JP2002542393A - ろう付け用シート - Google Patents
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Abstract
Description
一つの側上の主要合金化元素としてケイ素を通常5から14重量%の範囲で含む
、アルミニウム合金ロール接合あるいはクラッドろう付け用層を持つろう付け用
シートを指向する。本発明は、更に、このようなろう付け用シートを製造する方
法と、またこのように製造した組立体にも関する。
である。これらの合金は、強度、低重量、良好な熱及び電気伝導性、ろう付け性
、耐食性、及び成形性の望ましい組合せにより選ばれる。
く、自動車用ラジエーター、蒸発器、凝縮器、給気冷却器で広く使用されている
。NOCOLOK(商標)フラックスを使用する制御雰囲気ろう付け(CAB)
と真空ろう付けとして知られる、2つのろう付け方法が慣用であり、ここで述べ
る必要はない。上記フラックスは、カリウム及びフルオロ−アルミネートの混合
物からできた非腐食性のフラックスである。このようなろう付けは、ろう付け用
層のアルミニウムケイ素合金により決まる約600℃の温度で行なわれる。
付け性を持つ市販のろう付け用シートは、例えば一つの側にろう付け合金により
クラッド化されたコア合金を含んでなり、上記コア合金は次の組成を重量%を持
つ。 Mn;0.65−1.0 Cu;0.5−0.7 Si;最高0.3 Fe;最高0.5 Zn;最高0.10 Ti;0.08−0.10 差し引き;アルミニウムと不純物。 このようなろう付け用シートは、キャスティングと熱ロールかけによる熱変形の
加工ステップの間でこのコアを均質化処理にかけた場合及び均質化処理にかけな
かった場合、それぞれ、通常、40MPa迄及び48MPa迄の範囲の後ろう付
け0.2%降伏強度を得ることが可能である。更には、このろう付け用シートは
、ASTM G−S5によるSWAAT試験で試験して、長寿命の腐食性能を有
する。長寿命の合金は、穴無しのASTM G−85によるSWAAT試験にお
いて10から12日を超すものである。
スろう付け時のろう付け性が優れるという要求に合致するろう付け用シートの要
望が存在する。
られている。EP−A−0718072から、アルミニウム合金コア材料のコア
シートとその少なくとも一つの側上の主要合金化元素としてケイ素を含有するア
ルミニウム合金のろう付け用層を持つろう付け用シートが知られていて、ここで
、このコアシートのアルミニウム合金は次の組成(重量%で)を有する。 Mn;0.7−1.5 Cu;0.2−2.0 Mg;0.1−0.6 Si;>0.15、最も好ましくは>0.40 Ti;オプションで、0.15迄 Cr;オプションで、0.35迄 Zr及び/またはV;オプションで全部で0.25迄 差し引き;アルミニウムと不可避の不純物、但し(Cu+Mg)>0.7、最も
好ましくは(Cu+Mg)>1.2。 合金化元素のCuとMgを添加して、得られるろう付け用シートに充分な機械的
強度と耐食性を組合せて付与する。このろう付け用シートをフラックスろう付け
により加工してもよいが、ろう付けサイクル時に施されるろう付けフラックスに
影響を与える、合金中の比較的高Mg含量によるいくつかの困難に遭遇する。コ
ア合金中のMgレベルが高過ぎる更なる難点は、ろう付けサイクル時NOCOL
OKろう付けフラックスを施す場合に流動及び/または濡れ性が低下するという
ことである。しかしながら、この既知のアルミニウムコア材料中のMgレベルを
低下させることは、ろう付け後に得られる強度レベルを劇的に低下させる。
i充填金属を持つアルミニウムコアクラッドを記述している。このコア合金は、
重量%で次を含んでなる。 Fe;0.4から1.5 Mn;0.7−1.7 但し、(Fe+Mn)≦2.4 Si;1.3最高 Cu;1.5最高 但し、(Si+Cu)≧1.5、更に[Fe]+[Mn]≧l.7[2.5([
Si]+[Cu])]−4.2 差し引き;アルミニウムと不可避の不純物。
0.3重量%のSnを含んでなり、合金の差し引きが実質的にアルミニウムであ
る、アルミニウム合金コア材料の一つあるいは双方の表面の上にAl−Siシリ
ーズの充填合金クラッドを含んでなる、アルミニウム合金ろう付け用シートを開
示している。与えられた範囲のCuとSnの組合せた添加により、耐食性が改善
される。
熱交換器管用のろう付け用シートが公知であり、ここで、このコア合金は、 Si;0.2−2.5 Fe;0.05−2.0 Cu;0.7−2.5 Mn;0.05−2.0 Mg;オプションで、0.5以下 Cr;オプションで、0.3以下 Zr;オプションで、0.3以下 Ti;オプションで、0.3以下 差し引き;アルミニウムと不可避の不純物 を含んでなり(重量%で)、片側上でろう付け材料によりクラッドされ、そして
もう一方の側上で46から70ミクロンの範囲の厚さの腐食防止用陽極クラッド
層を持って、必ずクラッドされ、そして上記腐食防止用陽極クラッド層は次を含
んでなる(重量%で)。 Zn;3.0−6.0 Mg;0.05−2.5 差し引き;アルミニウムと不可避の不純物。
内で均質化処理を受ける。この3層構造の熱ロールかけは、450℃以下の温度
で行なわれる。更に、粗い金属間化合物をこの合金中に分布させるために、Fe
を合金中に慎重に添加する。
ムろう付け用層からできたコアシートを持つろう付け用シートであって、フラッ
クスろう付けプロセス中で改善されたろう付け性をもたらし、そしてコアを均質
化処理にかける場合、また均質化処理にかけない場合の双方で、良好な耐食性を
維持する一方で、後ろう付け0.2%降伏強度の少なくとも10%の改善を持つ
ろう付け用シートを提供することである。
たは両側上の主要合金化元素としてケイ素を含有するアルミニウム合金のろう付
け用層からできたコアシートを持つ、2層構造または3層構造のろう付け用シー
トであって、ここで、このコアシートのアルミニウム合金が Mn;0.5から1.5 Cu;0.5から2.0 Si;0.3から1.5 Mg;<0.05 Fe;<0.4 Ti;<0.15 Cr;<0.35 Zr及び/またはV;<0.35(合計で) Zn;<0.25 差し引き;アルミニウムと不可避の不純物 の組成(重量%で)を有するろう付け用シートを提供することによって行なわれ
る。
Mn;0.65−1.0 Cu;0.5−0.7 Si;最高0.3 Fe;最高0.5 Zn;最高0.10 Ti;0.08−0.10 差し引き;アルミニウムと不純物 からなり、そしてこのコアをそれぞれ均質化処理にかけた場合、及び均質化処理
にかけなかった場合、通常、40MPa迄及び48MPa迄の範囲の後ろう付け
0.2%降伏強度を持つコア合金を持つ上記のろう付け用シートに比較して、キ
ャスティングと熱変形加工ステップの間で少なくともコア材料をコアを均質化処
理にかけるか、かけない双方の場合、後ろう付け0.2%降伏強度の少なくとも
10%の増加をもたらすことが可能である。この材料を上記均質化処理にかけた
場合、このろう付け用シートは、O−焼戻しにおいて少なくとも50MPaの、
そして最良の例では少なくとも55MPaの後ろう付け0.2%降伏強度を達成
することが可能である。この材料を上記均質化処理にかけない場合、ろう付け用
シートは、H24−焼戻しにおいて少なくとも55MPaの、そして最良の例に
おいては、少なくとも60MPaの後ろう付け0.2%降伏強度を達成すること
が可能である。少なくとも双方の場合、本発明のろう付け用シートは、良好な耐
食性を有する。このろう付け用シートは、穴無しのASTM G−85によるS
WAAT試験で12日以上の、好ましくは20日以上の腐食寿命を得ることが可
能である。最良の実施例においては、この耐食性は25日以上である。この耐食
性レベルは、ろう付け用シートを長寿命製品として保証する。更には、このアル
ミニウムコア合金中にMgが存在しないことにより、フラックスろう付け、例え
ばNOCOLOKろう付けによりこのろう付け用シートを極めて良好に加工する
ことができる。優れた性質は、特にCu、Si、Fe、Mn、及びMgの含量の
特定の組合せの結果であると考えられる。注目すべきは、このろう付け用シート
は、使用する水性冷却流体と接触する側で腐食防止用陽極として作用する、クラ
ッド層の存在なしで良好な耐食性を有する。
。このろう付け用層は、当該技術で知られている好適なSi含有アルミニウム合
金ろう付け用層(充填層)であってもよい。このような層は、5から14%のS
iを含んでなってもよい。ろう付け用シートの2層構造の場合、このろう付け用
層はこのコア合金の片側に存在し、もう一方の側は犠牲(sacrificia
l)クラッド層を欠く。3層構造のろう付け用シートの場合、ろう付け用層はこ
のコア合金の両側に存在する。
めに主要合金化元素の一つとしてCuを含む、アルミニウム協会(Alumin
ium Association)(AA)3xxx−シリーズのタイプのもの
である。所望の強度と耐食性を得るためには少なくとも0.5%が必要とされ、
一方2.0%以上のCu含量は、強度の点でどのような顕著な改善も生まず、結
果として有害な低融点の共融混合物を更に生成する。Cuレベルに対する更に好
ましい下限は、0.7%、更に好ましくは0.8%である。所望の性質の最適化
を得るために、更に好ましいCuレベルは、0.8から1.5%の範囲にある。
加は、結果としてこの合金の溶液硬化を増加させる。0.3%以下ではSiの効
果はなく、1.5%以上では、結果として有害な低融点の共融混合物の形成とま
た大きな金属間粒子の形成を引き起こす。Siの更に好適な最低レベルは0.4
0%である。Siの好適な最高レベルは、1.0%であり、更に好ましくは、S
iの好適な最高レベルは0.8%である。
は、顕著な効果はなく、2.0%以上では、結果として有害な大きな金属間粒子
を形成させる。好ましい態様においては、Mnは、0.6から1.5%の範囲、
更に好ましくは0.7から1.4%の範囲にある。この範囲では、充分なMnが
後ろう付け強度の所望の増加のために固体溶液中に保持されるために、存在する
Mnによって、固体溶液の硬化効果が可能となる。
(Cu+Mn)>l.8、そして更に好ましくは(Cu+Mn)>2.0の但し
書きの条件が充たされる。
ましくは(Si+Mn)>l.4の但し書きの条件が充たされる。
合金のろう付け性を改善するために、本発明のアルミニウム合金にMgを添加し
ないのが慎重である。Mgの最高値は0.05%であり、更に好ましい最高値は
0.03%であり、そして更には好ましくはMgは存在しない。
ム合金では必須の合金化元素として必要とされない。Fe含量が高過ぎる場合に
は、なかんずく、ろう付け用シートの成形性は低下し、そして腐食性能を低減さ
せる。加えて、有害なFeCuAl金属間粒子が可能性としては形成されること
により、この後ろう付け強度は低下する。許容できるFe含量は、最高0.4%
であり好ましくは最高0.3%以下である。
、後ろう付けした状態でのアルミニウム合金の強度を改善する。0.35%以上
のCr含量では、特に有害な大きな金属間粒子の形成により強度の増加の利点が
減少する。0.25%でCrの更に好ましい最高値を取る。Cr添加の更に好ま
しいレベルは、0.05から0.25%の範囲にある。
した状態でのアルミニウム合金の強度と、またろう付け時のクリープ強度とSA
G抵抗性を改善する。単独あるいは組合せでのこれらの元素の好ましい最高値は
、0.35%である。単独あるいは組合せでのこれらの元素の更に好適なレベル
は、0.05から0.25%の範囲にある。
が、好ましくは0.1未満、更に好ましくは0.05%未満である。
の量で存在してもよい。
のような元素の合計が0.15%未満であるという意味である。
ことにより、後ろう付け状態における強度を評価することができる。ここで使用
するシミュレーションしたろう付けサイクルは、試料を炉中で加熱し、590か
ら610℃で5分間保持し、続いて標準の商用のろう付けラインで適用し得る冷
却速度、すなわち20から100℃/分で制御した冷却を行うことである。
イクルにかける前に、アルミニウムコアシートが上記のようにO−焼戻しまたは
H24−焼戻しで提供される。
し、 (iii)少なくとも一つの側でろう付け用層を持つこのアルミニウムコア合金
を熱ロールかけし、 (iv)少なくとも一つの側でろう付け用層を持つこのアルミニウムコア合金を
所望の完成したゲージ迄冷ロールかけする ステップを含んでなり、そしてステップ(1)と(ii)の間で上記アルミニウ
ムコア合金を均質化処理にかけない 本発明のろう付け用シートを製造する方法も提供する。熱ロールかけに必要とさ
れる所望の出発温度迄、このキャストした合金を予熱するだけである。均質化処
理の必要性を避けることにより、加工ルートが簡素化され、一方でこの製品が後
ろう付け状態で更に改良された強度を得ることが可能となり、良好な耐食性を得
ることが更になお可能である。
なくとも2つの部材を含んでなり、少なくとも一つの部材はそのコアとして上述
した本発明のアルミニウムシートを含んでなり、そして50MPa以上の、そし
て好ましくは少なくとも55MPaの0.2%降伏強度を持つシート材料である
編んだ組立体、特に編んだ熱交換器が提供される。
するための10個のアルミニウム合金のインゴットをキャストし、慣用のDCキ
ャスティングで通常行う冷却速度に匹敵する冷却速度で固化した。表1は、合金
の組成(差し引きアルミニウムと不純物)を示す。ここで、8から10の合金は
比較の合金(「比較」により示される)であり、そして1から7の合金は本発明
の合金(「本発明」により示される)である。
かけによる熱変形加工ステップの間で材料を均質化処理にかけないように、この
合金を加工した。この経路により得られる材料の最終のシートをチューブ・スト
ック用途に特に好適な条件であるH−24焼戻しで試験した。そして、他の加工
経路は、キャスティングの後であるが熱ロールかけの前に施される均質化処理を
含み、570℃で8時間の熱処理からなっていた。後者の加工経路から得られる
材料を、板用途に特に好適な条件である350℃で3時間の最終アニールを含む
O−焼戻し条件中で試験した。
性質を表2に示した。このアルミニウム合金を後ろう付け状態、すなわち上記に
示したシミュレーションしたろう付けサイクルで試験した。更には、機械的試験
に類似の材料について耐食性を評価した。腐食試験をASTMG−85により行
った。また、表2に結果も示す。この表では、「n.t.」という用語は「試験
せず」を表し、「>28」という用語は、試料の破壊を伴わずに28日後にこの
試験を止めたことを意味する。
(合金10)に比較して、後ろう付け0.2%降伏強度の少なくとも10%の改
善を達成したことが判る。合金中の極低マグネシウム含量により、ろう付けフラ
ックスプロセスにより加工する場合、これらは優れたろう付け性を示す。合金2
及び5は、Cr及び/またはZrの添加が合金1に比較して、0.2%降伏強度
を更に増大させることを示す。合金1及び8の比較は、マンガン含量の増加が結
果として0.2%降伏強度を著しく増大させることを示し、これは、合金6及び
9の比較から判る類似の傾向である。合金4及び7の結果の比較は、0.2%降
伏強度がアルミニウム合金中のSiレベルを増加させることにより更に増大する
ことを示す。
判る。この結果は、ZrとCr双方の添加が耐食性に有害でないことを示す。し
かしながら、高過ぎるFe含量(合金3)は、耐腐性に有害である。O−焼戻し
でのすべての例を試験したのでなく、合金4及び5の試料のみを試験した。しか
し、この結果は、O−焼戻しの条件での本発明の他の合金についても類似の良好
な耐食性が期待ができることを示す。
たような本発明の精神と範囲を外れずに多数の変更と変形を行うことができるこ
とは、当該技術の熟練者には明らかであろう。
Claims (14)
- 【請求項1】 アルミニウム合金コア材料とこの片側または両側の主要合金
化元素としてケイ素を含有するアルミニウム合金のろう付け用層からできたコア
シートを持つ、2層構造または3層構造のろう付け用シートであって、ここで、
このコアシートのアルミニウム合金が Mn;0.5から1.5 Cu;0.5から2.0 Si;0.3から1.5 Mg;<0.05 Fe;<0.4 Ti;<0.15 Cr;<0.35 Zr及び/またはV;<0.35(合計で) Zn;<0.25 差し引き;アルミニウムと不可避の不純物 の組成(重量%で)を持ち、そして上記ろう付け用シートが少なくとも50MP
aの後ろう付け0.2%降伏強度(post−braze 0.2% yield strength)を持ち、ASTM G−85による穴無しのSWAAT試験
において12日以上の腐食寿命を持つろう付け用シート。 - 【請求項2】 該コアシートのアルミニウム合金の上記組成中のMg含量が
0.03%未満である請求項1に記載のろう付け用シート。 - 【請求項3】 該コアシートのアルミニウム合金の上記組成中のMn含量が
0.6から1.5%の範囲の中にある請求項1または2に記載のろう付け用シー
ト。 - 【請求項4】 該コアシートのアルミニウム合金の上記組成中のMn含量が
0.7から1.4%の範囲の中にある請求項3に記載のろう付け用シート。 - 【請求項5】 該コアシートのアルミニウム合金の上記組成中のCu含量が
0.8から1.5%の範囲の中にある請求項1から4のいずれか一つに記載のろ
う付け用シート。 - 【請求項6】 該コアシートのアルミニウム合金の上記組成中のSi含量が
0.4から1.0%の範囲の中にある請求項1から5のいずれか一つに記載のろ
う付け用シート。 - 【請求項7】 ASTM G−85による穴無しのSWAAT試験において
後ろう付け状態で20日以上の腐食寿命を持つ請求項1から6のいずれか一つに
記載のろう付け用シート。 - 【請求項8】 ろう付け用シートの上記2層構造が犠牲アノードクラッド層
を欠く請求項1から7のいずれか一つに記載のろう付け用シート。 - 【請求項9】 該コアシートがろう付けに先立ちO−焼戻しまたはH−24
焼戻しにある請求項1から8のいずれか一つに記載のろう付け用シート。 - 【請求項10】 チューブ・ストック材料の形の請求項1から9のいずれか
一つに記載のろう付け用シート。 - 【請求項11】 順次、(i)上記アルミニウム合金コア材料のインゴット
をキャストし、 (ii)上記アルミニウム合金コア材料のシートに上記ろう付け用層を施し、 (iii)上記アルミニウム合金コア材料と上記ろう付け用層を熱ロールかけし
、 (iv)該熱ロールかけした製品を所望の最終ゲージ迄冷ロールかけし、ここで
、ステップ(1)と(ii)の間で上記アルミニウムコア合金を均質化処理にか
けない ステップを含んでなる、請求項1から10のいずれか一つに記載のろう付け用シ
ートを製造する方法。 - 【請求項12】 先行する請求項のいずれか一つに記載のろう付け用シート
を含んでなる編んだ組立体。 - 【請求項13】 先行する請求項のいずれか一つに記載のろう付け用シート
を含んでなる編んだ熱交換器。 - 【請求項14】 2層あるいは3層のろう付け用シート構造での用途に対す
る請求項1から6または9または10のいずれか一つに記載のコアアルミニウム
合金。
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