JPH0436434A - Ａ１熱交換器用高強度高耐食性ａ１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
いたろう付によりコンデンサやエバポレータなどの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−プレート及びタンク材などとして用い
るに適した、ろう付性が良好で、かつろう付後に高強度
及び高耐食性を有する薄肉Ａｌ合金クラッド材に関する
ものである。

この発明のクラッド材は、ラジェータやヒーターコアの
チューブ材、ヘッダープレート材にも適用できる。

［従来の技術］ カーエアコンのコンデンサやエバポレータなどのチュー
ブ材、ヘッダープレート材及びタンク材には、３００３
などのＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、その片面又は両面
にＡｌ−５ｉ系合金のろう材をクラッドした３層クラッ
ド材が用いられている。Ａｌ−Ｓｉ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
合あるいはヘッダープレートとタンクの接合のためのも
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。

近年コンデンサやエバポレータなどの軽量化を求める要
求が強く、チューブ材、ヘッダープレート材及びタンク
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（Ｍ
ｇ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の添加量は実用上０
．２〜０．３％に制限され、高強度化の妨げとなってい
る。

Ｃ発明が解決しようとする課題］ 本発明は芯材中のＭｇ分の拡散を防止して従来技術の上
記問題を解消した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、Ｍｇが芯材から拡散して表面（ろう打倒
）に到達する量を抑制するために芯材とろう材の間に中
間材を設け、中間材の合金種及び厚さについて種々検討
を加えた。

その結果、中間材としてＭｎ：０．１〜２．０％及び必
要に応じて、Ｔ　ｉ　：　０．０６〜０．３５％を含み
、更ニＣｕ　：　　０．５％以下及び／又ハＳｉ：０．
５％以下を含む合金を用い、その厚さを芯材中のＭｇ量
との関係において決めることにより、表面に到達してフ
ラックスと反応するＭｇの量を抑制することができ、ろ
う付は性の低下を防止することを知見した。又、芯材中
のＣｕ量を中間材中のＣｕ量より０．１５％以上多くす
ることにより、耐食性が著しく向上することを見出した
。

これらの知見に基づいて本発明を完成した。

すなわち、本発明の構成は、Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｃｕ　：　０．２５〜１．０％、Ｍｇ：０．４〜１．０
％、Ｓ　ｉ　：　０．１〜１．０％及び必要に応じて、
Ｔ　ｉ　：　０．０６〜０．３５％を含み、残りＡｌと
不可避不純物からなるＡｌ合金を芯材とし、この芯材の
片面又は両面にＭｎ：０．１〜２．０％を含み、更ニＣ
ｕ　：　　［１，５％以下及び／又はＳｉ：０．５％以
下を含み、かつ、必要に応して、Ｔ　ｉ　：　０．０６
〜０．３５％を含み、残りＡｌと不可避不純物からなる
Ａｌ合金の中間材を介してＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材を
クラッドしたクラッド材において、中間材の厚さＴ（μ
ｍ）と芯材中のＭｇ量（％）の間に Ｔ≧５８×｛［Ｍｇ（％）：ｌ　−０，３５１１／２の
関係を有し、かつ芯材中のＣｕ量（％）が中間材中のＣ
ｕ量（％）より０，１５％以上多いことを特徴とする弗
化物フラックスろう付により製造するＡｌ熱交換器用高
強度高耐食性Ａｌ合金クラッド材である。

以下、上記材料の各成分の量と作用について説明する。

（１）芯材 Ｍｎ： 強度を向上させる。又、芯材の電位を責にしてフィン材
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％を超えると鋳造時に
粗大な化合物が生成し、健全な板材が得られない。

Ｃｕ： 強度を向上させる。又、芯材の電位を責にして、フィン
材との電位差を大きくし、耐食性を向上させる。

更に、芯材中のＣｕ量が中間材のＣｕ量より０．１５％
以上多い場合には、芯材中のＣｕはろう付の時に中間材
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、中間材の表面側（ろう打倒）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。したがって、この場合には更に耐食
性が良好になる。

以上に示したＣｕの防食作用と強度向上効果は、芯材中
のＣｕ量が０．２５％未満では発揮されず、一方、１．
０％を超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。

Ｍｇ： 芯材の強度を向上させる。強度向上効果は、Ｓｉ及び／
又はＣｕと共存するとろう付後の時効硬化により更によ
く発揮される。０．４％未満では効果が十分でなく、１
．０％を超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
。

Ｓｉ： 芯材の強度を向上させる。強度向上効果はＭｇと共存す
るとろう付後の時効硬化によりよく発揮される。０．１
％未満では効果が十分でなく、１．０％を超えると耐食
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。

Ｔｉ： 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。０．０６％未満では効果が十分でな
く、０．３５％を超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。

Ｔｉを含まない場合でも、前記のようなＣｕの作用によ
りクラッド材の耐食性は良好である。

しかし、Ｔｉを含有することによって耐食性が一層良好
になる。換言すればＴｉを含まない場合でも薄肉化が可
能であるが、Ｔｉを含む場合には更に薄肉化が可能にな
る。

なお、Ｔｉを含まない材料が不純物として、あるいは他
の目的、例えば鋳塊の結晶粒微細化を目的として微量の
Ｔｉ（０，０８％未満のＴｉ）を含んでも本発明の効果
を損うものではなく、何ら差しつかえはない。

その他の元素： Ｆｅ５Ｚｎ、Ｃｒ５Ｚｒ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％以下にする必要がある
。Ｚｎは芯材の電位を卑にし、中間材との電位差を小さ
くしたり、逆に中間材より芯材の電位を卑にしたりする
ので０．２％以下にする必要がある。

（２）中間材 Ｍ　ｎ　： 強度を向上させる。０．１％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が生成し健
全な板材が得られない。

Ｔｉ： 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。０．０６％未満では効果が十分でなく
　、０．３５％を超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。

Ｔｉを含まない場合でも、前記のようなＣｕの作用によ
りクラッド材の耐食性は良好である。

しかし、Ｔｉを含有することによって耐食性が一層良好
になる。換言すればＴｉを含まない場合でも薄肉化が可
能であるが、Ｔｉを含む場合には更に薄肉化が可能にな
る。

なお、Ｔｉを含まない材料が不純物として、あるいは他
の目的、例えば鋳塊の結晶粒微細化を目的として微量の
Ｔｉ（０，０６％未満のＴｉ）を含んでも本発明の効果
を損うものではなく、何ら差しつかえはない。

Ｃｕ　ｓ　Ｓ　１　： これらの元素は強度向上に寄与する。特に、ろう付時に
芯材からＭｇが拡散してくるので、ろう付後にはＭｇと
Ｃｕ、Ｓｉが共存することになり、時効硬化により強度
が向上する。しかしながら、これらの元素は芯材からろ
う材へ向ってＭｇが拡散するのを促進するため、含有量
が多くなるとろう付性が悪くなる。従って、ろう付性の
確保のためにＣｕ：０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下
に限定する必要がある。又、前記のように芯材から中間
材の表面（ろう材側）に向ってＣｕのなだらかな濃度勾
配を形成し、腐食形態を全面腐食型にするために、中間
材中のＣｕ量は芯材中のＣｕ量より０．１５％以上少な
くする必要がある。

その他の元素： Ｆｅ％Ｃｒ、Ｚｒ、Ｚｎ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、Ｆｅは多量に含まれる
と耐食性を害するので０．７％以下にする必要がある。

又、Ｚｎは犠牲陽極効果を付与するために中間材に添加
することがあるが、その場合Ｍｇの拡散を促進しないよ
うに０．３％以下としなければならない。

厚さ 中間材は芯材中のＭｇが拡散してろう材側に到達する量
を抑制するためのものであり、その厚さＴ（μｍ）は芯
材中のＭｇ量（％）に応じて次の式で決められる。

Ｔ≧５８Ｘ　（［Ｍｇ（％）］　−０，３５１”２この
式は実験により求められたものであるが、芯材中のＭｇ
量が多いほど中間材の厚さを厚くしなければならないこ
とを示している。そして中間材の厚さがこの式を満たさ
ないとき、すなわち５８×｛［Ｍｇ（％）］−０，３５
）　”’より小さいときは、ろう付時にろう材側へのＭ
ｇの拡散量が多く、Ｍｇと弗化物フラックスが反応して
ろう付不良が発生したり、綿状生成物が生成して外観を
損ねたりする。

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

Ｃ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。

実施例１ 下記第１表に示す芯材用合金、第２表に示す中間材用合
金、第３表に示するう材用合金の鋳塊を準備し、中間材
用合金及びろう材用合金を熱間圧延して所定の厚さとし
、これらと均質化処理をした芯材用合金の鋳塊とを組合
せて熱間圧延しクラッド材を得た。その後、冷間圧延、
焼鈍により厚さ　０．８鰭の板を作製した。

クラッド材の構成は第１図ａに示すように、芯材１の片
面に厚さ５０μ■の中間材２、その上に厚さ５０μ−の
ろう材の層３を形成した片面クラッド材又は、第１図す
に示すように、芯材ｌの両面に厚さ５０μｍの中間材２
、その上に厚さ５０μｍのろう材の層を形成した両面ク
ラッド材である。

各材料の合金組成とその組合せは第４表に示すとおりで
ある。

得られた板材のろう材側に、Ａｌ−１，０％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６００℃
であった。ろう付後板材とフィンとの接合状況、綿状生
成物の発生状況、芯材の溶融状況を調べた。

次に厚さ０．８龍の板材をそのまま（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、ろう材側についてはＣＡＳＳ試験を３０日間行った
。

以上の結果をまとめて第４表に示す。発明例Ｎｏ、　１
、Ｎ　ｏ、　３〜２０の場合、ろう付性は良好で、引張
強さも１８ｋｇｆ／ｍｓ　２以上と高く、最大腐食深さ
も小さい。

比較例Ｎｏ、２の場合、芯材中のＣｕ量と中間材中のＣ
ｕ量の差が０．１０％と少ないために、腐食が深い。

Ｎ１１Ｌ２４の場合、芯材中のＭｎが少ないために引張
強さが低く、腐食も深い。漱２２は芯材中のＭｎが多い
ために健全な板材が得られていない。

嵐２３は芯材中のＣｕ量が少ないために引張強さがやや
低く、腐食も深い。Ｎ１１Ｌ２４は芯材中のＣｕが多く
、ろう材中に局部溶融を生じ、そのため引張強さが低く
、腐食深さが大きい。

１１ｉａ２５は芯材中のＭｇが少ないために引張強さが
低く、Ｎ１１Ｌ２４は芯材中のＭｇが多いためにろう付
不良を生じ、引張強さがやや小さいばかりでなく、腐食
も深い。

磁２７は芯材中のＳｉが少ないために引張強さが低く、
Ｎａ２ｇは芯材中のＳｉが多いために局部溶融を生じ、
腐食が深い。

Ｎｏ、２９は芯材中のＴｉが多いために健全な板材が得
られていない。

Ｎａ３０は８００３合金を芯材とし中間材を設けない両
面クラッド材であるが、引張強さが低く、腐食が深い。

Ｎａ３１は中間材のＭｎが少ないために引張強さがやや
低い。Ｎｏ、！２は中間材のＭｎが多いために健全な板
材が得られていない。

１ｌｌｃＬ３８は中間材のＴｉが多いために健全な板材
が得られていない。

随３４は中間材のＣｕが多いためにろう付時に綿状生成
物が生じている。

磁３５は中間材のＳｉが多いためにろう付時に綿状生成
物が生じている。

ｓ１表 第２表 第３表 ＊　８００３合金 第４表 実施例２ 下記第５表の組合せ及びクラッド構成により実施例１と
同様に０．８■■の板材を作製した。ここではろう材の
厚さは実施例１と同一とし、中間材と芯材の厚さを種々
に変えた。

得られた板材について、実施例１と同様にろう付テスト
、引張試験、腐食試験を行った。

その結果を第５表に示す。Ｔ≧５８×｛［Ｍｇ（％）］
　−０，３５１１／２を満たさない場合にろう付不良が
生じている。

第５表のろう付テストの結果と、Ｎｏ、　４表のＮｏ、
５．６のろう付テストの結果をまとめて図示すると、第
２図のようになる。曲線Ｔ−５８Ｘｆ［Ｍｇ（％）］　
−０，８５）　ｌ’２の上方にあればろう付性が良好で
あり、下方にあればろう付性が不良であることがわかる
。

第５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合金クラッド材である。これによ
って、熱交換器を作製する場合チューブ材やヘッダープ
レート材及びタンク材などを薄肉にすることができ、コ
ンデンサやエバポレータの軽量化、低価格化が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ及びｂは本発明のクラッド材の構成を示す断面
図。 第２図は実施例２で説明したろう付試験の結果を示すグ
ラフである。 ■・・・芯材、２・・・中間材、３・・・ろう材。 特許出願人　住友軽金属工業株式会社 代理人　弁理士　小　松　秀　岳 代理人　弁理士　旭　　　　　宏

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｎ：０．３〜２．０％（重量％、以下同じ）、
   Ｃｕ：０．２５〜１．０％、Ｍｇ：０．４〜１．０％、
   Ｓｉ：０．１〜１．０％を含み、残りＡｌと不可避不純
   物からなるＡｌ合金を芯材とし、この芯材の片面又は両
   面にＭｎ：０．１〜２．０％を含み、更にＣｕ：０．５
   ％以下及び／又はＳｉ：０．５％以下を含み、残りＡｌ
   と不可避不純物からなるＡｌ合金の中間材を介してＡｌ
   − Ｓｉ系合金のろう材をクラッドしたクラッド材において
   、中間材の厚さＴ（μｍ）と芯材中のＭｇ量（％）の間
   に Ｔ≧５８×｛［Ｍｇ（％）］−０．３５｝＾１＾／＾２
   の関係を有し、かつ芯材中のＣｕ量（％）が中間材中の
   Ｃｕ量（％）より０．１５％以上多いことを特徴とする
   弗化物フラックスろう付により製造するＡｌ熱交換器用
   高強度高耐食性Ａｌ合金クラッド材。
2. （２）芯材がその成分として、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ
   の外に更にＴｉ：０．０６〜０．３５％を含有し、残り
   Ａｌと不可避不純物からなるＡｌ合金であることを特徴
   とする請求項（１）記載のＡｌ熱交換器用高強度高耐食
   性Ａｌ合金クラッド材。
3. （３）中間材がその成分としてＭｎ、Ｃｕ及び／又はＳ
   ｉの外に、更にＴｉ：０．０６〜０．３５％含有し、残
   りＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金であることを特
   徴とする請求項（１）又は（２）記載のＡｌ熱交換器用
   高強度高耐食性Ａｌ合金クラッド材。