JPH04232222A - 耐食性に優れたアルミニウム合金クラッド材 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ラジエーター、カー
ヒーター、インタークーラー等の各種熱交換器のチュー
ブ等に用いられる耐食性に優れたアルミニウム合金クラ
ッド材、特にろう付加熱その他の加熱処理を実施される
部材として好適に用いられる耐食性に優れたアルミニウ
ム合金クラッド材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のような熱交換器の構成材料
として、特に耐食性が要求されるような場合には、加工
性に優れたＡ３００３合金等のＡｌ−Ｍｎ系合金や６０
００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる心材の少なく
とも片面に、犠牲腐食層としてのＡｌ−Ｚｎ系合金から
なる皮材がクラッドされたアルミニウム合金クラッド材
が使用されていた。かかるクラッド材は、皮材を構成す
るＡｌ−Ｚｎ系合金の犠牲腐食効果により心材の腐食を
防止しもって耐食性の向上を図るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
アルミニウム合金クラッド材では次のような欠点があっ
た。

【０００４】即ち、前記のような熱交換器はろう付によ
って構成部材を相互に接合することにより製作されるの
が一般的であるが、上記のクラッド材をろう付するとろ
う付時の加熱によって皮材中のＺｎが心材中に拡散する
。而して、Ｚｎの拡散が心材の厚さに対して深くなると
、心材自体の耐食性が悪化するため所期するほどの耐食
性を得ることができないという欠点があった。このよう
な欠点は単にろう付加熱時のみに生じるものではなく、
ろう付以外の熱処理時にも同様に生じるものであった。

【０００５】この発明は、このような欠点を解消するた
めになされたものであって、ろう付時その他において加
熱処理を実施した場合にも耐食性の劣化を生じることの
ない耐食性に優れたアルミニウム合金クラッド材の提供
を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発明者は種々実験と研究を繰返した結果、心材にＴ
ｉ、Ｚｒの１種または２種を所定量含有させると、皮材
から心材へのＺｎの拡散を抑制することができることを
知見し、かかる知見に基いてこの発明を完成しえたもの
である。

【０００７】即ち、この発明は、Ｍｎ：０．５〜１．５
ｗｔ％を含有し、さらにＴｉ：０．０５〜０．３ｗｔ％
、Ｚｒ：０．０５〜０．４ｗｔ％の１種または２種を含
有するＡｌ−Ｍｎ系合金からなる心材またはＭｇ：０．
０５〜１．０ｗｔ％、Ｓｉ：０．０５〜０．３ｗｔ％を
含有し、さらにＴｉ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｚｒ：
０．０５〜０．４ｗｔ％の１種または２種を含有するＡ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる心材の少なくとも片面に
、Ａｌ−Ｚｎ系合金からなる皮材がクラッドされている
ことを特徴とする耐食性に優れたアルミニウム合金クラ
ッド材を要旨とする。

【０００８】先ず心材を構成するＡｌ−Ｍｎ系合金にお
いて、Ｍｎ（マンガン）は心材に強度、加工性、及び心
材自体の耐食性を付与することができ、ひいてはクラッ
ド材全体の強度、加工性、耐食性を向上するのに有効な
元素である。しかし、Ｍｎの含有量が０．５ｗｔ％未満
では、上記効果がなく、逆に１．５ｗｔ％を超えても上
記効果が飽和し、コスト上昇に見合うだけの効果が得ら
れない虞れがあるばかりか、粗大晶出物を生成し、加工
性を劣化させる虞れがある。特に好ましいＭｎの含有量
は、０．７〜１．２ｗｔ％である。

【０００９】一方、同じく心材を構成するＡｌ−Ｍｇ−
Ｓｉ系合金において、Ｍｇ（マグネシウム）はろう付加
熱等の熱処理後の心材の強度ひいてはクラッド材全体の
強度向上に寄与するものである。しかし、Ｍｇの含有量
が０．０５ｗｔ％未満では上記効果がなく、逆に１．０
ｗｔ％を超えて含有されるとろう付不良等を発生する。 特に好ましいＭｇの含有範囲は、０．２〜０．５ｗｔ％
である。

【００１０】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金におけるＳｉ（珪
素）も同じく熱処理後の強度向上に寄与するものである
が、０．０５ｗｔ％未満では上記効果に乏しく、逆に０
．３ｗｔ％を超えて含有されると耐食性の悪化のおそれ
がある。特に好ましいＳｉの含有範囲は０．１〜０．２
ｗｔ％である。

【００１１】Ａｌ−Ｍｎ系合金またはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系合金からなる心材に含有されるＴｉ（チタン）、Ｚｒ
（ジルコニウム）は加熱時に皮材中のＺｎが心材へ拡散
するのを抑制して心材自体の耐食性を劣化させるのを防
止する効果がある。同時にまた、Ｔｉ、Ｚｒは特にＡｌ
−Ｍｇ−Ｓｉ系合金に含有された場合には、加熱時に心
材中のＭｇが皮材へ拡散するのを抑制する効果もある。 即ち、Ｍｇを含有する心材では加熱時にＭｇが心材から
皮材へと拡散し、皮材が局部的に高濃度Ｍｇとなって腐
食し易くなるが、Ｔｉ、Ｚｒはこれを防止する効果も有
する。かかるＺｎとＭｇの拡散抑制効果の点で両者は均
等物であり、少なくとも一方が含有されれば足りる。し
かし、Ｔｉ、Ｚｒのいずれもが０．０５ｗｔ％未満では
その効果に乏しくＺｎの拡散を抑制できない。一方、Ｔ
ｉが０．３ｗｔ％を超え、あるいはＺｒが０．４ｗｔ％
を超えても該効果の格別な増大を期待できないばかりか
製造の困難性をも招く。特に好ましい含有量は、Ｔｉ、
Ｚｒともに０．０７〜０．１５ｗｔ％である。

【００１２】心材には、上記元素のほか、例えばＦｅ（
鉄）、Ｃｕ（銅）等の他の元素の含有が許容される。 Ｆｅは、結晶粒微細化と強度向上及び高温での粒界腐食
の抑制に寄与するものであるが、０．０３ｗｔ％未満で
はその効果に乏しく、１．０ｗｔ％を超えると効果が飽
和する。従って、Ｆｅを含有する場合の含有量は、０．
０３〜１．０ｗｔ％程度とすべきである。特に好ましく
は、０．１〜０．６ｗｔ％とすべきである。Ｃｕは皮材
の陰極防食効果、外面（皮材の反対面）からの腐食の進
行防止に寄与するものであるが、０．０５ｗｔ％未満で
はその効果がなく、逆に０．２ｗｔ％を超えると、皮材
へＣｕが拡散するため心材と皮材との電位差が小さくな
り、皮材の陰極防食効果を阻害するという欠点を派生す
る。従って、Ｃｕを含有する場合の含有量は、０．０５
〜０．２ｗｔ％程度とすべきである。特に好ましくは、
０．０７〜０．１５ｗｔ％とすべきである。また、Ａｌ
−Ｍｇ−Ｓｉ系合金心材には、Ｍｎ：０．５〜１．５ｗ
ｔ％程度好ましくは０．７〜１．２ｗｔ％程度の含有も
許容される。このＭｎの添加意義、添加範囲の限定理由
は前述したＡｌ−Ｍｎ系合金心材におけるそれと同じで
ある。

【００１３】一方、Ａｌ−Ｚｎ系合金からなる皮材の組
成において、Ｚｎ（亜鉛）は皮材を犠牲腐食させる元素
であり、これにより心材ひいてはクラッド材の耐食性を
向上させるのに有効な元素である。しかし、０．８ｗｔ
％未満の含有量ではその効果が少なく、逆に５．０ｗｔ
％を超えると過腐食を招いて逆に耐食性を悪化させると
か圧延性を阻害する虞れがある。従ってＺｎの含有量は
０．８〜５．０ｗｔ％とすべきである。特に好ましくは
２〜４ｗｔ％である。

【００１４】なお、皮材にはＳｉ：０．３ｗｔ％以下、
Ｆｅ：０．３ｗｔ％以下程度の不可避不純物の含有が許
容される。また、不純物としてのＣｕの含有量は０．０
５ｗｔ％以下に規制されるのが望ましい。Ｃｕの含有量
が０．０５ｗｔ％を超えると皮材の電位が相対的に貴と
なってＺｎの犠牲腐食効果を阻害する危険があるからで
ある。特に好ましくは０．０１ｗｔ％以下に規制するの
が良い。

【００１５】この発明に係るアルミニウム合金クラッド
材の製造法は、特に限定されることはなく、通常のクラ
ッド材の製造方法と同様に行えば良い。即ち、アルミニ
ウム合金鋳塊に均質化処理、面削等を施したのち、熱間
圧延、冷間圧延を順次的に施して心材と皮材とをクラッ
ドすれば良い。

【００１６】この発明に係るクラッド材は、皮材を腐食
環境側に配置して使用される。例えば、第１図に示すア
ルミニウム製ラジエーターのチューブ（１）として用い
る場合には、Ａｌ−Ｚｎ系合金からなる皮材（１ｂ）を
水と接する内面材として用いるのが良い。なお、この皮
材（１ｂ）は少なくとも心材（１ａ）の片面にクラッド
されゝば足り、片面側にはフィン（２）とろう接するた
めのろう材層（１ｃ）をクラッドしても良い。なお、第
１図に示すラジエーターにおいて、各構成部材の組成の
一例を示すと次のとおりである。即ち、チューブ（１）
（肉厚０．１８ｍｍ）の心材（１ａ）はＡｌ−１ｗｔ％
Ｍｎ−０．１ｗｔ％Ｆｅ−０．１ｗｔ％Ｓｉ−０．１ｗ
ｔ％Ｃｕ−０．１５ｗｔ％Ｔｉ合金あるいはＡｌ−１ｗ
ｔ％Ｍｎ−０．６ｗｔ％Ｆｅ−０．２ｗｔ％Ｓｉ−０．
１ｗｔ％Ｃｕ−０．１５ｗｔ％Ｔｉ合金、内面皮材（１
ｂ）はＡｌ−２．５ｗｔ％Ｚｎ合金、外面皮材（１ｃ）
はＢＡ４３４３合金で構成されている。 フィン（２）（肉厚０．０７ｍｍ）は０．０１〜０．１
ｗｔ％のＩｎを添加したＡｌ−Ｍｎ系合金を用いるのが
望ましく、具体的にはＡｌ−１ｗｔ％Ｍｎ−０．０５ｗ
ｔ％Ｉｎ合金で構成されている。ヘッダー（３）（肉厚
１．６ｍｍ）の心材（３ａ）はＡ３００３合金、内面皮
材（３ｂ）はＡ７０７２合金、外面皮材（３ｃ）はＢＡ
４０４５合金で構成されている。

【００１７】

【実施例】次にこの発明の実施例を示す。

【００１８】表１に示すＡｌ−Ｍｎ系合金心材及び表２
に示すＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金心材の片面に、それぞれ
同表に示す組成の皮材がクラッドされたクラッド材を製
作した。心材の厚さはいずれも１ｍｍとし、皮材の厚さ
はいずれも２０μｍとした。なお、製造方法は以下に従
った。即ち、厚さ４０ｍｍの心材と皮材のスラブをそれ
ぞれ５６０℃×１０時間均質化処理したのち、３２ｍｍ
の厚さまで面削した。次いで、５００℃×３０分加熱し
、心材については厚さ１０ｍｍまで皮材について厚さ０
．２ｍｍまでそれぞれ熱間圧延を施した。次に、心材と
皮材とをクラッドしたのち、５００℃×３０分加熱し、
更に心材が厚さ２ｍｍになるまで熱間圧延したのち、さ
らに心材が厚さ１ｍｍになるまで冷間圧延することによ
り行った。

【００１９】上記により製作したクラッド材を、Ｎ２　
ガス雰囲気中で６０５℃×１０分の条件で加熱すること
によりろう付け相当の熱処理を行った。

【００２０】次に、上記の各試料についてＥＰＭＡによ
る断面ライン分析を行い、Ｚｎ濃度を調べるとともに、
その勾配からＺｎの拡散深さを測定した。また表２に示
すＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系心材を用いた試料についてはさら
に皮材表面のＭｇ濃度を分析（ＱＬ）した。また、腐食
試験を行い各材料の腐食深さを測定した。腐食試験はＡ
ＳＴＭ規格Ｄ１３８４−８７に準拠したグラスウェアー
テストにより行った。また、腐食液は、ＯＹ水（Ｃｌ−
　：２００ｐｐｍ、ＳＯ４　２−：６０ｐｐｍ、Ｆｅ３
＋：３０ｐｐｍ、Ｃｕ２＋：１ｐｐｍ）、液温９５±１
℃を用い、テスト時間２５０時間にて行った。

【００２１】それらの結果を表１及び表２に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】上記表１及び表２の結果から、本発明実施
品は、従来品に較べてＺｎ拡散深さが小さく最大孔食深
さも小さく耐食性に優れていることがわかる。また、Ａ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系心材を用いたものについては、皮材へ
のＭｇの拡散も抑制されていることがわかる。

【００２５】

【発明の効果】この発明に係るクラッド材は上述の次第
で、Ｔｉ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｚｒ：０．０５〜
０．４ｗｔ％の１種または２種を含有するＡｌ−Ｍｎ系
合金あるいはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる心材の少
なくとも片面に、Ａｌ−Ｚｎ系合金からなる皮材がクラ
ッドされていることを特徴とするものであるから、Ｔｉ
、Ｚｒの作用によってろう付時その他の加熱時において
皮材中のＺｎが心材へ拡散するのを抑制することができ
、心材自体の耐食性の劣化を防止できる。その結果、皮
材の犠牲腐食効果を十分に発揮させることができ、心材
ひいてはクラッド材全体に優れた耐食性を保有させるこ
とができる。

【００２６】また、心材がＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金から
なる場合には、Ｔｉ、Ｚｒの作用により心材から皮材へ
のＭｇの拡散をも防止することができ、益々耐食性に優
れたクラッド材となしうる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のクラッド材を用いたアルミニウムラ
ジエーターの一部を示す断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｍｎ：０．５〜１．５ｗｔ％を含有し
   、さらにＴｉ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｚｒ：０．０
   ５〜０．４ｗｔ％の１種または２種を含有するＡｌ−Ｍ
   ｎ系合金からなる心材の少なくとも片面に、Ａｌ−Ｚｎ
   系合金からなる皮材がクラッドされていることを特徴と
   する耐食性に優れたアルミニウム合金クラッド材。
2. 【請求項２】　　Ｍｇ：０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｓｉ
   ：０．０５〜０．３ｗｔ％を含有し、さらにＴｉ：０．
   ０５〜０．３ｗｔ％、Ｚｒ：０．０５〜０．４ｗｔ％の
   １種または２種を含有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金から
   なる心材の少なくとも片面に、Ａｌ−Ｚｎ系合金からな
   る皮材がクラッドされていることを特徴とする耐食性に
   優れたアルミニウム合金クラッド材。