JP2018003045A - ろう付後の強度に優れるろう付け用部材、クラッド材および自動車用熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
また、ろう付時に粗大化した金属間化合物がカソードサイトとなることで自己耐食性の低下につながるデメリットも考えられる。
このため、ろう付け後に高い強度が維持でき、耐食性も損なわないという点で、固溶硬化機構に着目した。
・Mn:1.0〜2.0%
Mnは、材料の高強度化のために含有する。ただし、含有量が少ないと強度化が十分になされず、一方、含有量が多すぎると成形性が低下する。このため、Mn含有量を1.0〜2.0%に限定する。なお、同様の理由で、下限を1.0%、上限を1.8%とするのが望ましい。
Cuは、材料の高強度化のために含有する。ただし、含有量が少ないと強度化が十分になされず、一方、含有量が多すぎると融点が低下する。このため、Cu含有量を0.1〜1.0%に限定する。なお、同様の理由で、下限を0.3%、上限を0.6%とするのが望ましい。
Siは、材料の高強度化のために含有する。ただし、含有量が少ないと強度化が十分になされず、一方、含有量が多すぎると融点が低下する。このため、Si含有量を0.3〜1.0%に限定する。なお、同様の理由で、下限を0.5%、上限を0.8%とするのが望ましい。
Mnの固溶物は、材料を高強度化させる。ただし、Mn固溶度が小さいと強度化が十分になされず、Mn固溶度が大きいと、圧延性が低下するため、Mn固溶度を18〜25%に限定する。なお、同様の理由で、Mn固溶度の下限を20%、上限を22%とするのが望ましい。
Siの固溶物は、材料を高強度化させる。ただし、Si固溶度が小さいと強度化が十分になされず、Si固溶度が大きすぎると、融点が低下するため、Si固溶度を35%〜45%に限定する。なお、同様の理由で、Si固溶度の下限を38%、上限を42%とするのが望ましい。
Cuの固溶物は、材料を高強度化させる。ただし、Cu固溶度が小さいと強度化が十分になされず、Cu固溶度が大きすぎると、融点が低下するため、Cu固溶度を70%〜80%に限定する。なお、同様の理由で、Cu固溶度の下限を73%、上限を77%とするのが望ましい。
各添加元素の基材アルミニウムへの固溶度が高いほど電気伝導度は、低下する。所望の固溶強化を得るためには伝導度45%IACS以下とする必要がある。
粗大な金属間化合物は、ろう付処理時に再固溶し難く所望の固溶強化機構が得られない。そこで、円相当径0.5μm〜3.5μmのサイズの化合物数を規定する。なお、円相当径0.5μm未満の金属間化合物は、ろう付熱処理により固溶するため規定する必要はない。また、3.5μmより大きな化合物は、ろう付時や製造工程における焼鈍等の熱処理において再結晶の核サイトとなるため一定数必要であり、規定しない。
円相当径0.5μm〜3.5μmのサイズの化合物数は、数密度で1.0×104個/mm2を超えると、再固溶しない金属間化合物が増えて、固溶強化を阻害する。なお、同様の理由で、数密度を9.0×103個/mm2を以下とするのが望ましい。
上記鋳塊を好適には400〜600℃×8〜16時間の条件で加熱する均質化をすることが望ましい。これにより、鋳造時に生じる偏析の除去や過飽和元素の安定析出を促し熱間圧延性を向上させるとともに、所定条件により所望の金属間化合物の分散状態を得る。
なお、上記径の金属間化合物は、均質化処理の実施や再固溶処理によって制御することができる。
例えば、均質化処理では、好適には400〜500℃、8〜12時間の条件で、適切なサイズで金属間化合物を析出させる。その後の工程を経て、最終的に、段落0020で示されるのサイズの金属間化合物を得る。したがって、均質化処理では、後の工程による影響を考慮して適切なサイズとなるように上記範囲内で条件の設定を行う。例えば、0.5μm以下の微細な化合物が増加するとその後の再固溶処理で焼失するため、段落0020に示すサイズを満足できなくなる。
また、再固溶処理では、冷間圧延で概ね板厚1mm以下となる時機などに、550〜600℃、8〜10時間などの条件で処理を行うことで、金属間化合物を再固溶させて、上記数密度を調整することができる。
犠牲材、ろう材は常法により製造することができる。
図1に、クラッド材1の断面形状を示す。この例では、芯材1Aの片面にろう材1B、他の片面に犠牲材1Cがクラッドされている。
ろう付けされたアルミニウム合金フィン材2は、ろう付後の引張強さが150〜200MPaとなる高い強度を有している。
得られたアルミニウム合金には、鋳造後、480℃で8時間の均質化処理を行なった。この均質化処理の条件は一例であり、温度:400〜600℃、保持時間:8〜16時間の範囲から選択することができる。
次に、熱間圧延、冷間圧延を行った。その後、0.40mm厚にて再固溶熱処理を580℃で10時間行い、その後冷間圧延および焼鈍を行い、所定の圧延率とした最終の冷間圧延により厚さ0.20mmのH14調質の供試材を作製した。ただし、中間焼鈍は、温度:200〜380℃、保持時間:1〜6時間の範囲から選択することができる。
上記、均質化処理および再固溶処理によって、円相当径で0.5μm以上3.5μm以下のAl−Mn−Si系金属間化合物の数密度を調整した。
ただし、入熱量√ΣDtは下記式により求めた。
t:室温〜600℃〜冷却300℃までの時間(s)
D:Znの拡散係数(cm2/s)
(素材の化合物の分布状態)
ろう付前後の晶出物および第二相粒子(分散粒子)の個数密度(個/μm2)を透過型電子顕微鏡(TEM)によって測定した。測定方法は、ろう付前は素材に400℃×15秒のソルトバス焼鈍を行って変形ひずみを除去して化合物を観察しやすくした後、通常の方法で機械研磨、および電解研磨によって薄膜を作製し、透過型電子顕微鏡にて3000倍で写真撮影した。各5視野について写真撮影し、画像解析によって分散粒子のサイズおよび個数密度を計測した。
JIS H−0505記載の導電率測定方法により、ダブルブリッジ式導電率計にて測定した。
前記記載の所定のろう付後、圧延方向と平行にサンプルを切り出してJIS13号B形状の試験片を作製し、引張試験を実施し、引張強さを測定した。引張速度は3mm/分とした。ここで引張強さが170MPa以上のものを◎、150〜170MPaのものを○、150MPa未満のものを×と評価した。
1A 芯材
1B ろう材
1C 犠牲材
2 アルミニウム合金フィン材
3 チューブ
10 熱交換器
Claims (5)
- 質量%でMn:1.0〜2.0%、Cu:0.1〜1.0%、Si:0.3〜1.0%を含有し、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からなり、ろう付熱処理前に、電気伝導度が45%IACS以下であり、各元素のマトリクスへの固溶度が、質量%で、Mn含有量で18%〜25%、Si含有量で35%〜45%、Cu含有量で70%〜80%を満足し、且つ円相当径で0.5μm以上3.5μm以下のAl−Mn−Si系金属間化合物の数密度が1.0×104個/mm2以下であることを特徴とするろう付後の強度に優れるろう付け用部材。
- 600℃×3分のろう付け相当加熱後のろう付け後強度(引張強さ)が150MPa〜200MPaであることを特徴とする請求項1記載のろう付後の強度に優れるろう付け用部材。
- 請求項1または2に記載のろう付け用部材を芯材とし、前記芯材の片面または両面にろう材がクラッドされていることを特徴とするクラッド材。
- 前記芯材の片面にAl−Zn合金からなる犠牲材がクラッドされていることを特徴とする請求項3記載のクラッド材。
- 請求項1または2に記載のろう付け用部材がろう付け接合されていることを特徴とする自動車用熱交換器。
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