JPH06212331A

JPH06212331A - 高強度、高耐食性アルミニウム合金ブレージングシート

Info

Publication number: JPH06212331A
Application number: JP1955493A
Authority: JP
Inventors: Tokinori Onda; 時伯恩田
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1993-01-11
Publication date: 1994-08-02

Abstract

(57)【要約】【目的】自動車用のラジエーター等の熱交換器のチュ
ーブ材あるいはヘッダー材として使用される、高強度で
かつ耐食性に優れたアルミニウム合金ブレージングシー
トを提供する。【構成】Ｓｉ０．０５〜１．２０wt％、Ｆｅ０．０５
〜０．８wt％、Ｃｕ０．１〜１．０wt％、Ｍｎ０．３〜
１．５wt％を含有し、必要に応じて、さらにＭｇ０．０
１〜０．２wt％、Ｃｒ０．３wt％以下、Ｚｒ０．３wt％
以下、Ｔｉ０．２wt％以下のうちの１種または２種以上
を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる合金
を芯材とし、該芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材
を有し、他の片面にＭｇ２．６〜４．０wt％、Ｚｎ２．
０〜４．０wt％、Ｍｎ０．３〜１．６wt％を含有し、残
部がＡｌと不可避的不純物とからなる合金の犠牲材を有
することを特徴とする高強度、高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、アルミニウム合金ブレ
ージングシートに関するものであり、さらに詳しくは、
電縫加工等によりチューブ状に加工された後にフィン等
をろう付けするブレージングシートやそのままヘッダー
材、サイドプレート材として用いられるブレージングシ
ート等であってろう付け後の強度が高く、特に熱交換器
部材とした後の冷媒に対する耐食性に優れたブレージン
グシートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】自動車のエンジン部を冷
却する熱交換器即ちラジエーターは例えば図１に示すよ
うに冷媒を通す複数本の偏平チューブ(1) の間にコルゲ
ート状に加工した放熱用フィン(2) を一体に形成し、該
偏平チューブ(1) の両端はヘッダー(3) とタンク(4) と
で構成される空間にそれぞれ開口しており、一方のタン
ク側の空間から偏平チューブ(1) 内を通して高温冷媒を
他方のタンク(4) 側の空間に送り、チューブ(1) および
放熱用フィン(2) の部分で熱交換して低温になった冷媒
を再び循環させるものである。アルミニウム製ラジエー
ターにおいては冷媒による孔食が発生し、それによる貫
通孔により、内部冷媒のもれが発生する危険を有してお
り、これを防止するための対策が種々行われている。

【０００３】即ちこのようなアルミニウム製ラジエータ
ーのチューブ材およびヘッダー材としては例えばＪＩＳ
３００３合金を芯材とし、該芯材の内側、すなわち冷媒
に常時触れている側には犠牲効果を有する犠牲材として
Ｚｎを含有するＪＩＳ７０７２合金をクラッドして耐食
性を向上させ、該芯材の外側には、通常のろう材をクラ
ッドしたブレージングシートを用い、コルゲート加工を
行ったフィン等の他の部材とともにブレージングにより
一体に組み立てられている。このようなブレージングシ
ートの要求特性としては、ろう付け性に優れること、ろ
うの拡散が少ないこと、ろう付け後の強度と耐食性に優
れること等がある。

【０００４】ところで、近年、自動車の軽量化に対する
要求から熱交換器も軽量・小型化の方向にあり、そのた
めに部材の薄肉化が進められてきている。しかし、熱交
換器の各部材の薄肉化を行った場合、部材の肉厚が減少
する分の強度の向上と、もとの肉厚で得られていた耐食
性の維持が各部材、特にチューブに要求される。肉厚減
少分の強度向上には、芯材の添加元素を改良した高強度
合金がいくつか提案されているが十分な強度が得られて
いない。これは、高強度合金の添加成分が、製品の最終
工程として６００℃付近まで加熱されるブレージングが
あるため、ある程度制限されることと、ろう付け時の加
熱、冷却過程で、強度向上のため芯材に添加した元素、
例えばＭｇやＳｉがＭｇ₂Ｓｉとして粒界に析出し、粒
界腐食を生じ耐食性を劣化させてしまうことがあるため
である。また芯材を防食する犠牲材は芯材との電位差を
大きくするためや、犠牲材自体の溶解形態から通常はＡ
ｌ−Ｚｎ系合金が用いられているが、この犠牲材自身の
ろう付け加熱後の強度は低いためにブレージングシート
全体としての強度の低下を招く問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、ろ
う付け後の強度が高く、ろう付けした後の耐食性に優れ
たブレージングシートについて開発したもので、その第
１発明は、Ｓｉ０．０５〜１．２０wt％、Ｆｅ０．０５
〜０．８wt％、Ｃｕ０．１〜１．０wt％、Ｍｎ０．３〜
１．５wt％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とか
らなる合金を芯材とし、該芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系合
金のろう材を有し、他の片面にＭｇ２．６〜４．０wt
％、Ｚｎ２．０〜４．０wt％、Ｍｎ０．３〜１．６wt％
を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる合金
の犠牲材を有することを特徴とする高強度、高耐食性ア
ルミニウム合金ブレージングシートであり、第２発明
は、Ｓｉ０．０５〜１．２０wt％、Ｆｅ０．０５〜０．
８wt％、Ｃｕ０．１〜１．０wt％、Ｍｎ０．３〜１．５
wt％を含有し、さらにＭｇ０．０１〜０．２wt％、Ｃｒ
０．３wt％以下、Ｚｒ０．３wt％以下、Ｔｉ０．２wt％
以下のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ
と不可避的不純物とからなる合金を芯材とし、該芯材の
片面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材を有し、他の片面にＭ
ｇ２．６〜４．０wt％、Ｚｎ２．０〜４．０wt％、Ｍｎ
０．３〜１．６wt％を含有し、残部がＡｌと不可避的不
純物とからなる合金の犠牲材を有することを特徴とする
高強度、高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】まず、本発明ブレージングシートの構成につい
て説明する。ブレージングシートの芯材の合金はＳｉ
０．０５〜１．２０wt％（以下単に％と略記）、Ｆｅ
０．０５〜０．８％、Ｃｕ０．１〜１．０％、Ｍｎ０．
３〜１．５％を含有し、必要に応じてＭｇ０．０１％〜
０．２％、Ｃｒ０．３％以下、Ｚｒ０．３％以下、Ｔｉ
０．２％以下のうちの１種または２種以上含有し、残部
Ａｌと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金であ
る。各添加元素の役割を以下に述べる。

【０００７】Ｓｉは、２つの役割により強度向上に寄与
する。一つはＦｅ、Ｍｎの析出を促進し、金属間化合物
を増やし、強度を向上させる。もう一つは、ろう付け後
に犠牲材層により拡散したＭｇと結合しＭｇ₂Ｓｉを形
成し時効硬化により強度向上に寄与する。このためにＳ
ｉが０．０５％未満の場合上記効果が十分でなく、１．
２０％を超えるとブレージング加熱時にろうの拡散が異
常に大きくなりろう付け性が低下し、さらにチューブの
耐食性も低下する。したがって、Ｓｉは０．０５〜１．
２０％とするが、特に０．３〜０．７％で安定した特性
を示す。

【０００８】ＦｅはＭｎとともに金属間化合物を形成
し、強度向上に寄与する。その量が０．０５％未満では
効果が十分でなく、０．８％を超えると鋳造時に粗大な
晶出物を多く生じ、ブレージング加熱時の芯材の再結晶
粒径が小さくなり、ろう材が芯材へ拡散し、ろう付け性
が低下する。

【０００９】Ｃｕは固溶状態にて合金中に存在し、強度
を向上させる。さらに芯材の電位を貴にし、犠牲材との
電位差を大きくして、犠牲材の犠牲陽極効果を増大さ
せ、耐食性を向上させる働きを有する。これらの働きは
０．１％未満のＣｕでは十分でなく、１．０％を超えて
添加した場合、ろう付け加熱後の冷却中にＣｕＡｌ₂の
析出相を粒界に生じ、芯材の耐食性を損なうだけでな
く、ろう付加熱中に犠牲材に拡散して犠牲材の耐食性を
損ねることもある。したがって、Ｃｕは０．１〜１．０
％とするが、特に０．４〜０．８％で安定した特性を示
す。

【００１０】Ｍｎは、金属間化合物を合金中に分散さ
せ、強度を向上させるための必須元素である。その量が
０．３％未満では効果が十分でなく、１．５％を超えて
添加した場合成形性が低下し、組付け等の加工時にブレ
ージングシートが割れてしまう危険性がある。したがっ
てＭｎ添加量は０．３〜１．５％と限定した。

【００１１】本発明芯材合金には、さらにＭｇ、Ｃｒ、
Ｚｒ、Ｔｉを添加する場合がある。Ｍｇは合金中に固溶
して強度向上に効果があり、またＳｉと結合してＭｇ₂
Ｓｉの微細な析出相として存在し、強度を向上させる。
０．０１％未満では効果がなく、０．２％を超えて添加
すると非腐食性のフラックスを用いたろう付けをする場
合にろう材に拡散してフラックスとＭｇが反応しろう付
けができなくなる。Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉはいずれも微細な
金属間化合物を形成し合金の強度を向上させる働きを有
する。しかし、Ｃｒ、Ｚｒを０．３％、Ｔｉを０．２％
を超えて添加した場合成形性が低下し、組付け等の加工
時にブレージングシートが割れてしまう。したがって、
Ｃｒ、Ｚｒの添加量は０．３％以下、Ｔｉの添加量は
０．２％以下とする。

【００１２】ろう材としては通常用いられているＡｌ−
Ｓｉ系ろう材、例えばＪＩＳ４０４５（Ａｌ−１０％Ｓ
ｉ）等を用いればよいが、これに限定するものでない。

【００１３】犠牲材は、本発明の重要な項目である。す
なわち、従来の犠牲材の代表として、ＪＩＳ７０７２合
金が挙げられる。これに対して本発明では、犠牲効果を
有するアルミニウム合金としてＭｇ２．６〜４．０％、
Ｚｎ２．０〜４．０％、Ｍｎ０．３〜１．６％を含有
し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなるアルミニウム
合金を用いている。

【００１４】以下に犠牲材の合金組成の限定の理由を説
明する。Ｍｇは合金に犠牲効果を付与するとともに合金
の強度を向上させる。２．６％未満では強度向上の効果
が充分でなく、４．０％を超えた場合、ろう付加熱時に
芯材に拡散しＳｉと結合して金属間化合物Ｍｇ₂Ｓｉを
析出し、粒界腐食を発生させ耐食性を劣化させてしま
う。

【００１５】Ｚｎは固溶することで犠牲材の自然電極電
位を卑にして犠牲効果を付与する。その含有量が、２．
０％未満の場合、芯材からろう付加熱時に拡散してくる
成分、例えばＣｕ、Ｓｉにより犠牲効果が充分でなくな
り、４．０％を超えると、犠牲材自身の耐食性が低下
し、溶解が非常に早くなり、犠牲効果がある時間が短
く、ブレージングシート全体の耐食性を損なう。またろ
う付け加熱後のブレージングシート全体の強度が低下す
る。

【００１６】本発明では、犠牲材にＭｎを必須元素とし
て添加する。この理由は、１つにはＺｎが添加された犠
牲材の溶解速度を遅くするためであり、他の１つには犠
牲材の強度を向上させ、ろう付加熱後のブレージングシ
ート全体の強度を向上させるためである。その添加量が
０．３％未満では強度向上に寄与せず、１．６％を超え
ると犠牲材の加工性が劣化する。ここでＭｎの添加によ
り、犠牲材の溶解速度が遅くなるのは、Ｚｎを固溶させ
た系にＭｎを０．３〜１．６％程度添加した場合、Ｚｎ
添加によって生じる犠牲材の腐食電位の卑化が、Ｍｎ添
加によって緩和されるからである。

【００１７】以上が犠牲材の合金組成であるが、不可避
的不純物として、ＦｅとＳｉはそれぞれ、最大０．８％
以下とする。これらの元素は金属間化合物、例えばＡｌ
₃Ｆｅを形成し、その周囲で腐食を生じることで、犠牲
材層の寿命を低下させるためである。したがって上限は
上記の通りであるが、Ｓｉ：０．２％以下、Ｆｅ：０．
４％以下が望ましい。

【００１８】以上が本発明のブレージングシートの構成
であるが、そのろう材の厚さは通常３０μｍ程度であ
る。犠牲材の厚さも通常３０μｍ程度であるが、本発明
の犠牲材層の場合、犠牲材の厚さを増してもブレージン
グシートのろう付け後の強度は低下しないので、６０μ
ｍ程度まで可能である。

【００１９】本発明のブレージングシートは電縫加工等
によりチューブとしたり、そのままヘッダー材として用
いられる。

【００２０】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。表１、２に示す合金組成の芯材と犠牲材の組合わせ
で構成されたブレージングシートを作製した。ろう材に
はＪＩＳ４０４５合金を用い、クラッド率はろう材は１
０％（３０μｍ）であり、犠牲材は１０〜１５％（３０
〜４５μｍ）である。ブレージングシートは通常の水冷
鋳造、均質化処理（６００℃×９時間）、合わせ加熱
（５９０℃）、熱間圧延、冷間圧延・焼鈍の工程で製造
し、Ｈ１４調質とした。得られたブレージングシートコ
イル（板厚０．３０mm）をろう付け加熱後、耐食性試
験、引張り試験、腐食電位の測定を行った。耐食性試験
はろう材側に３wt％になるように水に懸蜀したフラック
スを塗布したブレージングシートをＮ₂ガス中で６００
℃×３．５分の条件で加熱を行った後、犠牲材側の表面
一定面積のみを露出させ、他の面をすべてテフロンテー
プでシールし、以下の条件で腐食試験を行った。すなわ
ち、シール処理後の各ブレージングシートを８８℃のＡ
ＳＴＭ人工水（１００ppm Ｃｌ^-、１００ppm Ｃ
Ｏ₃ ^2-、１００ppm ＳＯ₄ ^2-、１００ppm Ｃｕ²⁺を含む
水溶液）中に８時間浸漬した後、室温で１６時間放置す
るサイクル試験を４ヶ月間行った。このサイクル試験終
了後各ブレージングシートはリン酸・クロム酸混液で腐
食生成物を除去した後、最大孔食深さを光学顕微鏡を用
いて焦点探度法により求めた。さらに腐食部の断面を研
磨し、粒界腐食の有無を調べた。結果を表２に記した。
引張試験はろう材側に３wt％になるように懸蜀したフラ
ックスを塗布したブレージングシートをＮ₂ガス中で６
００℃×３．５分の条件でろう付加熱を行った後に、室
温にて４日間放置後測定した。結果を表２に併記した。
腐食電位はクラッド材を研摩して飽和カロメル電極（Ｓ
ＣＥ）を用い、芯材、犠牲材について測定した。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】表３から明らかなように本発明例ブレージ
ングシートNo．１〜１５は従来例No．２４に比較して強
度においても優れており、耐食性も同等である。これに
対し、犠牲材中のＺｎ、Ｍｇの少ない比較例No．１６〜
２１は耐食性が悪く、芯材中のＳｉ、犠牲材中のＺｎが
本発明の範囲より多い比較例No．２２、２３は強度は高
いが耐食性が悪いことが判る。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明のブレージング
シートは高強度であり、かつ耐食性においても優れてお
り、工業上顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジエーターを示す一部断面の斜視図。

【符号の説明】

１偏平チューブ２放熱用フィン３ヘッダー４タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 21/06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ０．０５〜１．２０wt％、Ｆｅ０．
０５〜０．８wt％、Ｃｕ０．１〜１．０wt％、Ｍｎ０．
３〜１．５wt％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物
とからなる合金を芯材とし、該芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ
系合金のろう材を有し、他の片面にＭｇ２．６〜４．０
wt％、Ｚｎ２．０〜４．０wt％、Ｍｎ０．３〜１．６wt
％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる合
金の犠牲材を有することを特徴とする高強度、高耐食性
アルミニウム合金ブレージングシート。
【請求項２】Ｓｉ０．０５〜１．２０wt％、Ｆｅ０．
０５〜０．８wt％、Ｃｕ０．１〜１．０wt％、Ｍｎ０．
３〜１．５wt％を含有し、さらにＭｇ０．０１〜０．２
wt％、Ｃｒ０．３wt％以下、Ｚｒ０．３wt％以下、Ｔｉ
０．２wt％以下のうちの１種または２種以上を含有し、
残部がＡｌと不可避的不純物とからなる合金を芯材と
し、該芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材を有し、
他の片面にＭｇ２．６〜４．０wt％、Ｚｎ２．０〜４．
０wt％、Ｍｎ０．３〜１．６wt％を含有し、残部がＡｌ
と不可避的不純物とからなる合金の犠牲材を有すること
を特徴とする高強度、高耐食性アルミニウム合金ブレー
ジングシート。