JPH089750B2

JPH089750B2 - ろう付性が優れた高強度アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH089750B2
Application number: JP3014767A
Authority: JP
Inventors: 政男竹本; 晃宮上; 泰隆有井; 修竹添
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-01-14
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH04236739A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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
ニウム合金製部品であって、接続部として使用され加熱
炉中でろう付処理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。

【０００２】

【従来の技術】図１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。

【０００３】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。

【０００４】一般的に、ろう付用アルミニウム合金材と
しては１０００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
７Ｎ０１合金が使用されている。この７Ｎ０１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Ａｌ及び不可避的不純物からなる合金であ
る。

【０００５】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図１を参照
して説明する。

【０００６】先ず、チューブ１にユニオン３をトーチろ
う付又はＴＩＣ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。

【０００７】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７Ｎ０１合金はろう付性が
悪いために、７Ｎ０１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。

【０００８】近年、７Ｎ０１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６１−１１９６４５号、特開昭
６３−８６８４５号、特開平１−２２５７３６号、特開
平１−２７９７２８号）。

【０００９】特開昭６１−１１９６４５号に開示された
合金は、０．３乃至０．５重量％のＣｕ、０．５乃至
１．５重量％のＭｎ及び１乃至３重量％のＭｇを含有す
るアルミニウム合金である。また、特開昭６３−８６８
４５号に開示された合金は、０．３乃至０．８重量％の
Ｍｇ及び４．０乃至８．０重量％のＺｎを含有すると共
に、０．０５乃至０．３０重量％のＺｒ、０．０５乃至
０．３０重量％のＭｎ、０．０５乃至０．３０重量％の
Ｃｒ及び０．０５乃至０．３０重量％のＣｕからなる群
から選択された元素を１種又は２種以上含有すると共
に、Ｆｅ及びＳｉの含有量を夫々０．３０重量％以下に
規制したアルミニウム合金である。更に、特開平１−２
２５７３６号に開示された合金は、０．３乃至１．５重
量％のＭｎ及び０．７乃至１．３重量％のＳｉを含有す
るアルミニウム合金である。更にまた、特開平１−２７
９７２８号に開示された合金は、０．０５乃至１．０重
量％のＭｇ、０．３乃至３重量％のＺｎ、０．１乃至
１．２重量％のＭｎ、０．１乃至０．８重量％のＣｕ、
０．３乃至１．３重量％のＳｉ、０．０１乃至０．１５
重量％のＺｒ及び０．０１乃至０．１０重量％のＴｉを
含有するアルミニウム合金である。

【００１０】

【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７Ｎ０１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。

【００１１】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。

【００１２】

【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、０．０５乃至０．３
重量％のＭｇ、１．０乃至４．０重量％（但し、４．０
重量％を含まず）のＺｎ、０．３５乃至１．０重量％
（但し、１．０重量％を含まず）のＭｎ及び０．１乃至
０．６重量％のＣｕを含有すると共に、０．００５乃至
０．２重量％のＴｉ、０．０１乃至０．２重量％のＺｒ
及び０．０１乃至０．２５重量％のＣｒ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０．２重量％以下に規制す
ると共にＦｅ及びＳｉの総含有量を０．３重量％以下に
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。

【００１３】

【作用】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。

【００１４】ＭｇＭｇ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０．０５重量％未満の場合は、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．
３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０．０５乃至０．３重量
％とする。

【００１５】ＺｎＺｎは上述のＭｇと反応し、ＭｇＺｎ₂ としてアルミニ
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１．０重量％未
満の場合は、アルミニウム合金の強度（硬度）が７Ｎ０
１合金に比して極めて低くなる。一方、Ｚｎ含有量が
４．０重量％以上の場合は、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１．０乃至４．０重量
％（但し、４．０重量％を含まず）とする。

【００１６】ＭｎＭｎ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、一部のＭｎ系晶出
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、Ａｌ₆ 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。

【００１７】この場合、Ｍｎ含有量が０．３５重量％未
満の場合は、上述の作用効果が十分ではない。一方、Ｍ
ｎの含有量が１．０重量％以上の場合は、巨大晶出物が
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０．３５乃至１．０
重量％（但し、１．０重量％を含まず）とする。

【００１８】ＣｕＣｕ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系晶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。

【００１９】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０．６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、Ｃｕ含有量は０．１乃至０．６重量％とす
る。

【００２０】Ｔｉ、Ｚｒ及びＣｒＴｉ、Ｚｒ及びＣｒ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。また、
Ｃｒはアルミニウム合金の耐孔食性を向上させる作用も
ある。

【００２１】Ｔｉ含有量が０．００５重量％未満の場合
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。

【００２２】また、Ｚｒ及びＣｒもＴｉと同様に、その
含有量が０．０１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、Ｚｒ及びＣｒの含有量が夫々０．２
重量％及び０．２５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、Ｚｒ
を含有する場合はその含有量を０．０１乃至０．２重量
％とし、Ｃｒを含有する場合はその含有量を０．０１乃
至０．２５重量％する。

【００２３】なお、上述のＴｉ、Ｚｒ及びＣｒ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。

【００２４】Ｆｅアルミニウム合金中にＦｅが０．２重量％を超えて含有
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０．２重量％以下に規制す
る必要がある。

【００２５】ＳｉＳｉ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、Ａｌ−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ＭｇＺｎ₂ により発生する。この場
合に、ＭｇＺｎ₂ の強度向上効果はＭｇ₂ Ｓｉのそれに
比して大きい。

【００２６】Ａｌ−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Ｍｇ₂ Ｓｉ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、０．２重量％以下に規制
する必要がある。このように、特開平１−２７９７２８
号に開示された合金に比してＳｉの含有量を少なくする
ことにより、本発明に係るアルミニウム合金は、アルミ
ニウムに対するＭｇの強度向上効果を促進することがで
きる。

【００２７】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、総量
で０．３重量％以下に規制することが必要である。

【００２８】

【実施例】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。

【００２９】通常の溶製法により、下記表１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℃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３
０ｍｍの丸棒を形成した。なお、比較例７は７Ｎ０１合
金相当材であり、比較例８は３００３合金である。

【００３０】

【表１】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。

【００３１】強度実施例及び比較例の各丸棒から直径が３０ｍｍ、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。その結果を下記表２及び
表３に示す。

【００３２】ろう付性実施例及び比較例の各丸棒から縦が５ｍｍ、横が５ｍ
ｍ、長さが２５ｍｍの試験片を切り出した。そして、図
２に示すように、この試験片６の一方の端部をライナー
７上に載せてブレージングシート８上に載置した。この
ブレージングシート８の大きさは縦が２５ｍｍ、横が２
５ｍｍ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、ろう付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℃であ
る。

【００３３】その結果を表２及び表３に併せて示した。
但し、ろう材の間隙充填長さが１３ｍｍ以上の場合を
○、５ｍｍ以上１３ｍｍ未満の場合を△、５ｍｍ未満の
場合を×で示した。

【００３４】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％ＮａＣｌ、酢酸（ｐＨ
３）及び０．２６ｇ／ｌの塩化第二銅を含有する５０℃
の液を噴霧するＣＡＳＳ試験を２５０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。

【００３５】その結果を表２及び表３に併せて示した。
但し、孔食深さが０．２ｍｍ未満の場合を○、０．２ｍ
ｍ以上０．５ｍｍ未満の場合を△、０．５ｍｍ以上の場
合を×で示した。

【００３６】冷間鍛造性直径が３０ｍｍ、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。

【００３７】加工率は、図３に示すように、供試体の加
工前の高さをＨとし、割れが発生したときの高さをｈと
して下記数式１により計算して求めた。

【００３８】

【数１】加工率＝（Ｈ−ｈ）／Ｈその結果を表２及び表３に併せて示した。但し、加工率
が０．８以上の場合を○、０．４以上０．８未満の場合
を△、０．４未満の場合を×で示した。

【００３９】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
果を表２及び表３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適している場合を○、適してい
ない場合を×で示した。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】この表２及び表３から明らかなように、実施例１乃至
６のアルミニウム合金はいずれもろう付部の間隙充填長
さが１３ｍｍ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５２以上であり、高強度である。一方、比較
例１乃至８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。

【００４２】

【発明の効果】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Ｍｇ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｔ
ｉ、ＺｒおよびＣｒを含有すると共に、Ｆｅ及びＳｉの
含有量を所定量以下に規制したから、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】

【図１】カークーラーコンデンサを示す平面図である。

【図２】ろう付試験方法を示す斜視図である。

【図３】冷間鍛造性試験を示す斜視図である。

【符号の説明】

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；ブレージングシート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．０５乃至０．３重量％のＭｇ、１．
０乃至４．０重量％（但し、４．０重量％を含まず）の
Ｚｎ、０．３５乃至１．０重量％（但し、１．０重量％
を含まず）のＭｎ及び０．１乃至０．６重量％のＣｕを
含有すると共に、０．００５乃至０．２重量％のＴｉ、
０．０１乃至０．２重量％のＺｒ及び０．０１乃至０．
２５重量％のＣｒ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０．２重量％以下に規制すると共にＦｅ及びＳｉ
の総含有量を０．３重量％以下に規制し、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。