JPH05239579A

JPH05239579A - 耐食性アルミニウム合金ブレージングシート

Info

Publication number: JPH05239579A
Application number: JP4075450A
Authority: JP
Inventors: Motoyoshi Yamaguchi; 元由山口
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1992-02-25
Filing date: 1992-02-25
Publication date: 1993-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】自動車用熱交換器のチューブ材として、使用
される耐食性の良好なアルミニウム合金ブレージングシ
ートを提供する。【構成】Ａｌ合金芯材の片面にＡｌ合金からなるろう
材を、他面に芯材より電位の卑なＡｌ合金からなる犠牲
材をクラッドする３層のアルミニウム合金ブレージング
シートにおいて、犠牲材として０．０５〜０．３wt％の
Ｔｉ、０．３〜２wt％のＭｎ、０．５〜３wt％のＺｎ、
残部Ａｌと不可避的不純物よりなるＡｌ合金を使用した
ことを特徴とする耐食性アルミニウム合金ブレージング
シート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車用のラジエータ
ー、ヒーター、インタークーラー等の熱交換器のチュー
ブ材に使用するアルミニウム合金ブレージングシートに
関するもので、チューブ材の耐食性を向上させ熱交換器
の寿命を著しく向上させるものである。

【０００２】

【従来の技術】図１に示す如くのＡｌ製ラジエーターに
おいて、チューブ(1) に使用する材料は一般的に図２に
示す如くの３層構造のブレージングシートが使用されて
おり、フィン側がろう材面で通液側が犠牲材面となる。
ろう材としてはＪＩＳ４３４３（Ａｌ−７．５wt％Ｓ
ｉ：以下wt％を％と略す）合金や４０４５（Ａｌ−１０
％Ｓｉ）合金等が、芯材としてはＪＩＳ３００３（Ａｌ
−０．１５％Ｃｕ−１．１％Ｍｎ）合金が、また犠牲材
としてはＪＩＳ７０７２（Ａｌ−１％Ｚｎ）合金が使用
されている。ラジエーターのチューブ材としての最も重
要な特性は通液側からの腐食に対して強いことで、その
ため芯材より電位の卑な犠牲材をクラッドし、芯材を保
護する方法がとられており、現行のラジエーターの耐食
性は問題がない。一方現在製造されているラジエーター
のチューブ材の板厚は０．４mm程度であるが、軽量化を
狙ってより薄肉材の要求が高まっている。この場合当然
より高強度な材料が要求される。一般的に使用されてい
るＪＩＳ３００３合金を芯材としたブレージングシート
のろう付後の引張強さは１２kgf ／mm²程度であり、高
強度材としてより高い引張強さが要求される。そのため
Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系（例えばＡｌ−０．５％Ｃｕ−１．
１％Ｍｎ）合金を芯材とした引張強さ１３kgf ／mm²〜
１５kgf ／mm²のチューブ材が提案されている。更に最
近では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（例えばＡｌ−０．３％Ｍ
ｇ−０．６％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ−１．１％Ｍｎ）合金
を芯材とした引張強さ１６kgf ／mm²〜２０kgf ／mm²
のより高強度の材料が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ラジエーターをはじめ
とする熱交換器は一般的にはろう付工法により製造され
ており、６００℃程度に加熱されるために、強度向上の
ための加工硬化や、固溶硬化を利用するとしても融点の
低い合金は使用できない。引張強さ１６kgf ／mm²〜２
０kgf ／mm²を目標とした高強度材ではＡｌ−Ｍｇ−Ｓ
ｉ系の熱処理合金の利用が必須となり、この系の合金が
提案されている。しかしながらこの系の合金はＪＩＳ３
００３合金より耐食性が劣り問題となっている。その理
由はろう付加熱時に粒界に析出したＭｇ系をはじめとす
る種々の析出物が優先的に腐食され貫通孔食に至る所謂
粒界腐食が発生するためである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】チューブ材の腐食は犠牲
材の全面腐食が進行し、芯材を保護する陰極防食効果が
薄れてくると、粒界およびその近傍が優先的に腐食し、
短期間で深さ方向に孔食が進行する。この粒界腐食に最
も悪影響を与える析出物はＭｇ₂Ｓｉ、Ｍｇ₂Ａｌ₃で
ある。従ってＭｇ添加量の少ない合金にすれば良いが、
この場合には強度向上が期待できない。

【０００５】本発明はこのようなことから、犠牲材自体
の耐食性を改善する方法を見出したもので、更に犠牲材
自体の強度を向上させてブレージングシートの強度向上
を図ったものである。即ち請求項１記載の発明は、Ａｌ
合金芯材の片面にＡｌ合金からなるろう材を、他面に芯
材より電位の卑なＡｌ合金からなる犠牲材をクラッドす
る３層のアルミニウム合金ブレージングシートにおい
て、犠牲材として０．０５〜０．３％のＴｉ、０．３〜
２％のＭｎ、０．５〜３％のＺｎ、残部Ａｌと不可避的
不純物よりなるＡｌ合金を使用したことを特徴とする耐
食性アルミニウム合金ブレージングシートであり、請求
項２記載の発明は、Ａｌ合金芯材の片面にＡｌ合金から
なるろう材を、他面に芯材より電位の卑なＡｌ合金から
なる犠牲材をクラッドする３層のアルミニウム合金ブレ
ージングシートにおいて、犠牲材として０．０５〜０．
３％のＴｉ、０．３〜２％のＭｎおよび０．５〜３％の
Ｚｎを含み、更に０．００５〜０．３％のＳｎ、０．０
０５〜０．３％のＩｎ、０．０５〜０．３％のＣａ、
０．０５〜０．３％のＬｉのうちの１種または２種以上
を含み、残部Ａｌと不可避的不純物よりなるＡｌ合金を
使用したことを特徴とする耐食性アルミニウム合金ブレ
ージングシートである。

【０００６】

【作用】犠牲材は芯材の犠牲陽極としての役割を持つも
のであり貫通孔食を防止する。従ってこれまでの考え方
では犠牲材自体の耐食性については考慮されていない。
犠牲材の腐食が進行し、その効果が薄れてくると芯材の
腐食が進行する。犠牲材の腐食の進行を遅く出来れば、
当然ブレージングシートとしての寿命は長くなる。

【０００７】本発明はこのような考えのもとに成された
もので、犠牲材として純ＡｌにＴｉ、ＭｎおよびＺｎを
添加するものである。Ｔｉは鋳造時に包晶反応により濃
淡に凝固する。これを圧延すると板厚方向にＴｉの濃い
部分、薄い部分、濃い部分に分かれ、層状に分布する。
Ｔｉ添加により全体としての電位はほとんど変化しない
が、ミクロ的に見ればＴｉの電位は貴であり、マトリッ
クスのＡｌとの境界で電位差が生じている。従って腐食
の進行は、層状に分布したＴｉの濃い部分で、横に拡が
る腐食形態となり、板厚方向への腐食の進行が遅くな
る。そのためブレージングシートの耐食性が向上し、貫
通までの寿命が長くなる。Ｔｉ添加量を０．０５〜０．
３％の範囲に限定した理由は、０．０５％未満ではその
効果が不十分であり、０．３％を超えるとその効果が飽
和するばかりか、巨大なＡｌ−Ｔｉ系の金属間化合物を
形成し自己の耐食性が劣るためである。Ｍｎは犠牲材の
強度を向上させるものであり、Ｍｎ添加量を０．３〜２
％に限定した理由は、０．３％未満ではその効果が不十
分であり、２％を超えると自己の耐食性が劣るためであ
る。更にＺｎは犠牲材の電位を卑にするものであり、Ｚ
ｎ添加量を０．５〜３％に限定した理由は、０．５％未
満ではその効果が不十分であり、３％を超えると自己の
耐食性が劣るためである。

【０００８】またＳｎ、Ｉｎ、Ｃａ、Ｌｉを１種または
２種以上添加するのは、何れの元素も犠牲材としての電
位をより卑にし、より犠牲効果を高めるためである。こ
れら元素の添加量の範囲を上記のように限定した理由
は、下限未満ではその効果が不十分であり、上限を超え
るとその効果が飽和するばかりか、塑性加工性が劣るた
めである。

【０００９】クラッドする犠牲材の厚さは１０〜５０μ
ｍの範囲が良く、２０〜４０μｍが好ましい。またろう
材としてはＡｌ−Ｓｉ系のＪＩＳ４３４３（Ａｌ−７．
５％Ｓｉ）合金、ＪＩＳ４０４５（Ａｌ−１０％Ｓｉ）
合金、ＪＩＳ４０４７（Ａｌ−１２％Ｓｉ）合金および
ＪＩＳ４００４（Ａｌ−１０％Ｓｉ−１．５％Ｍｇ）合
金、Ａｌ−１０％Ｓｉ−１．５％Ｍｇ−０．１％Ｂｉ合
金等や、その他ろう材にろう付性改善や耐食性改善の目
的で微量の他の元素を添加しても差支えない。クラッド
するろう材の厚さは１０〜５０μｍの範囲が好ましい。

【００１０】芯材合金としては犠牲材より電位の貴な合
金であれば如何なる合金も使用出来る。例えば、特にＪ
ＩＳ６９５１（Ａｌ−０．３５％Ｓｉ−０．３％Ｃｕ−
０．６％Ｍｇ）合金、Ａｌ−０．５％Ｃｕ−１．１％Ｍ
ｎ−０．３％Ｍｇ−０．７％Ｓｉ合金等のＭｇを含む粒
界腐食し易い合金が有効である。その他一般的にブレー
ジングシートの芯材として使用されているＪＩＳ３００
３合金、Ａｌ−０．５％Ｃｕ−１．１％Ｍｎ合金、Ａｌ
−０．５％Ｃｕ−０．８％Ｍｎ−０．１５％Ｔｉ合金等
も使用できる。

【００１１】本発明ブレージングシートはチューブ材と
して使用するが、ラジエーターのヘッダー材にも使用で
き、その他本発明の目的と同様であれば如何なる部材と
しても使用できる。またろう付方法は規定するものでは
なく、フラックスろう付法、真空ろう付法、その他のろ
う付法でろう付する熱交換器用材料としても使用でき
る。

【００１２】

【実施例】次に本発明を実施例により更に詳細に説明す
る。〔実施例１〕芯材としてＪＩＳ６９５１合金、その片面
にろう材としてＪＩＳ４３４３合金を１０％、他面に表
１に示す犠牲材を１０％クラッドした、板厚０．３mm、
調質Ｈ１４のブレージングシートを常法により製造し
た。なお従来例としては犠牲材にＪＩＳ７０７２合金を
用いた上記と同様のブレージングシートを製造した。こ
れらブレージングシートを幅４０mm、長さ１２０mmに切
断し有機溶剤により脱脂後、露点−４０℃、酸素濃度１
００ppm の窒素ガスで置換された６００℃の雰囲気炉に
挿入加熱し３分間保持し、冷却した。この試料を温度９
０℃の水道水＋１０ppm Ｃｕ⁺⁺の腐食液に、４ヶ月浸漬
し犠牲材側からの孔食深さを測定した。この結果を表１
に併記した。また上記加熱後の試料の犠牲材および芯材
の電位を測定した。測定条件は２５℃の５％ＮａＣｌ中
で飽和カロメル電極を対極とした。芯材の電位は−０．
６９Ｖであり、犠牲材はそれより卑であった。芯材と犠
牲材との電位差を表１に併記した。またこれらブレージ
ングシートをＪＩＳ５号引張試験片に加工し、上記加熱
を行い３０日後に引張試験を行った。これら結果を表１
に併記した。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１から明らかなように、本発明例のNo．
１〜No．１３では引張強さが従来例No．２０より高く、
孔食深さも０．０８mm以下であり総合的に良好であっ
た。これに対し本発明の範囲を外れる比較例No．１４〜
No．１９では、従来例No．２０と比較して耐食性と強度
の何れかが改善されなかった。このように本発明によれ
ばブレージングシートの耐食性および強度の何れも改善
されることがわかる。

【００１５】〔実施例２〕芯材としてＡｌ−０．５１％
Ｃｕ−１．１％Ｍｎ−０．２０％Ｍｇ−０．９％Ｓｉ合
金、その片面にろう材としてＪＩＳ４０４５合金を８
％、他面に表２に示す犠牲材をクラッドした、板厚０．
３mm、調質Ｈ１４のブレージングシートを常法により製
造した。なお従来例としては犠牲材にＪＩＳ７０７２合
金を用いた上記と同様のブレージングシートを製造し
た。そしてこれらブレージングシートについて実施例１
と同様に評価し、表２に併記した。

【００１６】

【表２】

【００１７】表２から明らかなように本発明例のNo．３
１〜No．４５では、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃａ、Ｌｉを添加する
ことにより電位はより卑となり、孔食深さも０．０６mm
以下であり、添加量の少ない比較例No．４６、No．４
８、No．５０、No．５２に比較して浅く、耐食性の改善
が見られた。なおＳｎ、Ｉｎ、Ｃａ、Ｌｉの添加量がそ
れぞれ本発明の上限を超える比較例No．４７、No．４
９、No．５１、No．５３では塑性加工性が劣り材料を製
造することが出来なかった。なお従来例No．５４では孔
食深さが０．１９mmと深い孔食が発生した。このように
本発明によれば犠牲材の寿命が大きく改善されることが
わかる。

【００１８】〔実施例３〕実施例１の本発明例No．７と
従来例No．２０の板厚０．３mm、調質Ｈ１４の材料を用
い、ろう材が外面になるように、一般的な電縫管設備に
より厚さ２．２mm×幅１６mmのチューブ材を製造した。
そして３００３を芯材とし片面に７０７２、片面に４０
４５ろう材を各々１０％クラッドした厚さ１．２mmのブ
レージングシートをヘッダー材とし、厚さ０．１mmのＡ
ｌ−１％Ｍｎ−１．５％Ｚｎ合金をコルゲート加工した
フィン材とを組み合わせて図１に示す構造のラジエータ
ーを組立てた。この組立物を有機溶剤により脱脂し、Ｋ
ＡｌＦ₄を主体とする弗化物系フラックスの５％懸濁液
を塗布し、２００℃で乾燥後、露点−４０℃、酸素濃度
１００ppm の窒素ガスで置換された６００℃の雰囲気炉
に挿入し３分間保持し、炉外に取り出し１００℃／min
の速度で冷却した。そしてヘッダーにプラスチック製の
タンクを取りつけラジエーターを製造した。何れのチュ
ーブ材もろう付性は良好であった。これらラジエーター
内部に、温度９０℃の水道水＋２０ppm Ｃｕ⁺⁺の腐食液
を循環させ耐食寿命を評価した。結果を表３に示すが、
従来例No．２０の材料を用いたラジエーターは３０００
時間でチューブ部に貫通孔食が発生したのに対し、本発
明例No．７の材料を用いたラジエーターは５０００時間
でチューブ部に貫通孔食が発生した。このように本発明
例のブレージングシートをチューブ材として使用したラ
ジエーターの寿命は、従来例のチューブを使用したラジ
エーターに比較した明らかに長く、優れた耐食性を有し
ている。

【００１９】

【表３】

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、犠牲
材の耐食性を向上させることが出来、熱交換器の寿命を
長くすることが出来る。このため高強度の芯材を使用す
ることが出来る。従来より強度が高く、耐食性が良好な
自動車用熱交換器のチューブ材を供給することができ、
チューブ材の薄肉化が可能となる。従って低コストで軽
量のラジエーターを製造することができ工業上著しい効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジエーターの概略図。

【図２】ブレージングシートの構成を示す断面図。

【符号の説明】

１チューブ２フィン３ヘッダー４プラスチックタンク５芯材６ろう材７犠牲材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ合金芯材の片面にＡｌ合金からなる
ろう材を、他面に芯材より電位の卑なＡｌ合金からなる
犠牲材をクラッドする３層のアルミニウム合金ブレージ
ングシートにおいて、犠牲材として０．０５〜０．３wt
％のＴｉ、０．３〜２wt％のＭｎ、０．５〜３wt％のＺ
ｎ、残部Ａｌと不可避的不純物よりなるＡｌ合金を使用
したことを特徴とする耐食性アルミニウム合金ブレージ
ングシート。
【請求項２】Ａｌ合金芯材の片面にＡｌ合金からなる
ろう材を、他面に芯材より電位の卑なＡｌ合金からなる
犠牲材をクラッドする３層のアルミニウム合金ブレージ
ングシートにおいて、犠牲材として０．０５〜０．３wt
％のＴｉ、０．３〜２wt％のＭｎおよび０．５〜３wt％
のＺｎを含み、更に０．００５〜０．３wt％のＳｎ、
０．００５〜０．３wt％のＩｎ、０．０５〜０．３wt％
のＣａ、０．０５〜０．３wt％のＬｉのうちの１種また
は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避的不純物よりなる
Ａｌ合金を使用したことを特徴とする耐食性アルミニウ
ム合金ブレージングシート。