JP3601197B2 - 長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造 - Google Patents
長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造に関するものであり、特に熱交換器など各種構造用部材のろう付け構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ラジエータなど熱交換器は、芯材とフィンをろう付け部で接合したろう付け構造を有していることは一般に知られているところであり、このろう付け構造の一部断面図を図１に示す。図１において、２は芯材、３はフィン、１はろう付け部である。このろう付け構造の芯材２は、通常、ＪＩＳ ３００３（重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物）Ａｌ−Ｍｎ系合金で構成されており、芯材２の片面にＪＩＳ ４０４５（重量％で、Ｓｉ：９．０〜１１．０％、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｆｅ：０．８％以下、Ｍｎ：０．０５以下％、Ｍｇ：０．０５以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物）などのＡｌ−Ｓｉ系Ａｌ合金ろう材５をクラッドしてなるブレージングシートにフィンを接触させた状態で加熱すると、ろう材５溶融し、表面張力によってろう付け部１が形成され、ろう付け構造が形成される。
【０００３】
さらにフィン３のろう付け部１と反対側に図１に示されるようなＡｌ合金犠牲陽極皮材４が形成されていると耐食性が向上する。したがって、ラジエータなど熱交換器のチューブ内に腐食性の強い冷媒を流すブレージングシートは、Ａｌ−Ｓｉ系Ａｌ合金ろう材と反対の芯材の他方の片面にＭｇ：０．３〜２．５％を含有するＡｌ合金犠牲陽極皮材、Ｍｇ：０．３〜２．５％、Ｚｎ：２％以下を含有するＡｌ合金犠牲陽極皮材またはＭｇ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．２〜１．５％を含有し、さらにＣｕ：０．５％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｚｒ：０．２％以下を含有するＡｌ合金犠牲陽極皮材をクラッドしてなるものが使用される。
【０００４】
前記Ａｌ−Ｓｉ系Ａｌ合金ろう材で形成されたろう付け部は、Ｓｉの含有により電位が貴になるため、被接合材との電位差が小さく、犠牲陽極効果が劣る。したがって、Ｚｎを添加することによりろう付け部の電位を被接合材の電位よりも卑とし、犠牲陽極効果を改善している。ろう付けは、通常、固相であるα相が液相中に一部晶出している固液共存の領域で行われるが、ろう付け時に接合に寄与するのは液相であり、これが流動することにより被接合材と接合される。ろう付け後はろう付け時に液相であったのが共晶組織となり、共晶組織におけるα相を以下「共晶α相」と呼び、固液共存の領域において晶出しているα相の固相を以下「初晶α相」と呼ぶと、初晶α相はろう付け部全体に占める体積比率が大きく、共晶α相はろう付け部全体に占める体積比率が比較的少ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記Ａｌ−Ｓｉ系Ａｌ合金ろう材で形成されたろう付け部のＳｉの固溶量は、初晶α相の方が共晶α相よりも多くなる。さらに、Ｚｎを添加したろう材では、ろう付け時に、液相にＺｎが濃縮し、ろう付け後は共晶α相のＺｎ固溶量は初晶α相に比べて多くなる。これはＡｌ−Ｚｎ二元平衡状態図からも理解できる。このようにろう付けして得られたろう付け部の組織は、ＳｉおよびＺｎの固溶量の違いにより、共晶α相は初晶α相に比べて電気化学的に卑になり優先的に腐食される。したがって、ろう付け部とＡｌ合金の隣接部の大部分がろう付け時に流動してできた共晶α相からなるため、優先的に腐食が進行し、早期に被接合材との剥離が起こり、接合強度が低下してしまうという課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは、かかる観点から、従来よりも長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造を得るべく研究を行った結果、
（Ｉ）Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付けして得られた（ａ）重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するろう付け部、（ｂ）重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％、の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するろう付け部、（ｃ）重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するろう付け部、並びに（ｄ）重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％の内の１種または２種を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するろう付け部は、いずれも初晶α相および共晶α相が共存した組織を有しており、この組織における共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴であると、長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができる、
（II）ろう付け部の共晶α相および初晶α相からなる組織における共晶α相を初晶α相よりも電気化学的に貴にするには、ろう付け後の５８０℃から４００℃の間の冷却速度を３５〜２００℃／ｍｉｎで冷却することによって形成することができる、
という知見を得たのである。
【０００７】
この発明は、かかる知見に基づいて成されたものであって、
（１）Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（２）Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％、の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（３）Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（４）Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％の内の１種または２種を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、に特徴を有するものである。
【０００８】
この発明の長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造を構成する芯材およびフィン材などのＡｌ合金は、いかなるＡｌ合金でも良く、特に限定されるものではないが、重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金であることが特に好ましい。したがって、この発明は、
（５）重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（６）重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（７）重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（８）重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％の内の１種または２種を含有し、さらにＢｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、に特徴を有するものである。
【０００９】
この発明の長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造のろう付け部は、
（ｉ）ろう付け部の成分組成と同じ成分組成を有するＡｌ合金ろう材をクラッドしてなるブレージングシートを接触させた状態で加熱することにより、
（ii）ろう付け部の成分組成と同じ成分組成を有するＡｌ合金ろう材粉末とフラックスおよび溶剤もしくは溶剤とバインダーからなるペーストを加熱することにより、または、
（iii)ろう付け部の成分組成と同じ成分組成を有するプリフォームされたＡｌ合金ろう材を加熱することにより、それぞれ形成することができる。
【００１０】
この発明の長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造のろう付け部は、共晶α相中のＣｕ固溶量が重要で、Ｃｕ固溶量が少ないと、共晶α相の電位が初晶α相よりも卑になるが、多いと共晶α相の電位は初晶α相よりも貴になる。これは、ろう付け後の冷却速度に大きく依存し、冷却速度が遅いとＣｕの固溶量が少なくなって共晶α相の電位が初晶α相よりも卑になってしまう。したがって、冷却速度は、ろう付け後の５８０℃から４００℃の間の冷却速度が早い方が好ましく、３５℃／ｍｉｎ以上が好ましい。しかし、熱交換器の実機炉では２００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度を得ることは難しいため、冷却速度は３５〜２００℃／ｍｉｎに定めた。特にこの発明の長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造は、熱交換器のろう付け構造として用いるのが好ましく、特に自動車の熱交換器のろう付け構造として用いるのが好ましい。
【００１１】
次に、この発明のろう付け性および長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造の成分組成を上述のごとく限定した理由を述べる。
Ｓｉ：
ろう付け部におけるＳｉは、ろう付け部形成時のろう材の融点を低下させるとともに流動性を付与し、きれいなろう付け部を形成する成分であるが、その含有量が３％未満では所望の効果が得られず、一方、１２％を越えると加工性が低下すると共に、ろう材の融点が低下して被接合部材が浸食され、さらに初晶Ｓｉの出現により腐食速度が増大するので好ましくない。したがって、ろう付け部におけるＳｉの含有量は３〜１２％に定めた。Ｓｉの含有量の一層好ましい範囲は５〜１０％である。
【００１２】
Ｚｎ：
ろう付け部におけるＺｎは、ろう付け部形成時に被接合部材に拡散してろう材表面から心材内部へ電気化学的性質の勾配、すなわち電位勾配を形成する作用があるが、その含有量が５％未満では所望の効果が得られず、一方、１５％を越えて含有すると、ろう付け部の腐食速度が大きくなり、また、圧延などの加工性が低下するので好ましくない。したがって、Ｚｎ：５〜１５％に定めた。Ｚｎの含有量の一層好ましい範囲は６〜１０％である。
【００１３】
Ｃｕ：
Ｃｕは、ろう付け部形成時に共晶α相に濃縮することにより、ろう付け部の共晶α相の電気化学的性質を貴にし、初晶α相を優先的に溶解させて、Ａｌ合金と被接合部材の隣接部の耐食性および接合強度を維持する作用があるが、その含有量が０．０１％未満では所望の効果が得られず、一方、０．２％を越えて含有すると、共晶α相へ濃縮したＣｕが析出し、カソードとなるためにろう付け部の腐食速度が急激に大きくなり、防食効果の寿命が短縮されるので好ましくない。したがって、Ｃｕ：０．０１〜０．２％に定めた。Ｃｕの含有量の一層好ましい範囲は０．０５〜０．１％である。
【００１４】
Ｉｎ、Ｓｎ：
これら成分は、いずれもろう付け部の電気化学的性質を卑にし、被接合部材に対する犠牲陽極効果を向上させる成分であるので必要に応じて添加するが、その含有量がそれぞれＩｎ：０．００１％未満、Ｓｎ：０．００１％未満では所望の効果が得られず、一方、Ｉｎ：０．３％を越え、Ｓｎ：０．３％を越えて含有すると圧延などの加工性が低下すると共に、腐食速度が大きくなり、防食効果の寿命が短縮されるので好ましくない。したがって、ろう付け部におけるＩｎ、Ｓｎの含有量は、それぞれＩｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％に定めた。これら成分の一層好ましい範囲は、Ｉｎ：０．０１〜０．２％、Ｓｎ：０．０１〜０．２％である。
【００１５】
Ｂｉ、Ｂｅ：
これら成分は、いずれもろう付け部の機械的性質を向上させ、ろう付け部形成時のろう材の流動性を向上させる成分であるので、必要に応じて添加するが、その含有量がそれぞれＢｉ：０．０１％未満、Ｂｅ：０．０００５％未満では所望の効果が得られず、一方、Ｂｉ：０．１％を越え、Ｂｅ：０．１％を越えて含有すると加工性が低下するので好ましくない。したがって、ろう付け部におけるＢｉ、Ｂｅの含有量は、それぞれＢｉ：０．０１〜０．１％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％に定めた。これら成分の一層好ましい範囲は、Ｂｉ：０．０３〜０．０５％、Ｂｅ：０．００１〜０．０５％である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ＪＩＳ ３００３のＡｌ合金（Ｓｉ：０．６％、Ｆｅ：０．７％、Ｍｇ：０．１％以下、Ｍｎ：１．２％、Ｚｎ：０．１０％以下を含有し、残部：Ａｌおよび不可避不純物）からなる厚さ：０．９５ｍｍの圧延板を心材とし、その表面に表１〜表２に示す成分組成を有し、厚さ：０．０５ｍｍＡｌ合金ろう材Ａ〜Ｔをクラッドしたブレージングシートを作製した。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
これらＪＩＳ ３００３のＡｌ合金に表１〜表２に示す成分組成のろう材Ａ〜Ｔをクラッドしたブレージングシートにそれぞれ厚さ：０．１ｍｍのフィンを組み付けた後、これらを窒素ガス雰囲気中、温度：６００℃、３分間保持の条件でろう付けし、のど厚：０．５ｍｍのろう付け部を形成し、このろう付け部を５８０℃から４００℃までを表３〜表５に示される冷却速度で冷却することにより、表１〜表２に示す成分組成のろう材Ａ〜Ｔと同じ組成および表３〜表５に示される電位の共晶α相および初晶α相からなる組織を持ったろう付け部を有する本発明ろう付け構造１〜１５および比較ろう付け構造１〜７を作製した。
【００２０】
ろう付け構造のろう付け部の組織における共晶α相および初晶α相の電位は、ろう付け部表面を研磨して表面を平滑面とし、その表面を光学顕微鏡（１００倍）で観察し、まず、初晶α相を塗装シールし、塗膜が乾燥した後、３．５％食塩水（２５℃）に浸漬して電位計で電位を測定することにより共晶α相の電位を決定し、次に、共晶α相を塗装シールし、塗膜が乾燥した後、３．５％食塩水（２５℃）に浸漬して電位計で電位を測定することにより初晶α相の電位を決定することにより求めた。
【００２１】
このようにして得られた本発明ろう付け構造１〜１５および比較ろう付け構造１〜７をＡＳＴＭ規格Ｇ８５−８５に規定される２０日間のＳＷＡＡＴ耐食試験（噴霧液の酢酸酸性人工海水を５０℃で３０分間噴霧し、さらに５０℃で９０分間湿潤させる試験）を行い、ろう付け部の最大孔食深さを測定し、その結果を表３〜表５に示し、ろう付け部の耐食性を評価した。
【００２２】
さらに前記ＳＷＡＡＴ耐食試験した本発明ろう付け構造１〜１５および比較ろう付け構造１〜７のフィンを引きむしり取り、破断する個所を観察し、その結果を表３〜表５に示し、ろう付け部の強度を評価した。ろう付け構造のろう付け部に形成された孔食深さが短ければろう付け部の強度が確保され、フィンが破断するが、孔食深さが長いとろう付け部の強度が低下してろう付け部が破断するところから、ろう付け部の強度が評価できる。
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
【表５】
【００２６】
【発明の効果】
表３〜表５に示される結果から、本発明ろう付け構造１〜１５は、比較ろう付け構造１〜７に比べて、ろう付け部の強度が不足したり、ろう付け部の最大孔食深さが大きくて腐食しやすかったりするなど好ましくない特性が現れることが分かる。
上述のように、この発明のろう付け構造は、長期にわたって優れた耐食性および強度が共に優れ、産業の発展に大いに貢献し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ろう付け構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ろう付け部
２ 芯材
３ フィン
４ 犠牲陽極皮材
５ ろう材
【発明の属する技術分野】
この発明は、長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造に関するものであり、特に熱交換器など各種構造用部材のろう付け構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ラジエータなど熱交換器は、芯材とフィンをろう付け部で接合したろう付け構造を有していることは一般に知られているところであり、このろう付け構造の一部断面図を図１に示す。図１において、２は芯材、３はフィン、１はろう付け部である。このろう付け構造の芯材２は、通常、ＪＩＳ ３００３（重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物）Ａｌ−Ｍｎ系合金で構成されており、芯材２の片面にＪＩＳ ４０４５（重量％で、Ｓｉ：９．０〜１１．０％、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｆｅ：０．８％以下、Ｍｎ：０．０５以下％、Ｍｇ：０．０５以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物）などのＡｌ−Ｓｉ系Ａｌ合金ろう材５をクラッドしてなるブレージングシートにフィンを接触させた状態で加熱すると、ろう材５溶融し、表面張力によってろう付け部１が形成され、ろう付け構造が形成される。
【０００３】
さらにフィン３のろう付け部１と反対側に図１に示されるようなＡｌ合金犠牲陽極皮材４が形成されていると耐食性が向上する。したがって、ラジエータなど熱交換器のチューブ内に腐食性の強い冷媒を流すブレージングシートは、Ａｌ−Ｓｉ系Ａｌ合金ろう材と反対の芯材の他方の片面にＭｇ：０．３〜２．５％を含有するＡｌ合金犠牲陽極皮材、Ｍｇ：０．３〜２．５％、Ｚｎ：２％以下を含有するＡｌ合金犠牲陽極皮材またはＭｇ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．２〜１．５％を含有し、さらにＣｕ：０．５％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｚｒ：０．２％以下を含有するＡｌ合金犠牲陽極皮材をクラッドしてなるものが使用される。
【０００４】
前記Ａｌ−Ｓｉ系Ａｌ合金ろう材で形成されたろう付け部は、Ｓｉの含有により電位が貴になるため、被接合材との電位差が小さく、犠牲陽極効果が劣る。したがって、Ｚｎを添加することによりろう付け部の電位を被接合材の電位よりも卑とし、犠牲陽極効果を改善している。ろう付けは、通常、固相であるα相が液相中に一部晶出している固液共存の領域で行われるが、ろう付け時に接合に寄与するのは液相であり、これが流動することにより被接合材と接合される。ろう付け後はろう付け時に液相であったのが共晶組織となり、共晶組織におけるα相を以下「共晶α相」と呼び、固液共存の領域において晶出しているα相の固相を以下「初晶α相」と呼ぶと、初晶α相はろう付け部全体に占める体積比率が大きく、共晶α相はろう付け部全体に占める体積比率が比較的少ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記Ａｌ−Ｓｉ系Ａｌ合金ろう材で形成されたろう付け部のＳｉの固溶量は、初晶α相の方が共晶α相よりも多くなる。さらに、Ｚｎを添加したろう材では、ろう付け時に、液相にＺｎが濃縮し、ろう付け後は共晶α相のＺｎ固溶量は初晶α相に比べて多くなる。これはＡｌ−Ｚｎ二元平衡状態図からも理解できる。このようにろう付けして得られたろう付け部の組織は、ＳｉおよびＺｎの固溶量の違いにより、共晶α相は初晶α相に比べて電気化学的に卑になり優先的に腐食される。したがって、ろう付け部とＡｌ合金の隣接部の大部分がろう付け時に流動してできた共晶α相からなるため、優先的に腐食が進行し、早期に被接合材との剥離が起こり、接合強度が低下してしまうという課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは、かかる観点から、従来よりも長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造を得るべく研究を行った結果、
（Ｉ）Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付けして得られた（ａ）重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するろう付け部、（ｂ）重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％、の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するろう付け部、（ｃ）重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するろう付け部、並びに（ｄ）重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％の内の１種または２種を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するろう付け部は、いずれも初晶α相および共晶α相が共存した組織を有しており、この組織における共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴であると、長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができる、
（II）ろう付け部の共晶α相および初晶α相からなる組織における共晶α相を初晶α相よりも電気化学的に貴にするには、ろう付け後の５８０℃から４００℃の間の冷却速度を３５〜２００℃／ｍｉｎで冷却することによって形成することができる、
という知見を得たのである。
【０００７】
この発明は、かかる知見に基づいて成されたものであって、
（１）Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（２）Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％、の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（３）Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（４）Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％の内の１種または２種を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、に特徴を有するものである。
【０００８】
この発明の長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造を構成する芯材およびフィン材などのＡｌ合金は、いかなるＡｌ合金でも良く、特に限定されるものではないが、重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金であることが特に好ましい。したがって、この発明は、
（５）重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（６）重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（７）重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、
（８）重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％の内の１種または２種を含有し、さらにＢｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造、に特徴を有するものである。
【０００９】
この発明の長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造のろう付け部は、
（ｉ）ろう付け部の成分組成と同じ成分組成を有するＡｌ合金ろう材をクラッドしてなるブレージングシートを接触させた状態で加熱することにより、
（ii）ろう付け部の成分組成と同じ成分組成を有するＡｌ合金ろう材粉末とフラックスおよび溶剤もしくは溶剤とバインダーからなるペーストを加熱することにより、または、
（iii)ろう付け部の成分組成と同じ成分組成を有するプリフォームされたＡｌ合金ろう材を加熱することにより、それぞれ形成することができる。
【００１０】
この発明の長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造のろう付け部は、共晶α相中のＣｕ固溶量が重要で、Ｃｕ固溶量が少ないと、共晶α相の電位が初晶α相よりも卑になるが、多いと共晶α相の電位は初晶α相よりも貴になる。これは、ろう付け後の冷却速度に大きく依存し、冷却速度が遅いとＣｕの固溶量が少なくなって共晶α相の電位が初晶α相よりも卑になってしまう。したがって、冷却速度は、ろう付け後の５８０℃から４００℃の間の冷却速度が早い方が好ましく、３５℃／ｍｉｎ以上が好ましい。しかし、熱交換器の実機炉では２００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度を得ることは難しいため、冷却速度は３５〜２００℃／ｍｉｎに定めた。特にこの発明の長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造は、熱交換器のろう付け構造として用いるのが好ましく、特に自動車の熱交換器のろう付け構造として用いるのが好ましい。
【００１１】
次に、この発明のろう付け性および長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造の成分組成を上述のごとく限定した理由を述べる。
Ｓｉ：
ろう付け部におけるＳｉは、ろう付け部形成時のろう材の融点を低下させるとともに流動性を付与し、きれいなろう付け部を形成する成分であるが、その含有量が３％未満では所望の効果が得られず、一方、１２％を越えると加工性が低下すると共に、ろう材の融点が低下して被接合部材が浸食され、さらに初晶Ｓｉの出現により腐食速度が増大するので好ましくない。したがって、ろう付け部におけるＳｉの含有量は３〜１２％に定めた。Ｓｉの含有量の一層好ましい範囲は５〜１０％である。
【００１２】
Ｚｎ：
ろう付け部におけるＺｎは、ろう付け部形成時に被接合部材に拡散してろう材表面から心材内部へ電気化学的性質の勾配、すなわち電位勾配を形成する作用があるが、その含有量が５％未満では所望の効果が得られず、一方、１５％を越えて含有すると、ろう付け部の腐食速度が大きくなり、また、圧延などの加工性が低下するので好ましくない。したがって、Ｚｎ：５〜１５％に定めた。Ｚｎの含有量の一層好ましい範囲は６〜１０％である。
【００１３】
Ｃｕ：
Ｃｕは、ろう付け部形成時に共晶α相に濃縮することにより、ろう付け部の共晶α相の電気化学的性質を貴にし、初晶α相を優先的に溶解させて、Ａｌ合金と被接合部材の隣接部の耐食性および接合強度を維持する作用があるが、その含有量が０．０１％未満では所望の効果が得られず、一方、０．２％を越えて含有すると、共晶α相へ濃縮したＣｕが析出し、カソードとなるためにろう付け部の腐食速度が急激に大きくなり、防食効果の寿命が短縮されるので好ましくない。したがって、Ｃｕ：０．０１〜０．２％に定めた。Ｃｕの含有量の一層好ましい範囲は０．０５〜０．１％である。
【００１４】
Ｉｎ、Ｓｎ：
これら成分は、いずれもろう付け部の電気化学的性質を卑にし、被接合部材に対する犠牲陽極効果を向上させる成分であるので必要に応じて添加するが、その含有量がそれぞれＩｎ：０．００１％未満、Ｓｎ：０．００１％未満では所望の効果が得られず、一方、Ｉｎ：０．３％を越え、Ｓｎ：０．３％を越えて含有すると圧延などの加工性が低下すると共に、腐食速度が大きくなり、防食効果の寿命が短縮されるので好ましくない。したがって、ろう付け部におけるＩｎ、Ｓｎの含有量は、それぞれＩｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％に定めた。これら成分の一層好ましい範囲は、Ｉｎ：０．０１〜０．２％、Ｓｎ：０．０１〜０．２％である。
【００１５】
Ｂｉ、Ｂｅ：
これら成分は、いずれもろう付け部の機械的性質を向上させ、ろう付け部形成時のろう材の流動性を向上させる成分であるので、必要に応じて添加するが、その含有量がそれぞれＢｉ：０．０１％未満、Ｂｅ：０．０００５％未満では所望の効果が得られず、一方、Ｂｉ：０．１％を越え、Ｂｅ：０．１％を越えて含有すると加工性が低下するので好ましくない。したがって、ろう付け部におけるＢｉ、Ｂｅの含有量は、それぞれＢｉ：０．０１〜０．１％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％に定めた。これら成分の一層好ましい範囲は、Ｂｉ：０．０３〜０．０５％、Ｂｅ：０．００１〜０．０５％である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ＪＩＳ ３００３のＡｌ合金（Ｓｉ：０．６％、Ｆｅ：０．７％、Ｍｇ：０．１％以下、Ｍｎ：１．２％、Ｚｎ：０．１０％以下を含有し、残部：Ａｌおよび不可避不純物）からなる厚さ：０．９５ｍｍの圧延板を心材とし、その表面に表１〜表２に示す成分組成を有し、厚さ：０．０５ｍｍＡｌ合金ろう材Ａ〜Ｔをクラッドしたブレージングシートを作製した。
【００１７】
【表１】
【表２】
これらＪＩＳ ３００３のＡｌ合金に表１〜表２に示す成分組成のろう材Ａ〜Ｔをクラッドしたブレージングシートにそれぞれ厚さ：０．１ｍｍのフィンを組み付けた後、これらを窒素ガス雰囲気中、温度：６００℃、３分間保持の条件でろう付けし、のど厚：０．５ｍｍのろう付け部を形成し、このろう付け部を５８０℃から４００℃までを表３〜表５に示される冷却速度で冷却することにより、表１〜表２に示す成分組成のろう材Ａ〜Ｔと同じ組成および表３〜表５に示される電位の共晶α相および初晶α相からなる組織を持ったろう付け部を有する本発明ろう付け構造１〜１５および比較ろう付け構造１〜７を作製した。
【００２０】
ろう付け構造のろう付け部の組織における共晶α相および初晶α相の電位は、ろう付け部表面を研磨して表面を平滑面とし、その表面を光学顕微鏡（１００倍）で観察し、まず、初晶α相を塗装シールし、塗膜が乾燥した後、３．５％食塩水（２５℃）に浸漬して電位計で電位を測定することにより共晶α相の電位を決定し、次に、共晶α相を塗装シールし、塗膜が乾燥した後、３．５％食塩水（２５℃）に浸漬して電位計で電位を測定することにより初晶α相の電位を決定することにより求めた。
【００２１】
このようにして得られた本発明ろう付け構造１〜１５および比較ろう付け構造１〜７をＡＳＴＭ規格Ｇ８５−８５に規定される２０日間のＳＷＡＡＴ耐食試験（噴霧液の酢酸酸性人工海水を５０℃で３０分間噴霧し、さらに５０℃で９０分間湿潤させる試験）を行い、ろう付け部の最大孔食深さを測定し、その結果を表３〜表５に示し、ろう付け部の耐食性を評価した。
【００２２】
さらに前記ＳＷＡＡＴ耐食試験した本発明ろう付け構造１〜１５および比較ろう付け構造１〜７のフィンを引きむしり取り、破断する個所を観察し、その結果を表３〜表５に示し、ろう付け部の強度を評価した。ろう付け構造のろう付け部に形成された孔食深さが短ければろう付け部の強度が確保され、フィンが破断するが、孔食深さが長いとろう付け部の強度が低下してろう付け部が破断するところから、ろう付け部の強度が評価できる。
【００２３】
【表３】
【表４】
【表５】
【発明の効果】
表３〜表５に示される結果から、本発明ろう付け構造１〜１５は、比較ろう付け構造１〜７に比べて、ろう付け部の強度が不足したり、ろう付け部の最大孔食深さが大きくて腐食しやすかったりするなど好ましくない特性が現れることが分かる。
上述のように、この発明のろう付け構造は、長期にわたって優れた耐食性および強度が共に優れ、産業の発展に大いに貢献し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ろう付け構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ろう付け部
２ 芯材
３ フィン
４ 犠牲陽極皮材
５ ろう材
Claims (5)
- Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有することを特徴とする長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造。 - Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％、の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有することを特徴とする長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造。 - Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有することを特徴とする長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造。 - Ａｌ合金とＡｌ合金をろう付け部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、
重量％で、Ｓｉ：３〜１２％、Ｚｎ：５〜１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．２％を含有し、さらに、Ｉｎ：０．００１〜０．３％、Ｓｎ：０．００１〜０．３％の内の１種または２種を含有し、さらに、Ｂｉ：０．０１〜０．５％、Ｂｅ：０．０００５〜０．１％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である組織を有することを特徴とする長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造。 - 前記Ａｌ合金は、重量％で、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｚｒ：０．７以下％、Ｚｎ：０．１０以下％、残部：Ａｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系合金であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造。
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