JP3984444B2 - 高強度アルミニウムブレージングシート及びそれを使用した熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジエータ及びヒータコア等の自動車用熱交換器部材等に使用されるろう付性が優れた高強度アルミニウムブレージングシート及び熱交換器に関し、特にヘッダ材及び補強材等の部材に好適な高強度アルミニウムブレージングシート及びそれを組み込んだ熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、これらのヘッダ及び補強材に使用されるアルミニウムブレージングシートは、芯材にＪＩＳ３００３合金等のＡｌ−Ｍｎ系合金を使用し、その一方の面にＪＩＳ４３４３又は４０４５合金等のＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材をクラッドした２層材、又は、前記芯材の他方の面にＪＩＳ７０７２合金等のＡｌ−Ｚｎ系合金からなる皮材をクラッドした３層材が使用されている。これらの芯材に使用されるＪＩＳ３００３芯材のろう付後強度は高々１１０乃至１２０ＭＰａ程度であり、自動車用熱交換器の補強材としては、更に一層の高強度化が要求されている。
【０００３】
このため、芯材中にＭｇ、Ｓｉ等を添加して高強度化する技術が提案されている（特開平５−２３０５７５号公報）。この技術では、芯材中に添加したＭｇが、ろう付加熱時に、ろう材から拡散するＳｉと共に時効硬化に寄与することにより、強度の向上が図られる。
【０００４】
また、特開平５−２３０５８０号公報のように、皮材にＴｉ−Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎを添加して高強度化を図ったチューブ用材料も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、補強材は、その適用部位及び熱交換器の構造によっては、補強材を構成するアルミニウムブレージングシートの両面でろう付が行われる。この場合に、ろう材がない面（以下、反対面という）には、別途ろう材及びフラックスが供給されて、ろう付がされる。図１はアルミニウムブレージングシートをＴ字状にろう付けする方法を示す図である。水平のブレージングシートにおいては、芯材１０の上面上にろう材１２が積層されており、垂直のブレージングシートにおいては、芯材１の片面にろう材２が積層され、他方の面に皮材３が積層されている。そして、水平ブレージングシートのろう材１２と垂直ブレージングシートのろう材２とがそのままろう付けされると共に、皮材３はろう材１２によってろう付けがなされる。なお、ろう付けされる隅部には、フィレット４，５が形成される。
【０００６】
上述の特開平５−２３０５７５号公報及び特開平５−２３０５８０号公報に記載されたブレージングシートは、反対面は皮材であり、高濃度のＭｇが存在するため、フッ化物系フラックスでろう付を行う際には、このＭｇと供給されたフラックスとが反応し、高融点のフッ化物を形成してしまい、ろう付が著しく阻害されるという問題点があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ろう付後の高強度と、ろう材面及び皮材面の両面における優れたろう付性とを実現したろう付性が優れた高強度アルミニウムブレージングシート及びそれを使用した熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高強度アルミニウムブレージングシートは、Ｍｎ：０．５乃至２．０質量％、Ｍｇ：０．０５乃至０．３質量％を含有し残部Ａｌからなる芯材と、この芯材の一方の面に積層されＡｌ−Ｓｉ系合金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金からなるろう材層と、前記芯材の他方の面に積層されＭｎを０．５乃至２．０質量％を含有し、Ｍｇの含有量が０．１質量％未満であり残部ＡｌであるＡｌ−Ｍｎ系合金からなる皮材とを有し、皮材のＭｇ含有量は芯材のＭｇ含有量より小さいことを特徴とする。
【０００９】
この高強度アルミニウムブレージングシートにおいて、前記芯材は、更に、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、及びＣｕ：０．３乃至１．０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することができる。
【００１０】
更に、前記芯材は、Ｃｒ：０．０５乃至０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％、及びＴｉ：０．０５乃至０．３質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することができる。
【００１１】
また、前記皮材は、更に、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、及びＣｕ：０．３乃至１．０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することができる。
【００１２】
更に、前記皮材は、Ｃｒ：０．０５乃至０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％、及びＴｉ：０．０５乃至０．３質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することができる。
【００１３】
更に、前記皮材は、Ｚｎ：０．５乃至５質量％を含有することができる。
【００１４】
そして、本発明に係る熱交換器は、請求項１乃至６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を使用し、これをフッ化物系フラックスを使用する不活性雰囲気中でろう付けすることにより構成されたものであることを特徴とする。
【００１５】
【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。本発明では、芯材におけるろう材の反対側の面に高強度の皮材層を積層することによって、ろう付後の高強度と、ろう材面及び皮材面の両面の優れたろう付性とを実現したものである。
【００１６】
以下、本発明の成分添加理由及び組成限定理由について説明する。
【００１７】
芯材、皮材のＭｎ
Ｍｎは強度を保つために必要な元素である。Ｍｎが０．５質量％未満では強度が不足し、Ｍｎが２．０質量％を超えると、巨大な晶出物により圧延加工性が低下すると共に、強度の向上効果が得られ難くなる。よって、Ｍｎの含有量は０．５質量％乃至２．０質量％とする。
【００１８】
芯材のＭｇ
Ｍｇの添加により強度が向上するため、芯材中へＭｇを添加するが、Ｍｇの含有量が０．０５質量％未満では強度が向上せず、逆に０．３質量％を超えると、ろう付中にろう材側及び皮材側の各表面までＭｇが拡散し、フラックスと反応してＭｇのフッ化物を生成させ、ろう付性を阻害する。このため、芯材中のＭｇの含有量は０．０５乃至０．３質量％である必要がある。
【００１９】
皮材のＭｇ
皮材側のろう付性を向上させるためには、皮材のＭｇの含有量は０．１質量％以下にする必要があり、できるだけ低いことが望ましい。皮材中のＭｇ含有量が０．１質量％以上では、このＭｇが供給されたフラックスと反応し、高融点の化合物を形成してしまい、ろう付が著しく阻害される。
【００２０】
芯材及び皮材中のＳｉ及びＣｕ
Ｓｉ及びＣｕを夫々芯材及び皮材に０．３質量％以上添加すると、各芯材及び皮材の強度を更に一層向上させることができる。これらのＳｉ及びＣｕは単独で添加しても良いし、複合添加してもよい。しかし、Ｓｉ及びＣｕが夫々１．０質量％を超えると、芯材又は皮材の融点を低下させてしまい、ろう付けが困難になる。このため、芯材又は皮材にＳｉ及びＣｕを添加する場合は、Ｓｉ及びＣｕの含有量は夫々０．３乃至１．０質量％とする。また、Ｓｉ及びＣｕは芯材又は皮材の一方のみに添加してもよいし、両方に添加してもよい。
【００２１】
芯材及び皮材中のＣｒ、Ｚｒ、Ｔｉ
Ｃｒ、Ｚｒ及びＴｉが組織を微細化し、強度を高める効果があるため、必要に応じて、芯材及び皮材に添加する。この場合に、Ｃｒ、Ｚｒ及びＴｉが夫々０．０５質量％未満では、その添加効果が少なく、逆にＣｒ、Ｚｒ及びＴｉが夫々０．３質量％を超えると、素材の成形性を低下させる。このため、これらのＣｒ、Ｚｒ及びＴｉを添加する場合は、その添加量は０．０５乃至０．３質量％とすることが必要である。また、芯材及び皮材のいずれか一方にこれらの元素を添加してもよいし、双方に添加してもよい。
【００２２】
皮材中のＺｎ
皮材にＺｎを０．５乃至５質量％を添加すると、皮材の電位を卑とし、芯材との電位差を確保でき、耐食性を更に向上させる効果が得られる。このため、必要に応じて、皮材にＺｎを０．５乃至５質量％添加する。これは、特に、皮材側が厳しい耐食環境にある場合は、特に有効である。Ｚｎは５質量％を超えると圧延加工性が劣化するので好ましくない。
【００２３】
ろう材組成
ろう材は、ろう付に適切な材料を選択すれば良く、ＪＩＳ４３４３等のＡｌ−Ｓｉ系合金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金等の任意の材料を使用することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係る高強度アルミニウムブレージングシートを製造し、その特性を比較例と比較した結果について具体的に説明する。
【００２５】
［ブレージングシートの作製方法］
ろう材、芯材及び皮材は、下記表１乃至表４に示す組成となるように、溶解し、鋳造し、均熱処理した後、ろう材のクラッド率が１０％、犠牲材のクラッド率が５％となるように、各鋳塊を一定の厚さの板材に圧延した。その後、ろう材、芯材及び皮材を積層させて４５０℃×１時間に加熱し、その後、全体の厚さが３．５ｍｍになるまで熱間圧延した。その後、全体の厚さが１．５ｍｍになるまで冷間圧延し、昇温速度及び降温速度を４０℃／時として、４００℃×６時間の焼鈍を行い、ブレージングシートを作製した。
【００２６】
［評価方法］
実施例及び比較例の評価においては、ろう付後強度は、ブレージングシートを幅１００ｍｍ、長さ２３０ｍｍのサイズに切断した後、不活性雰囲気炉中で６００℃×５分保持するろう付想定加熱を施したものを、ＪＩＳＺ２２０１による引張り試験に供した。
【００２７】
ろう付後強度は、従来材（７０７２／３００３／４３４３）の強度（１１０乃至１２０ＭＰａ）と比較して、同程度の１４０ＭＰａ未満のものを×、１４０乃至１６０ＭＰａで強度が優れたものを○、１６０ＭＰａを超え、遥かに高強度のものを◎とした。
【００２８】
ろう付性の評価は、図１示す逆Ｔ試験片で、ろう材側及び反対側（皮材側）のフィレット形成状況を評価した。従来材（７０７２／３００３／４３４３）に対する比較として、ろう切れなどの発生が無くフィレットが良好なものを◎、フィレットが少し小さいが良好に形成されているものを○、ろう切れが発生し、更にフィレット形成が極めて小さいものを×として相対評価した。
【００２９】
これらの結果を下記表５及び表６に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
【表４】

【００３４】
【表５】

【００３５】
【表６】

上記表５及び表６に示すように、本発明の実施例No.１乃至５、７，１６乃至２０，２２乃至３０はいずれもろう付後強度及びろう付性が優れていた。
これに対して、比較例No.３４は芯材のＭｇ含有量が本発明の上限値を超えているので、ろう材側のろう付性が劣化した。比較例No.３２は皮材のＭｇ含有量が本発明の上限値を超えているので、皮材側のろう付性が劣化した。比較例No.３３は芯材及び皮材のＭｇ含有量が本発明の上限値を超えているので、ろう材側及び皮材側のろう付性が劣化した。比較例No.３４は芯材のＭｇ含有量が本発明の上限値を超えているので、ろう材側のろう付性が劣化した。比較例No.３５は芯材のＭｎの含有量が本発明の上限値を超えているので、圧延加工性が低下し、芯材に圧延割れが生じた。比較例No.３６は芯材のＭｎの含有量が本発明の下限値未満であるので、ろう付後の強度が不足した。比較例No.３７は皮材のＭｎの含有量が本発明の上限値を超えているので、圧延加工性が低下し、皮材に圧延割れが生じた。比較例No.３８は皮材のＭｎの含有量が本発明の下限値未満であるので、ろう付後の強度が不足した。比較例No.３９は皮材のＭｇ含有量が本発明の上限値を超えているので、皮材側のろう付性が劣化した。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、芯材中にＭｎ及びＭｇを所定量添加し、皮材中にＭｎを所定量添加し、皮材のＭｇ量を規制しているので、高強度で、かつ芯材の両面ともろう付性が優れたアルミニウムブレージングシートを得ることができる。また、芯材又は皮材中に、Ｓｉ及びＣｕ又はＣｒ、Ｚｒ及びＴｉを所定量添加することにより、更に一層の強度の向上を図ることができる。更に、皮材中に、Ｚｎを所定量添加することにより、耐食性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】逆Ｔ試験片を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１０；芯材
２、１２；ろう材
３；皮材
４；ろう材側フィレット
５；反対側フィレット

Claims (7)

1. Ｍｎ：０．５乃至２．０質量％、Ｍｇ：０．０５乃至０．３質量％を含有し残部Ａｌからなる芯材と、この芯材の一方の面に積層されＡｌ−Ｓｉ系合金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金からなるろう材層と、前記芯材の他方の面に積層されＭｎを０．５乃至２．０質量％を含有し、Ｍｇの含有量が０．１質量％未満であり残部ＡｌであるＡｌ−Ｍｎ系合金からなる皮材とを有し、皮材のＭｇ含有量は芯材のＭｇ含有量より小さいことを特徴とする高強度アルミニウムブレージングシート。
2. 前記芯材は、更に、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、及びＣｕ：０．３乃至１．０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度アルミニウムブレージングシート。
3. 前記芯材は、更に、Ｃｒ：０．０５乃至０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％、及びＴｉ：０．０５乃至０．３質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高強度アルミニウムブレージングシート。
4. 前記皮材は、更に、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％、及びＣｕ：０．３乃至１．０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度アルミニウムブレージングシート。
5. 前記皮材は、更に、Ｃｒ：０．０５乃至０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％、及びＴｉ：０．０５乃至０．３質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１又は４に記載の高強度アルミニウムブレージングシート。
6. 前記皮材は、Ｚｎ：０．５乃至５質量％を含有することを特徴とする請求項１、４又は５のいずれか１項に記載の高強度アルミニウムブレージングシート。
7. 請求項１乃至６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を使用し、これをフッ化物系フラックスを使用する不活性雰囲気中でろう付けすることにより構成されたものであることを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。

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