JP3337771B2 - 熱交換器用アルミニウム合金複合材 - Google Patents
熱交換器用アルミニウム合金複合材Info
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- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
- B32B15/016—Layered 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自動車の熱交換器等に用
いられるアルミニウム合金複合材に関し、更に詳しくは
熱交換器の冷媒通路を形成するチューブ等の材料として
用いられる耐疲労特性及び耐孔食性に優れたアルミニウ
ム合金複合材に係る。
いられるアルミニウム合金複合材に関し、更に詳しくは
熱交換器の冷媒通路を形成するチューブ等の材料として
用いられる耐疲労特性及び耐孔食性に優れたアルミニウ
ム合金複合材に係る。
【０００２】
【従来の技術】ラジエータ等の熱交換器は、図１イにそ
の正面図を、図１ロに図１イのＡ−Ａ矢視断面図を示し
たように冷媒を通す複数のチューブ１間にフィン２を配
置し、チューブ１の両端にヘッダープレート３を取付け
てコア４を組立て、チューブ１とフィン２間をろう付け
したのち、ヘッダープレート３にパッキン６を介して樹
脂タンク５,15 を取付けた構造のものである。そしてフ
ィンにはJIS-3003合金にＺｎを 1.5wt％程度添加した厚
さ 0.1mm前後の板を用い、チューブにはJIS-3003合金か
らなる芯材の外側（大気側）にJIS-4343合金ろう材をク
ラッドし、内側（冷媒側）にJIS-7072合金を犠牲陽極材
としてクラッドした厚さ 0.3〜0.4mm のブレージングシ
ート（内外層のクラッド率は５〜20％）を用い、ヘッダ
ープレートには厚さ 1.0〜1.3mm のチューブと同様のブ
レージングシートを用いている。ろう付には、非腐食性
のフッ化物系フラックスが使用されている。
の正面図を、図１ロに図１イのＡ−Ａ矢視断面図を示し
たように冷媒を通す複数のチューブ１間にフィン２を配
置し、チューブ１の両端にヘッダープレート３を取付け
てコア４を組立て、チューブ１とフィン２間をろう付け
したのち、ヘッダープレート３にパッキン６を介して樹
脂タンク５,15 を取付けた構造のものである。そしてフ
ィンにはJIS-3003合金にＺｎを 1.5wt％程度添加した厚
さ 0.1mm前後の板を用い、チューブにはJIS-3003合金か
らなる芯材の外側（大気側）にJIS-4343合金ろう材をク
ラッドし、内側（冷媒側）にJIS-7072合金を犠牲陽極材
としてクラッドした厚さ 0.3〜0.4mm のブレージングシ
ート（内外層のクラッド率は５〜20％）を用い、ヘッダ
ープレートには厚さ 1.0〜1.3mm のチューブと同様のブ
レージングシートを用いている。ろう付には、非腐食性
のフッ化物系フラックスが使用されている。
【０００３】ところで、前述のブレージングシートを構
成する犠牲陽極材と芯材は、上記ろう付加熱時に 600℃
程度の高温雰囲気に置かれる。この時に犠牲陽極材のJI
S-7072合金中のＺｎが芯材のJIS-3003合金に拡散し、芯
材表面にＺｎ濃度 0.4〜0.8wt％、深さ80〜150 μｍの
Ｚｎ拡散層が形成される。このＺｎ拡散層が優先腐食す
ることにより、冷媒側に発生する孔食は深く成長せず、
浅く広い腐食形態をとり、長期に渡り良好な耐孔食性が
得られる。
成する犠牲陽極材と芯材は、上記ろう付加熱時に 600℃
程度の高温雰囲気に置かれる。この時に犠牲陽極材のJI
S-7072合金中のＺｎが芯材のJIS-3003合金に拡散し、芯
材表面にＺｎ濃度 0.4〜0.8wt％、深さ80〜150 μｍの
Ｚｎ拡散層が形成される。このＺｎ拡散層が優先腐食す
ることにより、冷媒側に発生する孔食は深く成長せず、
浅く広い腐食形態をとり、長期に渡り良好な耐孔食性が
得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、自動車の軽量化
に伴い、ブレージングシートの薄肉化（0.25mm前後）が
要求されている。その為に芯材のＳｉやＣｕ等の合金元
素を増加させてブレージングシート全体の強度アップが
図られた。ところが、ろう付時の加熱により前記芯材の
ＳｉやＣｕ等の合金元素が犠牲陽極材に多量に拡散して
犠牲陽極材の孔食防止効果が低下するという問題が起き
た。又実車走行のシミュレート試験の結果、例えば薄肉
化したチューブでは、熱交換器に掛かる冷熱の繰返し応
力や振動応力により、犠牲陽極材の内面に微小亀裂が生
じ易く、又一旦亀裂が生じると短期間の内に疲労破壊に
至るという新たな問題が提起された。
に伴い、ブレージングシートの薄肉化（0.25mm前後）が
要求されている。その為に芯材のＳｉやＣｕ等の合金元
素を増加させてブレージングシート全体の強度アップが
図られた。ところが、ろう付時の加熱により前記芯材の
ＳｉやＣｕ等の合金元素が犠牲陽極材に多量に拡散して
犠牲陽極材の孔食防止効果が低下するという問題が起き
た。又実車走行のシミュレート試験の結果、例えば薄肉
化したチューブでは、熱交換器に掛かる冷熱の繰返し応
力や振動応力により、犠牲陽極材の内面に微小亀裂が生
じ易く、又一旦亀裂が生じると短期間の内に疲労破壊に
至るという新たな問題が提起された。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】本発明はこれに鑑み、耐疲
労特性及び耐孔食性に優れた熱交換器用アルミニウム合
金複合材を開発したものである。即ち、請求項１の発明
は、芯材の片面にアルミニウム合金ろう材を、他の面に
犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム合金複合材にお
いて、犠牲陽極材が0.02〜0.15wt％のＳｉ、0.1 〜 0.4
wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8wt％のＭｇ、 3.0wt％を超え
6.0wt％以下のＺｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物
からなるアルミニウム合金で構成され、芯材が 0.5〜
1.2wt％のＳｉ、 0.4〜 1.5wt％のＣｕ、 0.5〜 2.0wt
％のＭｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなる
アルミニウム合金で構成され、且つろう付加熱後におけ
る犠牲陽極材の硬度が芯材の硬度以上であることを特徴
とするものである。
労特性及び耐孔食性に優れた熱交換器用アルミニウム合
金複合材を開発したものである。即ち、請求項１の発明
は、芯材の片面にアルミニウム合金ろう材を、他の面に
犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム合金複合材にお
いて、犠牲陽極材が0.02〜0.15wt％のＳｉ、0.1 〜 0.4
wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8wt％のＭｇ、 3.0wt％を超え
6.0wt％以下のＺｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物
からなるアルミニウム合金で構成され、芯材が 0.5〜
1.2wt％のＳｉ、 0.4〜 1.5wt％のＣｕ、 0.5〜 2.0wt
％のＭｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなる
アルミニウム合金で構成され、且つろう付加熱後におけ
る犠牲陽極材の硬度が芯材の硬度以上であることを特徴
とするものである。
【０００６】又請求項２の発明は、芯材の片面にアルミ
ニウム合金ろう材を、他の面に犠牲陽極材をクラッドし
たアルミニウム合金複合材において、犠牲陽極材が0.02
〜0.15wt％のＳｉ、 0.1〜 0.4wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8
wt％のＭｇ、 3.0wt％を超え6.0wt％以下のＺｎを含有
し、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金
で構成され、芯材が 0.5〜 1.2wt％のＳｉ、 0.4〜 1.5
wt％のＣｕ、 0.5〜 2.0wt％のＭｎを含有し、更に 0.2
wt％以下のＭｇ、0.01〜 0.5wt％のＣｒ、0.01〜 0.5wt
％のＴｉ、0.01〜 0.5wt％のＺｒ、0.01〜 2.0wt％のＮ
ｉのうち１種又は２種以上を含有し、残部Ａｌと不可避
不純物とからなるアルミニウム合金で構成され、且つろ
う付加熱後における犠牲陽極材の硬度が芯材の硬度以上
であることを特徴とするものである。
ニウム合金ろう材を、他の面に犠牲陽極材をクラッドし
たアルミニウム合金複合材において、犠牲陽極材が0.02
〜0.15wt％のＳｉ、 0.1〜 0.4wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8
wt％のＭｇ、 3.0wt％を超え6.0wt％以下のＺｎを含有
し、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金
で構成され、芯材が 0.5〜 1.2wt％のＳｉ、 0.4〜 1.5
wt％のＣｕ、 0.5〜 2.0wt％のＭｎを含有し、更に 0.2
wt％以下のＭｇ、0.01〜 0.5wt％のＣｒ、0.01〜 0.5wt
％のＴｉ、0.01〜 0.5wt％のＺｒ、0.01〜 2.0wt％のＮ
ｉのうち１種又は２種以上を含有し、残部Ａｌと不可避
不純物とからなるアルミニウム合金で構成され、且つろ
う付加熱後における犠牲陽極材の硬度が芯材の硬度以上
であることを特徴とするものである。
【０００７】又請求項３の発明は、芯材の片面にアルミ
ニウム合金ろう材を、他の面に犠牲陽極材をクラッドし
たアルミニウム合金複合材において、犠牲陽極材が0.02
〜0.15wt％のＳｉ、0.1 〜 0.4wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8
wt％のＭｇ、 3.0wt％を超え6.0wt％以下のＺｎ、0.001
〜0.1 wt％のＩｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物
からなるアルミニウム合金で構成され、芯材が 0.5〜
1.2wt％のＳｉ、 0.4〜1.5wt％のＣｕ、 0.5〜 2.0wt％
のＭｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるア
ルミニウム合金で構成され、且つろう付加熱後における
犠牲陽極材の硬度が芯材の硬度以上であることを特徴と
するものである。
ニウム合金ろう材を、他の面に犠牲陽極材をクラッドし
たアルミニウム合金複合材において、犠牲陽極材が0.02
〜0.15wt％のＳｉ、0.1 〜 0.4wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8
wt％のＭｇ、 3.0wt％を超え6.0wt％以下のＺｎ、0.001
〜0.1 wt％のＩｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物
からなるアルミニウム合金で構成され、芯材が 0.5〜
1.2wt％のＳｉ、 0.4〜1.5wt％のＣｕ、 0.5〜 2.0wt％
のＭｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるア
ルミニウム合金で構成され、且つろう付加熱後における
犠牲陽極材の硬度が芯材の硬度以上であることを特徴と
するものである。
【０００８】又請求項４の発明は、芯材の片面にアルミ
ニウム合金ろう材を、他の面に犠牲陽極材をクラッドし
たアルミニウム合金複合材において、犠牲陽極材が0.02
〜0.15wt％のＳｉ、0.1 〜 0.4wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8
wt％のＭｇ、 3.0wt％を超え6.0wt％以下のＺｎ、0.001
〜0.1 wt％のＩｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物
からなるアルミニウム合金で構成され、芯材が 0.5〜
1.2wt％のＳｉ、 0.4〜1.5wt％のＣｕ、 0.5〜 2.0wt％
のＭｎを含有し、更に 0.2wt％以下のＭｇ、0.01〜 0.5
wt％のＣｒ、0.01〜 0.5wt％のＴｉ、0.01〜 0.5wt％の
Ｚｒ、0.01〜 2.0wt％のＮｉのうち１種又は２種以上を
含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるアルミニウ
ム合金で構成され、且つろう付加熱後における犠牲陽極
材の硬度が芯材の硬度以上であることを特徴とするもの
である。
ニウム合金ろう材を、他の面に犠牲陽極材をクラッドし
たアルミニウム合金複合材において、犠牲陽極材が0.02
〜0.15wt％のＳｉ、0.1 〜 0.4wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8
wt％のＭｇ、 3.0wt％を超え6.0wt％以下のＺｎ、0.001
〜0.1 wt％のＩｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物
からなるアルミニウム合金で構成され、芯材が 0.5〜
1.2wt％のＳｉ、 0.4〜1.5wt％のＣｕ、 0.5〜 2.0wt％
のＭｎを含有し、更に 0.2wt％以下のＭｇ、0.01〜 0.5
wt％のＣｒ、0.01〜 0.5wt％のＴｉ、0.01〜 0.5wt％の
Ｚｒ、0.01〜 2.0wt％のＮｉのうち１種又は２種以上を
含有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるアルミニウ
ム合金で構成され、且つろう付加熱後における犠牲陽極
材の硬度が芯材の硬度以上であることを特徴とするもの
である。
【０００９】本発明の複合材は、犠牲陽極材のＺｎ量を
増やして、その孔食防止効果と強度を高めると共に、犠
牲陽極材の強度が向上した分、芯材の合金元素量を減ら
し、前記合金元素が犠牲陽極材に拡散して、その孔食防
止効果を低下させるのを抑制し、更にろう付加熱後の犠
牲陽極材の硬度を芯材の硬度以上にすることにより、複
合材の耐疲労特性を改善したものである。
増やして、その孔食防止効果と強度を高めると共に、犠
牲陽極材の強度が向上した分、芯材の合金元素量を減ら
し、前記合金元素が犠牲陽極材に拡散して、その孔食防
止効果を低下させるのを抑制し、更にろう付加熱後の犠
牲陽極材の硬度を芯材の硬度以上にすることにより、複
合材の耐疲労特性を改善したものである。
【００１０】本発明において、複合材の耐疲労特性と耐
孔食性のバランスを考慮した場合、犠牲陽極材のＳｉ、
Ｆｅ、Ｍｇ、Ｚｎ等の合金元素、及び芯材のＳｉ、Ｃ
ｕ、Ｍｎ等の合金元素のそれぞれの添加量の最適化が重
要である。又犠牲陽極材表面での微小亀裂の発生を防止
するには、犠牲陽極材の硬度は、芯材の硬度以上に高め
ることが重要なポイントになる。
孔食性のバランスを考慮した場合、犠牲陽極材のＳｉ、
Ｆｅ、Ｍｇ、Ｚｎ等の合金元素、及び芯材のＳｉ、Ｃ
ｕ、Ｍｎ等の合金元素のそれぞれの添加量の最適化が重
要である。又犠牲陽極材表面での微小亀裂の発生を防止
するには、犠牲陽極材の硬度は、芯材の硬度以上に高め
ることが重要なポイントになる。
【００１１】本発明において、ろう付加熱後の犠牲陽極
材と芯材の硬度は、そのまま強度に置換えて考えてよ
い。複合材を構成する犠牲陽極材と芯材の強度を別個に
測定するのは困難な為、複合したまま測定できる硬度で
代用したに過ぎない。一般に材料の強度（引張強さ）は
その硬度に対応することが認められている。硬度は、芯
材と犠牲陽極材は厚さが薄いので、超微小硬度計（ＤＨ
ｖ）を用いて測定するのが精度上好ましい。又硬度は、
JIS-規格に従って、各々の断面厚さ方向中央部を１０点
以上測定して平均値を求めるようにする。硬度の測定値
はバラツキが大きいので、犠牲陽極材と芯材の硬度差
が、ＤＨｖ（１ｇｆ）で１０以内の時は、両者の硬度は
同等と判断して差支えない。現に、芯材の方が犠牲陽極
材より硬度が１０程度高い場合でもブレージングシート
の耐疲労特性が改善されることが、実車走行シミュレー
ト試験において実証されている。
材と芯材の硬度は、そのまま強度に置換えて考えてよ
い。複合材を構成する犠牲陽極材と芯材の強度を別個に
測定するのは困難な為、複合したまま測定できる硬度で
代用したに過ぎない。一般に材料の強度（引張強さ）は
その硬度に対応することが認められている。硬度は、芯
材と犠牲陽極材は厚さが薄いので、超微小硬度計（ＤＨ
ｖ）を用いて測定するのが精度上好ましい。又硬度は、
JIS-規格に従って、各々の断面厚さ方向中央部を１０点
以上測定して平均値を求めるようにする。硬度の測定値
はバラツキが大きいので、犠牲陽極材と芯材の硬度差
が、ＤＨｖ（１ｇｆ）で１０以内の時は、両者の硬度は
同等と判断して差支えない。現に、芯材の方が犠牲陽極
材より硬度が１０程度高い場合でもブレージングシート
の耐疲労特性が改善されることが、実車走行シミュレー
ト試験において実証されている。
【００１２】本発明のアルミニウム合金複合材は、主に
チューブ材として使用するが、ラジエータのヘッダー材
等、耐疲労特性と耐孔食性が要求される任意の分野に適
用して有効である。又ろう付法には、フラックスろう付
法、真空ろう付法等の任意のろう付法が適用される。ろ
う材には、例えばＡｌ−Ｓｉ系のJIS-4343（Ａｌ− 7.5
wt％Ｓｉ系）合金、JIS-4045（Ａｌ−10wt％Ｓｉ系）合
金、JIS-4047（Ａｌ−12wt％Ｓｉ系）合金、およびJIS-
4004（Ａｌ−10wt％Ｓｉ− 1.5wt％Ｍｇ系）合金、Ａｌ
−10wt％Ｓｉ− 1.5wt％Ｍｇ−0.1 wt％Ｂｉ系合金等が
用いられる。この他、通常のろう材にろう付性や耐孔食
性に有効な元素を微量添加したものも適用できる。
チューブ材として使用するが、ラジエータのヘッダー材
等、耐疲労特性と耐孔食性が要求される任意の分野に適
用して有効である。又ろう付法には、フラックスろう付
法、真空ろう付法等の任意のろう付法が適用される。ろ
う材には、例えばＡｌ−Ｓｉ系のJIS-4343（Ａｌ− 7.5
wt％Ｓｉ系）合金、JIS-4045（Ａｌ−10wt％Ｓｉ系）合
金、JIS-4047（Ａｌ−12wt％Ｓｉ系）合金、およびJIS-
4004（Ａｌ−10wt％Ｓｉ− 1.5wt％Ｍｇ系）合金、Ａｌ
−10wt％Ｓｉ− 1.5wt％Ｍｇ−0.1 wt％Ｂｉ系合金等が
用いられる。この他、通常のろう材にろう付性や耐孔食
性に有効な元素を微量添加したものも適用できる。
【００１３】以下に、犠牲陽極材の添加元素の役割と合
金組成の限定理由を説明する。Ｚｎは犠牲陽極材を電気
的に卑にして芯材に対して陰極防食効果を発現させて芯
材の孔食を防止する。更にろう付加熱時に芯材に拡散し
て、芯材中のＣｕとの間で化合物を形成し、芯材の強度
を向上させる。その量を 3.0wt％を超え 6.0wt％以下に
限定した理由は、 3.0wt％以下では耐疲労特性や耐孔食
性の向上に効果がなく、 6.0wt％を超えると犠牲陽極材
の電位が卑になり過ぎて、犠牲陽極材の腐食量が多くな
り、腐食生成物が多量に発生して伝熱管を詰まらせる為
である。ＭｇはＺｎと共存して耐孔食性を一段と高め、
又犠牲陽極材の強度を向上させる。更にろう付加熱時に
芯材中に拡散して芯材の強度も向上させる。その量を
1.5〜 2.8wt％に限定した理由は、 1.5wt％未満では耐
疲労特性及び耐孔食性の向上に効果が得られず、 2.8wt
％を超えると芯材等をクラッドする時やろう付時に、犠
牲陽極材が溶融する恐れがある為である。Ｓｉはろう付
時に固溶して犠牲陽極材の強度を向上させる。その量を
0.02〜0.15wt％に限定した理由は、0.02wt％未満では強
度向上に効果がなく、0.15wt％を超えると犠牲陽極材の
電位が貴になって孔食防止効果が低下する為である。Ｆ
ｅも強度向上に寄与する。その量を 0.1〜 0.4wt％に限
定した理由は、 0.1wt％未満ではその効果が得られず、
0.4wt％を超えると孔食防止効果が低下する為である。
ＦｅはJIS-3003合金の不純物程度の量に止めるのが好ま
しい。Ｉｎは犠牲陽極材をより卑にしてその孔食防止効
果を高める。その量を 0.001〜 0.1wt％に限定した理由
は、 0.001wt％未満ではその効果がなく、0.1 wt％を超
えると電位差が必要以上に大きくなって犠牲陽極材の自
己耐食性が低下する為である。
金組成の限定理由を説明する。Ｚｎは犠牲陽極材を電気
的に卑にして芯材に対して陰極防食効果を発現させて芯
材の孔食を防止する。更にろう付加熱時に芯材に拡散し
て、芯材中のＣｕとの間で化合物を形成し、芯材の強度
を向上させる。その量を 3.0wt％を超え 6.0wt％以下に
限定した理由は、 3.0wt％以下では耐疲労特性や耐孔食
性の向上に効果がなく、 6.0wt％を超えると犠牲陽極材
の電位が卑になり過ぎて、犠牲陽極材の腐食量が多くな
り、腐食生成物が多量に発生して伝熱管を詰まらせる為
である。ＭｇはＺｎと共存して耐孔食性を一段と高め、
又犠牲陽極材の強度を向上させる。更にろう付加熱時に
芯材中に拡散して芯材の強度も向上させる。その量を
1.5〜 2.8wt％に限定した理由は、 1.5wt％未満では耐
疲労特性及び耐孔食性の向上に効果が得られず、 2.8wt
％を超えると芯材等をクラッドする時やろう付時に、犠
牲陽極材が溶融する恐れがある為である。Ｓｉはろう付
時に固溶して犠牲陽極材の強度を向上させる。その量を
0.02〜0.15wt％に限定した理由は、0.02wt％未満では強
度向上に効果がなく、0.15wt％を超えると犠牲陽極材の
電位が貴になって孔食防止効果が低下する為である。Ｆ
ｅも強度向上に寄与する。その量を 0.1〜 0.4wt％に限
定した理由は、 0.1wt％未満ではその効果が得られず、
0.4wt％を超えると孔食防止効果が低下する為である。
ＦｅはJIS-3003合金の不純物程度の量に止めるのが好ま
しい。Ｉｎは犠牲陽極材をより卑にしてその孔食防止効
果を高める。その量を 0.001〜 0.1wt％に限定した理由
は、 0.001wt％未満ではその効果がなく、0.1 wt％を超
えると電位差が必要以上に大きくなって犠牲陽極材の自
己耐食性が低下する為である。
【００１４】次に芯材について添加元素の役割及び合金
組成の限定理由を説明する。Ｓｉはろう付時にマトリッ
クス中に固溶して強度を向上させる。その量を 0.5〜
1.2wt％に限定した理由は、 0.5wt％未満の場合その効
果が得られず、 1.2wt％を超えるとＳｉの単体析出量が
多くなって塑性加工性が低下し、更にはＭｇ2Ｓｉとし
て粒界に析出して粒界腐食を惹起する為である。Ｃｕは
芯材の強度と耐孔食性をバランスよく向上させる。その
量を 0.4〜 1.5wt％に限定した理由は、0.4wt％未満で
はその効果が得られず、 1.5wt％を超えると塑性加工性
が悪化し、又犠牲陽極材にＣｕが多量に拡散してその孔
食防止効果が低下する為である。Ｍｎは強度と耐孔食性
の向上に寄与する。その量を 0.5〜 2.0wt％に限定した
理由は、 0.5wt％未満ではその効果が得られず、 2.0wt
％を超えると塑性加工性が悪化する為である。Ｍｇは強
度と耐孔食性をバランスさせつつ粒界腐食を抑制する。
又ろう付性を向上させる。その量を 0.2wt％以下に限定
した理由は、 0.2wt％を超えるとＭｇがろう材に拡散し
てフラックスの弗素と反応してろう付性を低下させ、又
前述したようにＳｉと反応してＭｇ2 Ｓｉとして粒界に
析出して粒界腐食を引き起こす為である。Ｃｒ、Ｔｉ、
Ｚｒはいずれも強度向上に寄与する。特にＴｉは耐孔食
性の改善にも有効である。前記各々の合金元素量を0.01
〜 0.5wt％に限定した理由は、0.01wt％未満では強度向
上の効果が得られず、 0.5wt％を超えると巨大な化合物
を形成して塑性加工性を悪化させる為である。Ｎｉは強
度向上に寄与する。その量を0.01〜 2.0wt％に限定した
理由は、0.01wt％未満ではその効果が得られず、 2.0wt
％を超えると塑性加工性が低下する為である。
組成の限定理由を説明する。Ｓｉはろう付時にマトリッ
クス中に固溶して強度を向上させる。その量を 0.5〜
1.2wt％に限定した理由は、 0.5wt％未満の場合その効
果が得られず、 1.2wt％を超えるとＳｉの単体析出量が
多くなって塑性加工性が低下し、更にはＭｇ2Ｓｉとし
て粒界に析出して粒界腐食を惹起する為である。Ｃｕは
芯材の強度と耐孔食性をバランスよく向上させる。その
量を 0.4〜 1.5wt％に限定した理由は、0.4wt％未満で
はその効果が得られず、 1.5wt％を超えると塑性加工性
が悪化し、又犠牲陽極材にＣｕが多量に拡散してその孔
食防止効果が低下する為である。Ｍｎは強度と耐孔食性
の向上に寄与する。その量を 0.5〜 2.0wt％に限定した
理由は、 0.5wt％未満ではその効果が得られず、 2.0wt
％を超えると塑性加工性が悪化する為である。Ｍｇは強
度と耐孔食性をバランスさせつつ粒界腐食を抑制する。
又ろう付性を向上させる。その量を 0.2wt％以下に限定
した理由は、 0.2wt％を超えるとＭｇがろう材に拡散し
てフラックスの弗素と反応してろう付性を低下させ、又
前述したようにＳｉと反応してＭｇ2 Ｓｉとして粒界に
析出して粒界腐食を引き起こす為である。Ｃｒ、Ｔｉ、
Ｚｒはいずれも強度向上に寄与する。特にＴｉは耐孔食
性の改善にも有効である。前記各々の合金元素量を0.01
〜 0.5wt％に限定した理由は、0.01wt％未満では強度向
上の効果が得られず、 0.5wt％を超えると巨大な化合物
を形成して塑性加工性を悪化させる為である。Ｎｉは強
度向上に寄与する。その量を0.01〜 2.0wt％に限定した
理由は、0.01wt％未満ではその効果が得られず、 2.0wt
％を超えると塑性加工性が低下する為である。
【００１５】本発明において、犠牲陽極材の硬度を芯材
の硬度以上に規定したのは、犠牲陽極材の硬度を高める
ことにより犠牲陽極材表面に微小亀裂が生じ難くする為
である。本発明において、犠牲陽極材の硬度と芯材の硬
度は同程度にするのが、犠牲陽極材と芯材の双方の塑性
加工性を高度に維持できて好ましい。
の硬度以上に規定したのは、犠牲陽極材の硬度を高める
ことにより犠牲陽極材表面に微小亀裂が生じ難くする為
である。本発明において、犠牲陽極材の硬度と芯材の硬
度は同程度にするのが、犠牲陽極材と芯材の双方の塑性
加工性を高度に維持できて好ましい。
【００１６】
【作用】本発明では、犠牲陽極材中のＺｎを増加させた
ので孔食防止効果が高まる。又Ｚｎを増加させて犠牲陽
極材の強度を高めた分、芯材へのＣｕやＳｉの添加量が
低減でき、前記ＣｕやＳｉが犠牲陽極材に拡散してその
孔食防止効果を低下させる弊害が除かれる。又犠牲陽極
材の硬度を芯材の硬度以上に規定したので、犠牲陽極材
に微小亀裂が発生し難くなり、薄肉化においても高い耐
疲労特性が維持される。前記耐孔食性と耐疲労特性との
向上は、犠牲陽極材のＳｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｚｎ等の合金
元素、及び芯材のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｎ等の合金元素の添加
量をそれぞれ最適化することにより達成される。
ので孔食防止効果が高まる。又Ｚｎを増加させて犠牲陽
極材の強度を高めた分、芯材へのＣｕやＳｉの添加量が
低減でき、前記ＣｕやＳｉが犠牲陽極材に拡散してその
孔食防止効果を低下させる弊害が除かれる。又犠牲陽極
材の硬度を芯材の硬度以上に規定したので、犠牲陽極材
に微小亀裂が発生し難くなり、薄肉化においても高い耐
疲労特性が維持される。前記耐孔食性と耐疲労特性との
向上は、犠牲陽極材のＳｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｚｎ等の合金
元素、及び芯材のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｎ等の合金元素の添加
量をそれぞれ最適化することにより達成される。
【００１７】
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 実施例１ 表１に示した種々組成の犠牲陽極材と芯材及びJIS-4343
合金のろう材を金型に鋳造した。次に前記各々の鋳塊を
両面面削して、犠牲陽極材は10mm、ろう材は５mm、芯材
は35mmの厚さにそれぞれ仕上げた。次に犠牲陽極材、芯
材、ろう材の３枚をこの順に重ね合わせて厚さ50mmのク
ラッド材となした。ここで犠牲陽極材、芯材、ろう材の
クラッド率はそれぞれ20％、70％、10％になる。次にこ
のクラッド材を 500℃での熱間圧延と冷間圧延とを順次
施して厚さ0.35mmの板材に加工した。ここで 330℃×２
hrの中間焼鈍を入れたのち再び冷間圧延して0.25mm厚さ
の（従来品は 0.4mm厚さ）Ｈ14調質のアルミニウム合金
複合材となした。
る。 実施例１ 表１に示した種々組成の犠牲陽極材と芯材及びJIS-4343
合金のろう材を金型に鋳造した。次に前記各々の鋳塊を
両面面削して、犠牲陽極材は10mm、ろう材は５mm、芯材
は35mmの厚さにそれぞれ仕上げた。次に犠牲陽極材、芯
材、ろう材の３枚をこの順に重ね合わせて厚さ50mmのク
ラッド材となした。ここで犠牲陽極材、芯材、ろう材の
クラッド率はそれぞれ20％、70％、10％になる。次にこ
のクラッド材を 500℃での熱間圧延と冷間圧延とを順次
施して厚さ0.35mmの板材に加工した。ここで 330℃×２
hrの中間焼鈍を入れたのち再び冷間圧延して0.25mm厚さ
の（従来品は 0.4mm厚さ）Ｈ14調質のアルミニウム合金
複合材となした。
【００１８】前記各々の複合材について、 600℃×３mi
n.加熱後、 100℃／min.の冷却速度で冷却し、その後室
温に５日間放置した後、引張強さ、硬度、耐孔食性を測
定した。硬度は、超微小硬度計（ＤＨｖ、荷重は１ｇ
ｆ）を用い、JIS-規格に従って測定した。測定箇所は犠
牲陽極材層と芯材層の板厚方向中心部を10ケ所選び、そ
の平均値を算出した。耐孔食性は、温度90℃の水道水＋
10ppm Ｃｕ++の腐食液に６ケ月間浸漬し犠牲陽極材側か
らの最大孔食深さを測定した。又ろう付性を下記方法に
より測定した。即ち、 0.1mm厚のJIS-3003合金フィン材
をコルゲート加工したものと、前記各々の複合材とを図
１に示すように組立ててコアとなした。次にこのコアを
３wt％の弗化物系フラックス水溶液中に浸漬してフラッ
クスを塗布し、 200℃で乾燥後、不活性ガス中で 600℃
×３min.保持してろう付した。ろう付性はフィンの接合
率が90％以上の時ろう付性良好（○）、90％未満の時ろ
う付性不良（×）と判定した。結果を表２に示した。
n.加熱後、 100℃／min.の冷却速度で冷却し、その後室
温に５日間放置した後、引張強さ、硬度、耐孔食性を測
定した。硬度は、超微小硬度計（ＤＨｖ、荷重は１ｇ
ｆ）を用い、JIS-規格に従って測定した。測定箇所は犠
牲陽極材層と芯材層の板厚方向中心部を10ケ所選び、そ
の平均値を算出した。耐孔食性は、温度90℃の水道水＋
10ppm Ｃｕ++の腐食液に６ケ月間浸漬し犠牲陽極材側か
らの最大孔食深さを測定した。又ろう付性を下記方法に
より測定した。即ち、 0.1mm厚のJIS-3003合金フィン材
をコルゲート加工したものと、前記各々の複合材とを図
１に示すように組立ててコアとなした。次にこのコアを
３wt％の弗化物系フラックス水溶液中に浸漬してフラッ
クスを塗布し、 200℃で乾燥後、不活性ガス中で 600℃
×３min.保持してろう付した。ろう付性はフィンの接合
率が90％以上の時ろう付性良好（○）、90％未満の時ろ
う付性不良（×）と判定した。結果を表２に示した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】表１より明らかなように、本発明例品（No
１〜９）は孔食深さが80μｍ以下であり、従来例品（No
14）に比べて耐孔食性に優れている。本発明例品はろう
付性も従来例品と同等のレベルを維持している。他方、
比較例品（No10〜13）は、耐孔食性が劣る。特に、比較
例品のNo10はろう付性にも劣っている。
１〜９）は孔食深さが80μｍ以下であり、従来例品（No
14）に比べて耐孔食性に優れている。本発明例品はろう
付性も従来例品と同等のレベルを維持している。他方、
比較例品（No10〜13）は、耐孔食性が劣る。特に、比較
例品のNo10はろう付性にも劣っている。
【００２２】実施例２ 実施例１で作製した本発明例品のNo１、４及び比較例品
のNo11について、シェンク式平面曲げ試験機を用い、定
歪み・片振り・周波数20Hzの条件で疲労試験を行った。
試験片には 600℃×３min.加熱後、 100℃／min.の冷却
速度で冷却し、その後室温に５日間放置したものを用い
た。結果を図２に示した。図２から明らかなように、本
発明例品のNo１、４は、繰返し数１×105 〜１×107 回
の範囲において最大応力の低下が小さい、優れた疲労特
性を示した。これに対して比較例品のNo11は、試験初期
では最大応力が高い値を示したが、繰返し数の増加と共
に最大応力が著しく低下した。これは犠牲陽極材の硬度
が低い為、犠牲陽極材表面に微小亀裂が発生し易かった
為である。
のNo11について、シェンク式平面曲げ試験機を用い、定
歪み・片振り・周波数20Hzの条件で疲労試験を行った。
試験片には 600℃×３min.加熱後、 100℃／min.の冷却
速度で冷却し、その後室温に５日間放置したものを用い
た。結果を図２に示した。図２から明らかなように、本
発明例品のNo１、４は、繰返し数１×105 〜１×107 回
の範囲において最大応力の低下が小さい、優れた疲労特
性を示した。これに対して比較例品のNo11は、試験初期
では最大応力が高い値を示したが、繰返し数の増加と共
に最大応力が著しく低下した。これは犠牲陽極材の硬度
が低い為、犠牲陽極材表面に微小亀裂が発生し易かった
為である。
【００２３】実施例３ 実施例１で作製した本発明例品のNo１と比較例品のNo14
のアルミニウム複合材を用いてラジエータを作製して、
その耐孔食性を試験した。先ず、前記アルミニウム合金
複合材を、高さ 2.2mm、幅16mmの角型チューブに電縫加
工した。次に前記各々のチューブと、JIS-3003合金（芯
材）の片面にJIS-7072合金（犠牲陽極材）、他面にJIS-
4045合金（ろう材）を各々10％クラッドした厚さ 1.2mm
のブレージングシートのヘッダープレートと、Ａｌ−１
wt％Ｍｎ−1.5wt％Ｚｎ系合金をコルゲート加工した厚
さ 0.1mmのフィンとを図１に示したコアに組立てた。次
にこのコアに前処理を施したのち、露点−40℃、酸素濃
度 100ppm の窒素ガスで置換した 600℃の雰囲気炉内に
３分間保持後、炉外に取出し100℃／min.の速度で冷却
してろう付を行った。ろう付性はいずれも良好であっ
た。次にろう付後のコアの上下にパッキンを介してプラ
スチック製タンクを取付けてラジエータを作製した。前
記前処理は、コアを有機溶剤にて脱脂後、ＫＡｌＦ4 を
主体とする弗化物系フラックスの５wt％懸濁液を塗布
し、これを200 ℃にて加熱乾燥して行った。次に、前記
ラジエータ内部に90℃に加熱した腐食液を循環させて耐
孔食性を試験した。腐食液は水道水にＣｕ++イオンを20
ppm 含有させたものを用いた。孔食が貫通するまでの時
間は、本発明例品（No１）のチューブ材では7000時間を
要したが、比較例品（No14）は4000時間と短かった。
のアルミニウム複合材を用いてラジエータを作製して、
その耐孔食性を試験した。先ず、前記アルミニウム合金
複合材を、高さ 2.2mm、幅16mmの角型チューブに電縫加
工した。次に前記各々のチューブと、JIS-3003合金（芯
材）の片面にJIS-7072合金（犠牲陽極材）、他面にJIS-
4045合金（ろう材）を各々10％クラッドした厚さ 1.2mm
のブレージングシートのヘッダープレートと、Ａｌ−１
wt％Ｍｎ−1.5wt％Ｚｎ系合金をコルゲート加工した厚
さ 0.1mmのフィンとを図１に示したコアに組立てた。次
にこのコアに前処理を施したのち、露点−40℃、酸素濃
度 100ppm の窒素ガスで置換した 600℃の雰囲気炉内に
３分間保持後、炉外に取出し100℃／min.の速度で冷却
してろう付を行った。ろう付性はいずれも良好であっ
た。次にろう付後のコアの上下にパッキンを介してプラ
スチック製タンクを取付けてラジエータを作製した。前
記前処理は、コアを有機溶剤にて脱脂後、ＫＡｌＦ4 を
主体とする弗化物系フラックスの５wt％懸濁液を塗布
し、これを200 ℃にて加熱乾燥して行った。次に、前記
ラジエータ内部に90℃に加熱した腐食液を循環させて耐
孔食性を試験した。腐食液は水道水にＣｕ++イオンを20
ppm 含有させたものを用いた。孔食が貫通するまでの時
間は、本発明例品（No１）のチューブ材では7000時間を
要したが、比較例品（No14）は4000時間と短かった。
【００２４】
【効果】以上述べたように、本発明のアルミニウム合金
複合材は、耐疲労特性及び耐孔食性に優れているので、
熱交換器用チューブ等に用いてその薄肉化が実現可能で
あり、工業上顕著な効果を奏する。
複合材は、耐疲労特性及び耐孔食性に優れているので、
熱交換器用チューブ等に用いてその薄肉化が実現可能で
あり、工業上顕著な効果を奏する。
【図１】ラジエータを示す一部断面の斜視図及び一部断
面図である。
面図である。
【図２】本発明複合材の疲労特性の実施例を示す最大応
力−繰返し数関係図である。
力−繰返し数関係図である。
１ チューブ ２ フィン ３ ヘッダープレート ４ コア ５,15 樹脂タンク ６ パッキン
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−371368（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 21/00 - 21/18 B23K 35/22 F28F 19/06,21/08
Claims (4)
- 【請求項１】 芯材の片面にアルミニウム合金ろう材
を、他の面に犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム合
金複合材において、犠牲陽極材が0.02〜0.15wt％のＳ
ｉ、0.1 〜 0.4wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8wt％のＭｇ、
3.0wt％を超え 6.0wt％以下のＺｎを含有し、残部Ａｌ
と不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
芯材が 0.5〜 1.2wt％のＳｉ、 0.4〜 1.5wt％のＣｕ、
0.5〜 2.0wt％のＭｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純
物とからなるアルミニウム合金で構成され、且つろう付
加熱後における犠牲陽極材の硬度が芯材の硬度以上であ
ることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金複合
材。 - 【請求項２】 芯材の片面にアルミニウム合金ろう材
を、他の面に犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム合
金複合材において、犠牲陽極材が0.02〜0.15wt％のＳ
ｉ、 0.1〜 0.4wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8wt％のＭｇ、
3.0wt％を超え 6.0wt％以下のＺｎを含有し、残部Ａｌ
と不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
芯材が 0.5〜 1.2wt％のＳｉ、 0.4〜 1.5wt％のＣｕ、
0.5〜 2.0wt％のＭｎを含有し、更に 0.2wt％以下のＭ
ｇ、0.01〜 0.5wt％のＣｒ、0.01〜 0.5wt％のＴｉ、0.
01〜 0.5wt％のＺｒ、0.01〜 2.0wt％のＮｉのうち１種
又は２種以上を含有し、残部Ａｌと不可避不純物とから
なるアルミニウム合金で構成され、且つろう付加熱後に
おける犠牲陽極材の硬度が芯材の硬度以上であることを
特徴とする熱交換器用アルミニウム合金複合材。 - 【請求項３】 芯材の片面にアルミニウム合金ろう材
を、他の面に犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム合
金複合材において、犠牲陽極材が0.02〜0.15wt％のＳ
ｉ、0.1 〜 0.4wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8wt％のＭｇ、
3.0wt％を超え 6.0wt％以下のＺｎ、0.001 〜0.1 wt％
のＩｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなるアル
ミニウム合金で構成され、芯材が 0.5〜 1.2wt％のＳ
ｉ、 0.4〜 1.5wt％のＣｕ、 0.5〜 2.0wt％のＭｎを含
有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなるアルミニウム
合金で構成され、且つろう付加熱後における犠牲陽極材
の硬度が芯材の硬度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複合材。 - 【請求項４】 芯材の片面にアルミニウム合金ろう材
を、他の面に犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム合
金複合材において、犠牲陽極材が0.02〜0.15wt％のＳ
ｉ、0.1 〜 0.4wt％のＦｅ、 1.5〜 2.8wt％のＭｇ、
3.0wt％を超え 6.0wt％以下のＺｎ、0.001 〜0.1 wt％
のＩｎを含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなるアル
ミニウム合金で構成され、芯材が 0.5〜 1.2wt％のＳ
ｉ、 0.4〜 1.5wt％のＣｕ、 0.5〜 2.0wt％のＭｎを含
有し、更に 0.2wt％以下のＭｇ、0.01〜0.5wt％のＣ
ｒ、0.01〜 0.5wt％のＴｉ、0.01〜 0.5wt％のＺｒ、0.
01〜 2.0wt％のＮｉのうち１種又は２種以上を含有し、
残部Ａｌと不可避不純物とからなるアルミニウム合金で
構成され、且つろう付加熱後における犠牲陽極材の硬度
が芯材の硬度以上であることを特徴とする熱交換器用ア
ルミニウム合金複合材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22657893A JP3337771B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 熱交換器用アルミニウム合金複合材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22657893A JP3337771B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 熱交換器用アルミニウム合金複合材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0790443A JPH0790443A (ja) | 1995-04-04 |
| JP3337771B2 true JP3337771B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=16847371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22657893A Expired - Fee Related JP3337771B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 熱交換器用アルミニウム合金複合材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3337771B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5339560B1 (ja) * | 2012-11-14 | 2013-11-13 | 古河スカイ株式会社 | アルミニウム合金ブレージングシート及びその製造方法 |
| JP6526404B2 (ja) * | 2014-11-10 | 2019-06-05 | 三菱アルミニウム株式会社 | アルミニウム合金ブレージングシート |
-
1993
- 1993-08-18 JP JP22657893A patent/JP3337771B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0790443A (ja) | 1995-04-04 |
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