JP3375189B2 - アルミニウム合金製熱交換器用複合ブレージングシート - Google Patents

アルミニウム合金製熱交換器用複合ブレージングシート

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JP3375189B2 JP01207294A JP1207294A JP3375189B2 JP 3375189 B2 JP3375189 B2 JP 3375189B2 JP 01207294 A JP01207294 A JP 01207294A JP 1207294 A JP1207294 A JP 1207294A JP 3375189 B2 JP3375189 B2 JP 3375189B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、すぐれた耐局部腐食性
を有し、特にアルミニウム合金製熱交換器の構造部材と
して使用するのに適した3層または4層以上の構造の複
合ブレージングシートに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車用などの熱交換器にはAl
合金製のものが広く使用されており、その部材には、一
般にMn等を含有するAl合金からなる芯材に、Al−
Si系やAl−Si−Mg系のろう材を被覆した2層構
造のブレージングシートが用いられている。このブレー
ジングシートを用いて熱交換器を製造する際には、ブレ
ージングシートを各部材毎に所定形状に成形して組み立
て、これを真空炉などで加熱してろう付接合している。
【0003】ところで、ろう材は、もともと耐食性に劣
っており、しかも、これを使用した熱交換器は腐食環境
で使用されることもあって、ろう付後のろうには侵食が
発生しやすい。さらに、ろう付加熱中に、ろうが芯材に
浸透してろう成分のSiが芯材中に拡散するために、芯
材は粒界腐食を受けやすい状態になる。このため、熱交
換器のろうに発生した侵食が進行して芯材にまで達っす
ると、侵食はさらに芯材の深くにまで容易に進行する。
その結果、芯材には局部的な粒界腐食が多く発生するこ
とになり、熱交換器の耐久性が著しく低下する。
【0004】この問題を解決する方法として、既に本願
出願人は、4層構造の複合ブレージングシートを熱交換
器用の材料として用いることを提案している(特公昭6
2−61099号)。この4層構造の複合ブレージング
シートは、Al−Mn系合金の芯材の片面側に、主とし
てZn、Mnを含有するAl合金の犠牲陽極層を中間層
として設け、この表面にAl−Si系ろう材を被覆し、
一方、芯材の他面側には、主としてZnを含有するAl
合金の犠牲陽極層を設けて4層構造としたものである。
この4層複合ブレージングシートによれば、中間層とし
て設けた犠牲陽極層のZnの作用で、腐食が横方向に広
がって深さ方向への侵食が抑制され、その結果、芯材が
防食されるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】しかし、上記した改
善方法においても、ろう付加熱時には、ろうが犠牲陽極
層に浸透して、犠牲陽極材を粒界腐食しやすい状態にす
るため、犠牲陽極層における侵食を防止する効果が低減
してしまうという問題がある。また、犠牲陽極層自体、
強度が低い材料で構成されており、熱交換器として必要
な強度を確保するためには、ブレージングシート全体の
板厚を増して強度低下を補う必要があり、熱交換器が厚
肉化して、重量が増加するという問題点があった。この
発明は、上記問題点を解決することを基本的な目的と
し、重量増などを招くことなく、耐局部腐食性を向上さ
せたアルミニウム合金製熱交換器用複合ブレージングシ
ートを提供することを目的とする。
【0006】
【問題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明者らは、犠牲陽極層内へのろうの浸透防止方法に
ついて鋭意検討した結果、犠牲陽極層の融点が高い程、
浸透の程度が低いことを見いだした。そこで、発明者ら
は純Alよりも融点が高く、且つ高温、室温でもより高
強度が得られる合金を見いだすべく種々の試験を行った
結果、さらに以下のような事実を見いだした。 (1)Hf,Mo,Nb,Ta,Ti,V,Wを含有す
る合金では純Alより融点がさらに高くなる。 (2)これらの合金では含有量を調整することにより含
有元素とAl化合物が形成され、これが微細均一に分布
することにより高温、室温の強度が著しく向上する。 (3)これらの元素は、複合添加されることによって、
上記効果がより十分に発揮される。
【0007】本発明のアルミニウム合金製熱交換器用複
合ブレージングシートは、上記知見に基づいてなされた
ものであり、具体的には重量%で、Mn:0.1〜1.
5%、 Cu:0.05〜0.6%を含有し、残りがA
lと不可避不純物とからなるAl合金芯材の片面に、H
f:0.01〜0.3%、Mo:0.01〜0.2%、
Nb:0.01〜0.2%、Ta:0.01〜0.2
%、Ti:0.01〜0.3%、V :0.01〜0.
2%、W :0.01〜0.1%の1種または2種以上
を含有し、残りがAlと不可避不純物とからなるAl合
金の犠牲陽極層を設け、この犠牲陽極層の表面に、少な
くとも、Si:6.5〜11.5%を含有するAl−S
i系またはAl−Si−Mg系ろう材を被覆したことを
特徴とする。
【0008】また、第2の発明は、重量%で、Mn:
0.1〜1.5%、 Cu:0.05〜0.6%を含有
し、残りがAlと不可避不純物とからなるAl合金芯材
の両面に、Hf:0.01〜0.3%、Mo:0.01
〜0.2%、Nb:0.01〜0.2%、Ta:0.0
1〜0.2%、Ti:0.01〜0.3%、V :0.
01〜0.2%、W :0.01〜0.1%の1種また
は2種以上を含有し、残りがAlと不可避不純物とから
なるAl合金の犠牲陽極層を設け、これら犠牲陽極層の
一方または両方の表面に、少なくとも、Si:6.5〜
11.5%を含有するAl−Si系またはAl−Si−
Mg系ろう材を被覆したことを特徴とする。
【0009】第3の発明は、上記第1又は第2の発明に
おいて、犠牲陽極層成分に、さらに重量%で、Zr:
0.01〜0.2%を含有することを特徴とする。第4
の発明は、上記第1、第2又は第3の発明において、犠
牲陽極層成分に、さらに重量%で、Zn:0.01〜
3.0%、In:0.01〜0.05%の1種または2
種を含有することを特徴とする。なお、第1の発明で
は、芯材の他面側は露出させておく他に、一方の犠牲陽
極層とは異なる成分の犠牲陽極層を設けたり、表面被覆
層を設けることも可能である。例えば、異なる成分の犠
牲陽極層としては、Zn:0.3〜3.0%を含有する
Al合金の犠牲陽極層を挙げることができる。
【0010】
【作用】本発明によれば、ろう付中における犠牲陽極層
へのろうの浸透が防止されるので、Siの拡散量も非常
に少なくなる。したがって、Siによる粒界腐食の促進
作用が除かれ、犠牲陽極層による防食効果が十分に発揮
される。具体的には、芯材はMn,Cuを含有するので
電気化学的に貴であり、より卑である犠牲陽極層によっ
て腐食が横方向に拡散され、芯材への侵食が防止され
る。また、犠牲陽極層にZn,Inを含有させると電気
化学的に、より卑になるので芯材との電位差が大きくな
り防食効果が一層向上する。また、本発明によれば、犠
牲陽極層中には微細な化合物が分散して犠牲陽極層の強
度を向上させる。
【0011】次に、本願発明における各成分の限定理由
について述べる。 (芯 材)Mn:0.1〜1.5%、Mnは、強度を高
めるために添加する。但し、その含有量が、0.1%未
満であると十分な強度向上効果はなく、一方、1.5%
を越えて含有させると、化合物の分散粒子が粗大化し材
料の圧延性、強度を劣化させるので上記範囲内に定め
る。 Cu:0.05〜0.6% Cuは、素地中に固溶して強度を向上させるとともに、
電位を貴にして耐食性を向上させるために含有させる。
但し、0.05%未満では所望の効果が十分に得られ
ず、一方、0.6%を越えて含有させると粒界腐食を起
こし、耐食性を劣化させるので上記範囲とする。
【0012】(犠牲陽極層)Hf:0.01〜0.3
%、Mo:0.01〜0.2%、Nb:0.01〜0.
2%、Ta:0.01〜0.2%、Ti:0.01〜
0.3%、V :0.01〜0.2%、W :0.01
〜0.1% これら元素は、Al合金の融点を上げて、ろう付時にろ
うが芯材に浸透してSiが拡散するのを防止する。また
微細な化合物を生成して、強度を向上させる。これら元
素は、0.01%未満では所望の効果が十分でなく、一
方、それぞれの上限を越えて含有させても、さらに一層
の改善効果がないばかりでなく、化合物の分散粒子が粗
大化し、材料の圧延性、強度を劣化させるのでそれぞれ
上記範囲内とする。なお、これら元素を複合添加するこ
とにより、上記効果が一層発揮される。但し、複合添加
する場合には、総量で最大0.8%に規制するのが望ま
しい。その理由は、総量で0.8%を越えると化合物が
粗大になり圧延加工性を損なうためである。
【0013】Zr:0.01〜0.2% Zrは特に高温強度を高めるために含有させる。但し、
0.01%未満ではその効果が十分でなく、また0.2
%を越えてもさらに一層の効果がないばかりでなく、化
合物が粗大になり圧延加工性を損なうので上記範囲とす
る。 Zn:0.01〜3.0% In:0.01〜0.05% これら成分は、犠牲陽極層の電位を卑にして犠牲陽極作
用を増大させて深さ方向への侵食を一層抑制する作用が
あるので、所望により添加する。但し、それぞれ下限未
満ではその作用が不十分であり、また上限を越えると、
自己腐食速度が大きくなり早期に減耗する問題があるた
め、それぞれ上記範囲内とした。
【0014】(ろう材)Si:6.5〜11.5% Siは、Alの液相線温度を低くして、ろうの流動性を
高めるために添加される。ただし、Siの含有量が6.
5%未満であると、上記効果が不十分であり、また、1
1.5%を越えると、却って液相線温度が高くなり流動
性が低下するので、上記範囲とする。なお、ろう材に
は、他の成分を含有させてもよく、例えば必要に応じ
て、Mg:0.3〜2.5%、Bi:0.01〜0.3
%、Be:0.0002〜0.0015%の1種以上を
添加してもよい。上記Mgは、真空ろう付に際し必要な
成分であり、Bi、Beはろうの流動性を向上させるた
めに添加する。
【0015】
【実施例】表1〜3に示す成分組成の本発明Al合金と
比較Al合金とを通常の方法で溶製し、熱間圧延、冷間
圧延によってそれぞれ芯材、犠牲陽極層、ろう材用の薄
板を得た。これらの薄板を表4に示す組み合わせで積層
してクラッドすることによって、厚さ1mmの3層〜5
層の複合ブレージングシートを得た。なお、上記と同様
の方法で別途製造した犠牲陽極層用の薄板から引張試験
片を切り出し、ろう付加熱をシミュレートして、600
℃、5分間保持の熱処理を行った後、引張試験を行っ
た。
【0016】また、前記ブレージングシートのうち発明
材1〜5と比較材1、2について、フラックスろう付を
シミュレートして、N2ガス雰囲気で、600℃、5分
間保持の加熱を行い、発明材6〜10と比較材3、4に
ついては、真空ろう付をシミュレートして10-4Torrの
真空下で、600℃、5分間保持の加熱を行った。次
に、上記各ブレージングシートのろう材面側に対し腐食
試験として、500時間のCASS試験、水溶液噴霧試
験、交互浸漬試験を行い、その後、各試験毎に局部腐食
数、最大侵食深さを測定した。上記引張試験および腐食
試験の結果は表4に示した。
【0017】表4から明らかなように、本願発明のブレ
ージングシートは、局部腐食数が少なく、かつ侵食深さ
も浅いという結果が得られており、侵食が有効に防止さ
れて優れた局部耐食性を示している。これに対し、比較
材のブレージングシートは、局部腐食数は多く、侵食も
深い位置にまで達しており、明らかに局部耐食性に劣っ
ている。また、本願発明の犠牲陽極層は優れた耐局部耐
食性を有しているのに加えて、いずれも高い強度を有し
ているのに対し、比較材の犠牲陽極層では十分な強度が
得られておらず、本願発明は強度の点でも優れている。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】
【表4】
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本願発明の複合ブレ
ージングシートによれば、Mn:0.1〜1.5%、C
u:0.05〜0.6%を含有するAl合金芯材の片面
または両面に、Hf:0.01〜0.3%、Mo:0.
01〜0.2%、Nb:0.01〜0.2%、Ta:
0.01〜0.2%、Ti:0.01〜0.3%、V:
0.01〜0.2%、W:0.01〜0.1%の1種ま
たは2種以上を含有し、所望によりZr:0.01〜
0.2%、Zn:0.01〜3.0%、In:0.01
〜0.05%の1種または2種を含有するするAl合金
犠牲陽極層を設け、この犠牲陽極層の一方または両方の
表面に、少なくともSi:6.5〜11.5%を含有す
るAl−Si系またはAl−Si−Mg系ろう材を被覆
したので、ろうから犠牲陽極層へのSiの拡散が防止さ
れて犠牲陽極層の作用が阻害されず、したがって、犠牲
陽極層によって腐食が横方向に拡散され、芯材への侵食
を防止して熱交換器の耐局部腐食を向上させる。また、
犠牲陽極層の強度が向上するので、板厚を増すことによ
る補強が不要となり、薄肉、軽量化が妨げられない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 丈治 東京都渋谷区桜丘町31番2号 東洋ラジ エーター株式会社内 (72)発明者 飯塚 貢 東京都渋谷区桜丘町31番2号 東洋ラジ エーター株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−73153(JP,A) 特開 昭60−251246(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

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 Mn:0.1〜1.5%、 Cu:0.05〜0.6%
    を含有し、残りがAlと不可避不純物とからなるAl合
    金芯材の片面に、 Hf:0.01〜0.3%、Mo:0.01〜0.2
    %、 Nb:0.01〜0.2%、Ta:0.01〜0.2
    %、 Ti:0.01〜0.3%、V :0.01〜0.2
    %、 W :0.01〜0.1%の1種または2種以上を含有
    し、残りがAlと不可避不純物とからなるAl合金の犠
    牲陽極層を設け、この犠牲陽極層の表面に、 少なくとも、 Si:6.5〜11.5%を含有するAl−Si系また
    はAl−Si−Mg系ろう材を被覆したことを特徴とす
    るアルミニウム合金製熱交換器用複合ブレージングシー
  2. 【請求項2】 重量%で、 Mn:0.1〜1.5%、 Cu:0.05〜0.6%
    を含有し、残りがAlと不可避不純物とからなるAl合
    金芯材の両面に、 Hf:0.01〜0.3%、Mo:0.01〜0.2
    %、 Nb:0.01〜0.2%、Ta:0.01〜0.2
    %、 Ti:0.01〜0.3%、V :0.01〜0.2
    %、 W :0.01〜0.1%の1種または2種以上を含有
    し、残りがAlと不可避不純物とからなるAl合金の犠
    牲陽極層を設け、これら犠牲陽極層の一方または両方の
    表面に、 少なくとも、 Si:6.5〜11.5%を含有するAl−Si系また
    はAl−Si−Mg系ろう材を被覆したことを特徴とす
    るアルミニウム合金製熱交換器用複合ブレージングシー
  3. 【請求項3】 犠牲陽極層成分に、さらに重量%で、 Zr:0.01〜0.2%を含有することを特徴とする
    請求項1または2記載のアルミニウム合金製熱交換器用
    複合ブレージングシート
  4. 【請求項4】 犠牲陽極層成分に、さらに重量%で、 Zn:0.01〜3.0%、In:0.01〜0.05
    %の1種または2種を含有することを特徴とする請求項
    1〜3のいずれかに記載のアルミニウム合金製熱交換器
    用複合ブレージングシート
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