JPH08165535A - 耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換器用アルミニウム合金として、薄肉化
が可能となるように耐食性を高めたものを提供する。 【構成】 Ｍｎ０．６〜１．５％、Ｃｕ０．１０〜０．
８０％、Ｆｅ０．３０％以下、Ｓｉ０．２０％以下を含
有し、さらにＷ０．０３〜０．３０％、Ｍｏ０．０３〜
０．３０％、Ｃｏ０．０３〜０．５０％の１種以上を含
有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなる熱交換
器用アルミニウム合金。また上記の各成分のほか、さら
にＭｇ０．０６〜０．４０％、Ｃｒ０．０６〜０．２５
％、Ｚｒ０．０６〜０．２５％のうちから選ばれた１種
または２種以上を含有する熱交換器用アルミニウム合
金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車用熱交
換器のヘッダープレート、ドローンカップ等のろう付構
造体における水等の流体通路用のクラッド材の芯材な
ど、熱交換器用の構造材として使用されるアルミニウム
合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用の熱交換器としては、オイルク
ーラー、インタークーラー、ラジエーター、エアコンの
エバポレータやコンデンサ等があるが、このような自動
車用の熱交換器のうちヘッダープレートあるいはドロー
ンカップなどのろう付構造体には、アルミニウム合金芯
材（構造材）の片面もしくは両面にアルミニウムろう材
（皮材）をクラッドしてなるアルミニウム製ブレージン
グシートが多用されるようになっている。

【０００３】このようなブレージングシートの芯材とし
ては、一般にＡｌ−Ｍｎ系あるいはＡｌ−Ｍｎ−Ｃｕ
系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系などの主としてＭｎを含
有する系の合金が用いられており、その代表的なものと
しては３００３合金や３００５合金などがあり、またこ
のほかＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の６９５１合金なども使用さ
れている。一方ブレージングシートのろう材（皮材）と
しては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｍｇ−Ｂｉ系等の主にＳｉを含有するろう付用アル
ミニウム合金が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】アルミニウム合金製熱
交換器のろう付構造物におけるブレージングシートの芯
材には、優れた耐食性が要求されるとともに、構造材と
して必要な機械的強度を有することが要求される。従来
この種のブレージングシートの芯材に使用されている３
００３合金や６９５１合金は、耐食性が比較的良好であ
ってしかもある程度の機械的強度を確保することが可能
であった。しかしながら最近では自動車等の熱交換器に
おいては軽量化、低コスト化の要請が一層強まってお
り、そのため熱交換器用ブレージングシートの芯材で代
表される熱交換器用構造材についてもより一層の薄肉化
が強く求められており、したがって薄肉化しても充分な
機械的強度が得られるように材料強度をより一層高める
ことが求められているが、そればかりでなく、より一層
耐食性を向上させることが強く求められている。

【０００５】すなわち熱交換器用構造材における腐食の
代表的な形態としては孔食があるが、薄肉化を図った場
合に孔食が進行すれば、その孔食が板厚方向に貫通して
しまい、その結果熱交換器の内外の水や空気等の流出、
流入が生じて熱交換機能が正常に働かなくなる。したが
って薄肉化を図りながらも熱交換器に充分な耐久性を確
保させるためには、従来よりも一層耐食性を向上させる
必要がある。また一般にこの種のブレージングシート用
芯材などのアルミニウム合金では、高強度化を図ろうと
すれば耐食性が低下する傾向が強く、そのため薄肉、高
強度化を図った場合には、耐食性を充分に確保できなく
なってしまいやすいという問題があり、したがって薄肉
化、高強度化にも限界があったのが実情である。

【０００６】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、熱交換器用ブレージングシートの芯材など、
熱交換器に使用されるアルミニウム合金として、特に優
れた耐食性を有するアルミニウム合金を提供することを
目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するため、本発明者等が鋭意実験・検討を重ねた結果、
Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系をベースとし、これにＷ，Ｍｏ，Ｃ
ｏのいずれか一種以上を適切な量だけ添加することによ
って、耐食性を従来の熱交換器用アルミニウム合金より
も格段に向上させ得ることを見出し、この発明をなすに
至った。

【０００８】具体的には、請求項１の発明の熱交換器用
アルミニウム合金は、Ｍｎ０．６〜１．５％、Ｃｕ０．
１０〜０．８０％、Ｆｅ０．３０％以下、Ｓｉ０．２０
％以下を含有し、かつＷ０．０３〜０．３０％、Ｍｏ
０．０３〜０．３０％、Ｃｏ０．０３〜０．５０％のう
ちから選ばれた１種または２種以上を含有し、残部がＡ
ｌおよび不可避的不純物からなることを特徴とするもの
である。

【０００９】また請求項２の発明の熱交換器用アルミニ
ウム合金は、Ｍｎ０．６〜１．５％、Ｃｕ０．１０〜
０．８０％、Ｆｅ０．３０％以下、Ｓｉ０．２０％以下
を含有し、かつＷ０．０３〜０．３０％、Ｍｏ０．０３
〜０．３０％、Ｃｏ０．０３〜０．５０％のうちから選
ばれた１種または２種以上を含有し、さらにＭｇ０．０
６〜０．４０％、Ｃｒ０．０６〜０．２５％、Ｚｒ０．
０６〜０．２５％のうちから選ばれた１種または２種以
上を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる
ことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】先ずこの発明における合金成分の限定理由を説
明する。

【００１１】Ｍｎ：Ｍｎはこの発明の系の合金で基本と
なる合金元素であって、強度を高めるために有効である
と同時に、耐食性を向上させるに有効な元素であり、さ
らにはろう付性の改善に効果がある。Ｍｎ含有量が０．
６％未満ではこれらの効果が充分に得られず、一方１．
５％を越えて添加されれば、巨大な金属間化合物が生成
されて、加工性および耐食性が低下し、また粒界腐食感
受性が高くなる。したがってＭｎ量は０．６〜１．５％
の範囲内とした。

【００１２】Ｃｕ：Ｃｕは、ブレージングシートの芯材
としてその芯材の電位を貴にし、ろう材との電位差を大
きくしてろう材の犠牲陽極効果を高め、またろう付後の
強度を高めるために有効である。Ｃｕが０．１０％未満
ではこれらの効果が小さく、一方０．８０％を越えて添
加されれば、自己耐食性が低下するとともに、粒界腐食
が激しくなって結果的に耐食性が低下する。したがって
Ｃｕ量は０．１０〜０．８０％の範囲内とした。

【００１３】Ｆｅ：Ｆｅは通常のアルミニウム合金にお
いて不可避的に含有される不純物元素であり、Ａｌ−Ｆ
ｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系
の金属間化合物の晶出物や析出物を生成し、これらの金
属間化合物がＡｌマトリックスに対しカソードとなって
電気化学的に耐食性を低下させるから、Ｆｅ量は可及的
に少ないことが望ましい。特にＦｅ量が０．３０％を越
えて含有されれば、耐食性の低下が激しくなるから、Ｆ
ｅは不純物として０．３０％以下に規制することとし
た。

【００１４】Ｓｉ：Ｓｉも通常のアルミニウム合金にお
いて不可避的に含有される不純物元素であり、Ｆｅと共
存してＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系
の金属間化合物の晶出物や析出物を生成し、これらの金
属間化合物がＡｌマトリックスに対してカソードとなっ
て耐食性を低下させるから、Ｓｉ量も可及的に少ないこ
とが望ましい。特にＳｉ量が０．２０％を越えれば耐食
性の低下が激しくなるから、Ｓｉは不純物として０．２
０％以下に規制することとした。

【００１５】Ｗ，Ｍｏ，Ｃｏ：これらの元素は、この発
明において積極的な添加元素であり、いずれか１種また
は２種以上が耐食性向上のために添加される。すなわ
ち、これらの元素はいずれもピット状の腐食形態を層状
に変化させて板厚方向への腐食の進行を遅らせ、最大腐
食深さを小さくすることを通じて、耐食性向上に寄与す
る。またこれらの元素は、いずれもブレージングシート
の芯材としてその電位を貴にし、ろう材との電位差を大
きくしてろう材の犠牲陽極効果を高めるためにも有効で
ある。いずれの元素もその添加量が０．０３％未満では
これらの効果が充分に得られない。一方Ｗ，Ｍｏの添加
量がそれぞれ０．３０％を越えれば、またＣｏの添加量
が０．５０％を越えれば、いずれの場合も巨大金属間化
合物を形成して成形性を低下させる。したがってＷ，Ｍ
ｏの添加量はそれぞれ０．０３〜０．３０％の範囲内、
Ｃｏの添加量は０．０３〜０．５０％の範囲内とした。

【００１６】Ｍｇ，Ｃｒ，Ｚｒ：これらは請求項２の発
明において、ろう付加熱後の強度をより一層高めるため
に、１種または２種以上が積極的に添加される。これら
のうち、Ｍｇはろう付加熱後の強度を高めるために最も
有効な元素であるが、Ｍｇが０．０６％未満ではその効
果が充分に得られず、一方Ｍｇが０．４０％を越えて添
加されれば、ブレージングシートの芯材としてその電位
を卑にして、ろう材による犠牲陽極効果が得られなくな
るから、Ｍｇを添加する場合のＭｇ量は０．０６〜０．
４０％の範囲内とした。またＣｒ，Ｚｒもろう付加熱後
の強度を高めるために有効な元素であるが、それぞれ
０．０６％未満ではその効果が充分に得られず、一方そ
れぞれ０．２５％を越えて添加されれば、巨大な金属間
化合物が形成されて加工性が低下する。したがってＣｒ
もしくはＺｒを添加する場合の添加量は、それぞれ０．
０６〜０．２５％の範囲内とした。なお請求項１の発明
のアルミニウム合金においても、Ｍｇ，Ｃｒ，Ｚｒが不
純物としてそれぞれ０．０６％未満含有される場合があ
ることは勿論である。

【００１７】以上の各元素のほかは、ＡｌおよびＦｅ，
Ｓｉ以外の不可避的不純物とすれば良い。ここで、Ｔｉ
も不純物に含まれるが、各不純物元素はそれぞれ０．０
６％未満、望ましくは０．０５％以下であれば特にこの
発明で目的とする性能を損なうことはない。但し、Ｓ
ｎ，Ｐｂ，Ｇａは微量でもブレージングシートの芯材と
してその電位を卑にし、耐食性を損なうおそれがあるか
ら、これらはそれぞれ０．０２％以下に規制することが
望ましい。

【００１８】以上のような成分組成のこの発明の熱交換
器用アルミニウム合金をブレージングシートの芯材とし
て用いる場合は、その片面もしくは両面にろう材をクラ
ッドする。その場合のろう材としては、Ａｌ−Ｓｉ系合
金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ
−Ｂｉ系合金などを用いることができ、その具体的な規
格合金としては、４００３合金、４００４合金、４１０
４合金、４００５合金、４Ｎ０４合金、４０４５合金、
４３４３合金、４１４５合金、４０４７合金等がある
が、特にこれらに限定されるものではなく、その他の元
素例えばＢｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎ等を添加したろ
う材を使用することもできる。なおブレージングシート
とする場合のろう材のクラッド率は、板厚にもよるが、
通常は片面当り５〜２０％程度が好ましい。

【００１９】この発明の熱交換器用アルミニウム合金を
製造する方法は、特に限られるものではなく、常法に従
えば良いが、特にブレージングシートの芯材として、ろ
う材とクラッド化して使用する場合におけるブレージン
グシート製造方法の好適な例を次に示す。

【００２０】すなわち、芯材を半連続鋳造法（ＤＣ鋳造
法）によって０．０５〜１００℃／秒の冷却速度で鋳造
し、得られた芯材の鋳塊に対して５３０〜６２０℃程度
で１〜１２時間程度の均質化処理を施す。このような温
度で均質化処理を行なうことによって、Ａｌ−Ｍｎ系の
晶出物が粗大化し、ろう付け時のろう材のエロージョン
を防止することに有効となる。均質化処理後、面削を施
してから、片面もしくは両面にろう材を重ね合わせて４
５０〜５２０℃程度の温度で熱間クラッド圧延を行な
う。その後、６０％以上の圧延率で冷間圧延を施し、そ
の後３００〜５５０℃において最終焼鈍を行なう。この
最終焼鈍方法としてはバッチ炉による焼鈍、あるいは連
続焼鈍炉による短時間焼鈍のいずれを適用しても良い。
また必要に応じて、熱間クラッド圧延後、あるいは冷間
圧延の中途で中間焼鈍を施しても良い。

【００２１】なおこの発明の熱交換器用アルミニウム合
金を芯材として用いたブレージングシートを用いてろう
付構造体を組立てるにあたっては、真空ろう付法、フラ
ックスろう付法、非腐食性フラックスろう付法などが好
適に適用されるが、これらに限定されないことは勿論で
ある。

【００２２】

【実施例】この発明による熱交換器用アルミニウム合金
を芯材として用いてブレージングシートを構成した実施
例を以下に示す。

【００２３】表１の合金番号１〜２４に示す成分組成の
芯材用合金を常法に従ってＤＣ鋳造し、各鋳塊について
６００℃において１０時間均質化処理を施した後、両面
を面削し、その芯材の両面にＪＩＳ ４１０４合金から
なるろう材を片面当り１５％の厚みで重ね合せて、４８
０℃で熱間クラッド圧延を行ない、３．０ｍｍ厚の熱延
クラッド板とした。次いで冷間圧延により板厚０．５ｍ
ｍとした後、３７０℃×５時間の最終焼鈍を施してＯ材
とした。

【００２４】上述のようにして得られたクラッド板（ブ
レージングシート）を深皿形状にプレス成形し、溶剤に
よる洗浄後、各深皿形状の成形体を交互に反転させて上
下に重ね合せ、５×１０^-5Ｔｏｒｒの真空中で６００℃
×３分間の加熱後急冷によるろう付加熱を行なった。図
１にろう付後のタンク状構造物の外観を示す。なお図１
において、符号１は各プレス成形体を示し、また符号２
はろう付部を示す。

【００２５】上述のようにして得られたタンク状構造物
について、ＪＩＳ Ｈ８６８１に従ったＣＡＳＳ試験に
よって１５００時間の腐食試験を行ない、耐食性評価と
して最大孔食深さを測定した。その結果を表２に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】表２から明らかなように、この発明による
芯材を用いたブレージングシートを使用した場合（合金
符号１〜１０）は、最大孔食深さが最高でも０．２２ｍ
ｍで、平均して０．１４〜０．１５ｍｍ程度であり、優
れた耐食性を有していることが確認された。

【００２９】これに対し、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｏを添加せずか
つＦｅ量が過剰な合金番号１１の比較例（３００３合金
相当）、および同じくＷ，Ｍｏ，Ｃｏを添加しなかった
合金番号１２の比較例では、いずれも孔食が板厚方向に
貫通してしまい、耐食性が劣ることが判明した。一方合
金番号１３の比較例はＭｎ量が過剰の例であるが、この
場合は成形性が劣るためプレス時に割れが発生してしま
い、腐食試験を実施することができなかった。さらにＭ
ｎ量が過少の合金番号１４の比較例、Ｃｕを添加しなか
った合金番号１５の比較例、および逆にＣｕ量が過剰の
合金番号１６の比較例では、いずれも孔食が板厚方向に
貫通し、耐食性が劣ることが判明した。またＷ量が過剰
の合金番号１７の比較例、Ｍｏ量が過剰の合金番号１８
の比較例、Ｃｏ量が過剰でかつＳｉ量が過剰の合金番号
１９の比較例、Ｃｒ量が過剰の合金番号２０の比較例、
Ｚｒ量が過剰の合金番号２１の比較例では、いずれも成
形性が劣るため、プレス成形時に割れが発生し、腐食試
験は実施できなかった。さらにＦｅ量が過剰の合金番号
２２の比較例、Ｍｇ量が過剰の合金番号２３の比較例、
およびＳｉ量が過剰の合金番号２４の比較例では、いず
れも孔食が板厚方向に貫通してしまい、耐食性に劣るこ
とが判明した。

【００３０】以上のような試験結果から、適切な量のＭ
ｎ，Ｃｕを基本成分とし、かつＦｅ，Ｓｉ量を適切に規
制し、しかもＷ，Ｍｏ，Ｃｏの１種以上を所定量だけ添
加し、さらに必要に応じてＭｇ，Ｃｒ，Ｚｒを所定量だ
け添加したこの発明の熱交換器用アルミニウム合金は、
耐食性、特に耐孔食性に優れていることが明らかであ
る。

【００３１】

【発明の効果】この発明の熱交換器用アルミニウム合金
は、耐食性、特に耐孔食性が良好であり、したがって熱
交換器用ブレージングシート芯材など、熱交換器用の構
造材としてその薄肉化を図ることができるから、熱交換
器の軽量化、コスト低減を図ることができる。

【００３２】なおこの発明の熱交換器用アルミニウム合
金はブレージングシートの芯材として最適であるが、こ
れに限らずベア材としても使用し得ることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例で適用したタンク状構造物を
示す斜視図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｎ０．６〜１．５％（重量％、以下同
   じ）、Ｃｕ０．１０〜０．８０％、Ｆｅ０．３０％以
   下、Ｓｉ０．２０％以下を含有し、かつＷ０．０３〜
   ０．３０％、Ｍｏ０．０３〜０．３０％、Ｃｏ０．０３
   〜０．５０％のうちから選ばれた１種または２種以上を
   含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなること
   を特徴とする、耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム
   合金。
2. 【請求項２】 Ｍｎ０．６〜１．５％、Ｃｕ０．１０〜
   ０．８０％、Ｆｅ０．３０％以下、Ｓｉ０．２０％以下
   を含有し、かつＷ０．０３〜０．３０％、Ｍｏ０．０３
   〜０．３０％、Ｃｏ０．０３〜０．５０％のうちから選
   ばれた１種または２種以上を含有し、さらにＭｇ０．０
   ６〜０．４０％、Ｃｒ０．０６〜０．２５％、Ｚｒ０．
   ０６〜０．２５％のうちから選ばれた１種または２種以
   上を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる
   ことを特徴とする、耐食性に優れた熱交換器用アルミニ
   ウム合金。