JPH03281761A - ろう付性及び耐食性の優れたアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法 - Google Patents

ろう付性及び耐食性の優れたアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法

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JPH03281761A
JPH03281761A JP7887990A JP7887990A JPH03281761A JP H03281761 A JPH03281761 A JP H03281761A JP 7887990 A JP7887990 A JP 7887990A JP 7887990 A JP7887990 A JP 7887990A JP H03281761 A JPH03281761 A JP H03281761A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、アルミニウム合金ブレージングシートの製造
方法に関し、特に耐食性、ろう付性に優れたアルミニウ
ム合金ブレージングシートの製造方法に関する。
[従来の技術] 従来、アルミニウム合金製熱交換器は、自動車のラジェ
ータ、オイルクーラー インタークーラー ヒータ及び
エアコンのエバポレータやコンデンサあるいは油圧機器
や産業機械のオイルクーラーなどの熱交換器として使用
されている。
アルミニウム合金製熱交換器の中に、アルミニウム合金
製クラツド材(ブレージングシート)を成形加]二した
ものを重ね合わせて流体通路を構成し、その流体通路の
間にコルゲート加工したアルミニウム合金製フィンを組
合せ、ろう付けにより一体化して作られるものがある。
例えば、ドロンカップ型エバポレータは、第1図、第2
図に示すようにプレス成形したアルミニウム合金製クラ
ツド材(ブレージングシート;両面にろう材をクラッド
したもの)からなるコアプレートla%ibとコルゲー
ト加工したアルミニウム合金製フィン2を積層し、ろう
付けによりコアプレートのろう材を溶融してコアプレー
トとフィンを接合するとともにコアプレート1aとlb
との間に冷媒の流路3を形成する。
コアプレートとしては芯材にAl−Mn系、Al−Mn
−Cu系、A I −M n −M g系、Al−Mn
−Cu−Mg系などのMnを含有するアルミニウム合金
、例えばJIS A3003合金、同A 3005合金
などが用いられ、芯材の片面又は両面にAl−8i系、
At−3t −Mg系、A I−S L −Mg−B 
i系、Al−5t −Mg−Be系、Al−3i−Bi
系、Al−8i−Be系、A I−8i−B 1−Be
系などのAl−8i系合金からなるろう材をクラッドし
た材料(ブレージングシート)が用いられている。
フィン材としてはAl−Mn系合金にCu、M g s
 Z n%Sn、Inなどが添加されたアルミニウム合
金が用いられている。
ろう付は方法としては、真空ろう付は法が一般的である
が、塩化物系フラックスや弗化物系フラックスを用いる
ろう付は法も用いられる。
従来アルミニウム合金製コアプレートとして使用されて
きたブレージングシートは、上述のとおりMnを含有す
る合金(例えばA 3003合金、A 3005合金な
ど)を芯材とするものであるが、これらは耐孔食性が不
十分であり、冷媒用通路材に適用した場合、孔食による
貫通漏洩事故が発生し問題となっている。
そこでブレージングシートの耐食性を向上させるために
、芯材中にCuやTiあるいはC「、Z「など添加する
方法(特開昭83−241133、特開昭04−833
98 、特願平1−78778)、更にカソードとなる
化合物を形成して耐食性を劣化させるFeの量を0.2
%以下と限定する方法(特開昭84−83398)ある
いはFe及びStの量を0,2%以下と限定する方法(
特開昭63−241133)が提案されている。
このようにFeあるいはFeとSiの量を限定した材料
の場合、ろう付けを行う際、第6図(a)に示すアルミ
ニウム合金クラツド材(ブlノージングシ一ト)のろう
材4.4が、第6図(b)に示すように芯材5中に侵食
しやすく (最大侵食深さ: c−d)、そのために接
合部に集積されるろう材が不足して、第5図に示すフィ
レット厚さ(a−b)が減少し、継手強度あるいは熱交
換器の耐圧強度が低下したり、あるいは芯材の耐食性が
劣化するなどの問題がある。
この問題を解決するために、ブレージングシートの芯材
の結晶粒度を50〜150μmとする方法(特開昭03
−195239号、同63−195240号)やブレー
ジングシートを焼鈍した後、冷間加工により歪を導入す
る方法(特開昭83−157791号、特開昭63−2
88593)が提案されている。しかし、前者の場合結
晶粒度を50〜150μmとするのみでは効果が十分で
なく、一方後者の場合には冷間加工材であるためにコア
プレートのプレス加工時に割れが発生するという問題が
ある。
又、ろうの侵食を防止する方法として、芯材中のMn系
化合物のうち粒子径(円相当直径)が0.1μm以下の
ものの個数割合を35%以下としたブレージングシート
が提案されている(特開平1−76778)。Feある
いはFeとSiの量を限定した材料の場合でもこのよう
にMn系化合物を制御すればろうの侵食は防止できる。
しかしFeあるいはFeとStの量を限定した材料の場
合、ブレージングシートを常法で製造するのみでは上記
のようにMn系化合物を制御することが難しく、ろうの
侵食を防止できていない。
以上述べたように従来のドロンカップ型態交換器コアプ
レート用アルミニウム合金クラッド月では、熱交換器用
月料として目的を十分達成できず、特に耐孔食性に優れ
かつ芯材中へのろう材の侵食を防止した材料、すなわち
、ろう付は性に優れた材料が望まれていた。
そこで本発明の目的はMnを含有しFeの量を限定した
Al合金芯材を用いたブレージングシートのろう付性を
向上させるための製造方法を提供するものである。
[課題を解決するだめの手段] 本発明者らは、前記した課題を解決するため、Feの瓜
を限定したA I −M n系合金芯材の均質化処理時
と最終焼鈍時におけるMn系化合物の析出及び成長につ
いて詳細な検討を加えた結果、均質化処理温度と、最終
焼鈍の温度、時間及び昇温速度とを制御することにより
 0.1μl以下のMn系化合物の割合を少なくするこ
とができ、これにより皮材からのろうの侵食を有効に防
止できることを知見し、本発明に至った。
すなわち、本発明は (1) M n :  0.3〜2.0重量%、Cu:
0.1〜1.0重間%、Fe:0.3重’Ml 96以
下を含み、残部Al及び不可避的不純物からなる合金の
鋳塊を均質化処理し、これを芯材としてこの片面又は両
面に少なくともSiを含むAl合金ろう材を皮材として
複合し、これを熱間圧延した後、冷間圧延を施し、最終
焼鈍を行ってアルミニウム合金ブレージングシートを製
造する方法において、前記均質化処理を560〜620
℃で行い、最終焼鈍を昇温速度200℃/hr以下、焼
鈍温度350〜500℃で行い、かつ焼鈍時間を K I 十K 2≧60 1.5X 104 Kl−t 1 xlO”exp  (−(1.5X 1
04 K 2− t 2 X tO” exp  (7)ここ
でT1:焼鈍温度(K) tI ;焼鈍温度T1に保持している 時間(Hr) T2:350°Cと焼鈍温度との平均温度(k)、T 
2− (623+ T + )/2t2:焼鈍時の昇温
及び降温過程で 350℃と焼鈍温度との間にある 時間(Ilr) を満足する条件で行うことを特徴とするろう付性及び耐
食性の優れたアルミニウム合金ブレージングシートの製
造方法、及び (2)芯材が更にSi:1.0重量%以下、及び/Tl
 1llJ     −111(DJ11LO/l”1
−r6#NtFIfa/It  t、ribのアルミニ
ウム合金ブレージングシートの製造方法及び (3)芯材が更にT i : 0.35重量%以下含む
前記(1)又は(2)記載のアルミニウム合金ブレージ
ングシートの製造方法である。
本発明においてアルミニウム合金ブレージングシートの
芯材として使用する上記アルミニウム合金の各成分の作
用及び含有量について説明する。
Mn:強度を向上させる。又、電位を貴にして犠牲陽極
フィン材との組合せにより耐食性を向上させる作用もあ
る。0,3重量%未満では効果が十分でなく、2.0重
量%を越えると鋳造時に粗大な化合物が生成し、健全な
ブレージングシートが得られない。
Cu:強度を向上させる。又、電位を貴にして犠牲陽極
フィン材との組合せにより耐食性を向上させる作用もあ
る。0.11Jfffi%未満では効果が十分でなく、
1.0重量%を越えると芯材自体の耐食性が悪くなる。
Fe:FeはAl−Fe、Al−Fe−Mn。
Al−Fe−Mn−8tなどの化合物を形成し、これら
の化合物がAl母月に対するカソードとなって耐食性を
劣化させる。
0.3重M%を越えると耐食性の劣化か著しいが、0.
3重量%以下であれば耐食性は良好である。
Si二Al−Mn−5i系化合物、あるいはMgが共存
するときはMgzSiの析出物を形成し、強度を向上さ
せる。上限を越えるとろう何時に局部溶融が生じ、又、
耐食性も劣化する。
Mg:強度を向上させる。特にCuとの共存あるいはS
tとの共存により時効硬化して強度を向上させる。上限
を越えると耐食性が劣化する。
Ti:芯材の耐食性をより一層向上させる。すなわちT
iは濃度の高い領域と低い領域に分かれ、それらが板厚
方向に交互に分布して層状となり、Ti濃度が低い領域
が高い領域に比べて優先的に腐食することにより腐食形
態を層状にする。その結果板厚方向への腐食の進行を妨
げて材料の耐孔食性を向上させる。0.35重量%を越
えると鋳造時に粗大な化合物が生成し、健全なプレージ
ングシートが得られない。
その他の元素:Zn、Cr、Zrなどは本発明の効果を
損なわない範囲で含まれてもよい。
但し、Znは芯材の電位を卑にし、犠牲陽極フィン材と
の電位差を小さくして耐食性を害するので0.2重量%
以下にする必要がある。
又、上記の芯材の片面又は両面に複合する皮材としての
ろう材は、Stを含むAl合金のろう祠が用いられる。
真空ろう付の場合はAlS1−Mg系合金やA I−S
 i −Mg−B i系合金などが用いられる。フラッ
クスろう付の場合はAl−8i系合金が用いられる。又
、その他のろう付方法を用いたり、その他の元素例えば
Be、Cu、、Zn、I n5Sn等を添加したろう材
を用いたりしても本発明の効果を損なうことはない。
次に本発明ブレージングシートの製造方法について説明
する。
本発明のブレージングシートは基本的には芯材合金の鋳
塊を均質化処理し、これの片面又は両面にろう材合金の
皮材を複合し、熱間圧延を行った後、冷間圧延及び最終
焼鈍を実施して製造する。ただし、芯材合金鋳塊の均質
化処理温度、最終焼鈍の温度、時間及び昇温速度は、以
下の理由で限定されなければならない。
(1〉芯材の均質化処理温度: 均質化処理は鋳造時に晶出した化合物を固溶させたり、
均一分散さぜたりすると同時に、鋳造時に過飽和に固溶
している元素を析出させ成長させる。特にMn系化合物
を析出させ成長させることは、ろうの侵食を防止するの
に重要である。均質化処理温度が560℃未満ではMn
系化合物の成長が不足し、粒子径0.1μm以下のもの
の個数割合が35%を越えて、ろうの侵食を防止できな
い。
560〜620℃で均質化処理を行うと、Mn系化合物
は成長し、ろうの侵食を防止するのに有効である。ただ
し、Feが0.3重量%以下と少ない芯材合金の場合、
Mnの固溶限を下げるというFeの作用が弱くなるため
、このように比較的高い均質化処理温度ではM nの固
溶量が多くなり、これがその後の熱間圧延あるいは最終
焼鈍時に加工組織上に微細に析出し、ろうの侵食を促進
する。従って固溶したM nは最終焼鈍時の温度、時間
及び昇温速度を制御することにより析出させ成長させな
ければならない。
一方、均質化処理温度か620℃を越えるとMn系化合
物の成長はよく進むが、M nO固溶瓜が多くなりすぎ
、最終焼鈍時に析出・成長させることが難しくなったり
、析出・成長させるのに長時間を要して経済的でなくな
ったりする。
(2)最終焼鈍の温度と時間: 最終焼鈍は加工硬化した材料を再結晶させて軟化させる
とともに、固溶Mnを析出させ、更にMn系化合物を成
長させるために行う。350℃未満では軟化が十分でな
く、ブレージングシトの成形性が不良である。500℃
を越えるとMnが再固溶し、ろう付時に再結晶しにくく
なってろうの侵食が生じる。
焼鈍時間は(1)〜(3)式を満す条件とする。
KI+に2≧eo            (i)1.
5X 10’ ) (2) K+−t + XIO”exp  (−、−1,5X 
10’ ) (3) K2− t 2 xlOllexp  (−、−ここで
TI=焼鈍温度(K) tl :焼鈍温度T1に保持している時tjjj(ll
r) T2:350℃と焼鈍温度との平均温度(k) 、T2
−(623+T+ ) /2t2:焼鈍時の昇温及び降
温過程で 350℃と焼鈍温度との間にある時 間(ilr) K1は焼鈍温度に保持している間にMn系化合物が成長
する度合を示す量で、K2は4温及び降温過程において
350℃から焼鈍温度までの間でMn系化合物が成長す
る度合を示す量であり、これらはMn系化合物の粒子が
オストワルド成長をするとして導いたものである。T1
、T2、jl、j2を図示すれば第7図のようになる。
このに!とに2を合計したものが60以上であれば、M
n系化合物の成長が十分となって、粒子径0.1μ−以
下の化合物の個数割合が35%以下となり、ろうの侵食
が防止できる。逆にに1+に2が60未満ではMn系化
合物の成長が不十分となり、粒子径0.1μ口以下の化
合物の個数割合が35%を越え、ろうの侵食が生ずる。
(3)最終焼鈍の昇温速度: 昇温速度が小さいと昇温過程で加工組織上にMnがよく
析出し、その後温度が上昇して保持されるとこの析出粒
子が成長する。昇温速度、すなわち常温から焼鈍温度ま
での平均昇温速度が200℃/Hr以下でこの効果が大
きく、上記の焼鈍温度及び時間と組合せることによって
、Mn系化合物がよく成長し、ろうの侵食が防止できる
。200℃/ Hrを越えるとMnの析出が不十分とな
って、ろう付時に再結晶しにくくなってろうの侵食が生
じる。
(4)その他: 冷間圧延の途中で1回以上の中間焼鈍を行ってもよい。
その場合、中間焼鈍の温度、昇温速度は上記の規定を守
らなければならない。焼鈍時間については中間焼鈍にお
けるに、+に2と最終焼鈍におけるに、+に2とを求め
、両者の和が60以上になるようにすればよい。
[実施例] 実施例1 第1表に示す19P1!類の組成の合金を溶解、連続鋳
造し、均質化処理を施した後、切断、面前して、厚さ2
1mm、幅150111長さ150a+mの芯材素材と
した。一方、JIS B A4004合金(Al−10
%5i−1,5%Mg)を同様に鋳造、面側し、480
℃にて熱間圧延を行い、厚さ 4.51の皮材とした。
この皮材を芯材の両面に重ね合わせ、480℃で熱間圧
延を行って厚さ 3mmのクラツド材を得た。この後冷
間圧延により厚さ 0.61Gの板とし、最終焼鈍を行
ってO材のコアプレート用クラツド材(ブレージングシ
ート)とした。以上の製造工程において均質化処理温度
は600℃、最終焼鈍の温度は400℃、保持時間は5
11r、 R温速度は50℃/1(「、t2は3.5H
rとした。このときKl+に2は 130であった。
こうして得たコアプレート用クラツド材(ブレージング
シート)の芯材中のMn系化合物の粒子径は1万倍の透
過電子顕微鏡写真を5視野(面積合計200μm 2 
)撮影し、画像解析装置により化合物粒径(円相当直径
)分布を?I−1定した。又、透過電子顕1ffl写真
により再結晶しているかどうかも評価した。
次にコアプレート用クラツド材(ブレージングシート)
を切り出し、第3図に示すようなプレス加工材を得、こ
れらを第4図のように積層して真空ろう付けを行った。
ろう付は時の真空度(圧力)は5X 1O−sTorr
以下、温度は600℃、保持時間は3mInとした。こ
の後、断面顕微鏡観察により第5図に示す接合部のろう
材のフィレット厚さ(a−b)と、第6図(a) 、(
b)に示す最大侵食深さ(c−d)を求めた。
又、各材料の耐食性を評価するために、第4図の積層ろ
う付は品についてCASS試験(月S D 0201)
を1カ月間実施し、最大孔食深さを測定した。更に同様
の真空加熱処理を行ったコアプレート用クラツド材(ブ
レージングシート)の引張強さを求め、それらの結果を
まとめて第2表に示す。
第1表 * A3003合金 第2表 発明例No、1〜lOの場合、0.1μ−以下の粒子の
個数割合が35%以下であり、フィレット厚さが大きく
、最大侵食深さが小さく、最大孔食深さが小さく、引張
強さも大きい。
No、11はMnが少ないために引張強さが低く、No
、12はMnが多いために健全なブレージングシートが
得られていない。
No、13はCuが含まれないために最大孔食深さが深
く、引張強さがやや低い。No、14はCuが多いため
に最大孔食深さが大きい。
No、15はFeが多いために最大孔食深さが大きい。
No、IBはStが多いためにろう何時に芯材溶融が生
じている。
No、I7はMgが多いために最大孔食深さが大きい。
No、18はTiが多いために健全なブレージングシー
トが得られていない。
No、19はA 3003合金を芯材にしたものである
が、Feが多いために最大孔食深さが大きい。
実施例2 第1表のNo、3.6.7.9及びlOの合金を芯材と
して、実施例1と同様に厚さ 0.0+u+のブレージ
ングシートを作成した。ただし均質化処理志度、最終焼
鈍の温度、保持時間、昇温速度は第3表のA−にのいず
れかとした。
得られたブレージングシートについて実施例1と全く同
様に0.1μm以下の粒子の個数割合、フィレット厚さ
、最大侵食深さ、最大孔食深さ及び引張強さをAl11
定し2、結果を第4表に示した。
第3表 第4表 発明例である製造工程A−Eを用いた場合、0.1μ層
以下の粒子の個数割合が3596以下であり、フィレッ
ト厚さが大きく、最大侵食深さが小さく、最大孔食深さ
が小さく、引張強さも大きい。
比較例である製造工程Fを用いた場合均質化処理温度が
高く、又、製造工程Gを用いた場合均質化処理温度が低
く、このためいずれも0.1μ−以下の粒子の個数割合
が35%を越え、フィレット厚さが小さく、最大侵食深
さが大きく、最大孔食深さも大きい。
製造工程Hを用いた場合、最終焼鈍の温度が低いために
完全に再結晶しておらず、成形性に劣る。
製造工程Iを用いた場合最終焼鈍の温度が高いためにフ
ィレット厚さが小さく、最大侵食深さ及び最大孔食深さ
が大きい。
製造工程Jを用いた場合、KI+に2が小さいために0
.1μ自以下の粒子の個数割合が35%を越え、フィレ
ット厚さが小さく、最大侵食深さ及び最大孔食深さが大
きい。
製造工程Kを用いた場合、y/温速度が大きいためにフ
ィレット厚さが小さく、最大侵食深さ及び最大孔食深さ
が大きい。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明により耐食性とろう付性を
兼備したブレージングシートを提供でき、熱交換器の耐
久性が向上し、耐圧強度が上昇する。これらの結果、ブ
レージングシートの薄肉化も可能となり、熱交換器の軽
量化あるいはコストダウンにも寄与する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は公知のドロンカップ型エバポレータ
の構成を説明する図、第3図は実施例におけるプレス加
工材の構成を説明する図、第4図は該プレート加工材の
ろう付積層体を説明する図、第5図は第4図に示するう
付接合部Aの拡大図、第6図(a) 、(b)は皮材で
あるろう材の芯材部への侵食を説明する図、第7図は最
終焼鈍時の加熱パターンを説明する図。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Mn:0.3〜2.0重量%、Cu:0.1〜1
    .0重量%、Fe:0.3重量%以下を含み、残部Al
    及び不可避的不純物からなる合金の鋳塊を均質化処理し
    、これを芯材としてこの片面又は両面に少なくともSi
    を含むAl合金ろう材を皮材として複合し、これを熱間
    圧延した後、冷間圧延を施し、最終焼鈍を行ってアルミ
    ニウム合金ブレージングシートを製造する方法において
    、前記均質化処理を560〜620℃で行い、最終焼鈍
    を昇温速度200℃/hr以下、焼鈍温度350〜50
    0℃で行い、かつ焼鈍時間を K_1+K_2≧60 K_1=t_1×10^■exp(−(1.5×10^
    4)/T_1)K_2=t_2×10^■exp(−(
    1.5×10^4)/T_2)ここでT_1:焼鈍温度
    (K) t_1:焼鈍温度T_1に保持している 時間(Hr) T_2:350℃と焼鈍温度との平均温 度(k)、T_2=(623+T_1)/2t_2:焼
    鈍時の昇温及び降温過程で 350℃と焼鈍温度との間にある 時間(Hr) を満足する条件で行うことを特徴とするろう付性及び耐
    食性の優れたアルミニウム合金ブレージングシートの製
    造方法。
  2. (2)芯材が更にSi:1.0重量%以下、及び/又は
    Mg:1.0重量%以下含む請求項(1)記載のアルミ
    ニウム合金ブレージングシートの製造方法。
  3. (3)芯材が更にTi:0.35重量%以下含む請求項
    (1)又は(2)記載のアルミニウム合金ブレージング
    シートの製造方法。
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