JPH08260085A

JPH08260085A - 耐食性に優れた真空ブレージング用アルミニウム合金複合材

Info

Publication number: JPH08260085A
Application number: JP5913295A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takeuchi; 宏明竹内; Nobuyuki Shibata; 宣行柴田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】チューブ材の薄肉化が可能な、高強度で、耐
食性に優れた真空ブレージング用アルミニウム合金複合
材を提供する。【構成】Ｓｉ 0.4〜1.3 wt％、Ｆｅ 0.1〜0.7 wt％、
Ｃｕ 0.1〜1.0 wt％、Ｍｎ 0.5〜1.5 wt％を含有し、さ
らにＭｇ 0.2wt％以下、Ｔｉ0.05〜0.3 wt％、Ｃｒ0.05
〜0.3 wt％、Ｚｒ0.05〜0.3 wt％のうちの１種または２
種以上を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなる芯材
の片面にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材をクラッドし、前記芯
材の他面にＺｎ 2.0wt％を超え 6.0wt％以下、Ｃａ0.01
〜1.0 wt％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなる
犠牲材をクラッドした耐食性に優れた真空ブレージング
用アルミニウム合金複合材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の熱交換器等に
用いられるアルミニウム合金複合材、更に詳しくは熱交
換器の冷媒通路を形成するチューブ等の材料として用い
られる真空ブレージング用アルミニウム合金複合材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ラジエーター、ヒーターコア
等のＡｌ製熱交換器は、フッ化物系の非腐食性フラック
スを使用したフラックスろう付法、あるいはフラックス
を使用しないで真空炉中でブレージングを行う方法のい
ずれかにより製造されている。ラジエーターは、図１
イ、ロに示すように、冷媒を通すチューブ１間にフィン
２を配置し、チューブ１の両端にヘッダープレート３を
取付けてコア４を組立て、ろう付後にヘッダープレート
３にパッキン５を介して樹脂タンク６、７を取付けたも
のである。前記チューブ１には、真空ブレジーング法の
場合、JIS-3003合金からなる芯材の外側（大気側）にJI
S-4104のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材をクラッドし、
内側（冷媒側）にJIS-7072合金を犠牲材としてクラッド
した厚さ 0.3〜0.4 mmの３層構造の複合材のブレージン
グシート（内外層のクラッド率は５〜10％）を用い、フ
ィン２には、JIS-3003合金にＺｎを 1.5wt％程度添加し
た厚さ 0.1mm前後の板を用い、ヘッダープレート３に
は、厚さ 1.0〜1.3 mmのチューブ１と同じブレージング
シートを用いている。

【０００３】前記チューブ材は、芯材（JIS-3003合金）
のみから形成されていると、チューブ材は厚さが 0.3〜
0.4 mmと薄いため、冷媒と接する内側にＡｌ合金特有の
孔食が発生し早期に液洩れを起こすことがある。しか
し、前述の複合材のように、芯材（JIS-3003合金）の内
側に犠牲材（JIS-7072合金）がクラッドされていると、
犠牲材のJIS-7072合金はＡｌ−Ｚｎ系合金のため、それ
自体が浅く広く全面が腐食し、芯材（JIS-3003合金）が
暴露した後も、その電位差により犠牲材が優先的に腐食
され、芯材も拡散してきたＺｎにより面腐食するように
なり、チューブ材の孔食が防止される。ところが、真空
ブレージング法によりろう付を行うと、犠牲材（Ａｌ−
Ｚｎ系合金）中のＺｎが真空中で蒸発し、犠牲材表面層
のＺｎ濃度が極端に減少して、犠牲陽極効果が殆どなく
なり、耐孔食性が著しく低下するという欠点があった。
このようなことから、本発明者らは、先に、Ａｌ−Ｚｎ
系合金の犠牲材にＣａを添加してＺｎの蒸発を抑制した
ブレージングシートを開発した（特開昭56-41347号公
報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近、チュー
ブ等は薄肉化（例えば 0.3mm未満）の傾向にあり、それ
に伴い、チューブ材には強度向上が要求されるようにな
った。チューブ材の強度向上には、芯材のＳｉやＣｕ等
の合金元素を増加させる方法が考えられるが、芯材の合
金元素が増加すると、ろう付加熱時に芯材から犠牲材へ
ＳｉやＣｕが多量に拡散するようになり、このＳｉやＣ
ｕは電位が貴なため、犠牲材の犠牲陽極効果が低下する
という問題がある。しかし、前述のＳｉやＣｕの含有量
を多くして高強度化した芯材では、前記Ｃａを添加した
犠牲材を複合しても、そのＺｎ量が最大 2.0wt％と少な
いため、前記芯材を十分に防食するのは困難であった。
本発明は、チューブ材の薄肉化が可能な、高強度で、耐
食性に優れた真空ブレージング用アルミニウム合金複合
材の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｓｉ 0.4〜1.
3 wt％、Ｆｅ 0.1〜0.7 wt％、Ｃｕ 0.1〜1.0 wt％、Ｍ
ｎ 0.5〜1.5 wt％を含有し、さらにＭｇ 0.2wt％以下、
Ｔｉ0.05〜0.3 wt％、Ｃｒ0.05〜0.3 wt％、Ｚｒ0.05〜
0.3 wt％のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａ
ｌと不可避不純物からなる芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系合
金ろう材をクラッドし、前記芯材の他面にＺｎ 2.0wt％
を超え 6.0wt％以下、Ｃａ0.01〜1.0 wt％を含有し、残
部Ａｌと不可避不純物からなる犠牲材をクラッドしたこ
とを特徴とする耐食性に優れた真空ブレージング用アル
ミニウム合金複合材である。

【０００６】

【作用】以下に、本発明の複合材の合金元素について、
その効果及び含有量の限定理由を説明する。芯材におい
て、ＳｉとＦｅはろう付後マトリックス中に固溶し、芯
材の強度向上に寄与する。Ｓｉの含有量を 0.4〜1.3 wt
％に限定した理由は、 0.4wt％未満ではその効果が十分
に得られず、 1.3wt％を超えると単体Ｓｉによる深い孔
食を引き起こす恐れがあるためである。Ｓｉ含有量は、
特には 0.5〜 0.9wt％が望ましい。Ｆｅの含有量を 0.1
〜0.7 wt％に限定した理由は、 0.1wt％未満ではその強
度向上効果が十分に得られず、 0.7wt％を超えると耐食
性が低下するためである。Ｆｅの含有量は、特には 0.3
〜0.6 wt％が望ましい。

【０００７】ＣｕとＭｎは強度と耐食性の向上に寄与す
る。Ｃｕの含有量を 0.1〜1.0 wt％に限定した理由は、
0.1wt％未満では犠牲材との電位差が十分に取れず耐食
性のバランスが低下し、 1.0wt％を超えると犠牲材側に
Ｃｕが多く拡散して犠牲材の犠牲陽極効果が低下するた
めである。Ｃｕの含有量は、 0.2〜0.7 wt％が望まし
く、更には 0.3〜0.5 wt％が望ましい。Ｍｎの含有量を
0.5〜1.5 wt％に限定した理由は、 0.5wt％未満ではそ
の効果が十分に得られず、 1.5wt％を超えると塑性加工
性が低下するためである。Ｍｎの含有量は、特には 0.8
〜1.2 wt％が望ましい。このように、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ、Ｍｎは、主に、芯材強度を向上させ、以て複合材の
強度向上に大きく寄与する。

【０００８】Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒは、いずれも強度
向上に効果がある。Ｍｇの含有量を 0.2wt％以下に限定
した理由は、 0.2wt％を超えるとＳｉと反応して粒界に
Ｍｇ₂Ｓｉ化合物を析出して粒界腐食を引き起こす恐れ
があるためである。Ｍｇの含有量は、特には0.15wt％以
下が望ましい。Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒの含有量を、それぞれ
0.05〜0.3 wt％に限定した理由は、0.05wt％未満では、
その効果が十分に得られず、0.3 wt％を超えると巨大な
化合物が生成して塑性加工性が低下するためである。Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｚｒの望ましい含有量は、それぞれ0.08〜0.
2 wt％である。尚、Ｔｉは耐食性向上にも効果がある。

【０００９】犠牲材におけるＺｎとＣａの複合含有は、
本発明のポイントである。以下に、その効果と含有量の
限定理由を説明する。Ｚｎは、犠牲材の電位を低下させ
て犠牲陽極効果を発現し、芯材の孔食を防止する。その
含有量を 2.0wt％を超え 6.0wt％以下に限定した理由
は、 2.0wt％以下では、芯材から拡散してくるＳｉやＣ
ｕ等の影響により、その効果が十分に得られなくなり、
6.0wt％を超えると電位が卑となり過ぎて、芯材の孔食
を防止できても犠牲材自身の腐食量が多くなって、多量
に発生する腐食生成物が伝熱管を詰まらせるためであ
る。Ｚｎの含有量は 3.0〜5.0 wt％、特には 3.7〜4.5
wt％が望ましい。

【００１０】Ｃａは、真空ブレージング時にＺｎの蒸発
を防止する効果を有する。Ｃａの含有量を0.01〜1.0 wt
％に限定した理由は、0.01wt％未満ではその効果が十分
に得られず、 1.0wt％を超えると犠牲材の圧延加工性が
悪化してコバ割れが発生するためである。Ｃａの含有量
は、特には0.15〜0.3 wt％が望ましい。その他、不純物
元素のＳｉおよびＦｅは強度向上に寄与するが、多過ぎ
るとＡｌＦｅ系あるいはＭｇＳｉ系化合物による粒界腐
食を引き起こす恐れがある。ＳｉおよびＦｅの望ましい
含有量は、Ｓｉ0.02〜0.15wt％、Ｆｅ 0.1〜0.4 wt％で
ある。

【００１１】ろう材としては、例えばJIS-4004（Ａｌ−
10wt％Ｓｉ−1.5 wt％Ｍｇ）合金、Ａｌ−10wt％Ｓｉ−
1.5 wt％Ｍｇ−0.1 wt％Ｂｉ合金等の通常のろう材が用
いられる。ろう材にろう付性や耐食性を改善する目的で
他元素を微量添加しても差し支えない。

【００１２】本発明のアルミニウム合金複合材は、主に
チューブ材として使用するが、ラジエーターのヘッダー
材等にも使用でき、その他、高強度と耐食性を必要とす
るいかなる用途にも適用できる。

【００１３】

【実施例】表１に示す種々組成の犠牲材と芯材の合金、
及びろう材のＡｌ−10wt％Ｓｉ−1.5wt％Ｍｇ− 0.1wt
％Ｂｉ合金を金型に鋳造し、得られた鋳塊を両面面削
後、常法により板材に仕上げた。前記犠牲材、芯材、ろ
う材の板材の厚さは、表１のNo.1〜14の材料は、それぞ
れ10mm、35mm、5mm とし、No.15 の従来材は、それぞれ
5mm、40mm、5mm とした。次にこの犠牲材、芯材、ろう
材をこの順に重ね合わせ、 500℃にて熱間圧延して３層
のクラッド材とした。次いでこのクラッド材を冷間圧延
により0.35mmの厚さとし、 360℃×２Hrの中間焼鈍を施
したのち、No.1〜14は0.25mm厚さに、またNo.15 は 0.3
mmにまで冷間圧延してブレージングシート(H14材）とし
た。

【００１４】前記ブレージングシートについて、強度、
ろう付性、耐食性、自然電位差を下記の方法により測定
し、評価した。強度：真空ろう付け温度と同じ 600℃に３分間保持し
たのち、 100℃/min.の冷却速度で冷却し、その後室温
に10日間放置した後、引張強さを測定した。ろう付性：図２に示すように、前記ろう材層を上にし
て配置したブレージングシート８上に、別に用意した厚
さ１mmのブレージングシート９（JIS-3003合金の芯材の
両面にAl-10%Si-1.5%Mg 合金の皮材を厚さ比率で10％ず
つクラッドしたもの）を逆Ｔ字型状に組付け、これを５
×10^-5Torrの真空中で 600℃に３分間保持してろう付け
した。ろう付け性は、フィレット10が十分大きく均一な
場合を良好○、その他の場合は不良×と評価した。耐食性：前記ブレージングシートを90℃に加熱した腐
食液（水道水＋10ppmＣｕ⁺⁺）に６ケ月間浸漬し、犠牲
材側からの最大孔食深さを測定し評価した。自然電位差：前記ブレージングシートを真空ろう付け
温度と同じ 600℃に加熱保持した後、芯材と犠牲材との
自然電位差を測定した。前処理は、5%NaOH水溶液に30se
c.浸漬→60sec.水洗→１規定HNO₃に浸漬→60sec.水洗→
イオン交換水に浸漬、の工程に従って行った。自然電位
差は、25℃の５％NaCl水溶液中で飽和カロメル電極を用
いて測定した。結果を表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１より明らかなように、本発明例品 (N
o.1〜12) は、孔食深さが80μｍ以下で、従来品(No.16)
に比べて耐食性に優れている。引張強さも従来品より
高く、特にNo.5〜8 は引張強さが 180ＭＰａ以上と高強
度である。ろう付性も従来品と同等のレベルを維持して
いる。総合評価は全て○である。これに対し、比較例品
の No.13は、Ｚｎが少なかったため、No.14 はＭｇが多
すぎて結晶粒界にＭｇ₂Ｓｉ化合物が析出したため、N
o.15 は犠牲材にＣａが含有されていなかったため、い
ずれも犠牲材と芯材との電位差が小さく、犠牲材の犠牲
陽極効果が十分得られず耐食性に劣った。またNo.13 は
芯材の合金組成が本発明の合金組成を外れたため、引張
強さも低下した。

【００１７】

【効果】以上に述べたように、本発明のアルミニウム合
金複合材は、高強度で、耐食性に優れているので、チュ
ーブ材等の薄肉化が可能であり、工業上顕著な効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジエーターの側面図及びＡ−Ａ断面図であ
る。

【図２】逆Ｔ字形試料の真空ブレージング後の断面図で
ある。

【符号の説明】

1 ──チューブ 2 ──フィン 3 ──ヘッダープレート 4 ──コア 5 ──パッキン 6,7 ─樹脂タンク 8 ──本発明のブレージングシート 9 ──別に用意したブレージングシート 10 ──フィレット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ 0.4〜1.3 wt％、Ｆｅ 0.1〜0.7 wt
％、Ｃｕ 0.1〜1.0wt％、Ｍｎ 0.5〜1.5 wt％を含有
し、さらにＭｇ 0.2wt％以下、Ｔｉ0.05〜0.3wt％、Ｃ
ｒ0.05〜0.3 wt％、Ｚｒ0.05〜0.3 wt％のうちの１種ま
たは２種以上を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からな
る芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材をクラッドし、
前記芯材の他面にＺｎ 2.0wt％を超え 6.0wt％以下、Ｃ
ａ0.01〜1.0 wt％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物か
らなる犠牲材をクラッドしたことを特徴とする耐食性に
優れた真空ブレージング用アルミニウム合金複合材。