JP5918089B2 - アルミニウム合金製熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は腐食に対する耐久性に優れたアルミニウム製熱交換器およびその製造方法に関するものである。

本発明の熱交換器は特に、オイルクーラー、ラジエータ、インタークーラ、インバータ冷却器などの冷却水環境における耐食性に優れたアルミニウム製熱交換器に関するものである。

アルミニウム（Ａｌ）合金は軽量で熱伝導性に優れていること、適切な処理により高耐食性が実現できること、ならびに、ブレージングシートを利用したろう付によって効率的な接合が可能であることから、自動車用などの熱交換器用材料として重用されてきた。

しかし、近年、特に自動車用熱交換器に対し高性能化、環境対応として、より軽量で高耐久性を有する性能向上が求められており、これに対応できるＡｌ合金材料技術が要求されている。

このような自動車用熱交換器の一形態として、ろう材、心材、犠牲防食層をクラッドした３層ブレージングシートを成形加工したチューブと、単層の外部フィン材をコルゲート成形した外部フィンとを組み合わせ、ろう付接合した熱交換器が現用されている。

この３層ブレージングシートからなるチューブは冷媒などの流体を流通させる目的のものであるから、孔食によるリークを発生させないよう、チューブの孔食を抑制する防食手法を施している。この防食手法としてはクラッド圧延等の方法でチューブ表面にＡｌ−Ｚｎ層を形成し、Ａｌ−Ｚｎ層による犠牲防食効果による心材の防食方法が採用されている。

即ち、自動車用アルミニウム製熱交換器の一つであるラジエータは、冷却水を通すチューブにフィンを配置し、チューブの両端にヘッダープレートを取り付けてコアを組み立てる。該コアにろう付け処理を施した後、ヘッダープレートにパッキングを介して樹脂タンクを取り付け、ラジエータとする。ラジエータの冷却水としては不凍液を含有する弱アルカリ性の水溶液、所謂ロングライフクーラント（ＬＬＣ）等が利用されている。

チューブ、ヘッダープレートに用いられているアルミニウム合金製ブレージングシートは、ろう付け加熱時に６００℃程度の雰囲気に曝される。このため、犠牲陽極材として添加されＺｎが、心材中に拡散しＺｎの拡散層を形成する。このＺｎ拡散層が存在することで、犠牲陽極材に発生した腐食は心材に達した後も横広がりに進行するため、長期に渡って貫通孔を生じさせない。

しかしながら、Ａｌ−Ｚｎ合金層による犠牲防食層は、ろう付機能を有さないため、犠牲防食層同士をろう材なしで接合させることができない。また、犠牲防食層に放熱用のフィンを配置させるにはフィンをブレージングシートとする必要があるなど、熱交換器の形状設計に制約をもたらしていた。

この制約を解決するための手法として、ろう付機能と犠牲防食機能とを有するＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金ろう材を用いることが考えられるが、ＬＬＣなどの冷却水とＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金ろう材が接する場合にはろう材中のＳｉ系化合物を起点として腐食が発生するため、Ａｌ−Ｚｎ合金層による犠牲防食効果と比較して、著しく耐食性に劣るという問題があった。

このため、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金の耐食性を向上させる手法が種々検討され、ろう付け加熱後にさらに加熱処理を施す方法が試みられている。

例えば特許文献１（米国特許第４６９９６７４号明細書）は、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材を皮材とし、非熱処理型アルミニウム合金（具体的には３０００系：Ａｌ−Ｍｎ系合金）を心材とするクラッド材を用い、これと他のアルミニウム材をろう付けした後、３００〜８００°Ｆ（１４９〜４２６℃）の範囲で熱処理する、との技術を開示している。

この米国特許発明者らによる発表論文（Ｗ D Finnegan and R A Woods : IMechE C496/064/95 (1995),275.）によれば、ろう付け後の加熱処理により、表面に残留したＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材残渣中に微細なＳｉ粒子あるいはα−Ａｌ（ＦｅＭｎ）Ｓｉが析出し、腐食はこのろう材残渣の表面を面方向に進展し、腐食はろう材残渣で留まり、心材の孔食や粒界腐食が抑えられる、と報じている。

また、特許文献２（登録特許０３５４９０２７号公報）は、Ｍｎを含むＡｌ合金からなる心材の表面に少なくともＳｉを含むＡｌ系ろう材が用いられた製品の製造方法として、ろう付け作業の後、１００〜４００℃の温度で１５分以上の熱処理を行い、耐食性を向上する、との技術を開示している。この技術によれば初晶α相のＳｉ固溶度と共晶α相のＳｉ固溶度を同等にし、かつＳｉ固溶度を低くすることで、耐食性が向上する、としている。

しかしながら、これらの発明にはＳｉ系析出物や共晶相の分布についての記載はない。前述したとおり、ＬＬＣなどの冷却水とＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金ろう材とが接する場合においてはろう材中のＳｉ系化合物を起点として腐食が発生するため、これを制御する必要がある。特にＳｉ系化合物の大きい共晶相は耐食性に与える影響が大きい。共晶相の面積率が一定を超える場合、具体的にはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金ろう材のＳｉ濃度が高く、ろう付温度が高いような場合には、耐食性が著しく悪化する。このため、これら２つの発明では、ＬＬＣ環境における耐食性を充分に発揮することはできなかった。

米国特許第４６９９６７４号明細書 登録特許０３５４９０２７号公報

本発明の課題は、製造性および耐久寿命、特に耐食性に優れたアルミニウム合金製ブレージングシートを提供し、該ブレージングシートを用いた熱交換器を提供することである。

本発明者らは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金からなるろう材のＳｉ濃度、Ｚｎ濃度、ろう付加熱条件、その後の熱処理条件が耐食性に与える影響について調査し、Ｓｉ系析出物および共晶相の分布を適切な状態とすることで、冷却水環境における耐食性を大幅に向上できることを見出した。本発明は、この知見に基づきなすに至ったものである。

即ち、本発明の熱交換器は、アルミニウム合金製の心材と、前記心材の少なくとも一方の面にクラッドされたアルミニウム合金製のろう材を備えるブレージングシートを用いたアルミニウム合金製熱交換器であって、前記心材は、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％（以下、ｍａｓｓ％を単に％と記載する）を含有し残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、前記ろう材は、Ｓｉ：２．０〜６．０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：１．０〜８．０％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、アルミニウム合金製熱交換器の前記ろう材層中には、円相当径で０．０１〜１．０μｍのＳｉ系析出物が５０００〜２００００個／ｍｍ^２存在し、ろう材表面の共晶相の面積率が１〜５０％である特徴とする。

前記ブレージングシートは、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％（以下、ｍａｓｓ％を単に％と記載する）を含有し残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金心材に、Ｓｉ：２．０〜６．０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：１．０〜８．０％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるろう材が心材の少なくとも片面にクラッドされていることを特徴とする。

前記ブレージングシートのろう材には、さらに、Ｆｅ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜０．３％、Ｎａ：１０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ、Ｓｒ：１０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのうちの１種以上を含有することが好ましい。

前記ブレージングシートの心材には、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｆｅ：０．０５〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｍｇ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．３％のうちの１種以上を含有することが好ましい。

本発明のアルミニウム合金製熱交換器は、前記ブレージングシートの前記ろう材からなる面を内側にして成形した冷媒通路管を用いて組み付けられていることを特徴とする。

本発明のアルミニウム熱交換器の製造方法は、前記ブレージングシートを加工した熱交換器用部品と他の熱交換器部品とを組み付けし、５９０〜６３０℃の温度で１〜１５ｍｉｎ保持するろう付加熱を行い、その後５００〜２００℃までを５０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で室温まで冷却した後、２００〜４５０℃で１ｍｉｎ以上保持することを特徴とする。

本発明に係るアルミニウム合金製熱交換器は、ブレージングシートの冷却媒体環境下で犠牲防食効果を発揮するろう材面を内側にした冷媒通路管（以下単にチューブと称することがある）を使用することで、冷却媒体環境下で使用しても犠牲防食効果が発揮され、耐久性に優れたものとなる。

本発明にかかわる熱交換器は、冷却水環境における耐食性に優れ、かつ犠牲層がろう付機能を有するために、例えばインナーフィンチューブに有効に採用できる等、熱交換器の設計の自由度が高く、製造性に優れる効果を有するものである。

本発明は特に、オイルクーラー、ラジエータ、インタークーラ、インバータ冷却器などの冷却水環境における耐食性に優れたアルミニウム製熱交換器を提供することができる。

最初に、本発明の実施形態におけるアルミニウム合金製ブレージングシートを構成するろう材、心材のアルミニウム合金組成につきその作用を説明する。

１．ろう材
Ｓｉ：２．０〜６．０％
本実施形態にかかるブレージングシートのろう材はＳｉを２．０〜６．０％含有する。Ｓｉは、アルミニウム合金の融点を低下させ液相を生じさせ、これによってろう付を可能にする。２．０％未満のＳｉの含有量では、ろう付けに必要とする液相が充分に得られずろう付性が満足に機能しがたい。一方、６．０％を越えるＳｉの含有量では、ろう付け性は良くなるが、液相が多くなりすぎＳｉがろう材表面に残って共晶相を形成するため耐食性が低下する。

冷却通路管は内部を冷却媒体（例えばＬＬＣ）が流通する。このＬＬＣによる腐食を防止するためにはブレージングシートのろう材面を内側とし、Ｓｉの含有量を６％以下とすることが好ましく、より好ましい含有量は、３．０〜５．０％である。

Ｚｎ：１．０〜８．０％
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材のＺｎ含有量は、１．０〜８．０％である。Ｚｎは、Ａｌの孔食電位を低くし犠牲防食層として作用する。Ｚｎが１．０％未満では、この効果が不十分であり、Ｚｎが８．０％を超えると、腐食速度が増大しすぎる。このため、Ｚｎの含有量は、１．０〜８．０％とする。Ｚｎの含有量は、２．０〜６．０％とするのがより好ましい。

その他の選択的添加物
Ｆｅ、Ｎｉ
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材にＦｅまたはＮｉを、０．０５〜１．０％含有されることが望ましい。

一般にＦｅまたはＮｉは耐食性の向上に寄与する。これらの元素はＡｌの腐食速度を増大させる作用がある。しかし、ＦｅまたはＮｉ系化合物を均一に分布させると腐食が分散し、結果として貫通寿命が向上する。ＦｅまたはＮｉの含有量が０．０５％未満では、この効果が不十分であり、ＦｅまたはＮｉの含有量が１．０％を超えると、腐食速度が増大しすぎる。このため、ＦｅまたはＮｉ含有量は、０．０５〜１．０％とするのが好ましい。

Ｍｎ
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材にＭｎを、０．０５〜１．５％含有させることが望ましい。

ＭｎはＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物として晶出又は析出して、強度の向上に寄与する元素である。また、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物は、Ｆｅを取り込むために、不可避不純物であるＦｅ、或いは耐食性を向上させる目的で添加するＦｅによる腐食速度増大作用を抑制する働きがある。これらの効果を得るためには、０．０５％以上のＭｎを添加することが望ましい。但し、Ｍｎの含有量が１．５％を超えると、巨大な金属間化合物が晶出し、製造性を阻害するおそれがある。したがって、Ｍｎの含有量の上限は１．５％とするのが望ましい。

Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材にＴｉ、Ｚｒ、ＣｒもしくはＶを、０．０５〜０．３％含有されることが望ましい。

これらの元素は、耐食性、特に耐孔食性の向上に寄与する。すなわち、アルミニウム合金中に添加されたＴｉ、Ｚｒ、ＣｒもしくはＶは、その濃度の高い領域と濃度の低い領域とに分かれ、それらが板厚方向に交互に積層状に分布する。そして、濃度の低い領域が濃度の高い領域よりも優先的に腐食することにより、腐食形態が層状となり、その結果板厚方向への腐食の進行が妨げられ、耐孔食性が向上する。このような耐孔食性向上の効果を十分に得るためには、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｒもしくはＶの含有量が０．０５％以上であることが好ましい。一方、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｒもしくはＶの含有量が０．３％を超えれば、鋳造時に粗大な化合物が生成されて製造性を阻害するおそれがある。従って、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｒもしくはＶの含有量の上限は０．３％とするのが好ましい。

Ｎａ、Ｓｒ
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材にＮａもしくはＳｒを、１０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ含有されることが望ましい。

ＮａおよびＳｒはＡｌ−Ｓｉ系合金の晶出物を微細化させる働きがあり、粗大Ａｌ−Ｓｉ系合金粒子への腐食の集中による耐食性阻害の作用を抑制する。ＮａもしくはＳｒが１０ｐｐｍ未満では上記効果が十分に得られない。一方、５００ｐｐｍを超えるとろう付け加熱時にろうの酸化が進み、ろうの流動性やろう付性を低下させてしまう。従って、ＮａもしくはＳｒの含有量は上記範囲が好ましい。

２．心材
Ｍｎ：０．５〜２．０％
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートの心材にはＭｎを、０．５〜２．０％含有させる。Ｍｎは、マトリックス中に固溶しろう材との電位差を大きくすることでろう材の犠牲防食効果を向上させる。また、ＭｎはＡｌ−Ｍｎ系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。さらに、Ａｌ−Ｍｎ−Si化合物を形成してマトリックス中へのＳｉ固溶度を低くし、マトリックスの融点を向上させる。Ｍｎの含有量が０．５％未満ではその効果が小さく、２．０％を超えると、粗大なＡｌ−Ｍｎ系化合物相を形成するため、耐食性と加工性が低下する。従ってＭｎの含有量は０．５〜２．０％とする。

その他の選択的添加物
Ｓｉ
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートの心材にＳｉを、０．１〜１．０％含有されることが望ましい。

心材中のＳｉはＭｎと共存させることにより、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物相となってマトリックス中に分散あるいは固溶して強度を向上させる。Ｓｉの含有量が０．１％未満ではその効果が小さい。１．０％を超えると、心材内部のＡｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｍｎ−Si系化合物の析出量が増大し、ＭｎやＳｉの固溶量が減少し、化合物近傍の心材（Ａｌ母材）の電位が卑になる。このためろう材と心材との電位差が低下してろう材の犠牲防食効果が低下する恐れがある。従ってＳｉの含有量は０．１〜１．０％が好ましい。

Ｆｅ
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートの心材にＦｅを、０．０５〜１．０％含有されることが望ましい。

Ｆｅは金属間化合物として晶出または析出し、心材強度を向上させる。また、Ａｌ−Ｍｎ−Fe系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ系化合物相を形成してマトリックス中のＭｎ、Ｓｉ固溶度を低下させ、マトリックスの融点を上げる。Ｆｅの含有量が０．０５％未満ではその効果が小さい。一方１．０％を超えると、腐食速度が速くなる、また、巨大晶出物の出現により、鋳造性や圧延性を低下させる。従ってＦｅの含有量は０．０５〜１．０％が好ましい。

Ｃｕ
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートの心材にＣｕを、０．０５〜１．０％含有されることが望ましい。

Ｃｕは、マトリックス中に固溶して強度を向上させるとともに、心材の電位を貴化し、ろう材との電位差を大きくすることでろう材の犠牲防食効果を向上させる。Ｃｕの含有量が０．０５％未満ではその効果が小さい。一方１．０％を超えると、マトリックスの融点が低下するため、ろう付時に材料が溶融しやすくなる。従ってＣｕの含有量は０．０５〜１．０％が好ましい。

Ｍｇ
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートの心材にＭｇを、０．０５〜１．０％含有されることが望ましい。

Ｍｇは心材の強度を向上させる効果を有する。０．０５％未満ではその効果が小さい。一方１．０％を超えると心材の電位が卑になりろう材との電位勾配が得られずにろう材の犠牲防食効果が損なわれて心材の耐食性が低下してしまう。従ってＭｇの含有量は０．０５〜１．０％が好ましい。

Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ
本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートの心材にＴｉ、Ｚｒ、ＣｒもしくはＶを、０．０５〜０．３％含有されることが望ましい。

これらの元素は、耐食性、特に耐孔食性の向上に寄与する。すなわち、アルミニウム合金中に添加されたＴｉ、Ｚｒ、ＣｒもしくはＶは、その濃度の高い領域と濃度の低い領域とに分かれ、それらが板厚方向に交互に積層状に分布する。そして、濃度の低い領域が濃度の高い領域よりも優先的に腐食することにより、腐食形態が層状となり、その結果板厚方向への腐食の進行を妨げ、耐孔食性が向上する。このような耐孔食性向上の効果を十分に得るためには、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｒもしくはＶの添加量が０．０５％以上であることが好ましい。一方、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｒもしくはＶの添加量が０．３％を超えれば、鋳造時に粗大な化合物が生成されて製造性を阻害するおそれがあり、したがって、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｒもしくはＶの含有量の上限は０．３％とするのが好ましい。

３．ろう材もしくは犠牲材
上記本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートは片面（表の面）にろう材を設けたが、反対の面（裏面）にもろう材を設けてもよい。裏面にろう材を設けるのは他部材とのろう付を目的として、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材がクラッドされてもよい。ろう材としては特に限定されるものでなく、例えば、ＪＩＳ４３４３、ＪＩＳ４０４５等に規定されたアルミ材が挙げられる。さらに必要に応じて、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ等を添加してもよい。また犠牲防食作用をもたせるために、Ａｌ−Ｚｎ系合金犠牲材をクラッドしても良い。

Ｓｉ系析出物
本実施形態にかかるアルミニウム合金製熱交換器のろう材層中に存在する円相当径で０．０１μｍ以上１．０μｍ未満のＳｉ系析出物は、５０００〜２００００個／ｍｍ^２とする。

Ｓｉ系析出物を適切に分布させることで耐食性向上効果が得られる。この効果はカソードサイトとなるＳｉ系析出物を微細に分散することで腐食反応が分散されるためである。またＳｉが析出することでろう材中のＳｉ固溶量が低下し、そのために孔食電位が低下して犠牲防食作用が向上するためである。このように、ろう材表面の共晶α相とろう材中のα相とに含まれるＳｉ濃度の差を小さくすることで共晶α相の優先腐食が抑制され、耐食性が向上する。

Ｓｉ系析出物が５０００個／ｍｍ^２未満では、Ｓｉの析出が不十分で耐食性向上効果が得られない。また、ろう材中に析出されるＳｉ系析出物の数は限界があり、２００００個以上析出させることは困難である。従ってＳｉ系析出物の分布は５０００〜２００００個／ｍｍ^２分布させることが好ましい。

ろう材表面の共晶相の面積率
本実施形態にかかるアルミニウム合金製熱交換器の前記ろう材層表面の共晶相の面積率は、１〜５０％とする。

共晶相は、共晶α相と共晶Ｓｉ相とからなり、共晶Ｓｉ相はＳｉ系析出物よりも大きく、腐食の集中を招きやすい。この悪影響を回避するためには、共晶相の面積率を５０％以下とすることが必要である。一方、共晶の面積率が１％未満では、生成する液相量が少ないためにろう付することが困難となる。

４．製造方法
本発明に用いるＡｌ合金製ブレージングシートの製造方法については、通常の方法を採用することができ、特に限定されるものではないが、例えば次のようにすることが好ましい。

心材、ろう材の鋳塊の両面を面削して、クラッド層を重ね合わせる。これに４００〜５５０℃で１〜１０時間の予備加熱を行い、熱間圧延により板厚を５ｍｍ程度まで減少させる。さらに、冷間圧延および３００〜４５０℃で１〜１０時間の最終焼鈍を行って、厚さ０．３ｍｍ程度のブレージングシートとする。

熱交換器はチューブやフィン、タンク等を成形加工して組み立てた後、５９０〜６３０℃で１〜１５ｍｉｎ保持するろう付け加熱を行い、その後冷却する。保持温度が５９０℃未満では、温度が低いためにろう付が不十分となる。保持温度が６３０℃を超えると著しいろう侵食の起こる可能性がある。保持時間が１ｍｉｎ未満では、保持時間が短いためにろう付が不十分となる。保持時間が１５ｍｉｎを超えると著しいろう侵食の起こる可能性がある。

ろう付加熱後、ろう付加熱温度から５００〜２００℃まで５０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する。５０℃／ｍｉｎ以上で急冷することでろう材中のＳｉが過飽和の状態で固溶され、ろう付後の加熱処理によってろう材中にＳｉ粒子がより微細で密な状態で析出される。このＳｉ粒子によってろう材の犠牲防食効果が向上し、チューブの耐食寿命を延ばすことが期待できる。冷却速度が５０℃／ｍｉｎ未満では、冷却時にろう材のＳｉが析出し、ろう材中のＳｉの固溶量が低下してしまい、冷却後の加熱処理でのＳｉ系析出物が減少し、耐食性の向上効果が得られなくなる。従って、ろう付け加熱後の５００〜２００℃までの冷却速度は５０℃／ｍｉｎ以上で、さらに１００℃／ｍｉｎ以上が望ましい。なお、５００〜２００℃の冷却速度を規定したのは、この温度域でＳｉの析出が起こるためである。

ろう付け完了後にさらに２００〜４５０℃で１〜３０ｍｉｎの加熱処理を施す。この加熱処理で、ろう材中にＳｉ系析出物が密に析出される。加熱処理の温度が２００℃より低ければ、工業的に可能な時間内で適切なＳｉ系析出物の分散状態を得ることが困難となる。一方、４５０℃より高い温度の析出処理では、粗大なＳｉ系析出物が形成されやすくなって腐食の分散が粗くなり防食効果が低減される。また、析出処理の時間は、１ｍｉｎより短ければ充分に析出を促進させることができない。加熱処理時間は長ければ耐食性向上効果が得られるが、３０ｍｉｎよりも長くするとコスト上昇を伴うので、３０ｍｉｎ程度までが好ましい。

ろう付け完了後の加熱条件として、冷却後の加熱温度は３００〜３５０℃で、保持時間は８〜１２ｍｉｎがより好ましい。また、加熱温度の昇温速度と冷却速度は、速いほど熱交換器の軟化を抑えられるので、昇温速度は５０℃／ｍｉｎ以上、冷却速度は５０℃／ｍｉｎ以上が好ましい。

なお、ろう付け後に行なう加熱処理は、大気中、不活性ガス雰囲気中、あるいは真空中のいずれで実施しても良い。

本実施形態にかかるアルミニウム合金製熱交換器は、本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートのろう材面を内側とした冷却通路管を組み込んでいる。本実施形態にかかるアルミニウム合金製ブレージングシートは前記製造工程（クラッド工程）、熱交換器組み立て工程で負荷される前記熱処理で、ろう材中のＳｉ系析出物の分布が５０００個〜２００００個／ｍｍ^２となり、ろう材表面の共晶相の面積率（ろう材表面の共晶相の面積率）が、１〜５０％となる。

以下、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

半連続鋳造により表１に示す組成で２５８ｍｍ×７９０ｍｍ×１６００ｍｍのろう材合金を鋳造し、圧延してろう材となる板を作成した。

また、半連続鋳造により表２に示す組成で２５８ｍｍ×７９０ｍｍ×１６００ｍｍの心材合金を鋳造し、圧延して心材となる板を作成した。

なお、上記圧延によりろう材の板と心材の板とをクラッドした時にクラッド率が２０％となるように両者の厚さを調整した。

上記ろう材と心材を表３、５、７の組み合わせでクラッド（クラッド率が２０％）し、次いで４８０℃で３時間の合せ加熱を行なった後、板厚３．５ｍｍまで熱間圧延を行い、板厚０．３ｍｍまで冷間圧延した後、３７０℃で２時間の中間焼鈍を行い、更に冷間圧延を行って板厚０．２ｍｍ（皮材厚さ４０μｍ）、調質Ｈ１４のブレージングシートを作成した。上記の製造方法で作製したブレージングシートを使用して、
（１）Ｓｉ系析出物分布
（２）共晶の面積率、
（３）ろう付性、
（４）耐食性
について評価した。評価結果を表４、６、８に示す。

（１）Ｓｉ系析出物分布
作成したブレージングシートとコルゲート加工したＡ３００３フィンを非腐食性フラックスに浸漬し、熱交換器を作成する条件と同じ条件である表３、５、７に示す条件でろう付・加熱処理を行い、ろう材の断面を日本電子（株）社製、走査型電子顕微鏡（ＪＳＭ−６４６０ＬＡ）で×５０００倍率にて５視野撮影し、ろう材中から円相当径０．０１μｍ以上１．０μｍ以下のＳｉ系粒子の個数を画像処理ソフトウエア Ｉｍａｇｅ−Ｊを用いて測定し、測定面積で除することでＳｉ系析出物分布（個／ｍｍ^２）を得た。

（２）共晶の面積率
作成したブレージングシートとコルゲート加工したＡ３００３フィンを非腐食性フラックスに浸漬し、表３、５、７に示す条件でろう付・加熱処理を行い、ろう材の表面を日本電子（株）社製、走査型電子顕微鏡（ＪＳＭ−６４６０ＬＡ）のＣＯＭＰＯ像×５００倍率にて５視野撮影し、共晶の面積率を求めた。

（３）ろう付性
作成したブレージングシートとコルゲート加工したＡ３００３フィンを非腐食性フラックスに浸漬し、表３、５、７に示す条件でろう付・加熱処理を行い、フィンとの接合を観察した。

評価は、接合率１００％を◎、接合率９０〜９９％を○、接合率８０〜８９％を△、接合率０〜７９％を×とした。

（４）耐食性
作成したブレージングシートとコルゲート加工したＡ３００３フィンを非腐食性フラックスに浸漬し、表３、５、７に示す条件でろう付・加熱処理を行い、水系冷媒環境を模擬した試験を行った。試験は腐食試験片の試験面に対して比液量６ｍＬ／ｃｍ^２で、Ｃｌ⁻：１９５ｐｐｍ、ＳＯ_４ ^２−：６０ｐｐｍ、Ｃｕ^２＋：１ｐｐｍ、Ｆｅ^２＋：３０ｐｐｍ水溶液を、８８℃、流速２ｍ／ｓで８時間加熱・循環し、その後、１６時間放置する循環サイクル試験を３ヶ月間行った。試験後、表面腐食生成物を除去して、腐食状況を観察し評価した。

評価は、腐食深さ５０μｍ未満を◎、腐食深さ５０〜１００μｍを○、腐食深さ１００μｍ以上、未貫通を△、貫通を×とした。

表４は心材の組成をＭｎを適量のみ添加した材料で一定とし、ろう材の組成を変えた実施例である。

実施例１〜３はろう材のＡｌにＳｉとＺｎの適量のみを添加した実施例である。実施例１はろう付け性、耐食性共に満足する結果となっている。実施例２はろう材に添加するＳｉの量が少な目であったためろう付け性にやや劣る結果となったが、実用性には問題がない結果であった。実施例３はろう材に添加するＳｉの量が多目であったが熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

比較例１はろう材に添加するＳｉの量が少ないために液相率が低く、共晶相の面積率が１％未満となったため、耐食性については満足できない結果となっている。また、比較例２は添加するＳｉの量が多かったために、共晶相の面積率が５０％を超え、ろう付け性については満足するものの耐食性については満足できない結果となっている。

実施例１２，１３はろう材にＳｉとＺｎを適量のみ添加した実施例であり、熱交換器に仕上げることに支障のない評価となった。

比較例３はＺｎの添加量が少なく、比較例４はＺｎの添加量が多く、何れも耐食性に劣り、満足できない結果となっている。

実施例４〜７は実施例１のろう材にＦｅを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例８〜１１は実施例１のろう材にＭｎを添加した実施例であり、実施例１１はＭｎの添加量が多いためろう付け性にやや難点があるものの、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例１４〜１７は実施例１のろう材にＴｉを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例１８〜２１は実施例１のろう材にＺｒを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例２２〜２５は実施例１のろう材にＣｒを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例２６〜２９は実施例１のろう材にＮｉを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例３０〜３３は実施例１のろう材にＶを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例３４〜３７は実施例１のろう材にＮａを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例３８〜４１は実施例１のろう材にＳｒを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

表６はろう材の組成をＳｉとＺｎを適量のみ添加した材料で一定とし、心材の組成を変えた実施例である。

実施例５４、５５は心材のＡｌにＭｎの適量のみを添加した実施例である。実施例５４、５５はいずれもろう付け性、耐食性共に満足する結果となっている。

比較例５は心材に添加するＭｎの量が少なく、また、比較例６は添加するＭｎの量が多かったために共にろう付け性については満足するものの耐食性については満足できない結果となっている。

実施例１２，１３はろう材にＳｉとＺｎを適量のみ添加した実施例であり、熱交換器に仕上げることに支障のない評価となった。

実施例４２〜４５は実施例１の心材にＳｉを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例４６〜４９は実施例１の心材にＦｅを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例５０〜５３は実施例１の心材にＣｕを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例５６〜５８は実施例１の心材にＭｇを添加した実施例であり、実施例５６〜５８は何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

参考例５９はＭｇの添加量が多かったために心材に割れが入り、評価できなかった。

実施例６４〜６７は実施例１の心材にＺｒを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

実施例６８〜７０は実施例１の心材にＣｒを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

参考例７１はＣｒの添加量が多かったために心材に割れが入り、評価できなかった。

実施例７６〜７８は実施例１の心材にＶを添加した実施例であり、何れも熱交換器に仕上げることに支障はない評価となった。

参考例７９はＶの添加量が多かったために心材に割れが入り、評価できなかった。

表８は実施例１の組成のブレージングシートに表７に示す条件の熱処理を施した後のＳｉ系析出物と共晶相の面積率を測定した結果を示すもので、実施例８０〜８９は、適正な熱処理が施されていることでＳｉ系析出物と共晶相の面積率が適正な範囲となり、何れもろう付け性、耐食性を満足する結果が得られた。

一方、比較例７はろう付け温度が低いために、比較例９はろう付け時間が短いために、液相率が低く、共晶相の面積率が１％未満となったため、ろう付け性が悪く、実用に供しなかった。

また、比較例８はろう付け温度が高すぎたために、比較例１０はろう付け時間が長すぎたために満足するろう付けができなかった。

比較例１１は冷却速度が遅かったために、比較例１２はろう付け後の加熱処理の温度が足りなかったために、生成されるＳｉ系析出物の個数が少なく、耐食性が劣った結果となった。

比較例１４はろう付け後の加熱処理の処理時間が足りなかったために、生成されるＳｉ系析出物の個数が少なく、耐食性が劣った結果となった。

上述したように、ろう材中の円相当径で０．０１〜１．０μｍのＳｉ系析出物が５０００〜２００００個／ｍｍ^２存在し、ろう材表面の共晶相の面積率が１〜５０％であるブレージングシートで冷却通路管を作成し、熱交換器に仕上げることで、冷却媒体環境下で犠牲防食効果に優れ、耐久性に優れた熱交換器を提供することができる。

また、上述したようにろう付け温度、その保持時間、冷却速度、ろう付け後の加熱処理の条件をそれぞれ適正に規定することで、ろう材残渣中にＳｉ粒子を適量析出させることができ、従来の熱交換器よりも耐食性の向上した熱交換器とすることができる。

本発明にかかわる熱交換器は、冷却水環境における耐食性に優れ、かつ犠牲層がろう付機能を有するために、例えばインナーフィンチューブに有効に採用できる等、熱交換器の設計の自由度が高く、製造性に優れる効果を有し、特に、オイルクーラー、ラジエータ、インタークーラ、インバータ冷却器などの冷却水環境における耐食性に優れたアルミニウム製熱交換器を提供することができる。

Claims (5)

1. アルミニウム合金製の心材と、前記心材の少なくとも一方の面にクラッドされたアルミニウム合金製のろう材を備えるブレージングシートを用いたアルミニウム合金製熱交換器において、
   前記心材は、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％（以下、ｍａｓｓ％を単に％と記載する）を含有し残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、前記ろう材は、Ｓｉ：２．０〜６．０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：１．０〜８．０％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、
   アルミニウム合金製熱交換器の前記ろう材層中には、
   円相当径で０．０１〜１．０μｍのＳｉ系析出物が５０００〜２００００個／ｍｍ^２存在し、ろう材層表面の共晶相の面積率が１〜５０％である
   ことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
2. 請求項１に記載のブレージングシートのろう材が、さらに、Ｆｅ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜０．３％、Ｎａ：１０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ、Ｓｒ：１０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのうちの１種以上を含有することを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
3. 請求項１、２に記載のブレージングシートの心材が、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｆｅ：０．０５〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｍｇ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．３％のうちの１種以上を含有することを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のブレージングシートの前記ろう材からなる面を内側にして成形した冷媒通路管を用いて組み付けたことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
5. 請求項１に記載の熱交換器の製造方法であって、ブレージングシートを加工した熱交換器用部品と他の熱交換器部品とを組み付けし、５９０〜６３０℃の温度で１〜１５ｍｉｎ保持するろう付加熱を行い、その後５００〜２００℃までを５０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で室温まで冷却した後、２００〜４５０℃で１ｍｉｎ以上保持することを特徴とするアルミニウム熱交換器の製造方法。