JP2003055727A - 高強度アルミニウムブレージングシート及びそれを使用した熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ろう付後の高強度と、ろう材面及び皮材面の
両面における優れたろう付性とを実現したろう付性が優
れた高強度アルミニウムブレージングシート及びそれを
使用した熱交換器を提供する。 【解決手段】 Ｍｎ：０．５乃至２．０質量％、Ｍｇ：
０．０５乃至０．３質量％を含む芯材（１，１０）の一
方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろ
う材（２，１２）が積層され、他方の面にＭｎを０．５
乃至２．０質量％を含み、Ｍｇの含有量が０．１質量％
未満であるＡｌ−Ｍｎ系合金からなる皮材３が積層され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラジエータ及びヒ
ータコア等の自動車用熱交換器部材等に使用されるろう
付性が優れた高強度アルミニウムブレージングシート及
び熱交換器に関し、特にヘッダ材及び補強材等の部材に
好適な高強度アルミニウムブレージングシート及びそれ
を組み込んだ熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、これらのヘッダ及び補強材に使用
されるアルミニウムブレージングシートは、芯材にＪＩ
Ｓ３００３合金等のＡｌ−Ｍｎ系合金を使用し、その一
方の面にＪＩＳ４３４３又は４０４５合金等のＡｌ−Ｓ
ｉ系合金からなるろう材をクラッドした２層材、又は、
前記芯材の他方の面にＪＩＳ７０７２合金等のＡｌ−Ｚ
ｎ系合金からなる皮材をクラッドした３層材が使用され
ている。これらの芯材に使用されるＪＩＳ３００３芯材
のろう付後強度は高々１１０乃至１２０ＭＰａ程度であ
り、自動車用熱交換器の補強材としては、更に一層の高
強度化が要求されている。

【０００３】このため、芯材中にＭｇ、Ｓｉ等を添加し
て高強度化する技術が提案されている（特開平５−２３
０５７５号公報）。この技術では、芯材中に添加したＭ
ｇが、ろう付加熱時に、ろう材から拡散するＳｉと共に
時効硬化に寄与することにより、強度の向上が図られ
る。

【０００４】また、特開平５−２３０５８０号公報のよ
うに、皮材にＴｉ−Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎを添加して高強度
化を図ったチューブ用材料も提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、補強材は、そ
の適用部位及び熱交換器の構造によっては、補強材を構
成するアルミニウムブレージングシートの両面でろう付
が行われる。この場合に、ろう材がない面（以下、反対
面という）には、別途ろう材及びフラックスが供給され
て、ろう付がされる。図１はアルミニウムブレージング
シートをＴ字状にろう付けする方法を示す図である。水
平のブレージングシートにおいては、芯材１０の上面上
にろう材１２が積層されており、垂直のブレージングシ
ートにおいては、芯材１の片面にろう材２が積層され、
他方の面に皮材３が積層されている。そして、水平ブレ
ージングシートのろう材１２と垂直ブレージングシート
のろう材２とがそのままろう付けされると共に、皮材３
はろう材１２によってろう付けがなされる。なお、ろう
付けされる隅部には、フィレット４，５が形成される。

【０００６】上述の特開平５−２３０５７５号公報及び
特開平５−２３０５８０号公報に記載されたブレージン
グシートは、反対面は皮材であり、高濃度のＭｇが存在
するため、フッ化物系フラックスでろう付を行う際に
は、このＭｇと供給されたフラックスとが反応し、高融
点のフッ化物を形成してしまい、ろう付が著しく阻害さ
れるという問題点があった。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、ろう付後の高強度と、ろう材面及び皮材面
の両面における優れたろう付性とを実現したろう付性が
優れた高強度アルミニウムブレージングシート及びそれ
を使用した熱交換器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高強度アル
ミニウムブレージングシートは、Ｍｎ：０．５乃至２．
０質量％、Ｍｇ：０．０５乃至０．３質量％を含有する
芯材と、この芯材の一方の面に積層されＡｌ−Ｓｉ系合
金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金からなるろう材層と、前
記芯材の他方の面に積層されＭｎを０．５乃至２．０質
量％を含有し、Ｍｇの含有量が０．１質量％未満である
Ａｌ−Ｍｎ系合金からなる皮材とを有することを特徴と
する。

【０００９】この高強度アルミニウムブレージングシー
トにおいて、前記芯材は、更に、Ｓｉ：０．３乃至１．
０質量％、及びＣｕ：０．３乃至１．０質量％からなる
群から選択された少なくとも１種を含有することができ
る。

【００１０】更に、前記芯材は、Ｃｒ：０．０５乃至
０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％、及び
Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％からなる群から選択さ
れた少なくとも１種を含有することができる。

【００１１】また、前記皮材は、更に、Ｓｉ：０．３乃
至１．０質量％、及びＣｕ：０．３乃至１．０質量％か
らなる群から選択された少なくとも１種を含有すること
ができる。

【００１２】更に、前記皮材は、Ｃｒ：０．０５乃至
０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％、及び
Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％からなる群から選択さ
れた少なくとも１種を含有することができる。

【００１３】更に、前記皮材は、Ｚｎ：０．５乃至５質
量％を含有することができる。

【００１４】そして、本発明に係る熱交換器は、請求項
１乃至６のいずれか１項に記載のアルミニウムブレージ
ングシートを使用し、これをフッ化物系フラックスを使
用する不活性雰囲気中でろう付けすることにより構成さ
れたものであることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について詳
細に説明する。本発明では、芯材におけるろう材の反対
側の面に高強度の皮材層を積層することによって、ろう
付後の高強度と、ろう材面及び皮材面の両面の優れたろ
う付性とを実現したものである。

【００１６】以下、本発明の成分添加理由及び組成限定
理由について説明する。

【００１７】芯材、皮材のＭｎ Ｍｎは強度を保つために必要な元素である。Ｍｎが０．
５質量％未満では強度が不足し、Ｍｎが２．０質量％を
超えると、巨大な晶出物により圧延加工性が低下すると
共に、強度の向上効果が得られ難くなる。よって、Ｍｎ
の含有量は０．５質量％乃至２．０質量％とする。

【００１８】芯材のＭｇ Ｍｇの添加により強度が向上するため、芯材中へＭｇを
添加するが、Ｍｇの含有量が０．０５質量％未満では強
度が向上せず、逆に０．３質量％を超えると、ろう付中
にろう材側及び皮材側の各表面までＭｇが拡散し、フラ
ックスと反応してＭｇのフッ化物を生成させ、ろう付性
を阻害する。このため、芯材中のＭｇの含有量は０．０
５乃至０．３質量％である必要がある。

【００１９】皮材のＭｇ 皮材側のろう付性を向上させるためには、皮材のＭｇの
含有量は０．１質量％以下にする必要があり、できるだ
け低いことが望ましい。皮材中のＭｇ含有量が０．１質
量％以上では、このＭｇが供給されたフラックスと反応
し、高融点の化合物を形成してしまい、ろう付が著しく
阻害される。

【００２０】芯材及び皮材中のＳｉ及びＣｕ Ｓｉ及びＣｕを夫々芯材及び皮材に０．３質量％以上添
加すると、各芯材及び皮材の強度を更に一層向上させる
ことができる。これらのＳｉ及びＣｕは単独で添加して
も良いし、複合添加してもよい。しかし、Ｓｉ及びＣｕ
が夫々１．０質量％を超えると、芯材又は皮材の融点を
低下させてしまい、ろう付けが困難になる。このため、
芯材又は皮材にＳｉ及びＣｕを添加する場合は、Ｓｉ及
びＣｕの含有量は夫々０．３乃至１．０質量％とする。
また、Ｓｉ及びＣｕは芯材又は皮材の一方のみに添加し
てもよいし、両方に添加してもよい。

【００２１】芯材及び皮材中のＣｒ、Ｚｒ、Ｔｉ Ｃｒ、Ｚｒ及びＴｉが組織を微細化し、強度を高める効
果があるため、必要に応じて、芯材及び皮材に添加す
る。この場合に、Ｃｒ、Ｚｒ及びＴｉが夫々０．０５質
量％未満では、その添加効果が少なく、逆にＣｒ、Ｚｒ
及びＴｉが夫々０．３質量％を超えると、素材の成形性
を低下させる。このため、これらのＣｒ、Ｚｒ及びＴｉ
を添加する場合は、その添加量は０．０５乃至０．３質
量％とすることが必要である。また、芯材及び皮材のい
ずれか一方にこれらの元素を添加してもよいし、双方に
添加してもよい。

【００２２】皮材中のＺｎ 皮材にＺｎを０．５乃至５質量％を添加すると、皮材の
電位を卑とし、芯材との電位差を確保でき、耐食性を更
に向上させる効果が得られる。このため、必要に応じ
て、皮材にＺｎを０．５乃至５質量％添加する。これ
は、特に、皮材側が厳しい耐食環境にある場合は、特に
有効である。Ｚｎは５質量％を超えると圧延加工性が劣
化するので好ましくない。

【００２３】ろう材組成 ろう材は、ろう付に適切な材料を選択すれば良く、ＪＩ
Ｓ４３４３等のＡｌ−Ｓｉ系合金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ
系合金等の任意の材料を使用することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例に係る高強度アルミニ
ウムブレージングシートを製造し、その特性を比較例と
比較した結果について具体的に説明する。

【００２５】［ブレージングシートの作製方法］ろう
材、芯材及び皮材は、下記表１乃至表４に示す組成とな
るように、溶解し、鋳造し、均熱処理した後、ろう材の
クラッド率が１０％、犠牲材のクラッド率が５％となる
ように、各鋳塊を一定の厚さの板材に圧延した。その
後、ろう材、芯材及び皮材を積層させて４５０℃×１時
間に加熱し、その後、全体の厚さが３．５ｍｍになるま
で熱間圧延した。その後、全体の厚さが１．５ｍｍにな
るまで冷間圧延し、昇温速度及び降温速度を４０℃／時
として、４００℃×６時間の焼鈍を行い、ブレージング
シートを作製した。

【００２６】［評価方法］実施例及び比較例の評価にお
いては、ろう付後強度は、ブレージングシートを幅１０
０ｍｍ、長さ２３０ｍｍのサイズに切断した後、不活性
雰囲気炉中で６００℃×５分保持するろう付想定加熱を
施したものを、ＪＩＳＺ２２０１による引張り試験に供
した。

【００２７】ろう付後強度は、従来材（７０７２／３０
０３／４３４３）の強度（１１０乃至１２０ＭＰａ）と
比較して、同程度の１４０ＭＰａ未満のものを×、１４
０乃至１６０ＭＰａで強度が優れたものを○、１６０Ｍ
Ｐａを超え、遥かに高強度のものを◎とした。

【００２８】ろう付性の評価は、図１示す逆Ｔ試験片
で、ろう材側及び反対側（皮材側）のフィレット形成状
況を評価した。従来材（７０７２／３００３／４３４
３）に対する比較として、ろう切れなどの発生が無くフ
ィレットが良好なものを◎、フィレットが少し小さいが
良好に形成されているものを○、ろう切れが発生し、更
にフィレット形成が極めて小さいものを×として相対評
価した。

【００２９】これらの結果を下記表５及び表６に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】 上記表５及び表６に示すように、本発明の実施例No.１
乃至３０はいずれもろう付後強度及びろう付性が優れて
いた。これに対して、比較例No.３４は芯材のＭｇ含有
量が本発明の上限値を超えているので、ろう材側のろう
付性が劣化した。比較例No.３２は皮材のＭｇ含有量が
本発明の上限値を超えているので、皮材側のろう付性が
劣化した。比較例No.３３は芯材及び皮材のＭｇ含有量
が本発明の上限値を超えているので、ろう材側及び皮材
側のろう付性が劣化した。比較例No.３４は芯材のＭｇ
含有量が本発明の上限値を超えているので、ろう材側の
ろう付性が劣化した。比較例No.３５は芯材のＭｎの含
有量が本発明の上限値を超えているので、圧延加工性が
低下し、芯材に圧延割れが生じた。比較例No.３６は芯
材のＭｎの含有量が本発明の下限値未満であるので、ろ
う付後の強度が不足した。比較例No.３７は皮材のＭｎ
の含有量が本発明の上限値を超えているので、圧延加工
性が低下し、皮材に圧延割れが生じた。比較例No.３８
は皮材のＭｎの含有量が本発明の下限値未満であるの
で、ろう付後の強度が不足した。比較例No.３９は皮材
のＭｇ含有量が本発明の上限値を超えているので、皮材
側のろう付性が劣化した。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、芯
材中にＭｎ及びＭｇを所定量添加し、皮材中にＭｎを所
定量添加し、皮材のＭｇ量を規制しているので、高強度
で、かつ芯材の両面ともろう付性が優れたアルミニウム
ブレージングシートを得ることができる。また、芯材又
は皮材中に、Ｓｉ及びＣｕ又はＣｒ、Ｚｒ及びＴｉを所
定量添加することにより、更に一層の強度の向上を図る
ことができる。更に、皮材中に、Ｚｎを所定量添加する
ことにより、耐食性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】逆Ｔ試験片を示す断面図である。

【符号の説明】

１、１０；芯材 ２、１２；ろう材 ３；皮材 ４；ろう材側フィレット ５；反対側フィレット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 整 栃木県真岡市鬼怒ヶ丘15番地 株式会社神 戸製鋼所真岡製造所内 (72)発明者 佐藤 文博 栃木県真岡市鬼怒ヶ丘15番地 株式会社神 戸製鋼所真岡製造所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｎ：０．５乃至２．０質量％、Ｍｇ：
   ０．０５乃至０．３質量％を含有する芯材と、この芯材
   の一方の面に積層されＡｌ−Ｓｉ系合金又はＡｌ−Ｓｉ
   −Ｚｎ系合金からなるろう材層と、前記芯材の他方の面
   に積層されＭｎを０．５乃至２．０質量％を含有し、Ｍ
   ｇの含有量が０．１質量％未満であるＡｌ−Ｍｎ系合金
   からなる皮材とを有することを特徴とする高強度アルミ
   ニウムブレージングシート。
2. 【請求項２】 前記芯材は、更に、Ｓｉ：０．３乃至
   １．０質量％、及びＣｕ：０．３乃至１．０質量％から
   なる群から選択された少なくとも１種を含有することを
   特徴とする請求項1に記載の高強度アルミニウムブレー
   ジングシート。
3. 【請求項３】 前記芯材は、更に、Ｃｒ：０．０５乃至
   ０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％、及び
   Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％からなる群から選択さ
   れた少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項
   １又は２に記載の高強度アルミニウムブレージングシー
   ト。
4. 【請求項４】 前記皮材は、更に、Ｓｉ：０．３乃至
   １．０質量％、及びＣｕ：０．３乃至１．０質量％から
   なる群から選択された少なくとも１種を含有することを
   特徴とする請求項1に記載の高強度アルミニウムブレー
   ジングシート。
5. 【請求項５】 前記皮材は、更に、Ｃｒ：０．０５乃至
   ０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％、及び
   Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％からなる群から選択さ
   れた少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項
   １又は４に記載の高強度アルミニウムブレージングシー
   ト。
6. 【請求項６】 前記皮材は、Ｚｎ：０．５乃至５質量％
   を含有することを特徴とする請求項１、４又は５のいず
   れか１項に記載の高強度アルミニウムブレージングシー
   ト。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
   アルミニウムブレージングシートを使用し、これをフッ
   化物系フラックスを使用する不活性雰囲気中でろう付け
   することにより構成されたものであることを特徴とする
   アルミニウム合金製熱交換器。