JP2801192B2 - 熱交換器部材用アルミニウム合金およびアルミニウム合金合わせ材 - Google Patents

熱交換器部材用アルミニウム合金およびアルミニウム合金合わせ材

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JP2801192B2
JP2801192B2 JP62130771A JP13077187A JP2801192B2 JP 2801192 B2 JP2801192 B2 JP 2801192B2 JP 62130771 A JP62130771 A JP 62130771A JP 13077187 A JP13077187 A JP 13077187A JP 2801192 B2 JP2801192 B2 JP 2801192B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はろう付により製造される熱交換器部材用アル
ミニウム合金および該合金を芯材とした合わせ材に関す
るものであり、特に強度の優れたものである。 〔従来の技術〕 従来熱交換器、特に自動車用熱交換器であるラジエー
ター,ヒーター,オイルクーラーおよびエアコン用のエ
バポレータ,コンデンサ等の多くはAl合金製であり、所
望の形状に成形後組み付け,ろう付により接合されてい
る。これら熱交換器用の材料としては第1表に示すAl又
はAl合金がある。 これらのAl又はAl合金を単独で使用する場合としては
エアコン用熱交換器の押出多穴チューブ、積層タイプの
エバポレータやオイルクーラーのフィンあるいはオール
Alタイプのラジエーターの配管等があり、さらにこれら
のAl又はAl合金を合わせ材として使う場合は第2表に示
すようなアルミニウム合金ろう材を皮材とし第1表のAl
又はAl合金芯材の片面あるいは両面にクラッドしたブレ
ージングシートが用いられる。 上記ブレージングシートの使用例としてはエアコン用
熱交換器のファン材、積層タイプのエバポレータやオイ
ルクーラーのシート材及びラジエーターのチューブ,ヘ
ッダーあるいはタンク材等があり、さらにラジエーター
のチューブ,ヘッダー材では冷却水または冷却液の流れ
る部材内部の耐食性向上のために冷却水または冷却液と
接触するブレージングシートの面に芯材より電位の低い
犠牲陽極層を設けて貫通孔食の発生を防止している材料
も使用されている。 また家庭用や業務用エアコン等の熱交換器のフィン材
にもAl合金が使われている。 〔発明が解決しようとする課題〕 このような熱交換器においては最近軽量化,低コスト
化の目的から各構成部材の薄肉化の要求が高まってお
り、これを実現するためより高強度な材料が求められ種
々の合金開発が試みられている。しかし、熱交換器用部
材、特にろう付により製造される部材は約600℃に加熱
されるろう付時の強度及びろう付後の強度が共に高く、
かつろう付時にフラックスを使用する場合はフラックス
との反応がないことさらにろう付後においては耐食性を
も要求される等、種々の性能を全て合わせもつ必要があ
るためいまだ満足すべき材料が得られていない。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明はこれに鑑み種々検討した結果、ろう付性が良
好であり、かつろう付後の強度も優れた熱交換器部材用
アルミニウム合金及びアルミニウム合金合わせ材を開発
したものである。 即ち本発明アルミニウム合金の一つは、Mg0.01〜1wt
%,Si0.01〜1.5wt%,Fe0.01〜1.0wt%,Ni0.3wt%を越え
5wt%以下を含み、さらにMn0.01〜2wt%,Cr0.001〜0.5w
t%,Zr0.001〜0.5wt%,Hf0.001〜1.5wt%,Ti0.001〜0.5
wt%,B0.0001〜0.1wt%の群より1種もしくは2種以上
の元素を含み、残部Alと不可避的不純物からなることを
特徴とするものである。 また本発明アルミニウム合金の他の一つは、Mg0.01〜
1wt%,Si0.01〜1.5wt%,Fe0.01〜1.0wt%,Ni0.3wt%を
越え5wt%以下を含み、さらにMn0.01〜2wt%,Cr0.001〜
0.5wt%,Zr0.001〜0.5wt%,Hf0.001〜1.5wt%,Ti0.001
〜0.5wt%,B0.0001〜0.1wt%の群より1種もしくは2種
以上の元素を含み、さらにZn0.5〜5wt%,In0.005〜0.5w
t%,Sn0.005〜0.5wt%の群より1種もしくは2種以上の
元素を含み、残部Alと不可避的不純物からなることを特
徴とするものである。 また本発明アルミニウム合金合わせ材は、上記いずれ
かのアルミニウム合金を芯材とし、該芯材の片面または
両面にSi5wt%以上含むアルミニウム合金ろう材をクラ
ッドすることを特徴とするものである。 〔作 用〕 本発明においてAl合金の成分組成を上記の如く限定し
たのは以下の理由による。 Mgの添加はマトリックスに固溶すると共にSiと共にMg
2Siの微細な析出物を生成し強度の向上に寄与するもの
で、Mg含有量を0.01〜1wt%と限定したのは0.01wt%未
満では十分な強度が得られず、1wt%を超えるとろう付
性を著しく阻害し、甚だしい場合はろう付不能になるか
らであり、より望ましくは0.02〜0.6wt%の範囲が良好
であり、フラックスを使用するろう付の場合は0.02〜0.
3wt%の範囲での添加が望ましい。 Siの添加はMgと共にMg2Siの微細な析出物を生成し、M
nが添加される場合はさらにAl−Mn−Si系の微細な析出
物を生じ強度を向上させるもので、Si含有量を0.01〜1.
5wt%と限定したのは0.01wt%未満では十分な強度が得
られず1.5wt%を超えるとろう付加熱時に溶融する危険
性が高くなるからである。 Feの添加は材料の強度、特に高温強度を向上させるも
ので、Fe含有量を0.01〜1.0wt%と限定したのは0.01wt
%未満では十分な強度が得られず1.0wt%を超えると粗
大なAl−Fe−Si系またはAl−Fe−Ni系の金属間化合物を
生じて強度を低下させるからである。 Niの添加はAl3Niの微細な析出物を生じ、材料の常温
及び高温強度を向上させ、さらに耐食性や疲労強度をも
向上させるもので、Ni含有量を0.3wt%を越え5wt%以下
と限定したのは0.3wt%以下ではこれらの効果が十分で
はなく5wt%を超えると材料の延性を低下させるからで
ある。 さらにMn0.01〜2wt%,Cr0.001〜0.5wt%,Zr0.001〜0.
5wt%,Hf0.001〜1.5wt%,Ti0.001〜0.5wt%,B0.0001〜
0.1wt%の群より1種もしくは2種以上の元素を添加
し、又はさらにZn0.5〜5wt%,In0.005〜0.5wt%,Sn0.00
5〜0.5wt%の群より1種もしくは2種以上の元素を添加
するのは第1の群、即ちMn,Cr,Zr,Hf,TiおよびBはいず
れも微細かつ安定な晶出物や析出物を生じ材料の組織を
均一にする効果を有し、その結果材料の強度特に高温強
度及び延性の向上に寄与するものでそれぞれの含有量を
上記の如く限定したのはそれぞれ下限未満ではその効果
が十分ではなく、上限を超えると材料の製造において鋳
造時に粗大な金属間化合物を生じて材料の延性及び靭性
を低下させるからである。 なおこれら元素は単独で添加しても有効であるが複合
添加した場合により一層良好な効果を有する場合が多
い。しかしこれらの元素は組織を均一化すると共に組織
を微細化するため、このような合成をフィン材等に使用
する場合、その組織が微細になり過ぎるとろう付時にろ
う材と接触した部位でろう材中のSiが材料中に異常拡散
しその結果材料が座屈変形してしまう。従ってSiの拡散
が問題となる部材に本発明材を使用する場合はこれらの
元素の添加量は必要最小限に抑えるべきである。 また上記の第2の群、即ちZn,InおよびSnはいずれも
材料の電位を卑にする効果を有するため本発明材を犠牲
効果の必要な部位として使用する場合耐孔食性を向上さ
せるものでそれぞれの含有量を上記の如く限定したのは
下限未満ではその効果が十分ではなく、上限を超えると
この効果は飽和してしまい、さらに材料の延性を低下さ
せる恐れを有するからである。なおこれらの元素は単独
で添加しても2種以上を複合添加しても良い。 次に本発明に係るAl合金合わせ材は上記Al合金を芯材
とし、その片面または両面にSi5wt%以上含むろう材を
クラッドするものであるが、ろう材のSi含有量を5wt%
以上と限定したのは5wt%未満では液相線温度が高いた
めろう材が十分溶融せずろう付が困難となるからであ
る。このため通常のろう材は5〜15wt%のSiを含有する
ものが使用されており、さらにろう付性改善の目的でB
e,Bi,Mg等を微量添加するのも良い。なおろう材は芯材
の片面または両面に全肉厚の3〜30%、より好ましくは
5〜15%の範囲でクラッドするのが良い。またこのよう
な合わせ材は必要に応じて多層にクラッドする場合があ
るが、その場合に本発明合金と該ろう材とは互いに接し
ている必要はなくそれらの間に1層もしくは複数層の合
金層を介してクラッドしても良い。 なお上記の片面にろう材をクラッドしたAl合金合わせ
材の場合は、他の片面に芯材より50mV以上卑な電位を有
するAl合金をクラッドして用いることができる。このよ
うに該Al合金の電位を卑とするのは該Al合金が陰極防食
における犠牲層として作用し芯材を保護するためであ
り、その電位を50mV以上としたのはこれ未満では十分な
効果が得られないからである。なおこの犠牲層は全肉厚
の1〜20%、より好ましくは3〜20%の範囲でクラッド
するのが良い。またこのような合わせ材を多層にクラッ
ドする場合は本発明合金に係る芯材と該犠牲層とは直接
接している必要はなく、犠牲層が直接接している他の芯
材に対して50mV以上卑な電位を有していれば良い。 以上の本発明合金および合わせ材はフラックスろう
付,不活性雰囲気ろう付および真空ろう付等いかなるろ
う付工法用材料としても使用できる。さらにこれら合金
および合わせ材は常法により製造することができる。 〔実施例〕 次に本発明を実施例により説明する。 実施例(1) 第3表に示す組成のAl合金を溶解後、連続鋳造し該鋳
塊を熱間圧延した後冷間圧延と焼鈍を施して厚さ1mmの
板材を製造した。該板材より引張り試験片を加工し、ろ
う付を想定した条件として610℃の温度で5分間加熱し
その後引張り試験を行いその結果を第3表に併記した。
さらにろう付性の試験として第1図に示すように上記板
材の表面にブレージングシートとして第2表に示すBA12
PCを突き当てた逆T継手試験片を用い前処理後フルオロ
アルミン酸カリウム塩からなるフラックスの5%懸濁液
を塗布し乾燥後N2ガス雰囲気中でろう付加熱をして突き
当て部にフィレットを形成させ、その結果を良好なフィ
レットが形成されたものには○印、フィレットが形成さ
れないものあるいは不均一なフィレットのものには×印
として第3表に併記した。また従来合金としてJIS3003,
JIS3004及びJIS6061について同様な試験を行ないその結
果を第3表に併記した。 第3表から明らかなように本発明合金はいずれもろう
付性は良好で、かつ引張強さは16.2kgf/mm2以上あり従
来合金に比べ同等あるいはそれ以上の強度を有している
のが判る。これに対してMg含有量が1wt%を超える比較
合金No.8はろう付性が悪く、またMgを含有しない比較合
金No.7及びNiを含有しない比較合金No.9,No.10はいずれ
も引張強さが劣っていることが判る。 実施例(2) 第3表に示す本発明合金No.3の鋳塊を用いて板材を
得、該板材を芯材とし第4表に示すような構成でその片
面に第1表に示すJIS4045合金板材をろう材として全板
厚の10%の厚さでクラッドし、かつ他面にJIS7072合金
を犠牲層の皮材として全板厚の10%の厚さでクラッドし
た厚さ1.0mmの合わせ材を常法により製造した。該合わ
せ材から32mm×200mmの板を切り出した後JIS5号引張り
試験片に加工し、引張り試験を行ないその結果を第4表
に示した。また上記合わせ材から50mm×100mmの板を切
り出した後、JIS4045合金面をシールし、JIS7072合金面
からの耐食性を評価するために500時間のCASS試験を実
施して孔食深さを測定し、その結果を第4表に示した。
さらに第2図に示すように上記合わせ材を第1表に示す
JIS1050合金板材の表面に突き当てた逆T継手試験片を
用い前処理後フルオロアルミン酸カリウム塩からなるフ
ラックスの懸濁液を塗布し乾燥後N2ガス雰囲気中で600
℃で5分間ろう付加熱を行ないフィレットの形状にてろ
う付性を評価しその結果を第4表に示した。また比較の
ため従来合金であるJIS3003合金を芯材とし片面にJIS40
45合金をろう材として全板厚の10%の厚さでクラッド
し、他面にJIS7072合金を犠牲層の皮材として全板層の1
0%の厚さでクラッドした厚さ1.0mmの合わせ材を常法に
より製造し、上記と同様な試験を行ないそれらの結果を
第4表に併記した。 なお第4表中の電位は上記合わせ材の芯材とJIS7072
合金皮材について飽和カロメル電極を基準として5%Na
Cl水溶液中で25℃の条件にて測定した値を示す。 第4表から明らかなように本発明合わせ材は比較材に
比べて特に強度において優れ、かつ耐食性も勝っている
ことが判る。 〔発明の効果〕 このように本発明によれば高い強度と優れたろう付性
と耐食性を有するAl合金およびAl合金合わせ材を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明合金のろう付性試験を示す側面図、第2
図は本発明合わせ材のろう付性試験を示す側面図であ
る。 1……JIS BA12PCブレージングシート 2……本発明合金 3……本発明合わせ材 4……JIS1050合金板材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−85837(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 21/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.Mg0.01〜1wt%,Si0.01〜1.5wt%,Fe0.01〜1.0wt%,
    Ni0.3wt%を越え5wt%以下を含み、さらにMn0.01〜2wt
    %,Cr0.001〜0.5wt%,Zr0.001〜0.5wt%,Hf0.001〜1.5w
    t%,Ti0.001〜0.5wt%,B0.0001〜0.1wt%の群より1種
    もしくは2種以上の元素を含み、残部Alと不可避的不純
    物からなることを特徴とする熱交換器部材用アルミニウ
    ム合金。 2.Mg0.01〜1wt%,Si0.01〜1.5wt%,Fe0.01〜1.0wt%,
    Ni0.3wt%を越え5wt%以下を含み、さらにMn0.01〜2wt
    %,Cr0.001〜0.5wt%,Zr0.001〜0.5wt%,Hf0.001〜1.5w
    t%,Ti0.001〜0.5wt%,B0.0001〜0.1wt%の群より1種
    もしくは2種以上の元素を含み、残部Alと不可避的不純
    物からなるアルミニウム合金を芯材とし、該芯材の片面
    または両面にSi5wt%以上含むアルミニウム合金ろう材
    をクラッドすることを特徴とする熱交換器部材用アルミ
    ニウム合金合わせ材。 3.Mg0.01〜1wt%,Si0.01〜1.5wt%,Fe0.01〜1.0wt%,
    Ni0.3wt%を越え5wt%以下を含み、さらにMn0.01〜2wt
    %,Cr0.001〜0.5wt%,Zr0.001〜0.5wt%,Hf0.001〜1.5w
    t%,Ti0.001〜0.5wt%,B0.0001〜0.1wt%の群より1種
    もしくは2種以上の元素を含み、さらにZn0.5〜5wt%,I
    n0.005〜0.5wt%,Sn0.005〜0.5wt%の群より1種もしく
    は2種以上の元素を含み、残部Alと不可避的不純物から
    なることを特徴とする熱交換器部材用アルミニウム合
    金。 4.Mg0.01〜1wt%,Si0.01〜1.5wt%,Fe0.01〜1.0wt%,
    Ni0.3wt%を越え5wt%以下を含み、さらにMn0.01〜2wt
    %,Cr0.001〜0.5wt%,Zr0.001〜0.5wt%,Hf0.001〜1.5w
    t%,Ti0.001〜0.5wt%,B0.0001〜0.1wt%の群より1種
    もしくは2種以上の元素を含み、さらにZn0.5〜5wt%,I
    n0.005〜0.5wt%,Sn0.005〜0.5wt%の群より1種もしく
    は2種以上の元素を含み、残部Alと不可避的不純物から
    なるアルミニウム合金を芯材とし、該芯材の片面または
    両面にSi5wt%以上含むアルミニウム合金ろう材をクラ
    ッドすることを特徴とする熱交換器部材用アルミニウム
    合金合わせ材。
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JPS5823560B2 (ja) * 1979-01-16 1983-05-16 住友軽金属工業株式会社 アルミニウム合金製熱交換器のコア
JPS5985837A (ja) * 1982-11-08 1984-05-17 Mitsubishi Alum Co Ltd 耐垂下性にすぐれた熱交換器フイン材
JPS59205445A (ja) * 1983-05-02 1984-11-21 Furukawa Alum Co Ltd 熱交換器用アルミニウム合金クラツド材

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