JPH0947892A

JPH0947892A - 熱交換器用アルミニウム合金ろう材ワイヤーとその製造方法およびこれを用いたアルミニウム合金製熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JPH0947892A
Application number: JP20111695A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Dokou; 武宜土公; Koji Okada; 光司岡田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換器の小型、軽量化等を図る。【解決手段】7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を
越え8.0wt%以下のCu、0.5w t%を越え8.0wt%以下のZn、
0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%
以下のMnを含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物
からなる径３ｍｍ以下のアルミニウム合金ろう材ワイヤ
ー。また更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１
種または２種を含有したワイヤー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金ろう
材ワイヤーと該アルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造
方法およびこのワイヤーを用いたアルミニウム合金製熱
交換器の製造方法に関するものであり、特にろう付工法
により製造するアルミニウム合金製熱交換器の生産性を
上げることを目的とするものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ラジ
エーター等の熱交換器は例えば図１に示すように、熱間
または温間で管状に押し出し成形した偏平チューブ１を
蛇行状に折り曲げ、管材の間にブレージングシートで形
成したフィン２（コルゲートフィン）を取付けたもので
ある。ここで３はコネクターを示す。管材にはJIS3003
合金(Al-0.15wt%Cu-1.1wt%Mn) 等が用いられ、フィンに
はJIS3003 やそれに犠牲効果を与える目的でZn等を含有
させた合金を芯材とし、JIS 4045（Al-10wt%Si) やJIS
4343(Al-7.5wt%Si) 等のろう材を両面にクラッドしてい
る。

【０００３】これらは、いずれも600 ℃付近の温度に加
熱してろう付けするブレージングにより組み立てられる
が、ブレージング工法としては、フラックスブレージン
グ法、非腐食性のフラックスを用いたノコロックブレー
ジング法等が行われる。

【０００４】ところで、ろう付中に熱交換器に生じる欠
陥に、ろう付加熱によるフィンの潰れやチューブ等への
エロージョンがある。これらに対処するために、ろう付
温度の上限が定められている。しかし、実際に熱交換器
をろう付で製造する場合には、炉内の温度分布や熱交換
器部材の熱容量の違いにより、一様に加熱することは難
しい。そのため、熱交換器の場所によってはろうが十分
に流れずろう付性が極端に低下し、これがフィンと偏平
チューブ等の冷媒通路構成部材との間で起こると、伝熱
特性が低下してしまう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、ろ
う付工法で製造する熱交換器に生じる不具合を無くし、
生産性を向上させるためのアルミニウム合金ろう材ワイ
ヤー、そのワイヤーの製造方法およびそれを用いたアル
ミニウム合金製熱交換器の製造方法について開発したも
のである。

【０００６】すなわち、本発明のアルミニウム合金ろう
材ワイヤーは、7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%
を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、
0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%
以下のMnを含有し、またはこれに更に0.3wt%以下のIn、
0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残部ア
ルミニウムと不可避的不純物からなり、径が３ｍｍ以下
のものである。

【０００７】また本発明のアルミニウム合金ろう材ワイ
ヤーの製造方法は、7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.
3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下の
Zn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.
2wt%以下のMnを含有し、またはこれに更に0.3wt%以下の
In、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残
部アルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム
合金を、コンフォーム法により３ｍｍ以下の線径のワイ
ヤーに押し出し、またはコンフォーム法により４ｍｍ以
下の径まで押し出した後に３mm以下の線径まで線引きす
ることを特徴とするものである。

【０００８】また本発明のアルミニウム合金製熱交換器
の製造方法は、アルミニウム合金製熱交換器をブレージ
ングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、
接合部位のち該ブレージングシートにクラッドされてい
るろう材の溶融温度に達しない部位に上記のアルミニウ
ム合金ろう材ワイヤーを置きろうとして使用することを
特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】まず、本発明の考え方について説
明する。アルミニウム合金製熱交換器を上記のようにブ
レージング工法にて製造する場合、その加熱は通常600
℃付近の温度で行われる。この600 ℃という温度はアル
ミニウム合金にとってかなりの高温であるため、温度が
少しでも高くなると、ろうが母材に拡散するエロージョ
ンが生じるため、温度の上限が厳しく管理されてろう付
されている。

【００１０】しかし、実際に熱交換器をろう付で製造す
る場合には、炉内の温度分布や熱交換器部材の熱容量の
違い等により、これらを一様に加熱することは容易では
ない。このため炉温は、熱交換器の部位のうち最も温度
が高くなる場所でエロージョンが生じないように設定さ
れることになり、熱交換器の場所によってはろう付け温
度まで温度が上がらず、ろうが十分に流れずにろう付性
が極端に低下してしまう。

【００１１】本発明者らは、これらの問題を解決するた
めに鋭意検討を行い、ろう付け温度が上がらない接合部
位に低融点のろう合金を置きろうとして使用すればこの
ような問題点を解決できると考え、低融点のアルミニウ
ム合金ろう材板を実験室的に製造し、ろう付けの実験を
行ったところ、上記の不具合は大きく改善され生産性の
向上が可能になることを見出した。

【００１２】ここで、本発明のろう材ワイヤーの合金組
成は7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0w
t%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を
越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを
含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなるこ
とを特徴とするアルミニウム合金ならびに、これに、0.
3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうちの１種または２種
を添加したアルミニウム合金である。以下にその限定理
由を説明する。

【００１３】Siは合金の融点を下げるが、その量が 7.0
wt% 以下では十分に融点が低下せず、低温部でろう付で
きない。一方、その量が12.0wt% を越えると逆に融点が
上がるため、低温部でろう付けができなくなる。

【００１４】Cuは合金の融点を下げ、ろう流れ性を向上
させる。ここで、Cuの量が0.3wt%以下では融点の低下が
十分でなく、その量が8.0wt%を越えるとろうの電位が貴
になりすぎて、冷媒通路構成部材が優先的に腐食するよ
うになり、耐食性が低下する上に、合金の加工性が低下
し後述する本発明の方法を用いても実用的にはワイヤー
ろうとしては適さなくなる。したがって、Cuは0.3wt%を
越え8.0wt%以下とする。Cu量は特に0.4 〜1.0wt%で耐食
性の点で安定した特性を示し、1.0 〜3.5wt%でろう流れ
性の点で安定した特性を示す。

【００１５】Znの添加は合金の融点を下げる。本発明で
はCuを添加しているが、このCuの添加により、ろうの電
位が冷媒通路構成部材の電位より貴になり、外部腐食に
よる耐食性が低下する。そこで本発明ではZnを添加す
る。こうすることでろうの電位が下がる。その結果、ブ
レージング工法でラジエターを製造するとき、ろう付け
温度が上がらない接合部位に本発明のワイヤーを置きろ
うとして用いた場合、ブレージングシートの芯合金に対
するろうの電位が近づき、耐食性が向上する。その量は
0.5wt%を越え8.0wt%以下がよく、0.5wt%以下では効果が
十分でなく、その量が8.0wt%を越えるとろうの自己耐食
性が低下する。

【００１６】Feはろうが溶融後凝固するときの結晶粒を
微細化し、フィレットの強度を高める働きを有する。そ
の量が0.05wt% 以下では十分に効果を発揮しない。Feは
凝固時に金属間化合物を形成し、これが腐食の起点とな
ることが知られている。Fe量を多くするとMnと化合物を
作らないFeが生じ、耐食性が低下するので、Fe量は結晶
粒の微細化効果と腐食性とのバランスからその上限を1.
2wt%と定める。特に0.05wt% 〜0.5wt%で安定した特性を
示す。

【００１７】Mnはろうが溶融後凝固するときに生じる金
属間化合物をMn系の化合物とすることで、耐食性を向上
させる。すなわち、Mnが添加されていない合金ではFeを
含んだAl-Fe-Si系の金属間化合物が凝固時に生じこれが
腐食の起点となるが、本発明ではこの化合物中にMnが含
有されることで、金属間化合物の特性が変化し、耐食性
が顕著に向上する。この作用により耐食寿命を例えば２
倍以上に伸ばすことも可能である。このような効果を発
揮させるには、0.05wt% を越えるMnの添加が必要である
が、1.2wt%を越えると粗大なMn系化合物を形成し、ワイ
ヤーに加工できなくなる。特に0.05wt% 〜0.6wt%で特に
安定したろう流れ性を示す。

【００１８】InおよびSnはろうの電位を卑にし冷媒通路
構成部材の耐食性を向上させる。即ちZnの効果を助ける
意味で添加する。その量は0.002wt%以上が適当で、これ
未満ではその効果が大きくない。一方その量が0.3wt%を
越えると合金の圧延加工性が低下する。

【００１９】不可避的不純物として、他の元素もそれぞ
れ0.3wt%以下であれば含有してもよいが、特に望ましく
は0.05wt% 以下である方がよい。

【００２０】本発明のろうの合金元素は以上の通りであ
り、優れた特性を実現させるものである。ところで近年
は環境意識の高まりを受け、地球資源の有効利用の見地
からリサイクル問題が注目されてきている。本発明のア
ルミニウム合金ろう材はリサイクル性をも考慮して開発
されたものであり、本発明のろうワイヤーはこの意味で
も優れている。従来のリサイクル面での問題について次
に説明する。アルミニウム合金製熱交換器に用いられる
合金では、合金そのものの耐食性向上のためCuの添加、
犠牲効果をフィン等に付与するためにZn等の添加、その
他、ろうに多量のSiの添加、強度向上のために芯にMnの
添加等がそれぞれの部材毎に行われている。そして熱交
換器をスクラップとしてリサイクルする場合には、これ
らの全ての添加元素がいわば平均化された組成となり、
熱交換器用の部材としては使用できない合金となってし
まっていた。結局、このために上記スクラップは鋳物用
合金として再使用されることになっていたが、これは再
利用をしているとは言え、真のリサイクルとしては、省
資源の見地から熱交換器から熱交換器へのリサイクルの
実現が強く望まれていたのである。

【００２１】このような見地で本発明合金の添加元素を
見る。その含有元素はSi、Cu、Zn、Mn、Fe、In、Snであ
る。つまりろう付工法で製造されるアルミニウム合金製
熱交換器に通常添加されている元素が全て含まれている
のである。すなわち、熱交換器から熱交換器部材へとい
うリサイクルを可能にした合金である。

【００２２】以上が、本発明の低温ろう付用アルミニウ
ム合金ワイヤーの組成である。この本発明のワイヤーの
サイズは直径３mm以下のワイヤーとすることが望まし
い。このワイヤーは通常、熱交換器のろう付加熱時の低
温部に置きろうとして使用するためのものであるが、ワ
イヤーとして適当な長さに切ったり、曲げたりして使用
する。即ちこのような使用法の場合、ろう合金ワイヤー
の加工は手作業のため、加工性（柔らかさ）が必要であ
るが、ここで、径が３mmを越える場合、本発明合金は固
いため簡単には曲げ加工ができないからである。使用上
の便利さという点では特に直径２mm以下が望ましい。径
の下限に関しては特に定めるものではないが、実用的な
製造上の観点で０．３mm程度が下限値として適当であ
る。

【００２３】ところで近年提案された特開平６−１８２
５８２のろう合金は、その組成にMnの添加がなく、リサ
イクル性と耐食性の点で本発明より劣った合金である。
しかもこの合金は板用であり、この公報にはワイヤーと
いう用途は記載されていない。またワイヤーを製造する
ための問題点も記載されていない。これは、この公報に
記載の合金のように固い合金は、ろうワイヤーとして好
適に使用できる径の細いワイヤーを製造することは、コ
スト等の観点で実用的ではないと考えられていたためで
ある。つまり特開平６−１８２５８２のろう合金を用い
て細い径（具体的には３mm以下が望ましい）のろうワイ
ヤーを製造することは従来の工業的な常識では考えにく
いことであったのである。

【００２４】このことをもう少し詳しく説明する。従来
のアルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造技術では、合
金鋳塊をＤＣ鋳造後、直接または間接押し出しにより、
１０mm程度の線材を得、これを引き抜きにより、所定の
太さにしていた。しかし、アルミニウム合金ろう材は通
常Siを多量に含有しているため、Si系の金属間化合物を
内部に多量に有している。この金属間化合物を起点とし
て、引き抜き時に割れが生じ、破断に至ることが多かっ
た。通常のＪＩＳ４０４５等のろう合金であればともか
く、CuおよびZnを必須元素として含んでいる合金である
と、金属間化合物周辺のマトリックスの金属の延性が低
下するので、金属間化合物周囲から割れが生じ引き抜き
途中で割れてしまうことが多かったのである。

【００２５】本発明は係る問題を解決し、実用的に製造
可能になったワイヤーを提供するものである。以下にそ
の製造方法について説明する。

【００２６】本発明のワイヤーとして望ましいのは径３
ｍｍ以下のワイヤーであるから、径３ｍｍ以下のワイヤ
ーを製造する場合を例に以下、説明をする。その方法と
しては、コンフォーム法により、直接３mm以下のろう材
ワイヤーの径まで押し出し、または、４mm以下の径まで
押し出した後に３mm以下のろう材ワイヤーの径まで線引
きすることが適当である。こうすれば、引き抜き途中で
割れてしまう等が抑制され、好適に製造できる。

【００２７】コンフォームにて製造するための素線（フ
ィードストック）は、押し出しにより製造したもので
も、プロペルチ等の直接鋳造法により製造したものでも
よいが、コンフォーム後に線引きする場合、金属間化合
物が微細になる点で後者の方が優れる。フィードストッ
クの径は通常６〜２０ｍｍ程度である。

【００２８】コンフォーム法で線の破断が生じにくいの
は、コンフォームは押し出し加工であるので引っ張られ
ないこと、強加工を一度に受けるので、金属間化合物が
分断されやすいこと、加工時の発熱により熱間加工とな
るのでマトリックスのアルミニウム合金の延性が増すた
めである。なおコンフォームにより直接所定のワイヤー
径まで押し出すことが成形性の点から望ましい。表面品
質等の問題で引き抜き加工が必要な場合は、まず４ｍｍ
以下の径までコンフォームで押し出し、次いで所定の引
き抜き加工を施せばよい。この場合、コンフォーム加工
により４ｍｍ以下まで加工するのは、コンフォームによ
り割れの起点となる金属間化合物が減るとはいえ、４ｍ
ｍを越える径の場合線引き中に破断を生じることがある
ためである。

【００２９】本発明ろう材ワイヤーの用途としては、ア
ルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用い
たろう付法により製造するにあたり、接合部位のうち所
定のろう付け温度まで上がらない部位に置きろうとして
使用するものである。なおここでいうアルミニウム合金
製熱交換器は、ラジエーター、コンデンサー、ヒータ
ー、エバポレーター等が上げられるがこれに限定するも
のでない。このような使用法によれば熱交換器の生産性
は格段に向上する。

【００３０】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。（実施例１）表１の合金組成のろう材合金線（径１２ｍ
ｍ）を直接鋳造圧延法により製造した。次いでこれらの
合金について以下の工程に従ってろう材ワイヤーを製造
した。即ち、線引きを９ｍｍ、５ｍｍ、３．５ｍｍ、
２．５ｍｍ、１．８ｍｍの径の時に焼鈍を行って最終的
に１．５ｍｍ径のろう材ワイヤーとする従来工程、コン
フォーム押し出しにより直接１．５ｍｍ径のろう材ワイ
ヤーとする発明工程（工程１）、および径２ｍｍまでコ
ンフォーム押し出し後１．５ｍｍ径まで線引きする発明
工程（工程２）によってろう材ワイヤーの製造を行っ
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】この結果、従来工程では通常の従来例であ
るろう合金（Ａ４０４５）のワイヤーを製造することが
できたが、他の合金Ｎｏ１〜１１ではいずれも５ｍｍ径
から３．５ｍｍ径の線引きの際に断線が生じ、１．５ｍ
ｍ径の線を製造することができなかった。対して、本発
明工程１および工程２のいずれでも径１．５ｍｍのワイ
ヤーを製造できた。Siの量が本合金の範囲を外れる比較
例の合金Ｎｏ１０は本発明工程１および工程２のいずれ
でも、径１．５ｍｍのワイヤーを製造できなかった。

【００３３】上記工程１または工程２により製造した
１．５ｍｍ径のワイヤーを図１の熱交換器のチューブ
（ＪＩＳ３００３合金押し出し材）とコネクター（ＪＩ
Ｓ３００３合金製）とのろう付部に置きろうとして使用
した。すなわち、ろう付前の組立の際に、チューブにコ
ネクターをさし込んである周囲にワイヤーをリング状に
して置いた。他の条件は通常通りである。

【００３４】この際、フラックスは通常使用されている
Ｆ化物系のものを使用し、ろう付けは６０５℃の炉温の
ろう付炉中に３分間放置して行った。各ろう材合金につ
いて、１０台の熱交換器を製造し、それぞれの熱交換器
にＨｅガスを充填して、上記チューブとコネクターとの
ろう付け部位での濡れ不良の発生を調べた。その結果を
表２に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】本発明例の合金（Ｎｏ１〜７）では漏れ不
良の生じた熱交換器は１台もなかった。これに対して、
本発明例の合金組成範囲を外れている比較例合金Ｎｏ
８、９および従来合金Ｎｏ１１では漏れ不良の発生して
いる熱交換器があった。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明のろう合金ワイヤー
は、優れた特徴を有するものである。そして本発明のろ
う合金ワイヤーは本発明の製造方法により好適に製造可
能である。また、アルミニウム合金製熱交換器をブレー
ジングシートを用いたろう付法により製造するにあた
り、ろう付温度が上がらない部分に本発明ろう材ワイヤ
ーを置きろうとして使用することで熱交換器の生産性が
増す。さらに、本発明ろう材はSi、Fe、Cu、Mn、Znを含
有しており、アルミニウム合金製熱交換器のスクラップ
を熱交換器材料用の原料として使用もでき、リサイクル
性にも大変優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】サーペンタインタイプのエバポレーターを示す
斜視図である。

【符号の説明】

１．偏平チューブ２．フィン３．コネクター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%
を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、
0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%
以下のMnを含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物
からなる径３ｍｍ以下のアルミニウム合金ろう材ワイヤ
ー。
【請求項２】 7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%
を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、
0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%
以下のMnを含有し、更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下の
Snのうち１種または２種を含有し、残部アルミニウムと
不可避的不純物からなる径３ｍｍ以下のアルミニウム合
金ろう材ワイヤー。
【請求項３】 7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%
を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、
0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%
以下のMnを含有し、またはこれに更に0.3wt%以下のIn、
0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残部ア
ルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金
を、コンフォーム法により３ｍｍ以下の線径のワイヤー
に押し出し、またはコンフォーム法により４ｍｍ以下の
径まで押し出した後に３mm以下の線径まで線引きする、
アルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造方法。
【請求項４】アルミニウム合金製熱交換器をブレージ
ングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、
接合部位のうち該ブレージングシートにクラッドされて
いるろう材の溶融温度に達しない部位に請求項１または
２記載のアルミニウム合金ろう材ワイヤーを置きろうと
して使用する、アルミニウム合金製熱交換器の製造方
法。