JP2842666B2

JP2842666B2 - Ａ１熱交換器用高強度高耐食性クラッド材

Info

Publication number: JP2842666B2
Application number: JP2141549A
Authority: JP
Inventors: 重徳山内; 祐治鈴木; 健志加藤; 美房正路; 泰永伊藤; 博高橋; 悦加山本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JPH0436435A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は不活性ガス雰囲気中で弗化物フラックスを
用いたろう付によりラジエータやヒーターコアなどのAl
熱交換器を製造するに際して、その構造部材であるチュ
ーブ材やヘッダープレート材などとして用いるに適し
た、ろう付性が良好で、かつろう付後に高強度および高
耐食性を有するAl合金クラッド材に関するものである。

［従来の技術］自動車のラジエータやヒーターコアなどのチューブ材
やヘッダプレート材には、3003などのAl−Mn系合金を芯
材とし、片面にAl−Si系合金のろう材、他の片面にAl−
Zn系合金やAl−Zn−Mg系合金の犠牲陽極材をクラッドし
た３層クラッド材が用いられている。Al−Si系のろう材
はチューブとフィンの接合、チューブとヘッダープレー
トとの接合のためのものである。ろう付は不活性ガス雰
囲気中で弗化物フラックスを用いて行われることが多
い。犠牲陽極材をクラッドした他の片面は、使用中に内
側（水側）になり、犠牲陽極作用を発揮して芯材の孔食
や隙間腐食を防止する。

近年ラジエータやヒーターコアなどの軽量化を求める
要求が強く、チューブ材やヘッダープレート材の薄肉化
が必要となっている。そのためには材料の高強度化特に
ろう付後の強度の向上が必要であり、高強度化のために
芯材中にMgを添加することが多くなってきている。しか
し、Mgはろう付中に表面に拡散していき、弗化物フラッ
クスと反応するため、綿状生成物（Mgの弗化物）が生成
して付着したり、接合不良を生じたりする。こうして、
芯材中へのMgの添加量は実用上0.2〜0.3％に制限され、
高強度化の妨げとなっている。

［発明が解決しようとする課題］本発明は芯材中のMg分の拡散を防止して従来技術の上
記問題を解消したクラッド材を提供しようとするもので
ある。

［課題を解決するための手段］本発明者らは、Mgが芯材から拡散して表面（ろう材
側）に到達する量を抑制するために芯材とろう材の間に
中間材を設け、中間材の合金種及び厚さについて種々検
討を加えた。

その結果、中間材としてMn:0.1〜2.0％、Ti:0.06〜0.
35％を含み、更にCu:0.5％以下及び／又はSi:0.5％以下
を含む合金を用い、その厚さを芯材中のMg量との関係に
おいて決めることにより、表面に到達してフラックスと
反応するMgの量を抑制することができ、ろう付け性の低
下を防止することを知見した。又、芯材中のCu量を中間
材中のCu量より0.15％以上多くすることにより、耐食性
が著しく向上することを見出し、これらによって本発明
を完成した。

すなわち、本発明の構成は、Mn:0.3〜2.0％、Cu:0.25
〜1.0％、Mg:0.4〜1.0％、Si:0.1〜1.0％、Ti:0.06〜0.
35％を含み、残りAlと不可避不純物からなるAl合金を芯
材とし、この芯材の片面にMn:0.1〜2.0％、Ti:0.06〜0.
35％を含み、更にCu:0.5％以下及び／又はSi:0.5％以下
を含み、残りAlと不可避不純物からなるAl合金の中間材
を介してAl−Si系合金のろう材をクラッドし、芯材の他
の面にAl−Zn系合金及びAl−Zn−Mg系合金のいずれかか
らなる犠牲陽極材をクラッドした４層クラッド材におい
て、中間材の厚さＴ（μｍ）と芯材中のMg量（％）の間
にＴ≧58×｛［Mg（％）］−0.35｝^1/2 の関係をもたせ、かつ芯材中のCu量（％）を中間材中の
Cu量（％）より0.15％以上多くすることを特徴とする弗
化物フラックスろう付により製造するAl熱交換器用高強
度高耐食性クラッド材である。

以下、上記材料の各成分の量と作用について説明す
る。

（１）芯材 Mn: 強度を向上させる。又、芯材の電位を貴にして犠牲陽
極材との電位差を大きくし耐食性を向上させる。0.3％
未満では効果が十分でなく、2.0％を越えると鋳造時に
粗大な化合物が生成し、健全な板材が得られない。

Cu: 芯材の電位を貴にして、犠牲陽極材及び中間材と芯材
との電位差を大きくし、犠牲陽極材及び中間材の犠牲陽
極効果による防食作用を大きくする。更に、芯材中のCu
はろう付時に犠牲陽極材中及び中間材中へ拡散してなだ
らかな濃度勾配を形成し、芯材側が貴な電位、犠牲陽極
材及び中間材の各々表面側が卑な電位となり、その間に
なだらかな電位分布を形成して腐食形態を全面腐食型に
する。以上のようなCuの防食作用は、犠牲陽極材中のCu
量あるいは中間材中のCu量より芯材中のCu量の方が多く
なければ発揮されず、特に芯材中のCu量の方が0.15％以
上多くなければ、拡散後の濃度勾配が小さすぎて効果が
十分でない。通常犠牲陽極材中にCuを添加することはな
いが、中間材には強度向上を目的としてCuを添加するこ
とがあるので、その場合は注意が必要である。

芯材中のCuは強度向上にも寄与する。

以上に示したCuの防食作用と強度向上効果は、芯材中
のCu量が0.25重量％未満では発揮されず、一方、1.0重
量％を越えると芯材自体の耐食性が悪くなるとともに芯
材の融点が下がって、ろう付時に局部的な溶融を生ずる
ようになる。

Mg: 芯材の強度を向上させる。強度向上効果は、Si及び／
又はCuと共存するとろう付後の時効硬化により更によく
発揮される。0.4％未満では効果が十分でなく、1.0％を
越えると耐食性が低下するとともに芯材の融点が下がっ
てろう付時に局部的な溶融を生ずるようになる。

Si: 芯材の強度を向上させる。強度向上効果はMgと共存す
るとろう付後の時効硬化によりよく発揮される。0.1％
未満では効果が十分でなく、1.0％を越えると耐食性が
低下するとともに芯材の融点が下がってろう付時に局部
的な溶融を生ずるようになる。

Ti: 芯材の耐食性をより一層向上させる。すなわちTiは濃
度の高い領域と低い領域に分かれ、それらが板厚方向に
交互に分布して層状となり、Ti濃度が低い領域が高い領
域に比べて優先的に腐食することにより、腐食形態を層
状にする。その結果板厚方向への腐食の進行を妨げて材
料の耐孔食性を向上させる。0.06％未満では効果が十分
でなく、0.35％を越えると鋳造時に粗大な化合物が生成
し、健全な板材が得られない。

その他の元素： Fe、Zn、Cr、Zrなどは本発明の効果を損なわない範囲
で含まれてもよい。ただし、Feは多量に含まれると耐食
性を害するので0.7％以下にする必要がある。Znは芯材
の電位を卑にし、犠牲陽極材及び中間材との電位差を小
さくするので0.2％以下にする必要がある。

（２）中間材 Mn: 強度を向上させる。0.1％未満では効果が十分でな
く、2.0％を越えると鋳造時に粗大な化合物が生成し健
全な板材が得られない。

Ti: Tiは濃度の高い領域と低い領域に分かれ、それらが板
厚方向に交互に分布して層状となり、Ti濃度が低い領域
が高い領域に比べて優先的に腐食することにより、腐食
形態を層状にする。その結果板厚方向への腐食の進行を
妨げて材料の耐孔食性を向上させる。0.06％未満では効
果が十分でなく、0.35％を越えると鋳造時に粗大な化合
物が生成し、健全な板材が得られない。

Cu、Si: これらの元素は強度向上に寄与する。特に、ろう付時
に芯材からMgが拡散してくるので、ろう付後にはMgとC
u、Siが共存することになり、時効硬化により強度が向
上する。しかしながら、これらの元素は芯材からろう材
に向ってMgが拡散するのを促進するため、含有量が多く
なるとろう付性が悪くなる。従って、ろう付性の確保の
ためにCu:0.5％以下、Si:0.5％以下に限定する必要があ
る。又、前記のように芯材から中間材の表面（ろう付
側）に向ってCuのなだらかな濃度勾配を形成し、腐食形
態を全面腐食型にするために、中間材中のCu量は芯材中
のCu量より0.15％以上少なくする必要がある。

その他の元素： Fe、Cr、Zr、Znなどは本発明の効果を損なわない範囲
で含まれてもよい。但し、Feは多量に含まれると耐食性
を害するので0.7％以下にする必要がある。又、Znは犠
牲陽極効果を付与するために中間材に添加することがあ
るが、その場合Mgの拡散を促進しないように0.3％以下
としなければならない。

厚さ：中間材は芯材中のMgが拡散してろう材側に到達する量
を抑制するためのものであり、その厚さＴ（μｍ）は芯
材中のMg量（％）に応じて次の式で決められる。

Ｔ≧58×｛［Mg（％）］−0.35｝^1/2 この式は実験により求められたものであるが、芯材中
のMg量が多いほど中間材の厚さを厚くしなければならな
いことを示している。そして中間材の厚さがこの式を満
たさないとき、すなわち58×｛［Mg（％）］−0.35｝
^1/2より小さいときは、ろう付時にろう材側へのMgの拡
散量が多く、Mgと弗化物フラックスが反応してろう付不
良が発生したり、綿状生成物が生成して外観を損ねたり
する。

（３）ろう材ろう材は通常用いられるAl−Si合金である。通常６〜
13重量％のSiを含む合金が用いられる。

（４）犠牲陽極材ラジエータやヒーターコアなどで水と接する側（内面
側）にクラッドされ、犠牲陽極作用により芯材の孔食や
隙間腐食を防止する。単に水と接するのみの場合はAl−
Zn合金が用いられ、ゴムパッキングなどと接して隙間を
形成する場合にはAl−Zn−Mg合金が用いられることが多
い。又、いずれの場合もIn、Sn、Ga、Biなどの電位を卑
にする元素を含んでもよい。

［実施例］以下実施例によって、本発明を具体的に説明する。

実施例１下記第１表に示す芯材用合金、第２表に示す中間材用
合金、第３表に示すろう材用合金、第４表に示す犠牲陽
極材用合金の鋳塊を準備し、中間材用合金、ろう材用合
金及び犠牲陽極材用合金を熱間圧延して所定の厚さと
し、これらと芯材用合金の鋳塊とを組合せて熱間圧延し
クラッド材を得た。その後、冷間圧延、中間焼鈍、冷間
圧延により厚さ0.30mmの板（H14材）を作製した。

クラッドの構成は第１図に示すように、厚さ200μｍ
の芯材１の片面に厚さ50μｍの中間材２、その上に厚さ
25μｍのろう材の層３を形成し、芯材１の反対面に厚さ
25μｍの犠牲陽極材４の層を形成した板厚0.30mmのもの
である。

各材料の合金組成とその組合せは第５表に示すとおり
である。

得られたクラッド板材のろう材側に、Al−1.2％Mn−
1.5％Zn合金からなる厚さ0.10mmのコルゲートフィンを
乗せ、窒素ガス中で弗化物フラックスを用いてろう付を
行った。ろう付温度（材料温度）は600℃であった。ろ
う付後板材とフィンとの接合状況、綿状生成物の発生状
況、芯材の溶融状況を調べた。

次に厚さ0.30mmの板材をそのまま（フィンと接触させ
ることなく）弗化物フラックスろう付と同じ条件で加熱
した後、引張試験と腐食試験を行った。腐食試験の方法
は、外面側（ろう材側）についてはCASS試験、30日間と
し、内面側（犠牲陽極材側）についてはCl^-100ppm、SO₄
^2-100ppm、HCO₃ ^-100ppm、Cu²⁺10ppmを含む水溶液中に浸
漬し、8hrの間80℃に加熱し、その後室温まで放冷しな
がら16hr放置するというサイクルを繰返し、３ケ月間行
った。

以下の結果をまとめて第５表に示す。発明例（No.1、
No.3〜13）の場合、ろう付性は良好で、引張強さも18kg
f/mm²以上と高く、最大腐食深さも小さい。

比較例（No.2）の場合、芯材中のCu量と中間材中のCu
量の差が0.10％と少ないために、外面側の腐食が深くな
っている。

No.14の場合、芯材中のMnが少ないために引張強さが
低く、外面側の腐食も深い。No.15は芯材中のMnが多い
ために健全な板材が得られていない。

No.16は芯材中のCu量が少ないために引張強さがやや
低く、外面側の腐食も深い。No.17は芯材中のCuが多
く、ろう付中に局部溶融を生じ、そのため引張強さが低
く、外面側及び内面側の腐食深さが大きい。

No.18は芯材中のMgが少ないために引張強さが低く、N
o.19は芯材中のMgが多いためにろう付不良を生じ、外面
側の腐食も深い。

No.20は芯材中のSiが少ないために引張強さが低く、N
o.21は芯材中のSiが多いために局部溶融を生じ、引張強
さが低く、外面側及び内面側の腐食が深い。

No.22は芯材中のTiが少ないために外面側及び内面側
の腐食がやや深い。No.23は芯材中のTiが多いために健
全な板材が得られていない。

No.24は3003合金を芯材とし中間材を設けない３層ク
ラッド材であるが、引張強さが低く、外面側及び内面側
の腐食が深い。

No.25は中間材のMnが少ないために引張強さがやや低
い。No.26は中間材のMnが多いために健全な板材が得ら
れていない。

No.27は中間材のTiが少ないために外面側の腐食がや
や深い。No.28は中間材のTiが多いために健全な鋳塊が
得られていない。

No.29は中間材のCuが多いためにろう付時に綿状生成
物が生じ、又、芯材中のCu量の方が中間材中のCu量より
少ないために外面側の腐食が深い。

No.30は中間材のSiが多いためにろう付時に綿状生成
物が生じている。

実施例２下記第６表の組合せにより実施例１と同様に0.30mmの
板材を作製した。ここではろう材と犠牲陽極材の厚さは
実施例１と同一とし、中間材と芯材の厚さを種々に変え
た。

得られた板材について、実施例１と同様にろう付テス
ト、引張試験、腐食試験を行った。

その結果を第６表に示す。Ｔ≧58×｛［Mg（％）］−
0.35｝^1/2を満たさない場合にろう付不良が生じてい
る。

第６表のろう付テストの結果と、第５表のNo.5〜８の
ろう付テストの結果をまとめて図示すると、第２図のよ
うになる。曲線Ｔ＝58×｛［Mg（％）］−0.35｝^1/2の
上方にあればろう付性が良好であり、下方にあればろう
付性が不良であることがわかる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のクラッド材は弗化物フ
ラックスろう付用材料として、高強度、耐食性で、か
つ、ろう付性が優れたAl熱交換器用クラッド材である。
これによって、チューブ材やヘッダープレート材を薄肉
にすることができ、ラジエータやヒータの軽量化が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクラッド材の構成を示す断面図。第２図は実施例２で行なったろう付試験の結果を示すグ
ラフである。１……芯材、２……中間材、３……ろう材、４……犠牲陽極材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｃ 21/00 Ｃ２２Ｃ 21/00 ＥＦ２８Ｆ 21/08 Ｆ２８Ｆ 21/08 Ｄ (72)発明者正路美房愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社技術研究所内 (72)発明者伊藤泰永愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社技術研究所内 (72)発明者高橋博愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社名古屋製造所内 (72)発明者山本悦加愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社名古屋製造所内 (56)参考文献特開平２−11291（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−40195（ＪＰ，Ａ) 特開平１−208432（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 21/00 - 21/18 F28F 21/08 B32B 15/01 B23K 1/00,1/19,35/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Mn:0.3〜2.0％（重量％、以下同じ）、Cu:
0.25〜1.0％、Mg:0.4〜1.0％、Si:0.1〜1.0％、Ti:0.06
〜0.35％を含み、残りAlと不可避不純物からなるAl合金
を芯材とし、この芯材の片面にMn:0.1〜2.0％、Ti:0.06
〜0.35％を含み、更にCu:0.5％以下及び／又はSi:0.5％
以下を含み、残りAlと不可避不純物からなるAl合金の中
間材を介してAl−Si系合金のろう材をクラッドし、芯材
の他の面にAl−Zn系合金及びAl−Zn−Mg系合金のいずれ
かからなる犠牲陽極材をクラッドした４層クラッド材に
おいて、中間材の厚さＴ（μｍ）と芯材中のMg量（％）
の間にＴ≧58×｛［Mg（％）］−0.35｝^1/2 の関係を有し、かつ芯材中のCu量（％）が中間材中のCu
量（％）より0.15％以上多いことを特徴とする弗化物フ
ラックスろう付により製造するAl熱交換器用高強度高耐
食性クラッド材。