JP3736608B2 - アルミニウム合金製ブレージングシート - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器等の製造時においてアルミニウム又はアルミニウム合金材のろう付時に使用されるアルミニウム合金製ブレージングシートに関し、特に真空ろう付性が優れたアルミニウム合金製ブレージングシートに関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、真空ろう付によるアルミニウム又はアルミニウム合金製熱交換器等には、Al−Mn系合金又はAl−Mn−Cu系合金若しくはAl−Mn−Cu−Mg系合金材等からなる心材の片面又は両面上にAl−Si−Mg系合金ろう材をクラッドしたブレージングシートが使用されている。
【0003】
近時、製品の軽量化に対する要求が高まっているため、真空ろう付法によってアルミニウム又はアルミニウム合金からなるブレージングシートをろう付する際、ブレージングシートは、ろう付に必要とするろう以上の余剰なろうをなくす必要がある。必要最低限のろうでろう付けするためには、ろう材のぬれ性能がより重要となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のブレージングシートではぬれ性が不十分なため、ろう付けされるアルミニウム又はアルミニウム合金からなるブレージングシート間の間隙(クリアランス)をろう材によって十分に充填することが困難であり、これにより、ろう付欠陥が発生する場合がある。
【0005】
また、近時、熱交換器の形状が複雑化しているため、平面同士のろう付接合ではなく、ろう付接合部の形状が複雑化している。このように、製品の形状が複雑になるほど、ろう付けされるブレージングシート間の間隙が一定ではなくなるため、ろう付欠陥が発生しやすくなる。更に、従来のろう材を使用すると、ろう付け時に、例えばろう付温度の低温部又は真空度の増大等のろう付条件によっては、ろう付欠陥が発生しやすくなるという問題点がある。
【0006】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ろう材のぬれ性能が高く、真空ろう付性が優れたアルミニウム合金製ブレージングシートを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアルミニウム合金製ブレージングシートは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる心材と、この心材の少なくとも一方の面上にクラッドされたアルミニウム合金からなるろう材とを有するブレージングシートにおいて、心材の少なくとも一方の面上のろう材は、Si:7乃至15質量%及びMg:0.5乃至2質量%を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記ろう材の単位面積当たりのMg量が1乃至3g/m2であることを特徴とする。
【0008】
本発明においては、前記ろう材は、更に、Bi:0.03乃至0.2質量%、Sr:0.03乃至0.3質量%、及びBa:0.005乃至0.2質量%からなる群から選択された1種又は2種以上の金属を含有してもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。本願発明者等は上述の課題を解決すべく鋭意実験研究した結果、ろう付時において、ろう材の表面酸化皮膜の破壊作用を適正化させるためには、ろう材への添加量としてのMg含有量だけではなく、クラッド厚さを考慮し、Mgの総量を制御する必要があることを知見した。また、ろう材の表面張力を適切に低下させ、ろう材のぬれ性を向上させると共に、更に、ろう材を均一に溶解させてろう材の流動性を最適化することにより、ろう材及びアルミニウム合金ブレージングシートのろう付性を向上させることができることを見出した。
【0010】
本発明のブレージングシートは、Al又はAl合金からなる心材の一方又は両面上に心材がクラッドされている。そして、少なくとも一方のろう材は、Si及びMgを所定の量含有し、更に必要に応じてBi、Sr及びBaのうち1種以上を適切な量含有するAl合金からなり、且つ、ろう材の単位面積当たりのMg量が1乃至3g/m2となるようにクラッドされている。
【0011】
以下、本発明に係るアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材に含有する化学成分及び数値理由について説明する。
【0012】
ろう材のSi含有量:7乃至15質量%
Siは、Alと共存して低融点化するため、良好な流動性を有するろう材を得るための基本成分である。ろう材中のSi含有量が7質量%未満であると、ろう材の融点が高くなり、所定の流動性を得ることができず、ろう付性が低下する。一方、ろう材中のSiが15質量%を超えると、融点が高くなり、所定の流動性を得ることができない。また、粗大な初晶Siが生成されるため、加工性が阻害される。従って、ろう材のSi含有量は7乃至15質量%とする。
【0013】
ろう材のMg含有量:0.5乃至2質量%、且つ、ろう材単位面積当たりのMg量が1乃至3g/m 2
Mgはろう材中に添加されることにより、ろう付時に蒸発し、表面の酸化皮膜を破壊し、ろうのぬれ性を向上させる。また、蒸発したMgは、炉内に残留して水及び酸素と結合するゲッター作用により真空度を向上させ、ろう付性を向上させる。ろう材中のMg含有量が0.5質量%未満及びろう材の単位面積当たりのMg量が1g/m2未満であると、前記ぬれ性向上効果及びゲッター作用が十分得られない。一方、Mg含有量が2質量%を超え、且つ、ろう材の単位面積当たりのMg量が3g/m2を超えると、ぬれ性向上効果及びゲッター作用が飽和するばかりでなく、熱交換器の半密閉空間内面部においてはろう付部にMg系の酸化皮膜が増加してしまうため、ろう付性を低下させる。従って、ろう材中のMg含有量は0.5乃至2質量%、且つ一方のろう材の単位面積当たりのMg量が1乃至3g/m2とする。
【0014】
このようなろう材の単位面積当たりのMg量は、ろう材のMg含有量及びろう材のクラッド率によって調節することができる。
【0015】
Bi:0.03乃至0.2質量%
Biはろう材中に添加されることにより、ろうの流動性を向上させ、また、ろう材の表面張力を低下させる効果を有し、これにより、ぬれ性を向上させてろう付性を向上させることができる。しかし、ろう材中のBi含有量が0.03質量%未満であると、前記作用が十分でなく、0.2質量%を超えると、前記ろう付性を向上させる作用が飽和すると共に、原料コストの上昇を招く。また、ろう材の加工性が劣化する。従って、ろう材中のBi含有量は0.03乃至0.2質量%とする。
【0016】
Sr:0.03乃至0.3質量%
Srはろう材に添加することにより、ろう材中の共晶Siを微細化する効果を有する。共晶Siが微細化されることにより、ろう付時にろう材が均一に溶解するので、ろう付性を向上させることができる。しかし、ろう材中のSr含有量が0.03質量%未満であると、上記作用を得られない。一方、Sr含有量が0.3質量%を超えると、ろう材中の共晶Siを微細化する効果が飽和し、ろう付性を向上させる効果が飽和し、原料コストの上昇を招く。また、粗大な化合物が生成してろう材の加工性が阻害されることがある。従って、ろう材中のSr含有量は、0.03乃至0.3質量%とする。
【0017】
Ba:0.005乃至0.2質量%
本願発明者等は、Baは、ろう材に添加することにより、ろう材の表面張力を大きく低下させる効果を有していることを知見し、これにより、ぬれ性を向上させてろう付性を向上させることができることを見出した。ろう材中のBa含有量が0.005質量%未満では、上記作用が十分でなく、0.2質量%を超えると、ろう付性を向上させる効果が飽和すると共に原料コストの上昇を招く。従って、ろう材中のBa含有量は0.005乃至0.2質量%とする。
【0018】
なお、本発明において、ろう材中の規定成分の効果を損ねない程度の範囲でろう材中に不純物が含有されていてもよい。例えば、Feは通常、アルミニウム地金中に不純物として含有される。特に、本発明のアルミニウム合金からなるろう材は、Si含有量が高いAl−Si合金からなるものであるので、Si地金からろう材中にFeが大量に混入する。通常、Siを7乃至15質量%含有するアルミニウム合金中には、Feが約0.3質量%程度含有されており、本発明においても、Fe含有量が0.8質量%以下であれば、本発明の効果に悪影響を及ぼさない。
【0019】
【実施例】
以下、本発明のアルミニウム合金製ブレージングシートを実際に製造し、本発明範囲から外れる比較例と比較してその効果について説明する。
【0020】
先ず、下記表1に示す組成のJIS 3003合金からなる心材の両面に、下記表2及び表3の化学組成を有し、残部がアルミニウムからなるアルミニウム合金のろう材を用意し、このろう材のクラッド率及び心材板厚を調整することにより、両面に形成した各ろう材の単位面積当たりのMg量が下記表2に示す値になるろう材を有し、板厚が0.4mmであるO材のブレージングシートを製造した。
【0021】
次に、このブレージングシートを所定のサイズに切断し、プレス成形することにより、ろう付試験用のカップ試験片を作製した。図1(a)は、ろう付用のカップ試験片の成形形状及びサイズを示す平面図であり、(b)はその断面図である。図1(a)及び図1(b)に示すように、カップ試験片1は、容器部分となる直径33mmの円形の凹部10の底面に直径10mmの穴11を形成し、凹部10の縁部周囲にへり12を形成して凹部10の底面側へ折り曲げた。ろう付けされる凹部10の縁部からへりの折り曲げ部までの距離が4mm、また、へり12の折り曲げ部13の長さは3mmとした。
【0022】
図2(a)は、ろう付け時の組立形状を示す模式的断面図、図2(b)は、図2(a)のろう付時の接合部Aを拡大して示す模式的断面図である。カップ試験片1の形成後、図2(a)に示すように、得られたカップ試験片1同士のへり12を重ね合わせ、真空度1×10-2Pa、605℃の温度に加熱し、カップ試験片1の温度を605℃に加熱した状態で3分間保持することにより、ろう付熱処理を実施した。その後、ろう付により、得られたカップろう付材の接合部Aについて、ろう付性を評価した。評価は、図2(b)に示すように、カップ内面側接合部14及び外面側接合部15のフィレットの形成状態(フィレット巾L)を金属顕微鏡で断面観察し、フィレット幅Lを測定して行った。内面及び外面共にフィレット巾Lが0.5mm以上であったものの総合評価を良好(○)とし、内面又は外面の内いずれか一方でもフィレット巾Lが0.5mm未満であったものは、不良(×)とした。これらの評価結果を下記表4及び表5に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】
【表4】
【0027】
【表5】
【0028】
表4に示すように、実施例1乃至23は、ろう材の組成が本発明範囲内であり、且つろう材の単位面積当たりのMg量が本発明範囲内であるので、カップの内外面共にフィレット形成は良好であり、優れたろう付性を示した。ここで、実施例9乃至23は、ろう材中にBi、Sr、Baが含有されており、その含有量が本発明範囲内であるので、フィレット形成は更に良好となり、優れたろう付性を示した。例えば、実施例9及び10は、実施例3の組成に更にBiが添加されているため、実施例13及び14は、実施例3の組成に更にSrが添加されているため、また、実施例16及び17は、実施例3の組成に更にBaが添加されているため、夫々実施例3と比べて、ろう付性が更に向上している。
【0029】
一方、比較例24及び25は、ろう材中のSi含有量が本発明範囲から外れているため、流動性が低下して良好なろう付性を得ることができなかった。
比較例26及び27は、ろう材中のMg含有量が本発明範囲から外れているため、良好なろう付特性を得ることができなかった。
【0030】
比較例28及び29は、Bi及びSrの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、ろう材板作製時の圧延加工性が低下し、正常なろう材が作製できなかった。
【0031】
比較例30乃至39は、ろう材の組成は本発明範囲内であるが、一方のろう材の単位面積当たりのMg量が本発明範囲から外れるため、良好なろう付性を得ることができなかった。
【0032】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、ろう材中の化学成分及び組成を適正量に規定し、且つ、ろう材の単位面積当たりのMg量が適切に規制されているので、ブレージングシートのろう付け時に、ろう材のぬれ性能が高く、真空ろう付性が優れている。また、ろう材中に所定量のBi、Sr、及びBaを含有させると、ろう付性を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、ろう付用のカップ試験片の成形形状及びサイズを示す平面図であり、(b)はその断面図である。
【図2】(a)は、ろう付け時の組立形状を示す模式的断面図、(b)はろう付時の接合部を拡大して示す模式的断面図である。
【符号の説明】
1;カップ型試験片
10;凹部
11;穴
12;へり
13;折り曲げ部
14;内面側接合部
15;外面側接合部
Claims (2)
- アルミニウム又はアルミニウム合金からなる心材と、この心材の少なくとも一方の面上にクラッドされたアルミニウム合金からなるろう材とを有するブレージングシートにおいて、心材の少なくとも一方の面上のろう材は、Si:7乃至15質量%及びMg:0.5乃至2質量%を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記ろう材の単位面積当たりのMg量が1乃至3g/m2であることを特徴とするアルミニウム合金製ブレージングシート。
- 前記ろう材は、更に、Bi:0.03乃至0.2質量%、Sr:0.03乃至0.3質量%、及びBa:0.005乃至0.2質量%からなる群から選択された1種又は2種以上の金属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合金製ブレージングシート。
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