JPH0788676A - アルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法 - Google Patents
アルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法Info
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- JPH0788676A JPH0788676A JP23084093A JP23084093A JPH0788676A JP H0788676 A JPH0788676 A JP H0788676A JP 23084093 A JP23084093 A JP 23084093A JP 23084093 A JP23084093 A JP 23084093A JP H0788676 A JPH0788676 A JP H0788676A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 7.0wt%を越え12.0wt%以下のSi、 0.1wt
%を越え 8.0wt%以下のCu、0.05wt%を越え 0.5wt%
以下のFeを含有し、0.05wt%を越え 0.5wt%以下のZ
n、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下のIn、 0.002wt%
を越え 0.3wt%以下のSnのうち1種または2種以上を
含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなるこ
とを特徴とするアルミニウム合金ろう材。 【効果】 本発明のろう合金を使用し、熱交換器を製造
した場合、ろう付中のフィンの座屈が少なく、部材の熱
伝導性、強度向上効果があり、熱交換器の小型、軽量化
が可能であり、工業上顕著な効果を奏するものである。
%を越え 8.0wt%以下のCu、0.05wt%を越え 0.5wt%
以下のFeを含有し、0.05wt%を越え 0.5wt%以下のZ
n、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下のIn、 0.002wt%
を越え 0.3wt%以下のSnのうち1種または2種以上を
含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなるこ
とを特徴とするアルミニウム合金ろう材。 【効果】 本発明のろう合金を使用し、熱交換器を製造
した場合、ろう付中のフィンの座屈が少なく、部材の熱
伝導性、強度向上効果があり、熱交換器の小型、軽量化
が可能であり、工業上顕著な効果を奏するものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金ろう
材およびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法に関す
るものであり、さらに詳しくは、熱効率に優れ、高強度
のアルミニウム合金製熱交換器をろう付け工法により製
造するためのアルミニウム合金ろう材およびそれを用い
たろう付方法を提供するものである。
材およびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法に関す
るものであり、さらに詳しくは、熱効率に優れ、高強度
のアルミニウム合金製熱交換器をろう付け工法により製
造するためのアルミニウム合金ろう材およびそれを用い
たろう付方法を提供するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ラジエ
ーター等の熱交換器は例えば図1に示すように複数本の
偏平チューブ(1)の間にコルゲート状に加工した薄肉
フィン(2)を一体に形成し、該偏平チューブ(1)の
両端はヘッダー(3)とタンク(4)とで構成される空
間にそれぞれ開口しており、一方のタンク側の空間から
偏平チューブ(1)内を通して高温冷媒を他方のタンク
(4)側の空間に送り、チューブ(1)およびフィン
(2)の部分で熱交換して低温になった冷媒を再び循環
させるものである。
ーター等の熱交換器は例えば図1に示すように複数本の
偏平チューブ(1)の間にコルゲート状に加工した薄肉
フィン(2)を一体に形成し、該偏平チューブ(1)の
両端はヘッダー(3)とタンク(4)とで構成される空
間にそれぞれ開口しており、一方のタンク側の空間から
偏平チューブ(1)内を通して高温冷媒を他方のタンク
(4)側の空間に送り、チューブ(1)およびフィン
(2)の部分で熱交換して低温になった冷媒を再び循環
させるものである。
【0003】このような熱交換器のチューブ材およびヘ
ッダー材は例えばJIS3003(Al−0.15wt%Cu
− 1.1wt%Mn)合金を芯材とし、該芯材の内側、すな
わち冷媒に常時触れている側には内張材としてJIS7
072(Al−1wt%Zn)合金を、そして、該芯材の
外側には、通常JIS4045(Al−10wt%Si)合
金等のろう材をクラッドしたブレージングシートを用
い、コルゲート加工を行ったフィン等の他の部材ととも
にブレージングにより一体に組み立てられている。
ッダー材は例えばJIS3003(Al−0.15wt%Cu
− 1.1wt%Mn)合金を芯材とし、該芯材の内側、すな
わち冷媒に常時触れている側には内張材としてJIS7
072(Al−1wt%Zn)合金を、そして、該芯材の
外側には、通常JIS4045(Al−10wt%Si)合
金等のろう材をクラッドしたブレージングシートを用
い、コルゲート加工を行ったフィン等の他の部材ととも
にブレージングにより一体に組み立てられている。
【0004】また、図2はサーペンタインタイプのコン
デンサーであるが、熱間または温間で管状に押し出し成
形した管材(5)を蛇行状に折り曲げ、管材の間にブレ
ージングシートからなるコルゲートフィン(6)を取付
けたものである。ここで(7)はコネクターを示す。管
材にはJIS3003合金等が用いられ、フィンにはJ
IS3003合金やそれに犠牲効果を与える目的でZn
等を含有した合金を芯材とし、JIS4045合金やJ
IS4343(Al− 7.5wt%Si)合金等のろう材を
両面にクラッドしている。これらは、いずれも 600℃付
近の温度に加熱してろう付けするブレージングにより組
み立てられるが、ブレージング工法としては、フラック
スブレージング法、非腐食性のフラックスを用いたノコ
ロックブレージング法等が行われる。
デンサーであるが、熱間または温間で管状に押し出し成
形した管材(5)を蛇行状に折り曲げ、管材の間にブレ
ージングシートからなるコルゲートフィン(6)を取付
けたものである。ここで(7)はコネクターを示す。管
材にはJIS3003合金等が用いられ、フィンにはJ
IS3003合金やそれに犠牲効果を与える目的でZn
等を含有した合金を芯材とし、JIS4045合金やJ
IS4343(Al− 7.5wt%Si)合金等のろう材を
両面にクラッドしている。これらは、いずれも 600℃付
近の温度に加熱してろう付けするブレージングにより組
み立てられるが、ブレージング工法としては、フラック
スブレージング法、非腐食性のフラックスを用いたノコ
ロックブレージング法等が行われる。
【0005】ところで、近年、熱交換器は軽量・小型化
の方向にあり、そのために材料の薄肉化が望まれてい
る。しかし、従来の方法で薄肉化を行った場合、多くの
問題点が生じる。
の方向にあり、そのために材料の薄肉化が望まれてい
る。しかし、従来の方法で薄肉化を行った場合、多くの
問題点が生じる。
【0006】まず、冷媒通路構成部材(チューブ材等)
にしても、フィンにしても材料の肉厚が減少する分強度
を向上させる必要があり、高強度合金がいくつか提案さ
れているが十分な強度が得られていない。これは、材料
の強度を向上させるためには合金元素の添加が必要であ
るが、合金元素を添加すると該材料の融点が低下し、60
0 ℃付近の温度に加熱するブレージング工程時に溶融し
てしまうためである。
にしても、フィンにしても材料の肉厚が減少する分強度
を向上させる必要があり、高強度合金がいくつか提案さ
れているが十分な強度が得られていない。これは、材料
の強度を向上させるためには合金元素の添加が必要であ
るが、合金元素を添加すると該材料の融点が低下し、60
0 ℃付近の温度に加熱するブレージング工程時に溶融し
てしまうためである。
【0007】また、犠牲層を有する冷媒通路構成部材で
は、芯材にCuを含有した合金を用いるとブレージング
時にCuが犠牲層に拡散し、犠牲層が犠牲層としての効
果を有さなくなって耐食性が低下する。そのため、強度
向上のために添加できる芯材へのCu量は限られてしま
う。
は、芯材にCuを含有した合金を用いるとブレージング
時にCuが犠牲層に拡散し、犠牲層が犠牲層としての効
果を有さなくなって耐食性が低下する。そのため、強度
向上のために添加できる芯材へのCu量は限られてしま
う。
【0008】また、ブレージング時にフィンが座屈した
り、フィンにろうが拡散し溶融してしまう現象は、フィ
ンが薄くなるほど生じやすくなり、ベアのフィンでは板
厚50μm、ブレージングシートフィンで板厚 100μmが
限界とされている。このように座屈が生じると通風抵抗
の増加により熱交換器の熱効率が低下する。
り、フィンにろうが拡散し溶融してしまう現象は、フィ
ンが薄くなるほど生じやすくなり、ベアのフィンでは板
厚50μm、ブレージングシートフィンで板厚 100μmが
限界とされている。このように座屈が生じると通風抵抗
の増加により熱交換器の熱効率が低下する。
【0009】さらに、材料の薄肉化に伴い熱交換器の熱
効率が低下する問題を解決するために、熱伝導性に優れ
たフィンの開発がなされており、例えばAl−Zr系合
金のフィン材が提案されている。しかし、そのようなフ
ィン材は強度が低く、さらにろう付加熱時にろうが拡散
し易いという問題点がある。
効率が低下する問題を解決するために、熱伝導性に優れ
たフィンの開発がなされており、例えばAl−Zr系合
金のフィン材が提案されている。しかし、そのようなフ
ィン材は強度が低く、さらにろう付加熱時にろうが拡散
し易いという問題点がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、小
型、軽量化が可能なアルミニウム合金製熱交換器を製造
するためのアルミニウム合金ろう材およびそれを用いた
アルミニウム合金製熱交換器の製造方法について開発し
たものである。
型、軽量化が可能なアルミニウム合金製熱交換器を製造
するためのアルミニウム合金ろう材およびそれを用いた
アルミニウム合金製熱交換器の製造方法について開発し
たものである。
【0011】すなわち、本発明の第1は、 7.0wt%を越
え12.0wt%以下のSi、 0.1wt%を越え 8.0wt%以下の
Cu、0.05wt%を越え 0.5wt%以下のFeを含有し、0.
05wt%を越え0.5 wt%以下のZn、 0.002wt%を越え
0.3wt%以下のIn、 0.002wt%を越え0.3 wt%以下の
Snのうち1種または2種以上を含有し、残部アルミニ
ウムと不可避的不純物からなることを特徴とするアルミ
ニウム合金ろう材である。
え12.0wt%以下のSi、 0.1wt%を越え 8.0wt%以下の
Cu、0.05wt%を越え 0.5wt%以下のFeを含有し、0.
05wt%を越え0.5 wt%以下のZn、 0.002wt%を越え
0.3wt%以下のIn、 0.002wt%を越え0.3 wt%以下の
Snのうち1種または2種以上を含有し、残部アルミニ
ウムと不可避的不純物からなることを特徴とするアルミ
ニウム合金ろう材である。
【0012】また本発明の第2は、アルミニウム合金製
熱交換器をろう付により製造するにあたり、 7.0wt%を
越え12.0wt%以下のSi、 0.1wt%を越え 8.0wt%以下
のCu、0.05wt%を越え 0.5wt%以下のFeを含有し、
0.05wt%を越え 0.5wt%以下のZn、 0.002wt%を越え
0.3wt%以下のIn、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下の
Snのうち1種または2種以上を含有し、残部アルミニ
ウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材
を用い、 570℃を越え585 ℃以下の温度でろう付を行う
ことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の製造方
法である。
熱交換器をろう付により製造するにあたり、 7.0wt%を
越え12.0wt%以下のSi、 0.1wt%を越え 8.0wt%以下
のCu、0.05wt%を越え 0.5wt%以下のFeを含有し、
0.05wt%を越え 0.5wt%以下のZn、 0.002wt%を越え
0.3wt%以下のIn、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下の
Snのうち1種または2種以上を含有し、残部アルミニ
ウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材
を用い、 570℃を越え585 ℃以下の温度でろう付を行う
ことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の製造方
法である。
【0013】まず、本発明の考え方について説明する。
アルミニウム合金製熱交換器を上記のようにブレージン
グ工法にて製造する場合、その加熱は通常 600℃付近の
温度で行われている。この 600℃という温度はアルミニ
ウム合金にとってかなりの高温であるため、下記の4つ
の問題が生じる。すなわち、加熱中にフィンが座屈す
る、合金中の金属間化合物が再固溶してフィンの熱伝
導性が低下する、低融点の高強度合金が使用できな
い、犠牲層を有する冷媒通路構成部材では芯材のCu
が犠牲層に拡散して耐食性が低下する。
アルミニウム合金製熱交換器を上記のようにブレージン
グ工法にて製造する場合、その加熱は通常 600℃付近の
温度で行われている。この 600℃という温度はアルミニ
ウム合金にとってかなりの高温であるため、下記の4つ
の問題が生じる。すなわち、加熱中にフィンが座屈す
る、合金中の金属間化合物が再固溶してフィンの熱伝
導性が低下する、低融点の高強度合金が使用できな
い、犠牲層を有する冷媒通路構成部材では芯材のCu
が犠牲層に拡散して耐食性が低下する。
【0014】発明者らは、これらの問題を解決するため
に鋭意検討を行い、ブレージング加熱温度を下げること
が有効ではないかと考え、何℃以下に下げたらこのよう
な問題点を解決できるか検討したところ、 585℃以下で
あれば、ろう付中のフィンの座屈が生じにくくなり、熱
伝導性の低下がわずかとなり、Siの添加量を増やすこ
とで合金の強度を向上できること、さらに、Cuの拡散
量が減り耐食性が向上することを見出した。上記4点を
さらに詳しく説明する。
に鋭意検討を行い、ブレージング加熱温度を下げること
が有効ではないかと考え、何℃以下に下げたらこのよう
な問題点を解決できるか検討したところ、 585℃以下で
あれば、ろう付中のフィンの座屈が生じにくくなり、熱
伝導性の低下がわずかとなり、Siの添加量を増やすこ
とで合金の強度を向上できること、さらに、Cuの拡散
量が減り耐食性が向上することを見出した。上記4点を
さらに詳しく説明する。
【0015】 フィンの座屈の大部分は、高温でのフ
ィンに高温クリープ現象が生じることで発生するもので
あり、 590℃付近を境にそれより高い温度で急激に生じ
る(フィンが弱くなる)ことを見出した。そのため、 5
85℃以下であればこれを原因とする座屈は生じないので
ある。さらに、フィンにろうが拡散することを原因とす
る座屈があるが、ろうの拡散は 595℃付近を境にそれよ
り高い温度で急激に生じることを見出した。そのため、
585℃以下であればろう拡散は少なくなり、全体として
フィンの座屈は生じにくくなるのである。
ィンに高温クリープ現象が生じることで発生するもので
あり、 590℃付近を境にそれより高い温度で急激に生じ
る(フィンが弱くなる)ことを見出した。そのため、 5
85℃以下であればこれを原因とする座屈は生じないので
ある。さらに、フィンにろうが拡散することを原因とす
る座屈があるが、ろうの拡散は 595℃付近を境にそれよ
り高い温度で急激に生じることを見出した。そのため、
585℃以下であればろう拡散は少なくなり、全体として
フィンの座屈は生じにくくなるのである。
【0016】 ブレージングを行うフィン材の熱伝導
性は、アルミニウム合金中に析出していた金属間化合物
がろう付加熱時に再固溶するために低下する。そして加
熱温度が高いほど合金元素の固溶限が大きくなりかつ拡
散速度が大きくなるので、再固溶は進行しやすくなる。
そのため、ブレージング温度を下げることはフィンの熱
伝導性を高めるのに効果があることを見出し、 585℃以
下であれば再固溶の進行速度が小さく、熱伝導性の低下
は少ないことを見出した。
性は、アルミニウム合金中に析出していた金属間化合物
がろう付加熱時に再固溶するために低下する。そして加
熱温度が高いほど合金元素の固溶限が大きくなりかつ拡
散速度が大きくなるので、再固溶は進行しやすくなる。
そのため、ブレージング温度を下げることはフィンの熱
伝導性を高めるのに効果があることを見出し、 585℃以
下であれば再固溶の進行速度が小さく、熱伝導性の低下
は少ないことを見出した。
【0017】 強度については、高強度アルミニウム
合金として添加される元素はCu,Mg,Si等がある
が、冷媒通路構成部材として用いる場合、耐食性やろう
付性を考慮しなければならないし、フィンとして用いる
場合、犠牲効果、熱伝導性やろう付性を考慮しなければ
ならない。よって、強度向上のために添加量を増すこと
ができる元素は限られ、具体的にはSiの添加が有力で
ある。 600℃のろう付で添加可能のSi量は1wt%程度
であるのが、 585℃以下では 2.5wt%程度の添加が可能
となる。
合金として添加される元素はCu,Mg,Si等がある
が、冷媒通路構成部材として用いる場合、耐食性やろう
付性を考慮しなければならないし、フィンとして用いる
場合、犠牲効果、熱伝導性やろう付性を考慮しなければ
ならない。よって、強度向上のために添加量を増すこと
ができる元素は限られ、具体的にはSiの添加が有力で
ある。 600℃のろう付で添加可能のSi量は1wt%程度
であるのが、 585℃以下では 2.5wt%程度の添加が可能
となる。
【0018】 冷媒通路構成部材として犠牲層を有し
た材料では、これまで、高強度化が難しかった。それ
は、高強度化のために、芯材にCuを添加すると冷媒通
路構成部材の耐食性が急激に低下するためである。この
原因について発明者らが鋭意検討を行ったところ、芯材
中のCuが犠牲層に拡散することおよび犠牲材の成分
(例えばZn)が芯材に拡散することで、犠牲層の成分
がブレージング前と比べ大きく変化し、これが原因で犠
牲効果が減じ耐食性が低下することを見出した。そこで
拡散を防止する方法を種々検討したが、高温での原子の
拡散が原因で生じるために通常の方法では防止効果がな
く、加熱温度を低下させることが有効な手段であること
を見出し、その温度を検討した。その結果、上記〜
の上限温度である 585℃と通常のブレージング温度であ
る 600℃とを比較してみたところ、585 ℃の場合の方が
拡散量が減り、耐食性が向上することを見出したもので
ある。
た材料では、これまで、高強度化が難しかった。それ
は、高強度化のために、芯材にCuを添加すると冷媒通
路構成部材の耐食性が急激に低下するためである。この
原因について発明者らが鋭意検討を行ったところ、芯材
中のCuが犠牲層に拡散することおよび犠牲材の成分
(例えばZn)が芯材に拡散することで、犠牲層の成分
がブレージング前と比べ大きく変化し、これが原因で犠
牲効果が減じ耐食性が低下することを見出した。そこで
拡散を防止する方法を種々検討したが、高温での原子の
拡散が原因で生じるために通常の方法では防止効果がな
く、加熱温度を低下させることが有効な手段であること
を見出し、その温度を検討した。その結果、上記〜
の上限温度である 585℃と通常のブレージング温度であ
る 600℃とを比較してみたところ、585 ℃の場合の方が
拡散量が減り、耐食性が向上することを見出したもので
ある。
【0019】さて、このように通常のろう付温度より低
い温度でろう付を行う方法に、低温ろう付と言われてい
る 500℃前後の温度でろう付を行う方法が知られてい
る。この方法はZnを20%以上を含有したAl−Zn系
合金やZn合金を通常ろうとして用いるために、ろう付
後にろう材が腐食されやすいという問題点があり、現実
的には熱交換器として使用されていない。さらに、Al
−Zn系合金でZnの添加量が8%を越えると圧延性が
非常に悪くなるので合わせ圧延によるブレージングシー
トの製造は不可能であり、工業的に安定して低温ろう付
用のブレージングシートを供給する製造方法は確立され
ていない。そのため、置きろう等としてろうを用いねば
ならず、製造できる部材の種類は限られている。しか
し、発明者らは上記のように低温ろう付よりはるかに高
温である 585℃以下のろう付温度でも熱交換器の特性向
上が可能なことを見出しており、それならば、ブレージ
ングシートとして使用できるろうの開発が可能であると
考え、実用性を見出したのである。
い温度でろう付を行う方法に、低温ろう付と言われてい
る 500℃前後の温度でろう付を行う方法が知られてい
る。この方法はZnを20%以上を含有したAl−Zn系
合金やZn合金を通常ろうとして用いるために、ろう付
後にろう材が腐食されやすいという問題点があり、現実
的には熱交換器として使用されていない。さらに、Al
−Zn系合金でZnの添加量が8%を越えると圧延性が
非常に悪くなるので合わせ圧延によるブレージングシー
トの製造は不可能であり、工業的に安定して低温ろう付
用のブレージングシートを供給する製造方法は確立され
ていない。そのため、置きろう等としてろうを用いねば
ならず、製造できる部材の種類は限られている。しか
し、発明者らは上記のように低温ろう付よりはるかに高
温である 585℃以下のろう付温度でも熱交換器の特性向
上が可能なことを見出しており、それならば、ブレージ
ングシートとして使用できるろうの開発が可能であると
考え、実用性を見出したのである。
【0020】ところで、従来より低融点のアルミニウム
合金ろうとして知られている合金がある(例えば特開平
3-57588 号公報)。これらは、主に鋳物をろう付するた
めに開発されたものであり、多量のCuが含有されてい
たり、上記のように多量のZnを添加しているため、圧
延加工を行うと割れてしまう問題があり、ブレージング
シートの製造ができなかったのである。ブレージングシ
ートとして使用できなければ、工業的に熱交換器を製造
するのに実用性が乏しい。本発明ではこのような問題点
を解決し、ブレージングシートとして製造可能なろうを
開発したのである。
合金ろうとして知られている合金がある(例えば特開平
3-57588 号公報)。これらは、主に鋳物をろう付するた
めに開発されたものであり、多量のCuが含有されてい
たり、上記のように多量のZnを添加しているため、圧
延加工を行うと割れてしまう問題があり、ブレージング
シートの製造ができなかったのである。ブレージングシ
ートとして使用できなければ、工業的に熱交換器を製造
するのに実用性が乏しい。本発明ではこのような問題点
を解決し、ブレージングシートとして製造可能なろうを
開発したのである。
【0021】ここで、本発明のろう材の合金組成は 7.0
wt%を越え12.0wt%以下のSi、0.1 wt%を越え 8.0wt
%以下のCu、0.05wt%を越え 0.5wt%以下のFeを含
有し、0.05wt%を越え 0.5wt%以下のZn、 0.002wt%
を越え 0.3wt%以下のIn、 0.002wt%を越え 0.3wt%
以下のSnのうち1種または2種以上を添加したアルミ
ニウム合金である。以下にその限定理由を説明する。
wt%を越え12.0wt%以下のSi、0.1 wt%を越え 8.0wt
%以下のCu、0.05wt%を越え 0.5wt%以下のFeを含
有し、0.05wt%を越え 0.5wt%以下のZn、 0.002wt%
を越え 0.3wt%以下のIn、 0.002wt%を越え 0.3wt%
以下のSnのうち1種または2種以上を添加したアルミ
ニウム合金である。以下にその限定理由を説明する。
【0022】Siは合金の融点を下げるが、その量が
7.0wt%以下では十分に融点が低下せず、 585℃以下の
温度でろう付できない。さらに、その量が12.0wt%を越
えると逆に融点が上がるため、 585℃以下の温度でろう
付できなくなる。
7.0wt%以下では十分に融点が低下せず、 585℃以下の
温度でろう付できない。さらに、その量が12.0wt%を越
えると逆に融点が上がるため、 585℃以下の温度でろう
付できなくなる。
【0023】Cuは合金の融点を下げ、ろう流れ性を向
上する。さらにCuは冷媒通路構成部材にCuを添加し
た合金を用いる場合に熱交換器の外部耐食性を高める働
きを有する。すなわち、熱交換器の外部耐食性について
さまざまな検討を行い、ろう材にCuを添加しない場
合、通路構成部材中に添加されているCuがろう付中に
ろう材に拡散し、ろう材と通路構成部材との境界付近に
低Cu領域が生じてそこが優先的に腐食されるため、膨
れをともなう激しい腐食を生じるのを見出した。本発明
ではろうにCuを添加することで、通路構成部材からろ
う材へのCuの拡散を防止し、ろう材と犠牲材との境界
付近に低Cu領域が生じないようにし、耐食性を向上さ
せた。ここで、Cuの量が 0.1wt%以下では上記の効果
が十分でなく、その量が 8.0wt%を越えるとろうの電位
が貴になりすぎて、冷媒通路構成部材が優先的に腐食す
るようになり、耐食性が低下する上に、合金の圧延加工
性が低下し、熱交換器用のブレージングシートに用いる
ろうとしては適さなくなる。したがって、Cuは 0.1wt
%を越え 8.0wt%以下とするが、特に 0.5〜3.5 wt%で
安定した特性を示す。
上する。さらにCuは冷媒通路構成部材にCuを添加し
た合金を用いる場合に熱交換器の外部耐食性を高める働
きを有する。すなわち、熱交換器の外部耐食性について
さまざまな検討を行い、ろう材にCuを添加しない場
合、通路構成部材中に添加されているCuがろう付中に
ろう材に拡散し、ろう材と通路構成部材との境界付近に
低Cu領域が生じてそこが優先的に腐食されるため、膨
れをともなう激しい腐食を生じるのを見出した。本発明
ではろうにCuを添加することで、通路構成部材からろ
う材へのCuの拡散を防止し、ろう材と犠牲材との境界
付近に低Cu領域が生じないようにし、耐食性を向上さ
せた。ここで、Cuの量が 0.1wt%以下では上記の効果
が十分でなく、その量が 8.0wt%を越えるとろうの電位
が貴になりすぎて、冷媒通路構成部材が優先的に腐食す
るようになり、耐食性が低下する上に、合金の圧延加工
性が低下し、熱交換器用のブレージングシートに用いる
ろうとしては適さなくなる。したがって、Cuは 0.1wt
%を越え 8.0wt%以下とするが、特に 0.5〜3.5 wt%で
安定した特性を示す。
【0024】Feはろうが溶融後凝固するときの結晶粒
を微細化し、フィレットの強度を高める働きを有する
が、その量が0.05wt%以下では十分に効果を発揮しな
い。さらに、Feは凝固時に金属間化合物を形成し、こ
れが腐食の起点となる。そのため、Fe量は結晶粒の微
細化効果と腐食性とのバランスからその上限を 0.5wt%
と定める。
を微細化し、フィレットの強度を高める働きを有する
が、その量が0.05wt%以下では十分に効果を発揮しな
い。さらに、Feは凝固時に金属間化合物を形成し、こ
れが腐食の起点となる。そのため、Fe量は結晶粒の微
細化効果と腐食性とのバランスからその上限を 0.5wt%
と定める。
【0025】さらに、本発明のようにCuを添加したろ
う合金では外部腐食によるふくれの発生は抑えられるも
のの、ろうの電位が芯材の電位より貴になり、外部腐食
がピット状に進行しその速度が速いという問題がある。
Zn、InおよびSnの添加はろうの電位を下げ、ろう
の電位を芯合金の電位に近づけ、耐食性を向上させる。
しかし、Znの量が0.05wt%以下、InおよびSnの量
が 0.002wt%以下では効果が十分でない。Znの量が
0.5wt%を越えるとろうの融点が下がり過ぎ、ろうが芯
に拡散する場合がある。また、InおよびSnの量が
0.3wt%を越えるとろうの自己耐食性が低下する上に、
合金の圧延加工性が低下し、熱交換器用のブレージング
シートに用いるろうとしては適さなくなる。
う合金では外部腐食によるふくれの発生は抑えられるも
のの、ろうの電位が芯材の電位より貴になり、外部腐食
がピット状に進行しその速度が速いという問題がある。
Zn、InおよびSnの添加はろうの電位を下げ、ろう
の電位を芯合金の電位に近づけ、耐食性を向上させる。
しかし、Znの量が0.05wt%以下、InおよびSnの量
が 0.002wt%以下では効果が十分でない。Znの量が
0.5wt%を越えるとろうの融点が下がり過ぎ、ろうが芯
に拡散する場合がある。また、InおよびSnの量が
0.3wt%を越えるとろうの自己耐食性が低下する上に、
合金の圧延加工性が低下し、熱交換器用のブレージング
シートに用いるろうとしては適さなくなる。
【0026】本発明ろうの合金元素は以上の通りである
が、不可避的不純物として、他の元素もそれぞれ0.05wt
%以下であれば含有してもよい。
が、不可避的不純物として、他の元素もそれぞれ0.05wt
%以下であれば含有してもよい。
【0027】本発明ろう材は、ブレージングシートとし
て、アルミニウム合金製熱交換器のろう付に用いられ
る。ここでいうアルミニウム合金製熱交換器は、ラジエ
ーター、コンデンサー、エバポレーター等が挙げられる
がこれに限定するものでない。ここで本発明の用途を熱
交換器に限定したのは、本発明を実施した場合、材料の
熱伝導の向上効果により熱交換器の熱効率の向上の効果
があり、さらに、熱交換器には通常のフィンを有してい
るが、フィンの耐高温座屈性向上に効果があるためであ
る。
て、アルミニウム合金製熱交換器のろう付に用いられ
る。ここでいうアルミニウム合金製熱交換器は、ラジエ
ーター、コンデンサー、エバポレーター等が挙げられる
がこれに限定するものでない。ここで本発明の用途を熱
交換器に限定したのは、本発明を実施した場合、材料の
熱伝導の向上効果により熱交換器の熱効率の向上の効果
があり、さらに、熱交換器には通常のフィンを有してい
るが、フィンの耐高温座屈性向上に効果があるためであ
る。
【0028】この場合、ろう合金組成は上記のように限
定するが、それ以外のフィンや冷媒通路構成部材に用い
られるアルミニウム合金の合金組成は特に限定しない。
600℃付近の温度でろう付を行うための合金(例えば3
003合金をベースに各種元素を添加した合金や100
0系の合金)をそのまま用いて構わない。これは、本発
明のろうを用いて 585℃以下の温度でろう付を行った場
合、フィンの高温座屈性および熱伝導性は必ず向上する
からである。また、合金の高強度を狙って、例えば10
00系合金や3000系合金でSiを 1.2wt%以上添加
したアルミニウム合金の使用も可能である。
定するが、それ以外のフィンや冷媒通路構成部材に用い
られるアルミニウム合金の合金組成は特に限定しない。
600℃付近の温度でろう付を行うための合金(例えば3
003合金をベースに各種元素を添加した合金や100
0系の合金)をそのまま用いて構わない。これは、本発
明のろうを用いて 585℃以下の温度でろう付を行った場
合、フィンの高温座屈性および熱伝導性は必ず向上する
からである。また、合金の高強度を狙って、例えば10
00系合金や3000系合金でSiを 1.2wt%以上添加
したアルミニウム合金の使用も可能である。
【0029】本発明では、ろう付温度を 570℃を越え 5
85℃以下で行う。ろう付温度が 570℃以下では、本発明
のろうは溶融しない組成があり、ろう付することができ
ないためである。また、 585℃を越えると、材料の熱伝
導性が低下し、かつフィンの高温座屈性が低下するため
であり、さらに、低融点の合金やCuを多量に含有した
合金を冷媒通路構成部材に使用できなくなるためであ
る。なお、このようにろう付温度を低下させることで、
ろう付炉の寿命が延びるという効果を有する。
85℃以下で行う。ろう付温度が 570℃以下では、本発明
のろうは溶融しない組成があり、ろう付することができ
ないためである。また、 585℃を越えると、材料の熱伝
導性が低下し、かつフィンの高温座屈性が低下するため
であり、さらに、低融点の合金やCuを多量に含有した
合金を冷媒通路構成部材に使用できなくなるためであ
る。なお、このようにろう付温度を低下させることで、
ろう付炉の寿命が延びるという効果を有する。
【0030】ここで、本発明のろう付条件は上記のよう
に、温度は限定されるが、それ以外の条件は従来とほと
んど同様でよい。すなわち、フラックスブレージング
法、非腐食性のフラックスを用いたノコロックブレージ
ング法等であればよく特に限定するものではない。ろう
付け前の組み立て、洗浄、場合によってフラックス塗布
等は従来通り行えばよい。この場合フラックスは、例え
ばセシウム系のフラックスを用いれば、本発明の温度域
でろう付可能である。
に、温度は限定されるが、それ以外の条件は従来とほと
んど同様でよい。すなわち、フラックスブレージング
法、非腐食性のフラックスを用いたノコロックブレージ
ング法等であればよく特に限定するものではない。ろう
付け前の組み立て、洗浄、場合によってフラックス塗布
等は従来通り行えばよい。この場合フラックスは、例え
ばセシウム系のフラックスを用いれば、本発明の温度域
でろう付可能である。
【0031】本発明では、加熱の後の工程は特に限定し
ない。従来より行われているように、時効処理やフラッ
クス除去や塗装等の工程を行えばよい。
ない。従来より行われているように、時効処理やフラッ
クス除去や塗装等の工程を行えばよい。
【0032】
【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。
る。
【0033】(実施例1)表1および表2の合金組成の
ろう材と芯材との組合せからなるブレージングシートフ
ィンを作製した。すなわちこれらブレージングシートフ
ィンの板厚は0.11mmであり、芯材の両面にろう材を10%
ずつクラッドしたH14調質である。これらを、表3の
条件でN2 ガス中で加熱を行い、垂下試験を行った。垂
下試験は突き出し長さ50mmで実施した。その結果を表3
に記した。
ろう材と芯材との組合せからなるブレージングシートフ
ィンを作製した。すなわちこれらブレージングシートフ
ィンの板厚は0.11mmであり、芯材の両面にろう材を10%
ずつクラッドしたH14調質である。これらを、表3の
条件でN2 ガス中で加熱を行い、垂下試験を行った。垂
下試験は突き出し長さ50mmで実施した。その結果を表3
に記した。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】表3より明らかに本発明のろう合金を用い
たブレージングシートフィンNo.1〜No.23は従来例お
よび比較例のろう合金を用いたブレージングシートフィ
ンよりも垂下特性が極めて向上している。
たブレージングシートフィンNo.1〜No.23は従来例お
よび比較例のろう合金を用いたブレージングシートフィ
ンよりも垂下特性が極めて向上している。
【0038】(実施例2)表4および表5に示す組成の
ろう材と芯材と犠牲材とからなるアルミニウム合金チュ
ーブ材用の板厚0.25mmの3層ブレージングシート板材を
通常の方法により製造した。即ち芯材にクラッドするろ
う材のクラッド率は10%、犠牲材のクラッド率は15%で
ある。また、犠牲材中には不純物元素として、Fe、S
iがそれぞれ0.01〜0.2 wt%の範囲内で含まれている。
これらを、表6の条件でN2 ガス中で加熱を行った。得
られた板材に引張試験、並びにろう材部を外側、犠牲層
部を内側として、下記のように外部耐食性試験および内
部耐食性試験を行った。
ろう材と芯材と犠牲材とからなるアルミニウム合金チュ
ーブ材用の板厚0.25mmの3層ブレージングシート板材を
通常の方法により製造した。即ち芯材にクラッドするろ
う材のクラッド率は10%、犠牲材のクラッド率は15%で
ある。また、犠牲材中には不純物元素として、Fe、S
iがそれぞれ0.01〜0.2 wt%の範囲内で含まれている。
これらを、表6の条件でN2 ガス中で加熱を行った。得
られた板材に引張試験、並びにろう材部を外側、犠牲層
部を内側として、下記のように外部耐食性試験および内
部耐食性試験を行った。
【0039】外部耐食性試験はろう材の表面中央部のみ
を露出させ、他の面をすべてシールし、CASS試験
(JISH8681)を 360時間行い、孔食の発生状況
を調べた。結果を表6に記した。
を露出させ、他の面をすべてシールし、CASS試験
(JISH8681)を 360時間行い、孔食の発生状況
を調べた。結果を表6に記した。
【0040】内部耐食性試験は、ろう材部をマスキング
した板材をCu2+イオンを10ppm 添加した水道水中に5
カ月浸漬し、80℃×8時間と室温×16時間のサイクル腐
食試験を行い、犠牲材表面に発生したピット深さを光学
顕微鏡による焦点深度法によって求めた。結果を表6に
記した。
した板材をCu2+イオンを10ppm 添加した水道水中に5
カ月浸漬し、80℃×8時間と室温×16時間のサイクル腐
食試験を行い、犠牲材表面に発生したピット深さを光学
顕微鏡による焦点深度法によって求めた。結果を表6に
記した。
【0041】
【表4】
【0042】
【表5】
【0043】
【表6】
【0044】表6より比較例11、17はろう材にZn、I
n、Snを含有していないもので、外部耐食性が低下し
ている。比較例12はろう材にCuを含有していないもの
で、外部耐食性が低下している。比較例13、14、15は本
発明のろう合金の範囲をはずれており、 585℃以下では
ろうが溶融しないために、 600℃以上の温度で加熱を行
ったが、芯材が溶融してしまった。比較例15はろう合金
のCu、Znが本発明の範囲より多く添加されているも
ので、圧延時に割れてしまいブレージングシートを製造
することができなかった。従来例はCuを比較的多く芯
材に含有した例であるが、耐食性が劣っている。対し
て、本発明例によるものは高強度材の使用が可能であ
り、耐食性にも優れている。
n、Snを含有していないもので、外部耐食性が低下し
ている。比較例12はろう材にCuを含有していないもの
で、外部耐食性が低下している。比較例13、14、15は本
発明のろう合金の範囲をはずれており、 585℃以下では
ろうが溶融しないために、 600℃以上の温度で加熱を行
ったが、芯材が溶融してしまった。比較例15はろう合金
のCu、Znが本発明の範囲より多く添加されているも
ので、圧延時に割れてしまいブレージングシートを製造
することができなかった。従来例はCuを比較的多く芯
材に含有した例であるが、耐食性が劣っている。対し
て、本発明例によるものは高強度材の使用が可能であ
り、耐食性にも優れている。
【0045】(実施例3)表7のNo.1,2に示す組成
のベア材からなる板厚0.06mmのアルミニウム合金フィン
材と、No.3〜7に示す組成の芯材の片面に同じくNo.
3〜7に示す組成のろう材を10%の厚さでクラッドし、
他の片面に下記組成の犠牲材を15%の厚さでクラッドし
た構成の板厚 0.3mmの電縫チューブ材および同じ構成の
板厚1mmのヘッダープレート材とを表8に示すように組
合せ図1に示すラジエーターを組み立てた。即ち部材番
号No.3、No.4、No.7の犠牲材組成はAl−4wt%
Zn−2wt%Mg合金、部材番号No.5のものはAl−
4wt%Zn、部材番号No.6のものはAl−1wt%Zn
である。ここでチューブ材は、表7に示す板厚 0.3mmの
コイル状板材を通常の方法により製造し、このコイル状
板材を電縫管のサイズに合わせスリッターして幅35.0mm
の条材にした。そしてこの条材を電縫管製造装置を用
い、幅16.0、厚さ 2.2mmの通液管用の電縫管に加工し
た。また、同一の構成の板厚 1.0mmのコイル状板材を幅
60mmにスリッターしてヘッダープレート用の条材とし
た。
のベア材からなる板厚0.06mmのアルミニウム合金フィン
材と、No.3〜7に示す組成の芯材の片面に同じくNo.
3〜7に示す組成のろう材を10%の厚さでクラッドし、
他の片面に下記組成の犠牲材を15%の厚さでクラッドし
た構成の板厚 0.3mmの電縫チューブ材および同じ構成の
板厚1mmのヘッダープレート材とを表8に示すように組
合せ図1に示すラジエーターを組み立てた。即ち部材番
号No.3、No.4、No.7の犠牲材組成はAl−4wt%
Zn−2wt%Mg合金、部材番号No.5のものはAl−
4wt%Zn、部材番号No.6のものはAl−1wt%Zn
である。ここでチューブ材は、表7に示す板厚 0.3mmの
コイル状板材を通常の方法により製造し、このコイル状
板材を電縫管のサイズに合わせスリッターして幅35.0mm
の条材にした。そしてこの条材を電縫管製造装置を用
い、幅16.0、厚さ 2.2mmの通液管用の電縫管に加工し
た。また、同一の構成の板厚 1.0mmのコイル状板材を幅
60mmにスリッターしてヘッダープレート用の条材とし
た。
【0046】組み立てられたラジエーターは、フッ化カ
リウム系フラックスにセシウム系フラックスを3%混合
したフラックスの10%濃度液を塗布し、N2 ガス中で表
8のろう付加熱条件で加熱を行い、ろう付けした。得ら
れたラジエーターについて、外観観察によりフィンおよ
びチューブの潰れ具合、およびろう付性としてフィレッ
トの形成について良好か否かを調査した。結果を表8に
示す。また、正常にろう付されていた熱交換器は熱効率
を調査した。なお熱効率は、JIS D 1618(自
動車用冷房機試験方法)に準じて行い、それぞれ従来法
の熱交換器(表8中ののもの)の熱効率に対する向上
の割合を表8に記した。また、ろう付加熱後のチューブ
材に引張試験を行った結果も合わせて記した。
リウム系フラックスにセシウム系フラックスを3%混合
したフラックスの10%濃度液を塗布し、N2 ガス中で表
8のろう付加熱条件で加熱を行い、ろう付けした。得ら
れたラジエーターについて、外観観察によりフィンおよ
びチューブの潰れ具合、およびろう付性としてフィレッ
トの形成について良好か否かを調査した。結果を表8に
示す。また、正常にろう付されていた熱交換器は熱効率
を調査した。なお熱効率は、JIS D 1618(自
動車用冷房機試験方法)に準じて行い、それぞれ従来法
の熱交換器(表8中ののもの)の熱効率に対する向上
の割合を表8に記した。また、ろう付加熱後のチューブ
材に引張試験を行った結果も合わせて記した。
【0047】
【表7】
【0048】
【表8】
【0049】本発明法では、フィンの潰れが生じること
なく熱交換器が製造されており、高強度材の使用が可能
であり、製造されたラジエーターは熱効率に優れてい
る。
なく熱交換器が製造されており、高強度材の使用が可能
であり、製造されたラジエーターは熱効率に優れてい
る。
【0050】
【発明の効果】以上のように本発明のろう合金を使用
し、熱交換器を製造した場合、ろう付中のフィンの座屈
が少なく、部材の熱伝導性、強度向上効果があり、熱交
換器の小型、軽量化が可能であり、工業上顕著な効果を
奏するものである。
し、熱交換器を製造した場合、ろう付中のフィンの座屈
が少なく、部材の熱伝導性、強度向上効果があり、熱交
換器の小型、軽量化が可能であり、工業上顕著な効果を
奏するものである。
【図1】ラジエーターを示す一部断面の斜視図である。
【図2】サーペンタインタイプのエバポレーターを示す
一部断面の斜視図である。
一部断面の斜視図である。
1 偏平チューブ 2 フィン 3 ヘッダー 4 タンク 5 管材 6 フィン 7 コネクター
Claims (2)
- 【請求項1】 7.0wt%を越え12.0wt%以下のSi、
0.1wt%を越え 8.0wt%以下のCu、0.05wt%を越え 0.
5wt%以下のFeを含有し、0.05wt%を越え0.5 wt%以
下のZn、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下のIn、 0.0
02wt%を越え0.3 wt%以下のSnのうち1種または2種
以上を含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物から
なることを特徴とするアルミニウム合金ろう材。 - 【請求項2】 アルミニウム合金製熱交換器をろう付に
より製造するにあたり、 7.0wt%を越え12.0wt%以下の
Si、 0.1wt%を越え 8.0wt%以下のCu、0.05wt%を
越え 0.5wt%以下のFeを含有し、0.05wt%を越え 0.5
wt%以下のZn、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下のI
n、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下のSnのうち1種ま
たは2種以上を含有し、残部アルミニウムと不可避的不
純物からなるアルミニウム合金ろう材を用い、 570℃を
越え585 ℃以下の温度でろう付を行うことを特徴とする
アルミニウム合金製熱交換器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23084093A JPH0788676A (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | アルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23084093A JPH0788676A (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | アルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0788676A true JPH0788676A (ja) | 1995-04-04 |
Family
ID=16914112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23084093A Pending JPH0788676A (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | アルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0788676A (ja) |
-
1993
- 1993-08-24 JP JP23084093A patent/JPH0788676A/ja active Pending
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