JP3753611B2 - フッ化物系フラックスろう付用ブレージングシート - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ化物系フラックスを使用したろう付けにより組立てられるラジエータ又はヒータコア等の自動車熱交換器の素材として好適のフッ化物系フラックスろう付用ブレージングシートに関し、特に、ラジエータ又はヒータコア等のヘッダ又はタンク材に好適なフッ化物系フラックスろう付用ブレージングシートに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ラジエータ等のフッ化物系フラックスを使用したろう付けで組立てられる自動車熱交換器の部材はAl−Mn系3003合金を芯材とし、この芯材の片面にAl−Si系ろう材、他面にAl−Zn系7072合金からなる皮材を積層したブレージングシートが使用されている。しかしながら、3003合金を芯材としたブレージングシートではろう付後の強度は約110MPaであり、十分な強度を得ることができない。芯材にMgを添加することにより、強度は高くすることができるが、フッ化物系フラックスを使用したろう付けにおいては、Mgを0.2質量%以上芯材に含有させると、ろう付性が著しく低下する。このため、芯材にMgを添加することは好ましくない。
【0003】
そこで、ろう付性を阻害することなく、ろう付後の強度を向上させる技術として、犠牲陽極材(皮材)にMgを添加した材料が提案されている(特開平4−198448号公報、特開平5−230577号公報及び特開平6−212331号公報等)。
【0004】
特開平4−198448号公報には、犠牲陽極材中に高濃度のMgとSiを添加すると、犠牲陽極材中のMgの一部が芯材中に拡散して、芯材を強化すると共に、犠牲陽極材もMgとSiにより強化されることが開示され、MgとSiの含有量が夫々1.2乃至2.5質量%、0.2乃至0.8質量%である熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金クラッド材が記載されている。
【0005】
特開平5−230577号公報には、犠牲陽極材中にMgと耐食性を阻害しない程度のSiを共存させることにより、犠牲陽極材中のMgの一部が芯材中に拡散して、Mgが芯材の強化に寄与することが開示され、犠牲陽極材をMgとSiの析出強化及びMg2Siによる時効硬化により強化させるため、犠牲陽極材に含有されるMgとSiの含有量を夫々1.0乃至2.5質量%、0.05質量%以上0.20質量%未満とした熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金クラッド材が記載されている。
【0006】
特開平6−212331号公報には、ろう付後の強度が高く、ろう付した後の耐食性が優れているブレージングシートとして、皮材にMgを2.0乃至4.0質量%含有した高強度、高耐食性アルミニウム合金ブレージングシートが記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特開平4−198448号公報及び特開平5−230577号公報に開示された犠牲陽極材では、耐食性及び耐久性が不十分であり、所望の特性を得ることができなかった。
【0008】
一方、犠牲陽極材のMgの含有量が多い場合、犠牲陽極材表面に生成するMg酸化膜の厚さが厚くなり、クラッド圧着性低下の原因となる。このため、特開平6−212331号公報に記載された高強度、高耐食性アルミニウム合金ブレージングシートは犠牲陽極材中のMgの含有量が高いので、クラッド圧着性が低下する虞がある。
【0009】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、フッ化物系フラックスを使用してろう付した場合であっても優れた耐食性及び耐久性が得られるフッ化物系フラックスろう付用ブレージングシートを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るフッ化物系フラックスろう付け用ブレージングシートは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる芯材と、前記芯材の一面に積層されるアルミニウム合金からなるろう材と、前記芯材の他の面に積層されMgを1.8乃至2.5質量%含有しMn:1.5質量%以下、Cu:1.0質量%以下、Si:1.0質量%以下及びZn:5質量%以下からなる群から選択された少なくとも1種を含有し残部がAl及び不可避的不純物かなるアルミニウム合金からなる皮材とを有し、前記皮材の表面には厚さが300Å以上のMg酸化膜が形成されていることを特徴とする。
【0011】
本発明においては、所定の範囲のMgを含有し、Mn、Cu、Si及びZnからなる群から選択された少なくとも1種を所定の範囲含有するアルミニウム合金からなる皮材の表面に形成されたMg酸化膜の厚さを300Åとすることにより、フッ化物系フラックスを使用してろう付する場合、フラックスが皮材に侵入する侵入深さを抑制することができるので、耐食性及び耐久性が優れたフッ化物系フラックスろう付用ブレージングシートを得ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係るフッ化物系フラックスろう付用ブレージングシートについて詳細に説明する。図1は本発明の実施例に係るブレージングシートを示す断面図である。図2(a)乃至(c)はMgの含有量による皮材表面へのフラックス侵入深さの影響を示すシート断面のミクロ組織を示す図であり、(a)はMgの含有量が0.0質量%(Mgを含まず)、(b)はMgの含有量が1.0質量%、(c)はMgの含有量が2.9質量%の場合である。これらのミクロ組織は、皮材の表面にフラックスを50g/m2塗布した後、600℃で5分加熱した場合のものである。
【0013】
図1に示すように、本発明の実施例に係るブレージングシート4は、芯材1と、芯材1の上面に形成された皮材2と、芯材1の下面に形成されたろう材3とが積層され、皮材2の表面にはMg酸化膜6が形成されている。
【0014】
このブレージングシート4において、皮材2にMgを所定量添加し、皮材2の表面に形成されたMg酸化膜6の膜厚を所定値に規定することにより、図2(a)乃至(c)に示すように、ろう付後の皮材2におけるフラックス5の侵入深さを著しく浅くすることができる。即ち、図2(a)に示すように、Mgを含有しない場合は、皮材2にはフラックス5は侵入しない。しかし、Mgを1.0質量%含有すると、図2(b)に示すように、フラックス5が皮材2の表層部に深く侵入する。しかしながら、更にMg含有量が2.9質量%と多くなると、皮材2におけるフラックス侵入深さが浅くなる。
【0015】
このように、皮材2にMgを添加すると、フラックス5が皮材2の表層部に侵入するが、Mg含有量を増加させるとこのフラックス5の侵入が少なくなる。前述の特開平4−198448号公報及び特開平5−230577号公報に開示されたクラッド材のように、Mg含有量が0.7乃至1.5質量%程度の場合に侵入深さが最も深く、Mg含有量が1.8質量%を超えると侵入深さが浅くなり、Mg含有量が1.8乃至2.5質量%においてフラックスの侵入深さが十分浅くなる。
【0016】
以下、本発明に係るフッ化物系フラックスろう付用ブレージングシートの皮材の組成限定理由及びMg酸化膜の厚さ限定理由について説明する。
【0017】
Mg:1.8乃至2.5質量%
必須元素のMgは強度を向上させる成分であるが、Mgの含有量が1.8質量%未満では、強度を向上させる効果は小さい。また、フッ化物系フラックスを使用したろう付では、ろう材表面に塗布されたフラックスはろう付加熱の昇温過程で溶融し、広がり、皮材に接触する場合がある。このとき、皮材にMgが含有されていると、溶融したフッ化物系フラックスと皮材中のMgとが反応し、フラックス成分が皮材内に侵入する。皮材内に侵入したフラックスは耐食性の低下の原因となるため、極力フラックスの侵入を抑制する必要がある。前述の如く、フラックスの侵入深さは皮材中のMgの含有量と相関関係があり、Mg含有量が0.7乃至1.5質量%であると、フラックス侵入深さが最も深い。このため、皮材のMg含有量は1.8質量%以上とする。一方、Mgの含有量が2.5質量%を超えると、皮材の表面に生成するMg酸化膜の膜厚が厚くなり、クラッド圧着性が低下する虞がある。このため、皮材のMg含有量は2.5質量%以下とする。
【0018】
Mn:1.5質量%
選択元素のMnはブレージングシートの強度向上に寄与する成分である。しかし、Mnの含有量が1.5質量%を超えると、粗大金属間化合物を生成し、ブレージングシートの成形性が低下する。
【0019】
Cu:1.0質量%以下
選択元素のCuはブレージングシートの強度向上に寄与する成分である。しかし、Cuの含有量が1.0質量%を超えると、ブレージングシートに融点低下に起因するバーニングが生じる。
【0020】
Si:1.0質量%以下
選択元素のSiは皮材中のMgとMgSi2を形成し、ブレージングシートの強度を向上させる。しかし、Siの含有量が1.0質量%を超えると、ブレージングシートに融点低下に起因するバーニングが生じる。
【0021】
Zn:5質量%以下
選択元素のZnは皮材中のMgとMgZnを形成し、ブレージングシートの強度を向上させる。また、Znの添加は皮材電位を下げるため、皮材の耐食性を向上させる。しかし、Znの含有量が5質量%を超えると、皮材の消耗速度が速くなり、かえって耐食性を低下させる。
【0022】
Mg酸化膜:厚さが300Å以上
皮材中へのフラックスの侵入深さは、ろう付前の皮材の表面のMg酸化膜の膜厚にも依存する。即ち、フラックスの侵入は、皮材の表面のMg酸化膜をフラックスが溶融してから始まると考えられるため、Mg酸化膜の膜厚が厚いほどフラックスの侵入は抑制される。ろう付前に皮材表面に形成されるMg酸化膜の膜厚が300Å未満では、フラックスの侵入が深くなり、耐食性が低下する虞がある。このため、Mg酸化膜の厚さは300Å以上とする。
【0023】
【実施例】
以下、本発明の範囲に入るフッ化物系フラックスろう付用ブレージングシートの実施例について、その特性を比較例と比較して具体的に説明する。
【0024】
下記表1に示す化学成分の芯材1と、下記表2に示す化学成分を含有する皮材と、A4045(10.5質量%Si-0.2質量%Fe-0.05質量%Cu-0.00質量%Mg、残部Al)合金からなるろう材とを夫々組み合わせて図1に示すような構造のブレージングシート4を作製した。なお、表2に示す皮材においては、いずれもFeを含有し、その含有量は全て0.2質量%である。
【0025】
図1に示すように、芯材1を挟むように皮材2又はろう材3が形成されている。このように作製したブレージングシート4の芯材1、皮材2及びろう材3の組み合わせ、芯材1、皮材2及びろう材3の厚さ並びに全板厚を下記表3に示す。なお、皮材2の表面にはMg酸化膜6が形成されている。
【0026】
表3に示すブレージングシートについて、引張試験、皮材表面のMg酸化膜の厚さの測定、皮材のフラックスの侵入深さの測定及び内面耐食性試験を行った。この結果を下記表4に示す。
【0027】
引張試験については、ブレージングシートのろう材及び皮材にフッ化物系フラックスを夫々20g/m2塗布し、乾燥させた後、露点−40℃の窒素雰囲気中において、600℃の温度で5分間加熱し、このブレージングシートからJIS
5号試験片を加工し、室温で7日間放置した後、行った。
【0028】
皮材表面のMg酸化膜の厚さの測定については、表3に示すブレージングシートのろう付前の皮材表面のMg酸化膜の厚さをAES(Auger Electron Spectroscopy)により測定した。なお、このMgの酸化膜の厚さはMgOのピークが1/2となる厚さとした。
【0029】
皮材のフラックスの侵入深さの測定については、厚さが1mmの皮材単体を作製し、この皮材の表面にフラックスを20g/m2塗布し、ろう付加熱し、ろう付後の断面のミクロ組織を観察することにより測定した。
【0030】
内面耐食性試験については、ろう付後のブレージングシートを人工水(Cl:300質量ppm、SO4:100質量ppm、Cu:5質量ppm)を使用して腐食試験を行った。先ず、88℃の人工水にブレージングシートを8時間浸漬し、その後、室温で16時間放置するサイクルを1ヶ月繰り返し、試験終了後の腐食深さを測定した。
【0031】
なお、表4に示す比較例No.15は洗浄によりMg酸化膜の厚さを薄く制御したものであり、Mg酸化膜の厚さはMgの含有量と共に増加する。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】
【表4】
【0036】
上記表4に示すように、本発明の範囲に入る実施例No.1乃至8はろう付後引張強さが150MPa以上の高強度を有していた。ろう付前の皮材表面のMg酸化膜の厚さは300Å以上であり、ろう付後の皮材中フラックス侵入深さ及び皮材側の耐食試験後の腐食深さは0.03mmであった。皮材側の耐食試験後の腐食深さはろう付後の皮材中フラックス侵入深さまで進行した。
【0037】
一方、比較例No.9は、Cuの含有量が本発明の上限値を超えているため、ろう付け後、バーニングが発生し、強度及び耐食性が低下した。
【0038】
比較例No.10は、Siの含有量が本発明の上限値を超えているため、ろう付け後、バーニングが発生し、強度及び耐食性が低下した。
【0039】
比較例No.11は、Znの含有量が本発明の上限値を超えているため、皮材の耐食性が低下した。
【0040】
比較例No.12乃至14は皮材のMgの含有量及びMg酸化膜の厚さが本発明の下限値未満であるため、ろう付後引張強さが140MPa未満であり、強度が低いと共に、フラックス侵入深さ及び腐食深さが0.05mm以上であり、耐食性の低下が認められた。
【0041】
比較例No.15はMg酸化膜の厚さが本発明の下限値未満であるため、フラックス侵入深さ及び腐食深さは0.05mm以上であり、耐食性の低下が認められた。
【0042】
比較例No.16は、Mgの含有量が本発明の上限値を超えているため、クラッドすることができず、ブレージングシートを作製することができなかった。このため、ブレージングシートについて、評価することができなかった。
【0043】
比較例No.17は、Mgの含有量が本発明の下限値未満であるため、強度が低いと共に、フラックスが侵入し、耐食性が若干低下した。
【0044】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、所定の範囲のMgを含有し、Mn、Cu、Si及びZnからなる群から選択された少なくとも1種を所定の範囲含有するアルミニウム合金からなる皮材の表面に形成されたMg酸化膜の厚さを300Åとすることにより、フッ化物系フラックスを使用してろう付する場合、フラックスが皮材に侵入する侵入深さを抑制することができるので、耐食性及び耐久性が優れたフッ化物系フラックスろう付用ブレージングシートを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るブレージングシートを示す断面図である。
【図2】(a)乃至(c)はMgの含有量による皮材表面へのフラックス侵入深さの影響を示すシート断面のミクロ組織を示す図であり、(a)はMgの含有量が0.0質量%(Mgを含まず)、(b)はMgの含有量が1.0質量%、(c)はMgの含有量が2.9質量%の場合である。
【符号の説明】
1;芯材
2;皮材
3;ろう材
4;ブレージングシート
5;フラックス
6;Mg酸化膜
Claims (1)
- アルミニウム又はアルミニウム合金からなる芯材と、前記芯材の一面に積層されるアルミニウム合金からなるろう材と、前記芯材の他の面に積層されMgを1.8乃至2.5質量%含有しMn:1.5質量%以下、Cu:1.0質量%以下、Si:1.0質量%以下及びZn:5質量%以下からなる群から選択された少なくとも1種を含有し残部がAl及び不可避的不純物かなるアルミニウム合金からなる皮材とを有し、前記皮材の表面には厚さが300Å以上のMg酸化膜が形成されていることを特徴とするフッ化物系フラックスろう付用ブレージングシート。
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