JP2011230173A

JP2011230173A - アルミニウム合金ろう材

Info

Publication number: JP2011230173A
Application number: JP2010104643A
Authority: JP
Inventors: Munehisa Takahashi; 宗尚高橋; Yasunori Hyogo; 靖憲兵庫
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2011-11-17

Abstract

【課題】ろう付された高耐食性アルミニウム合金材に生じる孔食を抑制し、かつ、ろう材自体の腐食も抑制することができるアルミニウム合金ろう材を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｓi ：７．０〜１５．０％、Ｚn ：０．１〜１．５％を含有し、残部がＡl と不可避不純物とからなり、前記不可避不純物中でＣu ：０．３％以下の組成を有し、望ましくはＢｉ：０．０５〜０．２％、Ｓｒ：０．０１〜０．１％、Ｓｂ：０．０１〜０．１％の１種以上を総量で０．０１〜０．２％、前記不可避不純物中でＦｅ：０．４％以下の組成を有し、好適には、孔食電位差が±３０ｍＶ以下である被ろう付部材とのろう付に供されるアルミニウム合金ろう材とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム製部材などのろう付に用いられるアルミニウム合金ろう材に関するものであり、特に高耐食性アルミニウム合金を用いた熱交換器のろう付に好適に用いられるものである。

自動車用や家電用などの用途に利用される熱交換器では、一般には、アルミニウム製部材を組み付け、これをろう付によって接合する方法によって製造されている。このろう付法では、ろう材自体をワイヤやリング、粉体として提供したり、ろう材を芯材にクラッドしてブレージングシートとして提供したりする。また、ろう付時のフラックス供給が不要な、フラックスを内包したワイヤやリングを用いる場合もある（例えば特許文献１〜４参照）。

ところで、上記熱交換器、特に自動車用熱交換器などでは、腐食環境に晒されることから耐食性を確保することが必要とされている。この目的を達成するため、従来は、Ｚｎなどによって材料表面に犠牲腐食層を付与したり、配管などの部材の肉厚を大きくして耐食寿命（耐貫通孔寿命）を確保したりしている。
しかし、いずれの方法もコストアップ、質量アップを招くという問題は避けられず、特に自動車用熱交換器では、質量アップによって燃費低下を招くという問題がある。

このため、被ろう付部材に用いる材料として、上記した犠牲防食層や厚肉化を必要とすることなく材料単体において耐食性を確保することができるものが要望されており、最近ではこれに応じた熱交換器用の高耐食性合金材も開発されるに至っている。

特開平６−１９８４８７号公報特開平９−４７８９２号公報特開平９−１３６８号公報特開２００６−１５０１１９

しかし、上記した高耐食性アルミニウム合金材は、通常は電位が低く設計されているので、一般的に用いられているろう材（ＪＩＳ４０４７など）を用いてろう付した場合、ろう材電位の方が相対的に貴となり、高耐食性アルミニウム合金材が優先的に腐食し孔食が発生してしまう。上記に挙げた特許文献に記載のろう材についても、ろう付性を向上したものや、ろう付の際に被ろう付材に生じる欠陥を抑制したものがあるものの、高耐食性アルミニウム合金材に対しては孔食防止効果を十分に発揮することは困難である。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、高耐食性アルミニウム合金材を被ろう付部材とする場合にも、ろう付された高耐食性アルミニウム合金材に生じる孔食を抑制し、かつ、ろう材自体の腐食をも抑制することができる、アルミニウム合金ろう材を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のアルミニウム合金ろう材のうち、第１の本発明は、質量％で、Ｓi ：７．０〜１５．０％、Ｚn ：０．１〜１．５％を含有し、残部がＡl と不可避不純物とからなり、前記不可避不純物中でＣu ：０．３％以下の組成を有することを特徴とする。

第２の本発明のアルミニウム合金ろう材は、前記第１の本発明において、さらに質量％で、Ｂｉ：０．０５〜０．２％、Ｓｒ：０．０１〜０．１％およびＳｂ：０．０１〜０．１％の１種以上を含有することを特徴とする。

第３の本発明のアルミニウム合金ろう材は、第２の本発明において、前記Ｂｉ、Ｓｒ、Ｓｂの合計含有量が、質量％で０．０１〜０．２％であることを特徴とする。

第４の本発明のアルミニウム合金ろう材は、第１〜３の本発明のいずれかにおいて、さらに質量％で、前記不可避不純物中でＦｅ：０．４％以下の組成を有することを特徴とする。

第５の本発明のろう材用アルミニウム合金は、前記１〜４の本発明のいずれかにおいて、被ろう付部材に対する孔食電位差が±３０ｍＶ以下である被ろう付部材とのろう付に供されるものであることを特徴とする。

以下に本発明で規定する組成等の限定理由について説明する。なお、以下における各成分の含有量はいずれも質量％で示されている。

Ｓｉ：７．０〜１５．０％
Ｓｉはアルミニウム合金ろう材の融点を下げ、溶融時の流動性を高めるために添加される。ただし、７．０％未満では十分な融点低下効果が得られず、１５．０％を超えると融点が上昇してしまう。

Ｚｎ：０．１〜１．５％
Ｚｎはアルミニウム合金ろう材の電位を卑にする作用がある。ただし、０．１％未満では電位低下の効果が十分に得られず、１．５％を超えるとアルミニウム合金ろう材の腐食速度が速くなってろう材の耐食性が劣化し、また、ろう流動性および加工性も低下してしまう。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。

Ｃｕ：０．３％以下
Ｃｕはアルミニウム合金ろう材の自己腐食速度を増加する作用があるため、不可避不純物として０．３％以下に制限する。０．３％超含有すると、ろう材の自己腐食速度が速くなってしまい、早期に貫通孔が発生する。なお、さらにＣｕ０．１％以下に制限するのが望ましく、さらに、Ｃｕ０．０５％以下に制限するのが一層望ましい。

Ｂｉ：０．０５〜０．２％、Ｓｒ：０．０１〜０．１％、Ｓｂ：０．０１〜０．１％
Ｂｉ、Ｓｒ、Ｓｂはアルミニウム合金ろう材のろう流動性を向上する効果があるので、これらのうち１種以上を所望により含有させる。ただし、各成分において下限未満であると効果が十分に得られず、上限を超えると効果が飽和するので、上記範囲とする。

Ｂｉ、Ｓｒ、Ｓｂの合計量：０．０１〜０．２％
前記Ｂｉ、Ｓｒ、Ｓｂの合計量は上記範囲であるとろう材の流動性がさらに向上するので望ましい。前記Ｂｉ、Ｓｒ、Ｓｂの合計量が下限未満であると効果が十分に得られず、上限を超えると効果が飽和する。

Ｆｅ：０．４％以下
Ｆｅはその化合物によってＳｉ粒子を粗大化し、加工時の割れを発生させる。したがって、不可避不純物としてＦｅの含有量を０．４％以下とするのが望ましい。Ｆｅ０．４％以下により割れの発生を抑制できる。なお、同様の理由で上限を０．２％以下とするのが望ましい。

孔食電位差：±３０ｍＶ以下
アルミニウム合金ろう材と被ろう付部材との孔食電位差が上記範囲内であると、ろう材もしくは被ろう付部材の腐食をさらに抑制することができる。被ろう付部材に対してろう材の孔食電位が３０ｍＶより貴となる場合は被ろう付部材が優先腐食して早期貫通孔に至り、被ろう付部材に対してろう材の孔食電位が３０ｍＶより卑となる場合にはろう材が優先腐食して早期貫通孔に至る。なお、同様の理由により、孔食電位差を±１０ｍＶ以下とするのがより望ましい。

以上説明したように、成分を適正に定めた本発明のアルミニウム合金ろう材は、被ろう付部材、例えば高耐食性アルミニウム合金材の孔食を抑制しつつ、ろう材自体の腐食も抑制することができる。なお、本発明が適用される被ろう付部材としては、いわゆる高耐食性アルミニウム合金材が好適であるが、本発明としてはろう付に適用される被ろう付部材がこれに限定されるものではない。

また、本発明のアルミニウム合金ろう材を用いて、フラックスを内包したワイヤ状、もしくはリング状のろう付用材料を得ることも可能である。アルミニウム合金ろう材にフラックスを内包することで、ろう付の際のフラックス供給を行わずに済み、作業の簡素化が図れる。この場合、フラックスの内包量は、ろう材重量全体の２０〜７０％が望ましい。２０％未満ではフラックスの効果が発揮されず、７０％を超えるとろう材の割合が少なくなり、ろう付が不十分となる。

フラックスには、４５．８％ＫＦ、＋５４．２％ＡＬＦ_３の共晶組成（ノコロックフラックス）、あるいはこれに近い組成を含んで実質的に錯体化された錯体化合物であるＫ_１〜３ＡｌＦ_４〜６（ＫＡｌＦ_４、Ｋ_２ＡｌＦ_５、Ｋ_２ＡｌＦ_６など）を用いることができる。また、ろう材の低融点化を図る目的で、これらフラックスにＣｓＦおよび／またはＬｉＦを含んでも良い。フラックスにＫＺｎＦ_３を含むものとしてもよい。これによりろう付部分にＺｎが供給され、Ｚｎによる犠牲陽極作用を得ることができる。
上記から選ばれるフラックスは単体で用いても良いし、２種以上を混合して用いても良く、ＣｓＦおよび/またはＬｉＦは前記フラックスに対し、質量％で２０〜７０％の割合で配合することができる。ＫＺｎＦ_３はアルミニウム合金ろう材に対して、質量％で０．２〜４．０％配合するのが望ましい。

以下に、本発明の実施形態を説明する。
本発明のアルミニウム合金ろう材は常法により製造することができ、以下にその形態例を説明する。
本願発明の組成となるアルミニウム合金は常法により溶製することができ、半連続鋳造、熱間圧延や連続鋳造圧延を経て、ワイヤー状やリング状などの所望の形状に加工することができる。また、本発明のアルミニウム合金ろう材を母材にクラッドすることでブレージングシートとすることも可能であり、粒子状に加工してもよい。

フラックスを内包したアルミニウム合金ろう材を製造する場合にも特に製法は限定されない。例えば、押出などにより中空の管を形成し、該中空部にフラックスを充填した後、引抜加工を施してワイヤ状に形成する方法などを採用することができる。

上記により製造されたアルミニウム合金ろう材は、高耐食性アルミニウム合金などによって配管が構成されたアルミニウム製熱交換器のろう付に供することができる。本発明のアルミニウム合金ろう材を用いたろう付方法は特に限定されるものではなく、さらに大気圧下、減圧下のいずれであってもよく、その雰囲気も特に限定されないものである。
ろう付された、例えばアルミニウム製熱交換器では、良好な耐食性を発揮し、孔食の発生も効果的に抑制され、優れた耐久性を有している。

表１に示す組成を有するアルミニウム合金ろう材を常法により溶解し、鋳造した後、常法によりフラックスを内包したワイヤ状に加工した。これを用いて以下の項目について評価を行った。評価結果については表２に示す。

（加工性）
表１に示すアルミニウム合金ろう材でフラックスを内包しワイヤ状に加工した後、これをリング状に成形加工する際の表面の割れを目視で評価を行なった。フラックス内包時に割れが発生し、連続成形できなかったものを×と評価し、リング成形時に一部割れが発生したものを△と評価し、リング成形時に表面クラック程度の割れが発生したものを○と評価し、割れが生じず、良好な表面であった場合は◎と評価して表２に示した。なお、実用上は割れが発生していない○および◎が合格品である。

（ろう付性）
上記の加工性評価において、フラックス内包時に割れが発生せず、連続成形できたろう材についてろう付性評価を行った。まず、ＪＩＳ３００３合金にＺｎを適当に添加し、各々の電位を有するアルミニウム合金製パイプを被ろう付部材として、表１に示すアルミニウム合金ろう材を用いてろう付を行った。ろう付はトーチろう付によって行った。ろう付後の部材に３ＭＰａのアルゴンガスを封入し、ろう付部からのガス漏れの有無を調べることで、ろう付性を評価した。接合部へのろうの充填が不十分で、ガス漏れが発生し、機密性が保てない場合は×と評価し、ガス漏れの発生は無いものの、充填状態が不均一な場合は△と評価し、ガス漏れの発生は無いものの、ごく一部の箇所にて充填状態が不均一場合は○と評価し、ガス漏れがなく健全な接合状態が得られたものは◎と評価して表２に示した。

（耐食性）
上記のろう付評価において、ガス漏れが発生しなかった供試材について、耐食性を評価した。評価条件はＳＷＡＡＴ（ＡＳＴＭＧ８５規格準拠）における２０日間の暴露とした。ろう材フィレットあるいはパイプに腐食による貫通孔が発生した場合は×と評価し、ろう材フィレットあるいはパイプの腐食深さが元肉厚の１／２以下であったものは○と評価し、１／４以下であったものは◎と評価して表２に示した。

（孔食電位測定）
照合電極に飽和カロメル電極を用い、Ｎ_２ガスにて脱気した４０℃の２．６７％ＡｌＣｌ_３液中にて電位掃引速度０．５ｍＶ／ｓとして、前記アルミニウム合金製パイプと、表１に示すアルミニウム合金ろう材の孔食電位を測定し、ろう材の孔食電位からチューブ材の孔食電位を差し引いた値を孔食電位差として表２に示した。

表１および表２に示したように、本発明のアルミニウム合金ろう材を用いた供試材（発明材Ｎｏ．１〜２８）は、加工性、ろう付性、耐食性において良好な結果を示す。発明材Ｎｏ．７〜２０については、ろう付性に貢献するＳｉ濃度が発明の範囲内において少な目であるものの、ろう付性を向上させるＢｉ、Ｓｒ、Ｓｂが添加されており、より多くのＳｉを含有する発明材と遜色のないろう付性が得られた。
一方、比較材Ｎｏ．１はＳｉが本発明の上限を超えているため、ろう付性が不良となった。比較材Ｎｏ．２はＳｉが本発明の下限未満であるため、ろう付性が不良となった。比較材Ｎｏ．３はＺｎが本発明の上限を大きく超えているため、加工性評価におけるフラックス内包時に割れが発生した。比較材Ｎｏ．４はＺｎが本発明の上限を超えており、耐食性評価において、ろう材が優先的に腐食し貫通孔が発生した。比較材Ｎｏ．５はＺｎが本発明の下限未満であり、耐食性評価においてチューブ材が優先腐食し貫通孔が発生した。比較材Ｎｏ．６はＣｕが本発明の上限を超えており、耐食性評価においてろう材が優先腐食し貫通孔が発生した。

Claims

質量％で、Ｓi ：７．０〜１５．０％、Ｚn ：０．１〜１．５％を含有し、残部がＡl と不可避不純物とからなり、前記不可避不純物中でＣu ：０．３％以下の組成を有することを特徴とするアルミニウム合金ろう材。
さらに質量％で、Ｂｉ：０．０５〜０．２％、Ｓｒ：０．０１〜０．１％およびＳｂ：０．０１〜０．１％の１種以上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ろう材。
前記Ｂｉ、Ｓｒ、Ｓｂの合計含有量が、質量％で、０．０１〜０．２％であることを特徴とする請求項２記載のアルミニウム合金ろう材。
さらに質量％で、前記不可避不純物中でＦｅ：０．４％以下の組成を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ろう材。
被ろう付部材に対する孔食電位差が±３０ｍＶ以下である被ろう付部材とのろう付に供されるもの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ろう材。