JPH0436600A - アルミニウム製熱交換器 - 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］ 本発明はろう付性が良好で、ろう付後の強度及び耐食性
に優れたチューブ、ヘッダープレート等を有するラジェ
ータやヒーターコアなどのアルミニウム製熱交換器に関
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
ヘッダプレート材には、３００３などのＡ　ｌ−Ｍｎ系
合金を芯材とし、片面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材、他
の片面にＡ　ｌ−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−Ｓｉ系のろう材はチューブとフィンの接合、チニ
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。ろう何時の材料温度は５８０〜
６００℃、保持時間は０〜５分であることが多い。

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。

［発明が解決しようとする課題］ 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（、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
う何役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の添加量は実用上０．２〜０．３重量
％に制限され、高強度化の妨げとなっている。

本発明は、こうした実状に鑑み、ろう付性及び耐食性に
優れたアルミニウム製熱交換器を提供することを目的と
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（ろう材側）
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　　Ｏ，１〜２
．０重量％、ＴｉＯ，０６〜Ｏ４５重量％を含み、更に
Ｃｕ０．５％以下、及び／又はＳｉ０．５％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、そして芯材から表面に拡散してフラッ
クスと反応したＭｇの量を０．８０ｇ／ｓ　２以下に制
御すれば、接合不良や綿状生成物の生成のようなろう付
不良を生じないことを知見した。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、かくして本
発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、プレージングシートをフッ化物系
のフラックスを用いてろう付してなるアルミニウム製熱
交換器において、上記プレージングシートはＭｎ：ＯＪ
〜２．０重量％、Ｃｕ　：　０．２５〜１．０重量％、
Ｍｇ　：　　０．４〜１．０重量％、Ｓｉ：０．１〜１
．０重量％、Ｔ　ｉ　：　０．０６〜０．３５重量％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、芯材の片面にＭｎ：０．１〜２．０重量％、Ｔ　
ｉ　：　０．０６〜０．３５重量％を含み、更にＣｕＯ
，５重量％以下及び／又はＳｉＯ０５重量％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、他の面
にＡ　ｌ−Ｚｎ系合金及びＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金のい
ずれかからなる犠牲陽極材をクラッドした４層クラッド
材であって、中間材の厚さＴ（μｍ）と芯材中のＭｇ量
（％）の間にＴ　≧　５８Ｘ　　　（［Ｍｇ（％）　コ
　　−　０．３５１　　　”’の関係があり、かつ、芯
材中のＣｕ量（％）が中間材中のＣｕ量（％）よりｏ、
１５％以上多いことを特徴とするアルミニウム製熱交換
器である。

次に本発明に用いるプレージングシートにおける各成分
、その含量等の限定理由について説明する。

（１）プレージングシートの芯材 Ｍｎ：強度を向上させる。又、芯材の電位を責にして犠
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重量％未満では効果が十分でなく、２．Ｏ１ｉ量％
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。

Ｃｕ：芯材の電位を責にして、犠牲陽極材及び中間材と
芯材との電位差を大きくし、犠牲陽極材及び中間材の犠
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はろう何時に犠牲陽極材中及び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、犠牲
陽極材及び中間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。以上のようなＣｕの防食作用は犠牲陽極材中
のＣｕ量あるいは中間材中のＣｕ量より芯材中のＣｕ量
の方が多くなければ発揮されず、特に芯材中のＣｕ量の
方が０．１５％以上多くなければ、拡散後の濃度勾配が
小さすぎて効果が十分でない。

通常犠牲陽極材中にＣｕを添加することはないが、中間
材には強度向上を目的としてＣｕを添加することがある
ので、その場合は注意が必要である。

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
Ｃｕ量が０．２５重量％未満では発揮されず、一方、１
．０重量％を越えると芯材自体の耐食性が悪くなると共
に芯材の融点が下がってろう何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重量％未満では効果が十分でなく、１．０重量％
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
ってろう何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重量％未満では効果が十分でなく、１．０重量
％を越えると耐食性が低下するとともに芯材の融点が下
がってろう何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。０．０６重量％未
満では効果が十分でなく、０．３５重量％を越えると鋳
造時に粗大な化合物が生成し、健全な板材が得られない
。

その他の元素：Ｆｅ、Ｚｎ、（ｒＳＺｒなどは本発明の
効果を損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重量％以下
にする必要がある。Ｚｎは芯材の電位を卑にし、犠牲陽
極材及び中間材との電位差を小さくするので０６２重量
％以下にする必要がある。

（２）プレージングシートの中間材 Ｍｎ：強度を向上させる。０．１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。０，０
６重量％未満では効果が十分でなく　、０．３５重量％
を越えると鋳造時に粗大な化合物が生成し、健全な板材
が得られない。

Ｃｕ、Ｓｉ：これらの元素は強度向上に寄与する。特に
ろう何時に芯材から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に
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重量％以下、Ｓｉ０．５重量％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重量％以上
少なくする必要がある。

その他の元素：　Ｆ　ｅ　ｓ　Ｃｒ　ＳＺ　ｒ　ｓ　Ｚ
　ｎなどは本発明の効果を損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。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≧５８×ｌ［Ｍｇ（％）］−０Ｊ５）　”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５８ｘ　Ｉ［Ｍｇ（％）］　−０，１５
）　”’より小さいときは、ろう何時にろう材側へのＭ
ｇの拡散量が多く、Ｍｇと弗化物フラックスが反応して
接合不良が発生したり、綿状生成物が生成して外観を損
ねたりする。

（３）プレージングシートのろう材 ろう材は通常用いられるＡｌ−Ｓｉ系合金である。通常
６〜１３重量％のＳｉを含む合金が用いられる。

（４）プレージングシートの犠牲陽極材ラジェータやヒ
ーターコアなどで水と接する側（内面側）にクラッドさ
れ、犠牲陽極作用により芯材の孔食や隙間腐食を防止す
る。

単に水と接するのみの場合はＡｌ−Ｚｎ系合金が、ゴム
バッキングなどと接して隙間を形成する場合にはＡｌ−
Ｚｎ−Ｍｇ系合金が用いられることが多い。又、いずれ
の場合もＩ　ｎｓ　５ｎＳＧａＳＢ　ｓなどの電位を卑
にする元素を含んでもよい。

（５）フラックスと反応したＭｇの量 プレージングシートの芯材中のＭｇは、ろう材中に中間
材中を拡散しろう材表面でフラックスと反応する。この
反応したＭｇの量、すなわちプレージングシートの単位
表面積当りの反応量が０．８０ｇ／ｌｒ”以下であれば
、綿状生成物の生成や接合不良などが生じない。

方、０．８０ｇ／ｍ２を越えるとこれらのろう付不良が
生ずる。

ここで反応したＭｇの量は以下のように測定される。す
なわち、まず、ろう付換のプレージングシートの断面に
おいてＥＰＭＡ線分析を行いＭｇの分布を求める。この
とき第１図のような分布曲線が得られる。そしてこの分
布曲線から、次式により反応したＭｇの量Ｒ（ｇ／ｓ’
　）を計算する。

Ｒ＝　（Ｃｏ　／　１００）　・ｐ　・（Ａ−Ｂ）／）
’ここで、Ｃｏ：芯材中の初期Ｍｇ濃度（ｖｔ％）ρニ
ブレージングシートの密度 （ｇ／ｇ３） Ａ：拡散により芯材から失われた部 分の面積（腸２） Ｂ：拡散により中間材とろう材中に 出現した部分の面積（１２） ｙ；第１図におけるＭｇ濃度０〜 Ｃｏまでの長さ（■） なお、第１図におけるｙの大きさは任意である。

上記のＭｇ反応量は、前記本発明の中間材の厚さと芯材
中のＭｇ含量の関係式壬満足していれば、０．８０ｇ／
ｍ２以下となる。

［実施例コ 以下に実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。

実施例１ 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、：１４表に示す犠牲陽極材
用合金の鋳塊を準備し、中間材用合金、ろう材用合金及
び犠牲陽極材用合金を熱間圧延して所定の厚さとし、こ
れらと芯材用合金の鋳塊とを組み合わせて熱間圧延しク
ララド材を得た。その後冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延
により厚さ０．３０ｍ５の板（ＨＩ３材）を作成した。

クラッドの構成は第２図のとおりであり、合金の組合せ
は第５表のとおりとした。

得られたプレージングシートのろう材側にフッ化物フラ
ッフを塗布し、Ｎ２ガス中で材料温度を６００℃（保持
時間５分）に加熱したー。その後、引張試験及び腐食試
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　”’　１１００ｐｐ、　Ｓ　Ｏ
４”−１００ｐｐｍ、ＨＣＯ３″″１１００ｐｐ、　Ｃ
ｕ　”ｌｏｐｐｍを含む水溶液中に浸漬し、８ｈｒ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。

又、上記プレージングシートをロールフォーミングして
、その端部を溶接した後、偏平管形状にしてチューブを
作成した。このとき犠牲陽極材をチューブの内面側、ろ
う材をチューブの外面側になるようにした。得られたチ
ューブをコルゲートフィン、ヘッダープレート及びサイ
ドプレートと組付け、フッ化物フラックスろう付（材料
温度６００℃、保持時間５分）を行って、第３図のよう
な熱交換器を作成した。

フィン材はＡｌ−１，２％Ｍ　ｎ　−１，５％Ｚｎ合金
で、厚さ０．１ｈａ、ヘッダープレート材はＡｌ１．２
％Ｍｎ−０，１５％Ｃｕ合金の芯材の片面にＡｌ−７，
４％Ｓｉ合金のろう材を、他の片面にＡｌ−１，５％Ｚ
ｎ合金の犠牲陽極材をクラッドしたもので、厚さ　１．
２ｍｓであった。なお、樹脂タンクはろう何役に０リン
グを介して機械的かしめによりヘッダープレートに取付
けたものである。こうして得た熱交換器について、チュ
ーブ芯材から外面側に拡散してフラックスと反応したＭ
ｇの量、チューブとフィンの接合状態、チューブ外面で
の綿状生成物（Ｍｇのフッ化物）の生成状態を調べた。

以上の結果をまとめて第５表に示す。発明例Ｎｏ、１、
Ｎｏ、３〜１３の場合、引張強さが１８ｋｇｆ／ｌ１ｍ
１２以上と高く、最大腐食深さも小さい。反応したＭｇ
量も０．８０ｇ／ｓ’以下であり、ろう付性も良好であ
る。

比較例Ｎ　ｏ、　２の場合、芯材中のＣｕ量と中間材中
のＣｕ量の差が０．１０％と少ないために、外面側の腐
食が深くなっている。

Ｎ　ｏ、１４の場合、芯材中のＭｎが少ないために引張
強さが低く、外面側の腐食も深い。Ｎｏ、１５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。

Ｎｏ、１８は芯材中のＣｕ量が少ないために引張り強さ
がやや低く、外面側の腐食も深い。Ｎｏ。

１７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、外面側及び内面側の腐食深
さが大きい。

Ｎｏ、１８は芯材中のＭｇが少ないために引張強さが低
く、Ｎｏ、１９は芯材中のＭｇが多いためにろう付不良
を生じ、外面側の腐食も深い。

Ｎｏ、２０は芯材中のＳｉが少ないために引張強さが低
（、Ｎｏ、２１は芯材中のＳｉが多いために局部溶融を
生じ、引張強さが低く、外面側及び内面側の腐食が深い
。

Ｎｏ、２２は芯材中のＴ１が少ないために外面側及び内
面側の腐食がやや深い。Ｎｏ、２３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。

Ｎｏ、２４は３００３合金を芯材とし中間材を設けな０
３層クラッド材であるが、引張強さが低く、外面側及び
内面側の腐食が深い。

Ｎｏ、２５は中間材のＭｎが少ないために引張強さがや
や低い。Ｎｏ、２６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。

Ｎ　ｏ、２７は中間材のＴｉが少ないために外面側の腐
食がやや深い。Ｎ　ｏ、２８は中間材のＴｉが多いため
に健全な鋳塊が得られていない。

Ｎ　ｏ、２９は芯材中のＣｕ量の方が中間材中のＣｕ量
より少ないために外面側の腐食が深く、又、中間材のＣ
ｕが多いためにろう付時に綿状生成物が生じている。

Ｎ　ｏ、３０は中間材のＳｔが多いためにろう付時に綿
状生成物が生じている。

＊ ３００３合金 第 １表 第２表 実施例２ 第６表の組合せにより実施例１と同様に０．３０１■の
プレージングシートを作成した。ここではろう材と犠牲
陽極材の厚さは実施例１と同一とし、中間材と芯材の厚
さを種々に変えた。

得られたプレージングシートについて、実施例１と同様
に引張試験、腐食試験を行い、又、熱交換器のろう付テ
ストを行なって、フラックスと反応したＭｇ量、チュー
ブとフィンの接合状態、チューブ外面での綿状生成物の
生成状態を調べた。

結果を第６表に示す。

Ｔ≧５８ｘ　（［Ｍｇ（％）−０，３５）　””を満た
さない場合にろう付不良が生じている。

第６表のろう付テストの結果と、第５表のＮｏ、５〜８
のろう付テストの結果をまとめて図示すると、第４図の
ようになる。曲線Ｔ−５８Ｘ（［Ｍｇ（％）−０，３５
）　”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分かる。この実施例
で用いたろう付条件（材料温度、保持時間）は通常行わ
れる条件のほぼ上限のものである。従って、通常のろう
付条件で行う限り、 Ｔ≧５８Ｘ　（［Ｍｇ（％）−０，３５１”２であれば
ろう付不良は生じないと言える。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明のアルミニウム製熱交換器
は、フッ化物フラックスによるろう付性に優れると共に
、その材料強度及び耐食性にもすぐれるので、薄肉化に
よる軽量化及びコストダウンが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はろう付は後のプレージングシート断面における
ＥＰＭＡ線分析によるＭｇ分布を模式的に表わす図、 第２図は実施例におけるクラッド材の構成を示す図、 第３図は実施例における熱交換器の構成を示す図、 第４図は実施例２におけるろう付テストの結果を示す図
、 深さ（ｒｎ） 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プレージングシートをフッ化物系のフラックスを
   用いてろう付してなるアルミニウム製熱交換器において
   、上記プレージングシートはＭｎ：０．３〜２．０重量
   ％、Ｃｕ：０．２５〜１．０重量％、Ｍｇ：０．４〜１
   ．０重量％、Ｓｉ：０．１〜１．０重量％、Ｔｉ：０．
   ０６〜０．３５重量％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、芯材の片面にＭｎ： ０．ｌ〜２．０重量％、Ｔｉ：０．０６〜０．３５重量
   ％を含み、更にＣｕ０．５重量％以下及び／又はＳｉ０
   ．５重量％以下含み、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、 他の面にＡｌ−Ｚｎ系合金及びＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金
   のいずれかからなる犠牲陽極材をクラッドした４層クラ
   ッド材であって、中間材の厚さＴ（μｍ）と芯材中のＭ
   ｇ量（Ｘ）の間に Ｔ≧５８×｛［Ｍｇ（％）］−０．３５｝＾１＾／＾２
   の関係があり、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
   るアルミニウム製熱交換器。