JP4169865B2

JP4169865B2 - 耐エロージョン特性に優れたＡｌ合金ブレージングシート

Info

Publication number: JP4169865B2
Application number: JP11171699A
Authority: JP
Inventors: 正裕野村; 茂信難波; 利樹植田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2019-04-20
Also published as: JP2000303132A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、自動車用熱交換器の部品材料等として用いられるＡｌ合金ブレージングシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用熱交換器、例えばカーエアコンのエバポレータは、Ａｌ合金ブレージングシートを成形加工したチューブ材とフィン材より構成され、両者が真空ろう付け等によってろう付けされ、組み立てられる。前記Ａｌ合金ブレージングシートとしては、従来、ＪＩＳＡ３００３等のＡｌ合金を芯材とし、これにＡｌ−Ｓｉ系合金やＡｌ−Ｇｅ系合金等のろう材をクラッドしたものが使用されている。
【０００３】
近年、自動車の軽量化の一環として、熱交換器の軽量化ひいてはＡｌ合金ブレージングシートの薄肉化が求められている。Ａｌ合金ブレージングシートを薄肉化した場合には、許容腐食深さも小さくする必要がある。エロージョンの程度が大きい場合、共晶部が優先腐食経路となるため、腐食が助長されることが知られている。このため、Ａｌ合金ブレージングシートの芯材に使用されるＡｌ合金として、ブレージングシートを薄肉化した場合には、耐食性のみならず、耐エロージョン性の向上が望まれる。なお、エロージョンとは、ろう付けの際にＡｌ合金ブレージングシートのろう材が芯材を侵食し、芯材厚さを減少させる現象をいう。
【０００４】
かかるエロージョンを抑制する技術として、特開平２−１５３０４８号公報に記載されているように、ろう付けの際に芯材の再結晶を完了させるべく、サブグレインの残存を防止するため、ブレージングシートに予め加工率５〜１５％の冷間圧延を行い、１４５〜１９５℃で焼鈍する技術がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報記載の技術は、本来必要でない冷間加工、焼鈍工程を製造工程に追加することになり、製造工程が煩雑になるとともに、製造コスト高を招来する。
【０００６】
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、余分な製造工程を追加することなく製造することができる、耐エロージョン特性に優れたＡｌ合金ブレージングシートを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、Ａｌ合金ブレージングシートにおける芯材のエロージョンは、ろう材に含まれるＳｉがろう付けの際に芯材へ侵入することにより引き起こされることに着目し、Ｓｉ元素が芯材に侵入する前、あるいは侵入しても芯材のごく表層部で化合物となって析出させることができれば、エロージョンを抑制、軽減できるとの技術的思想に基づき本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載した本発明のＡｌ合金ブレージングシートは、芯材の両面あるいは片面にＳｉ：６．０〜１３．５wt ％（以下、「％」と記す。）を含有するＡｌ合金で形成されたろう材が積層されたＡｌ合金ブレージングシートであって、前記芯材はＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金にＣａ、ＬｉあるいはＹのいずれか一種が含有され、Ｃａ、ＬｉあるいはＹの含有量がＣａ：０．１〜５．０％、Ｌｉ：０．１〜１０．０％、Ｙ：０．０５〜１．０％とされたＡｌ合金で形成されたものである。
【０００９】
本発明におけるＡｌ合金ブレージングシートの基本構成は、図１に示すように、ＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金をベースとするＡｌ合金によって形成された芯材１の両面（図１(A) 参照）あるいは片面（図１(B) 参照）にＳｉ：０．８〜１３．５％を含有するＡｌ合金によって形成されたろう材２が積層形成されたものである。
【００１０】
芯材１のベースを形成するＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金中のＭｎは高温強度、ろう接後強度の向上に効果があり、成形加工性が低下しない範囲で含有される。なお、芯材成分として、腐食電位等の観点からさらにＭｇ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．０５〜０．３％を含有させてもよい。
また、ろう材２をＳｉ：６．０〜１３．５％を含有するＡｌ合金で形成するのは、ＳｉはＡｌの液相線温度を低くし、この範囲でろう材の溶融時に良好な流動性が得られるようになるからである。なお、本発明において使用するＡｌ合金ろう材は、Ｓｉ：６．０〜１３．５％を含有しているものであれば、本発明の目的を達成するものであるが、本発明の効果を阻害しない範囲で他の元素を含んでいてもよい。例えば、Ｍｇを０．０５〜２．５％含有させることで、ろう付け性を阻害するＡｌの酸化皮膜に対して効果的である。
【００１１】
請求項１に記載した発明では、芯材１を形成するＡｌ合金として、ＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金にＣａ、ＬｉあるいはＹ（以下、これらの元素をエロージョン抑制元素と呼ぶ場合がある。）のいずれか一種が含有され、これらの元素が上記所定範囲（各元素について好ましい下限は上記所定範囲の下限×１．２、好ましい上限は上記所定範囲の上限×０．８％）とされたところに特徴がある。エロージョン抑制元素は、ろう付けの際にろう材から芯材に侵入してきたＳｉと結合してＳｉ元素をＳｉ化合物（シリサイド）として固定するため、Ｓｉ元素の芯材への侵入に起因するエロージョンを有効に抑制することができる。各エロージョン抑制元素の含有量の下限を下回ると、ろう材から芯材に侵入するＳｉを十分に化合物としてトラップすることができず、エロージョン抑制効果が劣化するようになる。一方、各エロージョン抑制元素の含有量の上限を上回ると、粗大なＡｌとの金属間化合物が多量に形成されるようになり、機械的特性等に悪影響を及ぼすようになる。上記エロージョン抑制元素のうち、特にＣａ、ＬｉはＳｉと結合しやすいため、好適な元素である。
【００１２】
前記エロージョン抑制元素の含有範囲は、個々の元素を単独添加する場合であるが、各元素の添加量がその下限未満の場合でも、複合添加することでろう材から侵入してきたＳｉをＳｉ化合物として固定し、エロージョンの抑制、防止を図ることができる。
【００１３】
請求項２に記載した発明は、芯材の両面あるいは片面にＳｉ：６．０〜１３．５％を含有するＡｌ合金で形成されたろう材が積層されたＡｌ合金ブレージングシートであって、前記芯材はＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金にＣａ、ＬｉおよびＹが含有され、Ｃａ、ＬｉおよびＹの含有量が下記 (1) 式および (2) 式を満足するものである。
[Ca]／0.1 ＋[Li]／0.1 ＋[Y ] ／ 0.05≧１……(1)
[Ca]／5.0 ＋[Li]／10.0＋[Y ] ／ 1.0 ≦１……(2)
但し、[X ]は元素Ｘの含有量（％）
【００１４】
この発明において、エロージョン抑制元素を複合添加する場合の下限を示す(1) 式は、各エロージョン抑制元素についての（含有量／下限値）の値の総和を１以上（好ましくは１．２以上）とするものであり、またエロージョン抑制元素を複合添加する場合の上限を示す(2) 式は、各エロージョン抑制元素についての（含有量／上限値）の値の総和を１以下（好ましくは０．８以下）とするものである。このように添加元素の総和の上限、下限を規定することで、請求項１と同様、ろう材から芯材に侵入したＳｉを複合添加したエロージョン抑制元素により化合物として固定することができ、エロージョンを抑制、防止することができる。
【００１５】
なお、上記エロージョン抑制元素を単独で、あるいは複合して添加する場合、ろう付け温度が高いと、芯材が溶融するおそれがある。従って、高温でろう付けする際には、添加元素の含有量をろう付け温度でのＡｌ合金の固相線上の濃度以下に止めるのがよい。
【００１６】
上記請求項１および２に記載した発明は、芯材を形成するＡｌ合金にエロージョン抑制元素を単独あるいは複合添加し、ろう付けの際にろう材から芯材に侵入してきたＳｉをＳｉ化合物としてトラップし、Ｓｉ元素の侵入に起因するエロージョンを抑制、防止するものである。この場合、Ｓｉはろう材と芯材の界面から芯材のごく表層部でトラップされるため、必ずしも芯材の全部にエロージョン抑制元素が含有されている必要はない。請求項３および４にかかる発明はかかる観点からなされたものである。
【００１７】
すなわち、請求項３に記載された発明は、ＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金で形成された芯材の両面あるいは片面にエロージョン抑制層を介してＳｉ：６．０〜１３．５％を含有するＡｌ合金で形成されたろう材が積層されたＡｌ合金ブレージングシートであって、前記エロージョン抑制層はＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金にＣａ、ＬｉあるいはＹのいずれか一種が含有され、Ｃａ、ＬｉあるいはＹの含有量が、Ｃａ：０．１〜５．０％、Ｌｉ：０．１〜１０．０％、Ｙ：０．０５〜１．０％とされたＡｌ合金で形成されたものである。
【００１８】
また、請求項４に記載された発明は、ＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金で形成された芯材の両面あるいは片面にエロージョン抑制層を介してＳｉ：６．０〜１３．５％を含有するＡｌ合金で形成されたろう材が積層されたＡｌ合金ブレージングシートであって、前記エロージョン抑制層はＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金にＣａ、ＬｉおよびＹが含有され、Ｃａ、ＬｉおよびＹの含有量が前記(1) 式および(2) 式を満足するＡｌ合金で形成されたものである。
【００１９】
請求項３、４の発明におけるＡｌ合金ブレージングシートの基本構成は、図２に示すように、ＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金で形成された芯材１Ａの両面（図２(A) 参照）あるいは片面（図２(B) 参照）にエロージョン抑制層３を介してＳｉ：６．０〜１３．５％を含有するＡｌ合金で形成されたろう材２が積層形成されたものである。また、エロージョン抑制層の層厚は、１０μm 以上、好ましくは５０μm 以上であれば本発明の効果を十分に発揮することができるが、ブレージングシートの薄肉化の観点からはエロージョン抑制層は１２０μm 以下、好ましくは１００μm 以下が適当である。
【００２０】
なお、本発明のＡｌ合金ブレージングシートの製造方法としては、通常、芯材およびろう材、あるいは芯材、エロージョン抑制層およびろう材の各部素材を溶製後、熱間圧延により薄板に加工し、これを上記順序で積層してクラッド圧延し、焼鈍後に冷間圧延を施して所定の製品厚に加工すればよい。冷間圧延の途中あるいは冷間圧延後に必要に応じて適宜焼鈍を行ってもよい。
【００２１】
なお、Ａｌ合金芯材とＡｌ合金ろう材との間にエロージョン防止層を設けたブレージングシートとしては、特開平９−３１０１３９号公報に記載のものがあるが、このブレージングシートにおけるエロージョン防止層は基本的に純Ａｌを用いるものである。純Ａｌはろう付けの際に再結晶しやすく、これによってろう材からのＳｉの侵入を防止するものであり、本発明のエロージョン抑制層と作用、効果が別異であり、技術的思想を異にするものである。
【００２２】
【実施例】
下記成分のＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金をベースとし、これに下記表１、表２に記載した含有量となるように種々のエロージョン抑制元素を添加して芯材用Ａｌ合金を溶製し、熱間圧延により薄板とし、さらに冷間圧延、焼鈍を施して芯材用薄板を得た。一方、Ａｌ−１０％Ｓｉ−１．２％Ｍｇ合金からなるろう材用薄板を前記芯材用薄板の両面に積層してクラッド圧延し、焼鈍後、冷間圧延、焼鈍を施して、図１(A) に示す芯材（厚さ４２０μm ）の両面にろう材（９０μm ×２）が積層されたブレージングシートを得た。なお、冷間圧延後の焼鈍では、加工歪を完全に除却し、ブレージングシートが完全焼鈍材になるようにした。
・ＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金成分（残部実質的にＡｌ）
Ｓｉ：０．６％、Ｆｅ：０．７％、Ｍｎ：１．２％、Ｚｎ：０．１％
【００２３】
このＡｌ合金ブレージングシートに引張り加工による伸び歪量として３％、７％の歪を付与して、ろう付け条件を模擬した熱処理を施し、エロージョンによって生じる芯材の侵食深さを光学顕微鏡を用いて測定した。Ａｌ合金ブレージングシートに上記歪を付与したのは、３００３Ａｌ合金を芯材として用いた従来例（表１の試料No. １）において、３〜７％の歪を付与した場合にエロージョンが極大値を取り、一番厳しい条件となるためである。前記熱処理は、歪を付与したＡｌ合金ブレージングシートを赤外線イメージ加熱炉を用いて真空中で加熱し、５９０℃で２分間保持後、炉内で冷却した。加熱時の昇温速度は、室温から５５０℃までは１０℃／分、５５０〜５９０℃までは５℃／分とした。保持後の冷却速度は定かではないが、数十℃／分と考えられる。
【００２４】
耐エロージョン特性の評価については、３％、７％の歪付与材において、少なくとも一方がろう付前素材のろう材と芯材界面からの芯材侵食深さが５０μm 以上となるか否かで良否を判断した。５０μm 以上の侵食がある場合、従来と大差がなく、却って合金元素の添加によりコスト高となる。３％、７％の歪付与材ともに５０μm 未満では、芯材の薄肉化等が期待でき、工業的意義が著大である。３％、７％の歪付与材のうちの大きい方の芯材侵食深さの測定結果を表１、表２に併せて示す。なお、以下の説明において、３％、７％の歪付与材のうちの大きい方の芯材侵食深さを最大芯材侵食深さと呼ぶことがある。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
エロージョン抑制元素を添加していない試料No. １の従来例では、８０μm の最大芯材侵食深さが観察されたが、エロージョン抑制元素を本発明範囲内で添加した発明例では最大芯材侵食深さが全て５０μm 未満であり、優れた耐エロージョン特性を備えていることがわかる。なお、発明例では、ろう付後の芯材に未再結晶領域が観察されており、本発明は従来の再結晶を利用したエロージョン抑制技術とは明らかに異なっている。
【００２８】
一方、Ｃａを本発明範囲より過多に添加した試料No. ５では、機械的特性等を阻害する多量の粗大晶出物が芯材に生成したため侵食深さの測定は省略した。また、Ｌｉは非常に高価であり、かつ活性な金属で爆発の可能性があるため、実施例では約５％の添加に止めたが、Ａｌ−Ｌｉ２元系状態図から１０．０％を越えると粗大なＡｌＬｉ金属間化合物が晶出し、耐食性、加工性が劣化することがわかる。
【００２９】
また、Ｙを発明範囲を越えて過多に添加した試料No. １２は、機械的特性や耐食性を悪化させると考えられる粗大な晶出物が芯材に生成したため、侵食深さの測定は行わなかった。また、エロージョン抑制元素を複合添加した場合でも、前記 (1) 式および (2) 式を満足する表２の試料 No. ２１では最大芯材侵食深さが４０μ m であり、優れた耐エロージョン特性が得られた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｓｉを所定量含有するろう材が隣接して積層された芯材あるいはエロージョン抑制層を、ＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金に所定のエロージョン抑制元素を単独あるいは複合して含有するＡｌ合金で形成したので、ろう付けの際にろう材から芯材側に侵入してきたＳｉをＳｉ化合物として析出固定することができる。このためＳｉ元素の芯材内部への侵入を抑制、防止することができ、耐エロージョン特性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＡｌ合金ブレージングシートの構造を示す断面模式図である。
【図２】本発明のＡｌ合金ブレージングシートの他の構造を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１，１Ａ芯材
２ろう材
３エロージョン抑制層

Claims

芯材の両面あるいは片面にＳｉ：６．０〜１３．５wt ％（以下、「％」と記す。）を含有するＡｌ合金で形成されたろう材が積層されたＡｌ合金ブレージングシートであって、前記芯材はＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金にＣａ、ＬｉあるいはＹのいずれか一種が含有され、Ｃａ、ＬｉあるいはＹの含有量がＣａ：０．１〜５．０％、Ｌｉ：０．１〜１０．０％、Ｙ：０．０５〜１．０％とされたＡｌ合金で形成された耐エロージョン特性に優れたＡｌ合金ブレージングシート。
芯材の両面あるいは片面にＳｉ：６．０〜１３．５％wt ％（以下、「％」と記す。）を含有するＡｌ合金で形成されたろう材が積層されたＡｌ合金ブレージングシートであって、前記芯材はＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金にＣａ、ＬｉおよびＹが含有され、Ｃａ、ＬｉおよびＹの含有量が下記(1) 式および(2) 式を満足する耐エロージョン特性に優れたＡｌ合金ブレージングシート。
[Ca]／0.1 ＋[Li]／0.1 ＋[Y ] ／ 0.05≧１……(1)
[Ca]／5.0 ＋[Li]／10.0＋[Y ] ／ 1.0 ≦１……(2)
但し、[X ]は元素Ｘの含有量（％）
ＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金で形成された芯材の両面あるいは片面にエロージョン抑制層を介してＳｉ：６．０〜１３．５％wt ％（以下、「％」と記す。）を含有するＡｌ合金で形成されたろう材が積層されたＡｌ合金ブレージングシートであって、前記エロージョン抑制層はＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金にＣａ、ＬｉあるいはＹのいずれか一種が含有され、Ｃａ、ＬｉあるいはＹの含有量がＣａ：０．１〜５．０％、Ｌｉ：０．１〜１０．０％、Ｙ：０．０５〜１．０％とされたＡｌ合金で形成された耐エロージョン特性に優れたＡｌ合金ブレージングシート。
ＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金で形成された芯材の両面あるいは片面にエロージョン抑制層を介してＳｉ：６．０〜１３．５％wt ％（以下、「％」と記す。）を含有するＡｌ合金で形成されたろう材が積層されたＡｌ合金ブレージングシートであって、前記エロージョン抑制層はＪＩＳＡ３００３Ａｌ合金にＣａ、ＬｉおよびＹが含有され、Ｃａ、ＬｉおよびＹの含有量が下記(1) 式および(2) 式を満足するＡｌ合金で形成された耐エロージョン特性に優れたＡｌ合金ブレージングシート。
[Ca]／0.1 ＋[Li]／0.1 ＋[Y ] ／ 0.05≧１……(1)
[Ca]／5.0 ＋[Li]／10.0＋[Y ] ／ 1.0 ≦１……(2)
但し、[X ]は元素Ｘの含有量（％）