JPH11302759A - 高耐食性アルミニウム合金製ブレージングシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性、特にフィレット部の耐食性を向上さ
せることができ、これにより、熱交換器の長寿命化を可
能にする高耐食性アルミニウム合金製ブレージングシー
トを提供する。 【解決手段】 高耐食性アルミニウム合金製ブレージン
グシートは、アルミニウム合金板材からなる心材と、ア
ルミニウム合金板材からなり前記心材の少なくとも一方
の面上に配置されＺｎを含有する中間層と、前記心材及
び中間層からなる合せ板の外側両面上に配置されＺｎを
含有するアルミニウム合金製ろう材と、を有する。そし
て、前記中間層のＺｎ含有量をＡ、前記アルミニウム合
金製ろう材のうち前記中間層側に配置されたもののＺｎ
含有量をＢとしたとき、Ａは０．５乃至３重量％であ
り、Ｂは１重量％以下であり、ＡとＢとの和は１乃至３
重量％であり、前記中間層の厚さは、９０μｍ以上であ
って全体の厚さの３０％以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車のラジエー
タ、ヒータコア及びオイルクーラ等のように、アルミニ
ウム合金を腐食させる危険性がある水系媒体の通路を有
する製品に使用されるブレージングシートに関し、特
に、水系媒体側のろう付によって製造された後の製品の
耐食性、より好ましくはろう付フィレットの耐食性を高
め、熱交換器の長寿命化を図った高耐食性アルミニウム
合金製ブレージングシートに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、自動車用等の熱交換器の分野にお
いては、アルミニウム合金製のブレージングシートが広
く使用されている。特に、アルミニウム合金を腐食させ
る危険性がある水系媒体の通路を有する製品に使用され
るブレージングシートとしては、従来より、心材の両面
にろう材を配置した３層構造のブレージングシート、又
は心材の水系媒体通路側となる一方の面上に犠牲陽極層
を配置すると共に、心材の他方の面上にろう材を配置し
た３層構造のブレージングシートがある。また、熱交換
器を製造するためのろう付加熱時に、ろう材の成分であ
るＳｉが心材に拡散されることを防止するために、心材
の水系媒体通路側となる面上又は心材の両面上に犠牲陽
極層又は中間層を配置し、これらの両面上にろう材を配
置した４層又は５層構造のブレージングシートもある。

【０００３】一般的に、従来のブレージングシートにお
いては、心材としてＪＩＳ Ａ３００３合金材、ろう材
としてＡｌ−Ｓｉ系合金材又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金
材が使用されており、犠牲陽極又は中間層としてＪＩＳ
Ａ７０７２合金材等のＡｌ−Ｚｎ系合金材又はＡｌ−
Ｚｎ−Ｍｇ系合金材が使用されている。

【０００４】ラジエータに使用される電縫管用の従来の
ブレージングシートとしては、例えば、心材の両面上に
ろう材を配置したブレージングシートが公知である（特
開平２−５０９３４号公報等）。また、心材の水系媒体
通路側となる面上に犠牲陽極を配置すると共に、他方の
面上にろう材を配置したブレージングシートが開示され
ている（特開昭５９−７４２８４号公報等）。しかし、
これらの従来のブレージングシートは３層構造であるた
め、水系媒体通路側にろう材を配置する必要がある場合
には適用することができない。４層又は５層以上構造の
ブレージングシートとしては、心材の水系媒体通路側と
なる一方の面上に犠牲陽極を配置すると共に、他方の面
上に中間層及びろう材を順次配置したブレージングシー
トが開示されている（特開平４−３６６００号公報）。

【０００５】また、オイルクーラ用のブレージングシー
トにおいては、中間層としてＡｌ−Ｚｎ系合金材が使用
されており、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金が使
用されたものが記載されている（社団法人自動車技術
会，ＪＳＡＥ１９９６年秋季大会，学術講演会前刷集，
Ｎｏ．９６６，ｐｐ．９７−１００）。

【０００６】これらの４層又は５層構造のブレージング
シートは、従来の犠牲層を有する３層構造のブレージン
グシートと比較して、犠牲層と心材との電位差を大きく
しているので、Ｚｎの犠牲防食効果が高められて、耐食
性を向上させることができる。

【０００７】このように、アルミニウム合金材を腐食さ
せる虞がある水系媒体の通路側にろう材を配置する必要
がある場合には、心材と水系媒体の通路側となるろう材
との間に、犠牲層又は中間層を配置して４層又は５層構
造のブレージングシートを作製することにより、熱交換
器の耐食性を向上させることができる。

【０００８】４層又は５層構造のブレージングシートに
おいては、例えば、ろう材及び中間層にＺｎを添加する
と、ろう付後におけるろう材中のＺｎ濃度を高い状態で
維持することができ、ろう材の表面と心材との電位差が
所定値以上となるように確保される。このように、Ｚｎ
による犠牲陽極効果を高めることにより、ブレージング
シート表面の腐食がその表面に平行な方向に広がるの
で、シートの厚さ方向への浸食が抑制されて、耐食性を
向上させることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、４層又
は５層以上構造を有しＺｎによって犠牲陽極効果が高め
られたブレージングシートを使用した場合においても、
ろう材と中間層とのＺｎ含有量のバランス及び心材中の
Ｚｎ含有量が適切に規制されていないと、使用環境によ
っては、ろう付後のフィレットにおけるＺｎの濃化が過
剰に進行するという問題点がある。フィレットにおいて
Ｚｎの濃化が過剰に進行すると、フラット部が腐食する
以前に優先的にフィレットが腐食してしまい、ブレージ
ングシートを長期間安定して使用することが困難とな
る。

【００１０】また、ろう付の温度又は時間が変動した場
合には、ろう材表面から心材へ向けてのＺｎ濃度勾配を
制御することが困難となり、犠牲防食効果が不安定とな
ることがある。このため、適正なＺｎ含有量を考慮した
ブレージングシートの開発が必要とされている。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、耐食性、特にフィレットの耐食性を向上さ
せることができ、これにより、熱交換器の長寿命化を可
能にする高耐食性アルミニウム合金製ブレージングシー
トを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高耐食性ア
ルミニウム合金製ブレージングシートは、アルミニウム
合金板材からなる心材と、アルミニウム合金板材からな
り前記心材の少なくとも一方の面上に配置されＺｎを含
有する中間層と、前記心材及び中間層からなる合せ板の
外側両面上に配置されＺｎを含有するアルミニウム合金
製ろう材と、を有するブレージングシートにおいて、前
記中間層のＺｎ含有量をＡ、前記アルミニウム合金製ろ
う材のうち前記中間層側に配置されたもののＺｎ含有量
をＢとしたとき、Ａは０．５乃至３重量％であり、Ｂは
１重量％以下であり、ＡとＢとの和は１乃至３重量％で
あり、前記中間層の厚さは、９０μｍ以上であって全体
の厚さの３０％以下であることを特徴とする。

【００１３】本発明に係る他の高耐食性アルミニウム合
金製ブレージングシートは、アルミニウム合金板材から
なる心材と、アルミニウム合金板材からなり前記心材の
少なくとも一方の面上に配置されＺｎを含有する中間層
と、前記心材及び中間層からなる合せ板の外側両面上に
配置されたアルミニウム合金製ろう材と、を有するブレ
ージングシートにおいて、前記中間層のＺｎ含有量は１
乃至３重量％であり、前記中間層の厚さは、９０μｍ以
上であって全体の厚さの３０％以下であることを特徴と
する。

【００１４】更に、ろう付後のフィレット内の最大Ｚｎ
濃度が２重量％以下であってもよい。

【００１５】本発明においては、中間層のＺｎ含有量、
ろう材のＺｎ含有量及びそれらの総計が適切に規定され
ているため、ろう付後のフィレットにおけるＺｎの濃化
が防止される。これにより、フィレットの耐食性が向上
してその優先的な腐食が防止される。従って、このブレ
ージングシートを使用して作製された熱交換器を長寿命
がすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本願発明者等が前記課題を解決す
べく、鋭意実験研究を重ねた結果、アルミニウム合金製
の中間層及びろう材のＺｎ含有量を適切に規定すること
により、Ｚｎの犠牲防食効果を十分に発揮させると共
に、ろう付後のフィレットにおけるＺｎの過剰な濃化を
防止することができることを見い出した。

【００１７】Ｚｎは電位を卑とする効果を有する元素で
ある。本発明においては、中間層中のＺｎ含有量並びに
中間層及びろう材中のＺｎ含有量の総計を適切に規定す
ることにより、従来の４層又は５層構造のブレージング
シートよりも長期耐食性を向上させつつ、更に、ろう材
中のＺｎ含有量を規制することにより、ろう付後のフィ
レットにおける過剰なＺｎの濃化によるフィレットの優
先的な腐食を防止するものである。以下、本発明に係る
高耐食性アルミニウム合金製ブレージングシートにおけ
る心材、中間層及びろう材中に含有される化学成分及び
組成限定理由について説明する。

【００１８】中間層中のＺｎ含有量：０．５乃至３重量
％ 中間層中のＺｎ含有量が中間層全重量当たり０．５重量
％未満であると、中間層と心材との間の電位差が小さく
なりすぎて、中間層が犠牲陽極層として十分に作用しな
い。一方、中間層中のＺｎ含有量が３重量％を超える
と、中間層の強度及び硬度が極めて高くなるので、中間
層の圧延性及び成形性が心材の圧延性及び成形性と著し
く異なったものとなる。その結果、ブレージングシート
の圧延及び成形加工等が困難になる。また、中間層中の
Ｚｎ含有量が３重量％を超えると、心材と中間層との間
の電位差が大きくなりすぎて、中間層が早期に腐食して
消耗するので、ブレージングシートの耐食性が低下す
る。従って、中間層中のＺｎ含有量は中間層全重量当た
り０．５乃至３重量％とする。

【００１９】ろう材中のＺｎ含有量：１重量％以下 ろう材中のＺｎ含有量がろう材全重量当たり１重量％を
超えると、本発明のブレージングシートを使用して熱交
換機を製作した場合に、ろう付後のフィレットでのＺｎ
の濃化が著しく生じるため、フィレットが優先的に腐食
されて早期に貫通に到る。従って、熱交換器としての寿
命が短くなってしまう。従って、ろう材中のＺｎ含有量
はろう材全重量当たり１重量％以下とする。また、上述
の理由より、ろう材中にＺｎは含有されていなくてもよ
い。

【００２０】中間層及びろう材中のＺｎ含有量：総計で
１乃至３重量％ 中間層及びろう材中のＺｎ含有量が中間層及びろう材全
重量当たり１重量％未満であると、ろう付後に表面と心
材との電位差が小さくなりすぎて犠牲陽極として十分に
は作用しなくなるため、ブレージングシートの耐食性が
低下し、このブレージングシートを使用して作製された
熱交換器の寿命が短くなる。一方、中間層及びろう材中
のＺｎ含有量が３重量％を超えると、ろう付後のフィレ
ットでのＺｎの濃化が著しくなってフィレットが優先的
に腐食されるため、早期に貫通に到り、熱交換器として
の寿命が短くなってしまう。従って、中間層及びろう材
中のＺｎ含有量は総計で中間層及びろう材全重量当たり
１乃至３重量％とする。

【００２１】なお、ろう付後のフィレット内の最大Ｚｎ
濃度がフィレット全重量当たり２重量％を超えると、フ
ィレットが優先的に腐食されやすくなるため、早期に貫
通に到り、熱交換器としての寿命が短くなりやすい。従
って、ろう付後のフィレット内の最大Ｚｎ濃度はフィレ
ット全重量当たり２重量％以下とすることが望ましい。

【００２２】４層構造のブレージングシートにおいて
は、心材の中間層とは逆側に配置されたろう材として、
Ｚｎを含有しないＡｌ−Ｓｉ系合金（例えば、ＪＩＳ
Ａ４０００系合金）材を使用することができる。

【００２３】中間層の厚さ：９０μｍ以上であって全体
の厚さの３０％以下 中間層はアルミニウム合金製心材と水系媒体通路側のろ
う材との間に犠牲陽極層として配置される。この中間層
の厚さが９０μｍ未満であると、犠牲陽極層として腐食
を停止する効果を十分に得られない。一方、中間層の厚
さが全体の厚さの３０％を超えると、相対的に心材が薄
くなり、ブレージングシートに要求される所望の強度を
得られない。従って、中間層の厚さは９０μｍ以上であ
って全体の厚さの３０％以下とする。

【００２４】以下、本発明の実施例に係る高耐食性アル
ミニウム合金製ブレージングシートについて、添付の図
面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例
に係るブレージングシートを示す図であって、（ａ）は
４層構造のブレージングシートを示す断面図、（ｂ）は
５層構造のブレージングシートを示す断面図である。

【００２５】４層構造のブレージングシートにおいて
は、図１（ａ）に示すように、例えば、ＪＩＳ Ａ３０
０３合金製の心材２の一方の面上に中間層３が配置され
ており、この中間層３の上及び心材２の他方の面上にろ
う材４ａ及び４ｂが配置されている。このようにして、
４層構造のブレージングシート１が構成されている。

【００２６】各層は前述の組成を有しており、その厚さ
は、例えば、心材２で０．３６ｍｍ、中間層３で０．１
２ｍｍ、ろう材４ａ及び４ｂで０．０６ｍｍである。従
って、厚さが総計で０．６ｍｍのブレージングシートと
なっている。

【００２７】このように構成された本実施例のブレージ
ングシート１においては、中間層３側に配置されたろう
材４ａが水系媒体通路側に配置されて熱交換器がろう付
により製造される。本実施例においては、中間層３及び
ろう材４ａのＺｎ含有量が適切に規定されているので、
ろう付の際にフィレットのＺｎ濃度が過剰に濃化するこ
とが防止される。これにより、フィレットの耐食性が向
上するため、ろう付されて熱交換器が製造された後に
も、フィレットがフラット部より優先して腐食されるこ
とが防止され、熱交換器を長寿命化することができる。

【００２８】一方、５層構造のブレージングシートにお
いては、図１（ｂ）に示すように、例えば、ＪＩＳ Ａ
３００３合金製の心材１２の両面上に中間層１３ａ及び
１３ｂが配置されており、この中間層１３ａ及び１３ｂ
の上にろう材１４ａ及び１４ｂが配置されている。この
ようにして、５層構造のブレージングシート１１が構成
されている。ブレージングシート１１においても、各層
は前述の組成を有している。

【００２９】このように構成された５層構造のブレージ
ングシート１１においては、ろう材１３ａ又はろう材１
３ｂのいずれかが水系媒体通路側に配置されて熱交換器
がろう付により製造される。ブレージングシート１１を
使用した場合にも、フィレットの耐食性が向上し、これ
により、熱交換器を長寿命化することができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について、その特許請
求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明す
る。

【００３１】先ず、種々の化学組成を有する心材用アル
ミニウム合金、中間層用アルミニウム又はアルミニウム
合金及びろう材用アルミニウム合金の鋳塊を作製し、種
々の組み合わせによってこれらを加工することにより、
図１に示す４層構造で０．６ｍｍの厚さであるブレージ
ングシートを作製した。但し、ろう材のクラッド率は全
て１０％とした。心材用アルミニウム合金、中間層用ア
ルミニウム又はアルミニウム合金及びろう材用アルミニ
ウム合金の化学組成を、夫々、下記表１及び２に示す。
なお、下記表１及び２に示す組成の残部は、Ａｌ及び不
可避的不純物である。また、中間層の厚さを下記表３及
び４に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】次いで、得られたブレージングシートを切
断して、一辺の長さが１００ｍｍの第１正方形板とし、
この第１正方形板の中央部に板厚が５ｍｍ、一辺の長さ
が２０ｍｍのＪＩＳ Ａ３００３合金製の第２正方形板
を針金で固定した。そして、第１正方形板の表面の全面
に、市販の非腐食性フラックスを５ｇ／ｍ² となるよう
に塗布した。次に、この正方形板を酸素濃度が２００ｐ
ｐｍ以下の雰囲気中において５９５℃の温度で５分間保
持することにより、ろう付実機模擬試験片を作製した。
図２はろう付実機模擬試験片を示す図であって、（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図で
ある。実機模擬試験片２１の第１正方形板２２と第２正
方形板２３との境界近傍には、フィレット２４が形成さ
れており、第１正方形板２２の露出している部分はフラ
ット部２５となっている。

【００３７】その後、得られた実機模擬試験片２１の耐
食試験面の端部から中央寄りの５ｍｍの位置までの四辺
部と、裏面全面をシールテープによってシールして、耐
食試験用試験片を作製した。

【００３８】耐食試験については、耐食試験用試験片を
ＯＹ水（Ｃｌ^-：１９５重量ｐｐｍ、ＳＯ₄ ^2-：６０重量
ｐｐｍ、Ｃｕ²⁺：１重量ｐｐｍ及びＦｅ³⁺：３０重量ｐ
ｐｍの水溶液）に浸漬した後、８８℃の温度における８
時間の保持と室温における１６時間の保持とを１サイク
ルとして、１２０サイクル連続して繰り返すものとし
た。そして、フィレット２４及びフラット部２５の夫々
の最大腐食部の断面を顕微鏡により観察し、その顕微鏡
写真から腐食深さを測定することにより、フィレット２
４の優先腐食性を評価した。

【００３９】また、実機模擬試験片２１の強度、エロー
ジョン特性及びクラッド加工性を評価した。強度の評価
については、１３０（Ｎ／ｍｍ²）以上のものをＡ（良
好）、１２０（Ｎ／ｍｍ²）以上１３０（Ｎ／ｍｍ²）未
満のものをＢ（やや良好）、１２０（Ｎ／ｍｍ²）未満
のものをＣ（不良）と評価した。エロージョン特性につ
いては、ろう付後の心材の残留率が９５％以上のものを
Ａ（良好）、９０％以上９５％未満のものをＢ（やや良
好）、９０％未満のものをＣ（不良）と評価した。更
に、圧延加工性については、板厚を５０ｍｍから５ｍｍ
にクラッド圧延する際に、１０パスで圧延が完了したも
のをＡ（良好）、１１乃至１５パスで完了したものをＢ
（やや良好）、１６回以上かかったものをＣ（不良）と
評価した。

【００４０】更に、Ｘ線マイクロアナリシス（ＥＰＭ
Ａ）により、フィレット２４の最大Ｚｎ濃度を定量分析
した。これらの結果を下記表５及び６に示す。

【００４１】

【表５】

【００４２】

【表６】

【００４３】上記表５及び６に示すように、実施例１乃
至１１においては、各層の化学組成が適切な範囲内にあ
るので、耐食試験を１２０サイクル実施した後でもフラ
ット部での最大腐食部が心材とろう材との界面で停止す
ると共に、フィレットの優先腐食が防止された。実施例
１乃至６では、フィレットの腐食深さがフラット部のそ
れよりも深いが、優先腐食は極めて小さい。

【００４４】一方、比較例１２乃至２２では、耐食性が
低下して所望の熱交換器特性が得られなかった。

【００４５】比較例１２及び１３においては、中間層及
びろう材のＺｎ含有量の総計が本発明範囲の下限未満で
あるので、ろう付後の表面と心材との電位差が小さすぎ
て犠牲陽極効果を十分に得ることができず耐食性が低か
った。

【００４６】比較例１４においては、ろう材中のＺｎ含
有量が本発明範囲の上限を超えているので、フィレット
でのＺｎの濃化が著しくなり、フィレットが優先的に腐
食された。

【００４７】比較例１５においては、中間層中のＺｎ含
有量並びに中間層及びろう材のＺｎ含有量の総計が本発
明範囲の上限を超えているので、中間層の強度及び硬度
が極めて高くなり、心材との間で圧延性及び成形性が著
しく相違する。このため、圧延加工及び成形加工が困難
となった。更に、心材と中間層との間の電位差が極めて
大きくなり、中間層が早期に腐食され消耗して耐食性が
低下した。

【００４８】比較例１６においては、中間層の厚さが本
発明範囲の下限を未満であるので、犠牲陽極として腐食
を停止する効果を十分に得ることができなかった。この
ため、フラット部に貫通が生じた。

【００４９】比較例１７においては、中間層の厚さが本
発明範囲の上限を超えているので、相対的に心材が薄く
なり、ブレージングシートに要求される所望の強度を得
ることができなかった。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
中間層のＺｎ含有量、ろう材のＺｎ含有量及びそれらの
総計を適切に規定しているので、ブレージングシートの
耐食性、特にろう付後のフィレットの耐食性を向上させ
ることができ、これを使用した熱交換器を長寿命化する
ことができる。また、より一層安定して耐食性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るブレージングシートを示
す図であって、（ａ）は４層構造のブレージングシート
を示す断面図、（ｂ）は５層構造のブレージングシート
を示す断面図である。

【図２】ろう付実機模擬試験片を示す図であって、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断
面図である。

【符号の説明】

１、１１；ブレージングシート ２、１２；心材 ３、１３ａ、１３ｂ；中間層 ４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ；ろう材 ２１；実機模擬試験片 ２２、２３；正方形板 ２４；フィレット ２５；フラット部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ２８Ｆ 21/08 Ｆ２８Ｆ 21/08 Ｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム合金板材からなる心材と、
   アルミニウム合金板材からなり前記心材の少なくとも一
   方の面上に配置されＺｎを含有する中間層と、前記心材
   及び中間層からなる合せ板の外側両面上に配置されＺｎ
   を含有するアルミニウム合金製ろう材と、を有するブレ
   ージングシートにおいて、前記中間層のＺｎ含有量を
   Ａ、前記アルミニウム合金製ろう材のうち前記中間層側
   に配置されたもののＺｎ含有量をＢとしたとき、Ａは
   ０．５乃至３重量％であり、Ｂは１重量％以下であり、
   ＡとＢとの和は１乃至３重量％であり、前記中間層の厚
   さは、９０μｍ以上であって全体の厚さの３０％以下で
   あることを特徴とする高耐食性アルミニウム合金製ブレ
   ージングシート。
2. 【請求項２】 アルミニウム合金板材からなる心材と、
   アルミニウム合金板材からなり前記心材の少なくとも一
   方の面上に配置されＺｎを含有する中間層と、前記心材
   及び中間層からなる合せ板の外側両面上に配置されたア
   ルミニウム合金製ろう材と、を有するブレージングシー
   トにおいて、前記中間層のＺｎ含有量は１乃至３重量％
   であり、前記中間層の厚さは、９０μｍ以上であって全
   体の厚さの３０％以下であることを特徴とする高耐食性
   アルミニウム合金製ブレージングシート。
3. 【請求項３】 ろう付後のフィレット内の最大Ｚｎ濃度
   が２重量％以下であることを特徴とする請求項１又は２
   に記載の高耐食性アルミニウム合金製ブレージングシー
   ト。