JP5411649B2 - 熱交換器用アルミニウムクラッド材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の熱交換器に使用されるアルミニウム合金クラッド材に関する。

一般に、自動車用熱交換器の素材として、心材の片面または両面にろう材、犠牲陽極材を配した種々のアルミニウム合金クラッド材（以下、クラッド材という）が使用されている。クラッド材は、高強度を発揮させるための心材の片面に、犠牲陽極効果を有する犠牲陽極材がクラッドされることで、心材の電位が貴となり、犠牲陽極材の電位が卑となる電位差（つまり、心材＞犠牲陽極材となる電位差）が生じる。そしてこのような電位差によって、犠牲陽極材を優先的に腐食させ、心材の腐食を防止する。

クラッド材の分野では、当該クラッド材の犠牲陽極材面と他の部材とをろう付けする際のろうの濡れ性を向上させ、ろう付け性を高めるための種々の手段が提案されている。例えば、特許文献１では、犠牲陽極材に含有されるＺｎを０．５〜５．０質量％に、Ｆｅを０．１質量％以上０．４質量％未満に制限することで、加熱（ろう付け）後の犠牲陽極材表面の結晶粒度を０ ．０４〜０．２０ｍｍの範囲内に抑制する手段が提案されている。特許文献１では、このように犠牲陽極材表面の結晶粒度を所定範囲に制限することで、ろう付けの際にろうが濡れ拡がる経路を増やし、ろうの濡れ性を向上させている。

特開２００７−３９７５３号公報（請求項１参照）

しかしながら、特許文献１に記載されたような手段のみでは、ろうの濡れ性の向上には不十分であった。すなわち、ろうの濡れ性を十分に向上させるには、犠牲陽極材表面の結晶粒度の因子以外の観点からも検討する必要がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであって、従来よりもろうの濡れ性に優れた熱交換器用アルミニウム合金クラッド材を提供することを目的とする。

本発明者は、犠牲陽極材表面の結晶粒度の制御以外に、ろうの濡れ性を向上させる要因がないかについて鋭意実験・検討を重ねた。そして、犠牲陽極材表面の結晶方位（｛００１｝面の面積率）がろうの濡れ性と相関関係にあり、当該結晶方位を制御することで、ろうの濡れ性がより向上することを見出した。

すなわち、前記した課題を解決するために本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、心材の少なくとも一側面に犠牲陽極材をクラッドした熱交換器用アルミニウム合金クラッド材であって、前記心材は、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金、のいずれか一つからなり、前記犠牲陽極材は、Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、のいずれか一つからなるとともに、ＦｅおよびＭｎの含有量がそれぞれ０．２質量％以下、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉの含有量がそれぞれ０．３質量％以下であり、６００℃で５分間加熱した場合における、前記犠牲陽極材表面の｛００１｝面の面積率が０．６以上である構成とする。

かかる構成により、熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、犠牲陽極材に含有されるＦｅとＭｎの量を制限することで、金属間化合物の大きさを制御するとともに、結晶方位の異なる結晶粒の成長を抑制することができる。従って、犠牲陽極材表面における｛００１｝面の面積率を増加させることができる。

また、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、前記犠牲陽極材におけるＮｉ，Ｃｒ，Ｔｉの含有量が、それぞれ０．１７質量％以下である構成とする。

かかる構成により、熱交換器用アルミニウム合金クラッド材は、犠牲陽極材に含有されるＮｉ，Ｃｒ，Ｔｉの量を制限することで、より効果的に金属間化合物の大きさを制御するとともに、結晶方位の異なる結晶粒の成長を抑制することができる。従って、より効果的に犠牲陽極材表面における｛００１｝面の面積率を増加させることができる。

本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材によれば、犠牲陽極材に含有されるＦｅおよびＭｎを０．２質量％以下とすることにより、犠牲陽極材表面における｛００１｝面の面積率を０．６以上に制御し、当該犠牲陽極材の表面エネルギーを増加させることができる。従って、犠牲陽極材のろうの濡れ性を向上させて、ろう付け性を高めることができる。

実施形態に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材を示す断面図である。 実施形態に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材における犠牲陽極材表面の結晶格子面を説明するための概略図である。

以下、実施形態に係るクラッド材について、詳細に説明する。図１に示すように、実施形態に係るクラッド材１は、心材２の一側面に犠牲陽極材３を、他側面にろう材４をクラッドした３層構造を有している。ここで、実施形態に係るクラッド材１は、犠牲陽極材３に含有されるＦｅ，Ｍｎの量を所定範囲に抑制することで、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面の面積率を所定値以下に制御し、ろうの濡れ性を向上させることを特徴としている。以下では、まず｛００１｝面の面積率とろうの濡れ性との関係について、その原理から順を追って説明する。

（｛００１｝面の面積率）
｛００１｝面とは、犠牲陽極材３表面の結晶格子面において、クラッド材１の長さ（圧延）方向、幅方向および厚さ方向に平行な面を、ミラー指数で示したものである。すなわち、図２に示すように、｛００１｝面１０は、図２に示す結晶格子面の（００１）面１１、（０１０）面１２、（１００）面１３、（００−１）面１４、（０−１０）面１５、（−１００）面１６のいずれかを示すミラー指数の包括表現である。

ここで、図２に示すように、（００１）面１１およびこれと対向する（００−１）面１４は、クラッド材１の長さ方向および幅方向に平行な結晶格子面を、（０１０）面１２およびこれと対向する（０−１０）面１５は、クラッド材１の幅方向および厚さ方向に平行な結晶格子面を、（１００）面１３およびこれと対向する（−１００）１６は、クラッド材１の長さ方向および厚さ方向に平行な結晶格子面を意味している。

｛００１｝面１０の面積率とは、犠牲陽極材３表面の結晶格子面のうち、｛００１｝面１０が占める割合のことを意味する。すなわち、犠牲陽極材３表面に存在する結晶粒子のうち、クラッド材１の長さ方向、幅方向および厚さ方向に平行な結晶方位を有するものを意味する。なお、犠牲陽極材３表面とは、後記するように、犠牲陽極材３の最表面から板厚（内部）方向に４０〜９０μｍ進んだ地点のことを指す。犠牲陽極材３における｛００１｝面１０の面積率の具体的な測定方法については、後記する。

（｛００１｝面の面積率と金属間化合物との関係）
犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率は、犠牲陽極材３の表面に含有される一定以上の大きさ、例えば１μｍ以上の金属間化合物の量に影響を受ける。例えば、犠牲陽極材３の表面に１μｍ以上の金属間化合物が多数存在すると、ろう付け（加熱）時に当該金属間化合物を核として再結晶および結晶粒成長が促進される。そして、結晶方位の異なる結晶粒が多数成長することで、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率が低下する。

一方、犠牲陽極材３表面に一定以上の大きさの金属間化合物が晶出しないように当該犠牲陽極材３の組成を適正化することで、再結晶および結晶粒の成長を抑制し、結晶方位の異なる結晶粒の成長を防止することができる。従って、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率が増加することになる。

（｛００１｝面の面積率と表面エネルギーとの関係）
犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率が高いと、犠牲陽極材３の表面エネルギー（液体または固体で新たに単位面積の表面を作るために必要なエネルギー）も増加することになる。これは、詳細は明らかとなっていないが、｛００１｝面１０の面積率が増大することにより、｛００１｝面１０より表面エネルギーが小さい｛００１｝面１０以外の面の面積率が減少し、相対的に表面エネルギーが増大するためと考えられる。従って、前記したように、犠牲陽極材３表面の金属間化合物の晶出を抑制し、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率を制御することにより、犠牲陽極材３の表面エネルギーを増加させることができる。

（表面エネルギーとろうの濡れ性との関係）
犠牲陽極材３の表面エネルギーが増加すると、犠牲陽極材３表面におけるろうの濡れ性も向上することになる。これは、固体と液体の界面エネルギーと接触角との関係を定めた下記式（１）に示すヤングの式から説明することができる。なお、下記式（１）において、γ_sは固体（犠牲陽極材３）の表面エネルギー、γ_lは液体（ろう材４）の表面エネルギー、θは接触角（ろう材４の接線と犠牲陽極材３表面のなす角度）、γ_slは固体と液体の界面エネルギーを示している。

本実施形態では、犠牲陽極材３の組成を適正化し、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率を増加させることで、上記式（１）の固体の表面エネルギーγ_sを増加させる。一方、上記式（１）の液体の表面エネルギーγ_lは変化せず、固体と液体の界面エネルギーγ_slも大きく変化しない。従って、固体の表面エネルギーγ_sを増加させると、ｃｏｓθの値が必然的に大きくなる。すなわち、ｃｏｓθの値が１（ｃｏｓ０°）に近づき、接触角θ自体の値は小さくなる。

ここで、一般に、固体に対する液体の接触角θが小さい程、固体に対する液体の濡れ性は高い。従って、前記したように、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率が増加すると、犠牲陽極材３表面に対するろうの濡れ性も向上することになる。
以下では、これらの説明を踏まえて、実施形態に係るクラッド材１を構成する各要素について、詳細に説明する。

（心材）
心材２は、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金、のいずれか一つで構成される。また、これらの合金にＭｇを含んだもので構成することもできる。各合金に含有される成分の含有量は特に限定されないが、強度をおよび加工性を担保するために、例えば、Ｆｅは０．０５〜０．３０質量％、Ｓｉは０．２〜０．９質量％、Ｍｎは１．０〜１．４質量％、Ｃｕは０．５〜０．９質量％、Ｔｉは１．１〜１．７質量％、Ｍｇは０．２〜０．５質量％の範囲内とすることが好ましい。

（心材の製造方法）
心材２（心材用アルミニウム合金材）の製造方法は特に限定されない。例えば、前記した合金を用いて心材用アルミニウム合金を造塊し、６８０〜７５０℃の鋳造温度で鋳造後、鋳塊を４５０〜５９０℃で１０時間均質化熱処理することにより製造することができる。

（犠牲陽極材）
犠牲陽極材３は、Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金のいずれか一つで構成され、かつ、当該合金中におけるＦｅが０．２質量％以下（０質量％を含む）、Ｍｎが０．２質量％以下（０質量％を含む）、Ｎｉが０．３質量％以下（０質量％を含む）、Ｃｒが０．３質量％以下（０質量％を含む）、Ｔｉが０．３質量％以下（０質量％を含む）とする。このように、犠牲陽極材３に含有されるＦｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉの量を所定量以下に制限することで、前記したように、犠牲陽極材３表面の｛００１｝面１０の面積率を制御することができる。

犠牲陽極材３を構成するＡｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金にそれぞれ添加されるＺｎ，Ｓｉ，Ｍｇは、固溶しやすく、金属間化合物を生成しにくい性質を有している。従って、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率の低下を誘起するものではない。以下、耐食性の維持や、ろう付後の強度確保の観点から、それぞれの合金にについて好ましい組成範囲を説明する。なお、Ｚｎ，Ｓｉ，Ｍｇの含有量は、耐食性の維持およびろう付け後の強度確保が可能であれば、特に下記の範囲に限定されるものではない。

（犠牲陽極材：Ａｌ−Ｚｎ系合金）
犠牲陽極材３をＡｌ−Ｚｎ系合金で構成する場合は、Ｚｎを０．８〜４．８質量％とし、残部をＡｌおよびその他不可避的不純物とすることが好ましい。Ｚｎは、電位を卑とする効果を有するため、その添加によって心材２に対する犠牲陽極材３の電位を卑とすることにより、クラッド材１の耐食性を向上させる。ここで、Ｚｎの含有量が０．８質量％未満だと、電位を卑とする効果が不十分であり、４．８質量％を超えると、心材２との電位差が大きくなりすぎて犠牲陽極材３の消耗速度が増大し、耐食性を長期間維持できなくなる。

（犠牲陽極材：Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金）
犠牲陽極材３をＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金で構成する場合は、Ｚｎを０．８〜４．８質量％、Ｍｇを０．０５〜０．３０質量％とし、残部をＡｌおよびその他不可避的不純物とすることが好ましい。ここで、Ｚｎの含有量を規制する理由は、前記した通りである。

Ｍｇは、犠牲陽極材３に含有させることにより、ろう付け後に固溶して犠牲陽極材３の強度を向上させる。ここで、Ｍｇの含有量が０．０５質量％未満だと、犠牲陽極材３の強度を向上させる効果が不十分となる。また、Ｍｇの含有量が０．３０質量％を超えると、以下の理由により、ろう付け性の維持が困難となる。

すなわち、Ｍｇを犠牲陽極材３に添加すると、ろう付けの際にフラックスとの間で高融点化合物を生成して当該フラックスの酸化皮膜破壊作用を阻害し、結果的にろう付け性が低下する。従って、通常はフラックスの塗布量を増加させることで、ろう付け性を維持している。しかし、犠牲陽極材３におけるＭｇの含有量が０．３０質量％を超えると、Ｍｇ未添加の場合に必要なフラックス塗布量の、例えば７倍の量のフラックスを塗布した場合であっても、ろう付け性を維持することができなくなるため、Ｍｇの含有量は上記範囲内とすることが好ましい。

（犠牲陽極材：Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金）
犠牲陽極材３をＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金で構成する場合は、Ｚｎを１．３〜６．０質量％、Ｓｉを０．１〜１．０質量％とし、残部をＡｌおよびその他不可避的不純物とすることが好ましい。ここで、Ｚｎの含有量を規制する理由は、前記した通りである。

Ｓｉは、犠牲陽極材３に含有させることにより、ろう付け後に固溶して犠牲陽極材３の強度を向上させる。ここで、Ｓｉの含有量が０．１質量％未満だと、犠牲陽極材３の強度を向上させる効果が不十分となる。また、Ｓｉの含有量が１．０質量％を超えると、同時に含有されるＺｎの含有量が２．０質量％以上の場合に、犠牲陽極材３の融点が低下して、ろう付けの際に犠牲陽極材３が部分的に溶解する場合がある。

（犠牲陽極材：Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金）
犠牲陽極材３をＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金で構成する場合は、Ｚｎを１．３〜５．５質量％、Ｓｉを０．１〜１．０質量％、Ｍｇを０．１〜０．３質量％とし、残部をＡｌおよびその他不可避的不純物とすることが好ましい。

犠牲陽極材３をＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金で構成し、Ｓｉが０．１〜１．０質量％、Ｍｇが０．１〜０．３質量％含有されている場合、当該Ｓｉは、電位を貴とする作用を有している。従って、Ｓｉとは逆に電位を卑とするＺｎを前記範囲で含有させることで、心材２に対する犠牲陽極材３の電位をより卑とすることができ、クラッド材１の耐食性が向上する。一方、Ｚｎを１．３質量％未満とすると、電位を卑とする効果が不十分となり、５．５質量％を超えると、犠牲陽極材３の融点が低下して、ろう付けの際に犠牲陽極材３が部分的に溶解する場合がある。

犠牲陽極材３をＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金で構成し、Ｍｇが０．１〜０．３質量％含有されている場合、Ｓｉを前記範囲で含有させることにより、ろう付け後にＭｇ₂Ｓｉの析出が強化され、犠牲陽極材３の強度が向上する。一方、Ｓｉの含有量が０．１質量％未満だと、犠牲陽極材３の強度を向上させる効果が不十分となり、１．０質量％を超えると、Ｚｎを２．０質量％、Ｍｇを０．１質量％含有する場合において、犠牲陽極材３の融点が低下して、ろう付けの際に犠牲陽極材３が部分的に溶解する場合がある。

犠牲陽極材３をＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金で構成し、Ｓｉが０．１〜１．０質量％含有されている場合、Ｍｇを前記範囲で含有させることにより、ろう付け後にＭｇ₂Ｓｉの析出が強化され、犠牲陽極材３の強度が向上する。一方、Ｓｉの含有量が０．１質量％未満だと、犠牲陽極材３の強度を向上させる効果が不十分となる。また、Ｍｇの含有量が０．３質量％を超えると、前記した理由と同様に、ろう付け性の維持が困難となる。

ここで、犠牲陽極材３を構成するＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金に含有されるＺｎ，Ｍｇ，Ｓｉは固溶しやすい元素であるため、常法でこれらの合金を鋳造したとしても、一定以上の大きさ、例えば１μｍ以上の金属間化合物はほとんど晶出しない。しかし、犠牲陽極材３中のＦｅおよびＭｎは１μｍ以上の金属間化合物を晶出させる要因となるため、以下のようにその含有量を制限する必要がある。

（犠牲陽極材：ＦｅおよびはＭｎの含有量がそれぞれ０．２質量％以下（０質量％を含む））
ＦｅおよびＭｎの含有量がそれぞれ０．２質量％を超えると、１μｍ以上のＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が多数晶出され、犠牲陽極材３をろう付け加熱した際に、当該金属間化合物を核とした再結晶および結晶粒成長が促進される。従って、結晶方位の異なる結晶粒が多数成長し、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率が低下し、ろうの濡れ性も劣化する。

従って、ＦｅおよびＭｎの含有量をそれぞれ０．２質量％以下に制限することで、犠牲陽極材３表面における１μｍ以上の金属間化合物（Ａｌ−Ｆｅ系またはＡｌ−Ｍｎ系）の晶出を抑制することができる。従って、前記したように、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率を増加させることができ、ろうの濡れ性を向上させることができる。

（犠牲陽極材：Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉの含有量がそれぞれ０．３質量％以下（０質量％を含む））
実施形態に係る犠牲陽極材３は、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉの含有量をそれぞれ０．３質量％以下とすることが好ましい。これらの元素の含有量がそれぞれ０．３質量％を超えると、１μｍ以上のＡｌ₃Ｎｉ，Ａｌ₃Ｃｒ，Ａｌ₃Ｔｉ等の化合物が増加し、犠牲陽極材３をろう付け加熱した際に、当該金属間化合物を核とした再結晶および結晶粒成長が促進され、ろうの濡れ性が劣化する場合がある。

一方、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉの含有量をそれぞれ０．３質量％以下に制限することで、犠牲陽極材３表面における１μｍ以上の金属間化合物（Ａｌ−Ｎｉ系、Ａｌ−Ｃｒ系、Ａｌ−Ｔｉ系）の晶出を抑制することができる。従って、前記したように、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率を増加させることができ、ろうの濡れ性をより向上させることができる。なお、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉの好ましい含有量は０．１７質量％以下である。

なお、犠牲陽極材３は、上記成分以外に、例えばＣｕを０．２質量％以下含有していても、本発明の効果を妨げるものではなく、このようなＣｕの含有は許容される。

（犠牲陽極材の製造方法）
犠牲陽極材３（犠牲陽極材用アルミニウム合金板）の製造方法は特に限定されない。例えば、前記した合金を用いて犠牲陽極材用アルミニウム合金を造塊し、６８０〜７５０℃の鋳造温度で鋳造後、鋳塊を４５０〜５９０℃で１０時間均質化熱処理して所定温度まで冷却し、熱間圧延または板状にスライスすることで、製造することができる。

（ろう材）
ろう材４は、Ａｌ−Ｓｉ系合金等、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系、ろう材として公知のアルミニウム合金を適宜選択して使用することができる。Ａｌ−Ｓｉ系合金製のろう材としては、例えば、Ｓｉを４〜１２質量％含有するアルミニウム合金のろう材を、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金製のろう材としては、Ｓｉを４〜１２質量％、Ｚｎを１〜４質量％含有するアルミニウム合金のろう材を使用することができる。

（ろう材の不可避的不純物）
本発明に係るクラッド材１のろう材４には、不可避的不純物として、例えば、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂが含有されている。このような不可避的不純物を、例えば、Ｃｒを０．１質量％以下、Ｔｉを０．２質量％以下、Ｚｒを０．２質量％以下、Ｂを０．１質量％以下、Ｆｅを０．２質量％以下（いずれも０質量％を超える）等の範囲で含有していても、本発明の効果を妨げるものではない。従って、このような不可避的不純物の含有は許容される。なお、ろう材４においては、このような不可避的不純物の含有量が合計で０．４質量％まで許容できる。

（ろう材の製造方法）
ろう材４（ろう材用アルミニウム合金板）の製造方法は特に限定されない。例えば、前記した合金を用いてろう材用アルミニウム合金を造塊し、６８０〜７５０℃の鋳造温度で鋳造後、鋳塊を４５０〜５２０℃で１０時間均質化熱処理して所定温度まで冷却し、熱間圧延または板状にスライスすることで、製造することができる。

（クラッド材の製造方法）
実施形態に係るクラッド材１は、前記した製造方法で製造した心材２、犠牲陽極材３、ろう材４を組み合わせることで製造することができる。すなわち、心材２の一側面に犠牲陽極材３を重ね、他側面にろう材４を重ね、仕上熱間圧延上がり板厚が３ｍｍとなるように４００℃以上で熱間圧延し、その後中間焼鈍および冷間圧延を施すことで、製造する。なお、犠牲陽極材３およびろう材４のクラッド率は、５〜２５％の範囲、例えば１５％前後とすることができ、具体的には、犠牲陽極材３の板厚が０．０４ｍｍ、ろう材４の板厚が０．０３５ｍｍ、残りが心材２となるように、クラッド材１を製造することができる。

（中間焼鈍の温度および仕上冷間圧延率）
実施形態に係るクラッド材１において、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率を０．６以上とするためには、前記したように、犠牲陽極材３に含有されるＦｅおよびｍｎの含有量をそれぞれ０．２質量％とするとともに、前記したクラッド材１の製造工程において、中間焼鈍の温度を２１０〜２９０℃とし、かつ、冷間圧延時における仕上冷間圧延率（中間焼鈍後の加工度）を５〜２２％とする必要がある。

中間焼鈍の温度を２１０〜２９０℃とすることにより、犠牲陽極材３における｛００１｝面１０が圧延面と平行になるような再結晶が発生する。一方、中間焼鈍の温度が２１０℃未満だと、｛００１｝面１０が圧延面と平行になるような再結晶が発生せず、２９０℃を超えると、｛００１｝面１０以外の面の再結晶が発生する。

また、仕上冷間圧延率を５〜２２％とすることにより、前記した中間焼鈍によって圧延面に生じた再結晶を基点とし、かつ、仕上冷間圧延による加工ひずみを駆動力として、｛００１｝面１０が圧延面と平行となるような再結晶が促進され、ろう付けの際に｛００１｝面１０の面積率が増加する。一方、仕上冷間圧延率が５％未満だと加工ひずみが小さすぎ、２２％を超えると加工ひずみが大きすぎるため、｛００１｝面１０が圧延面と平行になるような再結晶が促進されず、｛００１｝面１０の面積率が増加しない。仕上冷間圧延率の好ましい範囲は１０〜１８％である。

（６００℃で５分間加熱した場合における、犠牲陽極材表面における｛００１｝面の面積率が０．６以上）
実施形態に係るクラッド材１は、６００℃で５分間加熱した場合における、犠牲陽極材３の表面の｛００１｝面１０の面積率を０．６以上とすることが重要である。この加熱条件は、ろう付けの際の加熱条件を想定したものである。

また、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率を０．６以上とすることにより、前記したように、犠牲陽極材３の表面エネルギーが増加する。従って、犠牲陽極材３に対するろう材４の接触角θが低下し、ろうの濡れ性が向上する。一方、犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率が０．６未満だと、犠牲陽極材３の表面エネルギーが低下するとともに、表面エネルギーの小さい他の面の面積率が相対的に増加してしまう。従って、犠牲陽極材３に対するろう材４の接触角θが増加し、ろうの濡れ性が劣化する。

（｛００１｝面の面積率の測定方法）
犠牲陽極材３表面における｛００１｝面１０の面積率の測定は、ＥＢＳＰ（電子後方散乱パターン：Electron Back Scatter diffraction Pattern）検出器を備えたＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型 走査型電子顕微鏡：Field Emission-Scanning Electron Microscope）を用いて、ＳＥＭ−ＥＢＳＰ法によって行なうことが好ましい。

ここで、ＥＢＳＰとは、試験片表面に電子線を入射させたときに発生する反射電子から得られた菊池パターン（菊池線）のことであり、このパターンを解析することにより、電子線入射位置の結晶方位を決定することができるものである。また、菊池パターンとは、結晶に当たった電子線が散乱して回折された際に、白黒一対の平行線や帯状もしくはアレイ状に電子回折像の背後に現れるパターンのことを指す。

測定に用いるＥＢＳＰ検出器を備えたＦＥ−ＳＥＭとしては、例えば、「日本電子社製 電界放出型走査電子顕微鏡 ＪＳＭ−６５００Ｆ」を用いることができる。また、｛００１｝面１０の面積率の測定地点は、犠牲陽極材３の最表面から板厚（内部）方向に４０〜９０μｍ進んだ地点とし、当該測定箇所までバフ研磨および電解研磨を行ない、結晶格子面のＣｕｂｅ方位（｛００１｝＜１００＞：圧延方向）、および、回転Ｃｕｂｅ方位（｛００１｝＜１１０＞：Ｃｕｂｅ方位が板面回転した方位）から１５度以内の方位差である面を[００１]面の面積率として測定することができる。

このように、実施形態に係るクラッド材１によれば、犠牲陽極材３に含有されるＦｅおよびＭｎを０．２質量％以下とすることにより、｛００１｝面１０の面積率を０．６以上に増加させることができる。従って、犠牲陽極材３の表面エネルギーを増加させ、当該犠牲陽極材３のろうの濡れ性を向上させて、ろう付け性を高めることができる。

なお、本実施形態では、心材２の一側面および他側面にそれぞれ、犠牲陽極材３およびろう材４を有する３層構造のクラッド材について説明したが、心材２の他側面の構成はこれに限らない。心材２の他側面に何もクラッドしない２層構造としてもよく、あるいは、心材２の他側面にも犠牲陽極材３をクラッドした３層構造としてもよく、あるいは、心材２の他側面に図示しない中間材を介してろう材４をクラッドした４層構造としてもよい。

次に、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材について、本発明の要件を満たす実施例と、本発明の要件を満たさない比較例と、を対比して具体的に説明する。

（心材の製造）
表１に示す組成を有するＳ１〜Ｓ７の心材用アルミニウム合金を造塊し、７００℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５５０℃で１０時間均質化熱処理し、５００℃までの冷却を０．５℃／分で行った後、熱間圧延を行って心材用板材とした。

（犠牲陽極材の製造）
表２に示す組成を有するＧ１〜Ｇ２７の犠牲陽極材用アルミニウム合金を造塊し、７００℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５５０℃で１０時間均質化熱処理し、５００℃までの冷却を０．５℃／分で行った後、熱間圧延を行って犠牲陽極材用板材とした。

ここで、Ｇ２０，Ｇ２２，Ｇ２４，Ｇ２６の犠牲陽極材用アルミニウム合金については、鋳塊を鋳造後、固相線温度（℃）×０．５以下の温度で均質化熱処理を行い、冷却後に熱間圧延を行なった。これは、前記した特許文献１に記載された、従来の犠牲陽極材を想定したものである。なお、表２において、本発明の範囲を超える値については、下線で示している。

（ろう材用の製造）
Ｓｉを１０質量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金のろう材用アルミニウム合金を造塊し、７００℃の鋳造温度にて鋳塊を鋳造後、５５０℃で１０時間均質化熱処理し、５００℃までの冷却を０．５℃／分で行った後、熱間圧延を行ってろう材用板材とした。

（クラッド材の製造）
製造したＳ１〜Ｓ７のうちのいずれかの心材用板材の一側面に、Ｇ１〜Ｇ２７のうちのいずれかの犠牲陽極材用板材を重ね、心材用板材の他側面にろう材用板材を重ねて、４００℃で熱間圧延を行い、仕上熱間圧延上がり板厚を３ｍｍとした。そして、２００〜３６０℃で中間焼鈍を行なった後、最終板厚が０．２ｍｍとなるように仕上冷間圧延率を行ない、表３に示すＮｏ．１〜３５のクラッド材を得た。

ここで、作成したクラッド材のうち、Ｎｏ．２０，２２，２４，３２は、前記したように、犠牲陽極材の製造工程において、固相線温度（℃）×０．５以下の温度で均質化熱処理したものである。また、Ｎｏ．２６〜３３は、クラッド材の製造工程において、中間焼鈍の温度を３３０〜３５０℃とするか、仕上冷間圧延率を２５〜３５％としたものである。これらは、前記した特許文献１に記載された、従来のクラッド材を想定したものである。なお、表３において、本発明の範囲を超える値については、下線で示している。

（｛００１｝面の面積率の測定）
Ｎｏ．１〜３５のクラッド材について、６００℃で５分加熱した後の｛００１｝面の面積率を測定した。測定はＳＥＭ−ＥＢＳＰ法で行い、測定機器としては「日本電子社製 電界放出型走査電子顕微鏡 ＪＳＭ−６５００Ｆ」を用いた。そして、犠牲陽極材の最表面から板厚（内部）方向に６０μｍ進んだ地点までバフ研磨および電解研磨を行い、Ｃｕｂｅ方位（｛００１｝＜１００＞）、および、回転Ｃｕｂｅ方位（｛００１｝＜１１０＞）から１５度以内の方位差である面を[００１]面の面積率として測定した。

（ろうの濡れ性の評価）
Ｎｏ．１〜３５のクラッド材について、ろうの濡れ性を評価した。ろうの濡れ性は、作成したＮｏ．１〜３５のクラッド材を重さ１．０ｔ×縦４０ｍｍ×横４０ｍｍに加工し、各クラッド材における犠牲陽極材に、フッ化物系フラックスを５ｇ／ｍ²塗布した、大きさ０．２ｔ×縦５ｍｍ×横５ｍｍのろう材（Ａｌ−１０質量％Ｓｉ）を配置し、Ｎ₂ガス雰囲気中で６００℃で５分保持した後、ろうの拡がり面積を求めた。そして、ろうの拡がり面積が１９０ｍｍ²以上のものを「◎」と、１９０ｍｍ²未満〜１７０ｍｍ²以上のものを「○」と、１７０ｍｍ²未満のものを「×」と、評価した。

表３に示すように、Ｎｏ．１〜１９のクラッド材は、本発明の要件を満たすため、ろうの濡れ性が良好な評価となった。一方、Ｎｏ．２０〜３５のクラッド材は、本発明の規定するいずれかの要件を満たさないため、良好な評価とならなかった。

具体的には、Ｎｏ．２０，２２，２４，３２のクラッド材は、犠牲陽極材のＦｅの含有量が０．２質量％を超えるため、｛００１｝面の面積率が０．６未満となり、ろうの濡れ性に劣る結果となった。また、Ｎｏ．２１，２３，２５のクラッド材は、犠牲陽極材のＭｎの含有量が０．２質量％を超えるため、｛００１｝面の面積率が０．６未満となり、ろうの濡れ性に劣る結果となった。

Ｎｏ．２６〜３５のクラッド材は、クラッド材を製造する際の中間焼鈍の温度が２１０℃未満あるいは２９０℃を超えるか、仕上冷間圧延率が５％未満あるいは２２％を超えるため、｛００１｝面の面積率が０．６未満となり、ろうの濡れ性に劣る結果となった。

なお、前記したように、Ｎｏ．２０，２２，２４，２６〜３３のクラッド材は、特許文献１に記載された従来のクラッド材を想定したものである。本実施例で示すように、これら従来のクラッド材の犠牲陽極材表面における｛００１｝面の面積率は、全て０．６未満であり、かつ、ろうの濡れ性に劣っている。従って、本実施例によって、本発明に係るクラッド材が従来のクラッド材と比較して、ろうの濡れ性に優れていることが客観的に明らかとなった。

以上、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッド材について、発明を実施するための最良の形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１ 熱交換器用アルミニウム合金クラッド材（クラッド材）
２ 心材
３ 犠牲陽極材
４ ろう材
１０ ｛００１｝面
１１ （００１）面
１２ （０１０）面
１３ （１００）面
１４ （００−１）面
１５ （０−１０）面
１６ （−１００）面

Claims (2)

1. 心材の少なくとも一側面に犠牲陽極材をクラッドした熱交換器用アルミニウム合金クラッド材であって、
   前記心材は、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金、のいずれか一つからなり、
   前記犠牲陽極材は、Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、のいずれか一つからなるとともに、ＦｅおよびＭｎの含有量がそれぞれ０．２質量％以下、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉの含有量がそれぞれ０．３質量％以下であり、
   ６００℃で５分間加熱した場合における、前記犠牲陽極材表面の｛００１｝面の面積率が０．６以上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。
2. 前記犠牲陽極材は、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉの含有量がそれぞれ０．１７質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。

Images