JPH0436432A - Ａ１熱交換器用高強度高耐食性ａ１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】 ［産業上の利用分野］ この発明は不活性ガス雰囲気中で弗化物フラックスを用
いたろう付によりラジェータやヒーターコアなどのＡｌ
熱交換器を製造するに際して、その構造部材であるチュ
ーブ材やヘッダープレート材などとして用いるに適した
、ろう付性が良好で、かつろう付後に高強度および高耐
食性を有するＡｌ合金クラッド材に関するものである。

［従来の技術］ 自動車のラジェータやヒーターコアなどのチューブ材や
ヘッダープレート材には、３００３などのＡｌ−Ｍｎ系
合金を芯材とし、片面にＡｌ−８ｉ系合金のろう材、他
の片面にＡｌ−Ｚｎ系合金やＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金の
犠牲陽極材をクラッドした３層クラッド材が用いられて
いる。

Ａｌ−Ｓｉ系のろう材はチューブとフィンの接合、チュ
ーブとへラダープレートとの接合のためのものである。

ろう付は不活性ガス雰囲気中で弗化物フラックスを用い
て行われることが多い。犠牲陽極材をクラッドした他の
片面は、使用中に内側（水側）になり、犠牲陽極作用を
発揮して芯材の孔食や隙間腐食を防止する。

近年ラジェータやヒーターコアなどの軽量化を求める要
求が強く、チューブ材やヘッダープレート材の薄肉化が
必要となっている。そのためには材料の高強度化特にろ
う付後の強度の向上が必要であり、高強度化のために芯
材中にＭｇを添加することが多くなってきている。しか
し、Ｍｇはろう材中に表面に拡散していき、弗化物フラ
ックスと反応するため、綿状生成物（Ｍｇの弗化物）が
生成して付着したり、接合不良を生じたりする。こうし
て、芯材中へのＭｇの添加量は実用上０，２〜０．８％
に制限され、高強度化の妨げとなっている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は芯材中のＭｇ分の拡散を防止して従来技術の上
記問題を解消したクラッド材を提供しようとするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、Ｍｇが芯材から拡散して表面（ろう材調
）に到達する量を抑制するために芯材とろう材の間に中
間材を設け、中間材の合金極及び厚さについて種々検討
を加えた。

その結果、中間材としてＭｎ：０．１〜２．０％を含み
、更にＣｕ：０．５％以下及び／又はＳｉ：０．５％以
下を含む合金を用い、その厚さを芯材中のＭｇ量との関
係において決めることにより、表面に到達してフラック
スと反応するＭｇの量を抑制することができ、ろう付は
性の低下を防止することを知見した。又、芯材中のＣｕ
量を中間材中のＣｕより０．１５％多くすることにより
、耐食性が著しく向上することを見出し、これらによっ
て本発明を完成した。

すなわち、本発明の構成は、Ｍｎ：ＯＪ〜２．０　％、
　Ｃｕ　　：　　０．２５〜１．０　　％、Ｍｇ：０．
４　〜１．０％、Ｓ　ｉ　：　０．１〜１．０％を含み
、残りＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金を芯材とし
、この芯材の片面にＭｎ：０．１〜２．０％を含み、更
にＣｕ　：　０．５％以下及び／又はＳ　ｉ　：　０．
５％以下を含み、残りＡｌと不可避不純物からなるＡｌ
合金の中間材を介してＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラ
ッドし、芯材の他の面にＡｌ−Ｚｎ系合金及びＡｌ−Ｚ
ｎ−Ｍｇ系合金のいずれかからなる犠牲陽極材をクラッ
ドした４層クラッド材において、中間材の厚さＴ（μｌ
）と芯材中のＭｇ量（％）の間に Ｔ　≧５８×｛［Ｍｇ（％）コ　−０．３５１　　”’
の関係をもたせ、かつ芯材中のＣｕ量（％）を中間材中
のＣｕ量（％）より０，１５％以上多くすることを特徴
とする弗化物フラックスろう付により製造するＡｌ熱交
換器用高強度高耐食性Ａｌ合金クラッド材である。

以下、上記材料の各成分の量と作用について説明する。

（１）芯材 Ｍｎ： 強度を向上させる。又、芯材の電位を責にして犠牲陽極
材との電位差を大きくし耐食性を向上させる。０．３％
未満では効果が十分でなく、２．０％を越えると鋳造時
に粗大な化合物が生成し、健全な板材が得られない。

Ｃｕ： 芯材の電位を責にして、犠牲陽極材及び中間材と芯材と
の電位差を大きくし、犠牲陽極材及び中間材の犠牲陽極
効果による防食作用を大きくする。更に、芯材中のＣｕ
はろう付時に犠牲陽極材中及び中間材中へ拡散してなだ
らかな濃度勾配を形成し、芯材側が責な電位、犠牲陽極
材及び中間材の各々表面側が卑な電位となり、その間に
なだらかな電位分布を形成して腐食形態を全面腐食型に
する。以上のようなＣｕの防食作用は、犠牲陽極材中の
Ｃｕ量あるいは中間材中のＣｕ量より芯材中のＣｕ量の
方が多くなければ発揮されず、特に芯材中のＣｕ量の方
か０．１５％以上多くなければ、拡散後の濃度勾配が小
さすぎて効果が十分でない。通常犠牲陽極材中にＣｕを
添加することはないが、中間材には強度向上を目的とし
てＣｕを添加することがあるので、その場合は注意が必
要である。

芯材中のＣｕは強度向上にも寄与する。

以上に示したＣｕの防食作用と強度向上効果は、芯材中
のＣｕ量が０．２５％未満では発揮されず、一方、１．
０％を越えると芯材自体の耐食性が悪くなるとともに芯
材の融点が下がって、ろう何時に局部的な溶融を生ずる
ようになる。

Ｍｇ： 芯材の強度を向上させる。強度向上効果は、Ｓｉ及び／
又はＣｕと共存するとろう付後の時効硬化により更によ
く発揮される。０．４％未満では効果が十分でなく、１
．０％を越えると耐食性が低下するとともに芯材の融点
が下がってろう何時に局部的な溶融を生ずるようになる
。

Ｓｉ： 芯材の強度を向上させる。強度向上効果はＭｇと共存す
るとろう付後の時効硬化によりよく発揮される。０．１
％未満では効果が十分でなく、１．０％を越えると耐食
性が低下するとともに芯材の融点が下がってろう何時に
局部的な溶融を生ずるようになる。

その他の元素： Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｒ５Ｚｒ、Ｔｉ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。ただし、Ｆｅは多量に
含まれると耐食性を害するので０，７％以下にする必要
がある。Ｚｎは芯材の電位を卑にし、犠牲陽極材及び中
間材との電位差を小さくするので０．２％以下にする必
要がある。

（２）中間材 Ｍ　ｎ　： 強度を向上させる。０．１％未満では効果が十分でなく
、２．０％を越えると鋳造時に粗大な化合物が生成し健
全な板材が得られない。

ＣｕＳＳｉ： これらの元素は強度向上に寄与する。特にろう何時に芯
材からＭｇが拡散してくるので、ろう付後にはＭｇとＣ
ｕ、Ｓｉが共存することになり、時効硬化により強度が
向上する。しかしながら、これらの元素は芯材からろう
材へ向ってＭｇが拡散するのを促進するため、含有量が
多くなるとろう付性が悪くなる。従って、ろう付性の確
保のためにＣｕ：０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下に
限定する必要がある。又、前記のように芯材から中間材
の表面（ろう材側）に向ってＣｕのなだらかな濃度勾配
を形成し、腐食形態を全面腐食型にするために、中間材
中のＣｕ量は芯材中のＣｕ量より０．１５％以上少なく
する必要がある。

その他の元素： Ｆ　ｅ　ＳＴ　ｉＳＣｒ　ｓ　Ｚ　ｒ　−、Ｚ　ｎ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、Ｆｅは多量に含まれると耐食性を害するので０．７
％以下にする必要がある。又、Ｚｎは犠牲陽極効果を付
与するために中間材に添加することがあるが、その場合
Ｍｇの拡散を促進しないように０．３％以下としなけれ
ばならない。

厚さ： 中間材は芯材中のＭｇが拡散してろう材側に到達する量
を抑制するためのものであり、その厚さＴ（μ麿）は芯
材中のＭｇ量（％）に応じて次の式で決められる。

Ｔ　≧５８ｘ　　　（［Ｍｇ（％）コ　−　０．３５１
　　”’この式は実験により求められたものであるが、
芯材中のＭｇ量が多いほど中間材の厚さを厚くしなけれ
ばならないことを示している。そして中間材の厚さがこ
の式を満たさないとき、すなわち５８Ｘ　（［Ｍｇ＜％
）］−０，３５１１／２より小さいときは、ろう何時に
ろう材側へのＭｇの拡散量が多く、Ｍｇと弗化物フラッ
クスが反応してろう付不良が発生したり、綿状生成物が
生成して外観を損ねたりする。

（３）ろう材 ろう材は通常用いられるＡｌ−Ｓｉ合金である。通常６
〜１３％のＳｉを含む合金が用いられる。

（４）犠牲陽極材 ラジェータやヒーターコアなどで水と接する側（内面側
）にクラッドされ、犠牲陽極作用により芯材の孔食や隙
間腐食を防止する。単に水と接するのみの場合はＡｌ−
Ｚｎ合金が用いられ、ゴムバッキングなどと接して隙間
を形成する場合にはＡ　Ｉ　−Ｚ　ｎ　−Ｍ　ｇ合金が
用いられることが多い。又、いずれの場合もＩｎ５Ｓｎ
ｓＧａＳＢｉなどの電位を卑にする元素を含んでもよい
。

［実施例］ 以下実施例によって、本発明を具体的に説明する。

実施例１ 下記第１表に示す芯材用合金、第２表に示す中間材用合
金、第３表に示するう材用合金、第４表に示す犠牲陽極
材用合金の鋳塊を準備し、中間材用合金、ろう材用合金
及び犠牲陽極材用合金を熱間圧延して所定の厚さとし、
これらと芯材用合金の鋳塊とを組合せて熱間圧延しクラ
ッド材を得た。その後、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延
により厚さ０．２７＋＋＋ｍの板（ＨＩ３材）を作製し
た。

クラッド材の構成は第１図に示すように、厚さ　１７０
μｌの芯材１の片面に厚さ５０μ−の中間材２、その上
に厚さ２５μ■のろう材の層３を形成し、芯材１の反対
面に厚さ２５μ簡の犠牲陽極材４の層を形成した板厚０
．２７＋＋ｍのものである。

各材料の合金組成とその組合せは第５表に示すとおりで
ある。

得られたクラッド板材のろう材側に、Ａｌ−１，２％Ｍ
　ｎ　−１，５％Ｚｎ合金からなる厚さ０．ｌＯ關のコ
ルゲートフィンを乗せ、窒素ガス中で弗化物フラックス
を用いてろう付を行った。ろう付温度（材料温度）は６
００℃であった。ろう付換板材とフィンとの接合状況、
綿状生成物の発生状況、芯材の溶融状況を調べた。

次に厚さ０．２７龍の板材をそのまま（フィンと接触さ
せることなく）弗化物フラックスろう付と同じ条件で加
熱した後、引張試験と腐食試験を行った。腐食試験の方
法は、外面側（ろう材側）についてはＣＡＳＳ試験、３
０日間とし、内面側（犠牲陽極材側）についてはＣ１〜
１０Ωｐｐｍ、Ｓ　Ｏ４２−１００ｐｐ−１ＨＣ０３−
１１００ｐｐ、　Ｃｕ　”１０ｐｐｍを含む水溶液中に
浸漬し、８時間の間８０℃に加熱し、その後室温まで放
冷しながら１６時間放置するというサイクルを繰返し、
３ケ月間行った。

以上の結果をまとめて第５表に示す。発明例（魔１、Ｎ
ｏ、３〜１３）の場合、ろう付性は良好で、引張強さも
１８ｋｇｆ／龍２以上と高く、最大腐食深さも小さい。

比較例（磁２）の場合、芯材中のＣｕ量と中間材中のＣ
ｕ量の差が０．１１％と少ないために、外面側の腐食が
深くなっている。

ｈｈ１４の場合、芯材中のＭｎが少ないために引張強さ
が低く、外面側の腐食も深い。Ｎｏ、１５は芯材中のＭ
ｎが多いために健全な板材が得られていない。

Ｎｏ、ｌ［ｉは芯材中のＣｕ量が少ないために引張強さ
がやや低く、外面側の腐食も深い。ＮＯ，１７は芯材中
のＣｕが多く、ろう材中に局部溶融を生じ、そのため引
張強さが低く、外面側及び内面側の腐食深さが大きい。

Ｎ１１Ｌ１８は芯材中のＭｇが少ないために引張強さが
低（、ＮＯ，１９は芯材中のＭｇが多いためにろう付不
良を生じ、外面側の腐食も深い。

Ｎα２０は芯材中のＳｉが少ないために引張強さが低く
、Ｎα２１は芯材中のＳｉが多いために局部溶融を生じ
、引張強さが低く、外面側及び内面側の腐食が深い。

Ｎｏ、２２は３００３合金を芯材とし中間材を設けない
３層クラッド材であるが、引張強さが低く、外面側及び
内面側の腐食が深い。

ＮＱ、２３は中間材のＭｎが少ないために引張強さがや
や低い。漱２４は中間材のＭｎが多いために健全な板材
が得られていない。

Ｎｏ、２５は中間材のＣｕが多いためにろう何時に綿状
生成物が生じ、又、芯材中のＣｕ量の方が中間材中のＣ
ｕ量より少ないために外面側の腐食が深い。

ＮＩＬ２８は中間材のＳ ｉが多いためにろう何時に 綿状生成物が生じている。

＊ ３００３合金 第２表 実施例２ 下記第６表の組合せにより実施例１と同様に０．２７■
１の板材を作製した。ここではろう材と犠牲陽極材の厚
さは実施例１と同一とし、中間材と芯材の厚さを種々に
変えた。

得られた板材について、実施例１と同様にろう付テスト
、引張試験、腐食試験を行った。

その結果を第６表に示す。Ｔ≧５８Ｘ　ｆ　［Ｍｇ（％
）］　−０，３５）　”２を満たさない場合にろう付不
良が生じている。

第６表のろう付テストの結果と、第５表のＮｏ、５〜８
のろう付テストの結果をまとめて図示すると、第２図の
ようになる。曲線Ｔ−５８Ｘ（［Ｍｇ（％）］　−０，
３５１”２の上方にあればろう付性が良好であり、下方
にあればろう付性が不良であることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のクラッド材は弗化物フラ
ックスろう併用材料として、高強度、耐食性で、かつ、
ろう付性が優れたＡｌ熱交換器用クラッド材である。こ
れによって、チューブ材やヘッダープレート材を薄肉に
することができ、ラジェータやヒータの軽量化が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクラッド材の構成を示す断面図。 第２図は実施例２で行なったろう付試験の結果を示すグ
ラフである。 １・・・芯材、２・・・中間材、３・・・ろう材、４・
・・犠牲陽極材。 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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｍｎ：０．３〜２．０％（重量％、以下同じ）、Ｃｕ：
   ０．２５〜１．０％、Ｍｇ：０．４〜１．０％、Ｓｉ：
   ０．１〜１．０％を含み、残りＡｌと不可避不純物から
   なるＡｌ合金を芯材とし、この芯材の片面にＭｎ：０．
   １〜２．０％を含み、更にＣｕ：０．５％以下及び／又
   はＳｉ：０．５％以下を含み、残りＡｌと不可避不純物
   からなるＡｌ合金の中間材を介してＡｌ−Ｓｉ系合金の
   ろう材をクラッドし、芯材の他の面にＡｌ−Ｚｎ系合金
   及びＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金のいずれかからなる犠牲陽
   極材をクラッドした４層クラッド材において、中間材の
   厚さＴ（μｍ）と芯材中のＭｇ量（％）の間に Ｔ≧５８×｛［Ｍｇ（％）］−０．３５）＾１＾／＾２
   の関係を有し、かつ芯材中のＣｕ量（％）が中間材中の
   Ｃｕ量（％）より０．１５％以上多いことを特徴とする
   弗化物フラックスろう付により製造するＡｌ熱交換器用
   高強度高耐食性Ａｌ合金クラッド材。