KR101196025B1

KR101196025B1 - 고온 납땜용 브레이징 시트 핀재 및 그것을 사용한 열교환기의 제조방법

Info

Publication number: KR101196025B1
Application number: KR1020100020841A
Authority: KR
Inventors: 요시카즈 스즈키; 히로시 가노; 노부아키 오하라
Original assignee: 후루카와 스카이 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2012-10-30
Also published as: CN101839666A; JP2010214379A; JP5258637B2; CN101839666B; KR20100103380A

Abstract

[과제] 판두께가 85㎛ 이하인 얇은 두께의 브레이징 시트 핀재를 이용하여, 코루게이트 가공하고 열교환기 코어를 조립하고, 610℃를 넘는 고온에서 납땜을 행하여도, 핀 단부의 쓰러짐 변형이 발생하지 않도록 한 브레이징 시트 핀재를 제공한다.
[해결수단] Al-Mn계 합금으로 이루어진 심재의 양면에 Al-Si계 합금으로 이루어진 납재를 접합하여 이루어진 브레이징 시트 핀에 있어서, 심재의 Si량(Sic)을 0.05～0.28%의 범위내, 납재의 Si량(Sif)을 6.0～8.8%의 범위내, 납재 한 면의 평균 클래드율(CR)을 6.5～12.0%의 범위내로 하는 것과 동시에, 이들을, 다음 식을 만족하는 범위내로 조정하는 것으로 하였다.
X=CR×(Sif-Sic+0.6)+50×Sic≤95

Description

고온 납땜용 브레이징 시트 핀재 및 그것을 사용한 열교환기의 제조방법{THIN BRAZING SHEET FIN MATERIAL FOR HIGH TEMPERATURE BRAZING AND METHOD FOR MANUFACTURING HEAT EXCHANGER USING THE SAME}

이 발명은, 알루미늄 합금제 열교환기에 이용되는 브레이징 시트 핀재와, 이것을 이용한 열교환기의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 코루게이트 가공한 핀재로서 610℃를 넘고 625℃ 이하의 고온 도달 온도에서 납땜하여 이용하기에 적절한 핀재, 및 그것을 이용한 열교환기의 제조방법에 관한 것이다.

알루미늄 합금제 열교환기는, 소재의 알루미늄 합금이 경량이고 또한 양호한 열전도성을 가진 것에 더하여, 납재가 미리 클래드된 알루미늄 브레이징 시트를 이용한 노(爐)내 납땜에 의한 접합이 양산에 적합하기 때문에, 종래로부터 널리 사용되고 있으며, 특히 자동차용의 라디에이터, 에어컨 에바포레이터, 콘덴서 등에 널리 사용되고 있다.

최근, 자동차용 열교환기는 더 경량화되는 경향이 있으며, 그 때문에 브레이징 시트 핀재 등의 각 구성 재료의 두께를 얇게 하는 것이 강하게 요구되고 있다. 브레이징 시트 핀재는, 주로 압출 다구멍 튜브재 등, 납재를 표면에 갖지 않는 부재와 접합하는 경우에 이용되는 것으로, 일반적으로는 심재가 Al-Mn계 합금으로 이루어지고, 그 심재의 양면에, Al-Si계 합금으로 이루어진 납재를 접합한 구성의 3층 클래드재가 이용되고 있다.

종래에는 이러한 종류의 브레이징 시트 핀재로서, 판두께가 100㎛ 이상인 것이 주류였지만, 최근에는 이것보다 얇은 핀재도 사용되고 있다. 여기서는, 판두께가 85㎛ 이하인 것을 얇은 핀재라 칭하지만, 이러한 얇은 핀재에서는, 납땜시의 납에 의한 심재의 침식이나 고온 변형에 대한 저항 등의 여러 가지 특성에 대해서, 종래의 두꺼운 핀재(예를 들면 판두께 100㎛ 이상의 것)와 비교해서, 불리한 점이 발생하는 것이 실정이다.

또한 재료의 두께를 얇게 하는 것과 동시에, 열교환기의 생산 효율의 향상도 중요한 과제인데, 납땜 공정을 단시간의 가열로 종료시킬 수 있으면, 직접적으로 양산의 효율을 높일 수 있다. 또한 종래 납땜후에 별도의 공정에서 부착하고 있는 부속 부품 등도, 핀재와 튜브재 등의 납땜시에 동시에 접합할 수 있으면, 생산 효율을 보다 향상시키는 것이 가능해진다.

이러한 생산성 효율의 구체적인 향상책의 하나로서는, 납땜로내 온도를 재료 온도보다 높게 하는 것, 즉 소위 온도 헤드를 부여하는(설정하는) 것에 의하여, 납땜 가열의 단시간화를 도모하는 것이 고려된다. 이러한 수법에 의하면, 열교환기의 구성 부재중의 열용량이 큰 헤더 탱크 등의 부재에 대해서도, 비교적 단시간에 온도상승이 가능해지고, 또한 열용량이 큰 부착구 등의 부속 부재에 대해서도 동시에 납땜 접합이 가능해진다.

상술한 바와 같이 온도 헤드를 부착한 납땜 가열의 경우에도, 납땜되는 열교환기 구성 부재중에서, 가장 열용량이 큰 부재의 온도상승 속도가 가장 늦어지기 때문에, 이러한 열용량이 큰 부재의 접합부가 충분히 납땜되기에 충분한 온도(예를 들면 600℃)까지 온도상승시키는 것이 필요하다. 한편, 핀재는 열교환기 구성 부재중에서도 두께가 얇고 가장 열용량이 작은 부재이며, 다른 부재보다 고온(예를 들면 610℃를 넘는 온도)에 도달하게 된다. 따라서 이러한 온도 헤드 부착 납땜 가열 방법을 적용하는 경우에는, 통상보다 고온에서 정상적으로 납땜될 수 있는 핀재가 필요하지만, 이것을 얇은 브레이징 시트로 실현하는 기술은 지금까지 확립되어 있지 않았던 것이 실정이다.

그런데 얇은 브레이징 시트 핀재에 관한 기술로서는, 이미 특허문헌 1, 특허문헌 2에 나타낸 바와 같은 것이 제안되어는 있지만, 이들 제안된 기술에 의한 브레이징 시트 핀재는, 모두 610℃를 넘는 고온 납땜 조건에는 견딜 수 없다고 생각된다.

즉, 특허문헌 1에 나타난 기술은, 판두께가 40㎛ 이상, 100㎛ 미만인 브레이징 시트 핀재에 관한 것으로, 특정 조성의 Al-Mn계 합금 심재와 Al-Si계 납재에 의해서 구성된 핀재에 대해서, 납재 및 심재의 Si량과 납재의 클래드율을 특정의 부등식으로 더 규정하고 있다. 이 부등식을 만족한다는 것은, 납재 및 심재의 Si량과 납 클래드율로부터 산출되는 토탈 Si량이, 판두께로부터 정해지는 어떤 값을 넘는 것을 의미하고, 납땜시에 발생하는 용융납의 양을 어떤 양보다 많은 상태로 함으로써, 납 미접합의 발생을 방지하고, 또한 내고온좌굴(내새그성)(Sag resistance)도 양호하게 하는 것을 골자로 하고 있다. 다만, 이 특허문헌 1의 청구항에서는, 600℃에서 3분 가열했을 경우의 접합 상황을 규정하고 있으며, 본문중의 기재에서도 열교환기의 납땜이 통상 약 600℃에서 행하여지고 있다고 언급되어 있을 뿐이며, 따라서 그것보다 고온에서 납땜된 경우에 대한 문제점에 대해서는 전혀 인식되어 있지 않고, 당연히 610℃를 넘는 고온에서의 납땜시의 문제에 대한 해결책을 전혀 시사할 수 없다.

한편, 특허문헌 2에 나타난 기술은, 판두께가 60㎛ 이하인 브레이징 시트 핀재에 관한 것으로, 주로 납재속의 Si입자의 평균 원상당경(Heywood's diameter)을 3㎛ 이하로 조정하는 것에 의해, 내입계부식성, 내고온좌굴성 등이 양호해진다고 되어 있다. 이 특허문헌 2의 경우도, 납땜 조건에 대해서는 통상 600℃ 정도까지 온도 상승된다는 기재가 있고, 또한 실시예도 동일하며, 따라서 이 특허문헌 2의 기술도, 얇은 핀재가 610℃을 넘는 고온에서 납땜되는 경우에 대하여 고려되고 있지 않음이 분명하다.

일본특허제3170202호공보 일본공개특허공보2008-6480호

상술한 바와 같은 온도 헤드를 부여한 가열에 의한 납땜을 가능하게 하기 위해서는, 재료의 납땜시의 최고 도달 온도가 610℃를 넘어도, 정상적인 코루게이트 (Corrugate) 가공 형상을 유지하여 접합되는 브레이징 시트 핀이 필요하고, 게다가 이것을 85㎛ 이하와 같은 얇은 핀재로 실현되는 것이 강하게 요망된다. 그러나, 그것을 실현하기 위해서는, 종래의 일반적인 600℃ 정도의 납땜 온도에서의 납땜이나, 보다 두꺼운 핀재에서는 발생하지 않았던 기술적 문제를 극복할 필요가 있다.

즉 본 발명자들은, 610℃를 넘는 고온에서의, 85㎛ 이하의 얇은 핀재가 코루게이트 가공된 상태에서의 납땜에서는, 통상의 핀의 고온 좌굴과는 다른, 코루게이트 핀의 단부가 쓰러짐 변형한다고 하는 독특한 문제가 발생하는 것을 알아냈다.

이러한 문제에 대하여 도 1, 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면, 도 1, 도 2는, 열교환기 코어를 만들기 위해서, 미리 코루게이트 가공이 실시된 브레이징 시트 핀재(1)와, 다구멍 압출 튜브재 등의 튜브재(2)와, 헤더 탱크(3)를 조합하여, 610℃를 넘는 고온 납땜 온도까지 가열하고, 그들 열교환기 코어 요소를 고온 납땜 접합하는 상황을 도시한 것으로서, 이 경우 코루게이트 가공된 브레이징 시트 핀재 (1)의 단부(1A){예를 들면 헤더 탱크(3) 측의 단부}는, 일어선(혹은 내려선) 자유단(Free end)으로서 존재하고 있는 것이 많다. 이 경우, 브레이징 시트 핀재(1)의 두께가 85㎛ 이하로 얇으면, 납땜을 위한 610℃를 넘는 고온에서의 가열시에, 상술한 바와 같은 브레이징 시트 핀(1)의 자유단의 단부(1A)가, 도 1, 도 2의 화살표 P로 도시하는 바와 같이 변형하여, 튜브 측에 쓰러져 버리는 현상이 발생하는 경우가 있다. 이와 같이 핀 단부(1A)에서 쓰러지는 변형이 발생하면, 설계 형상과의 상이함에 의해 제품 외관 불량이 될 뿐만 아니라, 최악의 경우는, 그 변형한 핀 단부 (1A)가, 헤더 탱크(통상적으로는 브레이징 시트로 이루어진 것)와 접촉하여, 헤더 탱크측의 용융 납에 의해 핀이 용융해 버릴 우려가 있다.

이러한 핀 단부의 특이한 변형은, 코루게이트 가공된 핀의 산부(山部)의 형상의 붕괴나 핀의 좌굴이 발생하지 않도록 하는 경우에도, 610℃를 넘는 고온 납땜에서 핀재 두께가 85㎛정도 이하의 얇은 두께에서는 발생해 버리는 경우가 있고, 게다가 종래의 통상의 600℃ 정도에서의 납땜 가열에서는 내고온좌굴성능이 뛰어난 브레이징 시트 핀재에서도 발생하는 것이, 본 발명자들의 실험에 의해 확인되고 있다.

여기서, 상술한 핀 단부(1A)의 특이한 쓰러짐 변형은, 자유단인 단부(1A)에 가해지는 중력이 영향을 미치고 있다고도 생각되지만, 본 발명자들이 검토를 더욱 거듭한 바, 핀 단부(1A)의 선단측이 쓰러지는 방향으로 중력이 가해지지 않도록 하는 방향성으로 코어의 각각 요소를 세트한 경우에도 발생하는 것, 즉 단순히 중력에만 기인하는 것은 아님이 판명되었다. 따라서 단순히 코어의 조립, 납땜시의 배치 방향을 바꾸는 것만으로는 해결할 수 없는 문제인 것이 확인되고 있다.

이 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로서, 85㎛ 이하의 얇은 브레이징 시트 핀재에 대하여 코루게이트 가공을 실시하여, 열교환기 코어를 조립하고, 예를 들면 610℃를 넘는 고온에서 납땜 가열함에 있어, 상술한 바와 같은 핀 단부의 쓰러짐 변형의 발생을 확실하고 효과적으로 방지할 수 있도록 한 브레이징 시트 핀재를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서, 코루게이트 가공한 얇은 브레이징 시트 핀재를 이용해서 열교환기 코어를 조립하여, 610℃를 넘는 고온에서 납땜을 행할 때에 발생하는, 핀 단부에서의 쓰러짐 변형에 대하여 여러 가지로 조사, 검토를 거듭한 바, 납땜 가열시에서의 핀 표면의 과잉인 용융납에 의한 표면장력이 영향을 미치고 있음을 발견하였다. 즉, 코루게이트 가공을 한 핀재가, 비록 설계상으로는 산부의 정점에서 절단되고 있다고 해도, 튜브재 등과 쌓아 올렸을 때에는, 어느 빈도로 뜬 상태(튜브재에 접하지 않은 상태)가 되며, 그 경우, 납땜 가열시에 근접한 산부 부근의 필렛(도 2의 부분 F)의 용융납의 표면장력에 의해, 도 2의 화살표 Q로 도시한 바와 같이 튜브측으로 잡아당겨지는 것이 판명되었다. 그리고 특히 610℃를 넘는 고온 납땜에서는, 종래의 통상의 600℃ 정도에서의 납땜 가열과 비교하여 용융납의 양이 급격하게 증대하여, 근접한 필렛 F 측으로부터의 용융납의 표면장력에 의한 견인력 Q가 강해지고, 85㎛ 정도 이하와 같은 얇은 핀에서는, 고온에서 재료 강도도 저하하고 있는 것과 아울러, 핀 단부(1A)가 화살표 P로 도시한 바와 같이 튜브측으로 쓰러져 버리는 것이 판명되었다.

여기서, 종래의 통상의 600℃ 정도에서의 납땜이나, 100㎛정도 이상의 비교적 두꺼운 핀재를 이용한 경우에는, 이러한 현상은 거의 발생하지 않았고, 그 때문에 종래에는 전혀 인식되고 있지 않았던 것이다.

그리고 본 발명자들은, 상술한 바와 같이 핀 단부의 쓰러짐 변형이, 과잉의 용융납의 표면장력에 기인하기 때문에, 610℃를 넘는 고온 납땜에서도 용융납이 과잉이 되지 않도록 적절히 제어하면, 핀 단부의 쓰러짐 변형의 발생을 방지할 수 있을 것이라 생각하였고, 그에 따라 브레이징 시트 핀재의 납재속의 Si량 및 심재속의 Si량과 납재 클래드율에 대하여 재검토를 거듭한 바, 이들을 상호의 관계를 바탕으로 적절히 조정하는 것에 의해서 상술한 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 이 발명을 이루기에 이르렀다.

구체적으로는, 청구항 1의 발명의 고온 납땜용 얇은 브레이징 시트 핀재는, 심재의 양면에 납재를 접합한 판두께 40～85㎛의 클래드재로 이루어지고, 코루게이트 가공을 실시하여, 고온에서 납땜이 실시되는 얇은 브레이징 시트 핀재로서, 심재가 Mn 0.7～1.5mass%, Si 0.05～0.28mass%, Fe 0.05～0.75mass%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물 원소로 이루어지는 Al-Mn계 합금으로 이루어지고, 납재가, Si를 6.0～8.8mass%의 범위내에서 함유하는 Al-Si계 합금으로 이루어지며, 게다가 납재의 한 면의 평균 클래드율이 6.5～12.0%의 범위내로서, 또한 심재의 Si 함유량 Sic(mass%), 납재의 Si 함유량 Sif(mass%), 및 납재의 한 면의 평균 클래드율 CR(%)에 의해서 하기 식(1)에 의해 정해지는 X의 값이 95 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

X=CR×(Sif-Sic+0.6)+50×Sic …(1)

또한 청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재된 고온 납땜용 얇은 브레이징 시트 핀재에 있어서, 상기 심재가, 상기 각 원소 외, Cu 0.05～0.25mass%, Zn 0.3～3.0mass% 중의 일방 또는 쌍방을 더 함유하는 Al-Mn계 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 청구항 3의 발명은, 청구항 1에 기재된 고온 납땜용 얇은 브레이징 시트 핀재에 있어서, 상기 심재가, 상기 각 원소 외, Ti 0.05～0.25mass%, Zr 0.05～0.25mass%, Cr 0.05～0.25mass%, V 0.05～0.25mass% 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 Al-Mn계 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 청구항 4의 발명은, 상기 심재가, 상기 각 원소 이외, Cu 0.05~ 0.25mass%, Zn 0.3~3.0mass% 중 하나 또는 양쪽과, Ti 0.05~0.25mass%, Zr 0.05~ 0.25mass%, Cr 0.05~0.25mass%, V 0.05~0.25mass% 중에서 선택된 1 종 또는 2종 이상을 더 함유하는 Al-Mn계 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고 청구항 5의 발명은, 청구항 1～청구항 4중의 어느 하나의 청구항에 기재된 고온 납땜용 얇은 브레이징 시트 핀재에 있어서, 납재층속에서, 두께 방향의 입자 치수가 한 면의 평균 납재 두께의 8할을 넘는 Si입자가, 납재의 두께 방향으로 평행하고 또한 핀재의 길이 방향으로 평행한 단면에서, 핀재가 길이 방향 분포로서 0.2개/mm를 넘어 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 청구항 6 및 7의 발명은, 각각 청구항 1～청구항 4중의 어느 하나의 청구항 및 청구항 5에 기재된 고온 납땜용 얇은 브레이징 시트 핀재에 있어서, 그 브레이징 시트 핀재가, 재료 도달 온도 610℃를 넘고 625℃ 이하의 범위내에서 납땜이 실시되는 것인 것을 특징으로 하는 것이다.

한편 청구항 8 및 9의 발명은, 각각 청구항 1～청구항 4중의 어느 하나의 청구항 및 청구항 5에 기재된 핀재를 코루게이트 가공하고, 또한 그 코루게이트 가공된 브레이징 시트 핀재를 적어도 구성요소의 일부로서 열교환기 코어를 조립하고, 핀의 최고 도달 온도가 610℃를 넘고 625℃ 이하의 범위내가 되도록, 비산화성 분위기중에서 노내 플럭스 납땜을 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명의 브레이징 시트 핀재에 의하면, 그 판두께가 85㎛ 이하로 얇은 두께라도 상관없이, 코루게이트 가공을 실시하여 열교환기 코어로서 조립하고, 610℃를 넘는 고온에서 납땜을 행하여도, 핀의 단부에서 쓰러짐 변형이 발생하는 것을 확실하고 효과적으로 방지할 수 있고, 그 때문에 상술한 핀 단부의 쓰러짐 변형에 의해서 열교환기 코어로서의 상품 가치가 손상되어 버리는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 또한 핀 단부의 쓰러짐으로 인하여 그 선단이 헤더 탱크와 접촉하여 헤더 탱크측의 용융납에 의해 핀이 용융해 버릴 우려도 없다.

따라서 이 발명의 핀재를 이용하면, 상술한 바와 같은 85㎛ 이하의 얇은 핀재를 이용한 610℃를 넘는 고온에서의 납땜이, 특별히 문제를 초래하지 않고 실제적으로 가능하기 때문에, 핀재의 얇은 두께화에 기여하고 자동차 경량화 등에 기여하는 동시에, 납땜 온도의 고온화에 의해 열교환기 제품의 생산 효율을 확실하고 효과적으로 높이는 것이 가능해졌다.

도 1은 이 발명에서 해결 과제로 하고 있는 핀 단부의 쓰러짐 변형의 현상을 설명하기 위해서, 코루게이트 가공된 브레이징 시트 핀재와 튜브재, 헤더 탱크를 조합하여 열교환기 코어를 구성한 상태를 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1의 주요부, 특히 핀 단부 부근의 상황을 확대하여 도시한 개략도이다.

이 발명에서는, 열교환기의 경량화에 기여하기 위해서, 판두께가 40～85㎛인 브레이징 시트 핀재를 대상으로 하고 있다. 이것보다 판두께가 작은 경우는, 건전한 브레이징 시트를 제조하는 것이 곤란하고, 한편 이것보다 판두께가 큰 경우에는, 핀의 납땜시의 변형을 방지하기 위해서는 유리하고 이 발명과 같은 정교하고 치밀한 대책을 필요로 하지는 않지만, 얇은 두께화 나아가서는 열교환기의 경량화에 기여하는 것이라고는 말할 수 없다.

이 발명의 얇은 브레이징 시트 핀재는, 최고 도달 온도가 610℃를 넘고 625℃ 이하의 범위내가 되는 고온 납땜에서 코루게이트 핀 단부의 변형에 대한 저항이 큰 것을 특징으로 하고 있으며, 이것을 실현하기 위한 재료 구성을 규정하고 있는 점이 중요하다. 다만, 열교환기용 핀재로서 바람직한 다른 특성, 예를 들면 통상의 내좌굴성, 납땜후의 핀 강도, 희생 양극성, 핀 자체의 내식성 등을 겸비하고 있는 것도 필요한 것은 당연하다.

이 발명의 얇은 브레이징 시트 핀재에서는, 심재의 Si량, 납재의 Si량, 및 납재 한 면의 평균 클래드율에 대해서, 각각 개별적으로 그 범위를 규정할 뿐만 아니라, 그러한 상호의 관계를 바탕으로 종합적으로 규정하는 것에 의해서, 고온 납땜시의 용융납의 양이 과잉이 되지 않도록 제어하고 있다. 즉, 이 발명에서 규정하고 있는 바와 같이, 심재의 Si량이 비교적 적고 또한 납재의 Si량이 비교적 많은 경우에는, 납땜을 위한 가열의 온도상승시에 납재로부터 심재에 Si가 확산하고, 그 때문에 납 용융 온도에 도달하기까지 실질적인 납재 Si량 혹은 클래드율이 저하하는 것을 이용하여, 용융납의 양을 저하시키는 것으로 하고, 이에 따라 과잉의 용융납으로 인한 핀 단부의 쓰러짐 변형을 방지하는 것을 가능하게 하고 있다. 그리고 이러한 수법을 적용하는 것에 의해, 극단적으로 납재의 Si량을 줄이거나 혹은 극단적으로 납재 클래드율을 작게 한다고 하는 수법을 채택하지 않고, 용융납의 양을 저감시키고, 핀 단부의 쓰러짐 변형을 방지할 수 있는 것이다.

또한 이 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

이 발명에서 대상으로 하는 브레이징 시트는, 상술한 바와 같이 40～85㎛의 판두께의 것으로, 그 클래드 구성으로서는, 코루게이트 가공하여 열교환기 코어에 적용하기 위해서, 심재의 양면에 납재층을 접합한 것으로 한다. 여기서 심재로서는, Si량을 비교적 소량의 특정 범위내로 한 Al-Mn계 합금을 이용하고, 납재로서는, Si량을 비교적 높은 특정의 범위내로 한 Al-Si계 합금을 이용하고, 또한 이들 심재 및 납재의 Si량과 납재 클래드율을, 상호의 관계를 바탕으로 규제하고 있는 점이, 이 발명에서 극히 중요하다.

따라서 먼저 이 발명의 브레이징 시트 핀재에서의 심재 Si량, 납재 Si량, 및 납재 클래드율에 대하여, 그 한정 이유를 설명한다.

심재의 Si 함유량(Sic)은 0.05～0.28mass%의 범위내로 규제한다. 이러한 Si량 범위로 하고, 아울러 후술하는 바와 같이 납재 Si량(Sif) 및 납재 한 면의 평균 클래드율(CR)과의 관계를 바탕으로 (1)식의 규정을 만족하는 Si량으로 하는 것에 의해, 고온 납땜의 온도상승 과정에서 납재로부터 심재에의 Si확산을 충분히 행하게 하고, 이에 따라 과잉의 용융납의 생성을 억제하고, 핀 단부의 쓰러짐 변형을 방지할 수 있다. 여기서, 심재의 Si량을 0.05mass%보다 낮게 하는 것은, 가격이 고가인 고순도의 알루미늄 지금(Base metal)을 필요로 하여 비용 상승을 초래하고, 또한 특성 개선으로도 이어지지 않기 때문에, 부적당하다. 한편 0.28mass%를 넘는 심재 Si량으로 하면, 고온 납땜을 위한 온도상승 과정에서 납재로부터 심재에 Si의 확산이 용융 온도에 이르기까지 충분히 행해지지 않는 경우가 생기고, 그 때문에 납재로부터 심재에 Si의 확산에 의한 효과를 안정적으로 얻을 수 없게 되며, 또한 동시에 Si량이 많은 것에 의해 심재의 고상선 온도가 내려가, 고온 납땜시에 심재 전체의 변형이나 납에 의한 침식이 발생하기 때문에, 부적당하다.

납재의 Si 함유량(Sif)은 6.0～8.8mass%의 범위내로 규정한다. 납재의 Si량이 6.0mass%보다 적으면, 용융납의 유동성이 저하하여, 불균질한 접합 상태가 되어 버릴 우려가 있고, 한편 납재의 Si량이 8.8mass%를 넘으면, 납땜 가열의 온도 상승 과정에서 납재로부터 심재에 Si가 확산해도, 국부적으로 용융납이 과잉의 상태가 될 우려가 있으며, 또한 8.8mass%를 넘는 Si량의 납재에서는, 주조시에 조대한 Si입자가 형성되어, 이것이 어느 정도 이상의 분포 밀도로 존재하면, 고온 납땜시에 코루게이트 핀 단부의 쓰러짐 변형을 일으켜 버리는 경우가 있다.

또한 납재 한 면의 평균 클래드율(CR)은, 6.5～12.0%의 범위내로 규제한다. 납재 한 면의 평균 클래드율이 6.5% 미만이면, 핀과 튜브의 접합이 국부적으로 불충분해져 버릴 우려가 있고, 한편 12.0%를 넘으면, 고온에서의 납땜시에 국부적으로 용융 납이 과잉인 부분이 발생하기 쉬워져 버린다.

또한, 상술의 심재의 Si량(Sic), 납재의 Si량(Sif), 납재 한 면의 평균 클래드율(CR)은 각각 개별의 범위내로 규제할 뿐만 아니라, 이들이 하기의 부등식(1)을 만족하는 것이 필요하다. 이 식(1)은, 본 발명자들의 상세한 실험?검토에 의해 얻어진 것이지만, 이 (1)식의 좌변 X의 값이 커질수록, 고온 납땜시에의 용융납의 양이 증가하고, 코루게이트 가공한 상태에서의 핀 단부의 쓰러짐 변형이 발생하기 쉬워지지만, X의 값이 95 이하가 되도록 제어하는 것에 의해서, 용융납의 양을 적절한 양으로 억제하여, 핀 단부의 쓰러짐 변형을 방지할 수 있는 것을 의미한다.

X=CR×(Sif-Sic+0.6)+50×Sic≤95…(1)

즉, 납재의 클래드율(CR)이나 납재의 Si량(Sif)이 많아질수록 X의 값이 커지고, 따라서 용융납의 양이 증가하며, 반대로 심재의 Si량(Sic)이 적어질수록 X의 값은 작아져, 용융납의 양이 줄어들게 된다.

여기서, 식(1)을 도출한 배경에 대하여 약간 설명한다.

납땜 가열을 위한 온도상승중에 납 용융 직전의 납재 Si량을 Sif'로 하면, 납땜 가열의 납 용융시에서의 용융납의 양은, 용융 직전의 납재 Si량(Sif')이 많을수록 또한 납재 한 면의 평균 클래드율(CR)이 클수록 많아지고, 따라서 용융납의 양은, 용융 직전의 납재 Si량(Sif')과 클래드율(CR)의 곱에 상관한다고 생각된다. 따라서 용융납의 양의 과다로 발생하는 고온 납땜시의 핀 단부의 쓰러짐 변형을 방지하기 위해서는, 다음의 (2)식에 의해 관리하면 좋다.

Sif'×CR≤A …(2)

여기서, A는, 핀 단부의 쓰러짐 변형을 일으키지 않는 용융납의 양의 상한에 관계된 정수이다.

그런데, 이 발명에서 규정하고 있는 바와 같이, 심재 Si량(Sic)이 비교적 적고 또한 납재 Si량(Sif)이 비교적 많으며, 고온 납땜을 위한 온도상승 도중에 납재로부터 심재에 Si의 확산이 발생하는 경우에는, 납 용융 직전의 납재 Si량(Sif')은, 원래의 납재의 Si량(Sif)보다 작은 값이 된다.

한편, 납땜 완료후의 심재의 Si량은, 원래의 심재 Si량(Sic)이 다소 달라도, 평균적으로는 0.7～0.8mass% 정도가 되는 것이, 본 발명자들의 실험에 의해 판명되었다. 또한 본 발명자들의 실험에 의하면, 납땜 가열을 위한 온도상승 과정에서는, 용융 직전까지 이 8할 정도의 양까지(약 0.6mass% 정도까지) 심재 Si량이 오르는 것이 확인되고 있으며, 따라서 이들에 기초하여 용융 직전의 납재 Si량(Sif')을 구하면, 다음의 (3)식을 얻을 수 있다.

Sif'=Sif-(50-CR)×(0.6-Sic)/CR=Sif+0.6-Sic+50Sic/CR-30/CR …(3)

이 (3)식을 (1)식에 대입하면,

Sif'×CR=CR(Sif-Sic+0.6)+50Sic-30≤A …(4)

이 (4)식의 정수 부분을 정리하여, 다른 정수 B를 이용하여 (4)식을 정리하면, 다음의 (5)식을 얻을 수 있다.

CR(Sif-Sic+0.6)+50Sic≤B …(5)

즉, (5)식의 좌변{이것을 상술한 (1)식에서는 X로 하고 있다}가 일정 정수 B보다 작으면, 핀 단부 쓰러짐 변형의 발생을 방지할 수 있다고 생각된다.

그리고 본 발명자들이 다수의 실험을 반복한 결과, 심재 Si량(Sic), 한 면의 평균 클래드율(CR)의 개별의 양 혹은 비율이, 각각 이 발명에서 규정하는 범위내인 경우에는, B의 값이 95 이하, 즉 (5)식의 좌변(=X)의 값이 95 이하이면, 610℃를 넘는 고온 납땜에서도, 용융납의 양을 적절히 억제하여, 확실하게 핀 단부의 쓰러짐 변형의 발생을 억제할 수 있는 것을 발견하여, 상기 (1)식을 정한 것이다.

상술한 바와 같이 심재인 Al-Mn계 합금은, Si 함유량(Sic)을 0.05～0.28mass%의 범위내로 규제한 것이지만, 이 심재의 Al-Mn계 합금에서의 Si 이외의 원소에 대한 성분 한정 이유를 다음에 설명한다.

Mn:

Mn는, 강도나 고온에서의 내변형성에 기여하는 합금 원소이며, 0.7～1.5mass%의 범위내로 한다. 심재의 Mn량이 0.7mass% 미만이면, 납땜 가열후의 강도나 고온 변형에 대한 저항이 불충분해지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 심재에 Mn가 1.5mass%를 넘어 첨가되면, 주조시에 조대한 정출 화합물이 생성되어 불균질한 조직이 되기 때문에, 부적당하다. 한편, 납땜 가열후의 강도를 중시하는 경우에는, Mn량은 1.25～1.5mass%의 범위내로 하는 것이 바람직하다.

Fe:

Fe는, 통상의 알루미늄 합금의 불가피적 불순물의 하나이며, 본 발명과 같은 Al-Mn계 합금(AA 3000계 합금)에 있어서는, 하한 규제를 마련하지 않고, 상한만을 0.7mass% 전후로 규제하고 있는 경우가 많은데, 강도나 결정 조직의 안정화에 기여하기 때문에, 경우에 따라서는 약간 적극적으로 첨가하여도 좋고, 그 Fe량은 0.05～0.75mass%의 범위내로 한다. Fe량을 0.05mass% 미만으로 하려면, 고가격의 고순도 지금을 필요로 하여 고비용화를 초래할 뿐만 아니라, 특성 개선으로도 이어지지 않기 때문에, 부적당하다. 한편 Fe를 0.75mass%를 넘어 첨가했을 경우, 주조시에 조대한 정출물이 생성되어 불균질한 조직이 되기 때문에, 부적당하다.

또한 청구항 2에 규정하고 있는 바와 같이, 심재 합금에는 Cu, Zn중의 어느 일방 또는 쌍방을 선택적으로 첨가하여도 좋다. 다만 이들을 과잉으로 첨가하면, 심재의 고상선 온도가 내려가, 고온에서의 강도가 부족하고, 열교환기 코어의 납땜시에 전체적으로 핀의 변형이 일어나는 경우가 있으며, 부적당하다. 따라서 이들을 배려하여 Cu, Zn의 첨가량을 다음과 같이 정하였다.

Cu:

Cu는 강도 향상에 기여하는 합금 원소이며, 0.05～0.25mass%의 범위내에서 선택적으로 첨가한다. Cu량이 0.05mass% 미만이면, 납땜 가열후의 강도 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편 0.25mass%를 넘어 Cu를 첨가하면, 핀 변형이 발생하기 쉬워지는 문제가 생겨 부적당하다. 한편 심재에 Cu를 첨가하는 경우에는, 납땜시의 재료의 도달 온도를, 610℃를 넘어 622℃ 이하의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 특히 높은 온도에서의 납땜(구체적으로는 핀의 재료 도달 온도가, 622℃를 넘고 625℃ 이하)을 행하는 경우에는, 약간 납땜후 강도는 낮아지지만, 심재의 Cu량을 0.05mass% 미만으로 규제하는 것이 바람직하다.

Zn:

Zn은, 0.3～3.0mass%의 범위내에서 선택적으로 첨가한다. 이것은, 브레이징 시트 핀재에 희생 양극으로서의 성질을 갖게 하고, 튜브의 내식성을 향상시킬 목적을 위해서이다. 구체적인 Zn첨가량은, 튜브재와의 조합으로 적절히 선택하면 좋지만, 심재의 Zn량이 0.3mass% 미만이면, 충분한 희생 양극 작용을 얻지 못하고, 한편 3.0 mass%를 넘어 Zn를 첨가하면, 고상선 온도의 저하에 의한 핀 변형의 문제에 더하여, 핀의 자기(自己) 내식성이 저하하는 문제가 발생하여, 부적당하다. 다만, 심재의 Zn량의 상한은 2.9mass%가 특히 바람직하다. 한편 Zn를 1.6mass%를 넘어 첨가하는 경우에는, 납땜시의 재료 도달 온도를, 610℃를 넘고 622℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한 심재의 Al-Mn계 합금으로서는, 청구항 3에서 규정하고 있는 바와 같이, Ti 0.05～0.25mass%, Zr 0.05～0.25mass%, Cr 0.05～0.25mass%, V 0.05～0.25mass% 중에서, 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있어도 좋다.

이들 Ti, Zr, Cr, V은, 모두 강도 및 내고온좌굴성을 향상시키기 위해서 선택적으로 첨가되는 원소이다. 모두 0.05mass% 미만의 첨가에서는, 특별한 효과를 얻을 수 없고, 한편 모두 0.25mass%를 넘어 첨가하면, 주조시에 조대한 정출물이 형성되기 때문에 부적당하다.

한편, 통상의 알루미늄 합금의 주조에서는, 주조 조직 미세화를 위해 Ti를 함유한 미세화제, 구체적으로는 Al-Ti계, Al-Ti-B계 혹은 Al-Ti-C계의 모합금으로 이루어진 미세화제가 첨가되는 경우가 많다. 이들에 함유되는 Ti는, Al₃Ti, TiB, TiC 등의 화합물 입자로서 응고핵 형성에 관여하여 주괴 결정 미세화에 효과를 가져오는 것으로, 이들 입자는 강도 향상에 관해서 직접적인 효과를 일으키지 않는다. 따라서, 강도 향상을 목적으로 한 상술한 선택 원소로서의 Ti와는 별도로, 이 발명에서도 미세화제 유래의 성분으로서 Ti 0.005～0.05mass% 미만을 첨가하는 것이 가능하고, 이것과 조합하여 B 0.0005～0.01mass% 혹은 C 0.0003～0.01mass%가 첨가되어 있어도 상관없다.

다음에, 납재에 대해서는, 이미 설명한 바와 같이 Si량(Sif)은 6.0～8.8mass%의 범위내로 하지만, Si 이외의 납재 성분 원소에 대하여 다음에 설명한다.

납재의 성분 원소로서는, 기본적으로는 상술한 Si 외에는, Al 및 불가피적 불순물로 하면 좋지만, 후술하는 바와 같이 이 발명의 브레이징 시트 핀재에서는, 납재속에서의 조대한 Si입자가 가능한 한 적은 것이 바람직하고, 따라서 주조시에 Si입자의 미세화를 도모하기 위해서, 미량의 Na나 Sr를 첨가하는 개량 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 Si 입자의 미세화를 위한 Na, Sr의 첨가량은, 각각 0.002～0.05mass%의 범위내가 적합하다. 각각 하한 미만이면 Si입자 미세화의 효과가 없고, 상한을 넘어도 비용이 증가할 뿐이며 Si입자 미세화의 효과는 포화해 버린다.

한편 이 발명의 브레이징 시트 핀재의 납재에는, 불가피적 원소로서 Fe가 포함되는 것이 통상이지만, 납재속의 Fe량은 0.6mass% 이하가 바람직하다. 또한 통상의 납재에서는, 납땜후의 전위(電位)를 조정하여 열교환기 전체의 내식성을 향상시키기 위해서 Cu나 Zn가 첨가되는 경우가 있지만, 이 발명의 경우는, 이들 첨가에 의해 납재의 융점이 내려가면, 핀 단부의 쓰러짐 변형을 조장하는 문제가 발생하기 때문에, 각각 0.2mass%이하로 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 납재에는 용융납의 유동성을 높이기 위한 원소로서 Bi를 0.001～0.1mass% 이하 첨가하여도 좋다. 하한보다 작으면 납의 유동성을 높이는 효과가 없고, 상한을 넘어도 비용이 증대할 뿐 납의 유동성을 높이는 효과는 포화해 버린다.

또한 이 발명의 브레이징 시트 핀재에서는, 납재속에 존재하는 Si입자에 대해서, 청구항 4에서 규정하고 있는 바와 같이, 납재속에서, 두께 방향의 입자 치수가 편면 평균 납재 두께의 8할을 넘는 Si입자가, 납재의 두께 방향으로 평행하고 또한 핀의 길이 방향{코루게이트 가공된 상태에서 산(山)과 곡(谷)이 교대로 위치하는 방향, 즉 통상적으로는 압연 방향에 따른 방향}에 평행한 단면에서, 핀이 길이 방향에서의 분포 밀도로서 0.2개/mm를 넘어 존재하지 않도록 규제하는 것이 바람직하다.

여기서, 납재속에서 평균 납재 두께의 8할을 넘는 두께를 가지는 조대한 Si입자가 존재하면, 그 부분은, 국부적으로 납재의 두께가 커지는 한편, 심재의 실질 두께가 국부적으로 작아진다. 이러한 조대한 Si입자가 납재중에 다수 존재하는 영역에서는, 그 부근은 납땜시에 부분적으로 용융 납이 많은 부위가 되어 버린다. 그 때문에, 그 부분 부근에서는, 고온 납땜시의 코루게이트 핀의 단부 쓰러짐 변형을 일으키기 쉬워진다. 그리고 본 발명자들의 실험?검토에 의하면, 두께 방향의 입자 치수가 평균 납재 두께의 8할을 넘는 Si입자가, 핀 길이 방향의 납재층속에 0.2개/mm를 넘어 존재하지 않도록 제어하면, 상술한 바와 같은 문제의 발생을 방지할 수 있는 것이 판명되어, 이것을 청구항 4에 있어서 규정한 것이다. 이러한 Si입자의 분포 밀도는, 핀 길이 방향 단면(즉 코루게이트 가공된 상태에서 산(山)과 곡(谷)이 나란한 방향과 평행하게 또한 두께 방향과 평행한 단면)에서 핀재 관찰 길이 100mm 이상으로 관찰하고, 핀재 길이 1mm당의 입자 개수로서 나타내는 것으로 하고 있다.

상술한 바와 같은 Si입자 조건을 만족시키기 위한 구체적 수단으로서는, 납재가 되는 Al-Si합금의 Si량을 규정 범위내에서 낮게 하는 것, 또한 주조시의 냉각 속도를 높이는 것, 또한 주조시에 Si입자의 미세화를 도모하기 위해 이미 서술한 바와 같은 Na나 Sr의 미세 첨가에 의한 개량 처리를 행하는 것 등을 들 수 있다.

이상과 같은 이 발명의 얇은 브레이징 시트 핀재를 제조하기 위한 구체적 방법은 특별히 한정되는 것이 아니고, 통상의 3층 클래드 브레이징 시트의 제조와 동일하게 행하면 좋지만, 그 대표적인 바람직한 예에 대하여 다음에 설명한다.

먼저, 브레이징 시트 핀재의 구성요소가 되는 심재 및 납재의 합금 주괴를 반연속주조법(DC 주조법)에 의해 제작한다. 그 후, 면삭이나 예비 열간압연 등에 의해 두께를 조정하고, 소정의 클래드율이 되도록 심재의 양면에 납재를 배치하여 조합하고, 400～540℃에서 0.5～15h 유지하는 조건으로 열간압연을 위한 예비 가열을 행하고, 그 후의 열간압연에 의해 클래드 접합한다. 열간압연에 이어서는, 압하율 85～98%의 냉간압연을 행하고, 320～500℃에서 0.5～10h 유지하는 조건으로 중간소둔하고, 또한 압하율 10～60%의 냉간압연에 의해 소정의 판두께의 H1n재로 하면 좋다.

이렇게 해서 제조된 브레이징 시트 핀재는, 소정의 폭으로 슬릿하고, 그 후, 코루게이트 가공 및 절단을 행하고, 튜브재, 헤더 탱크, 사이드 플레이트 등과 조합하여, 열교환기 코어를 구성하는 부재가 된다.

이 발명의 브레이징 시트 핀재를 이용하여 열교환기 코어를 제조하기 위한 구체적인 프로세스 조건으로서는, 청구항 5에 규정하고 있는 바와 같이, 상술한 바와 같은 브레이징 시트 핀재를 코루게이트 가공하고, 또한 그 코루게이트 가공된 브레이징 시트 핀재를 적어도 구성요소의 일부로서 열교환기 코어를 조립하고, 핀의 최고 도달 온도가 610℃를 넘고 625℃ 이하의 범위내가 되도록, 비산화성 분위기중에서 노내 플럭스 납땜하는 것으로 한다.

이어서 이러한 열교환기의 제조방법의 조건에 대하여 다음에 상세하게 설명한다.

브레이징 시트 핀재의 코루게이트 가공은, 종래의 일반적인 수법에 의하면 좋고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 코루게이트 가공후의 브레이징 시트 핀재는, 적절히 절단하여 필요한 치수로 하고, 튜브재나 헤더 탱크 등의 다른 열교환기 코어 구성요소와 함께 조립하고, 비산화성 분위기에서의 노내 플럭스 납땜을 행한다. 비산화성 분위기에서의 노내 플럭스 납땜법으로서는, 구체적으로는, 노코록 브레이징(Nocolok brazing)법으로서 알려진 일반적인 납땜 방법을 적용할 수 있다. 한편 진공 납땜법의 경우에는, 노코록 브레이징법과는 납 흐름 거동이 다르기 때문에, 이 발명에서 규정하는 조건에 의해 과제를 해결할 수 있다는 보증은 없고, 따라서 진공 납땜은 적용하지 않는 것이 바람직하다.

납땜 가열에서는, 핀재의 재료 도달 온도를, 610℃를 넘고 625℃ 이하의 범위내로 하는 것이 적절하다. 도달 온도가 610℃ 이하이면, 납땜 공정을 충분히 단시간화하고 또한 고열용량 부재의 동시 접합도 가능하게 한다고 하는, 고온 납땜에 따른 이점을 얻을 수 없다. 한편 도달 온도가 610℃ 이하이면, 종래의 일반적인 브레이징 시트 핀재를 사용할 수 있고, 따라서 이 발명에 의한 핀재를 사용하는 것에 따른 이점이 적다. 한편 핀재의 도달 온도가 625℃를 넘는 극단적인 고온 납땜에서는, 핀재의 전체적인 고온좌굴이나 코루게이트 핀 단부의 변형이 발생할 우려가 있어, 실용적이지 않다.

한편, 이 발명의 한 형태로서, 이미 설명한 바와 같이 심재에 Cu 0.05～0.25mass% 혹은 Zn 1.6～3.0mass%의 일방 또는 쌍방을 첨가한 브레이징 시트 핀재를 이용한 경우에는, 납땜시의 재료 도달 온도를 622℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편 또한 상술한 바와 같은 고온 납땜시의 온도상승 과정에서는, 470～570℃의 범위내의 평균 온도상승 속도가 10～100℃/min가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 이 평균 온도상승 속도가 100℃/min를 넘으면, 납 용융 온도(통상은 577℃ 전후)에 도달할 때까지 납재로부터 심재에의 Si확산이 불충분하게 되어, 과잉의 용융 납이 발생해 버려, 코루게이트 핀의 단부 변형의 문제를 해소할 수 없어질 우려가 있다. 한편, 상기의 평균 온도상승 속도가 10℃/min 미만이면, 실질적으로 온도상승에 장시간을 요하게 되어, 고온 납땜에 의한 납땜 공정 단시간화의 목적에 따르지 않게 된다.

여기서, 단시간에 납땜을 목적으로 하는 경우, 470℃ 이상의 온도영역에 핀재가 있는 시간을 12분 이내로 하는 것이 바람직하고, 8분 이내로 하는 것이 더 바람직하다. 또한 최고 온도 도달 후의 냉각은 50℃/min 이상의 속도로 행하여지는 것이 바람직하다.

[실시예]

이하에, 이 발명의 실시예를 비교예와 함께 나타낸다. 한편 이하의 실시예는, 이 발명의 효과를 나타내기 위한 것으로, 그 실시예가 이 발명의 기술적 범위를 한정하는 것이 아님은 물론이다.

먼저 통상의 방법에 의해 표 1에 나타내는 조성의 심재 및 표 2에 나타내는 납재를, 각각 DC 주조하여, 균질화 처리를 실시하였다. 여기서, 납재의 주조에서는, 일부 조건으로 Na, Sr를 첨가하는 Si입자 미세화 처리를 실시하였다. 납재를 열간압연하여 소정의 판두께로 하고, 면삭한 심재 주괴의 표리 양면에 조합하여 겹치고, 또한 열간압연을 실시하여 클래드 접합하였다. 이 후, 냉간압연, 중간소둔 및 최종 냉간압연을 실시하고, 소정 판두께의 클래드재(브레이징 시트 핀재)로 하였다. 표 3, 표 4에 클래드재인 브레이징 시트 핀재의 재료 구성을 나타낸다.

여기서, 브레이징 시트 핀재의 납재 한 면의 평균 클래드율(CR), 및 납재속에서의 Si입자(납재 두께 방향의 입자 치수가 납재 평균 두께의 8할을 넘는 조대한 Si입자)의 분포 밀도에 관해서는, 핀의 길이 방향에 따른 두께 방향 단면의 광학 현미경 관찰에 의해 측정하였다. Si입자에 대해서는, 핀 길이 방향의 관찰 길이 100mm중에서 상기 규정보다 큰 치수의 입자를 세어 1mm당의 개수로서 분포 밀도를 평가하였다.

또한 상술한 바와 같은 각 브레이징 시트 핀재에 대하여, 핀 단부 변형과 접합성의 평가를 이하와 같이 실시하였다.

즉, 폭 16mm의 브레이징 시트 핀재를 코루게이트 성형(높이 7mm, 핀 산 간격 각 2mm)하고, 길이 80mm로 정리하였다. 이것을, 표면에 Zn를 용사한 순Al계 합금으로 이루어진 압출 다구멍 튜브재와 조합하여, 열교환기를 본뜬 핀 5단의 미니 코어 샘플에 조립하고, 불화물계 플럭스를 표면에 도포하여 건조시킨 후, 질소 분위기로중에서 가열하는 고온 납땜 시험에 제공하였다. 한편 이 납땜시에는, 핀 단부가 쓰러지는 방향으로 중력이 작용하지 않도록 미니 코어 샘플을 배치하였다. 또한 이 고온 납땜 시험은, 이 발명에서 대상으로 하는 납땜시 재료 도달 온도 범위내 중의 3수준의 온도(614℃, 621℃, 624℃)를 선택하여 실시하였다. 한편 납땜 가열의 온도상승 과정에서 재료 온도 470～570℃의 사이는 온도상승 속도를 모두 약 80℃/min로 하고, 470℃로부터 도달 온도까지의 시간은 약 7～9분으로 하였다. 이러한 단시간의 온도상승은, 재료의 목표 도달 온도보다 10～15℃ 높은 노내 온도로 함으로써 가능해졌다. 또한 이 경우, 470℃로부터, 도달 온도까지의 시간이 11분이 되도록 하였다. 또한 납땜 가열후의 냉각은, 100℃까지의 평균으로 약 120℃/min의 냉각 속도로 하였다.

비교를 위해서, 종래의 통상의 납땜에 가까운 도달 온도 602℃에서의 시험도 실시하였다. 이 경우는, 470℃로부터 도달 온도까지 11분을 요하는 조건으로 하였다.

상술한 바와같이 납땜을 행하여 냉각한 후의 미니 코어의 샘플 핀 단부 합계 10개소중에서, 소정 위치로부터 30°이상 변형한 것을 세어 핀 단부 쓰러짐 변형을 평가하였다.

또한, 핀의 접합부의 건전성 평가로서 핀을 기계적으로 벗겨 표면을 관찰하고, 핀과 튜브의 각 접합부에서 충분한 필렛이 형성되고 있는지의 여부를 확인하였다. 그리고 모든 접합부에서 충분한 필렛이 형성되고 있는 것을 양호로 판단하였다.

또한, 핀의 납땜후의 인장 강도를, 코루게이트 가공이 없는 핀재 단독으로, 도달 온도 614℃가 되는 조건으로 상술한 미니 코어 샘플과 마찬가지로 가열한 후에, 길이방향으로 인장 시험을 행하여 구하였다.

이들 특성 평가 결과를 표 5, 표 6에 나타낸다.

[표 1]

(주)

*표시는, 별도로 Al-Ti-B계의 주조 미세화제를 Ti 0.01mass%, B 0.002mass%상당양 첨가

*표시는, 별도로 Al-Ti-C계의 주조 미세화제를 Ti 0.01mass%, C 0.0008mass%상당양 첨가

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

표 5, 표 6에 나타내는 특성 평가 결과로부터 명백하듯이, 이 발명의 실시예 G1～G14에서는, 도달 온도가 610℃를 넘는 고온 납땜에서 핀 단부 변형이 발생하지 않고, 핀과 튜브의 접합도 양호하다는 것이 확인되었다.

또한 이 발명의 실시예중에서, 심재에 Cu를 첨가하지 않는 G1, G2의 예에서는, 모두 도달 온도 624℃의 납땜에도 견딜 수 있으며, 단부 변형이나 전체적인 변형을 일으키지 않는 것이 확인되었다. 여기서, Cu 무첨가로 하는 것은, 납땜후의 강도를 저하시키는 방향으로 작용하지만, G2의 예는, Ti, Cr의 첨가에 의해 강도 저하를 보충한 것이라고 할 수 있다.

또한 이 발명의 실시예중에서, Cu를 첨가한 G3～G11의 예에서는, 재료 도달 온도 621℃까지 단부 변형은 발생하지 않고, 핀과 튜브의 접합도 양호하였다. 이 중 심재의 Mn량이 많은 G8～G10의 예나, Ti, Cr, V 혹은 Zr를 포함한 G5, G6, G10의 예에서는, 고온 납땜후의 강도가 높아지고 있으며, 이 점에서 우수하였다. Cu를 첨가하지 않는 G12, Zn를 첨가하지 않는 G13, Cu 및 Zn를 첨가하지 않는 G14예에서도, 재료 도달 온도 621℃까지 단부 변형은 발생하지 않고, 핀과 튜브의 접합도 양호하였다.

한편, 비교로서 실시한 통상의 납땜 온도에 가까운 602℃의 가열의 경우, G6의 예에서는 핀과 튜브의 접합이 불충분하게 되었지만, 납땜 온도가 높은 경우에는 건전한 접합이 가능하고, 따라서 이 발명의 고온 납땜으로 한정한 재료로서는 양호한 특성을 가지고 있다고 할 수 있다.

다음에 비교예 NG1～NG21에 대하여 검토한다.

비교예의 NG1～NG4, NG20는, 심재의 Si량 혹은 납재의 Si량이 많고, (1)식의 X가 규정보다 커지고 있으며, 도달 온도 614℃의 납땜으로 핀 단부 변형이 발생해 버렸다. 다만, 이들 비교예 NG1～NG4에서는, 도달 온도 602℃의 납땜의 경우는 단부 변형이 생기지 않았다. 이것은, 종래 기술에 있는, 통상의 납땜 온도에서 양호한 특성을 가지는 클래드 핀재이더라도, 610℃를 넘는 것보다 고온의 납땜에서는, 핀 단부 변형의 문제가 생겨 버리는 것을 나타내고 있다.

NG5는, 심재의 Mn량이 낮은 예이며, 이 경우는 납땜후의 강도가 낮아져 버렸다.

NG6, NG7는, 심재의 Mn량, Fe량이 규정보다 높은 예이며, 이 경우는 주조 시점에서 조대한 정출물이 생겨 조직의 균일성에 문제가 발생하였기 때문에, 각 시험을 행하지 않았다.

NG8, NG9는 심재의 Cu량, Zn량이 많은 예이며, 이 경우 (1)식의 X의 값은 규정내이지만, 핀 단부 변형이 발생해 버렸다. 또한 이들 예에서는, 도달 온도 621℃의 납땜으로, 핀의 단부위 외에서도 코루게이트 형상의 왜곡이 발생하였다.

NG10～NG12는, Ti, Cr, Zr, V중의 어느 하나의 첨가량이 과잉인 예이며, 이러한 과잉 첨가에 의해 조대한 정출물이 생기고, 조직의 균일성에 문제가 발생하였기 때문에, 각 시험을 행하지 않았다.

NG13는, 납재의 Si량이 낮은 예이며, 이 경우는 핀과 튜브의 접합이 불량이 되었다.

NG14에서는, 납재의 Si량이 과잉이고, (1)식의 X의 값이 규정보다 커져, 핀 단부의 변형이 발생하였다.

NG15, NG16는, X의 값이 규정 밖이고, 또한 납재속에서의 두께 방향의 사이즈가 큰 Si입자도 많은 예이며, 이들 경우는, 핀 단부의 변형이 현저하게 발생해 버렸다.

NG17는, 납재의 클래드율이 낮고, 핀과 튜브의 접합이 불량이 된 예이다.

NG18는, 납재의 클래드율이 크고, X의 값이 규정 밖이 된 예이며, 이 경우는 핀 단부의 변형이 발생해 버렸다.

NG19는, 심재의 Mn량이 규정보다 높은 예이며, 이 경우는 주조 시점에서 조대한 정출물이 생겨 조직의 균일성에 문제가 발생하였기 때문에, 각 시험을 행하지 않았다. NG21는, 납재의 Si량이 낮은 예이며, 이 경우는 핀과 튜브의 접합이 불량이 되었다.

심재의 Si 혹은 Fe의 첨가량을 본 발명 규정보다 낮은 0.05mass% 미만으로 한 비교재의 제작은, 적어도 99.9mass% 혹은 99.99mass% 레벨의 고가격의 알루미늄 지금을 사용할 필요가 있으며, 특단의 효과도 기대되지 않기 때문에 실시하지 않았다. 반대로 심재의 Fe첨가량이 0.75mass%를 넘는 경우에 대하여, 표 1의 C3, C8에서, Fe함유량만 각각 0.95%, 0.98%로 바꾼 합금을 주조하여 확인한 바, 모두 목표 판두께와 동등 이상의 사이즈의 조대한 정출물이 관찰되어, 최종의 특성 이전에 조직의 균일성 면에서 문제가 발생하는 것이 확인되었다.

한편, 표에는 기재하고 있지 않지만, NG2, NG3와 동일한 클래드율 구성으로 판두께만 95㎛로 한 핀재에서는, 도달 온도 621℃에서의 고온 납땜으로 핀 단부 변형은 발생하지 않았다. 따라서, 대상 범위보다 두꺼운 핀에서는, 본 발명과 같은 제어를 실시하지 않고도, 핀 단부 변형이 일어나지 않는다. 즉, 본 발명에서 해결 과제로 하고 있는 문제는, 두께가 얇아진 핀에 특유의 문제인 것도 확인되었다.

또한, G1, G2와 동일한 클래드율 구성으로 판두께 30㎛의 브레이징 시트 핀재의 제작을 시도해 보았지만, 평탄도와 판두께의 불균일 커지고, 균등하게 코루게이트 가공하는 것이 불가능하였다. 이로부터, 본 발명에서는 두께 40㎛ 미만의 것은 대상으로 하지 않았다.

1 브레이징 시트 핀
1A 핀 단부
2 튜브
3 헤더 탱크

Claims

심재의 양면에 납재를 접합한 판두께 40～85㎛의 클래드재로 이루어지고, 코루게이트 가공을 실시하여, 고온에서 납땜이 실시되는 브레이징 시트 핀재로서,
심재가 Mn 0.7～1.5mass%, Si 0.05～0.28mass%, Fe 0.05～0.75mass%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물 원소로 이루어지는 Al-Mn계 합금으로 이루어지고, 납재가, Si를 6.0～8.8mass%의 범위내에서 함유하는 Al-Si계 합금으로 이루어지며, 게다가 납재의 한 면의 평균 클래드율이 6.5～12.0%의 범위내이며,
납재층속에서, 두께 방향의 입자 치수가 한 면의 평균 납재 두께의 8할을 넘는 Si입자가, 납재의 두께 방향으로 평행하고 또한 핀재의 길이 방향으로 평행한 단면에서, 핀재의 길이 방향 분포로서 0.2개/mm를 넘어 존재하지 않고,
또한 심재의 Si 함유량 Sic(mass%), 납재의 Si 함유량 Sif(mass%), 및 납재의 한 면의 평균 클래드율 CR(%)에 의해서 하기 식(1)에 의해 정해지는 X의 값이 95 이하인 것을 특징으로 하는, 고온 납땜용 브레이징 시트 핀재.
X=CR×(Sif-Sic+0.6)+50×Sic …(1)
제 1 항에 있어서,
상기 심재가, 상기 각 원소 외, Cu 0.05～0.25mass%, Zn 0.3～3.0mass% 중의 일방 또는 쌍방을 더 함유하는 Al-Mn계 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 고온 납땜용 브레이징 시트 핀재.
제 1 항에 있어서,
상기 심재가, 상기 각 원소 외, Ti 0.05～0.25mass%, Zr 0.05～0.25mass%, Cr 0.05～0.25mass%, V 0.05～0.25mass% 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 Al-Mn계 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 고온 납땜용 브레이징 시트 핀재.
제 1 항에 있어서,
상기 심재가, 상기 각 원소 이외, Cu 0.05~0.25mass%, Zn 0.3~3.0mass% 중 하나 또는 양쪽과, Ti 0.05~0.25mass%, Zr 0.05~0.25mass%, Cr 0.05~0.25mass%, V 0.05~0.25mass% 중에서 선택된 1 종 또는 2종 이상을 더 함유하는 Al-Mn계 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고온 납땜용 브레이징 시트 핀재.
삭제
제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 있어서,
그 브레이징 시트 핀재가, 재료 도달 온도 610℃를 넘고 625℃ 이하의 범위내에서 납땜이 실시되는 것인 것을 특징으로 하는, 고온 납땜용 브레이징 시트 핀재.
삭제
제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 기재된 핀재를 코루게이트 가공하고, 또한 그 코루게이트 가공된 브레이징 시트 핀재를 적어도 구성요소의 일부로서 열교환기 코어를 조립하고, 핀의 최고 도달 온도가 610℃를 넘고 625℃ 이하의 범위내가 되도록, 비산화성 분위기중에서 노내 플럭스 납땜을 행하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금제 열교환기의 제조방법.
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