JP4485671B2

JP4485671B2 - 熱交換器用防食アルミニウム合金ろう材および熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材

Info

Publication number: JP4485671B2
Application number: JP2000275617A
Authority: JP
Inventors: 淳司二宮; 吉章荻原; 裕柳川
Original assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2020-09-11
Also published as: JP2002086295A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用熱交換器などに適した耐エロージョン性に優れる防食アルミニウム合金ろう材、前記ろう材を用いた熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材（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（ラジエーター）は、図１に示すように、複数本の偏平チューブ１の間にコルゲート状に加工した薄肉フィン２が一体に形成され、偏平チューブ１の両端がヘッダープレート３とタンク４とで構成される空間にそれぞれ開口した構造のものである。このラジエーターでは、高温部で熱吸収した冷媒は、一方のタンク４側の空間から他方のタンク側の空間に偏平チューブ１内を通して送られ、偏平チューブ１内を通過する際に冷却されて再び高温部に循環される。ここで流路となる偏平チューブ１とヘッダープレート３の接合部５はろう付けされている。図１で６はサイドプレートである。
前記偏平チューブ１には、Ａｌ−Ｍｎ系合金の芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラッドし、他の片面にＡｌ−Ｚｎ系合金の犠牲材をクラッドした３層構造（ろう材／芯材／犠牲材）の複合材をろう材側を外側にして電縫溶接したものが多く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、自動車用熱交換器にはろう付けにより流路が形成される箇所があり、そこを冷媒が高速で流れるとろう材が腐食（エロージョン）して液もれの原因になるという問題がある。
【０００４】
このようなことから、本発明者等は、ろう材の耐食性改善について検討し、ろう材（Ａｌ−Ｓｉ系合金）を保護するろう材表面の水酸化皮膜は冷媒の流れの速い部分では破壊してしまうこと、前記水酸化皮膜はＡｌ−Ｓｉ合金に適量のＦｅおよびＮｉを添加することにより緻密かつ強固なものとなることを知見し、さらに検討を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明は、劣化したアルカリ性（ｐｈ８〜１１）冷媒が高速流動するようなエロージョンが起き易い環境下でも前記水酸化皮膜が破壊せず十分な耐食性が得られるろう材、前記ろう材を用いた複合材の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、Ｓｉを５ｍａｓｓ％超え１５ｍａｓｓ％以下、Ｆｅを０．４〜２ｍａｓｓ％。Ｎｉを０．２〜２ｍａｓｓ％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする熱交換器用防食アルミニウム合金ろう材である。
【０００６】
請求項２記載の発明は、アルミニウム合金芯材の片面に請求項１記載のろう材がクラッドされ、他の片面にＡｌ−Ｚｎ系合金犠牲材がクラッドされていることを特徴とする熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材である。
【０００７】
請求項３記載の発明は、前記芯材がＳｉを０．０５〜１．２ｍａｓｓ％、Ｆｅを０．０５〜０．８ｍａｓｓ％、Ｍｎを０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｃｕを０．００３〜１．２ｍａｓｓ％含有し、さらにＭｇ０．０３〜０．５ｍａｓｓ％、Ｃｒ０．０３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｒ０．０３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｔｉ０．０３〜０．３ｍａｓｓ％のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする請求項２記載の熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、Ａｌ−Ｓｉ合金にＦｅおよびＮｉを適量添加したろう材である。前記ＳｉはＡｌと反応して低融点化合物を形成したろう材の流動性を高める。Ｓｉの含有量を５ｍａｓｓ％を超え１５ｍａｓｓ％以下に規定する理由は、５ｍａｓｓ％以下ではその効果が十分に得られず、１５ｍａｓｓ％を超えるとろう材の融点が高くなって流動性が低下し、また粗大な初晶Ｓｉが生成してろう材の加工性が低下するためである。
【０００９】
ＦｅおよびＮｉは、Ａｌ−Ｓｉ合金のろう材表面にＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ系の緻密かつ強固な水酸化皮膜を形成してろう材の耐エロージョン性を改善する働きを有する。前記Ｆｅの含有量を０．４〜２ｍａｓｓ％に規定し、またＮｉの含有量を０．２〜２ｍａｓｓ％に限定する理由は、いずれが下限値未満でもその効果が十分に得られず、上限値を超えると、Ｆｅの場合は、加工性が低下し、Ｎｉの場合は鋳造時に凝固割れが生じ易くなるためである。前記ＦｅおよびＮｉの望ましい含有量はそれぞれ０．５〜１．５ｍａｓｓ％である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、芯材の片面に本発明のろう材を複合し他の片面に犠牲材を複合した複合材である。この複合材は、前記ろう材が耐エロージョン性に優れるためろう付けにより流路を形成する熱交換器に用いて液もれを防止できる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の複合材に用いられる芯材の強度と耐食性を合金組成を規定することにより改善し、以て複合材の耐食性をさらに高めた高強度複合材である。
【００１２】
この発明において、前記芯材はＳｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕを適量含有し、さらにＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉのうちの１種または２種以上を適量含有するアルミニウム合金からなる。
ここで、Ｓｉは強度向上に寄与する。その含有量を０．０５〜１．２ｍａｓｓ％に規定する理由は、０．０５ｍａｓｓ％未満ではその効果が十分に得られず、１．２ｍａｓｓ％を超えると深い孔食が発生する恐れがあるためである。Ｓｉの特に望ましい含有量は０．３〜０．９ｍａｓｓ％である。
また、Ｍｎはろう付け後にマトリックス中に固溶して強度向上に寄与し、また耐食性を向上させる。その含有量を０．０５〜２．０ｍａｓｓ％に規定する理由は、０．０５ｍａｓｓ％未満ではその効果が十分に得られず、２．０ｍａｓｓ％を超えると加工性が低下するためである。Ｍｎの特に望ましい含有量は０．３〜１．５ｍａｓｓ％である。
【００１３】
Ｆｅは犠牲材から拡散して来るＺｎと共存して芯材の耐食性を向上させる。その含有量を０．０５〜０．８ｍａｓｓ％に規定する理由は、０．０５ｍａｓｓ％未満ではその効果が十分に得られず、０．８ｍａｓｓ％を超えると酸性側とアルカリ性側とで耐食性がバランスしなくなるためである。Ｆｅの特に望ましい含有量は０．１〜０．４ｍａｓｓ％である。
【００１４】
Ｃｕは固溶または析出して強度向上に寄与する。その含有量を０．００３〜１．２ｍａｓｓ％に規定する理由は、０．００３ｍａｓｓ％未満ではその効果が十分に得られず、１．２ｍａｓｓ％を超えると加工性が低下するためである。
【００１５】
Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ，Ｔｉは選択元素でいずれも強度向上に寄与する。ＭｇとＳｉが共存する場合はＭｇ_２Ｓｉ化合物が生成して特に強度が向上する。前記選択元素のうちＣｒ、Ｚｒ、ＴｉはＦｅと同じように犠牲材から拡散して来るＺｎと共存して耐食性を向上させる効果も有する。
Ｍｇを０．０３〜０．５ｍａｓｓ％、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉを各々０．０３〜０．３ｍａｓｓ％に規定する理由は、いずれも下限値未満ではその効果が十分に得られず、上限値を超えるとＭｇの場合はＭｇがろう材の表面にまで拡散しフラックスと反応してろう付け性を悪化させ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉの場合は鋳造時に凝固割れを誘発する恐れがあるためである。Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉの特に望ましい含有量はそれぞれ０．０８〜０．２５ｍａｓｓ％である。
【００１６】
芯材には、前記合金元素以外の任意の元素を、その特性を低下させない範囲で添加しても差し支えない。
【００１７】
この発明において、ろう材および芯材は、所定組成の合金を金型鋳造、ＤＣ鋳造、連続ストリップ鋳造（キャスター）などの常法により鋳造し、必要に応じて、均質化処理、熱間圧延（冷間圧延）などを施して所望の形状に加工される。
【００１８】
この発明において、犠牲材には通常のＡｌ−Ｚｎ系合金が使用できる。前記合金には、Ｚｎ以外の任意の元素を、その犠牲効果を低下させない範囲で添加しても差し支えない。
【００１９】
この発明において、複合材は、通常、ろう材／芯材／犠牲材の積層体を熱間圧延し、次いで冷間圧延（中間焼鈍を含む）する方法により製造されるが、芯材の片面にろう材、他の片面に犠牲材を溶射または粉末塗布し、これらを熱間圧延後、冷間圧延（中間焼鈍を含む）する方法によっても製造できる。
【００２０】
この発明の複合材は、ラジエーター、ヒーターチューブ、ヒーターのヘッダープレートなどに有効に使用できる。
【００２１】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
表１に示す本発明規定組成のろう材合金並びに芯材合金（Ｎｏ．１〜２０）、および７０７２合金（犠牲材）をそれぞれ金型鋳造して鋳塊とし、ろう材鋳塊と犠牲材鋳塊は面削後、圧延開始温度５００℃で熱間圧延してそれぞれ厚さ５ｍｍの熱延板とし、芯材鋳塊は５２０℃で６時間均質化処理後に厚さ４０ｍｍに面削した。次に前記ろう材熱延板、芯材鋳塊および犠牲材熱延板をこの順に重ねて圧延開始温度５００℃で厚さ３．５ｍｍに熱間圧延したのち、厚さ０．３５ｍｍに冷間圧延し、３６０℃で２時間中間焼鈍を施したのち、厚さ０．２５ｍｍに冷間圧延してＨ１４のアルミニウム合金複合材を製造した。複合材に占める犠牲材およびろう材の厚さ比率はそれぞれ１０％である。
【００２２】
（比較例１）
表１に示す本発明規定組成外のろう材合金並びに芯材合金（Ｎｏ．２１〜２７）、それに７０７２合金（犠牲材）をそれぞれ金型鋳造して鋳塊とした他は、実施例１と同じ方法によりＨ１４のアルミニウム合金複合材を製造した。
【００２３】
実施例１および比較例１で製造した各々の複合材について下記の腐食試験を行い、耐食性を調べた。従来材（表１のＮｏ．２８）についても同様の試験、調査を行った。結果を表１に併記する。
腐食試験は、複合材のろう材面に８０℃の腐食液を１０ｍｍ離れた距離から流速１０ｍ／ｓｅｃの高速度で１０日間噴射して行った。腐食液には、Ｃｕイオンを１ｐｐｍ、Ｆｅイオンを３０ｐｐｍ、硫酸イオンを６０ｐｐｍおよびＣｌイオンを１９５ｐｐｍ含み、さらにＮａＯＨを添加してｐｈを１０．５に調整した液を用いた。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１より明らかなように、本発明例のＮｏ．１〜２０はいずれも孔食深さが４０μｍ以下で、劣化したアルカリ性冷媒が高速流動する環境下でも十分な耐食性が得られた。
これに対し比較例のＮｏ．２１〜２７および従来材のＮｏ．２８はいずれも貫通孔が開いたり、ろう付け性が劣悪となったりして耐食性に劣るものであった。
【００２６】
【発明の効果】
以上に述べたように、請求項１発明のろう材および請求項２発明の複合材に用いられるろう材は、Ａｌ−Ｓｉ合金にＦｅおよびＮｉを適量含有させて、その表面の水酸化皮膜を緻密かつ強固なものとしたので耐エロージョン性に優れ、熱交換器の冷媒流路などに用いてもろう付け部に液もれが生じ難い。前記複合材の芯材の合金組成を規定して芯材自体の耐食性および強度を向上させることにより複合材全体の耐エロージョン性が向上する。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラジエーターの一部断面を示す斜視説明図である。
【符号の説明】
１偏平チューブ
２フィン
３ヘッダープレート
４タンク
５偏平チューブとヘッダープレートとの接合部
６サイドプレート

Claims

Ｓｉを５ｍａｓｓ％超え１５ｍａｓｓ％以下、Ｆｅを０．４〜２ｍａｓｓ％。Ｎｉを０．２〜２ｍａｓｓ％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする熱交換器用防食アルミニウム合金ろう材。
アルミニウム合金芯材の片面に請求項１記載のろう材がクラッドされ、他の片面にＡｌ−Ｚｎ系合金犠牲材がクラッドされていることを特徴とする熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材。
前記芯材がＳｉを０．０５〜１．２ｍａｓｓ％、Ｆｅを０．０５〜０．８ｍａｓｓ％、Ｍｎを０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｃｕを０．００３〜１．２ｍａｓｓ％含有し、さらにＭｇ０．０３〜０．５ｍａｓｓ％、Ｃｒ０．０３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｒ０．０３〜０．３ｍａｓｓ％、Ｔｉ０．０３〜０．３ｍａｓｓ％のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする請求項２記載の熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材。