JP2007131872A

JP2007131872A - 熱交換器用アルミニウム合金クラッド材

Info

Publication number: JP2007131872A
Application number: JP2005323131A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sakata; 和幸坂田; Michihiro Yoda; 道広与田
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】製造の手間が少なくて製造コストが抑えられ、さらに強度、ろう付性ともに優れ、熱交換器の補強材などに好適なアルミニウム合金クラッド材を提供する。
【解決手段】Ｍｎ：１．２超〜１．８％、Ｓｉ：０．８超〜１．４％、Ｃｕ：０．４〜１．０％、Ｍｇ：０．０５〜０．２％未満を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成の芯材の片面に、Ｓｉ：６〜１２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のろう材又はＳｉ：６〜１２％、Ｚｎ：０．２〜５．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のろう材をクラッドした２層からなり、全体の板厚が１．０〜３．５ｍｍで、ろう材のクラッド率が５〜１５％である。ろう付性を損なうことなく高い強度を得ることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は自動車のラジエータやヒータコアなどの熱交換器に使用される、ろう付性に優れた高強度アルミニウム合金クラッド材に関するものであり、特に補強材として好適なものである。

自動車用熱交換器で使用される補強材は、芯材にＪＩＳ３００３合金などのＡｌ−Ｍｎ系合金を使用し、一方の片面にＪＩＳ４３４３などのＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材をクラッドした２層材が使用されている。また、芯材にＪＩＳ３００３合金などのＡｌ−Ｍｎ系合金を使用し、芯材の片面にＪＩＳ７０７２合金などのＡｌ−Ｚｎ系合金をクラッドし、もう一方にはＪＩＳ４３４３やＪＩＳ４０４５合金等のＡｌ−Ｓｉ系合金からなる皮材をクラッドした３層材も使用されている。
補強材はラジエータやヒータコアなどの熱交換器における、近年の小型、薄肉化などの要望に対して熱交換器の構造的強度を向上させるものであり、さらなる高強度化が求められている。

高強度用の材料として、特許文献１、２にクラッド材が提案されている。これらの材料は、いずれも芯材にＭｇを含んだものであり、特許文献１で提案されたものでは芯材のＡｌ−Ｍｇ−Ｚｎ系合金によって強度向上を図り、特許文献２で提案されたものでも芯材への０．４％以上のＭｇ添加により同じように強度向上が行われている。
特開平５５−１６１０４４号公報特開２００２−２７３５９７号公報

しかし、上記した高強度用の材料では、芯材に含まれるＭｇがろう付性に大きく影響するため、Ｍｇの拡散を防止し、良好なろう付が可能となるようろう材との間に中間層を設けると共に、ろう材側のもう一方の面においても取り付け金具などがろう付されることからさらにもう一層をクラッドした４層材で構成されている。このため、製造するに当たりコストが高くなるという問題があり、一方で、上記中間層を省略すると、ろう付性が損なわれるという問題がある。

本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであって、ろう付後において高強度材であることと、ろう材及び芯材の両面において優れたろう付性を実現するとともに低コスト材として熱交換器用補強材などに用いることができるアルミニウム合金クラッド材を提供するものである。

すなわち、本発明の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、質量％で、Ｍｎ：１．２超〜１．８％、Ｓｉ：０．８超〜１．４％、Ｃｕ：０．４〜１．０％、Ｍｇ：０．０５〜０．２％未満を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成の芯材の片面に、Ｓｉ：６〜１２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のろう材又はＳｉ：６〜１２％、Ｚｎ：０．２〜５．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のろう材をクラッドした２層からなり、全体の板厚が１．０〜３．５ｍｍで、ろう材のクラッド率が５〜１５％であることを特徴とする。
本発明の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、熱交換器の構造材として使用されて、ろう付によって組み付けられる。その使用箇所としては、サイドサポートなどの補強材やヘッダープレートなどに使用することができる。

以下に、本発明で規定する組成等について説明する。
（１）芯材組成（質量％）
Ｍｎ：１．２超〜１．８％
Ｍｎは芯材素地中に固溶することによって強度を向上させる作用があり、またはＡｌ−Ｍｎ系化合物として分散し強度を向上させる。ただし、１．２％以下では、その効果が不十分であり、一方、１．８％より多い場合には粗大なＡｌ−Ｍｎ系化合物の形成により圧延加工性が低下したりクラッド材の加工性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量を上記範囲に定める。なお、上記と同様の理由で望ましい下限は１．４％、望ましい上限は１．６％である。

Ｓｉ：０．８超〜１．４％
Ｓｉは単独でもマトリックスに固溶して強度を向上させる。さらにはＭｎと共存する事によりＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物となって素地中に分散して強度を向上させる効果を有する。ただし、０．８％以下では強度向上の効果に乏しく、一方１．４％より多い場合では芯材の融点を低下させるので、その含有量を上記範囲に定める。なお、上記と同様の理由で、望ましい上限は１．２％である。

Ｃｕ：０．４〜１．０％
Ｃｕはマトリックスに固溶して強度を向上させる。ただし、０．４％未満ではその効果が十分ではなく、一方、１．０％より多い場合、融点が低下するため芯材の融点を低下させるので、その含有量を上記範囲に定める。なお、上記と同様の理由で望ましい下限は０．６％、望ましい上限は０．８％である。

Ｍｇ：０．０５〜０．２％未満
Ｍｇはマトリックスに固溶して強度を向上させると共に、Ｓｉと共存することにより、ろう付後にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の時効析出により材料強度を向上させる。ただし、０．０５％未満では強度向上は望めず、０．２％以上の場合はろう付中にろう材側に拡散し、フラックスと反応して、ろう付性を阻害するので、その含有量を上記範囲に定める。なお、上記と同様の理由で望ましい下限は０．１％である。

（２）ろう材組成（質量％）
Ｓｉ：６〜１２％
Ａｌ−Ｓｉ系ろう材またはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系ろう材として、上記範囲のＳｉ含有が必要である。

Ｚｎ：０．２〜５．０％
Ｚｎはマトリックスに固溶して、ろう材の電位を卑にする効果がある。特に、本クラッド材がコンデンサの補強材として使用される場合、融雪剤の影響などにより腐食環境が厳しくなるので必要性が増す。また、板厚が薄い場合は、より耐食性が必要となるためＺｎの添加が必要となる。これらの理由から所望によりろう材にＺｎを含有させる。ただし、腐食環境が厳しいコンデンサなどで使用される場合、０．２％未満では耐食性が十分ではなく、一方、５％を超えるとろう材層の腐食が著しくなるので、その含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、望ましい下限は０．５％、望ましい上限は３％である。

クラッド材板厚：１．０〜３．５ｍｍ
熱交換器は、比較的小型のヒータコアから大型のラジエータまでさまざまである。ヒータコアなどの小型熱交換器では、軽量化のため１．０ｍｍの厚さでも良く、ラジエータやインタクーラなどの大型の熱交換器や内圧が高い熱交換器では厚肉の材料が必要とされる。そして、クラッド材板厚が１．０ｍｍよりも薄い場合は、補強材としての効果が得られず、一方３．５ｍｍより厚くしても補強材としての効果は大きくはならないので、クラッド材の板厚は上記範囲に定める。

クラッド率：５〜１５％
ろう材は他部材との接合のためと耐食性を保つために厚さが必要である。板厚が薄い場合は、ろう材として１０〜１５％のクラッド率が適当であり、一方、板厚が厚い場合は５〜１０％のクラッド率が適当となる。そして板厚が薄くクラッド率が５％よりも低い場合、接合のためのろう材が十分ではなく、芯材に対する犠牲材としてのろうの厚さも十分でない。一方、１５％よりもクラッド率が高い場合、芯材が薄くなるため強度が十分でなく、クラッド材の板厚が厚い場合はろう材が過多となり、ろうによる他部材の侵食が著しくなる。これらのため、ろう材のクラッド率を上記範囲に定める。

本発明の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、質量％で、Ｍｎ：１．２超〜１．８％、Ｓｉ：０．８超〜１．４％、Ｃｕ：０．４〜１．０％、Ｍｇ：０．０５〜０．２％未満を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成の芯材の片面に、Ｓｉ：６〜１２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のろう材又はＳｉ：６〜１２％、Ｚｎ：０．２〜５．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のろう材をクラッドした２層からなり、全体の板厚が１．０〜３．５ｍｍで、ろう材のクラッド率が５〜１５％であるので、ろう付性を損なうことなく高い強度を得ることができ、ろう付により組み立てられる熱交換器の補強材などとして好適に使用することができる。

本発明の組成となるように調整された芯材およびろう材を用意する。該芯材およびろう材は、常法により作製することができ、例えば、所定の成分を有するアルミニウム合金を溶製し、熱間圧延により所定厚のアルミニウム合金板とする。なお、製造過程においては、均質化処理、焼鈍などの適宜に熱処理を施すことも可能である。また、アルミニウム合金板は、連続鋳造により作製されるものであってもよい。

上記芯材とろう材とは、ろう材のクラッド率が５〜１５％となり、全体の板厚が１．０〜３．５ｍｍとなるようにクラッドされる。クラッドは、通常、クラッド圧延（熱間圧延および冷間圧延）により行なわれるが、本発明としてはこれに限定されるものではない。
得られたアルミニウム合金クラッド材は、必要に応じて適宜の形状に加工され、熱交換器を構成する他の部材と組み付けられて、ろう付に供される。図１に示す熱交換器１では、本発明のアルミニウム合金クラッド材は、サイドサポートとして補強材２に使用されており、他のチューブ３、フィン４、ヘッダープレート５などと組み付けて熱交換器１を構成する。なお、ろう付条件は、本発明としては特に限定されるものではない。例えば、部材のまま、もしくはラジエータコアとして組み立てた構造物にフッ化物系の非腐食性フラックスを塗布し、不活性ガス雰囲気中などでろう付熱処理を行なう。
得られた熱交換器１は、補強材２が良好にろう付されているとともに、該補強材によって高い強度を有している。

表１、２に示す組成に調整したアルミニウム合金を常法により芯材及びろう材として溶製し、ろう材用合金は熱間圧延により所定の厚さとし、該ろう材用合金と前記芯材用合金と組み合わせて熱間圧延によりクラッド材を作製した。各クラッド材は冷間圧延により表３に示すクラッド率で所定の厚さ（１．６ｍｍ）とし、３８０°×１２ｈの条件で熱処理を行ないＯ材とした。
得られた供試材について、ろう付後の強度およびろう付性について以下の条件で評価試験を行ない、評価結果を表３に示した。

［引張試験］
ろう付後の強度は、アルミニウム合金クラッド材を不活性ガス雰囲気中で６００℃で５分間加熱した材料についてＪＩＳＺ２２０１による引張試験を行った。

［ろう付性］
ろう材側のろう付性は、アルミニウム合金クラッド材から幅３０ｍｍ、長さ６０ｍｍの試料を切出し、ろう材側を上面とし、厚さ１．０ｍｍのＪＩＳ３００３合金板を幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍに切出し、アルミニウム合金クラッド材に垂直に組付ける逆Ｔ字型試験片により行なった。
芯材側のろう付性は、アルミニウム合金クラッド材から幅３０ｍｍ、長さ６０ｍｍの試料を切出し、芯材側を上面とし、ＪＩＳ３００３合金を芯材とし、その両面にＪＩＳ４３４３合金を５％の割合でクラッドした厚さ１．０ｍｍのブレージングシートを幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍに切出し、アルミニウム合金クラッド材に垂直に組付ける逆Ｔ字型試験片により行なった。

ろう付性の評価は、フィレットの形成が良好でろう切れがないものを◎、フィレットが少し小さいがろう切れのないものを○、フィレットが小さくろう切れが発生しているものを×として評価した。
下記表３に示すように、本発明の供試材は、高い引張強度を有するとともに、ろう材側、芯材側ともに優れたろう付性を有している。

以上、本発明について上記実施形態および実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらに記載された製造方法等の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において変更可能なものである。

本発明の一実施形態のクラッド材を用いた熱交換器を示す図である。

符号の説明

１熱交換器
２補強材
３チューブ
４フィン
５ヘッダープレート

Claims

質量％で、Ｍｎ：１．２超〜１．８％、Ｓｉ：０．８超〜１．４％、Ｃｕ：０．４〜１．０％、Ｍｇ：０．０５〜０．２％未満を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成の芯材の片面に、Ｓｉ：６〜１２％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のろう材又はＳｉ：６〜１２％、Ｚｎ：０．２〜５．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のろう材をクラッドした２層からなり、全体の板厚が１．０〜３．５ｍｍで、ろう材のクラッド率が５〜１５％であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。