JPH09316578A - 真空ろう付用Ａｌ合金製ブレージングシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空ろう付けで接合組立てる熱交換器に適し
た耐食性に優れたＡｌ合金製ブレージングシートを見出
すこと。 【解決手段】 Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％（以下
単に％と記す）、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｍｇ：０．
０５〜０．５％、Ｔｉ：０〜０．３％を含有し、残部が
Ａｌおよび不可避的不純物からなるＡｌ合金芯材と、そ
の両面に、片面につき５〜２０％のクラッド率で被覆さ
れたＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材とからなり、更にタンク
部および冷媒通路の外面に相当するろう材と芯材の間
に、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｍｇ：０．０５〜０．５
％、Ｔｉ：０〜０．３％を含有し、更に、Ｉｎ：０．０
５〜０．５％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純
物からなるＡｌ合金であって、厚さが３０μｍ以上で、
クラッド率が３５％以下の中間層が設けられていること
を特徴する真空ろう付用Ａｌ合金製ブレージングシー
ト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車および各種
産業用のＡｌ合金製熱交換器等をろう付け（ブレージン
グ）、特に真空ろう付けで接合組立する場合にこれに適
し、耐食性の優れたＡｌ合金製ブレージングシートに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ａｌ合金製の複雑な構造体を製造する場
合、ろう付法は有効な手段であり、特にフラックスを必
要としない真空ろう付法は公害上の心配がない事から盛
んに行われている。真空ろう付は、ＡｌまたはＡｌ合金
を芯材とし、その片面または両面にＡｌ合金ろう材を皮
材としてクラッドしたブレージングシートを用いて各種
形状に成形し、これらの部材を所定の構造体例えば熱交
換器に組立、これを真空中で加熱してろう付を行う方法
である。

【０００３】真空ろう付用ブレージングシートには各種
の芯材用アルミニウム合金と皮材用アルミニウム合金ろ
う材が開発され、現在ではこれらの材料についてＪＩＳ
−Ｚ−３２６３及びＪＩＳ−Ｈ−４０００により規格化
されている。熱交換器に使用される真空ろう付用ブレー
ジングシートとしては、芯材としてＪＩＳ３００３（代
表例Ａｌ−０．１５ｍａｓｓ％Ｃｕ−１．１ｍａｓｓ％
Ｍｎ合金、ｍａｓｓ％は以下単に％と記す）、ＪＩＳ３
００５（代表例Ａｌ−１．１％Ｍｎ−０．４％Ｍｇ合
金）、ＪＩＳ３１０５（代表例Ａｌ−０．６％Ｍｎ−
０．６％Ｍｇ合金）を、皮材としてＪＩＳ４００４（代
表例Ａｌ−１０％Ｓｉ−１．５ ％Ｍｇ合金）、ＪＩＳ
４１０４（代表例Ａｌ−１０％Ｓｉ−１．５％Ｍｇ−
０．１％Ｂｉ合金）ろう材を用いるのが通常である。ま
たブレージングシートは、板厚が０．５〜１．２ｍｍ程
度であり、ろう材のクラッド率は全板厚に対して片面に
つき５〜１５％で、片面あるいは両面にクラッドされて
いる。

【０００４】こうしたブレージングシートを用いた中空
構造を有するＡｌ合金製熱交換器としてはドロンカップ
タイプのエバポレータ，オイルクーラー，ラジエター等
が製造されている。例えば図４に示すごとく、ドロンカ
ップタイプのエバポレータ１０は、ブレージングシート
を成形して図１および図２に示す部材１を作製し、この
部材１を図４に示すように積層し、積層した部材１間に
コルゲートフィン２を配設し、さらにサイドプレート
６、冷媒入口管７、冷媒出口管８を配設して組立、これ
を真空ろう付したもので、ろう付は１．３×１０^-3〜
１．３×１０^-2Ｐａ台の真空中で、約８７３Ｋに加熱し
て行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】自動車の軽量化に伴
い、これら熱交換器には材料板厚の薄肉化が要求されつ
つある。一方、自動車の使用環境は様々であり、あらゆ
る使用条件に耐えうる材料が必要となる。即ち、海塩粒
子、融雪塩等のＣｌ_ー、排気ガスからのＳＯ_X 等の腐食
物質がエバポレーター表面に付着する。そして、エアコ
ンの使用、停止による乾湿の繰り返しにより腐食物質の
濃化がおこり、クロメート処理を施したとしても、エバ
ポレーター材料は高耐食材が必要となる。特にろう付け
工程の制約のために犠牲層を持たないドロンカップタイ
プの熱交換器では、芯材の耐食性が材料にとって最も重
要な要求特性であり、耐食性のあるブレージングシート
の開発が切望され各種検討が行われている。

【０００６】ブレージングシートの耐食性は、材料の板
厚方向の元素分布状態に関係しているが、ＣｕやＺｎ等
材料の耐食性に寄与する元素はろう付加熱を行った際
に、板厚中心を軸に表裏対称の分布状態となる。そのた
め、ブレージングシート表面に孔食が発生した場合、板
厚中心よりも表面側で孔食の進行が遅い材料は板厚中心
を過ぎてからの孔食進行が速くなる。即ち、耐食性向上
に寄与する部分は板厚の半分であると言っても過言では
なく、芯材への元素添加による貫通寿命の改善には限界
がある。その為、ブレージングシート表面に孔食が発生
した場合、板厚中心よりも表面側で孔食の進行が遅い材
料は、板厚中心を過ぎてからの孔食進行が速くなる。即
ち、耐食性向上に寄与する部分は板厚の半分であると言
っても過言ではなく、芯材への元素添加による貫通寿命
の改善には限界がある。その為、従来より４層材あるい
は５層材の検討が行われている。例えば、特開平１−２
０８４３２や特開平５−６５５８２等がそれに相当す
る。しかし、従来の技術では以下の理由により性能が十
分改善されたとは言いがたい。

【０００７】即ち、Ｃｕの添加はアルミニウムの電位を
貴にするため、耐食性を向上させる目的でブレージング
シートの芯材に添加される。しかし、芯材中に添加した
Ｃｕはろう付加熱時に溶融したろう材中に拡散し、ろう
付加熱後にろう材が凝固する際に共晶部に排出、濃化さ
れる。そのため芯材にＣｕが多いブレージングシート
程、ろう材が再凝固した層の腐食が速く進行する。また
Ｃｕの表面への拡散により、芯とろう材表面との電位差
が少なくなり、芯材が犠牲防食されにくくなる。さらに
多量のＣｕの添加は芯材の粒界腐食感受性を上げる。従
って、ブレージングシートの芯材への耐食性向上のため
のＣｕ等の元素添加量には限界がある。

【０００８】本発明者らは、この問題を解決するため鋭
意検討の結果、ブレージングシート部材の耐食性を向上
させるためには、ろう付加熱後のろう材の芯材への拡
散、および芯材中のＣｕ等の元素のろう材への拡散を防
止することが有効であり、同時に芯材を防食する犠牲層
を設けることが効果があるという知見を得た。本発明の
課題は、上記の知見に基づいて、耐食性に優れたＡｌ合
金製ブレージングシートを見出すことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の請求項１の発明は、プレス成形したブレージングシー
トを真空ろう付けにより接合してタンク部および冷媒通
路を構成する熱交換器用のＡｌ合金製ブレージングシー
トであって、その構成は、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓ
ｓ％、Ｃｕ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０
５〜０．５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０〜０．３ｍａｓｓ％を
含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるＡｌ
合金芯材と、その両面に、片面につき５〜２０％のクラ
ッド率で被覆されたＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材とからな
り、更に前記タンク部および冷媒通路の外面に相当する
ろう材と芯材の間に、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ
％、Ｍｇ：０．０５〜０．５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０〜
０．３ｍａｓｓ％を含有し、更に、Ｉｎ：０．０５〜
０．５ｍａｓｓ％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的
不純物からなるＡｌ合金であって、厚さが３０μｍ以上
で、クラッド率が３５％以下の中間層が設けられている
ことを特徴する真空ろう付用Ａｌ合金製ブレージングシ
ートである。

【００１０】また、請求項２の発明は、前記Ａｌ−Ｓｉ
−Ｍｇ系ろう材に、更にＩｎ：０．０５〜１．０％を含
有させたことを特徴とする請求項１に記載の真空ろう付
用Ａｌ合金製ブレージングシートである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。先ず、請求項１の発明に係わる真空ろう付用Ａｌ
合金製ブレージングシートについて説明する。この芯材
に使用するＡｌ合金の添加元素の意義とその範囲の限定
理由は、次のとおりである。Ｃｕは、耐食性を向上させ
るために０．１〜１．０％添加するが、下限値未満では
その効果は弱く、また上限値を越えると粒界腐食を発生
させやすくなり、ろう材の芯材への拡散量も多くなるた
め耐食性を低下させる。従ってその範囲は０．１〜１．
０％とするが、０．１５〜０．５％とするのがより好ま
しい。

【００１２】Ｍｎは、強度向上のために０．５〜２．０
％添加するが、下限値未満では強度向上の効果が少な
く、また上限値を越えるとろう付加熱中に芯材へのろう
材の拡散量が増え、ろう付性および耐食性を低下させ
る。従ってその範囲は０．５〜２．０％とするが、０．
８〜１．５％とするのがより好ましい。

【００１３】Ｍｇは、強度向上のために０．０５〜０．
５％添加するが、下限値未満では強度向上の効果が少な
く、また上限値を越えるとろう付加熱中に芯材へのろう
材の拡散量が増え、ろう付性および耐食性を低下させ
る。従ってその範囲は０．０５〜０．５％とするが、
０．１〜０．３％とするのがより好ましい。

【００１４】Ｔｉは、耐食性を向上させるために必要に
応じて０〜０．３％添加するが、添加量が０．３％を越
えると材料の製造が困難となる。また、下限は全く添加
しない場合（０％）と僅かに例えば０．０１〜０．０３
％程度添加する場合がある。添加するかしないかは、製
品の用途により適宜選択して決定される。なお添加する
場合は、０．０５〜０．２％程度とするのがより好まし
い。

【００１５】芯材における上記以外の元素で不可避的不
純物としては、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ等があるが、一
般に許容される範囲、即ちＳｉは０．６％以下、Ｆｅは
０．７％以下、Ｃｒは０．２％以下、Ｚｎは０．４％以
下なら、特に問題ない。ただし、Ｓｉ、Ｆｅについて
は、できればＳｉ０．２％以下、Ｆｅ０．２％以下が好
ましい。

【００１６】次に、本発明によるＡｌ合金製ブレージン
グシートの中間層に使用するＡｌ合金の添加元素の意義
とその範囲の限定理由について説明する。Ｍｎは、強度
向上のために０．５〜２．０％添加するが、下限値未満
では強度向上の効果が少なく、また上限値を越えるとろ
う付加熱中に芯材へのろう材の拡散量が増え、ろう付性
および耐食性を低下させる。従ってその範囲は０．５〜
２．０％とするが、０．８〜１．５％とするのがより好
ましい。

【００１７】Ｍｇは、強度向上のために０．０５〜０．
５％添加するが、下限値未満では強度向上の効果が少な
く、また上限値を越えるとろう付加熱中に芯材へのろう
材の拡散量が増え、ろう付性および耐食性を低下させ
る。従ってその範囲は０．０５〜０．５％とするが、
０．１〜０．３％とするのがより好ましい。

【００１８】Ｔｉは、耐食性を向上させるために必要に
応じて０〜０．３％添加するが、添加量が０．３％を越
えると材料の製造が困難となる。また、下限は全く添加
しない場合（０％）と僅かに例えば０．０１〜０．０３
％程度添加する場合がある。添加するかしないかは、製
品の用途により適宜選択して決定される。添加する場合
は、０．０５〜０．２％程度とするのがより好ましい。
請求項２の発明においては、電位を卑にして、芯材に対
する犠牲防食作用を向上させ、材料の耐食性を向上させ
るために、Ｉｎを０．０５〜１．０％添加するが、添加
量が下限値未満では耐食性向上の効果が少なく、また上
限値を越えると中間層の自己耐食性が低下すると共に、
材料のコストアップになる。従ってその範囲は、０．０
５〜１．０％とするが、０．０５〜０．２％とするのが
より好ましい。なお、中間層にはＣｕは添加しない。こ
の理由は、中間層にＣｕを添加するとろう付加熱時に、
中間層から外面側のろう材にＣｕが拡散し、ろう材が凝
固した際に、Ｃｕが共晶部に排出されて濃化し、耐蝕性
を低下させるからである。

【００１９】中間層のＡｌ合金材における上記以外の元
素で不可避的不純物としては、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ
等があるが、一般に許容される範囲、即ちＳｉは０．６
％以下、Ｆｅは０．７％以下、Ｃｒは０．２％以下、Ｚ
ｎは０．４％以下なら、特に問題ない。ただし、Ｓｉ、
Ｆｅについては、できればＳｉ０．２％以下、Ｆｅ０．
２％以下が好ましい。

【００２０】次に、このＡｌ合金中間層は、芯材の一
方、即ち熱交換器のタンク部および冷媒通路の外側に相
当する面に設け、更にその上にろう材がクラッドされ
る。なお、芯材の他方の面には、直接ろう材がクラッド
される。このようにタンク部および冷媒通路の外側に相
当する面に中間層を設ける理由は、外側の方が腐食環境
が過酷となるからである。本発明に係わるＡｌ合金製ブ
レージングシートの中間層において、その厚さを３０μ
ｍ以上としたのは、中間層の厚さが３０μｍ未満の場合
には、ろう付加熱時に芯材のＣｕが中間層を通り越して
ろう材まで拡散するからである。ろう材に達したＣｕ
は、ろうが溶融、凝固する際に共晶部に排出されて濃化
し、耐食性を低下させる。また、中間層のクラッド率を
全板厚に対して３５％以下としたのは、板厚に対して中
間層が厚くなりすぎると、素材強度が低下して成形が困
難になるとともに、芯材を犠牲防食する部分が多くなり
すぎて腐食が進行した場合に残留する板厚が薄くなり、
熱交換器の内部圧力に耐えられなくなるからである。従
って、中間層は３０μｍ以上の厚さで、且つクラッド率
は３５％以下とする。

【００２１】本発明に用いられるろう材については、特
に制限はない。通常、真空ろう付けに使用されるＡｌ−
Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材、即ち４００４（代表例Ａｌ−１０
％Ｓｉ−１．５％Ｍｇ合金）、４１０４（代表例Ａｌ−
１０％Ｓｉ−１．５％Ｍｇ−０．１％Ｂｉ合金）等を用
いることが出来る。また、ろう材のクラッド率について
も、通常のクラッド率、即ち全板厚に対して片面につき
５〜２０％を用いることが出来る。なお、本発明の場
合、ろう材は板の両面にクラッドされる。

【００２２】本発明に係わるＡｌ合金製ブレージングシ
ートの構成は、前述のとおりであるが、このシート
（板）の断面構造を図示すると、図５のとおりである。
即ち、Ａｌ合金芯材５の熱交換器のタンク部および冷媒
通路の外面に相当する側Ｃに中間層４を介して、ろう材
３を設け、芯材５の他方の側（内面に相当する側）Ｄに
ろう材３^, を設けた４層構造である。

【００２３】請求項２の発明は、請求項１のＡｌ合金製
ブレージングシートのろう材に、更にＩｎを０．０５〜
１．０％添加したものである。Ｉｎは、ろう付加熱後に
ろう材が凝固する際に共晶部に排出されるため、共晶部
の電位を中和し、ろう付加熱後のブレージングシート表
面の耐食性を更に向上させることができる。添加量が下
限値以下ではその効果がなく、添加量が上限値を越える
とろう付加熱後の表面の耐食性が低下し、腐食の進行を
促進する。従って添加量は、０．０５〜１．０％とする
が、中間層にＩｎが添加されているので、ろう材の電位
を中間層より下げる為に、中間層における添加量よりも
多くし、且つ０．７％以下にするのがより好ましい。そ
の他の要件は、前記請求項１と同様である。

【００２４】また、本発明に係わるＡｌ合金製ブレージ
ングシートの製造方法は、従来と同様に、常法に従って
製造することができる。即ち芯材、中間層材、ろう材の
所定のＡｌ合金材を溶解鋳造し、この鋳塊を均質化熱処
理（ソーキング）し、更に必要に応じて所定の厚さに圧
延し、これらを合わせて熱間圧延し、続いて冷間圧延
（必要に応じて焼鈍）して製造することが出来る。

【００２５】

【実施例】次に、本発明の実施例を、比較例、従来例と
比較して更に詳細に説明する。 〔実施例１〕表１に示す各種芯材にソーキング処理を施
し、この芯材の片面に中間層を１５％のクラッド率で合
わせ、その両面にＪＩＳ４１０４合金をろう材として、
片面あたり１５％で、両面に配し、熱間圧延、中間焼鈍
および冷間圧延を施して厚さ１．０ｍｍのブレージング
シートを製造した。これら表１に示すブレージングシー
トを洗浄、仕上焼鈍した後、６．７×１０^-3Ｐａの真空
中で８７３Ｋ×３分間の真空ろう付加熱を行い、供試材
とした。これら供試材の片面（中間層をクラッドしない
側の面）を樹脂で被覆し、腐食試験（ＣＡＳＳ試験）を
実施した。試験開始後５００時間を経過したところで供
試材を取り出し、表面腐食生成物を除去して材料の腐食
状況を評価した。評価は光学顕微鏡を用いて最大孔食部
の孔食深さを焦点深度法により測定した。一部の材料に
関しては、断面から腐食形態を観察した。この測定結果
を表１に併記した。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から明らかな様に、本発明によるブレ
ージングシートは従来例、比較例と比べて耐食性が優れ
ている。

【００２８】〔実施例２〕表１に示すＮｏ．９のブレー
ジングシートにおいて、中間層のクラッド率、板厚を変
更し、厚さ１．０ｍｍと０．５ｍｍのブレージングシー
トを製造した。これら種々のブレージングシートを表２
に示す。これら表２に示すブレージングシートを洗浄、
仕上焼鈍した後、６．７×１０ ^-3Ｐａの真空中で８７３
Ｋ×３分間の真空ろう付加熱を行い、供試材とした。こ
れら供試材を用いてＪＩＳ５号試験片を作製し、引張強
さを測定した。また供試材の片面（中間層をクラッドし
ない側の面）を樹脂で被覆し腐食試験（ＣＡＳＳ試験）
を実施した。試験開始後５００時間を経過したところで
供試材を取り出し、表面腐食生成物を除去して材料の腐
食状況を評価した。評価は光学顕微鏡を用いて最大孔食
部の孔食深さを焦点深度法により測定した。この測定結
果を表２に併記した。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２から明らかな様に、本発明によるブレ
ージングシートは従来例、比較例と比べて強度は遜色な
く、耐食性が優れている。

【００３１】〔実施例３〕表１に示す各種ブレージング
シートにおいて、ＪＩＳ４１０４合金を、該合金に０．
０３〜１．２％Ｉｎを添加したろう材に変えて、厚さ
１．０ｍｍのブレージングシートを製造した。これらの
ブレージングシートの詳細を表３に示す。これら表３に
示すブレージングシートに洗浄、仕上焼鈍を施した後、
６．７×１０^-3Ｐａの真空中で８７３Ｋ×３分間の真空
ろう付加熱を行い供試材とした。これら供試材の片面
（中間層をクラッドしない側の面）を樹脂で被覆し腐食
試験（ＣＡＳＳ試験）を実施した。試験開始後５００時
間を経過したところで供試材を取り出し、表面腐食生成
物を除去して材料の腐食状況を評価した。評価は光学顕
微鏡を用いて最大孔食部の孔食深さを焦点深度法により
測定した。この測定結果を表３に併記した。

【００３２】

【表３】

【００３３】表３から明らかな様に、本発明（請求項
２）によるブレージングシートは従来例と比べて耐食性
が優れている。又、芯材と中間層の組成が同一で、Ｉｎ
の添加量が本発明（請求項２）の範囲外である比較例と
比べて耐食性が優れている。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したごとく本発明は、Ａｌ合金
製ブレージングシートの使用上腐食環境の過酷な一方の
面の耐食性を大幅に向上させることができ、従ってこれ
を熱交換器に使用した場合、その熱交換器の耐食寿命を
著しく向上させることが可能となり、工業上顕著な効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ドロンカップエバポレータ用の成形部材を示す
平面図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線に於ける断面図である。

【図３】図２の部材のＡ部の断面拡大図であり、従来の
Ａｌ合金製ブレージングシートの断面の構造を示す図で
ある。

【図４】熱交換器（ドロンカップエバポレータ）の一例
を示す説明図で、その概略断面図である。

【図５】本発明に係わるＡｌ合金製ブレージングシート
の断面の構造を示す図である。

【符号の説明】

１ ドロンカップエバポレータ用の冷媒通路構成部材 ２ フィン ３ ろう材層 ４ 中間層 ５ 芯材層 ６ サイドプレート ７ 冷媒入口管 ８ 冷媒出口管 １０ 熱交換器（ドロンカップエバポレータ） Ｃ 熱交換器のタンク部及び冷媒通路の外面に相当す
る側 Ｄ 熱交換器のタンク部及び冷媒通路の内面に相当す
る側

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレス成形したブレージングシートを真
   空ろう付けにより接合してタンク部および冷媒通路を構
   成する熱交換器用のＡｌ合金製ブレージングシートであ
   って、その構成は、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％、
   Ｃｕ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０５〜
   ０．５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０〜０．３ｍａｓｓ％を含有
   し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるＡｌ合金
   芯材と、その両面に、片面につき５〜２０％のクラッド
   率で被覆されたＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材とからなり、
   更に前記タンク部および冷媒通路の外面に相当するろう
   材と芯材の間に、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｍ
   ｇ：０．０５〜０．５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０〜０．３ｍ
   ａｓｓ％を含有し、更に、Ｉｎ：０．０５〜０．５ｍａ
   ｓｓ％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から
   なるＡｌ合金であって、厚さが３０μｍ以上で、クラッ
   ド率が３５％以下の中間層が設けられていることを特徴
   する真空ろう付用Ａｌ合金製ブレージングシート。
2. 【請求項２】 前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材に、更に
   Ｉｎ０．０５〜１．０ｍａｓｓ％を含有させたことを特
   徴とする請求項１に記載の真空ろう付用Ａｌ合金製ブレ
   ージングシート。