JP6964552B2 - アルミニウム合金およびアルミニウム合金製クラッド材 - Google Patents
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例えば特許文献1では、Si、Fe、Cu、Mn、Mgの合金元素を添加したアルミニウム合金を用いた、ろう付後強度に優れたブレージングシート用の心材が開示されている。
また、本発明に係るアルミニウム合金製クラッド材は、前記記載のアルミニウム合金を心材として用いたものである。
また、本発明に係るアルミニウム合金製クラッド材は、前記心材と、前記心材の一方の面に設けられたろう材と、前記心材の他方の面に設けられた犠牲材と、を備える。
本実施形態に係るアルミニウム合金は、アルミニウム合金製クラッド材の心材に用いられるものである。
アルミニウム合金は、Si、Mn、Cu、Mg、Agを所定量含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなる。
さらに、アルミニウム合金は、Fe、Zr、Cr、Tiのうち1種類以上を所定量含有してもよい。
以下、各成分の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量は、アルミニウム合金全体についての含有量である。
Siは、母材に固溶すること、および、MnとともにAl−Mn−Si系の金属間化合物を形成することでろう付後強度を向上させる。また、Siは、Mgとともに、ろう付後強度を増加させる。Siの含有量が0.1質量%未満では、強度向上の効果が小さい。一方、Siの含有量が1.0質量%を超えると、固相線温度が低下し、ろう付時に溶融が生じる恐れがある。したがって、Siの含有量は、0.1質量%以上1.0質量%以下とする。
Mnは、SiとともにAl−Mn−Si系の金属間化合物を形成することでろう付後強度を向上させる。Mnの含有量が0.5質量%未満では、強度向上の効果が小さい。一方、Mnの含有量が2.0質量%を超えると、金属間化合物が粗大に析出し、圧延性が低下するため製造が困難となる。したがって、Mnの含有量は、0.5質量%以上2.0質量%以下とする。
Cuは、ろう付後に母相に固溶し、ろう付後強度を向上させる。Cuの含有量が0.7質量%未満では、強度向上の効果が小さい。一方、Cuの含有量が3.0質量%を超えると、固相線温度が低下し、ろう付時に溶融する恐れがある。したがって、Cuの含有量は、0.7質量%以上3.0質量%以下とする。
Cuの含有量は、強度向上の観点から、好ましくは1.2質量%以上である。また、固相線温度低下を抑制する観点から、好ましくは2.7質量%以下である。
Mgは、Siとの相互作用により、ろう付後強度を向上させる。また、Mgは、Agとの相互作用により時効強化量を向上させる。Mgの含有量が0.05質量%未満では、強度向上の効果が小さい。一方、Mgの含有量が0.8質量%を超えると、ろう付に用いるフラックスと反応し、ろう付性を著しく低下させる。したがって、Mgの含有量は、0.05質量%以上0.8質量%以下とする。
Mgの含有量は、強度向上の観点から、好ましくは0.1質量%以上である。
Agは、Mgとともにろう付後の時効強化量を向上させる。Agの含有量が0.01質量%未満では、時効強化量の向上効果が不十分である。一方、Agの含有量が0.80質量%を超えると、Ag添加の効果が飽和する。したがって、Agの含有量は、0.01質量%以上0.80質量%以下とする。
Agの含有量は、時効強化量の向上の観点から、好ましくは0.05質量%以上である。また、コストの観点から、好ましくは0.30質量%以下である。
Feは、一般的に知られているように、Al−(Mn、Fe)−Si系およびAl−(Mn、Fe)系金属間化合物を形成させ、分散強化によりろう付後強度を向上させる。ただし、Feの含有量が0.5質量%を超えると、粗大な金属間化合物が形成されることによって、製造性(圧延性)を低下させる。したがって、Feを含有させる場合、Feの含有量は、0.5質量%以下とする。
なお、Feを含有させることによって得られる効果(ろう付後強度の向上)をより確実なものとするため、Feの含有量は、0.02質量%以上が好ましい。また、粗大な金属間化合物の形成をより抑制する観点から、Feの含有量は、0.4質量%以下が好ましい。
Zrは、一般的に知られているように、AlとAl3Zr金属間化合物を形成して、分散強化することで、ろう付後強度を向上させる。ただし、Zrの含有量が0.3質量%を超えると、鋳造時に粗大なAl3Zr金属間化合物を形成し、圧延時に割れが発生し易くなる。したがって、Zrを含有させる場合、Zrの含有量は、0.3質量%以下とする。
なお、Zrを含有させることによって得られる効果(ろう付後強度の向上)をより確実なものとするため、Zrの含有量は、0.03質量%以上が好ましい。また、粗大なAl3Zr金属間化合物の形成をより抑制する観点から、Zrの含有量は、0.25質量%以下が好ましい。
Crは、一般的に知られているように、AlとAl3Cr金属間化合物を形成して、ろう付後強度を向上させる。ただし、心材のCrの含有量が0.3質量%を超えると、鋳造中に粗大な金属間化合物を形成し、圧延時に割れが発生し易くなる。したがって、Crを含有させる場合、Crの含有量は、0.3質量%以下とする。
なお、Crを含有させることによって得られる効果(ろう付後強度の向上)をより確実なものとするため、Crの含有量は、0.05質量%以上が好ましい。また、粗大な金属間化合物の形成をより抑制する観点から、Crの含有量は、0.25質量%以下が好ましい。
Tiは、一般的に知られているように、アルミニウム合金中に層状に分布することによって、板厚方向への腐食の進行速度を低減させることができるため、耐食性を向上させる。ただし、Tiの含有量が0.3質量%を超えると、鋳造時に粗大なAl3Ti金属間化合物を形成し易くなり、加工性が低下するため、圧延時に割れが発生し易くなる。したがって、Tiを含有させる場合、Tiの含有量は、0.3質量%以下とする。
なお、Tiを含有させることによって得られる効果(耐食性の向上)をより確実なものとするため、Tiの含有量は、0.07質量%以上が好ましい。また、粗大なAl3Ti金属間化合物の形成をより抑制する観点から、Tiの含有量は、0.25質量%以下が好ましい。
アルミニウム合金の残部はAlおよび不可避的不純物である。そして、アルミニウム合金の不可避的不純物として、例えば、V、Ni、Ca、Na、Sr、Li、Mo、Zn、Sn、In等が本発明の効果を妨げない範囲で含有されていてもよい。詳細には、V:0.05質量%以下、Ni:0.05質量%以下、Ca:0.05質量%以下、Na:0.05質量%以下、Sr:0.05質量%以下、Li:0.05質量%以下、Mo:0.05質量%以下、Zn:0.05質量%以下、Sn:0.05質量%以下、In:0.05質量%以下の範囲で含有されていてもよい。
そして、V、Ni、Ca、Na、Sr、Li、Mo、Zn、Sn、Inについては、前記した所定の含有量を超えなければ、不可避的不純物として含有される場合だけではなく、積極的に添加される場合であっても、本発明の効果を妨げない。
また、前記したFe、Zr、Cr、Tiについては、積極的に添加してもよいが、不可避的不純物として含まれていてもよい。
本実施形態に係るクラッド材は、前記記載のアルミニウム合金を心材として用いたものである。そして、本実施形態に係るクラッド材は、例えば、図1に示すように、心材2と、心材2の一方の面に設けられたろう材3と、心材2の他方の面に設けられた犠牲材4と、を備える。
以下、クラッド材1のろう材3および犠牲材4について説明する。
本実施形態に係るクラッド材のろう材は、例えば、Al−Si系合金からなる。Al−Si系合金としては、例えば、一般的なJIS合金、例えば4343、4045等が挙げられる。Al−Si系合金としては、例えば、Siを5質量%以上15質量%以下程度含有したものを用いることができる。ただし、Si含有量はこの範囲に限られるものではない。また、ろう材としては、ろう材としての機能を発揮できる公知の成分組成のものであればよく、Al−Si−Zn系合金、Al−Si−Mg系合金等であってもよい。また、その他の元素を含むものであってもよい。
本実施形態に係るクラッド材の犠牲材は、例えば、Al−Zn系合金からなる。Al−Zn系合金としては、例えば、JIS 7000系のAl−Zn系合金が挙げられる。Al−Zn系合金としは、例えば、JIS 7072合金等のZnを1質量%以上15質量%以下程度含有したものを用いることができる。ただし、Zn含有量はこの範囲に限られるものではない。また、犠牲材としては、犠牲防食能を発揮できる公知の成分組成のものであればよく、Al−Zn−Mg系合金、Al−Zn−Si系合金、Al−Zn−Mn−Si系合金、JIS 1000系の純アルミニウム等であってもよい。また、その他の元素を含むものであってもよい。
本実施形態に係るクラッド材について、図1に示す3層構造の構成を例示して説明したが、その他の構成を除外するものではない。
例えば、本実施形態に係るクラッド材の構成は、使用者の要求に応じて、心材2と犠牲材4との間に中間材を設けてもよい。また、犠牲材4の外側にろう材をさらに設けてもよい。また、心材2とろう材3との間に犠牲材や中間材を設けてもよい。なお、中間材としては、要求特性によって、種々なアルミニウム合金を用いることができる。
なお、本明細書に示す合金番号は、JIS H 4000:2014、JIS Z 3263:2002に基づくものである。
本実施形態に係るアルミニウム合金は、クラッド材の心材として用いることができる。本実施形態に係るクラッド材としては、例えば、アルミニウム合金ブレージングシートが挙げられる。アルミニウム合金ブレージングシートは、例えば、自動車熱交換器の部材、例えば、ラジエータのチューブ材等に用いることができる。
本実施形態に係るアルミニウム合金の製造方法は特に限定されず、公知の製造方法で製造される。製造方法の一例を以下に示す。
まず、所定の成分組成のアルミニウム合金を溶解、鋳造後に面削加工し、均質化処理を施した後、熱間圧延および冷間圧延で所定の板厚まで圧延して製造する。なお、冷間圧延の途中および終了後には必要に応じて焼鈍を施す。最終焼鈍を実施する場合、中間焼鈍を省略することが可能である。また、調質はH1n、H2n、H3n、Oのいずれでもよい。
本実施形態に係るクラッド材の製造方法は特に限定されず、公知の製造方法で製造される。製造方法の一例を以下に示す。
ろう材および犠牲材として用いるアルミニウム合金は、所定の成分組成を溶解、鋳造後に必要に応じて面削加工し、所定の板厚まで圧延もしくは機械的にスライスして製造する。次に、心材の片面にろう材、他方の面に犠牲材を重ね合せ、この重ね合せたものに熱処理(合わせ加熱)を施し、熱間圧延により圧着する。その後、冷間圧延で所定の板厚まで圧延してクラッド材を製造する。なお、冷間圧延の途中および終了後には必要に応じて焼鈍を施す。最終焼鈍を実施する場合、中間焼鈍を省略することが可能である。また、調質はH1n、H2n、H3n、Oのいずれでもよい。
常法により、表1に示す成分組成のアルミニウム合金を鋳造し、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、最終冷間圧延を行い、板厚0.30mmのアルミニウム板材を作製した。
そして、アルミニウム板材を必要に応じた大きさに切断して、大気中で590℃以上の温度範囲(最大595℃)で4分間保持するろう付相当熱処理を行った後、室温で保持したものを供試材とした。
下記方法で引張試験をそれぞれ実施し、ろう付相当熱処理から14日後の引張強さが180MPa以上、かつ、Ag以外は同じ組成であるAg無添加材(No.8、9)よりも14日後の時効強化量(ろう付相当熱処理直後から14日後の引張強さの向上量)が増加したものをろう付後強度に優れる材料とした。
供試材から、JIS5号試験片を作製し、引張試験機を使用して引張強さを測定した。クロスヘッド速度は0.2%耐力に到達するまでは5mm/分で実施し、その後は15mm/分で試験片が破断するまで実施した。
引張強さの絶対値のみで強度評価を行った場合、Cuの高強度効果が大きく、添加したAgの効果が示しにくい(Cu下限Ag上限材よりもCu上限Ag無添加材の方が強度の絶対値が大きくなるため)。そこで、引張強さの絶対値に加え、Ag添加材とAg無添加材との時効強化量の差により、Agの高強度化効果を明確に示す。
また、ろう付相当熱処理直後の引張強さ、ろう付相当熱処理から14日後の引張強さは、表1中、それぞれ、直後の引張強さ、14日後の引張強さと記載する。
なお、No.8、9は、Agを含有しないAg無添加材であり、参考例とする。
また、No.1、2は、Agを適量含有しているため、Ag以外は同じ組成であるAg無添加材(No.8)よりも時効強化量が増加し、14日後の引張強さが高くなった。
また、No.3、4は、Agを適量含有しているため、Ag以外は同じ組成であるAg無添加材(No.9)よりも時効強化量が増加し、14日後の引張強さが高くなった。
No.5は、Cuの含有量が少ないため、14日後の引張強さが低かった。なお、No.5は、Cuの含有量が少ないため、Ag無添加材との時効強化量の比較はできなかった。
No.6は、Agの含有量を増加しても14日後の引張強さと時効強化量が飽和したため、比較例とした。
No.7は、Cuの含有量が多いため、ろう付相当熱処理時に溶融した。
No.9は、Agを含有しないため、Agを含有し、その他は同じ組成であるNo.3、4と比べて、14日後の引張強さが低く、かつ、時効強化量が少なかった。
2 心材
3 ろう材
4 犠牲材
Claims (4)
- アルミニウム合金製クラッド材の心材に用いられるアルミニウム合金であって、
Si:0.1質量%以上1.0質量%以下、Mn:0.5質量%以上2.0質量%以下、Cu:0.7質量%以上3.0質量%以下、Mg:0.05質量%以上0.8質量%以下、Ag:0.01質量%以上0.80質量%以下を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。 - Fe:0.5質量%以下、Zr:0.3質量%以下、Cr:0.3質量%以下、Ti:0.3質量%以下のうちの1種以上をさらに含有す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。
- 請求項1または請求項2に記載のアルミニウム合金を心材として用いたことを特徴とするアルミニウム合金製クラッド材。
- 前記心材と、前記心材の一方の面に設けられたろう材と、前記心材の他方の面に設けられた犠牲材と、を備えることを特徴とする請求項3に記載のアルミニウム合金製クラッド材。
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