JP6039351B2 - 高強度アルミニウム合金ブレージングシート及びその製造方法 - Google Patents
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心材は、Si:0.3〜1.5mass%、Fe:0.05〜1.0mass%、Mg:0.05〜0.6mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金である。そして、このアルミニウム合金は、ろう付前の金属組織について特徴を有し、Mgを含む金属間化合物の状態が特定されたものである。
本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートは、心材の少なくとも一方の面にろう材がクラッドされる。このろう材は、Si:2.5〜13.0mass%、Fe0.05〜2.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金である。ろう材であるアルミニウム合金についての必須添加元素は、Si、Feである。
本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートは、心材の一方の面にろう材がクラッドされ、他方の面にアルミニウム合金からなる犠牲陽極材をクラッドしたものも適用できる。例えば、熱交換器の使用環境において高い耐食性が求められるような場合に、心材の一方の面にクラッドされる。この犠牲陽極材は、Zn:0.3〜8.0mass%、Si:0.05〜1.5mass%、Fe:0.05〜2.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金である。犠牲陽極材であるアルミニウム合金についての必須添加元素は、Zn、Si、Feである。
各ブレージングシート試料の心材部分についてL−LT面を研磨で面出しし、走査型透過電子顕微鏡(STEM)観察を行うことにより調べた。この際、電子分光装置(EELS)を用いて観察部の膜厚を測定し、膜厚が0.1〜0.15μmの箇所でのみSTEM観察を行って、各サンプルにつき10μm×10μmの視野を観察し、それぞれの視野において画像解析によって、面積が0.1μm2以上であり、かつ、Mgを含む化合物の平均面積及び数密度を調べた。尚、化合物がMgを含んでいるかどうかの同定は、同じ視野をエネルギー分散型X線分析装置(EDS)によって元素マッピングした結果と照らし合わせることにより行った。
表7から選択した条件でろう付相当の加熱を施したブレージングシート試料に、表8から選択した人工時効処理を施した。このサンプルを温度150℃、応力110MPaの条件で、JIS Z2271に従ってクリープ試験に供した。得られた結果から、クリープ試験開始から破断に至るまでに要した時間を測定した。その結果、試験開始から破断に至るまでの時間が100時間以上300時間未満の場合を合格(○)とし、100時間未満の場合を不合格(×)とし、300時間に至るまで破断が生じなかった場合を優秀(◎)とした。
ブレージングシート試料の試験面となる面をマスキングし、50℃のNaOH溶液に浸漬することにより逆面の皮材を除去した。その後、3003合金をコルゲート成形し、山数20を有するフィンとしたものを、ブレージングシート試料のろう材面に配置して図2のように組み合わせた。即ち、ブレージングシート試料とフィンとの接点は40箇所存在することとなる。これを5%のフッ化物フラックス水溶液中に浸漬し、600℃で3分のろう付加熱に供した。この試料のフィンを剥し、ブレージングシート試料とフィンとの接点の中でフィレットが形成されていたものの数をNとし、接合率(%)をN/40として求めた。この接合率が95%以上であり、かつ、ブレージングシート試料の心材もしくは3003合金フィン材に溶融が生じていない場合をろう付性が合格である(○)とし、フィン接合率が95%未満又はブレージングシート試料の心材もしくは3003合金フィン材に溶融が生じた場合をろう付性が不合格(×)であるとした。尚、この評価試験において、ろう材が両面にクラッドされている場合は、皮材1のみを試験面とした。また、皮材2に犠牲陽極材がクラッドされている場合、又は、皮材2がクラッドされていない場合は、皮材2は試験面としなかった。
ブレージングシート試料に、表7から選択した条件でろう付相当の加熱を施した後、表8から選択した人工時効処理を施し、50mm×50mmに切り出し、試験面の逆側を樹脂によってマスキングした。この評価試験で試験面とは、ろう材にZnが添加されている試料についてはろう材面を試験面とし、犠牲陽極材がクラッドされている試料については犠牲陽極材面を試験面とした。いずれ該当しない試料については耐食性の評価を行なわなかった。そして、試験面がろう材の場合は、ASTM−G85に基づいてSWAAT試験に供し、500時間で腐食貫通の生じなかったものを合格(○)とし、腐食貫通の生じたものを不合格(×)とした。また、試験面が犠牲材の場合は、Cl−:500ppm、SO4 2−:100ppm、Cu2+:10ppmを含有する88℃の高温水中で8時間、室温放置16時間を1サイクルとするサイクル浸漬試験を3ヶ月間実施し、腐食貫通の生じなかったものを合格(○)とし、生じたものを不合格(×)とした。
製造した各ブレージングシートを電縫加工により偏平なチューブ状に成形した。その一方で、3003合金のフィン材をコルゲート成形した。そして、図3に示すように、3本の偏平チューブ1と、2枚のコルゲートフィン2、及び厚さ2mmの2枚の3003合金板3とを組み合わせた。ここで、2枚の3003合金板材3の表面同士の長さは100mmとなるようにした。これを5%のフッ化物フラックス水溶液中に浸漬し、200℃で乾燥後に表7から選択した条件でノコロックろう付を行なって、試験コア4を作成した。
本願発明の実施例である試験No.1〜10は、心材の組成について本発明で規定する条件を満たしており、製造性、化合物の面積及び数密度、ろう付後の耐クリープ性、ろう付性、腐食深さ、熱交換器における定ひずみ高温疲労のいずれも合格であった。
試験No.12では、心材のMg成分が少なすぎたため、ろう付後の耐クリープ性が不合格であった。
試験No.13では、心材のSi成分が多すぎため、ろう付時にブレージングシート心材の溶融が生じ、ろう付性が不合格であった。
試験No.14では、心材のMg成分が多すぎため、ろう付時にフィンの未接合が生じ、ろう付性が不合格であった。
試験No.15では、心材のFe成分が多すぎため、ろう付時に心材へのろうの侵食が生じ、ろう付性が不合格であった。
試験No.17では、心材のMn成分が多過ぎたため圧延中に割れが生じ、ブレージングシートを製造することができなかった。
試験No.18では、心材のCu成分が多過ぎたため鋳造時に割れが生じ、ブレージングシートを製造することができなかった。
上記の通り、本願発明の実施例である試験No.1〜10は、ろう材の組成についても本発明で規定する条件を満たしているため、各評価結果は良好であった。尚、ろう材にZnを添加している本発明例5、6については、ろう材面の腐食深さについても優れていた。これに対して、試験No.19、20、22は、ろう材の必須構成元素の観点から下記の点で製造性、ろう付性のいずれかが不合格であった。
試験No.20では、ろう材のSi成分が多過ぎたためフィンの溶融が生じ、ろう付性が不合格であった。
試験No.22では、ろう材のFe成分が多過ぎたため圧延中に割れが生じ、ブレージングシートを製造することができなかった。
試験No.23では、ろう材のCr、Zr、Ti、V成分が多過ぎたため圧延中に割れが生じ、ブレージングシートを製造することができなかった。
試験No.24では、ろう材のMn成分が多過ぎたため圧延中に割れが生じ、ブレージングシートを製造することができなかった。
試験No.25では、ろう材のNa及びSr成分が多過ぎたためフィンとの未接合が生じ、ろう付性が不合格であった。
試験No.26では、ろう材のZn成分が多過ぎたため、耐食性が不合格であった。
試験No.27では、ろう材のZn成分が少な過ぎたため、耐食性が不合格であった。
本発明に係るブレージングシートは、必要に応じて犠牲陽極材を備えることができる。本願発明の実施例である試験No.1〜10は、好適組成の犠牲陽極材を備え各評価結果は良好であった。これに対し、比較例である試験No.28〜34は、以下の通り、犠牲陽極材の組成が本発明で規定する条件を満たしていないため、製造性、耐食性が不合格となった。
試験No.29では、犠牲陽極材のFe成分が多過ぎたため圧延中に割れが生じ、ブレージングシートを製造することができなかった。
試験No.30では、犠牲陽極材のCr、Zr、Ti、V成分が多過ぎたため圧延中に割れが生じ、ブレージングシートを製造することができなかった。
試験No.31では、犠牲陽極材のMn成分が多過ぎたため圧延中に割れが生じ、ブレージングシートを製造することができなかった。
試験No.32では、犠牲陽極材のZn成分が少な過ぎたため、耐食性が不合格であった。
試験No.33では、犠牲陽極材のZn成分が多過ぎたため、耐食性が不合格であった。
試験No.34では、犠牲陽極材のMg成分が多過ぎたため、熱間圧延において心材と犠牲陽極材を圧着できず、ブレージングシートを製造することができなかった。
本発明はろう付前の心材の金属組織を規定するものである。そして、この金属組織は製造条件(加熱工程、クラッド熱延工程における材料温度)を適切にすることにより発現する。本発明の試験No.1〜10、及び、35〜41は、好適組成の材料を好適な製造条件のもと製造されたものであり、製造性、化合物の面積及び数密度、ろう付後の耐クリープ性、ろう付性、腐食深さ、熱交換器における定ひずみ高温疲労のいずれも合格であった。
試験No.43では、加熱工程における保持温度及びクラッド熱延開始時の温度が低すぎたため、ろう付前の心材におけるMgを含む化合物の面積及び数密度が大きすぎ、耐クリープ性及び熱交換器における定ひずみ疲労が不合格であった。
試験No.44では、クラッド熱延開始時の温度が低すぎたため、ろう付前の心材におけるMgとSiを含む化合物の面積及び数密度が大きすぎ、耐クリープ性及び熱交換器における定ひずみ疲労が不合格であった。
試験No.45では、クラッド熱延開始において材料温度が300〜480℃となっている時間が長すぎたため、ろう付前の心材におけるMgを含む化合物の面積及び数密度が大きすぎ、耐クリープ性及び熱交換器における定ひずみ疲労が不合格であった。
試験No.46では、クラッド熱延終了時の温度が高すぎたため、ろう付前の心材におけるMgを含む化合物の面積及び数密度が大きすぎ、耐クリープ性及び熱交換器における定ひずみ疲労が不合格であった。
本発明に係るブレージングシートは、ろう付条件を適切にすることで、ろう付性を良好なものとすることができる。また、ろう付後の人工時効処理についても好ましい条件にて行うことで、ろう付後の耐クリープ性等をより高くすることができる。この検討結果を表10に示す。表10の試験は、上記と同様の材料を使用し、評価方法も同様とした。
Claims (8)
- アルミニウム合金からなる心材と、前記心材の少なくとも一方の面にクラッドされたAl−Si系合金からなるろう材とを備えるアルミニウム合金ブレージングシートにおいて、
前記心材は、Si:0.3〜1.5mass%、Fe:0.05〜1.0mass%、Mg:0.05〜0.6mass%を含有し、残部Al及び不可避的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:2.5〜13.0mass%、Fe0.05〜2.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であり、
前記心材は、ろう付前の任意断面において、Mgを含有する金属間化合物であって面積が0.1μm2以上ものを測定した際、その平均の面積が1μm2以下であり、かつ、その数密度が1個/μm2以下であることを特徴とする高強度アルミニウム合金ブレージングシート。 - 心材が、更に、Mn:0.05〜2.0mass%、Cu:0.05〜2.0mass%、Ti:0.05〜0.3mass%、Zr:0.05〜0.3mass%、Cr:0.05〜0.3mass%、及び、V:0.05〜0.3mass%から成る群から選択される1種以上を含有する請求項1に記載の高強度アルミニウム合金ブレージングシート。
- 心材の少なくとも一方の面にクラッドされたろう材が、更に、Zn:0.3〜8.0mass%、Cu:0.05〜2.0mass%、Mn:0.05〜2.0mass%、Ti0.05〜0.3mass%、Zr:0.05〜0.3mass%、Cr:0.05〜0.3mass%、V:0.05〜0.3mass%、Na:0.001〜0.05%、Sr:0.001〜0.05%から成る群から選択される1種以上を含有する請求項1又は請求項2に記載の高強度アルミニウム合金ブレージングシート。
- 心材の一方の面にろう材がクラッドされ、前記心材の他方の面にはアルミニウム合金からなる犠牲陽極材がクラッドされており、
前記犠牲陽極材は、Zn:0.3〜8.0mass%、Si:0.05〜1.5mass%、Fe:0.05〜2.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金である請求項1〜請求項3のいずれかに記載の高強度アルミニウム合金ブレージングシート。 - 犠牲陽極材が、更に、Mn:0.05〜2.0mass%、Mg:0.5〜3.0mass%、Ti:0.05〜0.3mass%、Zr:0.05〜0.3mass%、Cr:0.05〜0.3mass%及びV:0.05〜0.3mass%から成る群から選択される1種以上を含有する、請求項4に記載の高強度アルミニウム合金ブレージングシート。
- 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の高強度アルミニウム合金ブレージングシートの製造方法であって、
心材及びろう材のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、
鋳造された心材の少なくとも一方の面に鋳造されたろう材を組み合わせて合わせ材とする合わせ工程と、
前記合わせ工程後において合わせ材を加熱保持する加熱工程と、
前記加熱工程後において合わせ材を熱間圧延するクラッド熱延工程と、
前記クラッド熱延後に冷間圧延する冷延工程と、
前記冷延工程の途中又は後に1回以上の焼鈍を施す焼鈍工程とを含み、
前記加熱工程において、加熱温度を480〜550℃、温度到達後の保持時間を0〜10時間とし、
前記クラッド熱延工程において、熱延開始時の合わせ材温度を480〜550℃とし、クラッド熱延時に合わせ材の温度が300〜480℃となっている時間を30分以下とし、熱延終了時の材料温度を320℃以下とする、
高強度アルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。 - 合わせ工程で、鋳造された心材の一方の面に鋳造されたろう材を組み合わせ、心材の他方の面に鋳造された犠牲陽極材を組み合わせて合わせ材とする請求項6に記載の高強度アルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
- 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の高強度アルミニウム合金ブレージングシートを流路形成部品用の材料として用いる熱交換器の製造方法であって、
前記高強度アルミニウム合金ブレージングシートをろう付け接合する工程を含み、
前記ろう付け接合の加熱後の冷却において、300℃までの冷却速度を30℃/min以上とし、
ろう付後に温度160〜180℃、時間1分〜10時間の人工時効処理を施す、熱交換器の製造方法。
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