JPH03281760A - ろう付性及び耐食性の優れたアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法 - 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、アルミニウム合金ブレージングシートの製造
方法に関し、特に耐食性、ろう付性に優れたアルミニウ
ム合金ブレージングシートの製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、アルミニウム合金製熱交換器は、自動車のラジェ
ータ、オイルクーラー　インタークーラー　ヒータ及び
エアコンのエバポレータやコンデンサあるいは油圧機器
や産業機械のオイルクーラーなどの熱交換器として使用
されている。

アルミニウム合金製熱交換器の中に、アルミニウム合金
製クラツド材（ブレージングシート）を成形加工したも
のを重ね合わせて流体通路を構成し、その流体通路の間
にコルゲート・加工したアルミニウム合金製フィンを組
合せ、ろう付けにより一体化して作られるものがある。

例えば、ドロンカップ型エバポレータは、第３図、第４
図に示すようにプレス成形したアルミニウム合金製クラ
ツド材（ブレージングシート；両面にろう材をクラッド
したもの）からなるコアプレートｌａ、　ｌｂとコルゲ
ート加工したアルミニウム合金クラッド２を積層し、ろ
う付けによりコアプレートのろう材を溶融してコアプレ
ートとフィンを接合するどともにコアプレート１ａとｉ
ｂとの間に冷媒の流路３を形成する。

コアプレートとしては芯材にＡｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−、Ｍ
ｎ−Ｃｕ系、Ａ　１−　Ｍ　ｎ−Ｍ　ｇ系、Ａ　Ｉ　−
Ｍ　ｎ　−Ｃｕ−Ｍ　ｇ系などのＭｎを含有するアルミ
ニウム合金、例えば月５Ａ３００３合金、同Ａ　３００
５合金などが用いられ、芯材の片面又は両面にＡｌ−５
ｉ系、Ａｌ−５ｉ　−Ｍｇ系、Ａ　Ｉ−Ｓ　ｉ　−Ｍｇ
−Ｂ　ｉ系、Ａｌ−５ｉ　−Ｍｇ−Ｂｅ系、Ａｌ−５ｉ
−Ｂｉ系、Ａｌ−８ｉＢｅ系、Ａｌ−５ｉ−Ｂｉ−Ｂｅ
系などのＡｌ−５ｉ系合金からなるろう材をクラッドし
た材料（ブレージングシート）が用いられている。

フィン材としてはＡｌ−Ｍｎ系合金にＣｕ。

Ｍ　ｇ　％　Ｚ　ｎ　％　Ｓ　ｎ　−、Ｉ　ｎなどが添
加されたアルミニウム合金が用いられている。

ろう付は方法としては、真空ろう付は法が一般的である
が、塩化物系フラックスや弗化物系フラックスを用いる
ろう付は法も用いられる。

従来アルミニウム合金製コアプレートとして使用されて
きたブレージングシートは、」二述のとおりＭｎを含有
する合金（例えばＡ　３００３合金、Ａ　３００５合金
など）を芯材とするものであるが、これらは耐孔食性が
不十分であり、冷媒用通路材に適用した場合、孔食によ
る貫通漏洩事故が発生し問題となっている。

そこでブレージングシートの耐食性を向上させるために
、芯材中にＣｕやＴｉあるいはＣｒ、Ｚｒなど添加する
方法（特開昭６３−２４１１３３、特開昭［１４−８３
３９６、特願平１−７１３７７６）、更にカソードとな
る化合物を形成して耐食性を劣化させるＦｅの二を０．
２％以下と限定する方法（特開昭６４−８３３９Ｇ）あ
るいはＦｅ及びＳｌの回を０．２％以下と限定する方法
（特開昭Ｇｌ−２４１１３３）が提案されている。

このようにＦｅあるいはＦｅとＳｉの量を限定した（Ａ
料の場合、ろう付けを行う際、第８図（ａ）に示すアル
ミニウム合金クラッド４４（ブレージングシート）のろ
う材４．４が、第８図（ｂ）に示すように芯材５中に侵
食しやすく　（最大侵食深さ：　ｃ−ｄ）、そのために
接合部に集積されるろう材が不足して、第５図に示すフ
ィレット厚さ（ａ−ｂ）が減少し、継手強度あるいは熱
交換器の耐圧強度が低下したり、あるいは芯材の耐食性
が劣化するなどの問題がある。

この問題を解決するために、ブレージングシートの芯材
の結晶粒度を５０〜１５０μＩとする方法（特開昭８１
１９５２３９号、同６３−１９５２４０号）やブレージ
ングシートを焼鈍した後、冷間加工により歪を導入する
方法（特開昭６３−１５７７９１号、特開昭６３−２Ｇ
８５９３）が提案されている。しかし、前者の場合結晶
粒度を５０〜１５０μｍとするのみでは効果が十分でな
く、一方後者の場合には冷間加工材であるためにコアプ
レートのプレス加工時に割れが発生するという問題があ
る。

又、本出願人はろうの侵食を’ＩＪｌ＋止する方法とし
て、芯材中のＭｎ系化合物のうち粒子径（円相当直径）
か０．１ａｌｌ以下のものの個数割合を３５％以下とし
たブレージングシートが提案した（特願平１−７Ｆｉ７
７６）。ＦｅあるいはＦｅとＳｉのｍを限定した材料の
場合でもこのようにＭ　ｎ系化合物を制御すればろうの
侵食はμノ＋１．できる。

しかしＦｅあるいはＦｅとＳｉの回を限定した材料の場
合、ブレージングシートを常法で製造するのみでは上記
のようにＭｎ系化合物を制御することが難しく、ろうの
侵食を防止できていない。

以上述べたように従来のドロンカップ型熱交換器コアプ
レート用アルミニウム合金クラツド材では、熱交換器用
材料と１２で目的を十分達成できず、特に耐孔食性に優
れると同時に芯材中へのろうの侵食が生じにくい材料、
すなわちろう付は性に優れた材料が望まれていた。

そこで本発明の目的はＭｎを含有しＦｅの二を限定した
Ａｌ合金芯材を用いたブレージングシートのろう付性を
向上させるための製造方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、前記した課題を解決するため、Ｆｅの量
を限定したＡｌ−Ｍｎ系合金芯芯材均質化処理時とその
後の加熱時におけるＭｎ系化合物の析出及び成長につい
て詳細な検討を加えた結果、均質化処理温度と、該処理
から熱間圧延に至るまでに４００〜５５０℃の温度範囲
にある時間の合計時間の二つの要素を制御することによ
り　０．１μｍ以下のＭｎ系化合物の割合を少なくする
ことができ、これにより皮材からのろうの侵食を有効に
防止できることを知見し、本発明に至った。

すなわち、本発明は （１）　Ｍ　ｎ　：　　ＯＪ〜２．０重量％、Ｃｕ：０
．１〜１．０重量％、Ｆｅ：０．３重量％以下を含み、
残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる合金の鋳塊を均質
化処理し、これを芯材としてこの片面又は両面に少なく
ともＳｉを含むＡｌ合金ろう材を皮材として複合し、こ
れを熱間圧延した後、冷間圧延を施し、最終焼鈍を行−
）てアルミニウム合金ブレージングシートを製造する方
法において、前記均質化処理を５６０〜６２０℃で行い
、かつ該均質化処理後、熱間圧延に至るまでの間におい
て４００〜５５０℃の温度範囲に合計９時間以上保持す
るろう付性及び耐食性の優れたアルミニウム合金ブレー
ジングシートの製造方法、 （２）芯材カ更ニＳ　ｉ　：　　１．０重ｆｉｔ　％　
以下、及び／又はＭｇ：１．Ｑ重量％以下含む請求項（
１）記載のアルミニウム合金ブレージングシートの製造
方法及び （３）芯材が更にＴ　ｉ　：　０．３５重量％以下含む
請求項（１）又は（２）記載のアルミニウム合金ブレー
ジングシートの製造方法である。

本発明においてアルミニウム合金ブレージングシートの
芯材として使用する上記アルミニウム合金の各成分の作
用及び含有量について説明する。

Ｍｎ：強度を向上させる。又、電位を貴に【−で犠牲陽
極フィン材との組合せにより耐食性を向上させる作用も
ある。０．３重量％未満・では効果が十分でなく、２．
０重量％を越えると鋳造時に粗大な化合物が生成し、健
全なブレージングシートが得られない。

Ｃｕ二強度を向上させる。又、電位を貴にして犠牲陽極
フィン材との組合せにより耐食性を向上させる作用もあ
る。０．１重量％未満では効果が十分でなく、１．０重
量％を越えると芯材自体の耐食性が悪くなる。

Ｆｅ　：　ＦｅはＡｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ。

Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−８ｔなどの化合物を形成し、これら
の化合物がＡｌ母材に対するカソードとなって耐食性を
劣化させる。

０．３重量％を越えると耐食性の劣化が著しいが、０．
３重量％以下であれば耐食性は良好である。

Ｓｉ　：Ａ　ｌ　−Ｍｎ−Ｓ　ｉ系化合物、あるいはＭ
ｇが共存するときはＭｇ２Ｓｉの析出物を形成（２、強
度を向上させる。上限を越えるとろう何時に局部溶融が
生じ、又、耐食性も劣化する。

Ｍｇ：強度を向上させる。特にＣｕとの共存あるいはＳ
ｔとの共存により時効硬化して強度を向上させる。上限
を越えると耐食性が劣化する。

Ｔｌ、芯材の耐食性をより一層向上させる。すなわちＴ
ｉは濃度の高い領域と低い領域に分かれ、それらが板厚
方向に交互に分布して層状となり、Ｔｉ濃度が低い領域
が高い領域に比べて優先的に腐食することにより腐食形
態を層状にする。その結果板厚方向への腐食の進行を妨
げて材料の耐孔食性を向上させる。０．３５重量％を越
えると鋳造時に粗大な化合物が生成し、健全なプレージ
ングシートが得られない。

その他の元素：　Ｚ　ｎ　％　Ｃｒ　ｓ　Ｚ　ｒなどは
本発明の効果を損なわない範囲で含まれてもよい。

但し、Ｚｎは芯材の電位を卑にし、犠牲陽極フィン材と
の電位差を小さくして耐食性を害するので０．２重量％
以下にする必要がある。

又、上記の芯材の片面又は両面に複合する皮材としての
ろう材は、Ｓｉを含むＡｌ合金のろう材が用いられる。

真空ろう付の場合はＡｔＳ　ｉ　−Ｍｇ系合金やＡ　Ｉ
−８ｉ　−Ｍｇ−Ｂ　ｉ系合金などが用いられる。フラ
ックスろう付の場合はＡｌ−５ｉ系合金が用いられる。

又、その他のろう付方法を用いたり、その他の元素例え
ばＢｅ、Ｃｕ、Ｚｎ％Ｉｎ、、Ｓｎ等を添加したろう材
を用いたりしても本発明の効果を損なうことはない。

次に本発明ブレージングシートの製造方法について説明
する。

本発明のブレージングシートは基本的には芯材合金の鋳
塊を均質化処理し、これの片面又は両面にろう材合金の
皮材を複合し、熱間圧延を行った後、冷間圧延及び最終
焼鈍を実施して製造する。冷間圧延の途中で中間焼鈍を
行ってもかまわない。ただし、芯材合金鋳塊の均質化処
理温度、及び均質化処理以降熱間圧延までに４００〜５
５０℃の温度範囲にある時間の合計は以下の理由で限定
されなければならない。

（１）芯材の均質化処理温度：均質化処理は鋳造時に晶
出した化合物を固溶させたり、均一分散させたりすると
同時に、鋳造時に過飽和に固溶している元素を析出させ
成長させる。特にＭｎ系化合物を析出させ成長させるこ
とは、ろうの侵食を防止するのに重要である。均質化処
理温度が５６０℃未満ではＭｎ系化合物の成長が不足し
、粒子径０．１μ−以下のものの個数割合が３５％を越
えて、ろうの侵食を防止できない。

５６０〜６２０℃で均質化処理を行うと、Ｍｎ系化合物
は成長し、ろうの侵食を防止するのに有効である。ただ
し、Ｆｅが０４重量％以下と少ない芯材合金の場合、Ｍ
ｎの固溶限をドげるというＦｅの作用が弱くなるため、
このように比較的高い均質化処理温度ではＭ　ｎの固溶
ｍが多くなり、これがその後の熱間圧延あるいは最終焼
鈍時に加工組織上に微細に析出し、ろうの侵食を促進す
る。従って固溶化たＭｎは加工を加える前に、すなわち
熱間圧延までに析出させておく必要がある。この析出は
均質化処理以降熱間圧延までに４００〜５５０℃の温度
範囲に一定時間保つことで達成される。

一方、均質化処理温度が６２０℃を越えるとＭｎ系化合
物の成長はよく進むが、Ｍｎの固溶量が多くなりすぎ、
引き続いて４００〜５５０℃で析出させることが難しく
なったり、析出させるのに長時間を要して経済的でなく
なったすする。

（ｉｆ）芯材を均質化処理温度に保持して後熱間圧延ま
での間で、４００〜５５０　℃の温度範囲にある時間の
合＝１°：均質化処理温度に保持した後４００〜５５０
℃の温度で固溶していたＭｎを析出させる。この時析出
は先に存在した析出物の部分で生ずるので、析出物が成
長するのみで、粒子径０．１μｍ以ドの微細析出物とは
ならない。こうして固溶Ｍｎの多くを析出させておくと
、その後の熱間圧延時あるいは最終焼鈍時に加工組織上
に析出する微細析出物が少なくなり、結果として粒子径
０１μｌ以下の析出物の個数割合が３５％以下となって
ろうの侵食を防止できる。

ＦｅＱが０．３％以下と少ない芯材合金の場合、前記の
ように均質化処理時にＭｎの固溶■が多くなり、更にＦ
ｅが少ないために４００〜５５０　”Ｃにおける析出も
遅くなる。Ｓｔも少ない合金では更に析出が遅くなる。

従って本発明材の場合Ｍｎを析出させるために４００〜
５５０　”Ｃの温度範囲に合計９１１「以上保持するこ
とが必要となる。

９１１「未満では固溶Ｍｎが多く残り、熱間圧延時ある
いは最終焼鈍時に粒子径０，１μｌ以下の微細析出物が
析出し、その個数割合が３５％を越えてろうの侵食が生
ずる。９Ｈｒ以上であれば長時間であるほど望ましいが
、２０　Ｉｔ　ｒを越えると実質的にはそれ以上の効果
がなく、経済的でなくなるのみである。

４００〜５５０℃以上の温度に保持する時間は、分割し
てももよく、合計で９）１■以上であればよい。又、こ
の時間には均質化処理温度に保持した後冷却過程で４０
０〜５５０℃の範囲を通過する時間や熱間圧延のための
加熱における昇温過程や保持において４００〜５５０℃
の範囲にある時間も含まれる。合計時間を９８ｒ以上と
する具体的な方法を規定する必要はないが、例えば第１
図のような方法がある。第１図（ａ）は熱間圧延のため
の加熱の保持時間（Ｙ）を長くし、Ｘ＋Ｙを９１１■以
上としたもの、第１図（ｂ）は均質化処理後の冷却途中
で４００〜５５０℃の間に保持しくＸ）ｘ十ｙを９Ｈｒ
以上としたもの、第１図（ｃ）は均質化処理と熱間圧延
の間に４００〜５５０℃の温度で加熱処理を行い（Ｚ）
、Ｘ＋Ｙ＋Ｚを９Ｈｒ以上としたもの、第１図（ｄ）は
均質化処理の後の冷却を徐冷としくｘ）　　ｘ十ｙを９
ｔｈ以上としたものである。第２図は比較のために示し
た常法でＸ　十Ｙは９Ｈｒ未満である。なお、第１図、
第２図いずれの場合にも芯材と皮材の複合は熱間圧延の
ための加熱の前に行われる。

［実施例］ 以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。

第１表に示す１９種類の組成の合金を溶解、連続鋳造し
、均質化処理を施した後、切断、面側して、厚さ２１ａ
ｍ、幅１５０ｍｍ、長さ　１５０ｍ５の芯材素材とした
。一方、ＪＩＳ　ＢＡ４００４合金（Ａｌ１０％ｓｉ　
　　１．５％Ｍｇ）を同様に鋳造、面側し、４８０℃に
て熱間圧延を行い、厚さ　４，５■の皮材とした。この
皮材を芯材の両面に重ね合わせ、４８０℃で熱間圧延を
行って厚さ　３ｍｍ＋のクラツド材を得た。

この際、芯材の均質化処理温度、均質化処理から熱間圧
延までの加熱パターン、及び４００〜５５０℃の温度範
囲にある時間（ｘ十ｙ又はＸ十ｙ＋ｚ）は、第２表のと
おりとした。この後冷間圧延により厚さ　０．８μｍの
板とし、３７０℃で最終焼鈍を行ってＯ材のコアプレー
ト用クラツド材（ブレージングシート）とした。

こうして得たコアプレート用クラツド材（ブレージング
シート）の芯材中のＭｎ系化合物の粒子径は、１万倍の
透過電子顕微鏡写真を５視野（面積合ｉｔ　２００μｍ
２）撮影し、画像解析装置により化合物粒径（円相当直
径）分布を／ｌ１１１定した。

次にコアプレート用クラツド材（ブレージングシート）
を切り出し、第５図に示すようなプレス加工材を得、こ
れらを第６図のように積層して真空ろう付けを行った。

ろう付は時の真空度（圧力）は５Ｘ１０°５Ｔｏｒｒ以
下、温度は６００℃、保持時間は３１０とした。この後
、断面顕微鏡観察によりＴＳ７図に示す接合部のろう材
のフィレット厚さ（ａ−ｂ）と、第８図（ａ）、（ｂ）
に示す最大侵食深さ（ｃ−ｄ）を求めた。

又、各材料の耐食性を評価するために、第４図の積層ろ
う付は品についてＣＡＳＳ試験（ＪＩＳ　Ｄ　０２０１
）を１カ月間実施し、最大孔食深さを７１１１１定した
。更に同様の真空加熱処理を行ったコアプレート用クラ
ツド材（ブレージングシート）の引張強さを求め、それ
らの結果をまとめて第２表に示す。

本発明例Ｎ　ｏ、ｌＡ　−ＩＤ、　２＾、３＾〜３Ｃ，
４＾、５＾、６Ａｌ７＾〜７Ｃ，８Ａ、　９＾、１０＾
〜１０Ｃの場合、０．１μω以下の粒子の個数割合が３
５％以下であり、フィレット厚さが大きく、最大侵食深
さが小さく、最大孔食深さが小さく、引張強さも大きい
。

比較例Ｎｏ、ｌＥｓ　２Ｂ、　３Ｄ、　４Ｂ、　５１３
．　！、　７Ｄ、　８Ｂ。

９Ｂ及びＩＯＣの場合、均質化処理温度が低いために、
０．１μ−以下の粒子の割合が３５％を越え、フィレッ
ト厚さが小さく、最大侵食深さが大きく、又、その結果
として最大孔食深さがやや大きいものが多い。

Ｎｏ、ＩＰ、　２Ｃ，３Ｂ、　４Ｃ，５Ｃ，８Ｃ，７Ｅ
、　８Ｃ，９Ｃ及びＩＯＥの場合、Ｘ＋Ｙ又はｘ＋ｙ十
ｚが９１１ｒ未満であるため、０，１μ−以下の粒子の
割合が３５％を越え、フィレット厚さが小さく、最大侵
食深さが大きく、又、その結果として最大孔食深さがや
や大きい。

Ｎ　ｏ、３Ｆ、　７Ｆ及びＩＯＰの場合、均質化処理温
度が高いために引続く加熱でＭｎを十分に析出させるこ
とができず、最終的に０．１μ−以下の粒子の割合が３
５％を越え、フィレット厚さが小さく、最大侵食深さが
大きく、又、最大孔食深さとがやや大きい。

Ｎ　ｏ、１１はＭｎが少ないために引張強さが低く、Ｎ
　ｏ、１２はＭｎが多いために健全なブレージングシー
トが得られていない。

Ｎｏ、１３はＣｕが含まれないために最大孔食深さが深
く、引張強さがやや低い。Ｎｏ、１４はＣｕが多いため
に最大孔食深さが大きい。

Ｎｏ、１５はＦｅが多いために最大孔食深さが大きい。

Ｎｏ、１８はＳｔが多いためにろう何時に芯材溶融か生
じている。

Ｎ　ｏ、１７はＭｇが多いために最大孔食深さが大きい
。

Ｎｏ、１８はＴｉが多いために健全なブレージングシー
トが得られていない。

Ｎｏ、１９Ａ　、　１９ＢはＡ　３００３合金を芯材に
したものであるが、Ｆｅが多いためにＸ＋Ｙ又はＸ十ｙ
十ｚがｌ　２　ＩＩ　ｒでも　７１１「でも　０．１μ
−以下の粒子の割合が３５％以下になり、フィレット厚
さが大きく、最大侵食深さが小さい。しかしながら、Ｆ
ｅが多いために最大孔食深さが大きくなっている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば耐食性とろう付性
を兼備したブレージングシートを提供でき、熱交換器の
耐久性が向上し、耐圧強度が上昇する。これらの結果、
ブレージングシートの薄肉化も可能となり、熱交換器の
軽量化あるいはコストダウンにも寄与することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明における均質化処理から
、熱間圧延に至る間の加熱パターンを説明する図、第２
図は同比較例の加熱パターンを説明する図、第３図及び
第４図は公知のドロンカップ型エバポレータの構成を説
明する図、第５図は実施例におけるプレス加工材の構成
を説明する図、第６図は該プレス加工材のろう付積層体
を説明する図、第７図は第６図に示するう付接合部Ａの
拡大図、第８図（ａ）　、（ｂ）は皮材であるろう材の
芯材部への侵食を説明する図。 第 図 （（１） 第 図 第 ３ 図 オ オ ＝（１））

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｎ：０．３〜２．０重量％、Ｃｕ：０．１〜１
   ．０重量％、Ｆｅ：０．３重量％以下を含み、残部Ａｌ
   及び不可避的不純物からなる合金の鋳塊を均質化処理し
   、これを芯材としてこの片面又は両面に少なくともＳｉ
   を含むＡｌ合金ろう材を皮材として複合し、これを熱間
   圧延した後、冷間圧延を施し、最終焼鈍を行ってアルミ
   ニウム合金ブレージングシートを製造する方法において
   、前記均質化処理を５６０〜６２０℃で行い、かつ該均
   質化処理後、熱間圧延に至るまでの間において４００〜
   ５５０℃の温度範囲に合計９時間以上保持することを特
   徴とするろう付性及び耐食性の優れたアルミニウム合金
   ブレージングシートの製造方法。
2. （２）芯材が更にＳｉ：１．０重量％以下、及び／又は
   Ｍｇ：１．０重量％以下含む請求項（１）記載のアルミ
   ニウム合金ブレージングシートの製造方法。
3. （３）芯材が更にＴｉ：０．３５重量％以下含む請求項
   （１）又は（２）記載のアルミニウム合金ブレージング
   シートの製造方法。