JP5209926B2 - アルミニウム合金複合材および熱交換器 - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器等に用いられるアルミニウム合金複合材および当該アルミニウム合金複合材を用いて形成される熱交換器に関する。
一般に、自動車用熱交換器の素材として、心材の片面または両面にろう材、犠牲材（心材に対する犠牲防食材。以下、皮材ということがある。）を配した種々のアルミニウム合金複合材が使用されている。
例えば、特許文献１には、犠牲防食材中のＺｎ，Ｍｎ量を規定した上で、犠牲防食材中のＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物の粒径と分布を制御することによって、犠牲防食材の防食効果に伴う腐食電流値を低減させて耐食性を高めた熱交換器用のアルミニウム合金複合材が開示されている。
例えば、特許文献１には、犠牲防食材中のＺｎ，Ｍｎ量を規定した上で、犠牲防食材中のＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物の粒径と分布を制御することによって、犠牲防食材の防食効果に伴う腐食電流値を低減させて耐食性を高めた熱交換器用のアルミニウム合金複合材が開示されている。
具体的には、アルミニウム合金製の心材のそれぞれの片面に、Ｚｎを１．０〜６．０重量％、Ｍｎを０．２〜２．０重量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって、かつ、平均粒径が０．１〜０．８μｍのＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物を数密度２．０×１０９個／ｍｍ３以上で含有するアルミニウム合金からなる犠牲防食材と、所定量のＳｉを含有するＡｌ−Ｓｉ系合金製のろう材と、をクラッドすることによって、犠牲防食材の防食効果に伴う腐食電流値を４０μＡ／ｃｍ２以下としている。
しかしながら、例えば、自動車用熱交換器のアルミニウム合金複合材の場合には、自動車の軽量化の要請により、薄肉化が進められているので、薄肉化した場合であっても腐食しないこと（耐腐食性）が求められるようになっている。
また、一般的に、アルミニウム合金複合材の高強度化を目的として、アルミニウム合金に、Ｍｎのほか、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｕ等の合金元素の添加が行われている。このようなアルミニウム合金複合材であると、例えば、特許文献１のように、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物の制御だけでは十分な耐腐食性を確保することが困難になっている。特に、孔状の腐食（以下、これを「孔食」といい、孔食が発生しにくいことを「耐孔食性」という。）が形成されるような使用条件下、例えば、自動車のラジエータのチューブ等に使用される場合には、比較的短時間で穴あき（チューブの内面から外面に貫通する孔）が発生する恐れがある。
ここで、皮材のアルミニウム合金に添加される合金元素、例えば、Ｍｎ，Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｕ等は、アルミニウム合金中において、ＭｎＡｌ６，Ａｌ１２ＳｉＭｎ３，Ａｌ１２Ｓｉ（Ｍｎ，Ｆｅ）３等のＡｌ−Ｍｎ系、Ａｌ２Ｃｕ等のＡｌ−Ｃｕ系、その他Ａｌ３Ｆｅ，Ａｌ１２Ｆｅ３Ｓｉ等の金属間化合物を形成している。また、心材のアルミニウム合金に含有される、例えば、Ｃｕ等の合金元素は、皮材のアルミニウム合金のマトリックス中に固溶するか、または、前記したような金属間化合物を形成している。そして、このような金属間化合物の形成は、例えば、合金元素の添加や熱間圧延等を行う場合には不可避の現象である。
以上のような金属間化合物のうち、Ａｌ−Ｍｎ系やＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、腐食発生の起点となっている。すなわち、Ａｌ−Ｍｎ系やＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、アルミニウム合金中においてカソードサイトとして作用するため、その周囲近傍での局部腐食を促進し、孔食を形成しやすくすると考えられている。特に、これらの金属間化合物が少量、粗大なサイズで存在する場合には、そこを起点にして少数の孔食が発生し、そこにアノード溶解が集中するため、穴あきが発生しやすくなる。
そこで、本発明は、耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材および耐孔食性に優れた熱交換器を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、請求項１に記載のアルミニウム合金複合材は、アルミニウム合金製の心材の少なくとも一側面に、アルミニウム合金製の皮材が形成されたアルミニウム合金複合材において、前記皮材は、Ｆｅを０．０３〜０．３質量％、Ｍｎを０．４〜１．９質量％、Ｓｉを０．４〜１．４質量％、Ｚｎを２．０〜５．５質量％で含有し、Ｃｕを０．５質量％以下とし、残部がＡｌおよび不可避的不純物であり、前記皮材のＭｎの含有量とＦｅの含有量の比（Ｆｅ／Ｍｎ）が０．４未満であり、前記皮材に析出したＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、前記皮材の断面の電子顕微鏡観察像による最大サイズが円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下であり、前記円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の数密度が１０〜１５０個／１００μｍ２、かつ前記円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率が１％以下であることを特徴とする。
このように、請求項１に記載のアルミニウム合金複合材は、皮材のアルミニウム合金の含有量を規制することに加え、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の最大サイズ（円相当径；ｎｍ）、数密度（個数／１００μｍ２）および面積率を制御することによって、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物を皮材に多数かつ微小なサイズで存在させることで、アノード溶解部分を分散させている。したがって、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物が皮材表面に存在してもカソード反応が抑制されるので、高い耐孔食性を備えることができる。
請求項２に記載のアルミニウム合金複合材は、前記皮材が６８０〜７６０℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、圧延されたものであることを特徴とする。
請求項２に記載のアルミニウム合金複合材は、前記皮材が６８０〜７６０℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、圧延されたものであることを特徴とする。
また、請求項３に記載のアルミニウム合金複合材は、アルミニウム合金製の心材の一側面に、請求項１または請求項２に記載の皮材が形成され、前記心材の他側面にＡｌ−Ｓｉ系合金製のろう材を備えることを特徴とする。
このように、請求項３に記載のアルミニウム合金複合材は、皮材が形成された面と反対の面にろう材を備えるので、ろう付けにより熱交換器等に容易に加工することができる。
このように、請求項３に記載のアルミニウム合金複合材は、皮材が形成された面と反対の面にろう材を備えるので、ろう付けにより熱交換器等に容易に加工することができる。
また、請求項４に記載の熱交換器は、請求項３に記載のアルミニウム合金複合材を用いて形成されたことを特徴とする。
このような熱交換器によれば、耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材によって形成されているので高い耐孔食性を備えることができる。また、薄肉化および軽量化を図ることができる。
このような熱交換器によれば、耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材によって形成されているので高い耐孔食性を備えることができる。また、薄肉化および軽量化を図ることができる。
本発明によれば、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物を皮材表面に多数かつ微小なサイズで存在させることで、アノード溶解部分が分散し、局所的な腐食を回避することができるため、耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材を提供することができる。
また、本発明によれば、耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材を用いることにより、耐孔食性に優れた熱交換器を提供することができる。特に、ろう付け等により接合されて成形される自動車の熱交換器等の材料として好適に用いることができ、例えば、ラジエータのチューブ、ヒータコアのチューブ、ヘッダプレート材等として使用された場合の内側面（冷却水と接触する面）の耐孔食性、または、エバポレータ、コンデンサ等として使用された場合の外側面（大気と接触する面）の耐孔食性が優れた熱交換器を提供することができる。
さらに、本発明に係るアルミニウム合金複合材は耐孔食性に優れているので、アルミニウム合金複合材を薄肉化することができる。このようなアルミニウム合金複合材で、熱交換器を形成することにより、熱交換器の薄肉化が可能となるので、軽量な熱交換器を提供することができる。
以下、図１を参照して、本発明に係るアルミニウム合金複合材を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、図１は、本発明に係るアルミニウム合金複合材の構造を示す断面図であって、（ａ）は、２層のアルミニウム合金複合材の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、３層のアルミニウム合金複合材の構造を示す断面図であり、（ｃ）は、４層のアルミニウム合金複合材の構造を示す断面図である。
なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて適宜改変・変更することが可能である。
なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて適宜改変・変更することが可能である。
［アルミニウム合金複合材］
図１（ａ）に示すように、本発明に係るアルミニウム合金複合材１は、アルミニウム合金製の心材２の少なくとも一側面に、アルミニウム合金製の皮材３が形成されている（アルミニウム合金複合材１Ａ）。
ここで、皮材３は、Ｆｅを０．０３〜０．３質量％、Ｍｎを０．４〜１．９質量％、Ｓｉを０．４〜１．４質量％、Ｚｎを２．０〜５．５質量％、Ｃｕを０質量％を超え０．５質量％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物で形成されている。
また、この皮材３に析出したＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、皮材３の断面の電子顕微鏡観察像による最大サイズが円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下であり、当該円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の数密度が１０〜１５０個／１００μｍ２、かつ当該円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率が１％以下である。なお、本発明において円相当径とは、電子顕微鏡観察像で、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物と同定される２次元形状と同じ面積に相当する円の直径を意味する。
図１（ａ）に示すように、本発明に係るアルミニウム合金複合材１は、アルミニウム合金製の心材２の少なくとも一側面に、アルミニウム合金製の皮材３が形成されている（アルミニウム合金複合材１Ａ）。
ここで、皮材３は、Ｆｅを０．０３〜０．３質量％、Ｍｎを０．４〜１．９質量％、Ｓｉを０．４〜１．４質量％、Ｚｎを２．０〜５．５質量％、Ｃｕを０質量％を超え０．５質量％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物で形成されている。
また、この皮材３に析出したＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、皮材３の断面の電子顕微鏡観察像による最大サイズが円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下であり、当該円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の数密度が１０〜１５０個／１００μｍ２、かつ当該円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率が１％以下である。なお、本発明において円相当径とは、電子顕微鏡観察像で、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物と同定される２次元形状と同じ面積に相当する円の直径を意味する。
ここで、本発明に係るアルミニウム合金複合材１は、図１（ｂ）に示すように、アルミニウム合金製の心材２の一側面に前記した皮材３を、他側面にＡｌ−Ｓｉ系合金製のろう材４を備えた３層の構成としてもよい（アルミニウム合金複合材１Ｂ）。
さらに、本発明に係るアルミニウム合金複合材１は、図１（ｃ）に示すように、心材２とろう材４との間に、心材２の厚さの５〜３０％の厚さを有する、Ｍｇを含有しないアルミニウム合金製の中間材５を設けた構成としてもよい（アルミニウム合金複合材１Ｃ）。
さらに、本発明に係るアルミニウム合金複合材１は、図１（ｃ）に示すように、心材２とろう材４との間に、心材２の厚さの５〜３０％の厚さを有する、Ｍｇを含有しないアルミニウム合金製の中間材５を設けた構成としてもよい（アルミニウム合金複合材１Ｃ）。
なお、本発明に係るアルミニウム合金複合材１において、皮材３およびろう材４の厚さについての限定は特にない。しかし、アルミニウム合金複合材１の強度や生産性、コスト面、加工性等の観点から、皮材３の厚さおよびろう材４の厚さはともに、アルミニウム合金複合材１全体の厚さの７〜２５％とすることが望ましい。
まず、本発明に係るアルミニウム合金複合材１を構成する皮材３中の合金元素の含有量、皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の最大サイズ（円相当径）、数密度（個数／１００μｍ２）および面積率（％）等を限定した理由について説明する。
（皮材・Ｆｅ：０．０３〜０．３質量％）
Ｆｅは、アルミニウム合金中で固溶したり、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の１μｍ以下の微細な分散粒子を形成したりして強度向上に寄与する。Ｆｅの含有量が０．０３質量％未満では固溶による強度向上の効果が不十分である。一方、Ｆｅの含有量が０．３質量％を超える場合は、Ｆｅを含む金属間化合物、例えば、Ａｌ３Ｆｅ，Ａｌ１２Ｓｉ（Ｍｎ，Ｆｅ）３，Ａｌ１２Ｆｅ３Ｓｉ等の金属間化合物が増加するため、カソード反応が増大し、皮材３の耐孔食性が低下する結果、皮材３の心材２に対する犠牲防食効果が低下する。従って、皮材３のＦｅの含有量は０．０３〜０．３質量％とする。より好ましくは、０．０５〜０．２質量％である。
Ｆｅは、アルミニウム合金中で固溶したり、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の１μｍ以下の微細な分散粒子を形成したりして強度向上に寄与する。Ｆｅの含有量が０．０３質量％未満では固溶による強度向上の効果が不十分である。一方、Ｆｅの含有量が０．３質量％を超える場合は、Ｆｅを含む金属間化合物、例えば、Ａｌ３Ｆｅ，Ａｌ１２Ｓｉ（Ｍｎ，Ｆｅ）３，Ａｌ１２Ｆｅ３Ｓｉ等の金属間化合物が増加するため、カソード反応が増大し、皮材３の耐孔食性が低下する結果、皮材３の心材２に対する犠牲防食効果が低下する。従って、皮材３のＦｅの含有量は０．０３〜０．３質量％とする。より好ましくは、０．０５〜０．２質量％である。
（皮材・Ｍｎ：０．４〜１．９質量％）
Ｍｎは、アルミニウム合金中で固溶したり、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物の１μｍ以下の微細な分散粒子を形成したりして強度向上に寄与する。Ｍｎの含有量が０．４質量％未満では固溶による強度向上の効果が不十分である。一方、Ｍｎの含有量が１．９質量％を超える場合にはＡｌ−Ｍｎ系（Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−（Ｍｎ，Ｆｅ）−Ｓｉ系等も含む。）の金属間化合物が増加するためカソード反応が増大し、皮材３の耐孔食性が低下する結果、皮材３の心材２に対する犠牲防食効果が低下する。従って、皮材３のＭｎの含有量は０．４〜１．９質量％とする。より好ましくは、０．８〜１．５質量％である。
Ｍｎは、アルミニウム合金中で固溶したり、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物の１μｍ以下の微細な分散粒子を形成したりして強度向上に寄与する。Ｍｎの含有量が０．４質量％未満では固溶による強度向上の効果が不十分である。一方、Ｍｎの含有量が１．９質量％を超える場合にはＡｌ−Ｍｎ系（Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−（Ｍｎ，Ｆｅ）−Ｓｉ系等も含む。）の金属間化合物が増加するためカソード反応が増大し、皮材３の耐孔食性が低下する結果、皮材３の心材２に対する犠牲防食効果が低下する。従って、皮材３のＭｎの含有量は０．４〜１．９質量％とする。より好ましくは、０．８〜１．５質量％である。
（皮材・Ｓｉ：０．４〜１．４質量％）
Ｓｉは、アルミニウム合金中で固溶することにより強度向上に寄与する。Ｓｉの含有量が０．４質量％未満では固溶による強度向上の効果が不十分である。一方、Ｓｉの含有量が１．４質量％を超える場合には、例えば、Ａｌ１２ＳｉＭｎ３，Ａｌ１２Ｓｉ（Ｍｎ，Ｆｅ）３等のＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が増加するため、カソード反応が増大し、皮材３の耐孔食性が低下する結果、皮材３の心材２に対する犠牲防食効果が低下する。従って、皮材３のＳｉの含有量は０．４〜１．４質量％とする。より好ましくは、０．８〜１．２質量％である。
Ｓｉは、アルミニウム合金中で固溶することにより強度向上に寄与する。Ｓｉの含有量が０．４質量％未満では固溶による強度向上の効果が不十分である。一方、Ｓｉの含有量が１．４質量％を超える場合には、例えば、Ａｌ１２ＳｉＭｎ３，Ａｌ１２Ｓｉ（Ｍｎ，Ｆｅ）３等のＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が増加するため、カソード反応が増大し、皮材３の耐孔食性が低下する結果、皮材３の心材２に対する犠牲防食効果が低下する。従って、皮材３のＳｉの含有量は０．４〜１．４質量％とする。より好ましくは、０．８〜１．２質量％である。
（皮材・Ｚｎ：２．０〜５．５質量％）
本発明で皮材３にＺｎを添加するのは、心材２に対して皮材３を電気化学的に卑として犠牲防食効果を付与するためである。耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材１を得るには、皮材３だけでなく、心材２の合金元素の含有量も規制する必要がある。このため、心材２にＣｕを添加する技術が一般的に用いられており、心材２にＣｕを０．２質量％以上添加することにより心材２の強度を向上させることができる。しかし、Ｃｕは粒界腐食感受性を増大させるため、皮材２側の耐孔食性（心材２に対する犠牲防食効果）を低下させてしまうという問題点を有する。
本発明で皮材３にＺｎを添加するのは、心材２に対して皮材３を電気化学的に卑として犠牲防食効果を付与するためである。耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材１を得るには、皮材３だけでなく、心材２の合金元素の含有量も規制する必要がある。このため、心材２にＣｕを添加する技術が一般的に用いられており、心材２にＣｕを０．２質量％以上添加することにより心材２の強度を向上させることができる。しかし、Ｃｕは粒界腐食感受性を増大させるため、皮材２側の耐孔食性（心材２に対する犠牲防食効果）を低下させてしまうという問題点を有する。
そこで、本発明においては、皮材３と組み合わせる心材２のＣｕの含有量が０．２質量％を超える場合、心材２の粒界腐食感受性に対して皮材３に犠牲防食効果を付与するため、皮材３に２．０質量％以上のＺｎを添加する。これにより、皮材３の電位を心材２の粒界電位よりも卑に設定することができるとともに、粒界腐食を抑制することができるので、皮材３側の耐孔食性（心材２に対する犠牲防食効果）が低下するのを抑制することができる。一方、皮材３のＺｎの含有量が５．５質量％を超えると、皮材３の融点が低下することから鋳造性が劣化し、造塊の生産性が低下する。従って、皮材３のＺｎの含有量は２．０〜５．５質量％とする。より好ましくは、２．２〜５．０質量％である。
（皮材・Ｃｕ：０質量％を超え０．５質量％以下）
Ｃｕは、心材２の強度向上を目的として心材２に添加される合金元素であるが、心材２およびろう材４をクラッドする際またはろう付け時に皮材３中に拡散することで、皮材３中に固溶したり、金属間化合物を形成したりして含有される（なお、拡散したＣｕの量が少ないとすべて固溶し、金属間化合物を形成しないことがある）。
Ｃｕは、心材２の強度向上を目的として心材２に添加される合金元素であるが、心材２およびろう材４をクラッドする際またはろう付け時に皮材３中に拡散することで、皮材３中に固溶したり、金属間化合物を形成したりして含有される（なお、拡散したＣｕの量が少ないとすべて固溶し、金属間化合物を形成しないことがある）。
皮材３中のＣｕの含有量が０．５質量％を超える場合には、皮材３中のＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物が増加し、それに伴ってカソード反応量（カソード電流密度）が増大する。これにより、皮材３の腐食量が増大し、心材２に対する犠牲防食効果が大きく低下するため、皮材３中のＣｕの含有量は少ないほど好ましい。従って、皮材３のＣｕの含有量は０質量％を超え０．５質量％以下とする。より好ましくは、０質量％を超え０．３質量％以下である。
（皮材の不可避的不純物）
本発明に係るアルミニウム合金複合材１の皮材３には、不可避的不純物として、例えば、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂ等が含有されている。このような不可避的不純物を、例えば、Ｃｒを０．１％質量以下、Ｔｉを０．２質量％以下、Ｚｒを０．２質量％以下、Ｂを０．１質量％以下（いずれも０質量％を超える）等の範囲で含有していても、本発明の効果を妨げるものではない。従って、このような不可避的不純物の含有は許容される。
なお、皮材３においては、このような不可避的不純物の含有量は合計で０．４質量％まで許容できる。
本発明に係るアルミニウム合金複合材１の皮材３には、不可避的不純物として、例えば、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂ等が含有されている。このような不可避的不純物を、例えば、Ｃｒを０．１％質量以下、Ｔｉを０．２質量％以下、Ｚｒを０．２質量％以下、Ｂを０．１質量％以下（いずれも０質量％を超える）等の範囲で含有していても、本発明の効果を妨げるものではない。従って、このような不可避的不純物の含有は許容される。
なお、皮材３においては、このような不可避的不純物の含有量は合計で０．４質量％まで許容できる。
（皮材に析出したＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物：最大サイズが円相当径で５０ｎｍから１μｍ）
（円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の数密度が１０〜１５０個／１００μｍ２）
Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、アルミニウム合金中においてカソードサイトとして作用するため、その周囲近傍の母材が優先的にアノード溶解し、孔食が発生する。このような腐食の起点となるＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、皮材３の断面や表面における最大サイズが大きかったり、個数が少なかったりするとアノード溶解は、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の周囲近傍に集中し、急激に腐食進展する結果、穴あき（裏側への貫通孔の形成）に至ってしまう。そのため、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物を微細かつ多数存在させることが望ましい。
（円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の数密度が１０〜１５０個／１００μｍ２）
Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、アルミニウム合金中においてカソードサイトとして作用するため、その周囲近傍の母材が優先的にアノード溶解し、孔食が発生する。このような腐食の起点となるＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、皮材３の断面や表面における最大サイズが大きかったり、個数が少なかったりするとアノード溶解は、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の周囲近傍に集中し、急激に腐食進展する結果、穴あき（裏側への貫通孔の形成）に至ってしまう。そのため、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物を微細かつ多数存在させることが望ましい。
最大サイズが円相当径で５０ｎｍ未満であるＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、皮材３の耐孔食性（心材２に対する犠牲防食効果）への寄与が低い。一方、最大サイズが円相当径で１μｍを超えた場合にはかえって穴あき腐食を助長し、深い孔食が発生する。また、当該円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の数密度が１０個／１００μｍ２に満たない場合は、皮材３の表面に存在する金属間化合物の周囲近傍にアノード溶解が集中し、穴あき腐食を助長する。一方、当該円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の数密度が１５０個／１００μｍ２を超える場合にはカソード反応量が増大し、皮材３の耐孔食性（心材に対する犠牲防食効果）が大きく低下する。
従って、本発明における皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の最大サイズは、円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、数密度は、１０〜１５０個／１００μｍ２、より好ましくは２０〜１００個／１００μｍ２である。
なお、皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の最大サイズや数密度は、例えば、皮材３の断面を研磨して露出させた断面を電子顕微鏡で撮像して得た電子顕微鏡観察像で確認することができる。
従って、本発明における皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の最大サイズは、円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、数密度は、１０〜１５０個／１００μｍ２、より好ましくは２０〜１００個／１００μｍ２である。
なお、皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の最大サイズや数密度は、例えば、皮材３の断面を研磨して露出させた断面を電子顕微鏡で撮像して得た電子顕微鏡観察像で確認することができる。
（円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率が１％以下）
皮材３の腐食は、カソードサイトとなる皮材３の表面に存在するＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率により大きな影響を受ける。Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率の増加とともにカソード反応量（カソード電流密度）が増大するので、皮材３の腐食量が増大し、心材２に対する犠牲防食効果が大きく低下する。従って、皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、前記した円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物を合計した面積率を１％以下とする。
皮材３の腐食は、カソードサイトとなる皮材３の表面に存在するＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率により大きな影響を受ける。Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率の増加とともにカソード反応量（カソード電流密度）が増大するので、皮材３の腐食量が増大し、心材２に対する犠牲防食効果が大きく低下する。従って、皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、前記した円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物を合計した面積率を１％以下とする。
かかるＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率が小さいほど、皮材３中に存在するＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物のカソード反応性を低下させることができるので、面積率の下限値についての限定は特にない。しかし、本発明に係るアルミニウム合金複合材１の皮材３である限り、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物（少なくとも１種類）は不可避的に形成されるので、皮材３の断面に存在するこれらの金属間化合物の面積率は常に０％より大きな値となる。
以上より、初期腐食のカソード反応性を抑制する観点から、皮材３の断面におけるＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率を１％以下とすることが特に重要である。
以上より、初期腐食のカソード反応性を抑制する観点から、皮材３の断面におけるＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率を１％以下とすることが特に重要である。
（心材）
本発明に係るアルミニウム合金複合材１の皮材３と組み合わせるアルミニウム合金製の心材２としては、Ｍｇを０．１〜１．０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物であるアルミニウム合金板を好適に用いることができる。また、Ｍｇを０．１〜１．０質量％、Ｃｕを０．３〜２．０質量％、Ｓｉを０．３〜２．０質量％含有し、さらにＣｒを０．０５〜０．３質量％、Ｔｉを０．０５〜０．３質量％のうちの少なくとも一方を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金板などを用いることができる。
本発明に係るアルミニウム合金複合材１の皮材３と組み合わせるアルミニウム合金製の心材２としては、Ｍｇを０．１〜１．０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物であるアルミニウム合金板を好適に用いることができる。また、Ｍｇを０．１〜１．０質量％、Ｃｕを０．３〜２．０質量％、Ｓｉを０．３〜２．０質量％含有し、さらにＣｒを０．０５〜０．３質量％、Ｔｉを０．０５〜０．３質量％のうちの少なくとも一方を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金板などを用いることができる。
（心材・Ｍｇ：０．１〜１．０質量％）
（Ｍｇを含有しないＡｌ合金製の中間材・厚さ：心材の厚さの５〜３０％）
心材２とろう材４との間に中間材５を設ける場合には、これによって心材２から皮材３へＭｇが拡散するのを防止することができるため、心材２にＭｇを添加して強度を向上させることも可能である。このときの心材２のＭｇの含有量は、前記したように０．１〜１．０質量％とするのが好ましい。
なお、Ｍｇは、アルミニウム合金の強度向上に寄与するが、ろう付け性を低下させるという問題点を有する。すなわち、心材２にＭｇを添加した場合、製造プロセス中の熱処理やろう付け等の際にＭｇがろう材４にまで拡散し、ろう付け性を低下させることとなる。
そこで、心材２にＭｇを添加する場合、心材２とろう材４との間にＭｇを含有しないアルミニウム合金製の中間材５を設けることにより、ろう材４に拡散するＭｇの量を低下させ、ろう付け性を損なうことなく心材２の強度を向上させることができる。
（Ｍｇを含有しないＡｌ合金製の中間材・厚さ：心材の厚さの５〜３０％）
心材２とろう材４との間に中間材５を設ける場合には、これによって心材２から皮材３へＭｇが拡散するのを防止することができるため、心材２にＭｇを添加して強度を向上させることも可能である。このときの心材２のＭｇの含有量は、前記したように０．１〜１．０質量％とするのが好ましい。
なお、Ｍｇは、アルミニウム合金の強度向上に寄与するが、ろう付け性を低下させるという問題点を有する。すなわち、心材２にＭｇを添加した場合、製造プロセス中の熱処理やろう付け等の際にＭｇがろう材４にまで拡散し、ろう付け性を低下させることとなる。
そこで、心材２にＭｇを添加する場合、心材２とろう材４との間にＭｇを含有しないアルミニウム合金製の中間材５を設けることにより、ろう材４に拡散するＭｇの量を低下させ、ろう付け性を損なうことなく心材２の強度を向上させることができる。
心材２中のＭｇの含有量が０．１質量％に満たない場合は強度向上の効果が不十分となるおそれがある。一方、心材２中のＭｇの含有量が１．０質量％を超える場合には、熱間圧延粗圧時に皮材３と心材２とを一体化するクラッド工程での圧着性が低下し、皮材３と心材２との剥離が発生しやすくなり歩留まりが低下する結果、生産性が低下するおそれがある。従って、本発明において、中間材５を設ける場合の心材２のＭｇの含有量は０．１〜１．０質量％とするのが好ましい。より好ましくは、０．１〜０．８質量％である。
また、中間材５の厚さが心材２の厚さの５％に満たない場合にはＭｇの拡散抑止効果が不十分であり、ろう付け性の低下を招くこととなる。一方、中間材５の厚さが心材２の厚さの３０％を超える場合には、アルミニウム合金複合材１の強度を受け持つ心材２の厚さの割合が、中間材５の厚さの割合に対して小さくなるので、Ｍｇの添加による心材２の強度向上の効果が低下する。従って、本発明においては、中間材５を設ける場合、その厚さは心材２の厚さの５〜３０％とする。より好ましくは、１０〜２５％である。
なお、本発明の係るアルミニウム合金複合材１におけるＭｇを含有しないアルミニウム合金製の中間材５としては、例えば、純Ａｌ、ＪＩＳ３００３のほか、強度向上のためにはＳｉ，Ｍｎ，Ｃｕを添加したアルミニウム合金が好ましく、組成例としてはＡｌ−１Ｓｉ−１Ｃｕ−１．６Ｍｎ等が挙げられる。
（心材・Ｃｒ：０．０５〜０．３質量％）
Ｃｒは、均質化熱処理時およびその後の熱間鍛造時に、Ａｌ１２Ｍｇ２Ｃｒ，Ａｌ−Ｃｒ系などの分散粒子を形成する。これらの分散粒子は再結晶後の粒界移動を妨げる効果があるため、微細な結晶粒を得ることができる。この結晶粒の微細化は、破壊靱性や疲労強度などの向上効果が大きい。Ｃｒの含有量が０．０５質量％未満であると、これらの効果が期待できず、Ｃｒの含有量が０．３質量％を超えると、溶解、鋳造時に粗大な金属間化合物や晶析出物を生成しやすく、破壊の起点となり、靱性や疲労特性を低下させる原因となる。従って、心材２のＣｒの含有量は０．０５〜０．３質量％とする。より好ましくは０．０８〜０．２５質量％である。
Ｃｒは、均質化熱処理時およびその後の熱間鍛造時に、Ａｌ１２Ｍｇ２Ｃｒ，Ａｌ−Ｃｒ系などの分散粒子を形成する。これらの分散粒子は再結晶後の粒界移動を妨げる効果があるため、微細な結晶粒を得ることができる。この結晶粒の微細化は、破壊靱性や疲労強度などの向上効果が大きい。Ｃｒの含有量が０．０５質量％未満であると、これらの効果が期待できず、Ｃｒの含有量が０．３質量％を超えると、溶解、鋳造時に粗大な金属間化合物や晶析出物を生成しやすく、破壊の起点となり、靱性や疲労特性を低下させる原因となる。従って、心材２のＣｒの含有量は０．０５〜０．３質量％とする。より好ましくは０．０８〜０．２５質量％である。
（心材・Ｔｉ：０．０５〜０．３質量％）
Ｔｉは、鋳塊の結晶粒を微細化し、押出、圧延、鍛造時の加工性を向上させるために添加する。Ｔｉの含有量が０．０５質量％未満では、加工性向上の効果が得られず、Ｔｉの含有量が０．３質量％を超えると粗大な晶析出物を形成し、加工性を低下させる。従って、心材２のＴｉの含有量は０．０５〜０．３質量％とする。より好ましくは０．０８〜０．２５質量％である。
Ｔｉは、鋳塊の結晶粒を微細化し、押出、圧延、鍛造時の加工性を向上させるために添加する。Ｔｉの含有量が０．０５質量％未満では、加工性向上の効果が得られず、Ｔｉの含有量が０．３質量％を超えると粗大な晶析出物を形成し、加工性を低下させる。従って、心材２のＴｉの含有量は０．０５〜０．３質量％とする。より好ましくは０．０８〜０．２５質量％である。
（ろう材）
本発明に係るアルミニウム合金複合材１のろう材４は、Ａｌ−Ｓｉ系合金製のろう材など、公知のろう材を適宜選択して使用することができる。Ａｌ−Ｓｉ系合金製のろう材としては、例えば、Ｓｉを７〜１２質量％含有するアルミニウム合金のろう材を使用することができる。
本発明に係るアルミニウム合金複合材１のろう材４は、Ａｌ−Ｓｉ系合金製のろう材など、公知のろう材を適宜選択して使用することができる。Ａｌ−Ｓｉ系合金製のろう材としては、例えば、Ｓｉを７〜１２質量％含有するアルミニウム合金のろう材を使用することができる。
次に、本発明に係るアルミニウム合金複合材１の製造方法について説明する。
アルミニウム合金複合材１に用いる皮材３は、皮材３のＭｎの含有量とＦｅの含有量との和が０．６質量％未満（Ｍｎ＋Ｆｅ＜０．６質量％）の場合には、例えば、（Ａ）６８０〜７６０℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５３０〜５９０℃で１時間以上均質化処理し、５００℃までの冷却を０．１７〜０．８３℃／分で行うことで、皮材３の断面（表面）のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物を、本発明の特許請求の範囲に記載したサイズ（円相当径）、数密度（個数／１００μｍ２）および面積率とすることができる。
アルミニウム合金複合材１に用いる皮材３は、皮材３のＭｎの含有量とＦｅの含有量との和が０．６質量％未満（Ｍｎ＋Ｆｅ＜０．６質量％）の場合には、例えば、（Ａ）６８０〜７６０℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５３０〜５９０℃で１時間以上均質化処理し、５００℃までの冷却を０．１７〜０．８３℃／分で行うことで、皮材３の断面（表面）のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物を、本発明の特許請求の範囲に記載したサイズ（円相当径）、数密度（個数／１００μｍ２）および面積率とすることができる。
一方、アルミニウム合金複合材１に用いる皮材３は、皮材３のＭｎの含有量とＦｅの含有量との和が０．６質量％以上（Ｍｎ＋Ｆｅ≧０．６質量％）の場合には、例えば、（Ｂ）６８０〜７６０℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、４６０〜５３０℃で１時間以上均質化処理し、４２０℃までの冷却を０．１７〜０．８３℃／分で行うことで、皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物を、本発明の特許請求の範囲に記載したサイズ（円相当径）、数密度（個数／１００μｍ２）および面積率を実現することができる。
なお、皮材３のＭｎの含有量とＦｅの含有量の比が０．４以上（Ｆｅ／Ｍｎ≧０．４）では、前記（Ａ）または（Ｂ）いずれの制御によってもＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物の面積率が１％を超えてしまう。これは、Ｍｎの含有量に対するＦｅの含有量の比率が増大するに従い、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物の析出が促進されるためと考えられる。
以上の製造方法は、皮材３を得るための一例であり、必ずしもこの方法に限定されるものではない。
以上の製造方法は、皮材３を得るための一例であり、必ずしもこの方法に限定されるものではない。
所定の板厚の心材２を、通常行われる条件で鋳造し、均質化処理し、面削することにより製造する。
そして、所定の板厚の皮材３を、前記した（Ａ）または（Ｂ）の制御方法で鋳造し、均質化処理し、所定の冷却速度で所定の温度まで冷却した後、熱間圧延することにより製造する。
また、所定の板厚のろう材４を通常行われる条件で鋳造し、均質化処理し、熱間圧延することにより製造する。
このようにして製造した心材２、皮材３、ろう材４を組み合わせ、４００〜５４０℃の温度で熱間圧延を行ってクラッド材を得る。その後、冷間圧延し、必要に応じて熱処理を行うことで、所望する板厚のアルミニウム合金複合材１を製造することができる。
そして、所定の板厚の皮材３を、前記した（Ａ）または（Ｂ）の制御方法で鋳造し、均質化処理し、所定の冷却速度で所定の温度まで冷却した後、熱間圧延することにより製造する。
また、所定の板厚のろう材４を通常行われる条件で鋳造し、均質化処理し、熱間圧延することにより製造する。
このようにして製造した心材２、皮材３、ろう材４を組み合わせ、４００〜５４０℃の温度で熱間圧延を行ってクラッド材を得る。その後、冷間圧延し、必要に応じて熱処理を行うことで、所望する板厚のアルミニウム合金複合材１を製造することができる。
そして、本発明に係るアルミニウム合金複合材１の皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の評価は、以下のようにして行うことができる。
すなわち、皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物のサイズ（円相当径）については、Ｍｎ，Ｃｕを含む金属間化合物（つまり、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物）であると判定した析出物について、まずその面積Ａを求め、下記の数式に従って円相当径ｄを求めることで評価することができる。なお、皮材３の断面にはＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が存在する場合があっても構わない。
すなわち、皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物のサイズ（円相当径）については、Ｍｎ，Ｃｕを含む金属間化合物（つまり、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物）であると判定した析出物について、まずその面積Ａを求め、下記の数式に従って円相当径ｄを求めることで評価することができる。なお、皮材３の断面にはＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物が存在する場合があっても構わない。
また、皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の数密度（個数／１００μｍ２）については、Ｍｎ，Ｃｕを含む金属間化合物の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像視野内（１０μｍ×１０μｍ）の個数をカウントすることで評価することができる。
なお、これらの金属間化合物の面積、個数のカウントについては、市販のグラフソフトや画像解析ソフト等を利用して評価することもできる。
なお、これらの金属間化合物の面積、個数のカウントについては、市販のグラフソフトや画像解析ソフト等を利用して評価することもできる。
皮材３の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率については、ＳＥＭ像視野内（１０μｍ×１０μｍ）のＭｎ，Ｃｕを含む金属間化合物の面積を求めることで評価することができる。
［熱交換器］
次に、本発明に係るアルミニウム合金複合材１を用いて形成される熱交換器について、自動車用ラジエータのチューブに用いる場合を例に適宜図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金複合材を用いたラジエータの一部を示す断面図である。
次に、本発明に係るアルミニウム合金複合材１を用いて形成される熱交換器について、自動車用ラジエータのチューブに用いる場合を例に適宜図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金複合材を用いたラジエータの一部を示す断面図である。
本実施形態に係るラジエータ１０は、図２に示すように、チューブ１１と、放熱フィン１２と、チューブ１１を連結するヘッダ１３とが組み合わされた状態でろう付けされている。チューブ１１は、心材２の一側面に皮材３が形成され、他側面にろう材４が形成されたアルミニウム合金複合材１（図２では、アルミニウム合金複合材１Ｂを例示している。）を管状に成形したものであり、皮材３がチューブ１１の内周面すなわち冷却水と接触する面となり、ろう材４がチューブ１１の外周面となる構造をしている。
チューブ１１は、ロールフォーミングにより所定の形状・寸法にすることで成形することができる。
チューブ１１、放熱フィン１２およびヘッダ１３のろう付けは、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、図２に示すように配置されたチューブ１１、放熱フィン１２およびヘッダ１３に対してノコロック用フラックスをスプレー塗布し、乾燥させた後、露点−４０℃、酸素濃度３００ｐｐｍで６００℃の窒素雰囲気下において５分間加熱することにより、チューブ１１、放熱フィン１２およびヘッダ１３間の接続部においてフィレットを形成させてろう付けすることができる。
チューブ１１、放熱フィン１２およびヘッダ１３のろう付けは、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、図２に示すように配置されたチューブ１１、放熱フィン１２およびヘッダ１３に対してノコロック用フラックスをスプレー塗布し、乾燥させた後、露点−４０℃、酸素濃度３００ｐｐｍで６００℃の窒素雰囲気下において５分間加熱することにより、チューブ１１、放熱フィン１２およびヘッダ１３間の接続部においてフィレットを形成させてろう付けすることができる。
本発明に係る、耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材１を用いることにより、耐孔食性に優れた熱交換器を提供することができる。特に、ろう付け等により接合されて成形される自動車の熱交換器等の材料として好適に用いることができ、ラジエータのチューブの他、例えば、ヒータコアのチューブ、ヘッダプレート材等として使用された場合の内側面（冷却水と接触する面）の耐孔食性、または、エバポレータ、コンデンサ等として使用された場合の外側面（大気と接触する面）の耐孔食性が優れた熱交換器を提供することができる。
さらに、本発明のアルミニウム合金複合材１は耐孔食性に優れるため薄肉化が可能である。従って、このようなアルミニウム合金複合材１で熱交換器を成形することで、熱交換器自体の薄肉化も可能となり、軽量な熱交換器を提供することができる。
なお、本実施形態では、自動車用ラジエータのチューブを３層構造（図１（ｂ）参照）のアルミニウム合金複合材１Ｂを用いて形成した場合について例示したが、これに限定されるものではない。例えば、４層構造（図１（ｃ）参照）のアルミニウム合金複合材１Ｃを用いて形成してもよい。また、本発明に係る熱交換器は、ラジエータのチューブに限定されるものではないことは前記したとおりである。
以下、本発明に係るアルミニウム合金複合材について、本発明の必要条件を満たす実施例と、本発明の必要条件を満たさない比較例とを対比して具体的に説明する。
表１に示す含有量（質量％）の合金元素を含有するアルミニウム合金の皮材と、Ｓｉを０．５質量％、Ｆｅを０．０６質量％、Ｃｕを０．５質量％、Ｍｎを１．６質量％およびＴｉを０．１２質量％を含有するアルミニウム合金の心材と、ＪＩＳ４０４５合金のろう材と、を使用して、図１（ｂ）に示すような３層のアルミニウム合金複合材をクラッド圧延し作製した。なお、これらのアルミニウム合金複合材においては、皮材の厚さを４０μｍ、心材の厚さを２００μｍ、ろう材の厚さを４０μｍとした。
アルミニウム合金複合材は、皮材、心材およびろう材の各々の素材を適宜作製し、それらを合わせて圧延することによって作製した。
なお、表１に示す皮材の素材は、実施例や比較例のＭｎの含有量とＦｅの含有量との和によって下記の製造条件で製造した。
つまり、Ｍｎの含有量とＦｅの含有量との和が０．６質量％未満（Ｍｎ＋Ｆｅ＜０．６質量％）である実施例２、５、１８、比較例９〜１１の皮材の素材は、７００℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５５０℃で７５分間均質化処理し、５００℃までの冷却を０．５℃／分で行った後、熱間圧延を行って製造した。
また、Ｍｎの含有量とＦｅの含有量との和が０．６質量％以上（Ｍｎ＋Ｆｅ≧０．６質量％）である実施例１、３、４、６〜８、１２〜１５、１９〜２１、２３、２４、２６、２７、２９、比較例１６、１７、２２、２５、２８の皮材の素材は、７２０℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５００℃で２時間均質化処理し、４２０℃までの冷却を０．５０℃／分で行った後、熱間圧延を行って製造した。
なお、表１に示す皮材の素材は、実施例や比較例のＭｎの含有量とＦｅの含有量との和によって下記の製造条件で製造した。
つまり、Ｍｎの含有量とＦｅの含有量との和が０．６質量％未満（Ｍｎ＋Ｆｅ＜０．６質量％）である実施例２、５、１８、比較例９〜１１の皮材の素材は、７００℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５５０℃で７５分間均質化処理し、５００℃までの冷却を０．５℃／分で行った後、熱間圧延を行って製造した。
また、Ｍｎの含有量とＦｅの含有量との和が０．６質量％以上（Ｍｎ＋Ｆｅ≧０．６質量％）である実施例１、３、４、６〜８、１２〜１５、１９〜２１、２３、２４、２６、２７、２９、比較例１６、１７、２２、２５、２８の皮材の素材は、７２０℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５００℃で２時間均質化処理し、４２０℃までの冷却を０．５０℃／分で行った後、熱間圧延を行って製造した。
心材の素材は、７００℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５３０℃で７５分間均質化処理し、５００℃までの冷却を０．５℃／分と、その後、熱間圧延を行って板材とした。
ろう材の素材は、７００℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、熱間圧延を行って板材とした。
ろう材の素材は、７００℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、熱間圧延を行って板材とした。
また、Ｆｅを０．０６質量％、Ｍｎを０．８質量％、Ｓｉを０．８質量％、Ｃｕを０．３質量％およびＺｎを４．０質量％を含有するアルミニウム合金の皮材と、Ｓｉを０．５質量％、Ｆｅを０．０６質量％、Ｃｕを０．５質量％、Ｍｎを１．６質量％、Ｔｉを０．１２質量％および表２に示す含有量（質量％）のＭｇを含有するアルミニウム合金の心材と、Ｓｉを１質量％、Ｃｕを１質量％、Ｍｎを２質量％、Ｔｉを０．１質量％を含有するアルミニウム合金の中間材（Ｍｇは含有しない）と、ＪＩＳ４０４５合金のろう材と、を使用して、図１（ｃ）に示すような４層のアルミニウム合金複合材を作製した。なお、これらのアルミニウム合金複合材においては、中間材の厚さを表２に示す厚さ（μｍ）とし、皮材の厚さを４０μｍ、心材の厚さを２００μｍ（表２参照）、ろう材の厚さを４０μｍとした。なお、表２の中間層の厚さにおけるパーセント表示は、心材の厚さに対する中間材の厚さの割合を示す。
なお、表２に示す皮材の素材はいずれも、Ｍｎの含有量とＦｅの含有量との和が０．６質量％以上（Ｍｎ＋Ｆｅ≧０．６質量％）であるので、７２０℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５００℃で２時間均質化処理し、４２０℃までの冷却を０．５０℃／分で行った。また、心材の素材およびろう材の素材は、表１で用いた心材の素材およびろう材の素材と同様にして板材とした。そして、心材の素材、ろう材の素材、皮材の素材および中間材の素材をクラッドした後、熱間圧延および冷間圧延を行って、前記した厚さを有するアルミニウム合金複合材を作製した。
＜皮材の耐孔食性評価＞
実施例および比較例のアルミニウム合金複合材を、ろう付けの条件に相当する６００℃で５分間加熱した後、冷却水模擬液としてのＯＹ水（Ｃｌ−：１９５質量ｐｐｍ、ＳＯ４ ２−：６０質量ｐｐｍ、Ｃｕ２＋：１質量ｐｐｍ、Ｆｅ３＋：３０質量ｐｐｍ、ｐＨ：３．０）に浸漬し、８８℃で８時間保持（室温から８８℃への加熱時間を含む）した後、室温で１６時間保持（８８℃から室温への自然冷却時間を含む）するサイクルの浸漬試験を１ヶ月間行い、試験後の皮材側の腐食深さ（最大腐食深さ）を評価した。この結果を表１および表２に示す。
最大腐食深さが皮材の厚さ未満（４０μｍ未満）であるものを良好（○）と評価し、皮材の厚さ以上（４０μｍ以上）であるものを良好でない（×）と評価した。表２の実施例３０〜３３、３７〜４０、４２、比較例３４〜３６、４１では、いずれも、心材としてＭｇを０．５質量％、Ｓｉを１．０質量％、Ｍｎを１．０質量％、Ｃｕを１．０質量％含有するアルミ合金材を用いた。
実施例および比較例のアルミニウム合金複合材を、ろう付けの条件に相当する６００℃で５分間加熱した後、冷却水模擬液としてのＯＹ水（Ｃｌ−：１９５質量ｐｐｍ、ＳＯ４ ２−：６０質量ｐｐｍ、Ｃｕ２＋：１質量ｐｐｍ、Ｆｅ３＋：３０質量ｐｐｍ、ｐＨ：３．０）に浸漬し、８８℃で８時間保持（室温から８８℃への加熱時間を含む）した後、室温で１６時間保持（８８℃から室温への自然冷却時間を含む）するサイクルの浸漬試験を１ヶ月間行い、試験後の皮材側の腐食深さ（最大腐食深さ）を評価した。この結果を表１および表２に示す。
最大腐食深さが皮材の厚さ未満（４０μｍ未満）であるものを良好（○）と評価し、皮材の厚さ以上（４０μｍ以上）であるものを良好でない（×）と評価した。表２の実施例３０〜３３、３７〜４０、４２、比較例３４〜３６、４１では、いずれも、心材としてＭｇを０．５質量％、Ｓｉを１．０質量％、Ｍｎを１．０質量％、Ｃｕを１．０質量％含有するアルミ合金材を用いた。
＜皮材の断面の金属間化合物の評価＞
前記した浸漬試験の後に、浸漬試験で用いた実施例および比較例のアルミニウム合金複合材について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により皮材の圧延方向と直交する方向における垂直な断面（以下、単に「皮材の断面」ということもある。）を、皮材の厚さの１／２の位置を視野の中心とし、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の分散状態（最大サイズ（円相当径）、数密度および面積率）を評価した。この結果を表１および表２に示す。
前記した浸漬試験の後に、浸漬試験で用いた実施例および比較例のアルミニウム合金複合材について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により皮材の圧延方向と直交する方向における垂直な断面（以下、単に「皮材の断面」ということもある。）を、皮材の厚さの１／２の位置を視野の中心とし、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の分散状態（最大サイズ（円相当径）、数密度および面積率）を評価した。この結果を表１および表２に示す。
皮材の圧延方向と直交する方向における垂直な断面におけるＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の最大サイズ（表１および表２において「最大サイズ」と表示）、円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の数密度（表１および表２において「数密度」と表示）（個数／１００μｍ２）、および円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率（表１および表２において「面積率」と表示）の測定は以下のようにして行った。
（１）実施例および比較例のアルミニウム合金複合材において５箇所を無作為に選び、断面観察用の試験片を作製した。このとき、断面観察用の試験片の表面（観察面）にバフ研磨を施し、鏡面とした。
（２）それぞれの試験片において１点ずつ、皮材の圧延方向と直交する方向における垂直な断面を、皮材の厚さの１／２の位置を視野の中心として走査型電子顕微鏡（日本電子製、ＪＳＭ−Ｔ３３０）にて１００００倍で観察し、ＳＥＭ観察像の撮影およびＳＥＭ観察像視野内のＡｌ，Ｍｎ，Ｃｕの分布をエネルギー分散型Ｘ線分析装置（堀場製作所製、ＥＭＡＸ−５７７０Ｗ）（ＥＤＸ）でマッピングした。
（３）それぞれのＳＥＭ観察像およびマッピング結果を用いて、析出物がＭｎ，Ｃｕを含む金属間化合物（Ａｌ−Ｍｎ系、およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物）か否かを判定した。
（４）Ｍｎ，Ｃｕを含む金属間化合物のＳＥＭ観察像視野内（１０μｍ×１０μｍ）の円相当径、個数およびそれらの占める面積率を評価した。
（２）それぞれの試験片において１点ずつ、皮材の圧延方向と直交する方向における垂直な断面を、皮材の厚さの１／２の位置を視野の中心として走査型電子顕微鏡（日本電子製、ＪＳＭ−Ｔ３３０）にて１００００倍で観察し、ＳＥＭ観察像の撮影およびＳＥＭ観察像視野内のＡｌ，Ｍｎ，Ｃｕの分布をエネルギー分散型Ｘ線分析装置（堀場製作所製、ＥＭＡＸ−５７７０Ｗ）（ＥＤＸ）でマッピングした。
（３）それぞれのＳＥＭ観察像およびマッピング結果を用いて、析出物がＭｎ，Ｃｕを含む金属間化合物（Ａｌ−Ｍｎ系、およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物）か否かを判定した。
（４）Ｍｎ，Ｃｕを含む金属間化合物のＳＥＭ観察像視野内（１０μｍ×１０μｍ）の円相当径、個数およびそれらの占める面積率を評価した。
Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の円相当径は次のようにして求めた。すなわち、前記（３）においてＭｎ，Ｃｕを含む金属間化合物であると判定した析出物について、まず、その面積Ａを求め、下記の数式により円相当径ｄを求めた。
Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の円相当径が５０ｎｍ以上１μｍ以下であるものを良好（○）と評価し、１００〜５００ｎｍであるものを特に良好（◎）と評価し、５０ｎｍ未満または１μｍを超えるものを良好でない（×）と評価した。
また、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の個数が１００μｍ２あたり１０〜１５０個であるものを良好（○）と評価し、２０〜１００個であるものを特に良好（◎）と評価し、１０個未満または１５０個を超えるものを良好でない（×）と評価した。
また、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の個数が１００μｍ２あたり１０〜１５０個であるものを良好（○）と評価し、２０〜１００個であるものを特に良好（◎）と評価し、１０個未満または１５０個を超えるものを良好でない（×）と評価した。
Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率は次のようにして求めた。すなわち、ＳＥＭ観察像視野内（１０μｍ×１０μｍ）のＭｎ，Ｃｕを含む金属間化合物の面積から求めた。
Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率が１％以下であるものを良好（○）と評価し、１％を超えるものを良好でない（×）と評価した。
Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率が１％以下であるものを良好（○）と評価し、１％を超えるものを良好でない（×）と評価した。
＜ろう付け処理後のろう材表面のＭｇ含有量評価＞
表２に示す４層のアルミニウム合金複合材（図１（ｃ）参照）については、ろう付け処理後のろう材表面のＭｇの含有量も測定した。
表２に示す４層のアルミニウム合金複合材（図１（ｃ）参照）については、ろう付け処理後のろう材表面のＭｇの含有量も測定した。
Ｍｇの含有量は、４層のアルミニウム合金複合材を、ろう付けの条件に相当する６００℃で５分間加熱した後（ろう付け処理後）、ろう材表面の任意の５点をエネルギー分散型Ｘ線分析装置（堀場製作所製、ＥＭＡＸ−５７７０Ｗ）（ＥＰＭＡ）で測定し、その平均値として評価した。この結果を表２に示す。
ろう材表面のＭｇの含有量が０．１質量％を超えるとろう付け性は急激に低下するので、ろう付け処理後のろう材表面のＭｇの含有量が０．１質量％以下であるものを良好（○）と評価し、０．１質量％を超えるものを良好でない（×）と評価した。
ろう材表面のＭｇの含有量が０．１質量％を超えるとろう付け性は急激に低下するので、ろう付け処理後のろう材表面のＭｇの含有量が０．１質量％以下であるものを良好（○）と評価し、０．１質量％を超えるものを良好でない（×）と評価した。
＜評価結果＞
表１および表２に示すように、本発明の必要条件を満たす実施例は、腐食深さ（皮材の耐孔食性）、皮材の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物（表１、表２において「金属間化合物」と表示）の最大サイズ（ｎｍ）、数密度（個数／μｍ２）、面積率（％）およびろう材表面のＭｇの含有量のいずれにおいても評価が良好（○）または特に良好（◎）であり、耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材であった。なお、強度については、従来と変わらない強度が得られている。
表１および表２に示すように、本発明の必要条件を満たす実施例は、腐食深さ（皮材の耐孔食性）、皮材の断面のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物（表１、表２において「金属間化合物」と表示）の最大サイズ（ｎｍ）、数密度（個数／μｍ２）、面積率（％）およびろう材表面のＭｇの含有量のいずれにおいても評価が良好（○）または特に良好（◎）であり、耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材であった。なお、強度については、従来と変わらない強度が得られている。
これに対し、本発明の必要条件を満たさない表１の比較例は、腐食深さ（皮材の耐孔食性）、皮材の断面の金属間化合物の最大サイズ（ｎｍ）、数密度（個数／μｍ２）および面積率（％）の少なくとも１つが良好でなく（×）、耐孔食性が不十分であった。また、本発明の必要条件を満たさない表２の比較例は、ろう材表面のＭｇの含有量が良好でない（×）ために、ろう付け性が不十分であった。
すなわち、表１に示すように、皮材中のＦｅ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｃｕの含有量が本発明の必要条件を満たさない比較例９、１０、１１（Ｍｎが下限未満）、１６（Ｆｅが上限を超える）、２２（Ｍｎが上限を超える）、２５（Ｓｉが上限を超える）および２８（Ｃｕが上限を超える）では、腐食深さ、皮材の断面の金属間化合物の最大サイズ、数密度および面積率の少なくとも１つが良好でなかった（×）。また、皮材のアルミニウム合金の合金元素の含有量については本発明の必要条件を満たすが、Ｍｎの含有量とＦｅの含有量の比が０．４以上（Ｆｅ／Ｍｎ≧０．４）である比較例１７では、腐食深さおよび皮材の断面の金属間化合物の面積率が良好でなかった（×）。
以上より、皮材のアルミニウム合金の合金元素の含有量だけではなく、Ｍｎの含有量とＦｅの含有量の比も耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材を得る上で重要であることがわかる。
以上より、皮材のアルミニウム合金の合金元素の含有量だけではなく、Ｍｎの含有量とＦｅの含有量の比も耐孔食性に優れたアルミニウム合金複合材を得る上で重要であることがわかる。
また、表２に示すように、心材中のＭｇの含有量が本発明の必要条件の上限を超える比較例３４では、ろう材表面のＭｇの含有量が良好でない（×）とともに、皮材と心材との剥離が発生した。また、中間材の厚さが本発明の必要条件の下限に満たない比較例３５（中間材なし）および比較例３６では、ろう材表面のＭｇの含有量が良好でなかった（×）。さらに、中間材の厚さが本発明の必要条件の上限を超える比較例４１では、アルミニウム合金複合材の強度が不十分（２００ＭＰａ未満）であった。
なお、表２の実施例においても、皮材についてはいずれも本発明の必要条件を満たしているので、皮材側の評価、すなわち、腐食深さ、皮材の断面の金属間化合物の最大サイズ、数密度および面積率はいずれも良好（○）または特に良好（◎）であった。
１ アルミニウム合金複合材
２ 心材
３ 皮材
４ ろう材
５ 中間材（Ｍｇを含有しないアルミニウム合金板）
１０ ラジエータ（熱交換器）
２ 心材
３ 皮材
４ ろう材
５ 中間材（Ｍｇを含有しないアルミニウム合金板）
１０ ラジエータ（熱交換器）
Claims (4)
- アルミニウム合金製の心材の少なくとも一側面に、アルミニウム合金製の皮材が形成されたアルミニウム合金複合材において、
前記皮材は、Ｆｅを０．０３〜０．３質量％、Ｍｎを０．４〜１．９質量％、Ｓｉを０．４〜１．４質量％、Ｚｎを２．０〜５．５質量％で含有し、Ｃｕを０．５質量％以下とし、残部がＡｌおよび不可避的不純物であり、
前記皮材のＭｎの含有量とＦｅの含有量の比（Ｆｅ／Ｍｎ）が０．４未満であり、
前記皮材に析出したＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物は、
前記皮材の断面の電子顕微鏡観察像による最大サイズが円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下であり、
前記円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の数密度が１０〜１５０個／１００μｍ２、かつ
前記円相当径で５０ｎｍ以上１μｍ以下のＡｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｃｕ系金属間化合物の面積率が１％以下
であることを特徴とするアルミニウム合金複合材。 - 前記皮材は、６８０〜７６０℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、圧延されたものであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金複合材。
- アルミニウム合金製の心材の一側面に、請求項１または請求項２に記載の皮材が形成され、前記心材の他側面にＡｌ−Ｓｉ系合金製のろう材を備えたことを特徴とするアルミニウム合金複合材。
- 請求項３に記載のアルミニウム合金複合材を用いて形成されたことを特徴とする熱交換器。
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