JPH11140572A - 耐粒界腐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金ブレージングシート - Google Patents

耐粒界腐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金ブレージングシート

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JPH11140572A
JPH11140572A JP9307397A JP30739797A JPH11140572A JP H11140572 A JPH11140572 A JP H11140572A JP 9307397 A JP9307397 A JP 9307397A JP 30739797 A JP30739797 A JP 30739797A JP H11140572 A JPH11140572 A JP H11140572A
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JP
Japan
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aluminum alloy
sacrificial anode
brazing sheet
brazing
alloy brazing
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JP9307397A
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Inventor
Shu Kuroda
周 黒田
Ken Toma
建 当摩
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MA Aluminum Corp
Original Assignee
Mitsubishi Aluminum Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐粒界腐食性に優れた熱交換器用高強度アル
ミニウム合金ブレージングシートを提供する。 【解決手段】 Mn:0.8〜1.5%、Cu:0.1
〜0.6%、Si:0.1%以下を含有し、さらに必要
に応じて、Zr:0.05〜0.2%、Ti:0.05
〜0.2%、Mg:0.05〜0.2%、Fe:0.0
5〜0.5%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のAl合金芯材
の片面にAl−Si系あるいはAl−Si−Zn系Al
合金ろう材をクラッドし、前記芯材の他方の片面に、M
g:0.5〜2.5%、Zn:1.0〜10.0%、M
n:0.01〜0.5%、Si:0.1%以下を含有
し、さらに必要に応じてBe:0.0005〜0.01
%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Al合金犠牲陽極皮材をクラッドしてなる。

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、熱交換器など各
種構造用部材として用いる耐粒界腐食性に優れた高強度
アルミニウム合金ブレージングシート、特に自動車の熱
交換器の製造に用いる高強度アルミニウム合金ブレージ
ングシートに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ろう付け後強度および高温耐食性
に優れた熱交換器用アルミニウム合金ブレージングシー
トが開発されている。この熱交換器用アルミニウム合金
ブレージングシートは、図1および図2の断面説明図に
示されるように、芯材4の片面にAl−Si系Al合金
ろう材5をクラッドし、もう一方の片面にAl合金犠牲
陽極皮材1がクラッドされた断面構造となっている。そ
して犠牲陽極皮材1の腐食によって芯材4の腐食が抑制
されている。この従来の熱交換器用アルミニウム合金ブ
レージングシートの一例として、重量%で(以下、%は
重量%を示す)、(i)Mn:0.8〜1.3%、S
i:0.3〜1.0%、Cu:0.05〜0.7%、Z
r:0.05〜0.2%、Ti:0.05〜0.2%を
含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成の
Al合金、または、(ii)Mn:0.8〜1.3%、S
i:0.3〜1.0%、Cu:0.05〜0.7%、Z
r:0.05〜0.2%、Ti:0.05〜0.2%、
Mg:0.05〜0.3%を含有し、残りがAlおよび
不可避不純物からなる組成のAl合金を芯材4とし、こ
の芯材の片面にAl−Si系Al合金ろう材をクラッド
し、もう一方の片面に、(a)Zn:6.5〜12%、
Mg:0.5〜3%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Al合金犠牲陽極皮材、
(b)Zn:6.5〜12%、Mg:0.5〜3%を含
有し、さらに、In:0.005〜0.1%、Sn:
0.01〜0.3%のうちの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からなる組成を
有するAl合金犠牲陽極皮材、(c)Zn:6.5〜1
2%、Mg:0.5〜3%、Mn:0.05〜1.5%
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Al合金犠牲陽極皮材、または、(d)Zn:
6.5〜12%、Mg:0.5〜3%、Mn:0.05
〜1.5%を含有し、さらに、In:0.005〜0.
1%、Sn:0.01〜0.3%のうちの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か
らなる組成を有するAl合金犠牲陽極皮材、をクラッド
してなるものが知られている。そしてこれらAl合金犠
牲陽極皮材に含まれるSi含有量は0.3%以下が好ま
しいとされている(特開平9−87788号公報参
照)。
【0003】さらに、Mn:0.8〜1.3%、Si:
0.3〜1.0%、Cu:0.05〜0.7%、Zr:
0.05〜0.2%、Ti:0.05〜0.2%を含有
し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成のAl
合金を芯材とし、片面にAl−Si系Al合金ろう材を
クラッドし、もう一方の片面に、Mg:0.5〜2.5
%、Zn:1.0〜10.0%、Mn:0.01〜0.
5%、Si:0.1%以下を含有し、さらに、B:0.
0005〜0.01%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Al合金を犠牲陽極皮材
とした耐食性およびろう付け性に優れた熱交換器用アル
ミニウム合金ブレージングシートも知られている(特開
平8−302439号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
熱交換器用アルミニウム合金ブレージングシートの犠牲
陽極皮材1は、図1に示されるように、粒界に沿って発
生する腐食(以下、粒界腐食という)3が発生しやす
い。犠牲陽極皮材1に粒界腐食が起こると、図1に示さ
れるように、犠牲陽極皮材1の結晶粒2は脱落し、従っ
て、粒界腐食3が起きた犠牲陽極皮材1は犠牲材として
の作用を十分に発揮することなく早く消耗する。さら
に、一般に、熱交換器用アルミニウム合金ブレージング
シートは、犠牲陽極皮材もブレージングシートの強度向
上の一役を担っているが、犠牲陽極皮材1に粒界腐食3
が起きると、犠牲陽極皮材の強度が著しく低下し、従っ
てブレージングシートの強度を著しく低下するようにな
る。
【0005】
【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、犠牲陽極皮材が図1に示される粒界腐食
3を起こすことなく、図2に示されるような犠牲陽極皮
材1の表面から全面に均一に腐食(以下、全面腐食とい
う)6が起きる熱交換器用アルミニウム合金ブレージン
グシートを開発すべく研究を行った結果、(イ)従来の
ブレージングシートの芯材には強度を高めるためにSi
を0.3〜1.0%程度添加しているが、ブレージング
シートの犠牲陽極皮材の粒界腐食は、芯材の成分組成、
特に芯材に含まれるSi含有量が大きく影響を及ぼし、
芯材に含まれるSi含有量は少ないほど犠牲陽極皮材の
粒界腐食は少なくなり、Si:0.1%以下(一層好ま
しくは0.05%以下)に抑制するとすると、このSi
の少ない芯材にクラッドしたブレージングシートの犠牲
陽極皮材に発生する粒界腐食は無視できる程度に極めて
少なくなる、(ロ)犠牲陽極皮材の粒界腐食は、犠牲陽
極皮材の成分組成、特に犠牲陽極皮材に含まれるSi含
有量が少ないほど犠牲陽極皮材の粒界腐食は少なくな
り、Si:0.1%以下(一層好ましくは0.05%以
下)に抑制するとすることが好ましい、という知見を得
たのである。
【0006】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)Mn:0.8〜1.5%、C
u:0.1〜0.6%、Si:0.1%以下を含有し、
残りがAlおよび不可避不純物からなる組成のAl合金
芯材の片面にAl−Si系あるいはAl−Si−Zn系
Al合金ろう材をクラッドし、前記芯材の他方の片面
に、Mg:0.5〜2.5%、Zn:1.0〜10.0
%、Mn:0.01〜0.5%、Si:0.1%以下を
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Al合金犠牲陽極皮材をクラッドしてなる耐粒界
腐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金ブレ
ージングシート、(2)Mn:0.8〜1.5%、C
u:0.1〜0.6%、Si:0.1%以下を含有し、
さらにZr:0.05〜0.2%、Ti:0.05〜
0.2%、Mg:0.05〜0.2%、Fe:0.05
〜0.5%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のAl合金芯材の
片面にAl−Si系あるいはAl−Si−Zn系Al合
金ろう材をクラッドし、前記芯材の他方の片面に、M
g:0.5〜2.5%、Zn:1.0〜10.0%、M
n:0.01〜0.5%、Si:0.1%以下を含有
し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成を有す
るAl合金犠牲陽極皮材をクラッドしてなることを特徴
とする耐粒界腐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニ
ウム合金ブレージングシート。(3)Mn:0.8〜
1.5%、Cu:0.1〜0.6%、Si:0.1%以
下を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組
成のAl合金芯材の片面にAl−Si系あるいはAl−
Si−Zn系Al合金ろう材をクラッドし、前記芯材の
他方の片面に、Mg:0.5〜2.5%、Zn:1.0
〜10.0%、Mn:0.01〜0.5%、Si:0.
1%以下を含有し、さらに、Be:0.0005〜0.
01%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Al合金犠牲陽極皮材をクラッドしてな
る耐粒界腐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム
合金ブレージングシート、(4)Mn:0.8〜1.5
%、Cu:0.1〜0.6%、Si:0.1%以下を含
有し、さらに、Zr:0.05〜0.2%、Ti:0.
05〜0.2%、Mg:0.05〜0.2%、Fe:
0.05〜0.5%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のAl
合金芯材の片面にAl−Si系あるいはAl−Si−Z
n系Al合金ろう材をクラッドし、前記芯材の他方の片
面に、Mg:0.5〜2.5%、Zn:1.0〜10.
0%、Mn:0.01〜0.5%、Si:0.1%以下
を含有し、さらに、Be:0.0005〜0.01%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Al合金犠牲陽極皮材をクラッドしてなる耐粒界
腐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金ブレ
ージングシート、に特徴を有するものである。
【0007】この発明の耐粒界腐食性に優れた高強度ア
ルミニウム合金ブレージングシートは熱交換器の構造部
材として用いるのが好ましく、特に自動車の熱交換器を
製造するための高強度アルミニウム合金ブレージングシ
ートとして用いるのが好ましい。次に、この発明の耐粒
界腐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金ブ
レージングシートの成分組成を上述のごとく限定した理
由を述べる。
【0008】(A)芯材 Mn:Mnは金属間化合物として晶出または析出してろ
う付け後の強度を向上させ、芯材に含まれる不純物Si
と化合物を形成して犠牲陽極皮材への拡散を抑制し、粒
界腐食を抑える作用を有するが、その含有量が0.8%
未満では所望の効果が得られず、一方、1.5%を越え
て含有すると圧延などの加工性が低下するところから、
芯材に含まれるMn量は0.8〜1.5%に定めた。M
nの含有量の一層好ましい範囲は1〜1.3%である。
【0009】Si:ブレージングシートの犠牲陽極皮材
の粒界腐食は、ブレージングシートの芯材に含まれるS
i含有量が大きく影響を及ぼし、芯材に含まれるSi含
有量は少ないほど好ましいが芯材に含まれるSi含有量
が0.1%を越えて含有すると、犠牲陽極皮材に発生す
る粒界腐食が増加し、犠牲陽極皮材の結晶粒が脱落して
犠牲陽極皮材の寿命が短くなると共に、ブレージングシ
ートの強度が低下するので好ましくない。従って、芯材
に含まれるSi含有量は0.1%以下に定めた。芯材に
含まれるSi含有量の一層好ましい範囲は0.05%以
下であり、芯材に含まれるSi含有量は0%であること
が最も好ましい。
【0010】Cu:Cuは固溶してろう付け後の強度を
向上させるとともに、芯材の電位を貴にして犠牲陽極皮
材だけでなくろう材側の耐孔食性も向上させるが、その
含有量が0.1%未満では所望の効果が得られず、一
方、0.6%を越えて含有すると腐食速度が速くなり過
ぎるところから、芯材に含まれるCu量は0.1〜0.
6%に定めた。Cuの含有量の一層好ましい範囲は0.
3〜0.5%である。
【0011】Zr、Ti、Mg、Fe:これら成分は、
いずれも金属間化合物として晶出または析出してろう付
け後の強度を向上させる作用を有するので、必要に応じ
てZr、Ti、MgおよびFeの内の1種または2種以
上を添加するが、Zr:0.05%未満、Ti:0.0
5%未満、Mg:0.05%未満、Fe:0.05%未
満では所望の効果が得られず、一方、Zr:0.2%を
越え、Ti:0.2%を越えて含有すると圧延などの加
工性が低下するので好ましくなく、Mg:0.2%を越
えて含有するとろう付け性が低下するので好ましくな
く、Fe:0.5%を越えて含有すると腐食速度が速く
なるので好ましくない。従って、Zr、Ti、Mg、F
eの含有量は、それぞれZr:0.05〜0.2%、T
i:0.05〜0.2%、Mg:0.05〜0.2%、
Fe:0.05〜0.5%の範囲内に定めた。
【0012】(B)犠牲陽極皮材 Mg:犠牲陽極皮材のMgは、犠牲陽極皮材の耐孔食性
を向上させるとともにZnとMgZn2 化合物を形成し
て強度を向上させる作用であるが、その含有量が0.5
%未満では所望の効果が得られず、一方、2.5%を越
えると加工性が低下するので好ましくない。したがっ
て、犠牲陽極皮材中のMgの含有量は0.5〜2.5%
に定めた。Mgの含有量の一層好ましい範囲は1〜1.
7%である。
【0013】Zn:Znには、犠牲陽極皮材の電位を卑
にして、犠牲陽極皮材表面から芯材へ防食上有効な電位
分布を形成し、耐孔食性を向上させ、さらに、MgZn
2 を分散析出させて強度を著しく向上させる作用がある
が、その含有量が1.0%未満では所望の効果が得られ
ず、一方、10.0%を越えて含有すると加工性が低下
し、自己腐食速度が速くなり過ぎるので好ましくない。
したがって、Zn:1.0〜10.0%に定めた。Zn
の含有量の一層好ましい範囲は3〜8%である。
【0014】Mn:Mnは、犠牲陽極皮材および芯材か
ら拡散流入するSiとAl−Mn−Si系化合物を形成
して犠牲陽極皮材の粒界腐食を抑制する作用があるが、
その含有量が0.01%未満では所望の効果が得られ
ず、一方、0.5%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、Mn:0.01〜
0.5%に定めた。Mnの含有量の一層好ましい範囲は
0.1〜0.3%である。
【0015】Si:犠牲陽極皮材中のSi成分は、Al
−Mn−Si系化合物を形成して犠牲陽極皮材の粒界腐
食を抑制する作用があるが、その含有量が0.1%を越
えて含有すると粒界腐食の発生を抑えることができなく
なるので好ましくない。したがって、Siの含有量は
0.1%以下に定めた。犠牲陽極皮材に含まれるSi含
有量の一層好ましい範囲は0.05%以下であり、Si
含有量は0%であることが最も好ましい。
【0016】Be:Beは犠牲陽極皮材の酸化皮膜成長
を抑制して犠牲陽極皮材の作用を一層効果的なものと
し、Mgとフラックスの反応を抑制してろう付け性を向
上させる作用があるので必要に応じて添加するが、その
含有量が0.0005%未満では所望の効果が得られ
ず、一方、0.01%を越えて含有しても一層の効果が
得られないところから、B:0.0005〜0.01%
に定めた。
【0017】(C)ろう材 この発明の熱交換器用高強度アルミニウム合金ブレージ
ングシートで使用するAl−Si系Al合金ろう材は通
常のAl−Si系Al合金ろう材またはAl−Si−Z
n系Al合金ろう材であればよく、特に限定されるもの
ではないが、ろう材中に含まれるSiはろう材の融点を
下げると共に流動性を付与する成分であり、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
越えて含有するとかえって流動性が低下するので好まし
くない。したがって、Al−Si系Al合金ろう材また
はAl−Si−Zn系Al合金ろう材中のSiの含有量
を5〜15%に定めた。Al−Si系Al合金ろう材ま
たはAl−Si−Zn系Al合金ろう材中のSiの含有
量の一層好ましい範囲は7〜11%である。また、この
発明の熱交換器用高強度アルミニウム合金ブレージング
シートで使用するAl−Si−Zn系系Al合金ろう材
中に含まれるZn含有量は0.5〜5%であることが好
ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】表1〜表2に示す成分組成のAl
合金を溶解し、鋳造してインゴットを製造し、このイン
ゴットを通常の条件で均質化処理後、熱間圧延を行い、
厚さ:160mmの熱延板とし、芯材a〜vを作製し
た。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】 (*印は、この発明の範囲外の値を示す)
【0021】さらに、表3に示す成分組成のAl合金を
溶解し、鋳造してインゴットを製造し、このインゴット
を通常の条件で均質化処理後、熱間圧延を行い、厚さ:
20mmの熱延板とし、犠牲陽極皮材A〜Kを作製し
た。
【0022】さらに、表4に示す成分組成のAl合金を
溶解し、鋳造してインゴットを製造し、このインゴット
を通常の条件で均質化処理後、熱間圧延を行い、厚さ:
20mmの熱延板とし、ろう材ア〜エを作製した。
【0023】
【表3】
【0024】
【表4】
【0025】表1〜表2に示す成分組成の芯材a〜v、
表3に示す成分組成の犠牲陽極皮材A〜K、および表4
に示す成分組成のろう材イ〜エを表5〜表8に示す組み
合わせで重ね合わせ、熱間圧延によりクラッドし、続い
て適宜中間焼鈍を行いながら冷間圧延を行って板厚:
0.22mm、調質H14(最終冷間圧延率:33%)
の本発明熱交換器用高強度アルミニウム合金ブレージン
グシート(以下、本発明ブレージングシートという)1
〜21および従来熱交換器用高強度アルミニウム合金ブ
レージングシート(以下、従来ブレージングシートとい
う)を作製した。
【0026】これら本発明高強度アルミニウム合金ブレ
ージングシート1〜21および従来高強度アルミニウム
合金ブレージングシートについて下記の腐食試験および
ろう付け後の引張り試験を行い、耐食性およびろう付け
後強度の評価を行った。
【0027】腐食試験 耐粒界腐食性を評価する目的で、ブレージングシートに
ろう付けを施すことを想定して、本発明ブレージングシ
ート1〜18および従来ブレージングシートの試験片を
高純度窒素雰囲気中で、600℃に3分間保持の熱処理
を行った後、Cu2+を10ppm添加した50℃の水道
水中に30日間に浸漬し、試験後の最大孔食深さを測定
し、さらに試験後の試験片の断面を金属顕微鏡にて観察
し、腐食形態(全面腐食または粒界腐食)の観察結果を
表5〜表8に示した。
【0028】引張り試験 ろう付け後の強度を評価する目的で、ブレージングシー
トにろう付けを施すことを想定して、本発明ブレージン
グシート1〜21および従来ブレージングシートの試験
片を高純度窒素雰囲気中で、600℃に3分間保持の熱
処理を行った後、引張り試験を実施し、その結果を表5
および表6に示した。
【0029】さらに、腐食形態の違いによる強度低下の
差を調べるために、ブレージングシートにろう付けを施
すことを想定して、本発明ブレージングシート1〜21
および従来ブレージングシートの試験片を高純度窒素雰
囲気中で、600℃に3分間保持の熱処理を行った後、
Cu2+を10ppm添加した50℃の水道水中に5日間
に浸漬の腐食試験を行い、この腐食試験した本発明ブレ
ージングシート1〜21および従来ブレージングシート
の試験片について引張り試験を行い、その結果を表5〜
表8に示した。
【0030】
【表5】
【0031】
【表6】
【0032】
【表7】
【0033】
【表8】
【0034】
【発明の効果】表1〜表8に示される結果から、本発明
ブレージングシート1〜21の腐食形態がいずれも全面
腐食であるのに対し従来ブレージングシートは粒界腐食
であり、さらに本発明ブレージングシート1〜21は従
来ブレージングシートに比べて最大孔食深さが格段に小
さく、腐食試験後の引張強さが格段に大きいところか
ら、本発明ブレージングシート1〜21は従来ブレージ
ングシートに比べて耐粒界腐食性およびろう付け後の強
度が優れていることが分かる。上述のように、この発明
の熱交換器用高強度アルミニウム合金ブレージングシー
トは、耐粒界腐食性およびろう付け後強度が共に優れ、
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】熱交換器用高強度アルミニウム合金ブレージン
グシートの腐食形態を説明するための断面説明図であ
る。
【図2】熱交換器用高強度アルミニウム合金ブレージン
グシートの腐食形態を説明するための断面説明図であ
る。
【符号の説明】
1 犠牲陽極皮材 2 結晶粒 3 粒界腐食 4 芯材 5 ろう材 6 全面腐食
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C23F 13/00 C23F 13/00 E F28F 19/06 F28F 19/06 B 21/08 21/08 D

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 Mn:0.8〜1.5%、 Cu:0.1〜0.6%、 Si:0.1%以下、 を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
    のAl合金芯材の片面にAl−Si系あるいはAl−S
    i−Zn系Al合金ろう材をクラッドし、前記芯材の他
    方の片面に、重量%で、 Mg:0.5〜2.5%、 Zn:1.0〜10.0%、 Mn:0.01〜0.5%、 Si:0.1%以下、 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Al合金犠牲陽極皮材をクラッドしてなること
    を特徴とする耐粒界腐食性に優れた熱交換器用高強度ア
    ルミニウム合金ブレージングシート。
  2. 【請求項2】 重量%で、 Mn:0.8〜1.5%、 Cu:0.1〜0.6%、 Si:0.1%以下、 を含有し、さらに Zr:0.05〜0.2%、 Ti:0.05〜0.2%、 Mg:0.05〜0.2%、 Fe:0.05〜0.5%、 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のAl合金芯材の片面にAl
    −Si系あるいはAl−Si−Zn系Al合金ろう材を
    クラッドし、前記芯材の他方の片面に、重量%で、 Mg:0.5〜2.5%、 Zn:1.0〜10.0%、 Mn:0.01〜0.5%、 Si:0.1%以下、 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Al合金犠牲陽極皮材をクラッドしてなること
    を特徴とする耐粒界腐食性に優れた熱交換器用高強度ア
    ルミニウム合金ブレージングシート。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のAl合金犠牲陽
    極皮材は、重量%で、 Mg:0.5〜2.5%、 Zn:1.0〜10.0%、 Mn:0.01〜0.5%、 Si:0.1%以下、 を含有し、さらに、 Be:0.0005〜0.01%、 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Al合金犠牲陽極皮材であることを特徴とする
    耐粒界腐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合
    金ブレージングシート。
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