JP2017020108A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のアルミニウム合金クラッド材は、ろう付性と犠牲防食性の両方を兼ね備えた第一ろう材の合金成分と金属組織を適切に制御することにより、ろう付性と共に優れた耐食性を有する。この第一ろう材は、心材の一方の面にクラッドして二層クラッド材としてもよく、或いは、心材の両方の面にクラッドして三層クラッド材としてもよい。
また、上記二層クラッド材において、第一ろう材がクラッドされていない心材の他方の面に、通常のAl−Si系合金ろう材である第二ろう材をクラッドした三層クラッド材としてもよく、これに替えて、Al−Zn系合金犠牲陽極材をクラッドした三層クラッド材としてもよい。
以下において、これら第一ろう材、心材、第二ろう材及び犠牲陽極材の成分について説明する
第一ろう材には、Si:2.5〜7.0mass%(以下、単に「%」と記す)、Fe:0.05〜1.20%、Zn:0.5〜8.0%、Mn:0.3〜2.0%を必須元素として含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金が用いられる。
Siを添加することによりろう材の融点が低下して液相を生じさせ、これによってろう付を可能にする。一般的なろう材用合金は、例えば4045合金であれば上限11%程度までを許容するが、これを低く抑えることにより、ろう付時にある程度の割合を固相のまま残存させ、優れた犠牲防食機能を付与することができる。Si含有量は2.5〜7.0である。2.5%未満では、生じる液相が僅かでありろう付機能が得難くなる。一方、7.0%を超えると、例えばフィンなどの相手材へ拡散するSi量が過剰となり、相手材の溶融が発生してしまう。Siの好ましい含有量は、3.5〜6.0%である。
FeはAl−Fe系、Al−Fe−Si系、Al−Fe−Mn系、Al−Fe−Mn−Si系の金属間化合物を形成し易いために、ろう付に有効となるSi量を低下させ、ろう付性の低下を招く。Fe含有量は、0.05〜1.20%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を招く。一方、1.20%を超えると、ろう付に有効となるSi量を低下させてろう付が不十分となる。Feの好ましい含有量は、0.1〜0.5%である。
Znは孔食電位を卑にすることができ、心材との電位差を形成することで犠牲防食効果により耐食性を向上させることができる。Znの含有量は0.5〜8.0%である。0.5%未満では、犠牲防食効果による耐食性向上の効果が十分に得られない。一方、8.0%を超えると、腐食速度が速くなり早期に犠牲防食層が消失して耐食性が低下する。Znの好ましい含有量は、1.0〜6.0%である。
Mnは、Al−Mn系、Al−Fe−Mn系及びAl−Fe−Mn−Si系の金属間化合物(以下、単に「Al−Mn系金属間化合物」と記す)を形成し、腐食時のカソード反応を活性化させることにより腐食電位を貴にし、孔食を発生し易くすることができる。既に述べたように、腐食形態が孔食であれば、局部的なアルカリ化による腐食は発生しない。すなわち、Mnは、局部的なアルカリ化を防止し、耐食性を向上させる効果を有する。Mnの含有量は、0.3〜2.0%である。0.3%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、2.0%を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。Mn含有量は、好ましくは0.4〜1.8%である。
Cuは、固溶強化により強度を向上させるので含有させてもよい。Cu含有量は、0.05〜0.60%である。0.05%未満では上記効果が不十分となり、0.60%を超えると孔食電位が貴になり、Znによる犠牲防食効果を失わせてしまう。Cu含有量は、好ましくは0.10〜0.50%である。
Tiは、固溶強化により強度を向上させると共に耐食性も向上させるので含有させてもよい。Ti含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では、上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ti含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Zrは、固溶強化により強度を向上させると共にAl−Zr系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Zr含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Zr含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Crは、固溶強化により強度を向上させると共にAl−Cr系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Cr含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Cr含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Vは、固溶強化により強度を向上させると共に耐食性も向上させるので含有させてもよい。V含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。V含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Na、Srは、第一ろう材中のSi粒子を微細化する効果を発揮する。Na、Srの含有量はそれぞれ、0.001〜0.050%である。それぞれの含有量が0.001%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、それぞれの含有量が0.050%を超える場合は、酸化被膜が厚くなり、ろう付性を低下させる。それぞれの好ましい含有量は、いずれも0.003〜0.020%である。
心材には、Si:0.05〜1.50%、Fe:0.05〜2.00%、Mn:0.5〜2.0%を必須元素として含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金が用いられる。
Siは、Fe、Mnと共にAl−Fe―Mn−Si系の金属間化合物を形成し、分散強化により強度を向上させ、或いは、アルミニウム母相中に固溶して固溶強化により強度を向上させる。Si含有量は、0.05〜1.50%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。1.50%を超えると心材の融点が低下して溶融が生じるおそれが高くなる。Siの好ましい含有量は、0.10〜1.20%である。
Feは、Si、Mnと共にAl−Fe−Mn−Si系の金属間化合物を形成し、分散強化により強度を向上させる。Feの添加量は、0.05〜2.00%である。含有量が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。一方、2.00%を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。Feの好ましい含有量は、0.10〜1.50%である。
Mnは、Siと共にAl−Mn−Si系金属間化合物を、また、Si、Feと共にAl−Mn−Fe−Si系の金属間化合物を形成し、分散強化により強度を向上させ、或いは、アルミニウム母相中に固溶して固溶強化により強度を向上させる。Mn含有量は、0.5〜2.0%である。0.5%未満では上記効果が不十分となり、2.0%を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。Mnの好ましい含有量は、0.8〜1.8%である。
Mgは、Mg2Siの析出により強度を向上させるので含有させてもよい。Mg含有量は、0.05〜0.50%である。0.05%未満では上記効果が不十分となり、0.50%を超えるとろう付が困難となる。Mg含有量は、好ましくは0.10〜0.40%である。
Cuは、固溶強化により強度を向上させるので含有させてもよい。Cu含有量は、0.05〜1.50%である。0.05%未満では上記効果が不十分となり、1.50%を超えると鋳造時におけるアルミニウム合金の割れ発生の虞が高くなる。Cu含有量は、好ましくは0.30〜1.00%である。
Tiは、固溶強化により強度を向上させるので含有させてもよい。Ti含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が不十分となる。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ti含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Zrは、固溶強化により強度を向上させると共にAl−Zr系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Zr含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Zr含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Crは、固溶強化により強度を向上させると共にAl−Cr系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Cr含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Cr含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Vは、固溶強化により強度を向上させると共に耐食性も向上させるので含有させてもよい。V含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。V含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
犠牲陽極材には、Zn:0.5〜8.0%、Si:0.05〜1.50%、Fe:0.05〜2.00%を必須元素として含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金が用いられる。
Znは孔食電位を卑にすることができ、心材との電位差を形成することで犠牲防食効果により耐食性を向上することができる。Znの含有量は0.5〜8.0%である。0.5%未満では、犠牲防食効果による耐食性向上の効果が十分に得られない。一方、8.0%を超えると、腐食速度が速くなり早期に犠牲防食層が消失して耐食性が低下する。Znの好ましい含有量は、1.0〜6.0%である。
Siは、Feと共にAl−Fe−Si系の金属間化合物を形成し、またMnを同時に含有している場合にはFe、Mnと共にAl−Fe−Mn−Si系の金属間化合物を形成し、分散強化により強度を向上させ、或いは、アルミニウム母相中に固溶して固溶強化により強度を向上させる。また、Siは犠牲陽極層の電位を貴にするため、犠牲防食効果を阻害して耐食性を低下させる。Siの含有量は、0.05〜1.50%である。含有量が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。一方、1.50%を超えると犠牲陽極材の孔食電位が貴になって犠牲防食効果を失わせ、耐食性が低下する。Siの好ましい含有量は、0.10〜1.20%である。
Feは、Siと共にAl−Fe−Si系の金属間化合物を形成し、またMnを同時に含有している場合にはSi、Mnと共にAl−Fe−Mn−Si系の金属間化合物を形成し、分散強化により強度を向上させる。Feの添加量は、0.05〜2.00%である。含有量が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。一方、2.00%を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。Feの好ましい含有量は、0.10〜1.50%である。
Niは、Al−Ni系、或いは、Feと共にAl−Fe−Ni系の金属間化合物を形成する。これらの金属間化合物はアルミニウムのマトリックスより腐食電位が大きく貴であるため、腐食のカソードサイトとして作用する。そのため、これらの金属間化合物が犠牲陽極材に分散していると、腐食の起点が分散する。その結果、深さ方向への腐食が進行し難くなり、耐食性が向上するので含有させてもよい。Niの含有量は、0.05〜2.00%である。含有量が0.05%未満では上記効果が十分に得られない。一方、2.00%を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。Ni含有量は、好ましくは0.10〜1.50%である。
Mnは、強度と耐食性を向上させるので含有させてもよい。Mnの含有量は、0.05〜2.00%である。2.00%を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。一方、0.05%未満では、その効果が十分得られない。Mn含有量は、好ましくは0.05〜1.80%である。
Mgは、Mg2Siの析出により犠牲陽極材の強度を向上させるので、含有させてもよい。また、犠牲陽極材自身の強度を向上させるだけでなく、ろう付することにより犠牲陽極材から心材にMgが拡散して心材の強度も向上させる。これらの理由から、Mgを含有させてもよい。Mgの含有量は、0.05〜3.00%である。0.05%未満では上記効果が十分得られない。一方、3.00%を超えると熱間クラッド圧延工程において犠牲陽極材と心材との圧着が困難となる。Mgの好ましい含有量は、0.10〜2.00%である。なお、Mgはノコロックろう付におけるフラックスを劣化させてろう付性を阻害するため、犠牲陽極材が0.50%以上のMgを含有する場合はチューブ材同士の接合にはノコロックろう付を採用できない。この場合には、例えばチューブ材同士の接合には溶接などの手段を用いる必要がある。
Tiは、固溶強化により強度を向上させると共に耐食性も向上させるので含有させてもよい。Ti含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では、上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ti含有量は、好ましくは0.05〜0.20%である。
Zrは、固溶強化により強度を向上させると共にAl−Zr系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Zr含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Zr含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Crは、固溶強化により強度を向上させると共にAl−Cr系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Cr含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Cr含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Vは、固溶強化により強度を向上させると共に耐食性も向上させるので含有させてもよい。V含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。V含有量は、好ましくは0.05〜0.20%である。
前記第二ろう材には、Si:2.5〜13.0%、Fe:0.05〜1.20%を必須元素として含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金が用いられる。
Siを添加することにより第二ろう材の融点が低下して液相を生じさせ、これによってろう付を可能にする。Si含有量は2.5〜13.0%である。2.5%未満では、生じる液相が僅かでありろう付機能が得難くなる。一方、13.0%を超えると、例えばこの第二ろう材をチューブ材に用いた場合に、フィンなどの相手材へ拡散するSi量が過剰となり、相手材の溶融が発生してしまう。Siの好ましい含有量は、3.5〜12.0%である。
Feは、Al−Fe系やAl−Fe−Si系の金属間化合物を形成し易く、またMnを同時に含有している場合には、Al−Fe−Mn系やAl−Fe−Mn−Si系の金属間化合物を形成し易いために、ろう付に有効となるSi量を低下させてろう付性の低下を招く。Fe含有量は、0.05〜1.20%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を招く。一方、1.20%を超えると、ろう付に有効となるSi量を低下させてろう付が不十分となる。Feの好ましい含有量は、0.10〜0.50%である。
Mnは、ろう材の強度と耐食性を向上させるので含有させてもよい。Mnの含有量は、0.05〜2.00%である。2.00%を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。一方、0.05%未満では、その効果が十分得られない。Mn含有量は、好ましくは0.05〜1.80%である。
Cuは、固溶強化により第二ろう材の強度を向上させるので含有させてもよい。Cu含有量は、0.05〜1.50%である。0.05%未満では上記効果が不十分となり、1.50%を超えると鋳造時におけるアルミニウム合金の割れ発生の虞が高くなる。Cu含有量は、好ましくは0.30〜1.00%である。
Tiは、固溶強化により第二ろう材の強度を向上させると共に耐食性も向上させるので含有させてもよい。Ti含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では、上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ti含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Zrは、固溶強化により第二ろう材の強度を向上させると共に、Al−Zr系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Zr含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Zr含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Crは、固溶強化により第二ろう材の強度を向上させると共に、Al−Cr系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Cr含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Cr含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Vは、固溶強化により第二ろう材の強度を向上させると共に耐食性も向上させるので含有させてもよい。V含有量は、0.05〜0.30%である。0.05%未満では上記効果が得られない。0.30%を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。V含有量は、好ましくは0.10〜0.20%である。
Na、Srは、第二ろう材中のSi粒子を微細化する効果を発揮する。Na、Srの含有量はそれぞれ、0.001〜0.050%である。それぞれの含有量が0.001%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、それぞれの含有量が0.050%を超える場合は、酸化被膜が厚くなり、ろう付性を低下させる。それぞれの好ましい含有量は、いずれも0.003〜0.020%である。
これらMn、Cu、Ti、Zr、Cr、V、Na及びSrは、第二ろう材中に必要により少なくとも1種が添加されていればよい。
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材は、第一ろう材のろう付加熱前における0.1μm以上の円相当直径を有するAl−Mn系金属間化合物の存在密度を1.0×105個/mm2以上に、前記第一ろう材のろう付加熱後における2μm以上の円相当直径を有するAl−Mn系金属間化合物の存在密度を300個/mm2以上に限定する。これらの限定事項は、ろう付加熱後における第一ろう材側の面の耐食性向上を図るためのものである。なお、ここでの存在密度とは、第一ろう材層における任意断面を観察した際の単位面積当たり数密度を指す。以下にこの限定理由を説明する。
6−1.各製造工程
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材の製造方法は、心材用及び第一ろう材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、鋳造した第一ろう材の鋳塊を所定の厚さまで熱間圧延する工程と、心材鋳塊の一方の面又は両方の面に熱間圧延により所定の厚さとした第一ろう材をクラッドするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する1回以上の焼鈍工程とを含む。なお、心材の一方の面にのみ第一ろう材をクラッドする場合には、心材の他方の面には、所定厚さに熱間圧延した第二ろう材又は犠牲陽極材がクラッドされる。
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材の製造方法では、第一ろう材を鋳造した後に、所望のクラッド率を得るために所定の板厚まで第一ろう材の鋳塊を熱間圧延する熱間圧延工程に特徴を有する。この熱間圧延工程は、鋳塊を加熱する加熱段階と、これに続く保持段階と、加熱保持した鋳塊を圧延する熱間圧延段階を含む。そして、加熱段階においては、400℃到達時までの昇温速度を30℃/h以上に、400℃到達時から保持段階の保持温度到達時までの昇温速度を60℃/h以下に規定する。また、保持段階においては、保持温度を450℃以上560℃以下で保持時間を1時間以上に規定する。更に、熱間圧延段階においては、圧延材の温度が400℃以上である時間を5分以上に規定する。このように第一ろう材の熱間圧延工程の条件を規定することにより、本発明に係るアルミニウム合金クラッド材は、ろう付前及びろう付後において、本発明で規定するAl−Mn系金属間化合物の分布を得ることができ、ろう付後に優れた耐食性を発揮することができる。この理由を以下に説明する。
第一ろう材、心材、第二ろう材及び犠牲陽極材の鋳造工程における条件に特に制限は無いが、通常は水冷式の半連続鋳造法が用いられる。また、第二ろう材及び犠牲陽極材をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程は、加熱保持段階と熱間圧延段階を含むが、加熱保持段階における加熱条件は、通常400〜560℃で0.5〜10時間行うのが好ましく、420〜540℃で0.5〜8時間行うのがより好ましい。400℃未満では塑性加工性が乏しいため圧延時にコバ割れなどを生じる場合がある。一方、560℃より高温の場合には、加熱中に鋳塊が溶融する虞がある。また、0.5時間未満では、鋳塊の温度が均一とならない場合があり、10時間を超えると経済性を著しく損なう。
心材を鋳造して得られる鋳塊を、熱間クラッド圧延工程の前に均質化処理工程に供しても良い。均質化処理工程は、通常は450〜620℃で1〜24時間行うのが好ましく、
480〜620℃で1〜20時間行うのがより好ましい。温度が450℃未満または時間が1時間未満では均質化効果が十分でない場合があり、620℃を超えると心材鋳塊の溶融を生じてしまう虞がある。また、時間が24時間を超えると、経済性を著しく損なう。
熱間クラッド圧延工程では、クラッド材はクラッド圧延段階前の加熱段階で加熱される。加熱温度は、通常は400〜560℃で0.5〜10時間行うのが好ましく、420〜540℃で0.5〜8時間行うのがより好ましい。400℃未満では塑性加工性が乏しいためクラッド圧延時にコバ割れなどを生じる場合がある。560℃を超える場合には、加熱中に鋳塊が溶融してしまう虞がある。時間が0.5時間未満ではクラッド材の温度が均一とならない場合があり、10時間を超えると経済性を著しく損なう。熱間クラッド圧延工程は、圧下率70〜95%の粗圧延工程と、それに続く圧下率70〜95%の仕上圧延工程に分けてもよい。
焼鈍工程は、成形性向上などの目的で、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方において1回以上行われる。具体的には、(1)冷間圧延工程の途中において1回以上の中間焼鈍が実施され、(2)冷間圧延工程の後に最終焼鈍工程が1回実施され、或いは、(3)(1)及び(2)が実施されるものである。この焼鈍工程では、クラッド材を200〜560℃で1〜10時間保持するのが好ましい。温度が200℃未満、保持時間が1時間未満の場合は、上記効果が十分でない場合がある。温度が560℃を超えると、加熱中にクラッド材が溶融してしまう虞があり、保持時間が10時間を超えると経済性を著しく損なう。より好ましい焼鈍条件は、温度230〜500℃、保持時間1〜8時間である。なお、焼鈍工程の回数の上限は特に限定されるものではないが、工程数の増加によるコスト増加を回避するために、3回とするのが好ましい。
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材では、第一ろう材、第二ろう材、犠牲陽極材のクラッド率(片面)を各々3〜25%とするのが好ましい。これら各クラッド率が3%未満ではクラッドされる材料が薄過ぎるため、熱間クラッド圧延中において心材全体にわたって被覆することができない場合がある。これら各クラッド率が25%を超えると、熱間クラッド圧延時に反りが発生じ、クラッド材を製造できない場合がある。これら各クラッド率は、より好ましくは5〜20%である。
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材は、流路形成部品、ヘッダープレート、フィン材などの熱交換器用部材として、特に流路形成部品として好適に用いられる。例えば、上記アルミニウム合金クラッド材に曲げ成形を施し、その両端部の重ね合せ部分をろう付け接合して、冷却水などの媒体を流すための流路形成部品が作製される。本発明に係る熱交換器は、例えば、上記の流路形成部品に、フィン材とヘッダープレートを組み合わせ、これらを一度にろう付加工した構造を有する。
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材は、熱交換器の少なくとも流路形成部品として用いられる。以下においては、熱交換器の流路形成部品として用いられる場合に、耐食面での優位性を最も発揮できる腐食環境について説明する。
厚さ0.07mm、調質H14、合金成分は3003合金に1.0%のZnを添加したフィン材を用意し、これをコルゲート成形して熱交換器フィン材とした。このフィン材を上記クラッド材試料の第一ろう材面又は第二ろう材面に配置し、5%のフッ化物フラックス水溶液中に浸漬し、600℃で3分のろう付加熱に供して、ミニコア試料を作製した。このミニコア試料のフィン接合率が95%以上であり、かつ、クラッド材試料及びフィンに溶融が生じていない場合をろう付性が合格(○)とし、一方、(1)フィン接合率が95%未満の場合と、(2)クラッド材試料及びフィンの少なくともいずれかに溶融が生じた場合とにおいて、(1)及び(2)、或いは、(1)又は(2)をろう付性が不合格(×)とした。
600℃で3分の熱処理(ろう付加熱に相当)を施したクラッド材試料を、引張速度10mm/分、ゲージ長50mmの条件で、JIS Z2241に従って引張試験に供した。得られた応力−ひずみ曲線から引張強さを読み取った。その結果、引張強さが120MPa以上の場合を合格(○)とし、それ未満を不合格(×)とした。
ろう付相当加熱前におけるAl−Mn系金属間化合物については、各クラッド材試料の第一ろう材部分についてL−ST面から薄膜サンプルをFIBにて切り出し、この薄膜サンプルについて、走査型透過電子顕微鏡(STEM)にてエネルギー分散形X線分光器(EDS)によりMn元素分布のマッピングを行うことにより調べた。この際、電子分光装置(EELS)を用いて観察部の膜厚を測定し、膜厚が0.10〜0.15μmの箇所でのみSTEM観察を行って、各サンプルにつき10μm×10μmの視野を5視野ずつ観察し、それぞれの視野のMnのマッピングを画像解析することによって、0.1μm以上の円相当径を有するAl−Mn系金属間化合物の分布を求めた。
クラッド材試料に上記ろう付相当の加熱を施した後、50mm×50mmに切り出し、試験面の反対面を樹脂によってマスキングした。なお、いずれの試料においても第一ろう材面を試験面とし、また、犠牲陽極材がクラッドされている試料については犠牲陽極材面についても試験面とした。第二ろう材面を試験面とした試験は実施しなかった。試験面が第一ろう材の場合の試験溶液は、塩化物イオン濃度がそれぞれ3ppm(溶液A)、5ppm(溶液B)、1000ppm(溶液C)、1200ppm(溶液D)のNaCl水溶液(純水)を用いた。各試験サンプルをこれらの溶液に浸漬し、88℃の高温水中で8時間、次いで、室温放置16時間を1サイクルとするサイクル浸漬試験を3ヶ月間実施し、腐食貫通の生じなかったものを合格(○)とし、生じたものを不合格(×)とした。試験面が犠牲陽極材の場合は、ASTM−G85に基づいてSWAAT試験に供し、1000時間で腐食貫通の生じなかったものを合格(○)とし、腐食貫通の生じたものを不合格(×)とした。
2・・・コルゲートフィン
Claims (20)
- アルミニウム合金の心材と、前記心材の一方又は両方の面にクラッドされた第一ろう材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Si:0.05〜1.50mass%、Fe:0.05〜2.00mass%、Mn:0.5〜2.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記第一ろう材が、Si:2.5〜7.0mass%、Fe:0.05〜1.20mass%、Zn:0.5〜8.0mass%、Mn:0.3〜2.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、ろう付加熱前において前記第一ろう材における0.1μm以上の円相当直径を有するAl−Mn系金属間化合物の存在密度が1.0×105個/mm2以上であり、ろう付加熱後において前記第一ろう材における2μm以上の円相当直径を有するAl−Mn系金属間化合物の存在密度が300個/mm2以上であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材。
- 前記第一ろう材が、Cu:0.05〜0.60mass%、Ti:0.05〜0.30mass%、Zr:0.05〜0.30mass%、Cr:0.05〜0.30mass%及びV:0.05〜0.30mass%から選択される1種又は2種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項1に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 前記第一ろう材が、Na:0.001〜0.050mass%及びSr:0.001〜0.050mass%から選択される1種又は2種を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項1又は2に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 前記心材が、Mg:0.05〜0.50mass%、Cu:0.05〜1.50mass%、Ti:0.05〜0.30mass%、Zr:0.05〜0.30mass%、Cr:0.05〜0.30mass%及びV:0.05〜0.30mass%から選択される1種又は2種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用及び第一ろう材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、鋳造した第一ろう材の鋳塊を所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方又は両方の面に熱間圧延により所定厚さとした第一ろう材をクラッドしてクラッド材とするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する1回以上の焼鈍工程とを含み、前記第一ろう材の熱間圧延工程が加熱段階と保持段階と熱間圧延段階とを含み、加熱段階において、400℃到達時までの昇温速度が30℃/h以上であり、400℃到達時から保持段階の保持温度到達時までの昇温速度が60℃/h以下であり、保持段階における保持温度が450℃以上560℃以下であり保持時間が1時間以上であり、熱間圧延段階中において、第一ろう材の温度が400℃以上である時間が5分以上であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材の製造方法。
- アルミニウム合金の心材と、前記心材の一方の面にクラッドされた第一ろう材と、前記心材の他方の面にクラッドされた第二ろう材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Si:0.05〜1.50mass%、Fe:0.05〜2.00mass%、Mn:0.5〜2.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記第一ろう材が、Si:2.5〜7.0mass%、Fe:0.05〜1.20mass%、Zn:0.5〜8.0mass%、Mn:0.3〜2.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記第二ろう材が、Si:2.5〜13.0mass%、Fe:0.05〜1.20mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、ろう付加熱前において前記第一ろう材における0.1μm以上の円相当直径を有するAl−Mn系金属間化合物の存在密度が1.0×105個/mm2以上であり、ろう付加熱後において前記第一ろう材における2μm以上の円相当直径を有するAl−Mn系金属間化合物の存在密度が300個/mm2以上であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材。
- 前記第一ろう材が、Cu:0.05〜0.60mass%、Ti:0.05〜0.30mass%、Zr:0.05〜0.30mass%、Cr:0.05〜0.30mass%、V:0.05〜0.30mass%から選択される1種又は2種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項6に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 前記第一ろう材が、Na:0.001〜0.050mass%及びSr:0.001〜0.050mass%から選択される1種又は2種を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項6又は7に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 前記心材が、Mg:0.05〜0.50mass%、Cu:0.05〜1.50mass%、Ti:0.05〜0.30mass%、Zr:0.05〜0.30mass%、Cr:0.05〜0.30mass%及びV:0.05〜0.30mass%から選択される1種又は2種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項6〜8のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 前記第二ろう材が、Mn:0.05〜2.00mass%、Cu:0.05〜1.50mass%、Ti:0.05〜0.30mass%、Zr:0.05〜0.30mass%、Cr:0.05〜0.30mass%及びV:0.05〜0.30mass%から選択される1種又は2種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項6〜9のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 前記第二ろう材が、Na:0.001〜0.050mass%及びSr:0.001〜0.050mass%から選択される1種又は2種を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項6〜10のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 請求項6〜11のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、第一ろう材用及び第二ろう材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、鋳造した第一ろう材及び第二ろう材の鋳塊をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に熱間圧延により所定厚さとした第一ろう材を、他方の面に熱間圧延により所定厚さとした第二ろう材をそれぞれクラッドしてクラッド材とするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する1回以上の焼鈍工程とを含み、前記第一ろう材の熱間圧延工程が加熱段階と保持段階と熱間圧延段階とを含み、加熱段階において、400℃到達時までの昇温速度が30℃/h以上であり、400℃到達時から保持段階の保持温度到達時までの昇温速度が60℃/h以下であり、保持段階における保持温度が450℃以上560℃以下であり保持時間が1時間以上であり、熱間圧延段階において、第一ろう材の温度が400℃以上である時間が5分以上であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材の製造方法。
- アルミニウム合金の心材と、前記心材の一方の面にクラッドされた第一ろう材と、前記心材の他方の面にクラッドされた犠牲陽極材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Si:0.05〜1.50mass%、Fe:0.05〜2.00mass%、Mn:0.5〜2.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記第一ろう材が、Si:2.5〜7.0mass%、Fe:0.05〜1.20mass%、Zn:0.5〜8.0mass%、Mn:0.3〜2.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記犠牲陽極材が、Zn:0.5〜8.0mass%、Si:0.05〜1.50mass%、Fe:0.05〜2.00mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、ろう付加熱前において前記第一ろう材における0.1μm以上の円相当直径を有するAl−Mn系金属間化合物の存在密度が1.0×105個/mm2以上であり、ろう付加熱後において前記第一ろう材における2μm以上の円相当直径を有するAl−Mn系金属間化合物の存在密度が300個/mm2以上であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材。
- 前記第一ろう材が、Cu:0.05〜0.60mass%、Ti:0.05〜0.30mass%、Zr:0.05〜0.30mass%、Cr:0.05〜0.30mass%、V:0.05〜0.30mass%から選択される1種又は2種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項13に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 前記第一ろう材が、Na:0.001〜0.050mass%及びSr:0.001〜0.050mass%から選択される1種又は2種を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項13又は14に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 前記心材が、Mg:0.05〜0.50mass%、Cu:0.05〜1.50mass%、Ti:0.05〜0.30mass%、Zr:0.05〜0.30mass%、Cr:0.05〜0.30mass%及びV:0.05〜0.30mass%から選択される1種又は2種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項13〜15のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 前記犠牲陽極材が、Ni:0.05〜2.00mass%、Mn:0.05〜2.00mass%、Mg:0.05〜3.00mass%、Ti:0.05〜0.30mass%、Zr:0.05〜0.30mass%、Cr:0.05〜0.30mass%及びV:0.05〜0.30mass%から選択される1種又は2種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項13〜16のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 請求項13〜17のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、第一ろう材用及び犠牲陽極材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、鋳造した第一ろう材及び犠牲陽極材の鋳塊をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に熱間圧延により所定厚さとした第一ろう材を、他方の面に熱間圧延により所定厚さとした犠牲陽極材をそれぞれクラッドしてクラッド材とするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する1回以上の焼鈍工程とを含み、前記第一ろう材の熱間圧延工程が加熱段階と保持段階と熱間圧延段階とを含み、加熱段階において、400℃到達時までの昇温速度が30℃/h以上であり、400℃到達時から保持段階の保持温度到達時までの昇温速度が60℃/h以下であり、保持段階における保持温度が450℃以上560℃以下であり保持時間が1時間以上であり、熱間圧延段階において、第一ろう材の温度が400℃以上である時間が5分以上であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材を少なくとも流路形成部品に用いた熱交換器であって、前記第一ろう材面の少なくとも一方の面が、塩化物イオン濃度1200ppm以下の溶液に晒されていることを特徴とする熱交換器。
- 請求項6〜11及び13〜17のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材を少なくとも流路形成部品に用いた熱交換器であって、前記第一ろう材面が、塩化物イオン濃度1200ppm以下の溶液に晒されていることを特徴とする熱交換器。
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