JPH06212332A - ろう付用アルミニウム合金複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特にノコロックろう付法によっても、ろう付
性、耐食性を阻害することなく、高強度の熱交換器用素
材として適する高強度、高耐食性及びろう付性に優れた
アルミニウム合金複合材を提供する。 【構成】 Ｍg：０.２％以下、Ｃu：０.２％以下で、且
つＳi：０.３〜１.３％、Ｍn：０.３〜１.５％、Ｔi：
０.０２〜０.３％を含み、更に必要により、Ｃr：０.３
％以下、Ｚr：０.２％以下を含有するアルミニウム合金
を芯材とし、芯材の片面にＡl−Ｓi系ろう材をクラッド
し、芯材の他の面に、Ｍg：０.３〜３％、Ｚn：５％以
下、Ｓi：０.１〜１.０％を含むアルミニウム合金皮材
をクラッドしたことを特徴とするろう付用アルミニウム
合金複合材である。芯材の厚さはろう材の２.５倍以上
で且つ０.１〜１mm以下が好ましい。ろう材を外面にし
て高周波誘導溶接(圧接)製管してラジエータ用チューブ
材とする。自動車用熱交換器等に使用した場合には薄肉
軽量化、コストダウンに顕著な効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ろう付用アルミニウム
合金複合材に係り、特に高強度、高耐食性及びろう付性
に優れ、またノコロックろう付法により組立てられる場
合に著しい効果が期待されるろう付用アルミニウム合金
複合材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ろう付用アルミニウム合金複合材は、ろ
う付ラジエータのチューブ材等に用いられるが、従来よ
り、Ａl−Ｍn系の３００３を芯材とし、これにＡl−Ｓi
系ろう材をクラッドしたブレージングシートが用いられ
てきた。しかしながら、３００３を芯材とするブレージ
ングシートは、ろう付後強度が１１０Ｎ／mm²程度であ
り、また耐食性も充分とは言い難い。

【０００３】この点、芯材合金にＭgを添加すれば強度
は向上するが、ろう材による芯材のエロージョンが大き
くなり、ろう付性、耐食性の低下を招くという問題があ
る。特にノコロックろう付においては、芯材中のＭg含
有量が０.２％を超えるとろう付性の低下が著しく、し
たがって、芯材合金中へのＭgの添加は好ましくない。

【０００４】また、ろう付性を阻害することなく、ろう
付後の高強度を図った技術として、特開平２−１７５０
９３号、特開平４−１９８４４６号、特開平４−１９８
４４７号、特開平４−１９８４４８号等が提案されてい
るが、これらの技術においては、より薄肉化を進めてい
く上で耐食性が不十分であることが判明した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
では、高強度と高耐食性、ろう付性を兼ね備えたろう付
ラジエータのチューブ材を得ることは困難である。自動
車用ラジエータのような熱交換器の用途においては、軽
量化、コストダウンを目的として素材の薄肉化が指向さ
れており、高強度、高耐食性、ろう付性を有するろう付
用アルミニウム合金複合材が要請されているが、このよ
うな要求に未だ応えることができないのが実情である。

【０００６】本発明は、上記従来技術の欠点を解消して
前記要請に応えるべくなされたものであって、特にノコ
ロックろう付法によっても、ろう付性、耐食性を阻害す
ることなく、高強度の熱交換器用素材として適する高強
度、高耐食性及びろう付性に優れたアルミニウム合金複
合材を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者らは、芯材中のＭgを低減してろう付性を
改善し、併せて強度の向上及び耐食性の一層の向上が図
れる方策について鋭意研究を重ねた結果、ここに本発明
を完成したものである。

【０００８】すなわち、本発明は、Ｍg：０.２％以下、
Ｃu：０.２％以下で、且つＳi：０.３〜１.３％、Ｍn：
０.３〜１.５％、Ｔi：０.０２〜０.３％を含み、更に
必要により、Ｃr：０.３％以下、Ｚr：０.２％以下を含
有するアルミニウム合金を芯材とし、芯材の片面にＡl
−Ｓi系ろう材をクラッドし、芯材の他の面に、Ｍg：
０.３〜３％、Ｚn：５％以下、Ｓi：０.１〜１.０％を
含むアルミニウム合金皮材をクラッドしたことを特徴と
するろう付用アルミニウム合金複合材を要旨とするもの
である。

【０００９】以下、本発明を更に詳細に説明する。

【００１０】

【作用】

【００１１】本発明のろう付用アルミニウム合金複合材
の構成は、図１に示すように、芯材(１)の片面にろう材
(３)がクラッドされ、他の面に皮材(２)がクラッドされ
ているものである。

【００１２】すなわち、Ａl−Ｓi系ろう材(３)と接触す
る芯材には、不純物として含まれるＭgの含有量が０.２
％以下(好ましくは０.１％以下)に規制され、Ｃu：０.
２％以下に規制され、Ｓi：０.３〜１.２％、Ｍn：０.
３〜１.５％、Ｔi：０.０２〜０.３％を含み、更に必要
によりＣr：０.３％以下、Ｚr：０.２％以下を含有する
アルミニウム合金を用い、また、ろう材の反対面側(皮
材)には、Ｍg：０.３〜３％、Ｚn：５％以下、Ｓi：０.
１〜１％を含むアルミニウム合金がクラッドされる。

【００１３】このような構成のアルミニウム合金複合材
は、以下に説明するような作用を有し、所期の効果が得
られる。

【００１４】すなわち、ろう付時においては、ろう付性
は芯材のＭg含有量が低く規制されているため阻害され
ることはない。ろう付加熱時には、クラッドされた皮材
から芯材中にＭgが拡散してくる結果、芯材部において
はＭg₂Ｓiを生成し、ろう付後の強度が向上する。この
場合、ろう材と接する芯材中のＭg濃度は、反対面にク
ラッドされた皮材からの拡散により供給されるため芯材
中で最も低く、ろう付性を阻害することなく強度が向上
できる。

【００１５】また、芯材のＣuは、ろう付後の強度向上
には有効であるが、Ａl−Ｍg−Ｓi−Ｃu系の化合物がろ
う付後、粒界に析出して粒界腐食感受性を増大させ、耐
食性を阻害するため、０.２％以下に規制する必要があ
る。前記の公開公報に係る提案での不十分な耐食性を解
決するポイントの一つがこのＣu量規制である。

【００１６】特開平２−１７５０９３号では芯材の組成
でＴiが規制されておらず、耐食性に関しては不十分で
あることが判明した。一方、本発明では、芯材中にＭ
n、Ｓi、Ｔiが必須的に添加されるが、これらの合金元
素は芯材の強度向上、耐食性の向上に不可欠な合金元素
である。更にＣr、Ｚr等を適宜添加すれば、芯材の結晶
粒形を制御し、ろう付の改善に有効である。勿論、Ｍg
も上記の規制範囲内の添加であれば、ろう付性の低下が
小さく、強度向上に効果が得られる。

【００１７】また、ろう材の反対面側(皮材)には、Ｍ
g：０.３〜３％、Ｚn：５％以下、Ｓi：０.１〜１％を
含むアルミニウム合金を使用するが、このＭgは前記の
ようにろう付時に芯材中へ拡散して芯材部においてＭg₂
Ｓiを生成し、ろう付後の強度を向上させる。またＳiは
皮材層内でＭg₂Ｓiを生成し、ろう付後の強度を向上さ
せる。Ｚnは犠牲陽極作用を更に向上させることがで
き、優れた耐食性が確保できる。

【００１８】このように、芯材は、ろう付時にろう材か
らのＳiの拡散を抑制すると共に、反対面側にクラッド
された皮材からのＭgの拡散も抑制する作用がある。芯
材厚さとしては上記の効果が得られ、且つ強度向上が最
大となる厚みが最適である。

【００１９】本発明に係るアルミニウム合金複合材は、
以上の作用を有するものであるが、以下に各合金成分の
限定理由を説明する。

【００２０】（１）芯材

【００２１】ろう付前の芯材中に含まれる不純物として
のＭgの許容量を０.２％以下に限定したのは、ろう付性
の低下を防止するためであり、それ以上含有すると、特
にノコロック法によるろう付においてろう付性の低下を
生じるため好ましくない。

【００２２】Ｃuは強度向上には有効であり、ろう材側
の耐食性向上にも有効であるが、粒界腐食感受性を増大
させ、耐食性を低下させるため、０.２％以下に限定す
る。

【００２３】芯材中にＳiを添加するのは、Ｍn−Ｓi系
微細析出物による強度向上と、皮材から拡散してきたＭ
gとの反応によるＭg₂Ｓi金属間化合物の析出による強度
向上を目的としたものである。しかし、Ｓi含有量が０.
３％未満ではその効果が小さく、反面、１.３％を超え
て含まれると、芯材の融点が低下するため実用的でな
い。

【００２４】芯材中にＭnを添加することにより、耐食
性、ろう付性及び強度を向上できる。そのためのＭn添
加量は０.３〜１.５％である。０.３％未満ではその効
果が不十分であり、１.５％を超えて含有すると巨大化
合物を生成し、加工性の低下を生じるため好ましくな
い。

【００２５】Ｔiを添加することにより、更に耐食性の
向上が図れる。そのためのＴi添加量は０.０２〜０.３
％である。０.０２％未満ではその効果が得られず、ま
た、０.３％を超えて含有させても効果は飽和し、巨大
化合物を生成し、加工性の低下を生じるため好ましくな
い。

【００２６】特開平２−１７５０９３号との大きな相違
点の一つは、芯材中にＴiを必須的に含む点にある。Ｔi
は、前述の通り、耐食性の向上に不可欠であり、そのメ
カニズムは、芯材中に層状に析出して孔食の深さ方向へ
の進行を阻害すると共に、芯材の電位を貴に移行させ
る。Ｔiはアルミニウム合金中での拡散速度が小さく、
ろう付時の移動も少ないため、芯材とろう材、或いは芯
材と皮材の電位差を維持し、電気化学的に芯材を防食す
るのに有効である。

【００２７】更に必要により、芯材にＣr、Ｚrの少なく
とも１種を添加することにより、更に耐食性、強度、ろ
う付性の改善を図ることができる。そのための添加量
は、Ｃr：０.３％以下、Ｚr：０.２％以下でよい。それ
ぞれが上限値を超えると効果は飽和し、加工性の低下を
生じるため好ましくない。好ましい添加量としては、Ｃ
r：０.０２〜０.３％、Ｚr：０.０２〜０.２％である。
ＺrよりもＣr添加の方が好ましい。

【００２８】芯材は、ろう付時に皮材からのＭgの拡散
がろう材表面に到達しないことが必須である。芯材の厚
さとしては、上記効果が得られ、且つ強度が最大となる
厚みが最適である。好ましい芯材の厚さは、ろう材厚さ
の２.５倍以上で、且つ０.１〜１mmである。

【００２９】（２）皮材

【００３０】芯材を挾んでろう材の反対面側にクラッド
される皮材には、Ｍg：０.３〜３％、Ｚn：５％以下、
Ｓi：０.１〜１.０％を含むアルミニウム合金が使用さ
れる。ラジエータチューブのような用途では、犠牲陽極
として作用させることもでき、耐食性が著しく向上でき
る。

【００３１】皮材に含まれるＭg含有量としては、ろう
付け条件等により異なるものの、０.３〜３％の範囲で
ある。これは、Ｍg含有量が０.３％未満では強度向上効
果が不十分となり、また３％を超えるとクラッドが困難
となるので好ましくないためである。

【００３２】Ｓiは皮材層の強度向上を得る成分であ
り、０.１％未満ではその効果が小さく、１.０％を超え
ると皮材の融点が低下し、ろう付時のバーニング発生の
危険を生じるため好ましくないので、Ｓi含有量は０.１
〜１.０％とする。

【００３３】皮材を犠牲陽極として活用する場合には芯
材中にＭn、Ｃu、Ｔi、Ｃr等の電位を貴にする元素を添
加するのが有効であるが、更に積極的に皮材の電位を卑
にするためにＺnを添加するのが好ましい。Ｚnの添加量
としては５％以下が好ましく、それを超えて含有する
と、ろう付時に炉の汚染を生じることがある。

【００３４】なお、複合材の板厚が更に厚くなると反対
面側にクラッドされた皮材中にＭn、Ｃu、Ｔi、Ｚr等を
添加して強度向上を図ることもできる。添加量としては
それぞれ芯材中の添加量と同じでよい。

【００３５】（３）ろう材

【００３６】ろう材としては、Ａl−Ｓi系合金を用い、
従来と同様である。例えば、Ａ４０４５合金等が使用で
きる。なお、ろう材中にＺnを添加し、ろう材を積極的
に犠牲陽極として使用することもできる。その場合、好
ましいＺnの添加量は皮材中の添加量と同じでよい。

【００３７】（４）その他

【００３８】複合材の厚さとしては、ラジエータチュー
ブ材の場合のように、０.４mm程度以下であれば、ろう
材反対面側にクラッドされた皮材からのＭgの拡散によ
り、充分に強度向上効果が得られる。

【００３９】なお、本発明は、Ｍgによるろう付性の阻
害作用が著しいノコロック法ろう付に適用した場合にそ
の効果が最大となるが、他の雰囲気ろう付、フラックス
ろう付、真空ろう付等のろう付方法にも適用できるのは
云うまでもない。

【００４０】更に、図２に示すように、Ｍg含有アルミ
ニウム合金(皮材)の外側を、Ｍgを実質的に含有しない
アルミニウム合金(芯材)で両面クラッドし、更にその外
側にＡl−Ｓi系ろう材をクラッドすれば、両面ブレージ
ングシートとして使用することもできる。

【００４１】ラジエータチューブの製造に際しては、電
縫管により製管でき、前記ろう材を外面として高周波誘
導溶接(圧接)される。

【００４２】また、ラジエータのチューブ材の内面耐食
性を向上させるためには、皮材を芯材に対し犠牲陽極的
に作用させることが最も有効である。ノコロックろう付
は、大気圧下で行われるため、Ｚnの蒸発は殆どない
が、ろう付加熱により芯材に拡散し、表面濃度が低下す
る。ラジエータのチューブ材の内面クーラント側耐食性
を皮材の犠牲陽極効果により著しく向上させるには、皮
材表面と芯材の孔食電位の差が３０mＶ以上必要であ
る。反面、孔食電位の差が１２０mＶ以上になると、皮
材の消耗速度が大きく、長期にわたり犠牲陽極効果が維
持できない。皮材と芯材の孔食電位の差は、皮材組成、
芯材組成、ろう付条件により変化するが、ノコロックろ
う付後において、３０〜１２０mＶの範囲にあれば、長
期にわたり優れた耐食性が得られる。

【００４３】以下、本発明の実施例を示す。

【００４４】

【実施例】

【００４５】実施例１〜５のために、表１に示す化学組
成を有するアルミニウム合金（芯材、皮材、ろう材）を
準備した。ここで、同表中、Ｎo.１〜Ｎo.１１が芯材用
合金であり、Ｎo.１２〜Ｎo.１８がろう材の反対面側に
クラッドされる皮材、Ｎo.１９はろう材（４０４５合
金）である。

【００４６】これらのアルミニウム合金を表２に示す組
合せにて、図１に示す構成のろう付用アルミニウム合金
複合材を試作した。

【００４７】

【実施例１】表２に示した組合わせのろう付用アルミニ
ウム合金複合材のろう材面にノコロック用フラックスを
５g／m²塗布し、乾燥した後、露点−４０℃の窒素雰囲
気中で６００℃×５分間加熱を行った。ろう付の評価結
果を表３に示す。なお、実際のラジエータ製造は、図３
に示すようにチューブ、フィン、ヘッダを組み合わせた
状態でろう付けを行うが、評価の簡易化、定量化のため
ドロップ試験による流動係数で評価した。表３に示すと
おり、本発明例はいずれも、ろう付性が優れていること
がわかる。

【００４８】

【実施例２】実施例１と同一条件で加熱したろう付用ア
ルミニウム合金複合材を室温で７日間放置した後、引張
試験を行った。その結果を表３に示すように、本発明例
はいずれも、ろう付後の強度が１５０Ｎ／mm²を超える
高強度を有している。

【００４９】

【実施例３】実施例１と同一条件で加熱したろう付用ア
ルミニウム合金複合材について、ろう材側の耐食性をＣ
ＡＳＳ試験により評価した。ＣＡＳＳ試験２５０時間後
の評価結果を表３に示す。各表の「ろう材側耐食性」に
示すように、本発明例はいずれも優れた耐食性を有して
いることがわかる。

【００５０】

【実施例４】実施例１と同一条件で加熱したろう付用ア
ルミニウム合金複合材について、芯材のろう材反対面側
にクラッドされた皮材側の耐食性を人工水（Ｃl：３０
０ppm、ＳＯ₄：１００ppm、Ｃu：５ppm）中で８８℃×
８時間→室温×１６時間の温度条件で３０日間の浸漬試
験により評価した。浸漬試験後の評価結果を表３に示
す。各表の「皮材側耐食性」に示すように、本発明例は
いずれも優れた耐食性を有していることがわかる。

【００５１】

【実施例５】実施例１と同一条件で加熱したろう付用ア
ルミニウム合金複合材について、ろう材反対面側にクラ
ッドされた皮材表面の孔食電位と、ろう材表面の孔食電
位及び皮材をエメリー研磨紙で機械的に除去した芯材の
孔食電位を、以下の条件で測定した。

【００５２】〈測定条件〉 電解液：３.５％ＮaＣl水溶液（脱気） 温 度：２５℃ 測定方法：ポテンショスタットを使用した電位走査法
（１０mＶ／min）

【００５３】測定した皮材と芯材の孔食電位の差を表３
に示す。本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合材
の芯材と皮材の孔食電位の差は、いずれも３０〜１２０
mＶの範囲にあった。

【００５４】

【実施例６】表１に示すＮo.１(芯材)、Ｎo.１２(皮
材)、Ｎo.１９(ろう材)の組合せからなるチューブ材
を、図４に示す製管プロセスにて外面がろう材となるよ
うに製管した結果、良好な溶接部を得ることができた。
なお、溶接条件は、周波数：４００kＨz、電流：３.７m
Ａ、電圧：６.７kＶ、アプセット量：２００μm、製管
速度：９０m／minである。図４中、はアンコイラー、
は素材を円管に成形するフィンパスロール、は加圧
ロールと高周波コイルを用いて円管端部を溶接する高周
波誘導溶接機、はビードカッター、は溶接により生
じたスパッタ、ダライなどを洗浄除去する洗浄機、は
円管を扁平に加工し所定の寸法に成形するサイジングロ
ールである。

【００５５】図３に示すようにチューブ、ヘッダ、フィ
ンを組合せ、ノコロック用フラックスを３g／m²、スプ
レー塗布した後、乾燥させ、露点−４０℃、酸素濃度３
００ppmの窒素雰囲気下で６００℃×５分間加熱した。
その結果、各接合部ともフィレット形成状況は良好であ
った。

【００５６】以上の実施例１〜７から、本発明例はいず
れも、ろう付性、耐食性を損なうことなく高強度チュー
ブとして使用できることは明らかである。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ノコロックろう付法によっても、ろう付性、耐食性を阻
害することなく高強度のろう付用アルミニウム合金複合
材が得られるので、特に自動車用熱交換器等に使用した
場合には、薄肉軽量化、コストダウン等に顕著な効果が
得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合材
の構成例を示す説明図である。

【図２】本発明に係るろう付用アルミニウム合金複合材
の他の構成例を示す説明図である。

【図３】ラジエータにおけるチューブ、ヘッダ、フィン
の組合せ状況及び接合状況を示す断面図である。

【図４】本発明に係るろう付け用アルミニウム合金複合
材の製管プロセスを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 芯材 ２ 皮材 ３ ろう材 ４ チューブ ５ フィン ６ ヘッダ

【表１】

【表２】

【表３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 整 栃木県真岡市鬼怒ヶ丘15番地株式会社神戸 製鋼所真岡製造所内 (72)発明者 橋浦光夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装 株式会社内 (72)発明者 福田 淳 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装 株式会社内 (72)発明者 竹内桂三 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装 株式会社内 (72)発明者 磯部保明 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で(以下、同じ）、Ｍg：０.２％
   以下、Ｃu：０.２％以下で、且つＳi：０.３〜１.３
   ％、Ｍn：０.３〜１.５％、Ｔi：０.０２〜０.３％を含
   み、更に必要により、Ｃr：０.３％以下、Ｚr：０.２％
   以下を含有するアルミニウム合金を芯材とし、芯材の片
   面にＡl−Ｓi系ろう材をクラッドし、芯材の他の面に、
   Ｍg：０.３〜３％、Ｚn：５％以下、Ｓi：０.１〜１.０
   ％を含むアルミニウム合金皮材をクラッドしたことを特
   徴とするろう付用アルミニウム合金複合材。
2. 【請求項２】 Ｍg：０.２％以下、Ｃu：０.２％以下
   で、且つＳi：０.３〜１.３％、Ｍn：０.３〜１.５％、
   Ｔi：０.０２〜０.３％、Ｃr：０.０２〜０.３％を含
   み、更に必要により、Ｚr：０.２％以下を含有するアル
   ミニウム合金を芯材とし、芯材の片面にＡl−Ｓi系ろう
   材をクラッドし、芯材の他の面に、Ｍg：０.３〜３％、
   Ｚn：５％以下、Ｓi：０.１〜１.０％を含むアルミニウ
   ム合金皮材をクラッドしたことを特徴とするろう付用ア
   ルミニウム合金複合材。
3. 【請求項３】 Ｍg：０.２％以下、Ｃu：０.２％以下
   で、且つＳi：０.３〜１.３％、Ｍn：０.３〜１.５％、
   Ｔi：０.０２〜０.３％を含み、更に必要により、Ｃr：
   ０.３％以下、Ｚr：０.２％以下を含有するアルミニウ
   ム合金を芯材とし、芯材の片面にＡl−Ｓi系ろう材をク
   ラッドし、芯材の他の面に、Ｍg：０.３〜３％、Ｚn：
   ２.１〜５％、Ｓi：０.１〜１.０％を含むアルミニウム
   合金皮材をクラッドしたことを特徴とするろう付用アル
   ミニウム合金複合材。
4. 【請求項４】 芯材の厚さが、ろう材の２.５倍以上で
   且つ０.１〜１mm以下である請求項１、２又は３に記載
   のろう付用アルミニウム合金複合材。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３又は４に記載のろう付
   用アルミニウム合金複合材を用いて、ろう材を外面にし
   て高周波誘導溶接(圧接)により製管されたチューブ材。
6. 【請求項６】 チューブ材をノコロックろう付法により
   ろう付けすることによりラジエータを組立てる際に用い
   る請求項５に記載のチューブ材。
7. 【請求項７】 ろう付後において、芯材、皮材、ろう材
   の孔食電位の関係が(貴)芯材＞皮材及び(貴)芯材＞ろう
   材であり、芯材と皮材、芯材とろう材の孔食電位の差が
   ３０〜１２０mＶである請求項６に記載のチューブ材。