JP7520652B2 - 熱伝導性に優れたアルミニウム合金ベア材およびブレージングシート - Google Patents

Description

本発明は、熱伝導性に優れたアルミニウム合金ベア材およびブレージングシートに関する。

近年、自動車のＥＶ化の流れによってインバータ冷却器など新たな自動車用熱交換器が自動車に搭載されている。インバータ冷却器は、省スペース化による小型化や軽量化の観点から熱交換器の放熱性能の向上が求められる。例えば、部材の接合密度が高い構造をしているインバータ冷却器では、使用するアルミニウム材料の熱伝導性が高いほどインバータ冷却器の放熱性能に優れる。
自動車用熱交換器に使用されるアルミニウム合金は、一般的に強度や耐食性のためＡｌ－Ｍｎ系合金が使用されている。しかし、Ａｌ合金に添加されるＭｎはＡｌマトリクス中に固溶した際に電気伝導度を大きく低下させる。Ａｌの熱伝導性と電気伝導度は比例しており、電気伝導度の低下は熱伝導性の低下につながる。そのため、電気伝導度の優れないＭｎを添加したＡｌ合金を使用した自動車用熱交換器では放熱性能の向上に限界がある。
一方で、Ｍｎを含まない１０００系合金では高い電気伝導度を有するが、自動車用熱交換器の部材としては強度が低く、かつ耐食性に優れないため熱交換器に利用しにくい。このため、自動車用熱交換器の構造強度や耐食性を確保しつつ放熱性能を向上させるためには、Ａｌ－Ｍｎ系合金以外の、強度と耐食性を有し、かつ熱伝導性に優れるアルミニウム合金が求められる。

従来、熱交換器用アルミニウム合金フィン材として、Ｆｅ：０．０１０～０．４質量％、Ｃｕ：０．００５質量％未満、残部Ａｌおよび不純物からなり、Ａｌ純度９９．３０質量％以上であり、亜結晶粒の平均粒径が２．５μｍ以下、最大長さ３μｍを超える金属間化合物が２０００個／ｍｍ^２以下であるアルミニウムフィン材が知られている（特許文献１参照）。
また、高強度かつ高熱伝導性を示すアルミニウム合金材として、Ｆｅ：２．０～３．０質量％、Ｓｉ：０．５～１．５質量％、Ｔｉ：０．０５質量％以下、残部がＡｌおよび不可避不純物の組成を有するアルミニウム合金材が知られている（特許文献２参照）。

特開２０１４－０７４１９８号公報 特開２００２－２５６３６５号公報

近年において熱交換器の更なる小型化、高性能化の要求に伴い、本発明者らはアルミニウム合金の高耐食性と優れた電気伝導度を両立させるために、従来のＡｌ－Ｍｎ系合金とは異なるＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｕ系合金について研究開発を行っている。

電気伝導度はアルミニウムに添加する元素に大きく影響を受けるため、Ａｌ母材中に固溶し電気伝導度を低下させるＭｎではなく、ほとんど固溶しないＦｅを添加することでＡｌ－Ｍｎ系合金と比べ飛躍的な電気伝導度の向上をなし得ることが判明した。また、従来から知られているＦｅを含む工業用アルミニウム合金は耐食性に優れないが、Ｓｉを適正量添加し、かつ最適な製造工程を採用することで、表面保護酸化皮膜の連続性を欠如させるような粗大なＡｌ－Ｆｅ系化合物の生成を抑制し、微細なＡｌ－Ｆｅ系およびＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物を分散させることで耐食性を向上し、かつ微細な化合物の粒子分散強化により強度を向上できることも判明した。また、これら化合物の分布状態に影響しないＣｕをＡｌに添加することで、熱交換器の構造強度を維持するための材料強度を得ることができることも判明した。

本発明は、これらの背景に鑑み、なされたものであり、高い電気伝導度を有する上に、耐食性に優れたアルミニウム合金ベア材とアルミニウム合金ブレージングシートの提供を目的とする。

（１）本形態のアルミニウム合金ベア材は、質量％で、Ｆｅ：０．２％以上０．６％未満、Ｓｉ：０．８％以下、Ｃｕ：０．８％以下を含有し、Ｍｎ：０．２％以下、Ｚｎ：０．３％以下に規制し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、電気伝導度５５％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、マトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２であることを特徴とする。

（２）本形態のアルミニウム合金ベア材において、熱交換器ろう付相当熱処理を付与した後における電気伝導度４３％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、マトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２であることが好ましい。

（３）本形態のアルミニウム合金ブレージングシートは、（１）または（２）に記載の熱交換器用アルミニウム合金ベア材と同一組成を有する合金を心材とし、その一方の面もしくは両方の面に、ろう材として質量％ でＳｉ：３．０～１２．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金層が貼り合わされ、電気伝導度５０％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、前記心材のマトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０ ^３ ～２２．０×１０ ^３ 個／ｍｍ ^２ であることを特徴とする。

（４）本形態のアルミニウム合金ブレージングシートは、（１）または（２）に記載の熱交換器用アルミニウム合金ベア材と同一組成を有する合金を心材とし、その一方の面もしくは両方の面に、ろう材として質量％でＳｉ：３．０～１２．０％、Ｚｎ：０．１～４．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金層が貼り合わされ、電気伝導度５０％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、心材のマトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０ ^３ ～２２．０×１０ ^３ 個／ｍｍ ^２ であることを特徴とする。

（５）本形態に係る（３）または（４）に記載のアルミニウム合金ブレージングシートにおいて、熱交換器ろう付相当熱処理を付与した後において、電気伝導度４３％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、心材のマトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０ ^３ ～２２．０×１０ ^３ 個／ｍｍ ^２ であることを特徴とする。
（６）本形態に係る（４）のみを引用した（５）に記載のアルミニウム合金ブレージングシートにおいて、熱交換器ろう付相当熱処理を付与した後の前記心材と前記ろう材表面の孔食電位差が８０ｍＶ以上であることが好ましい。

本発明は、高い電気伝導度を有し、しかも、優れた耐食性を有する熱交換器用アルミニウム合金ベア材あるいは熱交換器用アルミニウム合金ブレージングシートを提供することができる。
本発明に係るアルミニウム合金あるいはブレージングシートは、高い電気伝導度を有しつつ耐食性に優れるため、近年において更なる小型化、高放熱性能化要求がなされている自動車用熱交換器に用いて好適なアルミニウム合金ベア材およびブレージングシートとして適用することができる。

本発明に係るアルミニウム合金ベア材の一例を示す断面図である。 本発明に係るブレージングシートの一例を示す部分断面図である。 本発明に係るブレージングシートの他の例を示す部分断面図である。 本発明に係るブレージングシートとろう付対象部材との接合状態を説明するための側面図である。 本発明に係るブレージングシートを適用して構成された熱交換器を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照し、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合がある。

図１は本発明に係るアルミニウム合金ベア材の一例を示し、図２は図１に示すベア材と同一合金組成の心材を有する第１実施形態の熱交換器用アルミニウム合金ブレージングシートの断面構造を示す。この実施形態のアルミニウム合金ブレージングシートＡは、板状またはシート状であり、図１に示すベア材Ｍと同一組成である心材１の上下両面側に第１のろう材２が積層された３層構造とされている。なお、ろう材２については後述する他の形態の如く心材１の片面のみに積層されていても良い。

「アルミニウム合金ベア材および心材」
アルミニウム合金ベア材Ｍおよび心材１は、質量%で、Ｆｅ：０．２％以上０．６％未満、Ｓｉ：０．８％以下、Ｃｕ：０．８％以下を含有し、Ｍｎ：０．２％以下、Ｚｎ：０．３％以下に規制し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金からなる。
ベア材Ｍは一例として図１に示すように圧延加工を施して板状に加工し、熱交換器用フィンとして使用することもでき、ベア材Ｍと両面クラッド材をカップ形状に加工し、交互に積み重ねてろう付される部材などとして利用することもできる。本形態のベア材Ｍの用途の一例は同一組成を心材１に用いた図２に示すブレージングシートＡであるが、その他の用途としても良いのは勿論である。

以下にアルミニウム合金ベア材Ｍおよび心材１を構成するアルミニウム合金に含まれている成分元素の組成限定理由について説明する。
Ｆｅ：０．２％以上０．６％未満
ＦｅをＡｌに添加することでＡｌ－Ｆｅ系、もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系などの化合物粒子としてアルミニウム合金マトリクス内に析出させ粒子分散強化により材料強度を向上させる。また、Ｆｅはマトリクス中に微量に固溶するため、固溶強化により材料強度を向上させるためにＡｌに添加される。Ｆｅの含有量が下限値未満であると、Ａｌ－Ｆｅ系化合物粒子、もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の化合物粒子が目的とする分散状態（単位面積あたりの必要個数）とならず、強度が得られない。Ｆｅの含有量が上限値を超えると、Ａｌ－Ｆｅ系化合物粒子、もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の化合物粒子の分布数が増大し、かつ粗大な化合物が生成され易くなるため、自己耐食性が低下する。
Ｓｉ：０．８％以下
ＳｉはＡｌに固溶するか、もしくは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系などの化合物粒子としてアルミニウム合金マトリクス内に析出することでＡｌの材料強度を向上させる。Ｓｉの含有量が上限越えであるとＳｉの固溶量が高まり、ろう付後の電気伝導度が低下する。また、Ｓｉの含有量が上限越えであると、アルミニウム合金の融点を低下させるので、ろう付時にベア材Ｍもしくは心材１が溶融し熱交換器の形状を維持することができなくなることがあるため好ましくない。

Ｃｕ：０．８％以下
ＣｕはＡｌに固溶してＡｌの材料強度を向上させるために添加される。Ｃｕの含有量が上限超えであるとＣｕの固溶度が高まり、ろう付後の電気伝導度が低下する。Ｃｕの含有量が上限超えの場合、腐食時にベア材あるいは心材表面に多量にＣｕが析出し、自己耐食性を低下させる。また、ブレージングシートとして心材からろう材へのＣｕの拡散が顕著となることでろう材の電位が上昇し、心材とろう材の電位差が小さくなることで、ろう材による犠牲防食効果が低下するおそれがある。
Ｍｎ：０．２％以下
アルミニウム合金を製造する上でＭｎを全く含有させないとは難しく、微量にＭｎを含有した場合でも、Ａｌに固溶すると電気伝導度を大きく低下させる。Ｍｎ含有量が０．２％以下であればＡｌに固溶するＭｎ量を最低限とし、電気伝導度の低下を抑制することができる。Ｍｎ含有量について好ましくは０．１％以下である。
Ｚｎ：０．３％以下
Ｚｎは耐食性の確保に寄与する元素であり、Ｚｎ含有量が０．３％を超えると自己耐食性が低下する。Ｚｎ含有量について、より好ましくは０．２％以下である。

「ろう材」
以下にろう材２に含まれている成分元素の組成限定理由について説明する。
Ｓｉ：３．０～１２．０％
Ｓｉはろう付時に溶融ろうを形成し、ろう付接合部のフィレットを形成するために添加される。
Ｓｉの含有量が下限未満であると、溶融ろうが不足し、ろう付接合性が低下する。Ｓｉの含有量が上限越えであると、ろう付時に生成する溶融ろうが過多となり、心材１もしくはろう付対象部材を激しく溶融するため熱交換器の形状を維持することができずに、性能低下や外見を損なうこととなる。
なお、質量％の範囲あるいは数値範囲について「～」を用いて表記する場合、特に指定しない限り、下限と上限を含む表記とする。よって、一例として３．０～１２．０％は、３．０質量％以上１２．０質量％以下の含有量であることを意味する。

Ｚｎ：０．１～４．０％
Ｚｎはろう材による心材の犠牲防食効果を得るためにろう材に添加される。４．０％を超えるＺｎを添加するとろう材の腐食速度が増加し、ろう材が早期に腐食するため、心材を防食することができず耐食性が低下する。

「Ａｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の粒子サイズ」
０．５～２．０μｍ（０．５μｍ以上２．０μｍ以下）
化合物粒子の粒子サイズ（円相当径）が０．５μｍ未満であると、ろう付時にマトリクスへの化合物の再固溶がなされ、ろう付後の材料の電気伝導度が低下してしまう。粒子サイズが２．０μｍを超える化合物粒子が多く分布していると、効果的な粒子分散強化が得られず、材料強度が低下するため、熱交換器としての構造強度が保てない。また２．０μｍを超える化合物粒子が多く分布していると、化合物により腐食保護効果のある表面酸化皮膜の連続性が欠け、かつ化合物とＡｌ母相の電位差が大きいため、化合物を起点として腐食が進み自己耐食性が低下する。

「Ａｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の粒子個数」
１．７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２（１．７×１０^３個／ｍｍ^２以上２２．０×１０^３個／ｍｍ^２以下）
化合物粒子数が１．７×１０^３個未満であると、材料への元素の添加量が多い場合、添加した元素がほぼ母相に固溶している状態となるため、電気伝導度が大きく低下する。逆に、元素の添加量が少ない場合は、固溶度も低いため、固溶強化および粒子分散強化が効果的に得られず材料強度が低くなり、熱交換器としての構造強度が保てない。
化合物粒子個数が２２．０×１０^３個を超える場合、表面に暴露している化合物が増し、酸化皮膜の連続性が欠けている箇所が増加するため自己耐食性が低下する。また化合物が増大することで表面でのカソード反応も助長されるため、自己耐食性が低下する。

「製造方法」
例えば、半連続鋳造法により、ベア材用アルミニウム合金および心材用アルミニウム合金、ろう材用アルミニウム合金を鋳造する。
ベア材用アルミニウム合金および心材用として、質量％で、Ｆｅ：０．２％以上０．６％未満、Ｓｉ：０．８％以下、Ｃｕ：０．８％以下を含有し、Ｍｎ：０．２％以下、Ｚｎ：０．３％以下に規制し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を適用し、このアルミニウム合金でベア材および心材を製造できる。
ろう材用のアルミニウム合金として、質量％で、Ｓｉ：３．０～１２．０％を含有し、さらに必要に応じてＺｎ：０．１～４．０％を含有することができ、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成でアルミニウム合金を製造できる。

「均質化処理」
得られたベア材用アルミニウム合金および心材用アルミニウム合金は４００℃～６００℃、処理時間３～１２時間の範囲で選択し、均質化処理を行うことができる。ここで、適正な温度および時間を選択することで、所望する特性として、高い電気伝導度およびマトリクス中の化合物の最適な分散状態を得ることができる。

ろう材用アルミニウム合金は、切削性向上のために４００℃～５００℃、処理時間１～１０時間の範囲で選択し、均質化処理を行っても良い。

「貼り合わせ」
ブレージングシートとして使用する場合は、心材の片面もしくは両面に、ろう材：心材＝５～１５％：８５～９５％のクラッド率で組み合わせて作製することができる。両面の場合は皮材：心材：皮材＝５～１５％：７０～９０％：５～１５％のクラッド率にて組み合わせて製造することができる。
ろう材を準備する場合に、特に制限はなく、一般的なブレージングシートを製造する場合にろう材を作製する条件に基づき作製することができる。均質化処理後に面削を行い、熱間圧延により所望の板厚まで圧延し、所定の長さに切り出して心材と貼り合わせる。

「熱間圧延、冷間圧延、焼鈍」
ベア材用アルミニウム合金および、心材と皮材を組み合わせた材料を、熱間圧延機を用いて熱間圧延（もしくはクラッド圧延）を行い、アルミニウム合金ベア材もしくはブレージングシートを製造することができる。
熱間圧延の後、所定の厚さまで冷間圧延を実施できる。この際、圧延続行のために冷間圧延途中に焼鈍を実施してもよい。ベア材およびブレージングシートとしての最終材の板厚は、限定されるものではないが、熱間圧延で仕上げた板厚および圧延続行のための焼鈍を実施した板厚から、最終板厚までかかる圧下の割合は２０～９９％となることが好ましい。また、調質をＯとするため、冷間圧延後に焼鈍を実施しても良い。焼鈍は、例えばバッチ焼鈍炉を用いて２００℃～５００℃で１～１０時間の熱処理を施してもよい。

以上説明の工程に従い製造したアルミニウム合金ベア材ＭもしくはブレージングシートＡは、熱交換器などを製造する場合のろう付温度、例えば、５９０～６２０℃程度の温度範囲である不活性ガス雰囲気中に１～３０分程度設置してろう付する目的に使用される。
例えば、種々の熱交換器のフィンやチューブあるいはカップ状成形体などのろう付対象部材と積層する形式で熱交換器の組立に利用され、フィンやチューブ、あるいは、カップ状成形体を組み付け後、全体をろう付温度に加熱し、アルミニウム合金ブレージングシートＡのろう材２を溶融させた後、常温に冷却することでろう付が完了する。あるいは、熱交換器のフィンやチューブなどの構成部材をブレージングシートで直接形成し、ろう付に用いることができる。
ろう付対象部材は、図１に示すアルミニウム合金ベア材Ｍであっても良い。

図３は心材１の片面のみにろう材２をクラッド圧延して得られたブレージングシートＢを示し、図４はこのブレージングシートＢを用いてフィンなどのろう付対象部材３とろう付する状態を示す説明図である。
図４に示すブレージングシートＢとろう付対象部材３を上述のろう付条件にてろう付することでろう付が完了する。
前記アルミニウム合金ベア材ＭおよびブレージングシートＡ、Ｂは高い電気伝導度を有し、かつ熱交換器の構造を維持できる強度を有し、優れた耐食性も有するため、近年において更なる小型化、高放熱性能化要求がなされている自動車用熱交換器に用いて好適なブレージングシートとして提供することができる。

図５は、前記ブレージングシートＡあるいはブレージングシートＢを用いてフィン６を形成し、ろう付対象部材としてアルミニウム合金製のチューブ７を適用したアルミニウム製熱交換器５を示している。フィン６、チューブ７を、補強材８、ヘッダプレート９と組み合わせ、ろう付によって自動車用途などのアルミニウム製熱交換器５を得ることができる。
先に説明したアルミニウム合金ベア材ＭおよびブレージングシートＡ、Ｂは、高い電気伝導度を有し、かつ、高耐食性を有するため、近年において更なる小型化、高放熱性能化要求がなされている自動車用熱交換器に用いることができ、小型化、高放熱性能化が進められている自動車用熱交換器を提供することができる。

ブレージングシートについては、熱交換器のフィンを構成する用途の他に、チューブを構成する用途、ヘッダーパイプを構成する用途など、他の熱交換器用構成部材などの種々の用途に適用することができる。その場合、用途に応じて片面ろう材タイプ、両面ろう材タイプ、更に犠牲材との組み合わせ構造や中間材との組み合わせにより多層化する構造など、種々の積層構造を採用することができる。

表１、表２に記載した合金Ｎｏ.Ａ１～Ａ２７の組成になるようにアルミニウム合金を半連続鋳造にて製造し、得られたアルミニウム合金鋳塊に表１、表２に示す温度と時間で均質化焼鈍を施した後、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍（３５０℃×５ｈ）を経て目的のアルミニウム合金ベア材を作製した。
表３に記載した合金Ｎｏ.Ａ１～Ａ２３のいずれのアルミニウム合金ベア材と同一組成からなり、表1、表２に示す温度と時間で均質化処理を施した心材と、表３に示す組成のろう材からなる試料Ｎｏ.Ｂ１～Ｂ２３のブレージングシートを作製した。ろう材はいずれも心材に対しクラッド率１０％となるように熱間圧延後、冷間圧延にて厚さ１ｍｍまで圧延した後、３５０℃×５ｈの焼鈍を実施したブレージングシートとしている。

「ろう付相当熱処理」
ろう付された熱交換器で使用されている上記アルミニウム合金ベア材およびブレージングシートを直接評価することは難しいため、アルミニウム合金ベア材およびブレージングシート単体を用いて、バッチ炉にてろう付相当熱処理を施したものを評価した。ろう付相当熱処理の条件はこの実施例条件に限るものではないが、室温から６００℃まで加熱した後、６００℃にて５分保持し６０～１００℃/ｍｉｎにて３００℃まで冷却した。３００℃到達後はファンなどを用いて速やかに室温まで冷却した。得られたアルミニウム合金ベア材およびブレージングシートを試料として以下に説明する評価に供した。

「評価方法」
＜電気伝導度＞
４端子法にて測定した。２０～２５℃の室温環境にて試料に対し５００ｍＡの電流を流し、電圧値から抵抗を算出し、その後、電気伝導度を算出した。
＜化合物粒子分布状態＞
製造したアルミニウム合金ベア材とブレージングシートの心材、および、ろう付相当熱処理を実施したアルミニウム合金ベア材とブレージングシートの心材について、圧延方向に平行な断面を観察した。観察はイオンミリング法に基づくＣＰ加工を施した断面を電界放出型走査型電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）にて行った。観察した画像を基に画像解析によって化合物粒子の円相当径と分布密度を算出した。

＜電気化学的分極測定＞
高純度Ｎ_２ガスにて十分に脱気した２．６７％ＡｌＣｌ_３水溶液と電気化学測定用セルを使用し、作用対極にＰｔを用い、ルギン管(Luggin Capillary)と照合電極Ａｇ／ＡｇＣｌをバイパスさせた。測定中の液温は４０℃に保持した。
ろう付相当熱処理を付与した試料のろう材表面および心材の測定面積１０ｍｍ^２を暴露、それ以外を絶縁塗料にてマスキングし、測定部の前処理として、５０℃の５％ＮａＯＨに３０ｓ浸漬後水洗し室温の３０％ＨＮＯ_３に１ｍｉｎ浸漬し水洗した。
自然電位にて５ｍｉｎ程度保持した後、速度を０．５ｍＶ／ｓとして自然電位より掃引した。分極曲線より、一定掃引後に見られる屈曲点（電流が急激に流れなくなる領域（不働態化域）から、電流が急激に流れる領域）を孔食電位とした。また、Ｚｎを多く含有する試料では屈曲点が出現しないため、０．１ｍＡ／ｃｍ^２の電位を孔食電位とした。

「耐食性」
ろう付後のアルミニウム合金ベア材について、自己耐食性をビーカー浸漬試験にて評価した。腐食液の成分は１９５ｐｐｍＣｌ^－、６０ｐｐｍＳＯ_４ ^２－、１ｐｐｍＣｕ^２＋、３０ｐｐｍＦｅ^３＋を含むＯＹ水を使用した。試験サイクルは８８℃を８時間保持した後、室温にて１６時間保持した。８８℃に加熱している際はマグネチックスターラーを用いて腐食液を撹拌した。また比液量は３３ｍｌ／ｃｍ^２となるようサンプルサイズを加工した。
４週間浸漬した後の試料について腐食生成物を除去した後、暴露面積当たりの質量減量を腐食減量（ｍｇ／ｃｍ^２）として算出した。腐食減量が２．００ｍｇ／ｃｍ^２未満のものを優良（◎）とし、２．００ｍｇ／ｃｍ^２以上４．００ｍｇ／ｃｍ^２未満のものを良（○）、４．００ｍｇ／ｃｍ^２以上６．００ｍｇ／ｃｍ^２未満のものを可（△）、それ以上の腐食減量のものを不可（×）とした。
不可は材料の腐食が激しく熱交換器としての性能が低下するものを指し、可は材料に腐食は見られるが熱交換器の性能を低下させない程度である。良は材料のほとんどが腐食しておらず外観を損なわない程度の耐食性であり、優良はそれ以上の耐食性を指す。

表１と表２に、各試験の評価に用いたＮｏ.Ａ１～Ａ２７のアルミニウム合金ベア材の組成と、ろう付前後の電気伝導度測定結果、ろう付前後の化合物粒子個数測定結果、ろう付後の腐食減量と耐食性の評価を示す。
表３に、各試験の評価に用いたＮｏ.Ｂ１～Ｂ２３のブレージングシートを示し、ろう材組成、ろう付前後の電気伝導度測定結果、ろう付前後の心材の化合物粒子個数測定結果、ろう付後心材電位、ろう付後ろう材電位の測定結果を示し、ろう付後電位差を示す。
なお、表１の各欄において「－」と表記したのは該当する成分を含んでいない（測定限界値未満）ことを示している。

表１、表２に示す合金Ｎｏ.Ａ１～Ａ１８のアルミニウム合金ベア材は、質量％で、Ｆｅ：０．２％以上０．６％未満、Ｓｉ：０．８％以下、Ｃｕ：０．８％以下を含有し、Ｍｎ：０．２％以下、Ｚｎ：０．３％以下に規制し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、電気伝導度５５％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、マトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２であることを特徴とするアルミニウム合金ベア材である。

合金Ｎｏ.Ａ１～Ａ１８のアルミニウム合金ベア材は、ろう付前の電気伝導度５５％ＩＡＣＳ以上（５６～６５％ＩＡＣＳ）を示し、ろう付後の電気伝導度４３％ＩＡＣＳ以上（４４～６３％ＩＡＣＳ）の優れた電気伝導度を示した。
合金Ｎｏ.Ａ１～Ａ１８のアルミニウム合金ベア材は、ろう付前の化合物粒子個数が１．７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２の範囲（５．６×１０^３～１６．２×１０^３個／ｍｍ^２）を示し、ろう付後の化合物粒子個数が１.７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２の範囲（５．３×１０^３～１９．７×１０^３個／ｍｍ^２）を示した。

これら実施例に対し、比較例を示す合金Ｎｏ.Ａ１９の試料はＦｅ含有量が低いためにろう付前後の化合物数が低下し熱交換器を維持する強度が得られず、合金Ｎｏ.Ａ２０の試料はＦｅ含有量が多くろう付け前の化合物数が多すぎ、ろう付後耐食性の評価が低くなった。化合物数が多すぎるＮｏ．Ａ２０では、金型摩耗も多くなった。比較例を示す合金Ｎｏ.Ａ２１の試料は、Ｓｉの含有量を好ましい範囲より多くした試料であるが、ベア材の融点が低下したため、ろう付中にろう侵食を過多に受け、ろう付後の熱交換器の形状を維持することができなかった。合金Ｎｏ.Ａ２２の試料は、Ｃｕの含有量を好ましい範囲より多くした試料であるが、ろう付後腐食減量が増加し、耐食性が低下した。
比較例を示す合金Ｎｏ.Ａ２３の試料は、ＭｎとＺｎの含有量を好ましい範囲より多くした試料であるが、Ｍｎ添加により化合物数は多いが、Ｍｎ固溶度が高まりろう付前後の電気伝導度が低い試料となった。
比較例のＮｏ.Ａ２４の試料は、均質化焼鈍温度を３８０℃に設定して望ましい範囲より低くした試料、Ｎｏ.２５の試料は望ましい範囲より均質化焼鈍時間を短くした試料、Ｎｏ.Ａ２６の試料は、均質化焼鈍温度を６２０℃に設定して望ましい範囲より高くした試料であるが、いずれも化合物の析出数が少なくなった。

表３に示すＮｏ.Ｂ１～Ｂ１８のブレージングシートは、質量％で、Ｆｅ：０．２％以上０．６％未満、Ｓｉ：０．８％以下、Ｃｕ：０．８％以下を含有し、Ｍｎ：０．２％以下、Ｚｎ：０．３％以下に規制し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金を心材に用いたブレージングシートである。Ｎｏ.Ｂ１～Ｂ１８のいずれのアルミニウム合金ブレージングシートも、ろう付前後において、高い電気伝導度を有し、好ましい範囲の化合物粒子数となっている。

表３に示すＮｏ. Ｂ１～Ｂ１８のブレージングシートは、ろう付前の電気伝導度５０％ＩＡＣＳ以上（５５～６３％ＩＡＣＳ）を示し、ろう付後の電気伝導度４３％ＩＡＣＳ以上（４３～５９％ＩＡＣＳ）の優れた電気伝導度を示した。
Ｎｏ. Ｂ１～Ａ１８のブレージングシートは、ろう付前の心材の化合物粒子の個数が１．７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２の範囲（５．６×１０^３～１６．２×１０^３個／ｍｍ^２）を示し、ろう付後の心材の化合物粒子個数が１．７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２の範囲（５．３×１０^３～１９．７×１０^３個／ｍｍ^２）を示した。

比較例を示すＮｏ.Ｂ１９のブレージングシートは心材のＦｅ含有量が低いためにろう付前後の心材の化合物数が低下し熱交換器を維持する強度が得られず、Ｎｏ.Ｂ２０のブレージングシートはＦｅ含有量が多くろう付前の心材の化合物数が多すぎ、心材の自己耐食性が低下した。化合物数が多すぎる場合、金型摩耗も多くなる。比較例を示すＮｏ.Ｂ２１のブレージングシートは、Ｓｉの含有量を好ましい範囲より多くした心材を備えた試料であるが、心材の融点が低下したため、ろう付中にろう侵食を過多に受け、ろう付後の熱交換器の形状を維持することができなかった。
Ｎｏ.Ｂ２２のブレージングシートは、Ｃｕの含有量を好ましい範囲より多くした試料であるが、ろう付後の電気伝導度が低くなり、ろう材と心材の電位差も低くなった。
Ｎｏ.Ｂ２３のブレージングシートは、ＭｎとＺｎの含有量を好ましい範囲より多くした試料であるが、Ｍｎ添加により心材の化合物数は多くなるが、ろう付前後の電気伝導度が低い試料となった。

表３に示す組成の心材（Ｆｅ：０．２～０．５９質量％、Ｓｉ：０．０５～０．８質量％、Ｃｕ：０～０．８質量％、残部不可避不純物とＡｌ）とろう材（Ｓｉ：４．０～１１．０質量％、Ｚｎ：０．１～４．０質量％）を組み合わせたクラッド材からなる実施例Ｂ１～Ｂ１８のブレージングシートであれば、電位差８０ｍＶ以上を得ることができた。
電位差が８０ｍＶ以上となると、ろう材による心材の犠牲防食能（耐食性）が向上する。電位差が８０ｍＶ未満となると犠牲防食が有効に働かず、心材の腐食量が増大する。電位差８０ｍＶ以上で耐食性が向上することは、以下に説明する腐食試験によって確認した。

腐食試験は、ろう付後を心材が暴露されるようにろう材／心材を重ね合わせて試験サンプルを作製したものをＯＹ水に浸漬した。ＯＹ水の成分は、１９５ｐｐｍＣｌ^－、６０ｐｐｍＳＯ_４ ^２－、１ｐｐｍＣｕ^２＋、３０ｐｐｍＦｅ^３＋を含む水溶液である。
試験サイクルは８８℃を８時間保持した後、室温にて１６時間保持した。８８℃に加熱している際はマグネチックスターラーを用いて腐食液を撹拌した。また、比液量は１６．７ｍｌ／ｃｍ^２となるようサンプルサイズを加工した。電位差が８０ｍＶ以上取れているものは、ＯＹ水４週間試験後、心材に深さ０．１ｍｍ以下の孔食が０．１個／ｍｍ^２未満の数であり、耐食性が良好であった。

比較例Ｂ１９～Ｂ２２のブレージングシートは、電位差が１０～４６ｍＶの範囲となった。
電位差が８０ｍＶ未満となるのは、（１）心材に添加したＣｕ量の増加により、ろう付中にろう材へＣｕが濃縮することで心材とろう材の電位差が小さくなる、（２）ろう材のＺｎ量低下に伴う電位差の減少が要因となる。
これらの試料のように電位差が８０ｍＶ以上取れていないものは、実施例Ｂ１～Ｂ１８の試料より孔食数が増加、もしくは孔食深さが深くなり、耐食性が低下した。

Ａ、Ｂ…アルミニウム合金ブレージングシート、Ｍ…アルミニウム合金ベア材、１…心材、２…ろう材、３…ろう付対象部材（フィン）、５…熱交換器、６…フィン、７…チューブ。

Claims (6)

1. 質量％ で、Ｆｅ：０．２％ 以上０．６％未満、Ｓｉ：０．８％ 以下、Ｃｕ：０．８％以下を含有し、Ｍｎ：０．２％以下、Ｚｎ：０．３％に規制し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、電気伝導度５５％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、マトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金ベア材。
2. 熱交換器ろう付相当熱処理を付与した後において、電気伝導度４３％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、マトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２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ベア材。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱交換器用アルミニウム合金ベア材と同一組成を有する合金を心材とし、その一方の面もしくは両方の面に、ろう材として質量％ でＳｉ：３．０～１２．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金層が貼り合わされ、
   電気伝導度５０％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、前記心材のマトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０ ^３ ～２２．０×１０ ^３ 個／ｍｍ ^２ であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金ブレージングシート。
4. 請求項１または請求項２に記載の熱交換器用アルミニウム合金ベア材と同一組成を有する合金を心材とし、その一方の面もしくは両方の面に、ろう材として質量％でＳｉ：３．０～１２．０％、Ｚｎ：０．１～４．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金層が貼り合わされ、
   電気伝導度５０％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、心材のマトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０ ^３ ～２２．０×１０ ^３ 個／ｍｍ ^２ であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金ブレージングシート。
5. 熱交換器ろう付相当熱処理を付与した後において、電気伝導度４３％ＩＡＣＳ以上を有し、かつ、心材のマトリクス中に分布している円相当径で０．５～２．０μｍのＡｌ－Ｆｅ系化合物粒子もしくはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物粒子の個数が１．７×１０^３～２２．０×１０^３個／ｍｍ^２であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱交換器用アルミニウム合金ブレージングシート。
6. 熱交換器ろう付相当熱処理を付与した後の前記心材と前記ろう材表面の孔食電位差が８０ｍＶ以上であることを特徴とする請求項４のみを引用した請求項５に記載の熱交換器用アルミニウム合金ブレージングシート。

Images