JP3865819B2

JP3865819B2 - 耐孔食性に優れた純アルミニウム材の製造方法

Info

Publication number: JP3865819B2
Application number: JP12266296A
Authority: JP
Inventors: 周黒田; 建当摩
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: JPH09287062A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム熱交換器など、腐食環境で使用される製品の材料として好適な耐孔食性に優れた純アルミニウム材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
純アルミニウム材は、表面酸化皮膜の生成により耐食性が比較的よく、また加工性や溶接性が良好な材料として工業用に広く用いられており、例えば、単独で使用する他にＡｌ−Ｍｎ合金等の芯材に犠牲陽極皮材としてクラッドしたクラッド材としても使用されている。このクラッド材は、厳しい腐食環境に晒される熱交換器用の材料に好適なものとして知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記した純アルミニウム材は、全面腐食に対しては比較的良い耐食性を示すものの、しばしば局部的に孔食が発生し、しかもこの孔食が急速に進行するという問題がある。
本発明者らは、上記現象の発生について調査、研究したところ、純アルミニウム材が鋳造、熱間圧延、押出加工等の熱遍歴を経ることにより、マトリックス中に不可避不純物、特にＳｉによる比較的粗大な晶出物が散在して生成されることが原因になっているのではないかと考えるに至った。すなわち、上記晶出部は、周辺の自然酸化皮膜を弱くする性質を有しており、この部分を起点にして腐食が発生、進行しやすく、これが原因になって孔食が発生することが判明した。しかも上記晶出部は、少数が散在した状態にあるので、孔食が局所的に起こり、かつ個々の孔食の成長速度が大きくなり、腐食が局部的かつ急激に進行することになる。
【０００４】
なお、上記純アルミニウム材をろう付する場合には、ろう付による加熱と比較的速い冷却により粗大な晶出物の生成は避けられるものの、耐孔食性に劣っているという点では同様の問題がある。また、これを芯材とクラッドするなどして犠牲陽極材として使用する際には、ろう付後の冷却によりＳｉが固溶したままの状態になって電位が上がることにより芯材との電位差が小さくなり、犠牲陽極材としての機能が十分に得られないという問題もある。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、局部的な孔食の発生を阻止して耐孔食性を向上させ、また、犠牲陽極材としての使用においては十分に電位を下げてその機能を発揮できる純アルミニウム材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の耐孔食性に優れたアルミニウム材の製造方法のうち第１の発明は、純アルミニウム材に対し５００〜６２０℃の温度で加熱した後、５℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する加熱処理を行い、さらに１８０〜３８０℃で加熱する再加熱処理を施すことを特徴とする。
第２の発明は、質量％で、１．０〜１．５％のＭｎを含有するＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金芯材の片面または両面に皮材としてクラッドされている純アルミニウム材に対し、第１の発明記載の加熱処理および再加熱処理を行うことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施形態】
本発明の加熱処理の対象となる純アルミニウム材は、Ｓｉ、Ｆｅ等を不純物として含み、その他がアルミニウムからなる組成を有しており、純度９８．０％以上のアルミニウム材をいう。なお、この純アルミニウムに含まれるＳｉ量は、１．０％以下であるのが望ましい。これは、１．０％を越えてＳｉを含有していると、後述する加熱処理によっても晶出物を十分に消失させることが困難であり、耐孔食性の向上効果が十分に得られないためである。なお、同様の理由で、さらにＳｉ含有量は０．６％以下であるのが望ましい。
【０００８】
また、本発明法の効果は、Ｓｉを０．０５％以上含有する純アルミニウム材において顕著に得られる。これは、ある程度Ｓｉを含有している純アルミニウム材に、本発明法を適用することにより全面腐食形態への移行が可能になるためであり、０．０５％未満のＳｉを含有する純アルミニウム材では十分な効果は得られない。なお、同様の理由で、本発明法は、特にＳｉを０．１％以上含有する純アルミニウム材に好適である。
【０００９】
また、本発明の加熱処理の対象となる純アルミニウム材は、単材として加熱処理および再加熱処理を行う場合は勿論のこと、他の材料とともに処理されるものであってもよく、要は、純アルミニウム材の処理を目的として提供されるものであれば単材、複合材等を問わないものである。なお、純アルミニウム材を他の材料とともに処理する場合としては、一部構造が純アルミニウム材からなるものや、純アルミニウム材とアルミニウム合金等とを積層したクラッド材等を例示することができる。このクラッド材としては、アルミニウム合金等の片面または両面に純アルミニウム材をクラッドしたものが挙げられる。また、アルミニウム合金等に純アルミニウム材を片面にクラッドする場合には、他面に他の材料、例えばろう材等がクラッドされているものであってもよい。
【００１０】
上記純アルミニウム材を、本発明の加熱処理によって５００〜６２０℃で加熱することにより、Ｓｉ等の粗大晶出物がマトリックス中に固溶して消失する。これを強制的に冷却することにより粗大晶出物の生成を抑え、Ｓｉが溶け込んだままの凝固組織が得られる。
なお、上記加熱温度が５００℃未満であると、晶出物の固溶、消失が不十分となり、また、６２０℃を越えて加熱すると材料の部分溶融が生じるため、加熱温度を上記範囲内とする。なお、同様の理由で、さらに下限を５６０℃、上限を６１０℃とするのが望ましく、さらに、下限を５９０℃とするのが一層望ましい。
【００１１】
上記温度範囲における加熱保持時間は、材料の厚さ等によっても異なるため、特に限定するものではなく、Ｓｉによる粗大晶出物を固溶させるのに十分な時間とする。ただし、長時間保持しても無駄であるので、適宜上限を定める。これらの点から通常は、概ね１分〜３０分の保持時間とする。なお、純アルミニウム材をＡｌ−Ｍｎ系合金等にクラッドしたクラッド材では、上記加熱の際に、異なる成分の材料間で成分の拡散が生じ、種々の不具合が生じるため、加熱時間を２０分以内とするのが望ましい。
【００１２】
また、上記した加熱処理は、純アルミニウム材を用いてろう付処理をする場合には、ろう付処理における加熱で兼用することができ、ろう付加熱温度を上記温度範囲に設定することにより加熱処理による作用が得られる。これにより、ろう付中にＳｉによる粗大晶出物が固溶して消失する。なお、この場合の加熱保持時間は、粗大晶出物の固溶の他に、ろう付が良好に行われることを考慮して定められ、５分以上とするのが望ましい。
【００１３】
上記加熱後、アルミニウム材を５℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却することにより、Ｓｉの固溶状態が維持され、粗大晶出物の生成が抑制される。さらに、上記作用を確実に得るために冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以上とするのが一層望ましい。
【００１４】
上記した、加熱、冷却後、１８０〜３８０℃で再加熱処理することにより、固溶状態にあるＳｉがマトリックス中に微細、均一に高密度で析出する。この高密度の微細析出物は、純アルミニウム材を製品として使用した際に、成長の遅い孔食を均一に多数発生させることになり全面腐食形態に移行させて局部的な孔食を防止する。これにより純アルミニウム材は、耐孔食性が大幅に向上することになる。またＳｉが析出することによりＳｉ固溶度が下がり、よって純アルミニウム材の電位が下がるので、これを例えば犠牲陽極材として使用する際に防食する材料との電位差が大きくなり、十分な性能を発揮することができる。
【００１５】
なお、上記再加熱温度が１８０℃未満であると、Ｓｉの析出が十分になされず、また、析出が遅いため再加熱に長時間を要して工業的でない。一方、３８０℃を越えると、前記加熱処理と同様にＳｉがマトリックスに溶け込み、微細なＳｉ析出物が均一、高密度で生成されないので、再加熱処理温度を前記温度範囲とする。なお、同様の理由で、下限を２５０℃、上限を３５０℃とするのが望ましい。
上記再加熱時間は、前記加熱処理における保持時間と同様に対象となる材料の厚さ等により異なるが、あまりに短時間であると、Ｓｉが十分に析出せず、また長時間加熱しても無駄である。これらの点から通常は、概ね５分〜５０時間の加熱時間になる。なお、再加熱処理後の冷却速度はＳｉの析出形態に影響を与えるものではなく、本発明としては特に限定されない。
【００１６】
本発明の製造過程を経て得られた耐孔食性に優れた純アルミニウム材は、単独材として種々の用途に使用することができ、特に厳しい腐食環境におかれる熱交換器のベアフィン等として使用するのに好適である。
また、Ａｌ合金等にクラッドして使用されるものとしては、例えば、１．０〜１．５％（好適には１．０〜１．２％）のＭｎを含有するＡｌ−Ｍｎ系合金芯材の片面または両面に犠牲陽極皮材としてクラッドされたものが挙げられる。なお、上記芯材のＭｎ量は、下限未満では強度が不足し、一方、上限を越えると加工性が低下するという観点から選定されている。このクラッド材は、上記と同様に厳しい腐食環境におかれる熱交換器のチューブ、ヘッダープレート、サイドサポート等に適用することができ、この場合、芯材の片面にのみ上記純アルミニウム材をクラッドし、芯材の他面にはろう材をクラッドしたブレージングシートとして上記チューブ等の製造に供することができる。
また、本発明法により得られた純アルミニウム材は、上記用途の他、食品用カップ等の日用品に使用することも可能である。
【００１７】
【実施例】
表１に示す成分の板状の純アルミニウム材（０．５ｍｍ厚）を常法による鋳造、熱間圧延、冷間圧延により製造し供試材とした。また、上記と同様の製造過程を経て製造した純アルミニウム材を、表１に示すＡｌ−Ｍｎ系合金芯材に１０％厚でクラッドして全厚０．５ｍｍ厚の供試材を得た。さらに、上記と同成分のＡｌ−Ｍｎ系合金芯材の片面に上記と同成分の純アルミニウム材を１０％厚、他面に７．５％ＳｉのＡｌ−Ｓｉろう材を１０％厚でクラッドして全厚０．５ｍｍの供試材を得た。
【００１８】
【表１】

【００１９】
上記各供試材に対し、発明法として表２に示す加熱処理および再加熱処理を施した。なお、供試材のうちろう材をクラッドしてあるものは、ＪＩＳＡ１０７０合金を相手材としたろう付加熱を行い、該加熱で上記加熱処理を兼用するものである。したがって表中の加熱温度、時間はろう付温度、時間と同一である。また、比較のため、供試材に対し上記処理の一部または全部を施さないものを比較法として用意した。また、加熱処理において、発明法では、Ｎｏ．３，１１は水冷、その他は空冷により冷却し、比較法では、Ｎｏ．１４は放冷、Ｎｏ．１８は空冷により冷却した。
【００２０】
次に、発明法および比較法を施した各供試材に対し、１ｐｐｍＣｕ²⁺イオンを含む４０℃の水道水に３０日間浸ける浸漬腐食試験を行い、各供試材に発生した腐食の最大深さを測定した。その結果は表２に示す。
表２から明らかなように本発明法を経た純アルミニウム材は、単材、クラッド材およびろう付材の全てにおいて腐食深さが著しく小さくなっており、耐孔食性が大幅に改善されている。一方、本発明の処理を全く施さないものや、ろう付まま等のものは腐食深さが大きく、孔食が早期に進行している。
なお、本発明法の中では、Ｓｉ量を適切にしたものの方が、より優れた効果が得られている。
【００２１】
【表２】

【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の耐孔食性に優れた純アルミニウム材の製造方法によれば、純アルミニウム材に対し５００〜６２０℃の温度で加熱した後、５℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する加熱処理を行い、さらに１８０〜３８０℃で加熱する再加熱処理を施すので、Ｓｉによる粗大晶出物を消失させて微細なＳｉ析出物が均一に生成され、よって局部的な孔食の発生が防止され、耐孔食性が大幅に向上する。

Claims

純アルミニウム材に対し５００〜６２０℃の温度で加熱した後、５℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する加熱処理を行い、さらに１８０〜３８０℃で加熱する再加熱処理を施すことを特徴とする耐孔食性に優れた純アルミニウム材の製造方法
質量％で、１．０〜１．５％のＭｎを含有するＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金芯材の片面または両面に皮材としてクラッドされている純アルミニウム材に対し、請求項１記載の加熱処理および再加熱処理を行うことを特徴とする耐孔食性に優れた耐孔食性に優れた純アルミニウム材の製造方法。