JP2001334387A

JP2001334387A - アルミニウム合金接合用低温ろう材

Info

Publication number: JP2001334387A
Application number: JP2000156965A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Ohara; 伸昭大原; Takenobu Doko; 武宜土公; Maki Shimizu; 真樹清水; Hiroshi Ogawa; 洋小川; Satoshi Nohira; 智野平; Hiroyuki Nishikawa; 宏之西川
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】耐食性に優れるＡｌ合金接合用低温ろう材を
提供する。【解決手段】Ｓｉを４．０ｗｔ％以上８．０ｗｔ％未
満、Ｚｎを７．０ｗｔ％以上２０．０ｗｔ％以下、Ｃｕ
を１０．０ｗｔ％以上３５．０ｗｔ％以下含有し、残部
がアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合
金接合用低温ろう材。【効果】耐食性に優れるため、腐食環境下でも、ろう
付強度が安定して保持される。またろう付温度を低くで
きるため、ブレージングシートの犠牲材中のＺｎが芯材
へ拡散して芯材の耐食性が低下するといった高温ろう材
における諸問題が全て解消される。さらにろう付作業時
間が短縮できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性に優れるア
ルミニウム（以下、適宜Ａｌと略記する）合金接合用低
温ろう材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ａｌ合金組み立て品のろう付は、
芯材（Ａｌ−Ｍｎ系合金）の片面に犠牲材（Ａｌ−Ｚｎ
系合金）を、他面にろう材（Ａｌ−Ｓｉ系合金）を圧延
接合したブレージングシートを用いて形成した組み立て
品を炉内でろう材の融点（液相線温度）を超える６００
℃付近の温度に保持して行われる。このろう付方法は、
多数の個所を同時にろう付できるため熱交換器コアを始
めとするさまざまな製品を製造する工業的な方法として
確立されている。なお、前記ろう付方法には、ろう材中
にＭｇを添加して真空炉中で加熱し、Ｍｇの蒸発とゲッ
ター作用によりＡｌ表面の酸化皮膜を破壊してろう付す
る真空ろう付法と、非腐食性のフラックスを使用し、窒
素ガス雰囲気炉中でろう付するＮＢ法（ＣＡＢ法）とが
ある。

【０００３】前記熱交換器コアは、図１に示すように、
冷媒を通すチューブ１、チューブ１間にろう付される放
熱用コルゲート状フィン（以下、適宜フィンと称する）
２、冷媒を供給し或いは排出するためのヘッダーパイプ
３またはパイプ４、ヘッダーパイプ３の上下を閉鎖する
エンドキャップ５、２本のヘッダーパイプ３間を固定す
るサイドプレート６から構成されている。そしてチュー
ブ１に前記ブレージングシートが用いられ、チューブ１
とフィン２とがろう付される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金ろう材を用いたろう付方法では、ろう付温度が
約６００℃と高いため次のような問題がある。即ち、
（１）ろう付時にアルミブレージングシートを構成する
犠牲材（Ａｌ―Ｚｎ系合金）中のＺｎが芯材（Ａｌ−Ｍ
ｎ系合金）に拡散して、芯材の耐食性が低下する。
（２）ろう付時に芯材中のＭｎ析出物が再固溶して芯材
の熱伝導性が低下し熱交換器の熱特性が損なわれる。
（３）強度向上に有効なＣｕ、Ｍｇの合金元素は固相線
温度をろう付温度以下に下げるため、芯材に添加できな
い。さらに、Ｍｇは、ろう付時にブレージングシート表
面に拡散してフラックスの機能を低下させる。（４）ア
ルミ熱交換器のリサイクル材はＳｉを２〜５ｗｔ％含み
固相線温度をろう付温度以下に下げるため、芯材に使用
できない。

【０００５】このように、現用の高温ろう材には種々の
問題があるが、これら問題はろう材の融点を下げること
により解決できる。特にろう付温度を５２０℃前後に下
げられれば、ろう材の溶融およびフィレットの形成が迅
速になされろう付作業時間が短縮される。このようなこ
とからＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ−Ｃｕ合金からなる低温ろう材
が提案された（特開平３−５７５８８号）が、十分な耐
食性が得られないという問題があった。そこで、本発明
者等は、前記低温ろう材では十分な耐食性が得られない
理由を検討し、その結果、前記ろう材では、自然電位を
高めて耐食性を向上させるＣｕが、多量に含有されるＳ
ｉ（８．０ｗｔ％以上）と化合物を生成して、前記Ｃｕ
の効果を阻害するためであることを突き止め、さらに検
討を重ねて本発明を完成させるに至った。本発明は、耐
食性に優れるＡｌ合金接合用低温ろう材の提供を目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
Ｓｉを４．０ｗｔ％以上８．０ｗｔ％未満、Ｚｎを７．
０ｗｔ％以上２０．０ｗｔ％以下、Ｃｕを１０．０ｗｔ
％以上３５．０ｗｔ％以下含有し、残部がアルミニウム
と不可避不純物からなるアルミニウム合金接合用低温ろ
う材である。

【０００７】本発明のＡｌ合金接合用低温ろう材は、Ａ
ｌ母材にＳｉ、ＺｎおよびＣｕを適量含有させてろう材
の融点を下げたものであり、前記Ｚｎによる自然電位の
低下（耐食性の低下）を、自然電位を高めるＣｕを適量
含有させて抑制し、かつＣｕの前記効果を阻害するＳｉ
の含有量を８．０ｗｔ％未満に抑えたものである。

【０００８】本発明において、Ｓｉの含有量を４．０ｗ
ｔ％以上８．０ｗｔ％未満に規定する理由は、４．０ｗ
ｔ％未満ではろう材の融点が十分に下がらず、８．０ｗ
ｔ％以上ではＣｕの自然電位を高める効果が阻害され、
十分な耐食性が得られなくなるためである。Ｚｎの含有
量を７．０〜２０．０ｗｔ％に規定する理由は、７．０
ｗｔ％未満ではろう材の融点が十分に下がらず、２０．
０ｗｔ％を超えると自然電位が大幅に低下してＣｕを含
有させても自然電位を回復させることが困難になるため
である。Ｃｕの含有量を１０．０〜３５．０ｗｔ％に規
定する理由は、１０．０ｗｔ％未満ではろう材の融点が
十分に下がらず、またＺｎによる自然電位の低下を十分
抑制できず、３５．０ｗｔ％を超えるとろう材に金属間
化合物が生成して接合部が脆化するためである。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明を実施例により詳細に説明す
る。（実施例１）図２に示すように、芯材（Ａｌ−Ｍｎ系の
ＪＩＳ３００３合金）７の片面に犠牲材（Ａｌ−Ｚｎ系
のＪＩＳ７０７２合金）８を厚さ比率１０％で圧延接合
し、他面に本発明規定組成の低温ろう材９粉末（平均粒
径３５μｍのアトマイズ粉）を有機バインダーを混合し
て層状に塗布してブレージングシート１０を作製し、こ
のブレージングシート１０の低温ろう材９層上にＪＩＳ
３００３合金板１１を垂直に当接させ、当接部分にＣｓ
フラックスを塗布し、これを液相線温度より５℃高い温
度の窒素ガス雰囲気炉中に１０分間保持してブレージン
グシート１０とＪＩＳ３００３合金板１１をろう付し
た。

【００１０】（比較例１）ろう材粉末の組成を本発明規
定外とした他は、実施例１と同じ方法によりブレージン
グシートとＪＩＳ３００３合金板をろう付した。

【００１１】（比較例２）芯材（ＪＩＳ３００３合金）
の片面に犠牲材（ＪＩＳ７０７２合金）を、他面にろう
材（ＪＩＳ４３４３合金）を圧延圧接してブレージング
シートを作製し、このブレージングシートのろう材上
に、ＪＩＳ３００３合金板を垂直に当接させ、当接部分
に非腐食性のＫＦ−ＡｌＦ₃ 系フラックスを塗布し、こ
れを５９７℃の窒素ガス雰囲気炉中に３分間保持してブ
レージングシートとＪＩＳ３００３合金板をろう付し
た。

【００１２】実施例１および比較例１、２で得られた各
々のろう付部材について、フィレット形状およびろう材
の隙間充填長さ（ろう材の流動性を示す）を調べた。ま
たブレージングシートにおける、犠牲材中Ｚｎの芯材へ
の拡散距離をＥＰＭＡにより測定した。

【００１３】（実施例２）芯材（ＪＩＳ３００３合金）
の片面に犠牲材（ＪＩＳ７０７２合金）を厚さ比率１０
％で圧延接合した複合板（厚さ０．２５ｍｍ）を芯材を
表側にして電縫加工して長さ１５０ｍｍの管材とし、こ
の管材の表面に本発明規定組成のろう材粉末を有機バイ
ンダーを混合して塗布してチューブとし、これを、図３
に示すように、複数本平行に並べ、各チューブ１２間に
厚さ７０μｍのコルゲート状フィン（ＪＩＳ３００３合
金＋１ｗｔ％Ｚｎ）１３を挟み込み、全体を治具で固定
して液相線温度より５℃高い温度の窒素ガス雰囲気炉中
に１０分間保持してチューブ１２とフィン１３をろう付
した。

【００１４】（比較例３）ろう材粉末の組成を本発明規
定外とした他は、実施例２と同じ方法によりチューブと
フィンをろう付した。

【００１５】（比較例４）ブレージングシートに、芯材
（ＪＩＳ３００３合金）の片面に犠牲材（ＪＩＳ７０７
２合金）を、他面にろう材（ＪＩＳ４３４３合金）を圧
延接合した従来のブレージングシートを用い、フラック
スに、非腐食性のＫＦ−ＡｌＦ₃ 系フラックスを用い、
５９７℃の窒素ガス雰囲気炉中に３分間保持した他は、
実施例２と同じ方法によりチューブとフィンをろう付し
た。

【００１６】実施例２、比較例３、４で得られた各々の
チューブとフィンのろう付品について、塩水噴霧試験を
ＪＩＳＺ２３７１に基づいて１００時間行い、試験後の
ろう付品を引張試験した。引張試験は、図４に示すよう
に、チューブ１２側のフィン１３の山間に鉄製ピン１４
を各１本づつ計３本通し（３本組ピン）、チューブ１５
側のフィン１３の山間に鉄製ピン１４を各１本づつ計４
本通し（４本組ピン）、前記３本組ピンを固定し、前記
４本組ピンを下方に引張って行った。フィン２部で破断
した場合はろう付部の耐食性良好、ろう付部で破断した
場合はろう付部の耐食性不良と判定した。さらに塩水噴
霧試験後のチューブの耐食性をピンホール有無により判
定した。実施例１、２および比較例１〜４の結果を表１
に示す。表１にはろう材粉末の組成および熱分析により
求めた液相線温度と固相線温度を併記した。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１より明らかなように、本発明のろう材
を用いたもの（Ｎｏ．１〜５）は、いずれもフィレット
形状が良好であり、ろう材の隙間充填長さが長く、つま
り溶融ろうの湯流れ性が良く、犠牲材中Ｚｎの芯材への
拡散距離が短い。また塩水噴霧試験後の引張試験ではフ
ィン部で破断しており、ろう材の耐食性が良好なことが
示された。また芯材へのＺｎの拡散が少ないためチュー
ブは耐食性に優れた。これに対し、比較例のＮｏ．６は
Ｃｕが少ないため、Ｎｏ．７はＳｉが多いためＣｕの自
然電位を高める効果が十分に得られず、いずれもろう付
部が腐食減耗してろう付部で破断した。Ｎｏ．８（従来
材）はろう付温度（ろう材の融点）が高いため、犠牲材
中のＺｎが芯材へ多量に拡散して芯材の耐食性が低下し
塩水噴霧試験後のチューブにピンホールが発生した。

【００１９】ろう付所要時間（昇温および降温時間を含
む炉内保持時間）を比較すると、本発明のろう材を用い
た場合（実施例２）は、ろう付温度が５２０℃前後のた
め、１サイクルあたり約１時間であった。これに対し、
従来法（比較例４）では、ろう付温度が６００℃と高い
ため、ろう付所要時間は１サイクルあたり約１．３時間
であった。このように、本発明のろう材は融点が低いた
め、ろう付温度を５２０℃前後に抑えることができ、ろ
う付作業時間を短縮できる。

【００２０】また、本発明では、ろう付温度が５２０℃
前後に抑えられるので、ろう付時にＭｎが再固溶して芯
材の熱伝導性が低下したり或いはＭｇが表面に拡散して
フラックスの機能が低下したりすることがない。さら
に、芯材にＣｕ、Ｍｇが強度向上のため添加されても或
いはリサイクル材の使用でＳｉが混入しても、芯材の固
相線温度が５３０℃以下に下がることはなく、従って芯
材の強度向上或いは芯材へのリサイクル材の使用が可能
である。

【００２１】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の低温ろう
材は、自然電位を低下させるＺｎに対し自然電位を高め
るＣｕが適量含有されているため、また前記Ｃｕの効果
を阻害するＳｉの含有量を８．０ｗｔ％未満に抑えてあ
るため耐食性に優れ、腐食環境下でも良好なろう付性が
安定して得られる。またろう付温度を低くできるため、
ブレージングシートの犠牲材中のＺｎが芯材へ拡散して
芯材の耐食性が低下するなどの高温ろう材における諸問
題が全て解消され、さらにろう付作業時間が短縮でき
る。依って、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器コアの斜視説明図である。

【図２】本発明のろう材を用いたろう付性試験用ろう付
部材の斜視説明図である。

【図３】本発明のろう材を用いた塩水噴霧試験用ろう付
品の斜視説明図である。

【図４】塩水噴霧試験後のろう付品の引張試験方法の縦
断面説明図である。

【符号の説明】

１チューブ２コルゲート状フィン３ヘッダーパイプ４パイプ５エンドキャップ６サイドプレート７芯材８犠牲材９低温ろう材１０ブレージングシート１１ＪＩＳ３００３合金板１２チューブ１３コルゲート状フィン１４鉄製ピン１５チューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水真樹愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者小川洋愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者野平智愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者西川宏之愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉを４．０ｗｔ％以上８．０ｗｔ％未
満、Ｚｎを７．０ｗｔ％以上２０．０ｗｔ％以下、Ｃｕ
を１０．０ｗｔ％以上３５．０ｗｔ％以下含有し、残部
がアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合
金接合用低温ろう材。