JP5057439B2 - 耐久性に優れた高強度、高融点熱交換器用アルミニウム合金クラッド材とその製造方法、およびアルミニウム合金製熱交換器 - Google Patents
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MP=650−28.6CSi−11.2CCu−26.6CMg ・・・(1)
CSi:Si濃度(質量%)、CCu:Cu濃度(質量%)、CMg:Mg濃度(質量%)
(心材)
Mn:Mnは、心材の強度を向上させるとともに、心材の電位を貴にして犠牲陽極材との電位差を大きくして耐食性を高めるよう機能する。好ましい含有範囲は0.8〜2.0%であり、0.8%未満ではその効果が小さく、2.0%を越えて含有すると、鋳造時に粗大な化合物が生成し、圧延加工性が害される結果健全な板材が得難い。Mnのさらに好ましい範囲は、1.0〜1.7%である。
MP=650−28.6CSi−11.2CCu−26.6CMg ・・・(1)
CSi:Si濃度(質量%)、CCu:Cu濃度(質量%)、CMg:Mg濃度(質量%)
なお、心材の熱吸収開始温度MPは、JIS Z3198−1に規定されている方法を用いて測定する。すなわち、図7に示すように、示差熱分析(加熱速度:10℃/分)による心材合金の温度と熱エネルギー入力差との曲線において、曲線がベースラインから離れ始める温度T2を心材の熱吸収開始温度MPとする。
本発明においては、一層の高強度化・高耐久化を図るために、犠牲陽極材にはSiを単独添加し、ろう付け加熱中に犠牲陽極材から心材へ拡散するSiと、心材から犠牲陽極材に拡散するMgが互いに反応することで犠牲陽極材と心材の界面にMg2Siを微細析出させることを特徴とする。この場合、犠牲陽極材にMnとFeを添加すると、Al−Mn−Si系やAl−Fe−Si系の化合物が形成され、犠牲陽極材から心材に拡散するSi量が低下し、犠牲陽極材と心材の界面に析出するMg2Siの量が低下して、強度向上の効果が低下するものの、内面耐食性の向上には有効である。
ろう材としては、通常用いられているAl−Si系合金、例えばSi:6〜13%を含むAl−Si合金が使用される。ラジエータなどを構成するために行われるろう付けが真空ろう付けの場合には、Al−Si−Mg系合金などが用いられる。本発明においては、これらのろう材用合金をAl−Si系合金と総称する。Al−Si系合金、Al−Si−Mg系合金には、必要に応じて、Bi:0.2%以下、Be:0.1%以下、Ca:1.0%以下、Li:1.0%以下、Sr:0.005〜0.1%、Fe:1.0%以下、Zn:5.0%以下、Cu:3%以下、0.03%以下のInやSnが1種または2種以上添加されていてもよい。
連続鋳造により表1に示す組成を有する心材用合金、表2に示す組成を有する犠牲陽極材用合金、および表3に示す組成を有するろう材用合金を造塊し、得られた鋳塊のうち、心材用合金と犠牲陽極材用合金について均質化処理を行い、犠牲陽極材用合金およびろう材用合金を熱間圧延して所定の厚さとし、これらと心材用合金の鋳塊とを組み合わせて熱間圧延し、クラッド材を得た。表1に示す心材の熱吸収開始温度MPは、前記(1)式による計算で求めた値である。なお、前記(1)式による熱吸収開始温度MPの計算値は前記JISによる測定値とよく一致することが確認されている。
クラッド板材のろう材面だけにフッ化物フラックスを塗布し、窒素ガス中、595℃(材料温度)で3分間加熱した。昇温は、常温から400℃までの昇温速度を50℃/分とし、常温から595℃までの到達時間を30分以内とする条件で加熱した。加熱後の試験材について、犠牲陽極材面(L−LT方向)をエメリー紙(1000〜2400)で数μm研磨して、バフ研磨で鏡面に仕上げた。さらに、純水500ml、フッ酸27ml(46%)、ホウ酸11gを混合した溶液中で、電圧25〜30Vで45〜60秒間電解した。その後、光学顕微鏡を用いて犠牲陽極材表面の偏光ミクロ組織を撮影し、比較法により結晶粒度を測定した。比較にはASTM(E112−61)の標準結晶粒度組織図を用いた。(標準結晶粒度組織図に示されているグレインサイズを平均結晶粒度の指標とした。)
得られたクラッド板材を用いて、20mm×60mmの板を切り出し、シェーパ加工により端面(4面全て)を切削し15mm×55mmのサイズに仕上げた。この板をフラックスを塗布することなく、犠牲陽極材面を上にして炉内に水平に設置し、窒素ガス中、600℃(材料温度)で3分間加熱した。加熱後の犠牲陽極材面を光学顕微鏡を用いて16倍で撮影した写真(ネガポジ反転撮影)(図4)上からろう周り長さの平均値L(例えば、図4においては、L=(L1+L2)/2)を測定した。ろうのぬれ拡がり性の評価は、ろう周り長さの平均値Lが1.3mm以上を良好(○)、1.3mm未満を不良(×)とした。
得られたクラッド材のろう材面だけにフッ化物系フラックスを5g/m2塗布した後、A3003の厚さ1.0mmのベア材と図5に示すように組み合わせて間隙充填試験片を作成し、窒素ガス中、600℃(材料温度)で3分間加熱し、接合長さ(図6のFL)を測定し、接合長さが5mm以上を良好(○)、5mm未満を不良(×)とした。
得られたクラッド材にフラックスを塗布することなく、窒素ガス中、595℃(材料温度)で3分間加熱し、その後、引張試験(JIS Z 2241)と内面の腐食試験を行った。強度に関しては、引張強さが200MPa以上を良好(〇)、200MPa未満を不良(×)とした。内面の腐食試験の方法は以下の方法で行い、腐食深さが0.10mm未満を良好(○)、0.10mm以上を不良(×)とした。
(内面腐食試験)
腐食液:Cl−:300ppm、SO4 2−:100ppm、Cu2+:10ppm
比液量:5mL/cm2
シール:ろう材面と端面をシリコン樹脂でシールした。
方法:88℃で8hr加熱した後、冷却し25℃×16hr保持するサイクルを
6ヶ月間繰り返し試験した。なお、1ヶ月に1回の頻度で腐食液を交換した。
得られたクラッド板材にフラックスを塗布することなく、窒素ガス中、610℃(材料温度)で3分間加熱し、その後、以下の疲労試験を行い、破断時の繰返し数が10000回以上を良好(〇)、10000回未満を不良(×)とした。
(屈曲曲げ疲労試験)
ひずみ範囲:0.36
ひずみ比:−1
周波数:60cpm
連続鋳造により表5に示す組成を有する心材用合金、表6に示す組成を有する犠牲陽極材用合金を造塊し、得られた鋳塊について均質化処理を行い、犠牲陽極材用合金を熱間圧延して所定の厚さとし、犠牲陽極材用合金として当該犠牲陽極材用合金および実施例1で造塊後、所定厚さまで熱間圧延した犠牲陽極材用合金B1、B2、B3と、前記心材用合金および実施例1で造塊した心材用合金A1、A12の鋳塊と、実施例1で造塊後所定厚さまで熱間圧延したろう材用合金C1を組み合わせて熱間圧延し、クラッド材を得た。表5および表6において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
Claims (9)
- 心材の一方の面に犠牲陽極材をクラッドしてなるアルミニウム合金クラッド材であって、心材が、Mn:0.8〜2.0%(質量%、以下同じ)、Cu:0.25%未満、Si:0.5%以上1.0%未満、Mg:0.3〜0.6%を含有し、残部アルミニウムおよび不純物からなり、かつ、Cu、SiおよびMgの含有量が、下記(1)式において、熱吸収開始温度(MP)が605℃以上になるよう規制されたアルミニウム合金で構成され、犠牲陽極材が、Zn:2.5%を超え8%以下、Si:0.4〜1.5%を含有し、残部アルミニウムおよび不純物からなり、常温から400℃までの昇温速度を50℃/分とし、常温から595℃までの到達時間を30分以内とする条件で加熱した場合において、犠牲陽極材表面の平均結晶粒度が0.20mm以下であるアルミニウム合金から構成されることを特徴とする耐久性に優れた高強度、高融点熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
MP=650−28.6CSi−11.2CCu−26.6CMg ・・・(1)
CSi:Si濃度(質量%)、CCu:Cu濃度(質量%)、CMg:Mg濃度(質量%) - 前記心材の他方の面にAl−Si系ろう材がクラッドされていることを特徴とする請求項1記載の耐久性に優れた高強度、高融点熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
- 前記心材がさらに、Cr:0.01〜0.3%、Zr:0.01〜0.3%のうちの1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または2記載の耐久性に優れた高強度、高融点熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
- 前記心材がさらに、V:0.01〜0.3%、B:0.01〜0.3%のうちの1種または2種を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の耐久性に優れた高強度、高融点熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
- 前記犠牲陽極材がさらに、In:0.05%以下、Sn:0.05以下、Mn:2.0%以下、Fe:1.5%以下、Ni:1.5%以下、Ti:0.35%以下のうちの1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の耐久性に優れた高強度、高融点熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
- 前記犠牲陽極材がMn:0.1〜2.0%を含有する請求項5記載のアルミニウム合金クラッド材を製造する方法において、犠牲陽極材用合金鋳塊の均質化処理を、(犠牲陽極材用鋳塊の固相線温度(℃)×0.7)℃以上の温度で行うことを特徴とする耐久性に優れた高強度、高融点熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
- 前記犠牲陽極材のMn含有量が0.1%未満である請求項5記載のアルミニウム合金クラッド材を製造する方法において、犠牲陽極材用合金鋳塊の均質化処理を、(犠牲陽極材用鋳塊の固相線温度(℃)×0.5)℃以下の温度で行うことを特徴とする耐久性に優れた高強度、高融点熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
- 請求項1〜5に記載のアルミニウム合金クラッド材、請求項6または7により製造されたアルミニウム合金クラッド材のいずれかを組み付け、ろう付け接合することにより製造されるアルミニウム合金製熱交換器。
- 前記心材が0.4%を超えるMgを含有する請求項1〜5のいずれかに記載のアルミニウム合金クラッド材を組み付け、フッ化物系フラックスまたはセシウム系フラックスを5g/m2以上塗布して不活性ガス雰囲気中でろう付け接合することにより製造されるアルミニウム合金製熱交換器。
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