JP4963627B2 - 熱交換器用アルミニウムろう付け構造体、およびそれに用いるクラッド材と、熱交換器用アルミニウムろう付け構造体の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、主として自動車熱交換器用のアルミニウムろう付け構造体、その製造方法、およびそれに用いるクラッド材に関するものである。

良く知られているように、アルミニウム合金製の熱交換器は、軽量で熱交換性能に優れるため、自動車に必須の部品となっている。このようなアルミニウム合金製の熱交換器は、基本的にろう付けによって接合されて、所定の構造体とされるものであり、その素材としては、一般にＡｌ−Ｓｉ合金ろう材を皮材とし、Ａｌ−Ｍｎ系合金を芯材としたクラッド材（ブレージングシート）を用いることが多い。

ところで熱交換器、特に自動車用熱交換器については、近年はさらに軽量化を図るため、各部材を、一層薄肉化することが強く望まれている。しかしながら熱交換器の部材の薄肉化を進めれば、腐食による不具合が生じる可能性が高まる。ここで、熱交換器において腐食により熱媒体が流通するチューブにリークが発生すれば、熱交換器としての機能が失われて、安全上の問題を引き起こしかねない。

そこで、クラッド材の板を加工して熱交換器のチューブを形成する場合には、Ｚｎを添加したＡｌ−Ｚｎ系合金あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材を腐食環境に曝される面に配して、犠牲防食を図ることが従来から広く行なわれている。また熱交換器のうちでもコンデンサーなどの場合には、Ｚｎ含有合金面にアルミニウム製のベアフィンあるいはクラッドフィンを接合して用いることも行なわれており、この場合は、このフィンの成分にもＺｎを添加して、フィンによる犠牲陽極効果をもチューブの防食に活かすことが一般的である。

上述のようなＺｎ添加による犠牲防食効果は確かに有効ではあるが、熱交換器の薄肉化をはかる上では必ずしも万能ではない。すなわちＺｎを添加した場合、Ｚｎによる電位を卑にする効果が顕著であるだけに、全体的に腐食の進行が速くなり、そのためチューブをより薄肉化した場合、熱交換器の内圧による破壊リスクが短期間で高まってしまう。また、コンデンサー等に組み合わせて用いるＺｎ含有フィンも薄肉化すれば、腐食によるフィンの脆化が起こりやすくなってしまう。また、各種のろう付け法のうちでも、真空ろう付け法（ＶＢ）は、Ｚｎ添加による防食を行なおうとしても、ろう付け中のＺｎの蒸発が著しくなるため、実際上は適用することができない。

ところでＺｎの如く電位を卑にする添加元素を用いた犠牲防食とは異なる防食方法も従来から試みられている。例えば米国特許第４６９９６７４号明細書（特許文献１）には、ろう付け製品の耐食性を向上する手法として、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材を表面材とし、非熱処理型アルミニウム合金（具体的には３０００系：Ａｌ−Ｍｎ系合金）を芯材とするクラッド材を用い、これと他のアルミニウム材とをろう付けした後、３００〜８００°Ｆ（１４９〜４２６℃）の範囲で熱処理する技術が開示されている。この米国特許の発明者らによる発表論文（W D Finnegan and R A Woods：IMechE C496／064／95（1995）、275．；非特許文献１）によれば、ろう付け後に加熱処理（析出処理）を行なって、表面に残留したＡｌ−Ｓｉ系合金ろう層中に微細なＳｉ粒子あるいはα−Ａｌ（ＦｅＭｎ）Ｓｉを析出させた状態にすれば、腐食はこの表面層を横方向に進展し、芯材の深さ方向への孔食や粒界腐食が抑えられるとされている。

また上記の技術とほぼ同様の技術が、特許第３５４９０２７号公報（特許文献２）にも開示されている。これは、Ｍｎを含むＡｌ合金からなる芯材の表面に、少なくともＳｉを含むＡｌ系ろう材が用いられた製品の製造方法として、ろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で１５分以上の熱処理を行なうものであり、この技術によれば、電位をことさらに下げるＺｎなどの元素を添加せずに、実質的に犠牲防食が可能となるとされている。

なおまた、犠牲陽極による防食の一手法として、特開２００５−３０７２５１号公報（特許文献３）に、１．５％を越え、３．０％未満のＳｉを含み、ＺｎやＩｎを実質的に含有しないＡｌ−Ｓｉ系合金を犠牲陽極材とする熱交換器用クラッド材も開示されている。
米国特許第４６９９６７４号明細書 特許第３５４９０２７号公報 特開２００５−３０７２５１号公報 W D Finnegan and R A Woods：IMechE C496／064／95（1995）、275

熱交換器用アルミニウムろう付け構造体において、Ｚｎなど電位を卑にする元素を添加せずに防食する方法として、前述の特許文献１、２あるいは非特許文献１に示すような析出熱処理を施してＡｌ−Ｓｉ合金残留ろう層に防食効果を持たせる方法は、今後有望と考えられているが、このような手法により充分な防食効果を発揮させるためには、防食を要する表面全域で残留ろう層が充分かつ均一な厚みを有していることが求められる。しかしながら、従来一般のＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材層を表面に有するブレージングシートを用いてろう付けを行なった場合、凝固後の残留ろう層を目標通りに制御することは、実際上は極めて困難であった。これは、ろう付け時に溶融したろうが表面で流動することと、ろう材が芯材を溶解してその深さ方向に浸入することなどにより、残留ろう層の厚さが部位によって異なる状態となるためである。特に薄肉化したチューブなどの場合、ろう材層の元厚さも薄いため、ろう付け後に前述のような熱処理を行なっても、充分な耐食性を得ることができなかったのである。

なお前述のように特許文献３には、１．５％を越え、３．０％未満のＳｉを含み、かつＺｎやＩｎを実質的に含有しないＡｌ−Ｓｉ系合金を犠牲陽極材とする技術も開示されているが、これは単純にろう付けして犠牲材として用いるものであり、ＺｎやＩｎを含有しないＡｌ−Ｓｉ系合金を用いた場合には、ＺｎやＩｎを添加した場合よりも明らかに最大腐食深さが大きくなり、充分な耐食性を実現しているとは言えない。

本発明者らは、熱交換器用アルミニウムろう付け構造体について、ＺｎやＩｎなどの電位を卑化する元素を積極的に添加することなく、チューブ材の薄肉化に対応できる防食方法、特に腐食環境に曝されるＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さの制御を可能として、その組織中に微細なＳｉ系析出物を高密度で析出させ、これにより良好な耐食性を実現させた熱交換器用アルミニウムろう付け構造体を得るべく、種々実験・検討を重ねた結果、この発明をなすに至った。

すなわちこの発明は、基本的には、熱交換器用ろう付け構造体に用いるクラッド材として、Ｍｎを含有するＡｌ−Ｍｎ系合金からなる芯材の少なくとも片面に、ＺｎやＩｎなどの電位を卑化させる元素を実質的に含有せず、かつろう付け温度においてろう流動を起こさない程度の低Ｓｉ量のＡｌ−Ｓｉ系合金（これをこの明細書ではＡｌ−低Ｓｉ合金と記す）を使用し、ろう付け後に適切な熱処理を施して微細なＳｉ系析出物を適切に析出させて、良好な耐食性を発現させることとしている。

具体的には、請求項１の発明では、熱交換器用アルミニウムろう付け構造体を規定しており、このろう付け構造体は、Ｍｎ０．５〜１．５％を含むＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、かつその芯材の少なくとも片面に、１．５％以上で３．０％未満のＳｉを含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層を配してなるクラッド材を用いて、ろう付けにより組立てられた構造体からなり、しかもそのクラッド材における構造体表面に存在するＡｌ−低Ｓｉ合金皮材層内に、円相当径０．０５μｍ〜２．０μｍのＳｉ系析出粒子が１００００μｍ²当り４００個以上分布していることを特徴とするものである。

また請求項２の発明では、上述のような熱交換器用アルミニウムろう付け構造体の製造方法を規定しており、この製造方法は、請求項１に記載の熱交換器用アルミニウムろう付け構造体を製造するにあたり、前記クラッド材をろう付け後、２００〜４００℃の範囲内の温度に１０分〜３０時間保持する条件でＡｌ−低Ｓｉ合金皮材中のＳｉ析出処理を行なうことを特徴とするものである。

さらに請求項３〜請求項８の発明においては、前述のような熱交換器用アルミニウムろう付け構造体に使用するためのクラッド材そのものを規定している。

すなわち請求項３の発明は、Ｍｎ０．５〜１．５％を含むＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、かつその芯材の少なくとも片面に、１．５％以上で３．０％未満のＳｉを含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層を配してなり、しかも前記Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層が、厚さ４０μｍ以上でかつ組織中における円相当径７μｍ以上のＳｉ系第２相粒子の分布密度が１００００μｍ²当り１０個以下であることを特徴とするものである。

また請求項４の発明は、Ｍｎ０．５〜１．５％を含むＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、かつその芯材の片面に、１．５％以上で３．０％未満のＳｉを含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層が、また芯材の他の片面に、６〜１４％のＳｉを含有するＡｌ−高Ｓｉ合金ろう材からなる皮材層が配されており、しかも前記Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層は、厚みが４０μｍ以上でかつ組織中における円相当径７μｍ以上のＳｉ系第２相粒子の分布密度が１００００μｍ²当り１０個以下であることを特徴とするものである。

さらに請求項５の発明は、請求項３もしくは請求項４に記載のクラッド材において、前記芯材のＡｌ−Ｍｎ系合金が、さらにＣｕ０．０５〜１．０％、Ｔｉ０．０５〜０．２％のうちの１種もしくは２種を含むことを特徴とするものである。

また請求項６の発明は、請求項３〜請求項５のいずれかの請求項に記載のクラッド材において、前記芯材のＡｌ−Ｍｎ系合金が、さらにＭｇ０．０５〜１．５％を含むことを特徴とするものである。

またさらに請求項７の発明は、請求項３もしくは請求項４に記載のクラッド材において、前記Ａｌ−低Ｓｉ合金が、さらにＭｇ０．０５〜０．５％を含むことを特徴とするものである。

そしてまた請求項８の発明は、請求項４に記載のクラッド材において、前記Ａｌ−高Ｓｉ合金ろう材が、さらにＭｇ０．０５〜１．５％を含むことを特徴とするものである。

この発明の熱交換器用アルミニウムろう付け構造体は、腐食環境に曝される表面には、ろう付け温度でろう流動を生じない程度の低Ｓｉ量のＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層が存在しており、このＡｌ−低Ｓｉ合金層は、ろう付け加熱時においても実質的に流動しないため、ろう付け後の状態（ろう付け構造体の状態）でも充分かつ均一な厚みを確保することができ、さらにろう付け後に、適切な析出処理を行なって表面のＡｌ−低Ｓｉ合金層中に適切かつ微細にＳｉ系析出物を高密度で析出させておくことによって、ＺｎやＩｎ等の電位を卑化する作用を有する元素を添加せずに充分な防食効果を得ることができる。したがってこの発明のろう付け構造体は、Ｚｎ等の添加に起因する選択的な腐食の進行を抑制できること、および前述のように表面のＡｌ−低Ｓｉ合金皮材層の厚みをろう付け後の構造体の状態でも充分に確保できることとが相俟って、チューブ部分などの板厚を従来よりも薄肉化しても充分な耐食性を確保することができ、また前述のようにＺｎを実質的に添加しないため、ろう付け構造体の製造時におけるろう付け方法として、真空ろう付け法を適用することも可能となる。

まずこの発明の熱交換器用アルミニウムろう付け構造体に用いるクラッド材について説明する。

このクラッド材は、基本的には、請求項３において規定しているように、Ｍｎ０．５〜１．５％を含むＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、かつその芯材の少なくとも片面に、１．５％以上で３．０％未満のＳｉを含有してなるＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層を配してなるものであって、しかも前記Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層が、厚さ４０μｍ以上でかつ組織中における粒径７μｍ以上のＳｉ系第２相粒子が１００００μｍ²当り１０個以下であるものとする。

ここで、クラッド材の芯材は、前述のようにＭｎを必須成分として０．５〜１．５％含有していれば良く、その残部は特に限定されるものではない。すなわち、Ｍｎの残部は実質的にＡｌ、もしくはＡｌおよび不可避的不純物としても、あるいは請求項５において規定しているように、Ｍｎのほか、さらにＣｕ０．０５〜１．０％、Ｔｉ０．０５〜０．２％のうちの１種もしくは２種を含有していても、あるいは請求項６において規定するように、Ｍｎのほか、Ｍｇ０．０５〜１．５％を含有するか、あるいはＭｎのほか、Ｃｕ０．０５〜１．０％およびＴｉ０．０５〜０．２％のうちの１種もしくは２種と、Ｍｇ０．０５〜１．５％を含有していても良い。

これらの芯材の合金の成分についてさらに詳細に説明する。

Ｍｎ：
Ｍｎは、ろう付けおよび熱処理後のクラッド材における芯材の電位を貴として、耐食性を向上する効果を果たす。ここで、芯材のＭｎ含有量が０．５％未満であれば耐食性が不充分となり、また１．５％を越えれば芯材の鋳造時に粗大な晶出物が形成され均一な組織が得られない。そこで芯材のＭｎ含有量は０．５〜１．５％の範囲内とした。

Ｃｕ：
芯材に添加されるＣｕは、芯材の電位を貴にし、表面との電位差を大きくして耐食性を向上させる作用を有する。またＣｕは、材料の強度を向上させる効果も果たす。ここでＣｕ量が０．０５％未満ではＣｕ添加による効果が得られず、一方１．０％を越えれば逆に芯材の粒界腐食感受性が高くなってしまう。そこでＣｕを添加する場合のＣｕ量は０．０５〜１．０％の範囲内とした。なおＣｕを積極添加しない場合でも、不純物として０．０５％未満のＣｕが許容されることはもちろんである。

Ｔｉ：
Ｔｉも芯材に含まれて耐食性向上に寄与する添加元素である。Ｔｉ量が０．０５％未満ではその効果が得られず、一方０．２％を越えれば、粗大な晶出物の形成を助長して、不均質な組織の原因となる。そこで芯材にＴｉを添加する場合のＴｉ量は０．０５〜０．２％の範囲内とした。

Ｍｇ：
Ｍｇは強度に寄与する元素であり、また真空ろう付け法（ＶＢ）を適用する場合には、ろう付け性の向上にも寄与する。Ｍｇ量が０．０５％未満ではこれらの効果が充分に得られず、一方Ｍｇ量が１．５％越えれば、逆にろう付け性が低下してしまう。そこで芯材にＭｇを添加する場合のＭｇ量は０．０５〜１．５％の範囲内とした。なおろう付け法として、窒素中で行なうノコロックブレージング法（ＮＢ）を適用する場合には、フラックスとＭｇの反応によりろう付け性が低下するが、Ｃｓ系のフラックスを使用すれば、芯材に０．５％程度までＭｇを添加して、強度向上をはかることが可能であり、そこでノコロックブレージング法を適用する場合は、Ｍｇ量は０．５％以下とすることが望ましい。なおＭｇを積極添加しない場合でも、不純物として０．０５％未満のＭｇが許容されることはもちろんである。

ここで、一般にアルミニウム合金においては、不可避的不純物としてＦｅ、Ｓｉが含有されるのが通常であるが、クラッド材の芯材としても、不純物として０．５％以下のＦｅ、同じく不純物として１．０％以下のＳｉをそれぞれ含有していても特に支障はない。

またＴｉは、アルミニウム合金において鋳塊組織の微細化剤として添加されることが多いが、請求項５で規定する合金成分として０．０５〜０．２％のＴｉを積極添加する場合以外においても、０．０５％以下のＴｉを微細化剤として添加することは許容される。さらに微細化剤としては、Ｔｉと併せてＢを添加することも行なわれているが、その目的で、Ｔｉと併せてＢを０．０１％以下添加することも許容される。

次にろう付け構造体を構成するクラッド材における皮材について説明する。

クラッド材の皮材としては、少なくとも芯材の片面側のものとして、Ｓｉ含有量が１．５％以上、３．０％未満の低Ｓｉ量のＡｌ−低Ｓｉ合金を用いる。このＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材は、最終的な熱交換器用ろう付け構造体において腐食環境に曝される側の表面に配されるものであり、ろう付け後に適切な析出処理を施して微細にＳｉ系析出物を析出させることによって犠牲陽極的な防食機能を果たすものであるが、ろう付け後においても充分かつ均一な厚みが確保されるように、ろう付け時においてろう付け温度でろう流動を起こさない程度の低Ｓｉ量のＡｌ−Ｓｉ系合金を用いることとしている。なおここでＡｌ−低Ｓｉ合金と称しているのは、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材と区別するためであり、ろう付け温度（通常は５８５〜６１５℃が一般的）で、通常のろう材の如く自ら全面的に溶融することがなく、流動状態とならないものを指称している。

ここで、クラッド材の少なくとも片面の皮材として用いるＡｌ−低Ｓｉ合金のＳｉ含有量が１．５％未満では、前述のような析出処理によって微細なＳｉ系析出物を析出させることによる防食効果が充分に得られない。一方Ｓｉ量が３．０％以上となれば、ろう付け温度でろう流動により皮材層に薄い部分が生じ、この場合も充分な防食機能を発揮できなくなってしまう。そこでクラッド材における芯材の少なくとも片面に配されるＡｌ−低Ｓｉ合金のＳｉ量は１．５％以上、３．０％未満と規定した。

ここで、上記のＡｌ−低Ｓｉ合金におけるＳｉに対する残部は、基本的にはＡｌおよび不可避的不純物とすれば良いが、請求項７において規定しているように、Ｓｉのほか、さらにＭｇ０．０５〜０．５％を含有していても良い。

すなわちＭｇは強度に寄与する元素であり、また真空ろう付け法（ＶＢ）を適用する場合には、ろう付け性の向上にも寄与する。Ｍｇ量が０．０５％未満ではこれらの効果が充分に得られず、一方Ｍｇ量が０．５％越えれば、逆にろう付け性が低下してしまう（？？）。そこでＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材にＭｇを添加する場合のＭｇ量は０．０５〜０．５％の範囲内とした。なお芯材の場合はＭｇ量の上限を１．５％としているが、Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材の場合は、Ｍｇを多く添加すれば粗大なＭｇ₂Ｓｉの形成によりＳｉ析出物が充分な分布密度とならないことから、Ｍｇ量の上限は０．５％としている。またここで、ろう付け法として、窒素中で行なうノコロックブレージング法（ＮＢ）を適用する場合には、フラックスとＭｇの反応によりろう付け性が低下するが、０．５％以下のＭｇ添加であれば、Ｃｓ系フラックスの使用によりろう付けが可能となる。

なおアルミニウム合金においては、不可避的不純物としてＦｅが含有されるのが通常であるが、Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材としても、不純物として０．５％以下のＦｅを含有していても特に支障はない。

またＴｉは、前述のようにアルミニウム合金において鋳塊組織の微細化剤として添加されることが多いが、Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材においても、０．０５％以下のＴｉを微細化剤として添加することは許容される。さらに微細化剤としては、Ｔｉと併せてＢを添加することも行なわれているが、その目的でＴｉとともにＢを０．０１％以下添加することも許容される。

さらに、Ａｌ−低Ｓｉ合金皮材については、鋳塊中の晶出Ｓｉの粒径を小さくするため、鋳造時に鋳塊改良処理剤としてＮａ、Ｓｒの１種または２種を合計２００ｐｐｍ以下の範囲内で添加することが許容される。

さらにクラッド材の芯材の少なくとも片面に配されるＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材は、単にその成分組成が前述の条件を満たすだけではなく、厚さ４０μｍ以上で、かつ組織中における粒径（具体的には円相当径）７μｍ以上のＳｉ系第２相粒子の分散密度として、そのＳｉ系第２相粒子が１００００μｍ²当り１０個以下であることが必要である。これらの限定理由は次の通りである。

すなわち、Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層は、ろう付けによっても実質的にろう流動を起こさないため、ろう付け前の層厚みがろう付け後にもほぼ維持されるが、ろう付け前の層厚みが４０μｍ未満では、腐食が芯材に到達してさらに深く進行する場合が生じるおそれがあるから、Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材の厚みは４０μｍ以上とする必要がある。なお、Ａｌ−低Ｓｉ合金層の厚みが厚くなれば、クラッド材の強度は低下する傾向を示すから、薄肉のチューブの厚みを０．１５〜０．２５ｍｍ程度と想定すれば、Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる芯材のクラッド率（片面当り）は、３３％以内とすることが望ましい。

またクラッド材のＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材の組織中において、円相当径７μｍ以上のＳｉ系第２相粒子が１００００μｍ²当り１０個を越える多量となれば、ろう付け温度において、その粒子の周辺での溶融が顕著となり、材料の流動が生じやすくなってしまう。

そこで芯材の少なくとも片面に配されるＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材について、その厚みおよびＳｉ系第２相粒子の分散密度を前述のように規定した。

なお、前述のようなＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材は、芯材の片面のみに配して、２層構造のクラッド材としても、あるいは芯材の両面に配置して３層構造のクラッド材としても良い。

またＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材を芯材の片面に配した場合、それに対する反対側の片面に、Ａｌ−高Ｓｉ合金ろう材からなる皮材を配して、３層構造のクラッド材としても良く、これを規定したのが請求項４である。特にチューブ材として使用する場合には、このようにＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材に対し反対側の面にＡｌ−高Ｓｉ合金ろう材からなる皮材を配しておくことが望ましい。

上述のようなＡｌ−高Ｓｉ合金ろう材としては、Ｓｉ量が６〜１４％のものを用いる。Ｓｉ量が６％未満では充分なろう付け性を確保できないおそれがあり、一方１４％を越えれば、粗大な初晶Ｓｉ粒子を多く含む状態となり、安定したろう流れ性が得られない。なおＡｌ−高Ｓｉ合金ろう材からなる皮材のクラッド率は特に限定されるものではないが、通常は３〜１５％程度とすることが望ましい。

なおまた、芯材の片面にＡｌ−高Ｓｉ合金ろう材を配する場合、そのＡｌ−高Ｓｉ合金ろう材は、Ｓｉのほか、請求項８において規定するように、さらにＭｇ０．０５〜１．５％を含んでいても良い。Ｍｇは、既に芯材に関して述べたように、強度向上に寄与するばかりでなく、真空ろう付け法を適用する場合にろう付け性の向上に寄与するが、Ｍｇ量が０．０５％未満ではそれらの効果が充分ではなく、一方Ｍｇ量が１．５％を越えれば逆にろう付け性が低下してしまう。またろう付け法としてノコロックブレージング法を適用する場合、フラックスとＭｇとの反応によりろう付け性が低下するが、その場合でもＣｓ系のフラックスを使用すれば０．５％程度までのＭｇの添加は支障ない。

このようなＡｌ−高Ｓｉ合金ろう材は、Ｓｉ、あるいはＳｉおよびＭｇに対する残部は、Ａｌおよび不可避的不純物とすればよい。ここで、不可避的不純物としてＦｅが０．５％以下含有されていても特に支障はない。また既に述べたように鋳塊微細化剤として０．０５％以下のＴｉを含有していても良く、またＴｉとともにＢを０．０１％以下含有していても良い。さらに、鋳塊中の晶出Ｓｉの粒径を小さくするため、Ａｌ−高Ｓｉ合金ろう材についても、鋳造時に、鋳塊改良処理剤としてＮａ、Ｓｒの１種または２種を合計２００ｐｐｍ以下の範囲内で添加することは許容される。

ここで、以上のようなクラッド材を製造するための方法は、特に限定されるものではないが、次に望ましい製造方法について説明する。

先ず、常法に従った鋳造法（工業的にはＤＣ鋳造法）により、芯材、皮材（Ａｌ−低Ｓｉ合金、Ａｌ−高Ｓｉろう合金）をそれぞれ別に鋳造する。ここで、特にＡｌ−低Ｓｉ合金の鋳造にあたっては、粗大なＳｉ系第２相粒子の晶出を防ぐため、７℃／ｓｅｃ以上の冷却速度を適用することが望ましい。これにより、請求項３で規定するＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材の組織条件（粒径５μｍ以上のＳｉ系第２相粒子が１００００μｍ²当り１０個以下）を容易に満たすことができる。鋳塊に対しては、任意に均質化処理を施すことができる。そして面削や予備熱間圧延により厚さを調整した後、芯材と皮材を組み合わせて熱間圧延し、クラッド接合する。続いて冷間圧延、焼鈍を組み合わせて所定厚さのクラッド材を得る。

なお、クラッド材の板材からチューブを形成する手段としては、プレス成形、ロール成形など、任意の成形方法を選択することができる。

次に以上のようなクラッド材を用いたろう付け構造体について説明する。

このろう付け構造体を構成しているクラッド材の芯材、皮材については既に述べた通りであるが、ろう付け後に後述するような析出処理を適切に施すことにより、構造体表面に存在するＡｌ−低Ｓｉ合金皮材層内において、円相当径０．０５〜２．０μｍの範囲内の径のＳｉ系析出粒子が、１００００μｍ²当り４００個以上分布していることが必要である。

すなわち、ろう付け構造体におけるＡｌ−低Ｓｉ合金層は、皮材として熱交換器内において腐食環境にさらされる面に配されることになるが、円相当径０．０５μｍ〜２．０μｍのＳｉ系析出粒子が面積１００００μｍ²当り４００個以上分布していることにより、耐食性の向上を図ることができるが、上述のような析出粒子の分布数が１００００μｍ²当り４００個未満の場合には、充分な耐食性が得られなくなる。

ここで、６００℃前後の温度でのろう付け加熱後には、Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層はその合金中の多くのＳｉが固溶された状態となり、このようにＳｉが固溶された状態では、Ｓｉは電位を貴にする方向の作用を持ってしまうが、一旦固溶されたＳｉを、その後の適切な熱処理により析出させることにより、Ａｌ−低Ｓｉ合金層からなる皮材はＡｌ−Ｍｎ系合金芯材より卑な状態となるため、Ａｌ−低Ｓｉ合金層が犠牲陽極的に作用して、防食機能を発揮するのである。なお、析出処理後のＡｌ−低Ｓｉ合金層中のＳｉ固溶量は０．２５％以下であることが望ましい。なおまた、このようなＡｌ−低Ｓｉ合金皮材のマトリクスとＳｉ系析出物の間にはミクロな電池が形成されて析出物周辺が優先的な腐食位置となるから、微細な析出物が高密度で分布することにより、板厚方向よりも表面の横方向に腐食が進展する状態が維持されて、より良好な防食機能を発揮すると考えられる。

以上のようなろう付け構造体を製造するにあたっては、前述のようなクラッド材を用いてろう付けにより接合し、その後に析出熱処理を施す。

ここで、ろう付け法は特に限定されるものではないが、この発明の効果は特に真空ろう付け法（ＶＢ）もしくはノコロックブレージング法（ＮＢ）を適用した場合に良好に発揮される。これらのろう付け法における具体的なろう付け条件も特に限定されるものではないが、ろう付け温度は５８５〜６１５℃が好適である。またろう付けの加熱にあたっては、後の析出処理で皮材中に充分な析出物分布が得られるようにするため、Ａｌ−低Ｓｉ層から芯材へのＳｉ拡散を抑制するべく、材料が４８０℃以上に曝される時間を１５分以内とすることが望ましい。

またろう付け後に行なう析出処理は、Ａｌ−低Ｓｉ合金皮材中のＳｉを微細に析出させるためのものであるが、この析出処理は、２００〜４００℃で１０分〜３０時間保持の条件とする。

ここで、析出処理の温度が２００℃より低ければ、工業的に可能な時間内で適当なＳｉ析出粒子分散状態を得ることが困難となり、一方、４００℃より高い温度の析出処理では、粗大な析出物が形成されやすくなって不適当となる。また析出処理の時間は、１０分より短ければ充分に析出を進行させることができず、一方３０時間を越える処理は工業的に問題が生じる。

なおろう付け後に行なう析出処理は、大気中、不活性ガス雰囲気中、あるいは真空中のいずれで実施しても良い。またこの析出処理は、ろう付け後に完全に冷却されたろう付け構造体に対して別途施しても良く、あるいはろう付け後の冷却過程中に析出処理を行なっても良い。ここで、ろう付け後の冷却過程中の析出処理としては、ろう付け後の冷却過程における２００〜４００℃の範囲内の一定の温度に１０分〜３０時間保持しても、あるいはろう付け後の冷却過程において４００℃から２００℃まで冷却される間を、１０分〜３０時間かけて徐冷しても良い。

実施例１：
表１の合金符号Ａ１〜Ａ８に示す皮材、表２に示す合金符号Ｂ１〜Ｂ４の芯材、表３に示す合金符号Ｃ１〜Ｃ３のろう材を、それぞれＤＣ鋳造法によって鋳造した。ＤＣ鋳造での凝固時の冷却速度は３℃／ｓｅｃ程度であった。これらを、表４に示す組合せによって重ね合せて、常法により熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍および最終冷間圧延を施して、Ｈ１４調質で板厚０．１８ｍｍのクラッド材を得た。なおこの発明の実施例の皮材（Ａｌ−低Ｓｉ合金）は全て層厚５０μｍとし、比較例としてこれより薄いものも作製した。さらに、ろう材層の厚さは全て９μｍ（クラッド率５％）とした。

このようにして得られたクラッド材を用いて、ノコロックブレージング法（ＮＢ）によりろう付けを行い、その後、表４中に示す条件でＳｉ析出処理を施した。なおろう付けにおいては、実験上、クラッド板にフラックス（ＫＡｌＦ系）の５％懸濁液を塗布し、酸素濃度約３０ｐｐｍの窒素雰囲気中にて加熱した。なおろう付け前のクラッド材の皮材中における７μｍ以上のＳｉ系第２相粒子の分散密度と、ろう付けおよび析出処理後の皮材中の円相当径０．０５〜２．０μｍのＳｉ系析出物粒子の分布密度を、ＳＥＭ（×５０００および×８０００）により調べたので、その結果を表４中に併せて示す。

さらに、前述のようにろう付けおよび析出処理を行なった後、ろう材側をマスキングして、ＳＷＡＡＴ試験で７２０ｈ後の最大腐食深さを調べたので、その結果を表４中に示す。

表４から明らかなように、この発明の実施例は、いずれもクラッド材全板厚０．１８ｍｍ中において、Ａｌ−低Ｓｉ合金皮材は５０μｍであって、ろう付け加熱後にＳｉ析出処理を実施したものであるが、最大腐食深さはいずれも１／２以下であり、良好な耐食性を示していることが確認された。これに対し比較例では、いずれも耐食性が劣る結果となっていることが確認された。

実施例２：
表１の皮材、表２の芯材、表３のろう材を、表５中に示すように組合せ、実施例１と同様にクラッド材を作成し、真空ブレージング法（ＶＢ）によりろう付けし、実施例１と同様に析出処理を行なった。その結果を表５中に示す。

表５から明らかなように、フラックスなどを用いずにろう付け加熱した実施例２の場合でも、この発明によれば良好な耐食性が得られることが確認された。

実施例３：
前記同様に表１の皮材、表２の芯材、表３のろう材を表６中に示すように組合せて、実施例１と同様にして厚み０．１８ｍｍのクラッド材を作成した。一方、３００３合金芯材の両面に４３４３合金ろうを１０％クラッド率で有する０．０８μｍ厚のクラッドフィン材をコルゲートし、これを上述の０．１８ｍｍ厚のクラッド材のＡｌ−低Ｓｉ合金面に、ノコロックブレージング法によりろう付け接合して、一段のミニコアを作成し、前記と同様な析出処理を施した。これについて、Ａｌ−低Ｓｉ合金面以外の部分をマスキングして、Ａｌ−低Ｓｉ合金面からの腐食深さを調べた結果を、表６に示す。

表６から、実施例３場合も、良好な耐食性を示すことが確認された。

Claims (8)

1. Ｍｎ０．５〜１．５％（ｍａｓｓ％、以下同じ）を含むＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、かつその芯材の少なくとも片面に、１．５％以上で３．０％未満のＳｉを含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層を配してなるクラッド材を用いて、ろう付けにより組立てられた構造体からなり、しかもそのクラッド材における構造体表面に存在するＡｌ−低Ｓｉ合金皮材層内に、円相当径０．０５μｍ〜２．０μｍのＳｉ系析出粒子が１００００μｍ²当り４００個以上分布していることを特徴とする、耐食性に優れた熱交換器用アルミニウムろう付け構造体。
2. 請求項１に記載の熱交換器用アルミニウムろう付け構造体を製造するにあたり、
   前記クラッド材をろう付け後、２００〜４００℃の範囲内の温度に１０分〜３０時間保持する条件でＡｌ−低Ｓｉ合金皮材中のＳｉ析出処理を行なうことを特徴とする、熱交換器用アルミニウムろう付け構造体の製造方法。
3. Ｍｎ０．５〜１．５％を含むＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、かつその芯材の少なくとも片面に、１．５％以上で３．０％未満のＳｉを含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層を配してなり、しかも前記Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層が、厚さ４０μｍ以上でかつ組織中における円相当径７μｍ以上のＳｉ系第２相粒子の分布密度が１００００μｍ²当り１０個以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器用アルミニウムろう付け構造体に使用されるクラッド材。
4. Ｍｎ０．５〜１．５％を含むＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、かつその芯材の片面に、１．５％以上で３．０％未満のＳｉを含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層が、また芯材の他の片面に、６〜１４％のＳｉを含有するＡｌ−高Ｓｉ合金ろう材からなる皮材層が配されており、しかも前記Ａｌ−低Ｓｉ合金からなる皮材層は、厚みが４０μｍ以上でかつ組織中における円相当径７μｍ以上のＳｉ系第２相粒子の分布密度が１００００μｍ²当り１０個以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器用アルミニウムろう付け構造体に使用されるクラッド材。
5. 請求項３もしくは請求項４に記載のクラッド材において、
   前記芯材のＡｌ−Ｍｎ系合金が、さらにＣｕ０．０５〜１．０％、Ｔｉ０．０５〜０．２％のうちの１種もしくは２種を含むことを特徴とする、熱交換器用アルミニウムろう付け構造体に使用されるクラッド材。
6. 請求項３〜請求項５のいずれかの請求項に記載のクラッド材において、
   前記芯材のＡｌ−Ｍｎ系合金が、さらにＭｇ０．０５〜１．５％を含むことを特徴とする、熱交換器用アルミニウムろう付け構造体に使用されるクラッド材。
7. 請求項３もしくは請求項４に記載のクラッド材において、
   前記Ａｌ−低Ｓｉ合金が、さらにＭｇ０．０５〜０．５％を含むことを特徴とする、熱交換器用アルミニウムろう付け構造体に使用されるクラッド材。
8. 請求項４に記載のクラッド材において、
   前記Ａｌ−高Ｓｉ合金ろう材が、さらにＭｇ０．０５〜１．５％を含むことを特徴とする、熱交換器用アルミニウムろう付け構造体に使用されるクラッド材。