JPH0565588A - 耐食性に優れたろう付用アルミニウム材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウムまたはアルミニウム合金からな
る芯材の少なくとも片面に、Ｚｎを含有するＡｌ−Ｚｎ
系合金からなる皮材が被着形成されたろう付用アルミニ
ウム材において、薄肉化を可能としながらも、なおかつ
ろう付後の耐食性にも優れたものとなす。 【構成】 皮材に含有されたＺｎ量と皮材の厚さとが、
図１に示すように点Ａ（１wt％、５０μｍ）、点Ｂ
（１．２wt％、４０μｍ）、点Ｃ（１．５wt％、２０μ
ｍ）、点Ｄ（２wt％、１５μｍ）、点Ｅ（３wt％、１０
μｍ）、点Ｆ（５ wt％、５μｍ）、点Ｇ（５wt％、１
５μｍ）、点Ｈ（４wt％、２０μｍ）、点Ｉ（３wt％、
３０μｍ）、点Ｊ（２．５wt％、５０μｍ）で囲まれた
範囲内の値に設定されるとともに、皮材のＣｕ含有量が
０．０５ｗｔ％以下に規定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ラジエター、カーヒ
ーター、水冷オイルクーラー等のアルミニウム製熱交換
器のチューブ材等として使用されるアルミニウム材、特
にろう付加熱に供されるとともに、ろう付後の耐食性に
優れているアルミニウム材に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなアルミニウム製熱交換器、
特に媒体として水が用いられるような場合には、該水を
流通させるチューブ材等として耐食性に優れたアルミニ
ウム材を用いる必要がある。

【０００３】かかる耐食性を有するアルミニウム材とし
て、従来、Ａ３００３アルミニウム合金等からなる芯材
の少なくとも片面に、１wt％程度のＺｎ（亜鉛）を含有
するＡｌ−Ｚｎ系合金皮材がクラッドされたものが用い
られ、このＡｌ−Ｚｎ系合金皮材が水と接する内面側に
位置するようにアルミニウム材を成形して使用してい
た。この理由は、アルミニウム製熱交換器の製造におい
て一般に実施されるろう付工程において、加熱により皮
材中のＺｎが芯材に拡散し、この拡散したＺｎの犠牲防
食効果による耐食性を期待するためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、熱交換器の
軽量化の要請に伴い、チューブ等を構成する上記アルミ
ニウム材に対しても薄肉化の要請が高まっており、これ
に応じてＡｌ−Ｚｎ系合金皮材も徐々に薄肉化され、５
０μｍ程度以下の肉厚となされる場合が多い。

【０００５】しかるに、Ａｌ−Ｚｎ系合金皮材の薄肉化
に伴いＺｎによる犠牲陽極効果が低下し、アルミニウム
材の耐食性が悪化するという欠点があった。

【０００６】この発明は、かかる欠点を解消するために
なされたものであって、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金からなる芯材の少なくとも片面に、Ｚｎを含有す
るＡｌ−Ｚｎ系合金からなる皮材が被着形成されたろう
付用アルミニウム材において、薄肉化を可能としながら
も、なおかつろう付後の耐食性にも優れたものとなすこ
とを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発明者は、皮材中のＺｎの加熱拡散状態において、
アルミニウム材の表面Ｚｎ濃度と最大孔食深さとの関係
を調べるべく以下のような実験を行った。

【０００８】即ち、図２に示すように、Ａ３００３Ａｌ
合金からなる肉厚２ｍｍの芯材（１）の片面に、Ｚｎ量
を下記表１のように各種に変えた厚さ２０μｍのＡｌ−
Ｚｎ系合金皮材（２）がクラッドされた縦４０ｍｍ×横
８０ｍｍの５種類のアルミニウム材、及び上記芯材
（１）のみからなる同大のアルミニウム材を用意し、ろ
う付を想定した６００℃×５分の加熱を行った。

【０００９】

【表１】

【００１０】次に、ＯＹ水（Ｃｌ^- ：２００ｐｐｍ、Ｓ
Ｏ_４ ^2-：６０ｐｐｍ、Ｆｅ³⁺：３０ｐｐｍ、Ｃｕ²⁺：１
ｐｐｍ）中において９５℃×２５０時間の浸漬試験を行
い、試験後の各試料における表面Ｚｎ濃度（wt％）と最
大孔食深さ（μｍ）とを調べたところ、図３に示すグラ
フのとおりとなった。

【００１１】上記結果から、アルミニウム材の表面Ｚｎ
濃度が高くなるに従って、最大孔食深さが浅くなってお
り、ろう付後において十分な耐食性を発揮させるために
は、表面Ｚｎ濃度が０．８wt％以上必要であり、また表
面Ｚｎ濃度が２wt％を越えても犠牲防食効果の格別の増
大を期待し得ないばかりか、かえって初期腐食が激しく
なることがわかった。つまり、表面Ｚｎ濃度を０．８〜
２．０wt％程度に設定すべきことがわかった。

【００１２】そこで、発明者はかかる知見に鑑み、ろう
付後の表面Ｚｎ濃度を０．８〜２．０wt％程度に制御す
べくさらに鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム材にお
ける皮材中のＺｎ含有量と皮材の厚さとを予め所定範囲
に規定することでろう付後の表面Ｚｎ濃度の制御が可能
であることを新たに知見し、この発明を完成し得たもの
である。

【００１３】即ち、この発明は、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金からなる芯材の少なくとも片面に、Ｚｎ
を含有するＡｌ−Ｚｎ系合金からなる皮材が被着形成さ
れたろう付用アルミニウム材において、前記皮材に含有
されたＺｎ量と皮材の厚さとが、図１に示すように点Ａ
（１wt％、５０μｍ）、点Ｂ（１．２wt％、４０μ
ｍ）、点Ｃ（１．５wt％、２０μｍ）、点Ｄ（２wt％、
１５μｍ）、点Ｅ（３wt％、１０μｍ）、点Ｆ（５wt
％、５μｍ）、点Ｇ（５wt％、１５μｍ）、点Ｈ（４wt
％、２０μｍ）、点Ｉ（３wt％、３０μｍ）、点Ｊ
（２．５wt％、５０μｍ）で囲まれた範囲内の値に設定
されるとともに、皮材のＣｕ含有量が０．０５ｗｔ％以
下に規定されていることを特徴とする耐食性に優れたろ
う付用アルミニウム材を要旨とするものである。

【００１４】まず、芯材について説明すると、芯材の組
成は特に限定されることはなく、Ａ３００３、３００
４、３００５、３００９等各種のアルミニウムまたはア
ルミニウム合金を使用すれば良い。ただ、望ましくは芯
材中に０．１wt％以上のＣｕ（銅）を含有させるのが良
い。これは、芯材にＣｕを含有させることで芯材の電位
を貴とし、これによりＡｌ−Ｚｎ系合金皮材との電位差
を大きく確保し、もってＡｌ−Ｚｎ系合金皮材の犠牲陽
極効果を十分に発揮させるためである。

【００１５】Ａｌ−Ｚｎ系合金皮材において、Ｚｎ含有
量と皮材肉厚とは図１のグラフにおいて斜線で示す領域
内の値に設定されなければならない。即ち、図１に示す
グラフは、横軸に皮材中のＺｎ含有量（wt％）を採る一
方、縦軸は皮材厚さ（μｍ）を表したグラフであり、斜
線で示す領域はＡ〜Ｊの各点を直線で結ぶことにより形
成されたものである。ここで各点の座標を示すと、Ａ
（１wt％、５０μｍ）、Ｂ（１．２wt％、４０μｍ）、
Ｃ（１．５wt％、２０μｍ）、Ｄ（２wt％、１５μ
ｍ）、Ｅ（３wt％、１０μｍ）、Ｆ（５wt％、５μ
ｍ）、Ｇ（５wt％、１５μｍ）、Ｈ（４wt％、２０μ
ｍ）、Ｉ（３wt％、３０μｍ）、Ｊ（２．５wt％、５０
μｍ）である。ここに、点Ａ〜Ｆを結ぶ線はろう付後に
おける表面Ｚｎ濃度が約０．８wt％程度となる境界線を
示しており、これを下回るＺｎ含有量、皮材厚さではろ
う付後の表面Ｚｎ濃度が０．８wt％よりも小さくなり、
孔食深さが深くなり、ひいては所期する耐食性を発揮で
きない。一方点Ｇ〜Ｊを結ぶ線は、ろう付後における表
面Ｚｎ濃度が約２．０wt％程度となる境界線を示してお
り、これを上回るＺｎ含有量、皮材厚さに設定すると、
初期腐食が激しくなり、貫通孔食までの寿命が短かくな
る。また、点Ａと点Ｊを結ぶ線は皮材の厚さが５０μｍ
であることを示しており、厚さが５０μｍを越えるとア
ルミニウム材の薄肉化による熱交換器の軽量化、コスト
低減の要請に対処できない。従って、皮材の厚さは最大
５０μｍとした。また、点Ｆと点Ｇを結ぶ線は、Ｚｎ含
有量が５wt％であることを示しており、Ｚｎ含有量が５
wt％を越えると皮材の融点が低下してろう付加熱時に局
部溶解の危険がある。このため、皮材中のＺｎ含有量は
５wt％以下とした。このように、皮材のＺｎ含有量、厚
さを点Ａ〜Ｊを結ぶ線で囲まれた領域に設定した場合に
のみ、ろう付後に優れた耐食性を発揮させることがで
き、かつ薄肉化が可能でろう付時の局部溶解を防ぐこと
ができる。特に好ましくは、点Ｋ（１．５wt％、３０μ
ｍ）、Ｌ（２wt％、２０μｍ）、Ｍ（３wt％、１５μ
ｍ）、Ｎ（３wt％、２０μｍ）、Ｏ（２．５wt％、３０
μｍ）を結ぶ線で囲まれた領域に設定するのが良い。

【００１６】また、Ａｌ−Ｚｎ系合金皮材中に含まれる
Ｃｕの含有量は、０．０５wt％以下（０wt％を含む）に
規制されなければならない。Ｃｕが０．０５wt％を越え
て含有されると皮材の電位が貴に移行してその犠牲陽極
効果に悪影響を及ぼすからである。特に好ましくは０．
０２wt％以下に規制するのが良い。Ｚｎ、Ｃｕ以外の他
の成分については特に限定されないが、好ましくは皮材
の電位を卑にするの目的でＩｎ：０．０１〜０．２wt
％、Ｓｎ：０．０１〜０．２wt％、Ｍｇ：０．２〜１wt
％の１種又は２種以上を含有せしめるものとしても良
い。

【００１７】上記アルミニウム材は使用に際しろう付に
供される。かかるろう付方法は、真空ろう付以外であれ
ば何でも良い。真空ろう付では皮材中のＺｎが蒸発飛散
してしまうからである。ろう付温度及び時間は、一般的
には５９０〜６１０℃×３〜１５分程度である。このろ
う付加熱時に、Ａｌ−Ｚｎ系合金皮材中のＺｎが芯材中
に拡散し所期する防食効果を発揮する。なお、本発明に
係るアルミニウム材は、これをろう付に供するに際して
は、図４に示すように、芯材（１）のＡｌ−Ｚｎ系合金
皮材（２）と反対側の片面に、Ａｌ−Ｓｉ系合金からな
るろう材層（３）が被着形成されたブレージングシート
に構成しても良い。もとより、ろう材層（３）を存在さ
せることなく芯材（１）とＡｌ−Ｚｎ系合金皮材（２）
とからなるものに構成してこれを他の部材とろう付して
も良い。

【００１８】

【作用】皮材に含有されたＺｎ量と皮材の厚さとが、図
１に示すように点Ａ〜Ｊで囲まれた範囲内の値に設定さ
れているから、ろう付加熱後の表面Ｚｎ濃度が０．８〜
２．０wt％程度となる。そして、皮材のＣｕ含有量が
０．０５ｗｔ％以下に規定されているから皮材電位の貴
への移行が抑制されることとも相俟って孔食が抑制され
る。

【００１９】

【実施例】次に、この発明の実施例を示す。

【００２０】Ａ３００３Ａｌ合金からなる厚さ２ｍｍの
芯材の片面に、厚さ及びＺｎ含有量を表２のように各種
に変えたＡｌ−Ｚｎ系合金皮材をクラッドした複数のア
ルミニウム材を用意した。

【００２１】そして、上記の各アルミニウム材をろう付
相当の６００℃×５分の条件で加熱した後、表面Ｚｎ濃
度を調べた。その結果を表２に併せて示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】上記表２の結果から明らかなように、Ｚｎ
含有量、皮材の厚さが図１の点Ａ〜Ｊを結ぶ線で囲まれ
た領域内にある本発明実施品（Ｎｏ１〜１０）は、加熱
後の表面Ｚｎ濃度が０．８〜２．０wt％の範囲に収まっ
ており、従って図３のグラフから最大孔食深さも浅く耐
食性に優れていることを予想し得るものであった。

【００２４】これに対し、皮材の厚さ、Ｚｎ含有量の少
なくとも一方が本発明範囲を逸脱する比較品（Ｎｏ１１
〜１４）は、表面Ｚｎ濃度が０．８wt％未満あるいは
２．０wt％を越えていることがわかる。また、皮材のＺ
ｎ含有量が５wt％を越える比較品Ｎｏ１５は、表面の一
部に局部溶解が認められた。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、上述の次第で、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金からなる芯材の少なくとも片
面に、Ｚｎを含有するＡｌ−Ｚｎ系合金からなる皮材が
被着形成されたろう付用アルミニウム材において、前記
皮材に含有されたＺｎ量と皮材の厚さとが、図１に示す
ように点Ａ〜Ｊで囲まれた範囲内の値に設定されている
から、ろう付加熱後の表面Ｚｎ濃度を０．８〜２．０wt
％程度とすることができる。その結果、皮材のＣｕ含有
量が０．０５ｗｔ％以下に規定されて皮材電位の貴への
移行が抑制されていることとも相俟って、Ｚｎの犠牲陽
極効果を十分かつ有効に発揮させることができ、孔食の
抑制された耐食性に優れたものとなしえ、熱交換器の特
に水等と接するチューブ材のような耐食性が要求される
部材として好適に使用し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るＡｌ−Ｚｎ系合金皮材のＺｎ含
有量と厚さとの関係を示すグラフである。

【図２】この発明に係るアルミニウム材の一例を示す断
面図である。

【図３】ろう付加熱相当状態におけるアルミニウム材の
表面Ｚｎ濃度と最大孔食深さとの関係を示すグラブであ
る。

【図４】この発明に係るアルミニウム材の他の例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１…芯材 ２…Ａｌ−Ｚｎ系合金皮材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 秀子 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内 (72)発明者 大塚 良達 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウムまたはアルミニウム合金か
   らなる芯材の少なくとも片面に、Ｚｎを含有するＡｌ−
   Ｚｎ系合金からなる皮材が被着形成されたろう付用アル
   ミニウム材において、 前記皮材に含有されたＺｎ量と皮材の厚さとが、図１に
   示すように点Ａ（１wt％、５０μｍ）、点Ｂ（１．２wt
   ％、４０μｍ）、点Ｃ（１．５wt％、２０μｍ）、点Ｄ
   （２wt％、１５μｍ）、点Ｅ（３wt％、１０μｍ）、点
   Ｆ（５wt％、５μｍ）、点Ｇ（５wt％、１５μｍ）、点
   Ｈ（４wt％、２０μｍ）、点Ｉ（３wt％、３０μｍ）、
   点Ｊ（２．５wt％、５０μｍ）で囲まれた範囲内の値に
   設定されるとともに、皮材のＣｕ含有量が０．０５ｗｔ
   ％以下に規定されていることを特徴とする耐食性に優れ
   たろう付用アルミニウム材。