JP5219607B2

JP5219607B2 - ろう付性に優れたアルミニウム合金ブレージングシート

Info

Publication number: JP5219607B2
Application number: JP2008118915A
Authority: JP
Inventors: 敦志福元; 浩鹿野; 昭男新倉; 洋一郎戸次
Original assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: JP2009269037A

Description

本発明は、アルミニウム合金ブレージングシートに関するものであり、特にラジエータ、コンデンサなどの自動車用熱交換器の構成部材として好適に使用されるろう付性に優れたアルミニウム合金ブレージングシートに関する。

アルミニウム合金は軽量かつ高熱伝導性を備えているため、自動車用熱交換器、例えば、ラジエータ、コンデンサ、エバポレータ、ヒーター、インタークーラなどに用いられている。自動車用熱交換器は主にろう付法によって製造される。通常、ろう付は、Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材を用い６００℃程度の高温で行われる。

ろう付方法には様々あるが、非腐食性フラックスであるフッ化物系フラックスを用いて、Ｎ_２ガス中でろう付するＮＢ法（ノコロックブレージング法）が一般的に用いられている。このＮＢ法において使用されるろう材合金には、例えばＪＩＳ４３４３合金、ＪＩＳ４０４５合金、ＪＩＳ４０４７合金等のＡｌ−Ｓｉ系ろう材がある。

ろう付を用いて製造するラジエータ等のアルミニウム合金製熱交換器は、例えば図１に示すように複数本の扁平チューブ（２）の間にコルゲート状に加工したフィン（１）を一体に形成し、該扁平チューブの両端はプレート（３）とタンク（４）とで構成される空間にそれぞれ開口させた構造を有する。ここで扁平チューブ（２）には、板材をロール成形等により加工したＢ型チューブが用いられることがある。
Ｂ型チューブを用いた場合、プレート（３）に形成したチューブ穴に扁平チューブ（２）を挿入した際に、隙間部分が形成される。これらの隙間は、主にプレートから供給されるろうによって完全に充填することが必要である。しかしながら、Ｂ型チューブを用いた熱交換器をろう付した場合、プレートから供給されるろうがＢ型チューブに形成された溝を介して毛細管力によってフィン側へ吸われる現象が起こり、この隙間部分にろうが十分に行きわたらず、ろう付不良を引き起こす要因となっている。

プレートとチューブの接合部分におけるろう付不良を抑制するために、ろう材にＴｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｃｒを添加し、ろうの流動性を低下させる効果を狙ったアルミニウム合金ろう材およびそれを用いたブレージングシートが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１８２６０２号公報

このように、従来の技術では、自動車用熱交換器のろう付、特にＢ型チューブを用いた熱交換器のろう付において、チューブとプレートの接合部におけるろう付不良を十分に抑制することは困難であった。
本発明は、この問題点を解消するべく行われたものであって、アルミニウム合金ブレージングシートにおいて、約６００℃で行われるろう付において良好なろう付性を得ることができ、特にチューブとプレートの接合部においてろう付不良を低減することができる、ろう付性に優れたアルミニウム合金ブレージングシートを提供することを目的とする。

本発明は、心材を有するアルミニウム合金シート材表面の片面または両面に、Ｓｉ：２〜１３質量％を含有し、かつＳｉ含有量が互いに異なる複数のアルミニウム合金ろう材を互いに接した状態でクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシートであって、接しあうろう材のうち、表面に近い側のろう材中のＳｉ含有量が心材に近い側のろう材中のＳｉ含有量より多い、非腐食性フラックスであるフッ化物系フラックスを用いてろう付するためのアルミニウム合金ブレージングシート、を提供するものである。

本発明によれば、約６００℃で行われるろう付において良好なろう付性を得ることができ、特にチューブとプレートの接合部においてろう付不良を低減することができる。その結果、熱交換器のろう付組立において、ろう付の不良率低減を図ることが可能となる。

本発明のアルミニウム合金ブレージングシートの好ましい実施の様態について、詳細に説明する。
本発明のアルミニウム合金ブレージングシートは、心材を有するアルミニウム合金シート材表面の片面または両面に、Ｓｉを２〜１３質量％を含有し、かつＳｉ含有量の異なるろう材同士を複数層クラッドしたアルミニウム合金ろう材をクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシートである。

本発明においては、互いにＳｉ含有量の異なるろう材を複数、好ましくは２〜３枚、さらに好ましくは２枚クラッドしたろう材を用いることで、溶融タイミングが複数回あるろう材層を有することができる。溶融タイミングの最も早いろう材層が、まず溶融を開始し、周辺の部材へろうが供給される。次に、２番目に溶融タイミングの早いろう材層が溶融を開始するが、この時にはすでに周辺部材へのろうの供給がある程度進んでいることから、毛細管力によって吸われるろう量は少なくなる。このように複数回の溶融タイミングをもつことで、周辺部材へろうが吸われてろう付不良が発生することを抑制できる。
なお、隣り合うろう材間の液相線温度の差が１５℃以上であるようなろう材組成とすることが、特に好ましい。

次に、本発明に用いられるアルミニウム合金ろう材の成分元素の添加理由および添加範囲について説明する。
ＳｉはＡｌの融点を低下させ、溶融時の流動性を高める。Ｓｉの含有量は、２〜１３質量％、好ましくは４〜１２質量％の範囲である。２％質量未満ではその効果が小さく、１３％質量を超えると過共晶組成となるため、粗大な初晶Ｓｉが生成し、加工性の低下をまねく。

本発明に用いられるアルミニウム合金ろう材は、上記のＡｌ、Ｓｉ以外に、従来のろう材に含有されるＦｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｔｉなどを本発明の特性を損なわない範囲で含有することができる。Ｆｅの含有量は０．６質量％以下、Ｃｕの含有量は０．３質量％以下、Ｍｎの含有量は０．１質量％以下、Ｚｎの含有量は０．２質量％以下、Ｔｉの含有量は０．１％質量以下であることが好ましい。

また、本発明のアルミニウム合金ブレージングシートは、接しあうろう材のうち表面に近い側のろう材中のＳｉ含有量を心材に近い側のろう材中のＳｉ含有量より多くしたものである。Ｓｉ含有量が多いろう材層ほど溶融タイミングが早いため、本発明のアルミニウム合金ブレージングシートの製造にあたっては、表面から順番に溶融するようにろう材をクラッドする。

表面に最も近い側のろう材中のＳｉ含有量は７〜１３質量％が好ましく、９〜１１質量％がさらに好ましい。
心材に最も近い側のろう材中のＳｉ含有量は２〜１０質量％が好ましく、４〜８質量％がさらに好ましい。
接しあうろう材間のＳｉ含有量の差は１〜５質量％が好ましく、２〜４質量％がさらに好ましい。

心材のアルミニウム合金組成は、アルミニウム合金ブレージングシートに通常使用されているアルミニウム合金であればどのようなものでも良いが、例えばＪＩＳ３００３合金等のＡｌ−Ｍｎ系合金が好ましく、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金等、高強度で、高耐食性の合金等を使用することができる。

複数のろう材をクラッドする前のアルミニウム合金シート材は、心材のみからなるベア材のほか、心材−犠牲陽極材層、中間材層−心材−犠牲陽極材層等からなる構造を有するものが挙げられる。ろう材のクラッドはこのアルミニウム合金シート材に対して、ベア材の場合は片面または両面のいずれの場合でも良い。また犠牲陽極材層が設けられている場合は、その反対側の面に対して行うのが好ましい。犠牲陽極材層、および中間材層については、従来のアルミニウム合金ブレージングシートにおけるそれらと同様なものとすることができる。

本発明のアルミニウム合金ブレージングシートにおいて、アルミニウム合金シート材表面の片面にある複数層からなるろう材層の総クラッド率は、心材の厚さに対し、３％以上が好ましく、５〜１５％がより好ましい。
本発明のアルミニウム合金ブレージングシートの最終的な厚さは１．０〜２．０ｍｍであることが好ましい。

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。

表１に示す合金組成をもつろう材Ａ、Ｂをそれぞれ金型鋳造により鋳造して、各々両面を面削して仕上げ、熱間圧延により２ｍｍの厚さまで圧延した。次に、心材としてＪＩＳ３００３合金を金型鋳造により鋳造し、６００℃×３ｈの均質化処理を実施し、その後面削して仕上げ、４６ｍｍとした、その後、ろう材Ａ−ろう材Ｂ−心材となるように組み合わせて、５００℃にて熱間圧延により圧着して、３．５ｍｍの３層クラッド材とした。ろう材Ａ、Ｂのクラッド率はそれぞれ４％とし、ろう材の総クラッド率を８％とした。その後、冷間圧延を行い、１．５ｍｍの板材とし、３８０℃×２ｈの最終焼鈍を行い、Ｏ調質材とした。

次に、前記作製した３層クラッド板材を供試材とし、ろう付性の評価を以下に示す方法で行い、その結果を表１に示した。
ろう付性評価方法：
図２に示すように、厚さ０．３ｍｍのＪＩＳ３００３合金のベア材（６）を用いて、成形加工により幅方向の中央に溝（６ａ）（深さ１．５ｍｍ）を形成させたサンプルを作製した後、コルゲート成形したＪIＳ３００３合金のフィン（７）と、コの字型に成形した供試材（５）とあわせることでろう付試験用テストピースを作製した。供試材（５）はろう材をクラッドした面をフィン側に向くように組み合わせた。これを５％のフッ化物フラックスを懸濁した液に浸漬し、２００℃で乾燥後に６００℃×３ｍｉｎのノコロックブレージング法によりろう付を行った。その後、図３に示すような断面のミクロ観察を行い、供試材（５）とＪＩＳ３００３合金ベア材（６）との接合部において形成されたフィレット（８）ののど厚（フィレット中の白矢印で示した部分）を、社団法人軽金属溶接構造協会発行、「アルミニウムブレージングハンドブック（改定版）」、Ｐ．１２７〜１３０に記載の方法に従い測定した。
のど厚が、１５０μｍ以上のものは、ろう付性が良好「○」、のど厚が１５０μｍ未満のもの、或いはフィレットが形成されなかったものは、ろう付性が不十分「×」とした。

なお、表中の「残」にはＡｌとともに不可避的不純物を含む。
表１から明らかなように、本発明例である試験材Ｎｏ．１〜４は、良好なフィレットが形成され、ろう付評価において優れた結果が得られた。
それに対して、比較例である試験材Ｎｏ．５〜８は、フィレットのど厚が必要サイズ得られなかったか、或いはフィレットが形成されず、ろう付性が不十分であった。
また、本発明例では、図３に示されるように、フィン（７）と供試材（５）の間にも十分なフィレット（８）が形成され、ろう付性は良好であった。

アルミニウム合金製熱交換器の１例の斜視図である。実施例及び比較例におけるろう付性の評価試験方法を斜視図によって説明する説明図である。実施例及び比較例におけるろう付性の評価試験方法を端面図によって説明する説明図である。

符号の説明

１フィン
２扁平チューブ
３プレート
４タンク
５供試材
６ベア材
６ａ溝
７フィン
８フィレット

Claims

心材を有するアルミニウム合金シート材表面の片面または両面に、Ｓｉ：２〜１３質量％を含有し、かつＳｉ含有量が互いに異なる複数のアルミニウム合金ろう材を互いに接した状態でクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシートであって、接しあうろう材のうち、表面に近い側のろう材中のＳｉ含有量が心材に近い側のろう材中のＳｉ含有量より多い、非腐食性フラックスであるフッ化物系フラックスを用いてろう付するためのアルミニウム合金ブレージングシート。