WO2021070793A1 - 熱交換器用ブレージングシート、熱交換器用ブレージングシートの接合構造および熱交換器用ブレージングシートの接合方法、並びに、熱交換器 - Google Patents

熱交換器用ブレージングシート、熱交換器用ブレージングシートの接合構造および熱交換器用ブレージングシートの接合方法、並びに、熱交換器 Download PDF

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孝仁 中島
広田 正宣
憲昭 山本
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal

Definitions

  • a brazing sheet used for a member constituting a heat exchanger a joining structure for joining the brazing sheets to each other, a method for joining the brazing sheet for the heat exchanger, and a heat exchanger having the joining structure are described. Regarding.
  • a general heat exchanger is usually provided with a pipe and fins, and has a configuration in which a plurality of fins are attached to the outer circumference of the pipe.
  • As the material of the tube copper (Cu) or an alloy thereof (referred to as “copper material” for convenience) has been used, but in recent years, aluminum (Al) or an alloy thereof (aluminum material) has also been used.
  • As a fin material an aluminum material is generally used.
  • brazing sheet in which a brazing material layer is clad (coated) on at least one surface of a core material made of an aluminum alloy is used.
  • a brazing sheet in which a brazing material is clad on one surface of the core material and a sacrificial anode material layer is clad on the other surface is used.
  • an aluminum-silicon (Si) -based alloy used for brazing an aluminum alloy is generally used, and as a sacrificial anode material, aluminum is generally used in order to make its potential low.
  • An alloy in which zinc (Zn) is added is used.
  • a typical sacrificial anode material a brazing material of a general aluminum-silicon alloy with zinc added can be mentioned. As a result, the sacrificial anode material also functions as a brazing material.
  • Patent Document 1 discloses an aluminum alloy brazing sheet used for a heat exchanger for an automobile, particularly a passage component of a fluid (cooling water, a refrigerant, etc.), and has good brazing property and excellent after brazing.
  • the components of the core material and the sacrificial anode material are adjusted to achieve the strength and corrosion resistance.
  • the content of silicon, iron (Fe) and manganese (Mn) in the sacrificial anode material is regulated to 0.15% by mass or less. This is because the formation of Al—Mn—Si or Al—Fe—Mn—Si compounds is suppressed, and the decrease in strength after brazing is suppressed.
  • the silicon content of the core material is regulated to 0.15% by mass or less, and copper is added to the core material in the range of 0.40 to 1.2% by weight. The reason for adding copper is to improve the strength of the core material, increase the potential difference between the core material and the sacrificial anode layer, and improve the anticorrosion effect due to the sacrificial anode action.
  • Patent Document 2 also discloses an aluminum alloy brazing sheet used for an automobile heat exchanger, particularly a fluid passage component.
  • the brazing sheet not only the core material and the sacrificial anode material but also the brazing material component has a sacrificial anticorrosive effect on both sides and a brazing function on one side thereof and further prevents preferential corrosion of the joint portion. Is also adjusting.
  • zinc (Zn) is added not only to the sacrificial anode material but also to the brazing material, and copper is further added to the brazing material in the range of 0.1 to 0.6 mass%. Copper is also added to the core material in the range of 0.05 to 1.2 mass%. The purpose of adding copper to each material is different, for the brazing material, to make the potential of the brazing material noble, and for the core material, to improve the strength of the core material.
  • the strength is improved by adding copper to the core material, and the anticorrosion effect is improved by the sacrificial anode action.
  • the silicon content of both the sacrificial anode material and the core material is limited to 0.15% by mass or less, and the core material also contains various metal elements other than copper. It is specified in detail. Therefore, the range of material choices that can be used as the core material and the sacrificial anode material is reduced.
  • the silicon content of the sacrificial anode material is regulated to a very small amount. Therefore, it is considered that this sacrificial anode material layer does not have a function as a general brazing material.
  • a structure is included in which when the brazing sheets are joined to each other, the angle formed by the respective joint surfaces becomes an acute angle.
  • an acute-angled joint structure and a surface that is not joined adjacent to the joint surface of the brazing sheet is referred to as a "non-joint adjacent surface"
  • non-joint adjacent surface in such a sharp-angle joint structure, non-joins that form an acute angle with each other Fillets are formed between the adjacent surfaces.
  • This fillet is defined herein as a solidified wax or sacrificial anode material that has flowed out of the joint surface during joining.
  • the present disclosure effectively suppresses or prevents preferential corrosion of the fillets even when the fillets generated adjacent to the joints between the brazing sheets contain copper and zinc, and improves the corrosion resistance of the heat exchanger. It shall be.
  • the brazing sheet according to the present disclosure is a brazing sheet used for a heat exchanger, and is made of an aluminum alloy core material and an aluminum alloy brazing material coated on one surface of the core material and containing silicon (Si).
  • the brazing material layer and the other surface of the core material are coated, and zinc (Zn) is in the range of 0.5 to 6.0% by mass, and silicon (Si) is in the range of 3.0 to 11% by mass.
  • a sacrificial anode material layer made of a sacrificial anode material of an aluminum alloy contained therein is provided.
  • the brazing sheet has a joint surface that constitutes a joint portion by being joined to each other and a non-joint adjacent surface adjacent to the joint surface.
  • the joint surface is a sacrificial anode material layer, and the joint surfaces are joined to each other.
  • a fillet is formed between the non-bonded adjacent surfaces and adjacent to the joint surface, which flows out from the joint surface and solidifies the sacrificial anode material, and the brazing material and the sacrificial anode material are formed. None of them contain copper (Cu), and the core material contains copper (Cu) in the range of 0.3 to 1.2% by mass.
  • the brazing sheet according to the present disclosure is a brazing sheet used in a heat exchanger, and is coated on both surfaces of an aluminum alloy core material and the core material, and zinc (Zn) is 0.5 to 6.
  • a sacrificial anode material layer made of a sacrificial anode material of an aluminum alloy containing silicon (Si) in the range of 0% by mass and silicon (Si) in the range of 3.0 to 11% by mass is provided.
  • the brazing sheet has a joint surface that constitutes a joint portion by being joined to each other and a non-joint adjacent surface adjacent to the joint surface.
  • the joint surface is a sacrificial anode material layer, and the joint surfaces are joined to each other.
  • the core material may contain copper (Cu) in the range of 0.3 to 1.2% by mass.
  • the bonding sheet bonding structure according to the present disclosure is used for a member constituting a heat exchanger, and the brazing sheets are coated with a sacrificial anode material layer made of a sacrificial anode material on at least one surface of an aluminum alloy core material.
  • the brazing sheet has a bonded surface and a non-bonded adjacent surface adjacent to the bonded surface, each of which is a sacrificial anode layer and is between the non-bonded adjacent surfaces.
  • the fillet formed of the sacrificial anode material that has flowed out from the joint surface and solidified, and the fillet has a concentration exceeding that of the core material and the sacrificial anode material layer and is 2.0 mass. It is a composition containing copper (Cu) of% or less.
  • the core material contains copper within a predetermined range, and other than the core material.
  • Each layer of is substantially free of copper.
  • the present disclosure also includes a heat exchanger having a bonding sheet bonding structure having the above configuration.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a brazing sheet according to a typical embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a joining structure of a brazing sheet according to a typical embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing an example of a header of a plate fin laminated heat exchanger constructed by using the brazing sheet shown in FIG. 1A.
  • FIG. 2B is an enlarged schematic partial cross-sectional view of the joining structure of the brazing sheet included in the header shown in FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a schematic partial cross-sectional view showing an example of a parallel flow capacitor (PFC) configured using the brazing sheet shown in FIG.
  • PFC parallel flow capacitor
  • FIG. 3B is an enlarged schematic partial cross-sectional view of the joining structure of the brazing sheet included in the PFC shown in FIG. 3A.
  • FIG. 4A is a schematic cross-sectional view showing an example of a header of a plate fin laminated heat exchanger configured by using a brazing sheet having sacrificial anode material layers on both sides.
  • FIG. 4B is an enlarged schematic partial cross-sectional view of the joining structure of the brazing sheet included in the header shown in FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional photograph of a joint structure of a brazing sheet as a typical example of the present disclosure and a graph of line analysis results of an electron probe microanalyzer (EPMA) in the joint structure.
  • EPMA electron probe microanalyzer
  • FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional photograph of a joining structure of a brazing sheet as a comparative example in the present disclosure and a graph of EPMA line analysis results in the joining structure.
  • FIG. 7A is a diagram showing the results of a corrosion resistance test of the joint structure of the brazing sheet according to Example 1.
  • FIG. 7B is a diagram showing the results of a corrosion resistance test of the joint structure of the brazing sheet according to the comparative example.
  • FIG. 8 is a graph showing a contrasting relationship between the copper concentration contained in the core material of the brazing sheet according to the present disclosure and the copper concentration contained in the joint portion.
  • FIG. 9 is a diagram showing the results of a corrosion resistance test of the joint structure of the brazing sheet according to Example 2.
  • the brazing sheet according to the present disclosure is a brazing sheet used for a heat exchanger, and is made of an aluminum alloy core material and an aluminum alloy brazing material coated on one surface of the core material and containing silicon (Si).
  • the brazing material layer and the other surface of the core material are coated, and zinc (Zn) is in the range of 0.5 to 6.0% by mass, and silicon (Si) is in the range of 3.0 to 11% by mass.
  • a sacrificial anode material layer made of a sacrificial anode material of an aluminum alloy contained therein is provided.
  • the brazing sheet has a joint surface that constitutes a joint portion by being joined to each other and a non-joint adjacent surface adjacent to the joint surface.
  • the joint surface is a sacrificial anode material layer, and the joint surfaces are joined to each other.
  • a fillet is formed between the non-bonded adjacent surfaces and adjacent to the joint surface, which flows out from the joint surface and solidifies the sacrificial anode material, and the brazing material and the sacrificial anode material are formed. None of them contain copper (Cu), and the core material contains copper (Cu) in the range of 0.3 to 1.2% by mass.
  • the brazing sheet according to the present disclosure is a brazing sheet used in a heat exchanger, and is coated on both surfaces of an aluminum alloy core material and the core material, and zinc (Zn) is 0.5 to 6.
  • a sacrificial anode material layer made of a sacrificial anode material of an aluminum alloy containing silicon (Si) in the range of 0% by mass and silicon (Si) in the range of 3.0 to 11% by mass is provided.
  • the brazing sheet has a joint surface that constitutes a joint portion by being joined to each other and a non-joint adjacent surface adjacent to the joint surface.
  • the joint surface is a sacrificial anode material layer, and the joint surfaces are joined to each other.
  • the core material may contain copper (Cu) in the range of 0.3 to 1.2% by mass.
  • the core material contains copper within a predetermined range, and other than the core material.
  • Each layer of is substantially free of copper.
  • the core material is made by adding copper within the above range to any of 3000 series, 5000 series, or 6000 series aluminum alloys, and the sacrificial anode material layer is 4000 series aluminum.
  • the alloy may be configured by adding zinc within the above range.
  • the brazing material layer may be configured to be a 4000 series aluminum alloy.
  • the brazing sheet may have a configuration in which when the bonded surfaces are joined to each other, the angle formed by the respective non-joined adjacent surfaces is an acute angle.
  • the bonding sheet bonding structure according to the present disclosure is used for a member constituting a heat exchanger, and the brazing sheets are coated with a sacrificial anode material layer made of a sacrificial anode material on at least one surface of an aluminum alloy core material.
  • the brazing sheet has a bonded surface and a non-bonded adjacent surface adjacent to the bonded surface, each of which is a sacrificial anode layer and is between the non-bonded adjacent surfaces.
  • the fillet formed of the sacrificial anode material that has flowed out from the joint surface and solidified, and the fillet has a concentration exceeding that of the core material and the sacrificial anode material layer and is 2.0 mass. It is a composition containing copper (Cu) of% or less.
  • the sacrificial anode material contains zinc (Zn) in the range of 0.5 to 6.0% by mass and silicon (Si) in the range of 3.0 to 11% by mass.
  • the core material before joining may contain copper (Cu) in the range of 0.3 to 1.2% by mass, and the sacrificial anode material before joining may not contain copper. ..
  • the brazing material layer made of brazing material. May be good.
  • the brazing material may be an aluminum alloy containing silicon (Si), and the brazing material before joining may have a structure not containing copper.
  • the fillet may contain zinc (Zn), and the concentration of copper (Cu) in the fillet may be higher than the concentration of zinc.
  • the angle formed by each non-joining adjacent surface may be an acute angle.
  • the heat exchanger according to the present disclosure has a bonding sheet bonding structure having the above configuration. Specifically, for example, a plate fin laminated heat exchanger or a parallel flow capacitor (PFC) can be mentioned.
  • PFC parallel flow capacitor
  • the brazing sheet according to the present disclosure is made of an aluminum alloy used for a heat exchanger.
  • the brazing sheet 10 according to the present disclosure includes a core material 11, a brazing material layer 12, and a sacrificial anode material layer 13.
  • the brazing material layer 12 is coated (clad) on one surface of the core material 11, and the sacrificial anode material layer 13 is on the other surface of the core material 11, that is, the surface opposite to the surface on which the brazing material layer 12 is coated. It is covered.
  • the core material 11, the brazing material forming the brazing material layer 12, and the sacrificial anode material forming the sacrificial anode material layer 13 are all aluminum alloys.
  • the brazing sheet 10 may have a core material 11 and a sacrificial anode material layer 13, and may not have a brazing material layer 12.
  • a sacrificial anode material layer 13 is formed on both surfaces of the core material 11.
  • the brazing sheet 10 according to the present disclosure has a joint surface at least on the side of the sacrificial anode material layer 13, and a joint portion is formed by joining the joint surfaces to each other.
  • the structure in which the brazing sheets 10 are joined to each other at the joining surface is the joining structure of the brazing sheets 10 according to the present disclosure.
  • the brazing sheet 10 according to the present disclosure has a non-joint adjacent surface adjacent to the joint surface. When the brazing sheets 10 are joined together to form a joined structure, the angle formed by the respective non-joined adjacent surfaces is an acute angle.
  • the joining structure 20 of the brazing sheet 10 is configured by joining the joining surfaces 10a of the brazing sheet 10 to each other, and is non-joined adjacent to the joining surface 10a.
  • the angle ⁇ 1 formed between the adjacent surfaces 10b is not particularly limited, but an acute angle, that is, less than 90 ° ( ⁇ 1 ⁇ 90 °) can be mentioned as a preferable example.
  • the angle ⁇ 1 formed by each of the non-joining adjacent surfaces 10b constituting the joining structure 20 of the brazing sheet is referred to as an “adjacent surface forming angle” for convenience of explanation, and is shown by a dotted line in FIG. 1B.
  • the preferable range of the adjacent surface forming angle ⁇ 1 is not particularly limited as long as it is an acute angle, that is, less than a right angle (less than 90 °) as described above, but various conditions such as the type of heat exchanger and the structure of the heat exchanger in which the brazing sheet 10 is used. Depending, for example, it may be in the range of 40 ° to 80 ° (40 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 80 °), and may be in the range of 50 ° to 70 ° (50 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 70 °). Alternatively, for example, only the lower limit may be 15 ° or more (15 ° ⁇ ⁇ 1), or 20 ° or more (20 ° ⁇ ⁇ 1).
  • a fillet 22 is formed between the non-joining adjacent surfaces 10b as shown in FIG. 1B.
  • the heat exchanger includes a member or structure on which such a fillet 22 is formed, and in such a member or structure, the non-joined adjacent surfaces 10b often form an acute angle. ..
  • the fillet 22 is defined as a solidified brazing material (or sacrificial anode material) that has flowed out from the joint surface 10a at the time of joining.
  • the adjacent surface formation angle ⁇ 1 becomes too large, for example, when it approaches 180 °, that is, horizontal, the fillet 22 is structurally difficult to form. Further, if the adjacent surface forming angle ⁇ 1 is too small, the fillet 22 is difficult to be formed because the non-joined adjacent surfaces 10b approach parallel to each other, although it depends on the structure of the heat exchanger and the like. Therefore, a preferable example of the adjacent surface forming angle ⁇ 1 is an angle within the range of the above-mentioned upper limit value and lower limit value, or an angle equal to or higher than the lower limit value.
  • the joint surface 10a may be set at least on the sacrificial anode material layer 13. Therefore, as will be described later, the sacrificial anode material also serves as a brazing material. That is, the sacrificial anode material layer 13 contributes to joining the brazing sheets 10 as a brazing material at the time of joining, and contributes to the anticorrosion effect of the brazing sheet 10 as a sacrificial anode material after joining.
  • a non-joint adjacent surface 10b is set adjacent to the joint surface 10a. Therefore, the non-bonded adjacent surface 10b is also the sacrificial anode material layer 13 like the bonded surface 10a. As described above, the non-joined adjacent surfaces 10b have an acute angle (adjacent surface forming angle ⁇ 1) formed with each other when the brazing sheets 10 are joined to each other. Therefore, for example, as shown in FIG. 1B, the non-joining adjacent surface 10b may be inclined with respect to the joining surface 10a.
  • the non-joint adjacent surface 10b is inclined so as to form an angle ⁇ 2 with respect to the joint surface 10a. Therefore, if the joint surfaces 10a are joined to form the joint portion 21, the non-joint adjacent surfaces 10b adjacent to the respective joint surfaces 10a form an acute-angled adjacent surface formation angle ⁇ 1.
  • the inclination angle ⁇ 2 of the non-joint adjacent surface 10b with respect to the joint surface 10a is referred to as an “adjacent surface inclination angle” for convenience of explanation, and is shown by a dotted line together with an extension line of the joint surface 10a in FIG. 1B.
  • the shape of the brazing sheet 10 does not have to be line-symmetrical, and depending on various conditions such as the type of heat exchanger and the structure of the heat exchanger, the brazing sheets 10 having various shapes are joined together at the joint surface 10a. It will be. Further, the adjacent surface formation angle ⁇ 1 does not necessarily have to be an acute angle. Therefore, the adjacent surface inclination angle ⁇ 2 is not limited to less than 45 °.
  • corrosion may proceed in the directions indicated by block arrows C1 and C2 in FIG. 1B.
  • the direction of the block arrow C1 is the corrosion direction that progresses from the non-bonded adjacent surface 10b to the direction of the core material 11.
  • the direction of the block arrow C2 is the corrosion direction that progresses along the direction of the joint surface 10a at the joint portion 21 including the fillet 22.
  • the corrosion that progresses in the corrosion direction C1 is suppressed (avoided or prevented) by the sacrificial anode action of the sacrificial anode material layer 13, but the corrosion that progresses in the corrosion direction C2 is that zinc is concentrated in the fillet 22. Therefore, there is a possibility that the potential of the joint portion 21 including the fillet 22 is too low and progresses.
  • the core material 11 contains copper within a predetermined range, and the brazing material layer 12 and the sacrificial anode material layer 13 do not substantially contain copper, so that the corrosion direction C2 Corrosion can be effectively suppressed (avoided or prevented).
  • the brazing sheet 10 according to the present disclosure is made of an aluminum alloy as described above, and the core material 11, the brazing material, and the sacrificial anode material are all aluminum alloys.
  • the core material 11 may be a known aluminum alloy that can realize the physical characteristics required according to various conditions such as the type or structure of the heat exchanger, but in the present disclosure, copper (Cu) is used. It is added (contained) in the range of 0.3 to 1.2% by mass.
  • the aluminum alloy used as the core material 11 examples include, in the field of heat exchangers, typically 3000 series (aluminum-manganese (Al-Mn) based alloy) and 5000 series (aluminum-magnesium (Al-Mg)). (Aluminum-based alloy), 6000-based (aluminum-magnesium-silicon (Al-Mg-Si) -based alloy), and the like, but are not limited thereto.
  • the core material 11 may be obtained by adding Cu to these aluminum alloys or other aluminum alloys by a known method so as to be within the above range.
  • Cu may be contained in advance as an unavoidable impurity in the base material. Even if Cu is contained as an unavoidable impurity, its concentration may be, for example, 0.2% by mass or less. However, an aluminum alloy containing Cu at a concentration exceeding 1.2% by mass in advance, such as a 2000 series alloy, cannot be used as a base material for the core material 11.
  • the brazing sheet 10 if the Cu content (concentration) in the core material 11 is less than 0.3% by mass, Cu diffuses from the core material 11 to the fillet 22 at a sufficient concentration, as will be described later. There is a risk of not doing so. Further, when the Cu content in the core material 11 exceeds 1.2% by mass, the intergranular corrosion sensitivity of the core material 11 becomes high and the progress of corrosion is effective, although it depends on the strength of the sacrificial anode action of the sacrificial anode material. It may become uncontrollable.
  • the Cu content in the core material 11 may be in the range of 0.3 to 1.2% by mass, but a preferable example is in the range of 0.3 to 0.7% by mass. That is, the upper limit of the Cu content may be 1.2% by mass or less, but may be 0.7% by mass or less depending on various conditions. When the Cu content is 0.7% by mass or less, the possibility that the intergranular corrosion sensitivity of the core material 11 becomes high can be effectively suppressed even when the sacrificial anode action of the sacrificial anode material is relatively weak. Can be done.
  • the aluminum alloy used as the brazing material may be an alloy containing silicon (silicon, Si), that is, an aluminum-silicon (Al-Si) alloy.
  • the content (concentration) of Si in the brazing material is not particularly limited, and may be within a range suitable for use as a brazing material. Specifically, for example, the content of Si in the brazing material can be in the range of 2.5 to 13% by mass, and may be in the range of 3.5 to 12% by mass. If the Si content is too low, the Al—Si alloy may not function sufficiently as a brazing material. On the other hand, if the Si content is too high, Si may diffuse into the core material 11 or the mating material and melt the brazing sheet 10 itself.
  • the Al—Si alloy as the brazing material may contain an element other than Si as long as it does not affect the function as the brazing material. Further, the Al—Si alloy as the brazing material may contain various elements as unavoidable impurities. However, Cu is substantially not contained in the Al—Si alloy as the brazing material. Substantially free of Cu means that Cu is not contained at a concentration exceeding the unavoidable impurities. The upper limit of the concentration allowed as an unavoidable impurity varies depending on various conditions, but generally, less than 0.1% by mass in the entire Al—Si alloy can be mentioned.
  • the aluminum alloy used as the sacrificial anode material contains zinc (Zn) in the range of 0.5 to 6.0% by mass in order to exert the sacrificial anode action. Further, in the present disclosure, since the sacrificial anode material also serves as a brazing material as described above, Si is contained in the same manner as the brazing material. In the sacrificial anode material, the Si content may be in the range of 3.0 to 11% by mass. Therefore, the aluminum alloy used as the sacrificial anode material may be an aluminum-silicon-zinc (Al-Si-Zn) alloy.
  • the sacrificial anode material As the sacrificial anode material, if the Zn content (concentration) is less than 0.5% by mass, a good sacrificial anode action cannot be exhibited. On the other hand, when the Zn content exceeds 6.0% by mass, the sacrificial anode action proceeds too early and the sacrificial anode material layer 13 disappears from the brazing sheet 10 at an early stage, so that the corrosion resistance of the brazing sheet 10 deteriorates. There is a risk of
  • the Si content is too small or too large, it cannot be properly used as a brazing material as described above.
  • the Si content is in the range of 3.0 to 11% by mass, the sacrificial anode material layer 13 functions as a brazing material without substantially affecting the sacrificial anode action. Can be satisfactorily imparted.
  • the Al—Si—Zn-based alloy as the sacrificial anode material may contain elements other than Si and Zn as long as it does not affect the sacrificial anode action and the function as the brazing material. Further, the Al—Si—Zn-based alloy as the sacrificial anode material may contain various elements as unavoidable impurities. However, even in the Al—Si—Zn-based alloy as the sacrificial anode material, Cu is substantially not contained. Substantially free of Cu means that Cu is not contained at a concentration exceeding unavoidable impurities, as in the case of Al—Si based alloys as brazing materials, and generally, Al—Si—Zn based. The concentration may be less than 0.1% by mass in the entire alloy. Alternatively, the upper limit of the concentration of unavoidable impurities may conform to the alloy composition defined in a known standard such as JIS.
  • the type of aluminum alloy specifically used as the brazing material and the sacrificial anode material is not particularly limited, but typically, 4000 series (aluminum-silicon (Al-Si) based alloy) can be used for both.
  • 4000 series aluminum-silicon (Al-Si) based alloy
  • a material to which Zn is added by a known method so that the content is in the range of 0.5 to 6.0% by mass with respect to the 4000 series aluminum alloy may be used.
  • the clad ratio of the brazing material and the sacrificial anode material is not particularly limited, and can be mentioned within a general range.
  • the general clad ratio may be, for example, in the range of 2 to 30% by mass, and may be in the range of 3 to 20% by mass.
  • the thickness of the brazing sheet 10 and the thicknesses of the core material 11, the brazing material layer 12, and the sacrificial anode material layer 13 are not particularly limited, and the heat exchange to be configured or manufactured by the brazing sheet 10 is not particularly limited. It can be set appropriately according to the type or parts of the vessel.
  • a plurality of brazing sheets 10 are superposed on each other at the joint surfaces 10a, and the brazing material and the sacrificial anode material are melted and brazed at a high temperature (580 ° C. or higher) to braze the brazing sheets 10 to each other. Be joined.
  • the joint surface 10a is located at a portion adjacent to the joint surface 10a (joint portion 21) between the non-joint adjacent surfaces 10b.
  • the sacrificial anode material flowing out from the sacrificial anode material layer 13 solidifies to form a fillet 22.
  • This fillet 22 contains Zn because it is formed of the sacrificial anode material flowing out from the joint surface 10a, but also contains Cu diffused from the core material 11.
  • the Cu concentration in the fillet 22 (joint portion 21) exceeds the core material 11, the brazing material layer 12, and the sacrificial anode material layer 13, and Cu has a concentration distribution that is substantially localized in the fillet 22. Shown. From the results of Examples and Comparative Examples described later, when the Cu concentration in the core material 11 is within a predetermined range and the brazing material layer 12 and the sacrificial anode material layer 13 do not substantially contain Cu, the temperature is high. At the time of joining, Cu exhibits a behavior in which Cu is locally concentrated and diffused from the core material 11 to the fillet 22 (joint portion 21).
  • Zn behaves so as to diffuse into the joint portion 21 (fillet 22) in the process of melting the sacrificial anode material (wax material) from the sacrificial anode material layer 13 to form the fillet 22. Therefore, although the Zn concentration of the fillet 22 is the highest at the joint portion 21, Zn remains in the sacrificial anode material layer 13. Therefore, in the cross section of the joint portion 21 including the fillet 22 in the thickness direction, the Zn concentration shows a parabolic distribution such that the fillet 22 is the maximum value (see Examples and Comparative Examples described later).
  • Cu does not behave like Zn and tends to diffuse so as to be locally concentrated with the formation of the fillet 22, and Cu is present in both the sacrificial anode material layer 13 and the core material 11. It can hardly be confirmed whether it is significantly less than Zn (see Examples described later).
  • the Cu concentration and the Zn concentration in the fillet 22 are not particularly limited, but the Cu concentration may be 2.0% by mass or less, and the Zn concentration is less than the Cu concentration. Good.
  • the Cu concentration in the fillet 22 exceeds 2.0% by mass, aging precipitation of the intermediate compound phase containing Cu occurs in a short period of time as compared with the life of the heat exchanger. Since such a precipitate functions as a cathode in a corrosion reaction, the corrosion current density in the fillet 22 increases, and the corrosion resistance around the fillet 22 may be significantly deteriorated.
  • the Cu concentration of the core material 11 initial Cu concentration
  • the Cu concentration of the joint portion 21 in the joint structure 20 of the brazing sheet. Therefore, if the Cu concentration of the core material 11 is 1.2% by mass or less, the Cu concentration of the fillet 22 is considered to be 2.0% by mass or less.
  • the Cu concentration of the core material 11 may be 0.3% by mass or more, but at this time, it is considered that the Cu concentration of the fillet 22 in the bonding structure 20 of the brazing sheet is 0.5% by mass or more. Therefore, the lower limit of the Cu concentration of the fillet 22 in the bonding structure 20 of the brazing sheet may be Zn concentration or more, but preferably 0.5% by mass or more.
  • the core material contains Cu in the range of 0.05 to 1.2 mass%, but in this brazing sheet, wax is used.
  • the material also contains Cu in the range of 0.1 to 0.6 mass%. Therefore, it is considered that the brazing sheet disclosed in Patent Document 2 does not behave so that Cu is locally concentrated on the fillet from the core material at the time of joining at a high temperature as in the present disclosure.
  • Cu in the core material 11 diffuses into the sacrificial anode material due to high heat at the time of joining, and the molten sacrificial anode material (functioning as a brazing material) flows to the joint portion 21 to form a fillet 22. It is thought that the focus will be on the fillet 22. By concentrating Cu on the fillet 22 in this way, the potential of the joint portion 21 around the fillet 22 becomes more noble than the surroundings.
  • the potential of the joint portion 21 is not over-neutralized by Cu, and it is possible to suppress or avoid reducing the sacrificial anodic action by Zn. As a result, the deterioration of the corrosion resistance of the joint portion 21 including the fillet 22 is suppressed or avoided, and the corrosion resistance life of the heat exchanger having the joint structure 20 of the brazing sheet can be improved.
  • Cu remains in the core material 11 at a portion other than the joint portion 21.
  • the core material 11 contains Cu within a predetermined range, the core material 11 is noble, so that the potential difference from the sacrificial anode material layer 13 can be increased. Thereby, the sacrificial anode action by the sacrificial anode material layer 13 can be more satisfactorily exhibited.
  • the strength of the core material 11 can be improved. Therefore, it is advantageous to reduce the wall thickness of the brazing sheet 10 and improve the pressure resistance of the heat exchanger.
  • the method for evaluating the potential of the joint portion 21 including the fillet 22 and the sacrificial anode material layer 13 is not particularly limited, and a known method can be preferably used.
  • a potential measurement sample for example, a brazing sheet 10 or a core material 11, a brazing material, a sacrificial anode material, a fillet 22 or a joint portion 21, or a composition simulating these
  • a potato stat / galvanostat for example, a brazing sheet 10 or a core material 11, a brazing material, a sacrificial anode material, a fillet 22 or a joint portion 21, or a composition simulating these
  • the counter electrode, and the reference electrode for example, silver / silver chloride (Ag / AgCl) electrode
  • an electrolytic solution for example, 5% by weight & sodium chloride (NaCl) solution
  • the manufacturing method of the brazing sheet 10 according to the present disclosure is not particularly limited, and a known manufacturing method can be preferably used. Specifically, for example, an aluminum alloy containing Cu in the range of 0.3 to 1.2% by mass is formed into a plate shape by a known method to form a core material 11, and the core material 11 is formed on one surface of the core material 11. Then, the brazing material of the aluminum alloy containing Si is clad by a known method, and Zn is in the range of 0.5 to 6.0% by mass and Si is 3. The sacrificial anode material of the aluminum alloy contained in the range of 0 to 11% by mass may be clad by a known method. In the present disclosure, the conditions for manufacturing the brazing sheet 10 can be appropriately set according to the configuration of the brazing sheet 10 or the type or parts of the heat exchanger to be manufactured.
  • the brazing sheet 10 according to the present disclosure can be particularly suitably used for manufacturing a heat exchanger as described above.
  • the joining structure 20 of the brazing sheet formed when the brazing sheet 10 according to the present disclosure is applied to the heat exchanger has a structure as illustrated in FIG. 1B. More specifically, a plate fin laminated heat exchanger having a structure as shown in FIGS. 2A and 2B, a parallel flow capacitor (PFC) having a structure as shown in FIGS. 3A and 3B, or FIGS. 4A and 4A and Examples thereof include a laminated heat exchanger for an Air To Water heat pump having a structure as shown in FIG. 4B.
  • the plate fin laminated heat exchanger is a plate fin laminated body having a flow path through which a refrigerant, which is a first fluid, flows, and air, which is a second fluid, is flowed between each plate fin laminated body to flow the first fluid. Heat exchange is performed between the fluid and the second fluid.
  • the plate fin included in this heat exchanger has a flow path region having a plurality of first fluid flow paths through which the first fluid flows in parallel, and a header flow path communicating with each first fluid flow path in this flow path region. It has a header area and.
  • FIG. 2A shows a schematic structure of a header portion in the plate fin laminated body 30 as a partial cross section, and a plurality of plate fins 32 are laminated on an end plate 31 located at the uppermost part in the drawing.
  • each of the end plate 31 and the plate fin 32 An opening is provided in each of the end plate 31 and the plate fin 32, and the header opening 33 is formed by laminating these plates to form the plate fin laminated body 30.
  • the refrigerant as the first fluid flows in from the outside of the header opening 33 in the direction indicated by the block arrow in the drawing, and further flows in between the plate fins 32.
  • each plate fin 32 is provided with the first fluid flow path, so that the refrigerant flowing between the plate fins 32 flows through the first fluid flow path.
  • the air which is the second fluid, flows in the space formed between the plate fins 32 so as to intersect the direction in which the refrigerant flows (the direction of the first fluid flow path). As a result, the air is cooled by the refrigerant.
  • FIG. 2B is a partially enlarged view of the plate fin laminate 30 shown in FIG. 2A, and schematically shows an example of the joining structure 20 of the brazing sheet 10 according to the present disclosure.
  • the plate fin 32 is the brazing sheet 10 according to the present disclosure
  • the joining structure 20 of the brazing sheet according to the present disclosure is a joining portion 21 located on the header opening 33 side.
  • the plate fin 32, which is the brazing sheet 10 is shown by emphasizing the sacrificial anode material layer 13 with hatching, and also highlighting the fillet 22 with hatching.
  • the joint surfaces 10a of the plate fins 32 are joined to each other, and a fillet 22 is formed between the non-joint adjacent surfaces 10b adjacent to the joint surface 10a.
  • the core material 11 of the plate fin 32 contains Cu in the range of 0.3 to 1.2% by mass, and both the brazing material layer 12 and the sacrificial anode material layer 13 of the plate fin 32 substantially contain Cu.
  • the fillet 22 contains Cu having a concentration exceeding 2.0% by mass or less of the core material 11, the brazing material layer 12, and the sacrificial anode material layer 13.
  • Such a plate fin laminated heat exchanger include, for example, JP-A-2017-180856, JP-A-2018-066531, JP-A-2018-066532, and JP-A-2018-066533. It is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-066534, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-066535, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-066536, etc. It shall be a part of the description of the specification.
  • the plate fin 32 which is the brazing sheet 10
  • the plate fin 32 has a structure having a two-step bent portion. That is, the non-joining adjacent surface 10b is inclined so as to form an acute-angled adjacent surface inclination angle ⁇ 2 with respect to the joint surface 10a on the right side in the drawing, and further, on the left side of the non-joining adjacent surface 10b, the joint surface 10a is formed. There is a non-joining surface parallel to it.
  • the specific shape of the brazing sheet 10 is not limited to a shape having such a two-step bent portion, and may be a flat shape having no bent portion, and is schematically shown in FIG. 1B.
  • brazing sheet 10 It may be a shape having a one-step bent portion as shown in the above, a shape having three or more steps of bent portions, or a shape having another three-dimensional structure such as a curved portion. May be good.
  • the specific shape of the brazing sheet 10 is appropriately set according to various conditions such as the type and structure of the heat exchanger.
  • a parallel flow condenser is a heat exchanger widely used for car air conditioners (air conditioners for automobiles).
  • a plurality of flat tubes are arranged between a pair of header tubes, and heat is dissipated between these flat tubes.
  • Corrugated fins are arranged. These header pipes, flat pipes, corrugated fins and the like are joined by brazing.
  • FIG. 3A shows a schematic structure of a connecting portion between the header pipe 41 and the flat pipe 42 in the PFC 40 as a partial cross section.
  • Corrugated fins 43 are provided between the flat tubes 42, and these are also joined by brazing.
  • the joining structure 20 of the brazing sheet according to the present disclosure is the header tube 41 and the joining structure 20 as shown in an enlarged view in FIG. 3B. It is a connecting portion with the flat tube 42.
  • the header tube 41 and the flat tube 42 are both brazing sheets 10, and the header tube 41 and the flat tube 42 are shown by emphasizing the sacrificial anode material layer 13 with hatching.
  • the fillet 22 is also highlighted by hatching. Since the sacrificial anode material layer 13 of the flat tube 42 is flat, the joint surface 10a and the non-joint adjacent surface 10b are set as different regions on a continuous single surface (the surface of the sacrificial anode material layer 13). Therefore, the flat tube 42 has a flat shape such that the brazing sheet 10 does not have a bent portion.
  • the header pipe 41 has an opening for penetrating and inserting the flat pipe 42, and the joint surface 10a and the non-joint adjacent surface 10b are provided in the opening.
  • the joint surface 10a of the header pipe 41 is shown as a surface parallel to the joint surface 10a (outer surface) of the flat pipe 42, but the present invention is not limited to this, and the joint surface 10a is parallel to the outer surface of the flat pipe 42. It may be a surface that does not become.
  • the opening of the header tube 41 has a shape having a one-step bent portion as the brazing sheet 10.
  • a fillet is formed between the non-joining adjacent surface 10b adjacent to the joining surface 10a of the header pipe 41 and the non-joining adjacent surface 10b adjacent to the joining surface 10a of the flat pipe 42. 22 is formed.
  • the core material 11 of the header tube 41 and the flat tube 42 contains Cu in the range of 0.3 to 1.2% by mass
  • No. 13 contains substantially no Cu. Therefore, the fillet 22 contains Cu having a concentration exceeding 2.0% by mass or less of the core material 11, the brazing material layer 12, and the sacrificial anode material layer 13.
  • the preferential corrosion of the joint portion 21 is satisfactorily suppressed (avoided or prevented), so that the corrosion resistance life of the plate fin laminated heat exchanger can be improved.
  • the method for producing the joint structure 20 of the brazing sheet 10 is not particularly limited, and a known brazing method or the like can be preferably used.
  • a method in which a known flux is applied to the joint surface 10a of the brazing sheet 10 and then heated in a nitrogen atmosphere furnace at a temperature of, for example, about 600 ° C. can be mentioned.
  • the Cu content in the fillet 22 (and the joining portion 21) is not substantially affected by the detailed joining conditions.
  • the plate fin laminate 34 constituting the laminated heat exchanger for Air To Water heat pump has the same basic configuration as the plate fin laminate 30 of a general plate fin laminated heat exchanger. Is.
  • the plate fins 35 (brazing sheet 10 according to the present disclosure) constituting the plate fin laminate 34 have a sacrificial anode material layer 13 on both sides thereof. Therefore, as shown in FIGS. 4A and 4B, the fillet 22 is not only the joint portion 21 located on the header opening 33 side (inside), but also the joint portion 21 located on the opposite side (outside) of the header opening 33 side. Is also formed.
  • the core material 11 of the plate fin 35 contains Cu in the range of 0.3 to 1.2% by mass, and none of the sacrificial anode material layers 13 of the plate fin 35 substantially contains Cu. .. Therefore, the fillet 22 contains Cu having a concentration exceeding the core material 11 and the sacrificial anode material layer 13 and 2.0% by mass or less. As a result, the preferential corrosion of the joint portion 21 is satisfactorily suppressed (avoided or prevented), so that the corrosion resistance life of the plate fin laminated heat exchanger can be improved.
  • the configurations shown in FIGS. 4A and 4B are the same as the configurations shown in FIGS. 2A and 2B except for the formation positions of the plate fins 35 and the fillets 22, and the description thereof will be omitted.
  • the brazing sheet according to the present disclosure is used for a heat exchanger, and is made of an aluminum alloy core material and an aluminum alloy coated on one surface of the core material and containing silicon (Si).
  • the brazing material layer and the other surface of the core material are coated, and zinc (Zn) is in the range of 0.5 to 6.0% by mass, and silicon (Si) is in the range of 3.0 to 11% by mass.
  • Zn zinc
  • Si silicon
  • This brazing sheet has a joint surface that constitutes a joint portion by being joined to each other and a non-joint adjacent surface adjacent to the joint surface.
  • the joint surface is a sacrificial anode material layer, and the joint surfaces are joined to each other. At that time, a fillet is formed between the non-bonded adjacent surfaces and adjacent to the joint surface, which flows out from the joint surface and solidifies the sacrificial anode material.
  • the brazing material nor the sacrificial anode material contains Cu, and the core material contains Cu in the range of 0.3 to 1.2% by mass.
  • the bonding sheet bonding structure according to the present disclosure is used for a member constituting a heat exchanger, and at least one surface of an aluminum alloy core material is coated with a sacrificial anode material layer (both surfaces are sacrificial anodes).
  • the material layer may be coated, or the other surface may be coated with a brazing material layer.
  • This is a bonding structure in which brazing sheets are bonded to each other.
  • This brazing sheet has a joint surface and a non-joint adjacent surface adjacent to the joint surface, each joint surface is a sacrificial anode material layer, and the angle formed by each non-joint adjacent surface is an acute angle.
  • This fillet contains Cu in an amount of 2.0% by mass or less, which is higher than the core material, the brazing material layer, and the sacrificial anode material layer.
  • a sacrificial anode made of a brazing material is coated on one surface of an aluminum alloy core material, and the other surface is covered with a sacrificial anode material, which is used as a member constituting a heat exchanger.
  • a joining method for joining brazing sheets coated with a material layer may also be included.
  • the brazing material is an aluminum alloy containing silicon (Si), and the sacrificial anode material contains zinc (Zn) in the range of 0.5 to 6.0% by mass, and silicon (Si). ) Is contained in the range of 3.0 to 11% by mass, and the core material before joining contains copper (Cu) in the range of 0.3 to 1.2% by mass, and is before joining.
  • the brazing sheet has a joint surface and a non-joint adjacent surface adjacent to the joint surface, and each joint surface is a sacrificial anode material layer. If the joint surfaces of the brazing sheets are brought into contact with each other and heated, and a fillet is formed by solidifying the sacrificial anode material flowing out from the joint surface at the portion between the non-joint adjacent surfaces and adjacent to the joint surface. Good.
  • brazing sheet joint surface and non-joint surface As the brazing sheet, a three-layer structure having a thickness of 200 ⁇ m and having one surface as a sacrificial anode material layer and the other surface as a brazing material layer was used. In addition, the bonded surface and the non-bonded adjacent surface of the brazing sheet were both surfaces on the side of the sacrificial anode material layer.
  • the angle of the non-joint adjacent surface with respect to the joint surface is basically about 30 ° ⁇ 5 ° (within the range of 25 to 35 °), although there are some differences depending on each brazing sheet, and the joint surfaces are separated from each other. When joined, the angle formed by the non-joined adjacent surfaces is about 60 ° ⁇ 10 ° (within the range of 50 to 70 °).
  • the core material is an aluminum alloy (Al-1.30% Mn-0) of manganese (Mn) 1.30% by mass, copper (Cu) 0.46% by mass, and the balance aluminum (Al). .46% Cu) is used, and as a sacrificial anode material, an aluminum alloy (Al-7.49% Si-1.) Of silicon (Si) 7.49%, zinc (Zn) 1.00%, and the balance aluminum (Al). 00% Zn) was used, and an aluminum alloy (Al-7.40% Si) of silicon (Si) 7.40% and the balance aluminum (Al) was used as the brazing material. Since the sacrificial anode material contains 7.49% by mass of silicon, it also functions as a brazing material.
  • the joint structure of the brazing sheet of Example 1 was manufactured by brazing two brazing sheets at the joint surfaces of each other to form a joint portion.
  • the brazing condition was 610 ° C.
  • the element concentration of the non-joint adjacent surface side portion, that is, the fillet in this joint portion was analyzed by EPMA as described above along the cross-sectional direction of the arrow in the figure.
  • the concentration of Zn gradually increases from the core material side to the joint surface side in the fillet cross section, and is near the joint surface (200 ⁇ m ⁇ ). It showed a parabolic concentration distribution that reached a maximum (about 0.4% by weight) in the region of 40 ⁇ m).
  • the Cu concentration was hardly detected on the brazing material layer and the core material side (regions of 0 to 140 ⁇ m and 260 to 400 ⁇ m), and the zinc concentration suddenly increased significantly near the joint surface of the fillet (region of 200 ⁇ m ⁇ 40 ⁇ m). It was detected as a strong peak exceeding 1% by weight at the maximum and more than 0.4% by weight at the minimum (about 0.44% by weight).
  • the sacrificial anode material and the brazing material are the same aluminum alloy as the brazing sheet according to the first embodiment, but the core material is manganese (Mn) 1.10% by mass and copper (Cu) 0.14.
  • the Zn concentration shows a parabolic concentration distribution as in the joint portion according to Example 1, but for Cu, the junction portion side in one core material ( Only two peaks with less than zinc concentration (a peak of about 0.2% by weight near 220 ⁇ m and a peak of about 0.3% by weight near 230 ⁇ m) were observed in the region of 220 to 240 ⁇ m, and other than these peaks. No substantial Cu concentration was detected.
  • Example 2 The brazing sheet according to the second embodiment is the same as the brazing sheet according to the first embodiment except that the sacrificial anode material layer is provided on both sides of the core material and the brazing material layer is not provided. Then, the joining structure of the brazing sheet of Example 2 was manufactured by joining two brazing sheets to form a joint portion in the same manner as in Example 1. In this joint structure, the corrosion resistance of the joint between the brazing sheets was evaluated by the above-mentioned corrosion test. As a result, as shown in the cross-sectional photograph of FIG. 9, substantial corrosion could not be confirmed.
  • the present disclosure effectively suppresses or prevents preferential corrosion of the fillets even when the fillets generated adjacent to the joints between the brazing sheets contain copper and zinc, and improves the corrosion resistance of the heat exchanger.

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Abstract

本発明の熱交換器に用いられるブレージングシート(10)は、アルミニウム合金製の心材(11)、ろう材層(12)、および亜鉛を含有する犠牲陽極材層(13)を備え、接合部(21)を構成する接合面(10a)と接合面(10a)に隣接する非接合隣接面(10b)とを有する。接合面(10a)は犠牲陽極材層(13)同士である。それぞれの非接合隣接面(10b)の間であって接合面(10a)に隣接する部位には、フィレット(22)が形成される。犠牲陽極材には亜鉛が0.5~6.0質量%、シリコンが3.0~11質量%の範囲内で含有されており、ろう材および犠牲陽極材は、いずれも銅を含有せず、心材には銅が0.3~1.2質量%の範囲内で含有されている。

Description

熱交換器用ブレージングシート、熱交換器用ブレージングシートの接合構造および熱交換器用ブレージングシートの接合方法、並びに、熱交換器
 本開示は、熱交換器を構成する部材に用いられるブレージングシートと、当該ブレージングシート同士を接合する接合構造と、当該熱交換器用ブレージングシートの接合方法と、当該接合構造を有する熱交換器と、に関する。
 一般的な熱交換器は、通常、管およびフィンを備えており、管の外周に複数のフィンが取り付けられた構成を有している。管の材料としては、銅(Cu)またはその合金(便宜上「銅材」と称する)が用いられてきたが、近年ではアルミニウム(Al)またはその合金(アルミニウム材)も用いられている。フィンの材料としては、一般的にはアルミニウム材が用いられている。
 熱交換器の製造に際して、管にフィンを取り付けるためには、一般的にはろう材による接合が用いられる。管およびフィンのいずれもアルミニウム材製であれば、例えば、アルミニウム合金製の心材の少なくとも一方の面にろう材層がクラッド(被覆)されたブレージングシートが用いられる。管およびフィンの防食性を考慮すれば、心材の一方の面にろう材がクラッドされ他方の面に犠牲陽極材層がクラッドされたブレージングシートが用いられる。
 ろう材としては、一般的には、アルミニウム合金のろう付けに用いられるアルミニウム-シリコン(Si)系合金が用いられ、犠牲陽極材としては、その電位を卑とするために、一般的にはアルミニウム合金に亜鉛(Zn)を添加したものが用いられる。代表的な犠牲陽極材としては、一般的なアルミニウム-シリコン系合金のろう材に亜鉛を添加したものが挙げられる。これにより、犠牲陽極材がろう材としても機能することになる。
 犠牲陽極材層がクラッドされたブレージングシートの一例としては、例えば、特許文献1に開示されるものが知られている。特許文献1は、自動車用熱交換器、特に流体(冷却水または冷媒等)の通路構成材に使用されるアルミニウム合金ブレージングシートを開示しており、良好なろう付け性と、ろう付け後の優れた強度および耐食性を実現するために、心材および犠牲陽極材の成分が調整されている。
 このブレージングシートでは、犠牲陽極材において、シリコン、鉄(Fe)およびマンガン(Mn)の含有量を0.15質量%以下に規制している。これは、Al-Mn-Si系またはAl-Fe-Mn-Si系の化合物の生成を抑制し、ろう付け後の強度低下を抑制するためである。また、このブレージングシートでは、心材においてもシリコンの含有量を0.15質量%以下に規制するとともに、心材には銅が0.40~1.2重量%の範囲内で添加されている。銅を添加する理由は、心材の強度向上とともに、心材の電位を貴にして犠牲陽極層等との電位差を大きくし、犠牲陽極作用による防食効果を向上させるためである。
 また、犠牲陽極材層がクラッドされたブレージングシートの他の例としては、例えば、特許文献2に開示されるものが知られている。特許文献2も、自動車用熱交換器、特に流体の通路構成材に使用されるアルミニウム合金ブレージングシートを開示している。当該ブレージングシートにおいては、両面に犠牲防食効果を備え、かつ、その片面にろう付機能を有し、さらに接合部の優先腐食を防止するために、心材および犠牲陽極材だけでなくろう材の成分も調整している。
 このブレージングシートでは、犠牲陽極材だけでなくろう材にも亜鉛(Zn)が添加されているとともに、ろう材にはさらに銅が0.1~0.6mass%の範囲内で添加されており、心材にも銅が0.05~1.2mass%の範囲内で添加されている。それぞれの材料に対する銅の添加目的は異なっており、ろう材については、当該ろう材の電位を貴にするためであり、心材については、当該心材の強度を向上させるためである。
特開2010-163674号公報 特開2013-155404号公報
 特許文献1に開示のブレージングシートでは、心材への銅の添加により強度向上と犠牲陽極作用による防食効果の向上とを図っている。しかしながら、このブレージングシートでは、犠牲陽極材および心材のいずれもシリコンの含有量を0.15質量%以下に制限している上に、心材については、銅以外の種々の金属元素の含有量についても細かく特定されている。そのため、心材および犠牲陽極材として用いることが可能な材料の選択肢の幅が小さくなってしまう。しかも、このブレージングシートでは、犠牲陽極材のシリコンの含有量をごく少量に規制している。そのため、この犠牲陽極材層は、一般的なろう材としての機能を有さないと考えられる。
 特許文献2に開示のブレージングシートでは、ろう材に亜鉛とともに銅を添加することで、ろう付けの接合部に亜鉛が濃縮されるだけでなく銅も同様に濃縮される。ここでは、銅の濃縮(含有)により、当該接合部の電位が亜鉛により卑化し過ぎることの防止を図っている。しかしながら、銅と亜鉛とを併用すると、本発明者らの鋭意検討の結果、犠牲陽極材層の優先腐食作用が低減して耐食性の低下が生じることが明らかとなった。
 例えば、熱交換器の種類によっては、ブレージングシート同士を互いに接合したときに、それぞれの接合面により形成される角度が鋭角となるような構造が含まれる。便宜上、このような構造を「鋭角接合構造」とし、ブレージングシートの接合面に隣接して接合されない面を「非接合隣接面」とすると、このような鋭角接合構造では、互いに鋭角を成す非接合隣接面の間にフィレットが形成される。このフィレットは、本明細書では、接合時に接合面から流出したろう材または犠牲陽極材が固化したものとして定義する。
 特許文献2のようにろう材において銅と亜鉛とを併用した場合、ろう付けした後にフィレットの表面に銅が偏析する。偏析した銅は腐食反応におけるカソードとして機能するため、偏析した銅の周辺に存在する犠牲陽極層では、その腐食優先作用が低減して耐食性が低下してしまう。また、フィレット表面に偏析した銅の周辺に存在する犠牲陽極層は貴化することになる。これにより犠牲陽極層と心材との電位差が小さくなるため、この点でも犠牲陽極層の機能(優先腐食作用)が低下する。状況によっては、心材の粒界腐食により早期貫通するおそれもある。
 本開示は、ブレージングシート同士の接合部に隣接して生じるフィレットが銅および亜鉛を含有する場合であっても、当該フィレットの優先腐食を有効に抑制または防止し、熱交換器の耐食性を良好なものとする。
 本開示に係るブレージングシートは、熱交換器に用いられるブレージングシートであって、アルミニウム合金製の心材と、当該心材の一方の面に被覆され、シリコン(Si)を含有するアルミニウム合金のろう材からなるろう材層と、当該心材の他方の面に被覆され、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、シリコン(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、を備える。ブレージングシートは、互いに接合されることにより接合部を構成する接合面と、この接合面に隣接する非接合隣接面とを有し、接合面は、犠牲陽極材層であり、接合面同士が接合されたときに、それぞれの非接合隣接面の間であって接合面に隣接する部位には、接合面から流出して犠牲陽極材が固化したフィレットが形成され、ろう材および犠牲陽極材は、いずれも銅(Cu)を含有せず、心材には、銅(Cu)が0.3~1.2質量%の範囲内で含有されている構成である。
 あるいは、本開示に係るブレージングシートは、熱交換器に用いられるブレージングシートであって、アルミニウム合金製の心材と、当該心材の両方の面に被覆され、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、シリコン(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、を備える。ブレージングシートは、互いに接合されることにより接合部を構成する接合面と、この接合面に隣接する非接合隣接面とを有し、接合面は、犠牲陽極材層であり、接合面同士が接合されたときに、それぞれの非接合隣接面の間であって接合面に隣接する部位には、接合面から流出して犠牲陽極材が固化したフィレットが形成され、犠牲陽極材は銅(Cu)を含有せず、心材には、銅(Cu)が0.3~1.2質量%の範囲内で含有されている構成であってもよい。
 本開示に係るブレージングシートの接合構造は、熱交換器を構成する部材に用いられ、アルミニウム合金製の心材の少なくとも一方の面に犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層が被覆されたブレージングシート同士を接合した接合構造であって、ブレージングシートは、接合面および当該接合面に隣接する非接合隣接面を有し、それぞれの接合面は、犠牲陽極材層であり、非接合隣接面の間であって接合面に隣接する部位には、接合面から流出して固化した犠牲陽極材で形成されたフィレットを有し、フィレットは、心材および犠牲陽極材層を超える濃度であって、2.0質量%以下の銅(Cu)を含有する構成である。
 上記構成によれば、ろう材層および犠牲陽極材層で被覆されたブレージングシート、あるいは、犠牲陽極材層のみで被覆されたブレージングシートにおいて、心材のみが銅を所定範囲内で含有し、心材以外の各層は実質的に銅を含有していない。これにより、ブレージングシートの犠牲陽極材層同士で接合されたときには、接合部に隣接して形成されるフィレットには、従来のように銅が偏析せず好適な濃度となるように銅が集中するように拡散するとともに、フィレット以外の犠牲陽極材層には銅が実質的に拡散しない。
 そのため、フィレットでは、濃縮された亜鉛による電位の過剰な卑化が、拡散した銅により軽減または相殺される。これにより、フィレットにおける良好な犠牲陽極作用を実現することができる。また、フィレット以外の犠牲陽極材層には銅がほとんど拡散しないため、亜鉛による電位の適度な卑化を銅が妨げることがなく、良好な犠牲陽極作用を実現することができる。
 その結果、従来のように銅の偏析により周辺に存在する犠牲陽極層の腐食優先作用が低減するようなおそれが回避され、フィレットから接合部に腐食が進行して接合部の接合強度の低下を招くおそれを有効に抑制または防止することができる。これにより、熱交換器の接合部における耐食性をより一層良好なものとすることができる。
 本開示には、上記構成のブレージングシートの接合構造を有する、熱交換器も含まれる。
図1Aは、本開示の代表的な実施の形態に係るブレージングシートの概略構成を示す模式的断面図である。 図1Bは、本開示の代表的な実施の形態に係るブレージングシートの接合構造の概略構成を示す模式的断面図である。 図2Aは、図1Aに示すブレージングシートを用いて構成されるプレートフィン積層型熱交換器のヘッダの一例を示す模式的断面図である。 図2Bは、図2Aに示すヘッダが有するブレージングシートの接合構造を拡大した模式的部分断面図である。 図3Aは、図1Aに示すブレージングシートを用いて構成されるパラレルフローコンデンサ(PFC)の一例を示す模式的部分断面図である。 図3Bは、図3Aに示すPFCが有するブレージングシートの接合構造を拡大した模式的部分断面図である。 図4Aは、両面に犠牲陽極材層を備えるブレージングシートを用いて構成されるプレートフィン積層型熱交換器のヘッダの一例を示す模式的断面図である。 図4Bは、図4Aに示すヘッダが有するブレージングシートの接合構造を拡大した模式的部分断面図である。 図5は、本開示の代表的な実施例としてのブレージングシートの接合構造の断面写真と、当該接合構造における電子線マイクロアナライザー(EPMA)のライン分析結果のグラフとを示す図である。 図6は、本開示における比較例としてのブレージングシートの接合構造の断面写真と、当該接合構造におけるEPMAのライン分析結果のグラフとを示す図である。 図7Aは、実施例1に係るブレージングシートの接合構造の耐食性試験結果を示す図である。 図7Bは、比較例に係るブレージングシートの接合構造の耐食性試験結果を示す図である。 図8は、本開示に係るブレージングシートの心材が含有する銅濃度と接合部が含有する銅濃度との対比関係を示すグラフである。 図9は、実施例2に係るブレージングシートの接合構造の耐食性試験結果を示す図である。
 本開示に係るブレージングシートは、熱交換器に用いられるブレージングシートであって、アルミニウム合金製の心材と、当該心材の一方の面に被覆され、シリコン(Si)を含有するアルミニウム合金のろう材からなるろう材層と、当該心材の他方の面に被覆され、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、シリコン(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、を備える。ブレージングシートは、互いに接合されることにより接合部を構成する接合面と、この接合面に隣接する非接合隣接面とを有し、接合面は、犠牲陽極材層であり、接合面同士が接合されたときに、それぞれの非接合隣接面の間であって接合面に隣接する部位には、接合面から流出して犠牲陽極材が固化したフィレットが形成され、ろう材および犠牲陽極材は、いずれも銅(Cu)を含有せず、心材には、銅(Cu)が0.3~1.2質量%の範囲内で含有されている構成である。
 あるいは、本開示に係るブレージングシートは、熱交換器に用いられるブレージングシートであって、アルミニウム合金製の心材と、当該心材の両方の面に被覆され、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、シリコン(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、を備える。ブレージングシートは、互いに接合されることにより接合部を構成する接合面と、この接合面に隣接する非接合隣接面とを有し、接合面は、犠牲陽極材層であり、接合面同士が接合されたときに、それぞれの非接合隣接面の間であって接合面に隣接する部位には、接合面から流出して犠牲陽極材が固化したフィレットが形成され、犠牲陽極材は銅(Cu)を含有せず、心材には、銅(Cu)が0.3~1.2質量%の範囲内で含有されている構成であってもよい。
 上記構成によれば、ろう材層および犠牲陽極材層で被覆されたブレージングシート、あるいは、犠牲陽極材層のみで被覆されたブレージングシートにおいて、心材のみが銅を所定範囲内で含有し、心材以外の各層は実質的に銅を含有していない。これにより、ブレージングシートの犠牲陽極材層同士で接合したときには、接合部に隣接して形成されるフィレットには、従来のように銅が偏析せず好適な濃度となるように銅が集中するように拡散するとともに、フィレット以外の犠牲陽極材層には銅が実質的に拡散しない。
 そのため、フィレットでは、濃縮された亜鉛による電位の過剰な卑化が、拡散した銅により軽減または相殺される。これにより、フィレットにおける良好な犠牲陽極作用を実現することができる。また、フィレット以外の犠牲陽極材層には銅がほとんど拡散しないため、亜鉛による電位の適度な卑化を銅が妨げることがなく、良好な犠牲陽極作用を実現することができる。
 その結果、従来のように銅の偏析により周辺に存在する犠牲陽極層の腐食優先作用が低減するようなおそれが回避され、フィレットから接合部に腐食が進行して接合部の接合強度の低下を招くおそれを有効に抑制または防止することができる。これにより、熱交換器の接合部における耐食性をより一層良好なものとすることができる。
 ブレージングシートにおいては、心材は、3000系、5000系、または6000系のいずれかのアルミニウム合金に対して、前述の範囲内で銅を添加したものであり、犠牲陽極材層は、4000系のアルミニウム合金に対して、前述の範囲内で亜鉛を添加したものである構成であってもよい。
 ブレージングシートにおいては、ろう材層は、4000系のアルミニウム合金である構成であってもよい。
 ブレージングシートにおいては、接合面同士が接合されたときには、それぞれの非接合隣接面により形成される角度が鋭角である構成であってもよい。
 本開示に係るブレージングシートの接合構造は、熱交換器を構成する部材に用いられ、アルミニウム合金製の心材の少なくとも一方の面に犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層が被覆されたブレージングシート同士を接合した接合構造であって、ブレージングシートは、接合面および当該接合面に隣接する非接合隣接面を有し、それぞれの接合面は、犠牲陽極材層であり、非接合隣接面の間であって接合面に隣接する部位には、接合面から流出して固化した犠牲陽極材で形成されたフィレットを有し、フィレットは、心材および犠牲陽極材層を超える濃度であって、2.0質量%以下の銅(Cu)を含有する構成である。
 ブレージングシートの接合構造においては、犠牲陽極材は、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、シリコン(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金であり、接合前の心材は、銅(Cu)を0.3~1.2質量%の範囲内で含有し、接合前の犠牲陽極材は銅を含有しない構成であってもよい。
 ブレージングシートの接合構造においては、心材の一方の面のみに犠牲陽極材層が被覆されている場合には、他方の面には、ろう材からなるろう材層が被覆されている構成であってもよい。
 ブレージングシートの接合構造においては、ろう材は、シリコン(Si)を含有するアルミニウム合金であり、接合前の当該ろう材は銅を含有しない構成であってもよい。
 ブレージングシートの接合構造においては、フィレットは亜鉛(Zn)を含有するとともに、フィレットにおける銅(Cu)の濃度は、亜鉛の濃度よりも高い構成であってもよい。
 ブレージングシートの接合構造においては、それぞれの非接合隣接面により形成される角度は鋭角である構成であってもよい。
 本開示に係る熱交換器は、上記構成のブレージングシートの接合構造を有するものである。具体的には、例えば、プレートフィン積層型熱交換器またはパラレルフローコンデンサ(PFC)を挙げることができる。
 以下、本開示の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
 [ブレージングシート]
 本開示に係るブレージングシートは、熱交換器に用いられるアルミニウム合金製である。具体的には、例えば、図1Aに示すように、本開示に係るブレージングシート10は、心材11、ろう材層12、および犠牲陽極材層13を備えている。ろう材層12は、心材11の一方の面に被覆(クラッド)され、犠牲陽極材層13は心材11の他方の面、すなわちろう材層12が被覆されている面とは反対側の面に被覆されている。心材11、ろう材層12を構成するろう材、および、犠牲陽極材層13を構成する犠牲陽極材はいずれもアルミニウム合金である。
 あるいは図示しないが、本開示に係るブレージングシート10は、心材11および犠牲陽極材層13を備え、ろう材層12を備えていない構成でもよい。このようなブレージングシート10では、心材11の両方の面に犠牲陽極材層13が形成されている。
 本開示に係るブレージングシート10は、少なくとも犠牲陽極材層13の側に接合面を有しており、この接合面同士を互いに接合することで接合部を形成する。ブレージングシート10同士を接合面で接合した構造が、本開示に係るブレージングシート10の接合構造である。本開示に係るブレージングシート10は、接合面に隣接する非接合隣接面を有する。ブレージングシート10同士を接合して接合構造を形成したときには、それぞれの非接合隣接面により形成される角度は鋭角となっている。
 具体的には、例えば、図1Bに示すように、本開示に係るブレージングシート10の接合構造20は、ブレージングシート10の接合面10a同士を接合して構成され、接合面10aに隣接する非接合隣接面10b同士で形成される角度θ1は特に限定されないが、好ましい一例としては鋭角すなわち90°未満(θ1<90°)を挙げることができる。なお、ブレージングシートの接合構造20を構成する各非接合隣接面10bにより形成される角度θ1を、説明の便宜上「隣接面形成角」と称し、図1Bでは点線で図示する。
 隣接面形成角θ1の好ましい範囲は前述の通り鋭角すなわち直角未満(90°未満)であれば特に限定されないが、熱交換器の種類、ブレージングシート10が用いられる熱交換器の構造等の諸条件によっては、例えば40°~80°の範囲内であればよく(40°≦θ1≦80°)、50°~70°の範囲内であってもよい(50°≦θ1≦70°)。あるいは、例えば、下限のみ15°以上であってもよいし(15°≦θ1)、20°以上であってもよい(20°≦θ1)。
 本開示に係るブレージングシートの接合構造20では、ブレージングシート10同士を接合して接合部21を構成したときに、図1Bに示すように、非接合隣接面10b同士の間にフィレット22が形成される。熱交換器には、このようなフィレット22が形成される部材または構造等を含んでおり、このような部材または構造等においては、非接合隣接面10b同士が鋭角を成していることが多い。このフィレット22は、本実施の形態では、接合時に接合面10aから流出したろう材(または犠牲陽極材)が固化したものとして定義される。
 本開示では、ブレージングシート10を用いた熱交換器において、このフィレット22が優先的に腐食することを有効に抑制または回避するものである。隣接面形成角θ1が大きくなり過ぎると、例えば180°すなわち水平に近づくと、構造上フィレット22が形成されにくくなる。また、隣接面形成角θ1が小さ過ぎると、熱交換器の構造等にもよるが、非接合隣接面10b同士が平行に近づくためフィレット22が形成されにくくなる。それゆえ、隣接面形成角θ1の好適な一例としては、前述した上限値および下限値の範囲内、あるいは、下限値以上の角度が挙げられる。
 本開示に係るブレージングシート10では、接合面10aが少なくとも犠牲陽極材層13の上に設定されていればよい。したがって、後述するように、犠牲陽極材はろう材を兼ねている。すなわち、犠牲陽極材層13は、接合時にはろう材としてブレージングシート10同士の接合に寄与し、接合後には犠牲陽極材としてブレージングシート10の防食効果に寄与する。
 本開示に係るブレージングシート10では、接合面10aに隣接して非接合隣接面10bが設定されている。それゆえ、非接合隣接面10bも接合面10aと同様に犠牲陽極材層13である。非接合隣接面10bは、前述の通り、ブレージングシート10同士を接合したときに、互いに成す角度(隣接面形成角θ1)が例えば鋭角となる。それゆえ、例えば、図1Bに示すように、接合面10aに対して非接合隣接面10bは傾斜してもよい。
 図1Bに示す例では、非接合隣接面10bは接合面10aに対して角度θ2を形成するように傾斜している。そのため、接合面10a同士を接合して接合部21を形成すれば、それぞれの接合面10aに隣接する非接合隣接面10b同士が鋭角の隣接面形成角θ1を形成する。なお、接合面10aに対する非接合隣接面10bの傾斜角度θ2を、説明の便宜上「隣接面傾斜角」と称し、図1Bでは、接合面10aの延長線とともに点線で図示する。
 隣接面傾斜角θ2の具体的な角度は特に限定されないが、例えば、図1Bに示すように、互いに接合されるブレージングシート10同士の形状が、接合面10aを基準に線対称となっていれば、隣接面形成角θ1は、隣接面傾斜角θ2の2倍となる(θ1=θ2×2)。それゆえ、隣接面形成角θ1が鋭角であれば、隣接面傾斜角θ2は45°未満であればよい。ただし、ブレージングシート10の形状が線対称である必要はなく、熱交換器の種類またはる熱交換器の構造等の諸条件によっては、さまざまな形状のブレージングシート10同士を接合面10aで接合することになる。また、隣接面形成角θ1は必ずしも鋭角である必要はない。それゆえ、隣接面傾斜角θ2は45°未満に限定されない。
 例えば、略平坦なブレージングシート10の接合面10aに対して、異なる形状のブレージングシート10を傾斜させた状態で接合する接合構造20もあり得る。この場合には、略平坦なブレージングシート10の非接合隣接面10bは、接合面10aに対して傾斜しておらず、それぞれ犠牲陽極材層13上の異なる領域として設定される。それゆえ、隣接面傾斜角θ2は0°であってもよい(θ2=0°)。すなわち、非接合隣接面10bは接合面10aに対して傾斜しておらず連続する平坦面の異なる領域であってもよい(後述するパラレルフローコンデンサの接合構造参照)。
 本開示に係るブレージングシート10の接合構造20においては、図1Bにおいてブロック矢印C1およびC2に示す方向に腐食が進行する可能性がある。ブロック矢印C1の方向は、非接合隣接面10bから心材11の方向に対して進行する腐食方向である。ブロック矢印C2の方向は、フィレット22を含む接合部21において、接合面10aの方向に沿って進行する腐食方向である。
 このうち、腐食方向C1に進行する腐食は、犠牲陽極材層13による犠牲陽極作用によって抑制(回避または防止)されるが、腐食方向C2に進行する腐食は、フィレット22に亜鉛が濃縮されることで、当該フィレット22を含む接合部21の電位が卑化され過ぎて進行するおそれがある。本開示に係るブレージングシート10では、心材11に銅を所定範囲内で含有させるとともに、ろう材層12および犠牲陽極材層13に対して、実質的に銅を含有させないことにより、腐食方向C2の腐食を有効に抑制(回避または防止)することができる。
 [ブレージングシートの材料]
 本開示に係るブレージングシート10は、前述の通りアルミニウム合金製であり、心材11、ろう材、および犠牲陽極材のいずれもアルミニウム合金である。具体的には、心材11は、熱交換器の種類または構造等の諸条件に応じて求められる物性を実現し得る公知のアルミニウム合金であればよいが、本開示においては、銅(Cu)が0.3~1.2質量%の範囲内で添加(含有)されている。
 心材11として用いられるアルミニウム合金としては、例えば、熱交換器の分野では、代表的には、3000系(アルミニウム-マンガン(Al-Mn)系合金)、5000系(アルミニウム-マグネシウム(Al-Mg)系合金)、または6000系(アルミニウム-マグネシウム-シリコン(Al-Mg-Si)系合金)等を挙げることができるが、これらに限定されない。本開示においては、これらアルミニウム合金または他のアルミニウム合金に対して、Cuを前述の範囲内となるように公知の手法で添加したものを心材11として用いればよい。
 Cuを添加する前のアルミニウム合金を便宜上「母材」とすれば、母材においては、不可避的不純物として予めCuが含有されてもよい。不可避的不純物としてCuが含有されるとしても、その濃度は例えば0.2質量%以下であればよい。ただし、2000系合金等にように、予め1.2質量%を超える濃度でCuを含有するアルミニウム合金は心材11の母材として使用することはできない。
 本開示に係るブレージングシート10では、心材11におけるCuの含有量(濃度)が0.3質量%未満であれば、後述するように、心材11からフィレット22に対してCuが十分な濃度で拡散しないおそれがある。また、心材11におけるCuの含有量が1.2質量%を超えると、犠牲陽極材の犠牲陽極作用の強さにもよるが、心材11の粒界腐食感受性が高くなり、腐食の進行を有効に抑制できなくなる可能性がある。
 心材11におけるCuの含有量は0.3~1.2質量%の範囲内であればよいが、好ましい一例としては、0.3~0.7質量%の範囲内を挙げることができる。すなわち、Cuの含有量の上限は1.2質量%以下であればよいが、諸条件によっては0.7質量%以下であってもよい。Cuの含有量が0.7質量%以下であれば、犠牲陽極材の犠牲陽極作用が相対的に弱い場合であっても、心材11の粒界腐食感受性が高くなるおそれを有効に抑制することができる。
 ろう材として用いられるアルミニウム合金は、本開示においては、シリコン(ケイ素、Si)を含有するもの、すなわち、アルミニウム-シリコン(Al-Si)系合金であればよい。ろう材におけるSiの含有量(濃度)は特に限定されず、ろう材として好適な使用が可能な程度の範囲内であればよい。具体的には、例えば、ろう材におけるSiの含有量としては、2.5~13質量%の範囲内を挙げることができ、3.5~12質量%の範囲内であってもよい。Siの含有量が少なすぎると、Al-Si系合金がろう材として十分に機能しなくなるおそれがある。一方、Siの含有量が多すぎると、心材11または相手材にSiが拡散してブレージングシート10そのものに溶融が生じるおそれがある。
 ろう材としてのAl-Si系合金には、ろう材としての機能に影響を及ぼさない範囲で、Si以外の元素を含有してもよい。また、ろう材としてのAl-Si系合金には、不可避的不純物として種々の元素が含有されてもよい。ただし、ろう材としてのAl-Si系合金には、実質的にCuは含有されない。実質的にCuが含有されないとは、不可避的不純物を超える濃度でCuが含有されないことを意味する。不可避的不純物として許容される濃度の上限は、諸条件によっても異なるが、一般的には、Al-Si系合金全体における0.1質量%未満を挙げることができる。
 犠牲陽極材として用いられるアルミニウム合金は、犠牲陽極作用を発揮するために、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内で含有している。また、本開示においては、前述の通り犠牲陽極材がろう材を兼ねているため、ろう材と同様にSiを含有している。犠牲陽極材では、Siの含有量は3.0~11質量%の範囲内であればよい。したがって、犠牲陽極材として用いられるアルミニウム合金は、アルミニウム-シリコン-亜鉛(Al-Si-Zn)系合金であればよい。
 犠牲陽極材としてのAl-Si-Zn系合金において、Znの含有量(濃度)が0.5質量%未満であれば、良好な犠牲陽極作用を発揮することができない。一方、Znの含有量が6.0質量%を超えると、犠牲陽極作用が早期に進行し過ぎてブレージングシート10から犠牲陽極材層13が早期に消失してしまい、ブレージングシート10の耐食性が低下するおそれがある。
 また、犠牲陽極材としてのAl-Si-Zn系合金において、Siの含有量が少なすぎたり多すぎたりすると、前述の通りろう材として適切に使用できなくなる。特に本開示においては、Siの含有量が3.0~11質量%の範囲内であれば、犠牲陽極材層13において、犠牲陽極作用に実質的な影響を与えることなく、ろう材としての機能を良好に付与することができる。
 なお、犠牲陽極材としてのAl-Si-Zn系合金には、犠牲陽極作用およびろう材としての機能に影響を及ぼさない範囲で、SiおよびZn以外の元素を含有してもよい。また、犠牲陽極材としてのAl-Si-Zn系合金には、不可避的不純物として種々の元素が含有されてもよい。ただし、犠牲陽極材としてのAl-Si-Zn系合金においても、実質的にCuは含有されない。実質的にCuが含有されないとは、ろう材としてのAl-Si系合金と同様に、不可避的不純物を超える濃度でCuが含有されないことを意味し、一般的には、Al-Si-Zn系合金全体における0.1質量%未満の濃度であればよい。あるいは、不可避的不純物の濃度の上限は、JIS等の公知の規格に規定される合金組成に準じてもよい。
 ろう材および犠牲陽極材として具体的に用いられるアルミニウム合金の種類は特に限定されないが、代表的には、いずれも4000系(アルミニウム-シリコン(Al-Si)系合金)を用いることができる。犠牲陽極材では、4000系のアルミニウム合金に対して、含有量が0.5~6.0質量%の範囲内となるように、公知の手法でZnを添加したものを用いればよい。
 本開示に係るブレージングシート10においては、ろう材および犠牲陽極材のクラッド率は特に限定されず、一般的な範囲内を挙げることができる。一般的なクラッド率としては、例えば、2~30質量%の範囲内を挙げることができ、3~20質量%の範囲内であってもよい。また、ブレージングシート10の厚さ、並びに、心材11、ろう材層12、および犠牲陽極材層13のそれぞれの厚さについても特に限定されず、当該ブレージングシート10の構成または製造しようとする熱交換器の種類または部品等に応じて適宜設定することができる。
 本開示では、複数枚のブレージングシート10を接合面10a同士で重ね合わせて、高温(580℃以上)の温度でろう材および犠牲陽極材を溶融させてろう付けすることにより、ブレージングシート10同士が接合される。このようにして製造されるブレージングシート10の接合構造20では、図1Bに示すように、非接合隣接面10bの間で接合面10a(接合部21)に隣接する部位には、接合面10aの犠牲陽極材層13から流出した犠牲陽極材が固化してフィレット22が形成される。
 このフィレット22は、接合面10aから流出した犠牲陽極材で形成されているためZnを含有しているが、心材11から拡散したCuも含有している。フィレット22(接合部21)におけるCu濃度は、心材11、ろう材層12、および犠牲陽極材層13を超える濃度となっており、実質的にCuはフィレット22に局在するような濃度分布を示す。後述する実施例および比較例の結果から、心材11におけるCu濃度が所定範囲内であり、かつ、ろう材層12および犠牲陽極材層13が実質的にCuを含有しない場合には、高温での接合に際して、心材11からフィレット22(接合部21)に対して局所的にCuが集中して拡散するような挙動を示す。
 Znは、犠牲陽極材層13から犠牲陽極材(ろう材)が溶融してフィレット22を形成する過程で、接合部21(フィレット22)に拡散するように挙動する。そのため、フィレット22のZn濃度は接合部21で最も高くなるものの、犠牲陽極材層13にもZnは残存する。それゆえ、フィレット22を含む接合部21の厚さ方向の断面では、Zn濃度は、フィレット22を極大値とするような放物線状の分布を示す(後述する実施例および比較例参照)。これに対して、Cuは、Znのような挙動を示さずにフィレット22の形成に伴って局所的に集中するように拡散する傾向にあり、犠牲陽極材層13にも心材11にもCuはZnよりも大幅に少ないかほとんど確認できない(後述する実施例参照)。
 本開示に係るブレージングシート10の接合構造20において、フィレット22におけるCu濃度およびZn濃度は特に限定されないものの、Cu濃度は2.0質量%以下であればよく、Zn濃度はCu濃度未満であればよい。フィレット22におけるCu濃度が2.0質量%を超えると、熱交換器の寿命に比較して短期間でCuを含有する中間化合物相の時効析出が生じる。このような析出物は、腐食反応におけるカソードとして機能するため、フィレット22における腐食電流密度が増大し、当該フィレット22周辺の耐食性が大幅に劣化するおそれがある。
 後述するように、心材11のCu濃度(初期Cu濃度)と、ブレージングシートの接合構造20における接合部21(フィレット22)のCu濃度との間には比例関係が見られる。そのため、心材11のCu濃度が1.2質量%以下であればフィレット22のCu濃度は2.0質量%以下となると考えられる。一方、心材11のCu濃度は0.3質量%以上であればよいが、このときブレージングシートの接合構造20におけるフィレット22のCu濃度は0.5質量%以上になると考えられる。それゆえ、ブレージングシートの接合構造20におけるフィレット22のCu濃度の下限は、Zn濃度以上であればよいものの、好ましくは0.5質量%以上であればよい。
 なお、前述したように、特許文献2に開示される従来のブレージングシートにおいても、心材には0.05~1.2mass%の範囲内でCuを含有しているが、このブレージングシートでは、ろう材もCuを0.1~0.6mass%の範囲内で含有している。このため、特許文献2に開示のブレージングシートでは、本開示のように、高温での接合時に心材からCuがフィレットに局所的に集中するように挙動しないと考えられる。
 本開示では、接合時の高熱で心材11のCuが犠牲陽極材に拡散し、溶融した犠牲陽極材(ろう材として機能)が接合部21に流動してフィレット22を形成する過程で、Cuがフィレット22に集中するのではないかと考えられる。このように、フィレット22にCuが集中することで当該フィレット22周辺の接合部21の電位が周囲よりも貴化する。しかしながら、本開示によれば、従来のブレージングシートのように、Cuにより接合部21の電位が貴化し過ぎることがなく、Znによる犠牲陽極作用を低減させることを抑制または回避することができる。その結果、フィレット22を含む接合部21の耐食性の低下も抑制または回避され、このようなブレージングシートの接合構造20を有する熱交換器の耐食寿命を向上することが可能となる。
 また、接合部21以外の部位では、心材11にCuが残存する。心材11がCuを所定範囲内で含有することで当該心材11が貴化されるので、犠牲陽極材層13との電位差を拡大することができる。これにより、犠牲陽極材層13による犠牲陽極作用をより良好に発現させることができる。また、心材11にCuを添加することで、当該心材11の強度を向上させることもできる。そのため、ブレージングシート10の薄肉化を図ったり熱交換器の耐圧強度を向上したりすることに有利に働く。
 なお、接合部にCuを含有させずに当該接合部の優先腐食を抑制または回避させる手法としては、塗装したり犠牲陽極材層を部分的に除去したりすることで周囲から遮断することが考えられる。ただし、このような手法では、塗装または犠牲陽極材層の部分的な除去という工程が追加で必要となるため、製造コストの上昇、製造工程全体の煩雑化または複雑化、塗装の場合には塗膜の剥離および飛散等の問題点が生じる。これに対して、本開示では、心材11にCuを含有させて接合するだけでフィレット22にCuを適度に集中させることができるため、追加工程が不要であり、容易な製造が可能となる。
 また、フィレット22を含む接合部21、犠牲陽極材層13等の電位の評価方法は特に限定されず、公知の方法を好適に用いることができる。代表的には、ポテンショスタット/ガルバノスタットに、電位測定用の試料(例えば、ブレージングシート10、もしくは、心材11、ろう材、犠牲陽極材、フィレット22または接合部21、あるいはこれらを模擬した組成の合金等)と、対極と、参照電極(例えば銀/塩化銀(Ag/AgCl)電極)とを接続して電解液(例えば5重量&の塩化ナトリウム(NaCl)溶液)に浸漬し、試料と参照電極との電位差を測定する方法を挙げることができる。
 このような本開示に係るブレージングシート10の製造方法は特に限定されず、公知の製造方法を好適に用いることができる。具体的には、例えば、0.3~1.2質量%の範囲内でCuを含有するアルミニウム合金を公知の方法で板状に成形して心材11とし、この心材11の一方の面に対して、Siを含有するアルミニウム合金のろう材を公知の方法でクラッドし、心材11の他方の面に対して、Znを0.5~6.0質量%の範囲内、および、Siを3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材を公知の方法でクラッドすればよい。本開示においては、ブレージングシート10の製造における諸条件は、当該ブレージングシート10の構成または製造しようとする熱交換器の種類または部品等に応じて適宜設定することができる。
 [ブレージングシートの接合構造および熱交換器]
 本開示に係るブレージングシート10は、前述の通り熱交換器の製造に特に好適に用いることができる。本開示に係るブレージングシート10を熱交換器に適用した場合に形成されるブレージングシートの接合構造20は、前述したように、図1Bに例示するような構造である。より具体的には、図2A及び図2Bに示すような構造を有するプレートフィン積層型熱交換器、図3A及び図3Bに示すような構造を有するパラレルフローコンデンサ(PFC)、あるいは、図4A及び図4Bに示すような構造を有するAir To Waterヒートポンプ用積層型熱交換器等を挙げることができる。
 プレートフィン積層型熱交換器は、図示しないが、第1流体である冷媒が流れる流路を有するプレートフィン積層体において、各プレートフィン積層間に第2流体である空気を流して、これら第1流体と第2流体との間で熱交換を行うものである。この熱交換器が備えるプレートフィンは、第1流体が並行に流れる複数の第1流体流路を有する流路領域と、この流路領域における各第1流体流路に連通するヘッダ流路を有するヘッダ領域と、を備えている。
 プレートフィン積層型熱交換器では、プレートフィン積層体の積層方向の両側に、当該プレートフィンと平面視が略同一形状のエンドプレートが設けられており、これら一対のエンドプレートとこれらの間に介在する複数のプレートフィンとは、積層された状態でろう付けにより接合されて一体化している。図2Aは、このプレートフィン積層体30におけるヘッダ部分の概略構造を部分断面として示しており、図中最上部に位置するエンドプレート31に対して複数のプレートフィン32が積層されている。
 エンドプレート31およびプレートフィン32には、それぞれ開口部が設けられており、これらプレートが積層されてプレートフィン積層体30を形成することにより、ヘッダ開口33が形成される。図2Aに示す構成では、ヘッダ開口33の外側から図中ブロック矢印で示す方向に第1流体である冷媒が流入し、さらにプレートフィン32の間に冷媒が流入する。各プレートフィン32には、前述の通り、第1流体流路が設けられているので、プレートフィン32の間に流入した冷媒は、第1流体流路を流れる。また、第2流体である空気は、プレートフィン32の間に形成される空間を、冷媒の流れる方向(第1流体流路の方向)に交差するように流れる。これにより、空気が冷媒により冷却される。
 図2Bは、図2Aに示すプレートフィン積層体30の部分拡大図であり、本開示に係るブレージングシート10の接合構造20の一例を模式的に示す。図2A及び図2Bに示す例では、プレートフィン32が本開示に係るブレージングシート10であり、本開示に係るブレージングシートの接合構造20は、ヘッダ開口33側に位置する接合部21である。図2Bでは、ブレージングシート10であるプレートフィン32について、犠牲陽極材層13をハッチングで強調して図示するとともに、フィレット22もハッチングで強調して図示している。
 ヘッダ開口33側の接合部21では、プレートフィン32の接合面10a同士が接合されており、この接合面10aに隣接する非接合隣接面10bの間にフィレット22が形成されている。本開示では、プレートフィン32の心材11がCuを0.3~1.2質量%の範囲内で含有し、プレートフィン32のろう材層12および犠牲陽極材層13がいずれもCuを実質的に含有していない。そのため、フィレット22は、心材11、ろう材層12、および犠牲陽極材層13を超える濃度であって、2.0質量%以下のCuを含有している。これにより接合部21の優先腐食が良好に抑制(回避または防止)されるので、プレートフィン積層型熱交換器の耐食寿命を向上することができる。
 このようなプレートフィン積層型熱交換器の具体的な構成例としては、例えば、特開2017-180856号公報、特開2018-066531号公報、特開2018-066532号公報、特開2018-066533号公報、特開2018-066534号公報、特開2018-066535号公報、特開2018-066536号公報等に記載されており、これら公開公報の記載内容は、本明細書で参照することにより本明細書の記載の一部とする。
 なお、図2Bに示すブレージングシートの接合構造20においては、ブレージングシート10であるプレートフィン32は2段階の曲げ部を有する構成である。すなわち、図中右側の接合面10aに対して、非接合隣接面10bが鋭角の隣接面傾斜角θ2を成すように傾斜しており、さらに非接合隣接面10bの左側には、接合面10aに対して平行な非接合面が存在する。しかしながら、ブレージングシート10の具体的な形状は、このような2段階の曲げ部を有する形状に限定されず、曲げ部を有さないような平坦な形状であってもよいし、図1Bに模式的に示すような1段階の曲げ部を有する形状であってもよいし、3段階以上の曲げ部を有する形状であってもよいし、湾曲部等の他の立体構造を有する形状であってもよい。ブレージングシート10の具体的な形状は、熱交換器の種類または構造等の諸条件によって適宜設定される。
 パラレルフローコンデンサ(PFC)は、カーエアコン(自動車用空気調和装置)用に広く用いられる熱交換器であり、一対のヘッダ管の間に複数の扁平管が配置され、これら扁平管の間に放熱用のコルゲートフィンが配置されている。これらヘッダ管、扁平管、コルゲートフィン等がろう付けにより接合されている。図3Aは、このPFC40におけるヘッダ管41と扁平管42との連結部分の概略構造を部分断面として示している。扁平管42の間にはコルゲートフィン43が設けられ、これらもろう付けにより接合されているが、本開示に係るブレージングシートの接合構造20は、図3Bに拡大図示するように、ヘッダ管41と扁平管42との連結部分である。
 図3Bに示す例では、ヘッダ管41および扁平管42がいずれもブレージングシート10であり、ヘッダ管41および扁平管42については、犠牲陽極材層13をハッチングで強調して図示している。また、フィレット22もハッチングで強調して図示している。扁平管42の犠牲陽極材層13は平坦であるため、接合面10aと非接合隣接面10bとは連続した単一面(犠牲陽極材層13の面)において異なる領域として設定される。したがって、扁平管42は、ブレージングシート10としては、曲げ部を有さないような平坦な形状のものである。
 ヘッダ管41は、扁平管42を貫通挿入するための開口部を有しており、この開口部に接合面10aおよび非接合隣接面10bが設けられている。図3Bでは、ヘッダ管41の接合面10aは、扁平管42の接合面10a(外面)と平行になるような面として図示しているが、これに限定されず、扁平管42の外面に平行にならない面であってもよい。ヘッダ管41の開口部は、ブレージングシート10としては、1段階の曲げ部を有する形状のものである。
 図3Bに示すブレージングシートの接合構造20では、ヘッダ管41の接合面10aに隣接する非接合隣接面10bと、扁平管42の接合面10aに隣接する非接合隣接面10bとの間に、フィレット22が形成されている。本開示では、ヘッダ管41および扁平管42の心材11がCuを0.3~1.2質量%の範囲内で含有し、ヘッダ管41および扁平管42のろう材層12および犠牲陽極材層13がいずれもCuを実質的に含有していない。そのため、フィレット22は、心材11、ろう材層12、および犠牲陽極材層13を超える濃度であって、2.0質量%以下のCuを含有している。これにより接合部21の優先腐食が良好に抑制(回避または防止)されるので、プレートフィン積層型熱交換器の耐食寿命を向上することができる。
 このようなブレージングシート10の接合構造20の製造方法は特に限定されず、公知のろう付け方法等を好適に用いることができる。例えば、ブレージングシート10の接合面10aに対して公知のフラックスを塗布し、その後、窒素雰囲気炉において例えば600℃程度の温度で加熱する方法が挙げられる。特に、本開示に係るブレージングシートの接合構造20においてフィレット22(および接合部21)におけるCuの含有量は、詳細な接合条件には実質的な影響を受けることはない。
 Air To Waterヒートポンプ用積層型熱交換器を構成するプレートフィン積層体34は、図4Aに示すように、その基本構成は、一般的なプレートフィン積層型熱交換器のプレートフィン積層体30と同様である。ただし、図4Bに示すように、プレートフィン積層体34を構成するプレートフィン35(本開示に係るブレージングシート10)は、その両面に犠牲陽極材層13を有する構成となっている。そのため、図4A及び図4Bに示すように、フィレット22は、ヘッダ開口33側(内側)に位置する接合部21だけでなく、ヘッダ開口33側とは反対側(外側)に位置する接合部21にも形成されている。
 本開示では、プレートフィン35の心材11がCuを0.3~1.2質量%の範囲内で含有し、プレートフィン35の犠牲陽極材層13がいずれもCuを実質的に含有していない。そのため、フィレット22は、心材11および犠牲陽極材層13を超える濃度であって、2.0質量%以下のCuを含有している。これにより接合部21の優先腐食が良好に抑制(回避または防止)されるので、プレートフィン積層型熱交換器の耐食寿命を向上することができる。なお、図4A及び図4Bに示す構成は、プレートフィン35およびフィレット22の形成位置以外は図2A及び図2Bに示す構成と同様であるので、その説明を省略する。
 このように、本開示に係るブレージングシートは、熱交換器に用いられるものであって、アルミニウム合金製の心材と、当該心材の一方の面に被覆され、ケイ素(Si)を含有するアルミニウム合金のろう材層と、当該心材の他方の面に被覆され、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、ケイ素(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材層と、を備えているものであるか、あるいは、心材の両方の面に犠牲陽極材層が被覆されたものである。
 このブレージングシートは、互いに接合されることにより接合部を構成する接合面と、この接合面に隣接する非接合隣接面とを有し、接合面は犠牲陽極材層であり、接合面同士が接合されたときに、それぞれの非接合隣接面の間であって接合面に隣接する部位には、接合面から流出して犠牲陽極材が固化したフィレットが形成される。そして、ろう材および犠牲陽極材は、いずれもCuを含有せず、心材には、Cuが0.3~1.2質量%の範囲内で含有されている。
 また、本開示に係るブレージングシートの接合構造は、熱交換器を構成する部材に用いられ、アルミニウム合金製の心材の少なくとも一方の面に犠牲陽極材層が被覆された(両方の面に犠牲陽極材層が被覆されてもよいし他方の面にはろう材層が被覆されてもよい)ブレージングシート同士を接合した接合構造である。このブレージングシートは、接合面および当該接合面に隣接する非接合隣接面を有し、それぞれの接合面は犠牲陽極材層であり、それぞれの非接合隣接面により形成される角度は鋭角であり、非接合隣接面の間であって接合面に隣接する部位には、接合面から流出して固化した犠牲陽極材で形成されたフィレットを有する。このフィレットは、心材、ろう材層、および犠牲陽極材層を超える濃度であって、2.0質量%以下のCuを含有する。
 このような構成では、ブレージングシートの犠牲陽極材層で接合したときには、接合部に隣接して形成されるフィレットには、好適な濃度となるようにCuが集中するように拡散するが、フィレット以外の犠牲陽極材層にはCuが実質的に拡散しない。そのため、フィレットでは、濃縮された亜鉛による電位の過剰な卑化がCuにより軽減または相殺されるので、フィレットにおける良好な犠牲陽極作用を実現することができる。また、フィレット以外の犠牲陽極材層にはCuがほとんど拡散しないため、亜鉛による電位の適度な卑化をCuが妨げることがなく、良好な犠牲陽極作用を実現することができる。その結果、フィレットから接合部に腐食が進行して接合部の接合強度の低下を招くおそれを有効に抑制または防止することができるので、熱交換器の接合部における耐食性をより一層良好なものとすることができる。
 なお、本開示には、熱交換器を構成する部材に用いられ、アルミニウム合金製の心材の一方の面にろう材からなるろう材層が被覆され、他方の面に犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層が被覆されたブレージングシート同士を接合する接合方法も含まれてもよい。この接合方法においては、ろう材は、シリコン(Si)を含有するアルミニウム合金であり、犠牲陽極材は、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、シリコン(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金であり、接合前の心材は、銅(Cu)を0.3~1.2質量%の範囲内で含有し、接合前のろう材および犠牲陽極材はいずれも銅を含有しないものであり、ブレージングシートは、接合面および当該接合面に隣接する非接合隣接面を有し、それぞれの接合面は犠牲陽極材層であり、ブレージングシートの接合面同士を当接して加熱し、非接合隣接面の間であって接合面に隣接する部位には、接合面から犠牲陽極材が流出して固化することによりフィレットを形成すればよい。
 本開示について、実施例および比較例に基づいてより具体的に説明するが、本開示はこれに限定されるものではない。当業者は本開示の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。なお、以下の実施例および比較例における物性の評価方法等は次に示すようにして行った。
 (評価方法等)
 [ブレージングシートの接合面および非接合面]
 ブレージングシートとしては、厚さ200μmであって、一方の面を犠牲陽極材層とし他方の面をろう材層とする3層構造のものを用いた。また、ブレージングシートの接合面および非接合隣接面は、いずれも犠牲陽極材層の側の面とした。接合面に対する非接合隣接面の角度は、それぞれのブレージングシートによって多少の違いはあるが、基本的には約30°±5°(25~35°の範囲内)程度であり、接合面同士を接合した場合には、非接合隣接面により形成される角度は約60°±10°(50~70°の範囲内)程度である。
 [接合部の元素濃度分析]
 電子線マイクロアナライザー(EPMA)として、株式会社島津製作所製の製品名EMPA-1600型を用いて、ブレージングシート同士の接合部(ブレージングシートの接合構造)における非接合隣接面側の側部について、横断面方向に沿って、加速電圧:15kV,ビーム径:2μm,積算時間:1秒、ステップ間隔:2μm,試料電流0.15μAの分析条件で、CuおよびZnの濃度を分析した。
 [耐食性試験]
 ブレージングシートの接合構造の耐食性は、ASTM G85-A3で規定されるSWAAT試験(Sea Water Acidified Test)に基づいて評価した。
 (実施例1)
 実施例1に係るブレージングシートでは、心材として、マンガン(Mn)1.30質量%、銅(Cu)0.46質量%、残部アルミニウム(Al)のアルミニウム合金(Al-1.30%Mn-0.46%Cu)を用い、犠牲陽極材として、シリコン(Si)7.49%、亜鉛(Zn)1.00%、残部アルミニウム(Al)のアルミニウム合金(Al-7.49%Si-1.00%Zn)を用い、ろう材として、シリコン(Si)7.40%、残部アルミニウム(Al)のアルミニウム合金(Al-7.40%Si)を用いた。なお、犠牲陽極材は7.49質量%のシリコンを含有するため、ろう材としても機能する。
 2枚のブレージングシートを互いの接合面でろう付けして接合部を形成することにより、実施例1のブレージングシートの接合構造を製造した。なお、ろう付けの条件は610℃であった。図5上図の断面写真に示すように、この接合部における非接合隣接面の側の部位すなわちフィレットについて、図中矢印の横断面方向に沿って、前述の通りEPMAにより元素濃度を分析した。
 その結果、図5下図のライン元素分析結果に示すように、Znの濃度は、フィレット横断面において、心材側から接合面側に向かうに伴って徐々に濃度が増加し、接合面付近(200μm±40μmの領域)において極大(約0.4重量%)となるような、放物線状の濃度分布を示していた。一方、Cu濃度は、ろう材層および心材側ではほとんど検出されず(0~140μmおよび260~400μmの領域)、フィレットの接合面付近(200μm±40μmの領域)で急激に亜鉛の濃度を大幅に超える強いピーク(最大1重量%以上、最少でも0.4重量%超(約0.44重量%))として検出された。
 また、図示しないが、EPMAによる面分析結果であるカラーマッピングでは、Znについては、フィレットを中心に全体的に低濃度での分布が確認されたが、Cuについては、フィレット付近で高濃度の存在が確認された。
 さらに、ブレージングシート同士の接合部の耐腐食性を前述した腐食試験により評価した。その結果、図7Aの断面写真に示すように、実質的な腐食は確認できなかった。
 (比較例)
 比較例に係るブレージングシートでは、犠牲陽極材およびろう材は実施例1に係るブレージングシートと同じアルミニウム合金であるが、心材は、マンガン(Mn)1.10質量%、銅(Cu)0.14質量%、残部アルミニウムのアルミニウム合金(Al-1.10%Mn-0.14%Cu)を用いた。なお、このCu濃度は、0.2質量%以下であるので、心材における不純物相当の含有量である。
 そして、実施例1と同様にして2枚のブレージングシートを接合して接合部を形成することにより、比較例のブレージングシートの接合構造を製造した。図6上図の断面写真に示すように、この接合部における非接合隣接面の側の部位について、図中矢印の横断面方向に沿って、前述の通りEPMAにより元素濃度を分析した。
 その結果、図6下図のライン元素分析結果に示すように、Zn濃度は実施例1に係る接合部と同様に放物線状の濃度分布を示すが、Cuについては、一方の心材における接合部側(220~240μmの領域)に亜鉛濃度未満の2つのピーク(220μm付近の約0.2重量%のピークと、230μm付近の約0.3重量%のピーク)が観察されただけで、これらピーク以外は実質的なCu濃度は検出されなかった。
 また、図示しないが、EPMAによる面分析結果であるカラーマッピングでは、Znについては、実施例1と同様に、フィレットを中心に全体的に低濃度での分布が確認されたが、Cuについては、ほとんど確認できなかった。
 さらに、ブレージングシート同士の接合部の耐腐食性を前述した腐食試験により評価した。その結果、図7Bの断面写真に示すように、接合部における被接合隣接面側の部位に腐食が生じた。
 (実施例2)
 実施例2に係るブレージングシートは、心材の両面に犠牲陽極材層を備え、ろう材層を備えていない以外は、実施例1に係るブレージングシートと同様である。そして、実施例1と同様にして2枚のブレージングシートを接合して接合部を形成することにより、実施例2のブレージングシートの接合構造を製造した。この接合構造において、ブレージングシート同士の接合部の耐腐食性を前述した腐食試験により評価した。その結果、図9の断面写真に示すように、実質的な腐食は確認できなかった。
 (実施例および比較例の対比)
 図5および図6の対比、並びに、図7A及び図7Bの対比から明らかなように、Cuを不純物程度でしか含有しない心材を用いれば(比較例)、フィレットにCuが集中するように拡散しないが、Cuを所定の範囲内で含有する心材を用いれば(実施例1)、フィレットにCuが集中するように拡散するので、接合部の優先腐食を有効に抑制(回避または防止)することができる。
 また、図8に示すように、横軸を心材の初期Cu濃度とし、縦軸を接合部のCu濃度として、実施例1および比較例のCu濃度をプロットすると、比例関係が成立することがわかる。
 さらに、図9に示すように、ブレージングシートの両面が犠牲陽極材層であっても(実施例2)、ブレージングシートの一方の面にろう材層が形成され、他方の面に犠牲陽極層が形成される構成(実施例1)と同様に、接合部の優先腐食を有効に抑制(回避または防止)することができることがわかる。
 なお、本開示は上記実施の形態の記載に限定されるものではなく、請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態又は複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。
 本開示は、ブレージングシート同士の接合部に隣接して生じるフィレットが銅および亜鉛を含有する場合であっても、当該フィレットの優先腐食を有効に抑制または防止し、熱交換器の耐食性を良好なものとすることができる。従って、犠牲陽極材層を有する熱交換器用のブレージングシートの分野だけでなく、当該ブレージングシートを用いた熱交換器の分野に広く好適に用いることができる。
 10  ブレージングシート
 10a  接合面
 10b  非接合隣接面
 11  心材
 12  ろう材層
 13  犠牲陽極材層
 20  ブレージングシートの接合構造
 21  接合部
 22  フィレット
 30  プレートフィン積層体
 31  エンドプレート
 32  プレートフィン
 33  ヘッダ開口
 34  プレートフィン積層体
 35  プレートフィン
 40  パラレルフローコンデンサ(PFC)
 41  ヘッダ管
 42  扁平管
 43  コルゲートフィン

Claims (14)

  1.  熱交換器に用いられるブレージングシートであって、
     アルミニウム合金製の心材と、
     当該心材の一方の面に被覆され、シリコン(Si)を含有するアルミニウム合金のろう材からなるろう材層と、
     当該心材の他方の面に被覆され、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、シリコン(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、
    を備え、
     前記ブレージングシートは、2枚のブレージングシートが互いに接合されることにより接合部を構成することとなる接合面と、前記接合面に隣接する非接合隣接面とを有し、
     前記接合面は、前記犠牲陽極材層であり、
     前記2枚のブレージングシートそれぞれの前記接合面が互いに接合されたときに、前記2枚のブレージングシートそれぞれの前記非接合隣接面の間であって前記接合面に隣接する部位には、前記接合面から流出して前記犠牲陽極材が固化したフィレットが形成され、
     前記ろう材および前記犠牲陽極材は、いずれも銅(Cu)を含有せず、
     前記心材には、銅(Cu)が0.3~1.2質量%の範囲内で含有されている、
    ブレージングシート。
  2.  熱交換器に用いられるブレージングシートであって、
     アルミニウム合金製の心材と、
     当該心材の両方の面に被覆され、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、シリコン(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、
    を備え、
     前記ブレージングシートは、2枚のブレージングシートが互いに接合されることにより接合部を構成することとなる接合面と、前記接合面に隣接する非接合隣接面とを有し、
     前記接合面は、前記犠牲陽極材層であり、
     前記2枚のブレージングシートそれぞれの前記接合面が互いに接合されたときに、前記2枚のブレージングシートそれぞれの前記非接合隣接面の間であって前記接合面に隣接する部位には、前記接合面から流出して前記犠牲陽極材が固化したフィレットが形成され、
     前記犠牲陽極材は銅(Cu)を含有せず、
     前記心材には、銅(Cu)が0.3~1.2質量%の範囲内で含有されている、
    ブレージングシート。
  3.  前記心材は、3000系、5000系、または6000系のいずれかのアルミニウム合金に対して、前記0.3~1.2質量%の範囲内で銅が添加されたものであり、
     前記犠牲陽極材層は、4000系のアルミニウム合金に対して、前記0.5~6.0質量%の範囲内で亜鉛が添加されたものである、
    請求項1または2に記載のブレージングシート。
  4.  前記ろう材層は、4000系のアルミニウム合金である、
    請求項1に記載のブレージングシート。
  5.  前記2枚のブレージングシートそれぞれの前記接合面が互いに接合されたときには、前記2枚のブレージングシートそれぞれの前記非接合隣接面により形成される角度が鋭角である、
    請求項1から4のいずれか1項に記載のブレージングシート。
  6.  熱交換器を構成する部材に用いられ、各々アルミニウム合金製の心材の少なくとも一方の面に犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層が被覆された2枚のブレージングシート同士を接合した接合構造であって、
     前記2枚のブレージングシートの各々は、接合面および当該接合面に隣接する非接合隣接面を有し、
     前記接合面は、前記犠牲陽極材層であり、
     前記2枚のブレージングシートそれぞれの前記非接合隣接面の間であって前記接合面に隣接する部位には、前記接合面から流出して固化した前記犠牲陽極材で形成されたフィレットを有し、
     前記フィレットは、前記心材および前記犠牲陽極材層の銅(Cu)の濃度を超える濃度であって、2.0質量%以下の銅(Cu)を含有する、
    ブレージングシートの接合構造。
  7.  前記犠牲陽極材は、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、シリコン(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するアルミニウム合金であり、
     接合前の前記心材は、銅(Cu)を0.3~1.2質量%の範囲内で含有し、
     接合前の前記犠牲陽極材は銅を含有しない、
    請求項6に記載のブレージングシートの接合構造。
  8.  前記心材の一方の面のみに前記犠牲陽極材層が被覆されている場合には、他方の面には、ろう材からなるろう材層が被覆されている、
    請求項7に記載のブレージングシートの接合構造。
  9.  前記ろう材は、シリコン(Si)を含有するアルミニウム合金であり、接合前の当該ろう材は銅を含有しない、
    請求項8に記載のブレージングシートの接合構造。
  10.  前記フィレットは亜鉛(Zn)を含有するとともに、前記フィレットにおける銅(Cu)の濃度は、亜鉛の濃度よりも高い、
    請求項7または9に記載のブレージングシートの接合構造。
  11.  前記2枚のブレージングシートそれぞれの前記非接合隣接面により形成される角度は鋭角である、
    請求項6から10のいずれか1項に記載のブレージングシートの接合構造。
  12.  請求項6から11のいずれか1項に記載のブレージングシートの接合構造を有する、
    熱交換器。
  13.  前記熱交換器は、プレートフィン積層型熱交換器またはパラレルフローコンデンサ(PFC)である、
    請求項12に記載の熱交換器。
  14.  熱交換器に用いられる2枚のブレージングシートの接合方法であって、前記2枚のブレージングシートの各々が、
     アルミニウム合金製の心材であって、銅(Cu)を0.3~1.2質量%の範囲内で含有する心材と、
     当該心材の一方の面に被覆され、シリコン(Si)を含有するとともに銅(Cu)を含有しないアルミニウム合金のろう材からなるろう材層と、
     当該心材の他方の面に被覆され、亜鉛(Zn)を0.5~6.0質量%の範囲内、および、シリコン(Si)を3.0~11質量%の範囲内で含有するとともに銅(Cu)を含有しないアルミニウム合金の犠牲陽極材からなる犠牲陽極材層と、を備え、
     前記2枚のブレージングシートの各々の前記犠牲陽極材層の一部である接合面同士が当接されて加熱される工程と、
     前記2枚のブレージングシートの間であって、前記接合面に隣接し且つ前記犠牲陽極材層同士が当接しない部位に、前記接合面から前記犠牲陽極材が流出して固化することによりフィレットが形成される工程と、
    を含む、ブレージングシートの接合方法。
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