JPS6248742B2

JPS6248742B2 -

Info

Publication number: JPS6248742B2
Application number: JP58023546A
Authority: JP
Inventors: Shoji Umibe; Hideo Fujimoto; Atsushi Takigawa; Masao Takemoto; Tomohiro Nishimura
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1983-02-14
Filing date: 1983-02-14
Publication date: 1987-10-15
Also published as: JPS59150052A; US4560625A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はろう付熱交換器用Al複合材料に関
し、詳細には、芯材の合金成分組成を特定するほ
か、該芯材の水系熱媒体接触面に形成するAl合
金層の厚さ及び電気化学的特性を芯材との関係に
おいて特定することにより、水腐食環境下におけ
る耐水・耐食性を高めると共に強度を高めたろう
付熱交換器用Al複合材料に関するものである。 Al合金製ろう付熱交換器は、例えば自動車用
エアコンのコンデンサーやエバポレータ等に汎用
されている。しかしながら水系クーラントを使用
する例えばラジエターのヘツダ・チユーブあるい
はドロンカツプ等の熱交換器用部材としてAl合
金を用いた例は少ない。その理由は、従来のAl
合金の場合耐水腐食性が不十分であるので、クー
ラントの水質が悪いときには短期間の使用でも貫
通腐食を起こし易く、熱交換器として致命的な欠
陥となるからである。従つてこの種の用途に適用
されるAl合金にあつては、耐水腐食性の改善が
強く要望されている。また熱交換器の軽量化に対
する要請も強く、かかる要請に応ずる為には薄肉
化の可能な高強度特性を有するものである必要も
ある。本発明者等は上記の様な状況に鑑み、耐水・耐
食性及び機械的強度の優れたろう付熱交換器用
Al合金材料を開発すべく研究を進めてきた。そ
の結果、Al合金芯材の化学成分を特定すると共
に、該芯材の水系熱媒体接触面に適度の厚さと電
気化学的特性を有するAl合金材層（以下皮材）
を形成してやれば上記の目的にかなうAl複合材
料が得られることを知り、茲に本発明の完成をみ
た。即ち本発明に係るろう付熱交換器用Al複合
材料とは、 Si：0.2〜1.0％（以下特記しない限り重量％を意
味する） Mg：0.1〜0.5％ Cu：0.2〜1.0％を、Si／Mg（重量比）＝１〜2.5の条件下で含有
し、更に Mn：0.05〜0.5％ Cr：0.05〜0.5％ Zr：0.05〜0.5％の３種からなる群より選択される１種以上の元素
を含有し、残部がAl及び不可避不純物よりなる
Al合金を芯材として用い、該芯材の、水系熱媒
体と接する側の表面に、該芯材の厚さに対して３
〜10％の厚さを有し且つ該芯材より20〜100ｍＶ
卑な電位差を有する皮材層を形成したところに要
旨を有するものである。又このAl複合材料にお
いて水系熱媒体と接しない側の面にAl−Si系又は
Al−Si−Mg系のろう材を存在せしめたものは、
ろう付用材料としての実用性が極めて高いものと
なる。以下本発明において構成材料の化学成分等を定
めた理由を詳細に説明する。まず芯材を構成するAl合金の含有成分限定理
由であるが、CuはAl合金の機械的強度および電
位を高めるうえで、不可欠の元素であり、0.2％
未満ではこれらの効果が有効に発揮されない。尚
CuはAl合金の耐食性を著しく低下させる元素で
もあるが、ろう付の為の加熱を行なつた後では
Cuの耐食性阻害作用は著しく減少するので、強
度及び電位向上元素として有効に活用することが
できる。但しCu含有率が1.0％を越えると、他の
合金元素（殊にMgやSi）の共存下において耐食
性阻害作用が顕著に現われてくる。こうした理由
から芯材中のCu含有率は0.2〜1.0％と定めた。次
にSiとMgであるが、これらは上記の如くSi／Mg
比が１〜2.5となる条件の下でSiが0.2〜1.0％、
Mgが0.1〜0.5％となる様に含有率を設定する必
要がある。即ちSiとMgはろう付時の加熱によつ
てマトリツクス中に固溶し、その後の室温時効で
Mg₂Siよりなる微細結晶として析出し強度を高め
る。Mg₂SiのSi／Mg比は0.58であり、水焼入れの
様に冷却速度が著しく速い場合はSi／Mg比が
0.58のときに最大の強度向上効果を発揮する。し
かしAl複合材料のろう付けにおいては冷却速度
を水焼入れのように速くすることは実用上不可能
であり、こうした冷却条件のもとで高レベルの強
度向上効果を発揮させようとすれば焼入感受性を
抑えるためSi／Mg比が１以上となる様にSiとMg
の含有率を設定しなければならない。但しSi／
Mg比が2.5を越えた時点で上記の効果は飽和し、
むしろ過剰量のSiによるろう付阻害作用が現われ
てくる。又Mg及びSiの絶対量も重要であり、Mg
が0.1％未満或はSiが0.2％未満ではMg₂Siの生成
量が不足する為十分な強度向上効果を得ることが
できず、一方Mgが0.5％を越え或はSiが1.0％を越
えるとろう付性が低下する。 Mn、Cr、Zrは何れも再結晶を抑制してろう付
性を高める元素であり、目的達成の為にはこれら
のうち少なくとも１種を、いずれの元素について
も0.05％以上含有させなければならない。しかし
Mnが多すぎると粒界腐食感受性が増大し、又Cr
及びZrが多すぎると巨大金属間化合物が生成して
加工性が低下するので、いずれの元素も0.5％以
下に抑えなければならない。次に上記皮材は、芯材中に含まれるCuの表面
拡散を防止して皮材内におけるCuの濃度勾配を
適正化し、それにより犠性陽極としての作用を強
めて芯材の腐食を防止する。皮材が厚さが芯材の
厚さに対して３％未満ではこうしたCu拡散防止
効果及び犠牲陽極作用が十分に発揮されない。し
かしそれらの効果は芯材に対する皮材の厚さが10
％程度で飽和状態に達し、10％を越えると複合材
全体としての強度が不十分になる。又本発明にお
いては、上記犠牲陽極効果を有効に発揮させると
いう目的との関係で、芯材と皮材の電位差も極め
て重要であり、単に電位的に卑となるだけでな
く、20ｍＶ以上の電位差がなければ有効な犠牲陽
極作用が得られない。しかし電位差が100ｍＶを
越えると皮材のみが選択的に溶解し、複合材全体
としての防食性はかえつて低下してくる。従つて
皮材として用いるAl合金は、芯材の化学成分や
物性との関係を考慮してそれ自体の耐食性を損う
ことなく電位差をコントロールすべきである。こ
こでCu含有量が0.5％程度のAl合金芯材と組合せ
る場合の皮材としては市販純度の純Alでも十分
な防食性能を発揮するが、使用する芯材の電気化
学的特性によつては、皮材中に適量（0.05〜0.5
％程度）のMn、Cr又はZrを添加してこれをコン
トロールすることも推奨される。即ちこれらの元
素はAlの電位を僅かながら貴に移行させる性質
があるので電位差調整元素として極めて便利であ
る。但しこれら合金元素の含有率が芯材のそれよ
りも高いと、ろう付時における芯材から皮材方向
へのCuの拡散によつて前記電位差が過小とな
り、皮材の犠牲陽極作用が低下してくる恐れがあ
るので、皮材中のMn、Cr及びZrの配合量は芯材
の同含有量より少なく抑えておくべきである。皮
材を構成するAl合金へ添加することのできる他
の元素としてMg、Zn及びCuが挙げられるが、こ
れらは夫々次の様な効果を有している。即ちMg
は、ろう付時における芯材から皮材へのCuの拡
散を助長し、皮材の選択腐食を防止する作用があ
り、その効果は0.05％以上含有させることによつ
て有効に発揮される。しかし0.5％を超えて含有
させるとCuの前記拡散が過大になつて皮材全体
としての耐食性が低下するので好ましくない。ま
たZnは皮材の電位を卑にする作用があり、芯材
中のCu含有率が低い場合は必要となる。但しZn
が0.1％未満ではその電位低下効果を期待するこ
とができず、一方Znが1.0％を超えるとろう付時
の蒸発飛散が著しくなつて炉の汚染を招く恐れが
ある。しかも前記化学成分からなる芯材との組合
せにおいては、芯材は元々一定レベル以上の電位
を有しているので、Znを1.0％を超えて添加しな
ければならない程電位を低下させる必要性も殆ん
どない。 Cuは複合材料の強度を高めると共に芯材との
電位差をコントロールするうえで有効な元素であ
る。即ちろう付熱交換器用Al合金製クラツド材
の強度は、次式に示す如く皮材の強度及びクラツ
ド率によつて大きく影響を受ける。 σｃ＝σｂ・（１００−ｔａ／１００）＋σａ・ｔａ
／１００但し σｃ：クラツド材全体の強度 σｂ：芯材の強度 σａ：皮材の強度 ta：皮材のクラツド率（％）従つて皮材に適量のCuを含有させることによ
つて皮材の強度を高めることは非常に有効な手段
である。しかもCuは皮材の電位を貴にする作用
があるので、その添加量を調整することにより芯
材との電位差をコントロールすることも容易とな
る。こうしたCuの添加効果は0.05％以上の添加に
より有効に発揮されるが、多過ぎると、本発明で
規定する化学成分を有する芯材に対して20〜100
ｍＶ卑な電位を確保し難くなるので、0.5％以下
に抑えるべきである。尚Cuの電位に与える影響
は顕著であるので、皮材中のCu含有量が芯材中
のCu含有量を超えることはない（皮材中のCu含
有量が芯材中のCu含有量より多い場合、皮材の
電位を芯材に比べて20〜100ｍＶ卑とすることが
できる。）以上詳述した様に、本発明では芯材の化学成分
を特定すると共に、熱媒体との接触側に存在させ
る皮材の厚さ及び電気化学的特性を調整すること
によつて該皮材の犠牲陽極作用を利用し、それら
の総合作用によつて芯材の耐水腐食性を著しく高
めることができた。更に実用化に当つては皮材を
取付けない側の面にAl−Si系或はAl−Si−Mg系
等のろう材層を形成しておけば、ろう材を別途準
備する必要がなくそのままでろう付けを行なうこ
とができるので、実用性は一段と向上する。尚本発明に係る複合材料の製造方法そのものは
格別特殊なものではなく、本発明の規定要件を満
たす前記化学成分の芯材、皮材及び必要によりろ
う材を通常の方法に従つて溶解・鋳造してインゴ
ツト又はスラブ化し、次いで均熱処理後所定のク
ラツド率となる板厚まで熱間圧延する。その後芯
材の片面に皮材、他面にろう材を重ね合わせて熱
間圧着圧延して複合材料を得る。この複合材料
は、更に冷間圧延及び焼鈍に付して所定の肉厚に
整えて製品とされる。本発明は概略以上の様に構成されており、ろう
付性を損なうことなく、又特殊な合金元素を添加
することなく、優れた耐水腐食性を発揮すると共
に、薄肉軽量化の要請にも十分応ずることのでき
る高強度のろう付熱交換器用複合材料を提供し得
ることになつた。次に実験例を挙げて本発明の構成及び作用効果
を一層明確にする。実験例第１表に示す芯材用Al合金と第２表に示す皮
材用Al合金を使用し、これらを第３、４表に示
す如く組合せて板厚１mmのブレージングシートを
作製した。得られた各シートの芯材−皮材間の電
位差（3.5％NaCl水溶液中における自然電位の
差）を第３、４表に併記した。又得られた各ブレ
ージングシートを用いて下記の腐食試験及び強度
試験を行なつた。結果は第３、４表に一括して示
す。〔腐食試験〕各ブレージングシートを用いて真空ろう付法に
より腐食試験用供試片を作製する。得られた各供
試片の皮材側を供試面として、水道水及び
（ASTM水＋10ppmCu）の腐食液に浸漬し、80℃
×８時間室温×16時間の繰り返し温度サイクル
で３か月間処理し、その後断面検微鏡写真にて侵
食深さを測定する。第３、４表に示す耐食性の値
は、この試験で得た最大侵食深さ（mm）を表わし
ている。〔強度〕各ブレージングシートからJIS5号に規定する試
験片を切出し、真空中で且つろう材の融点直下の
温度で５分間加熱する。次いで室温にて20日間保
持して時効硬化させた後引張試験を行なう。第
３、４表における強度の値は、５回試験の平均値
を示す。

【表】

【表】これらの実験結果から次の様に考察することが
できる。 (1) No.１〜44は何れも本発明の規定要件を全て満
たす実施例であり、耐食性及び強度共に極めて
優れている。 (2) No.45、46は芯材と皮材との電位差が規定要件
を外れる比較例であり、犠牲陽極作用が発揮さ
れない為耐食性が極めて悪い。殊にNo.46は電位
差がマイナス（芯材の電位が皮材の電位よりも
卑）である為、芯材の貫通腐食が著しい。即ち
本発明は芯材と皮材の電位差によつて生じる皮
材の犠牲陽極作用によつて芯材の腐食を防止す
るところに特徴を有するものであるから、仮に
芯材と皮材の両者が夫々本発明の規定要件を満
たすものであつても、その電位差が20〜100ｍ
Ｖの範囲を外れるときは、本発明の目的とする
防食効果は得られない。 (3) No.47〜51はクラツド率が過小又は過大である
比較例で、過小の場合（No.47、50）は犠牲陽極
作用が十分発揮されない為耐食性が乏しく、一
方クラツド率が過大である場合（No.48、49及び
51）は、複合材の強度がやや低くなつている。 (4) No.52〜55は芯材の化学成分が規定要件を外れ
る比較例であり、強度及び耐食性の何れかが極
端に悪く実用に耐えない。

Claims

【特許請求の範囲】１ Si：0.2〜1.0％（以下特記しない限り重量％
を意味する） Mg：0.1〜0.5％ Cu：0.2〜1.0％を、Si／Mg（重量比）＝１〜2.5の条件下で含有
し、更に Mn：0.05〜0.5％ Cr：0.05〜0.5％ Zr：0.05〜0.5％の３種からなる群より選択される１種以上の元素
を含有し、残部がAl及び不可避不純物よりなる
Al合金を芯材として用い、該芯材の水系熱媒体と接する側の表面に、該芯
材の厚さに対して３〜10％の厚さを有し且つ該芯
材より20〜100ｍＶ卑な電位差を有するAl層又は
Al合金層を形成してなることを特徴とするろう
付熱交換器用Al複合材料。２特許請求の範囲第１項において、水系熱媒体
と接する側の芯材表面に形成するAl合金層が、 Mn：0.05〜0.5％ Cr：0.05〜0.5％ Zr：0.05〜0.5％ Mg：0.05〜0.5％よりなる群から選択される１種以上の元素を含
み、残部がAl及び不可避不純物であるろう付熱
交換器用Al複合材料。３特許請求の範囲第１項において、水系熱媒体
と接する側の芯材表面に形成するAl合金層が、
0.1〜1.0％のZnを含み残部がAl及び不可避不純物
であるろう付熱交換器用Al複合材料。４特許請求の範囲第１項において、水系熱媒体
と接する側の芯材表面に形成するAl合金層が、
0.1〜1.0％のZnを含有する他、 Mn：0.05〜0.5％ Cr：0.05〜0.5％ Zr：0.05〜0.5％ Mg：0.05〜0.5％よりなる群から選択される１種以上の元素を含
み、残部がAl及び不可避不純物であるろう付熱
交換器用Al複合材料。５特許請求の範囲第１項において、水系熱媒体
と接する側の芯材表面に形成するAl合金層が、
0.05〜0.5％のCuを含み残部がAl及び不可避不純
物であるろう付熱交換器Al複合材料。６特許請求の範囲第１項において、水系熱媒体
と接する側の芯材表面に形成するAl合金層が、
0.05〜0.5％のCuを含有する他、 Zn：0.1〜1.0％ Mn：0.05〜0.5％ Cr：0.05〜0.5％ Zr：0.05〜0.5％ Mg：0.05〜0.5％よりなる群から選択される１種以上の元素を含
み、残部がAl及び不可避不純物であるろう付熱
交換器用Al複合材料。