JP2014196552A - 耐食性に優れた薄肉熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、前記アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器の製造方法 - Google Patents
耐食性に優れた薄肉熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、前記アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014196552A JP2014196552A JP2013073595A JP2013073595A JP2014196552A JP 2014196552 A JP2014196552 A JP 2014196552A JP 2013073595 A JP2013073595 A JP 2013073595A JP 2013073595 A JP2013073595 A JP 2013073595A JP 2014196552 A JP2014196552 A JP 2014196552A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aluminum alloy
- sacrificial
- sacrificial material
- heat exchanger
- brazing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
このような熱交換器において、近年、自動車の軽量化の一環としてチューブ材等の薄肉高強度化(たとえば0.3mm以下)が要求されるようになり、その為心材にSiやCu等の合金元素を増量して添加し、心材の強度の向上が図られている。しかしながら、今後更なる薄肉高強度化を要求されたとき、この方策だけでは要求を満足することが困難になる。
この対案として、心材や犠牲材、ろう材にMgを添加することによる強度の向上が挙げられるが、ノコロックろう付法において、材料にMgが添加されているとろう付性が悪くなるという問題が生じる。
そこで、皮材のクラッド厚さを薄肉化することにより心材の厚さを増やし、材料全体の強度の向上を図る手法が重要となる。しかしながら、ただ犠牲材の厚さを薄くしたら、耐食性が低下してしまうと考えられる。
すなわち、請求項1に記載の第1の発明は、ろう材、犠牲材、及び心材からなるクラッド材において、犠牲材厚さをXμm、犠牲材のZn濃度をx%、心材厚さをYμm、心材のCu濃度をy%としたときに
かつ X≦45
を満たすことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材である。
請求項2に記載の第2の発明は、ろう材、犠牲材、及び心材からなるクラッド材において、犠牲材にSi:0.2%以下、Fe:0.2%以下、Mn:0.05〜0.4%のうち1種以上を含有し、且つ犠牲材厚さをXμm、犠牲材のZn濃度をx%、心材厚さをYμm、心材のCu濃度をy%としたときに
かつ X≦45
を満たすことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材である。
請求項3に記載の第3の発明は、心材の両面に犠牲材がクラッドされたクラッド材において、犠牲材厚さをXμm、犠牲材のZn濃度をx%、心材厚さをYμm、心材のCu濃度をy%としたときに
かつ X≦45
を満たすことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材である。
請求項4に記載の第4の発明は、心材の両面に犠牲材がクラッドされたクラッド材において、犠牲材にSi:0.2 %以下、Fe:0.2 %以下、Mn:0.05〜0.4 %のうち1種以上を含有し、且つ犠牲材厚さをXμm、犠牲材のZn濃度をx%、心材厚さをYμm、心材のCu濃度をy%としたときに
かつ X≦45
を満たすことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材である。
請求項5に記載の第5の発明は、請求項1乃至4記載のアルミニウム合金クラッド材において、ろう付前の犠牲材の金属組織が円相当径0.1μm以上の第二相粒子の密度が5.0×105 個/mm2以下であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材である。
請求項6に記載の第6の発明は、請求項5記載のアルミニウム合金クラッド材において、ろう付前の犠牲材表面から5μmの地点のCu濃度がy/10%以下であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材である。
請求項7に記載の第7の発明は、請求項1乃至4記載のアルミニウム合金クラッド材の犠牲材を鋳造、熱間圧延により製造する方法において、均熱処理を行わないことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法である。
請求項8に記載の第8の発明は、請求項1乃至4記載のアルミニウム合金クラッド材を製造する方法において、クラッド圧延後の最終焼鈍を320℃以下で1〜10時間行うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法である。
請求項9に記載の第9の発明は、請求項7乃至8記載発明で製造されたアルミニウム合金クラッド材を用いて作製したチューブ材をろう付工法により組み付けるアルミニウム合金製熱交換器の製造方法において、ろう付加熱を590〜610℃で保持時間を5分以内の条件で施すことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の製造方法である。
ろう付加熱後の犠牲材表面のZn量について、素板の犠牲材厚さと犠牲材Zn濃度の関係を調べた結果、その値はXx/60で近似することができることを見出した(犠牲材の板厚X[μm]、犠牲材のZn濃度x [%])。
また、ろう付加熱後の犠牲材表面のCu量は素板における心材のCu濃度、心材厚さ及び犠牲材厚さに依存し、さらにCu濃度と心材厚さの関係を表した図2に示されるように領域Aと領域Bの面積が等しくなることからろう付加熱後の犠牲材表面のCu量はy(Y−2X)/(Y+2X)で近似できることを見出した(心材の厚さY[μm]、心材のCu濃度y[%])。
よって、心材犠牲材間の電位差は心材及び犠牲材表面のCu量の差に影響を受け、Cuの電位への寄与はZnに比べて半分であることから、心材と犠牲材間の電位差は
で表すことができると考えた。
ろう付加熱後の心材と犠牲材表面の電位差は80〜300mVであるのが望ましい。これは、電位差が80mV以下では犠牲陽極効果が小さい為防食の効果が低く、また300mV以上あると犠牲材の消耗速度が大きく、長期にわたる犠牲陽極効果が得られない。このろう付加熱後の電位差を得る為の設計として、
という関係で限定した。この関係式の値が2.0よりも小さいとろう付加熱後の心材中央と犠牲材表面の電位差が80mVよりも小さくなる為犠牲陽極効果が小さく、防食ができず、4.2よりも大きいとろう付加熱後の心材中央と犠牲材表面の電位差が300mVを越え、犠牲材の消耗速度が大きくなり、長期にわたる犠牲陽極効果が得られなくなる。より望ましくは、
である。
また、たとえば板厚0.3mm以下の薄肉材において、犠牲材の厚さが45μm以上あると材料強度が顕著に低下してしまう。このため、犠牲材の厚さは45μm以下に規定した。
犠牲材において、SiはFeと共にAl−Si−Fe系化合物を形成し、この化合物が腐食反応のカソードとして作用する。このため、Siは0.2%以下であることが望ましい。なお、Siの含有量の一層好ましい範囲は0.1%以下である。0.05%未満では、高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高となる。
心材において、Cu以外の成分は通常の3000系合金であればよく、特に規定するものではないが、より望ましい組成を以下に記す。
Mnは添加することにより耐食性、ろう付性及び強度を向上させることができる。そのためのMn添加量は0.05〜2.0%であることが望ましい。0.05%未満ではその効果が不十分であり、2.0 %を超えて含有すると巨大化合物を生成し加工性の低下を生じるため好ましくない。より好ましいMn含有量は0.3〜1.5 %である。
ろう材としては、Al−Si系合金を用い、従来と同様である。たとえば、A4045合金等が使用できる。
ろう材に用いられるアルミニウム材は特に限定されるものではないが、通常のろう付において用いられるAl−Si系合金ろう材が好適に用いられる。例えば、JIS4343、4045、4047の各アルミニウム合金(Al−7〜13%Si)を用いるのが好ましい。
次に、本発明のアルミニウム合金クラッド材のろう付加熱前の金属組織及び、ろう付加熱後の心材―犠牲材間の電位差について説明する。
円相当径0.1mm以上の第2相粒子の密度は、犠牲材表面のSEM観察によるSEM像を画像解析することで、ろう付過熱前の第2相粒子の密度を求めた。
まず上述の要件を満たす成分組成を有するアルミニウム合金素材を融解し、DC(Direct Chill)鋳造法により犠牲材の鋳塊を作製する。DC鋳造法では、溶湯の冷却速度が0.5〜20℃/secと非常に速い為、その組織は析出物は微細であり、固溶量は過飽和になっている。この鋳塊に均熱処理を行うと、過飽和に固溶していた元素が析出し、析出物は粗大化する方向に組織が変化する。しかしながら、上述の通り犠牲材に粗大な析出物が多数存在すると、ろう付過熱後に析出物が残存し、そこが腐食の起点となってしまう為望ましくない。そのため、犠牲材には均熱処理を施さないことが重要である。 犠牲材の鋳塊は均熱処理を行わずに加熱し、熱間圧延を行うことにより所定の板厚まで薄くする。この熱間圧延時にも過飽和の固溶元素が析出してしまう恐れがあるため、490℃以下の加熱で熱間圧延を行うことが望ましい。
∫D(T(t))dt≦7.0×10−12
である必要がある。このD(T)は
D(T)=D0exp(−Q/kT)
であり、300℃付近の温度Tに対して指数関数的に増加していく。そのため焼鈍温度が320℃以上では焼鈍時間が短くても
∫D(T(t))dt≦7.0×10−12
となってしまう。
したがって、本発明における焼鈍条件は320℃以下で1〜10時間である必要がある。より好ましい焼鈍条件は320℃以下で1〜6時間である。
したがって、本発明におけるろう付加熱条件は、到達温度590〜610℃で、保持時間が5分以内である。より好ましくは、到達温度595〜605℃、且つ保持時間が4分以内である。
表1に示す合金組成を有する犠牲材を、表2に示す製造方法でそれぞれ製造した。なお、表1の合金組成において、「−」は検出限界以下であることを示すものであり、「残部」は不可避的不純物を含む。
まず、DC鋳造法により表1の犠牲材及び、これと張り合わせる心材(Al−0.7Si−0.6Cu−1.5Mn−0.12Ti)及びろう材(4045)を鋳造した。その後、犠牲材およびろう材の鋳塊を500℃まで加熱を行った後、所定の板厚まで圧延を行い、面削を行った心材鋳塊の両端に組み付けを行った。これを再び500℃まで加熱を行い、熱間圧延により所定の板厚まで圧延し、クラッド材を作製した。続いて、得られた板材を冷間圧延し、表2の構成の板厚において最終焼鈍を行った。(調質:H2n)
円相当径0.1μm以上の第2相粒子の密度は、犠牲材表面のSEM観察を行うことで調査した。観察は各サンプル3視野ずつ行い、それぞれの視野のSEM像を画像解析することで、ろう付加熱前の第2相粒子の密度を求めた。表記した密度は、各3視野より求めた値の平均値である。
供試材の断面にEPMA分析を行うことによりCu濃度のラインプロファイルを得た。ここから犠牲材表面から心材方向へ5mmの深さにおけるCuの濃度を見積もった。評価としては、Cu濃度がy/10%以下ならば「○」とし、y/10%以上であれば「×」とした。
供試材を600℃×3minでろう付加熱した後、50℃/minの冷却速度で冷却してサンプルとした。そして各サンプルに対し、25℃の5 %NaCl水溶液中でクラッド材の心材、及び犠牲材の自然電位(vsAg/AgCl)の測定を行った。このとき心材の電位は、NaOHにより犠牲材表面から100 μmエッチングを行った後に測定を行った。評価としては、電位差が80mV以上あれば「○」とし、80mV以下であれば「×」とした。
供試材を600 ℃×3minでろう付加熱した後、50℃/minの冷却速度で冷却してサンプルとした。その後、下記の方法により犠牲材側の腐食試験を行い、内面の耐食性を評価した。
腐食液:OY水(NaCl0.329g、Na2SO40.084g、CuCl2・2H2O 0.0026g、FeCl3・6H2O 0.142 gに蒸留水を加え1kg・pH 2.9〜3.1)
方法:OY水を88℃の温度に保持し、750時間浸漬試験を行った後、その最大孔食深さの測定を行った。
腐食試験による最大孔食深さが40μm未満を合格、最大孔食深さが40μm以上を不合格とした。
試験材No.14、15、29〜31は犠牲材のZn量と心材のCu量が発明の範囲外であり、Cu濃度が本発明の範囲外であったため電位差が80mV以下及び/または耐食性が悪かった。
試験材No.16〜18は犠牲材の組成が発明の範囲外であったため電位差が80mV以下であり、耐食性が悪かった。
試験材No.28は犠牲材の金属組織が発明の範囲外であったため耐食性が悪かった。
Claims (9)
- 請求項1乃至4記載のアルミニウム合金クラッド材において、ろう付前の犠牲材の金属組織が円相当径0.1μm以上の第二相粒子の密度が5.0×105個/mm2以下であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
- 請求項5記載のアルミニウム合金クラッド材において、ろう付前の犠牲材表面から心材方向へ5μmの深さにおいてのCu濃度がy/10%以下であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
- 請求項1乃至4記載のアルミニウム合金クラッド材の犠牲材を鋳造、熱間圧延により製造する方法において、均熱処理を行わないことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
- 請求項1乃至4記載のアルミニウム合金クラッド材を製造する方法において、クラッド圧延後の最終焼鈍を320℃以下で1〜10時間行うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
- 請求項7乃至8記載発明で製造されたアルミニウム合金クラッド材を用いて作製したチューブ材をろう付工法により組み付けるアルミニウム合金製熱交換器の製造方法において、ろう付加熱を590〜610℃で保持時間を5分以内の条件で施すことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013073595A JP6208450B2 (ja) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | 耐食性に優れた薄肉熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、前記アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013073595A JP6208450B2 (ja) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | 耐食性に優れた薄肉熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、前記アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014196552A true JP2014196552A (ja) | 2014-10-16 |
JP6208450B2 JP6208450B2 (ja) | 2017-10-04 |
Family
ID=52357544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013073595A Expired - Fee Related JP6208450B2 (ja) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | 耐食性に優れた薄肉熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、前記アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6208450B2 (ja) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09291328A (ja) * | 1996-04-26 | 1997-11-11 | Shinko Alcoa Yuso Kizai Kk | ろう付用アルミニウム合金複合部材及びろう付方法 |
JP2004035966A (ja) * | 2002-07-05 | 2004-02-05 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | アルミニウム合金クラッド材およびその製造方法 |
JP2004076057A (ja) * | 2002-08-13 | 2004-03-11 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | アルミニウム合金クラッド材およびその製造方法 |
JP2011031278A (ja) * | 2009-08-03 | 2011-02-17 | Mitsubishi Alum Co Ltd | 高強度で耐食性に優れるアルミニウム合金ブレージングシート |
JP2011084763A (ja) * | 2009-10-13 | 2011-04-28 | Kobe Steel Ltd | 熱交換器用アルミニウムクラッド材 |
JP2011195889A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | ろう付け性に優れた高強度熱交換器用アルミニウム合金クラッド材 |
JP2013023748A (ja) * | 2011-07-25 | 2013-02-04 | Furukawa-Sky Aluminum Corp | アルミニウム合金ブレージングシートおよびその製造方法 |
-
2013
- 2013-03-29 JP JP2013073595A patent/JP6208450B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09291328A (ja) * | 1996-04-26 | 1997-11-11 | Shinko Alcoa Yuso Kizai Kk | ろう付用アルミニウム合金複合部材及びろう付方法 |
JP2004035966A (ja) * | 2002-07-05 | 2004-02-05 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | アルミニウム合金クラッド材およびその製造方法 |
JP2004076057A (ja) * | 2002-08-13 | 2004-03-11 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | アルミニウム合金クラッド材およびその製造方法 |
JP2011031278A (ja) * | 2009-08-03 | 2011-02-17 | Mitsubishi Alum Co Ltd | 高強度で耐食性に優れるアルミニウム合金ブレージングシート |
JP2011084763A (ja) * | 2009-10-13 | 2011-04-28 | Kobe Steel Ltd | 熱交換器用アルミニウムクラッド材 |
JP2011195889A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | ろう付け性に優れた高強度熱交換器用アルミニウム合金クラッド材 |
JP2013023748A (ja) * | 2011-07-25 | 2013-02-04 | Furukawa-Sky Aluminum Corp | アルミニウム合金ブレージングシートおよびその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
"50周年記念事業実行委員会 記念出版部会", アルミニウムの製品と製造技術, JPN6011045878, 31 October 2001 (2001-10-31), pages 187 - 190, ISSN: 0003478643 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6208450B2 (ja) | 2017-10-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5602747B2 (ja) | 高耐食性アルミニウム合金ブレージングシート及びその製造方法、ならびに、これを用いた高耐食性熱交換器 | |
US8524377B2 (en) | Aluminum alloy clad sheet for heat exchanger | |
JP6452626B2 (ja) | アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、ならびに、当該アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器及びその製造方法 | |
JP5336967B2 (ja) | アルミニウム合金クラッド材 | |
JP5188115B2 (ja) | 高強度アルミニウム合金ブレージングシート | |
JP5873343B2 (ja) | 高耐食性アルミニウム合金ブレージングシート、ならびに、これを用いた自動車用熱交換器の流路形成部品 | |
JP5339560B1 (ja) | アルミニウム合金ブレージングシート及びその製造方法 | |
JP5913853B2 (ja) | アルミニウム合金ブレージングシートおよびその製造方法 | |
JP2010270395A (ja) | 薄肉チューブ用アルミニウム合金ろう付けシート | |
WO2017141921A1 (ja) | アルミニウム合金ブレージングシート及びその製造方法、ならびに、当該ブレージングシートを用いた自動車用熱交換器の製造方法 | |
KR20150126698A (ko) | 열교환기용 브레이징 시트 코어 합금 | |
WO2014157116A1 (ja) | ろう付け接合構造体 | |
JP2013216935A (ja) | 熱交換器用アルミニウム合金フィン材、その製造方法及び熱交換器の製造方法 | |
JP2009022981A (ja) | 高強度アルミニウム合金ブレージングシートおよびその製造方法 | |
JP5836695B2 (ja) | ろう付け後の強度及び耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材 | |
JP2014177694A (ja) | 強酸環境下での耐食性に優れるアルミニウム合金製熱交換器 | |
WO2018110320A1 (ja) | アルミニウム合金ブレージングシート及びその製造方法 | |
JP2019167581A (ja) | アルミニウム合金押出管の製造方法 | |
JP5952995B2 (ja) | 熱交換器用アルミニウム合金フィン材 | |
JP2007146264A (ja) | アルミニウム合金フィン材 | |
JP6208450B2 (ja) | 耐食性に優れた薄肉熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、前記アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器の製造方法 | |
JP6970841B2 (ja) | アルミニウム合金ブレージングシート及びその製造方法 | |
JP2006144041A (ja) | アルミニウム合金クラッド材並びにそれを用いた熱交換器用チューブ及び熱交換器 | |
JP2014062296A (ja) | 耐食性に優れたアルミニウム合金ブレージングシート | |
JP5552181B2 (ja) | アルミニウム合金クラッド材 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160229 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161214 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170124 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170322 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170905 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170907 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6208450 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |