JP3494591B2 - 耐食性が良好な真空ろう付け用アルミニウム合金ブレージングシート及びこれを使用した熱交換器 - Google Patents

耐食性が良好な真空ろう付け用アルミニウム合金ブレージングシート及びこれを使用した熱交換器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カーエアコンのエ
バポレータ、インタークーラーなどの熱交換器に使用さ
れる耐食性が良好な真空ろう付け用アルミニウム合金ブ
レージングシート及びこれを使用した熱交換器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金製熱交換器は、オイル
クーラー、インタークーラー、ヒーター、カーエアコン
のエバポレータ、コンデンサー等の自動車用熱交換器、
油圧機器や産業機械のオイルクーラー等に使用されてい
る。その構成にも種々の改良が行われ、例えば、エバポ
レータやコンデンサーにおいては、コルゲート加工され
たブレージングシートフィン材とサーペンタイン加工さ
れた多孔押出偏平管とをろう付け接合してなるコルゲー
トフィン型の熱交換器が一時主流となっていたが、両面
にろう材をクラッドブレージングシートをプレス成形し
てなるコアプレートを重ね、重ねたコアプレート間に流
体通路が形成し、更にコルゲート加工したアルミニウム
合金のフィン材を積層して、ろう付け接合してなり、熱
交換性能を改善したドロンカップ型熱交換器が、特にエ
バポレータとして普及している。
【0003】ドロンカップ型熱交換器においては、コア
プレートとして、芯材がJIS3003合金、3005
合金等のMnを主成分を含有するAl−Mn系、Al−
Mn−Cu系、Al−Mn−Mg系、Al−Mn−Cu
−Mg系等のアルミニウム合金からなり、芯材の片面又
は両面にAl−Si−Mg系のろう材をクラッドしたブ
レージングシートを使用し、フィン材としては、Al−
Mn系、Al−Mn−Cu系、Al−Mn−Mg系、A
l−Mn−Zn系等のアルミニウム合金が適用される。
コアプレートとフィン材との接合は、一般的には真空ろ
う付けにより行われている。
【0004】しかしながら、上記ブレージングシートに
おいては、主成分としてMnを含有する芯材の耐孔食性
が必ずしも十分でなく、冷媒用流体通路用に適用した場
合、外側(空気側)からの孔食による貫通漏洩事故が発
生することが少なくない。その対策として、例えば、A
l−Mn−Zn系合金、Al−Mn−Sn系合金等の流
体通路材より電位の卑なフィン材を使用し、このフィン
材の犠牲陽極効果により流体通路材を防食することが提
案されているが、特にエバポレータの場合、冷媒が熱交
換器内で蒸発して外気から熱を奪い際、熱交換器表面の
温度が低下して、外気中に含まれる水分が結露してフィ
ンに付着すると、この結露水はあまり不純物を含まない
ため、導電率が極めて低く、フィンの犠牲陽極効果によ
って発生する防食電流はフィン接合部近傍にしか届か
ず、フィン接合部から少しでも離れると犠牲陽極効果が
及ばなくなり、また、軽油やガソリン等の自動車燃料の
排気ガスや工場から排出されるSO4 2-、NO3 - 等が
結露水中に混入すると、孔食の中に濃縮し、腐食の進行
が著しく促進されるため、コアプレートの貫通腐食が発
生し、冷媒の漏れが生じ易くなるという難点がある。
【0005】この難点を解決するために、芯材とろう材
との間に芯材より20〜100mV卑な電位を有するア
ルミニウム合金の中間層材を配設する4層クラッド材
(特開昭60−251243号公報)が提案されている
が、この4層クラッド材においても、耐孔食性の向上は
期待できるものの、ろう付け後の強度が低く、熱交換器
としての耐圧性の確保が困難となる。更に、熱間圧延時
の各層の接合が不完全となり易い。また、各層の強度や
伸びが不均一であるため、4層クラッド材に反りが生じ
易く、更に、クラッド率にバラツキが生じる等製作上の
問題もある。また、ドロンカップ型熱交換器用のコアプ
レート材として、芯材を構成するAl−Mn系合金にT
i及びCu、Mg、Siを添加して、板厚方向に周期的
なTi濃度差を示す組織を形成させ、耐孔食性を向上さ
せる試みもなされている。この材料は、海塩粒子が多く
飛来する地域においては良好な耐食性を示すものの、排
気ガスの多い地域では十分な耐孔食性の改善が期待出来
ない。
【0006】上記コアプレート材のろう材にZnを添加
して、Znの犠牲陽極効果による防食効果を期待する方
法も試みられているが、Znは犠牲陽極として有効であ
るものの、真空ろう付けを行った場合、ろう付け温度に
おけるZnの蒸気圧がろう付け炉内の真空度よりも高い
ため、ろう付け過程でZnがほとんど蒸発して上記コア
プレート材中に残らず、犠牲陽極効果が発揮されないと
いう問題点がある。加えて、ろう付け後のエバポレータ
にZnメッキを行い、その後Zn拡散のために熱処理を
行う方法もあるが、処理工程が多くなりコスト高とな
る。また、クラッド圧延において、芯材とろう材との間
に中間層材を配する場合、中間層材と芯材とに強度や伸
びに差があると、熱間圧延時にクラッド材に反りが生じ
たり、各層の接合が不十分となり易く、また、クラッド
厚さにバラツキを生じる等の問題もある。反りの問題は
圧延速度を低くすることで多少は軽減されるが、生産効
率が低下し、量産には不適当である。
【0007】更に、芯材への溶融ろうの浸透について、
例えば、ドロンカップ型熱交換器では、そのコアプレー
ト材として焼鈍材(O材)を使用し、プレス成形後互い
にろう付け接合することにより流体通路を形成するが、
プレス成形により導入された歪みは、その後のろう付け
過程で再結晶し消失する。しかしながら、Al−Mn系
合金の場合、再結晶温度が高くなるため、加えられた歪
みが少ないと、ろうが溶融する温度でも完全に歪みが消
失せず、歪みが回復して形成されるサブグレインが残存
したままの状態となる。サブグレイン粒界では拡散が容
易に起こるため、ろうSiが多量に芯材中に拡散し、接
合に必要なろうが不足して、ろう切れが生じる。ろうが
浸透した部分では耐食性が劣り、強度も低下する。この
問題を解決するため、芯材の均質化処理を高温で行った
り、最終焼鈍を高温・長時間行う方法も提案されている
が十分ではない。
【0008】本発明者らは、アルミニウム合金製熱交換
器の流体通路材における上記従来の問題点を解消する芯
材/中間層材/両面のろう材から構成される4層クラッ
ドの真空ろう付け用アルミニウム合金ブレージングシー
トを得るため、優れた耐食性を付与し、且つクラッド材
製作上の問題を解消できる中間層材の組成、芯材の性状
について種々の観点から実験、検討を行った結果、1)中
間層材のFe量を規制した場合、2)中間層材にZnを添
加した場合、3)中間層材にIn、Snを添加した場合、
及び4)芯材に一定範囲内の歪みを残存させた場合、以下
の現象が生じることを知見した。
【0009】すなわち、1)ろう付け加熱過程において、
ブレージングシート両面に接合されたろう材Siが中間
層材及び芯材へ拡散する。特に、結晶粒界中でのSiの
拡散速度は速く、その部分でSiの浸透が優先的に起こ
る。その結果、中間層材結晶粒界近傍の融点は低下し、
局部溶解が発生し、固溶Si量が増加し、更に、芯材中
のCuが固相/固相間の拡散より多い量で中間層材へ拡
散するため、中間層材の犠牲防食効果は低下し、早期に
貫通する。しかし、中間層材のFe、Si量を規制する
ことにより、ろう付け加熱後の中間層材は粗大粒とな
り、Siの拡散サイトである一断面当たりの結晶粒界線
長が減少し、犠牲防食能力の高い中間層材が広範囲で確
保可能となり、貫通寿命は著しく向上する。
【0010】2)中間層材にZnを添加した場合、4層ク
ラッド材の表面に近い部分ではZnがろう材側に拡散
し、ろう付け時に蒸発するが、表面から遠い芯材側の部
分では蒸発することなく残存し、芯材中にもZnが拡散
するために、Zn濃度は中間層材と芯材との界面近傍が
ピークとなり、ろう材側にも芯材側にもZn濃度が低く
なるような分布となる。そのため、4層クラッド材の電
位分布は中間層材と芯材との界面付近が最も卑となり、
芯材の内部に向かって次第に貴となるから、中間層材の
無い側(ろう材側)の芯材に対して、中間層材及び中間
層材側芯材が犠牲陽極となって、貫通腐食の発生が抑制
される。ろう材中にIn、Snを添加した場合、ろう材
も犠牲陽極となるため、耐食性は更に向上する。
【0011】3)中間層材にIn、Snを添加した場合、
4層クラッド材の表面に近い部分ではIn、Snがろう
材側に拡散するが、芯材中へのIn、Snの拡散はわず
かである。また、ろう材側に拡散したIn、Snは蒸発
せず残存する。従ってIn、Snの濃度は、中間層材の
ほぼ全域で均一な分布となり、中間層材及び中間層材側
ろう材が犠牲陽極となって、貫通腐食の発生が抑制され
る。ろう材中にIn、Snを添加した場合、ろう材の犠
牲陽極作用は更に顕著となる。
【0012】4)ろう付け性(耐エロージョン性)向上に
は芯材の析出物粒子の制御が重要である。同時に、芯材
加工歪みを残存させ、ろう付け加熱中に下部組織の残存
しない状態に再結晶させることも有益な手法と考えられ
る。しかし、芯材に加工歪みを残存させた場合、残存歪
み量が多いとプレス成形時に割れが発生し、残存歪みが
少ないとろう付け加熱中にエロージョンが発生しろう付
け性が低下し、プレス成形性の確保とエロージョン抑制
との両立は困難であった。本発明者らは、4層構造と
し、中間層材を軟質状態にし、更に、芯材の軟質状態に
おけるマイクロビッカース硬度に対する素材状態の芯材
のマイクロビッカース硬度比を規制することにより、プ
レス成形性の確保とエロージョン抑制との両立を可能に
する芯材残存歪み量を定量化及び領域規制することが可
能となることを見い出した。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の知見
に基づいてなされたものであり、その目的は、耐食性、
クラッド圧延性及び成形性に優れた真空ろう付け用アル
ミニウム合金ブレージングシート及びこれを使用した熱
交換器を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、本発明の請求項1による耐食性が良好な真空ろう
付け用アルミニウム合金ブレージングシートは、材料構
成が外気側から外ろう材/中間層材/芯材/内ろう材の
4層構造をなし、前記芯材は、Mn:0.5〜1.6%
(mass%、以下同じ)、Cu:0.10〜0.50
%、Mg:0.05〜0.50%、Ti:0.06〜
0.30%を含有し、不純物としてのFeが0.5%以
下、Siが0.5%以下、Znが0.1%以下で、残部
Al及び及び不可避的不純物からなり、前記中間層材
は、Mg:0.2〜1.5%を含有し、更に、Zn:
0.5〜4%、In:0.005〜0.2%、Sn:
0.01〜0.2%のうち少なくとも1種以上を含有
し、不純物としてのSiが0.3%以下、Feが0.0
1〜0.19%、Cuが0.05%以下、Mnが0.0
5%以下、Tiが0.3%以下で、残部Al及び及び不
可避的不純物からなり、且つ厚さが50μm以上で前記
芯材の厚さと同等以下(中間層材厚さ/芯材厚さ≦
1)、平均結晶粒径が110μm以上であり、前記外ろ
う材は、In:0.005〜0.2%、Sn:0.01
〜02%のうちの1種以上を含有するAl−Si−Mg
系合金からなり、内ろう材はAl−Si−Mg系合金か
らなることを特徴とする。
【0015】請求項2によるアルミニウム合金ブレージ
ングシートは、請求項1のアルミニウム合金ブレージン
グシートにおいて、600℃の温度に3分間保持する
う付け加熱後の前記中間層材の平均結晶粒径が146μ
m以上であることを特徴とする。
【0016】請求項3によるアルミニウム合金ブレージ
ングシートは、請求項1または2において、更にZnを
添加してなる前記中間層材において、ろう付け加熱後の
前記中間層材と芯材との界面のZn濃度を0.1〜2.
0%とし、前記芯材の板厚の中心から前記芯材と前記
ろう材との界面までにおける前記芯材中のZn濃度を
0.3%以下としたことを特徴とし、請求項4によるア
ルミニウム合金ブレージングシートは、請求項1〜3の
いずれかにおいて、前記芯材の硬度が、その軟質状態に
対する比率で1.15〜1.75であることを特徴とす
る。また、本発明の請求項5による熱交換器は、上記請
求項1〜記載の耐食性が良好な真空ろう付け用アルミ
ニウム合金ブレージングシートを使用して真空ろう付け
してなり、全部位の中間層材の平均結晶粒径が146μ
m以上であり、又は全部位の中間層材の平均結晶粒径が
146μm以上で且つ請求項3を満足することを特徴と
する。
【0017】
【発明の実施の形態】図1に示すように、本発明の耐食
性が良好な真空ろう付け用アルミニウム合金ブレージン
グシート(以下、ブレージングシートという)1は、芯
材2の一面に中間層材3をクラッドし、他面に内ろう材
4をクラッドして、更に中間層材3に外ろう材5をクラ
ッドし4層構造としたものを基本構成とする。この4層
構造のブレージングシートにおいて、外ろう、内ろうは
熱交換器を組立てる場合に接合し易くするためであり、
中間層材は芯材の防食のためである。ブレージングシー
ト1における合金成分の意義及びその限定理由並びにそ
の他の限定理由について説明する。
【0018】(1)芯材の成分 芯材中のSiは、基本的に不純物元素扱いであるが、添
加によりAlMnSi化合物を構成し、強度向上に寄与
する。Siの好ましい含有範囲は、0.5%以下であ
り、0.5%を越えるとろう付け時にろうの浸透が発生
し易くろう付け性が低下し、0%に限りなく近づいた高
純度のAl地金はコスト高となり実用的でなくなる。S
iのより好ましい含有範囲は、0.01〜0.5%であ
る。
【0019】芯材中のFeはSiと同様に基本的に不純
物元素扱いである。Feの好ましい含有範囲は、0.5
%以下であり、0.5%を越えると芯材結晶粒が微細に
なり過ぎ芯材の耐エロージョン性が低下し、0%に限り
なく近づいた高純度のAl地金は、上記と同様にコスト
高となり実用的でなくなる。Feのより好ましい含有範
囲は0.01〜0.5%である。
【0020】Cuは強度及び耐食性向上のために機能す
る。Cuの好ましい含有範囲は、0.10〜0.50%
であり、0.10%未満ではろうより芯材の電位が貴に
ならず、耐食性が低下し、0.50%を越えるとろう付
け時の耐エロージョン性やプレス成形性が低下する。C
uの更に好ましい含有量は0.1〜0.4%の範囲であ
る。
【0021】Mnは強度向上のために添加する。Mnの
好ましい含有範囲は、0.5〜1.6%であり、0.5
%未満では強度が不足し、1.6%を越えると鋳造時に
巨大晶出物を生成し圧延加工性を阻害する。
【0022】Mgは強度向上のために機能する。Mgの
好ましい含有範囲は、0.05〜0.50%であり、
0.05%未満では強度が不足し、0.50%を越える
と芯材に粒界腐食が発生し耐食性が低下する。Mgのよ
り好ましい含有範囲は0.1%〜0.3%である。
【0023】Tiは耐食性向上のために添加する。Ti
の好ましい含有範囲は、0.06〜0.30%であり、
0.06%未満ではその効果は少なく、0.30%を越
えると鋳造時に巨大晶出物を生成し圧延加工性を阻害す
る。Tiのより好ましい含有範囲は、0.1〜0.25
%である。
【0024】芯材中のZnはSiと同様に基本的に不純
物元素扱いである。Znの好ましい含有範囲は、0.1
%以下であり、0.1%を越えると芯材の電位が卑とな
り中間層材との電位差が小さくなり、中間層材の犠牲防
食効果が顕著でなくなり、ブレージングシートの耐食性
が低下する。
【0025】(2)中間層材の成分 中間層材中のSiは基本的に不純物元素扱いである。S
iの好ましい含有範囲は、0.3%以下であり、0.3
%を越えるとろう付け時にろうの浸透が発生し易くろう
付け性が低下し、0%に限りなく近づいた高純度のAl
地金はコスト高となり実用的でなくなる。Siのより好
ましい含有範囲は、0.01〜0.3%である。
【0026】中間層材中のFeはSiと同様に基本的に
不純物元素扱いであるが、耐食性向上のために規制す
る。Feの好ましい含有範囲は、0.01〜0.19%
であり、0.19%を越えるとろう付け加熱後の中間層
材結晶粒径が微細になり過ぎ、中間層材粒界にろうから
のSiが浸透し、中間層材の犠牲防食能力が低下し耐食
性が低下する。また、Feの含有量が、0%に限りなく
近づいた高純度のAl地金はコスト高となり実用的でな
くなる。
【0027】Mgは強度向上のために機能する。Mgの
好ましい含有範囲は、0.2〜1.5%であり、0.2
%未満では強度が不足し、1.5%を越えるとろう付け
時に中間層材粒界が溶融し、ろう付け性が低下する。
【0028】Znは耐食性向上のために添加する。Zn
の好ましい含有範囲は、0.5〜4.0%であり、0.
5%未満では犠牲陽極電位を卑にする効果が少なく耐食
性を得れず、4.0%を越えるとろう付け時に中間層材
粒界が溶融しろう付け性が低下する。Znのより好まし
い含有範囲は0.5〜3.0%であり、更により好まし
くは0.5〜2.5%である。
【0029】Inは耐食性向上のために添加する。In
の好ましい含有範囲は、0.005〜0.2%であり、
0.005%未満では電位を卑にする効果が少なく耐食
性を得れず、0.2%を越えるとろう付け時に中間層材
粒界が溶融しろう付け性が低下する。Inのより好まし
い含有範囲は0.01〜0.05%である。
【0030】Snは耐食性向上のために添加する。Sn
の好ましい含有範囲は、0.01〜0.2%であり、
0.01%未満では電位を卑にする効果が少なく耐食性
が得られず、0.2%を越えるとろう付け時に中間層材
粒界が溶融しろう付け性が低下する。Snのより好まし
い含有範囲は0.01〜0.05%である。
【0031】中間層材中のCuは基本的に不純物元素扱
いである。Cuの好ましい含有範囲は、0.05%以下
であり、0.05%を越える中間層材の電位が貴とな
り、中間層材と芯材との電位差がなくなり、中間層材に
よる犠牲防食効果が低下し、耐食性が低下する。
【0032】中間層材中のMnは基本的に不純物元素扱
いである。Mnの好ましい含有範囲は、0.05%以下
であり、0.05%を越えるとろう付け加熱中での再結
晶温度が上昇し、ろう付け加熱中にエロージョンを発生
し、ろう付け性が低下する。
【0033】中間層材中のTiは基本的に不純物元素扱
いである。Tiの好ましい含有範囲は、0.3%以下で
あり、0.3%を越えると鋳造時に巨大晶出物が生成
し、圧延加工性を阻害する。
【0034】素材としての中間層材の粒径はろう付け性
確保のために規制する。中間層材の粒径の好ましい範囲
は、110μm以上であり、110μm未満では中間層
材粒界にろうが浸透し、ろう付け性が低下し易い。
【0035】(3)ろう材の成分 ろう材としては、基本的にSi:6〜13%、Mg:
0.5〜3.0%を含むAl−Si−Mg系アルミニウ
ム合金が使用され、更にろう付け性の改善のために、B
i:0.2%以下、Be:0.2%以下のうち1種以上
含有させたものも使用される。更に、上記ろう材の成分
にIn、Snを添加し外ろう材(中間層材側ろう材)と
する。
【0036】Inは耐食性向上のために機能する。In
の好ましい含有範囲は、0.005〜0.2%であり、
0.005%未満では添加の効果が少なく耐食性が得ら
れず、0.2%を越えると偏析したInが圧延時に局部
溶解し、圧延加工性が低下する。Inのより好ましい含
有範囲は0.01〜0.05%である。Snも耐食性向
上のために機能する。Snの好ましい含有範囲は、0.
01〜0.2%であり、0.01%未満では添加の効果
が少なく耐食性が得られず、0.2%を越えると偏析し
たSnが圧延時に局部溶解し、圧延加工性が低下する。
Snのより好ましい含有範囲は0.01〜0.05%で
ある。
【0037】(4)中間層材厚さ 中間層材厚さは耐食性確保のために規定する。中間層材
厚さの好ましい範囲は、50μm以上芯材厚さ以下であ
り、50μm未満では耐食性が低下し、芯材厚さを越え
ると(中間層材厚さ/芯材厚さ>1)クラッド圧延の安
定性が低下する。
【0038】(5)芯材のマイクロビッカース硬度比 芯材のマイクロビッカース硬度比は、芯材のエロージョ
ンを抑制するためと良好な成形性とを得るために規定す
る。この硬度比の好ましい範囲は、1.15〜1.75
であり、1.15未満では耐エロージョンが低下しろう
付け性が低下し、1.75を越えるとプレス成形時に割
れが生じる。
【0039】(6)熱交換器(温度600℃、保持時間
3分のろう付け加熱後)における中間層材平均結晶粒径 中間層材の平均結晶粒径は耐食性確保のために規定す
る。平均結晶粒径の好ましい範囲は146μm以上であ
り、146μm未満では耐食性が低下する。
【0040】(7)芯材/中間層材界面Zn濃度(中間
層材にZnを添加する場合) この界面Zn濃度は耐食性確保のために規定し、界面Z
n濃度の好ましい範囲は、0.1〜2.0%であり、
0.1%未満ではZnの添加効果が認められず、2.0
%を越えると、中間層材の消耗が早く中間層材の犠牲防
食効果の認められる期間が短くなり、耐食性が低下す
る。
【0041】(8)芯材に拡散したZn濃度(中間層材
にZnを添加する場合) この拡散Zn濃度、すなわち、芯材中心から芯材側
う材界面までにおける芯材の平均Zn濃度は、耐食性確
保のために規定される。この平均Zn濃度の好ましい範
囲は0.3%以下であり、0.3%を越えると芯材中心
から芯材側ろう材界面までにおける芯材が卑になり、耐
食性が低下する。
【0042】本発明のブレージングシートは、以下のよ
うにして製造される。すなわち、芯材、中間層材、ろう
材を構成するアルミニウム合金を、例えば、半連続鋳造
によりそれぞれ造塊し、均質化処理する。その後中間層
材及びろう材をそれぞれ所定厚さまで熱間圧延し、つい
で、これらと芯材用アルミニウム合金の鋳塊とを組み合
わせて、常法に従って、熱間圧延によりその構成が外ろ
う材/中間層材/芯材/内ろう材の4層クラッド材とな
るようにし、その後冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延によ
り最終的に所定厚さとする。
【0043】このブレージングシート1は、例えば、ド
ロンカップ型熱交換器等ののコアプレート10にプレス
され(図2参照)、プレスされたコアプレート10を中
間層材3が外側になるように重ね合わされ、更にコアプ
レート10の外側の中間層材3側にアルミニウム合金の
フィン(不図示)が組み合わせられ、ろう付け炉にて真
空ろう付けが行われ、エバポレータ等のドロンカップ型
熱交換器のろう付け成形品11に製作される(図3参
照)。
【0044】
【実施例】実施例1〜2、4、6、15〜16、18〜
19、22〜24、26〜28、42〜46、48〜4
9、56〜58、60〜62、64〜66、68〜7
0、72〜74、76〜78、80〜82 連続鋳造により、表1に示す芯材用アルミニウム合金
(実施例材料No.1〜6に示す組成)、表2に示す中
間層材用アルミニウム合金(実施例材料No.22〜2
3、25〜26、29〜36に示す組成)及び主成分を
JIS4104合金の組成を基本とした表4に示すろう
材用アルミニウム合金(実施例材料No.52〜58
示す組成)をそれぞれ造塊し、これらをそれぞれ均質化
処理した後面削した。中間層材、ろう材については熱間
圧延して所定の厚さとした。
【0045】次に、表1の各芯材、表2の各中間層材及
び表4の各ろう材を、表5の実施例1〜2、4、6、表
7の実施例15〜16、18〜19、22〜24、26
〜28及び表11の実施例42〜46、48〜49に示
す各材料の組み合わせにして、ろう材/芯材/中間層材
/ろう材となるように重ね合わせ、更に、表13の実施
56〜58、60〜62、64〜66、68〜70
び表15の実施例72〜74、76〜78、80〜82
に示す中間層材と芯材とのクラッド比(中間層比)も変
えた各材料の組み合わせとして、ろう材/芯材/中間層
材/ろう材となるように重ね合わせ、480℃の温度で
熱間クラッド圧延を行い、厚さ3mmの各クラッド材
(ブレージングシート)を得た。更に、冷間圧延後35
0〜450℃の範囲で最終焼鈍処理を行って、厚さ0.
5mmの各ブレージングシートとした。この時のろう材
厚さは、芯材側、中間層材側とも0.08mm(80μ
m)一定とした。
【0046】得られた各ブレージングシートから円環板
を切り出し、この円環板を、図2に示すように、中間層
材3側が凸となるようにプレス成形し、得られたカップ
状のコアプレート(プレス成形品)10を、図3に示す
ように、交互に積層して真空度5×10-5Torrの以下、
温度600℃、保持時間3分の条件で真空ろう付けを行
い、ろう付け成形品11とした。なお、図4にろう付け
成形品11のろう付け部12を示す。
【0047】性能評価は以下の方法に従って行った。 (1)圧延及び熱延の可否 表1の実施例材料No.1〜6に示す芯材、表2の実施
例材料No.22〜23、25〜26、29〜36に示
す中間層材、表4の実施例材料No.52〜58に示す
ろう材については、これらを作製する過程で圧延可は
○、圧延不可は×にて評価する。表5の実施例1〜2、
4、6、表7の実施例15〜16、18〜19、22〜
24、26〜28、表11の実施例42〜46、48〜
49、表13の実施例56〜58、60〜62、64〜
66、68〜70及び表15の実施例72〜74、76
〜78、80〜82の各ブレージングシートについて
も、上記と同様に、これらを作製する過程で熱間圧延可
は○、熱間圧延不可は×にて評価する。
【0048】(2)製造安定性 上記各ブレージングシートについて、安定して量産可能
は○、クラッド率のばらつき大で安定した量産が不可能
なものは×にて評価する。 (3)中間層材の厚さ及びその比 上記各ブレージングシートについて、中間層材厚さ≧5
0μm且つ中間層材厚さ/芯材厚さ≦1で合格とした。
【0049】(4)中間層材粒径(素材) 上記各ブレージングシートについて、ろう付け前の中間
層材について偏光組織調査により結晶粒径を測定し、そ
の粒径が110μm未満で不合格とした。 (5)中間層材粒径(温度600℃、保持時間3分の
B後) 上記各ブレージングシートについて、プレス成形を行う
前のものを真空ろう付け加熱し、その状態の中間層材に
ついて偏光組織調査により結晶粒径を測定し、その粒径
が146μm未満で不合格とした。
【0050】(6)硬度比 上記各ブレージングシートについて、(素材状態の芯材
のマイクロビッカース硬度)/(芯材の軟質状態のマイ
クロビッカース硬度)の比が、1.00より高く1.1
5より低いものは不合格、1.75より高いものは不合
格とした。 (7)プレス可否 上記各ブレージングシートについて、プレス成形時に割
れが発生しない場合は○、発生した場合は×とした。
【0051】(8)ろう付け性 上記各ブレージングシートのろう付け加工品について、
断面組織の顕微鏡観察を行い、ろうの浸食状態を調べ、
芯材最大エロージョン深さが50μm未満は◎、50〜
100μmは○、100μmを越える場合は×とした。 (9)VB後引張強度 上記各ブレージングシートについて、ろう付け加工後の
引張強さが110MPa 以下で不合格とした。
【0052】(10)芯材/中間層材における界面Zn
濃度 上記各ブレージングシートについて、芯材界面の界面Z
n濃度が0.5〜2.0%で合格とした。 (11)芯材の平均Zn濃度 上記各ブレージングシートについて、芯材をその板厚方
向のEPMA線分析によるZn分布状況調査を行い平均
Zn濃度を測定し、平均Zn濃度が0.3%以下で合格
とした。
【0053】(12)耐食性 上記各ろう付け成形品について、実環境中での凝縮水を
模擬した噴霧−乾燥サイクル腐食試験を行った。腐食液
としてはCl- を10ppm 、SO4 2- を200ppm 含む
水溶液を使用し、この腐食液を50℃で6時間噴霧した
後、50℃で6時間乾燥させた。噴霧時の条件は腐食液
の組成以外塩水噴霧試験(JIS Z 2371)に準じて行い、
試験時間を最大3000時間として、漏れ(貫通)の発
生を観察することにより行った。評価は以下のとおりと
した。 試験時間が3000時間で未貫通の場合は耐久性合格で
◎。 試験時間が2500〜3000時間で貫通の場合は耐久
性合格で○。 試験時間が2500時間未満で貫通の場合は耐久性不合
格で×。
【0054】比較例3、5、7〜13、14、17、2
0〜21、25、29、30〜41、47、50〜5
4、55、59、63、67、71、75、79、83
〜84 連続鋳造により、表1に示す芯材用アルミニウム合金
(比較例材料No.7〜13に示す組成)、表2に示す
中間層材用アルミニウム合金(比較例材料No.21、
24、27〜28、表3に示す中間層材用アルミニウム
合金(比較例材料No.37〜47に示す組成)及び表
4に示す主成分をJIS4104合金を基本とした組成
のろう材用アルミニウム合金(比較例材料No.51
59〜63に示す組成)を造塊し、上記実施例と同様に
処理した。
【0055】これらを表5の比較例3、5、7〜13、
表7の14、17、20〜21、25、29、表9の比
較例30〜41、表11の比較例47、50〜54、及
び表13の比較例55、59、63、67に示す各材料
の組み合わせにして、ろう材/芯材/中間層材/ろう材
となるように重ね合わせ、更に、表15の比較例71、
75、79、83、84に示す中間層材と芯材とのクラ
ッド比(中間層比)も変えた各材料の組み合わせとし
て、ろう材/芯材/中間層材/ろう材となるように重ね
合わせ、上記実施例と同様にして各クラッド材(ブレー
ジングシート)とし、更に、ろう付け成形品を成形し
た。
【0056】実施例と同様に、(1)圧延及び熱延の可
否、(2)製造安定性、(3)中間層材の厚さ及びその
比、(4)中間層材粒径(素材)、(5)中間層材粒径
(VB後)、(6)硬度比、(7)プレス可否、(8)
ろう付け性、(9)VB後引張強度、(10)芯材/中
間層材における界面Zn濃度、(11)芯材の平均Zn
濃度、(12)耐食性について性能評価を行った。上記
実施例及び比較例の評価結果を表1〜16に示す。
【0057】
【表1】
【0058】
【表2】
【0059】
【表3】
【0060】
【表4】
【0061】
【表5】
【0062】
【表6】
【0063】
【表7】
【0064】
【表8】
【0065】
【表9】
【0066】
【表10】
【0067】
【表11】
【0068】
【表12】
【0069】
【表13】
【0070】
【表14】
【0071】
【表15】
【0072】
【表16】
【0073】表1〜16に示すように、本発明の実施例
においては、いずれも上記性能評価を全てクリアーする
ことが出来、ろう付け時の引張強度に優れ、カップ状へ
のプレス成形においても割れが生じることが無く、25
00時間以上の腐食試験で、ろう付け成形品に漏れ(貫
通)を生ずることがなく、優れた耐食性を示す健全なブ
レージングシートが得られた。
【0074】実施例86〜88、90〜92、94〜9
6、98〜100、102〜104、106〜108、
110〜112 連続鋳造により、表1に示す芯材用アルミニウム合金
(実施例材料No.1〜6に示す組成)、表2に示す中
間層材用アルミニウム合金(実施例材料No.30〜3
6に示す組成)及び表4に示す主成分をJIS4104
合金を基本とした組成のろう材用アルミニウム合金(実
施例材料No.52〜58に示す組成)を造塊し、上記
の実施例1と同様に処理した。
【0075】これらを表17の実施例86〜88、90
〜92、94〜96、98〜100、及び表19の実施
102〜104、106〜108、110〜112
示す各材料の組み合わせにして、ろう材/芯材/中間層
材/ろう材となるように重ね合わせ、更に、芯材の硬度
比も変えた各材料の組み合わせとして、上記実施例1と
同様にして各クラッド材(ブレージングシート)とし、
更に、ろう付け成形品を成形した。
【0076】上記した実施例1と同様に、(1)圧延及
び熱延の可否、(2)製造安定性、(3)中間層材の厚
さ及びその比、(4)中間層材粒径(素材)、(5)中
間層材粒径(VB後)、(6)硬度比、(7)プレス可
否、(8)ろう付け性、(9)VB後引張強度、(1
0)芯材/中間層材における界面Zn濃度、(11)芯
材の平均Zn濃度、(12)耐食性について性能評価を
行った。なお、(6)の硬度比において、(素材状態の
芯材のマイクロビッカース硬度)/(芯材の軟質状態の
マイクロビッカース硬度)の比を1以上にする手法は、
最終焼鈍温度を芯材の再結晶温度以下、すなわち、最終
焼鈍温度を200〜350℃の範囲にて行い、硬度比を
調整するものである。
【0077】比較例85、89、93、97、101、
105、109、113〜114 芯材用アルミニウム合金として実施例材料No.5、中
間層材用アルミニウム合金として実施例材料No.30
〜36、外ろう材用アルミニウム合金として比較例材料
No.51を組合わせ、前記実施例と 同じ条件で各クラ
ッド材(ブレージングシート)とし、更に、ろう付け成
形品を成形した。上記した実施例と同様に性能評価を行
った。上記実施例及び比較例の評価結果を表17〜20
に示す。
【0078】
【表17】
【0079】
【表18】
【0080】
【表19】
【0081】
【表20】
【0082】表17〜20に示すように、本発明の実施
例についてはいずれも上記性能評価を全てクリアーする
ことが出来た。
【0083】
【発明の効果】本発明によれば、耐食性が良好で、クラ
ッド圧延性、成形性、ろう付け性及ろう付け後強度に優
れた真空ろう付け用アルミニウム合金ブレージングシー
トが提供される。当該ブレージングシートはアルミニウ
ム合金製熱交換器の流体通路構成材に適し、ドロンカッ
プ型熱交換器等のコアプレート材として特に好適であ
り、熱交換器材料の薄肉化及び軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す耐食性が良好な真空ろ
う付け用アルミニウム合金ブレージングシートの断面図
である。
【図2】図1の耐食性が良好な真空ろう付け用アルミニ
ウム合金ブレージングシートによる熱交換器部品の製作
状態を示す平面及び断面図である。
【図3】図1の耐食性が良好な真空ろう付け用アルミニ
ウム合金製ブレージングシートによる熱交換器部品の製
作状態を示す断面図である。
【図4】図3のA部を示す拡大した断面図である。
【符号の説明】
1 本発明のアルミニウム合金ブレージングシート 2 芯材 3 中間層材 4 内ろう材 5 外ろう材 10 コアプレート 11 ろう付け成形品 12 ろう付け部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 敏彦 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友軽 金属工業株式会社内 (72)発明者 池田 洋 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友軽 金属工業株式会社内 (72)発明者 正路 美房 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友軽 金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−158770(JP,A) 特開 平9−316578(JP,A) 特開 平10−36932(JP,A) 特開 平10−121174(JP,A) 特開2000−84662(JP,A) 特開 平10−88266(JP,A) 特開 平10−158769(JP,A) 特開 平9−316579(JP,A) 特開 平9−310139(JP,A) 特開 平9−310138(JP,A) 特開 平9−296243(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/14 - 35/28 C22C 21/00 - 21/18

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 材料構成が外気側から外ろう材/中間層
    材/芯材/内ろう材の4層構造をなし、前記芯材は、M
    n:0.5〜1.6%(mass%、以下同じ)、C
    u:0.10〜0.50%、Mg:0.05〜0.50
    %、Ti:0.06〜0.30%を含有し、不純物とし
    てのFeが0.5%以下、Siが0.5%以下、Znが
    0.1%以下で、残部Al及び及び不可避的不純物から
    なり、前記中間層材は、Mg:0.2〜1.5%を含有
    し、更に、Zn:0.5〜4%、In:0.005〜
    0.2%、Sn:0.01〜0.2%のうち少なくとも
    1種以上を含有し、不純物としてのSiが0.3%以
    下、Feが0.01〜0.19%、Cuが0.05%以
    下、Mnが0.05%以下、Tiが0.3%以下で、残
    部Al及び及び不可避的不純物からなり、且つ厚さが5
    0μm以上で前記芯材の厚さと同等以下(中間層材厚さ
    /芯材厚さ≦1)、平均結晶粒径が110μm以上であ
    り、前記外ろう材は、In:0.005〜0.2%、S
    n:0.01〜02%のうちの1種以上を含有するAl
    −Si−Mg系合金からなり、内ろう材はAl−Si−
    Mg系合金からなることを特徴とする耐食性が良好な真
    空ろう付け用アルミニウム合金ブレージングシート。
  2. 【請求項2】 600℃の温度に3分間保持するろう付
    け加熱後の前記中間層材の平均結晶粒径が146μm以
    上であることを特徴とする請求項記載の耐食性が良好
    な真空ろう付け用アルミニウム合金ブレージングシー
    ト。
  3. 【請求項3】 Znを添加してなる前記中間層材におい
    て、ろう付け加熱後の前記中間層材と芯材との界面Zn
    濃度を0.1〜2.0%とし、前記芯材の板厚の中心か
    ら前記芯材と前記ろう材との界面までにおける前記芯
    材中のZn濃度を0.3%以下としたことを特徴とする
    請求項1または2記載の耐食性が良好な真空ろう付け用
    アルミニウム合金ブレージングシート。
  4. 【請求項4】 前記芯材の硬度が、その軟質状態に対す
    る比率で1.15〜1.75であることを特徴とする請
    求項1〜のいずれかに記載の耐食性が良好な真空ろう
    付け用アルミニウム合金ブレージングシート。
  5. 【請求項5】 請求項1〜のいずれかに記載の耐食性
    が良好な真空ろう付け用アルミニウム合金ブレージング
    シートを使用して真空ろう付けしてなり、全部位の中間
    材の平均結晶粒径が146μm以上であり、又は全部
    位の中間層材の平均結晶粒径が146μm以上で且つ請
    求項3を満足することを特徴とする熱交換器。
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