JPH09300095A - アルミニウムろう付け用部材 - Google Patents

アルミニウムろう付け用部材

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JPH09300095A
JPH09300095A JP14510796A JP14510796A JPH09300095A JP H09300095 A JPH09300095 A JP H09300095A JP 14510796 A JP14510796 A JP 14510796A JP 14510796 A JP14510796 A JP 14510796A JP H09300095 A JPH09300095 A JP H09300095A
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JP
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layer
aluminum
brazing
average thickness
tube
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JP14510796A
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Masaki Kumagai
正樹 熊谷
Yoshifusa Shiyouji
美房 正路
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム部材のろう付け接合面に溶融ろ
うを形成するためのSi層を均一に形成し、ブレージン
グシートを使用することなく、均一且つ安定したろう付
け接合を可能とするアルミニウムろう付け用部材を提供
する。 【解決手段】 接合面において溶融ろうを形成し、他の
アルミニウム部材をろう付け接合するアルミニウムろう
付け用部材であって、他のアルミニウム部材との接合面
に平均厚さ0.5 〜100 μm のSi層を設ける。Si層は
蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングにより形
成するのが好ましい。Si層の下に、犠牲陽極層を形成
するためのZn層などの金属層を設けることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム(ア
ルミニウム合金を含む、以下同じ)ろう付け用部材、と
くに、アルミニウム製熱交換器において他のアルミニウ
ム部材とろう付け接合されるアルミニウムろう付け用部
材に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム製熱交換器は、従来、図1
に示すように、アルミニウムの偏平多穴管からなるチュ
ーブ材1に、Al−Si系合金ろうをクラッド(例えば
クラッド率10%)したブレージングシートからなるアル
ミニウムフィン材2を組付け、フラックスろう付け、ま
たは真空ろう付けあるいは雰囲気ろう付けなどのフラッ
クスレスろう付けを行い一体とすることにより組立てら
れている。
【0003】近年、アルミニウム製熱交換器の軽量化の
観点から、アルミニウムフィン材の薄肉化が要請されて
おり、この場合、従来とは逆に、フィン材をブレージン
グシートからベア材に変え、チューブ材にろう材をクラ
ッドしたものとすることができれば、フィン材の一層の
薄肉化が期待できる。しかしながら、アルミニウムのチ
ューブ材にAl−Si系ろう材を工業的規模で安定且つ
安価に被覆する方法は確立されていないのが現状であ
る。
【0004】チューブ材へのろう材被覆に適用し得る方
法として、アルミニウム材をフラックスと珪素金属粉末
の混合物のスラリー中に浸漬して、加熱、乾燥させ、当
該混合物をアルミニウム材の表面に塗布したものを組合
わせて、ろう付け炉内で加熱し、接合面にAl−Si系
の溶融ろうを形成させて、ろう付けを行う方法が提案さ
れており(特表平6-504485号公報、特開平7-308795号公
報) 、また、アルミニウムの多孔偏平押出管材の表面に
Zn−Si合金を溶射により付着させ、フィン材を組合
わせて、加熱、ろう付けする方法も提案されているが、
これらの方法は塗布または被覆作業が面倒でコスト高と
なるとともに均一な被覆が難しく、Si粉末の密着性も
不十分となり易いため、均一且つ安定したろう付け接合
が行い難いという難点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アルミニウ
ム部材、とくにアルミニウムチューブ材の他のアルミニ
ウム部材と接合する面に、Al−Si系の溶融ろうを形
成するための被覆層を設けるための改善された方法を見
出すためになされたものであり、その目的は、均一で且
つ薄い被覆層が形成され、溶融ろうの流出による組付け
物の寸法変化などを生じることがなく、均一且つ安定し
たろう付け接合を行うことを可能とし、被覆層の形成も
簡単且つ安価に行うことができるアルミニウムろう付け
部材を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるアルミニウムろう付け用部材は、接合
面において溶融ろうを形成し、他のアルミニウム部材を
ろう付け接合するアルミニウムろう付け用部材であっ
て、他のアルミニウム部材との接合面に平均厚さが0.5
〜100 μm のSi層を設けることを構成上の第1の特徴
とする。
【0007】また、Si層が、Siと、Ag、Cu、G
a、Ge、Li、Mg、Re、Sn、Zn、In、P
d、Se、Au、Be、Ca、Ce、Dy、La、N
d、Ni、Sm、Tb、Yのうちの1種以上の元素から
なるものであることを第2の特徴とし、Si層の上また
は下に、上記の元素のうちの1種以上からなる金属層を
積層して設けたことを第3の特徴とする。
【0008】さらに、Si層の下に、Zn、In、S
n、Gaのうちの1種以上からなる金属層を設けること
を第4の特徴とし、金属層が、平均厚さが0.1 〜5 μm
のZn層あるいはZnとIn、Sn、Gaのうちの1種
以上からなる平均厚さ0.1 〜5μm の金属層、またはZ
n、In、Sn、Gaのうちの1種以上からなる平均厚
さが0.01〜0.5 μm の金属層であることを第5の特徴と
する。
【0009】本発明によるアルミニウムろう付け用部材
の第6、第7および第8の特徴は、Zn層または金属層
との間に純アルミニウム層を介在させること、アルミニ
ウムろう付け用部材が多穴偏平管であること、およびS
i層、Zn層、金属層が蒸着、スパッタリングまたはイ
オンプレーティングにより形成されたものであることに
ある。
【0010】本発明において、アルミニウム部材の接合
面に形成されたSi層は、ろう付け加熱時、当該アルミ
ニウム部材および接合されるべき他のアルミニウム部材
中に拡散して、Al−Si合金層を形成し、溶融ろうと
なって、ろう付け接合が行われる。Si層の厚さは、平
均厚さ0.5 〜100 μm の範囲が好ましく、0.5 μm 未満
では、ろう付け時に十分な溶融ろうが形成されず、100
μm を越えると、ろう付け時フィレット部に過剰なろう
が供給される結果、とくに接合されるべき他のアルミニ
ウム部材が、フィン材のように薄い場合には材料に穴が
あき座屈などのトラブルが生じ易くなる。Si層のさら
に好ましい厚さは1 〜20μm の範囲である。
【0011】Si層を、Siと、Ag、Cu、Ga、G
e、Li、Mg、Re、Sn、Zn、In、Pd、S
e、Au、Be、Ca、Ce、Dy、La、Nd、N
i、Sm、Tb、Yのうちの1種以上の元素からなる平
均厚さ0.5 〜100 μm のものとし、またはSi層の上あ
るいは下に、上記の元素の1種以上からなる平均厚さ0.
01〜0.5 μm の金属層を積層して設けることにより、こ
れらの元素がAl−Si合金と共晶を形成するため、形
成されるAl−Si系ろう材の溶融温度が低下し、例え
ば580 ℃以下の低温でろう付け接合を行うことができ
る。
【0012】とくに、Si層の下に、Zn、In、S
n、Gaの1種以上からなる金属層を設けることによっ
て、ろう付け加熱時、Zn、In、Sn、Gaがアルミ
ニウム部材中に拡散して、Al−Zn合金、Al−In
合金、Al−Sn合金、Al−Ga合金層が形成され、
これらの層がアルミニウム部材に犠牲陽極効果を与え、
耐食性を向上させる。
【0013】この場合の第1の態様としては、金属層と
して、Zn層、またはZnとIn、Sn、Gaのうちの
1種以上からなる金属層を形成する。平均層厚さは0.1
〜5μm の範囲が好ましく、0.1 μm 未満では十分が犠
牲陽極効果が得難く、5 μmを越えると、拡散部におけ
る自己腐食性が大きくなり、ろう付け部の腐食が促進さ
れる。第2の態様としては、金属層として、In、S
n、Gaのうちの1種以上からなる金属層を形成する、
平均層厚さは0.01〜0.5 μm の範囲が好ましく、0.01μ
m 未満では犠牲陽極効果が小さく、0.5 μm を越えると
拡散部における自己腐食が大きくなり、ろう付け部の腐
食が促進される。
【0014】Si層と、Zn層または金属層との間に純
アルミニウム層を設けてもよく、この場合にも、ろう付
け加熱時、Siが純アルミニウム層中に拡散してAl−
Si合金が形成されて溶融ろうとなり、ろう付け接合が
行われるとともに、Zn、In、Sn、Gaが純アルミ
ニウム層中に拡散して、犠牲陽極層を形成し、アルミニ
ウム部材の耐食性を向上させる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明において、アルミニウムろ
う付け用部材としては、板材、棒材、管材、線材の他、
複雑な形状の部材も適用できる。必要なら、これらの材
料を加工後、他のアルミニウム部材との接合面に、蒸
着、スパッターリング、イオンプレーティングによりS
i層、Zn層、金属層を形成する。これらの手段によ
り、薄く且つ均一な層を得ることができる。
【0016】とくに、図2に示すように、アルミニウム
製熱交換器において作動流体通路となるアルミニウムの
多穴偏平管1の平坦面3、4に、Si層からなる被覆層
5を設けることにより、平坦面に組付けるフィン材2と
して、ブレージングシートではなくアルミニウムのベア
材を使用し、ろう付けすることができるから、フィン材
の一層の薄肉化が可能となる。
【0017】本発明によれば、アルミニウム製熱交換器
の部材を構成する板材として、ブレージングシートの代
わりに通常のアルミニウム合金材が使用でき、Si層な
どの被覆層を形成した板材は、ブレージングシートより
良好な成形性をそなえているからプレス加工などでの制
約が少なく、プレス加工したもの、鍛造や切削加工によ
り複雑な形状となったものでも加工後に被覆層を形成す
ることができる。
【0018】アルミニウム製熱交換器のうち、例えばパ
ラレルフローコンデンサのように、多穴偏平管などから
なるチューブ材、フィン材およびヘッダー管から構成さ
れる熱交換器においては、図3に示すように、ヘッダー
管6に差し込まれるチューブ材1の両端部分は、チュー
ブ材1がフィン材2と接触する中央部分より多くのろう
を必要とするが、本発明によれば、まずチューブ材1の
平坦面全体に被覆層5を形成したのち、ヘッダー管6に
差し込まれるチューブ材1の両端部分以外の個所をマス
キングして、両端部分について、最初に形成された被覆
層5の上にさらに被覆層を設け、厚い被覆層7とするこ
とができる。
【0019】
【実施例】以下、実施例を比較例と対比して説明する。 実施例1 JIS 1100合金を、ポートホール押出により、図2に示す
ような断面を有する偏平多孔管(8孔)に押出加工し
た。得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×10-6To
rrの真空中で、蒸着により平均厚さ5 μm のSi層を形
成した。得られたSi層被覆チューブ材を、図1に示す
ように、アルミニウムフィン材(Al−1.2 wt%Mn−
1.5wt %Zn(JIS 3003+1.5wt %Zn))と組合わ
せ、600 ℃の温度に3 分間加熱して、ろう付け接合し
た。ろう付け後、チューブ材とフィン材との間には健全
なフィレットが形成され、座屈はみられなかった。
【0020】実施例2 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、蒸着により平均厚さ1 μm のZn
層を形成したのち、Zn層の上に、同じく蒸着により平
均厚さ5 μm のSi層を被着した。得られた金属層被覆
チューブ材を、図1に示すように、実施例1と同じアル
ミニウムフィン材と組合わせ、実施例1と同一の条件下
でろう付け接合した。ろう付け後、チューブ材とフィン
材との間には健全なフィレットが形成されており、座屈
は認められなかった。得られた熱交換器エレメントにつ
いて、2週間のCASS試験を行ったが、チューブ材には貫
通孔がみられなかった。
【0021】実施例3 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、スパッタリングにより平均厚さ0.
02μm のIn層を形成したのち、In層の上に、同じく
スパッタリングにより平均厚さ4 μm のSi層を被着し
た。得られた金属被覆チューブ材を、図1に示すよう
に、実施例1と同じアルミニウムフィン材と組合わせ、
実施例1と同一の条件下でろう付け接合した。ろう付け
後、チューブ材とフィン材との間には健全なフィレット
が形成されており、座屈はみられなかった。得られた熱
交換器エレメントについて、2週間のCASS試験を行った
が、チューブ材には貫通孔が生じなかった。
【0022】実施例4 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、イオンプレーティングより平均厚
さ0.02μm のSn層を形成したのち、Sn層の上に、蒸
着により平均厚さ10μm のSi層を被着した。得られた
金属層被覆チューブ材を、図1に示すように、実施例1
と同じアルミニウムフィン材と組合わせ、実施例1と同
一の条件下でろう付け接合した。ろう付け後、チューブ
材とフィン材との間には健全なフィレットが形成されて
おり、座屈は認められなかった。得られた熱交換機エレ
メントについて、2週間のCASS試験を行ったが、チュー
ブ材に貫通孔は生じなかった。
【0023】実施例5 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、蒸着により平均厚さ0.1 μm のG
a層を形成したのち、Ga層の上に、同じく蒸着により
平均厚さ3 μm のSi層を被着した。得られた金属層被
覆チューブ材を、図1に示すように、実施例1と同じア
ルミニウムフィン材と組合わせ、実施例1と同一の条件
下でろう付け接合した。ろう付け後、チューブ材とフィ
ン材との間には健全なフィレットが形成されており、座
屈はみられなかった。得られた熱交換器エレメントにつ
いて、2週間のCASS試験を行ったが、チューブ材に貫通
孔は生じなかった。
【0024】実施例6 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、蒸着により平均厚さ0.1 μm のS
n、Zn混合層を形成したのち、この混合層の上に、同
じく蒸着により平均厚さ5 μm のSi層を被着した。得
られた金属層被覆チューブ材を、図1に示すように、実
施例1と同じアルミニウムフィン材と組合わせ、実施例
1と同一条件下でろう付け接合した。ろう付け後、チュ
ーブ材とフィン材との間には健全なフィレットが形成さ
れており、座屈は認められなかった。得られた熱交換器
エレメントについて、2週間のCASS試験を行ったが、チ
ューブ材に貫通孔は生じなかった。
【0025】実施例7 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、蒸着により平均厚さ18μm および
40μm のSi層を形成した。得られたSi層被覆チュー
ブ材を、図1に示すように、実施例1と同じアルミニウ
ムフィン材と組合わせ、実施例1と同一条件下でろう付
け接合した。18μm のSi層を形成したものでは、ろう
付け後、チューブ材とフィン材との間に健全なフィレッ
トが形成された。一方、40μm のSi層を形成したもの
においては、形成されたフィレットは実用上は問題ない
が、ろうのやや過剰に供給されたため、フィン材に溶融
ろうによる若干の浸食が観察された。
【0026】実施例8 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、蒸着により平均厚さ5 μm のSi
層を形成し、形成されたSi層の上に、同じく蒸着によ
り平均厚さ0.2 μm のCu層を設けた。得られたチュー
ブ材を、図1に示すように、実施例1と同じアルミニウ
ムフィン材と組合わせ、570 ℃の温度に3 分間加熱する
ことにより、ろう付け接合した。ろう付け後、接合状態
を観察したところ、チューブ材とフィン材との間には健
全なフィレットが形成されており、座屈は認められなか
った。
【0027】実施例9 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、蒸着により平均厚さ5 μm のSi
層を形成し、形成されたSi層の上に、平均厚さ0.4 μ
m のNi層、さらに平均厚さ0.2 μm のZn層を設け
た。得られたチューブ材を、図1に示すように、実施例
1と同じアルミニウムフィン材と組合わせ、570 ℃の温
度に3 分間加熱することにより、ろう付け接合した。ろ
う付け後、チューブ材とフィン材との間には健全なフィ
レットが形成されており、座屈はみられなかった。得ら
れた熱交換器エレメントについて、2週間のCASS試験を
行ったが、チューブ材には貫通孔が生じなかった。
【0028】実施例10 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、スパッタリングにより平均厚さ1.
5 μm のSi層を形成し、形成されたSi層の上に、同
じくスパッタリングにより平均厚さ0.01μm のSn層を
設けた。得られたチューブ材を、図1に示すように、実
施例1と同じアルミニウムフィン材と組合わせ、580 ℃
の温度で3 分間加熱することにより、ろう付け接合し
た。ろう付け後、チューブ材とフィン材との間には健全
なフィレットが形成されており、座屈はみられなかっ
た。得られた熱交換器エレメントについて、2週間のCA
SS試験を行ったが、チューブ材に貫通孔は生じなかっ
た。
【0029】実施例11 実施例1で得られたチューブ材を長さ400mm に切断し、
これらのチューブの上下の平坦面に、1 ×10-6Torrの真
空中で、蒸着により平均厚さ5 μm のSi層を形成し
た。ついで、得られたSi層被覆チューブの中央部380m
m をマスキングし、チューブ両端部にさらに15μm のS
i層を重ねて蒸着した。得られたチューブを、図3に示
すように、実施例1と同じアルミニウムフィン材と組合
わせ、実施例1と同一条件下でろう付け接合した。ろう
付け後、チューブとフィン材およびチューブとヘッダー
の間には健全なフィレットが形成されており、座屈は認
められなかった。
【0030】比較例1 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、蒸着により平均厚さ0.4 μm のS
i層を形成した。得られたSi層被覆チューブ材を、図
1に示すように、実施例1と同じアルミニウムフィン材
と組合わせ、実施例1と同一条件下でろう付け接合した
が、十分な溶融ろうが形成されず、チューブ材とフィン
材との間には健全なフィレットは形成できなかった。
【0031】比較例2 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、スパッタリングにより平均厚さ0.
005 μm のIn形成したのち、In層の上に、同じくス
パッタリングにより平均厚さ4μm のSi層を被着し
た。得られた金属層被覆チューブ材を、図1に示すよう
に、実施例1と同じアルミニウムフィン材を組合わせ、
実施例1と同一条件下でろう付け接合した。ろう付け
後、チューブ材とフィン材との間には健全なフィレット
が形成されたが、得られた熱交換器エレメントについ
て、2週間のCASS試験を行った結果、犠牲陽極効果の不
足に起因してチューブ材に貫通孔が生じた。
【0032】比較例3 実施例1で得られたチューブ材の上下の平坦面に、1 ×
10-6Torrの真空中で、スパッタリングにより平均厚さ6
μm のZn層を形成したのち、Zn層の上に、同じくス
パッタリングにより平均厚さ4 μm のSi層を被着し
た。得られた金属層被覆チューブ材を、図1に示すよう
に、実施例1と同じアルミニウムフィン材を組合わせ、
実施例1と同一条件下でろう付け接合した。ろう付け
後、チューブ材とフィン材との間には健全なフィレット
が形成されたが、得られた熱交換器エレメントについ
て、2週間のCASS試験を行った結果、フィレット部が早
期に優先的に腐食し、フィンが脱落した。
【0033】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、ろう付
け時、溶融ろうを形成するための均一なSi層、犠牲陽
極層を形成するための均一且つ薄い金属層が得られ、ブ
レージングシートを使用することなく、均一且つ安定し
たろう付け接合が可能となる。とくに、アルミニウム製
熱交換器において、チューブ材にSi層を形成すること
により、フィン材としてベア材を使用することができる
から、フィン材を薄肉化し、熱交換器の軽量化が達成で
きる。Si層など被覆層の形成も簡単且つ安価に行うこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】偏平多孔管とフィンを組合わせてなるアルミニ
ウム製熱交換器エレメントを示す一部斜視図である。
【図2】偏平多孔管の断面図である。
【図3】パラレルフロー型熱交換器の一部断面側面図で
ある。
【符号の説明】
1 偏平多孔管 2 フィン 3 平坦面 4 平坦面 5 被覆層 6 ヘッダー管 7 厚い被覆層

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 接合面において溶融ろうを形成し、他の
    アルミニウム部材をろう付け接合するアルミニウムろう
    付け用部材であって、他のアルミニウム部材との接合面
    に平均厚さが0.5 〜100 μm のSi層を設けたことを特
    徴とするアルミニウムろう付け用部材。
  2. 【請求項2】 Si層が、Siと、Ag、Cu、Ga、
    Ge、Li、Mg、Re、Sn、Zn、In、Pd、S
    e、Au、Be、Ca、Ce、Dy、La、Nd、N
    i、Sm、Tb、Yのうちの1種以上の元素からなるも
    のであることを特徴とする請求項1記載のアルミニウム
    ろう付け用部材。
  3. 【請求項3】 Si層の上あるいは下に、Ag、Cu、
    Ga、Li、Mg、Re、Sn、Zn、In、Pd、S
    e、Au、Be、Ca、Ce、Dy、La、Nd、N
    i、Sm、Tb、Yのうちの1種以上からなる金属層を
    積層して設けたことを特徴とする請求項1記載のアルミ
    ニウムろう付け用部材。
  4. 【請求項4】 Si層の下に、Zn、In、Sn、Ga
    のうちの1種以上からなる金属層を設けたことを特徴と
    する請求項1記載のアルミニウムろう付け用部材。
  5. 【請求項5】 金属層が、平均厚さ0.1 〜5 μm のZn
    層あるいはZnとIn、Sn、Gaのうちの1種以上か
    らなる平均厚さ0.1 〜5 μm の金属層、またはIn、S
    n、Gaのうちの1種以上からなる平均厚さが0.01〜0.
    5 μm の金属層であることを特徴とする請求項4記載の
    アルミニウムろう付け部材。
  6. 【請求項6】 Si層と、Zn層または金属層との間に
    純アルミニウム層を介在させることを特徴とする請求項
    5記載のアルミニウムろう付け用部材。
  7. 【請求項7】 アルミニウムろう付け用部材がアルミニ
    ウムの多穴偏平管であることを特徴とする請求項1〜6
    記載のアルミニウムろう付け用部材。
  8. 【請求項8】 Si層、Zn層、金属層が蒸着、スパッ
    タリングまたはイオンプレーティングにより形成された
    ものであることを特徴とする請求項1〜5記載のアルミ
    ニウムろう付け用部材。
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EP1052308A3 (de) * 1999-05-12 2003-07-02 Vaillant GmbH Verfahren zur Beschichtung eines Wärmetauschers
US7451906B2 (en) 2001-11-21 2008-11-18 Dana Canada Corporation Products for use in low temperature fluxless brazing
US7735718B2 (en) 2001-11-21 2010-06-15 Dana Canada Corporation Layered products for fluxless brazing of substrates
JP2014237171A (ja) * 2013-06-10 2014-12-18 株式会社Uacj フラックスレスろう付け接合用アルミニウム製シート及びアルミニウム製部材のフラックスレスろう付け方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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