JP5619538B2 - Fluxless brazing method of heat exchanger having narrow channel inner fin and aluminum clad material used therefor - Google Patents

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Description

本発明は、非酸化性雰囲気でフラックスを使用せずに、ろう付可能なアルミニウム製の細流路インナーフィンを有する熱交換器のろう付け方法に関する。とくに、ろう付けされるインナーフィンに多数の細流路を有し、その流路ピッチが極めて小さいものにあって、その流路がろうフィレットにより、短絡しないようにろう付けする方法および、それに用いるアルミニウムクラッド材に関する。   The present invention relates to a method of brazing a heat exchanger having an aluminum narrow channel inner fin that can be brazed without using a flux in a non-oxidizing atmosphere. In particular, a method for brazing an inner fin to be brazed so that the inner fin has a large number of narrow flow paths and the flow path pitch is extremely small, and the flow path is not short-circuited by a braze fillet, and aluminum used therefor It relates to a clad material.

アルミニウム製の熱交換器や放熱器等は、非腐食性のフッ化物系フラックスを用いてフラックス炉でろう付けされるか、0.5〜1.5%程度のMgを添加したろう材を用いて、真空炉中でろう付けされる。
フラックスを用いる場合、フラックス粉末をバインダーを介して熱交換器の部品表面に塗着・乾燥させ、窒素ガス雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱ろう付けする。このフラックスは、その塗布の工程にコストを要する。また、フラックスは、その一部が蒸発し、炉内壁に付着、堆積し、炉のメンテナンスにコストを要する。そのため、フラックスを用いたろう付けは、Mg添加部位や量に制限があり、材料の高強度化ができていない欠点を有する。
Aluminum heat exchangers and radiators are brazed in a flux furnace using non-corrosive fluoride-based flux, or brazing material added with about 0.5 to 1.5% Mg is used. And brazed in a vacuum furnace.
When using a flux, the flux powder is applied to the surface of a heat exchanger part via a binder, dried, and heat brazed in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere. This flux requires a cost in the coating process. Further, a part of the flux evaporates and adheres to and accumulates on the inner wall of the furnace, which requires cost for maintenance of the furnace. For this reason, brazing using flux has a drawback that the strength and strength of the material cannot be increased because of the limitation on the amount and amount of Mg added.

真空ろう付けは、ろう材中のMgが蒸発し、アルミニウム材料表面の酸化膜を破壊して、ろう付けを可能とする。ところが真空炉は高価な設備であり、その制御が面倒である欠点がある。   Vacuum brazing enables brazing by evaporating Mg in the brazing material and destroying the oxide film on the surface of the aluminum material. However, the vacuum furnace is an expensive facility and has a disadvantage that its control is troublesome.

上記問題を解消するため、大気圧下のフラックスレスろう付けが各種、提案されている。下記特許文献1では、ろう付けの対象部材にMgを含有させ、ろう付け対象物に覆いをすることによって非酸化性雰囲気の大気圧下でフラックスレスろう付けする。しかし、この方法では覆いを必須とする欠点がある。   In order to solve the above problems, various types of fluxless brazing under atmospheric pressure have been proposed. In Patent Document 1 below, flux-less brazing is performed under atmospheric pressure in a non-oxidizing atmosphere by containing Mg in a brazing target member and covering the brazing target. However, this method has a drawback of requiring a covering.

特許文献2では、風除け冶具(覆い)によって炉内でろう付け対象部材を覆い、昇温速度を改善している。この方法では、コストと手間が掛かる欠点がある。   In Patent Document 2, a brazing target member is covered in a furnace by a windbreak jig (cover) to improve the temperature rising rate. This method has the disadvantage of cost and labor.

特許文献3では、クラッド材のろう材にMgを添加し、不活性雰囲気でかつ大気圧下でチューブ内面側のフラックスレスろう付けが提案されている。   Patent Document 3 proposes fluxless brazing on the inner surface side of the tube in an inert atmosphere and atmospheric pressure by adding Mg to the brazing material of the clad material.

特許文献4では、ろう材表面に酸化防止層をクラッドし、大気雰囲気中のろう付けを可能にする。   In Patent Document 4, an antioxidant layer is clad on the surface of a brazing material to enable brazing in an air atmosphere.

特許文献5では、芯材の表面にAl−Si−Mg系合金からなるろう材をクラッドし、且つ、ろう付け前に材料表面を酸洗浄し酸化膜の厚みを20Å以下として、非酸化性雰囲気中で、フラックスレスろう付けするものである。   In Patent Document 5, a brazing material made of an Al—Si—Mg-based alloy is clad on the surface of a core material, and the surface of the material is acid-washed before brazing so that the thickness of the oxide film is 20 mm or less. Inside, fluxless brazing.

特開平9−85433号公報JP-A-9-85433 特開2006−175500号公報JP 2006-175500 A 特許第4037477号公報Japanese Patent No. 4037477 特許第3701847号公報Japanese Patent No. 3701847 特開平10−180489号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-180489

しかし、フラックスレスの特許文献3では、チューブの内面側のみフラックスレスであり、チューブ外面とフィンの接合にはフラックスを使用する欠点がある。
同様にフラックスレスの特許文献4では、ろう材表面に酸化防止層を有するクラッド材を必要とし、材料コストが高くなる。
また、フラックスレスの特許文献5では、酸洗浄が煩雑とり、コストが増加する。
さらには、実験によれば、上記フラックスレスのろう付けを、例えばインナーフィンの流路幅1mm、流路深さ1mmの細流路の熱交換器に適用すると、その流路内をろうフィレットが短絡してしまい、内部に冷却水が流通できない場合があることが判明した。
However, in Patent Document 3 of fluxless, only the inner surface side of the tube is fluxless, and there is a drawback in that flux is used to join the tube outer surface and the fin.
Similarly, Patent Document 4 of fluxless requires a clad material having an anti-oxidation layer on the surface of the brazing material, which increases the material cost.
Further, in Patent Document 5 of fluxless, acid cleaning is complicated and the cost increases.
Further, according to experiments, when the fluxless brazing is applied to a heat exchanger having a narrow flow path having an inner fin flow path width of 1 mm and a flow path depth of 1 mm, the braze fillet is short-circuited in the flow path. As a result, it has been found that cooling water may not be able to flow inside.

本発明者等は、このような問題を解決するため、既に、平成21年4月17日付けで、アルミニウム材のフラックスレスろう付け方法およびフラックスレスろう付け用アルミニウムクラッド材を特許出願(特願2009-101326号、未公開)している。本発明者等はこのろう付け方法等が、流路の著しく小さな細流路インナーフィンを有する熱交換器に適用できるか否かを、さらに実験、検討し、本発明を完成する。   In order to solve such a problem, the present inventors have already applied for a patent on a fluxless brazing method for aluminum material and an aluminum clad material for fluxless brazing as of April 17, 2009 (Japanese Patent Application). 2009-101326, unpublished). The present inventors further experiment and examine whether or not this brazing method can be applied to a heat exchanger having a narrow channel inner fin with a remarkably small channel, and complete the present invention.

上記目的を達成するため、本発明者らは、クラッド材のろう材に添加するMg量を適正な範囲および、ろう材中のSi粒子の大きさをある範囲に収めることで、細流路のインナーフィンを有する熱交換器に適用でき、減圧を伴うことなく非酸化性雰囲気中で、良好なろう付け状態が得られると共に、細流路にろう材のフィレットによる目詰まりの殆どないことを見出した。   In order to achieve the above object, the present inventors have set the amount of Mg added to the brazing filler metal in an appropriate range and the size of the Si particles in the brazing filler metal within a certain range, so that the inner diameter of the narrow channel can be reduced. The present invention was applicable to a heat exchanger having fins, and found that a good brazing state was obtained in a non-oxidizing atmosphere without depressurization, and that the narrow channel was hardly clogged by a filler fillet.

すなわち、第1の本発明の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法は、質量%で、Mgを0.1〜5.0%、Siを3〜13%含有するAl−Si系ろう材が最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いる細流路インナーフィンを有する熱交換器のろう付け方法であって、
前記Al−Si系ろう材に含まれるSi粒子は、円相当径で0.8μm以上の径をもつものの数の内、1.75μm以上の径のものの数が25%以上であり、減圧を伴わない非酸化性雰囲気で、前記Al−Si系ろう材とろう付け対象部材とを接触密着させ、
加熱温度559〜620℃において、前記アルミニウムクラッド材と前記ろう付け対象部材とを接合することを特徴とする。
That is, the fluxless brazing method of the heat exchanger having the narrow channel inner fin according to the first aspect of the present invention is an Al- containing, by mass%, 0.1 to 5.0% Mg and 3 to 13% Si. A brazing method of a heat exchanger having a narrow channel inner fin using an aluminum clad material in which an Si-based brazing material is located on the outermost surface,
Si particles contained in the Al—Si brazing material have an equivalent circle diameter of 0.8 μm or more, and the number of particles having a diameter of 1.75 μm or more is 25% or more, which is accompanied by decompression. In a non-oxidizing atmosphere, the Al-Si brazing material and the brazing target member are brought into close contact with each other,
The aluminum clad material and the brazing target member are joined at a heating temperature of 559 to 620 ° C.

第2の本発明の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法は、前記第1の本発明において、前記アルミニウムクラッド材、及び、前記ろう付け対象部材の少なくとも接触密着部表面の表面粗さが、Ra0.3μm以下であることを特徴とする。   A fluxless brazing method for a heat exchanger having a narrow channel inner fin according to the second aspect of the present invention is the method according to the first aspect of the present invention, wherein the aluminum clad material and at least the surface of the contact adhesion portion of the brazing target member are used. The surface roughness is Ra 0.3 μm or less.

第3の本発明の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法は、前記第1または第2の本発明において、前記Al−Si系ろう材に質量%で、0.01〜1.0%のBiを含有することを特徴とする。   A fluxless brazing method for a heat exchanger having a narrow channel inner fin according to the third aspect of the present invention is the above-described first or second aspect, wherein the Al-Si brazing material is 0.01% by mass. It contains 1.0% Bi.

第4の本発明の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法は、前記第1〜第3の本発明のいずれかにおいて、前記Al−Si系ろう材がクラッドされている芯材が、質量%で、Si:0.1〜1.2%、Mg:0.01〜2.0%を含有し、残部Alと不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする。   A fluxless brazing method for a heat exchanger having narrow channel inner fins according to a fourth aspect of the present invention is the core according to any one of the first to third aspects, wherein the Al-Si brazing material is clad. The material is characterized by containing Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.01 to 2.0% by mass%, and having a composition composed of the balance Al and inevitable impurities.

第5の本発明の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法は、前記第1〜第3の本発明のいずれかにおいて、前記Al−Si系ろう材がクラッドされている芯材が、質量%で、Mn:0.2〜2.5%、Cu:0.05〜1.0%、Si:0.1〜1.2%、Fe:0.1〜1.0%、を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる組成を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アルミニウム材のフラックスレスろう付け方法。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fluxless brazing method for a heat exchanger having a narrow channel inner fin according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the Al-Si brazing material is clad. Material is mass%, Mn: 0.2-2.5%, Cu: 0.05-1.0%, Si: 0.1-1.2%, Fe: 0.1-1.0% The fluxless brazing method for an aluminum material according to any one of claims 1 to 4, wherein the aluminum material has a composition comprising the balance Al and inevitable impurities.

第6の本発明の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法は、前記第1〜第3の本発明のいずれかにおいて、 前記Al−Si系ろう材がクラッドされている芯材が、質量%で、Si:0.1〜1.2%、Mg:0.01〜2.0%を含有し、さらにMn:0.2〜2.5%、Cu:0.05〜1.0%、Fe:0.1〜1.0%の内1種または2種以上を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる組成を有することを特徴とする。   A fluxless brazing method for a heat exchanger having narrow channel inner fins according to a sixth aspect of the present invention is the core according to any one of the first to third aspects, wherein the Al-Si brazing material is clad. The material contains, in mass%, Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.01 to 2.0%, Mn: 0.2 to 2.5%, Cu: 0.05 to It contains one or more of 1.0% and Fe: 0.1 to 1.0%, and has a composition comprising the balance Al and inevitable impurities.

第7の本発明の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法は、前記第1〜第3の本発明のいずれかにおいて、前記Al−Si系ろう材がクラッドされている芯材が、質量%で、Si:0.1〜1.2%、Mg:0.01〜2.0%を含有し、さらにMn:0.2〜2.5%、Cu:0.05〜1.0%、Fe:0.1〜1.0%の内1種または2種以上を含有し、さらにZr:0.01〜0.3%、Ti:0.01〜0.3%、Cr:0.01〜0.5%、Bi:0.01〜1.0%の内1種または2種以上を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる組成を有することを特徴とする。   A fluxless brazing method for a heat exchanger having a narrow channel inner fin according to a seventh aspect of the present invention is the core in which the Al-Si brazing material is clad in any of the first to third aspects of the present invention. The material contains, in mass%, Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.01 to 2.0%, Mn: 0.2 to 2.5%, Cu: 0.05 to 1.0%, Fe: contains one or more of 0.1 to 1.0%, Zr: 0.01 to 0.3%, Ti: 0.01 to 0.3%, It contains one or more of Cr: 0.01 to 0.5% and Bi: 0.01 to 1.0%, and has a composition composed of the balance Al and inevitable impurities.

第8の本発明の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け用アルミニウムクラッド材は、前記第1〜第3の本発明のいずれかに記載のAl−Si系ろう材が芯材にクラッドされて前記Al−Si系ろう材が最表面に位置しており、減圧を伴わない非酸化性雰囲気でフラックスレスのろう付けに供されることを特徴とする。   The aluminum clad material for fluxless brazing of a heat exchanger having narrow channel inner fins according to the eighth aspect of the present invention is an Al-Si based brazing material according to any one of the first to third aspects of the present invention. And the Al—Si brazing material is located on the outermost surface and is used for fluxless brazing in a non-oxidizing atmosphere without depressurization.

第9の本発明の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け用アルミニウムクラッド材は、前記第8の本発明において、前記芯材が前記第4〜7のいずれかの本発明に記載された組成を有することを特徴とする。   The aluminum clad material for fluxless brazing of a heat exchanger having narrow channel inner fins according to the ninth aspect of the present invention is the eighth aspect of the present invention, wherein the core material is any one of the fourth to seventh aspects of the present invention. It has the composition described.

以下に、本発明で規定する成分等の限定理由について以下に説明する。なお、各成分量はいずれも質量%で示される。   Below, the reason for limitation of the component etc. which are prescribed | regulated by this invention is demonstrated below. In addition, each component amount is shown by mass%.

1.ろう材
本発明で用いるアルミニウムクラッド材では、ろう材としてAl−Si系合金をベースに、Mgを添加したものを用いる。
1. Brazing material In the aluminum clad material used in the present invention, a brazing material based on an Al-Si alloy and added with Mg is used.

Siの含有量は特に限定されるものではないが、一般的にろう材として用いられる3〜13%程度が好適であり、さらに6〜12%が好適である。6%未満ではろう付け時の液相量が不足する傾向にあり、12%を越えると、Al−Si系合金の過共晶Si領域となり、アルミニウム板製造時の加工性が悪くなる傾向にあるためである。   Although content of Si is not specifically limited, About 3 to 13% generally used as a brazing material is suitable, and 6 to 12% is more suitable. If it is less than 6%, the amount of liquid phase at the time of brazing tends to be insufficient, and if it exceeds 12%, it becomes a hypereutectic Si region of an Al—Si based alloy, and the workability at the time of producing an aluminum plate tends to deteriorate. Because.

Mgの含有量は0.1〜5.0%がよく、0.1%未満では本発明の効果であるろう付け時接合面の再酸化防止効果が得られず、5%を越えると効果が飽和し、かつ、アルミニウム材料の加工性に難を生じる。本発明では、上記Mg成分範囲における酸化膜破壊活動のみでもろう付性を確保できるが、さらに、Mg含有量を最適化してAl−Si−Mg系ろう材の固相線温度の低下効果を利用すれば、優れたろう付性を発揮できる。   The content of Mg is preferably 0.1 to 5.0%. If it is less than 0.1%, the effect of the present invention, which is the effect of the present invention, cannot be obtained by the effect of preventing reoxidation of the joint surface at the time of brazing. Saturates and causes difficulty in workability of the aluminum material. In the present invention, brazing properties can be secured only by the oxide film destruction activity in the above Mg component range, but further, the Mg content is optimized and the effect of lowering the solidus temperature of the Al—Si—Mg brazing material is utilized. If this is the case, excellent brazing properties can be exhibited.

この場合のMgの最適含有量は、Si含有量により変動するが、例えばSi含有量が6〜12%の場合は、Mg含有量は0.75〜1.5%が好ましい。この範囲であれば、ろうの融点低下が十分に得られ、Mgによるゲッター作用との相乗効果により、より良好なろう付け性を得ることが可能となる。具体的には、Al−Si−Mg合金で最も低い固相線温度の559℃以上でろう付けができるようになる。   The optimum Mg content in this case varies depending on the Si content. For example, when the Si content is 6 to 12%, the Mg content is preferably 0.75 to 1.5%. If it is this range, the melting | fusing point fall of a solder | brazing | wax will fully be acquired, and it becomes possible to obtain a more favorable brazing property by the synergistic effect with the getter action by Mg. Specifically, brazing can be performed at the lowest solidus temperature of 559 ° C. or higher with an Al—Si—Mg alloy.

また、本ろう材には製品の耐食性を向上させる目的で、Znを適宜含有できるものとする。この成分は、例えば、0.1〜5.0の含有量で含有させることができる。さらに、本発明で接合を得るにあたり、Biの含有は必須ではないが、Biを含有させることにより、よりろう材の濡れ性を向上させることが可能となる。
Biの含有量は0.01〜1.0%がよい。0.01%未満では効果が十分でなく、1.0%を越えると効果の飽和、材料コストの増大を招くため好ましくない。
The brazing material can contain Zn as appropriate for the purpose of improving the corrosion resistance of the product. This component can be contained at a content of 0.1 to 5.0, for example. Further, in order to obtain a bond in the present invention, Bi is not essential, but by incorporating Bi, the wettability of the brazing material can be further improved.
The Bi content is preferably 0.01 to 1.0%. If it is less than 0.01%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 1.0%, the effect is saturated and the material cost is increased.

さらに、本発明は、ろう材表面に比較的粗大なSi粒子が存在している。通常、アルミニウム材料表面には緻密なAl等の酸化皮膜が存在し、ろう付け熱処理過程ではこれがさらに成長し厚膜となる。酸化膜の厚みが増すほど、酸化膜の破壊作用を阻害する傾向が強くなるのが一般的な見解である。本発明では、ろう材表面に粗大なSi粒子が存在することで、粗大Si粒子表面にはアルミニウムの緻密な酸化膜が成長せず、この部位がアルミニウム材料表面の酸化膜欠陥として働く。すなわち、アルミニウム材料表面の酸化膜がろう付け熱処理中に厚膜となっても、Si粒子部分からろう材の染み出し等が発生し、この部位を起点に酸化膜破壊作用が進んでいくものと考えられる。ここで言うSi粒子とは、組成上Si単体成分によるSi粒子、及び、例えば、Fe-Si系化合物や、Fe-Siを主成分とするAl-Fe-Si系の金属間化合物等をも含むものとする。本発明の説明においては、これらを便宜的にSi粒子と表記する。 Furthermore, in the present invention, relatively coarse Si particles are present on the surface of the brazing material. Usually, a dense oxide film such as Al 2 O 3 is present on the surface of the aluminum material, and this further grows to become a thick film in the brazing heat treatment process. The general view is that the greater the thickness of the oxide film, the stronger the tendency to inhibit the destruction of the oxide film. In the present invention, since coarse Si particles are present on the surface of the brazing material, a dense oxide film of aluminum does not grow on the surface of the coarse Si particles, and this site works as an oxide film defect on the surface of the aluminum material. That is, even if the oxide film on the surface of the aluminum material becomes thick during the brazing heat treatment, the brazing material oozes out from the Si particle portion, and the oxide film destruction action proceeds from this site. Conceivable. The term “Si particles” as used herein includes Si particles due to the composition of Si as a single component, and also includes, for example, Fe—Si compounds and Al—Fe—Si intermetallic compounds mainly composed of Fe—Si. Shall be. In the description of the present invention, these are referred to as Si particles for convenience.

具体的には、ろう材表面のSi粒子を円相当径でみなし、0.8μm以上のSi粒子数をカウントした場合に1.75μm以上のものが25%以上存在すると、この効果が十分に得られる。本発明においてSi粒子の密度には言及していないが、本発明で用いる合金組成と製造条件範囲、及び材料の仕上げ板厚寸法によって、10000μm視野における0.8μm以上のSi粒子数は数十〜数千個の範囲に及ぶと考えられ、その規定は難しいことから、本発明においては、このSi粒子数範囲で、1.75μm径以上のものが25%以上の個数存在すれば、効果を得られることを確認し上記規定とした。 Specifically, when the Si particles on the surface of the brazing material are regarded as equivalent circle diameters and the number of Si particles of 0.8 μm or more is counted and 25% or more of those having 1.75 μm or more are present, this effect is sufficiently obtained. It is done. Although the density of the Si particles is not mentioned in the present invention, the number of Si particles of 0.8 μm or more in the 10000 μm 2 field of view is several tens depending on the alloy composition used in the present invention, the manufacturing condition range, and the finished plate thickness of the material. In the present invention, if the number of particles having a diameter of 1.75 μm or more is 25% or more, the effect is obtained. After confirming that it was obtained, it was set as the above definition.

さらに、上記ろう材表面の粗大Si粒子は、細流路インナーフィンを有する熱交換器のインナーフィンの目詰まりを殆ど起こさないことが明らかとなった。これは、次の理由によると推測される。
一例として、溝幅、溝高さが1mmの多数の細流路が並列したインナーフィンにおいて、溶融したろう材の流動性が高すぎると、流路内にろう材が流れ出し、ろうフィレットにより流路を閉塞してしまう。本発明では、粗大Si粒子の所定量以上の存在により、ろう材の流動性を抑制して、小さな流路内へのろう材の流れ出しを防止し、目詰まりを抑制する。これは、粗大Si粒子の溶融温度(1410℃)がアルミニウムの溶融温度(660℃)より高いため、ろう材溶融の初期段階で、その粗大Si粒子の一部が溶融せず(半溶融状態)に存在し、ろう流れを阻害し、その流動性を低下してするからである。それにより細流路の目詰まりが殆ど生じない。
Further, it has been clarified that the coarse Si particles on the surface of the brazing material hardly cause clogging of the inner fin of the heat exchanger having the narrow flow path inner fin. This is presumed to be due to the following reason.
As an example, in an inner fin in which a large number of narrow flow channels having a groove width and a groove height of 1 mm are arranged in parallel, if the flowability of the molten brazing material is too high, the brazing material flows into the flow channel, and the flow path is formed by the braze fillet. It will be blocked. In the present invention, the presence of the coarse Si particles in a predetermined amount or more suppresses the flowability of the brazing material, prevents the brazing material from flowing out into a small flow path, and suppresses clogging. This is because the melting temperature of coarse Si particles (1410 ° C) is higher than the melting temperature of aluminum (660 ° C), so some of the coarse Si particles do not melt at the initial stage of melting of the brazing material (semi-molten state) This is because it inhibits the wax flow and lowers its fluidity. Thereby, clogging of the narrow channel hardly occurs.

2.芯材
本発明に用いるアルミニウムクラッド材の芯材組成は、接合を得るにあたって特に限定されるものではないが、フラックスレスろう付けを実現したことにより、高強度化を狙ったMg添加が積極的に行える。
芯材成分としては、質量比でSi:0.1〜1.2%、Mg:0.01〜2.0%を含有し、残部がAlと不可避不純物からなるものが示される。
また、質量比で、Mn:0.2〜2.5%、Cu:0.05〜1.0%、Si:0.1〜1.2%、Fe:0.1〜1.0%、を含有し、残部Alと不可避不純物とからなるものが示される。
また、芯材成分としては、Mn:0.2〜2.5%、Cu:0.05〜1.0%、Fe:0.1〜1.0%の内1種または2種以上を含有し、さらに所望によりZr:0.01〜0.3%、Ti:0.01〜0.3%、Cr:0.01〜0.5%、Bi:0.01〜1.0%の内1種または2種以上を含有し、残部がAlと不可避不純物からなるものが示される。各元素の作用及び限定理由は以下の通りである。
2. Core material The core material composition of the aluminum clad material used in the present invention is not particularly limited in obtaining a bond, but by realizing fluxless brazing, Mg addition aiming at high strength is actively added. Yes.
As a core component, what contains Si: 0.1-1.2% and Mg: 0.01-2.0% by mass ratio, and the remainder consists of Al and an unavoidable impurity are shown.
Moreover, by mass ratio, Mn: 0.2-2.5%, Cu: 0.05-1.0%, Si: 0.1-1.2%, Fe: 0.1-1.0%, Containing the balance Al and inevitable impurities.
As the core material component, one or more of Mn: 0.2 to 2.5%, Cu: 0.05 to 1.0%, and Fe: 0.1 to 1.0% are contained. If desired, Zr: 0.01 to 0.3%, Ti: 0.01 to 0.3%, Cr: 0.01 to 0.5%, Bi: 0.01 to 1.0% One or two or more types are contained, and the balance is composed of Al and inevitable impurities. The action of each element and the reasons for limitation are as follows.

Si:0.1〜1.2%
Si単体でマトリックスに固溶して材料強度を向上させる他、本発明においては、Mgの積極添加との相乗効果によって得られるMgSiの析出により、材料強度を向上させる。このMgSi析出による硬化は、ろう付け熱処理後の時効析出により、飛躍的な材料強度向上に寄与する。従来のA3003合金等をベースとした合金設計においては、Al−Mn−Si化合物として分散して、材料強度を向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を越えると、融点が低下し、芯材が溶融するので、上記範囲が望ましい。なお、Si含有量の一層好ましい範囲は0.3〜1.0%である。Mn等の含有によりSiの積極的な含有を要しない場合、0.1%未満のSiを不純物として含有することは許容される。
Si: 0.1-1.2%
In addition to improving the material strength by dissolving Si in a matrix with a simple substance of Si, in the present invention, the material strength is improved by precipitation of Mg 2 Si obtained by a synergistic effect with the positive addition of Mg. This hardening by Mg 2 Si precipitation contributes to a dramatic improvement in material strength by aging precipitation after brazing heat treatment. In an alloy design based on the conventional A3003 alloy or the like, it is dispersed as an Al—Mn—Si compound to improve the material strength. If the amount is less than the lower limit, the effect is insufficient. If the upper limit is exceeded, the melting point decreases and the core material melts, so the above range is desirable. In addition, the more preferable range of Si content is 0.3 to 1.0%. When positive inclusion of Si is not required due to inclusion of Mn or the like, it is allowed to contain less than 0.1% of Si as an impurity.

Mg:0.01〜2.0%
Mgは、Siと同時に添加されることでろう付後に微細な金属間化合物MgSiとして析出し、時効硬化により著しく強度が向上する効果を有する。また、ろう付加熱中にろう材から拡散してきたSiとも反応し、同様の強度効果を有する。さらに一部はろう材中に拡散し、ろう材表面の酸化膜破壊、酸化膜成長抑制作用に寄与する。下限未満では効果不十分であり、上限を超えると融点が低下し、芯材が溶融する。このため、Mg含有量は上記範囲が望ましい。
Mg: 0.01-2.0%
When Mg is added simultaneously with Si, it precipitates as a fine intermetallic compound Mg 2 Si after brazing and has the effect of significantly improving strength by age hardening. Moreover, it reacts with Si diffused from the brazing material during the brazing heat and has the same strength effect. Further, a part of it diffuses into the brazing material and contributes to the oxide film destruction and the oxide film growth suppressing action on the brazing material surface. Below the lower limit, the effect is insufficient, and when the upper limit is exceeded, the melting point decreases and the core material melts. For this reason, the above range is desirable for the Mg content.

Mn:0.2〜2.5%
Mnは、金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。また、芯材の電位を貴にして耐食性も向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えると、圧延などの加工性が低下する。また、一層の効果は得られない。これら理由によりMn含有量は上記範囲が望ましい。なお、Mn含有量の一層好ましい範囲は0.5〜1.5%である。
Mn: 0.2 to 2.5%
Mn crystallizes or precipitates as an intermetallic compound, and improves the strength after brazing. In addition, the corrosion resistance is improved by making the potential of the core material noble. If it is less than the lower limit, the effect is insufficient, and if it exceeds the upper limit, workability such as rolling deteriorates. In addition, further effects cannot be obtained. For these reasons, the Mn content is preferably within the above range. In addition, the more preferable range of Mn content is 0.5 to 1.5%.

Cu:0.05〜1.0%
Cuは、固溶してろう付後の強度を向上させると共に、芯材の電位を貴にして耐食性を向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えると、融点が低下し、芯材が溶融する。このため、Cu含有量は上記範囲が望ましい。なお、Cu含有量の一層好ましい範囲は0.1〜0.7%である。
Cu: 0.05 to 1.0%
Cu is dissolved to improve the strength after brazing and to improve the corrosion resistance by making the potential of the core material noble. Below the lower limit, the effect is insufficient, and when the upper limit is exceeded, the melting point decreases and the core material melts. For this reason, the above range is desirable for the Cu content. In addition, the more preferable range of Cu content is 0.1 to 0.7%.

Fe:0.1〜1.0%
Feは金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。また、最終焼鈍時とろう付時の再結晶を促進する。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えると、腐食速度が速くなりすぎる。また、最終焼鈍後の結晶粒径が細かくなりすぎて成形時に加工の導入されない部分でろうの侵食が著しく大きくなる。これら理由によりFe含有量が上記範囲が望ましい。なお、Fe含有量の一層好ましい範囲は0.2〜0.5%である。
Fe: 0.1 to 1.0%
Fe crystallizes or precipitates as an intermetallic compound, and improves the strength after brazing. It also promotes recrystallization during final annealing and brazing. If it is less than the lower limit, the effect is insufficient, and if it exceeds the upper limit, the corrosion rate becomes too fast. Further, the crystal grain size after the final annealing becomes too fine, and the erosion of the wax becomes remarkably large at the portion where the processing is not introduced at the time of molding. For these reasons, the above range is desirable for the Fe content. In addition, the more preferable range of Fe content is 0.2 to 0.5%.

Zr、Ti:0.01〜0.3%、Cr:0.01〜0.5%
Zr、TiまたはCrは、ろう付後に微細な金属間化合物として分散し、強度を向上させる。下限未満では効果不十分であり、上限を超えると加工性が低下する。このため、これら成分の含有量は上記範囲が望ましい。
Zr, Ti: 0.01 to 0.3%, Cr: 0.01 to 0.5%
Zr, Ti or Cr is dispersed as a fine intermetallic compound after brazing to improve the strength. If it is less than the lower limit, the effect is insufficient, and if it exceeds the upper limit, the workability decreases. Therefore, the content of these components is preferably in the above range.

Bi:0.01〜1.0%
Biは、材料表面の再酸化を抑制し、ろう材の濡れ拡がり性を向上させる。下限未満では効果が不十分であり、上限を超えても一層の効果は得られない。このため、Biの含有量は、上記範囲が望ましい。
Bi: 0.01 to 1.0%
Bi suppresses re-oxidation of the material surface and improves the wetting and spreading property of the brazing material. If it is less than the lower limit, the effect is insufficient, and even if the upper limit is exceeded, no further effect can be obtained. For this reason, the above range is desirable for the Bi content.

3.クラッド材
本発明に使用する上記クラッド材においては、少なくとも片面に上記Al−Si系ろう材がクラッドされていればよく、適宜、片面と両面クラッド材を使い分けることができる。両面クラッド材では、芯材の両面にろう材がクラッドされているものであってもよく、また片面に上記ろう材がクラッドされ、他の片面に犠牲材等のその他の材料がクラッドされているものであってもよい。
3. Clad material In the clad material used in the present invention, it is sufficient that the Al-Si brazing material is clad on at least one side, and one side and a double sided clad material can be properly used. In the double-sided clad material, the both sides of the core material may be clad with a brazing material, the brazing material is clad on one side, and other materials such as a sacrificial material are clad on the other side. It may be a thing.

4.ろう付け対象部材の材質
ろう材以外の被ろう付け構成部材としては、一般的に用いられているアルミニウム合金であれば何れも問題なく使用可能である。
4). Material of brazing target member Any commonly used aluminum alloy can be used as the brazing constituent member other than the brazing material without any problem.

5.ろう付け部材の表面粗さ
本発明を実施するに当たっては、接合部の接触密着状態を高めることで、接合部である接触密着部への外部からの酸素供給がされにくくなり、ろう付け昇温過程での材料表面の酸化抑制力が高まる。ここで言う酸素供給とは、大気雰囲気中での酸素を意味するのではなく、非酸化性雰囲気中に僅かに含まれる酸素によるものを示す。本発明者らが調べた結果、接合部における接合部材両者の表面粗さがRa0.3μm以下であれば、より良好な接合が得られることが判り、さらに好ましくは、Ra0.25μm以下で安定して良好な接合状態が得られることも判った。表面粗さがRa0.3μmを超える場合は加圧密着力を高めても十分な機密性が得られないためろう付け性が低下する。
5. Surface roughness of the brazing member In carrying out the present invention, it is difficult to supply oxygen from the outside to the contact adhesion portion which is the junction portion by increasing the contact adhesion state of the junction portion. Increases the ability to suppress oxidation of the material surface. The oxygen supply here does not mean oxygen in the air atmosphere, but indicates that oxygen is slightly contained in the non-oxidizing atmosphere. As a result of investigations by the present inventors, it has been found that if the surface roughness of both joining members in the joint portion is Ra 0.3 μm or less, better joining can be obtained, and more preferably, Ra 0.25 μm or less is stable. It was also found that a good bonding state can be obtained. When the surface roughness exceeds Ra 0.3 μm, brazing performance is deteriorated because sufficient confidentiality cannot be obtained even if the pressure adhesion is increased.

6.被ろう付け構成部材の初期酸化膜厚
本発明の実施に当たっては、特に材料表面の初期酸化皮膜を抑制するような材料製作は必要としない為、通常、アルミニウムの量産コイル材として作製され得る、初期酸化膜厚20〜500Å程度のアルミニウム材料を使用できる。20Å未満では、従来技術に示したような酸洗浄等が必要となり、500Åを越えるものはMgによる酸化膜破壊作用が十分に得られず、良好な接合状態が得られにくくなる。
6). Initial oxide film thickness of brazed component In carrying out the present invention, since it is not necessary to produce a material that suppresses the initial oxide film on the surface of the material in particular, it can usually be produced as a mass production coil material of aluminum. An aluminum material having an oxide film thickness of about 20 to 500 mm can be used. If it is less than 20 mm, acid cleaning or the like as shown in the prior art is required, and if it exceeds 500 mm, the oxide film destruction action by Mg cannot be sufficiently obtained, and it becomes difficult to obtain a good bonding state.

7.炉内雰囲気
本発明の実施にあたっては、炉内雰囲気を不活性ガス、或いは還元性ガス等の非酸化性ガスとすることで、雰囲気中の酸素濃度や露点を低下させ、被ろう付け物の再酸化を抑制する必要がある。使用する置換ガスの種類としては、接合を得るにあたり特に限定されるものではないが、コストの観点で、不活性ガスとしては窒素、アルゴン、還元性ガスとしては水素、アンモニア、一酸化炭素を用いることが好適である。雰囲気中の酸素濃度管理範囲としては、5〜500ppmがよい。5ppm未満の場合は、接合に不具合は生じないが、雰囲気の管理に多量のガスを使用する等、製造コストの増大懸念が生じるためである。500ppm超では被ろう付け部材の再酸化が進みやすくなり、特にろう材が表面にないベア構成部材とろう材間の接合が十分に得られない為である。
7). In-furnace atmosphere In carrying out the present invention, the atmosphere in the furnace is changed to a non-oxidizing gas such as an inert gas or a reducing gas, thereby reducing the oxygen concentration and dew point in the atmosphere and It is necessary to suppress oxidation. The type of replacement gas to be used is not particularly limited in obtaining bonding, but from the viewpoint of cost, nitrogen, argon, and hydrogen, ammonia, and carbon monoxide are used as the inert gas and the reducing gas, respectively. Is preferred. The oxygen concentration management range in the atmosphere is preferably 5 to 500 ppm. If it is less than 5 ppm, there is no problem in the joining, but there is a concern that the manufacturing cost will increase, such as using a large amount of gas for managing the atmosphere. If the content exceeds 500 ppm, the reoxidation of the brazed member is likely to proceed, and in particular, it is not possible to sufficiently obtain a bond between the bare component member having no brazing material on the surface and the brazing material.

8.ろう付け温度
本発明においては、ろう材Al−Si−Mg合金の最も低い固相線温度の559℃以上でろう付けができ、当然、従来からのAl−Siろう材によるろう付け温度範囲も使用可能である。具体的には559〜620℃が良い。559℃未満ではろうの溶融が得られずろう付けが得られない。620℃超ではろう浸食が顕著となり、製品形状の維持等に問題が生じるため好ましくない。但し、この温度範囲においても、ろうの合金組成によって固相線温度が低い場合には、ろう侵食が顕著になる場合もあり、その際は、この温度範囲の中で合金組成にあったろう付け温度を選択するのが好ましい。
8). Brazing temperature In the present invention, brazing can be performed at the lowest solidus temperature of 559 ° C. of the brazing material Al—Si—Mg alloy, and naturally, the brazing temperature range by the conventional Al—Si brazing material is also used. Is possible. Specifically, 559-620 degreeC is good. If it is less than 559 degreeC, the melting | fusing of a brazing cannot be obtained and brazing cannot be obtained. If it exceeds 620 ° C., the wax erosion becomes remarkable, which causes a problem in maintaining the product shape and the like, which is not preferable. However, even in this temperature range, if the solidus temperature is low due to the alloy composition of the brazing, brazing erosion may become prominent. In this case, the brazing temperature suitable for the alloy composition within this temperature range. Is preferably selected.

本発明では、ろう材に添加された適量のMgが接合部接触密着表面の酸化膜を破壊し、再酸化を抑制することで、良好な接合を得られる。この機構自体は、真空ろう付けや、大気圧下でのフラックスレスろう付け等を提案している従来技術と同様であるが、真空ろう付けでは、部材の再酸化防止のため真空の維持が必須であり、また、大気圧下の従来技術では、ろう材の表面に酸化防止層を設けたり、被ろう付け部材を覆いで囲ったりする等して、材料の再酸化やMg蒸気の拡散防止を行う必要がある。
一方、本発明においては、接合せしめる構成部材同士を確実に接触密着させた上で、ある一定以上のMgをろう材に添加し、さらに、ろう付けを非酸化性雰囲気中で行うことで、材料表面の再酸化力よりもMgによる酸化膜破壊活動が上回る条件を見出し、ろう材がろう付け構成物の最表面に位置する場合においても、接合を成立させている。このとき、ろう材に添加されたMgはろうの融点を低下させ、Mgのゲッター作用とろうの溶融(局部溶融を含む)がほぼ同じ温度域で生じる効果も得られ、ろう付性を向上させている。
さらに、ろう材表面の粗大Si粒子が25%以上存在することよにり、細流路インナーフィンを有する熱交換器のインナーフィンの目詰まりを殆ど起こさない。
これは、粗大Si粒子の所定量以上の存在により、ろう材の流動性を抑制して、小さな流路内へのろう材の流れ出しを防止し、目詰まりを抑制するからである。
In the present invention, an appropriate amount of Mg added to the brazing material breaks down the oxide film on the contact surface of the joint portion and suppresses reoxidation, so that good bonding can be obtained. This mechanism itself is the same as the conventional technology that proposes vacuum brazing, fluxless brazing under atmospheric pressure, etc. However, in vacuum brazing, it is essential to maintain a vacuum to prevent reoxidation of members. In addition, in the prior art under atmospheric pressure, an anti-oxidation layer is provided on the surface of the brazing material, or the brazed member is covered and surrounded to prevent re-oxidation of the material and diffusion of Mg vapor. There is a need to do.
On the other hand, in the present invention, the component members to be bonded are reliably brought into contact with each other, then a certain amount or more of Mg is added to the brazing material, and further brazing is performed in a non-oxidizing atmosphere. A condition has been found in which the oxide film destruction activity by Mg exceeds the surface reoxidation power, and even when the brazing material is located on the outermost surface of the brazing component, the bonding is established. At this time, Mg added to the brazing material lowers the melting point of the brazing, and the effect that the getter action of Mg and the melting of the brazing (including local melting) occur in almost the same temperature range can be obtained, thereby improving the brazing property. ing.
Furthermore, the presence of 25% or more of coarse Si particles on the surface of the brazing material causes almost no clogging of the inner fins of the heat exchanger having the narrow channel inner fins.
This is because the presence of a predetermined amount or more of coarse Si particles suppresses the flowability of the brazing material, prevents the brazing material from flowing out into the small flow path, and suppresses clogging.

以上のように、本発明による細流路インナーフィンを有する熱交換器のろう付け法を用いれば、フラックスや真空設備を必要としない、大気圧下のフラックスレスろう付けが可能となり、また、ろう材以外の被ろう付け構成部材へMgを添加した場合にもろう付け阻害要因とはならないことから、Mgを構造部材に添加した、熱交換器用アルミニウム高強度部材への用途展開も図れることになる。その他、減圧を伴わない雰囲気での加熱となるため、アルミニウム材料からのMgやZnの蒸発は製品周辺に止まり、炉内壁等の汚染は殆ど生じないというメリットも得られる。   As described above, if the brazing method for a heat exchanger having a narrow channel inner fin according to the present invention is used, fluxless brazing under atmospheric pressure is possible without requiring flux or vacuum equipment, and brazing material When Mg is added to other brazed constituent members, it does not become a brazing-inhibiting factor, so that it is possible to develop applications for aluminum high-strength members for heat exchangers in which Mg is added to the structural members. In addition, since heating is performed in an atmosphere without decompression, Mg and Zn evaporation from the aluminum material stops around the product, and there is an advantage that contamination of the furnace inner wall and the like hardly occurs.

本発明のろう付けの対象である細流路インナーフィンを有する熱交換器の分解斜視図。The disassembled perspective view of the heat exchanger which has the narrow flow path inner fin which is the object of brazing of this invention. 同組立状態を示す正面図。The front view which shows the assembly state. 同細流路インナーフィンを有する熱交換器の内部を流通する冷却液11の流動状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the flow state of the cooling fluid 11 which distribute | circulates the inside of the heat exchanger which has the same narrow flow path inner fin.

以下に、本発明の一実施形態を説明する。
質量%で、Mgを0.1〜5.0%、Siを3〜13%含有するAl−Si系ろう材と、芯材とは常法により製造することができ、両者またはこれに犠牲材などの他の材料とを重ねてクラッド圧延する。該クラッド圧延での製造条件は本発明としては特に限定されるものではない。また、各層のクラッド率も本発明としては特定されるものではない。
なお上記のように芯材の組成は、Si:0.1〜1.2%、Mg:0.01〜2.0%を含有するもの、Mn:0.2〜2.5%、Cu:0.05〜1.0%、Si:0.1〜1.2%、Fe:0.1〜1.0%を含有するもの、あるいはSi:0.1〜1.2%、Mg:0.01〜2.0%を含有し、さらにMn:0.2〜2.5%、Cu:0.05〜1.0%、Fe:0.1〜1.0%の内1種または2種以上を含有し、さらに所望によりZr:0.01〜0.3%、Ti:0.01〜0.3%、Cr:0.01〜0.5%、Bi:0.01〜1.0%の内1種または2種以上を含有などが望ましい。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
An Al—Si brazing material containing 0.1 to 5.0% Mg and 3 to 13% Si and a core material can be manufactured by a conventional method, and both or a sacrificial material. Clad rolling with other materials. The production conditions in the clad rolling are not particularly limited as the present invention. Further, the cladding ratio of each layer is not specified as the present invention.
As described above, the composition of the core material is Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.01 to 2.0%, Mn: 0.2 to 2.5%, Cu: 0.05 to 1.0%, Si: 0.1 to 1.2%, Fe: 0.1 to 1.0%, or Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0 .01-2.0%, and Mn: 0.2-2.5%, Cu: 0.05-1.0%, Fe: 0.1-1.0% It contains seeds or more, and if desired, Zr: 0.01 to 0.3%, Ti: 0.01 to 0.3%, Cr: 0.01 to 0.5%, Bi: 0.01 to 1. It is desirable to contain one or more of 0%.

さらに、本発明では、前記Al−Si系ろう材に含まれるSi粒子で、円相当径で0.8μm以上の径をもつものの数の内、1.75μm以上の径のものの数が25%以上とする。本材料を得るには、ろう材の鋳造スラブを製造するにあたり、その冷却速度を10℃/secよりも遅い範囲とし、凝固冷却で生じるSi粒子サイズを粗大にすることで、その後の圧延工程でのSi粒子破砕を経ても、上記条件を満たすことが可能となる。但し、この冷却速度が10℃/secより速くなった場合においても、鋳造後に均質化処理として、例えば500℃以上の条件で数時間の熱処理を加えれば、Si粒子の粗大化が図れ、上記同様に、圧延後には本発明条件のSi粒子サイズを得ることが可能である。
また、本発明では前記アルミニウムクラッド材、及び、前記ろう付け対象部材の少なくとも接触密着部表面の表面粗さを、Ra0.3μm以下とするのが望ましい。この表面粗さは、材料の最終圧延時のロール表面粗度に依存し、そのロール表面粗度を、Raで0.45μm以下とすることで得られる。尚、ろう付け接合部がプレス等の熱交換器部材加工表面となる場合には、そのプレス等金型表面粗度を同様に管理することで目的の表面粗度が得られる。
Further, in the present invention, among the number of Si particles contained in the Al—Si brazing material having an equivalent circle diameter of 0.8 μm or more, the number of particles having a diameter of 1.75 μm or more is 25% or more. And In order to obtain this material, in producing a cast slab of brazing filler metal, the cooling rate is set to a range slower than 10 ° C./sec, and the Si particle size generated by solidification cooling is coarsened. Even if the Si particles are crushed, the above conditions can be satisfied. However, even when this cooling rate is higher than 10 ° C./sec, Si particles can be coarsened by applying a heat treatment for several hours under conditions of 500 ° C. or higher as a homogenization treatment after casting, as described above. In addition, it is possible to obtain the Si particle size of the present invention after rolling.
In the present invention, it is desirable that the surface roughness of at least the contact adhesion portion surface of the aluminum clad material and the brazing target member is Ra 0.3 μm or less. This surface roughness depends on the roll surface roughness at the time of final rolling of the material, and can be obtained by setting the roll surface roughness to Ra of 0.45 μm or less. In addition, when the brazed joint portion is a heat exchanger member processed surface such as a press, the target surface roughness can be obtained by similarly controlling the die surface roughness of the press.

常法により得られるアルミニウムクラッド材は、上記Al−Si系ろう材が最表面に位置しており、初期酸化膜厚として20〜500Åの酸化皮膜が形成されている。
上記アルミニウムクラッド材は、ベアフィン、無垢材コネクタなどのろう付け対象部材と組み付けられて、好適には熱交換器組立体などを構成する。なお、ろう付け対象部材としては種々の組成のアルミニウム材料を用いることができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。
In the aluminum clad material obtained by a conventional method, the Al—Si brazing material is located on the outermost surface, and an oxide film having an initial oxide film thickness of 20 to 500 mm is formed.
The aluminum clad material is assembled with a member to be brazed such as a bare fin or a solid material connector, and preferably constitutes a heat exchanger assembly or the like. Note that aluminum materials having various compositions can be used as the brazing target member, and the present invention is not limited to a specific one.

上記組立体は、減圧を伴うことなく非酸化性雰囲気とされた加熱炉内に配置される。該非酸化性雰囲気は、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたは水素、アンモニア、一酸化炭素などの還元性ガス、あるいはこれらの混合ガスを用いて構成することができる。非酸化性雰囲気は、ろう付け加熱時には減圧を伴わず、通常は大気圧とされる。なお、非酸化性雰囲気を得る前に、置換などの目的で減圧工程を含むものであってもよい。加熱炉は密閉した空間を有することを必要とせず、ろう付け材の搬入口、搬出口を有するものであってもよい。このような加熱炉でも、不活性ガスを炉内に吹き出し続けることで非酸化性が維持される。該非酸化性雰囲気としては、酸素濃度として体積比で5〜500ppmが望ましい。
上記雰囲気下で560〜620℃で加熱をしてろう付けを行う。ろう付けにおいては、ろう付け対象部材との接触密着部がフラックスレスで良好に接合される。
The assembly is placed in a heating furnace having a non-oxidizing atmosphere without decompression. The non-oxidizing atmosphere can be configured using an inert gas such as nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen, ammonia or carbon monoxide, or a mixed gas thereof. The non-oxidizing atmosphere is not at reduced pressure during brazing heating and is usually at atmospheric pressure. In addition, before obtaining a non-oxidizing atmosphere, you may include a pressure reduction process for the purpose of substitution. The heating furnace does not need to have a sealed space, and may have a brazing material carry-in port and a carry-out port. Even in such a heating furnace, the non-oxidizing property is maintained by continuously blowing the inert gas into the furnace. The non-oxidizing atmosphere preferably has an oxygen concentration of 5 to 500 ppm by volume.
It brazes by heating at 560-620 degreeC under the said atmosphere. In brazing, the contact and adhesion portion with the brazing target member is satisfactorily joined without flux.

図1は本発明のろう付けの対象である細流路インナーフィンを有する熱交換器の分解斜視図であり、図2は同組立状態を示す正面図である。この熱交換器は、コンパクトで偏平なものであり、内部の多数の細流路に冷却液が流通する。そして、その外面にパワートランジスタ、インバータ、各種高発熱半導体等の被冷却体6がろう付け接合され、その発熱を冷却することができるものである。
この細流路インナーフィンを有する熱交換器は、複数の中間プレート4(この例では3枚)が、厚み方向に積層され、その上下両端に一対の端プレート5が配置され、それらの間が一体にフラックスレスでろう付け固定されるものである。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a heat exchanger having narrow channel inner fins, which is an object of brazing of the present invention, and FIG. 2 is a front view showing the assembled state. This heat exchanger is compact and flat, and the coolant flows through a number of narrow channels inside. And the to-be-cooled body 6, such as a power transistor, an inverter, and various high heat-generating semiconductors, is brazed to the outer surface, and the generated heat can be cooled.
In the heat exchanger having the narrow channel inner fins, a plurality of intermediate plates 4 (three in this example) are laminated in the thickness direction, and a pair of end plates 5 are arranged at both upper and lower ends thereof, and the space between them is integrated. It is brazed and fixed without flux.

中間プレート4は四周に枠部1を有し、その枠部1内に多数の縦方向のリブ2が定間隔に並列されるとともに、各リブ2間および、それと枠部1間が横リブ2aによって一体に連結されている。そして、各縦リブ2間に細流路が形成され、そこに冷却液が流通する。各流路の幅および深さは、それぞれ一例として0.7mm〜2.0mm程度である。この例では横リブ2aが各中間プレート4ごとにその位置を異にしている。即ち、図3に示すごとく上端の中間プレート4における横リブ2aとその下側の中間プレート4の横リブ2aとは冷却液11の流れ方向に互いに異なった位置に配置されている。そのため冷却液11はそれぞれの横リブ2aを迂回し、各リブ2間を流通する。また、それぞれの中間プレート4の縦方向の各リブ2は同一位置に配置されている。これは端プレート5と各中間プレート4との伝熱性を良好にするためである。   The intermediate plate 4 has a frame portion 1 on four sides, and a large number of longitudinal ribs 2 are arranged in parallel at regular intervals in the frame portion 1, and between the ribs 2 and between the rib portion 2 and the frame portion 1, there are horizontal ribs 2 a. Are connected together. And a narrow channel is formed between each vertical rib 2, and a cooling fluid distribute | circulates there. The width and depth of each flow path are about 0.7 mm to 2.0 mm as an example. In this example, the position of the horizontal rib 2a is different for each intermediate plate 4. That is, as shown in FIG. 3, the horizontal rib 2a in the upper intermediate plate 4 and the horizontal rib 2a in the lower intermediate plate 4 are arranged at different positions in the flow direction of the coolant 11. Therefore, the coolant 11 bypasses each lateral rib 2 a and flows between the ribs 2. Further, the ribs 2 in the vertical direction of the respective intermediate plates 4 are arranged at the same position. This is to improve the heat transfer between the end plate 5 and each intermediate plate 4.

このような細流路を多数並列した中間プレート4は、それぞれその四周を形成する枠部1が同一に形成されている。一対の端プレート5は、その中間プレート4の枠部1の外周よりも一回り大に形成されている。各中間プレート4の片面に、または両面にはそれぞれろう材が被覆されている。一対の端プレート4はベア材または、一方にろう材が被覆されたものを使用できる。   The intermediate plate 4 in which a large number of such narrow channels are arranged in parallel has the same frame portion 1 that forms the four circumferences thereof. The pair of end plates 5 is formed to be slightly larger than the outer periphery of the frame portion 1 of the intermediate plate 4. A brazing material is coated on one side or both sides of each intermediate plate 4. The pair of end plates 4 can be a bare material or one coated with a brazing material.

また、前記の例では下端の端プレート5にはその両端に冷却液出入口7が穿設され、そこにパイプ8が接続される。各中間プレート4はその長手方向両端部にリブ2の存在しない一対のマニホールド3が設けられている。このような各プレートは、図2のごとく積層され、全体が高温の炉内に挿入され非酸化性雰囲気、フラックスレス、大気圧で一体にろう付け固定される。
なお、本発明の熱交換器は上記積層型のものに代えて、一対の偏平なドローンカップ形のプレート内にコルゲートフィンまたはオフセットフィンを介装したものであって、その流路が0.7mm〜2.0mm程度の多数の細流路を有するものにも適用できる。
In the above example, the coolant inlet / outlet port 7 is formed at both ends of the end plate 5 at the lower end, and the pipe 8 is connected thereto. Each intermediate plate 4 is provided with a pair of manifolds 3 without ribs 2 at both ends in the longitudinal direction. Each such plate is laminated as shown in FIG. 2, and the whole is inserted into a high-temperature furnace and brazed and fixed together in a non-oxidizing atmosphere, fluxless, and atmospheric pressure.
In addition, the heat exchanger of the present invention is one in which corrugated fins or offset fins are interposed in a pair of flat drone cup-shaped plates instead of the laminated type, and the flow path is 0.7 mm to The present invention can also be applied to those having a large number of narrow channels of about 2.0 mm.

前記の中間プレート4として、表1〜表3に示す組成(残部Alと不可避不純物)のAl−Si系ろう材と、同じく表1〜表3に示す組成(残部Alと不可避不純物)の芯材とをクラッドしたアルミニウムクラッド材を用意した。ろう材中のSi粒子径は、鋳造時の冷却速度を0.5〜10℃/secの範囲で変化させ、また、材料表面粗さは最終圧延時のロール表面粗度をRa0.05〜0.90μmの範囲で変えることによって変化させた。   As the intermediate plate 4, an Al—Si brazing material having the composition shown in Tables 1 to 3 (remaining Al and inevitable impurities) and a core material having the composition shown in Tables 1 to 3 (remaining Al and inevitable impurities). An aluminum clad material was prepared. The Si particle diameter in the brazing material changes the cooling rate during casting in the range of 0.5 to 10 ° C./sec, and the material surface roughness indicates the roll surface roughness during final rolling by Ra 0.05 to 0. It was changed by changing in the range of 90 μm.

上記アルミニウムクラッド材は、各種組成ろう材と各種組成芯材とを、ろう材クラッド率10%とし、H14相当調質の0.5mm厚に仕上げた。
また、端プレート5としてJISA3003合金、H14のアルミニウムベア材(0.1mm厚)のフィン材を用意した。
The aluminum clad material was prepared by brazing various composition brazing materials and various composition core materials to a brazing material clad rate of 10% and a tempering equivalent to H14 to a thickness of 0.5 mm.
Further, as the end plate 5, a fin material made of JIS A3003 alloy and H14 aluminum bare material (thickness: 0.1 mm) was prepared.

○ろう付性
本発明の上記アルミニウムクラッド材を用いて図1に示す中間プレート4をプレス成形により製作し、JIS A3003ベア材の端プレート5と組合せ、細流路インナーフィンを有する熱交換器とした。
その組立て体を窒素雰囲気中(酸素含有量15ppm)のろう付け炉にて、560〜600℃まで加熱し、そのろう付け状態でろう付性を評価した。ろう付性は、以下式にて接合率を求め、その接合率の優劣および細流路の目詰まり率の大小で評価した。
1 Brazing property Using the aluminum clad material of the present invention, the intermediate plate 4 shown in FIG. 1 is manufactured by press molding, and combined with the end plate 5 of the JIS A3003 bare material to form a heat exchanger having a narrow channel inner fin. .
The assembly was heated to 560 to 600 ° C. in a brazing furnace in a nitrogen atmosphere (oxygen content 15 ppm), and brazing was evaluated in the brazed state. The brazing property was evaluated by determining the joining rate according to the following formula and determining the superiority or inferiority of the joining rate and the clogging rate of the narrow channel.

フィン接合率=(フィンとチューブの総ろう付け長さ/フィンとチューブの総接触長さ)×100
ろう付け性判定は、ろう付け後のフィン接合率(◎:95%以上、○:85%以上、△:80%以上、×:80%未満)によって行い、その結果を表1〜表3に示した。
細流路内の目詰まり性の評価は目視により行い、流路目詰まり率の大小により判定した。
流路目詰まり率=(ろう材のフィレットによる目詰まり部面積)/(流路の総面積)
目詰まり率が30%以上のものを×、20〜30%のものを△、10〜20%のものを○、10%未満のものを◎とする。その結果を表1〜表3に示した。○および◎を良とし、×および△は不良とする。
その結果を表1〜表3に示した。
Fin joint rate = (total brazing length of fin and tube / total contact length of fin and tube) × 100
The brazing performance is determined by the fin joint rate after brazing (◎: 95% or more, ○: 85% or more, Δ: 80% or more, ×: less than 80%), and the results are shown in Tables 1 to 3. Indicated.
The clogging property in the narrow channel was evaluated by visual observation, and judged by the magnitude of the channel clogging rate.
Flow path clogging rate = (Clogging area by brazing filler fillet) / (Total flow path area)
The clogging rate is 30% or more, x is 20-30%, Δ is 10-20%, and ◎ is less than 10%. The results are shown in Tables 1 to 3. ○ and ◎ are good, and x and Δ are bad.
The results are shown in Tables 1 to 3.

○材料強度
製作したクラッド材(0.5mm厚)をJIS5号試験片とし、ろう付け熱処理後、90℃×7日間時効処理後に引張試験に供した。得られた材料強度測定値を評価し、その結果を表1〜表3に示した。
Material Strength The manufactured clad material (0.5 mm thickness) was a JIS No. 5 test piece, and subjected to a tensile test after brazing heat treatment and after aging treatment at 90 ° C. for 7 days. The obtained material strength measurement values were evaluated, and the results are shown in Tables 1 to 3.

作製したクラッド材について、ろう材最表面を#1000のエメリー紙で研削後、0.1μmの砥粒で鏡面処理し、表面方向10000μm2(100μm角相当)の観察視野において、EPMA(電子線マイクロアナライザ)を用いた全自動粒子解析を行った。測定した0.8μm以上の総粒子数中で、1.75μm以上のものの割合を表に示した   About the produced clad material, the outermost surface of the brazing material is ground with # 1000 emery paper and then mirror-finished with 0.1 μm abrasive grains. ) Was used for fully automatic particle analysis. The ratio of particles having a particle size of 1.75 μm or more out of the total number of particles measured of 0.8 μm or more is shown in the table.

実施例の何れも良好なろう付性を示したのに対し、比較例では十分な接合が得られなかった。また、実施例では材料高強度化とろう付性との両立が得られたが、比較材でその条件は得られなかった。さらに、比較材では、細流路内の目詰まり率が大であった。
また、芯材の成分が好適範囲を外れる参考例では、種々の不具合が認められた。
While all of the examples showed good brazing properties, the comparative example did not provide sufficient bonding. Further, in the examples, it was possible to achieve both high material strength and brazing, but the conditions were not obtained with the comparative material. Furthermore, in the comparative material, the clogging rate in the narrow channel was large.
Further, in the reference example in which the core component deviated from the preferred range, various problems were observed.

Figure 0005619538
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1 枠部
2 リブ
2a 横リブ
3 マニホールド
4 中間プレート
5 端プレート
5a 縁部
6 被冷却体
7 冷却液出入口
8 パイプ
11 冷却液
1 Frame 2 Rib
2a Horizontal rib 3 Manifold 4 Intermediate plate 5 End plate
5a Edge 6 Object to be cooled 7 Coolant inlet / outlet 8 Pipe
11 Coolant

Claims (9)

質量%で、Mgを0.1〜5.0%、Siを3〜13%含有するAl−Si系ろう材が最表面に位置するアルミニウムクラッド材を用いる細流路インナーフィンを有する熱交換器のろう付け方法であって、
前記Al−Si系ろう材に含まれるSi粒子は、円相当径で0.8μm以上の径をもつものの数の内、1.75μm以上の径のものの数が25%以上であり、減圧を伴わない非酸化性雰囲気で、前記Al−Si系ろう材とろう付け対象部材とを接触密着させ、
加熱温度559〜620℃において、前記アルミニウムクラッド材と前記ろう付け対象部材とを接合することを特徴とする細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法。
A heat exchanger having a narrow flow path inner fin using an aluminum clad material in which an Al-Si brazing material containing 0.1 to 5.0% Mg and 3 to 13% Si is located on the outermost surface in mass%. A brazing method,
Si particles contained in the Al—Si brazing material have an equivalent circle diameter of 0.8 μm or more, and the number of particles having a diameter of 1.75 μm or more is 25% or more, which is accompanied by decompression. In a non-oxidizing atmosphere, the Al-Si brazing material and the brazing target member are brought into close contact with each other,
A fluxless brazing method for a heat exchanger having a narrow channel inner fin, wherein the aluminum clad material and the brazing target member are joined at a heating temperature of 559 to 620 ° C.
前記アルミニウムクラッド材、及び、前記ろう付け対象部材の少なくとも接触密着部表面の表面粗さが、Ra0.3μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろ付け方法。   2. The heat exchanger having a narrow channel inner fin according to claim 1, wherein the surface roughness of at least a contact adhesion portion surface of the aluminum clad material and the brazing target member is Ra 0.3 μm or less. Fluxless filtration method. 前記Al−Si系ろう材に質量%で、0.01〜1.0%のBiを含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法。   The heat exchanger having a narrow channel inner fin according to claim 1 or 2, wherein the Al-Si brazing material contains 0.01 to 1.0% Bi by mass. Fluxless brazing method. 前記Al−Si系ろう材がクラッドされている芯材が、質量%で、Si:0.1〜1.2%、Mg:0.01〜2.0%を含有し、残部Alと不可避不純物からなる組成を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細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法。   The core material in which the Al—Si brazing material is clad contains, by mass%, Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.01 to 2.0%, the balance Al and inevitable impurities A fluxless brazing method for a heat exchanger having a narrow channel inner fin according to claim 1, wherein the fluxless brazing method has a composition comprising: 前記Al−Si系ろう材がクラッドされている芯材が、質量%で、Mn:0.2〜2.5%、Cu:0.05〜1.0%、Si:0.1〜1.2%、Fe:0.1〜1.0%、を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる組成を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細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法。   The core material on which the Al—Si brazing material is clad is mass%, Mn: 0.2 to 2.5%, Cu: 0.05 to 1.0%, Si: 0.1 to 1. The narrow channel inner fin according to any one of claims 1 to 3, comprising 2%, Fe: 0.1 to 1.0%, and having a composition composed of the balance Al and inevitable impurities. A fluxless brazing method for a heat exchanger. 前記Al−Si系ろう材がクラッドされている芯材が、質量%で、Si:0.1〜1.2%、Mg:0.01〜2.0%を含有し、さらにMn:0.2〜2.5%、Cu:0.05〜1.0%、Fe:0.1〜1.0%の内1種または2種以上を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる組成を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細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法。   The core material in which the Al—Si brazing material is clad contains, by mass%, Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.01 to 2.0%, and Mn: 0.00. 2 to 2.5%, Cu: 0.05 to 1.0%, Fe: One or more of 0.1 to 1.0%, and a composition comprising the balance Al and inevitable impurities A fluxless brazing method for a heat exchanger having a narrow channel inner fin according to any one of claims 1 to 3. 前記Al−Si系ろう材がクラッドされている芯材が、質量%で、Si:0.1〜1.2%、Mg:0.01〜2.0%を含有し、さらにMn:0.2〜2.5%、Cu:0.05〜1.0%、Fe:0.1〜1.0%の内1種または2種以上を含有し、さらにZr:0.01〜0.3%、Ti:0.01〜0.3%、Cr:0.01〜0.5%、Bi:0.01〜1.0%の内1種または2種以上を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる組成を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細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法。   The core material in which the Al—Si brazing material is clad contains, by mass%, Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.01 to 2.0%, and Mn: 0.00. 2 to 2.5%, Cu: 0.05 to 1.0%, Fe: 0.1 to 1.0%, or one or more of Zr: 0.01 to 0.3 %, Ti: 0.01 to 0.3%, Cr: 0.01 to 0.5%, Bi: 0.01 to 1.0%, or one or more of them, and the balance is inevitable with Al The fluxless brazing method for a heat exchanger having a narrow channel inner fin according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluxless brazing method has a composition comprising impurities. 請求項1〜3のいずれかに記載のAl−Si系ろう材が芯材にクラッドされて前記Al−Si系ろう材が最表面に位置しており、減圧を伴わない非酸化性雰囲気でフラックスレスのろう付けに供されることを特徴とする細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け用アルミニウムクラッド材。   The Al-Si brazing material according to any one of claims 1 to 3 is clad on a core material, and the Al-Si brazing material is located on the outermost surface, and is fluxed in a non-oxidizing atmosphere without depressurization. An aluminum clad material for fluxless brazing of a heat exchanger having narrow channel inner fins, characterized in that the aluminum clad material is used for brazing of loess. 前記芯材が請求項4〜7のいずれかに記載された組成を有することを特徴とする請求項8記載の細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け用アルミニウムクラッド材。   The aluminum clad material for fluxless brazing of a heat exchanger having a narrow channel inner fin according to claim 8, wherein the core material has the composition described in any one of claims 4 to 7.
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