JP3246970B2 - アルミニウム製熱交換器用複合材 - Google Patents

アルミニウム製熱交換器用複合材

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    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/016Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic all layers being formed of aluminium or aluminium alloys

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明に係るアルミニウム製熱
交換器用複合材は、自動車用ラジエータやヒータコア等
として利用するアルミニウム製熱交換器の伝熱管を構成
する板材として利用する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム製熱交換器の伝熱管を構成
する為の複合材として従来から、図1に示す様に、芯材
1の両面に皮材2とろう材3とを積層(クラッド)し
た、3層構造の複合材4が、広く使用されている。上記
皮材2は犠牲腐食層として機能するもので、上記芯材1
よりも卑な電位を有し、水と接触した際に犠牲腐食する
事で、上記芯材1が腐食するのを防止する。又、ろう材
3は、上記芯材1よりも低融点で、この芯材1の端縁部
同士をろう付けして伝熱管としたり、或は得られた伝熱
管とフィンとをろう付けする為に利用する。
【0003】従来から一般的に使用されている複合材と
して代表的なものは、芯材1としてJIS3003材
(0.6重量%以下のSiと、0.7重量%以下のFeと、
0.05〜0.20重量%のCuと、1.0〜1.5重量
%のMnと、0.10重量%以下のZnとを含み、残りを不
可避不純物とAlとしたもの)を使用し、皮材2としてJ
IS7072材(合計で0.7重量%以下のSi及びFe
と、0.10重量%以下のCuと、0.10重量%以下の
Mnと、0.10重量%以下のMgと、0.8〜1.3重量
%のZnとを含み、残りを不可避不純物とAlとしたもの)
を使用し、ろう材3としてJIS4343材(6.8〜
8.2重量%のSiと、0.8重量%以下のFeと、0.2
5重量%以下のCuと、0.10重量%以下のMnと、0.
20重量%以下のZnとを含み、残りを不可避不純物とAl
としたもの)を使用している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明のアルミニウム
製熱交換器用複合材は、十分な耐食性を確保しつつ薄肉
化を可能とする事で、軽量で且つ十分な耐久性を有する
アルミニウム製熱交換器を得る事を目的としている。
【0005】上述の様に、JIS3003材の両面にJ
IS7072材とJIS4343材とを積層した、従来
の複合材4は、耐食性の面からは実用十分な性能を得ら
れるが、JIS3003材の強度が必ずしも十分とは言
えない為、この複合材4により得られた伝熱管の強度を
確保する為には、上記芯材1の板厚を大きくする必要が
ある。
【0006】即ち、上記従来の複合材4を、ろう付けの
為に加熱した場合、皮材2を構成するJIS7072材
中に含まれるZnと、ろう材3を構成するJIS4343
材中に含まれるSiとが芯材1を構成するJIS3003
材中に拡散し、この芯材1の耐食性並びに強度を低下さ
せてしまう。この為、芯材1の薄肉化による、アルミニ
ウム製熱交換器の軽量化を図りにくい。
【0007】一方、特開平4−193925号公報に
は、ろう付けによる加熱によって芯材の強度が低下しな
い、アルミニウム製熱交換器用複合材に関する発明が記
載されている。この公報に記載された複合材は、0.3
〜2.0重量%のMnと、0.25〜0.8重量%のCu
と、0.2〜1.0重量%のSiと、0.5重量%以下の
Mgとを含み、残りを不可避不純物とAlとした芯材と、
1.2〜2.5重量%のMgと、0.2〜0.8重量%の
Siと、0.5〜2.0重量%のZnとを含み、残りを不可
避不純物とAlとし、上記芯材の片面で水と接触する面を
覆う皮材と、Siを含みAlを主成分として、上記芯材の他
面を覆うろう材とから構成される。又、皮材中に、それ
ぞれが0.2重量%以下のIn、Sn、Gaの1種又は2種以
上を含ませる事も、上記公報に記載されている。
【0008】この様な構成を有する、上記公報に記載さ
れた複合材の場合、加熱によって芯材の強度が低下する
事はなく、この芯材の薄肉化を図れる為、上記複合材に
より造られた伝熱管を構成要素とするアルミニウム製熱
交換器の軽量化を図れる。
【0009】ところが、上記公報に記載されたアルミニ
ウム製熱交換器用複合材の場合、皮材中に含まれるMgの
量が、1.2〜2.5重量%と比較的多い為、この皮材
中にInを含有させた場合、粒界腐食が発生し易くなる。
この結果、上記皮材の犠牲腐食効果が悪化し、腐食条件
が厳しくなると、芯材に迄達する腐食が発生し易くな
る。
【0010】本発明のアルミニウム製熱交換器用複合材
は、上述の様な事情に鑑みて発明されたものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム製
熱交換器用複合材は、前述した従来のアルミニウム製熱
交換器用複合材の場合と同様図1に示す様に、防食すべ
き芯材1の水と接触する側の表面に犠牲腐食層として機
能する皮材2を、この芯材1の反対側の表面に、この複
合材の端縁同士をろう付けしたり、或はこの複合材によ
り造られた部材を他のアルミニウム板材とろう付けする
場合のろうを供給するろう材3を、それぞれ積層してい
る。
【0012】この内の芯材1は、0.8〜1.5重量%
のMnと、0.4〜0.6重量%のCuと、0.2〜0.8
重量%のSiと、0.05重量%以上で0.2重量%未満
のMgとを含み、残りを不可避不純物とAlとしている。
【0013】又、この芯材1の水と接触する側の面を覆
う皮材2は、0.8重量%以上で1.2重量%未満のMg
と、0.2〜0.8重量%のSiと、0.010〜0.0
20重量%のInを含み、残りを不可避不純物とAlとして
いる。
【0014】更に、芯材1の反対面を覆うろう材3は、
Siを含みAlを主成分としている。
【0015】この様に構成される本発明のアルミニウム
製熱交換器用複合材は、芯材1の強度が十分で、しかも
ろう付け時の加熱によって低下する事がない。この為、
芯材1の薄肉化によるアルミニウム製熱交換器の軽量化
が可能となる。しかも、皮材2の犠牲腐食効果が十分
で、上記芯材1に迄達する様な腐食が発生しにくい為、
軽量化したアルミニウム製熱交換器の耐久性も十分なも
のとなる。
【0016】尚、芯材1中に含有させるMn、Cu、Si、Mg
の量を前述の範囲に定めたのは、次の理由による。
【0017】Mnは、芯材1の電位を貴にし、この芯材1
の耐食性を向上させる為に含有させるが、この効果はMn
の含有量が0.8重量%未満では不十分である。反対
に、Mnの含有量が1.5重量%を越えると、粗大化合物
が生成して、この芯材1を圧延加工により造る際の妨げ
となる。この為、Mnの含有量を0.8〜1.5重量%の
範囲に限定した。
【0018】又、Cuは、芯材1の電位を犠牲腐食層の電
位よりも十分に高くすると共に、芯材1の強度を向上さ
せる為に添加する。即ち、芯材1中のCuは、ろう付け時
の加熱により皮材2に向かって拡散し、芯材1が貴で皮
材2が卑な温度勾配を造り、上記芯材1の耐食性を向上
させる。Cuの含有量が0.4重量%未満では、芯材1の
強度を向上させる効果が不十分であり、反対に含有量が
0.6重量%を越えると、芯材1の融点を下げて、ろう
付け時に芯材1の強度が著しく低下する原因となると共
に、耐食性も低下する。この為、Cuの含有量を0.4〜
0.6重量%の範囲に限定した。
【0019】Siは、芯材1の強度を向上させる為に含有
させるが、含有量が0.2重量%未満の場合、強度向上
効果が不十分である。反対に、0.8重量%を越えて含
有させると、芯材1の融点が低くなり過ぎ、ろう付け時
に芯材1の一部が溶融する恐れが生じる。この為、Siの
含有量を0.2〜0.8重量%の範囲に限定した。
【0020】Mgは、芯材1の強度を向上させる為に含有
させるが、含有量が0.05重量%未満の場合には、強
度向上効果が不十分である。反対に、0.2重量%以上
含有させると、ろう付け時に使用する弗化物系フラック
スと反応してろう付け性を悪化させる。この為、Mgの含
有量を0.05重量%以上で0.2重量%未満の範囲に
限定した。
【0021】尚、芯材1中には、Fe、Zr、Cr、Ti等、他
の元素を、上記効果を損なわない範囲で含有させる事も
出来る。
【0022】又、皮材2中に含有させるMg、Si、Inの量
を前述の範囲に定めたのは、次の理由による。
【0023】Mgは、皮材2の強度を向上させる為に含有
させるが、含有量が0.8重量%未満の場合には強度向
上効果が不十分である。反対に、1.2重量%以上含有
させると、Mg−In合金による粒界腐食が発生し、犠牲腐
食層としての効果が不十分となる。この為、Mgの含有量
を0.8重量%以上で1.2重量%未満の範囲に限定し
た。
【0024】Siは、皮材2の強度を向上させる為に含有
させるが、含有量が0.2重量%未満の場合、強度向上
効果が不十分である。反対に、0.8重量%を越えて含
有させると、皮材2の融点が低くなり過ぎ、ろう付け時
に皮材2の一部が溶融する恐れが生じる。この為、Siの
含有量を0.2〜0.8重量%の範囲に限定した。
【0025】Inは、皮材2の電位を下げ(卑にし)、こ
の皮材2を犠牲腐食層として機能させる為に含有させる
が、含有量が0.010重量%未満の場合には、芯材1
との電位差が不足し、犠牲腐食効果が不十分である。反
対に、0.020重量%を越えて含有させると、芯材1
との間の電位差が大きくなり過ぎて、皮材2の腐食進行
速度が大きくなり過ぎ、この皮材2の耐久性が不足す
る。この為、Inの含有量を0.010〜0.020重量
%の範囲に限定した。
【0026】
【実施例】次に、本発明者が行なった実験に就いて説明
する。実験では、芯材1として、第1表のNO. 1〜10
に示した様な組成を有する、10種類のアルミニウム合
金を使用し、皮材2として、第2表のNO. A〜Gに示し
た様な組成を有する、7種類のアルミニウム合金を使用
した。第1表に示された10種類のアルミニウム合金の
内、NO. 1〜3のものが本発明に属するものであり、N
O. 4〜10は比較の為に用意したアルミニウム合金で
ある。又、第2表に示された7種類のアルミニウム合金
の内、NO. A〜Bのものが本発明に属するものであり、
NO. C〜Gは比較の為に用意したアルミニウム合金であ
る。尚、第1〜2表のAlの欄中には、大部分のAlの他、
微量の不可避不純物を含む。
【0027】これら第1〜2表に示された合計17種類
のアルミニウム合金は、第1表に示された芯材用のアル
ミニウム合金の片面に、第2表に示した皮材用のアルミ
ニウム合金を、0.10mmの厚さで被覆し、更に上記芯
材用のアルミニウム合金の他面に、ろう材であるJIS
4343材を被覆して、第3表に示した様な、合計18
種類のアルミニウム製熱交換器用複合材の試験片を造っ
た。
【0028】ろう付け性の試験を行なう場合には、各試
験片の他面にコルゲートフィンを突き当て、このコルゲ
ートフィンと各試験片とをろう付けした。このコルゲー
トフィンは、1.0重量%のMnと1.5重量%のZnとを
含み、残りをAlと不可避不純物としたアルミニウム合金
で、厚さ0.08mmの板材により造られている。
【0029】各試験片と上記コルゲートフィンとをろう
付けする為の加熱条件は、窒素雰囲気中で590〜62
0℃、3分とした。尚、使用フラックスはノコロックフ
ラックス(K3AlF6とKAlF4 との共晶フラックスで、アル
ミニウム合金同士のろう付けに広く使用されている弗化
物系フラックスの商品名)を使用した。ろう付け性の良
否は、接着率(100×ろう材のフィレット長さ/試験
片とコルゲートフィンとの当接長さ)で判断し、接着率
が95%以上である場合、ろう付け性良好(○)とし、
95%未満の場合、ろう付け性不良(×)とした。
【0030】又、引っ張り強度の測定と腐食試験とは、
試験片にコルゲートフィンをろう付けせず、試験片のま
ま行なった。但し、測定並びに試験に先立って、ろう付
けと同じ条件で加熱した。引っ張り試験の結果は、16
0MPa 以上を良好とした。
【0031】更に、腐食試験は、塩素イオン(Cl- )を
195ppm 、硫酸イオン(SO4 2- )を60ppm 、銅イオ
ン(Cu2+)を1ppm 、第二鉄イオン(Fe3+)を30ppm
それぞれ含み、88℃に加温した腐食液を30l/minで
循環させた中に上記試験片を8時間浸漬し、その後16
時間放置する作業を2週間行なった(合計14サイク
ル)。この試験結果を判定するに当って、最大孔食深さ
が、犠牲腐食層の厚さである0.1mm以下であれば良好
とした。
【0032】上記各試験並びに測定の結果、本発明によ
るアルミニウム製熱交換器用複合材の引っ張り強度は何
れに就いても160MPa 以上で、熱交換器を造る為には
十分な強度を有していた。又、最大孔食深さに就いて
も、最も深く迄達したものでも犠牲腐食層の厚さよりも
小さい0.07mmであって、優れた結果を得られた。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】
【表3】
【0036】
【発明の効果】本発明のアルミニウム製熱交換器用複合
材は以上に述べた様に、十分な耐食性を確保しつつ薄肉
化を可能とする事で、軽量で且つ十分な耐久性を有する
アルミニウム製熱交換器を得る事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の対象となるアルミニウム製熱交換器用
複合材の拡大断面図。
【符号の説明】
1 芯材 2 皮材 3 ろう材 4 複合材
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 21/00 - 21/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 0.8〜1.5重量%のMnと、0.4〜
    0.6重量%のCuと、0.2〜0.8重量%のSiと、
    0.05重量%以上で0.2重量%未満のMgとを含み、
    残りを不可避不純物とAlとした芯材と、0.8重量%以
    上で1.2重量%未満のMgと、0.2〜0.8重量%の
    Siと、0.010〜0.020重量%のInとを含み、残
    りを不可避不純物とAlとし、上記芯材の片面で水と接触
    する面を覆う皮材と、Siを含みAlを主成分として、上記
    芯材の他面を覆うろう材とから成るアルミニウム製熱交
    換器用複合材。
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