JPWO2020219032A5

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Publication number: JPWO2020219032A5
Application number: JP2021562360A
Authority: JP
Publication date: 2023-09-28

Description

別の実施形態では、熱交換器は、シート材料を含む管、フィン、ヘッダプレート、またはタンクのうちの少なくとも１つを有し、シート材料は、２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸ、または６ＸＸＸアルミニウム合金のうちの１つのアルミニウム合金のコアと、４ＸＸＸアルミニウム合金のろう付けライナーと、中間ライナーと、を有し、中間ライナーは、０．３１～１．０重量％のＳｉ、＜０．１重量％のＭｇ、０．２５～１．０重量％のＭｎ、各々が≦０．０５重量％であり、合計が≦０．１５重量％である他の元素、残りがＡｌである、組成を有する。

本開示の一態様は、多層圧延接合ろう付けシート中の軟質層を強化することが、流れ応力の増加をもたらすという認識である。さらに、その圧延接合は、隣接する層の流れ応力の値が互いに近い場合に促進される。例えば、Ａｒｃｏｎｉｃ合金０１４０（表２、ＩＬ０を参照）から作製された中間ライナー層に関して、この合金は、９００°Ｆにおいて、０．０１、０．１、および１／秒の歪み速度で、それぞれ１．２５、１．９１、および３．１５ｋｓｉの流れ応力を有するように観察され得る（以下の表４を参照）。比較すると、３００３などの３ＸＸＸコア合金の流れ応力は、０．０１、０．１、および１／秒の歪み速度で、それぞれ２．０９、３．１９、および５．１６ｋｓｉの流れ応力を有し、４３４３などの４ＸＸＸろう付けライナーは、０．０１、０．１、および１／秒の歪み速度で、それぞれ１．７、２．６２、および４．５５ｋｓｉの流れ応力を有する（表４）。０．２～０．３重量％のＭｎを０１４０アルミニウム合金（表２のＩＬ４、ＩＬ５、およびＩＬ６）に添加することによって、流れ応力を、０．０１、０．１、および１／秒で、ＩＬ４では、それぞれ１．７２、２．３５、および３．７８ｋｓｉ、ＩＬ６では、１．９、２．６、および３．８７ｋｓｉに増加させることができ、２０％～５２％の流れ応力の増加を表す。０．１～０．４重量％のＭｇを０１４０アルミニウム合金（表４のＩＬ７、ＩＬ８、およびＩＬ１０合金）にさらに添加することにより、結果として生じる合金の流れ応力をより高いレベルに増加させることができる。複数のアルミニウム合金の層に対する良好な圧延接合は、下のアルミニウムを冶金学的に接合することができるように、すべての表面の酸化アルミニウムを同時に破壊することを必要とする。より軟質の中間ライナーを使用して多層材料を作製する場合、それをより容易に変形させることができるが、より硬質のろう付けライナーおよびコア合金の両方が比較的低い量の変形を有する。ろう付けライナーおよびコアのより低い変形は、表面酸化物を分解するのにあまり効果的ではなく、中間ライナーとの良好な冶金的接合の形成をより困難にする。本開示によれば、良好な接合を促進するために、層間の流れ応力の差異がより小さいことが好ましい。中間ライナーとろう付けライナーとの間の流れ応力のより緊密な一致は、圧延接合にとって有益であり、多層ろう付けシート中のろう付けライナーと中間ライナー合金との間にしばしば見られるブリスタを防止するのに役立つ。

図４は、９００°Ｆにおける、０．０１、０．１、および１／秒の歪み速度で試験した合金の流れ応力を示す。流れ応力は、図３に示す試験からの０．２～０．７の歪みの値によって平均化する。本開示による中間ライナー合金の０．０１／秒および０．１／秒などのより低い歪み速度における流れ応力は、多層ろう付けシートの圧延接合に使用されるものなど、低速還元プロセスにおいて良好な接合を促進するろう付けライナー合金４３４３の流れ応力と同様である。より高い歪み速度は、多くの場合、接合がすでに完了した後の圧延プロセスの後期段階でのスタックアップの厚さの低減に適用される。

圧延接合中、ＩＬ０（０１４０合金）などの高純度の中間ライナーは、４３４３（合金Ｂ）などのろう付け層、ならびに３００３／０３５９（コア合金ＡおよびＢ）などのコア合金と比較してより容易に変形し、これは、多くの場合、多層インゴット／プレートアセンブリのデラミネーション、ブリスタリング、および湾曲を引き起こし得る。高純度の中間ライナー（ＩＬ０、０１４０）合金、ならびにろう付けライナー４３４３および３００３／０３５９（コアＡおよびＢ）の測定された流れ応力を、比較のためにいくつかの他の材料と共に図３に示す。すべての実験用合金の流れ応力の値のまとめを表４に示す。中間ライナーＩＬ４（０．２Ｍｎ）、ＩＬ６（０．３Ｍｎ）、ＩＬ７（０．１Ｍｎ０．１Ｍｇ０．１２５Ｚｒ）、ＩＬ８合金（０．２Ｍｎ０．２Ｃｕ０．１５Ｍｇ）、およびＩＬ１０（０．４Ｍｇ）は、ＩＬ０と比較して高い流れ応力を示した。本開示の一実施形態によれば、追加の強化元素を含む中間ライナーは、流れ応力の増加、圧延接合性の改善を示す。上述の中間ライナー合金の最も高い流れ応力は、圧延接合に対して最良の性能を提供すると考えられる。しかしながら、本開示によれば、以下に説明される試験における腐食の評価によって示されるように、強化元素のより高い含有量に関連付けられるＬＦＭ現象も考慮される。

図５および図６は、典型的なＣＡＢろう付けサイクル後の、予歪みなし、および４％の予歪みの多層材料の微細構造をそれぞれ示す。ろう付けサイクルは、３５℃／分で５７７℃まで加熱し、次いで、６００℃での２分間のステップを用いて、１２℃／分で６００℃まで加熱することを含む。次いで、炉内で約－１２５℃／分で２５０℃まで冷却を行い、次いで、空冷した。図６において、中間ライナーの上部および底部を二重矢印で示す。図５に示されるように、ろう付け前の予歪みがないすべての中間ライナー合金は、ろう付けサイクル中に完全に再結晶化され、ＬＦＭは観察されなかった。４％の予歪みでは、ＬＦＭが、いくつかの実験用材料において、図６の様々なレベルの重度で観察され得る。ＩＬ０およびＩＬ１０の中間ライナー合金は、ＬＦＭが発生することを防ぐように材料が完全に再結晶されたため、ＬＦＭを示さなかった。ＩＬ１０は、簡単な圧延接合のために流れ応力を増加させ得る、０．４Ｍｇ含有量を有した。合金ＩＬ４、ＩＬ６、およびＩＬ７（それぞれ０．２Ｍｎ、０．３Ｍｎ、および０．１Ｍｎ、０．１Ｍｇ、０．１２５Ｚｒを有する）は、ＬＦＭを示したが、主に中間ライナーＩＬの元の厚さの５０％未満に限定された。より高度に合金化されたＩＬ８は、より重大なＬＦＭを示し、これは、ほぼＩＬ層全体に影響を与えた。これらの材料で作製された構成要素が腐食環境に曝露された場合に、中間ライナーの腐食保護機能を維持することが重要である。この観点から、ＩＬ８などのより高い合金含有量は好ましくない。本開示の一態様は、ＬＦＭの限定された効果を維持しながら流れ応力を増加させるために、０１４０などの中間ライナー合金に添加され得る強化元素には限界があるという認識である。本開示の中間ライナー合金の選択基準は、耐食性である。

図７は、この方法を用いて６０日間の試験を行った後の腐食ピット数および深度の測定を示す。すべての材料は、著しいＬＦＭ条件をシミュレートするために、ろう付けサイクルの前に４％の予歪みで処置した。図７に示される腐食深度は、中間ライナーの上部位置（ろう付けライナーの真下）から任意の腐食部位の最も深い場所まで測定した。ＩＬ４、６、および７はすべて、両方ともいかなるＬＦＭ効果も有していなかったＩＬ０およびＩＬ１０と比較して、同様の耐食性を示す。最も重大なＬＦＭを示したＩＬ８は、劣化した耐食性を示した。結果は、最適化された組成が、流れ応力を増加させ、優れた耐食性も維持し、ならびに高純度の中間ライナー（ＩＬ０など）を提供することができることを実証した。

１７．条項１～１６のいずれか一項に記載のシート材料を含む管、フィン、ヘッダプレート、またはタンクのうちの少なくとも１つを備える、熱交換器。

Claims

多層シート材料であって、
２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸ、または６ＸＸＸアルミニウム合金のうちの１つのアルミニウム合金のコアと、
４ＸＸＸアルミニウム合金のろう付けライナーと、
中間ライナーと、を備え、前記中間ライナーが、
０．３１～１．０重量％のＳｉ、
０．１重量％未満のＭｇ、
０．２～０．３５重量％のＭｎ、
最大０．１重量％のＺｎ、
最大０．３重量％のＦｅ、
最大０．２重量％のＣｕ、
最大０．０５重量％のＴｉ、を含むと共に、
任意選択で最大０．１２５重量％のＺｒ、を含み、
残部Ａｌ及び他の元素であって、前記他の元素は各々が０．０５重量％以下で合計が０．１５重量％以下である合金からなる、多層シート材料。
前記中間ライナーが、
０．３４～０．５重量％のＳｉと、
０．０５重量％未満のＭｇと、
０．２５～０．３５重量％のＭｎと、
最大０．０５重量％のＺｎと、
最大０．０５重量％のＣｕと、を含有する、請求項１に記載のシート材料。
前記中間ライナーが、前記ろう付けライナーと前記コアとの間に配置されている、請求項１に記載のシート材料。
前記中間ライナーが、０．４～０．５重量％のＳｉを含有する、請求項２に記載のシート材料。
前記中間ライナーが、０．２５～０．３４重量％のＭｎを含有する、請求項２に記載のシート材料。
前記中間ライナーが、０．０５～０．１重量％のＺｎを含有する、請求項１に記載のシート材料。
ＭｇおよびＭｎを請求項１に記載された範囲で含有する前記中間ライナーにおける流れ応力は、ＭｇおよびＭｎのうちの少なくとも１つが前記範囲から外れる中間ライナーにおける流れ応力よりも２０％～５２％増加する、請求項１に記載のシート材料。
前記コアが、３００３アルミニウム合金である、請求項１に記載のシート材料。
前記コアが、０．１～１．０重量％のＳｉと、最大０．５重量％のＦｅと、０．２～１．０重量％のＣｕと、１．０～１．５重量％のＭｎと、０．２～０．３重量％のＭｇと、最大０．０５重量％のＺｎと、０．１～０．２重量％のＴｉと、を含む、請求項１に記載のシート材料。
前記ろう付けライナーが、６．８～８．２重量％のＳｉと、最大０．８重量％のＦｅと、最大０．２５重量％のＣｕと、最大０．１重量％のＭｎと、最大０．２重量％のＺｎと、を含む、請求項１に記載のシート材料。
前記中間ライナーおよび前記ろう付けライナーの遠位にある前記コア上に配置された別のライナーをさらに備える、請求項１に記載のシート材料。
前記別のライナーが、第２のろう付けライナーおよび第２の中間ライナーを含み、前記第２の中間ライナーが、前記コアと前記第２のろう付けライナーとの間に配置されている、請求項１１に記載のシート材料。
前記中間ライナーが、０．３４～０．５重量％のＳｉを含有する、請求項１に記載のシート材料。
前記中間ライナーが、０．０５重量％未満のＣｕを含有する、請求項１３に記載のシート材料。
前記シート材料が、０．０９ｍｍ～２．８５ｍｍのコア厚さを含む、０．１ｍｍ～３．０ｍｍの合計厚さを有し、前記ろう付けライナーが、２．５％～２０％のクラッド比を有し、前記中間ライナーが、２．５～２０％のクラッド比を有する、請求項１に記載のシート材料。
前記シート材料が、Ｏテンパーである、請求項１に記載のシート材料。
請求項１に記載のシート材料を含む管、フィン、ヘッダプレート、またはタンクのうちの少なくとも１つを備える、熱交換器。
多層シート材料であって、
２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸ、または６ＸＸＸアルミニウム合金のうちの１つのアルミニウム合金のコアと、
４ＸＸＸアルミニウム合金のろう付けライナーと、
中間ライナーと、を備え、前記中間ライナーが、
０．３１～１．０重量％のＳｉ、
０．１～０．５重量％のＭｇ、
０．０５～０．３重量％のＭｎ、
最大０．１重量％のＺｎ、
最大０．３重量％のＦｅ、
最大０．２重量％のＣｕ、
最大０．０５重量％のＴｉ、を含むと共に、
任意選択で最大０．１２５重量％のＺｒ、を含み、
残部がＡｌ及び他の元素であって、前記他の元素は各々が０．０５重量％以下で合計が０．１５重量％以下である合金からなる、多層シート材料。
前記中間ライナーが、０．０５～０．１重量％のＺｎを含有する、請求項１８に記載のシート材料。
ろう付けシートを作製するための方法であって、
請求項１、２、４、５、６、１３、１４、１８または１９の何れかに記載された中間ライナーの層を提供するステップと、
２ＸＸＸ、３ＸＸＸ、５ＸＸＸ、または６ＸＸＸアルミニウム合金のうちの１つから選択されるコア材料の層を提供するステップと、
４ＸＸＸアルミニウム合金のろう付けライナー材料の層を提供するステップと、
前記中間ライナーの層、前記コア材料の層、および前記ろう付けライナー材料の層をスタックに積み重ねるステップであって、前記中間ライナーが、前記コア材料の層と前記ろう付けライナー材料の層との間に配置される、積み重ねるステップと、
前記スタックを圧延して、接合多層ろう付けシートを形成するステップと、を含む、方法。