JPH01162742A - 熱交換器用アルミニウム合金および合わせ材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱交換器に用いるアルミニウム合金および合わ
せ材に関し特にろう付は前の成形加工性に優れ、かつろ
う付は後の強度に優れたアルミニウム合金およびその合
わせ材に係るものである。

〔従来の技術とその問題点〕

従来熱交換器、特に自動車用熱交換器であるラジェータ
ー、ヒーター、オイルクーラーおよびエアコン用のエバ
ポレーク、コンデンサ等の多くはＡ１合金製であり、所
望形状に成形後組み付け、ろう付けにより接合されてい
る。これら熱交換器用の材料としては第１表に示すＡｌ
またはＡＰ、合金がある。これらＡｌまたはＡ２合金は
焼鈍状態もしくは多少の加工硬化状態で成形加工される
。

これらのＡｊ２またはＡ１合金を単独で使用する場合と
してはエアコン用熱交換器の押出多穴チューブ、積層タ
イプのエバポレータやオイルクーラーのフィン或いはオ
ールＡｌタイプのラジェータの配管等があり、さらにこ
れらのＡＰまたはＡｆ合金を合わせ材として使う場合は
第２表に示すようなアルミニウム合余ろう材を皮材とし
て第１表のＡｌまたはＡｆ合金芯材の片面或いは両面に
クラッドしたプレージングシートが用いられる。

上記のプレージングシートの使用例としてはエアコン用
熱交換器のフィン材、積層タイプのエバポレータやオイ
ルクーラーのシート材およびラジェーターのチューブ、
ヘッダー或いはタンク材等があり、さらにラジェーター
のチューブ、ヘッダー材では冷却水または冷却液の流れ
る部材内部の耐食性向上のために冷却水または冷却液と
接触するブレーン、ングシートの面に芯材より電位の低
い犠牲陽極層を設けて貫通孔食の発生を防止している材
料も使用されている。

また家庭用や業務用エアコン等の熱交換器のフィン材に
もＡ２合金が使われている。

近年熱交換器の小型化、効率化の要望が強くなり熱交換
器の各部材は放熱性を向上する目的で形状が複雑化する
傾向にある。また同時に軽量化を図るため各部材の肉厚
は減少する傾向にもある。

このため熱交換器用材料には複雑な形状に成形が可能な
高い延性および成形性と薄肉化番こ対応し得る高い強度
とを合わせ持つことが要求されている。

しかし従来の材料においては第１表から明らかなように
高い延性を存する材料は強度が低く、また高い強度を有
する材料は延性が低い相反する性質があり、したがって
高い延性、成形性とろう付は後にも高強度を同時に有す
る材料はなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記の問題について検討の結果なされたもので
、ろう付は前の成形加工工程においては高い延性と形成
性を有し、かつろう付は後の強度も従来合金と同等以上
の性能を有する熱交換器用アルミニウム合金および合わ
せ材を開発したものである。

Ｃ問題点を解決するための手段および作用〕本発明はＳ
ｉ０．１〜０．６ｗｔ％、Ｍｇ０．１〜０．６ｗｔ％、
Ｔ　ｉ　０．００１〜０．１ｗｔ％およびＦ　ｅ０．０
５〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ０．０１〜　０．４ｗｔ％、Ｚ
　ｒ０．０１〜０．２−ｔ％、Ｂ０．０ＯＯ１〜０．１
ｉｉｔ％のいずれか１種または２種以上を含み残部Ａｌ
からなる熱交換器用アルミニウム合金合を第１発明とし
、Ｓｉ０．１〜０．６−ｔ％、Ｍ　ｇ０．１”　０．６
ｗｔ％、Ｔ　ｉ　０．００１〜０．１ｗｔ％およびＦ　
ｅ０．０５〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ０．０１〜０．４ｗｔ
％、Ｚ　ｒ０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｂ０．０ＯＯ１〜
０．１ｗｔ％のいずれか１種または２種以上を含み残部
Ａｌからなるアルミニウム合金を芯材とし、咳芯材の片
面もしくは両面にＳｉ５ｗｔ％以上を含むアルミニウム
合金ろう材または／および芯材よりも５０ｍｖ以上卑な
電位を有するアルミニウム合金皮材をクラッドしてなる
熱交換器用アルミニウム合金合わせ材を第２発明とする
ものである。

すなわち本発明は１４２にＳｉ、Ｍｇ５Ｔｉおよびこれ
にＦｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂのいずれか１種または２種以上
を添加することにより、ろう付は前の成形加工性を向上
せしめ、かつろう付は後の強度に優れた熱交換器用アル
ミニウム合金としたものであり、また上記合金を芯材と
し、この片面もしくは両面にＳｉ５ｗｔ％以上を含むア
ルミニウムろう材、または／および芯材よりも５０ｍｖ
以上を卑な電位を存するアルミニウム合金皮材をクラッ
ドして強度および耐食性に優れた熱交換器用アルミニウ
ム合金合わせ材としたものである。

以下に本発明において合金組成を上記のように限定した
理由について述べる。

先ずＳｔは主として単体もしくはＭｇと共にＭｇ、ｓｉ
の析出物を生しるが、本発明材が焼鈍状態にある場合は
Ｓｉは単体もしくはやや粗大なＭｇ、Ｓｉ析出物として
存在し材料強度には殆ど寄与しない。しかし材料からろ
う付は加熱を受けると、これら析出物を構成する原子は
拡散し、母相中に固溶し析出物は消滅していく。さらに
ろう付は終了後の冷却時および冷却後に室温に置かれる
ことにより、ＳｉはＭｇと共に極めて微細なＭ’　ｇ　
ｚＳｉの析出物を生じる。この微細な析出物は材料の強
度を顕著に向上させる効果を生じる。Ｓｉが０．１ｗｔ
％未満ではろう付は後の強度が充分ではなく、０．６ｗ
ｔ％を越えるとろう付は時にろう材中のＳｔが拡散し、
材料中のＳｔと共に結晶粒界を脆弱にするおそれがある
。特に０．２５〜Ｑ、５ｗｔ％の範囲で添加することが
好ましい。

Ｍｇはマトリックス中に固溶すると同時にＳｉと共にＭ
ｇ、Ｓｔの析出物を生じる。マトリックスに固溶するＭ
ｇは材料の延性と強度とを同時に向上させる。材料が焼
鈍状態にある場合はＭｇはマトリックスに固溶すると共
に前記のように強度に殆ど寄与しないやや粗大なＭｇ、
Ｓｉ析出物として存在するが、ろう付は加熱およびその
後の冷却と室温放置により極めて微細な析出物とマトリ
ックス中への固溶元素として、それぞれに存在する。こ
のためＭｇは焼鈍状態においては延性のように、ろう付
は加熱後においては強度と延性の向上に寄与する。　　
０．１ｗｔ％未満ではこれらの効果が充分でなく、０．
６ｗｔ％を越えると耐食性が低下し特に耐粒間腐食性が
劣化する。特に０．２５〜０．５％４ｔ％の範囲で添加
することが好ましい。

Ｔｉは材料の組織を均一化し、成形性を向上させる効果
があるが０．００１ｉｉｔ％未満ではその効果が充分で
なく、Ｑ、１ｗｔ％を越えると鋳造時に粗大な金属間化
合物が生じ成形性、耐食性を低下させる。

さらにＦｅ、、Ｃｒ、、Ｚ「、Ｂの各元素は材料中の再
結晶粒を微細にし、その結果、特にろう付は前の成形加
工時の延性、成形性の向上に寄与する。

それぞれ下限未満では、これらの効果が充分でなく、上
限を越えると、延性、成形性を低下させる。

これらの各元素の効果は同様であるが、効果の大きさは
若干具なり、Ｂは他の元素より小さく、Ｃｒ、Ｚｒは、
組織コントロール効果は大きいが同時に強度が向上する
傾向があり添加量が増大した場合に延性、成形性を低下
させる場合がありこれらを２種以上添加する場合注意を
要する。Ｆｅはこれらの元素の内で最も特性をコントロ
ールし易い元素であるが、同時に若干の耐食性の低下を
もたらす場合がある。したがってこれらの元素は単独で
も効果は得られるが、２種以上の元素を適量複合添加す
ることが好ましく、合計の添加量は０．８ｗｔ％を越え
ないことが望ましい。

なお上記の説明において焼鈍状態について述べた現象お
よび効果は材料が加工硬化を受けている場合においても
全く同様であり、本発明材を成形加工する際の状態は完
全に焼鈍されている状態のもの、或いはこれに多少の加
工を加えた状態のもの何れでも差支えない。

次に本発明の上記のアルミニウム合金を芯材とした合わ
せ材について説明する。

先ず合わせ材の１つは上記ＡＩ！、合金を芯材とし、そ
の片面または両面にＳｉ５ｗｔ％以上含むろう材をクラ
ッドするものであるが、ろう材のＳｔ含有量をＳｉ１ｔ
％以上と限定したのは５ｗｔ％未満では液相線温度が高
いためろう材が十分熔融せずろう付けが困難となるから
である。このため通常のろう材は５〜１５ｗｔ％のＳｔ
を含有するものが使用されており、さらにろう付は性改
善の目的でＢｅ、Ｂｉ、Ｍｇ等を微量添加するのも良い
。またろう材を陰極防食の犠牲層として作用させるため
にＺｎ。

Ｓｎなどを少量添加してもよい。なおろう材は芯材の片
面または両面に全肉厚の３〜３０％、より好ましくは５
〜１５％の範囲でクラッドするのが良い。

またこのような合わせ材は必要に応じて多層にクラッド
する場合があるが、その場合に本発明合金と該ろう材と
は互いに接している必要はなくそれらの間に１層もしく
は複数層の合金層を介してクラッドしても良い。

さらに本発明に係るＡｌ合金合わせ材の他の１つは上記
Ａ２合金を芯材とし、その片面または両面に芯材より５
０ｍｖ以上卑な電位を有するＡｆ金合金クラッドするも
のであるが該Ａｌ合金の電位を卑とするのはＡ２合金が
陰極防食における犠牲層として作用し芯材を保護するた
めであり、その電位を５０ｖＡν以上としたのはこれ未
満では十分な効果が得られないからであり、例えばＡ！
にＺｎ、Ｓｎ、ＩｎなどをＳｎＳ　Ｉｎは０．０１〜０
．１ｗｔ％、Ｚｎは０．２〜３ｗｔ％添加したＡ１合金
が適用できる。

なおこの犠牲層は全肉厚の１〜２０％、より好ましくは
３〜２０％の範囲でクラッドするのが良い。

またこのような合わせ材を多層にクラッドする場合は本
発明合金に係る芯材と犠牲層とは直接接している必要は
なく、犠牲層は芯材に対して５０ｍｖ以上卑な電位を有
していればよい。

さらに本発明に係るＡｆ合金合わせ材の１つは、上記Ａ
ｌｉ合金を芯材とし、その片面もしくは両面に皮材をク
ラッドし、さらにその上の片面もしくは両面にろう材を
クラッドして、耐食性とろう付は性を改善したものであ
る。この場合においても芯材と皮材および皮材とろう材
は前記したように中間層を設けて多層とすることもでき
る。

以上の本発明合金および合わせ材はフラツクスろう付け
、不活性雰囲気ろう付けおよび真空ろう付は等いかなる
ろう付は工法用材料としても使用できる。さらにこれら
合金および合わせ材は常法により製造することができる
。

（実施例〕 以下に本発明の一実施例について説明する。

実施例１ 第３表に示す組成の合金をＤＣ鋳造により厚さ７０胴、
巾３００■の鋳塊を得た。これを片面３胴づつ面削し、
６００°Ｃで３時間均質化処理を施した後熱間圧延、冷
間圧延により１＋ｎｍ厚さの板材とし、４００°Ｃ２時
間の焼鈍処理を施し供試材とした。この供試材のろう付
は前における強度、延性を引張試験により、また成形性
をエリクセン値により評価した。さらに６００°Ｃで５
分のろう付は加熱を行なった後の強度を引張試験により
評価した。この結果を第３表に併記した。

第３表より明らかなように本発明合金のＮαｌ−Ｎα４
は本発明の組成範囲を外れる比較合金Ｎα５〜Ｎα８お
よび従来合金に比べてろう付は前の延性、成形性に優れ
ている。例えば延性、成形性が本発明合金に比較的近い
Ｎα６、Ｎα７或いは１０５０合金はろう付は後の強度
が本発明合金より劣っている。

逆にろう付は後の強度が本発明合金に近いＮα８および
３００３合金或いは本発明以上の強度を有する６９Ｓｉ
合金はろう付は前の延性、成形性において本発明合金よ
り著しく劣る。このように本発明合金は、ろう付は前の
延性、成形性とろう付は後の強度とのバランスにおいて
優れていることが判る。

実施例２ 第３表に示した本発明合金随１および従来合金の３００
３合金、６９Ｓｉ合金の厚さ７０１Ｍ１、中３００閣の
鋳塊を作製し、これを６００°Ｃで３時間の均質化処理
後、片面３０づつ面前しその片面に皮材として７０７２
合金を、その反対面にろう材として４０４５合金をそれ
ぞれ全板厚の１０％（８ｍ）づつクラッドし熱間圧延、
冷間圧延によりｌｌｌｌ１１厚さの板材とし、これに４
００°Ｃで２時間の焼鈍処理を施して供試材とした。こ
の供試材のろう付は前の強度および延性を引張試験によ
り、成形性をエリクセン値により測定した。またこの供
試材を６００“Ｃで５分のＮ２ガス雰囲気中でフルオロ
アルミン酸カリウム塩フランクス懸濁液を塗布して加熱
ろう付けを行なった後、強度を引張試験、耐食性をＣＡ
ＳＳ試験５００時間（４０４５合金面はシールし、７０
７２合金面から試験）の試験を行なった。この結果を第
４表に示す。

第４表から明らかなように本発明材料は比較材より、ろ
う付は前の延性、成形性において優れ、かつろう付は後
においては耐食性が同等のＢ材より強度が優れ、強度の
優れるＣ材より耐食性が優れていることが判る。

〔効果〕

以上説明したように本発明によれば、ろう付は前の成形
加工性に優れ、複雑な形状の加工が可能であり、かつ、
ろう付は加熱後においても従来材料と同等以上の強度と
耐食性を有する熱交換器用アルミニウム合金および合わ
せ材が得られるもので工業上顕著な効果を奏するもので
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ０．１〜０．６ｗｔ％、Ｍｇ０．１〜０．６
   ｗｔ％、Ｔｉ０．００１〜０．１ｗｔ％およびＦｅ０．
   ０５〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ０．０１〜０．４ｗｔ％、Ｚ
   ｒ０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｂ０．０００１〜０．１ｗ
   ｔ％のいずれか１種または２種以上を含み残部がＡｌか
   らなる熱交換器用アルミニウム合金。
2. （２）Ｓｉ０．１〜０．６ｗｔ％、Ｍｇ０．１〜０．６
   ｗｔ％、Ｔｉ０．００１〜０．１ｗｔ％およびＦｅ０．
   ０５〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ０．０１〜０．４ｗｔ％、Ｚ
   ｒ０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｂ０．０００１〜０．１ｗ
   ｔ％のいずれか１種または２種以上を含み残部Ａｌから
   なるアルミニウム合金を芯材とし、該芯材の片面もしく
   は両面にＳｉ５ｗｔ％以上を含むアルミニウム合金ろう
   材または／および芯材よりも５０ｍｖ以上卑な電位を有
   するアルミニウム合金皮材をクラッドしてなる熱交換器
   用アルミニウム合金合わせ材。