JP2009197300A - 真空ろう付用アルミニウム合金ブレージングシート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アルミニウム合金からなる芯材の片面にアルミニウム合金からなる中間層をクラッドし、かつ芯材の中間層と接していない面及び中間層の芯材と接していない面にアルミニウム合金ろう材を配してなる4層構造の真空ろう付用アルミニウム合金ブレージングシート1において、前記ろう材層がSi10.0〜13.0%、Fe0.3%を超え0.8%以下、Mg1.0〜2.0%含有し、さらに、FeとMgの含有量がFe+Mg≧1.6%を満足し、残部がAlおよび不可避不純物よりなることを特徴とする真空ろう付用アルミニウム合金ブレージングシートはろう材中にFeを積極的に添加し、ろう材中のFeとMgをある程度以上添加することにより、コストアップすることなくろうの隙間充填性を向上でき、同時に耐食性も向上することができる。
【選択図】図1
Description
Si:
ろう材層中のSiは、ろう付けにおいて溶融し、接合に寄与する。ここでSi量が10.0%未満では、高温での変形抵抗が小さくなってクラッド率がばらつき、一方Si量が13%を越えれば、ろう材の鋳造時に巨大な初晶Siが形成され、ろう材の圧延性が劣ってしまう。したがってろう材中のSi量は10.0〜13.0%の範囲内とした。
ろう材層中のFeは、ろう材の自己耐食性、ろう流れ性、および隙間充填性に関係する。ろう材に添加されるFe量が0.3%以下では、ろう流れ性および隙間充填性が不充分となり、一方0.8%を越えれば、自己耐食性に劣り、ブレージングシートの耐孔食性を劣化させる。したがってFe量は0.3%を超え0.8%以下の範囲とした。
ろう材層にMgを添加しておけば、真空ろう付け時においてMgがろう材層より蒸発することにより、表面の酸化皮膜を破壊、還元し、ろうの流れを良好にする効果が得られる。この効果は、Mg量が1.0%未満では充分に得られず、一方Mg量が2.0%を越えれば、ろう材として圧延が困難となる。したがってろう材におけるMgの添加量は1.0〜2.0%の範囲内とした。
なお、ろう材自体の製造方法は特に限定されるものではなく、常法に従って鋳造し、必要に応じて均質化処理を行ない、さらに熱間圧延、必要に応じて冷間圧延を施して所要の板厚とすれば良い。
Mn:
芯材中のMnは、アルミニウムマトリックスに固溶するかまたはAl、Fe等と金属間化合物を形成して、強度向上に寄与する。またMnの添加は、アルミニウム合金の電位を貴にするため、プレート材にフィンを設ける場合においてプレート材の芯材中にMnを添加しておけば、フィンとの電位差を大きくして、内部耐食性を向上させることができる。
これらの効果を確実に得るためには、0.5%以上のMnを添加する必要があり、望ましくは0.9%以上のMnを添加する。また、Mn量が1.8%を越えれば、圧延性の低下を避け得なくなる恐れがあり、したがってMn量の上限は1.8%とした。より好ましいMn量の上限は1.5%である。
芯材中のSiは、ろう付け加熱後に母相中に固溶して、強度を高める機能を果たす。その効果を充分に発揮させるためには、Si量の下限を0.05%とする必要があるが、過剰にSi添加量を多くすれば、自己耐食性の低下を招くおそれがあり、そこでSi量の上限を0.6%とした。
芯材中のFeは、金属間化合物として晶出もしくは析出して、ろう付け後の強度を向上させる。このようなFe添加の効果を得るためには、0.05%以上のFe量とする必要がある。一方、過剰にFeが含有されれば、Feを含む金属間化合物が表面に晶出して腐食速度を速める。このような過剰なFeの含有による悪影響を回避するためには、Fe量は0.8%以下とする必要がある。
芯材にCuを0.3%以上添加すれば、芯材とプレート材表面との電位差を充分に確保することができ、耐食性向上に寄与する。一方Cuを必要以上に添加すれば、粒界腐食感受性が高まると同時に自己耐食性も著しく低下する。このような現象を回避するためには、Cu量を0.8%以下にする必要がある。なおCu量は、0.6%以下にすることが望ましい。
芯材中のMgはろう付加熱後の強度を高めるのに最も有効な元素であるが、Mgが0.05%未満では、その効果が少なく、一方0.3%を超えて添加すると芯材の電位を卑にし、中間層による犠牲陽極効果が得られなくなる。さらに芯材の粒界腐食感受性が高くなるため、芯材の自己耐食性が著しく低下する。したがって、Mgの含有量の範囲を0.05〜0.3%と規定した。
これらは、いずれか1種または2種以上を添加する。これらのうち、先ずTiおよびVは、強度、特に高温強度を向上させるために寄与すると同時に、耐食性をより一層向上させることに寄与する。すなわち、アルミニウム合金中に添加されたTi、Vは、その濃度の高い領域と濃度の低い領域とに分かれ、それらが板厚方向に交互に積層状に分布し、そしてTiもしくはVの濃度の低い領域がTiもしくはVの濃度の高い領域よりも優先的に腐食することによって、腐食形態が層状となり、その結果、板厚方向への腐食の進行が妨げられ、耐孔食性及び耐粒界腐食性が向上する。
なお、芯材自体の製造方法は特に限定されるものではなく、常法に従って鋳造し、必要に応じて均質化処理を行ない、さらに熱間圧延、さらには必要に応じて冷間圧延を施して所定の板厚とすれば良い。
なお中間層の合金元素としては、Si、Feを必須として添加し、Mn、Ti、Zrのうちの1種または2種を選択して添加すれば良い。
中間層に含まれるSiは、ろう付け加熱後に母相中に固溶し、強度を高める効果を示す。その効果を充分に発揮させるためには、Si添加量の下限を0.1%とする必要がある。一方、Si添加量が多過ぎれば、自己耐食性の低下を招くおそれがあり、その上限を0.6%とする必要がある。そこで中間層のSi量は0.1〜0.6%の範囲内とした。
中間層に含まれるFeは、金属間化合物として晶出もしくは析出して、ろう付け後の強度を向上させるために寄与する。このFe添加の効果を得るためには、0.1%以上のFeを添加する必要がある。一方、過剰にFeが含有されれば、Feを含む金属間化合物が表面に晶出して腐食速度を速め、このような過剰なFeの含有による悪影響を回避するためには、Fe量は0.8%以下とする必要がある。したがって中間層のFe量は0.1〜0.8%の範囲内とした。
中間層に含まれるMnは、アルミニウムマトリックスに固溶するかまたはAl、Fe等と金属間化合物を形成して、中間層の高温強度の向上に寄与する。またMnは、アルミニウムの腐食を促進するAl−Fe系の金属間化合物をAl−Mn−Fe系の金属間化合物に変えることにより、犠牲材として働く中間層の自己耐食性を向上させる。これらの効果は、Mn量が0.4%未満では得られず、一方Mn量が0.9%を越えれば、高温での変形抵抗が大きくなるため圧延加工性や中間層のクラッド率が安定しなくなり、さらには中間層と芯材との電位差が充分に取れなくなって、中間層による犠牲防食効果が充分に得られなくなる。したがって中間層のMn量は0.4〜0.9%の範囲内とした。
中間層の合金にTiを添加することによって、高温での変形抵抗を高める働きがある。また、材料の厚さ方向にTiもしくはV濃度の高い領域と低い領域とに分かれて、それらが交互に分布する層状組織になり、TiもしくはV濃度の低い領域が高い領域と比較して優先的に腐食させることにより、腐食形状を層状にする効果を有し、それによって厚さ方向への腐食の進行を妨げて、中間層の耐孔食性を向上させる。この効果はTiもしくはV量が0.05%未満では期待できず、一方TiもしくはV量が0.3%を越えれば、鋳造時に巨大な晶出物が生成するため、クラッド材としての中間層の圧延加工性が悪くなる。したがってTi、Vを添加する場合の量は0.05〜0.3%の範囲内とした。
中間層においてZrをアルミニウム合金に添加すれば、Zrはアルミニウムマトリック
スに固溶するかもしくはAl−Zr系の化合物を形成して、高温における高い変形抵抗を
得ることができる。この効果は、Zr量が0.05%未満では得られず、一方Zr量が0
.3%を越えれば、中間層を作製する際の圧延加工性が低下する。したがってZrを添加
する場合のZr量は0.05〜0.3%の範囲内とした。
なお中間層自体の製造方法は特に限定されるものではなく、常法に従って鋳造し、必要に応じて均質化処理を行ない、さらに熱間圧延を施し、その後必要に応じて冷間圧延を施して所要の板厚とすれば良いが、中間層の鋳塊に必要に応じて行なう均質化処理は、500℃〜610℃で1時間以上の条件で行なうことが望ましく、また熱間圧延は400〜550℃の範囲内の温度で行なうことが望ましい。このような条件で均質化処理、熱間圧延を行なうことにより、中間層に添加した元素の固溶量を調整して、その後にクラッド材として容易に熱間圧延することが可能となる。
表1の合金記号A〜Hに示す成分組成のろう材と、表2の合金記号1〜9に示す成分組成の中間層材と、表3の合金記号a〜kに示す芯材とを、表4のクラッド材番号1〜38に示すように組合わせて、4層構造のブレージングシートを以下のように製造した。
すなわち、ろう材、中間層材、芯材をそれぞれDC鋳造法により常法に従って鋳造した後、中間層材および芯材については600℃で3時間の均質化処理を施した後に、それぞれ450℃で熱間圧延し、所定の厚さに圧延した。
次に、図1に示すように、A3003合金からなる幅(W2)の板材(2)上に、上記各ブレージングシート(1)を横長起立状態にしてかつ、一端底縁にSUS304からなる直径3mmのスペーサーロッド(3)を介在させた状態にセットして試験片を作製した。
合金記号6ではZr0.03%を含有するものの、Mn0.4〜0.9%、Ti0.05〜0.3%、V0.05〜0.3%、Zr0.05〜0.3%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有するというこの発明の条件を充足せず、この発明範囲外である。
合金記号8はTi0.04%を本含有するものの、Mn0.4〜0.9%、Ti0.05〜0.3%、V0.05〜0.3%、Zr0.05〜0.3%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有するというこの発明の条件を充足せず、この発明範囲外である。
またこの発明合金bはMg0.10%を含有し、さらにこの発明合金c はZr0.15%を含有し、この発明合金dはTi0.15%を含有し、さらにこの発明合金eはV0.15%を含有し、以上何れもMg0.05〜0.3%、Ti0.05〜0.3%、V0.05〜0.3%、Zr0.05%〜0.3%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有するとするこの発明範囲内である。
この発明例1〜この発明例15はろう材がこの発明合金Aであり、この発明例16〜この発明例20はろう材をこの発明合金Bとして製作された。
またこの発明例1〜この発明例5は中間材がこの発明合金1であり、この発明例6〜この発明例10は中間材をこの発明合金2とし、この発明例11〜この発明例20は中間材をこの発明合金3として製作された。
したがって以上のろう材、中間層及び芯材が、この発明で規定する範囲内にあるNo.1〜No.20のブレージングシートでは、いずれも熱間圧延加工を円滑に行なうことができ、またろう付性や耐食性も良好であった。なお、中間層として、Tiを0.15%含有する合金記号No.3に代えてVを0.15%含有するものを用いた場合も、同様の結果が得られた。
またろう材に比較例合金E,F,Gを用いた比較例35、36、37の各ブレージングシートは、ろう材中のFeの含有量もしくは、Fe+Mgの含有量がこの発明で規定する範囲に満たないため、隙間充填長さが1.5、2.2、1.1(mm)に留まり、ろう付性に劣った。
Claims (2)
- アルミニウム合金からなる芯材の片面にアルミニウム合金からなる中間層をクラッドし、かつ芯材の中間層と接していない面及び中間層の芯材と接していない面にアルミニウム合金ろう材を配してなる4層構造の真空ろう付用アルミニウム合金ブレージングシートにおいて、前記芯材が、Mn0.5〜1.8%、Si0.05〜0.6%、Fe0.05〜0.8%、Cu0.3〜0.8%を含有し、残部がAlおよび不可避不純物よりなり、前記中間層が、Si0.1〜0.6%、Fe0.1〜0.8%を含有し、さらにMn0.4〜0.9%、Ti0.05〜0.3%、V0.05〜0.3%、Zr0.05〜0.3%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有し、残部がAlおよび不可避不純物よりなり、前記ろう材層がSi10.0〜13.0%(wt%、以下同じ)、Fe0.3%を超え0.8%以下、Mg1.0〜2.0%含有し、さらに、FeとMgの含有量がFe+Mg≧1.6%を満足し、残部がAlおよび不可避不純物よりなることを特徴とする真空ろう付用アルミニウム合金ブレージングシート。
- アルミニウム合金からなる芯材の片面にアルミニウム合金からなる中間層をクラッドし、かつ芯材の中間層と接していない面及び中間層の芯材と接していない面にアルミニウム合金ろう材を配してなる4層構造の真空ろう付用アルミニウム合金ブレージングシートにおいて、前記芯材が、Mn0.5〜1.8%、Si0.05〜0.6%、Fe0.05〜0.8%、Cu0.3〜0.8%を含有し、さらにMg0.05〜0.3%、Ti0.05〜0.3%、V0.05〜0.3%、Zr0.05%〜0.3%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有し、残部がAlおよび不可避不純物よりなり、前記中間層が、Si0.1〜0.6%、Fe0.1〜0.8%を含有し、さらにMn0.4〜0.9%、Ti0.05〜0.3%、V0.05〜0.3%、Zr0.05〜0.3%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有し、残部がAlおよび不可避不純物よりなり、前記ろう材層がSi10.0〜13.0%(wt%、以下同じ)、Fe0.3%を超え0.8%以下、Mg1.0〜2.0%含有し、さらに、FeとMgの含有量がFe+Mg≧1.6%を満足し、残部がAlおよび不可避不純物よりなることを特徴とする真空ろう付用アルミニウム合金ブレージングシート。
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