JP3651582B2 - アルミニウムブレージングシート - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車ラジエータのヘッダ及びサイドプレート等に使用されるアルミニウムブレージングシートに関し、高強度、高成形性を有し、且つろう付性が優れたろう付用アルミニウムブレージングシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のラジエータのヘッダ及びサイドプレート等に使用されるろう付用アルミニウムブレージングシートとしては、芯材にＪＩＳ３００３等のＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金、ろう材に４０４５、４３４３等のＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金、犠牲陽極として作用する皮材にＡｌ−Ｚｎ系アルミニウム合金が使用されている。しかし、ＪＩＳ３００３等のＡｌ−Ｍｎ合金を芯材としたブレージングシートのろう付後強度は１１０ＭＰａ程度であり、強度が不十分であると共に、耐食性も十分であるとはいえない。ろう付後強度を向上するためには、芯材へのＭｇの添加が有効であるが、ノコロックろう付法においては、芯材にＭｇを添加したブレージングシートはろう付性が著しく低下するため、芯材にＭｇを添加することは好ましくない。
【０００３】
そこで、ろう付性を阻害することなく、ろう付後強度を向上させる技術として、特開平４−１９３９２６号公報、特開平５−２３０５７７号公報、特開平６−１４５８５９号公報、特開平６−２１２３３１号公報等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの公報に記載された従来技術では、ブレージングシートの一層の薄肉化を図ることができないという問題点がある。
【０００５】
特開平４−１９３９２６号公報に記載された従来技術においては、高強度化のために犠牲陽極皮材にＳｉを添加しているため、また、特開平５−２３０５７７号公報においては、Ｆｅを規制していないため、成形性が低く、ヘッダのプレス加工時に割れが発生するおそれがある。
【０００６】
特開平６−１４５８５９号公報、特開平６−２１２３３１号公報においては、犠牲陽極皮材へのＺｎ添加量が多いため、成形性が低く、プレス加工時に割れが発生する可能性がある。
【０００７】
また、特開平６−２１２３３１号公報は、高強度化のために犠牲陽極材にＭｎを添加しているため、成形性が低く、ヘッダのプレス加工時に割れが発生するおそれがある。
【０００８】
以上のように、従来の技術では、ろう付後強度、ろう付性及び成形性の全てを兼ね備えたブレージングシートを得ることは困難であった。
【０００９】
しかしながら、自動車ラジエータ及びヒータコアのような熱交換器においては、軽量化及び製造コストの低減を図るため、素材の薄肉化が要望されており、このため、ろう付けに使用されるアルミニウムブレージングシートもその薄肉化が強く要望されている。
【００１０】
また、従来の高強度材では、板材から成形加工又は穴あけ加工を行った場合、そり又はスプリングバックが発生し安定した形状が保てないという問題点があった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ろう付後強度が高く、更にろう付性が良好であると共に、成形性が向上したアルミニウムブレージングシートを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアルミニウムブレージングシートは、Ｍｇを０．３質量％未満、Ｆｅを０．２質量％以下に規制し、Ｃｕ：０．２質量％を超え１．０質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．３質量％、Ｍｎ：０．３乃至１．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金製の芯材と、この芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金からなるろう材と、前記芯材の他面に形成されＳｉ：０．２質量％未満、Ｍｇ：２．０乃至３．５質量％、Ｚｎ：０．５質量％以上２．０質量％未満を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金製の皮材とを有し、前記皮材の硬度と前記芯材の硬度との比である皮材硬度／芯材硬度の値が１．５以下であることを特徴とする。
【００１３】
前記芯材は、更にＣｒ：０．３質量％以下、Ｚｒ：０．３質量％以下又はＴｉ：０．３質量％以下を含有してもよい。なお、前記芯材のＭｇ含有量は０．１質量％以下であることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るブレージングシートは、芯材の一面に皮材が積層され、他面にろう材が積層されたものである。以下、本発明に係るブレージングシート材の芯材、皮材、ろう材の成分添加理由及び組成限定理由について説明する。
【００１５】
（ａ）芯材
Ｍｇ：０．３質量％未満
Ｍｇは芯材の強度を向上させるために極めて有効な元素であるが、Ｍｇを０．３質量％以上添加すると、アルミニウムブレージングシートのろう付性が低下する。特に、ノコロックろう付法によるろう付においては、Ｍｇによるろう付け性の低下が極めて大きい。従って、Ｍｇの含有量は０．３質量％未満に制限する。より一層のろう付性の低下を抑制するためには、Ｍｇの含有量を０．１質量％以下にすることが好ましい。
【００１６】
Ｃｕ：０．２質量％を超え１．０質量％以下
Ｃｕは芯材の強度を向上させる元素であり、またろう材側の耐食性も向上させる。しかし、１．０質量％を超えてＣｕを添加すると、芯材の融点を低下させるため、ろう付作業性を低下させてしまう。また、Ｃｕ含有量が０．２質量％以下では、芯材の強度を向上させるには不十分である。従って、Ｃｕの含有量は０．２乃至１．０質量％とする。更に、芯材の強度を高めるためには、Ｃｕ含有量は０．３質量％以上とすることが好ましい。
【００１７】
Ｓｉ：０．３乃至１．３質量％
Ｓｉは芯材の強度を向上させる元素であり、Ｓｉの添加によって、特にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系析出物と、皮材から拡散するＭｇとの反応によりＭｇ2Ｓｉからなる金属間化合物が析出し、このＭｇ2Ｓｉ金属間化合物の析出により芯材強度が向上する。しかし、Ｓｉの添加量が０．３質量％未満では芯材の強度を向上させるには不十分であり、一方、Ｓｉが１．３質量％を超えて添加されると芯材融点が低下すると共に、低融点相の増加に起因してろう付作業性が低下してしまう。従って、Ｓｉの含有量は０．３乃至１．３質量％とする。
【００１８】
Ｍｎ：０．３乃至１．５質量％
Ｍｎは芯材の耐食性及び強度を向上させる元素である。Ｍｎ添加量が０．３質量％未満であると、芯材強度を十分に向上させることができない。一方、Ｍｎ添加量が１．５質量％を超えると巨大金属間化合物が生成するため、加工性及び耐食性の低下が生じる。従って、Ｍｎ添加量は０．３乃至１．５質量％とする。
【００１９】
Ｆｅ：０．２質量％以下
Ｆｅは結晶粒を微細化するため、ろう付性を低下させる。また、Ｆｅは晶出物として芯材内に分散するため、加工性を低下させる。従って、Ｆｅ添加量は０．２質量％以下とする。
【００２０】
Ｃｒ：０．３質量％以下
Ｃｒは芯材の耐食性、強度及びろう付性を向上させる成分である。Ｃｒが０．３質量％を超えて添加されても、それ以上の耐食性、強度及びろう付性の向上は望めず、逆に金属間化合物を生成し、加工性及び耐食性を低下させてしまう。従って、Ｃｒを添加する場合は、その添加量は０．３質量％以下とする。
【００２１】
Ｚｒ：０．３質量％以下
Ｚｒは結晶粒を粗大化し、ろう付性及び耐食性を向上させる元素である。Ｚｒが０．３質量％を超えて添加されても、それ以上のろう付性及び耐食性の向上は望めず、逆に金属間化合物を生成し、加工性及び耐食性を低下させてしまう。従って、Ｚｒを添加する場合は、その添加量は０．３質量％以下とする。
【００２２】
Ｔｉ：０．３質量％以下
Ｔｉは芯材の耐食性を著しく向上させる元素である。Ｔｉが０．３質量％を超えて添加されても、それ以上の耐食性向上効果は望めず、逆に金属間化合物を生成し、加工性及び耐食性を低下させてしまう。従って、Ｔｉを添加する場合は、その添加量は０．３質量％以下とする。
【００２３】
（ｂ）皮材
Ｓｉ：０．２質量％未満
Ｓｉは犠牲陽極として作用する皮材中のＭｇと反応してＭｇ2Ｓｉを析出し、この皮材の強度を向上させる。しかしながら、Ｓｉの添加は皮材の成形性を低下させるため、その添加量は０．２質量％未満に規制する。
【００２４】
Ｍｇ：２．０乃至３．５質量％
Ｍｇは皮材の強度及び成形性を向上させる元素である。ろう付加熱により、皮材に添加されたＭｇは芯材内に拡散し、芯材に添加されたＳｉと結合し、Ｍｇ2Ｓｉを生成し、ろう付後強度を向上させる。Ｍｇの添加量が２．０質量％未満では、強度の向上効果は小さく、また、成形性も低下する。一方、Ｍｇが３．５質量％を超えて添加されると、クラッド圧着性が低下し、皮材を芯材に積層させることが困難となる。従って、Ｍｇの添加量は２．０乃至３．５質量％とする。
【００２５】
Ｚｎ：０．５質量％以上２．０質量％未満
Ｚｎは犠牲陽極として作用する皮材の電位を卑とし、内面耐食性を向上させる元素であると共に、犠牲陽極皮材中のＭｇと反応してＭｇＺｎ2を析出し、強度を向上させる。Ｚｎ含有量が０．５質量％未満では強度向上効果は小さく、また、耐食性が低下する。一方、Ｚｎが２．０質量％を超えて添加されると、皮材の成形性が低下するため好ましくない。従って、Ｚｎ添加量は０．５質量％以上２．０質量％未満とする。
【００２６】
皮材の硬度と芯材の硬度との比である皮材硬度／芯材硬度の値：１．５以下
皮材と芯材との硬度比は加工後のそり及びスプリングバックに影響を及ぼす。皮材及び芯材の硬度比が１．５より大きいと、皮材が芯材に比べ高強度になり過ぎるため、加工後に応力差が生じ、そり及びスプリングバックを発生させる。このため、皮材の硬度と芯材の硬度との比である皮材硬度／芯材硬度の値は１．５以下に制限する。
【００２７】
上記皮材と芯材との硬度比は、最終焼鈍条件を適宜設定することによって調整可能である。この最終焼鈍温度は３３０乃至５５０℃に設定し、その後室温までの冷却速度を２乃至２０℃／時程度で徐冷することが好ましい。冷却速度が２０℃／時を超える場合には、皮材の硬度が芯材の硬度よりも高くなり硬度比が１．５以上になってしまうため好ましくない。なお、焼鈍時の昇温条件は特に限定しない。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明の実施例の特性について、特許請求の範囲から外れる比較例の特性と比較して説明する。
【００２９】
第１試験例
本発明の実施例及び比較例において使用した芯材の組成を下記表１に示す。表１中芯材Ｎｏ．１乃至１０は本発明の実施例であり、芯材Ｎｏ．１１乃至１５は本発明の範囲から外れる比較例である。なお、芯材Ｎｏ．１１乃至１５において、本発明の特許請求の範囲の組成から外れる成分についてはその含有量に下線をつけて示す。
【００３０】
また、本発明実施例及び比較例において使用した皮材の成分組成を下記表２に示す。この表２に示す皮材Ｎｏ．１乃至５は本発明の実施例であり、皮材Ｎｏ．６乃至９は本発明の特許請求範囲の範囲から外れる比較例である。なお、特許請求範囲から外れる成分については下線を付して示す。
【００３１】
【表１】
Figure 0003651582
【００３２】
【表２】
Figure 0003651582
【００３３】
上記表１及び表２に示す芯材及び皮材とろう材（ＪＩＳ ４０４５合金）とを組み合わせて図１に示すようなろう付用アルミニウムブレージングシート（アルミニウム合金複合材）を作製した。図１はこのアルミニウムブレージングシートの断面図である。図１に示すとおり、芯材１の両面を皮材２、ろう材３で積層することにより構成されている。下記表３、４は、芯材、皮材及びろう材を組み合わせた複合材の構成を示す。この表３に示す複合材Ｎｏ．１乃至１４は本発明の実施例であり、表４に示す複合材Ｎｏ．１５乃至２３は本発明の範囲から外れる比較例である。
【００３４】
製造工程は、熱間合わせ圧延終了後、厚さが１ｍｍになるまで圧延した後、昇温速度４０℃／時で４００℃まで昇温させた後、この温度に２時間保持し、その後、冷却速度１５℃／時で冷却し、試験に供した。
【００３５】
【表３】
Figure 0003651582
【００３６】
【表４】
Figure 0003651582
【００３７】
そして、表３、４に示す組み合わせからなる各複合材について以下のような試験を行った。
【００３８】
（ａ）ろう付試験
ろう付性は、評価の簡易化及び定量化を考慮してドロップ試験による流動係数により評価した。
【００３９】
各複合材のろう付表面にノコロックフラックスを５ｇ／ｍ2塗布し、乾燥した後、露点−４０℃、酸素濃度２００質量ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中にて、６００℃の温度に５分間加熱した後、流動係数を測定した。
【００４０】
下記表５、６はそのろう付け性試験の評価結果を示す。この表５．６に示すとおり、本発明の各実施例はいずれも優れたろう付性を有するが、芯材のＭｇが０．３質量％添加された比較例複合材Ｎｏ．１９のろう付性は、本発明実施例に比べて、極めて劣ったものとなった。
【００４１】
（ｂ）引張り試験
上述のろう付試験と同様に加熱した複合材を室温で７日間放置した後、引張り試験を行った。その結果を下記表５，６に示す。本発明実施例は、ろう付け後強度がいずれも１６０ＭＰａを超える高強度を有するものであった。一方、芯材Ｓｉが下限未満である比較例複合材Ｎｏ．１５、芯材Ｃｕが下限未満である比較例複合材Ｎｏ．１６、芯材Ｍｎが下限未満である比較例複合材Ｎｏ．１８の強度は低い。
【００４２】
（ｃ）皮材側腐食試験
上述したろう付試験と同様に加熱した複合材を人工水（Ｃｌ：３００質量ｐｐｍ、ＳＯ4：１００質量ｐｐｍ、Ｃｕ：５質量ｐｐｍ）を使用して皮材側の腐食試験を行った。先ず、８８℃の人工水に複合材を８時間浸漬し、その後ヒータの電源を切り、浸漬したまま、室温にて１６時間放置する。このような手順で３０日間の腐食試験を行った。この腐食試験結果を表５，６に示す。
【００４３】
本発明実施例の皮材側の腐食はいずれも皮材内で停止しており、良好な耐食性が得られているが、皮材のＺｎが下限未満である比較例複合材Ｎｏ．２２は、芯材まで達する腐食が発生しており、耐食性の低下が認められる。
【００４４】
（ｄ）ろう付腐食試験
上述したろう付試験と同様に加熱した複合材をＣＡＳＳにより連続２５０時間試験した。この腐食試験結果を表５，６に示す。
【００４５】
本発明の実施例はろう材側の耐食性いずれも良好であるが、芯材のＦｅが上限を超えている比較例複合材Ｎｏ．１７、芯材のＭｇが上限を超えている比較例複合材Ｎｏ．１９は耐食性の劣化が認められる。
【００４６】
（ｅ）成形性
ろう付前の複合材の成形性をエリクセン試験及び角筒絞り試験により評価した。本発明実施例はいずれも良好な成形性を有するが、芯材のＦｅが上限を超える比較例複合材Ｎｏ．１７、皮材Ｓｉが上限を超える複合材Ｎｏ．２０は成形性の低下が大きい。また、皮材のＭｇが下限未満である複合材Ｎｏ．２１、皮材のＺｎが上限を超える複合材Ｎｏ．２３も成形性の低下が生じている。
【００４７】
【表５】
Figure 0003651582
【００４８】
【表６】
Figure 0003651582
【００４９】
第２試験例
次に、本発明の第２試験例について説明する。先ず、上記表３の複合材Ｎｏ．２の構成である複合材について冷間圧延後焼鈍条件を調整し、下記表７に示す皮材/芯材の硬度比を有する材料を得た。なお、これらの硬度比は、材料の任意断面において、皮材の中心部と芯材の中心部とのマイクロビッカース硬度を測定してその比を求めた。また、材料の板厚は１．０ｍｍである。図２（ａ）は箱状に成形加工された複合材の成形寸法を示す斜視図、（ｂ）は成形加工品のスプリングバック量の測定方法を示す模式図である。なお、図２（ａ）に示す数字の単位はｍｍである。
【００５０】
下記表７に示す各材料を使用して、金型により所定の条件で成形加工し、皮材面２ａが内側、ろう材面３ａが外側になるように直方体状の成形加工品１０を得た。そして、図２（ｂ）に示すように、成形加工品１０を定盤５等の上にそのろう材面３ａ側を下にして載置し、スプリングバック測定部位Ａにおける正常加工時からのスプリングバック量を測定した。この結果を表７に示す。
【００５１】
なお、ろう付け前の組み付けを行うためには、下記表７に示すように、スプリングバック量は少ない程良く、１．０ｍｍ以下が許容範囲である。
【００５２】
【表７】
Figure 0003651582
【００５３】
上記表７に示すように、実施例複合材Ｎｏ．２４乃至２７はいずれもスプリングバック量が１．０ｍｍ以下であり許容範囲内にある。一方、比較例複合材Ｎｏ．２８及び２９は皮材/芯材の硬度比が本発明の上限値を超えているので、スプリングバック量が許容範囲を超えている。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高強度、高耐食性及び高ろう付性を有すると共に、成形性を向上させたアルミニウム合金複合材からなるアルミニウムブレージングシートを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るアルミニウムブレージングシートを示す断面図である。
【図２】（ａ）は箱状に成形加工された複合材の成形寸法を示す斜視図、（ｂ）は成形加工品のスプリングバック量の測定方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１：芯材
２：皮材
２ａ；皮材面
３：ろう材
３ａ；ろう材面
５；定盤
１０；成型加工品

Claims (4)

  1. Ｍｇを０．３質量％未満、Ｆｅを０．２質量％以下に規制し、Ｃｕ：０．２質量％を超え１．０質量％以下、Ｓｉ：０．３乃至１．３質量％、Ｍｎ：０．３乃至１．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金製の芯材と、この芯材の一面に形成されたＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金からなるろう材と、前記芯材の他面に形成されＳｉ：０．２質量％未満、Ｍｇ：２．０乃至３．５質量％、Ｚｎ：０．５質量％以上２．０質量％未満を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金製の皮材とを有し、前記皮材の硬度と前記芯材の硬度との比である皮材硬度／芯材硬度の値が１．５以下であることを特徴とするアルミニウムブレージングシート。
  2. 前記芯材は、更にＣｒ：０．３質量％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムブレージングシート。
  3. 前記芯材は、更にＺｒ：０．３質量％以下を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウムブレージングシート。
  4. 前記芯材は、更にＴｉ：０．３質量％以下を含有することを特徴とする請求項１又は３のいずれか１項に記載のアルミニウムブレージングシート。
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