JP3549028B2 - Ａｌ系製品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金をろう材として用いた熱交換器等の製品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
芯材の表面にろう材が貼り合わされたブレージングシートを用いてフィン（あるいはチューブ）を作製し、このフィンとチューブとを組み合わし、ろう付けすることによって熱交換器が製造されている。
この熱交換器に要求されている特性の一つとして耐蝕性に富むことが挙げられる。すなわち、腐食環境下に置かれていると、徐々に腐食が進行する。この為、各種の耐蝕性技術が提案されている。しかし、更なる耐蝕性技術が求められている。
【０００３】
【発明の開示】
前記の問題点に対する研究が本発明者によって鋭意押し進められた。
先ず、従来の製品についての検討が行われた。すなわちアルミニウム又はアルミニウム合金製（Ａｌ製）熱交換器において、ブレージングシートを用いて構成したフィンとチューブとを結合しているろう材（Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金）が如何なる状態にあるかを検討した。ろう付けに際して溶融したＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金は冷却する過程において、先ず、初晶α相が析出し、成長する。そして、共晶温度に至った時点で液相が凝固し、共晶相が形成され、そして室温まで冷却される。この時、理論的には、初晶α相のＳｉ固溶度と共晶α相のＳｉ固溶度とは同じである。しかし、凝固後の冷却過程で、共晶α相のＳｉは析出し易く、このため共晶α相のＳｉ固溶度は初晶α相のＳｉ固溶度より低くなっていることが判って来た。ところで、共晶α相のＳｉ固溶度が初晶α相のＳｉ固溶度より低いと言うことは、共晶α相は初晶α相よりも電気化学的に卑な状態にある。この為、腐食環境下にあると、共晶α相が優先的に溶解してしまい、残った初晶α相が脱落し、この脱落による減量が溶解減量よりも大きく寄与し、腐食速度が高くなると考えられた。この結果、フィンとチューブとが外れてしまい易くなる。
【０００４】
又、前記のような腐食（粒界腐食）が進行して行くと、ブレージングシートの芯材が露出し、孔食が芯材にまで進み易く、貫通孔が形成され易い。これがチューブの場合には致命的なものとなる。そして、ろう材と芯材との関係を鑑みると、芯材内部との電位差が最も大きいのは共晶α相であるが、この共晶α相におけるＳｉ固溶度は充分に小さいものではないから前記電位差が充分なものとは言えない。この為、ろう材に充分な犠牲陽極効果を期待することは出来ない。
【０００５】
このようなことから、初晶α相のＳｉ固溶度と共晶α相のＳｉ固溶度とを同等にすることが大事であると考えられた。特に、初晶α相のＳｉ固溶度と共晶α相のＳｉ固溶度とを同等にし、かつ、Ｓｉ固溶量を低くすることが好ましいことが判って来た。すなわち、斯の如くにしていると、ろう材のα相における電気化学的特性が等しくなり、初晶α相と共晶α相とは略同時に溶解し、全面溶解となって粒界腐食が起き難いものとなる。更には、α相は内部の芯材に対して大きな電位差を持つ卑なものとなり、犠牲陽極効果が発揮され、芯材の孔食が起き難いものとなる。
【０００６】
このような状態を達成する為には、ろう付け作業後に熱処理を施せば良いことが判った。すなわち、ろう付け作業後に熱処理を施すと、初晶α相に固溶したＳｉ量と共晶α相に固溶したＳｉ量とが同等に、かつ、Ｓｉ固溶量が低くなり、電気化学的特性は均等に、かつ、芯材に対して卑なものとなる。
このような知見を基にして本発明が達成されたものであり、耐蝕性に優れたＡｌ系製品を提供することを目的とする。
【０００７】
この本発明の目的は、芯材の表面に少なくともＳｉ及びＺｎを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材が設けられたＡｌ材料が用いられた製品の製造方法であって、前記ろう材によるろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で３分以上の熱処理を行うことを特徴とするＡｌ系製品の製造方法によって達成される。
又、少なくともＭｎを含むＡｌ合金からなる芯材の表面に少なくともＳｉ及びＺｎを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材が設けられたＡｌ材料が用いられた製品の製造方法であって、前記ろう材によるろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で３分以上の熱処理を行うことを特徴とするＡｌ系製品の製造方法によって達成される。
【０００８】
又、Ｃｕ，Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉの群の中から選ばれる少なくとも一種、及びＭｎを含むＡｌ合金からなる芯材の表面に少なくともＳｉ及びＺｎを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材が設けられたＡｌ材料が用いられた製品の製造方法であって、前記ろう材によるろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で３分以上の熱処理を行うことを特徴とするＡｌ系製品の製造方法によって達成される。
【０００９】
尚、上記Ａｌ材料は、芯材の表面（片面または両面）にろう材が貼り合わされた（クラッドされた）ブレージングシートであったり、芯材の表面にろう材粉末（粒子）を溶射若しくはバインダによって付けたシートが挙げられる。このようなシートを用いてフィンを成形したりチューブを成形する。
本発明におけるろう材はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金である。特に、Ｓｉ含有量が３〜１５ｗｔ％（より好ましくは３〜１１ｗｔ％、もっと好ましくは５〜１０ｗｔ％）、Ｚｎ含有量が０．１〜１５ｗｔ％（より好ましくは０．１〜１０ｗｔ％、もっと好ましくは１〜１０ｗｔ％）、残部がＡｌと不可避不純物とからなる。又、更に、０．００１〜０．１ｗｔ％のＩｎ、０．０１〜０．０７ｗｔ％のＢｅ、０．０２〜０．２０ｗｔ％のＢｉ等を含んでいても良い。
【００１０】
芯材としては純ＡｌあるいはＡｌ合金である。機械的強度が要求されない場合には純Ａｌでも良い。しかしながら、機械的強度を要求されることが多く、このような場合にはＡｌ合金が用いられる。特に、Ｍｎ含有量が０．１〜１．５ｗｔ％のＡｌ合金が用いられる。又、０．０５〜０．５ｗｔ％のＣｕ、０．３〜１．２ｗｔ％のＳｉ、０．０１〜０．１５ｗｔ％のＺｒ、０．０１〜０．２ｗｔ％のＴｉの中の一種または二種以上と０．１〜１．５ｗｔ％のＭｎとを少なくとも含有するＡｌ合金が用いられる。このようなＡｌ−Ｍｎ系合金あるいはＡｌ−Ｍｎ−Ｘ系合金を用いることによって、芯材として必要な機械的強度が確保される。
【００１１】
上記Ａｌ材料で作製されたシートを用いて構成した熱媒体の流路である管（チューブ、パテプ）とＡｌ製フィンとを組み合わし、ろう付けした後、冷却する。この冷却後の製品を１００〜４００℃の温度で３分以上（好ましくは１０分以上）熱処理する。熱処理温度が低い場合には、初晶α相のＳｉの固溶度と共晶α相のＳｉの固溶度との差をなくすことが出来なかったことより、１００℃以上とした。逆に、高くなり過ぎると、冷却時の析出過程において同じような固溶度差が生じ、本発明の熱処理の意味がなくなることから、４００℃以下とした。尚、好ましい熱処理温度は２００〜３００℃である。又、熱処理時間が短い場合には、初晶α相のＳｉの固溶度と共晶α相のＳｉの固溶度との差をなくすことが出来なかったことより、３分以上とした。熱処理時間は長くても差し支えなかったが、生産効率を考えると１０時間以内である。好ましい熱処理時間は１０分〜１０時間である。
【００１２】
以下、具体的な実施例を挙げて説明する。
【００１３】
【実施例】
〔実施例１〕
不可避不純物しか含まない純Ａｌからなる芯材の両面に、Ｓｉが８ｗｔ％、Ｚｎが３ｗｔ％で、残部がＡｌと不可避不純物からなるＡｌ−８Ｓｉ−３Ｚｎ合金ろう材をクラッド（クラッド率は片面１０％）した０．４ｍｍ厚のブレージングシートを用意した。そして、このブレージングシートを用いてチューブを構成した。
【００１４】
このチューブとＡｌ製フィンとを組み合わせ、不活性雰囲気下においてフッ化物系のフラックスを用いたろう付け手段により６００℃、３分間のろう付けを実施し、チューブとフィンとを結合した。
この熱交換器を表−１に示す条件で熱処理し、この後は空冷によって徐々に室温まで冷却し、耐蝕性テストを行ったので、その結果を表−１に示す。
【００１５】
＊耐蝕性テストは、酸性塩水噴霧試験を１日間実施し、ろう材の腐食形態を調べると共に、同様の試験を３０日間実施し、孔食深さを調べた。
【００１６】
〔実施例２〕
実施例１において、芯材としてＡｌ−１．２Ｍｎ−０．１５Ｃｕ合金を用い、かつ、ろう材としてＡｌ−８Ｓｉ−１Ｚｎ合金を用いた他は同様に行い、耐蝕性テストを行ったので、その結果を表−２に示す。
〔実施例３〕
実施例１において、芯材としてＡｌ−１．２Ｍｎ−０．５Ｃｕ−０．６Ｓｉ−０．１Ｚｒ合金を用い、かつ、ろう材としてＡｌ−８Ｓｉ−１Ｚｎ合金を用いた他は同様に行い、耐蝕性テストを行ったので、その結果を表−３に示す。
【００１７】
〔比較例〕
実施例１において、芯材としてＡｌ−１．２Ｍｎ−０．１５Ｃｕ合金を用い、かつ、ろう材としてＡｌ−８Ｓｉ合金を用いた他は同様に行い、耐蝕性テストを行ったので、その結果を表−４に示す。
【００１８】
【００１９】
【効果】
本発明によれば、耐蝕性に優れたＡｌ製熱交換器などの製品が得られる。
【産業上の利用分野】
本発明は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金をろう材として用いた熱交換器等の製品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
芯材の表面にろう材が貼り合わされたブレージングシートを用いてフィン（あるいはチューブ）を作製し、このフィンとチューブとを組み合わし、ろう付けすることによって熱交換器が製造されている。
この熱交換器に要求されている特性の一つとして耐蝕性に富むことが挙げられる。すなわち、腐食環境下に置かれていると、徐々に腐食が進行する。この為、各種の耐蝕性技術が提案されている。しかし、更なる耐蝕性技術が求められている。
【０００３】
【発明の開示】
前記の問題点に対する研究が本発明者によって鋭意押し進められた。
先ず、従来の製品についての検討が行われた。すなわちアルミニウム又はアルミニウム合金製（Ａｌ製）熱交換器において、ブレージングシートを用いて構成したフィンとチューブとを結合しているろう材（Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金）が如何なる状態にあるかを検討した。ろう付けに際して溶融したＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金は冷却する過程において、先ず、初晶α相が析出し、成長する。そして、共晶温度に至った時点で液相が凝固し、共晶相が形成され、そして室温まで冷却される。この時、理論的には、初晶α相のＳｉ固溶度と共晶α相のＳｉ固溶度とは同じである。しかし、凝固後の冷却過程で、共晶α相のＳｉは析出し易く、このため共晶α相のＳｉ固溶度は初晶α相のＳｉ固溶度より低くなっていることが判って来た。ところで、共晶α相のＳｉ固溶度が初晶α相のＳｉ固溶度より低いと言うことは、共晶α相は初晶α相よりも電気化学的に卑な状態にある。この為、腐食環境下にあると、共晶α相が優先的に溶解してしまい、残った初晶α相が脱落し、この脱落による減量が溶解減量よりも大きく寄与し、腐食速度が高くなると考えられた。この結果、フィンとチューブとが外れてしまい易くなる。
【０００４】
又、前記のような腐食（粒界腐食）が進行して行くと、ブレージングシートの芯材が露出し、孔食が芯材にまで進み易く、貫通孔が形成され易い。これがチューブの場合には致命的なものとなる。そして、ろう材と芯材との関係を鑑みると、芯材内部との電位差が最も大きいのは共晶α相であるが、この共晶α相におけるＳｉ固溶度は充分に小さいものではないから前記電位差が充分なものとは言えない。この為、ろう材に充分な犠牲陽極効果を期待することは出来ない。
【０００５】
このようなことから、初晶α相のＳｉ固溶度と共晶α相のＳｉ固溶度とを同等にすることが大事であると考えられた。特に、初晶α相のＳｉ固溶度と共晶α相のＳｉ固溶度とを同等にし、かつ、Ｓｉ固溶量を低くすることが好ましいことが判って来た。すなわち、斯の如くにしていると、ろう材のα相における電気化学的特性が等しくなり、初晶α相と共晶α相とは略同時に溶解し、全面溶解となって粒界腐食が起き難いものとなる。更には、α相は内部の芯材に対して大きな電位差を持つ卑なものとなり、犠牲陽極効果が発揮され、芯材の孔食が起き難いものとなる。
【０００６】
このような状態を達成する為には、ろう付け作業後に熱処理を施せば良いことが判った。すなわち、ろう付け作業後に熱処理を施すと、初晶α相に固溶したＳｉ量と共晶α相に固溶したＳｉ量とが同等に、かつ、Ｓｉ固溶量が低くなり、電気化学的特性は均等に、かつ、芯材に対して卑なものとなる。
このような知見を基にして本発明が達成されたものであり、耐蝕性に優れたＡｌ系製品を提供することを目的とする。
【０００７】
この本発明の目的は、芯材の表面に少なくともＳｉ及びＺｎを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材が設けられたＡｌ材料が用いられた製品の製造方法であって、前記ろう材によるろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で３分以上の熱処理を行うことを特徴とするＡｌ系製品の製造方法によって達成される。
又、少なくともＭｎを含むＡｌ合金からなる芯材の表面に少なくともＳｉ及びＺｎを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材が設けられたＡｌ材料が用いられた製品の製造方法であって、前記ろう材によるろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で３分以上の熱処理を行うことを特徴とするＡｌ系製品の製造方法によって達成される。
【０００８】
又、Ｃｕ，Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉの群の中から選ばれる少なくとも一種、及びＭｎを含むＡｌ合金からなる芯材の表面に少なくともＳｉ及びＺｎを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材が設けられたＡｌ材料が用いられた製品の製造方法であって、前記ろう材によるろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で３分以上の熱処理を行うことを特徴とするＡｌ系製品の製造方法によって達成される。
【０００９】
尚、上記Ａｌ材料は、芯材の表面（片面または両面）にろう材が貼り合わされた（クラッドされた）ブレージングシートであったり、芯材の表面にろう材粉末（粒子）を溶射若しくはバインダによって付けたシートが挙げられる。このようなシートを用いてフィンを成形したりチューブを成形する。
本発明におけるろう材はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金である。特に、Ｓｉ含有量が３〜１５ｗｔ％（より好ましくは３〜１１ｗｔ％、もっと好ましくは５〜１０ｗｔ％）、Ｚｎ含有量が０．１〜１５ｗｔ％（より好ましくは０．１〜１０ｗｔ％、もっと好ましくは１〜１０ｗｔ％）、残部がＡｌと不可避不純物とからなる。又、更に、０．００１〜０．１ｗｔ％のＩｎ、０．０１〜０．０７ｗｔ％のＢｅ、０．０２〜０．２０ｗｔ％のＢｉ等を含んでいても良い。
【００１０】
芯材としては純ＡｌあるいはＡｌ合金である。機械的強度が要求されない場合には純Ａｌでも良い。しかしながら、機械的強度を要求されることが多く、このような場合にはＡｌ合金が用いられる。特に、Ｍｎ含有量が０．１〜１．５ｗｔ％のＡｌ合金が用いられる。又、０．０５〜０．５ｗｔ％のＣｕ、０．３〜１．２ｗｔ％のＳｉ、０．０１〜０．１５ｗｔ％のＺｒ、０．０１〜０．２ｗｔ％のＴｉの中の一種または二種以上と０．１〜１．５ｗｔ％のＭｎとを少なくとも含有するＡｌ合金が用いられる。このようなＡｌ−Ｍｎ系合金あるいはＡｌ−Ｍｎ−Ｘ系合金を用いることによって、芯材として必要な機械的強度が確保される。
【００１１】
上記Ａｌ材料で作製されたシートを用いて構成した熱媒体の流路である管（チューブ、パテプ）とＡｌ製フィンとを組み合わし、ろう付けした後、冷却する。この冷却後の製品を１００〜４００℃の温度で３分以上（好ましくは１０分以上）熱処理する。熱処理温度が低い場合には、初晶α相のＳｉの固溶度と共晶α相のＳｉの固溶度との差をなくすことが出来なかったことより、１００℃以上とした。逆に、高くなり過ぎると、冷却時の析出過程において同じような固溶度差が生じ、本発明の熱処理の意味がなくなることから、４００℃以下とした。尚、好ましい熱処理温度は２００〜３００℃である。又、熱処理時間が短い場合には、初晶α相のＳｉの固溶度と共晶α相のＳｉの固溶度との差をなくすことが出来なかったことより、３分以上とした。熱処理時間は長くても差し支えなかったが、生産効率を考えると１０時間以内である。好ましい熱処理時間は１０分〜１０時間である。
【００１２】
以下、具体的な実施例を挙げて説明する。
【００１３】
【実施例】
〔実施例１〕
不可避不純物しか含まない純Ａｌからなる芯材の両面に、Ｓｉが８ｗｔ％、Ｚｎが３ｗｔ％で、残部がＡｌと不可避不純物からなるＡｌ−８Ｓｉ−３Ｚｎ合金ろう材をクラッド（クラッド率は片面１０％）した０．４ｍｍ厚のブレージングシートを用意した。そして、このブレージングシートを用いてチューブを構成した。
【００１４】
このチューブとＡｌ製フィンとを組み合わせ、不活性雰囲気下においてフッ化物系のフラックスを用いたろう付け手段により６００℃、３分間のろう付けを実施し、チューブとフィンとを結合した。
この熱交換器を表−１に示す条件で熱処理し、この後は空冷によって徐々に室温まで冷却し、耐蝕性テストを行ったので、その結果を表−１に示す。
【００１５】
【００１６】
〔実施例２〕
実施例１において、芯材としてＡｌ−１．２Ｍｎ−０．１５Ｃｕ合金を用い、かつ、ろう材としてＡｌ−８Ｓｉ−１Ｚｎ合金を用いた他は同様に行い、耐蝕性テストを行ったので、その結果を表−２に示す。
実施例１において、芯材としてＡｌ−１．２Ｍｎ−０．５Ｃｕ−０．６Ｓｉ−０．１Ｚｒ合金を用い、かつ、ろう材としてＡｌ−８Ｓｉ−１Ｚｎ合金を用いた他は同様に行い、耐蝕性テストを行ったので、その結果を表−３に示す。
【００１７】
実施例１において、芯材としてＡｌ−１．２Ｍｎ−０．１５Ｃｕ合金を用い、かつ、ろう材としてＡｌ−８Ｓｉ合金を用いた他は同様に行い、耐蝕性テストを行ったので、その結果を表−４に示す。
【００１８】
【効果】
本発明によれば、耐蝕性に優れたＡｌ製熱交換器などの製品が得られる。
Claims (8)
- 芯材の表面に少なくともＳｉ及びＺｎを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材が設けられたＡｌ材料が用いられた製品の製造方法であって、前記ろう材によるろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で３分以上の熱処理を行うことを特徴とするＡｌ系製品の製造方法。
- 少なくともＭｎを含むＡｌ合金からなる芯材の表面に少なくともＳｉ及びＺｎを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材が設けられたＡｌ材料が用いられた製品の製造方法であって、前記ろう材によるろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で３分以上の熱処理を行うことを特徴とするＡｌ系製品の製造方法。
- Ｃｕ，Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉの群の中から選ばれる少なくとも一種、及びＭｎを含むＡｌ合金からなる芯材の表面に少なくともＳｉ及びＺｎを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材が設けられたＡｌ材料が用いられた製品の製造方法であって、前記ろう材によるろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で３分以上の熱処理を行うことを特徴とするＡｌ系製品の製造方法。
- Ａｌ材料は、芯材の表面にろう材が貼り合わされたものであることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかのＡｌ系製品の製造方法。
- Ａｌ材料は、芯材の表面にろう材粒子が設けられたものであることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかのＡｌ系製品の製造方法。
- ろう材は、Ｓｉ含有量が３〜１５ｗｔ％、Ｚｎ含有量が０．１〜１５ｗｔ％、必要に応じてＩｎを０．００１〜０．１ｗｔ％、Ｂｅを０．０１〜０．０７ｗｔ％、及びＢｉを０．０２〜０．２０ｗｔ％、そして残部がＡｌと不可避不純物であることを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかのＡｌ系製品の製造方法。
- Ａｌ合金からなる芯材におけるＭｎ含有量が０．１〜１．５ｗｔ％であることを特徴とする請求項２又は請求項３のＡｌ系製品の製造方法。
- Ａｌ合金からなる芯材におけるＣｕを含有した場合のＣｕ含有量は０．０５〜０．５ｗｔ％、Ｓｉを含有した場合のＳｉ含有量は０．３〜１．２ｗｔ％、Ｚｒを含有した場合のＺｒ含有量は０．０１〜０．１５ｗｔ％、Ｔｉを含有した場合のＴｉ含有量は０．０１〜０．２ｗｔ％であることを特徴とする請求項３のＡｌ系製品の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP5298795A JP3549028B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | Ａｌ系製品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP5298795A JP3549028B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | Ａｌ系製品の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08243734A JPH08243734A (ja) | 1996-09-24 |
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ID=12930280
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| JP5298795A Expired - Fee Related JP3549028B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | Ａｌ系製品の製造方法 |
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| JP5118983B2 (ja) * | 2008-01-29 | 2013-01-16 | 三菱アルミニウム株式会社 | 熱交換器用ブレージングシート、熱交換器及びその製造方法 |
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| JP2012097320A (ja) * | 2010-11-02 | 2012-05-24 | Furukawa-Sky Aluminum Corp | アルミニウム製熱交換器およびその製造方法 |
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| JP6480367B2 (ja) * | 2016-03-16 | 2019-03-06 | 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 |
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1995
- 1995-03-13 JP JP5298795A patent/JP3549028B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH08243734A (ja) | 1996-09-24 |
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