JPH046239A - ろう付性が優れた高強度アルミニウム合金 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はカークーラーコンデンサ、エバポレータ及びヒ
ータコア等の熱交換器用アルミニウム合金製部品におい
て接続部として使用されるユニオン及びコネクタ等の材
料として好適のろう付性が優れた高強度アルミニウム合
金に関する。

［従来の技術］ 第１図はカークーラーコンデンサを示す平面図である。

カークーラーコンデンサのチューブ１は複数の折り曲げ
部を有して蛇行しており、このチューブ１の隣接する部
分間にはフィン２が配設されている。そして、チューブ
１の両端にはユニオン３がろう材５によりろう付されて
おり、このユニオン３の先端部にはその外周面にねじ４
が形成されている。

このように熱交換器等の配管の接続に使用されるユニオ
ン３及びコネクタ等は、その先端部の外周面にねじ４が
設けられているので、このねじ４を配管（チューブ１）
に対応する部材のめねじに螺合させることにより配管と
部材とを接続するようになっている。従って、ユニオン
３及びコネクタ等の材料となるアルミニウム合金材は、
その表面にねじ４を刻設した場合にねじ４が所定の強度
を保持できるような強度を有していることが必要である
。また、ユニオン３及びコネクタはろう付加熱工程にお
いて、例えば約６００℃の高温に曝されるために、これ
らの部品の材料となるアルミニウム合金材にはこのよう
な温度に加熱した後の強度が高いことも要求される。

一般的に、ろう何月アルミニウム合金材としては１００
０系合金及び３０００系合金が使用されているが、これ
らの１０００系合金及び３０００系合金は強度が低いと
いう欠点がある。このため、従来、ユニオン及びコネク
タ等の材料としては、強度が高いことから７ＮＯ１合金
が使用されている。この７ＮＯ１合金は、例えば１．２
重量％のＭｇ及び４．５重量％のＺｎを含有し、残部が
Ａノ及び不可避的不純物からなる合金である。

次に、熱交換器用部品の製造方法の一例として、カーク
ーラーコンデンサの製造方法を第１図を参照して説明す
る。

先ず、チューブ１にユニオン３をトーチろう付又はＴＩ
Ｃ溶接して接合する。次に、所定の形状に成形したチュ
ーブ１及びフィン２を所定位置に配置して相互に固定す
ることにより組み立てる。

次いで、チューブ１とフィン２との間の接続部にろう材
を配置した後、チューブ１及びフィン２を加熱炉内にお
いて加熱して、フィン２をチューブ。

１にろう付する。これにより、カークーラーコンデンサ
が完成する。

近時、カークーラーコンデンサ等の熱交換器用部品の製
造工程を短縮するために、チューブにユニオン及びフィ
ンを加熱炉内で同時にろう付するようになった。しかし
ながら、前述の７ＮＯ１合金はろう付性が悪いために、
７ＮＯＩ合金で形成されたユニオン及びコネクタ等を使
用して、このような方法で熱交換器用部品を量産化する
ことは困難である。特に、フッ化物系の非腐食性フラッ
クスを使用した場合は、ろう付不良が多く発生する。

近年、７ＮＯ１合金等のアルミニウム合金のろう付性が
悪い原因は、合金中に含有されたＭｇとフラックスとが
反応してしまい、フラックスの作用が低下することにあ
ることが明らかになった。この知見に基づいて、ろう付
性を改善した種々のアルミニウム合金材が提案されてい
る（特開昭８３−８６８４５号、特開昭６ｌ−１１９Ｇ
４５号、特開平１−２２５７３Ｇ）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、これらのアルミニウム合金材はいずれも
ろう付性は優れているものの、強度が７ＮＯ１合金に比
して極めて低く、このためユニオン及びコネクタ等のよ
うにねじを刻設する部材の材質としては満足できるもの
ではない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
ろう付性が優れていると共に強度が高く、ユニオン及び
コネクタ等の材料として好適のろう付性が優れた高強度
アルミニウム合金を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るろう付性が優れた高強度アルミニウム合金
は、０．１５乃至０．５重量％ノＭ　ｇ　ｓ　３　、０
重量％を超え７．０重量％以下のＺｎ及び１．０乃至２
．０重量％のＭｎを含有すると共に、０．１乃至０．４
重量％のＣｕ　、　　０．０Ｑ５乃至０．２重量％のＴ
ｉ及び０．０１乃至０．２重量％のＺｒからなる群から
選択された少なくとも１種の元素を含有し、且つ、Ｆｅ
及びＳｌの含有量をいずれも０．３重量％未満に規制し
、残部がＡノ及び不可避的不純物からなることを特徴と
する。

［作用コ 次に、本発明に係るアルミニウム合金の各成分の添加理
由及びその組成限定理由について説明する。

社左 Ｍｇは後述するＺｎと共に、アルミニウム合金の強度を
高めるために極めて有効な元素である。

しかし、Ｍｇ含有量が０．１５５重量％未満場合は、こ
のような強度向上の作用効果が十分ではない。

一方、Ｍｇ含有量が０．５重量％を超えると、アルミニ
ウム合金のろう付性が低下する。従って、Ｍｇ含有量は
０．１５乃至０．５重量％とする。

Ｚｎは上述のＭｇと反応し、Ｍ　ｇ　Ｚ　ｎ　２とじて
アルミニウム合金中に析出し、アルミニウム合金の強度
を向上させる作用がある。しかし、ｚｎ含有量が３．０
重量％以下の場合は、アルミニウム合金の強度（硬度）
が７ＮＯ１合金に比して極めて低くなる。一方、Ｚｎ含
有量が７．０重量％を超えると、Ｚｎの強度向上効果が
飽和するだけでなく、アルミニウム合金の押出及び鍛造
等の加工性が阻害されると共に、耐食性が著しく低下す
る。従って、Ｚｎ含有量は３．０重量％を超え、７．０
重量％以下とする。

Ｌ Ｍｎはアルミニウム基中に固溶してアルミニウム合金の
強度を向上させる作用がある。また、部のＭｎ系品出物
はねじ切り加工時の切削性を向上させるという作用を有
している。更に、Ａノ。

Ｍｎ中にＦｅが固溶すると、耐食性が向上するという作
用もある。

この場合に、Ｍｎの含有量が１．０重量％未満の場合は
、上述の作用効果が十分ではない。一方、Ｍｎの含有量
が２．０重量％を超えると、巨大品出物が生成されてア
ルミニウム合金の押出性及び冷間鍛造性が低下する。こ
のため、Ｍｎ含有量は１．０乃至２．０重量％とする。

Ｑｊ− Ｃｕはアルミニウム合金の強度を高め、耐孔食性を改善
する作用がある。つまり、孔食はアルミニウム基地より
も電位が高いＦｅ系品出物の周囲で生じる。従って、ア
ルミニウム合金中にＣｕを含有させることによりアルミ
ニウム基地の電位が高まり、アルミニウム合金の耐孔食
性が向上する。

この場合に、Ｃｕ含有量が０．１重量％未満の場合は、
アルミニウム合金の強度及び耐孔食性が十分ではない。

一方、Ｃｕ含有量が０．４重量％を超えると、全体腐食
の感受性が高くなり、耐食性が低下する。このため、Ｃ
ｕを含有する場合は、その含有量を０．１乃至０．４重
量％とする。

１二り医ＬＬ Ｔｉ及びＺｒは、いずれもアルミニウム合金の結晶粒を
微細化して強度を向上させる作用がある。

Ｔｉ含有量が０．００５重量％未溝０場合は、結晶粒を
微細化する効果が少なく、強度の向上が十分ではない。

一方、Ｔｉ含有量が０．２重量％を超えると、巨大晶出
物が生成され、押出性及び鍛造性が低下する。このため
、Ｔｉを含有する場合は、その含有量を０．００５乃至
０．２重量％とする。

また、ＺｒもＴｉと同様に、その含有量が０．０Ｉ重量
％未満の場合は、アルミニウム合金の結晶粒を微細化す
る効果が少なく、強度の向上が十分ではない。一方、Ｚ
ｒ含有量が０．２重量％を超えると、巨大品出物が生成
され、押出性及び鍛造性が低下する。このため、Ｚ　ｒ
を含有する場合は、その含有量を０．Ｏｌ乃至０．２重
量％とする。

なお、上述のＣｕ１Ｔｉ及びＺｒは、アルミニウム合金
中にこれらの元素のうちの少なくとも１種の元素を上記
含有量の範囲で含有させればよい。

Ｌ アルミニウム合金中にＦｅが０．３重量％以上含存され
ていると、アルミニウム合金の耐孔食性が低下する。こ
のため、Ｆｅ含有量を０．３重量％未満に規制する必要
がある。

Ｌ Ｓｉの含有量が多いと、アルミニウム合金の耐孔食性が
低下する。

また、本発明に係るアルミニウム合金のように、Ａノー
Ｚｎ−Ｍｇ系合金の場合は、Ｓｉの含有量が多いと、そ
の強度が低下する。即ち、ユニオン及びコネクタ等のア
ルミニウム合金材は、ろう付の際の加熱により若干焼き
入れされ、その後自然時効性によって強度が向上する。

この自然時効性はアルミニウム合金中に含まれるＭｇ２
Ｓｉ及びＭ　ｇ　Ｚ　ｎ　２により発生する。この場合
に、Ｍ　ｇ　Ｚ　ｎ　２の強度向上効果はＭｇ２Ｓｉの
それに比して大きい。

パフ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金にＳｉが多量に含有されると、
ＭｇはＳｉと選択的に反応して自然時効性による強度向
上効果が小さいＭｇ２Ｓｉを生成し、この強度向上効果
が大きいＭｇＺｎ２は殆ど生成されない。このため、自
然時効性による強度向上効果が少なくなり、アルミニウ
ム合金の強度が低くなる。従って、Ｓｉ含有量は、耐孔
食性を向上させると共に、自然時効性により強度の向上
を図るために、０．３重量％未満に規制する必要がある
。

なお、上述のＦｅ及びＳｉはアルミニウム合金を工業的
に製造することの容易さを考慮して、夫々的０．２重量
％含有させてもよい。

［実施例コ 次に、本発明の実施例について、その特許請求の範囲か
ら外れる比較例と比較して説明する。

通常の溶製法により、下記第１表に示す成分のアルミニ
ウム合金を溶解し、直径が１５５ｍｍの鋳塊を鋳造した
。これらの鋳塊を４５０乃至５５０″Ｃの温度に加熱し
て、４乃至１２時間均質化処理を施した。

その後、４５０℃の温度で熱間押出加工を施して、直径
が３０ｍｍの丸棒を形成した。なお、比較例６は７ＮＯ
１合金相当材であり、比較例８は３００３合金であり、
比較例９は６０６１合金である。

第１表 そして、以下に説明する方法により、これらの実施例及
び比較例の丸棒の強度（硬度）、ろう付性、冷間鍛造性
及び耐食性を調べた。

■強度 実施例及び比較例の各丸棒から直径が３０ｍｌ１１１厚
さが２０ｍｍの試験片を切り出し、この試験片を６００
℃の温度で１分間加熱した後、２０℃／分の速度で冷却
した。そして、室温に７日間放置した後、試験片のビッ
カース硬度（Ｈｖ）を測定した。

その結果を下記第２表に示す。

■ろう付性 実施例及び比較例の各丸棒から縦が５ｍ１１１、横が５
ｍａ＋、長さが２５ｍｍの試験片を切り出した。そして
、第２図に示すように、この試験片６の一方の端部をラ
イナー７上に載せてプレージングシート８上に載置した
。このプレージングシート８の大きさは縦が２５ｍｍｔ
横が２５１１ＩＩ１１である。そして、フッ化物系のフ
ラックスを塗布して炉中ろう付を行った後、ろう材部の
間隙充填長さを測定してろう付性を評価した。なお、ろ
う付条件は温度が６００℃、時間が１分間、雰囲気が露
点−４０°Ｃである。

その結果を第２表に併せて示した。但し、ろう材の間隙
充填長さが１５ｍ＋ｎ以上の場合を◎、１０ｍｍ以上１
５ｍｍ未満の場合を○、５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の場合
を△、５ｍｍ未満の場合を×で示した。

■耐食性 実施例及び比較例の各丸棒を６００℃の温度で１分間加
熱した後、２０℃／分の速度で冷却し、厚さが３ｍｍ、
幅が２５ｍｍ、長さが２０ｍｍの試験片を切り出した。

そして、この試験片に対して５％ＮａＣｆ、酢酸（ｐＨ
３）及び０．２６ｇ／ノのＣｕイオンを含有する５０℃
の液を噴霧するＣＡＳＳ試験を１００時間実施し、発生
した腐食の深さを測定して耐食性を評価した。

その結果を第２表に併せて示した。但し、孔食深さが０
．２＋ｕ＋未満の場合を◎、０．２ｎｕａ以上０．３ｍ
ｍ未満の場合を○、０．３＋＋＋ｍ以上０．５ｍｍ未滴
の場合を△、０．５ｍｍ以上の場合を×で示した。

■冷間鍛造性 直径が３ｈｍ１厚さが２０ｍｍの供試体を０調質にした
後、据込み鍛造を行なって、割れが発生したときの加工
率を調べた。

加工率は、第３図に示すように、供試体の加工前の高さ
をＨ６とじ、割れが発生したときの高さをＨとして下記
第１式により計算して求めた。

加工率＝　（Ｈｏ−Ｈ）／Ｈｏ　　　　・　（１）その
結果を第２表に併せて示した。但し、加工率が０．８以
上の場合を◎、０．６以上０．８未満の場合を０，０．
５以上０．６未満の場合を△、０．５以下の場合を×で
示した。

そして、これらの結果から、ユニオン及びコネクタ等の
材料としての適性を総合評価した。その結果を第２表に
併せて示した。但し、ユニオン及びコネクタ等の材料と
して極めて適している場合を◎、適している場合を○、
適していない場合を△、極めて適していない場合を×で
示した。

第２表 この第２表から明らかなように、実施例１乃至１１のア
ルミニウム合金はいずれもろう何部の間隙充填長さが１
０ｒｎｒｎ以上であり、ろう付性が良好であると共に、
耐食性及び冷間鍛造性が優れている。

また、硬度（Ｈｖ）も５６以上であり、高強度である。

一方、比較例１乃至９は、いずれも硬度が低いか、ろう
付性、耐食性又は冷間鍛造性が十分ではなく、ユニオン
及びコネクタ等の材料としては適していないものであっ
た。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明に係るアルミニウム合金は、
所定量のＭｇ１Ｚｎｓ　Ｍｎ１ＣＩＪＮ　Ｔ　ｉ及びＺ
ｒを含有すると共に、Ｆｅ及びＳｉの含有量を所定値０
溝に規制したから、ろう付性が優れていると共に強度が
高く、耐食性及び冷間鍛造性が優れている。従って、こ
のアルミニウム合金は、熱交換器用チューブ等に炉中ろ
う付されるユニオン及びコネクタ等の継手の材料として
極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はカークーラーコンデンサを示す平面図、第２図
はろう付試験方法を示す斜視図、第３図は冷間鍛造性試
験を示す斜視図である。 １；チューブ、２；フィン、３：ユニオン、４；ねじ、
５；ろう材、６；試験片、７；ライナー８；ブレージン
グシ一ト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）０．１５乃至０．５重量％のＭｇ、３．０重量％
   を超え７．０重量％以下のＺｎ及び１．０乃至２．０重
   量％のＭｎを含有すると共に、０．１乃至０．４重量％
   のＣｕ、０．００５乃至０．２重量％のＴｉ及び０．０
   １乃至０．２重量％のＺｒからなる群から選択された少
   なくとも１種の元素を含有し、且つ、Ｆｅ及びＳｉの含
   有量をいずれも０．３重量％未満に規制し、残部がＡｌ
   及び不可避的不純物からなることを特徴とするろう付性
   が優れた高強度アルミニウム合金。