JPH10249580A - Al合金ろう材およびAl合金製熱交換器の製造方法 - Google Patents
Al合金ろう材およびAl合金製熱交換器の製造方法Info
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- JPH10249580A JPH10249580A JP9072699A JP7269997A JPH10249580A JP H10249580 A JPH10249580 A JP H10249580A JP 9072699 A JP9072699 A JP 9072699A JP 7269997 A JP7269997 A JP 7269997A JP H10249580 A JPH10249580 A JP H10249580A
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Abstract
を用いたAl合金製熱交換器を開発すること。 【解決手段】 Si: 7.0wt%を越え12.0wt%以下、C
u: 0.4wt%を越え 8.0wt%以下、Fe:0.05wt%を越
え 0.5wt%以下を含有し、更に、Zn: 0.5wt%を越え
6.0wt%以下、In: 0.3wt%以下、Sn: 0.3wt%以
下の1種または2種以上を含有し、更に、Li: 1.0wt
%以下、Na: 0.2wt%以下、K: 0.2wt%以下、C
a: 0.2wt%以下、Sr: 0.2wt%以下、Ba: 0.2wt
%以下、Bi: 0.5wt%以下、Be: 0.2wt%以下、N
i: 0.6wt%以下、Cr: 0.2wt%以下、Ti: 0.2wt
%以下、Zr: 0.2wt%以下、V: 0.2wt%以下、G
a: 1.0wt%以下、Ge: 2.0wt%以下のうち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
らなることを特徴とするAl合金ろう材。
Description
熱交換器のチューブ表面にクラッドされ、ろう付加熱に
より該チューブとフィンとをろう付接合するためのAl
合金ろう材および該Al合金ろう材を用いてAl合金製
熱交換器を製造する方法に関するもので、更に詳しくは
低温度でろう付けが可能であり、これに伴いろう付け中
の他の薄肉部材(例えば熱交換器のフィン)の座屈が少
なく、低融点の高強度部材が使用でき、Al合金製熱交
換器の小型、軽量化が実現でき、更にろう付け性、ろう
付け部の強度、ろう材の耐食性に優れるAl合金ろう材
およびそれを用いたろう付け方法を提供するものであ
る。
は、例えば図1に示すように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薄肉フィン(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。
ッダー材は、例えばJIS 3003合金(Al−1.2wt %Mn
− 0.1wt%Cu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内張材としてJIS 7072
合金(Al− 1.0wt%Zn合金)を、そして、該芯材の
外側には通常JIS 4045合金(Al−10wt%Si合金)等
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(ろう付け)により一体に組み付けられてい
る。なお、ここでいうブレージングシートとは、ろう付
けに用いる板であり、芯材の片面又は両面にAl−Si
系ろう材がクラッドされた板をいう。またこのブレージ
ングシートの製造は、芯材及び皮材となるろう材を別々
にそれぞれ所定の組成の合金を溶解鋳造して鋳塊又は厚
板とし、この両者を熱間で合わせ圧延し、これを更に冷
間圧延(必要に応じて焼鈍)して、所定の厚さの板とさ
れる。
合金にZnを例えば1〜5%添加したものが使用されて
いる。このフィン材へのZn添加の理由は、フィン材の
犠牲陽極効果によるチューブ材の防食のためである。こ
れらは、 600℃付近の温度に加熱してブレージング(ろ
う付け)により一体に組み付けられるが、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ンコロジョンブレージング法等が
行われる。
の方向にあり、そのために材料の薄肉化が望まれてい
る。しかし、従来の方法で薄肉化を行った場合、多くの
問題点が生じる。まず、冷媒通路構成部材(チューブ
材、ヘッダー材等)の外部耐食性を向上させる必要があ
るが、有効な方法が確立されていない。また、ろう付時
にフィンが座屈したり、フィンにろうが拡散し溶融して
しまう現象は、フィンが薄くなるほど生じ易くなる。そ
して座屈が生じると通風抵抗の増加により熱交換器の熱
効率が低下してしまう。
度でろう付けが可能であり、これに伴いろう付け中の他
の薄肉部材(例えば熱交換器のフィン)の座屈が少な
く、低融点の高強度部材が使用できるため、Al合金製
熱交換器の小型、軽量化が実現でき、更にろう付け性、
ろう付け部の強度、ろう材の耐食性に優れるAl合金ろ
う材およびAl合金製熱交換器の製造方法を開発するこ
とにある。
た本発明ろう材の第1は、Si: 7.0wt%を越え12.0wt
%以下、Cu: 0.4wt%を越え 8.0wt%以下、Fe:0.
05wt%を越え 0.5wt%以下を含有し、更に、Zn: 0.5
wt%を越え 6.0wt%以下、In: 0.3wt%以下、Sn:
0.3wt%以下の1種または2種以上を含有し、更に、L
i: 1.0wt%以下、Na: 0.2wt%以下、K: 0.2wt%
以下、Ca: 0.2wt%以下、Sr: 0.2wt%以下、B
a: 0.2wt%以下、Bi: 0.5wt%以下、Be: 0.2wt
%以下、Ni: 0.6wt%以下、Cr: 0.2wt%以下、T
i: 0.2wt%以下、Zr: 0.2wt%以下、V: 0.2wt%
以下、Ga: 1.0wt%以下、Ge: 2.0wt%以下のうち
1種または2種以上を含有し、残部がAlと不可避的不
純物とからなることを特徴とするAl合金ろう材であ
り、また本発明ろう材の第2は上記組成の合金に、さら
にMn:0.05wt%を越え 1.2wt%以下を含有したことを
特徴とするAl合金ろう材である。
%を越え12.0wt%以下、Cu: 0.4wt%を越え 8.0wt%
以下、Fe:0.05wt%を越え 0.5wt%以下を含有し、更
に、Ga: 1.0wt%以下、Ge: 2.0wt%以下のうち1
種または2種を含有し、更に、Li: 1.0wt%以下、N
a: 0.2wt%以下、K: 0.2wt%以下、Ca: 0.2wt%
以下、Sr: 0.2wt%以下、Ba: 0.2wt%以下、B
i: 0.5wt%以下、Be: 0.2wt%以下、Ni: 0.6wt
%以下、Cr: 0.2wt%以下、Ti: 0.2wt%以下、Z
r: 0.2wt%以下、V: 0.2wt%以下、のうち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
らなることを特徴とするAl合金ろう材であり、また本
発明ろう材の第4は上記組成の合金に、さらにMn:0.
05wt%を越え 1.2wt%以下を含有したことを特徴とする
Al合金ろう材である。
方法は、Al合金製熱交換器をろう付け法により製造す
るにあたり、上記いずれかのAl合金ろう材を用いて、
570℃を越え 585℃以下の温度でろう付けを行うことを
特徴とするものである。
う材の合金元素を決定した考え方について説明する。ラ
ジエーター、ヒーター等のAl合金製熱交換器の特性に
ついて種々検討を行った結果、軽量薄肉化のために最も
必要な特性は、外部耐食性、繰返し耐圧特性、ろう付
性、ろう付け部の強度であることが判った。このような
ことを背景として、先ず、ろう材の外部耐食性を向上さ
せる方法を検討した。その結果、CuおよびZn,I
n,Sn,Ge,Gaをろう材に添加することで、ろう
材の電位を調整するのが有効であることが判明した。
特性等の向上について説明する。Al合金製熱交換器を
ブレージング工法にて製造する場合の加熱温度は、通常
600 ℃付近である。この 600℃という温度は、Al合金
にとってかなりの高温であるため、加熱中にフィンが座
屈したり、また低融点の高強度合金部材が使用できない
という問題が生じる。
温度を下げることが有効であり、ろう付け温度が 585℃
以下であれば、ろう付け中のフィンの座屈が生じ難くな
り、またSi等の含有量を増やした高強度合金部材も使
用できるようになる。本発明は、このような温度でろう
付けできるAl合金ろう材である。 フィンの座屈の大部分は、フィンの高温クリープ現象
が原因で起きる。この座屈は 590℃付近を境にそれより
高温で急激に起きる(フィンが弱くなる)。従って、ろ
う付け温度が 585℃以下であれば、これを原因とするフ
ィンの座屈は生じ難くなる。 フィンの他の座屈原因には、フィンへのろうの拡散が
ある。ろうの拡散は595 ℃付近を境にそれより高温で急
激に起きる。従ってろう付け温度が 585℃以下であれ
ば、ろうの拡散が少なくなり、フィンの座屈は生じ難く
なる。 ろう付け温度が低下すると、芯材の合金元素を増加さ
せて強度向上が図れる。即ち、芯材の合金元素がCuの
場合、ろう付け温度が 600℃では、1wt%までしか添加
できないが、ろう付け温度が 585℃になれば、 2.5wt%
程度まで添加でき芯材を高強度化できる。
℃以下という低温とした場合、ろう材の流動性が低下す
るという問題がある。ろう付け温度が低温であるため
に、フラックスの活性度が低下することが原因である
が、ろう材の表面に脆い酸化物または低融点の化合物を
形成させ、酸化皮膜の破壊を容易にすることにより、ろ
う付性を改善できることが判明した。
シートのろう材厚さを減らす必要があるが、ろう材厚さ
の減少によってフィレットが小さくなり、ろう付け部の
強度が減ずるという問題がある。この問題を解決するた
めには、ろう付け後のろう材自体の強度を向上させるこ
とが有効であることが判明した。
600℃)より低い温度でろう付けを行うためのろう材が
最近提案されている(特開平7−24593号公報
等)。このろう材と本発明のろう材との大きな違いは、
本発明のろう材がLi,Na,K,Ca,Sr,Ba,
Bi,Beの添加によりろう付け性を向上でき、また,
Ni,Cr,Ti,Zr,Vの添加によりろう付け部の
強度を向上でき、Ge,Gaの添加によりろう材の耐食
性を改善できる点である。
合金組成について、その添加元素の意義と組成範囲の限
定理由を説明する。
7.0wt%以下では十分に融点が低下せず、 585℃以下の
温度でろう付けできない。さらに、その量が12.0wt%を
越えると逆に融点が上がるため、 585℃の以下の温度で
ろう付けできない。
を向上させる。さらにCuは、冷媒通路構成部材にCu
を添加した合金を用いる場合に、熱交換器の外部耐食性
を高める働きを有する。すなわち、熱交換器の外部耐食
性についてさまざまな検討を行った結果、ろう材にCu
を添加しない場合、通路構成部材中に添加されているC
uがろう付け中にろう材に拡散し、ろう材と通路構成部
材との境界付近に低Cu領域が生じて、そこが優先的に
腐食されるため、膨れをともなう激しい腐食を生じるこ
とを見出した。本発明では、ろう材にCuを添加するこ
とで、通路構成部材からろう材へのCuの拡散を防止
し、ろう材と通路構成部材との境界付近に低Cu領域が
生じないようにして耐食性を向上させた。ここで、Cu
の量が 0.4wt%以下では耐食性向上効果が十分でなく、
その量が8.0wt%を越えるとろう合金の圧延加工性が低
下し、熱交換器用のブレージングシートとすることが難
しくなる。低温でのろうの流動性を考慮するとCuは
1.0wt%以上添加し、圧延性を考慮すると 4.0wt%以下
を添加するのがより好ましい。
粒を微細化し、フィレットの強度を高める働きを有する
が、その量が0.05wt%以下では十分に効果を発揮しな
い。また、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ため、その量が 0.5wt%以上ではろ
う材の腐食性が大きくなる問題がある。Fe量は結晶粒
の微細化効果と腐食性とのバランスから0.05wt%を越え
0.5wt%以下と定めるが、その上限は耐食性の点から
0.2wt%以下がより望ましい。
ろうの電位を卑にしこの犠牲陽極効果により冷媒通路構
成部材の耐食性を向上させる。本発明のようにCuを添
加したろう合金では外部腐食によるふくれの発生は抑え
られるものの、ろうの電位が芯の電位より貴になり、外
部腐食がピット状に進行しその速度が早いという問題が
ある。Zn,In,Sn,Ga,Geの添加は、ろうの
電位を下げ、ろうの電位を芯合金の電位に近づけ、耐食
性を向上させる。しかし、Znは 0.5wt%以下では効果
が十分でなく、また、Znでは 6.0wt%、In,Snで
は 0.3wt%、Gaでは 1.0wt%、Geでは 2.0wt%を越
えるとろうの自己耐食性が低下する上に、合金の圧延加
工性が低下する。
e,BiはAl合金ろう材の表面に脆い酸化物または低
融点の化合物を形成し、酸化皮膜の破壊を容易にするこ
とにより、ろうの流れ性を改善し、ろう付性を向上させ
る。Liでは 1.0wt%、Biでは 0.5wt%、Na,K,
Ca,Sr,Ba,Beではそれぞれ 0.2wt%を越える
と、合金の圧延加工性が低下する。
うが溶融後凝固するときに金属間化合物を形成し、ろう
付け部の強度を高める働きを有する。しかし、Mnは0.
05wt%以下では効果が十分でなく、また、Mnでは 1.2
wt%、Niでは 0.6wt%、Cr,Ti,Zr,Vではそ
れぞれ 0.2wt%を越えると、合金の圧延性が低下する。
明ろう材は、ブレージングシートとして、Al合金製熱
交換器のろう付に好適に用いられる。ここでいうAl合
金製熱交換器は、ラジエーター、コンデンサー、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はな
い。本発明ろう材を熱交換器に用いると、材料の熱伝導
の向上効果により熱交換器の熱効率の向上の効果があ
り、さらに、熱交換器において通常具備しているフィン
についても、そのフィンの耐高温座屈性向上の効果もあ
る。なお、本発明ろう材を用いる場合、フィンや冷媒通
路構成部材等に用いられるAl合金の合金組成は特に限
定するものではない。従来の、 600℃付近の温度でろう
付を行うための合金(例えば3003合金をベースに各種元
素を添加した合金や1000系の合金)をそのまま用いても
構わない。また、合金の高強度化を狙って、例えば3003
合金や1000系の合金にSiを 1.2wt%以上添加したAl
合金の使用も可能である。
570℃を越え 585℃以下で行うことを推奨する。その理
由は、ろう付け温度が 570℃以下では、本発明のろう材
は組成的に溶融せず、ろう付できないためである。また
585℃を越えると材料(芯材、フィン材)の熱伝導性が
低下し、かつフィンの高温での耐座屈性が低下するため
であり、さらに低融点の合金やCuを多量に含有した高
強度合金を冷媒通路構成部材(芯材)に使用できなくな
るためである。なお、このようにろう付温度を低下させ
ることで、ろう付炉の寿命が延びるという効果も得られ
る
う付け温度は限定されるが、それ以外のろう付け条件は
従来とほとんど同様でよい。すなわち、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ンコロジ
ョンブレージング法等の任意のろう付け法が適用でき
る。ろう付け前の組立て、洗浄、必要により施すフラッ
クス塗布等は従来通り行えばよい。
する。表1および表2に示す組成のろう合金を、芯材
(Al−0.27wt%Si−0.42%Fe− 1.1%Mn−0.52
%Cu合金)の片面にクラッドし、板厚0.50mmおよび板
厚0.25mmのブレージングシートを作成した。ブレージン
グシートの調質はH14であり、ろうのクラッド率は10%
である。
及び表4に示すろう付温度で加熱し、下記のろう付け試
験を行った。下板をブレージングシートとし、上板を板
厚 0.5mmのAl− 1.2wt%Si−0.25wt%Fe− 0.4wt
%Cu− 1.1wt%Mn合金−H14材として、Tジョイン
トとして組み立て、フッ化カリウム系フラックスを10%
の濃度で含有する液を塗布し、N2 ガス中で加熱してろ
う付けし、各50個のTジョイントを作製した。外観観察
により、Tジョイントのろう切れの発生個数を調査し
た。また、ろう付け部の強度試験として、正しくろう付
けされていたTジョイントについて引張試験を行い、破
断位置を調査した。
について、表3及び表4に示すろう付温度で加熱したの
ち、外部耐食性試験を行った。外部耐食性試験は、CA
SS試験(JIS H 8681)を 300時間行い、試験後の腐食
状況を調べた。サンプルには、切断端部の影響をなくす
るため、ろう材表面の中央部を残してシールしたものを
用いた。
トは、外面にろう材がくるように電縫加工によりチュー
ブとし、板厚0.06mmのAl− 1.2wt%Si−0.25wt%F
e−0.4wt%Cu− 1.1wt%Mn−4wt%Zn合金−H1
4材を高強度フィン材として、3段のコアに組み立て、
この組み立てられたコアに、フッ化カリウム系フラック
スを10%の濃度で含有する液を塗布し、N2 ガス中で加
熱してろう付した。外観観察により、フィンの座屈の有
無を調査した。また、外部耐食性試験として、正しくろ
う付けされていたコアについて、チューブ端部をマスキ
ングしてSWAAT(seawater acidified test, cycli
c )試験を2000時間行い、試験後の腐食の程度を調べ
た。以上の結果を表3及び表4に記した。
食性とフィンの座屈については従来例fと同等であるこ
とが判る。さらに本発明例A〜K及びQ〜Vは、従来例
fと比べてフィレット強度は同等であるがろう付性に優
れ、本発明例L〜Pはろう付性は従来例fと同等である
も、フィレット強度においてTジョイントの破断位置が
ろう付部ではなく母材で生じていることからろう付部の
強度は従来例fよりも向上している。また比較例aはろ
う材にZn,In,Sn,Ge,Gaのいずれも含有し
ていないもので、外部耐食性が低下している。比較例
b,cは本発明のろう合金の範囲をはずれており、ろう
付温度 575℃ではろうが溶融しないために、ろう付けで
きなかった。比較例dは、Niが本発明のろう合金の範
囲を越えて添加されているものであるが、ろう材が圧延
途中に割れてしまい、製造できなかった。従来例eは、
Al−Si合金を用い、 600℃でろう付けした例である
が、フィンが座屈している。そしてこの例のように、ろ
う材にCuが添加されておらず、芯材にCuを比較的多
く含有しているブレージングシートの場合、膨れ腐食が
発生し、耐食性に劣っている。
l合金製ろう材は、低温度でろう付けが可能であり、こ
れに伴いろう付け中の他の薄肉部材(例えば熱交換器の
フィン)の座屈が少なく、低融点の高強度部材が使用で
きるため、Al合金製熱交換器の小型、軽量化が実現で
き、更にろう付性に優れ、ろう付け部の強度が高く、ろ
う材の耐食性に優れ工業上顕著な効果を奏するものであ
る。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 Si: 7.0wt%を越え12.0wt%以下、C
u: 0.4wt%を越え8.0wt%以下、Fe:0.05wt%を越
え 0.5wt%以下を含有し、更に、Zn: 0.5wt%を越え
6.0wt%以下、In: 0.3wt%以下、Sn: 0.3wt%以
下の1種または2種以上を含有し、更に、 Li: 1.0wt%以下、Na: 0.2wt%以下、K: 0.2wt
%以下、Ca: 0.2wt%以下、Sr: 0.2wt%以下、B
a: 0.2wt%以下、Bi: 0.5wt%以下、Be: 0.2wt
%以下、Ni: 0.6wt%以下、Cr: 0.2wt%以下、T
i: 0.2wt%以下、Zr: 0.2wt%以下、V: 0.2wt%
以下、Ga: 1.0wt%以下、Ge: 2.0wt%以下のうち
1種または2種以上を含有し、残部がAlと不可避的不
純物とからなることを特徴とするAl合金ろう材。 - 【請求項2】 Si: 7.0wt%を越え12.0wt%以下、C
u: 0.4wt%を越え8.0wt%以下、Fe:0.05wt%を越
え 0.5wt%以下、Mn:0.05wt%を越え 1.2wt%以下を
含有し、更に、Zn: 0.5wt%を越え 6.0wt%以下、I
n: 0.3wt%以下、Sn: 0.3wt%以下の1種または2
種以上を含有し、更に、 Li: 1.0wt%以下、Na: 0.2wt%以下、K: 0.2wt
%以下、Ca: 0.2wt%以下、Sr: 0.2wt%以下、B
a: 0.2wt%以下、Bi: 0.5wt%以下、Be: 0.2wt
%以下、Ni: 0.6wt%以下、Cr: 0.2wt%以下、T
i: 0.2wt%以下、Zr: 0.2wt%以下、V: 0.2wt%
以下、Ga: 1.0wt%以下、Ge: 2.0wt%以下のうち
1種または2種以上を含有し、残部がAlと不可避的不
純物とからなることを特徴とするAl合金ろう材。 - 【請求項3】 Si: 7.0wt%を越え12.0wt%以下、C
u: 0.4wt%を越え8.0wt%以下、Fe:0.05wt%を越
え 0.5wt%以下を含有し、更に、Ga: 1.0wt%以下、
Ge: 2.0wt%以下のうち1種または2種を含有し、更
に、 Li: 1.0wt%以下、Na: 0.2wt%以下、K: 0.2wt
%以下、Ca: 0.2wt%以下、Sr: 0.2wt%以下、B
a: 0.2wt%以下、Bi: 0.5wt%以下、Be: 0.2wt
%以下、Ni: 0.6wt%以下、Cr: 0.2wt%以下、T
i: 0.2wt%以下、Zr: 0.2wt%以下、V: 0.2wt%
以下、のうち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ことを特徴とするAl合金
ろう材。 - 【請求項4】 Si: 7.0wt%を越え12.0wt%以下、C
u: 0.4wt%を越え8.0wt%以下、Fe:0.05wt%を越
え 0.5wt%以下、Mn:0.05wt%を越え 1.2wt%以下を
含有し、更に、Ga: 1.0wt%以下、Ge: 2.0wt%以
下のうち1種または2種を含有し、更に、 Li: 1.0wt%以下、Na: 0.2wt%以下、K: 0.2wt
%以下、Ca: 0.2wt%以下、Sr: 0.2wt%以下、B
a: 0.2wt%以下、Bi: 0.5wt%以下、Be: 0.2wt
%以下、Ni: 0.6wt%以下、Cr: 0.2wt%以下、T
i: 0.2wt%以下、Zr: 0.2wt%以下、V: 0.2wt%
以下、のうち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ことを特徴とするAl合金
ろう材。 - 【請求項5】 Al合金製熱交換器をろう付け法により
製造するにあたり、請求項1〜4のいずれか1項に記載
のAl合金ろう材を用いて、 570℃を越え585 ℃以下の
温度でろう付けを行うことを特徴とするAl合金製熱交
換器の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9072699A JPH10249580A (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | Al合金ろう材およびAl合金製熱交換器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9072699A JPH10249580A (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | Al合金ろう材およびAl合金製熱交換器の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10249580A true JPH10249580A (ja) | 1998-09-22 |
Family
ID=13496882
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9072699A Pending JPH10249580A (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | Al合金ろう材およびAl合金製熱交換器の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10249580A (ja) |
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