JP2005015857A

JP2005015857A - アルミニウム合金クラッド材

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Publication number: JP2005015857A
Application number: JP2003182816A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sakata; 和幸坂田; Shu Kuroda; 周黒田; Akira Watabe; 晶渡部
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】熱交換器用サイドサポート材などに使用されるクラッド材の耐食性、特に芯材の耐食性を改善する。
【解決手段】質量％で、Ｍｇ０．５〜２．０％、Ｚｎ：１〜１０％を含有し、所望によりＴｉ０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％の内の１種または２種以上を含有し、残部が不可避不純物とＡｌからなるＡｌ合金を芯材とし、該芯材の片面に、厚さ１００μｍ以上のＡｌもしくはＡｌ−Ｍｎ系合金からなる中間層を介してＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドする。
【効果】強度及びろう付性を損なうことなく耐食性を向上させることができ、腐食環境の厳しい熱交換器用サイドサポート材などの材料として好適に使用できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ろう付後の強度に優れた熱交換機用アルミニウム合金クラッド材に関するものであり、ノコロックろう付や真空ろう付法により組み立てられる自動車用ラジエータやヒータコアのサイドサポート材に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用熱交換器に使用されるサイドサポート材は、熱交換器の枠材となることから高強度材が必要になるとともに、構造体として耐食性も重要となることから芯材にはＪＩＳ６９５１合金や７Ｎ０１合金などが使用されている。
また、自動車用熱交換器は、通常、ろう付によって組み付けられるため、芯材にろう材をクラッドしたブレージングシートとして提供されることが多く、該ブレージングシートは当然にろう付性に優れていることも必要である。このような観点から、芯材にＡｌ合金を用い、芯材の両面又は片面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドし、片面のＡｌ−Ｓｉ系ろう材と芯材の間にＭｇとＳｉの拡散を防止してフィレットを形成しやすくするＡｌまたはＡｌ合金からなる拡散防止層を設けたアルミニウムブレージングシートが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−４６６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のブレージングシートでは、芯材の腐食形態が孔食となることから長期間の使用では構造体としての強度低下が問題となることがある。特にサイドサポート材として使用する際には、芯材が最も厳しい腐食環境にさらされるため、上記問題はより顕著になる。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、強度と耐食性を両立させるとともに耐食性を改善し、サイドサポート材としての使用環境に耐え得るアルミニウム合金クラッド材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のアルミニウム合金クラッド材のうち、請求項１記載の発明は、質量％で、Ｍｇ０．５〜２．０％、Ｚｎ：１〜１０％を含有し、残部が不可避不純物とＡｌからなるＡｌ合金を芯材とし、該芯材の片面に、厚さ１００μｍ以上のＡｌもしくはＡｌ−Ｍｎ系合金からなる中間層を介してＡｌ−Ｓｉ系ろう材がクラッドされていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載のアルミニウム合金クラッド材は、請求項１記載の発明において、前記芯材は、さらに質量％でＴｉ０．０５〜０．５％を含有することを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載のアルミニウム合金クラッド材は、請求項１または２記載の発明において、前記芯材は、さらに質量％で、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％の内の１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載のアルミニウム合金クラッド材は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記中間層が、質量％でＭｎ：０．８〜２．０％、Ｆｅ：０．１〜１．５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％の内の１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載のアルミニウム合金クラッド材は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、ろう材の厚さが、ブレージングシートの板厚の６．０〜１５．０％であることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載のアルミニウム合金クラッド材は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、ブレージングシートの板厚が０．６ｍｍ以上であって、芯材の厚さがブレージングシートの板厚の６０％以上であることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、芯材はＭｇ：０．５〜２．０％を含み、さらにＺｎ：１〜１０％を含有するため、高い強度を有するとともにＺｎ含有によって耐食性が向上する。また、所望により芯材に含有させるＴｉ：０．０５〜０．５％は、さらに耐食性を向上させる。芯材はさらに高強度化を図るためにＭｎ：０．３〜２．０％，Ｓｉ：０．２〜１．０％，Ｃｕ：０．１〜１．０％の内の１種または２種以上を添加しても良い。
芯材によるブレージングシートの強度を確保するため、ブレージングシートの厚さは０．６ｍｍ以上であるのが望ましく、その場合、芯材の厚さがブレージングシートの６０％以上であるのが望ましい。
【００１２】
また中間層はろう材層でのろう付性を考慮し、Ｍｇの拡散抑制層とするため１００μｍ以上の厚さとし、ＡｌもしくはＡｌ−Ｍｎ系合金を用いる。さらに高強度化を図るため、Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｆｅ：０．１〜１．５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％の内の１種または２種以上を添加しても良い。なお、中間層は、芯材に比べ強度が低いことから厚さを２００μｍ以下とするのが望ましい。
【００１３】
ろう材には、Ａｌ−Ｓｉ系合金を用いる。該ろう材のクラッド率は、６．０〜１５．０％であるのが望ましい。ここでろう材のクラッド率が６．０％未満であると、接合部に十分なフィレットが形成されず、ろう付け不良となり、一方、１５．０％より大きい場合は、ろうの流動により中間層や接合されるフィン材やヘッダープレートなどが侵食されることから上記範囲内が望ましいことになる。
【００１４】
次に、本発明における合金成分の意義及びその限定理由について具体的に説明する。
【００１５】
（１）芯材成分
Ｍｇ：０．５〜２．０％
Ｍｇは、マトリックスに固溶して強度を向上させるので必須成分として含有させる。ただし、０．５％未満では強度向上は望めず、２．０％を超えて含有するとクラッド圧延の際にクラッド不良を発生させるので０．５〜２．０％の範囲内に限定する。なお、同様の理由で下限を１．１％とするのが望ましい。
【００１６】
Ｚｎ：１〜１０％
腐食形態を全面食にするという効果をもち、また、マトリックスに固溶して強度を向上させるので必須成分として含有させる。ただし、１％未満では腐食形態は局部腐食による孔食となり、材料強度が低下する。一方、１０％よりも多い場合は圧延加工性が低下する。このためＺｎの含有量を１〜１０％の範囲内に限定する。なお、同様の理由で下限を３％、上限を８％とするのが望ましい。
【００１７】
Ｔｉ：０．０５〜０．５％
Ｔｉは圧延時に圧延方向に対して形成されたＴｉの濃炎層が孔食電位の差を層状に作ることから腐食の成長を抑制することができる。Ｚｎとの同時添加でより一層の効果が得られる。また、金属間化合物としても強度向上に寄与する。これらの効果を得るため所望により芯材に含有させる。ただし、０．０５％未満では所望の耐食性が得られず、０．５％を超えても耐食性向上へのより一層の効果は得られないので、Ｔｉを含有させる場合、含有量を０．０５〜０．５％の範囲内に限定する。なお、同様の理由で下限を０．０７％、上限を０．１５％とするのが望ましい。
【００１８】
Ｍｎ：０．３〜２．０％
Ｍｎは芯材素地中にＡｌ−Ｍｎ系化合物として分散し、強度を向上させる作用があるので所望により芯材に含有させる。ただし、０．２％未満ではその効果が不十分であり、一方、２．０％より多い場合には粗大なＡｌ−Ｍｎ系化合物の形成により圧延加工性が低下するので、Ｍｎを含有させる場合、その含有量を０．３〜２．０％の範囲内に限定する。なお、同様の理由で下限を０．５％、上限を１．５％に限定するのが望ましい。
【００１９】
Ｓｉ：０．２〜１．０％
Ｓｉは単独でもマトリックスに固溶して強度を向上させる。さらにはＭｎと共存することによりＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物となって素地中に分散、あるいは固溶して強度を向上させる効果を有するので所望により芯材に含有させる。ただし、０．２％未満では強度向上の効果に乏しく、一方、１．０％より多い場合では芯材の融点を著しく低下させるので、Ｓｉを含有させる場合には、その含有量を０．２〜１．０％の範囲内に限定する。なお、同様の理由で、下限を０．３１％、上限を０．６％に限定するのが望ましい。
【００２０】
Ｃｕ：０．１〜１．０％
Ｃｕはマトリックスに固溶して強度を向上させると共に、芯材の電気化学的性質を貴にし、他材との電位差を大きくする作用があるので所望により芯材に含有させる。ただし、０．１％未満ではその効果が十分ではなく、一方、１．０％より多い場合、融点が低下するため、ろう付け時に材料が溶融しやすくなるので、Ｃｕを含有させる場合、その含有量を０．１〜１．０％とする。なお、同様の理由で下限を０．３％、上限を０．８％とするのが望ましい。
【００２１】
上記Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕは強度を向上させるために、所望によりその１種または２種以上を芯材に含有させるが、特に強度を重視する場合には、Ｍｎ、Ｓｉの１種又は２種を含有させてもよく、他材との電位差を重視する場合には、Ｃｕを含有するものとしてもよく、さらに、これに加えて、Ｍｎ、Ｓｉのいずれか一方を含有させるものであってもよい。
また、芯材には、片面に中間層と、ろう材とがクラッドされるが、他面に皮材等をクラッドするものも本発明の範囲に含まれるものである。
【００２２】
（２）中間層成分
中間層としては、ＡｌまたはＡｌ−Ｍｎ系合金が用いられる。
Ｍｎ：０．８〜２．０％
Ｍｎは芯材素地中にＡｌ−Ｍｎ系化合物として分散し、強度を向上させる作用がある。また、Ｓｉと同時添加された場合は化合物が微細析出しさらに強度が向上するのでＡｌ−Ｍｎ系合金としては必須成分として含有させる。ただし、０．８％未満では強度への効果不十分となり、２．０％より多い場合は、粗大なＡｌ−Ｍｎ系化合物の形成により圧延加工性が低下する。したがって、中間層成分としてのＭｎを含有させる場合、０．８〜２．０％の範囲内で含有させるのが望ましい。なお、同様の理由で下限を０．５％、上限を１．８％とするのが望ましい。
【００２３】
Ｆｅ：０．１〜１．５％
Ｆｅは素地中にＡｌ−Ｆｅ系化合物として分散して強度を向上させることができるので、所望によりＡｌ−Ｍｎ系中間層成分として含有させる。ただし、０．１％未満では強度向上の効果は小さく、１．５％より多い場合ではＭｎと巨大晶出物を生成し、圧延性や加工性に影響がでるとともに腐食性を増大させるので、Ｆｅを含有させる場合、その含有量は０．１〜１．５％の範囲内に限定する。なお、同様の理由で、下限を０．３６％、上限を１．０％とするのが望ましい。
【００２４】
Ｓｉ：０．１〜１．０％
ＳｉはＭｎと共存する事によりＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物となって素地中に分散、あるいは固溶して強度を向上させる効果を有するので、所望によりＡｌ−Ｍｎ系中間層成分として含有させる。ただし、０．１％未満では、強度向上の効果に乏しく、一方１．０％より多い場合では融点を著しく低下させるので、Ｓｉを含有させる場合、Ｓｉ含有量を０．１〜１．０％の範囲内に限定する。なお、同様の理由で、下限を０．２％、上限を０．８％とするのが望ましい。
【００２５】
Ｃｕ：０．１〜１．０％
Ｃｕはマトリックスに固溶して強度を向上させると共に、芯材の電気化学的性質を貴にする作用があるので所望によりＡｌ−Ｍｎ系中間層成分として含有させる。ただし、０．１％未満ではその効果が十分ではなく、一方、１．０％より多い場合、融点が低下するため、ろう付け時に材料が溶融しやすくなるので、Ｃｕを含有させる場合、Ｃｕ含有量０．１〜１．０％の範囲内に限定する。なお、同様の理由で、下限を０．３％、上限を０．８％とするのが望ましい。
【００２６】
上記Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕは、強度を向上させるために、所望によりその１種または２種以上を含有させるが、特に強度を重視する場合には、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉの１種又は２種以上を含有させてもよく、他材との電位差を重視する場合には、Ｃｕを含有するものとしてもよく、さらに、これに加えて、Ｍｎ、Ｓｉのいずれか一方を含有させるものであってもよい。
【００２７】
（３）ろう材成分
ろう材としては、Ａｌ−Ｓｉ系合金が使用される。該合金としては、Ｓｉ：６．０〜１２．０％を含有するものが例示され、代表的には、該Ｓｉを含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるものが示される。このＡｌ−Ｓｉ合金では、その他に、Ｚｎ：０．５〜８．０％を含有するものであってもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明のブレージングシート１は、上記で規定される成分組成によってそれぞれ芯材、中間層、ろう材が用意され、図１に示すようにクラッドによってブレージングシート１（芯材１ａ、中間層１ｂ、ろう材１ｃ）とされる。なお、各材は、常法により溶製、熱処理、圧延等を経て製造することができ、本発明としては特に製造方法が限定されるものではない。また、各材は、常法によりクラッド圧延等によってブレージングシートとされ、その際には、好適には前記した板厚、クラッド率によってクラッドされる。
【００２９】
該ブレージングシートは、熱交換器用部材として用いることができ、さらに好適には熱交換器のサイドサポート材として使用することができる。本発明に係るアルミニウムブレージングシートを熱交換器の部材として、他のＡｌおよびＡｌ合金と組み合わせてろう付するものである。組み合わせとなるものは、例えばヘッダプレートやフィンである。これらの部材のほかチューブ材などを用い、部材のまま、もしくはラジエータコアとして組み立てた構造物にフッ化物系の非腐食性フラックスを塗布し、不活性ガス雰囲気中でろう付熱処理を行うことができ、本発明のクラッド材においては良好なろう付性が確保される。また、特に自動車などに用いられる熱交換器は、強度が要求されるとともに厳しい腐食環境にさらされるため、本発明のクラッド材を用いることにより、これら要求に十分に応えることが可能になる。
【００３０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を比較例と対比しつつ説明する。
〔実施例１〕
芯材として表１に示す化学組成を有するＡｌ合金を作成し、中間層として表２に示す化学組成を示すＡｌ合金を作製し、ろう材としてＢＡ４３４３を用いて、表３に示す組み合わせでクラッドしてアルミニウム合金製ブレージングシートを作成した。各ブレージングシートの板厚は１．２ｍｍとした。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
上記各ブレージングシートを供試材として、強度、ろう付性、耐食性を評価した。評価は、ろう付後の強度およびろう付性、耐食性で行った。
ろう付後の強度は、アルミニウム合金製ブレージングシートを不活性ガス雰囲気中で６００℃で５分間加熱し、その後室温に２８日間放置した材料について引張強さを測定した。
ろう付性は、アルミニウム合金製複合ブレージングシート１から幅３０ｍｍ、長さ６０ｍｍの試料を切出し、ろう材側を上面とし、厚さ１．０ｍｍのＪＩＳ３００３合金板２を幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍに切出し、前記供試材のアルミニウム合金製ブレージングシート１に垂直に組み付けた。アルミニウム合金製ブレージングシート１とＪＩＳ３００３合金板２が接する一方の端部に直径２．０ｍｍのステンレスワイヤ３を介在させ、ろう付熱処理を行った。ろう付性の評価はステンレスワイヤを介したアルミニウム合金製ブレージングシートと垂直材であるＪＩＳ３００３のすき間に充填されたろう材の長さＬ（すき間充填長さ）で行った。
耐食性は、ろう付熱処理後に幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍに切出した試料のろう材側を塗料で被覆し、芯材側の耐食性を調べた。腐食試験は５％ＮａＣｌ溶液を用いた湿潤試験を２０００時間行った。耐食性の評価は最大孔食深さにより行った。
【００３５】
各試験結果を表３に示す。表に示すように、本発明成分組成を有する試験例では、強度、ろう付性、耐食性ともに優れていた。一方、本発明成分組成を有する試験例のうち、芯材のクラッド率が条件を外れるものでは、比較的強度が低く、ろう材のクラッド率が条件を外れるものでは、垂直材にやや著しいエロージョンが発生した。これに対し、本発明成分組成を外れる試験Ｎｏ．２２では、クラッド圧延ができなかった。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアルミニウム合金クラッド材によれば、質量％で、Ｍｇ０．５〜２．０％、Ｚｎ：１〜１０％を含有し、所望によりＴｉ０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％の内の１種または２種以上を含有し、残部が不可避不純物とＡｌからなるＡｌ合金を芯材とし、該芯材の片面に、厚さ１００μｍ以上のＡｌもしくはＡｌ−Ｍｎ系合金からなる中間層を介してＡｌ−Ｓｉ系ろう材がクラッドされているので、強度とろう付性とを損なうことなく耐食性を向上させることができ、腐食環境の厳しい熱交換器用サイドサポート材などの材料として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブレージングシートの断面を示す概略図である。
【図２】実施例におけるろう付性評価における試験材の配置を示す図である。
【符号の説明】
１ブレージングシート
１ａ芯材
１ｂ中間層
１ｃろう材

Claims

質量％で、Ｍｇ：０．５〜２．０％、Ｚｎ：１〜１０％を含有し、残部が不可避不純物とＡｌからなるＡｌ合金を芯材とし、該芯材の片面に、厚さ１００μｍ以上のＡｌもしくはＡｌ−Ｍｎ系合金からなる中間層を介してＡｌ−Ｓｉ系ろう材がクラッドされていることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材。
前記芯材は、さらに質量％でＴｉ：０．０５〜０．５％を含有することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金クラッド材。
前記芯材は、さらに質量％で、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％の内の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウム合金クラッド材。
前記中間層は、質量％で、Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｆｅ：０．１〜１．５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％の内の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金クラッド材。
ろう材の厚さが、ブレージングシートの板厚の６．０〜１５．０％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金クラッド材。
ブレージングシートの板厚が０．６ｍｍ以上であって、芯材の厚さがブレージングシートの板厚の６０％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金クラッド材。