JP2020100882A - 熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及び熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】耐食性を向上できる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及び熱交換器を提供すること。【解決手段】芯材と、その片面又は両面に張り合わされたＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材とからなる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材であって、ろう材は、質量％で、Ｓｉ：２．０％以上５．０％以下、Ｚｎ：０．２％以上７．０％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなり、ろう材を５７０℃まで加熱して急冷した芯材とろう材との界面に接する芯材の結晶粒界が３個／ｍｍ以下であり、ろう付け相当熱処理後におけるろう材における共晶Ｓｉ粒子が円相当径で２．０μｍ以下であり、かつ、圧延方向平行断面において、ろう材と芯材との界面からろう材の板厚中央部までの領域における共晶ろうが占める面積割合が１０％以下であり、さらに残存ろうの厚さが４５μｍ以上である。【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車等の熱交換器用部品として用いられる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及び熱交換器に関する。

近年、電気自動車や燃料電池車に代表される環境対応車の登場により、自動車熱交換器には、従来よりも高性能化や形状の複雑化の要求が高まっている。このため、従来では耐食性確保のため犠牲材が適用されていた熱交換器冷却水側についても、ろう付を適用する例が増えており、接合性および冷却水側での耐食性を両立する様なろう材が求められている。

例えば、特許文献１に記載の熱交換器の製造方法では、アルミニウムクラッド板材として、心材の片面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドし、他の片面にＳｉ：２．５〜６．０質量％を含有するアルミニウム合金材をクラッドしてなるクラッド板材を使用し、ろう付け時、組み付けられたクラッド板材の端部近傍において、片面にクラッドされたＡｌ−Ｓｉ系ろう材からの溶融ろうがクラッド板材の端部から他の片面にクラッドされたアルミニウム合金材面に流動することにより接合部を形成している。また、このアルミニウム合金材は、Ｚｎを１．５〜６．０％含有し、犠牲陽極層としての機能を有している。

また、特許文献２に記載のアルミニウム合金ブレージングシートは、アルミニウム合金の心材と、心材の少なくとも一方の面にクラッドされたろう付機能付与犠牲材とを備え、心材が、ＭｎとＦｅを含有し残部Ａｌ及び不可避的不純物からなり、ろう付機能付与犠牲材が、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｆｅを含有し残部Ａｌ及び不可避的不純物からなり、ろう付機能付与犠牲材のクラッド率が３〜２５％であり、ろう付加熱前における金属組織として、心材が繊維状組織であり、ろう付機能付与犠牲材が再結晶組織である。
これら特許文献１及び２に記載のアルミニウム合金材及びろう付け機能付与犠牲材（以下、ろう材という）は、耐食性を向上させるため、Ｚｎが添加され、これによりろう材表面から芯材内部にかけての電位勾配を確保している。

特開２００７−１７８０６２号公報 特開２０１４−１１４４７５号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の構成では、ろう付熱処理の際にろう材が流動することで、材料表面に均一にＺｎが分布しないことや、ろう材共晶部へ局所的に腐食が進行することにより、犠牲材に匹敵するような耐食性を得ることが難しい。具体的には、ろう材は初晶（ろう材初晶）と共晶組織（共晶ろう）を有するため、犠牲材のような面状腐食にならずに芯材方向へ局部腐食が発生し易い。
以上の観点から、芯材の両面又は片面にろう材を有する熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の耐食性を向上させることが望まれている。

本発明は、耐食性を向上できる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及び熱交換器を提供することを目的とする。

本件発明者らは、上記問題点を鑑み、ろう付熱処理時に流動するろう材量を適正化し、ろう付後に材料表面で防食層として作用するろう材の厚さを大きくし、かつ熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の芯材におけるろう付時の再結晶粒径を粗大化させることで、ろう付熱処理後のろう材組織において、共晶ろうが材料表層部近傍に広く分布する形態となることを見出した。

すなわち、本発明の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる芯材と、その片面又は両面に張り合わされたＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材とからなる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材であって、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材は、質量％で、Ｓｉ：２．０％以上５．０％、Ｚｎ：０．２％以上７．０％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなり、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材を５７０℃まで加熱して急冷した前記芯材と前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材との界面に接する前記芯材の結晶粒界が３個／ｍｍ以下であり、ろう付け相当熱処理後における前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材における共晶Ｓｉ粒子が円相当径で２．０μｍ以下であり、かつ、圧延方向平行断面において、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材と前記芯材との界面から前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材の板厚中央部までの領域における共晶ろうが占める面積割合が１０％以下であり、さらに残存ろうの厚さが４５μｍ以上である。

本発明では、熱交換器用アルミニウム合金クラッド材のろう材として、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材を用いており、Ｓｉは、ろう付け性を向上させる機能を有する。なお、Ｓｉが２．０質量％未満では、その効果が十分に発揮されず、５．０質量％を超えると、ろう付時の溶融ろうの流動性が高くなり過ぎて、ろう付後に残存するろう材層の厚さが低下して、４５μｍ未満となる。また、Ｓｉのさらに好ましい範囲は、２．５質量％〜３．５質量％である。Ｚｎは、ろう材を芯材に対して卑な電位として芯材を防食する機能を有する。なお、Ｚｎが０．２質量％未満では、その効果が十分発揮されず、７．０質量％を超えると、腐食速度が速くなり過ぎて、ろう材層が早期に腐食、消耗することで耐食性が低下する。また、Ｚｎのさらに好ましい範囲は２．０質量％〜５．０質量％である。

また、ろう付け相当熱処理後のＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材の共晶Ｓｉ粒子が２．０μｍ以下と小さいので、共晶Ｓｉ粒子が大きい場合に比べて、カソード反応が抑制されて耐食性を向上させる。なお、共晶Ｓｉ粒子が２．０μｍを超えると、耐食性を向上させる効果を発揮できない。
さらに、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材を５７０℃まで加熱して急冷した芯材とＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材との界面に接する芯材の結晶粒界が３個／ｍｍ以下であることから、結晶粒界を経由するろう浸食量を低減できる。また、結晶粒界が３個／ｍｍ以下と少ないので、ろう付相当熱処理後のＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材組織において、共晶ろうをその表層部近傍に広く分布させることができる。なお、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材を５７０℃まで加熱して急冷した芯材とＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材との界面に接する芯材の結晶粒界が３個／ｍｍを超えている場合の他、残存ろうの厚さが４５μｍ未満の場合には、上記効果を十分に発揮できない。

上述したような芯材及びＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材からなる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材に対して、ろう付け熱処理を実行すると、圧延方向平行断面において、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材と芯材との界面からＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材の板厚中央部までの領域における共晶ろうが占める面積割合が１０％以下となる。すなわち、ろう材では、共晶ろうと、ろう材初晶とが２層状になる組織が得られ、表層に共晶ろうが配置され、芯材とろう材との界面側にろう材初晶が配置されることとなる。これにより、ろう材が冷却水側の腐食環境に曝された時、表層部の共晶ろうが優先腐食した後、その下にあるろう材初晶が均一に腐食し、全面腐食の形態が得られ、耐食性が向上する。

本発明の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の好ましい態様としては、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材は、質量％で、Ｓｒ：０．０１％以上０．１０％以下、Ｂｉ：０．０１％以上０．３０％以下、Ｍｎ：０．１％以上１．０％以下、Ｆｅ：０．１％以上１．０％以下のうち、一種又は二種をさらに含有しているとよい。

Ｓｒは、ろう材中の共晶Ｓｉ粒子を微細にすることで、ろう付熱処理後の共晶Ｓｉ粒子が大きい場合に比べて、カソード反応が抑制されて耐食性を向上させる。Ｓｒが０．０１質量％未満では、その効果が十分発揮されず、０．１質量％を超えると、鋳造時に巨大な金属間化合物を生成しやすく圧延が困難となる。なお、同様の理由でさらに好ましい範囲は０．０２質量％以上０．０５質量％以下である。
Ｂｉは、溶融したろうの表面張力を小さくして、溶融したろうの流動性を向上させる効果があり、Ｓｉ濃度が低いろうにおいても接合性を向上させる。このＢｉが０．０１質量％未満では、その効果が十分発揮されず、０．３質量％を超えると、鋳造時に巨大な金属間化合物を生成しやすく圧延が困難となる。なお、同様の理由でさらに好ましい範囲は、０．１０質量％以上０．２０質量％以下である。
Ｍｎ及びＦｅは、溶融したろうの流動性を抑制させ耐食性を向上させる。Ｍｎ及びＦｅが０．１質量％未満では、その効果が十分発揮されず、Ｍｎ及びＦｅが１．０質量％を超えると、カソードの起点となり耐食性が低下する。同様の理由でさらに好ましい範囲は、０．２質量％以上０．６質量％以下である。

本発明の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の好ましい態様としては、前記芯材は、Ｍｎを０．１質量％以上２．０質量％以下含有し、質量％で、Ｓｉ：０．１％以上１．２％以下、Ｃｕ：０．１％以上１．２％以下、Ｆｅ：０．１％以上１．０％以下のうち、一種又は二種をさらに含有しているとよい。

熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の芯材として、Ｍｎを０．１質量％以上２．０質量％以下含有するＡｌ−Ｍｎ系芯材を用いており、この芯材に含まれるＭｎは、芯材の強度を向上させる効果があり、０．１質量％未満では、その効果が十分に発揮されず、２．０質量％を超えると、鋳造時に巨大な金属間化合物を生成して圧延性が困難となる。同様の理由でさらに好ましい範囲は０．５％〜１．５％である。
Ｓｉは、ろう付後の強度を向上させる効果があり、０．１質量％未満では、その効果が十分に発揮されず、１．２質量％を超えると、融点が低下しろう付熱処理時に局部溶融を引き起こす。同様の理由でさらに好ましい範囲は０．３％〜０．８％である。
Ｃｕは、ろう付後の強度を向上させる効果があり、０．１質量％未満では、その効果が十分に発揮されず、１．２質量％を超えると、耐食性が大幅に低下する。同様の理由でさらに好ましい範囲は０．３％〜０．８％である。
Ｆｅは、ろう付後の強度を向上させる効果があり、０．１質量％未満では、その効果が十分に発揮されず、１．０質量％を超えると、鋳造時に巨大な金属間化合物を生成して圧延性が困難となる。同様の理由でさらに好ましい範囲は０．２％〜０．５％である。

本発明の熱交換器は、液体が流通する液体流路と、前記液体流路に隣接して配置され、前記液体を冷却する冷却水が流通する冷却水流路と、を備え、前記液体流路及び前記冷却水流路を区画するプレートは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる芯材と、その片面又は両面に貼り合わされたＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材とからなる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材により構成され、前記熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材が質量％で、Ｓｉ：２．０％以上５．０％、Ｚｎ：０．２％以上７．０％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなり、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材におけるＳｉ粒子が円相当径で２．０μｍ以下であり、圧延方向平行断面において、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材と前記芯材との界面から前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材の板厚中央部までの領域における共晶ろうが占める面積割合が１０％以下であり、残存ろうの厚さが４５μｍ以上である。

本発明では、熱交換器を構成するプレートの耐食性が向上するので、熱交換器の耐食性（耐久性）を向上できる。

本発明によれば、熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及び熱交換器の耐食性を向上できる。

本発明の実施形態に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材が用いられた熱交換器を示す断面図である。 図１に示す熱交換器用アルミニウム合金クラッド材のプレートの表面近傍における拡大図である。

以下、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及び熱交換器用アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器の実施形態について、図面を用いて説明する。
本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材（以下、単にクラッド材という場合がある）を用いた熱交換器１は、図１に示すように、それぞれが略同一形状に形成された複数のプレート４，５と、上側プレート２と、下側プレート３と、冷却水流入パイプ６と、冷却水流出パイプ７と、インナーフィン８と、を備えている。

各プレート４，５は、交互に積層され、これらの中央部に空間を形成し、該空間にはインナーフィン８が配置される。そして、各プレート４，５は、液体（例えば、オイル）が流通する液体流路８１と冷却水が流通する冷却水流路８２とを区画している。また、プレート４の外周部においては、液体が流通する液体流路４１及び冷却水が流通する冷却水流路４２が交互に配置されている。

このような熱交換器１を構成しているプレート４，５及びインナーフィン８のそれぞれは、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材により構成され、これらはろう付けにより接合される。なお、以下の説明では、組成が同一であるため、プレート４についてのみ説明する。

図２は、プレート４のろう付け後の表面近傍の拡大断面図である。
プレート４は、本発明の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材に相当し、ろう付け熱処理後のプレート４は、図２に示すように、圧延方向平行断面において、ろう材４ｂと芯材４ａとの界面Ｅ１からろう材４ｂの板厚中央部までの領域Ａｒ１における共晶ろうＥ３が占める面積割合が１０％以下である。換言すると、上記領域Ａｒ１におけるろう材初晶Ｅ２が占める面積割合が９０％以上である。また、ろう材４ｂの表面からろう材４ｂの板厚中央部までの領域Ａｒ２におけるにおける共晶ろうＥ３が占める面積割合は、３０％以下であり、ろう材初晶Ｅ２が占める面積割合は、７０％以上あり、共晶ろうＥ３はろう材４ｂの表層部近傍に広く分布する形態となっている。

すなわち、ろう材４ｂでは、共晶ろうＥ３とろう材初晶Ｅ２とが２層状になる組織が得られ、表層に共晶ろうＥ３が配置され、芯材４ａとろう材４ｂとの界面Ｅ１側にろう材初晶Ｅ２が配置されることとなる。これにより、ろう材４ｂが冷却水側の腐食環境に曝された時、表層部の共晶ろうＥ３が優先腐食した後、その下にあるろう材初晶Ｅ２が均一に腐食し、全面腐食の形態が得られ、耐食性が向上する。

なお、芯材４ａの板厚及びろう材４ｂのクラッド率は特に限定されるものではないが、例えばアルミニウム製積層型オイルクーラ用プレート材として用いる場合には、芯材４ａの板厚が０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下、ろう材４ｂのクラッド率が５％以上〜１５％以下(片面)、ろう材４ｂの厚さが４５μｍ以上であることが好ましい。これにより、残存ろうの厚さを４５μｍ以上とすることが可能となる。

［芯材の組成］
本実施形態では、芯材４ａとしてアルミニウム合金（例えばＡｌ−Ｍｎ系芯材）を用いており、この芯材４ａに含まれるＭｎは、芯材の強度を向上させる。具体的には、Ｍｎを１．０質量％以上２．０質量％以下の範囲で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金により構成されるとよい。なお、Ｍｎが０．１質量％未満では、その効果が十分に発揮されず、２．０質量％を超えると、鋳造時に巨大な金属間化合物を生成して圧延性が困難となる。同様の理由でさらに好ましい範囲は０．５％〜１．５％である。
さらに、芯材４ａは、Ｓｉを０．１質量％以上１．２質量％以下、Ｃｕを０．１質量％以上１．２質量％以下、Ｆｅを０．１質量％以上１．０質量％以下のうち、一種又は二種をさらに含有していてもよい。

Ｓｉは、ろう付後の強度を向上させる効果があり、０．１質量％未満では、その効果が十分に発揮されず、１．２質量％を超えると、融点が低下しろう付熱処理時に局部溶融を引き起こす。同様の理由でさらに好ましい範囲は０．３％〜０．８％である。
Ｃｕは、ろう付後の強度を向上させる効果があり、０．１質量％未満では、その効果が十分に発揮されず、１．２質量％を超えると、耐食性が大幅に低下する。同様の理由でさらに好ましい範囲は０．３％〜０．８％である。
Ｆｅは、ろう付後の強度を向上させる効果があり、０．１質量％未満では、その効果が十分に発揮されず、１．０質量％を超えると、鋳造時に巨大な金属間化合物を生成して圧延性が困難となる。同様の理由でさらに好ましい範囲は０．２％〜０．５％である。

芯材４ａは、ろう材４ｂを５７０℃まで加熱して急冷した芯材４ａとろう材４ｂとの界面Ｅ１に接する芯材４ａの結晶粒界が３個／ｍｍ以下とされているので、結晶粒界を経由するろう浸食量を低減できる。また、結晶粒界が３個／ｍｍ以下と少ない、すなわち、芯材４ａの結晶粒が粗大化されているので、ろう付熱処理後のろう材４ｂ組織において、共晶ろうＥ３をその表層部近傍に広く分布させることができる。なお、ろう材４ｂを５７０℃まで加熱して急冷した芯材４ａとろう材４ｂとの界面Ｅ１に接する芯材４ａの結晶粒界が３個／ｍｍを超えている場合には、ろう付け熱処理後のろう材４ｂにおいて、共晶ろうＥ３をその表層部近傍に分布させることができない。

［ろう材の組成］
本実施形態では、ろう材４ｂとしてＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材を用いており、Ｓｉを２．０質量％以上５．０質量％以下、Ｚｎを０．２質量％以上７．０質量％以下の範囲で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金により構成されるとよい。
ろう材４ｂにおいて、Ｓｉが２．０質量％未満であると、添加量が少ないため、ろう付け不良が発生しやすく、Ｓｉが５．０質量％を超えていると、ろう付時の溶融ろうの流動性が高くなり過ぎて、ろう付後に残存するろう材層の厚さが低下するおそれがある。また、Ｓｉのさらに好ましい範囲は、２．５質量％〜３．５質量％である。また、Ｚｎは、ろう材４ｂを芯材４ａに対して卑な電位として芯材を防食する機能を有する。なお、Ｚｎが０．２質量％未満では、その効果が十分発揮されず、７．０質量％を超えると、腐食速度が速くなり過ぎて、ろう材層が早期に腐食、消耗することで耐食性が低下する。また、Ｚｎのさらに好ましい範囲は２．０質量％〜５．０質量％である。

さらに、ろう付け相当熱処理後におけるろう材４ｂにおける共晶Ｓｉ粒子は円相当径で２．０μｍ以下と小さいため、ろう付け相当熱処理後の共晶Ｓｉ粒子が大きい場合に比べて、カソード反応が抑制されて耐食性を向上させる。この共晶Ｓｉ粒子が２．０μｍを超えると、耐食性を向上させる効果を発揮できない。

なお、ろう材４ｂは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材からなることとしたが、ろう材４ｂは、Ｓｒを０．０１質量％以上０．１０質量％以下、Ｂｉを０．０１質量％以上０．３０質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上１．０％質量以下、Ｆｅを０．１質量％以上１．０質量％以下のうち、一種又は二種をさらに含有しているとよい。
Ｓｒは、ろう材中の共晶Ｓｉ粒子を微細にすることで、ろう付熱処理後の共晶Ｓｉ粒子が大きい場合に比べて、カソード反応が抑制されて耐食性を向上させる。Ｓｒが０．０１質量％未満では、その効果が十分発揮されず、０．１質量％を超えると、鋳造時に巨大な金属間化合物を生成しやすく圧延が困難となる。なお、同様の理由でさらに好ましい範囲は、０．０２質量％以上０．０５質量％以下である。

Ｂｉは、溶融したろうの表面張力を小さくして、溶融したろうの流動性を向上させる効果があり、Ｓｉ濃度が低いろうにおいても接合性を向上させる。このＢｉが０．０１質量％未満では、その効果が十分発揮されず、０．３質量％を超えると、鋳造時に巨大な金属間化合物を生成しやすく圧延が困難となる。なお、同様の理由でさらに好ましい範囲は、０．１０質量％以上０．２０質量％以下である。
Ｍｎ及びＦｅは、溶融したろうの流動性を抑制させ耐食性を向上させる。Ｍｎ及びＦｅが０．１質量％未満では、その効果が十分発揮されず、Ｍｎ及びＦｅが１．０質量％を超えると、カソードの起点となり耐食性が低下する。同様の理由でさらに好ましい範囲は、０．２質量％以上０．６質量％以下である。

［熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法］
次に、この熱交換器用アルミニウム合金クラッド材を製造する方法について説明する。
まず、溶解鋳造により芯材用アルミニウム合金（例えば、ＪＩＳ Ａ３００３合金）、ろう材用アルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金）を鋳造し、得られた鋳塊について所定温度で均質化処理を行う。
芯材の均質化処理は４００℃〜６００℃で５〜１５時間の範囲から選択することができる。

ろう材の均質化処理は、４００〜５５０℃で１〜５時間とする。通常、熱交換器用アルミニウム合金クラッド材（ブレージングシート）の作製工程において、ろう材層へ均質化処理を実施しないことが一般的であり、この工程にて作製されたブレージングシートのろう材層内には円相当径で１μｍ程度のＳｉ粒子が多数存在する。このろう材層内のＳｉ粒子サイズを制御するために、均質化処理が効果的であり、４００〜５５０℃で１〜５時間の範囲から選択することができ、４８０〜５５０℃で２〜４時間の範囲で実施するのがより好ましい。

均質化処理を実施した芯材用アルミニウム合金及びろう材用アルミニウム合金の鋳塊は、それぞれ熱間圧延を得て合金板とされる。また、鋳造工程と圧延工程とを分けずに、連続鋳造圧延を経て合金板としてもよい。この熱間圧延における圧下量は、共晶Ｓｉ粒子サイズに影響するため、総圧下量は、４０％以上に設定されている。
そして、これら合金板を適宜のクラッド率でクラッドされる。そのクラッドは一般には圧延により行われる。その後、さらに冷間圧延を施すことにより、所望の厚さの熱交換器用アルミニウム合金クラッド材が得られる。そして、最終焼鈍を例えば３６０℃で３時間行うことにより、Ｏ調質のクラッド材とする。
熱交換器用アルミニウム合金クラッド材（クラッド材）の厚みの構成は、例えば、ろう材層：芯材：犠牲材層＝１０％：７０％：２０％とすることができるが、これに限定されるものではなく、ろう材層のクラッド率を５％や１５％としてもよい。

熱間圧延、冷間圧延、最終焼鈍は常法によって行えばよいが、冷間圧延工程時に、中間焼鈍を介在させることも可能である。その場合、中間焼鈍としては、例えば２００〜４００℃で１〜６時間の加熱によって行なうことができる。中間焼鈍後の最終圧延では、１０〜５０％の冷間圧延率で圧延を行なう。

以上説明した熱交換器用アルミニウム合金クラッド材により構成されるプレート４，５及びインナーフィン８を含む各構成を、図１に示す状態に組み立てた状態で全体を高温の炉内に挿入し、冷却することで、ろう材４ｂが溶融して各部材の接触部位がろう付け接合され、熱交換器１が構成される。この場合のろう付条件は、高純度窒素ガス雰囲気下においてドロップ形式で実行され、室温から目標温度までの到達時間が１〜２０分となるような昇温速度で加熱し、５９０〜６１０℃の目標温度で１〜８分間保持し、その後、室温まで空冷を行なう処理である。
なお、上記の熱交換器の部材構成、およびろう付条件等は、あくまでも実施形態の一例であり、特にこれに限定されるものではない。

本実施形態では、圧延方向平行断面において、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材４ｂとＡｌ−Ｍｎ系芯材４ａとの界面からＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材４ｂの板厚中央部までの領域Ａｒ２における共晶ろうＥ３が占める面積割合が１０％以下、すなわち、ろう材４ｂでは、共晶ろうＥ３とろう材初晶Ｅ２とが２層状になる組織が得られ、表層に共晶ろうＥ３が配置され、芯材４ａとろう材４ｂとの界面Ｅ１側にろう材初晶Ｅ２が配置されることとしたことから、ろう材４ｂが冷却水側の腐食環境に曝された時、表層部の共晶ろうＥ３が優先腐食した後、その下にあるろう材初晶Ｅ２が均一に腐食し、全面腐食の形態が得られるので、耐食性を向上できる。
また、プレート４，５及びインナーフィン８は、上記熱交換器用アルミニウム合金により構成されているので、熱交換器１の耐久性を向上できる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、冷却対象（液体）を冷却水により冷却する構成に限定されるものではなく、冷却対象を冷却風等により冷却する構成であってもよい。また、冷却対象（液体）もオイルに限られない。

上記実施形態では、芯材４ａの一方の面にろう材４ｂがクラッドされ、他方の面に犠牲材がクラッドされる構成としたが、これに限らず、芯材４ａの両面にろう材４ｂがクラッドされてもよい。

半連続鋳造により芯材用アルミニウム合金およびろう材用アルミニウム合金を鋳造した。芯材用アルミニウム合金は、表１に示す合金（残部Ａｌおよび不可避不純物）を用い、ろう材用アルミニウム合金には表１に示す合金（残部Ａｌおよび不可避不純物）を用いた。芯材用の材料にはそれぞれ表２に示す条件にて均質化処理を行なった。なお、ろう材用の材料には４５０℃で１０時間の均質化処理を行なった。
次に、芯材の一方の面にろう材を組み合わせて所定の条件にて熱間圧延してクラッド材とし、さらに冷間圧延を行った。その後、所定の圧延率とした冷間圧延により板厚を０．５ｍｍとした後、最終焼鈍を４００℃で３時間実施して、Ｏ調質のアルミニウム合金材（供試材）を作製した。この供試材の構成は、芯材の厚さ：ろう材の厚さ＝９０％：１０％とした。また、この供試材において、ろう付け相当熱処理前の芯材の材料板厚を４５０μｍ、ろう材の材料板厚を５０μｍとした。

そして、各供試材（クラッド材）について、室温から４００℃の到達時間が４分〜９分、４００℃〜５５０℃の到達時間が１分〜２分、５５０℃〜目標温度までの到達時間が３分〜５分となるような昇温速度で加熱し、６００℃の目標温度で３分間保持し、その後、３００℃まで約１００℃／分で冷却した後、室温まで空冷を行なうろう付け相当熱処理を施し、ろう材の共晶Ｓｉ粒子のサイズ、芯材の平均結晶粒径、平均結晶粒形状比、共晶ろうの面積を算出するとともに、耐食性試験を実行し、その結果を表２に示した。

［ろう材の共晶Ｓｉ粒子のサイズ］
ろう材の共晶Ｓｉ粒子の円相当径を走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）によって測定した。 測定方法は、ろう付熱処理前の各供試材に機械研磨およびクロスセクションポリッシャー（ＣＰ）加工により板材断面(圧延方向平行断面)を露出させた試料を作製し、ＦＥ−ＳＥＭにて１００００〜５００００倍で写真撮影した。１０視野について写真撮影し、画像解析によって共晶Ｓｉ粒子の円相当径を計測した。

［芯材の平均結晶粒径及び界面の結晶粒界数］
５７０℃まで加熱して、冷却速度３００℃／分で常温まで急冷した各供試材を用いて、圧延方向平行断面を樹脂埋め後、鏡面に研磨した後、エッチング液（例えば常温のケラー氏液の１〜３分浸漬）で芯材の結晶粒を現出させ、各供試材の５箇所について光学顕微鏡を用いて２００倍で写真撮影した。撮影した写真から圧延方向について切断法で結晶粒径を測定し、平均結晶粒径を算出した。また得られた全ての画像データより結晶粒界の数を算出し、芯材とろう材との界面における芯材の結晶粒界数を求めた。

［共晶ろうの面積率］
各供試材のろう付け熱処理後の残存ろう材の断面において、残存ろう材と芯材との界面から残存ろう材の厚さ方向の中心までの領域内の共晶ろうの面積率（面積占有率）を算出した。この面積率は、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による断面組織の２値化処理より、ろう材１ｃｍ^２当たりの共晶ろう割合を測定し、算出した。

［定常部の耐食性の評価］
ろう付相当熱処理後の各供試材から３０×５０ｍｍのサンプルを切り出し、ろう材層側について、Ｃｌ⁻：１９５ｐｐｍ、ＳＯ_４ ^２−：６０ｐｐｍ、Ｃｕ^２＋：１ｐｐｍ、Ｆｅ^３＋：３０ｐｐｍを含む水溶液中で８０℃×８時間と室温×１６時間との間のサイクルで浸漬試験を４週間実施した。腐食試験後のサンプルを沸騰させたリン酸クロム酸混合溶液に浸漬して腐食生成物を除去した後、最大腐食部の断面観察を実施して腐食深さを測定し、この結果を用いて内部耐食性を評価した。腐食深さが５０μｍ以下であったものを良好「Ａ」と評価し、５０μｍを超えて１５０μｍ以下であるのものを可「Ｂ」と評価し、１５０μｍを超えているものを不可「Ｃ」と評価した。

［接合部の耐食性の評価］
ろう付相当熱処理後の各供試材を所定の板厚で切り出した後、カップ形状に成形した。成形された２組のカップに関して、互いのろう材側が接する形でろう付処理を実施して接合部を有する腐食試験用サンプルを用意した。これらサンプルの接合部以外をマスキングして接合部のみが暴露される形とし、Ｃｌ⁻：１９５ｐｐｍ、ＳＯ_４ ^２−：６０ｐｐｍ、Ｃｕ^２＋：１ｐｐｍ、Ｆｅ^３＋：３０ｐｐｍを含む水溶液中で８０℃×８時間と室温×１６時間との間のサイクルで浸漬試験を４週間実施した。腐食試験後のサンプルを沸騰させたリン酸クロム酸混合溶液に浸漬して腐食生成物を除去した後、断面観察を実施して接合部の腐食深さを測定した。接合部に形成されたフィレット再表面からの腐食深さがフィレット全長の１／３以下であったものを良好「Ａ」と評価し、１／２以下のものを可「Ｂ」と評価し、１／２を超えているものを不可「Ｃ」と評価した。
以上説明した測定結果及び評価は、表２に示す通りである。

表１及び表２から明らかなように、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材の組成（ろう材合金の組成）が、質量％で、Ｓｉ：２．０％以上５．０％、Ｚｎ：０．２％以上７．０％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなり、ろう材を５７０℃まで加熱して急冷した芯材とろう材との界面に接する芯材の結晶粒界が３個／ｍｍ以下であり、ろう付け相当熱処理後におけるろう材における共晶Ｓｉ粒子が円相当径で２．０μｍ以下であり、かつ、圧延方向平行断面において、共晶ろうが占める面積割合（共晶ろうの面積率）が１０％以下であり、さらに残存ろうの厚さが４５μｍ以上である実施例１〜１４は、耐食試験において定常部及び接合部のいずれにおいても「Ｂ」以上であった。

一方、比較例１及び２は、ろう材合金のＳｉが上記範囲外であり、比較例３及び４はろう材合金のＺｎが上記範囲外であることから定常部及び接合部のいずれかにおいて「Ｃ」であり、耐食性が低下した。特に比較例１では、Ｓｉが１．９と少なかったため、接合部における接合が不十分となった。また、比較例５〜８では、共晶ろうの面積率が１０％を超えていたため、定常部における耐食性が「Ｃ」となった。

１ 熱交換器
２ 上側プレート
３ 下側プレート
４ プレート（熱交換機用アルミニウム合金クラッド材）
４ａ 芯材
４ｂ ろう材（Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材）
４１ 液体流路
４２ 冷却水流路
５ プレート
６ 冷却水流入パイプ
７ 冷却水流出パイプ
８ インナーフィン
８１ 液体流路
８２ 冷却水流路

Claims (4)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金からなる芯材と、その片面又は両面に張り合わされたＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材とからなる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材であって、
   前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材は、質量％で、Ｓｉ：２．０％以上５．０％、Ｚｎ：０．２％以上７．０％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなり、
   前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材を５７０℃まで加熱して急冷した前記芯材と前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材との界面に接する前記芯材の結晶粒界が３個／ｍｍ以下であり、
   ろう付け相当熱処理後における前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材における共晶Ｓｉ粒子が円相当径で２．０μｍ以下であり、かつ、圧延方向平行断面において、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材と前記芯材との界面から前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材の板厚中央部までの領域における共晶ろうが占める面積割合が１０％以下であり、さらに残存ろうの厚さが４５μｍ以上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。
2. 前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材は、質量％で、Ｓｒ：０．０１％以上０．１０％以下、Ｂｉ：０．０１％以上０．３０％以下、Ｍｎ：０．１％以上１．０％以下、Ｆｅ：０．１％以上１．０％以下のうち、一種又は二種をさらに含有していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
3. 前記芯材は、Ｍｎを０．１質量％以上２．０質量％以下含有し、質量％で、Ｓｉ：０．１％以上１．２％以下、Ｃｕ：０．１％以上１．２％以下、Ｆｅ：０．１％以上１．０％以下のうち、一種又は二種をさらに含有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換機用アルミニウム合金クラッド材。
4. 液体が流通する液体流路と、前記液体流路に隣接して配置され、前記液体を冷却する冷却水が流通する冷却水流路と、を備え、
   前記液体流路及び前記冷却水流路を区画するプレートは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる芯材と、その片面又は両面に貼り合わされたＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材とからなる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材により構成され、
   前記熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材が質量％で、Ｓｉ：２．０％以上５．０％以下、Ｚｎ：０．２％以上７．０％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなり、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材におけるＳｉ粒子が円相当径で２．０μｍ以下であり、
   圧延方向平行断面において、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材と芯材との界面から前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎろう材の板厚中央部までの領域における共晶ろうが占める面積割合が１０％以下であり、さらに残存ろうの厚さが４５μｍ以上であることを特徴とする熱交換器。

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