JP3949735B2

JP3949735B2 - ろう付け用合金

Info

Publication number: JP3949735B2
Application number: JP25748093A
Authority: JP
Inventors: カンフアンデルズ; タッペルレイフ; スンドベリロルフ
Original assignee: Outokumpu Copper Radiator Strip AB
Current assignee: Modine Soderkoping AB
Priority date: 1992-09-23
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JPH06218575A; EP0589310B1; GB2270926B; DE69325426T2; EP0589310A1; GB9220108D0; GB2270926A; US5429794A; DE69325426D1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ろう付けが容易で、熱交換器、とくに放熱器で用いられる銅−亜鉛合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅および黄銅で作られた放熱器などの熱交換器は、軟化ハンダによって通常の技術で接合される。これは、熱交換器での弱点がハンダ接合であることを意味する。ハンダ付けでは、熱交換器の金属部分が溶融金属、すなわち充填金属により接合される。その溶融温度は、被接合部分のそれより低い。
【０００３】
溶融充填金属は、被接合部分の表面を溶融しないで濡らすものである。充填金属の作業温度が 450℃以上である場合、ろう付けと言い、充填金属は、ろう付け充填金属と称する。ろう付け充填金属の作業温度は、その化学的組成に依存している。
【０００４】
ヨーロッパ特許出願第 429,026号は、急速固化法により製造されたろう付け充填金属として用いられる低−ニッケルの銅合金に関する。このろう付け充填合金は、少なくとも０〜５原子％のNi、０〜15原子％のSnおよび10〜20原子％のＰを含有し、残りは、銅と付随的な不純物である。ヨーロッパ特許出願第 429,026号の合金は、低融点を有し自己フラックス性の安価な合金元素に基づいたものである。その合金のろう付け温度は、 600〜 700℃である。
【０００５】
熱交換器で使用される材料の機械的特性は、合金添加物や冷間加工することによって高められる。熱交換器には、一緒にろう付けあるいはハンダ付けされるフィンおよび管がある。これは、少なくともハンダあるいはろう付け合金の溶融温度に加熱することを意味する。冷間加工された金属は、加熱すると、軟化し始め、すなわち再結晶化を始める。したがって、合金添加物は、フィン材料に作用して軟化温度を高めることとなる。通常、黄銅は、ハンダ付け中に軟化しない。
【０００６】
熱交換器のフィンおよび管は、接合後でも元の硬度をできるだけ保持することが必要である。それでないと、熱交換器は、機械的損傷に対して弱く、過敏過ぎることとなる。ろう付け温度は、ハンダ付け温度より 300℃高い。これは、黄銅がろう付け中に軟化することを意味する。
【０００７】
カム等（Kamf A., Carlsson R., Sundberg R., Ostlund S., Ryde L.）の刊行物"Precipitation of iron in strip cast CuFe2.4 - influence on recrystallisation temperature and mechanical properties"（1989年 5月31から 6月 2日までミラノで開催されたEvolution of Advanced Materials, AIM & ASMで刊行）から、2.4 重量％のFe、0.15重量％のZn、0.03重量％のＰ、および残りは銅を含有する合金CuFe2.4 は、製造物が最終寸法に冷間ロール加工した鋳込み材料である場合、非常に高い軟化温度を有するものであることが知られている。
【０００８】
制御された高速冷却によって、冷間ロール加工後のCuFe2.4 材料の再結晶化温度を高めて、改良された電気伝導率と強度との組合せを得ることが可能である。しかし、ろう付けテスト、すなわちヨーロッパ特許出願第 429,026号のろう付け充填剤材料により作られた少量のペーストあるいは粉末をCuFe2.4 の片の表面上に置いての黄銅濡れテストを用いたろう付けテストでは、その広がりは良くなく、銅の上よりさらに制限されたものであった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術の欠点のいくつかを解消せしめ、熱交換器で使用されるろう付け容易な良好な合金を得ることであり、これによりその合金は、硬度を保持し、高い腐食耐性を有する。さらに、本発明の本質的に新規な特徴は、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、その合金は、14〜31重量％の亜鉛、0.1 〜1.5 重量％の鉄、0.001 〜0.05重量％の燐および０〜0.09重量％の砒素を含有し、残りは銅および付随的な不純物である。本発明の合金のためのろう付け温度は、 600℃〜 700℃である。これは、本発明の合金は、例えばヨーロッパ特許出願第 429,026号に説明されたろう付け充填剤材料に使用できることを意味する。
【００１１】
本発明による合金は、強度を大きく失うことなくろう付けできるために、熱交換器、とくに放熱器に有利に適するものである。また、良好な腐食耐性と良好な成形性も有し、さらに、必要によりストリップとして鋳込みおよび溶接できる。本発明の合金の良好な温度耐性は、合金元素の凝結あるいは分散によって得られ、これによって、制御された微細な粒径が得られる。
【００１２】
【作用】
本発明の合金は、銅−亜鉛−鉄（CuZnFe）システムに基づいたものである。銅亜鉛（CuZn）システムにおいて、鉄添加により、粒生長を制御し、それにより比較的高温で軟化特性をも制御するのが可能である。 650℃以下のろう付け温度を用いると、所望の温度安定性を得るためには、0.7 重量％以上の鉄を添加しなければならない。 650℃と 700℃の間のろう付け温度を用いると、温度安定のためには、１重量％以上の鉄を添加しなければならない。燐は、本発明の合金に、鉄との凝結物を得るために添加される。
【００１３】
本発明の合金はしたがって、鉄の凝結物あるいは鉄と燐の凝結物を含有するものである。これは、粒生長が制限され、ろう付け中の軟化が鉄あるいは鉄と燐の添加なしの合金と比較して低いことを意味する。しかし、１重量％以上の鉄を用いたとき、良好な腐食耐性を得るために、0.04重量％以上の砒素を添加しなければならない。
【００１４】
次に、本発明の合金をさらに、添付図面に記載の実施例により説明するが、本発明はそれらによって限定されるものではない。
【００１５】
【実施例】
本発明による合金を先ず鋳込み、粉砕した。鋳込試料を2mm の厚さに冷間ロール加工し、そしてアニール処理した。漬けてブラッシュした後、合金を0.5mm 厚にさらに冷間ロール加工した。重量％の異なる合金の組成を以下の表１に示す。

本発明の合金の軟化特性は、 650℃と 700℃のろう付け温度で塩槽中で２分間アニール処理した後、試験した。両硬度、降伏強度、引っ張り強度および伸び率を測定した。本発明の合金に対する降伏強度および伸び率は、図１に示される。図１中の本発明の合金の挙動は、合金１を除いて互いにまったく同じであり、その降伏強度は、ろう付け温度範囲 600℃〜 700℃で他の合金より非常に低いものである。
【００１６】
しかし、他の合金１〜５の温度安定性は、温度 650℃と 700℃での２分間のアニール処理の前後の硬度を示す図２に、より良好に示される。図２(a) は、合金１〜３中での鉄添加の硬度への影響を示し、図２(b) は、合金３−４での亜鉛添加の硬度への影響を示す。 120の硬度(HV)が所望の温度安定性に対する最も低い値である場合、図２(a) から、 650℃から 700℃の間の温度でろう付け中、良好な軟化耐性のために少なくとも１重量％の鉄が必要であることが分かる。しかし、１重量％以下の鉄を添加する合金１−２は、 650℃より低いろう付け温度に適するものである。図２(b) により、ろう付け後の硬度(HV)は、合金３および４の両方で 120以上であるので、亜鉛添加は、温度安定性に悪影響しないことが示される。
【００１７】
本発明の合金１〜５の腐食特性のテストとして、結晶間腐食、応力腐食クラックおよび脱亜鉛化の耐性をNaCl、NaHSO₃、CuClおよびCuCl₂2H₂O を含有するテスト溶液中で試験した。溶液のpH値は、HCl で3.0 に調整した。合金１〜５の試料は、この溶液に72時間、常温で完全に浸漬した。
【００１８】
試料は、クラックに対する受容性を試験するために、固定の抑制力を与えて、およびそれなしで、曲げストリップに掛けて試験した。その結果を表２に示す。表２において、「−」は、その項目については試験が行われていないことを示す。また、「脱亜鉛作用」とは、脱亜鉛作用が起こった場所で亜鉛の量を分析して測定したものである。表２に示されるように、腐食のタイプ（合金の番号の後のａとｂは、同様の試料を意味する）、腐食深さおよび攻撃の量、ならびにこれらの腐食タイプに対する受容性の分類あるいは等級を示す。等級は１ないし３を用いたが、１は良好で、３は不良である。したがって、異なる腐食タイプの等級は、絶対等級として互いに設定したものである。全等級は、次の式により、計算される。
【００１９】
全等級＝応力腐食＋結晶間腐食＋３×脱亜鉛化
【００２０】
【表２】

図３の(a) (b) (c) および(d)は、本発明の合金中の異なる添加元素の効果を示す。図３における黒丸に付した数字１〜５は、表１における合金１〜５に対応する。図３における黒丸 P 、 T の合金の組成に関しては、図３に示すように、黒丸 P の合金は、亜鉛含有率が 14 ％であり、腐食等級は３であり、黒丸 T の合金の組成に関しては、黒丸 T は、鉄含有率が 1.4 ％、砒素含有率が 0 ％であり、腐食等級は６である。図３(a) は、腐食耐性は、亜鉛含有率を低減することにより改良されることを示す。図３の(b)と(c) は、１重量％以上の鉄含有率は、腐食耐性を低減し、砒素を添加することが必要になることを示す。砒素含有率は、合金１〜３での所望の腐食耐性を得るために、少なくとも0.04重量％にすべきである。図３(d) からは、合金４−５に対して、腐食耐性は、砒素添加により改良されないことが分かる。
【００２１】
本発明の合金１〜３のろう付け温度での濡れも試験した。この試験は、試験すべき合金で作られた平らな片の上に同じ合金で作られた曲げられた片を掛けるように載せて、曲がった片の一側が平らな片と少なくとも点線曲線接続を形成するようにして、行なわれた。ヨーロッパ特許出願第 429,026号に説明されるように、ろう付け充填材料をこれらの２つの合金片の接続線の一端の上に広げた。次に、試料片をろう付け温度に加熱した。濡れ長さの結果値は、２つの片の間の接合線に沿ったろう付け充填材料の全長として測定され、表３に示される。

合金１〜３の濡れ長さは、まったく同様であり、合金１〜３の濡れ長さが本発明の従来技術で説明された合金Ｍ（＝CuFe2.4 ）より非常に良好である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法により前記のような効果が得られた。すなわち、熱交換器で使用されるろう付けが容易な良好な合金が得られた。そして、硬度を保持し高い腐食耐性を有するろう付け用合金が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の合金の降伏強度と伸び率の温度への依存性を例として示すグラフである。
【図２】本発明の合金の鉄と亜鉛のろう付け前後の硬度に対する効果を例として示すグラフである。
【図３】本発明の合金の亜鉛、鉄および砒素の腐食等級に対する効果を例として示すグラフである。

Claims

14〜31重量％の亜鉛、1.0重量％より大きく 1.5 重量％以下の鉄、0.001 〜0.05重量％の燐および0.04〜0.09重量％の砒素を含有し、残りは銅および付随的な不純物である合金であることを特徴とする熱交換器に使用される被ろう付け特性に優れた銅亜鉛合金。

請求項１に記載の合金において、該合金は、14〜16重量％の亜鉛、1.0重量％より大きく 1.5 重量％以下の鉄、0.001 〜0.05重量％の燐および0.04〜0.09重量％の砒素を含有し、残りは銅および付随的な不純物であることを特徴とする銅亜鉛合金。