JP2005298913A - ブレージングシートおよび熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 耐孔食性に優れるとともに十分な強度を有する熱交換器用のアルミニウム合金からなるブレージングシートおよび熱交換器を提供する。
【解決手段】 アルミニウム合金心材２の一面２ａ側に犠牲陽極材３がはり合わされるとともに他面２ｂ側にろう材４がはり合わされ、犠牲陽極材３が内部犠牲陽極層３ａと外部陽極犠牲層３ｂとから構成され、外部犠牲陽極層３ｂの電位が内部犠牲陽極層３ａの電位よりも卑とされ、内部犠牲陽極層３ｂのＺｎ量よりも外部犠牲陽極層３ａのＺｎ量が大とされ、内部犠牲陽極層３ａが０．１重量％〜４．０重量％のＺｎを含有するとともに外部犠牲陽極層３ｂが２．０重量％〜１０．０重量％のＺｎを含有することを特徴とするブレージングシート１を採用する。
【選択図】 図１
【解決手段】 アルミニウム合金心材２の一面２ａ側に犠牲陽極材３がはり合わされるとともに他面２ｂ側にろう材４がはり合わされ、犠牲陽極材３が内部犠牲陽極層３ａと外部陽極犠牲層３ｂとから構成され、外部犠牲陽極層３ｂの電位が内部犠牲陽極層３ａの電位よりも卑とされ、内部犠牲陽極層３ｂのＺｎ量よりも外部犠牲陽極層３ａのＺｎ量が大とされ、内部犠牲陽極層３ａが０．１重量％〜４．０重量％のＺｎを含有するとともに外部犠牲陽極層３ｂが２．０重量％〜１０．０重量％のＺｎを含有することを特徴とするブレージングシート１を採用する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、ブレージングシートおよび熱交換器に関するものであり、特に、耐孔食性および機械的強度に優れたブレージングシートおよびこのブレージングシートを用いて製造されてなる熱交換器に関するものである。
自動車用の熱交換器の一種であるラジエーターとしては例えば図２に示すアルミニウム合金製のものが知られている。図２において、符号１１はフィン、符号１２はチューブ、符号１３はヘッダー、符号１４はサイドサポートである。図２に示すラジエーターは一般的に、フッ化物系フラックスを用いたろう付接合によってチューブ１２、フィン１１およびヘッダー１３が各々一体化され、更に樹脂タンクが機械的接合（かしめ加工）により取り付けられて製造される。
チューブ１２の構成材としては、１．０重量％〜１．５重量％のＭｎを含有するＡｌ−Ｍｎ合金からなる心材の一面に、Ａｌ−Ｓｉ合金からなるろう材がはり合わされるとともに、心材の他面にＡｌ−Ｚｎ合金からなる犠牲陽極材がはり合わされた３層構造のブレージングシートが使用されている。Ａｌ−Ｓｉ合金からなるろう材は、ろう付時にチューブ１２とフィン１３の接合、およびチューブ１２とヘッダープレート（ヘッダー１３）との接合に用いられる。また犠牲陽極材は、酸性環境中において心材の孔食を抑制するものであって、心材との電気化学的性質の違いにより犠牲陽極材自身が主として腐食することにより心材を防食するものである。特許文献１には、３層構造のブレージングシートの例が開示されている。
特開平７−２０７３９３号公報
ところで最近になって、自動車には快適性や省燃費が強く求められるようになり、熱交換器に対するコンパクト化や高性能化の要請が高まっている。また、軽量化の観点からラジエーターなど自動車熱交換器の各構造部材の薄肉化も要求されており、チューブ材は従来の０．２５ｍｍｔ〜０．３ｍｍｔ程度の板厚に対して０．２ｍｍｔ以下程度まで薄肉化が進行しつつある。チューブ材の薄肉化に伴って従来材よりさらに優れた耐孔食性と強度を備えたブレージングシートが必要になりつつある。
また、ラジエーターやヒーターコアなど自動車の熱交換器の冷媒には、通常、不凍液および防錆剤からなるロングライフクーラント(以下、ＬＬＣ)が２０％〜５０％程度添加されており、液性は中性または弱アルカリ性（ｐＨ７〜ｐＨ９程度）に制御されている。しかし、ＬＬＣが添加されない場合や液中に多量の塩素イオンが含まれる場合などは、冷媒が酸性になり、チューブが腐食されて貫通孔が発生し、ラジエーターの寿命が短くなるという問題がある。
チューブに貫通孔が発生するのは耐孔食性が低下するためである。耐孔食性の低下の要因は、ラジエーターの組み立ての際のろう付熱処理によって、チューブ材の犠牲陽極材に含まれるＺｎが心材に拡散し、一方心材に含まれるＣｕが犠牲陽極材中に拡散し、これにより犠牲陽極材と心材との間で十分な電位差が得られなくなるためである。犠牲陽極材と心材との電位差が十分な場合は犠牲陽極効果が働くため腐食形態は面状となり深い孔食の発生は抑制されるが、電位差が小さくなると腐食形態が孔食状となり、貫通孔が生じやすくなってラジエーターが短寿命となる。特にチューブ材の厚みを０．２ｍｍｔ以下の薄肉材にした場合はこの耐孔食性の問題が大きくなる。
ＺｎおよびＣｕの相互拡散による電位差の低下を防止して耐孔食性を高めるために、犠牲陽極材のクラッド率を増加し、さらに犠牲陽極材を厚くするなどの対策も行なわれているが、犠牲陽極材の強度が心材より低いため、犠牲陽極材を厚くするとチューブ材の強度が低下するおそれがある。また、電位差の低下を防止するために、犠牲陽極材のＺｎ添加量を高めることも対策として考えられるが、Ｚｎ量を増加するとチューブ材の腐食速度が高くなるおそれがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、耐孔食性に優れるとともに十分な強度を有するアルミニウム合金からなるブレージングシートおよび熱交換器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のブレージングシートは、アルミニウム合金心材の一面側にＡｌ−Ｚｎ合金からなる犠牲陽極材がはり合わされるとともに該アルミニウム合金心材の他面側にＡｌ−Ｓｉ合金またはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金からなるろう材がはり合わされ、前記犠牲陽極材が前記アルミニウム合金心材に接する内部犠牲陽極層と該内部犠牲陽極層に重なる外部陽極犠牲層とから構成され、前記内部犠牲陽極層の電位が前記アルミニウム合金心材の電位よりも卑とされるとともに前記外部犠牲陽極層の電位が前記内部犠牲陽極層の電位よりも卑とされ、前記内部犠牲陽極層のＺｎ量よりも前記外部犠牲陽極層のＺｎ量が大とされ、前記内部犠牲陽極層が０．１重量％〜４．０重量％のＺｎを含有するとともに残部がＡｌと不可避的不純物とからなり、前記外部犠牲陽極層が２．０重量％〜１０．０重量％のＺｎを含有するとともに残部がＡｌと不可避的不純物とからなり、前記アルミニウム合金心材が０．５重量％〜１．８重量％のＭｎおよび０．１重量％〜１．０重量％のＣｕを含有するととともに残部がＡｌおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
本発明のブレージングシートは、アルミニウム合金心材の一面側にＡｌ−Ｚｎ合金からなる犠牲陽極材がはり合わされるとともに該アルミニウム合金心材の他面側にＡｌ−Ｓｉ合金またはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金からなるろう材がはり合わされ、前記犠牲陽極材が前記アルミニウム合金心材に接する内部犠牲陽極層と該内部犠牲陽極層に重なる外部陽極犠牲層とから構成され、前記内部犠牲陽極層の電位が前記アルミニウム合金心材の電位よりも卑とされるとともに前記外部犠牲陽極層の電位が前記内部犠牲陽極層の電位よりも卑とされ、前記内部犠牲陽極層のＺｎ量よりも前記外部犠牲陽極層のＺｎ量が大とされ、前記内部犠牲陽極層が０．１重量％〜４．０重量％のＺｎを含有するとともに残部がＡｌと不可避的不純物とからなり、前記外部犠牲陽極層が２．０重量％〜１０．０重量％のＺｎを含有するとともに残部がＡｌと不可避的不純物とからなり、前記アルミニウム合金心材が０．５重量％〜１．８重量％のＭｎおよび０．１重量％〜１．０重量％のＣｕを含有するととともに残部がＡｌおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
また、前記内部犠牲陽極層のＺｎ量と前記外部犠牲陽極層のＺｎ量との差が２重量％以上とされていることが好ましい。
更に、前記外部犠牲陽極層の表面と前記アルミニウム合金心材との電位差が１２０ｍＶ以上とされていることが好ましい。
更にまた、前記内部犠牲陽極層にさらに０．０１重量％〜１．０重量％のＭｇが添加されていることが好ましい。
更に、前記外部犠牲陽極層の表面と前記アルミニウム合金心材との電位差が１２０ｍＶ以上とされていることが好ましい。
更にまた、前記内部犠牲陽極層にさらに０．０１重量％〜１．０重量％のＭｇが添加されていることが好ましい。
また、前記内部犠牲陽極層および前記外部犠牲陽極層のいずれか一方または両方に更に、０．５重量％〜１．８重量％のＭｎ、０．１重量％〜１．０重量％のＳｉ、０．３重量％〜２．０重量％のＦｅ、０．１重量％〜１．０重量％のＮｉ、０．０５重量％〜０．２重量％のＴｉ、のうちのいずれか１種または２種以上の元素が添加されていることが好ましい。
更に、前記アルミニウム合金心材に更に、０．０５重量％〜０．２重量％のＴｉ、０．０５重量％〜０．２重量％のＺｒ、０．１重量％〜１．０重量％のＳｉ、のうちのいずれか１種または２種以上の元素が添加されていることが好ましい。
更にまた、前記犠牲陽極材のクラッド率が１５％以上３０％以下とされ、かつ前記アルミニウム合金心材と前記犠牲陽極層と前記ろう材との合計厚みが０．２０μｍ以下とされていることが好ましい。
更に、前記アルミニウム合金心材に更に、０．０５重量％〜０．２重量％のＴｉ、０．０５重量％〜０．２重量％のＺｒ、０．１重量％〜１．０重量％のＳｉ、のうちのいずれか１種または２種以上の元素が添加されていることが好ましい。
更にまた、前記犠牲陽極材のクラッド率が１５％以上３０％以下とされ、かつ前記アルミニウム合金心材と前記犠牲陽極層と前記ろう材との合計厚みが０．２０μｍ以下とされていることが好ましい。
次に本発明の熱交換器は、先のいずれかに記載のブレージングシートを用いて製造されてなることを特徴とする。
本発明のブレージングシートは、心材の一面側に、内部犠牲陽極層および外部犠牲陽極層からなる２層構造の犠牲陽極材が備えられており、このブレージングシートを用いて熱交換器を製造した場合、この犠牲陽極材にＬＬＣ等の冷媒が接する構成になる。本発明のブレージングシートにおいては、心材よりも内部犠牲層の電位を卑とし、かつこの内部犠牲陽極層よりも外部犠牲陽極層の電位を卑とするので、外部犠牲陽極層が腐食した後に内部犠牲陽極層が腐食するため、二段階の犠牲陽極効果が得られ、ブレージングシート自体の腐食進行速度を大幅に低減できる。また、犠牲陽極材の表面と心材との電位差を大きくすることができ、さらに電位勾配も大きくなるため腐食形態を面状とし耐孔食性を向上させることができる。
各構成部材の電位差は、Ｚｎ量を調整することにより容易に制御できる。すなわち、前記内部犠牲陽極層のＺｎ量よりも前記外部犠牲陽極層のＺｎ量を大とすることで、内部犠牲陽極層よりも外部犠牲陽極層の電位を卑にすることができる。特に内部犠牲陽極層と外部犠牲陽極層とのＺｎ量の差を２重量％以上とすることにより、十分な電位差を得ることができる。更に犠牲陽極材の表面と心材との電位差を１２０ｍＶ以上にすることで、犠牲陽極効果を高めて耐孔食性を向上させることができる。
また、内部犠牲陽極層のみにＭｇを添加することにより、犠牲陽極材の強度を高めることができ、ブレージングシートの強度を向上できる。
更に、内部犠牲陽極層および外部犠牲陽極層のいずれか一方または両方に、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉのいずれかを添加することで、耐孔食性をより改善することができる。
更に、内部犠牲陽極層および外部犠牲陽極層のいずれか一方または両方に、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉのいずれかを添加することで、耐孔食性をより改善することができる。
上述のように本発明のブレージングシートは、優れた耐孔食性を備えており、腐食進行速度を大幅に低減できる。これにより、従来技術では達成が全く困難であった板厚０．２ｍｍｔ以下のブレージングシートを実現できる。ただしこの場合、犠牲陽極材のクラッド率が低下すると犠牲陽極材が相対的に薄くなり、腐食進行速度との兼ね合いでブレージングシートが短寿命となるので、犠牲陽極材のクラッド率を上述のように１５％以上とすることが好ましい。
また、内部犠牲陽極層へのＭｇ添加により犠牲陽極材の強度が向上するので、板厚を０．２０ｍｍｔ以下としても十分な強度が得られる。
また、内部犠牲陽極層へのＭｇ添加により犠牲陽極材の強度が向上するので、板厚を０．２０ｍｍｔ以下としても十分な強度が得られる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１に本実施形態のブレージングシートの断面模式図を示す。図１に示すように、本実施形態のブレージングシート１は、アルミニウム合金心材２と、このアルミニウム合金心材２の一面２ａ上にはり合わされた犠牲陽極材３と、アルミニウム合金心材２の他面２ｂ上にはり合わされたろう材４とから構成されている。犠牲陽極材３は、アルミニウム合金心材２に接する内部犠牲陽極層３ａとこの内部犠牲陽極層３ａに重なる外部陽極犠牲層３ｂとから構成されている。本実施形態のブレージングシート１は、主に熱交換器のチューブ材として用いられるものである。この場合、ブレージングシート１の犠牲陽極材３側に熱交換器の冷媒が接する構成とされる。
犠牲陽極材３は、内部犠牲陽極層３ａと外部陽極犠牲層３ｂとから構成されている。内部犠牲陽極層３ａと外部陽極犠牲層３ｂはいずれもＡｌ−Ｚｎ合金から構成されている。また、内部犠牲陽極層３ａのＺｎ量よりも外部犠牲陽極層３ｂのＺｎ量が大とされている。これにより、外部犠牲陽極層３ｂの電位が内部犠牲陽極層３ａの電位よりも卑とされる。また、内部犠牲層３ａにＺｎが添加され、一方アルミニウム合金心材２にはＣｕが添加されており、この構成により、内部犠牲陽極層３ａの電位が心材２の電位よりも卑とされている。
内部犠牲陽極層３ａを心材２と外部犠牲陽極層３ｂとの間に配置することにより、外部犠牲陽極層３ｂからアルミニウム合金心材２へのＺｎの拡散を抑制することができる。同時に、アルミニウム合金心材２から外部犠牲陽極層３ｂへのＣｕの拡散を抑制することができる。これにより、外部犠牲陽極層３ｂ最表面におけるＺｎ濃度を高く維持することができ、アルミニウム合金心材２との電位差の低下を防止できる。また、Ｃｕが外部犠牲陽極層３ｂ最表面まで達するおそれがないので、アルミニウム合金心材２と外部犠牲陽極層３ｂとの間の電位差の低下を防止できる。
次に、ブレージングシート１を構成するアルミニウム合金心材２、犠牲陽極材３およびろう材４の組成限定理由について説明する。
「アルミニウム合金心材の組成限定理由」
本発明に係るアルミニウム合金心材２は、０．５重量％〜１．８重量％のＭｎおよび０．１重量％〜１．０重量％のＣｕを含有するととともに残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。また、アルミニウム合金心材２には、０．０５重量％〜０．２重量％のＴｉ、０．０５重量％〜０．２重量％のＺｒ、０．１重量％〜１．０重量％のＳｉ、のうちのいずれか１種または２種以上の元素が添加されていることが好ましい。
本発明に係るアルミニウム合金心材２は、０．５重量％〜１．８重量％のＭｎおよび０．１重量％〜１．０重量％のＣｕを含有するととともに残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。また、アルミニウム合金心材２には、０．０５重量％〜０．２重量％のＴｉ、０．０５重量％〜０．２重量％のＺｒ、０．１重量％〜１．０重量％のＳｉ、のうちのいずれか１種または２種以上の元素が添加されていることが好ましい。
Ｍｎ：Ｍｎは、心材素地中にＡｌ−Ｍｎ化合物として分散し、耐食性を低下させることなく強度を向上させる作用があるが、その含有量が０．５％未満では所望の効果が得られず、一方、１．８％を越えて含有すると粗大な化合物により加工性が低下するので好ましくない。したがって、Ｍｎ添加量を０．５〜１．８％の範囲に定めた。Ｍｎ含有量の一層好ましい範囲は１．０〜１．５％である。
Ｃｕ：Ｃｕは、マトリックスに固溶して強度を向上させ、また心材自体の電位を貴にし、犠牲陽極材３およびろう材４との電位差を大きくする作用を有するが、Ｃｕが０．１％未満では所望の効果が得られず、一方、Ｃｕを１．０％以上添加すると融点が低下するためろう付時に材料が溶融しやすく、さらに、粒界腐食が起こりやすくなり耐食性が低下するため好ましくない。したがって、Ｃｕ添加量を０．１〜１．０％の範囲に定めた。Ｃｕ含有量の一層好ましい範囲は０．３〜０．７％である。
Ｓｉ：Ｓｉは、Ｍｎと共存させることによりＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物となって素地中に分散、あるいはマトリックス中に固溶して強度を向上させる作用を有するが、Ｓｉが０．１％未満では所望の効果が得られず、一方、１．０％を越えて含有させると心材の融点を低下させ、さらに耐食性も低下させるので好ましくない。したがって、Ｓｉ量を０．１〜１．０％の範囲に定めた。Ｓｉ含有量の一層好ましい範囲は０．３〜０．８％である。
Ｔｉ、Ｚｒ：これらの元素は、ろう付後に微細な金属間化合物として素地中に分散し、強度を向上させる作用を有するので必要に応じて添加するが、Ｔｉが０．０５％未満またはＺｒが０．０５％未満では所望の効果が得られず、一方、Ｔｉが０．２０％を越えまたはＺｒが０．２０％を越えて含有させると、加工性が低下するので好ましくない。したがって、Ｔｉを０．０５〜０．２０％の範囲とし、Ｚｒを０．０５〜０．２０％の範囲とした。
「犠牲陽極材の組成限定理由」
次に、本発明に係る犠牲陽極材３を構成する内部犠牲陽極層３ａは、０．１重量％〜４．０重量％のＺｎを含有するとともに残部がＡｌと不可避的不純物とからなるものである。
また、犠牲陽極材３を構成する外部犠牲陽極層３ｂは、２．０重量％〜１０．０重量％のＺｎを含有するとともに残部がＡｌと不可避的不純物とからなるものである。
さらに、内部犠牲陽極層３ａおよび外部犠牲陽極層３ｂのいずれか一方または両方には、０．５重量％〜１．８重量％のＭｎ、０．１重量％〜１．０重量％のＳｉ、０．３重量％〜２．０重量％のＦｅ、０．１重量％〜１．０重量％のＮｉ、０．０５重量％〜０．２重量％のＴｉ、のうちのいずれか１種または２種以上の元素が添加されていることが好ましい。
次に、本発明に係る犠牲陽極材３を構成する内部犠牲陽極層３ａは、０．１重量％〜４．０重量％のＺｎを含有するとともに残部がＡｌと不可避的不純物とからなるものである。
また、犠牲陽極材３を構成する外部犠牲陽極層３ｂは、２．０重量％〜１０．０重量％のＺｎを含有するとともに残部がＡｌと不可避的不純物とからなるものである。
さらに、内部犠牲陽極層３ａおよび外部犠牲陽極層３ｂのいずれか一方または両方には、０．５重量％〜１．８重量％のＭｎ、０．１重量％〜１．０重量％のＳｉ、０．３重量％〜２．０重量％のＦｅ、０．１重量％〜１．０重量％のＮｉ、０．０５重量％〜０．２重量％のＴｉ、のうちのいずれか１種または２種以上の元素が添加されていることが好ましい。
Ｚｎ：Ｚｎは、犠牲陽極材３の電位を卑にさせて心材２に対する犠牲陽極効果を発揮させ、心材２の腐食進行を防止する。また、犠牲陽極材３の最表面の酸化皮膜を脆弱にさせて腐食の発生起点を増加させ、腐食形態を孔食から面状にする効果もある。
外部犠牲陽極層３ｂのＺｎ量が２．０％未満では所望の効果が得られず、一方、１０％を越えて含有すると自己腐食性が増大し過ぎて好ましくない。したがって、外部犠牲陽極層３ｂのＺｎ量は２．０〜１０．０％の範囲に定めた。
また、内部犠牲陽極層３ａのＺｎ量は０．１％未満では所望の効果が得られず、４．０％を超えると自己腐食性が増加し過ぎるため、内部犠牲陽極層３ａのＺｎを０．１〜４．０％の範囲に定めた。Ｚｎ量の一層好ましい範囲は外部犠牲陽極層３ｂについて４．０〜８．０％であり、内部犠牲陽極層３ａについて１．０〜３．０％である。
また、外部犠牲陽極層３ｂのＺｎ量は内部犠牲陽極層３ａのＺｎ量よりも２％以上大きくすることが好ましい。これにより、内部犠牲陽極層３ａと外部犠牲陽極層３ｂとの電位差を大きくすることができ、外部犠牲陽極層３ｂを内部犠牲陽極層３ａの犠牲層として用いることができ、耐孔食性を向上させることができる。
外部犠牲陽極層３ｂのＺｎ量が２．０％未満では所望の効果が得られず、一方、１０％を越えて含有すると自己腐食性が増大し過ぎて好ましくない。したがって、外部犠牲陽極層３ｂのＺｎ量は２．０〜１０．０％の範囲に定めた。
また、内部犠牲陽極層３ａのＺｎ量は０．１％未満では所望の効果が得られず、４．０％を超えると自己腐食性が増加し過ぎるため、内部犠牲陽極層３ａのＺｎを０．１〜４．０％の範囲に定めた。Ｚｎ量の一層好ましい範囲は外部犠牲陽極層３ｂについて４．０〜８．０％であり、内部犠牲陽極層３ａについて１．０〜３．０％である。
また、外部犠牲陽極層３ｂのＺｎ量は内部犠牲陽極層３ａのＺｎ量よりも２％以上大きくすることが好ましい。これにより、内部犠牲陽極層３ａと外部犠牲陽極層３ｂとの電位差を大きくすることができ、外部犠牲陽極層３ｂを内部犠牲陽極層３ａの犠牲層として用いることができ、耐孔食性を向上させることができる。
Ｍｇ：Ｍｇはろう付時の熱処理により材料中に固溶拡散し、その後ＳｉやＺｎと微細金属間化合物として材料中に析出し、強度を著しく向上させる。ただし、ろう付接合部にＭｇが存在するとフラックスと反応し、ろう付性が低下するため本発明では内部犠牲材層のみへの添加とした。内部犠牲層のＭｇ添加量が０．０１％未満では所望の効果が得られず、１．０％を超えて添加するとろう付時に外部犠牲層表面に拡散し、ろう付性を低下させる。内部犠牲層のＭｇ添加量の一層好ましい範囲は０．３〜０．６％の範囲である。
Ｆｅ：Ｆｅの添加により素地中に微細なＡｌ−Ｆｅ化合物が分散形成され、それらを起点として材料表面に微小ピットが多数発生して面食状の腐食形態が形成され、深い孔食の発生が抑制される。Ｆｅは、その含有量が０．３％未満では所望の効果が得られず、一方、２．０％を越えて含有すると犠牲陽極材３の自己腐食性が増大するので好ましくない。したがって、Ｆｅ量を０．３％〜２．０％の範囲に定めた。Ｆｅ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．０％である。
Ｎｉ：Ｎｉは、Ｆｅと同様に素地中に微細なＡｌ−Ｎｉ化合物を分散形成させ、それらを起点として材料表面に微小ピットが多数発生されるが、その数が多く材料表面に均一に分布するため腐食深さが浅くなり、面食型の腐食形態となるため深い孔食が発生しない。Ｎｉは、その含有量が０．１％未満では所望の効果が得られず、１．０％以上含有すると自己腐食性が増大し、加工性も低下するため、Ｎｉ添加量はＮｉ：０．１〜１．０％の範囲に定めた。Ｎｉの含有量の一層好ましい範囲は０．３〜０．７％である。
Ｍｎ：Ｍｎは、素地中にＡｌ−Ｍｎ系化合物として分散し、耐食性を低下させることなく強度を向上させる作用があるが、その含有量が０．５％未満では所望の効果が得られず、一方、１．８％を越えて含有すると粗大な化合物が生成して加工性が低下するので好ましくない。したがって、Ｍｎ添加量を０．５〜１．８％の範囲に定めた。Ｍｎ含有量の一層好ましい範囲は１．０〜１．５％である。
Ｓｉ：Ｓｉは、晶析出物として素地中に微細に分散し、孔食の発生起点となることにより腐食形態を面食にする作用を有するが、Ｓｉが０．１％未満では所望の効果が得られず、一方、１．０％を越えて含有させると自己腐食性が増大し融点も低下するため好ましくない。したがって、Ｓｉ量を０．１〜１．０％の範囲に定めた。Ｓｉ含有量の一層好ましい範囲は０．３〜０．５％である。
Ｔｉ：Ａｌ合金中にＴｉを添加すると、鋳造時にＴｉ濃度（固溶度）が高い部分と低い部分が生成し、これが圧延時に延ばされ材料中に層状のＴｉ濃度分布が形成される。Ｔｉ濃度が低い部分は高い部分に比べ電位が卑になり、優先的に腐食が進行するため腐食形態が層状となり耐食性が向上する。Ｔｉが０．０５％未満では所望の効果が得られず、一方、０．２％を越えて含有させると、加工性が低下するため好ましくない。したがってＴｉ添加量を０．０５〜０．２０％の範囲に定めた。
「ろう材の組成限定理由」
本発明のブレージングシートを構成するろう材は、通常のＡｌ−Ｓｉ合金またはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金からなるろう材であればよく、特に限定されるものでもないが、ろう材中に含まれるＳｉはろう材の融点を下げるとともに流動性を付与する成分であり、その含有量が５．０％未満では所望の効果が得られず、一方、１５．０％を越えて含有するとかえって流動性が低下するので好ましくない。したがって、ろう材中のＳｉの含有量を５．０〜１５．０％の範囲に定めた。ろう材中のＳｉ含有量の一層好ましい範囲は７．０〜１１．０％である。また、ろう材にはＺｎを１．０〜５．０％の範囲で含有させても良い。
本発明のブレージングシートを構成するろう材は、通常のＡｌ−Ｓｉ合金またはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金からなるろう材であればよく、特に限定されるものでもないが、ろう材中に含まれるＳｉはろう材の融点を下げるとともに流動性を付与する成分であり、その含有量が５．０％未満では所望の効果が得られず、一方、１５．０％を越えて含有するとかえって流動性が低下するので好ましくない。したがって、ろう材中のＳｉの含有量を５．０〜１５．０％の範囲に定めた。ろう材中のＳｉ含有量の一層好ましい範囲は７．０〜１１．０％である。また、ろう材にはＺｎを１．０〜５．０％の範囲で含有させても良い。
本発明のブレージングシート１は、板厚が０．２０ｍｍｔ以下とした場合に優れた耐孔食性と強度を発揮することができる。また本発明のブレージングシートであれば、板厚０．１５ｍｍｔ以下までにしても十分な耐孔食性と強度を有するものとなる。また、アルミニウム合金心材２、内部犠牲陽極層３ａ、外部犠牲陽極層３ｂおよびろう材４の各クラッド率は特に規定するものではないが、外部犠牲陽極層３ｂのクラッド率が大きすぎる場合、ブレージングシートの腐食進行速度が高くなりすぎる場合がある。また、外部犠牲陽極層３ｂと内部犠牲陽極層３ａのクラッド率はブレージングシート１の板厚に応じて、適正なクラッド率とする必要がある。従って本発明では、内部犠牲陽極層３ａおよび外部犠牲陽極層３ｂを合わせた犠牲陽極材３のクラッド率として１５％〜４０％の範囲が好ましく、１５％〜２５％の範囲がより好ましい。また、外部犠牲陽極層３ｂのクラッド率は３％以上１５％以下の範囲が好ましい。更に、内部犠牲陽極層３ａのクラッド率に対する外部犠牲陽極層３ｂのクラッド率の比は５０％以下とすることが好ましい。
本発明のブレージングシートは、アルミニウム合金心材２、犠牲陽極材３およびろう材４の原料となるアルミニウム合金を半連続鋳造により造塊し、心材２および犠牲陽極材３については均質化処理した後、それぞれ所定厚さまで熱間圧延する。その後、アルミニウム合金心材２、犠牲陽極材３およびろう材４の各材料を組み合わせ、熱間圧延によりクラッド材とし、最終的に所定厚さまで冷間圧延する工程を経て作製される。
また、本実施形態の熱交換器は、例えば図２に示す従来の熱交換器と同一の構造を有するものでもよい。本発明の熱交換器は、上記のブレージングシートをろう付けまたは高周波溶接により造管して熱交換器用のチューブ材とし、このチューブ材をアルミニウム合金からなるフィン材と組み合わせ、ろう付炉中においてフラックスを用いる不活性雰囲気ろう付けあるいは真空ろう付を行うことにより製造される。こうして得られた熱交換器は、自動車用のラジエーターやヒーターコア等の熱交換器として用いられる。
以下の実施例により本発明を更に詳細に説明する。
下記表１に示す成分組成のＡｌ合金を溶解鋳造してインゴットを製造し、このインゴットを通常の条件で均質化処理後、熱間圧延を行い、種別Ａ〜Rの犠牲陽極材を作製した。
また、下記表２に示す成分組成のＡｌ合金を溶解し、鋳造してインゴットを製造し、このインゴットを通常の条件で均質化処理後、熱間圧延を行い、種別ａ〜ｋのアルミニウム合金心材を作製した。
さらに、ろう材として、ＪＩＳ ４０４５相当のアルミニウム合金（Ｓｉ：１０重量％、残部：Ａｌおよび不可避的不純物）を溶解、鋳造してインゴットを製造し、このインゴットを通常の条件で均質化処理後、熱間圧延を行い、ろう材とした。
下記表１に示す成分組成のＡｌ合金を溶解鋳造してインゴットを製造し、このインゴットを通常の条件で均質化処理後、熱間圧延を行い、種別Ａ〜Rの犠牲陽極材を作製した。
また、下記表２に示す成分組成のＡｌ合金を溶解し、鋳造してインゴットを製造し、このインゴットを通常の条件で均質化処理後、熱間圧延を行い、種別ａ〜ｋのアルミニウム合金心材を作製した。
さらに、ろう材として、ＪＩＳ ４０４５相当のアルミニウム合金（Ｓｉ：１０重量％、残部：Ａｌおよび不可避的不純物）を溶解、鋳造してインゴットを製造し、このインゴットを通常の条件で均質化処理後、熱間圧延を行い、ろう材とした。
ただし、表１中、※印は本発明外の合金組成であり、*印は本発明から外れた成分組成であることを示す。
ただし、表２中、※印は、本発明外の合金組成であり、*印は、本発明から外れた成分組成であることを示す。
表１に示す成分組成の犠牲陽極皮材と、表２に示す成分組成のアルミニウム合金心材と、上記のろう材とを図1に示した組み合わせで重ね合わせ、熱間圧延によりクラッドし、続いて中間焼鈍を行った後、冷間圧延を行うことにより、板厚０．１５ｍｍのＮｏ．１〜Ｎｏ．２１のブレージングシートを製造した。Ｎｏ．１からＮｏ．１１までが実施例であり、Ｎｏ．１２からＮｏ．２０までが比較例であり、Ｎｏ．２１が従来例（比較例）である。なお、各構成材のクラッド率は、外部犠牲陽極層を１０％とし、内部犠牲陽極層を１０％とし、アルミニウム合金心材を７０％とし、ろう材を１０％とした。
以上のブレージングシートについて窒素ガス雰囲気中で６００℃、３分間保持し、冷却速度１００℃／分で室温まで冷却するろう付相当熱処理を行い、下記の条件で耐食試験と強度測定を行った。
耐食試験：自動車用熱交換器の冷却水を想定した試験用腐食液を用意した。試験用腐食液は、Ｃｌ−：２００ｐｐｍ、ＳＯ４ ２−：６０ｐｐｍ、Ｆｅ３＋：３０ｐｐｍ、Ｃｕ２＋：１ｐｐｍを含み、ｐＨ３．０に調整された水溶液である。この試験用腐食液にブレージングシートを浸積させて８０℃で８時間保持した後、室温で１６時間保持するという温度サイクルを連続して３０日間繰り返し行った。試験終了後、最大孔食深さを測定して酸性環境下での耐食性を評価した。また腐食減量から腐食進行速度を測定した。
強度試験：ろう付熱処理後に８０℃で７日間保持する時効処理を行なったブレージングシートを用いて引張試験片を作製し、この試験片を用いて引張試験を行なうことにより、強度を評価した。
電位差測定方法：外部犠牲材層最表面と芯材の電位差は、ろう付け熱処理後にアノード分極測定を行ない、それぞれ孔食電位を測定し、電位差を求めた。アノード分極測定は高純度窒素ガスの吹き込みにて十分に脱気した４０℃、２．６７％のＡｌＣｌ３水溶液中で電位掃引速度０．５ｍＶ／ｓの条件で行なった。参照電極には飽和カロメル電極を使用した。なお、測定したアノード分極曲線において電流密度が急激に増加した屈曲点の電位を孔食電位とした。
芯材の電位はろう材側を約５０μｍほどＮａＯＨにてエッチングした後、アノード分極測定を行ない孔食電位を測定した。
芯材の電位はろう材側を約５０μｍほどＮａＯＨにてエッチングした後、アノード分極測定を行ない孔食電位を測定した。
耐食試験と強度試験および電位差測定の結果を表３に示す。
表３における※印は、本発明外の合金組成であることを示す。また、表３中の「貫通」とは、最大腐食深さが１５０μｍ以上であることを示す。
表３にみられるように、実施例１〜１１のブレージングシートはすべて圧延加工性が良好であり、また、本発明の範囲から外れた比較例と比べて最大孔食深さや腐食減量が小さく、優れた耐食性を有していることがわかる。また強度についても優れた強度を示していることがわかる。
一方、比較例１６〜２８のブレージングシートについては、圧延性・ろう付け性、耐食性、時効強度の全ての特性を満足するものが得られていないことが分かる。
一方、比較例１６〜２８のブレージングシートについては、圧延性・ろう付け性、耐食性、時効強度の全ての特性を満足するものが得られていないことが分かる。
本発明は、耐孔食性と機械的強度に優れるアルミニウム合金からなるブレージングシートに関し、このブレージングシートはフラックスを用いた不活性ガス雰囲気中のろう付により製造される自動車用のラジエーターやヒーターコアなどアルミニウム製熱交換器の冷媒流通経路等の構造部材として適用できる。
１…ブレージングシート、２…アルミニウム合金心材、３…犠牲陽極材、３ａ…内部犠牲陽極層、３ｂ…外部犠牲陽極層、４…ろう材
Claims (8)
- アルミニウム合金心材の一面側にＡｌ−Ｚｎ合金からなる犠牲陽極材がはり合わされるとともに該アルミニウム合金心材の他面側にＡｌ−Ｓｉ合金またはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金からなるろう材がはり合わされ、前記犠牲陽極材が前記アルミニウム合金心材に接する内部犠牲陽極層と該内部犠牲陽極層に重なる外部陽極犠牲層とから構成され、前記内部犠牲陽極層の電位が前記アルミニウム合金心材の電位よりも卑とされるとともに前記外部犠牲陽極層の電位が前記内部犠牲陽極層の電位よりも卑とされ、前記内部犠牲陽極層のＺｎ量よりも前記外部犠牲陽極層のＺｎ量が大とされ、前記内部犠牲陽極層が０．１重量％〜４．０重量％のＺｎを含有するとともに残部がＡｌと不可避的不純物とからなり、前記外部犠牲陽極層が２．０重量％〜１０．０重量％のＺｎを含有するとともに残部がＡｌと不可避的不純物とからなり、前記アルミニウム合金心材が０．５重量％〜１．８重量％のＭｎおよび０．１重量％〜１．０重量％のＣｕを含有するととともに残部がＡｌおよび不可避的不純物からなることを特徴とするブレージングシート。
- 前記内部犠牲陽極層のＺｎ量と前記外部犠牲陽極層のＺｎ量との差が２重量％以上とされていることを特徴とする請求項１に記載のブレージングシート。
- 前記外部犠牲陽極層の表面と前記アルミニウム合金心材との電位差が１２０ｍＶ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブレージングシート。
- 前記内部犠牲陽極層にさらに０．０１重量％〜１．０重量％のＭｇが添加されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブレージングシート。
- 前記内部犠牲陽極層および前記外部犠牲陽極層のいずれか一方または両方に更に、０．５重量％〜１．８重量％のＭｎ、０．１重量％〜１．０重量％のＳｉ、０．３重量％〜２．０重量％のＦｅ、０．１重量％〜１．０重量％のＮｉ、０．０５重量％〜０．２重量％のＴｉ、のうちのいずれか１種または２種以上の元素が添加されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のブレージングシート。
- 前記アルミニウム合金心材に更に、０．０５重量％〜０．２重量％のＴｉ、０．０５重量％〜０．２重量％のＺｒ、０．１重量％〜１．０重量％のＳｉ、のうちのいずれか１種または２種以上の元素が添加されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のブレージングシート。
- 前記犠牲陽極材のクラッド率が１５％以上３０％以下とされ、かつ前記アルミニウム合金心材と前記犠牲陽極層と前記ろう材との合計厚みが０．２０μｍ以下とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のブレージングシート。
- 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のブレージングシートを用いて製造されてなることを特徴とする熱交換器。
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