JPH04127961A - アルミニウム合金クラッド材および熱交換器 - 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］ この発明は、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ッド材（プレージングシート）に関
し、そのプレス成形性、耐孔食性及びろう付は温度でろ
う材が芯材に侵食することを防止するというろう付は性
を向上させたアルミニウム合金クラッド材（プレージン
グシート）に関するものである。

［従来の技術］ 従来、アルミニウム合金製熱交換器は、自動車のオイル
クーラー　インタークーラー　ヒータおよびエアコンの
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は、アルミニウム合金製ク
ラッド材（プレージングシート）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ている。例えば、ドロ
ンカップ型エバポレータは、第１図、第２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ッド材（プレ
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１ａＳｌｂとコルゲート加工したア
ルミニウム合金製フィン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
接合するとともにコアプレートｌａと１ｂ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　Ｉ　−Ｍ　ｎ　−Ｍ　ｇ系、Ａ　Ｉ　
−Ｍ　ｎ　−Ｃｕ　−Ｍ　ｇ系などのＭ　ｎを含有する
アルミニウム合金、例えばＪＩＳ３００３合金、同３０
０５合金などが用いられ、芯材の片面または両面にＡｌ
−５ｉ系、Ａｌ−５１−Ｍｇ系、Ａ１−８ｉ　−Ｐｖｌ
ｇ−Ｂｉ系、Ａｌ−５ｉ　−ＭｇＢｅ系、Ａｌ−８ｉ−
Ｂｉ系、Ａｌ−３ｉ−Ｂｅ系、Ａ　Ｉ−５ｉ−Ｂ　１−
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（プレージングシート）か用いられている。

フィン材としては、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｍｎ　−Ｍ　
ｇ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｚｎ系などの
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。

［発明が解決しようとする課題］ 従来アルミニウム合金製コアプレートとじて使用されて
きたプレージングシートは、上述のとおりＭｎを含有す
る芯材合金（例えば３００３合金、３００５合金など）
が使用されているが、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、通路材の耐孔食性を向上させるために通路材よ
り電位の卑なフィン材（例えばＡｌ−Ｍ　ｎ　−Ｚ　ｎ
系、Ａｌ−Ｍｎ−５ｎ系合金など）を用い、フィン材の
犠牲陽極効果で通路材を防食することが考えられている
が、このものはフィン接合部近傍しか効果がなく、フィ
ン接合部から離れると、フィンの犠牲陽極効果が届かな
くなり、孔食が発生していた。

また、ろう付けを行う際、第６図（ａ）に示すアルミニ
ウム合金クラッド材（プレージングシート）のろう材４
．４が、第６図（ｂ）に示すように芯材５を侵食しく最
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
問題かある。

この問題を解決するために、発明者らは先に、Ａｌ−Ｍ
ｎ合金に（ｕＳＭｇＳＴｉおよびＳｉを添加し、Ｍｎ系
化合物の大きさと量の関係を規制し、板厚方向に周期的
なＴｉ含有量の濃度差を示す組織を有するアルミニウム
合金を芯材とする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ッド材を開発し、特願平１−７
６７７６号として出願した。

しかしながら、このクラッド材においては、耐食性にお
いては十分な改善が得られるが、コアプレートのプレス
成形時に割れが生じやすいという技術的問題点がある。

本発明はかかる問題点を解決し、プレス成形性および耐
食性ともにすぐれたアルミニウム合金材を提供しようと
いうものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、上記問題点を解決するために種々検討し
た結果、Ａｌ−Ｍｎ系合金にＣｕとＭ　ｇをある特定の
範囲の量づつ共存させること、Ｔｉを０．０６〜０．３
５％含有させ板厚方向においてＴｉ含有量の濃度差を有
する組織とすること、更に不純物としてのＳｉを０．１
％未満、Ｆｅを０．３％以下に限定することにより耐孔
食性が向上することを見出した。また、ろうが芯材を侵
食する機構を種々検討した結果、ろう付は時に芯材が再
結晶を起こさないで、プレス加工による転位セルやサブ
グレインが残存する場合に、拡散が発生することを見出
した。この知見から、芯材を再結晶しやすくするにはど
うすればよいかを種々研究した結果、芯材中のＭｎ系化
合物（Ａ　ｌ−Ｍｎ、　Ａ　１−Ｍｎ−Ｆ　ｅ、　Ａ　
Ｉ　−Ｍｎ−５ｉ、　Ａ　Ｉ　−Ｍｎ−Ｆ　ｅ−５ｉな
ど）の粒子径を調整し、粒子径が０．１μｍ以下である
微細化合物の数を減少させることが、有効であることを
知見した。更に不純物としてのＳｉを０．１％未満に限
定することによって、微細化合物を少なくすればプレス
成形時の割れが生じにくいことを見出し、本発明を完成
した。

本発明は、（１）Ｍ　ｎ　：　ＯＪ〜１．５％、Ｃｕ：
０．０５〜０，３５り６、’Ｆ’１　ｇ　：　０．０５
〜０．５０％、Ｔｌ：０．０６〜０．３５％、Ｓｉ：０
．１％未満、Ｆｅ：０．３不可避的不純物からなるアル
ミニウム合金を芯材とし、その片面または両面にＳｉを
含有するアルミニウム合金ろう材を皮材として構成され
たことを特徴とする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ッド材並びに（２）Ｍ　ｎ　
：　ＯＪ〜１．５％、Ｃｕ　：　０．０５〜０．３５％
、Ｍ　ｇ　：　０．０５〜０．５０％、Ｔ　ｉ　：　０
．０６〜０．３５％、Ｓｉ：０．１％未満、Ｆｅ：０．
３％以下（たたし、Ｃｕ［％］−０，２≦　Ｍｇ　　［
％コ　≦　Ｃｕ［％］十０．２）を含有し、残部Ａ１お
よび不可避的不純物とからなる組成を有し、かつＭｎ系
化合物のうち粒子径（円相当直径）が０．１μ■以下の
ものの個数割合が３５％以下、さらに板厚方向において
周期的なＴｉの濃度差を有するアルミニウム合金を芯材
とし、その片面または両面にＳｉを含有するアルミニウ
ム合金をろう材としてクラッドしたアルミニウム合金ク
ラッド材、である。

［作　用］ 次に、芯材の成分を限定した理由について説明する。

Ｍｎ；強度を高めるとともに、耐孔食性を高める。更に
芯材の電位を責にして表面のろう材層やフィン材との電
位差を大きくし、フィンの犠牲陽極作用による防食効果
を向上させる。０．３％未満では効果が充分でなく、１
．５％を越えると鋳造時に粗大な化合物が形成され、板
材の製造が困難となる。

Ｃｕ：強度を高めるとともに、芯材の電位を責にして表
面のろう材層やフィン材との電位差を大きくし、フィン
の犠牲陽極作用による防食効果を向上させる。この効果
は、Ｍｇと共存するとよく発揮される。０．０５％未満
では効果が充分でなく　、０．３５％を越えるとクラッ
ド材の伸びが低下してプレス成形時に割れを生じやすく
なる。

Ｍｇ：強度を高める。また、Ｃｕと共存することにより
芯材の耐食性を上げる。これはＣｕの偏在例えば粒界析
出などをＭ　ｇが抑制し、その結果、耐食性を向上させ
るものと考えられる。また、ＭｇはＣｕと共存すること
により、芯材の電位を責にしてフィン材との電位差を大
きくし、フィンの犠牲陽極効果をよく発揮させる。−船
釣には、Ｍｇがアルミニウム合金中に添加されると合金
の電位が卑になる。しかし、ＭｇがＣｕと共存する場合
は、ＭｇがＣｕの偏在例えば粒界析出を抑制してＣｕを
結晶粒内に留めるために、ろう付は時に結晶粒内のＣｕ
の固溶量が多くなり、電位が責になるものと考えられる
。Ｍｇが０．０５％未満ではこれらの効果が充分でなく
　、０．５０％を越えるとクラッド材の伸びが低下して
プレス成形時に割れを生じやすくなる。

Ｔ 上記のＭｇ添加による耐食性向上効果は、ＭｇとＣｕが
共存することによってよく発揮される。従って、Ｍ　ｇ
の全はＣｕ量との関係において、一定の範囲内になけれ
ばならない。すなわち、次式を満たすことか必要である
。

Ｃｕ　　［％ツー０．２　　≦　Ｍ　　ｇ　　［％コ　
　≦　Ｃｕ［％コ＋０．２そして、Ｃｕ［％ツー０．２
＞Ｍｇ［％コの場合はＭｇ量に比してＣｕ量が過多とな
り、Ｃｕの偏在が生して耐食性か低下する。一方、Ｍｇ
［％］＞Ｃｕ［％コ＋０．２の場合には、Ｃｕ量に比し
てＭｇ量が過多となり、Ｍｇの偏在が生じて耐食性か低
下する。

ｉ　：Ｔｉは、材料の板厚方向に濃度の高い領域と低い
領域とに分かれ、それらか交互に分布する層状となり、
Ｔｉ濃度の低い領域か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効果を有し、それ
により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。しかし、含有量か０．０６％未満では、
この効果が少な（０，３５５’ｏを越えると鋳造が困難
となり、また、加工性か劣化して健全な材料の製造が困
難となる。

Ｓｉ、Ｆｅ：不純物としての５ｉＳＦｅは、耐食性を低
下させる。また、Ｓｉが多くなると、微細化合物か多く
なりやすく、このためプレス成形時に割れか生じやすく
なる。

従って、Ｓ　ｉ　：　０．１％未満、Ｆ　ｅ　：　０．
３９６以下にする必要かある。

Ｍｎ系化合物　芯材中のＦｖｌ　ｎ系化合物（ＡｌＭ　
ｎ　、　Ａ　Ｉ　−Ｍ　ｎ　−Ｆ　ｅ　、　Ａ　Ｉ　−
Ｍ　ｎ　−８ｉ、　Ａ　Ｉ　−Ｍｎ−Ｆ　ｅ−３ｉなど
）のうち粒子径（円相当直径）が　０．１μｍ以下のも
のは、プレス加工による転位セルやサブグレンをピン止
めし、再結晶を抑制する傾向かある。そして、　０．１
μｍ以下の化合物の割合か３５％を越えると再結晶を抑
制する作用が強くなり、ろう付は時に芯材中へのろうの
拡散か激しくなる。更に、プレス成形時の割れも生しや
すくなる。したかって、これを３５％以下とした。

Ｔｉ含有量の濃度差：芯材中のＴｉ含有量の濃度差及び
その周期幅を調整した組織とすることにより、腐食形態
は層状型となり、それにより板厚方向への腐食の進行を
抑制して、材料の耐孔食性を向上させる。Ｔｉ含有量の
濃度差か０．０５％未満では濃度差による電気化学的な
特性の差は発生せず、腐食形態は孔食型となり、耐孔食
性が低下する。

また、Ｔｉ含有量の濃度の周期幅が　２μ■未満では腐
食形態を層状型とする効果は少なく、５０μ卸を越える
と層状型腐食の効果が少なく、耐孔食性を向上させる効
果が少ない。

なお、このような材料を製造する好ましい条件は、次に
示すようである。芯材を鋳造する時の鋳塊の冷却速度は
、Ｔｉ含有量の濃度差の周期幅を調整するための好まし
い条件であり、たとえば、１００℃／Ｓを越えるとこの
効果か不十分であり、０．１’Ｃ／ｓ未満ではＴｉ含有
量の濃度差の周期性が不均一となり、耐孔食性か低下す
る。

このような鋳塊を均質化処理し、これを芯材としてこの
片面または両面に少なくともＳｌを含むＡ１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、最終焼鈍をおこなって、アルニミウム合金プレ
ージングシートを製造する。但し、本発明合金のように
Ｓｉ及びＦｅ量を少なくした芯材の場合、常法で製造す
るのみては０．１μｍ以下のＭｎ系化合物の個数割合を
調整することができないので、次のいずれかの方法によ
らなければならない。

（１）前記のプレージングシートの製造方法におて、均
質化処理を５６０〜６２０℃で行い、かつ該均質化処理
後、熱間圧延にいたるまでの間において、４００〜５５
０℃の温度範囲に合計４時間以上保持する。

（２）前記のプレージングシートの製造方法におて、均
質化処理を５６０〜６２０℃で行い、最終焼鈍を昇温速
度２００℃／ｈ以下、焼鈍速度３５０〜５００℃で行い
、かつ焼鈍時間を ＫＩ十に２≧４５ ここでＴ１　：焼鈍温度（Ｋ） ｔｌ　：焼鈍温度１に保持している 時間（ｈ） Ｔ２：３５０℃と焼鈍温度との平均温度（Ｋ）　　、Ｔ
２　−（ｆ３２３＋Ｔ＋　　）／２ｔ２：焼鈍時の昇温
及び降温過程で、 ３５０℃と焼鈍温度との間にある 時間（ｈ） を満足する条件で行う。

［実施例１コ 第１表に示す１８種類の組成の合金を溶解、連続鋳造（
冷却速度２℃／５ｅｃ）　Ｌ、厚さ３０＋ｎ＋ｎ、幅１
７５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの鋳塊を、６００℃にて均質
化処理した後、冷却途中で４００〜５５０℃の範囲に６
ｈ存在するように冷却した。そして、長さ方向に切断の
後、鋳塊長さ方向を厚さ２ｂｎｍとし、幅１５０■、長
さ　１５０ｍｍの芯材素材とした。一方、ろう材合金４
１０４　（Ａ　Ｉ　　１０％　Ｓ　ｉ　　１．５９６Ｍ
　ｇ−０，１％Ｂｉ）を同様に鋳造、面側し、４８０℃
にて熱間圧延を行い、厚さ　４．５＋＋＋ｎ＋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のクラッド材を得た。

その後冷間圧延により厚さ　０．６ｍｍの板とし、３８
０℃で最終焼鈍を行ってＯ材のコアプレート用クラッド
材（プレージングシート）とした。コアプレート用クラ
ッド材（プレージングシート）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
積合計２００μｌ１２）撮影し、画像解析装置により化
合物粒径（円相当直径）分布を測定した。

また、芯材の板厚方向に於いて周期的に０．０５％以上
のＴｉの濃度差を有する周期幅は、Ｘ線マイクロアナラ
イザーを用いてＴｉの線分析を行った結果から測定した
。

次に、コアプレート用クラッド材（プレージングシート
）を切り出し、第３図に示すようなプレス加工材を得、
これらを第４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５ｘ　１０’　Ｔｏｒ
ｒ以下、温度は６００℃、保持時間は３ｍ１ｎとした。

この後、断面顕微鏡観察により第５図に示す接合部のろ
う材のフィレット厚さ（ａ−ｂ）と、第６図（ａ）　、
　（ｂ）に示す最大侵食深さ（ｃ−ｄ）を求めた。

また、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（Ｊ　Ｉ　Ｓ　　ＤＯ
２０１）を１カ月間実施し、最大孔食深さを測定した。

さらに、クラッド材そのもの（素材）の引張試験を行う
とともに、前記と同様の真空加熱処理を行った後、クラ
ッド材（プレージングシート）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。

第１表 第２表 本発明例Ｎｏ１〜６の場合、０．１μｍ以下の化合物粒
子の割合が２２％以下、Ｔｉ濃度の周期幅が６〜１９μ
ｍであり、最大侵食深さか小さく、フィレット厚さか大
きく、ＣＡＳＳ試験後の最大孔食深さか０．１６ｍｍ以
下と小さく、素材の伸びが２７％以上と大きく、真空加
熱後の引張強さも１３ｋｇｆ／ｍｍ２以上と大きい。

比較例Ｎｏ７の場合、Ｍ　ｎか少ないために、最大孔食
深さがやや大きく、真空加熱後の引張強さが小さい。

Ｎｏ８はＰｖｌ　ｎか多いために健全なりラッド材が得
られなかった。

Ｎｏ９はＣｕか少ないために最大孔食深さが大きく、真
空加熱後の引張強さもやや小さい。

Ｎ　ｏ　１０はＣｕが多いために最大孔食深さが大きく
、素材の伸びか小さい。

Ｎ０１１はＭｇか少ないために最大孔食深さが大きく、
真空加熱後の引張強さもやや小さい。

Ｎ０１２はＭｇか多いために最大孔食深さが大きく、素
材の伸びか小さい。

Ｎ　ｏ　１３およびＮ　ｏ　１４はＣｕ　−０，２≦Ｍ
ｇ≦Ｃｕ　＋　０．２を満足しないために、最大孔食深
さか大きい。

Ｎ　ｏ　１５はＴｉが少ないために、最大孔食深さが大
きい。

Ｎ　ｏ　１６はＴｉが多いために健全なりラッド材が得
られていない。

Ｎｏ１７はＳｉが多いために伸びが小さい。

Ｎ　ｏ　１８はＦｅが多いために最大孔食深さが大きい
。

［実施例２］ 第１表の１．２および４の芯材合金を用いて、第３表に
示す製造方法で実施例１と同様に０．６ｍａｍのクラッ
ド材（プレージングシート）を作成した。そして、実施
例１と同様に０．１μ「以下の化合物粒子の割合、Ｔｉ
濃度の周期幅、ろうの最大侵食深さ、フィレット厚さ、
およびＣＡＳＳ試験後の最大孔食深さを調べた。結果を
第３表に示す。

本発明のＮｏＩＡ％　１８％　２Ａ、２Ｂ、４Ａ。

４Ｂの場合、０．１μｍ以下の粒子の割合は２．３％以
下であり、Ｔｉ′ａ度の周期幅は５〜１７μｍであり、
最大侵食深さは９０μω以下と小さく、フィレット厚さ
は１　、３＋ｎｍ以上と大きく、最大孔食深さもＯ，１
６ｍｍ以下と小さい。

比較例ＮｏＩＣ１２Ｃ，４Ｃの場合、鋳造時の冷却速度
か小さいために、Ｔｉ濃度の周期幅が大きく、一方、Ｎ
ｏ１Ｄ、２Ｄ、４Ｄの場合、鋳造時の冷却速度か大きい
ために、Ｔｉ濃度の周期幅が小さく、これらのために最
大孔食深さがやや大きい。

Ｎｏ１Ｅ、２Ｅ、４Ｅの場合、均質化処理温度が低く、
Ｎｏ１Ｆ、２Ｆ、４Ｆの場合、均質化処理温度が高く、
またＮｏ１Ｇ、２Ｇ、４Ｇの場合、均質化処理後、熱間
圧延までの間の４００〜５５０℃での時間か４ｈに満た
ず、かつ最終焼鈍時のに、　十に２が６０未満であり、
これらのためにいずれも０．１μｍ以下の化合物粒子の
割合が３５％を越え、最大侵食深さが大きく、フィレッ
ト厚さが小さい。そして、このようなろうの侵食の結果
、 最大孔食深さが大きくな− ている。

第３表 ［発明の効果］ 本発明の材料は、従来材料に比べてプレス成形性、耐孔
食性及びろう付は性に優れている。

従って本発明の材料をドロンカップ型熱交換器に適用し
た場合、ろう付はプレージングシートのフィレット形状
が十分となり、ろう付は部の耐圧強度が上昇する。また
、耐食性の向上により、熱交換器としての性能が長期間
持続する。

これらのことにより、材料の薄肉化も可能であり、熱交
換器の軽量化に対応できるものである。

【図面の簡単な説明】

Ｎ１図はドロンカップ型エバポレータの斜視図、第２図
は同正面図、第３図はプレス加工材の形状の説明図、第
４図は積層試験片の断面図、第５図は第４図のＡ部拡大
図、第６図（ａ）はろう付前のプレージングシートの構
成図、第６図（ｂ）はろう材の侵食状態の説明図である
。 特許出願人　住友軽金属工業株式会社 代理人　弁理士　小　松　秀　岳 代理人　弁理士　旭　　　　　宏

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｎ：０．３〜１．５％（重量％、以下同じ）、
   Ｃｕ：０．０５〜０．３５％、Ｍｇ：０．０５〜０．５
   ０％、Ｔｉ：０．０６〜０．３５％、Ｓｉ：０．１％未
   満、Ｆｅ：０．３％以下（但し、Ｃｕ［％］−０．２≦
   Ｍｇ［％］≦Ｃｕ［％］＋０．２）を含有し、残部Ａｌ
   および不可避的不純物とからなる組成を有するアルミニ
   ウム合金を芯材とし、その片面または両面にＳｉを含有
   するアルミニウム合金ろう材を皮材として構成されたこ
   とを特徴とする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ッド材。
2. （２）Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．
   ０％、Ｍｇ：０．０５〜０．５０％、Ｔｉ：０．０６〜
   ０．３５％、Ｓｉ：０．１％未満、Ｆｅ：０．３％以下
   （但し、Ｃｕ［％］−０．２≦Ｍｇ［％］≦Ｃｕ［％］
   ＋０．２）を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物と
   からなる組成を有し、かつＭｎ系化合物のうち粒子径（
   円相当直径）が０．ｌμｍ以下のものの個数割合が３５
   ％以下、さらに板厚方向において周期的なＴｉ含有量の
   濃度差を示す組織を有するアルミニウム合金を芯材とし
   、その片面または両面にＳｉを含有するアルミニウム合
   金ろう材を皮材として構成されたことを特徴とするドロ
   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
   ラッド材。