JP5068981B2 - アルミニウム合金クラッド材 - Google Patents
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Description
この自動車用熱交換器は、冷却水を通すチューブ管(1)にフィン(2)を配置し、チューブ管(1)の両端にヘッダープレート(3)を取り付けて、コア(4)を組み立て、ろう付け後にヘッダープレート(3)にバッキング(6)を介して樹脂タンク(5A),(5B)を取り付けてなる。
図5に示す自動車用ラジエーター関して説明したJIS3003合金を芯材とし、冷却水側にZnが添加されているJIS7072合金を犠牲陽極材としてクラッドし、外気側にJIS4045合金をろう材としてクラッドした厚さ0.2〜0.4mmのアルミニウム合金複合材を用いたチューブ(1)では、そのような環境では十分な防食効果が得られず、早期に貫通孔食を発生させてしまう問題を発生させていた。
(i)Cl−195ppm、SO4 2−60ppm、Cu2+1ppm、Fe3+30ppmを含有し、建浴時にpH=11に調整した腐食液中において、88℃で8時間の加熱を行った後に16時間の放冷を行う熱サイクルを3サイクル行い、3サイクル目の88℃の時点で犠牲陽極材表面と芯材表面との電位差が150mV以上となる電位差構成
(ii)Cl−195ppm、SO4 2−60ppm、Cu2+1ppm、Fe3+30ppmを含有し、建浴時にpH=11に調整した腐食液中において、88℃で8時間の加熱を行った後に16時間の放冷を行う熱サイクルを3サイクル行い、3サイクル目の40℃の時点で犠牲陽極材表面と芯材表面との電位差が400mV以上となる電位差構成。
Zn:Znは中性環境においては、アルミニウム合金に固溶し、犠牲材の自然電極電位を卑にして芯材を防食し、チューブの耐食性を向上させる。しかしながらアルカリ環境においては熱サイクル試験中において、加熱中の電位において犠牲材と芯材の電位の逆転を生じ、チューブに早期に貫通孔を生じてしまう。この酸性域の腐食とアルカリ域での腐食を両立させるためには、添加量3.0wt%未満ではアルカリ溶液での加熱中の電位逆転が生じ、8.0wt%を越えると酸性環境において過剰に溶解し、チューブの貫通寿命を短くする。従ってZnの添加量を3.0wt%以上8.0wt%以下と規定した。
また鋳造時において化合物とその周辺部にVの濃淡層を形成する。この濃淡層は圧延によって伸ばされ、板厚方向にVの濃淡層を形成する。Al−V系の化合物は中性環境においては孔食の起点となり、腐食点を分散させることにより犠牲腐食を横広がりにする効果がある。またアルカリ環境においてはこのVの濃淡により、Vが濃い部分が優先的に溶解して板厚方向への腐食を抑制する。またアルカリ環境においては上記のZn単独添加で発生する電位の逆転現象を抑制する効果を有する。この中性、アルカリ環境で耐食性を向上させるVの添加は、0.01wt%未満では十分でなく、0.2wt%を越えるとアルカリ環境での腐食溶解量が増大する従ってVの添加量を0.01wt%以上0.2wt%以下と規定した。
Si:Siは、マトリックスに固溶およびFe、Mnと金属間化合物を形成し強度向上に寄与する。その含有量が0.40wt%未満であると強度向上効果が無く、1.0wt%を越えるとろう付け時の芯材の溶融および外部耐食性に劣る、従って本発明においてはSi含有量を0.40wt%以上1.00wt%以下と規定した。
表2に本発明例の芯材合金成分と本発明例を外れる比較例芯材合金を示す。表3に本発明例の犠牲材合金成分と本発明例を外れる比較例犠牲材合金を示す。これら芯材と犠牲材合金をろう材(BA4045P合金)と合わせて、表4に示すアルミニウムブレージング゛シートを作製した。尚、芯材、犠牲材合金成分には560℃×3時間の均質化処理を施し、中間焼鈍温度は400℃で1時間、最終冷間圧延率を30%で実施した。このような工程を経て0.20mmの板を得た。なお、製造工程の比較例として、芯材と犠牲材合金の成分は本発明例範囲内であるが、中間焼鈍温度を400℃ではなく330℃として1時間の中間焼鈍を行い、最終冷間圧延率を30%ではなく60%で実施して得られた比較例No.74を表5に併せて示す。これらのアルミニウムブレージングシートに関して以下の評価を行った。
表4の構成のブレージングシートをJIS5号の試験片に加工し、窒素雰囲気化でろう付け相当の加熱(600℃で3分)を行った後、室温で7日間放置した後、引張り試験を行い、強度を測定した。その結果を表4に示す。
本発明例であるNo.1〜No.13試験片は表2に示す芯材の成分におけるS1組成の芯材を用いた複合材として構成された。
またNo.14及びNo.28試験片はS2組成、No.15及びNo.29試験片はS3組成、No.16及びNo.30試験片はS4組成、No.17及びNo.31試験片はS5組成、No.18及びNo.32試験片はS6組成、No.19及びNo.33試験片はS7組成、No.20及びNo.34試験片はS8組成、No.21及びNo.35試験片はS9組成、No.22及びNo.36試験片はS10組成、No.23及びNo.37試験片はS11組成、No.24及びNo.38試験片はS12組成、No.25及びNo.39試験片はS13組成、No.26及びNo.40試験片はS14組成、No.27及びNo.41試験片はS15組成の芯材を用いた複合材として構成された。
No.1及びNo.42試験片にあってはその犠牲陽極材におけるZn含有量は3.14%、Si含有量が0.41%、Fe含有量が0.26%、Mn含有量が1.95%、Ti含有量が0.05%、Zr含有量が0.08%であった(G1)。またNo.2及びNo.43試験片にあってはその犠牲陽極材におけるZn含有量は7.78%、Si含有量が0.41%、Fe含有量が0.27%、Mn含有量が1.90%、Ti含有量が0.19%、Zr含有量が0.18%であった(G2)。
No.73試験片の犠牲陽極材はZn含有量が3.17%、Fe含有量が0.96%、Si含有量が0.41%、Mn含有量が0.42%、Ti含有量が0.06%、Zr含有量が0.19%、V含有量が0.19%、In含有量が0.27%であった(G28)。
表4(本発明例)及び表5(比較例)の構成のブレージングシートをJIS5号の試験片に加工し、窒素雰囲気化でろう付け相当の加熱(600℃×3分)を行った後、室温で7日間放置した後引張試験を行い強度を測定した。その結果を表4又は表5に示す。
表4及び表5の構成のブレージングシートを幅100mm、長さ200mmの試験片に加工し、窒素雰囲気下でろう付け加熱(600℃で3分)を行った。その後、幅30mm、長さ100mmの試験片に切り出し、自然電位の試験片を作製した。犠牲材の測定には、リード線で接続をとった後に、ろう材面と端面を信越化学製シリコンシーラントでマスキングして試験に供した。芯材の測定には、犠牲材層を研磨で取り除き、芯材を露出した後に、リード線で接続をとった後に、ろう材面と端面を信越化学製シリコンシーラントでマスキングして試験に供した。Cl−:195ppm、SO4 2−:60ppm、Cu2+:1ppm、Fe3+:30ppm(pH=11に水酸化ナトリウムで調整)の溶液をビーカーに入れその中に試験片を浸漬した。溶液を外部の水による間接加熱により88℃で8時間加熱した後に16h時間放冷する熱サイクル試験を施した。Ag/AgCl電極を参照極とし、北斗電工製HG−101にて自然電位を測定した。3サイクル後加熱中の88℃の電位と、同じく3サイクル後の放冷中の40℃の電位を測定した。芯材の自然電位の値より犠牲材の自然電位の値を減じて、88℃と40℃の芯材と犠牲材表面の電位差を求めた。
表4及び表5に示す構成のブレージングシートを幅30mm、長さ120mmの板に切り出し、窒素雰囲気下でろう付け相当の加熱(600℃で3分)を行った後、端部を絶縁テープでマスキングした後に、Cl−:195ppm、SO4 2−:60ppm、Cu2+:1ppm、Fe3+:30ppm(pH=11に水酸化ナトリウムで調整)溶液に、腐食試験片の試験面に対して、比液量6mL/cm2で試験片を浸漬し、試験液88℃で8時間過熱した後、16時間放置するサイクル試験を3ヶ月間実施し、試験後の最大孔食深さを測定した。
また成分範囲は本発明例範囲であるが、製造工程が本発明を逸脱するNo.74、および従来例No.75においても3サイクル後88℃の電位差が150mV以下となり耐食性が劣り、貫通孔を生じた。
表4及び表5に示す組成のブレージングシートを幅30mm、長さ120mmの板に切り出し、窒素雰囲気下でろう付け相当の加熱(600℃で3分)を行った後、端部を絶縁テープ等でマスキングした後に、Cl−:195ppm、SO4 2−:60ppm、Cu2+:1ppm、Fe3+:30ppm(未調整でpH=3)溶液に、腐食試験片の試験面に対して比液量6mL/cm2で試験片を浸漬し、試験液を88℃で8時間加熱した後、16時間放置するサイクル試験を3ヶ月間実施し、試験後の最大孔食深さを測定した。結果を表4及び表5に示す。
表4及び表5に示す成分の各試験片を、幅16mm、長さ80mmの板に切り出し、2枚の板の間にろう材面にフィンが接するように組み付け、窒素雰囲気下でろう付け相当の加熱(600℃で3分)を実施して1段のミニコアを作製した。フィン材としてはJIS3003合金にZnを1.5%添加した板厚0.1mmのもの使用した。作成したミニコアの概念図を図4に示す。このミニコアのフィンが接していない面を信越化学製のシリコンシーラントでマスキングして試験に供した。試験はJIS Z2371に準じる塩水噴霧試験を2000hr実施した。試験後、マスキング面とフィンを削除し、フィンとフィンの間のチューブ表面の孔食深さを測定した。結果を表4及び表5に示す。
これに対し、芯材のCu量が0.15%(S20)であって0.50%以上とする本発明の規定値未満である比較例複合材No.50はチューブに貫通孔を生じた。またNo.51はCu量が本発明の上限値である1.00%を越える1.20%であるため、やはりチューブに貫通孔を生じた。No.54では芯材のTi量が0.03%であって芯材のTi量が0.05%以上とする本発明規定値未満であるため耐食性が劣り、孔食深さが100μmに達した。
Claims (3)
- Si0.4wt%〜1.0wt%、Fe0.15〜1.0wt%、Cu0.5〜1.0wt%、Mn1.0〜2.0wt%、Ti0.05〜0.2wt%を含有し残部Al及び不可避不純物よりなる芯材の片面にろう材をクラッドし、前記芯材の前記ろう材をクラッドしていない他面にZn3wt%〜8wt%、Si0.4wt%〜1.0wt%、Fe0.25wt%〜1.0wt%、Mn0.4〜2.0wt%、Ti0.05〜0.20wt%、Zr0.05〜0.2wt%を含有し残部Al及び不可避不純物よりなる犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム合金クラッド材であって、以下の(i)及び(ii)に示す前記犠牲陽極材表面と前記芯材表面の電位差構成を同時に備えて成ることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材。
(i)Cl−195ppm、SO4 2−60ppm、Cu2+1ppm、Fe3+30ppmを含有し、建浴時にpH=11に調整した腐食液中において、88℃で8時間の加熱を行った後に16時間の放冷を行う熱サイクルを3サイクル行い、3サイクル目の88℃の時点で犠牲陽極材表面と芯材表面との電位差が150mV以上となる電位差構成
(ii)Cl−195ppm、SO4 2−60ppm、Cu2+1ppm、Fe3+30ppmを含有し、建浴時にpH=11に調整した腐食液中において、88℃で8時間の加熱を行った後に16時間の放冷を行う熱サイクルを3サイクル行い、3サイクル目の40℃の時点で犠牲陽極材表面と芯材表面との電位差が400mV以上となる電位差構成。 - 前記犠牲陽極材に、さらにV0.01〜0.2wt%、Sn0.05〜0.2wt%、In0.05〜0.2wt%のうち1種または2種以上を含有する請求項1に記載のアルミニウム合金クラッド材。
- 前記芯材が、さらにZr0.05〜0.2wt%、Cr0.05〜0.2wt%、V0.05〜0.2wt%のうち1種または2種以上を含有する請求項1又は請求項2に記載のアルミニウム合金クラッド材。
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