JP2012092374A - Aluminum clad material for heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空ろう付によって作製されるアルミニウム熱交換器、高い熱伝導性を必要とする熱交換器に適した熱交換器用アルミニウムクラッド材に関する。 The present invention relates to an aluminum heat exchanger produced by vacuum brazing and an aluminum clad material for a heat exchanger suitable for a heat exchanger that requires high thermal conductivity.
真空ろう付によって作製されるアルミニウム熱交換器、例えばラミネートエバポレータ用材料として使用されるブレージングシートとして、流体通路の外側となる心材の面において、心材とろう材との間に中間層を設けたクラッド材が知られている（特許文献１、２参照）。
A clad with an intermediate layer between the core material and the brazing material on the surface of the core material outside the fluid passage as a brazing sheet used as an aluminum heat exchanger, for example, a laminate evaporator material, produced by vacuum brazing Materials are known (see
特許文献１、２に記載されたブレージングシートは自動車用熱交換器用材料として提案されたものであり、心材強度を確保するために０．５〜２．０質量％のＭｎを含有するアルミニウム合金が用いられている。
The brazing sheets described in
自動車用熱交換器は融雪塩や排気ガスが付着する環境にあり、前記ブレージングシートは、熱交換器の流体通路の外側の腐食環境が内側よりも過酷であることを前提として、ろう付による心材中のＣｕのろう材層への拡散を中間材で遮断することにより、心材を流体通路の外側からの腐食を防いで心材を防食するようにしたものである。 The heat exchanger for automobiles is in an environment where snow melting salt or exhaust gas adheres, and the brazing sheet is a brazing core material on the premise that the corrosive environment outside the fluid passage of the heat exchanger is more severe than the inside. By blocking the diffusion of Cu in the brazing filler metal layer with an intermediate material, the core material is prevented from corroding from the outside of the fluid passage, thereby preventing the core material from being corroded.
また、熱交換器用フィン材として、Ｃｅを添加したＡｌ−Ｍｎ系合金がある（特許文献３参照）。このフィン材は、フィンの薄肉化に伴って、耐食性、耐エロージョン性、強度、熱伝導性を高めることを目的としたものである。 Moreover, there exists an Al-Mn type alloy which added Ce as a fin material for heat exchangers (refer patent document 3). This fin material is intended to increase corrosion resistance, erosion resistance, strength, and thermal conductivity as the fin becomes thinner.
アルミニウム熱交換器は、上述したラミネートエバポレータ等の空調機用の他、電子素子の冷却にも使用される。電子素子冷却用熱交換器では、素子を熱交換器の流体通路の外面に接触させた状態で組み付けて素子の発熱を直接的に抜熱するために、高い熱伝導性が求められる。 The aluminum heat exchanger is used not only for air conditioners such as the above-described laminate evaporator but also for cooling electronic elements. In the heat exchanger for cooling an electronic element, high heat conductivity is required in order to directly remove the heat generated from the element by assembling the element in contact with the outer surface of the fluid passage of the heat exchanger.
このように、熱交換器用材料に求められる特性は、熱交換器の用途、使用状態、使用環境等によって異なっている。 As described above, the characteristics required for the heat exchanger material differ depending on the use, use state, use environment, and the like of the heat exchanger.
しかしながら、特許文献１、２に記載されたブレージングシートは、心材強度を確保するために０．５〜２．０質量％のＭｎを含有するアルミニウム合金が用いられているために、高い熱伝導性が求められる熱交換器に適したものではなかった。
However, the brazing sheets described in
また、引用文献３に記載された材料はフィン材であって、流体通路形成用材料ではない。 Further, the material described in the cited document 3 is a fin material and not a fluid passage forming material.
本発明は上述した技術背景に鑑み、真空ろう付で作製される熱交換器の流体通路を形成するための材料として、高強度と高熱伝導性とを兼ね備えた熱交換器用アルミニウムクラッド材およびその関連技術を提供するものである。 In view of the technical background described above, the present invention provides a heat exchanger aluminum clad material having both high strength and high thermal conductivity as a material for forming a fluid passage of a heat exchanger manufactured by vacuum brazing and the related materials. Provide technology.
即ち、本発明は下記［１］〜［９］に記載の構成を有する。 That is, the present invention has the configurations described in [1] to [9] below.
［１］心材の一方の面に中間材と内皮材とが順に積層された熱交換器用アルミニウムクラッド材であって、
前記心材は、Ｍｇ：０．２〜０．６質量％およびＳｉ：０．３〜０．８質量％を含み、Ｍｎが０．１質量％以下に規制され、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記中間材は、Ｚｎ：０．８〜３質量％を含み、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記内皮材は、Ｍｇ：０．３〜１．８質量％を含み、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする熱交換器用アルミニウムクラッド材。
[1] An aluminum clad material for a heat exchanger in which an intermediate material and an endothelial material are sequentially laminated on one surface of a core material,
The core material includes Mg: 0.2 to 0.6 mass% and Si: 0.3 to 0.8 mass%, Mn is regulated to 0.1 mass% or less, and the balance is made of Al and inevitable impurities. Composed of aluminum alloy,
The intermediate material includes Zn: 0.8-3 mass%, the balance is made of an aluminum alloy consisting of Al and inevitable impurities,
The said endothelial material is Mg: 0.3-1.8 mass%, The balance is comprised with the aluminum alloy which consists of Al and an unavoidable impurity, The aluminum clad material for heat exchangers characterized by the above-mentioned.
［２］前記内皮材を構成するアルミニウム合金は、さらにＳｉ：０．０１〜０．６質量％を含有する前項１に記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
[2] The aluminum clad material for a heat exchanger as recited in the
［３］前記中間材を構成するアルミニウム合金は、さらにＦｅ：０．０１〜０．２質量％を含有する前項１または２に記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
[3] The aluminum clad material for a heat exchanger as recited in the
［４］前記心材を構成するアルミニウム合金は、さらにＣｕ：０．３〜０．８質量％を含有する前項１〜３のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
[4] The aluminum clad material for a heat exchanger according to any one of
［５］前記中間材の厚さが１５〜１００μｍである前項１〜４のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
[5] The aluminum clad material for a heat exchanger according to any one of the
［６］前記心材の他方の面に外皮材としてろう材が積層された前項１〜５のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。 [6] The aluminum clad material for a heat exchanger as described in any one of [1] to [5] above, wherein a brazing material is laminated as a skin material on the other surface of the core material.
［７］前項１〜６のいずれかに記載された熱交換器用アルミニウムクラッド材で構成された熱交換器用部材であって、内皮材が流体通路の内側に位置するように成形されてなることを特徴とする熱交換器用部材。 [7] A heat exchanger member composed of the aluminum clad material for a heat exchanger described in any one of 1 to 6 above, wherein the endothelial material is formed so as to be located inside the fluid passage. A characteristic heat exchanger member.
［８］前項１〜７のいずれかに記載された熱交換器用アルミニウムクラッド材を、内皮材が流体通路の内側に位置するように成形して熱交換器用部材を作製し、作製した熱交換器用部材を真空ろう付することを特徴とする熱交換器の製造方法。
[8] A heat exchanger member is produced by molding the aluminum clad material for a heat exchanger described in any one of the preceding
［９］前項８に記載の方法で製造されたことを特徴とする熱交換器。 [9] A heat exchanger manufactured by the method according to item 8 above.
上記［１］に記載の発明は、Ｍｇ、Ｓｉを含有し、Ｍｎ濃度が規制されたアルミニウム合金からなる心材の一方の面に、Ｚｎを含有する中間材が積層され、さらにその上にＭｇを含有する内皮材が積層されたアルミニウムクラッド材である。かかる構成により、真空ろう付における心材中のＭｇの拡散が中間材中のＺｎによって抑制され、Ｍｇの蒸発は中間材の存在によって抑止される。また、中間材中のＺｎは、心材および内皮材に含まれるＭｇによって拡散が抑制され、中間材中のＺｎ濃度が維持される。これらにより、真空ろう付による心材中のＭｇ濃度の低下が防がれて心材の強度が維持される。また、心材を構成するアルミニウム合金はＭｇおよびＳｉの含有によって合金強度を確保し、Ｍｎ濃度が規制されているため、強度向上を目的としてＭｎを添加したＡｌ−Ｍｎ系合金よりも熱伝導性が高い。 In the invention described in [1], an intermediate material containing Zn is laminated on one surface of a core material made of an aluminum alloy containing Mg and Si and the Mn concentration being regulated, and Mg is further formed thereon. It is an aluminum clad material in which the contained endothelial material is laminated. With this configuration, the diffusion of Mg in the core material during vacuum brazing is suppressed by Zn in the intermediate material, and the evaporation of Mg is suppressed by the presence of the intermediate material. Further, the diffusion of Zn in the intermediate material is suppressed by Mg contained in the core material and the endothelial material, and the Zn concentration in the intermediate material is maintained. By these, the fall of Mg density | concentration in the core material by vacuum brazing is prevented, and the intensity | strength of a core material is maintained. In addition, the aluminum alloy constituting the core material ensures the strength of the alloy by containing Mg and Si, and the Mn concentration is regulated, so that the thermal conductivity is higher than that of an Al-Mn alloy added with Mn for the purpose of improving the strength. high.
また、中間層および内皮材による犠牲腐食効果によって心材が防食される。 In addition, the core material is protected from corrosion by the sacrificial corrosion effect of the intermediate layer and the endothelial material.
上記［２］に記載の発明によれば、内皮材中のＳｉの含有により耐食性が高まる。 According to the invention described in [2] above, the corrosion resistance is enhanced by the inclusion of Si in the endothelial material.
上記［３］に記載の発明によれば、中間材中のＦｅの含有により高い熱伝導性を維持しつつ、コスト面でも有利である。 According to the invention described in [3] above, it is advantageous in terms of cost while maintaining high thermal conductivity due to the inclusion of Fe in the intermediate material.
上記［４］に記載の発明によれば、心材中のＣｕの含有により心材強度が高まるとともに、耐食性が高まる。 According to the invention described in [4] above, the core material strength is increased by the inclusion of Cu in the core material, and the corrosion resistance is increased.
上記［５］に記載の発明によれば、中間材の厚さが適正であり、中間材による心材の強度維持効果を確実に得ることができる。 According to the invention described in [5] above, the thickness of the intermediate material is appropriate, and the strength maintenance effect of the core material by the intermediate material can be reliably obtained.
上記［６］に記載の発明によれば、外皮材としてろう材が積層されているので、熱交換器用部材または熱交換器を効率良く作製することができる。また、外皮材の積層によって心材中のＭｇの蒸発が抑止される。 According to the invention described in [6] above, since the brazing material is laminated as the outer skin material, the heat exchanger member or the heat exchanger can be efficiently produced. Moreover, the evaporation of Mg in the core material is suppressed by the lamination of the outer skin material.
上記［７］に記載の発明によれば、強度が高く、熱伝導性の良い熱交換器用部材となし得る。また、流体通路の内側に中間材および内皮材による犠牲腐食層が形成されるので、心材は流体通路の内側から防食される。 According to the invention described in [7] above, the heat exchanger can have a high strength and good heat conductivity. Further, since a sacrificial corrosion layer made of an intermediate material and an endothelial material is formed inside the fluid passage, the core material is protected from the inside of the fluid passage.
上記［８］に記載の発明によれば、強度が高く、熱伝導性の良い熱交換器を製造できる。また、流体通路の内側に中間材および内皮材による犠牲腐食層を形成できるので、流体通路の内側から防食された熱交換器を製造できる。 According to the invention described in [8] above, a heat exchanger having high strength and good thermal conductivity can be manufactured. In addition, since a sacrificial corrosion layer made of an intermediate material and an endothelial material can be formed inside the fluid passage, a heat exchanger that is protected from corrosion inside the fluid passage can be manufactured.
上記［９］に記載の発明によれば、高強度と高熱伝導性が得られる。また、熱交換器用部材の流体通路の内側に中間材および内皮材による犠牲腐食層が形成されるので、流体通路は内側から防食される。 According to the invention described in [9] above, high strength and high thermal conductivity can be obtained. Moreover, since the sacrificial corrosion layer by an intermediate material and an endothelial material is formed inside the fluid passage of the member for heat exchangers, the fluid passage is protected from the inside.
［熱交換器用アルミニウムクラッド材］
図１のアルミニウムクラッド材（1）は本発明の一実施形態であり、本発明の熱交換器用アルミニウムクラッド材の基本構造を有している。
[Aluminum clad material for heat exchanger]
The aluminum clad material (1) of FIG. 1 is one embodiment of the present invention and has the basic structure of the aluminum clad material for heat exchangers of the present invention.
アルミニウムクラッド材（1）は、心材（11）の一方の面に、中間材（12）が積層され、さらにその上に内皮材（13）が積層された３層のクラッド材である。このアルミニウムクラッド材（1）は、内皮材（13）の側が熱交換器の流体通路の内側に位置するように成形される。 The aluminum clad material (1) is a three-layer clad material in which an intermediate material (12) is laminated on one surface of a core material (11), and further an endothelial material (13) is laminated thereon. This aluminum clad material (1) is formed so that the side of the inner skin material (13) is located inside the fluid passage of the heat exchanger.
前記心材（11）、中間材（12）、内皮材（13）はそれぞれ組成の異なるアルミニウム合金で構成され、クラッド材として高強度で高熱伝導性を確保している。心材（11）を構成するアルミニウム合金では、ＭｇおよびＳｉによって強度を確保し、Ｍｎ濃度を規制することによって熱伝導性を維持している。中間材（12）は真空ろう付時の心材中のＭｇの拡散や蒸発を防止して心材中のＭｇ濃度を維持するための層であり、中間材（12）に含まれるＺｎがＭｇの拡散を防止する。さらに、内皮材（13）にＭｇを添加することで、強度を確保するとともに、表面にＭｇの酸化皮膜を形成し表面でのＭｇの蒸発を抑制する。 The core material (11), the intermediate material (12), and the endothelial material (13) are made of aluminum alloys having different compositions, and as a clad material, high strength and high thermal conductivity are ensured. In the aluminum alloy constituting the core material (11), strength is secured by Mg and Si, and thermal conductivity is maintained by regulating the Mn concentration. The intermediate material (12) is a layer for preventing the diffusion and evaporation of Mg in the core material during vacuum brazing and maintaining the Mg concentration in the core material, and the Zn contained in the intermediate material (12) diffuses Mg. To prevent. Furthermore, by adding Mg to the endothelial material (13), strength is secured and an oxide film of Mg is formed on the surface to suppress Mg evaporation on the surface.
以下に、各層を構成するアルミニウム合金の組成について詳述する。 Below, the composition of the aluminum alloy which comprises each layer is explained in full detail.
前記心材は、Ｍｇ：０．２〜０．６質量％およびＳｉ：０．３〜０．８質量％を含み、Ｍｎが０．１質量％以下に規制され、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成される。 The core material includes Mg: 0.2 to 0.6 mass% and Si: 0.3 to 0.8 mass%, Mn is regulated to 0.1 mass% or less, and the balance is made of Al and inevitable impurities. Consists of aluminum alloy.
ＭｇおよびＳｉは強度に影響を及ぼす因子である。Ｍｇ濃度が０．２質量％未満では強度向上効果が少なく、０．６質量％を超えると加工性が悪くなる。また、Ｓｉ濃度が０．３質量％未満では強度向上効果が少なく、０．８質量％を超えると材料コストが高くなるので不経済である。特に好ましいＭｇ濃度は０．３〜０．５質量％であり、特に好ましいＳｉ濃度は０．３５〜０．７質量％である。また、Ｍｇは真空ろう付時に中間材（12）中のＺｎの心材（11）への拡散を抑制する効果がある。心材（11）にＺｎが拡散すると心材（11）の耐食性が低下するので、Ｍｇは心材（11）の耐食性を維持する効果もある。 Mg and Si are factors that affect the strength. If the Mg concentration is less than 0.2% by mass, the effect of improving the strength is small, and if it exceeds 0.6% by mass, the workability deteriorates. Further, if the Si concentration is less than 0.3% by mass, the effect of improving the strength is small, and if it exceeds 0.8% by mass, the material cost increases, which is uneconomical. A particularly preferable Mg concentration is 0.3 to 0.5% by mass, and a particularly preferable Si concentration is 0.35 to 0.7% by mass. Further, Mg has an effect of suppressing diffusion of Zn in the intermediate material (12) to the core material (11) during vacuum brazing. When Zn diffuses into the core material (11), the corrosion resistance of the core material (11) decreases, so Mg also has an effect of maintaining the corrosion resistance of the core material (11).
Ｍｎは合金の強度を高める元素であるが、熱伝導性を低下させる元素でもある。このため、Ｍｎ濃度を０．１質量％以下とし、心材（11）の熱伝導性を維持する。特に好ましいＭｎ濃度は０．０５質量％以下である。本発明においてＭｎは濃度を規制する元素であり、Ｍｎを含有しない合金も本発明に含まれる。 Mn is an element that increases the strength of the alloy, but is also an element that decreases the thermal conductivity. For this reason, Mn density | concentration shall be 0.1 mass% or less, and the thermal conductivity of a core material (11) is maintained. A particularly preferable Mn concentration is 0.05% by mass or less. In the present invention, Mn is an element that regulates the concentration, and alloys not containing Mn are also included in the present invention.
前記アルミニウム合金はＭｇおよびＳｉの添加によって心材強度を確保するものであり、強度向上を目的としてＭｎを添加したＡｌ−Ｍｎ系合金よりも熱伝導性が高い。Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金は高強度合金として周知であるが、真空ろう付時のＭｇ拡散および蒸発によって心材中のＭｇ濃度が低下すると強度が低下する。本発明においては、心材（11）に中間材（12）および内皮材（13）を積層することによって真空ろう付時のＭｇ拡散が抑制され、かつ蒸発が抑止されるのでＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金としての強度を維持することができる。 The aluminum alloy secures the core material strength by the addition of Mg and Si, and has higher thermal conductivity than the Al—Mn alloy to which Mn is added for the purpose of improving the strength. Al-Si-Mg alloys are well known as high-strength alloys, but their strength decreases when the Mg concentration in the core material decreases due to Mg diffusion and evaporation during vacuum brazing. In the present invention, by laminating the intermediate material (12) and the endothelial material (13) on the core material (11), Mg diffusion at the time of vacuum brazing is suppressed and evaporation is suppressed. The strength as an alloy can be maintained.
前記心材（11）を構成するアルミニウム合金は、上述したＭｇ、Ｓｉ、Ｍｎに加えて、さらにＣｕ：０．３〜０．８質量％を含有する合金であっても良い。Ｃｕは心材の強度および耐食性に影響を及ぼす因子である。Ｃｕの含有よって心材強度が高まり、また真空ろう付時に表層部に濃化することによって心材の耐食性を高める。Ｃｕ濃度が０．３質量％未満では耐食性を高める効果が乏しく、０．８質量％を超えると長期的な耐食性が低下するおそれがある。好ましいＣｕ濃度は０．４〜０．７質量％である。 The aluminum alloy constituting the core material (11) may be an alloy containing Cu: 0.3 to 0.8% by mass in addition to the above-described Mg, Si, and Mn. Cu is a factor that affects the strength and corrosion resistance of the core material. The inclusion of Cu increases the strength of the core material, and increases the corrosion resistance of the core material by concentrating on the surface layer during vacuum brazing. If the Cu concentration is less than 0.3% by mass, the effect of improving the corrosion resistance is poor, and if it exceeds 0.8% by mass, the long-term corrosion resistance may be lowered. A preferable Cu concentration is 0.4 to 0.7% by mass.
以上より、心材（11）を構成するアルミニウム合金において、Ａｌおよび不可避不純物を除く構成元素は下記の２通りである。
（１）Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ（含まない場合がある）
（２）Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ（含まない場合がある）、Ｃｕ
From the above, in the aluminum alloy constituting the core material (11), the constituent elements excluding Al and inevitable impurities are as follows.
(1) Mg, Si, Mn (may not be included)
(2) Mg, Si, Mn (may not be included), Cu
前記中間材（12）は、心材（11）の内皮材（13）側の面におけるＭｇの拡散および蒸発を防ぐために設けられた層であって、Ｚｎ：０．８〜３質量％を含み、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成される。 The intermediate material (12) is a layer provided to prevent diffusion and evaporation of Mg on the surface of the core material (11) on the endothelial material (13) side, and includes Zn: 0.8 to 3% by mass, The balance is made of an aluminum alloy composed of Al and inevitable impurities.
Ｚｎは、心材（11）を構成するアルミニウム合金中のＭｇの中間材（12）への拡散を抑制する元素である。心材（11）中のＭｇが中間材（12）に拡散してＭｇ濃度が低下すると心材強度が低下するが、中間材（12）中のＺｎが心材（11）からＭｇ拡散を抑制することによって心材強度を維持することができる。また、Ｚｎは合金の電位を低下させる元素であり、中間材（12）における犠牲腐食効果により心材（11）を防食する効果もある。Ｚｎ濃度が０．８質量％未満では心材中のＭｇの拡散抑制効果が少なく、３質量％を超えると成形性が悪くなるおそれがある。好ましいＺｎ濃度は０．９〜２．５質量％である。 Zn is an element that suppresses diffusion of Mg in the aluminum alloy constituting the core material (11) into the intermediate material (12). When Mg in the core material (11) diffuses into the intermediate material (12) and the Mg concentration decreases, the strength of the core material decreases. However, Zn in the intermediate material (12) suppresses Mg diffusion from the core material (11). The core material strength can be maintained. Zn is an element that lowers the potential of the alloy, and has an effect of preventing the core material (11) from being corroded by the sacrificial corrosion effect in the intermediate material (12). If the Zn concentration is less than 0.8% by mass, the effect of suppressing the diffusion of Mg in the core material is small, and if it exceeds 3% by mass, the moldability may deteriorate. A preferable Zn concentration is 0.9 to 2.5% by mass.
前記中間材（12）を構成するアルミニウム合金は、上述したＺｎの含有に加えて、さらにＦｅ：０．０１〜０．２質量％を含有する合金であっても良い。Ｆｅは熱伝導性に影響を及ぼす因子であり、Ｆｅの含有によって熱伝導性が低下する傾向がある。このため、良好な熱伝導性を維持するためにＦｅ濃度は０．２質量％以下に規制することが好ましい。しかし、Ｆｅ濃度を０．０１質量％未満に規制しようとすれば母合金の材料コストが高くなるのでコスト面で不利である。特に好ましいＦｅ濃度は０．０５〜０．１８質量％である。 The aluminum alloy constituting the intermediate material (12) may be an alloy containing Fe: 0.01 to 0.2% by mass in addition to the above-described Zn content. Fe is a factor affecting the thermal conductivity, and the thermal conductivity tends to be lowered by the inclusion of Fe. For this reason, in order to maintain good thermal conductivity, the Fe concentration is preferably regulated to 0.2% by mass or less. However, if the Fe concentration is restricted to less than 0.01% by mass, the material cost of the master alloy increases, which is disadvantageous in terms of cost. A particularly preferable Fe concentration is 0.05 to 0.18% by mass.
以上より、中間材（12）を構成するアルミニウム合金において、Ａｌおよび不可避不純物を除く構成元素は下記の２通りである。
（１）Ｚｎ
（２）Ｚｎ、Ｆｅ
As described above, in the aluminum alloy constituting the intermediate material (12), the constituent elements excluding Al and inevitable impurities are as follows.
(1) Zn
(2) Zn, Fe
前記内皮材（13）は、真空ろう付時の中間材（12）中のＺｎの昇華を防いで中間材（12）にＺｎを保持させる層であり、Ｍｇ：０．３〜１．８質量％を含み、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成される。真空ろう付ではＺｎが昇華するので、Ｚｎを含有する中間材（12）上にＭｇを含有する内皮材（13）を積層することによって中間材（12）にＺｎを保持させる。また、内皮材（13）は犠牲腐食層としても機能して心材（11）を防食する。 The endothelial material (13) is a layer that prevents sublimation of Zn in the intermediate material (12) during vacuum brazing and holds the Zn in the intermediate material (12). Mg: 0.3 to 1.8 mass %, And the balance is made of an aluminum alloy composed of Al and inevitable impurities. Since Zn is sublimated by vacuum brazing, an intermediate material (13) containing Mg is laminated on the intermediate material (12) containing Zn to hold the Zn in the intermediate material (12). Further, the endothelial material (13) also functions as a sacrificial corrosion layer to prevent the core material (11).
前記アルミニウム合金において、Ｍｇは強度、耐食性およびろう付性に影響を及ぼす因子であり、合金の強度を高めるとともに、中間材（12）中のＺｎ拡散を抑止する。中間材（12）中のＺｎが内皮材（13）に拡散すると中間材（12）中のＺｎ濃度が低下し、ひいてはＺｎによる心材（11）中のＭｇ拡散防止効果が低下するが、内皮材（13）中のＭｇがＺｎの拡散を抑止することで中間材（12）による心材（11）中のＭｇ拡散防止効果を維持することができる。Ｍｇ濃度が０．３質量％未満では前記効果が少なく、１．８質量％を超えると加工性が低下するので所要形状への成形が難しくなる。特に好ましいＭｇ濃度は０．５〜１．５質量％である。 In the aluminum alloy, Mg is a factor that affects the strength, corrosion resistance, and brazing properties, and increases the strength of the alloy and suppresses Zn diffusion in the intermediate material (12). When Zn in the intermediate material (12) diffuses into the endothelial material (13), the Zn concentration in the intermediate material (12) decreases, and consequently the effect of preventing Mg diffusion in the core material (11) by Zn decreases. (13) The Mg diffusion prevention effect in the core material (11) by the intermediate material (12) can be maintained by the Mg in (13) suppressing the diffusion of Zn. If the Mg concentration is less than 0.3% by mass, the above effect is small, and if it exceeds 1.8% by mass, the workability is lowered, so that it becomes difficult to form the required shape. A particularly preferable Mg concentration is 0.5 to 1.5% by mass.
また、真空ろう付においては内皮材（13）に含まれるＭｇのゲッター作用によって良好なろう付を達成できる。 In vacuum brazing, good brazing can be achieved by the getter action of Mg contained in the endothelial material (13).
前記内皮材（13）を構成するアルミニウム合金は、上述したＭｇの含有に加えて、Ｓｉ：０．０１〜０．６質量％を含有するアルミニウム合金であっても良い。Ｓｉは、耐食性に影響を及ぼす因子である。Ｓｉ濃度が０．０１質量％未満では耐食性を高める効果が乏しく、０．６質量％を超えると耐食性が低下する。好ましいＳｉ濃度は０．１〜０．５５質量％である。 The aluminum alloy constituting the endothelial material (13) may be an aluminum alloy containing Si: 0.01 to 0.6% by mass in addition to the above-described Mg content. Si is a factor that affects the corrosion resistance. When the Si concentration is less than 0.01% by mass, the effect of increasing the corrosion resistance is poor, and when it exceeds 0.6% by mass, the corrosion resistance is lowered. A preferable Si concentration is 0.1 to 0.55 mass%.
以上より、内皮材（13）を構成するアルミニウム合金において、Ａｌおよび不可避不純物を除く構成元素は下記の２通りである。
（１）Ｍｇ
（２）Ｍｇ、Ｓｉ
As described above, in the aluminum alloy constituting the endothelial material (13), the constituent elements excluding Al and inevitable impurities are as follows.
(1) Mg
(2) Mg, Si
本発明はアルミニウムクラッド材の厚さおよび各層の厚さを限定するものではなく、用途に応じて任意に設定することができる。 The present invention does not limit the thickness of the aluminum clad material and the thickness of each layer, and can be arbitrarily set according to the application.
熱交換器材料に適したアルミニウムクラッド材の心材（11）として２００〜１５００μｍを例示できる。また、中間材（12）は熱交換器における十分な強度と心材中のＭｇ拡散抑制効果およびＭｇの蒸発抑止効果を得るために厚さ（ｔ）が１５μｍ以上に設定することが好ましい。また、１００μｍの厚さ（ｔ）があれば十分な効果が得られるので、１００μｍを超える厚い中間材（12）は不経済である。よって、中間材（12）の好ましい厚さは１５〜１００μｍであり、特に好ましい厚さ（ｔ）は２０〜７０μｍである。また、内皮材（13）の厚さは、上記範囲の厚さの中間材（12）中のＺｎの昇華を十分に防ぎ得る厚さとして１５〜１００μｍが好ましく、特に１５〜７０μｍが好ましい。 Examples of the core material (11) of the aluminum clad material suitable for the heat exchanger material include 200 to 1500 μm. In addition, the thickness (t) of the intermediate material (12) is preferably set to 15 μm or more in order to obtain sufficient strength in the heat exchanger, an Mg diffusion suppressing effect in the core material, and an Mg evaporation suppressing effect. Moreover, since sufficient effect will be acquired if there exists thickness (t) of 100 micrometers, the thick intermediate material (12) exceeding 100 micrometers is uneconomical. Therefore, the preferable thickness of the intermediate material (12) is 15 to 100 μm, and the particularly preferable thickness (t) is 20 to 70 μm. Further, the thickness of the endothelial material (13) is preferably 15 to 100 μm, particularly preferably 15 to 70 μm, as a thickness capable of sufficiently preventing sublimation of Zn in the intermediate material (12) having a thickness in the above range.
また、本発明のアルミニウムクラッド材は心材の他方の面にろう材をクラッドした４層構造であっても良い。図２のアルミニウムクラッド材（2）は、心材（11）の一方の面に中間材（12）および内皮材（13）を積層し、他方の面、即ち熱交換器の流体通路の外側になる側の面に外皮材（14）としてろう材を積層した４層材である。ろう材の組成は特に限定されず、真空ろう付に適したろう材として、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を例示できる。外皮材（14）としてろう材を積層したクラッド材（2）では、外皮材（14）が熱交換器用部材の作製時あるいは他の部材との接合時に接合用ろう材となるので、熱交換器用部材または熱交換器を効率良く作製することができる。また、外皮材（14）の積層によって心材（11）中のＭｇの蒸発が抑止される。 The aluminum clad material of the present invention may have a four-layer structure in which a brazing material is clad on the other surface of the core material. The aluminum clad material (2) in FIG. 2 is formed by laminating the intermediate material (12) and the endothelial material (13) on one surface of the core material (11), and becomes the other surface, that is, outside the fluid passage of the heat exchanger. It is a four-layer material in which a brazing material is laminated as a skin material (14) on the side surface. The composition of the brazing material is not particularly limited, and examples of the brazing material suitable for vacuum brazing include an Al—Si based alloy and an Al—Si—Mg based alloy. In the clad material (2) in which the brazing material is laminated as the outer skin material (14), the outer skin material (14) becomes a brazing material for joining at the time of producing a heat exchanger member or joining with other members. A member or a heat exchanger can be produced efficiently. Moreover, the evaporation of Mg in the core material (11) is suppressed by the lamination of the outer skin material (14).
［熱交換器用部材および熱交換器、これらの製造方法］
熱交換器用部材は上述したアルミニウムクラッド材（1）（2）を内皮材（13）が流体通路の内側に位置するように成形することにより作製する。作製した熱交換器用部材は、単独で真空ろう付し、あるいは他の部材とともに熱交換器を組み立てて真空ろう付する。真空ろう付において、中間材（12）中のＺｎは心材（11）中のＭｇおよび内皮材（13）中のＭｇによって拡散が抑制されるので、中間材（12）に保持される。そして、中間材（12）に保持されたＺｎが心材（11）中のＭｇ拡散を抑制し、心材（11）中のＭｇ濃度が維持されて心材強度が維持される。また、アルミニウムクラッド材（1）（2）の心材（11）を構成するアルミニウム合金はＭｇおよびＳｉの添加によって強度を確保し、Ｍｎ濃度が規制されているので、強度向上を目的としてＭｎを添加したＡｌ−Ｍｎ系合金よりも熱伝導性が高いので、熱交換器としても優れた冷却性能が得られる。
[Members for heat exchanger and heat exchanger, and methods for producing them]
The heat exchanger member is produced by molding the above-described aluminum clad material (1) (2) so that the endothelial material (13) is located inside the fluid passage. The produced heat exchanger member is vacuum brazed alone, or a heat exchanger is assembled together with other members and vacuum brazed. In the vacuum brazing, the diffusion of Zn in the intermediate material (12) is suppressed by the Mg in the core material (11) and the Mg in the endothelial material (13), so that it is held by the intermediate material (12). And Zn hold | maintained at the intermediate material (12) suppresses Mg spreading | diffusion in a core material (11), Mg density | concentration in a core material (11) is maintained, and core material intensity | strength is maintained. In addition, the aluminum alloy that constitutes the core material (11) of the aluminum clad material (1) and (2) ensures the strength by adding Mg and Si, and the Mn concentration is regulated, so Mn is added for the purpose of improving the strength. Since the thermal conductivity is higher than that of the Al—Mn based alloy, excellent cooling performance can be obtained as a heat exchanger.
図３および図４は、本発明のアルミニウムクラッド材で作製した熱交換器用チューブ（20）と、この熱交換器用チューブ（20）を用いて作製した積層型熱交換器のコア部（100）である。図示例の熱交換器用チューブ（20）は図２の４層構造のアルミニウムクラッド材（2）を成形したものである。 3 and 4 show a heat exchanger tube (20) made of the aluminum clad material of the present invention and a core part (100) of a laminated heat exchanger made using this heat exchanger tube (20). is there. The heat exchanger tube (20) in the illustrated example is formed by molding the aluminum clad material (2) having a four-layer structure shown in FIG.
前記熱交換器用チューブ（20）は扁平形であり、対向する平坦壁（21a）（21b）間に設けた補強壁（22）によって流体通路（23）が２室に分割されている。 The heat exchanger tube (20) has a flat shape, and a fluid passage (23) is divided into two chambers by a reinforcing wall (22) provided between opposed flat walls (21a) and (21b).
図５は、アルミニウムクラッド材（2）を用いて熱交換器用チューブ（20）を成形する工程を示している。先ず、板状のアルミニウムクラッド材（2）の幅方向の両端を内皮材（13）側に突出するように折り曲げて補強壁（22）を成形する。補強壁（22）は内皮材（13）の面から直角に立ち上がる隔壁（22a）と、隔壁（22a）の先端から直角に曲げられた当接壁（22b）とからなる。板状のアルミニウムクラッド材（2）は幅方向の中央部分が一方の平坦壁（21a）となり、両補強壁（22）に続く部分が他方の平坦壁（21b）になるので、次工程においてこれらの中間に位置する２箇所で円弧状に曲げる。対向する平坦壁（21a）（21b）が平行になるまで曲げ続け、２つの補強壁（22）の隔壁（22a）の外面どうしが当接すると平坦壁（21b）における継ぎ目が閉塞されるとともに、両方の当接壁（22b）が一直線となって継ぎ目のない平坦壁（21a）の内面に当接する。この状態において補強壁（22）が流体通路（23）を２室に分割して扁平形のチューブ形状となる。 FIG. 5 shows a process of forming the heat exchanger tube (20) using the aluminum clad material (2). First, the reinforcing wall (22) is formed by bending both ends of the plate-like aluminum clad material (2) in the width direction so as to protrude toward the inner skin material (13). The reinforcing wall (22) includes a partition wall (22a) that rises at a right angle from the surface of the endothelial material (13), and a contact wall (22b) that is bent at a right angle from the tip of the partition wall (22a). The plate-shaped aluminum clad material (2) has one flat wall (21a) at the center in the width direction and the other flat wall (21b) following the two reinforcing walls (22). Bend in a circular arc shape at two locations located in the middle. Continue to bend until the opposing flat walls (21a) and (21b) become parallel, and when the outer surfaces of the partition walls (22a) of the two reinforcing walls (22) abut, the seam in the flat wall (21b) is closed, Both contact walls (22b) are in a straight line and contact the inner surface of the seamless flat wall (21a). In this state, the reinforcing wall (22) divides the fluid passage (23) into two chambers to form a flat tube shape.
前記熱交換器用チューブ（20）は、流体通路（23）の内面が内皮材（13）によって形成され、外面がろう材（14）によって形成されている。また、補強壁（22）の隔壁（22a）のろう材（14）どうしが当接し、当接壁（22b）と平坦壁（21a）との接触部は当接壁（22b）のろう材（14）と平坦壁（21a）の内皮材（13）が接触している。 As for the said heat exchanger tube (20), the inner surface of the fluid channel | path (23) is formed of the endothelial material (13), and the outer surface is formed of the brazing material (14). The brazing material (14) of the partition wall (22a) of the reinforcing wall (22) is in contact with each other, and the contact portion between the abutting wall (22b) and the flat wall (21a) is the brazing material (22b). 14) and the endothelial material (13) of the flat wall (21a) are in contact.
前記コア部（100）は、熱交換器用チューブ（20）とフィン（101）とが交互に積層されるとともに、前記熱交換器用チューブ（20）の両端をヘッダーパイプ（102）に連通接続し、熱交換器用チューブ（20）とフィン（101）、熱交換器用チューブ（20）(2)とヘッダーパイプ（102）がろう付接合されたものである。なお、図４のコア部（100）においては、最外側のフィン（101）にサイドプレート（103）がろう付されている。 The core portion (100) is configured such that heat exchanger tubes (20) and fins (101) are alternately stacked, and both ends of the heat exchanger tubes (20) are connected to the header pipe (102). The heat exchanger tubes (20) and fins (101), the heat exchanger tubes (20) and (2), and the header pipe (102) are joined by brazing. In addition, in the core part (100) of FIG. 4, the side plate (103) is brazed to the outermost fin (101).
上述した方法で成形した熱交換器用チューブ（20）を、フィン（101）、ヘッダーパイプ（102）、サイドプレート（103）とともに仮組して真空ろう付する。この真空ろう付によって、熱交換器用チューブ（20）においては補強壁（22）の隔壁（22a）どうしが互いの接触面にあるろう材（14）によって接合され、かつ補強壁（22）の当接壁（22b）と平坦壁（21a）の内面とが当接壁（22b）が有するろう材（14）によって接合される。また、コア部（100）全体においては、熱交換器用チューブ（20）とフィン（101）とが熱交換器用チューブ（20）の外面にあるろう材（14）によって接合され、熱交換器用チューブ（20）とヘッダーパイプ（102）も熱交換器用チューブ（20）の外面にあるろう材（14）によって接合される。また、サイドプレート（103）はブレージングシートで作製され、フィン（101）にろう付されている。 The heat exchanger tube (20) formed by the above-described method is temporarily assembled together with the fin (101), the header pipe (102), and the side plate (103) and vacuum brazed. By this vacuum brazing, in the heat exchanger tube (20), the partition walls (22a) of the reinforcing wall (22) are joined together by the brazing material (14) on the mutual contact surface, and the reinforcing wall (22) The contact wall (22b) and the inner surface of the flat wall (21a) are joined together by the brazing material (14) of the contact wall (22b). Moreover, in the whole core part (100), the heat exchanger tube (20) and the fin (101) are joined by the brazing material (14) on the outer surface of the heat exchanger tube (20), and the heat exchanger tube ( 20) and the header pipe (102) are also joined by the brazing material (14) on the outer surface of the heat exchanger tube (20). The side plate (103) is made of a brazing sheet and is brazed to the fin (101).
真空ろう付の条件は特に限定されない。好適な真空ろう付条件は、１０−３〜１０−５Ｐａの真空中で５８０〜６２０℃×３〜６０分の加熱である。 The conditions for vacuum brazing are not particularly limited. Suitable vacuum brazing conditions are heating at 580 to 620 ° C. for 3 to 60 minutes in a vacuum of 10 −3 to 10 −5 Pa.
また、図１に示したろう材を積層していない３層構造のアルミニウムクラッド（1）を用いて熱交換器用部材または熱交換器を作製する場合は、接合予定箇所に別途ろう材を供給するか、あるいは他の部材をブレージングシートで作製する等、適宜の方法でろう材する。 In addition, when producing a heat exchanger member or heat exchanger using the aluminum clad (1) having a three-layer structure in which the brazing material shown in FIG. Alternatively, a brazing material is produced by an appropriate method such as producing other members with a brazing sheet.
本発明のアルミニウムクラッド材で成形した熱交換器用部材（例えば熱交換器用チューブ）の製造、あるいは熱交換器用部材を用いた熱交換器の製造に際しては、他の部材とともに仮組みして一括して真空ろう付することに限定されるものではなく、熱交換器用部材単独で真空ろう付する場合も本発明に含まれる。 When manufacturing a heat exchanger member (for example, a heat exchanger tube) molded with the aluminum clad material of the present invention or manufacturing a heat exchanger using a heat exchanger member, it is temporarily assembled together with other members. It is not limited to vacuum brazing, and the case where vacuum brazing is carried out by a single heat exchanger member is also included in the present invention.
また、本発明の熱交換器用部材は、アルミニウムクラッド材を所要形状に成形してろう付する前とろう付した後の両方の状態を含んでいる。 Moreover, the member for heat exchangers of this invention contains both the state before shape | molding and brazing the aluminum clad material in a required shape.
また、本発明の熱交換器用アルミニウムクラッド材で形成する流体通路の形状は何ら限定されない。もちろん、熱交換器用部材はチューブに限定されるものでもなく、ヘッダーパイプ等の他の流体通路の材料として用いることができる。熱交換器の形態も積層型に限定されず、半導体搭載基板に対して接触状態で使用する半導体冷却用熱交換器としても用いることができる。アルミニウムクラッド材の心材が熱伝導性の高いアルミニウム合金で構成されているため、半導体冷却用熱交換器として優れた冷却性能が得られる。 Moreover, the shape of the fluid passage formed with the aluminum clad material for heat exchangers of the present invention is not limited at all. Of course, the heat exchanger member is not limited to a tube, and can be used as a material for other fluid passages such as a header pipe. The form of the heat exchanger is not limited to the laminated type, and can be used as a semiconductor cooling heat exchanger used in contact with the semiconductor mounting substrate. Since the core material of the aluminum clad material is made of an aluminum alloy having high thermal conductivity, excellent cooling performance can be obtained as a heat exchanger for cooling the semiconductor.
図２に示す４層構造のアルミニウムクラッド材（2）を作製した。心材（11）、中間材（12）、内皮材（13）を構成する各アルミニウム合金は表１〜２に示す組成のものを用いた。また、心材（11）の厚さは４００μｍ、内皮材（13）の厚さは４０μｍで各例共通とし、中間材（12）の厚さは表に示す厚さに変化させた。また、外皮材（14）は各例で共通とし、外皮材（14）を構成するろう材はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金とし、厚さを４０μｍとした。 A four-layer aluminum clad material (2) shown in FIG. 2 was produced. Each aluminum alloy constituting the core material (11), the intermediate material (12), and the endothelial material (13) has a composition shown in Tables 1 and 2. Moreover, the thickness of the core material (11) was 400 μm, the thickness of the endothelial material (13) was 40 μm, common to each example, and the thickness of the intermediate material (12) was changed to the thickness shown in the table. Further, the skin material (14) was common in each example, the brazing material constituting the skin material (14) was an Al—Si—Mg alloy, and the thickness was 40 μm.
比較例４および比較例５は加工性が悪いためにクラッド材を作製することができなかった。他の例は円滑にクラッド材を作製することができた。 In Comparative Examples 4 and 5, the clad material could not be produced due to poor workability. In other examples, a clad material could be produced smoothly.
各アルミニウムクラッド材（2）で図３に示す扁平形の熱交換器用チューブ（20）を成形し、フィン（101）、ヘッダーパイプ（102）、サイドプレート（10）とともに図４に示す熱交換器のコア部（100）を仮組みし、１０−４Ｐａの真空中で６００℃×１０分のろう付をした。 Each aluminum clad material (2) forms the flat heat exchanger tube (20) shown in FIG. 3, and the heat exchanger shown in FIG. 4 together with the fin (101), header pipe (102), and side plate (10). The core part (100) was temporarily assembled and brazed at 600 ° C. for 10 minutes in a vacuum of 10 −4 Pa.
真空ろう付後の熱交換器用チューブ（20）について、強度および熱伝導性を下記の基準で評価した。 The strength and thermal conductivity of the heat exchanger tube (20) after vacuum brazing were evaluated according to the following criteria.
［強度］
ろう付後のアルミニウムクラッド材について、引張強度を測定し、Ａｌ−Ｍｎ系合金であるＪＩＳ Ａ３００３材の引張強度と比較して下記の基準で評価した。
○：ＪＩＳ Ａ３００３材の１．２倍以上
△：ＪＩＳ Ａ３００３材の１倍を超え１．２倍未満
×：ＪＩＳ Ａ３００３材の１倍以下
[Strength]
About the aluminum clad material after brazing, the tensile strength was measured, and compared with the tensile strength of JIS A3003 material which is an Al-Mn alloy, it evaluated on the following reference | standard.
○: 1.2 times or more of JIS A3003 material △: More than 1 time of JIS A3003 material and less than 1.2 times ×: 1 time or less of JIS A3003 material
［熱伝導性］
ろう付後のアルミニウムクラッド材について熱伝導率を測定し、Ａｌ−Ｍｎ系合金であるＪＩＳ Ａ３００３材の熱伝導率と比較して下記の基準で評価した。
○：ＪＩＳ Ａ３００３材の１．２倍以上
△：ＪＩＳ Ａ３００３材の１倍を超え１．２倍未満
×：ＪＩＳ Ａ３００３材の１倍以下
[Thermal conductivity]
The aluminum clad material after brazing was measured for thermal conductivity, and compared with the thermal conductivity of the JIS A3003 material, which is an Al-Mn alloy, was evaluated according to the following criteria.
○: 1.2 times or more of JIS A3003 material △: More than 1 time of JIS A3003 material and less than 1.2 times ×: 1 time or less of JIS A3003 material
これらの結果を表1および表２に示す。 These results are shown in Tables 1 and 2.
表１、２より、本発明のアルミニウムクラッド材を真空ろう付して作製した熱交換器はＡ３００３に対して遜色のない強度を有し、かつ高い熱伝導性を有することを確認した。 From Tables 1 and 2, it was confirmed that the heat exchanger produced by vacuum brazing the aluminum clad material of the present invention has a strength comparable to that of A3003 and high thermal conductivity.
本発明のアルミニウムクラッド材は、高い熱伝導性が求められる熱交換器の材料として好適に利用できる。 The aluminum clad material of the present invention can be suitably used as a material for a heat exchanger that requires high thermal conductivity.
1、2…熱交換器用アルミニウムクラッド材
100…熱交換器のコア部
11…心材
12…中間材
13…内皮材
14…ろう材（外皮材）
20…熱交換器用チューブ（熱交換器用部材）
1, 2 ... Aluminum clad material for heat exchanger
100 ... Core part of heat exchanger
11 ... Heartwood
12 ... Intermediate material
13 ... Endothelial material
14 ... Brazing material
20… Heat exchanger tubes (heat exchanger components)
Claims (9)
前記心材は、Ｍｇ：０．２〜０．６質量％およびＳｉ：０．３〜０．８質量％を含み、Ｍｎが０．１質量％以下に規制され、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記中間材は、Ｚｎ：０．８〜３質量％を含み、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記内皮材は、Ｍｇ：０．３〜１．８質量％を含み、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする熱交換器用アルミニウムクラッド材。 An aluminum clad material for a heat exchanger in which an intermediate material and an endothelial material are sequentially laminated on one surface of a core material,
The core material includes Mg: 0.2 to 0.6 mass% and Si: 0.3 to 0.8 mass%, Mn is regulated to 0.1 mass% or less, and the balance is made of Al and inevitable impurities. Composed of aluminum alloy,
The intermediate material includes Zn: 0.8-3 mass%, the balance is made of an aluminum alloy consisting of Al and inevitable impurities,
The said endothelial material is Mg: 0.3-1.8 mass%, The balance is comprised with the aluminum alloy which consists of Al and an unavoidable impurity, The aluminum clad material for heat exchangers characterized by the above-mentioned.
A heat exchanger manufactured by the method according to claim 8.
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