JP4230006B2 - ろう付け管形成用アルミニウム合金ブレージングシートおよびろう付け管 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジエータやヒータコアあるいはオイルクーラなどの自動車用熱交換器に好適に用いられてろう付けにより管を形成するためのブレージングシートおよびそれを用いて構成されたろう付け管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用熱交換器に用いられる冷媒流通用の管体は、例えば、ＪＩＳ規定の３００３合金（重量％でＭｎ：１.０〜１.５％、Ｃｕ：０.０５〜０.２０％、Ｓｉ：０.６％以下、Ｆｅ：０.７％以下、Ｚｎ：０.１％以下、残部Ａｌ）を芯材として、この芯材の片面にＡｌ-Ｓｉ系のろう材をクラッドし、他方の面にＪＩＳ規定の７０７２合金（重量％でＣｕ：０.１０％以下、Ｍｎ：０.１０％以下、Ｍｇ：０.１０％以下、Ｚｎ：０.８〜１.３％、ＳｉとＦｅを合計で０.７％以下、残部Ａｌ）などからなる犠牲陽極皮材をクラッドしてなる積層構造のブレージングシートを犠牲陽極皮材を内側になるように管状に丸め加工するとともに、このブレージングシートの突き合わせ部分を高周波溶接などの接合方法により接合して構成されていた。このようにブレージングシートの突き合わせ部分を接合して構成された管体は、通常一般に電縫管と称されている。
【０００３】
そしてこの電縫管とフィンやヘッダープレートを組み合わせるとともに、組み合わせ部分のブレージングシート表面のろう材とそこに塗布したフッ化物系フラックスを利用してろう付けすることで電縫管とフィンとの接合および電縫管とヘッダープレートとの接合を行っていた。
このようなブレージングシートを用い、フッ化物系フラックスを用いてろう付けして組み立てられる形態の熱交換器は、従来から広く知られており、特に自動車用熱交換器の分野では主流となっている。
【０００４】
先の説明のように電縫管を用いて構成される熱交換器にあっては、電縫管の内部を冷媒が流通するので、冷媒が流通する流路をろう付け前に確保しておくことができる構造とされている。
これに対し、ロール成形などによって、クラッド材をろう材面あるいはろう材と犠牲陽極皮材が貼り合わされるように加工した後、フィンやヘッダープレートと組み合わせてろう付けし、ろう付けの段階で管を形成させる方法（特開平９−１２２８０４号公報参照）も行われるようになってきている。
従来用いられてきた電縫管は、ろう付け前に既に管の形状に加工されているために、管の内面側に配される犠牲陽極皮材がろう付けに寄与するということはほとんど考えられなかったが、前述のろう付け管にあっては、ろう材と犠牲陽極皮材とをろう付けにより接合することによって、管自身の耐圧強度や管接合部の接合強度を高めることができる特徴を有していた。
【０００５】
ところで、自動車用の熱交換器は省エネルギーなどの環境問題や軽量化によるコストダウンのため、薄肉化が求められてきていると同時に、薄肉であっても十分に高い強度を有することを余儀なくされてきている。
このような背景から電縫管には、特許第１４１６２７４号、特開平２−１７５０９３号、特開平８−３０２４３９号、あるいは特開平９−８７７８８号などに開示されているように、Ａｌ合金の芯材にＳｉ、Ｃｕ、Ｍｎ等を添加して強度を高めるとともに、犠牲陽極皮材にＭｇを添加して強化することで、薄肉であっても高強度であることが可能とされてきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電縫管に用いられてきているこの種のブレージングシートをそのまま前述の熱交換器用のろう付け管に適用すると、犠牲陽極皮材に添加されたＭｇとフッ化物系フラックスとがろう付け時に反応し、ろう材と犠牲陽極皮材表面部分のろう付け性が極端に低下するという問題があった。
【０００７】
これは詳述すると以下に説明する現象によるものと考えられる。
図４にこの種のろう付け管の一構造例を示す。この例のろう付け管Ａは、芯材１と犠牲陽極皮材２とろう材３とを積層してなる３層構造のＡｌ合金シート５をその両端側で折り曲げて中央部側に曲げ返して横断面Ｂ字状になるように全体を成形し、合金シート５の中央側で折り曲げて重ね合わせた端部５ａ、５ａ部分をろう付けして構成されている。
図４に示すろう付け管Ａのろう付け部分の拡大構造を図５に示す。合金シート５の中央部側において、犠牲陽極皮材２上に合金シート５の端部５ａ、５ａが重ね合わせ状態で突き合わせられてろう付けされている。即ち、合金シート５の端部５ａ、５ａのろう材３、３どうしが添わせられてこの部分でろう付けされるとともに、端部５ａ、５ａの先端部分が合金シート５の中央部側の犠牲陽極皮材２に突き当たった部分でろう付けされている。この状態においてろう付け管Ａの内部には２つの流路６、７が形成されて管Ａを構成している。
【０００８】
図５に示すようなろう付け構造を有するろう付け管Ａであると、ろう付け部分の周囲に芯材１とろう材３に加えて犠牲陽極皮材２が存在するので、ろう付け時の高温加熱によってろう付け部分に芯材１と犠牲陽極皮材２とろう材３の各構成元素が相互拡散するおそれがある。
ところが、前述の如くこの種のブレージングシートには、薄肉化と強度向上化のために犠牲陽極皮材２にＭｇを添加しているので、Ｍｇがろう付け部において拡散すると、ろう付け部分にろう付け時に通常塗布しておくフラックスに含まれるフッ化アルミン酸カリウム（ＫＡｌＦ4）などに含まれるＦ（フッ素）がＭｇと反応し、ＭｇＦ2が生成してろう付け強度を著しく低下させてしまうものと考えられる。
ところでＭｇは、アルミニウム合金ブレージングシートの強度を向上させるためには重要な元素であり、出来る限りＭｇを添加したブレージングシートを用いたいのであるが、前述のろう付け性の低下の問題に鑑み、ろう付け管に用いるブレージングシートにはＭｇを添加する場合の制約が大きく、Ｍｇを添加していない組成系のアルミニウム合金ブレージングシートでは最近の薄肉化と高強度化の要求には答えられなくなりつつある。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、薄肉化が可能で高い強度を維持できるとともに、Ｍｇを添加した組成系としてろう付け管とした場合であってもろう付け部分の耐食性に優れ、ろう付け性にも優れたブレージングシートとそれを用いたろう付け管を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明のろう付け管では、重量％で、Ｍｎ：０.８％〜１.５％、Ｃｕ：０.２〜０.７％、Ｓｉ：０.１０〜１.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満を含み、更に、Ｚｒ：０.０５〜０.２％、Ｔｉ：０.０５〜０.２％、Ｆｅ：０.０５〜０.５％のうち、１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金芯材の片面に、Ｚｎ：２.０〜１０.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満、Ｂｅ：０.０００２〜０.１％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなる犠牲陽極皮材がクラッドされ、更に、前記アルミニウム合金芯材の他方の面にＡｌ-Ｓｉ系、あるいは、Ａｌ-Ｓｉ-Ｚｎ系合金からなるろう材がクラッドされてなるブレージングシートからなり、該ブレージングシートを前記犠牲陽極皮材を内側にしてその両端側で折り曲げ、その中央部側で重ね合わせて各ブレージングシートの両端部を該ブレージングシートの中央部側に突き合わせて該突き合わせ先端部分においてブレージングシート片面側の犠牲陽極皮材と他面側のろう材とを接触させて横断面Ｂ字状に折り曲げ形成し、ブレージングシートの突き合わせ先端部分において前記犠牲陽極皮材と芯材に接触したろう材の溶融によりろう付けされてなることを特徴とする。
【００１１】
犠牲陽極皮材に特定量のＢｅとＭｇを添加することで、犠牲陽極皮材がろう付け部分に配される構造であっても、犠牲陽極皮材中のＭｇとフラックスとの反応を最小限度に抑制できる結果としてろう付け強度の低下現象が抑制される。
ＢｅはＭｇを含有するアルミニウム合金の酸化膜を薄くする効果がある。Ｍｇを含有するアルミニウム合金の表面に酸化皮膜が厚く形成されると、腐食の発生点が少なくなり、少ない発生点から生じた腐食は孔食に至り易いが、Ｂｅを規定量含有させてこの酸化皮膜を薄くすることができ、腐食初期の腐食発生点を増やしてアルミニウム合金を全面腐食型にすることができ、結果的に耐食性を向上させることができる。
また、ＭｇはＺｎとの作用により微細なＭｇＺｎ2を生成し、強度の向上に寄与する。更に、芯材に含有されるＭｇ量を規定することによってもろう付け性の良好なブレージングシートが得られる。
また、犠牲陽極皮材にＢｅを特定量添加することでフラックスとＭｇとの反応を抑制できることから、Ｍｇの添加量の上限を広げてブレージングシートの強度向上に寄与する。更に、Ｂｅの添加によりＡｌ-Ｍｇ合金の酸化皮膜の抑制効果を得ることができ、犠牲陽極皮材の犠牲陽極効果を充分に得ることができる。
【００１２】
本発明のろう付け管では、重量％でＭｎ：０.８％〜１.５％、Ｃｕ：０.２〜０.７％、Ｓｉ：０.１０〜１.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満を含み、更に、Ｚｒ：０.０５〜０.２％、Ｔｉ：０.０５〜０.２％、Ｆｅ：０.０５〜０.５％のうち、１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金芯材の片面に、Ｚｎ：２.０〜１０.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満、Ｂｅ：０.０００２〜０.１％を含有し、更に、Ｉｎ：０.０１〜０.２％、Ｓｎ：０.０５〜０.２％のうち、１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなる犠牲陽極皮材がクラッドされ、更に、前記アルミニウム合金芯材の他方の面にＡｌ-Ｓｉ系、あるいはＡｌ-Ｓｉ-Ｚｎ系合金からなるろう材がクラッドされてなるブレージングシートからなり、該ブレージングシートを前記犠牲陽極皮材を内側にしてその両端側で折り曲げ、その中央部側で重ね合わせて各ブレージングシートの両端部を該ブレージングシートの中央部側に突き合わせて該突き合わせ先端部分においてブレージングシート片面側の犠牲陽極皮材と他面側のろう材とを接触させて横断面Ｂ字状に折り曲げ形成し、ブレージングシートの突き合わせ先端部分において前記犠牲陽極皮材と芯材に接触したろう材の溶融によりろう付けされてなることを特徴とする。
犠牲陽極皮材に更にＩｎ、Ｓを添加することでより孔耐食性に優れたブレージングシートが得られ、孔耐食性に優れたろう付け管が得られる。
【００１３】
また本発明は、フッ化物を含むフラックスがろう付け部分に設けられ、溶融状態のろう材が前記フラックスと前記犠牲陽極皮材と前記芯材に接した状態から凝固されてろう付け部分が形成されてなることを特徴とする。更に本発明は、先のいずれかに記載のろう付け管において、前記ブレージングシートの突き合わせ先端部分が相互に反対方向に折曲されて前記ブレージングシートの内面側に沿わせられてなることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を詳しく説明する。
図１と図２は、本発明に係るブレージングシートの一実施形態を示すもので、この形態のブレージングシート１０はシート状の芯材１１の片面（図１に示す形態では上面）に犠牲陽極皮材１２を、芯材１１の他の面（図１に示す形態では下面）にろう材１３を各々クラッド圧着して構成されている。
そして前述のブレージングシート１０において、芯材１１と犠牲陽極皮材１２とろう材１３はそれぞれ後述するアルミニウム合金から形成されている。
【００１５】
以下に本発明における芯材１１と犠牲陽極皮材１２とろう材１３のそれぞれを構成するアルミニウム合金と各アルミニウム合金における成分限定理由について説明する。
「芯材」
芯材１１は、重量％表示でＭｎ：０.８％〜１.５％、Ｃｕ：０.２〜０.７％、Ｓｉ：０.１０〜１.０％、Ｍｇ：０.０１〜０.５％を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成されていることが好ましい。
そして更に、これらの組成に加えて、Ｚｒ：０.０５〜０.２％、Ｔｉ：０.０５〜０.２％、Ｆｅ：０.０５〜０.５％のうち、１種又は２種以上を含むものであることが好ましい。
なお、本発明において組成範囲の上限値と下限値を〜で結んで表示する場合に特に指定しない限りその範囲内に上限値と下限値を含むものとするので、前述の０.８〜１.５％とは、０.８％以上、１.５％以下の範囲を意味するものとする。
【００１６】
Ｍｎ：Ｍｎは金属間化合物として晶出または析出し、ろう付け後の芯材強度を向上させるために有効である。また、芯材の電位を電気化学的に貴にして犠牲陽極皮材側だけでなくろう材側の耐孔食性も向上させる。Ｍｎ含有量は０.８〜１.５％の範囲が好適であり、この範囲を超える含有量であると、圧延などの加工性が低下するとともに強度の一層の向上効果が得られ難くなる一方、この範囲を下回る含有量であると、ろう付け後の強度向上効果が不十分であり、耐孔食性向上効果も不十分になるので、前述の範囲とすることが好ましい。
【００１７】
Ｃｕ：ＣｕはＡｌ素地中に一部固溶してろう付け後の強度を向上させるとともに、芯材の電位を電気化学的に貴にして犠牲材側だけでなくろう材側の耐孔食性も向上させる効果を奏する。このためＣｕの含有量は、０.２〜０.７％の範囲が好適であり、この範囲を超える含有量であると融点が低下してろう付け時に溶融するおそれがあり、前述の範囲を下回る含有量であるとろう付け後の強度向上効果が不十分になり、耐孔食性の向上効果も不十分になるので、前述の範囲とすることが好ましい。なお、Ｃｕの含有量範囲において０.２〜０.７％とは他の元素の含有量とは異なり、特別に０.２％を超える範囲であるとともに０.７％以下の範囲を示すものと規定する。
Ｓｉ：ＳｉはＡｌ-Ｍｎ-Ｓｉ化合物として分散し、Ａｌ素地中に固溶して強度を向上させるので、０.１０〜１.０％の範囲が好適であるが、含有量がこの範囲を超えると融点が低下してろう付け時に溶解するおそれを生じ、含有量が前述の範囲を下回ると固溶強化の効果が不十分となる。
【００１８】
Ｚｒ,Ｔｉ：ＺｒとＴｉは、ろう付け後に微細な金属間化合物として分散あるいはマトリックスに固溶して強度を向上させるので、それぞれ０.０５〜０.２％の範囲が好ましいが、含有量がこの範囲を越えるようであると加工性が低下し、含有量がこの範囲を下回るようであると強度向上効果が不十分となり易い。
Ｍｇ：ろう付け時の熱処理などにより犠牲陽極皮材側に拡散して腐食の起点を微細均一に発生させ、耐孔食性を向上させるとともに、犠牲陽極皮材中のＺｎの全面腐食促進効果をさらに高める効果を有するので、０.０１〜０.５％の範囲が好適であるが、含有量がこの範囲を超えるとろう付け性を阻害するとともに、成形前の強度が高くなり過ぎて成形性を低下させるとともに、含有量が前述の範囲を下回るようであると強度の向上効果が少なくなる。なお、本発明においてＭｇ含有量に関して０.０１〜０.５％の範囲とは、特に０.０１％以上、かつ、０.５％未満を意味するものとする。
Ｆｅ：Ｆｅは金属間化合物として晶出または析出し、ろう付け後の強度を向上させるので、０.０５〜０.５％の範囲が好ましいが、含有量がこの範囲を超えるようであると腐食速度が早くなり過ぎるおそれがある。
【００１９】
「犠牲陽極皮材」
犠牲陽極皮材１２は、Ｚｎ：２.０〜１０.０％、Ｍｇ：０.０１〜０.５％、Ｂｅ：０.０００２〜０.１％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなる組成であることが好ましい。また、これらの組成に加えて、更に、Ｉｎ：０.０１〜０.２％、Ｓｎ：０.０５〜０.２％のうち、１種又は２種以上を含むものであることが好ましい。
【００２０】
Ｚｎ：Ｚｎは犠牲陽極皮材の電位を卑にして、犠牲陽極皮材表面から芯材への防食上有効な電位分布を形成し、耐孔食性を向上させるとともに腐食形態を孔食型ではなく全面腐食型に変更するために重要であるので、２.０〜１０.０％の範囲で含有させることが好ましいが、Ｚｎの含有量がこの範囲を超えると加工性が低下するとともに自己腐食速度が早くなり過ぎ、逆にＺｎの含有量が前述の範囲を下回るようであると耐孔食性の向上効果が不十分となり易い。
Ｍｇ：Ｍｇは腐食の起点を微細均一に発生させ、耐孔食性を向上させるとともにＺｎの全面腐食促進効果を更に高めるので０.０１〜０.５％の範囲で含有させることが好ましいが、含有量がこの範囲を超えるとろう付け性を阻害し、成形前の硬度が高くなり過ぎて成形性を低下させるおそれがあるとともに、含有量が前述の範囲を下回るようであると効果が不十分となる。なお、Ｍｇ含有量に関して０.０１〜０.５％の範囲とは、０.０１％以上、かつ、０.５％未満を意味するものとする。
【００２１】
Ｂｅ：ＢｅはＭｇとフラックスの反応を抑制し、Ｍｇ許容量を増大させるために有効である。更にＢｅは、犠牲陽極皮材表面に形成されるＡｌ-Ｍｇ合金の酸化皮膜を抑制し、犠牲陽極皮材の犠牲陽極効果を充分に発揮させ、更に、微細な孔食を均一に生じさせてマクロな孔食を生じさせない効果を奏する。従ってＢｅ含有量は、０.０００２〜０.１％の範囲が好ましく、この範囲を超えるようであるとＢｅの単価が高いためにコスト上昇を招き、多く含有させてもこれ以上の効果の向上は望めない一方、この範囲を下回る含有量ではフラックスとＭｇの反応性を抑制でき難くなるのでこの範囲とした。
【００２２】
Ｉｎ、Ｓｎ：これらの元素は犠牲陽極皮材の電位を卑にして犠牲陽極効果を
向上させるので、Ｉｎ：０.０１〜０.２％、Ｓｎ：０.０５〜０.２％のうち、１種又は２種以上を含有していることが好ましい。ただし、これらの元素を前述の範囲よりも多く含有させるようであると、コストが上昇し、前述の範囲を超えて含有していても効果は少ないとともに、前述の範囲を下回っていても差し支えない。
【００２３】
「ろう材」
ろう材１３はこの形態ではＡｌ-Ｓｉ系、Ａｌ-Ｓｉ-Ｚｎ系のものなど、通常のろう付け管の形成に用いられるろう材を適宜用いることができるのはも勿論である。Ａｌ-Ｓｉ系であれば、代表的なものとして、Ｓｉ１０％、残部Ａｌのもの、Ａｌ-Ｓｉ-Ｚｎ系であれば代表的なものとして、Ｓｉ７.５％、Ｚｎ２％、残部Ａｌのものなどを例示できる。
【００２４】
次に図２にこれらの組成の芯材１と犠牲陽極皮材１２とろう材１３とをクラッド圧着してなるブレージングシート１０を用いて構成された熱交換器用のろう付け管の断面構造の一形態を示す。
この形態のろう付け管Ｂは、ブレージングシート１０の両端部側を犠牲陽極皮材１２を内面側とするように同じ方向に丸めて折り曲げ、折り曲げた先端側のブレージングシート１０の端部１０ａ、１０ａどうしを背中合わせに添わせてブレージングシート１０の中央部側に当接させて横断面倒Ｂ字型に成形して構成されている。即ち、ブレージングシート１０の中央部側でブレージングシート１０の端部１０ａ、１０ａは背中合わせに添わせられるとともに、各端部１０ａの先端部１０ｂは各々端部１０ａに対してほぼ９０゜の角度で相互に反対方向に折曲されてブレージングシート１０の内面側に添わせられている。
以上の構造において、ろう付け管Ｂの内部はブレージングシート１０の端部１０ａ、１０ａにより２つの流路１６、１７に仕切られている。そして、背中合わせに添わせられた端部１０ａ、１０ａの当接部分に存在するろう材１３により両者がろう付けされるとともに、ブレージングシート１０の内面側の犠牲陽極皮材１２に当接されている先端部１０ｂ、１０ｂがろう材１３によりブレージングシート１０の内面側の犠牲陽極皮材１２にろう付けされている。
【００２５】
この構造のろう付け管Ｂにあっては、ブレージングシート１０の先端部１０ｂ、１０ｂとブレージングシート１０の内面部分の犠牲陽極皮材１２が突き当てられた部分でろう付けされているので、芯材１１と犠牲陽極皮材１２に含有されている添加成分がろう付け時の熱によってろう付け部分に拡散するおそれが高い。ここで本発明で用いるブレージングシート１０の芯材１１と犠牲陽極皮材１２にあってはいずれもＭｇ含有量を低く抑えているので、Ｍｇがろう付け部分に拡散してもＭｇ拡散によるろう付け性への悪影響は少ない。
【００２６】
この理由について詳述すると、図２に示すろう付け管Ｂを製造するには、ブレージングシート１０を図２に示すように折り曲げ成形する前に、ろう付け該当部分に予めフラックス（一般的にはフッ化アルミニウムカリ塩「主としてＫＡｌＦ4」が多くその他のフラックスとしてもＦを含有するものが多い。）を塗布しておき、フラックス塗布済みのブレージングシート１０を折り曲げ加工してからろう付け用の加熱炉に搬入し、加熱炉内で所定の温度に加熱してろう材１３を溶融させることによりろう付けを行う。なお、フラックス塗布はブレージングシート形成後に行う場合もある。
従ってろう付け部分にはＭｇとＦが存在するが、このＭｇとＦがろう付け時の高温下で存在するとＭｇＦ2を容易に生成してろう付け性を著しく阻害するので犠牲陽極皮材１２に含有させるＭｇ量を前述のごとく０.０１〜０.５％の範囲とすることが重要である。また、芯材１１についてもＭｇ量を０.０１〜０.５％の範囲とすることが好ましい。
【００２７】
なお、犠牲陽極皮材１２に含有させているＢｅの効果により、Ｍｇ量の上限は０.５％とすることができる。仮に、Ｂｅを含有しない場合、Ｍｇの含有量の上限は０.１％程度であり、これ以上のＭｇを含有させるとフラックスとＭｇが反応してＭｇＦ2が多く生成し、ろう付け性が著しく低下する。ここで犠牲陽極皮材１２にＢｅを０.０００２〜０.１％の範囲で含有させていることで、Ｍｇの含有量を０.５％未満にまで高めることができ、このようにＭｇの含有量の増大を図ることでブレージングシート１０の強度を向上させることができる。
【００２８】
次に、ブレージングシート１０を製造するには、芯材１１を形成するためのＡｌ合金板材と犠牲陽極皮材１２を形成するためのＡｌ合金板材とろう材１３を形成するためのＡｌ合金板材を各々必要組成の合金溶湯から鋳造で作成し、必要に応じてこれらを面切削してからクラッド圧着により３層構造に一体化し、必要回数の圧延加工を施して所望の厚さに調整し、最終圧延加工を施してから塑性加工を施してブレージングシート１０を得ることができる。
【００２９】
以上のごとく製造されたブレージングシート１０を用いて図２に示すろう付け管Ｂを製造することで、全体強度の高い、ろう付け部分の耐食性とろう付け強度に優れた、加工性の良好なろう付け管Ｂを得ることができる。
【００３０】
図３は図１に示す本発明のブレージングシート１０を用いて構成される熱交換器用ろう付け管の第２の形態を示すもので、この形態のろう付け管Ｃは図２に示すろう付け管Ｂの先端部１０ｂを省略して構成し、ブレージングシート１０の端部１０ａ、１０ａを直接ブレージングシート中央部の犠牲陽極皮材１２に当接させ、この当接部分をろう付け部１５Ｃとした構成である。
この形態の構造においてもブレージングシート１０の端部１０ａの先端部分をブレージングシート１０の犠牲陽極皮材１２に当接させてこの部分をろう付けするので、ろう付け部分には芯材１１と犠牲陽極皮材１２とろう材１３とが存在することになるので、先に説明した第１の形態のろう付け管Ｂと同等の効果を得ることができる。
【００３１】
【実施例】
以下の表１〜表２に示す成分組成の芯材用合金、犠牲陽極皮材用合金、ろう材用合金をそれぞれ溶解し、鋳造して各々インゴットを製造し、これらのインゴットを面削後、通常の条件で均質化処理後、熱間圧延と冷間圧延を行い、芯材用合金は１６０ｍｍ、犠牲陽極皮材用合金、ろう材用合金は２０ｍｍの厚さに加工した。これら３者を熱間にてクラッド圧延して圧着し、続いて適宜中間焼鈍を行いながら種々の最終冷間圧延率となるように冷間圧延を行って板厚０.２５ｍｍのクラッド材を作製した。また、冷間圧延の最終圧延加工の際の圧延率を表３に示す如く種々の圧延率に設定した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
得られたクラッド材を図１と図２に示す形状のＢ字型の断面形状のろう付け管に成形した。
【００３５】
更に、得られたろう付け管にフッ化物系のフラックス（フッ化アルミニウムカリ塩：主にＫＡｌＦ4）を塗布し、ろう付け熱処理として高純度窒素ガス雰囲気中で６００℃×３分保持の熱処理を行い、ろう付け性を評価した。ろう付け性の評価はろう付け後の管断面を観察してフィレット（ろう材の溶融凝固部分）の形成状態（形状や大きさ）から評価した。表において〇は最良のもの、△は良好なもの、×はろう付け性不十分のものを示す。
【００３６】
続いて耐食性を評価する目的で、上記のろう付け管形成用のクラッド材を成形することなくろう付け熱処理し、続いてＣｕ2+イオン１００ｐｐｍを添加した４０℃の水道水中に２０日間浸漬する腐食試験を行い、試験後の最大孔食深さを測定した。また、その際の腐食形態も光学顕微鏡による断面観察により記録した。
以上の結果をまとめて表３に示す。
【００３７】
【表３】
【００３８】
表３に示す結果から明らかなように、本発明外の組成を有する犠牲陽極皮材を備えた試料はいずれも、ろう付け性と最大孔食深さと引張強度のいずれかの面で本発明試料に比べて劣っていることが明らかになった。
表３において、規定範囲を下回るＣｕ、Ｍｇを添加した芯材Ａを用いたブレージングシート７は最大孔食深さが大きく孔食になってしまい、過剰のＭｇを添加した芯材Ｅを用いたブレージングシート８はろう付け性評価の面で劣り、過剰のＳｉとＭｇを添加した芯材Ｆを用いたブレージングシート９はろう付け時に芯材が溶融してしまい、規定範囲外のＣｕを添加した芯材Ｇ、Ｈを用いたブレージングシート１０、１１は最大孔食深さが大きく孔食になってしまい、規定範囲外のＭｎを添加した芯材ＩとＪを用いたブレージングシート１２、１３は引張強度が不足するか一部圧延時に割れが生じてしまった。更に、ＭｇまたはＢｅを規定範囲外とした犠牲陽極皮材ａ、ｊ、ｌを用いたブレージングシート１４、１８、２０はろう付け性評価が悪く、ＺｎとＢｅを多く添加した犠牲陽極皮材ｆとｋを用いたブレージングシート１６、１９は最大孔食深さが大きく、Ｍｇ添加量が少ない犠牲陽極皮材ｉを用いたブレージングシートは引張強度が低くなった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のろう付け管は、重量％で特定量のＭｎ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｍｇに、Ｚｒ、Ｔｉのいずれか１種以上を特定量含有させるとともに、この芯材の一側にＺｎとＭｇとＢｅを特定量含有させた犠牲陽極皮材を、他側にろう材をクラッドしてなり、該ブレージングシートを前記犠牲陽極皮材を内側にしてその両端側で折り曲げ、その中央部側で重ね合わせて各ブレージングシートの両端部を該ブレージングシートの中央部側に突き合わせて該突き合わせ先端部分においてブレージングシート片面側の犠牲陽極皮材と他面側のろう材とを接触させて横断面Ｂ字状に折り曲げ形成し、ブレージングシートの突き合わせ先端部分において前記犠牲陽極皮材と芯材に接触したろう材の溶融によりろう付けされてなり、特に犠牲陽極皮材のＢｅ量とＭｇ量及び芯材のＭｇ量を適正な範囲に抑えたので、ろう付け部分にフッ化物を含むフラックスが設けられた場合であっても、ろう付け部分の強度劣化が少なく、ろう付け部分の耐孔食性劣化を生じさせることなくろう付けができるブレージングシートからなるろう付け管を提供することができる効果がある。
【００４０】
また、Ｂｅの添加によりＭｇとフラックスとの反応性を抑え、犠牲陽極皮材に加えて芯材に含有させるＭｇ量をある程度確保できる組成としたので、ろう付け部分にフッ化物を含むフラックスが設けられた場合であっても、ろう付け部分の強度劣化が少なく、芯材の強度も高いレベルで保持することができ、更に腐食の起点を微細均一化することができ、ろう付け部分の耐孔食性劣化を生じさせることのないろう付け部分を有するろう付け管を提供できる効果がある。更に、前記の組成にＩｎ、Ｓｎを特定量添加することで犠牲陽極皮材の腐食電位を卑にして犠牲陽極効果を更に向上させることができる。
【００４１】
次に、本発明のろう付け管において、犠牲陽極皮材と芯材に含有させるＭｇ量とＢｅ量が特定の含有量に抑制されているので、ろう付け部分の強度が高く、耐孔食性に優れたろう付け管を得ることができる。よって本発明のろう付け管は熱交換器用の媒体流通管として好適な特徴を有する。
また、本発明のろう付け管において、ブレージングシートの突き合わせ先端部分が相互に反対方向に折曲されて前記ブレージングシートの内面側に沿わせられてなる構造においても犠牲陽極皮材とろう材が接触する部分が存在するので、ろう付け部分にフッ化物を含むフラックスが設けられた場合であっても、ろう付け部分の強度劣化が少なく、ろう付け部分の耐孔食性劣化を生じさせることなくろう付けができるブレージングシートからなるろう付け管を提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るブレージングシートの第１の実施形態の断面図。
【図２】 図１に示すブレージングシートで形成されたろう付け管を示す断面図。
【図３】 本発明に係るブレージングシートを用いて構成されるろう付け管の第２の形態を示す断面図。
【図４】 従来のブレージングシートを用いて構成されたろう付け管の一例を示す断面図。
【図５】 図４に示す管のろう付け部分を示す拡大断面図。
【符号の説明】
Ｂ、Ｃ・・・ろう付け管、１１・・・芯材、１２・・・犠牲陽極皮材、１３・・・ろう材、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ・・・ろう付け部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジエータやヒータコアあるいはオイルクーラなどの自動車用熱交換器に好適に用いられてろう付けにより管を形成するためのブレージングシートおよびそれを用いて構成されたろう付け管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用熱交換器に用いられる冷媒流通用の管体は、例えば、ＪＩＳ規定の３００３合金（重量％でＭｎ：１.０〜１.５％、Ｃｕ：０.０５〜０.２０％、Ｓｉ：０.６％以下、Ｆｅ：０.７％以下、Ｚｎ：０.１％以下、残部Ａｌ）を芯材として、この芯材の片面にＡｌ-Ｓｉ系のろう材をクラッドし、他方の面にＪＩＳ規定の７０７２合金（重量％でＣｕ：０.１０％以下、Ｍｎ：０.１０％以下、Ｍｇ：０.１０％以下、Ｚｎ：０.８〜１.３％、ＳｉとＦｅを合計で０.７％以下、残部Ａｌ）などからなる犠牲陽極皮材をクラッドしてなる積層構造のブレージングシートを犠牲陽極皮材を内側になるように管状に丸め加工するとともに、このブレージングシートの突き合わせ部分を高周波溶接などの接合方法により接合して構成されていた。このようにブレージングシートの突き合わせ部分を接合して構成された管体は、通常一般に電縫管と称されている。
【０００３】
そしてこの電縫管とフィンやヘッダープレートを組み合わせるとともに、組み合わせ部分のブレージングシート表面のろう材とそこに塗布したフッ化物系フラックスを利用してろう付けすることで電縫管とフィンとの接合および電縫管とヘッダープレートとの接合を行っていた。
このようなブレージングシートを用い、フッ化物系フラックスを用いてろう付けして組み立てられる形態の熱交換器は、従来から広く知られており、特に自動車用熱交換器の分野では主流となっている。
【０００４】
先の説明のように電縫管を用いて構成される熱交換器にあっては、電縫管の内部を冷媒が流通するので、冷媒が流通する流路をろう付け前に確保しておくことができる構造とされている。
これに対し、ロール成形などによって、クラッド材をろう材面あるいはろう材と犠牲陽極皮材が貼り合わされるように加工した後、フィンやヘッダープレートと組み合わせてろう付けし、ろう付けの段階で管を形成させる方法（特開平９−１２２８０４号公報参照）も行われるようになってきている。
従来用いられてきた電縫管は、ろう付け前に既に管の形状に加工されているために、管の内面側に配される犠牲陽極皮材がろう付けに寄与するということはほとんど考えられなかったが、前述のろう付け管にあっては、ろう材と犠牲陽極皮材とをろう付けにより接合することによって、管自身の耐圧強度や管接合部の接合強度を高めることができる特徴を有していた。
【０００５】
ところで、自動車用の熱交換器は省エネルギーなどの環境問題や軽量化によるコストダウンのため、薄肉化が求められてきていると同時に、薄肉であっても十分に高い強度を有することを余儀なくされてきている。
このような背景から電縫管には、特許第１４１６２７４号、特開平２−１７５０９３号、特開平８−３０２４３９号、あるいは特開平９−８７７８８号などに開示されているように、Ａｌ合金の芯材にＳｉ、Ｃｕ、Ｍｎ等を添加して強度を高めるとともに、犠牲陽極皮材にＭｇを添加して強化することで、薄肉であっても高強度であることが可能とされてきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電縫管に用いられてきているこの種のブレージングシートをそのまま前述の熱交換器用のろう付け管に適用すると、犠牲陽極皮材に添加されたＭｇとフッ化物系フラックスとがろう付け時に反応し、ろう材と犠牲陽極皮材表面部分のろう付け性が極端に低下するという問題があった。
【０００７】
これは詳述すると以下に説明する現象によるものと考えられる。
図４にこの種のろう付け管の一構造例を示す。この例のろう付け管Ａは、芯材１と犠牲陽極皮材２とろう材３とを積層してなる３層構造のＡｌ合金シート５をその両端側で折り曲げて中央部側に曲げ返して横断面Ｂ字状になるように全体を成形し、合金シート５の中央側で折り曲げて重ね合わせた端部５ａ、５ａ部分をろう付けして構成されている。
図４に示すろう付け管Ａのろう付け部分の拡大構造を図５に示す。合金シート５の中央部側において、犠牲陽極皮材２上に合金シート５の端部５ａ、５ａが重ね合わせ状態で突き合わせられてろう付けされている。即ち、合金シート５の端部５ａ、５ａのろう材３、３どうしが添わせられてこの部分でろう付けされるとともに、端部５ａ、５ａの先端部分が合金シート５の中央部側の犠牲陽極皮材２に突き当たった部分でろう付けされている。この状態においてろう付け管Ａの内部には２つの流路６、７が形成されて管Ａを構成している。
【０００８】
図５に示すようなろう付け構造を有するろう付け管Ａであると、ろう付け部分の周囲に芯材１とろう材３に加えて犠牲陽極皮材２が存在するので、ろう付け時の高温加熱によってろう付け部分に芯材１と犠牲陽極皮材２とろう材３の各構成元素が相互拡散するおそれがある。
ところが、前述の如くこの種のブレージングシートには、薄肉化と強度向上化のために犠牲陽極皮材２にＭｇを添加しているので、Ｍｇがろう付け部において拡散すると、ろう付け部分にろう付け時に通常塗布しておくフラックスに含まれるフッ化アルミン酸カリウム（ＫＡｌＦ4）などに含まれるＦ（フッ素）がＭｇと反応し、ＭｇＦ2が生成してろう付け強度を著しく低下させてしまうものと考えられる。
ところでＭｇは、アルミニウム合金ブレージングシートの強度を向上させるためには重要な元素であり、出来る限りＭｇを添加したブレージングシートを用いたいのであるが、前述のろう付け性の低下の問題に鑑み、ろう付け管に用いるブレージングシートにはＭｇを添加する場合の制約が大きく、Ｍｇを添加していない組成系のアルミニウム合金ブレージングシートでは最近の薄肉化と高強度化の要求には答えられなくなりつつある。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、薄肉化が可能で高い強度を維持できるとともに、Ｍｇを添加した組成系としてろう付け管とした場合であってもろう付け部分の耐食性に優れ、ろう付け性にも優れたブレージングシートとそれを用いたろう付け管を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明のろう付け管では、重量％で、Ｍｎ：０.８％〜１.５％、Ｃｕ：０.２〜０.７％、Ｓｉ：０.１０〜１.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満を含み、更に、Ｚｒ：０.０５〜０.２％、Ｔｉ：０.０５〜０.２％、Ｆｅ：０.０５〜０.５％のうち、１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金芯材の片面に、Ｚｎ：２.０〜１０.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満、Ｂｅ：０.０００２〜０.１％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなる犠牲陽極皮材がクラッドされ、更に、前記アルミニウム合金芯材の他方の面にＡｌ-Ｓｉ系、あるいは、Ａｌ-Ｓｉ-Ｚｎ系合金からなるろう材がクラッドされてなるブレージングシートからなり、該ブレージングシートを前記犠牲陽極皮材を内側にしてその両端側で折り曲げ、その中央部側で重ね合わせて各ブレージングシートの両端部を該ブレージングシートの中央部側に突き合わせて該突き合わせ先端部分においてブレージングシート片面側の犠牲陽極皮材と他面側のろう材とを接触させて横断面Ｂ字状に折り曲げ形成し、ブレージングシートの突き合わせ先端部分において前記犠牲陽極皮材と芯材に接触したろう材の溶融によりろう付けされてなることを特徴とする。
【００１１】
犠牲陽極皮材に特定量のＢｅとＭｇを添加することで、犠牲陽極皮材がろう付け部分に配される構造であっても、犠牲陽極皮材中のＭｇとフラックスとの反応を最小限度に抑制できる結果としてろう付け強度の低下現象が抑制される。
ＢｅはＭｇを含有するアルミニウム合金の酸化膜を薄くする効果がある。Ｍｇを含有するアルミニウム合金の表面に酸化皮膜が厚く形成されると、腐食の発生点が少なくなり、少ない発生点から生じた腐食は孔食に至り易いが、Ｂｅを規定量含有させてこの酸化皮膜を薄くすることができ、腐食初期の腐食発生点を増やしてアルミニウム合金を全面腐食型にすることができ、結果的に耐食性を向上させることができる。
また、ＭｇはＺｎとの作用により微細なＭｇＺｎ2を生成し、強度の向上に寄与する。更に、芯材に含有されるＭｇ量を規定することによってもろう付け性の良好なブレージングシートが得られる。
また、犠牲陽極皮材にＢｅを特定量添加することでフラックスとＭｇとの反応を抑制できることから、Ｍｇの添加量の上限を広げてブレージングシートの強度向上に寄与する。更に、Ｂｅの添加によりＡｌ-Ｍｇ合金の酸化皮膜の抑制効果を得ることができ、犠牲陽極皮材の犠牲陽極効果を充分に得ることができる。
【００１２】
本発明のろう付け管では、重量％でＭｎ：０.８％〜１.５％、Ｃｕ：０.２〜０.７％、Ｓｉ：０.１０〜１.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満を含み、更に、Ｚｒ：０.０５〜０.２％、Ｔｉ：０.０５〜０.２％、Ｆｅ：０.０５〜０.５％のうち、１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金芯材の片面に、Ｚｎ：２.０〜１０.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満、Ｂｅ：０.０００２〜０.１％を含有し、更に、Ｉｎ：０.０１〜０.２％、Ｓｎ：０.０５〜０.２％のうち、１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなる犠牲陽極皮材がクラッドされ、更に、前記アルミニウム合金芯材の他方の面にＡｌ-Ｓｉ系、あるいはＡｌ-Ｓｉ-Ｚｎ系合金からなるろう材がクラッドされてなるブレージングシートからなり、該ブレージングシートを前記犠牲陽極皮材を内側にしてその両端側で折り曲げ、その中央部側で重ね合わせて各ブレージングシートの両端部を該ブレージングシートの中央部側に突き合わせて該突き合わせ先端部分においてブレージングシート片面側の犠牲陽極皮材と他面側のろう材とを接触させて横断面Ｂ字状に折り曲げ形成し、ブレージングシートの突き合わせ先端部分において前記犠牲陽極皮材と芯材に接触したろう材の溶融によりろう付けされてなることを特徴とする。
犠牲陽極皮材に更にＩｎ、Ｓを添加することでより孔耐食性に優れたブレージングシートが得られ、孔耐食性に優れたろう付け管が得られる。
【００１３】
また本発明は、フッ化物を含むフラックスがろう付け部分に設けられ、溶融状態のろう材が前記フラックスと前記犠牲陽極皮材と前記芯材に接した状態から凝固されてろう付け部分が形成されてなることを特徴とする。更に本発明は、先のいずれかに記載のろう付け管において、前記ブレージングシートの突き合わせ先端部分が相互に反対方向に折曲されて前記ブレージングシートの内面側に沿わせられてなることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を詳しく説明する。
図１と図２は、本発明に係るブレージングシートの一実施形態を示すもので、この形態のブレージングシート１０はシート状の芯材１１の片面（図１に示す形態では上面）に犠牲陽極皮材１２を、芯材１１の他の面（図１に示す形態では下面）にろう材１３を各々クラッド圧着して構成されている。
そして前述のブレージングシート１０において、芯材１１と犠牲陽極皮材１２とろう材１３はそれぞれ後述するアルミニウム合金から形成されている。
【００１５】
以下に本発明における芯材１１と犠牲陽極皮材１２とろう材１３のそれぞれを構成するアルミニウム合金と各アルミニウム合金における成分限定理由について説明する。
「芯材」
芯材１１は、重量％表示でＭｎ：０.８％〜１.５％、Ｃｕ：０.２〜０.７％、Ｓｉ：０.１０〜１.０％、Ｍｇ：０.０１〜０.５％を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成されていることが好ましい。
そして更に、これらの組成に加えて、Ｚｒ：０.０５〜０.２％、Ｔｉ：０.０５〜０.２％、Ｆｅ：０.０５〜０.５％のうち、１種又は２種以上を含むものであることが好ましい。
なお、本発明において組成範囲の上限値と下限値を〜で結んで表示する場合に特に指定しない限りその範囲内に上限値と下限値を含むものとするので、前述の０.８〜１.５％とは、０.８％以上、１.５％以下の範囲を意味するものとする。
【００１６】
Ｍｎ：Ｍｎは金属間化合物として晶出または析出し、ろう付け後の芯材強度を向上させるために有効である。また、芯材の電位を電気化学的に貴にして犠牲陽極皮材側だけでなくろう材側の耐孔食性も向上させる。Ｍｎ含有量は０.８〜１.５％の範囲が好適であり、この範囲を超える含有量であると、圧延などの加工性が低下するとともに強度の一層の向上効果が得られ難くなる一方、この範囲を下回る含有量であると、ろう付け後の強度向上効果が不十分であり、耐孔食性向上効果も不十分になるので、前述の範囲とすることが好ましい。
【００１７】
Ｃｕ：ＣｕはＡｌ素地中に一部固溶してろう付け後の強度を向上させるとともに、芯材の電位を電気化学的に貴にして犠牲材側だけでなくろう材側の耐孔食性も向上させる効果を奏する。このためＣｕの含有量は、０.２〜０.７％の範囲が好適であり、この範囲を超える含有量であると融点が低下してろう付け時に溶融するおそれがあり、前述の範囲を下回る含有量であるとろう付け後の強度向上効果が不十分になり、耐孔食性の向上効果も不十分になるので、前述の範囲とすることが好ましい。なお、Ｃｕの含有量範囲において０.２〜０.７％とは他の元素の含有量とは異なり、特別に０.２％を超える範囲であるとともに０.７％以下の範囲を示すものと規定する。
Ｓｉ：ＳｉはＡｌ-Ｍｎ-Ｓｉ化合物として分散し、Ａｌ素地中に固溶して強度を向上させるので、０.１０〜１.０％の範囲が好適であるが、含有量がこの範囲を超えると融点が低下してろう付け時に溶解するおそれを生じ、含有量が前述の範囲を下回ると固溶強化の効果が不十分となる。
【００１８】
Ｚｒ,Ｔｉ：ＺｒとＴｉは、ろう付け後に微細な金属間化合物として分散あるいはマトリックスに固溶して強度を向上させるので、それぞれ０.０５〜０.２％の範囲が好ましいが、含有量がこの範囲を越えるようであると加工性が低下し、含有量がこの範囲を下回るようであると強度向上効果が不十分となり易い。
Ｍｇ：ろう付け時の熱処理などにより犠牲陽極皮材側に拡散して腐食の起点を微細均一に発生させ、耐孔食性を向上させるとともに、犠牲陽極皮材中のＺｎの全面腐食促進効果をさらに高める効果を有するので、０.０１〜０.５％の範囲が好適であるが、含有量がこの範囲を超えるとろう付け性を阻害するとともに、成形前の強度が高くなり過ぎて成形性を低下させるとともに、含有量が前述の範囲を下回るようであると強度の向上効果が少なくなる。なお、本発明においてＭｇ含有量に関して０.０１〜０.５％の範囲とは、特に０.０１％以上、かつ、０.５％未満を意味するものとする。
Ｆｅ：Ｆｅは金属間化合物として晶出または析出し、ろう付け後の強度を向上させるので、０.０５〜０.５％の範囲が好ましいが、含有量がこの範囲を超えるようであると腐食速度が早くなり過ぎるおそれがある。
【００１９】
「犠牲陽極皮材」
犠牲陽極皮材１２は、Ｚｎ：２.０〜１０.０％、Ｍｇ：０.０１〜０.５％、Ｂｅ：０.０００２〜０.１％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなる組成であることが好ましい。また、これらの組成に加えて、更に、Ｉｎ：０.０１〜０.２％、Ｓｎ：０.０５〜０.２％のうち、１種又は２種以上を含むものであることが好ましい。
【００２０】
Ｚｎ：Ｚｎは犠牲陽極皮材の電位を卑にして、犠牲陽極皮材表面から芯材への防食上有効な電位分布を形成し、耐孔食性を向上させるとともに腐食形態を孔食型ではなく全面腐食型に変更するために重要であるので、２.０〜１０.０％の範囲で含有させることが好ましいが、Ｚｎの含有量がこの範囲を超えると加工性が低下するとともに自己腐食速度が早くなり過ぎ、逆にＺｎの含有量が前述の範囲を下回るようであると耐孔食性の向上効果が不十分となり易い。
Ｍｇ：Ｍｇは腐食の起点を微細均一に発生させ、耐孔食性を向上させるとともにＺｎの全面腐食促進効果を更に高めるので０.０１〜０.５％の範囲で含有させることが好ましいが、含有量がこの範囲を超えるとろう付け性を阻害し、成形前の硬度が高くなり過ぎて成形性を低下させるおそれがあるとともに、含有量が前述の範囲を下回るようであると効果が不十分となる。なお、Ｍｇ含有量に関して０.０１〜０.５％の範囲とは、０.０１％以上、かつ、０.５％未満を意味するものとする。
【００２１】
Ｂｅ：ＢｅはＭｇとフラックスの反応を抑制し、Ｍｇ許容量を増大させるために有効である。更にＢｅは、犠牲陽極皮材表面に形成されるＡｌ-Ｍｇ合金の酸化皮膜を抑制し、犠牲陽極皮材の犠牲陽極効果を充分に発揮させ、更に、微細な孔食を均一に生じさせてマクロな孔食を生じさせない効果を奏する。従ってＢｅ含有量は、０.０００２〜０.１％の範囲が好ましく、この範囲を超えるようであるとＢｅの単価が高いためにコスト上昇を招き、多く含有させてもこれ以上の効果の向上は望めない一方、この範囲を下回る含有量ではフラックスとＭｇの反応性を抑制でき難くなるのでこの範囲とした。
【００２２】
Ｉｎ、Ｓｎ：これらの元素は犠牲陽極皮材の電位を卑にして犠牲陽極効果を
向上させるので、Ｉｎ：０.０１〜０.２％、Ｓｎ：０.０５〜０.２％のうち、１種又は２種以上を含有していることが好ましい。ただし、これらの元素を前述の範囲よりも多く含有させるようであると、コストが上昇し、前述の範囲を超えて含有していても効果は少ないとともに、前述の範囲を下回っていても差し支えない。
【００２３】
「ろう材」
ろう材１３はこの形態ではＡｌ-Ｓｉ系、Ａｌ-Ｓｉ-Ｚｎ系のものなど、通常のろう付け管の形成に用いられるろう材を適宜用いることができるのはも勿論である。Ａｌ-Ｓｉ系であれば、代表的なものとして、Ｓｉ１０％、残部Ａｌのもの、Ａｌ-Ｓｉ-Ｚｎ系であれば代表的なものとして、Ｓｉ７.５％、Ｚｎ２％、残部Ａｌのものなどを例示できる。
【００２４】
次に図２にこれらの組成の芯材１と犠牲陽極皮材１２とろう材１３とをクラッド圧着してなるブレージングシート１０を用いて構成された熱交換器用のろう付け管の断面構造の一形態を示す。
この形態のろう付け管Ｂは、ブレージングシート１０の両端部側を犠牲陽極皮材１２を内面側とするように同じ方向に丸めて折り曲げ、折り曲げた先端側のブレージングシート１０の端部１０ａ、１０ａどうしを背中合わせに添わせてブレージングシート１０の中央部側に当接させて横断面倒Ｂ字型に成形して構成されている。即ち、ブレージングシート１０の中央部側でブレージングシート１０の端部１０ａ、１０ａは背中合わせに添わせられるとともに、各端部１０ａの先端部１０ｂは各々端部１０ａに対してほぼ９０゜の角度で相互に反対方向に折曲されてブレージングシート１０の内面側に添わせられている。
以上の構造において、ろう付け管Ｂの内部はブレージングシート１０の端部１０ａ、１０ａにより２つの流路１６、１７に仕切られている。そして、背中合わせに添わせられた端部１０ａ、１０ａの当接部分に存在するろう材１３により両者がろう付けされるとともに、ブレージングシート１０の内面側の犠牲陽極皮材１２に当接されている先端部１０ｂ、１０ｂがろう材１３によりブレージングシート１０の内面側の犠牲陽極皮材１２にろう付けされている。
【００２５】
この構造のろう付け管Ｂにあっては、ブレージングシート１０の先端部１０ｂ、１０ｂとブレージングシート１０の内面部分の犠牲陽極皮材１２が突き当てられた部分でろう付けされているので、芯材１１と犠牲陽極皮材１２に含有されている添加成分がろう付け時の熱によってろう付け部分に拡散するおそれが高い。ここで本発明で用いるブレージングシート１０の芯材１１と犠牲陽極皮材１２にあってはいずれもＭｇ含有量を低く抑えているので、Ｍｇがろう付け部分に拡散してもＭｇ拡散によるろう付け性への悪影響は少ない。
【００２６】
この理由について詳述すると、図２に示すろう付け管Ｂを製造するには、ブレージングシート１０を図２に示すように折り曲げ成形する前に、ろう付け該当部分に予めフラックス（一般的にはフッ化アルミニウムカリ塩「主としてＫＡｌＦ4」が多くその他のフラックスとしてもＦを含有するものが多い。）を塗布しておき、フラックス塗布済みのブレージングシート１０を折り曲げ加工してからろう付け用の加熱炉に搬入し、加熱炉内で所定の温度に加熱してろう材１３を溶融させることによりろう付けを行う。なお、フラックス塗布はブレージングシート形成後に行う場合もある。
従ってろう付け部分にはＭｇとＦが存在するが、このＭｇとＦがろう付け時の高温下で存在するとＭｇＦ2を容易に生成してろう付け性を著しく阻害するので犠牲陽極皮材１２に含有させるＭｇ量を前述のごとく０.０１〜０.５％の範囲とすることが重要である。また、芯材１１についてもＭｇ量を０.０１〜０.５％の範囲とすることが好ましい。
【００２７】
なお、犠牲陽極皮材１２に含有させているＢｅの効果により、Ｍｇ量の上限は０.５％とすることができる。仮に、Ｂｅを含有しない場合、Ｍｇの含有量の上限は０.１％程度であり、これ以上のＭｇを含有させるとフラックスとＭｇが反応してＭｇＦ2が多く生成し、ろう付け性が著しく低下する。ここで犠牲陽極皮材１２にＢｅを０.０００２〜０.１％の範囲で含有させていることで、Ｍｇの含有量を０.５％未満にまで高めることができ、このようにＭｇの含有量の増大を図ることでブレージングシート１０の強度を向上させることができる。
【００２８】
次に、ブレージングシート１０を製造するには、芯材１１を形成するためのＡｌ合金板材と犠牲陽極皮材１２を形成するためのＡｌ合金板材とろう材１３を形成するためのＡｌ合金板材を各々必要組成の合金溶湯から鋳造で作成し、必要に応じてこれらを面切削してからクラッド圧着により３層構造に一体化し、必要回数の圧延加工を施して所望の厚さに調整し、最終圧延加工を施してから塑性加工を施してブレージングシート１０を得ることができる。
【００２９】
以上のごとく製造されたブレージングシート１０を用いて図２に示すろう付け管Ｂを製造することで、全体強度の高い、ろう付け部分の耐食性とろう付け強度に優れた、加工性の良好なろう付け管Ｂを得ることができる。
【００３０】
図３は図１に示す本発明のブレージングシート１０を用いて構成される熱交換器用ろう付け管の第２の形態を示すもので、この形態のろう付け管Ｃは図２に示すろう付け管Ｂの先端部１０ｂを省略して構成し、ブレージングシート１０の端部１０ａ、１０ａを直接ブレージングシート中央部の犠牲陽極皮材１２に当接させ、この当接部分をろう付け部１５Ｃとした構成である。
この形態の構造においてもブレージングシート１０の端部１０ａの先端部分をブレージングシート１０の犠牲陽極皮材１２に当接させてこの部分をろう付けするので、ろう付け部分には芯材１１と犠牲陽極皮材１２とろう材１３とが存在することになるので、先に説明した第１の形態のろう付け管Ｂと同等の効果を得ることができる。
【００３１】
【実施例】
以下の表１〜表２に示す成分組成の芯材用合金、犠牲陽極皮材用合金、ろう材用合金をそれぞれ溶解し、鋳造して各々インゴットを製造し、これらのインゴットを面削後、通常の条件で均質化処理後、熱間圧延と冷間圧延を行い、芯材用合金は１６０ｍｍ、犠牲陽極皮材用合金、ろう材用合金は２０ｍｍの厚さに加工した。これら３者を熱間にてクラッド圧延して圧着し、続いて適宜中間焼鈍を行いながら種々の最終冷間圧延率となるように冷間圧延を行って板厚０.２５ｍｍのクラッド材を作製した。また、冷間圧延の最終圧延加工の際の圧延率を表３に示す如く種々の圧延率に設定した。
【００３２】
【表１】
【表２】
得られたクラッド材を図１と図２に示す形状のＢ字型の断面形状のろう付け管に成形した。
【００３５】
更に、得られたろう付け管にフッ化物系のフラックス（フッ化アルミニウムカリ塩：主にＫＡｌＦ4）を塗布し、ろう付け熱処理として高純度窒素ガス雰囲気中で６００℃×３分保持の熱処理を行い、ろう付け性を評価した。ろう付け性の評価はろう付け後の管断面を観察してフィレット（ろう材の溶融凝固部分）の形成状態（形状や大きさ）から評価した。表において〇は最良のもの、△は良好なもの、×はろう付け性不十分のものを示す。
【００３６】
続いて耐食性を評価する目的で、上記のろう付け管形成用のクラッド材を成形することなくろう付け熱処理し、続いてＣｕ2+イオン１００ｐｐｍを添加した４０℃の水道水中に２０日間浸漬する腐食試験を行い、試験後の最大孔食深さを測定した。また、その際の腐食形態も光学顕微鏡による断面観察により記録した。
以上の結果をまとめて表３に示す。
【００３７】
【表３】
表３に示す結果から明らかなように、本発明外の組成を有する犠牲陽極皮材を備えた試料はいずれも、ろう付け性と最大孔食深さと引張強度のいずれかの面で本発明試料に比べて劣っていることが明らかになった。
表３において、規定範囲を下回るＣｕ、Ｍｇを添加した芯材Ａを用いたブレージングシート７は最大孔食深さが大きく孔食になってしまい、過剰のＭｇを添加した芯材Ｅを用いたブレージングシート８はろう付け性評価の面で劣り、過剰のＳｉとＭｇを添加した芯材Ｆを用いたブレージングシート９はろう付け時に芯材が溶融してしまい、規定範囲外のＣｕを添加した芯材Ｇ、Ｈを用いたブレージングシート１０、１１は最大孔食深さが大きく孔食になってしまい、規定範囲外のＭｎを添加した芯材ＩとＪを用いたブレージングシート１２、１３は引張強度が不足するか一部圧延時に割れが生じてしまった。更に、ＭｇまたはＢｅを規定範囲外とした犠牲陽極皮材ａ、ｊ、ｌを用いたブレージングシート１４、１８、２０はろう付け性評価が悪く、ＺｎとＢｅを多く添加した犠牲陽極皮材ｆとｋを用いたブレージングシート１６、１９は最大孔食深さが大きく、Ｍｇ添加量が少ない犠牲陽極皮材ｉを用いたブレージングシートは引張強度が低くなった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のろう付け管は、重量％で特定量のＭｎ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｍｇに、Ｚｒ、Ｔｉのいずれか１種以上を特定量含有させるとともに、この芯材の一側にＺｎとＭｇとＢｅを特定量含有させた犠牲陽極皮材を、他側にろう材をクラッドしてなり、該ブレージングシートを前記犠牲陽極皮材を内側にしてその両端側で折り曲げ、その中央部側で重ね合わせて各ブレージングシートの両端部を該ブレージングシートの中央部側に突き合わせて該突き合わせ先端部分においてブレージングシート片面側の犠牲陽極皮材と他面側のろう材とを接触させて横断面Ｂ字状に折り曲げ形成し、ブレージングシートの突き合わせ先端部分において前記犠牲陽極皮材と芯材に接触したろう材の溶融によりろう付けされてなり、特に犠牲陽極皮材のＢｅ量とＭｇ量及び芯材のＭｇ量を適正な範囲に抑えたので、ろう付け部分にフッ化物を含むフラックスが設けられた場合であっても、ろう付け部分の強度劣化が少なく、ろう付け部分の耐孔食性劣化を生じさせることなくろう付けができるブレージングシートからなるろう付け管を提供することができる効果がある。
【００４０】
また、Ｂｅの添加によりＭｇとフラックスとの反応性を抑え、犠牲陽極皮材に加えて芯材に含有させるＭｇ量をある程度確保できる組成としたので、ろう付け部分にフッ化物を含むフラックスが設けられた場合であっても、ろう付け部分の強度劣化が少なく、芯材の強度も高いレベルで保持することができ、更に腐食の起点を微細均一化することができ、ろう付け部分の耐孔食性劣化を生じさせることのないろう付け部分を有するろう付け管を提供できる効果がある。更に、前記の組成にＩｎ、Ｓｎを特定量添加することで犠牲陽極皮材の腐食電位を卑にして犠牲陽極効果を更に向上させることができる。
【００４１】
次に、本発明のろう付け管において、犠牲陽極皮材と芯材に含有させるＭｇ量とＢｅ量が特定の含有量に抑制されているので、ろう付け部分の強度が高く、耐孔食性に優れたろう付け管を得ることができる。よって本発明のろう付け管は熱交換器用の媒体流通管として好適な特徴を有する。
また、本発明のろう付け管において、ブレージングシートの突き合わせ先端部分が相互に反対方向に折曲されて前記ブレージングシートの内面側に沿わせられてなる構造においても犠牲陽極皮材とろう材が接触する部分が存在するので、ろう付け部分にフッ化物を含むフラックスが設けられた場合であっても、ろう付け部分の強度劣化が少なく、ろう付け部分の耐孔食性劣化を生じさせることなくろう付けができるブレージングシートからなるろう付け管を提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るブレージングシートの第１の実施形態の断面図。
【図２】 図１に示すブレージングシートで形成されたろう付け管を示す断面図。
【図３】 本発明に係るブレージングシートを用いて構成されるろう付け管の第２の形態を示す断面図。
【図４】 従来のブレージングシートを用いて構成されたろう付け管の一例を示す断面図。
【図５】 図４に示す管のろう付け部分を示す拡大断面図。
【符号の説明】
Ｂ、Ｃ・・・ろう付け管、１１・・・芯材、１２・・・犠牲陽極皮材、１３・・・ろう材、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ・・・ろう付け部。
Claims (4)
- 重量％でＭｎ：０.８％〜１.５％、Ｃｕ：０.２〜０.７％、Ｓｉ：０.１０〜１.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満を含み、更に、Ｚｒ：０.０５〜０.２％、Ｔｉ：０.０５〜０.２％、Ｆｅ：０.０５〜０.５％のうち、１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金芯材の片面に、Ｚｎ：２.０〜１０.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満、Ｂｅ：０.０００２〜０.１％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなる犠牲陽極皮材がクラッドされ、更に、前記アルミニウム合金芯材の他方の面にＡｌ-Ｓｉ系、あるいはＡｌ-Ｓｉ-Ｚｎ系合金からなるろう材がクラッドされてなることを特徴とするろう付け性と耐孔食性に優れたろう付け管形成用アルミニウム合金ブレージングシートからなり、該ブレージングシートを前記犠牲陽極皮材を内側にしてその両端側で折り曲げ、その中央部側で重ね合わせて各ブレージングシートの両端部を該ブレージングシートの中央部側に突き合わせて該突き合わせ先端部分においてブレージングシート片面側の犠牲陽極皮材と他面側のろう材とを接触させて横断面Ｂ字状に折り曲げ形成し、ブレージングシートの突き合わせ先端部分において前記犠牲陽極皮材と芯材に接触したろう材の溶融によりろう付けされてなることを特徴とするろう付け管。
- 重量％でＭｎ：０.８％〜１.５％、Ｃｕ：０.２〜０.７％、Ｓｉ：０.１０〜１.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満を含み、更に、Ｚｒ：０.０５〜０.２％、Ｔｉ：０.０５〜０.２％、Ｆｅ：０.０５〜０.５％のうち、１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金芯材の片面に、Ｚｎ：２.０〜１０.０％、Ｍｇ：０.０１％以上、０.５％未満、Ｂｅ：０.０００２〜０.１％を含有し、更にＩｎ：０.０１〜０.２％、Ｓｎ：０.０５〜０.２％のうち、１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなる犠牲陽極皮材がクラッドされ、更に、前記アルミニウム合金芯材の他方の面にＡｌ-Ｓｉ系、あるいはＡｌ-Ｓｉ-Ｚｎ系合金からなるろう材がクラッドされてなることを特徴とするろう付け性と耐孔食性に優れたろう付け管形成用アルミニウム合金ブレージングシートからなり、該ブレージングシートを前記犠牲陽極皮材を内側にしてその両端側で折り曲げ、その中央部側で重ね合わせて各ブレージングシートの両端部を該ブレージングシートの中央部側に突き合わせて該突き合わせ先端部分においてブレージングシート片面側の犠牲陽極皮材と他面側のろう材とを接触させて横断面Ｂ字状に折り曲げ形成し、ブレージングシートの突き合わせ先端部分において前記犠牲陽極皮材と芯材に接触したろう材の溶融によりろう付けされてなることを特徴とするろう付け管。
- フッ化物を含むフラックスがろう付け部分に設けられ、溶融状態のろう材が前記フラックスと前記犠牲陽極皮材と前記芯材に接した状態から凝固されてろう付け部分が形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のろう付け管。
- 請求項１〜３のいずれかに記載のろう付け管において、前記ブレージングシートの突き合わせ先端部分が相互に反対方向に折曲されて前記ブレージングシートの内面側に沿わせられてなることを特徴とするろう付け管。
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