JPH04198447A - 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 - Google Patents

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］ この発明は不活性ガス雰囲気中で弗化物フラックスを用
いたろう付によりラジェータやヒーターコアなどのＡｌ
熱交換器を製造するに際し。

て、その構造部材であるチューブ材やヘッダープレート
材などとして用いるに適した、ろう付性が良好で、かつ
ろう付後に高強度および高耐食性を有するＡｌ合金クラ
ッド材に関するものであり、特に薄肉で用いられるチュ
ーブ材に適する。

［従来の技術］ 自動車のラジェータやヒーターコアなどのチューブ材や
ヘッダープレート材には、３００３などのＡｌ−Ｍｎ系
合金を芯材とし、片面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう利、他
の片面にＡｌ−Ｚｎ系合金やＡ　Ｉ　−Ｚ　ｎ　−Ｍ　
ｇ系合金の犠牲陽極材をクラッドした３層クラッド材が
用いられている。

Ａｌ−３ｉ系のろう材はチューブとフィンの接合、チュ
ーブとヘッダープレートとの接合のためのものである。

ろう付は不活性ガス雰囲気中で弗化物フラックスを用い
て行われることが多い。犠牲陽極材をクラッドした他の
片面は、使用中に内側（水側）になり、犠牲陽極作用を
発揮して芯材の孔食や隙間腐食を防止する。

近年ラジェータやヒーターコアなどの軽量化を求める要
求が強く、チューブ材やヘッダープレート材の薄肉化が
必要となっている。そのためには材料の高強度化特にろ
う付後の強度の向上が必要であり、高強度化のために芯
材中にＭｇを添加することが多くなってきている。しか
し、Ｍｇはろう材中に表面に拡散していき、弗化物フラ
ックスと反応するため、綿状生成物（Ｍｇの弗化物）が
生成して付着したり、接合不良を生じたりする。こうし
て、芯材中へのＭｇの添加量は最大でも０．５％、実用
上は０．２〜０．３％に制限され、高強度化の妨げとな
っている。

チューブ材やヘッダープレート材の強度は、犠牲陽極材
にＭｇを添加することによっても向上する可能性がある
。犠牲陽極材にＭｇを添加したクラッド材に関しては、
従来からいくつかの提案がある。

すなわち、ラジェータ用ヘッダープレート材やチューブ
材の犠牲陽極材に、 ０ＭｇとＺｎ等を含有させる方法（特公昭６３−２８７
０４号）が、 ■ＺｎとＭｇを添加する方法（特開昭６１−８９４９８
号）が、 ■ＳｎとＭｇを同時添加する方法（特開昭５６−１ｆｌ
ｉ６４８号、特開昭６３−８９６４１号）が、■比較的
高濃度までのＭ　ｇ　（！：　Ｚ　ｎを添加する方法（
特公昭６２−４５３０１　）、 か提案されている。

しかし、上記■および■のＭｇの添加は１．１％あるい
は１．５％以下と少なく、孔食や隙間腐食の防止のため
に添加されており、強度向上が得られない。

上記■のＭｇの添加はＳｎの粒界拡散を抑制し、熱間圧
延時の割れを防止することを目的とし、上記■のＭｇの
添加は耐孔食性の改善を目的としているが、いずれもＭ
ｇが高濃度の場合には芯材に拡散しである程度の強度向
上効果も得られる可能性がある。しかし、薄肉のチュー
ブ材（クラッド材）を作った場合、芯材の強度は犠牲陽
極材から拡散するＭｇにより高くできても、犠牲陽極材
の強度はＭｇ添加のみでは不＝　　５　− 足となり、クラッド材全体の強度を高くすることができ
ない。すなわち、薄肉になると、芯材のみでなく犠牲陽
極材の強度への寄与も大きくなり、犠牲陽極材の強度も
高くすることが必要となるのである。

［発明が解決しようとする課題］ そこで、本発明はろう付は性を害することなく、すなわ
ち、芯材のＭｇ添加量を最大０．５％に抑えたままで、
ろう付は後に高強度が得られるクラッド材を提供しよう
とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、芯材中のＭｇ添加量を最大０．５％に抑
えたままで、ろう付は後に高強度が得られる方法につい
て検討し、犠牲陽極材中に高濃度のＭｇとＳｔを添加す
ると、犠牲陽極材中のＭｇの一部がろう付は中に芯材中
へ拡散して、芯材を強化し、また、犠牲陽極材そのもの
もＭｇとＳｉにより強化されることを見出し、本発明を
完成した。

すなわち、犠牲陽極材中にＭｇとＳｉを共存させ、Ｍｇ
を芯材の強化に寄与させるとともに、犠牲陽極材をＭｇ
とＳｉによる固溶体強化およ□びＭｇ２Ｓｉの析出によ
る時効硬化によって強化させたものである。

すなわち、本発明の構成は、 （１）芯材が、Ｍ　ｎ　：　０．３〜２．０％、Ｃｕ　
：　０．２５〜０．８％、Ｓ　ｉ　：　０．２〜１．０
％、Ｍｇ：０，５％以下、Ｔ　ｉ　：　０．３５％以下
を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウ
ム合金で構成□　され、該芯材の片面に複合された犠牲
陽極材かＭ　ｇ　　：　　１．２　〜２．５　％、　Ｓ
　　ｉ　　：　　０．２　〜０．８　％、Ｚ　ｎ　：　
０．５〜２．０％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物か
らなるアルミニウム合金で構成され、かつ、前記芯材の
他の片面に複合された皮祠がＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材
で構成されたことを特徴とす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祠、 （２）芯材が、Ｍ　ｎ　：　０．３−２．０％、Ｃｕ　
：　０．２５〜０．８％、Ｓ　ｉ　：　０．２〜１．０
％、Ｍｇ：０．５％以下、Ｔ　ｉ　：　０．３５％以下
を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウ
ム合金で構成され、該芯材の片面に複合された犠牲陽極
材がＭｇ：ｌ、２〜２．５％、Ｓ　ｉ　：　０．２〜０
．８％、Ｚ　ｎ　：　０．５〜２．０％を含有し、更に
、Ｉｎ二０．２％以下、Ｓ　ｎ　：　０．２％以下、及
びＧａ：０．２％以下の１種又は２種以上を含有し、残
部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成
され、かつ、前記芯材の他の片面に複合された皮材がＡ
ｌ−Ｓｉ系合金のろう祠で構成されたことを特徴とする
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
、である。

［作用コ 本発明における組成及び組成範囲の限定理由について述
べる。

（１）芯材 Ｍｎ＋ Ｍｎは強度を向上させる。又、芯材の電位を貴にして犠
牲陽極材との電位差を大きくし耐食性を向上させる。０
．３％未満では効果が十分でなく、２．０％を越えると
鋳造時に粗大な化合物か生成し、健全な板材が得られな
い。

Ｃｕ： Ｃｕは芯材の電位を貴にして、犠牲陽極材およびろう材
と芯材との電位差を大きくし、犠牲陽極材およびろう材
の犠牲陽極効果による防食作用を大きくする。更に、芯
材中のＣｕはろう付時に犠牲陽極材中及びろう材中へ拡
散してなだらかな濃度勾配を形成し、芯材側が責な電位
、犠牲陽極材及びろう材の各々表面側が卑な電位となり
、その間になだらかな電位分布を形成して腐食形態を全
面腐食型にする。

芯材中のＣｕは強度向上にも寄与する。

以上に示したＣｕの防食作用と強度向上効果は、芯材中
のＣｕｆｆが０．２５％未満では発揮されず、一方、０
．８％を越えると芯材自体の耐食性が悪くなるとともに
芯材の融点が下がって、ろう付時に局部的な溶融を生ず
るようになる。

Ｓｉ： Ｓｉは芯材の強度を向上させる。特に、ろう材中に犠牲
陽極材から拡散してくるＭｇと共存することにより、ろ
う何役の時効硬化により強度がより高くなる。０．２％
未満では効果が十分でなく、１．０％を越えると耐食性
が低下するとともに芯材の融点が下がってろう付時に局
部的な溶融を生ずるようになる。

Ｍｇ： Ｍｇは芯材の強度を向上させる効果があるが、ろう付は
性を劣化させる。このため芯材中のＭｇ含有量は０．５
％以下にする必要がある。

０．５％を越えると弗化物フラックスと反応して、ろう
付は性を阻害したり、Ｍｇの弗化物が生成してろう伺は
部の外観が悪くなる。

Ｔ　ｉ　： Ｔｉは芯材の耐食性をより一層向上させる。

すなわちＴｉ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。０．３
５％を越えると鋳造時に粗大な化合物が生成し、健全な
板材が得られない。

その他の元素： Ｆｅ、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。ただし、Ｆｅは多量に含まれ
ると耐食性を害するので０．７％以下にするのが好まし
い。Ｚｎは芯材の電位を卑にし、犠牲陽極材及びろう材
との電位差を小さくするので０．２％以下にするのが好
ましい。

（２）犠牲陽極材 Ｍｇ： 犠牲陽極材中のＭｇの一部は、主としてろう材中に芯材
中へ拡散し、芯材中のＳｉやＣｕとともに芯材強度を向
上させる。また、犠牲陽極材中に残存したＭｇはＳｉと
ともに犠牲陽極材の強度を向上させる。そしてこれらの
作用により、クラッド材全体の強度向上に寄与する。１
゜２％未満では効果が十分でなく、２．５％を越えると
ろう付時に局部溶融が生じ、好ましくない。

＝　１１− なお、ろう材中に犠牲陽極材中のＭｇは芯材中へ拡散す
るが、第１図のような濃度分布を有するようになり、ろ
う材側へ大量に拡散して、ろう付性を阻害することはな
い。また、クラッド製造中にも拡散が起こり、芯材と犠
牲陽極材との境界では僅かな濃度分布を有していること
は、いうまでもない。

Ｓｉ： Ｓｉは犠牲陽極材の強度を向上させ、クラッド材全体の
強度向上に寄与する。特に、犠牲陽極材中に残存したＭ
ｇとともに、時効硬化を生じて、強度向上に寄与する。

０，２％未満では効果が十分でなく、０．８％を越える
とろう付時に局部的な溶融が生ずる。

Ｚｎ： Ｚｎは皮材の電位を卑にし、犠牲陽極効果を付与する。

その結果、腐食の形態を全面腐食型にして、孔食や隙間
腐食を抑制する。０．５％未満では効果が十分でなく、
２．０％を越えると、自己耐食性が悪くなり、腐食速度
が大きくなる。

＝　１２− Ｉ　　ｎ、　　Ｓｎ、　　Ｇａ　　： Ｉｎ、Ｓｎｓ　Ｇａは、いずれも皮材の電位を卑にし、
孔食や隙間腐食を抑制する。上限を越えると自己耐食性
、圧延加工性が劣化する。

これらの元素はＺｎやＭｇのようにろう付時に大量に蒸
発したり、フラックスと反応したりすることがないため
、皮材中に残存し、皮材の電位を確実に卑にする。しか
し一方ではＺｎのように皮材中に拡散してなだらかな濃
度勾配を形成し、なだらかな電位分布を形成する作用が
小さく、そのため腐食形態を全面腐食型にする作用かや
や劣る。したがって、皮材ではＩｎ。

Ｓｎ、Ｇａの１種または２種以上とＺｎとを共存させ、
これと０．２５〜０．８％のＣｕを含む芯材と組み合わ
せることにより、Ｉｎ５Ｓｎ、Ｇａの電位を卑にする作
用、Ｚｎ及び芯材中のＣｕのなだらかな電位分布を形成
する作用、さらに芯材中のＣｕの電位を貴にする作用と
が複合され、孔食や隙間腐食がさらに防止できる。

（３）ろう材 ろう材は通常用いられるＡｌ−８ｔ合金である。通常６
〜１３％のＳＬを含むＡｌ合金が用いられる。

［実施例コ 以下実施例によって、本発明を具体的に説明する。

下記第１表に示す芯材用合金、第２表に示す犠牲陽極材
用合金、およびろう材用合金４０４５の鋳塊を準備し、
芯材用合金と犠牲陽極材用合金について均質化処理を行
った。そして、犠牲陽極材用合金およびろう材用合金金
を熱間圧延により所定の厚さとし、これらと芯材用合金
の鋳塊とを組み合わせて熱間圧延によりクラッド材を得
た。その後、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延により厚さ
０．２５關の板（ＨＩ３材）を作製した。

クラッド材の構成は芯材０．２Ｏｎ＋ｍ、犠牲陽極材と
ろう材それぞれ０．０２５ｍｍとした。

各月料の合金組成とその組合せは第３表に示すとおりで
ある。

得られたクラッド板材のろう材側に、Ａｌ−］、２％Ｍ
ｎ−１，５％Ｚｎ合金からなる厚さ０．１０ｍｍのコル
ゲートフィンを乗せ、窒素ガス中で弗化物フラックスを
用いてろう付を行った。ろう付温度（材料温度）は６０
０℃であった。ろう何役板材とフィンとの接合状況、綿
状生成物の発生状況を目視観察により、また、芯材と犠
牲陽極材の溶融状況を断面金属組織によって調べた。

次に厚さ０　、２５　ｍｍの板材をそのまま（フィンと
接触させることなく）弗化物フラックスろう付と同じ条
件で加熱した後、引張試験と腐食試験を行った。腐食試
験の方法は、外面側（ろう材側）についてはＣＡＳＳ試
験、３０日間とし、内面側（犠牲陽極材側、）について
はＣＩ　−１１００ｐｌ）。

Ｓ、　０４　”１００１００ｐｐ　ＣＯ３−１００１０
０ｐｐ　ｕ　”１０ｐｐｍを含む水溶液中に浸漬し、８
ｈｒの間８０℃に加熱し、その後室温まで放冷しなから
１６ｈｒ放置するというサイクルを繰返し、３ケ月間行
った。

以上の結果をまとめて第３表に示す。発明例Ｎ０９１〜
２０の場合、ろう付性は良好で、引張強さも１７ｋｇｆ
’／ｍｍ２以上と高く、最大腐食深さも内面側で０．１
０ｍｍ以下、外面側で０．１１ｍｍ以下と小さい。

また、内面側の最大腐食深さは、Ｎｏ、１〜９、Ｎ。

１７で０．０８〜０．ＬＯｍｍであるのに対し、Ｉｎ５
ＳｎｓＧａを含有するＮｏ、１．０〜１［ｉ、Ｎｏ、１
８〜２０は０．０５〜０．０（ｉｍｍと小さくなってい
る。

比較例Ｎｏ、２１の場合、犠牲陽極材のＭｇが少ないた
めに引張強さが１５ｋｇｆ／ｍｎ＋２と低い。

比較例Ｎｏ、　２２は、Ｍｇが多いためにろう付時に局
部溶融が生じたので、他の試験を中止した。

比較例Ｎｏ、２８は、犠牲陽極材のＳｉが少ないために
引張強さが１５ｋｇｒ／ｍｍ２と低い。

比較例Ｎｏ、２４は、Ｓｉが多いためにろう付時に局部
溶融が生じたので、他の試験を中止した。

比較例Ｎｏ、２５の場合、犠牲陽極材のＺｎが少ないた
めに内面側の腐食深さが０．１３ｍｍとやや大きい。

陽、２６は逆にＺｎが多いために内面側の腐食深さが０
．１８ｍｍと大きい。

Ｎｏ、２７．２８および２９はＩｎ、ＳｎあるいはＧａ
が多いために、内面側の腐食深さが０．１５〜０，１６
ｎ＋ｍと大きい。

Ｎｏ、　８０は、芯材のＭｎが少ないために引張強さが
１５ｋｇｆ’／ｍｍ２と低く、Ｎｏ、３１は芯材のＭｎ
が多いために健全な板利か得られず、試験を中断した。

Ｎｏ、３２は、芯材のＣｕが少ないために引張強さが１
５ｋｇｆ／ｍｍ’と低く、外面側の腐食深さが０．１９
ｍｍと大きい。

Ｎｏ、３３は、芯材のＣｕが多いためにろう付時に溶融
が生じたので、他の試験を中止した。

Ｎｏ、３４は、芯材のＳｉが少ないために引張強さが１
５ｋｇｆ／ｍ＋ｎ２と低い。

Ｎｏ、３５は、芯材のＳｉが多いためにろうイ」時に溶
融が生じたので、他の試験を中止した。

Ｎｏ、３８は、芯材がＭｇを含まないために引張強さが
１５ｋｇｆ／ｍｍ２と低い。

Ｎｏ、３７は、芯材のＭｇが多いためにろう付不良が生
じている。

Ｎｏ、３８は、芯材がＴｉを含まないために、外面側の
腐食深さが０．１４ｍｍとやや大きい。

ＮｏＪ９は芯材のＴｉが多いために健全な板材が得られ
ず、試験を中断した。

Ｎｏ、４０は、芯材が３００３であるため、引張強さが
１２ｋｇｆ／ｍｍ２と低く、外面側の腐食深さも０．２
１ｍｍと大きい。

第１表 ＊　３００３合金 第２表 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のクラッド材は弗化物フラ
ックスろう併用材料として、高強度、耐食性で、かつ、
ろう付性が優れたＡｌ熱交換器用クラッド材である。こ
れによって、チューブ材やヘッダープレート材を薄肉に
することができ、ラジェータやヒータの軽量化が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の材料のろう何役のＭｇの濃度分布を示
す断面図である。 特許出願人　住友軽金属工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）芯材が、Ｍｎ：０．３〜２．０％（重量％、以下
   同じ）、Ｃｕ：０．２５〜０．８％、Ｓｉ：０．２〜１
   ．０％、Ｍｇ：０．５％以下、Ｔｉ：０．３５％以下を
   含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム
   合金で構成され、該芯材の片面に複合された犠牲陽極材
   がＭｇ：１．２〜２．５％、Ｓｉ：０．２〜０．８％、
   Ｚｎ：０．５〜２．０％を含有し、残部Ａｌと不可避不
   純物からなるアルミニウム合金で構成され、かつ、前記
   芯材の他の片面に複合された皮材がＡｌ−Ｓｉ系合金の
   ろう材で構成されたことを特徴とす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。
2. （２）芯材が、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｃｕ：０．２
   ５〜０．８％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｇ：０．５
   ％以下、Ｔｉ：０．３５％以下を含有し、残部Ａｌと不
   可避不純物からなるアルミニウム合金で構成され、該芯
   材の片面に複合された犠牲陽極材がＭｇ：１．２〜２．
   ５％、Ｓｉ：０．２〜０．８％、Ｚｎ：０．５〜２．０
   ％を含有し、更に、Ｉｎ：０．２％以下、Ｓｎ：０．２
   ％以下、及びＧａ：０．２％以下の１種又は２種以上を
   含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム
   合金で構成され、かつ、前記芯材の他の片面に複合され
   た皮材がＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材で構成されたことを
   特徴とす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。