JPH1034378A - 長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造 - Google Patents

長期にわたって優れた耐食性および接合強度を維持することができるろう付け構造

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JPH1034378A
JPH1034378A JP19891496A JP19891496A JPH1034378A JP H1034378 A JPH1034378 A JP H1034378A JP 19891496 A JP19891496 A JP 19891496A JP 19891496 A JP19891496 A JP 19891496A JP H1034378 A JPH1034378 A JP H1034378A
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周 黒田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ろう付け性および長期にわたって優れた耐食
性および接合強度を維持することができるろう付け構造
を提供する。 【解決手段】 Al合金とAl合金をろう付け部により
接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部
は、重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、
Cu:0.01〜0.2%を含有し、さらに必要の応じ
て、In:0.001〜0.3%、Sn:0.001〜
0.3%、Bi:0.01〜0.5%、Be:0.00
05〜0.1%の内の1種または2種以上を含有し、残
りがAlおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶
α相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶
α相よりも電気化学的に貴である組織を有する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、長期にわたって
優れた耐食性および接合強度を維持することができるろ
う付け構造に関するものであり、特に熱交換器など各種
構造用部材のろう付け構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ラジエータなど熱交換器は、芯材
とフィンをろう付け部で接合したろう付け構造を有して
いることは一般に知られているところであり、このろう
付け構造の一部断面図を図1に示す。図1において、2
は芯材、3はフィン、1はろう付け部である。このろう
付け構造の芯材2は、通常、JIS 3003(重量%
で、Mn:1.0〜1.5%、Cu:0.05〜0.2
0%、Si:0.6%以下、Zr:0.7以下%、Z
n:0.10以下%、残部:Alおよび不可避不純物)
Al−Mn系合金で構成されており、芯材2の片面にJ
IS 4045(重量%で、Si:9.0〜11.0
%、Cu:0.30%以下、Fe:0.8%以下、M
n:0.05以下%、Mg:0.05以下%、Zn:
0.10以下%、残部:Alおよび不可避不純物)など
のAl−Si系Al合金ろう材5をクラッドしてなるブ
レージングシートにフィンを接触させた状態で加熱する
と、ろう材5溶融し、表面張力によってろう付け部1が
形成され、ろう付け構造が形成される。
【0003】さらにフィン3のろう付け部1と反対側に
図1に示されるようなAl合金犠牲陽極皮材4が形成さ
れていると耐食性が向上する。したがって、ラジエータ
など熱交換器のチューブ内に腐食性の強い冷媒を流すブ
レージングシートは、Al−Si系Al合金ろう材と反
対の芯材の他方の片面にMg:0.3〜2.5%を含有
するAl合金犠牲陽極皮材、Mg:0.3〜2.5%、
Zn:2%以下を含有するAl合金犠牲陽極皮材または
Mg:0.3〜2.5%、Mn:0.2〜1.5%を含
有し、さらにCu:0.5%以下、Cr:0.3%以
下、Zr:0.2%以下を含有するAl合金犠牲陽極皮
材をクラッドしてなるものが使用される。
【0004】前記Al−Si系Al合金ろう材で形成さ
れたろう付け部は、Siの含有により電位が貴になるた
め、被接合材との電位差が小さく、犠牲陽極効果が劣
る。したがって、Znを添加することによりろう付け部
の電位を被接合材の電位よりも卑とし、犠牲陽極効果を
改善している。ろう付けは、通常、固液共存の領域で行
われるが、ろう付け時に接合に寄与するのは液相であ
り、これが流動することにより被接合材と接合される。
ろう付け後はろう付け時に液相であったのが共晶α相と
なり、固相であったのが初晶α相となる。初晶α相はろ
う付け部全体に占める体積比率が大きく、共晶α相はろ
う付け部全体に占める体積比率が比較的少ない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記Al−Si系Al
合金ろう材で形成されたろう付け部のSiの固溶量は、
初晶α相の方が共晶α相よりも多くなる。さらに、Zn
を添加したろう材では、ろう付け時に、液相にZnが濃
縮し、ろう付け後は共晶α相のZn固溶量は初晶α相に
比べて多くなる。これはAl−Znに現平衡状態図から
も理解できる。このようにろう付けして得られたろう付
け部の組織は、SiおよびZnの固溶量の違いにより、
共晶α相は初晶α相に比べて電気化学的に卑になり優先
的に腐食される。したがって、ろう付け部とAl合金の
隣接部の大部分がろう付け時に流動してできた共晶α相
からなるため、優先的に腐食が進行し、早期に被接合材
との剥離が起こり、接合強度が低下してしまうという課
題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、か
かる観点から、従来よりも長期にわたって優れた耐食性
および接合強度を維持することができるろう付け構造を
得るべく研究を行った結果、 (I)Al合金とAl合金をろう付けして得られた
(a)重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15
%、Cu:0.01〜0.2%を含有し、残りがAlお
よび不可避不純物からなる組成を有するろう付け部、
(b)重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15
%、Cu:0.01〜0.2%を含有し、さらに、I
n:0.001〜0.3%、Sn:0.001〜0.3
%、の内の1種または2種を含有し、残りがAlおよび
不可避不純物からなる組成を有するろう付け部、(c)
重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、C
u:0.01〜0.2%を含有し、さらに、Bi:0.
01〜0.5%、Be:0.0005〜0.1%の内の
1種または2種を含有し、残りがAlおよび不可避不純
物からなる組成を有するろう付け部、並びに(d)重量
%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、Cu:
0.01〜0.2%を含有し、さらに、In:0.00
1〜0.3%、Sn:0.001〜0.3%の内の1種
または2種を含有し、さらに、Bi:0.01〜0.5
%、Be:0.0005〜0.1%の内の1種または2
種を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組
成を有するろう付け部は、いずれも初晶α相および共晶
α相が共存した組織を有しており、この組織における共
晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴であると、長期
にわたって優れた耐食性および接合強度を維持すること
ができる、 (II)ろう付け部の共晶α相および初晶α相からなる組
織における共晶α相を初晶α相よりも電気化学的に貴に
するには、ろう付け後の580℃から400℃の間の冷
却速度を35〜200℃/minで冷却することによっ
て形成することができる、という知見を得たのである。
【0007】この発明は、かかる知見に基づいて成され
たものであって、(1)Al合金とAl合金をろう付け
部により接合してなるろう付け構造において、前記ろう
付け部は、重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜1
5%、Cu:0.01〜0.2%を含有し、残りがAl
および不可避不純物からなる組成、並びに初晶α相およ
び共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相より
も電気化学的に貴である組織を有する長期にわたって優
れた耐食性および接合強度を維持することができるろう
付け構造、(2)Al合金とAl合金をろう付け部によ
り接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部
は、重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、
Cu:0.01〜0.2%を含有し、さらに、In:
0.001〜0.3%、Sn:0.001〜0.3%、
の内の1種または2種を含有し、残りがAlおよび不可
避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相
が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学
的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性
および接合強度を維持することができるろう付け構造、
(3)Al合金とAl合金をろう付け部により接合して
なるろう付け構造において、前記ろう付け部は、重量%
で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、Cu:0.
01〜0.2%を含有し、さらに、Bi:0.01〜
0.5%、Be:0.0005〜0.1%の内の1種ま
たは2種を含有し、残りがAlおよび不可避不純物から
なる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存してお
りかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である
組織を有する長期にわたって優れた耐食性および接合強
度を維持することができるろう付け構造、(4)Al合
金とAl合金をろう付け部により接合してなるろう付け
構造において、前記ろう付け部は、重量%で、Si:3
〜15%、Zn:5〜15%、Cu:0.01〜0.2
%を含有し、さらに、In:0.001〜0.3%、S
n:0.001〜0.3%の内の1種または2種を含有
し、さらに、Bi:0.01〜0.5%、Be:0.0
005〜0.1%の内の1種または2種を含有し、残り
がAlおよび不可避不純物からなる組成、並びに初晶α
相および共晶α相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α
相よりも電気化学的に貴である組織を有する長期にわた
って優れた耐食性および接合強度を維持することができ
るろう付け構造、に特徴を有するものである。
【0008】この発明の長期にわたって優れた耐食性お
よび接合強度を維持することができるろう付け構造を構
成する芯材およびフィン材などのAl合金は、いかなる
Al合金でも良く、特に限定されるものではないが、重
量%で、Mn:1.0〜1.5%、Cu:0.05〜
0.20%、Si:0.6%以下、Zr:0.7以下
%、Zn:0.10以下%、残部:Alおよび不可避不
純物からなる組成のAl−Mn系合金であることが特に
好ましい。したがって、この発明は、(5)重量%で、
Mn:1.0〜1.5%、Cu:0.05〜0.20
%、Si:0.6%以下、Zr:0.7以下%、Zn:
0.10以下%、残部:Alおよび不可避不純物からな
る組成のAl−Mn系合金をろう付け部により接合して
なるろう付け構造において、前記ろう付け部は、重量%
で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、Cu:0.
01〜0.2%を含有し、残りがAlおよび不可避不純
物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存
しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴
である組織を有する長期にわたって優れた耐食性および
接合強度を維持することができるろう付け構造、(6)
重量%で、Mn:1.0〜1.5%、Cu:0.05〜
0.20%、Si:0.6%以下、Zr:0.7以下
%、Zn:0.10以下%、残部:Alおよび不可避不
純物からなる組成のAl−Mn系合金をろう付け部によ
り接合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部
は、重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、
Cu:0.01〜0.2%を含有し、さらに、In:
0.001〜0.3%、Sn:0.001〜0.3%の
内の1種または2種を含有し、残りがAlおよび不可避
不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が
共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的
に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性お
よび接合強度を維持することができるろう付け構造、
(7)重量%で、Mn:1.0〜1.5%、Cu:0.
05〜0.20%、Si:0.6%以下、Zr:0.7
以下%、Zn:0.10以下%、残部:Alおよび不可
避不純物からなる組成のAl−Mn系合金をろう付け部
により接合してなるろう付け構造において、前記ろう付
け部は、重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15
%、Cu:0.01〜0.2%を含有し、さらに、B
i:0.01〜0.5%、Be:0.0005〜0.1
%の内の1種または2種を含有し、残りがAlおよび不
可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α
相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化
学的に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食
性および接合強度を維持することができるろう付け構
造、(8)重量%で、Mn:1.0〜1.5%、Cu:
0.05〜0.20%、Si:0.6%以下、Zr:
0.7以下%、Zn:0.10以下%、残部:Alおよ
び不可避不純物からなる組成のAl−Mn系合金をろう
付け部により接合してなるろう付け構造において、前記
ろう付け部は、重量%で、Si:3〜15%、Zn:5
〜15%、Cu:0.01〜0.2%を含有し、さら
に、In:0.001〜0.3%、Sn:0.001〜
0.3%の内の1種または2種を含有し、さらにBi:
0.01〜0.5%、Be:0.0005〜0.1%の
内の1種または2種を含有し、残りがAlおよび不可避
不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が
共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的
に貴である組織を有する長期にわたって優れた耐食性お
よび接合強度を維持することができるろう付け構造、に
特徴を有するものである。
【0009】この発明の長期にわたって優れた耐食性お
よび接合強度を維持することができるろう付け構造のろ
う付け部は、(i)ろう付け部の成分組成と同じ成分組
成を有するAl合金ろう材をクラッドしてなるブレージ
ングシートを接触させた状態で加熱することにより、
(ii)ろう付け部の成分組成と同じ成分組成を有するA
l合金ろう材粉末とフラックスおよび溶剤もしくは溶剤
とバインダーからなるペーストを加熱することにより、
または、(iii)ろう付け部の成分組成と同じ成分組成を
有するプリフォームされたAl合金ろう材を加熱するこ
とにより、それぞれ形成することができる。
【0010】この発明の長期にわたって優れた耐食性お
よび接合強度を維持することができるろう付け構造のろ
う付け部は、共晶α相中のCu固溶量が重要で、Cu固
溶量が少ないと、共晶α相の電位が初晶α相よりも卑に
なるが、多いと共晶α相の電位は初晶α相よりも貴にな
る。これは、ろう付け後の冷却速度に大きく依存し、冷
却速度が遅いとCuの固溶量が少なくなって共晶α相の
電位が初晶α相よりも卑になってしまう。したがって、
冷却速度は、ろう付け後の580℃から400℃の間の
冷却速度が早い方が好ましく、35℃/min以上が好
ましい。しかし、熱交換器の実機炉では200℃/mi
n以上の冷却速度を得ることは難しいため、冷却速度は
35〜200℃/minに定めた。特にこの発明の長期
にわたって優れた耐食性および接合強度を維持すること
ができるろう付け構造は、熱交換器のろう付け構造とし
て用いるのが好ましく、特に自動車の熱交換器のろう付
け構造として用いるのが好ましい。
【0011】次に、この発明のろう付け性および長期に
わたって優れた耐食性および接合強度を維持することが
できるろう付け構造の成分組成を上述のごとく限定した
理由を述べる。 Si:ろう付け部におけるSiは、ろう付け部形成時の
ろう材の融点を低下させるとともに流動性を付与し、き
れいなろう付け部を形成する成分であるが、その含有量
が3%未満では所望の効果が得られず、一方、15%を
越えると加工性が低下すると共に、ろう材の融点が低下
して被接合部材が浸食され、さらに初晶Siの出現によ
り腐食速度が増大するので好ましくない。したがって、
ろう付け部におけるSiの含有量は3〜15%に定め
た。Siの含有量の一層好ましい範囲は5〜10%であ
る。
【0012】Zn:ろう付け部におけるZnは、ろう付
け部形成時に被接合部材に拡散してろう材表面から心材
内部へ電気化学的性質の勾配、すなわち電位勾配を形成
する作用があるが、その含有量が5%未満では所望の効
果が得られず、一方、15%を越えて含有すると、ろう
付け部の腐食速度が大きくなり、また、圧延などの加工
性が低下するので好ましくない。したがって、Zn:5
〜15%に定めた。Znの含有量の一層好ましい範囲は
6〜10%である。
【0013】Cu:Cuは、ろう付け部形成時に共晶α
相に濃縮することにより、ろう付け部の共晶α相の電気
化学的性質を貴にし、初晶α相を優先的に溶解させて、
Al合金と被接合部材の隣接部の耐食性および接合強度
を維持する作用があるが、その含有量が0.01%未満
では所望の効果が得られず、一方、0.2%を越えて含
有すると、共晶α相へ濃縮したCuが析出し、カソード
となるためにろう付け部の腐食速度が急激に大きくな
り、防食効果の寿命が短縮されるので好ましくない。し
たがって、Cu:0.01〜0.2%に定めた。Cuの
含有量の一層好ましい範囲は0.05〜0.1%であ
る。
【0014】In、Sn:これら成分は、いずれもろう
付け部の電気化学的性質を卑にし、被接合部材に対する
犠牲陽極効果を向上させる成分であるので必要に応じて
添加するが、その含有量がそれぞれIn:0.001%
未満、Sn:0.001%未満では所望の効果が得られ
ず、一方、In:0.3%を越え、Sn:0.3%を越
えて含有すると圧延などの加工性が低下すると共に、腐
食速度が大きくなり、防食効果の寿命が短縮されるので
好ましくない。したがって、ろう付け部におけるIn、
Snの含有量は、それぞれIn:0.001〜0.3
%、Sn:0.001〜0.3%に定めた。これら成分
の一層好ましい範囲は、In:0.01〜0.2%、S
n:0.01〜0.2%である。
【0015】Bi、Be:これら成分は、いずれもろう
付け部の機械的性質を向上させ、ろう付け部形成時のろ
う材の流動性を向上させる成分であるので、必要に応じ
て添加するが、その含有量がそれぞれBi:0.01%
未満、Be:0.0005%未満では所望の効果が得ら
れず、一方、Bi:0.1%を越え、Be:0.1%を
越えて含有すると加工性が低下するので好ましくない。
したがって、ろう付け部におけるBi、Beの含有量
は、それぞれBi:0.01〜0.1%、Be:0.0
005〜0.1%に定めた。これら成分の一層好ましい
範囲は、Bi:0.03〜0.05%、Be:0.00
1〜0.05%である。
【0016】
【発明の実施の形態】JIS 3003のAl合金(S
i:0.6%、Fe:0.7%、Mg:0.1%以下、
Mn:1.2%、Zn:0.10%以下を含有し、残
部:Alおよび不可避不純物)からなる厚さ:0.95
mmの圧延板を心材とし、その表面に表1〜表2に示す
成分組成を有し、厚さ:0.05mmAl合金ろう材A
〜Uをクラッドしたブレージングシートを作製した。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】 (*印は、この発明の範囲から外れている値を示す)
【0019】これらJIS 3003のAl合金に表1
〜表2に示す成分組成のろう材A〜Uをクラッドしたブ
レージングシートにそれぞれ厚さ:0.1mmのフィン
を組み付けた後、これらを窒素ガス雰囲気中、温度:6
00℃、3分間保持の条件でろう付けし、のど厚:0.
5mmのろう付け部を形成し、このろう付け部を580
℃から400℃までを表3〜表5に示される冷却速度で
冷却することにより、表1〜表2に示す成分組成のろう
材A〜Uと同じ組成および表3〜表5に示される電位の
共晶α相および初晶α相からなる組織を持ったろう付け
部を有する本発明ろう付け構造1〜16および比較ろう
付け構造1〜7を作製した。
【0020】ろう付け構造のろう付け部の組織における
共晶α相および初晶α相の電位は、ろう付け部表面を研
磨して表面を平滑面とし、その表面を光学顕微鏡(10
0倍)で観察し、まず、初晶α相を塗装シールし、塗膜
が乾燥した後、3.5%食塩水(25℃)に浸漬して電
位計で電位を測定することにより共晶α相の電位を決定
し、次に、共晶α相を塗装シールし、塗膜が乾燥した
後、3.5%食塩水(25℃)に浸漬して電位計で電位
を測定することにより初晶α相の電位を決定することに
より求めた。
【0021】このようにして得られた本発明ろう付け構
造1〜16および比較ろう付け構造1〜7をASTM規
格G85−85に規定される20日間のSWAAT耐食
試験(噴霧液の酢酸酸性人工海水を50℃で30分間噴
霧し、さらに50℃で90分間湿潤させる試験)を行
い、ろう付け部の最大孔食深さを測定し、その結果を表
3〜表5に示し、ろう付け部の耐食性を評価した。
【0022】さらに前記SWAAT耐食試験した本発明
ろう付け構造1〜16および比較ろう付け構造1〜7の
フィンを引きむしり取り、破断する個所を観察し、その
結果を表3〜表5に示し、ろう付け部の強度を評価し
た。ろう付け構造のろう付け部に形成された孔食深さが
短ければろう付け部の強度が確保され、フィンが破断す
るが、孔食深さが長いとろう付け部の強度が低下してろ
う付け部が破断するところから、ろう付け部の強度が評
価できる。
【0023】
【表3】
【0024】
【表4】
【0025】
【表5】
【0026】
【発明の効果】表3〜表5に示される結果から、本発明
ろう付け構造1〜16は、比較ろう付け構造1〜7に比
べて、ろう付け部の強度が不足したり、ろう付け部の最
大孔食深さが大きくて腐食しやすかったりするなど好ま
しくない特性が現れることが分かる。上述のように、こ
の発明のろう付け構造は、長期にわたって優れた耐食性
および強度が共に優れ、産業の発展に大いに貢献し得る
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】ろう付け構造を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ろう付け部 2 芯材 3 フィン 4 犠牲陽極皮材 5 ろう材

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Al合金とAl合金をろう付け部により接
    合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、 重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、C
    u:0.01〜0.2%を含有し、残りがAlおよび不
    可避不純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α
    相が共存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化
    学的に貴である組織を有することを特徴とする長期にわ
    たって優れた耐食性および接合強度を維持することがで
    きるろう付け構造。
  2. 【請求項2】Al合金とAl合金をろう付け部により接
    合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、 重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、C
    u:0.01〜0.2%を含有し、さらに、In:0.
    001〜0.3%、Sn:0.001〜0.3%、の内
    の1種または2種を含有し、残りがAlおよび不可避不
    純物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共
    存しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に
    貴である組織を有することを特徴とする長期にわたって
    優れた耐食性および接合強度を維持することができるろ
    う付け構造。
  3. 【請求項3】Al合金とAl合金をろう付け部により接
    合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、 重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、C
    u:0.01〜0.2%を含有し、さらに、Bi:0.
    01〜0.5%、Be:0.0005〜0.1%の内の
    1種または2種を含有し、残りがAlおよび不可避不純
    物からなる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存
    しておりかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴
    である組織を有することを特徴とする長期にわたって優
    れた耐食性および接合強度を維持することができるろう
    付け構造。
  4. 【請求項4】Al合金とAl合金をろう付け部により接
    合してなるろう付け構造において、前記ろう付け部は、 重量%で、Si:3〜15%、Zn:5〜15%、C
    u:0.01〜0.2%を含有し、さらに、In:0.
    001〜0.3%、Sn:0.001〜0.3%の内の
    1種または2種を含有し、さらに、Bi:0.01〜
    0.5%、Be:0.0005〜0.1%の内の1種ま
    たは2種を含有し、残りがAlおよび不可避不純物から
    なる組成、並びに初晶α相および共晶α相が共存してお
    りかつ共晶α相が初晶α相よりも電気化学的に貴である
    組織を有することを特徴とする長期にわたって優れた耐
    食性および接合強度を維持することができるろう付け構
    造。
  5. 【請求項5】前記Al合金は、重量%で、Mn:1.0
    〜1.5%、Cu:0.05〜0.20%、Si:0.
    6%以下、Zr:0.7以下%、Zn:0.10以下
    %、残部:Alおよび不可避不純物からなる組成のAl
    −Mn系合金であることを特徴とする請求項1、2、3
    または4記載の長期にわたって優れた耐食性および接合
    強度を維持することができるろう付け構造。
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