JP2014050861A - Aluminum-alloy-made brazing sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フラックスを用いないアルミニウム合金のろう付に使用するブレージングシートに関し、特に、心材、ろう材に所定の合金組成、組織を有し、非酸化性雰囲気下で良好なろう付性が得られるブレージングシートに関する。 The present invention relates to a brazing sheet used for brazing of an aluminum alloy that does not use a flux, and in particular, has a predetermined alloy composition and structure in a core material and a brazing material, and obtains a good brazing property in a non-oxidizing atmosphere. Relates to a brazing sheet.
アルミニウム材料は熱伝導性が高く軽量であるため、自動車用をはじめとする多くの熱交換器に使用されている。内部に水やオイル等を循環して熱交換させる熱交換器は、タンク、チューブ、フィン等の部材から構成され、各部材はろう付により金属的に接合されている。ろう付により製造される熱交換器を構成するアルミニウム材料としては、心材となるアルミニウム合金板の片面又は両面にろう材等をクラッドしたブレージングシートが用いられる。 Aluminum materials are highly conductive and lightweight, and are used in many heat exchangers including automobiles. A heat exchanger that circulates water, oil, or the like inside to exchange heat is composed of members such as tanks, tubes, fins, and the like, and each member is metallically joined by brazing. As an aluminum material constituting a heat exchanger manufactured by brazing, a brazing sheet in which a brazing material or the like is clad on one side or both sides of an aluminum alloy plate serving as a core material is used.
一般的には、ブレージングシートの心材合金としては、溶融温度が６００℃以上のアルミニウム合金が用いられ、クラッドされるろう材合金としては、溶融温度が６００℃以下のＡｌ−Ｓｉ系合金が用いられる。このブレージングシートにより熱交換器の部材を作製して組み合わせて６００℃前後の温度に加熱することにより、ブレージングシートのろう材部のみ溶融させて他部材とろう付することで熱交換器を作製することができる。このようなブレージンシートを使用することにより、熱交換器を構成する多数の部材を一度にろう付することができるため、ブレージングシートは熱交換器用の材料として広く利用されている。 Generally, an aluminum alloy having a melting temperature of 600 ° C. or higher is used as the core material alloy of the brazing sheet, and an Al—Si alloy having a melting temperature of 600 ° C. or lower is used as the brazing filler metal alloy to be clad. . The brazing sheet is used to fabricate and combine the heat exchanger members and heat them to a temperature around 600 ° C., thereby melting only the brazing filler metal portion of the brazing sheet and brazing with other members to produce the heat exchanger. be able to. By using such a brazing sheet, a large number of members constituting the heat exchanger can be brazed at a time, and therefore the brazing sheet is widely used as a material for the heat exchanger.
主に実用化されているろう付方法としては、真空ろう付法とノコロックろう付法が挙げられる。真空ろう付法では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなるろう材が用いられる。真空中で加熱することによりろう材中のＭｇが材料から蒸発し、その際に材料表面の酸化皮膜を破壊してろう付を可能にするものである。しかしながら、真空ろう付法は高価な真空加熱装置を必要とする欠点がある。一方、ノコロックろう付法では、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材が用いられる。フラックスを塗布した後に不活性ガス等の非酸化性雰囲気中で加熱し、フラックスにより材料表面の酸化皮膜を破壊してろう付を可能にするものである。しかしながら、フラックス塗布において塗りムラがあるとろう付不良の原因となるため、フラックスを必要箇所に均一に塗布することが必要であった。 Brazing methods that are mainly put to practical use include vacuum brazing and noclock brazing. In the vacuum brazing method, a brazing material made of an Al—Si—Mg alloy is used. By heating in vacuum, Mg in the brazing material evaporates from the material, and at that time, the oxide film on the surface of the material is destroyed to enable brazing. However, the vacuum brazing method has a drawback of requiring an expensive vacuum heating apparatus. On the other hand, in the Nocolok brazing method, a brazing material made of an Al-Si alloy is used. After applying the flux, it is heated in a non-oxidizing atmosphere such as an inert gas, and the oxide film on the surface of the material is broken by the flux to enable brazing. However, if there is uneven coating in flux application, it causes brazing failure, so it was necessary to uniformly apply the flux to the required location.
これらに対して、高価な真空加熱装置やフラックスを用いずに不活性ガス等の非酸化性雰囲気中で加熱することにより、ろう付を可能にするろう付方法が提案されている。特許文献１には、Ｍｇを含有するろう付品を炭素質カバーで覆って加熱し、フラックスを用いずにろう付する方法が記載されている。この方法では、Ｍｇにより炭素質カバー内の酸素濃度を低減し、酸化を防止することでろう付を可能にする。また、特許文献２には、ろう材にＭｇを含有したクラッド材を使用して熱交換器を構成し、フラックスを用いずにろう付する方法が記載されている。この方法では、ろう材中のＭｇにより表面の酸化皮膜を除去することで、ろう付を可能にしている。
On the other hand, a brazing method that enables brazing by heating in a non-oxidizing atmosphere such as an inert gas without using an expensive vacuum heating apparatus or flux has been proposed.
また、従来から真空ろう付け用材料の、ろう材にＢｉを添加すると、低真空度でもろう付け性が向上することが知られている。
特許文献３には、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｇを含有するアルミ合金板を心材とし、その片面あるいは両面にＳｉ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｂｅを含有したろう材からなるドロンカップ材用真空ろう付けブレージングシートが提案されている。ここで、Ｂｉはろう材中のＭｇと反応し、安定なＭｇ-Ｂｉ化合物を形成し、真空ろう付け加熱中のＭｇ成分の表面への偏りを防止し、かつろう付け雰囲気へのＭｇ成分の蒸発を助長してＭｇのゲッター効果を向上することが記載されているが、その化合物の具体的なサイズ、分布については言及されていない。
また、特許文献４には、０．５ｗｔ％以下のＢｉを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を皮材としたクラッド材を ３８０〜４２０℃の温度で２時間以上Ｏ材処理する真空ろう付け用ブレージングシートの製造法が提案されている。ろう材にＢｉを添加し、かつ熱処理を付加することにより、Ｂｉを表面に濃化させて、ろう付け加熱時の表面酸化皮膜の成長を抑制すると共に表面酸化皮膜の破壊を促進させることが記載されているが、Ｂｉがどのような形態で、どの程度分布しているのか言及されていない。
In addition, it has been conventionally known that when Bi is added to a brazing material of a vacuum brazing material, the brazing property is improved even at a low degree of vacuum.
本発明は、フラックスを使用しない不活性ガスなどの非酸化性雰囲気中でのろう付に使用するブレージングシートであって、心材、ろう材に所定の合金組成、組織を有することで、短時間のろう付加熱時間で良好なろう付が可能なブレージングシートの提供を目的とする。 The present invention is a brazing sheet used for brazing in a non-oxidizing atmosphere such as an inert gas that does not use flux, and has a predetermined alloy composition and structure in the core material and brazing material, so that a short time can be obtained. An object of the present invention is to provide a brazing sheet capable of good brazing with a brazing addition heat time.
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、ブレージングシートにおいて、ろう材中にＢｉまたはＢｉ−Ｍｇ化合物を所定の数密度にすることにより、短時間のろう付加熱で良好なろう付が可能となることを見出した。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the inventors of the present invention have a brazing sheet with a predetermined number density of Bi or Bi-Mg compound. We found that brazing is possible.
そこで本発明は請求項１において、ろう材中に、円相当径５．０〜５０μｍのＢｉが数密度で５００〜１２０００個/ｍｍ２で存在することを特徴とする無フラックスろう付け用アルミニウム合金製ブレージングシートとした。更に、本発明は請求項２において、ろう材中に、円相当径５．０〜５０μｍのＢｉ−Ｍｇ化合物を数密度で２００〜１０００個/ｍｍ２存在することを特徴とする無フラックスろう付け用アルミニウム合金製ブレージングシートとした。
更に、本発明は請求項３において、ろう材中のＳｉ ５．０〜１３．０ｍａｓｓ％（以下、単に「％」と記す），Ｍｇ ０．２５〜３．０％、Ｂｉ ０．０５〜０．６％とすることを特徴とする請求項１，２の無フラックスろう付け用アルミニウム合金製ブレージングシートとした。更に、本発明は請求項４において、心材が、Ｓi ０．１〜１．２%,Ｆｅ ０．１〜１．０％，Ｃｕ ０．０５〜１．０％、Ｍｇ ０．２５〜２．５％を含み、残部Ａｌと不可避的不純物とからなる組成を有することを特徴とする請求項１〜３の無フラックスろう付け用アルミニウム合金製ブレージングシートとした。更に本発明は請求項５において、心材が、Ｓi ０．１〜１．２％，Ｍｎ ０．２〜２．５％、Ｆｅ０．１〜１．０％，Ｃｕ ０．０５〜１．０％、Ｍｇ ０．２５〜２．５％を含み、残部Ａｌと不可避的不純物とからなる組成を有することを特徴とする請求項１〜３の無フラックスろう付け用アルミニウム合金製ブレージングシートとした。
Accordingly, the present invention provides the flux-free aluminum alloy according to
Further, in the present invention, the present invention according to
本発明のブレージングシートを使用することにより、例えば様々なろう材厚さのブレージングシートを組み合わせて構成される熱交換器を、フラックスを塗布する事なく、短時間のろう付加熱時間で生産効率よく良好に接合することができる。 By using the brazing sheet of the present invention, for example, a heat exchanger configured by combining brazing sheets of various brazing material thicknesses can be produced efficiently with a short brazing addition heat time without applying flux. Good bonding can be achieved.
以下に、本発明について詳細に説明する。
本発明に係るアルミニウム合金製ブレージングシートを用いたろう付方法は、心材およびろう材にＭｇを含有したブレージングシートを用いて、フラックスを使用せず、非酸化性雰囲気中でろう付加熱される。その際、心材から拡散したＭｇおよびろう材中に含まれるＭｇがろう材表面の酸化皮膜を還元、破壊して、溶融したろう材の金属表面を露出させることで、相手材料とのろう付を可能にする。
The present invention is described in detail below.
In the brazing method using the brazing sheet made of aluminum alloy according to the present invention, brazing sheet containing Mg in the core material and the brazing material is subjected to brazing addition heat in a non-oxidizing atmosphere without using flux. At that time, Mg diffused from the core material and Mg contained in the brazing material reduce and destroy the oxide film on the surface of the brazing material to expose the metal surface of the molten brazing material, thereby brazing with the counterpart material. to enable.
本発明者等は、不活性ガス雰囲気中でのろう付け性を更に向上すべく、ろう材への添加元素の効果を検討した結果、ろう材中に所定サイズのＢｉまたはＢｉ化合物を分布させることにより、ろう付け性が大幅に改善されることを見出した。この原因を更に詳細に検討した結果、ろう材表面に露出した単体Ｂｉ表面には、材料製造時に表面酸化膜が形成され難く、不活性ガス雰囲気中で、ろう付け加熱される際にも、表面酸化膜は成長しないこと、またＢｉ自体の融点が、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材に比べ低いため、ろう材が溶融する時点で、ろう材の表面酸化膜にＢｉが溶出した痕跡が残留し、そこを起点として、ろう材中に含有されるＭｇあるいは心材から拡散してきたＭｇによる、ろう材表面酸化皮膜の還元、破壊が促進されることが判った。また鋳造時にＢｉとＭｇが共存することにより生じるＢｉ−Ｍｇ化合物は、単体Ｂｉと同様な酸化皮膜抑制効果を示すと共に、それ自体がＭｇの発生源として働くため、酸化皮膜の還元、破壊がより早く進行することが判った。 As a result of studying the effect of the additive element to the brazing material in order to further improve the brazing property in an inert gas atmosphere, the present inventors have distributed Bi or Bi compounds of a predetermined size in the brazing material. As a result, it was found that the brazability is greatly improved. As a result of examining this cause in more detail, it is difficult to form a surface oxide film on the surface of the single body Bi exposed on the surface of the brazing material, and even when heated by brazing in an inert gas atmosphere. Since the oxide film does not grow and the melting point of Bi itself is lower than that of the Al—Si brazing material, when the brazing material is melted, traces of Bi eluting remain on the surface oxide film of the brazing material, From this point, it was found that reduction and destruction of the brazing filler metal surface oxide film by Mg contained in the brazing filler metal or Mg diffused from the core material was promoted. In addition, the Bi—Mg compound produced by the coexistence of Bi and Mg at the time of casting exhibits the same effect of suppressing the oxide film as that of the simple substance Bi, and itself acts as a source of Mg, so that the oxide film is more reduced and destroyed. It turns out that it progresses quickly.
そこで単体ＢｉまたはＢｉ−Ｍｇ化合物のサイズ、数密度を特定の範囲に制御することにより、ろう材溶融後の短時間のうちに、安定して、酸化皮膜の一部が破壊され、ろう付の起点となる溶融金属の非酸化面を露出させることができる結果、相手材とのろう付性が格段に向上することを、本発明者らは見出した。 Therefore, by controlling the size and number density of the simple Bi or Bi-Mg compound within a specific range, a part of the oxide film is stably destroyed within a short time after melting the brazing material, As a result of exposing the non-oxidized surface of the molten metal as a starting point, the present inventors have found that the brazing property with the counterpart material is remarkably improved.
ろう材の単体ＢｉまたはＢｉ−Ｍｇ化合物のサイズ、数密度の限定理由を以下に述べる。ろう材中の単体ＢｉまたはＢｉ−Ｍｇ化合物のサイズは、円相当径５．０〜５０μｍとする必要がある。ここでいう円相当径とは、正確には投影面積円相当径であり、粒子の投影面積と同じ面積を持つ円の直径を示す。円相当径は、光学顕微鏡などで観察した金属組織像を画像処理することで容易に求めることができる。
円相当径が５．０μｍ未満のサイズでは、酸化皮膜の破壊作用が小さく、ろう付け性の向上効果が小さい。円相当径が５０μｍを超えると、製造途中の加熱（均質化処理、熱間圧延など）で当該部位の溶融、抜け落ちを生じる結果、マトリックス中に応力集中源となる空隙を生じるため、圧延途中で割れを発生し、製造が困難になるため好ましくない。
数密度は単体Ｂｉの場合、５００〜１２０００個/ｍｍ２、Ｂｉ−Ｍｇ化合物の場合、２００〜１０００個/ｍｍ２が好ましい。これ以下の数密度では酸化皮膜の破壊起点が少なくなり、ろう付け性の向上効果が安定しない。またこれ以上の数密度では向上効果が低下すると共に、圧延途中で割れを発生し易くなり、製造が困難になるため好ましくない。
The reasons for limiting the size and number density of the simple Bi or Bi—Mg compound of the brazing material will be described below. The size of the simple Bi or Bi—Mg compound in the brazing material needs to be an equivalent circle diameter of 5.0 to 50 μm. The equivalent circle diameter here is the projected area equivalent circle diameter, and indicates the diameter of a circle having the same area as the projected area of the particles. The equivalent circle diameter can be easily obtained by image processing a metal structure image observed with an optical microscope or the like.
When the equivalent circle diameter is less than 5.0 μm, the destructive action of the oxide film is small, and the effect of improving brazing is small. If the equivalent circle diameter exceeds 50 μm, heating during production (homogenization treatment, hot rolling, etc.) causes melting and falling off of the part, resulting in voids serving as stress concentration sources in the matrix. It is not preferable because cracks are generated and manufacturing becomes difficult.
The number density is preferably 500 to 12000 pieces / mm 2 in the case of simple substance Bi, and 200 to 1000 pieces / mm 2 in the case of Bi—Mg compound. If the number density is less than this, the fracture starting point of the oxide film is reduced, and the effect of improving brazing is not stable. Further, if the number density is higher than this, the improvement effect is lowered, and cracking is likely to occur during rolling, which makes it difficult to produce.
上記の単体ＢｉまたはＢｉ−Ｍｇ化合物の分布は、アルミニウム合金製ブレージングシートを製造する際の熱管理によって管理することができる。
例えば、鋳造時の凝固速度や、熱間圧延時の最大圧延率等によって、単体ＢｉまたはＢｉ−Ｍｇ化合物の大きさを制御でき、添加元素量の最適化、鋳造時の凝固速度によって数密度を制御することができる。
すなわち、鋳造時の凝固速度が遅いほど粗大なＢｉ粒が生成され、凝固速度が早いほど、微細なＢｉ粒が生成される。また鋳造時の凝固速度が遅いほどＢｉ粒の数密度が少なくなり、凝固速度が早いほど、Ｂｉ粒の数密度が多くなる。
また熱間圧延時の圧下率が大きいほどＢｉ粒は微細に粉砕される。これらの条件を複合的に制御することで、単体ＢｉまたはＢｉ−Ｍｇ化合物粒の分布（大きさ、数密度）を変えることができる。
The distribution of the simple Bi or Bi—Mg compound can be managed by thermal management when manufacturing an aluminum alloy brazing sheet.
For example, the size of the elemental Bi or Bi-Mg compound can be controlled by the solidification rate during casting, the maximum rolling rate during hot rolling, etc. Can be controlled.
That is, coarse Bi grains are generated as the solidification rate during casting is slow, and fine Bi grains are generated as the solidification rate is high. Moreover, the number density of Bi grains decreases as the solidification rate during casting decreases, and the number density of Bi grains increases as the solidification speed increases.
In addition, Bi grains are finely pulverized as the rolling reduction during hot rolling increases. By controlling these conditions in a complex manner, the distribution (size, number density) of simple Bi or Bi—Mg compound grains can be changed.
ここで、本発明に係るアルミニウム合金製ブレージングシートの厚さは、特に請求範囲内に含めないが、０．２〜３．０ｍｍとするのが好ましい。本発明に係るアルミニウム合金製ブレージングシートの用途として、熱交換器に用いられるろう付用部材が挙げられ、これら部材の厚さがこの範囲内にある。 Here, the thickness of the aluminum alloy brazing sheet according to the present invention is not particularly included in the claims, but is preferably 0.2 to 3.0 mm. Examples of the use of the aluminum alloy brazing sheet according to the present invention include brazing members used in heat exchangers, and the thicknesses of these members are within this range.
ろう材のＳｉ、Ｍｇ、Ｂi含有量の請求項３における限定理由を以下に述べる。Ｓｉ量は５．０〜１３．０％とするのが好ましい。ろう材のＳｉ含有量が５．０％未満の場合には、ろう付温度において生成する溶融ろう材の量が少なくなり、ろう付性が低下する。一方、ろう材のＳｉ含有量が１３．０％を超える場合には、ろう材の液相温度が上昇するとともに心材へのろう拡散が顕著になりろう付性が低下する。Ｍｇ量は０．２５〜３．０％とするのが好ましい。ろう材のＭｇ含有量が０．２５％未満の場合には、Ｂｉ−Ｍｇ化合物が２００個/ｍｍ２以下となり、かつ酸化膜を還元、破壊するＭｇが少なくなるため、ろう付け性の向上効果が見られないことがある。Ｍｇ含有量が３．０％を超える場合には、必要以上にＭｇが拡散してＭｇ濃化により溶融ろう材がＭｇ過剰になり、酸化し易くなるためにかえって、ろう付性に悪影響を及ぼす。Ｂｉ量は０．０５〜０．６％とするのが好ましい。ろう材のＢｉ含有量が０．０５％未満の場合には、単体Ｂｉが５００個/ｍｍ２以下となり、ろう付け性の向上効果が見られないことがある。Ｂｉ含有量が０．６％を超える場合には、熱間圧延時の端面に割れを生じて、製造が困難となることがある。
The reasons for limiting the Si, Mg and Bi contents of the brazing material in
心材のＭｇ含有量は０．２５〜２．５％とすることが好ましい。Ｍｇ含有量が０．２５％未満では、ろう付加熱中に、心材からろう材に拡散するＭｇ量が少ないため、ろう材中のＭｇ含有量が増加せず、ろう材表面の酸化皮膜を還元、破壊する効果が十分ではなく、短時間のろう付け加熱で、良好なろう付性が得られないことがある。一方、Ｍｇ含有量が２．５％を超えると、必要以上にＭｇが拡散してＭｇ濃化により溶融ろう材がＭｇ過剰になり、酸化し易くなるためにろう付性に悪影響を及ぼすことがある。 The Mg content of the core material is preferably 0.25 to 2.5%. When the Mg content is less than 0.25%, the amount of Mg diffusing from the core material to the brazing material is small during the brazing heat, so the Mg content in the brazing material does not increase, and the oxide film on the brazing material surface is reduced. The effect of breaking is not sufficient, and good brazing may not be obtained by brazing heating for a short time. On the other hand, if the Mg content exceeds 2.5%, Mg diffuses more than necessary and the molten brazing filler metal becomes excessive due to Mg concentration, which may easily oxidize and adversely affect brazing properties. is there.
心材には、Ｍｇの他に、０．１〜１．２％のＳｉ、０．１〜１．０％のＦｅ、０．０５〜１．０％のＣｕの１種または２種以上の元素を添加しても良い。
さらに０．２〜２．５％のＭｎを含有させるのが好ましい。ＭｎはＳi、Ｆeと共に、金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させると共に、マトリックスのＳｉ固溶度を低くし、マトリックスの融点を向上させることができる。ブレージングシートの心材として用いる場合、心材の電位を貴にして、ろう材側の耐孔食性も向上させる。ただし、０．２％未満の含有量では、上記作用を十分に得ることができず、２．５％を超えると鋳造性や加工性（圧延性）が低下する。
更にＦｅは心材の結晶粒を微細にし、成型加工性の向上に寄与する。また０．０５〜０．２％のＴｉ、０．０５〜０．２％のＺｒ等の不可避的不純物が含有されていてもよい。
For the core material, in addition to Mg, one or more elements of 0.1 to 1.2% Si, 0.1 to 1.0% Fe, 0.05 to 1.0% Cu May be added.
Furthermore, it is preferable to contain 0.2 to 2.5% of Mn. Mn crystallizes or precipitates as an intermetallic compound together with Si and Fe, and can improve the strength after brazing, lower the Si solid solubility of the matrix, and improve the melting point of the matrix. When used as the core material of the brazing sheet, the potential of the core material is made noble and the pitting corrosion resistance on the brazing material side is also improved. However, if the content is less than 0.2%, the above effect cannot be obtained sufficiently, and if it exceeds 2.5%, the castability and workability (rollability) deteriorate.
Furthermore, Fe makes the crystal grains of the core material fine and contributes to the improvement of molding processability. Further, inevitable impurities such as 0.05 to 0.2% Ti and 0.05 to 0.2% Zr may be contained.
ろう材には、Ｍｇ、Ｓｉの他に、０．５〜８％のＣｕ、０．５〜６％のＺｎ等の選択的添加元素が含有されていてもよい。Ｃｕ、Ｚｎはろう材の融点を下げ、低温でのろう付を可能にする。更に、０．１〜１．５％のＦｅ、０．０５〜０．２％のＴｉ等の不可避的不純物が含有されていても本発明の効果を損なうものではない。 The brazing material may contain selective additive elements such as 0.5 to 8% Cu and 0.5 to 6% Zn in addition to Mg and Si. Cu and Zn lower the melting point of the brazing material and enable brazing at a low temperature. Furthermore, even if inevitable impurities such as 0.1 to 1.5% Fe and 0.05 to 0.2% Ti are contained, the effect of the present invention is not impaired.
本発明に係るアルミニウム合金製ブレージングシートに適用されるろう材のクラッド率は、請求範囲では特に規定しないが、片面で１．５〜２５％であることが好ましい。
クラッド率が１．５％未満では、心材厚さに比べてろう材厚さが薄過ぎて、ろう付時のろう付け部に十分な量のろうが供給されないので好ましくない。一方、クラッド率が２５％を超えると、心材厚さに比べてろう材厚さが厚過ぎて、心材からろう材へのＭｇの供給が遅れ、ろう付け性が低下するため、好ましくない。
The clad rate of the brazing material applied to the aluminum alloy brazing sheet according to the present invention is not particularly defined in the claims, but is preferably 1.5 to 25% on one side.
If the clad rate is less than 1.5%, the brazing material thickness is too thin as compared with the core material thickness, and a sufficient amount of brazing is not supplied to the brazing portion at the time of brazing. On the other hand, if the cladding rate exceeds 25%, the brazing material thickness is too thick compared to the core material thickness, and the supply of Mg from the core material to the brazing material is delayed, which is not preferable.
本発明に係るアルミニウム合金製ブレージングシートのろう付は、ろう材の溶融温度以上の温度に加熱すればよく、本発明においては５９０〜６１０℃に加熱することによりろう付けが可能となる。保持時間は１〜１０分が適当である。 The brazing of the aluminum alloy brazing sheet according to the present invention may be performed by heating to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the brazing material. In the present invention, brazing can be performed by heating to 590 to 610 ° C. A holding time of 1 to 10 minutes is appropriate.
ろう付加熱する雰囲気に用いる非酸化性雰囲気としては、工業的に使用される窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスが挙げられる。ろう付を可能にするためには、ろう材表面の酸化を出来るだけ抑制するために、雰囲気中の酸素濃度は低い方が安定したろう付を可能とする。雰囲気中の酸素濃度は２５ｐｐｍ以下とするのが好ましく、１０ｐｐｍ以下とするのがより好ましい。低酸素の雰囲気を得るためには、ろう付炉内部の不活性ガスと接触する炉の構成部材の一部に炭素材を用いた加熱炉を使用するのが好ましい。炉の構成部材としては、炉内壁、バッフル、被ろう付物搬送用のメッシュベルト等が挙げられる。炭素材は、不活性ガス中に微量に存在する酸素と反応してＣＯを生成するため、炉内の酸素濃度を低下することができる。既存のろう付炉でろう付する場合は、炉内に炭素材を別途設置する方法も可能である。 As the non-oxidizing atmosphere used for the atmosphere for brazing addition heat, inert gases such as nitrogen gas and argon gas which are used industrially can be cited. In order to make brazing possible, in order to suppress the oxidation of the brazing material surface as much as possible, the lower the oxygen concentration in the atmosphere, the more stable brazing becomes possible. The oxygen concentration in the atmosphere is preferably 25 ppm or less, and more preferably 10 ppm or less. In order to obtain a low oxygen atmosphere, it is preferable to use a heating furnace using a carbon material as a part of the constituent members of the furnace that are in contact with the inert gas inside the brazing furnace. Examples of the structural member of the furnace include a furnace inner wall, a baffle, a mesh belt for conveying a brazing object, and the like. Since the carbon material reacts with a small amount of oxygen in the inert gas to generate CO, the oxygen concentration in the furnace can be lowered. When brazing with an existing brazing furnace, a method of separately installing a carbon material in the furnace is also possible.
また、炉内への微量な酸素の混入は、主に被ろう付物より取り込まれることが多い。特に熱交換器のように被ろう付物内部に中空構造を有する場合は、内部に存在する酸素は十分に置換されないために炉内雰囲気中の酸素濃度低減の妨げとなる。そのため、予熱室、ろう付加熱室からなる複数の炉室を備えたろう付炉を使用し、予熱中に十分に酸素濃度を低減することで、より低酸素濃度雰囲気中でろう付加熱することが出来る。また、被ろう付物を炉内に挿入後、炉内を真空脱気し、その後に不活性ガスを吹き込むことにより炉内の雰囲気ガスを置換することで、炉内の酸素濃度上昇を防ぐことができる。雰囲気ガスを置換する装置を備えたろう付炉を使用することにより、短時間のうちに安定したろう付性が得られるので工業的に好ましい。 In addition, a small amount of oxygen mixed into the furnace is often taken in mainly from the brazing object. In particular, when the brazed object has a hollow structure like a heat exchanger, oxygen existing inside is not sufficiently replaced, which hinders reduction of the oxygen concentration in the furnace atmosphere. Therefore, by using a brazing furnace having a plurality of furnace chambers consisting of a preheating chamber and a brazing additional heat chamber, and sufficiently reducing the oxygen concentration during preheating, brazing addition heat can be applied in a lower oxygen concentration atmosphere. I can do it. In addition, after inserting the brazing object into the furnace, vacuum degassing the furnace, and then blowing in inert gas to replace the atmosphere gas in the furnace, thereby preventing an increase in oxygen concentration in the furnace Can do. Use of a brazing furnace equipped with a device for replacing atmospheric gas is industrially preferable because stable brazing properties can be obtained in a short time.
次に、本発明を本発明例及び比較例に基づき説明する。
表１に示す組成の合金を鋳造し、５３０〜６００℃で均質化処理を行った後、両面を面削して厚さ４５ｍｍとし、ブレージングシートの心材とした。表２に示す組成の合金を、凝固速度を０．１〜１０℃/ｓｅｃで鋳造し、５００℃で均質化処理を行った後、熱間圧延にて所定の厚さとしブレージングシートのろう材とした。表３に示すように心材とろう材をクラッド率８％になるように組み合わせて、５００℃でクラッド圧延を行い、さらに冷間圧延により板厚1ｍｍとした後に焼鈍を施し、片面にろう材をクラッドしたブレージングシート試料を作製した。
Next, the present invention will be described based on the present invention examples and comparative examples.
An alloy having the composition shown in Table 1 was cast and homogenized at 530 to 600 ° C., and then both surfaces were chamfered to a thickness of 45 mm to obtain a core material for a brazing sheet. An alloy having the composition shown in Table 2 was cast at a solidification rate of 0.1 to 10 ° C./sec, homogenized at 500 ° C., and then hot-rolled to a predetermined thickness, and the brazing sheet brazing material did. As shown in Table 3, the core material and the brazing material are combined so that the clad rate is 8%, and the clad rolling is performed at 500 ° C., and the sheet thickness is 1 mm by cold rolling, and then annealing is performed. A clad brazing sheet sample was prepared.
上記のようにして作製したブレージングシート試料の断面を切断、バフ研磨仕上げを行ない、光学顕微鏡にてろう材中に分散する、円相当径５〜５０μｍのＢｉおよびＢｉ−Ｍｇ化合物を観察し、画像処理にて単位面積当たりの数密度を測定した。その結果を表３に示す。 The cross section of the brazing sheet sample produced as described above was cut, buffed and polished, and the Bi and Bi—Mg compounds having an equivalent circle diameter of 5 to 50 μm dispersed in the brazing material were observed with an optical microscope. The number density per unit area was measured in the treatment. The results are shown in Table 3.
上記のようにして作製したブレージングシート試料のろう付性を、図１に示す隙間充填試験により評価した。ブレージングシート試料を６０×２５ｍｍに切断して、ろう材側を上面として水平板（２）とした。板厚１．０ｍｍのＪＩＳＡ３００３のベア材を６０×２５ｍｍに切断したものを、垂直板（１）とした。垂直板（１）は、厚さ辺と長辺とから成る側面が水平板（２）のろう材面に対向するように、水平板（２）に対して垂直に立てられる。φ１．０ｍｍのステンレス線を隙間形成用のスペーサー（３）とし、水平板（２）と垂直板（１）の接触部（６）の位置から水平板（２）の長辺方向に沿って５０ｍｍ離間した位置に、水平板（２）の短辺方向に沿って設置した。このようにして、隙間充填試験片を作製した。 The brazing property of the brazing sheet sample produced as described above was evaluated by a gap filling test shown in FIG. The brazing sheet sample was cut into 60 × 25 mm and used as a horizontal plate (2) with the brazing filler metal side as the upper surface. A vertical plate (1) was obtained by cutting a bare material of JISA3003 having a plate thickness of 1.0 mm into 60 × 25 mm. The vertical plate (1) is erected vertically with respect to the horizontal plate (2) so that the side surface composed of the thick side and the long side faces the brazing material surface of the horizontal plate (2). A stainless steel wire with a diameter of 1.0 mm is used as a gap forming spacer (3), and 50 mm along the long side direction of the horizontal plate (2) from the position of the contact portion (6) between the horizontal plate (2) and the vertical plate (1). It installed along the short side direction of the horizontal board (2) in the separated position. In this way, a gap filling test piece was produced.
フラックスを塗布せずに、隙間充填試験片をろう付した。炉内に非酸化性雰囲気としてアルゴンガスを流し炉内の酸素濃度を１０ｐｐｍ以下に調整した雰囲気中で、加熱してろう付を実施した。隙間充填試験片の温度を測定し、温度が６００℃となるまでの到達時間が１５分程度となるような昇温条件で加熱した後、隙間充填試験片を６００℃で３分間保持し、その後冷却して炉外に取り出した。 The gap filling test piece was brazed without applying the flux. Brazing was carried out by heating in an atmosphere in which argon gas was flowed as a non-oxidizing atmosphere in the furnace and the oxygen concentration in the furnace was adjusted to 10 ppm or less. After measuring the temperature of the gap filling test piece and heating under a temperature rising condition such that the time until the temperature reaches 600 ° C. is about 15 minutes, the gap filling test piece is held at 600 ° C. for 3 minutes, It was cooled and taken out of the furnace.
図２に示すように、ろう付後の隙間充填試験片について、水平板（２）と垂直板（１）の接点からフィレット（４）が形成された長さを測定し、隙間充填長さ（５）とした。測定した隙間充填長さを表３に示す。隙間充填長さを下記の基準で評価した。
◎：隙間充填長さが４０ｍｍ以上
○：隙間充填長さが３０以上４０ｍｍ未満
△：隙間充填長さが２０以上３０ｍｍ未満
×：隙間充填長さが２０ｍｍ未満
◎と○を合格とし、△と×を不合格とした。
As shown in FIG. 2, for the gap filling test piece after brazing, the length of the fillet (4) formed from the contact point of the horizontal plate (2) and the vertical plate (1) was measured, and the gap filling length ( 5). Table 3 shows the measured gap filling length. The gap filling length was evaluated according to the following criteria.
◎: Gap filling length is 40 mm or more ○: Gap filling length is 30 or more and less than 40 mm △: Gap filling length is 20 or more and less than 30 mm ×: Gap filling length is less than 20 mm ◎ and ○ are accepted, Δ and × Was rejected.
本発明例１〜１８では、ろう材中に、十分な単体Ｂｉ、Ｂｉ−Ｍｇ化合物が分散した結果、隙間充填長さが３０ｍｍ以上となって良好なろう付性を示した。 In Inventive Examples 1 to 18, as a result of sufficient dispersion of the simple Bi and Bi-Mg compounds in the brazing material, the gap filling length was 30 mm or more and good brazing properties were exhibited.
比較例１は、十分な数密度の単体ＢｉまたはＢｉ−Ｍｇ化合物は得られず、ろう付性が不合格であった。
比較例２は、溶融ろうがＭｇ過剰となり、ろう材中のＢｉ−Ｍｇ化合物の数密度が増えすぎて、かえってろう付け性が低下した。
比較例３はろう材中のＢｉおよびＢｉ−Ｍｇ化合物の数密度が小さすぎて十分なＢｉおよびＢｉ−Ｍｇ化合物の分布が得られず、ろう付け性が劣った。
比較例４は、熱間圧延時に割れを生じたため、ブレージングシートを製造することができなかった。
比較例５は、溶融ろうがＭｇ過剰となり、酸化し易くなると共に、Ｂｉ−Ｍｇ化合物が増えすぎて、かえって、ろう付性が低下した。
比較例６は、鋳造時に粗大な初晶Ｓｉを多発し、熱間圧延時にその部位を起点として割れを生じたため、ブレージングシートを製造することができなかった。
In Comparative Example 1, a single Bi or Bi—Mg compound having a sufficient number density was not obtained, and the brazing property was unacceptable.
In Comparative Example 2, the brazing filler metal was excessive in Mg, and the number density of the Bi—Mg compound in the brazing material was increased too much.
In Comparative Example 3, the number density of Bi and Bi—Mg compounds in the brazing material was too small to obtain a sufficient distribution of Bi and Bi—Mg compounds, and the brazing performance was inferior.
Since the comparative example 4 produced the crack at the time of hot rolling, the brazing sheet could not be produced.
In Comparative Example 5, the molten brazing was excessive in Mg, and it was easy to oxidize, and the Bi—Mg compound was increased too much.
In Comparative Example 6, coarse primary crystal Si was frequently generated at the time of casting, and cracks were generated starting from that portion at the time of hot rolling, so that a brazing sheet could not be produced.
本発明に係るアルミニウム合金製ブレージングシートを使用することにより、フラックスを用いずに非酸化性雰囲気中で加熱することで、優れたろう付け性を得ることが出来る。その結果、特に、様々なろう材厚さのブレージングシートを組み合わせて構成される熱交換器を、短時間のろう付加熱時間で、生産効率よく製造することができる。 By using the aluminum alloy brazing sheet according to the present invention, excellent brazing can be obtained by heating in a non-oxidizing atmosphere without using a flux. As a result, in particular, a heat exchanger configured by combining brazing sheets having various brazing material thicknesses can be produced with high production efficiency in a short brazing addition heat time.
１ 垂直材
２ 水平材
３ スペーサー
４ フィレット
５ 隙間充填長さ
６ 接触部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
The core material is Si 0.1-1.2 mass%, Mn 0.2-2.5 mass%, Fe 0.1-1.0 mass%, Cu 0.05-1.0 mass%, Mg 0.25-2. The brazing sheet made of aluminum alloy for flux-free brazing according to any one of claims 1 to 3, wherein the brazing sheet contains 5 mass% and has a balance of Al and inevitable impurities.
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