JPS6041696B2 - ろう付け用アルミニウム合金複合材料 - Google Patents

ろう付け用アルミニウム合金複合材料

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JPS6041696B2
JPS6041696B2 JP1111779A JP1111779A JPS6041696B2 JP S6041696 B2 JPS6041696 B2 JP S6041696B2 JP 1111779 A JP1111779 A JP 1111779A JP 1111779 A JP1111779 A JP 1111779A JP S6041696 B2 JPS6041696 B2 JP S6041696B2
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JP
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brazing
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aluminum alloy
core material
thickness
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昌治 海部
稲記 八木
日出男 藤本
淳 瀧川
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286Al as the principal constituent

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Prevention Of Electric Corrosion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はろう付け用アルミニウム合金複合材料に関し、
殊のろう材としてAl−Si系合金を用いた場合におけ
る芯材への51の拡散を防止すると共に、ろう材に対し
て犠牲陽極機能を付与し、芯材Jの腐食を可及的に防止
しろう付け用アルミニウム合金複合材料に関するもので
ある。
熱交換器等の素材として使用されるアルミニウム合金複
合材は一般に良好な耐食性を有している。
しかしろう材としてAl−Si系合金を使用する;と、
ろう材中のSiがろう付け時の加熱によつて芯材組織中
に拡散し、特に粒界に沿つて優先的に拡散する為に芯材
の粒界腐食感受性が増大し、耐食性が損なわれる。従つ
てこの種のろう付け構造体を腐食性雰囲気で使用すると
、短時間のうちに粒界腐食が進行して芯材に貫通孔がで
き、致命的な損傷を起こす恐れがある。従つてこの種の
ろう付け構造体の腐食を防止すべく、たとえば1ろう材
に犠性陽極作用を付与して芯材の腐食を防止する方法。
2ろう付け構造体の適所に犠性陽極作用をもつフィン等
を取付け、芯材の腐食を防止する方法。
3芯材自体の耐食性を高める方法。
4表面処理によつて耐食性を付与する方法。
等が種々検討されており、中でも1の方法は有効な方法
として最近注目されている。たとえば特開昭53−55
443号は1の技術に関するもので、ろう材中にSiを
含有させて流動性を改善すると共に、Mgを含有させて
ろう付け性を改善し、更にSn,In,Be,Bi,S
b,Ga,Zn等を含有させてろう材に犠性陽極機能を
付与し、芯材の耐食性を改善する技術が開示されている
。しかし該公報所載の技術に用いられるろう材中には多
量のSiが含まれており、これがろう付け時の加熱によ
つて芯材組織中に拡散するから、この方法といえども芯
材の腐食を確実に防止するものではない。しかもろう材
に犠性陽極機能を付与すべくZn等の低蒸気圧元素を配
合すると、ろう付け時の加熱によつて蒸発し犠性陽極機
能が減退するほか、蒸発した元素が!ろう付け容器の内
壁を汚染する等の問題も起こり、解決すべき課題が多数
残されている。本発明者等は前述の様な事情に着目し、
特にろう材としてN−Si系合金を使用した場合でも芯
材の腐食を効果的に防止し得る様な技術の確立を期3し
て鋭意研究を進めてきた。
その結果、1ろう材と芯材との境界面に、特定の合金元
素を含有するアルミニウム合金を介在させてやれば、こ
の合金層によりろう材から芯材へのSiの拡散が確実に
防止できること、2前記1の合金中にZn,Sn,4I
n,Sb,Bjの少なくとも1種を所定量含有させれば
、これらの元素がろう付け時の加熱によつてろう材層に
拡散・移行し、ろう材に犠性陽極機能を付与できること
、3しかも1の合金層はろう材によつて表面が被覆され
た状態になつているから、加熱したときでも低蒸気圧元
素が系外に逸散する恐れがないこと、4前記1〜3の効
果により弊害を伴なうことなく芯材の腐食を確実に防止
できること、等を確認し、これらの知見を基に本発明を
完成するに至つた。即ち本発明に係るろう付け用アルミ
ニウム合金複合材の構成とは、N−Si系ろう材と芯材
との間に、ろう材の厚さに対して20〜100%の厚さ
を有クし、且つZn:0.5〜4哩量%、Sn:0.0
1〜1.踵量%、In:0.01〜1.0重量%、Bi
:0.01〜1.0重量%及びSb:0.01〜1.睡
量%のうち少なくとも1種以上を含有するアルミニウム
合金を介在させたところに基本的な要旨が存在し、該合
金層の存在に7よつてろう材中のSiが芯材中へ拡散す
ることが防止され、更に該合金層がろう材に対する犠性
陽極機能を発揮して芯材の腐食を可及的に防止すること
に成功したものである。
尚上記アルミニウム合金中にMgを0.3〜4.呼量%
含有させておけばSiのj芯材方向への拡散が一層少な
くなり、又更にCr,Zr,Tiの各0.05〜0.5
重量%から選択される1種以上を配合しておけばアルミ
ニウム合金の組織を層状にしてS1の拡散経路を長くし
、上述の各効果が一層顕著になつて表われる。本発明の
複合材料は、N−Si系合金からなるろう材とアルミニ
ウム合金層及び芯材の3層構造からなるもので、アルミ
ニウム合金層はSiの拡散防止層としての機能を発揮す
るから、ろう材中のSiが芯材方向に拡散・移行する現
象は可及的に抑制される。
またアルミニウム合金層はろう付工程でろう材と一体に
なり、その中に含まれる犠性陽極付与元素はこの工程で
ろう材中に拡散移行し、ろう材に犠性陽極機能が付与さ
れる。しかもアルミニウム合金層中にZn等の低蒸気圧
元素が含まれていても、ろう材層によつて蒸発が防止さ
れ、Zn等が層外に逸出する恐れもない。これらの結果
、芯材の腐食を確実に防止し得ることになつた。以下本
発明中の数値限定の根拠を説明する。
本発明で用いられるアルミニウム合金層は、0.5〜4
0%(重量:以下同様)のZn、0.01〜1.0%の
Sn,In,Bi及びSbの少なくとも1種を含有する
ものでなければならない。即ちこれらの元素は、先に述
べた如くろう付時にろう材層に拡散・移行してろう材に
犠性陽極機能を付与するもので、単独で或は2種以上を
組合わせて使用できる。そしてこれらの効果を有意に発
揮させる為には少なくとも前記範囲の下限値以上が必要
である。しかしこれらの効果は前記範囲の上限付近でほ
ぼ飽和状!態に達し、それ以上増加しても犠性陽極機能
は向上せず、むしろろう付け時における上記元素の芯材
方向への拡散量が増大して芯材自体の耐食性が劣化する
ので好ましくない。またアルミニウム合金層は前述の如
くS】の拡散防止層としても作用す1るが、それ肉厚は
、ろう材に付与される前記犠性陽極機能に基づく防食作
用のため極めて薄肉でよく、ろう材層の肉厚の20%以
上であれば十分である。そしてそれ以上厚肉になればな
るほどS1の拡散防止機能は向上するが、ろう材層の厚
さを越えJる厚肉にすると、結果的に芯材の肉厚を薄く
しなければならなくなり、アルミニウム合金層中の元素
の芯材への拡散量が相対的に増大し、芯材自体の耐食性
が低下する。これらからアルミニウム合金層の好適肉厚
は、ろう材層の肉厚の20〜100%二と定めた。とこ
ろで本発明では、先に述べた如くろう材層と芯材の間に
アルミニウム合金層を介在させることによつて、Siの
芯材方向への拡散を防止したところに1つの特徴がある
が、必要であればアルミニウム合金層中に更に他の元素
を含有させ、Siの拡散防止機能を一段と高めることも
てきる。
たとえばアルミニウム合金中に0.3〜4.0%程度の
Mgを添加すると、これがアルミニウム合金層中でMg
−S1系金属間化合物を形成し、これがSiと共に優先
的に再結晶する結果、Siの芯材方向への拡散を一層確
実に防止することができる。但しMgが4.0%を超え
ると逆にろう材中のSi拡散量が増大するので好ましく
ない。またアルミニウム合金層中にCr:0.05〜0
.5%、Zr:0.05〜0.5%及びTi:0.05
〜0.5%の1種以上を含有させると、これらがアルミ
ニウム合金層の組織を層状にして、ろう材から芯材まで
の結晶粒界に沿つたSiの拡散経路を長くし、更にはア
ルミニウム合金層と芯材との界面のSi濃度を抑制する
から、Siの拡散による芯材の粒界腐食感受性を一段と
小さくすることができる。
但しCr,Zr及ひTiが夫々0.5%を超えると、金
属間化合物が大きくなつて加工が低下する。本発明のア
ルミニウム合金には、この他種々の合金元素を包含する
ことが可能であり、代表的なものとしてはCU(0.8
%以下)、Fe(1.0%以下)、Si(1.5%以下
)、Mn(2.0%以下)等が例示され、これらは耐食
性向上という点で効果を示さないが、強度向上の為に積
極的又は不可避的に配合され得る。
尚本発明に係る合金複合材の製法そのものは格別限定さ
れる訳ではなく、公知の方法或はその改善法を適宜採用
することができ、たとえば、芯材、アルミニウム合金及
びろう材個別に或は同時に熱間合わせ圧延する方法等が
採用できる。本発明は概略以上の様に構成されており、
その効果を要約すれば下記の通りであつて、ろう付け用
の材料として極めて優れたものである。
1ろう材中のSjはアルミニウム合金層によつて芯材方
向の拡散が防止されるから、Siに原因する芯材の腐食
が可及的に防止される。
尚これらの効果は、アルミニウム合金中に更にMg,C
r,Zr,Ti等の元素を含有させることによつて一段
と高められる。2ろう付工程でアルミニウム合金層中の
Zn等がろう材中に拡散移行するから、ろ.う材に対し
て確実に犠性陽極機能を付与でき、1の効果と相俟つて
芯材の腐食を確実に防止できる。
3アルミニウム合金中に、犠性陽極機能付与元素として
Zn等の低蒸気圧元素を含有させた場合でも、ろう付け
工程でアルミニウム合金層の上部にろう材層が積層され
ているから、低蒸気圧元素が系外に逸出する恐れがない
従つてこれら低蒸気圧元素の歩留りが高く、且つろう付
け室の内壁を汚染する恐れもない。次に実験例を挙げて
説明するが、下記はもとより本発明を限定する性質のも
のではなく、前・後記の趣旨に沿つた変更はすべて本発
明技術の範晴に含まれる。
実験例 ろう材(A1−7.5%Si−0.004%Li)と芯
材(3003合金)との間に、第1表に示す成分組成の
・アルミニウム合金を介装し、熱間合わせ圧延によつて
第1図に示す様な合せ板を作製する。
その後冷間圧延により0.6T!rl!L厚まで圧延し
360℃で2時間熱処理してろう付け用複合材の供試材
とした。尚ろう材層に対するアルミニウム合金層の厚さ
(クラット率)は150%、100%、50%、30%
、10%とした。第1表において供試材Aは比較例、供
試材B〜は実施例である。上記で得た複合材を窒素ガス
雰囲気中で、ろう付条件に相当する605゜C×2分間
の加熱を行ない、断面検査顕微鏡によつてろう材及びア
ルミニウム合金層の残存厚を測定した。
結果を第2表に示す。また加熱処理の前・後における供
試材の代表的な断面形状を第2,3図(図面代用顕微鏡
写真:倍率100倍)に示す。但し第2図A,bは供試
材NO.l2の加熱処理前・後のもの、第3図A,bは
供試材NO.l6(従来の2層複合材)の加熱処理前・
後のものを示す。また上記と同一条件で加熱処理した供
試材を用い、0.1規定NaCl水溶液を電解液とし、
ステンレス銅板を対極として0.5mA/Crlの電流
密度で20時間アノード電解を行ない、各供試材の腐食
状況をl観察した。
前記と同様断面検査顕微鏡によつてろう材及びアルミニ
ウム合金層の残存厚を測定し、結果を第2表に、また電
解処理後における供試材の代表的な断面形状を第4〜8
図(図面代用顕微鏡写真:倍率10皓)に示す。但し第
4図は供試材NO.3、第5図は供試材NO.ll、第
6図は供試材NOl2(上記3者は何れも本発明の複合
材)、第7図は供試材NOl(比較材)及び第8図は供
試材NOl6(従来の2層複合材)の電解後の状態を示
す。
第2表及び第2〜8図の結果より下記の事実が確認でき
る。
1Zn,Sn,In,Bi及びSbの何れも含まないア
ルミニウム合金を使用した場合(NO.l,2)、第7
図にみられる如く電解処理によつて芯材が相当腐食され
る。
2従来の2層複合材(NOl6)は、加熱処理及び電解
処理の場合共に芯材の腐食が著しい〔第2図b及ひ第8
図〕。
3Zn,Sn,In,B1及びSbの1種以上を含むア
ルミニウム合金を用いても、その厚さが本発明に規定す
る条件を外れると(NO.lO,l4)十分な防食効果
が得られない。
4これに対して本発明の要件を充足する複合材(NO.
3〜9,11〜13,15)では、加熱処理及び電解処
理の後も芯材は全く腐食されておらす、顕著な耐食効果
が認められる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実験例て用いた供試複合材の冷間圧延前におけ
る合せ板を示す断面図、第2〜8図は供試複合材の試験
前又は後における図面代用断面顕微写真である。 1・・・・・・芯材、2・・・・・・アルミニウム合金
層、3・・・・・・ろう材。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Al−Si系ろう材と芯材との間に、ろう材の厚さ
    に対して20〜100%の厚さを有し、且つZn:0.
    5〜40重量%、Sn:0.01〜1.0重量%、In
    :0.01〜1.0重量%、Bi:0.01〜1.0重
    量%及びSb:0.01〜1.0重量%のうち1種若し
    くは2種以上を含有し、残部がアルミニウム及び不可避
    不純物からなる合金を介在させてなることを特徴とする
    ろう付け用アルミニウム合金複合材料。 2 Al−Si系ろう材と芯材との間に、ろう材の厚さ
    に対して20〜100%の厚さを有し、且つZn:0.
    5〜40重量%、Sn:0.01〜1.0重量%、In
    :0.01〜1.0重量%、Bi:0.01〜1.0重
    量%及びSb:0.01〜1.0重量%のうち1種若し
    くは2種以上を含有する他、Mg:0.3〜4.0重量
    %を含み、残部がアルミニウム及び不可避不純物からな
    る合金を介在させてなることを特徴とするろう付け用ア
    ルミニウム合金複合材料。 3 Al−Si系ろう材と芯材との間に、ろう材の厚さ
    に対して20〜100%の厚さを有し、且つZn:0.
    5〜40重量%、Sn:0.01〜1.0重量%、In
    :0.01〜1.0重量%、Bi:0.01〜1.0重
    量%及びSb:0.01〜1.0重量%のうち1種若し
    くは2種以上を含有し、更にCr:0.05〜0.5重
    量%、Zr:0.05〜0.5重量%及びTi:0.0
    5〜0.5重量%の1種以上を含有する他、残部がアル
    ミニウム及び不可避不純物からなる合金を介在させてな
    ることを特徴とするろう付け用アルミニウム合金複合材
    料。 4 Al−Si系ろう材を芯材との間に、ろう材の厚さ
    に対して20〜100%の厚さを有し、且つZn:0.
    5〜40重量%、Sn:0.01〜1.0重量%、In
    :0.01〜1.0重量%、Bi:0.01〜1.0重
    量%及びSb:0.01〜1.0重量%のうち1種若し
    くは2種以上を含有する他、Mg:0.3〜4.0重量
    %を含み、更にCr:0.05〜0.5重量%、Zr:
    0.05〜0.5重量%及びTi:0.05〜0.5重
    量%の1種以上を含有する他、残部がアルミニウム及び
    不可避不純物からなる合金を介在させてなることを特徴
    とするろう付け用アルミニウム合金複合材料。
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