1〜0.3
%およびTi:0.05〜0.20%を含み、Feが
0.3%以下に規制され、残部がAlおよび不純物から
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、芯材にろう材が
クラッドされ、耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム
材料に関する。
【0002】なお、この明細書において、「アルミニウ
ム」の語はアルミニウムおよびその合金の両者を含む意
味で用いられる。
【0003】
【従来の技術】エアコン用熱交換器、例えばプレートと
フィンとを組み合わせたラミネートエバポレーターで
は、プレート材料として、JIS 3003等からなる
芯材にAl−Si−Mg合金ろう材がクラッドされたブ
レージングシートが用いられるとともに、フィン材料に
はJIS 1100や3203、あるいはこれらに電位
的に卑な重金属元素を添加したAl合金が用いられ、フ
ィンの陰極防食による耐食性改善が図られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、熱交換器に要
求される耐食性は益々厳しさを増し、また近い将来環境
面から重金属の使用規制が実施されることを考慮する
と、フィンの陰極防食のみならずプレート自身の耐食性
を向上させる必要がある。しかし、上述した従来のプレ
ート材、特にろう材はろう付時に卑なMgがゲッター作
用により材料中から蒸発して十分な陰極防食効果が得ら
れない。そこで、Pb、Sn,In、Ca等の卑なる元
素の添加やろう付後の再熱処理によるろう材結晶組織の
調整等によって耐食性を向上させる試みがなされてい
る。しかし、これらの試みは、重金属規制に関わる元素
が用いられていること、またプロセスの追加によるコス
トアップが生じることにより環境面からもコスト面から
も好ましい方法ではない。
【0005】この発明は、上述の技術背景に鑑み、有害
重金属を使用せず、またプロセスを増やすことなく製造
でき、優れた耐食性を有する熱交換器用アルミニウム材
料の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明の熱交換器用アルミニウム材料は、アルミ
ニウムからなる芯材の少なくとも一面に、Si:9.0
〜11.0%、Mg:1.0〜2.0%、Fe:0.1
〜0.3%およびSr:0.02〜0.10%を含み、
残部がAlおよび不純物からなるろう材がクラッドされ
ていることを特徴とする。また、前記芯材は、Si:
0.1〜0.6%、Cu:0.3〜0.5%、Mn:
0.6〜1.0%、Mg:0.1〜0.3%およびT
i:0.05〜0.20%を含み、Feが0.3%以下
に規制され、残部がAlおよび不純物からなることが好
ましい。
【0007】この発明の熱交換器用アルミニウム材料
は、芯材にろう材をクラッドしたブレージングシートで
あってプレート材料として好適に用いられる。前記芯材
は、従来より熱交換器のプレート用部材として用いられ
るアルミニウムを適宜使用し、ろう材層の組成を限定す
ることにより耐食性の向上を図っている。
【0008】前記ろう材組成において、元素の添加意義
および含有量の限定理由は次のとおりである。
【0009】Si、MgおよびFeは、ろう材としての
基本性能を発現させるために添加される元素である。S
iは、合金の融点を下げてろう流れを良くするために添
加される。その含有量が9%未満ではろう付性が低下
し、11%を超えるとSiの浸食が顕著になるため、9
〜11%とする。Si含有量の好ましい下限値は9.5
%、好ましい上限値は10.5%である。また、Mgは
ろう付性向上および強度向上のために添加される。その
含有量が1.0%未満では、前記効果が乏しく、2.0
%を超えると圧延時に割れが発生するおそれがある。M
g含有量の好ましい下限値は1.2%、好ましい上限値
は1.8%である。Feは、圧延性を高めてブレージン
グシートの製作を容易にするために添加される。通常F
eはAl合金中に不純物として含まれているが、その含
有量が0.1%未満では前記効果に乏しく、0.3%を
超えるとろう材の伸びが低下して圧延割れを生じるおそ
れがある。Fe含有量の好ましい下限値は0.1%、好
ましい上限値は0.2%である。
【0010】Srは、アルカリ土金属であって、ろう材
組織において共晶Siを微細化し、耐食性を高めるため
に添加される。共晶Siの微細化が耐食性を高めるメカ
ニズムは次の通りである。
【0011】図1に示すように、通常芯材(1)にクラ
ッドされたろう材(2)組織は初晶α相(11)、共晶α
相(12)および共晶Si相(13)で形成されている。S
rは、共晶Si(13)が晶出する際にその粒界に析出
し、共晶Si(13)の成長を抑制する効果があって、共
晶Si結晶を微細化することができる。
【0012】また、分極測定を行うと、Sr添加によっ
て孔食電位(Ep)は変化しないが自然電位(Ec)が
低下してカソード曲線が低電流密度側へシフトすること
から、共晶Siの形態変化(微細化)によってカソード
面積が減少していると考えられる。
【0013】一般に、アノード反応とカソード反応は次
のように表すことができる。
【0014】 アノード反応:Al → Al3+ + 3e- カソード反応:O2 + 4H+ + 4e- → 2H2
O 2H+ + 2e- → H2 これらの反応は等価で起こるため、カソード面積が減少
するとカソード反応が起こりにくくなり、結果としてア
ノード反応が遅延して腐食速度が低下するものと考えら
れる。また、自然電位(Ec)の低下によって孔食電位
(Ep)との電位差ΔEが大きくなることは、孔食を起
こすための必要電力が大きくなることであるから、孔食
が発生しにくくなる。従って、腐食速度が遅延し、かつ
孔食が起こりにくくなって腐食する場合でも面腐食とな
るため、芯材の腐食を免れて熱交換器としての耐食性が
向上する。
【0015】このような、Sr添加による共晶Siの微
細化は、その含有量が0.02%未満では効果が乏し
く、0.10%を超えると効果が飽和するため、0.0
2〜0.10%の範囲とする。共晶Siを効率良く微細
化しうる点で、Sr含有量の好ましい下限値は0.03
%、好ましい上限値は0.07%である。
【0016】上述した組成のろう材に対し、さらに請求
項2の特定組成の芯材を組み合わせることにより、なお
一層熱交換器の耐食性を向上させることができる。前記
芯材組成において、各元素の添加意義および含有量の限
定理由は次のとおりである。
【0017】SiおよびCuは貴なる元素である。これ
らの元素を添加することにより、芯材の電位を貴に移行
させて腐食しにくくするものであり、特に耐孔食性を向
上させる効果がある。従って、耐食性に優れ、経年によ
り腐食した場合でも面腐食して孔食を防いで熱交換器と
しての耐久性を確保する。Si含有量およびCu含有量
がそれぞれ0.1%未満、0.3%未満であれば前記効
果に乏しい。また、Si含有量が0.6%を超えると、
Al−Mn−Fe−Si系化合物の晶出量増加に伴って
Mn固溶量が低下し、Cu含有量が0.5%を超える
と、Al−Cu系化合物の粒界析出を促進し、結果的に
粒内との電位差が拡がって粒界優先腐食を助長するとい
う不都合がある。Si含有量の特に好ましい下限値は
0.2%、特に好ましい上限値は0.4%である。Cu
含有量の特に好ましい下限値は0.3%、特に好ましい
上限値は0.4%である。
【0018】MnおよびMgは強度向上に寄与する元素
である。Mn含有量およびMg含有量がそれぞれ0.6
%未満、0.1%未満であれば前記効果に乏しい。ま
た、Mn含有量が1.0%を超えると材料の伸びが低下
し、Mg含有量が0.3%を超えると熱間圧延時に割れ
を生じる。Mn含有量の特に好ましい下限値は0.7
%、特に好ましい上限値は、0.9%である。Mg含有
量の特に好ましい下限値は0.15%、特に好ましい上
限値は0.25%である。
【0019】Tiは、SiおよびCuとの併用により相
乗的に耐食性を向上させる元素である。Ti含有量が
0.05%未満では前記効果に乏しく、0.20%を超
えると相乗効果が飽和し、また伸びが悪くなって加工性
が低下する。Ti含有量の特に好ましい下限値は0.0
5%、特に好ましい上限値は0.15%である。
【0020】Feは不純物として不可避的に含まれる元
素であるが、その含有量が0.3%を超えると、芯材の
Mn固溶量の低下を招いて電位が卑になるため0.3%
以下に規制し、特に0.2%以下が好ましい。
【0021】この発明の熱交換器用アルミニウム材料
は、芯材の少なくとも片面に所定組成のろう材層をクラ
ッドしたブレージングシートであるが、その製造方法は
従来のブレージングシートの製造方法と変わりはなく、
各材料を鋳造した後にクラッド圧延するといった周知手
段により製造される。
【0022】このように、この発明の熱交換器用アルミ
ニウム材料において、耐食性向上を目的としてろう材に
添加される元素はSrであり、有害な重金属を用いずに
優れた耐食性を得ることができる。また、Srはろう材
を構成する合金を鋳造する際に添加すれば良いから、工
程を増やすことなく製造することができる。また、特定
組成の芯材を用いる場合も、芯材合金鋳造時の組成調整
だけであるから工程を増やすことなく製造することがで
きる。
【0023】
【実施例】次に、この発明の熱交換器用アルミニウム材
料の具体的実施例について詳述する。 [ブレージングシートの製作]表1に示す各組成の芯材
材料およびろう材材料を鋳造し、芯材の両面にろう材を
クラッド圧延して、最終的に芯材厚さ0.35mm、ろう
材厚さ(片面)0.075mmの10種類のブレージング
シートを製作した。
【0024】
【表1】
【0025】〔共晶Siの微細化〕10種類のブレージ
ングシートのうち、Sr含有量の異なるNo.1〜7につ
いてろう材断面の画像解析を行い、共晶Siの平均サイ
ズを調べた。結果を表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】さらに、同じくNo.1〜7について分極測
定を行った。これらの分極測定結果より、自然電位(E
c)および孔食電位(Ep)を求め、これらの電位差
(ΔE)を求めた。これらの結果を表2に併せて示す。
【0028】表2から、Srの添加により共晶Siが微
細化され、この微細化によって自然電位が低下して孔食
電位(Ep)と自然電位(Ec)との電位差(ΔE)が
大きくなって、孔食を起こすための必要電力が大きくな
ることを確認した。 [耐食性]全てのブレージングシートについてSWAA
Tを行い、各試験時間における最大孔食深さを調べた。
これらの結果を表1に併せて示す。
【0029】表1〜表2の結果より、この発明のアルミ
ニウム材料は、ろう材層におけるSr添加によって共晶
Siが微細化され、優れた耐食性、特に耐孔食性を有す
るものであることを確認できた。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の熱交換
器用アルミニウム材料は、アルミニウムからなる芯材の
少なくとも一面に、Si:9.0〜11.0%、Mg:
1.0〜2.0%、Fe:0.1〜0.3%およびS
r:0.02〜0.10%を含み、残部がAlおよび不
純物からなるろう材がクラッドされているから、ろう材
組織における共晶Siが微細化される。その結果、カソ
ード面積が減少してカソード反応が抑制され、必然的に
アノード反応が抑制されることとなり、腐食速度が低下
して耐食性が向上する。また、自然電位が下がって孔食
電位との電位差が大きくなるため、特に耐孔食性が向上
する。
【0031】また、前記芯材が、Si:0.1〜0.6
%、Cu:0.3〜0.5%、Mn:0.6〜1.0
%、Mg:0.1〜0.3%およびTi:0.05〜
0.20%を含み、Feが0.3%以下に規制され、残
部がAlおよび不純物からなる場合は、芯材の電位が貴
に移行するために特に耐孔食性に優れたものとなり、ろ
う材が腐食して芯材に到達しても孔食を免れて熱交換器
としての致命的な損傷を回避できる。
【0032】また、これらの熱交換器用アルミニウム材
料は、ろう材あるいはさらに芯材の合金組成によって優
れた耐食性を発現させるものであるから、有害重金属を
使用することなくかつ工程を増やすことなく優れた耐食
性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱交換器用アルミニウム材料において、ろう材
の結晶組織を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
1…芯材 2…ろう材 11…初晶α相 12…共晶α相 13…共晶Si
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F28F 21/08 F28F 21/08

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウムからなる芯材の少なくとも
    一面に、Si:9.0〜11.0%、Mg:1.0〜
    2.0%、Fe:0.1〜0.3%およびSr:0.0
    2〜0.10%を含み、残部がAlおよび不純物からな
    るろう材がクラッドされていることを特徴とする熱交換
    器用アルミニウム材料。
  2. 【請求項2】 前記芯材は、Si:0.1〜0.6%、
    Cu:0.3〜0.5%、Mn:0.6〜1.0%、M
    g:0.1〜0.3%およびTi:0.05〜0.20
    %を含み、Feが0.3%以下に規制され、残部がAl
    および不純物からなる請求項1に記載の熱交換器用アル
    ミニウム材料。
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