JPH11140574A

JPH11140574A - ろう付け後の強度および耐食性に優れた熱交換器用ブレージングシート

Info

Publication number: JPH11140574A
Application number: JP31911997A
Authority: JP
Inventors: Yuji Suzuki; 祐治鈴木; Koichi Maeda; 興一前田; Takahiro Koyama; 高弘小山
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ろう付け後の強度および耐食性に優れた熱交
換器用アルミニウム合金ブレージングシートを提供す
る。当該ブレージングシートは、自動車用アルミニウム
合金製熱交換器の流体通路構成材として適し、ドロンカ
ップ型熱交換器のコアプレート材としてとくに好適に使
用できる。【解決手段】芯材の一方の面に中間材をクラッドし、
中間材と芯材の他方の面にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材
をクラッドしたアルミニウム合金の４層クラッド材であ
って、芯材は、Ｍｎ:0.5％を越え1.6 ％以下、Ｃｕ:0.3
5 ％を越え0.6 ％以下を含有し、さらにＭｇ:0.05 〜1.
0 ％、Ｓｉ:0.05 〜1.0 ％のうちの１種または２種を含
み、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で
構成され、中間材は、Ｍｎ:0.5％を越え1.2 ％以下を含
有し、必要に応じてＭｇ：0.05〜1.0 ％を含み、残部Ａ
ｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
中間材の厚さをブレージングシートの厚さの10％を越え
30％以下の厚さとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ろう付け後の強度
および耐食性に優れた熱交換器用ブレージングシート、
とくに自動車用熱交換器、例えばカーエアコンのエバポ
レータ、インタークーラなど、真空ろう付けにより接合
される熱交換器の流体通路構成材として適し、ドロンカ
ップ型熱交換器の流体通路構成材料として最も好適に使
用される熱交換器用ブレージングシートに関する。

【０００２】

【従来の技術】オイルクーラ、インタークーラ、ヒー
タ、エアコンのエバポレータ、コンデンサなどの自動車
用熱交換器、油圧機器や産業機械のオイルクーラなどに
は各種タイプのアルミニウム合金製熱交換器が使用され
ている。例えば、より熱交換性能に優れ、とくにエバポ
レータとして普及してきたドロンカップ型熱交換器にお
いては、両面ろう材クラッドブレージングシートをプレ
ス成形してなるコアプレートを重ね、さらにコルゲート
加工したアルミニウム合金のフィン材を積層して、ろう
付け接合してなるものであり、重ねたコアプレート間に
流体通路が形成される。

【０００３】この場合、コアプレートとしては、芯材が
ＪＩＳ３００３合金、３００５合金など、Ｍｎを主要合
金成分として含有するＡｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ
系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ−Ｍｇ系な
どの合金からなり、芯材の片面または両面にＡｌ−Ｓｉ
−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｓｉ系のろう材をクラッドしたブ
レージングシートを使用し、フィン材としては、Ａｌ−
Ｍｎ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系、Ａ
ｌ−Ｍｎ−Ｚｎ系の材料を適用し、コアプレートとフィ
ン材との接合は、一般的には真空ろう付けにより行われ
る。

【０００４】しかしながら、上記ブレージングシートに
おいて、主要成分としてＭｎを含有する芯材は耐孔食性
が必ずしも十分ではなく、冷媒用流体通路材として適用
した場合、外側（空気側）からの孔食による貫通漏洩事
故が発生することが少なくないため、対策として、例え
ばＡｌ−Ｍｎ−Ｚｎ合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｎ合金など、
通路材より電位の卑なフィン材を使用し、フィン材の犠
牲陽極効果により流体通路材を防食することが提案され
ている。

【０００５】しかし、とくにエバポレータの場合、冷媒
が熱交換器内で蒸発して外気から熱を奪う際、熱交換器
の表面温度が低下して、外気中に含まれている水分が結
露してフィンに付着する。この結露水はＣｌ^-、ＳＯ₄
^2-、ＮＯ₃ ^-などを極く少量含むが、導電率は極めて低
いため、フィンの犠牲陽極効果によって発生する防食電
流はフィン接合部近傍にしか届かず、フィン接合部から
少しでも離れると犠牲陽極効果が及ばなくなる。また、
軽油やガソリンなどの自動車燃料の排気ガスや工場から
排出されるＳＯ₄ ^2-、ＮＯ₃ ^-などが結露水中に混入す
ると、孔食の中に濃縮し、腐食の進行が著しく促進され
る。このためコアプレートに貫通腐食が発生し、冷媒の
漏れが生じ易くなるという難点がある。

【０００６】この問題を解決するために、芯材とろう材
との間に芯材より20〜100mV 卑な電位差を有するＡｌ合
金の中間材を配設する４層クラッド材が提案されている
（特開昭60-251243 号公報）が、このクラッド材は、耐
食性の向上は期待できるものの、ろう付け後の強度が低
く、熱交換器としての耐圧性の確保が困難となり易く、
クラッド材の厚さを大きくする必要がある。また、熱間
圧延時において、各層の接合が不完全となり易く、各層
の強度や伸びが不均一であるため、クラッド板に反りが
生じ易く、クラッド率がばらつくなど、製作上の問題も
ある。

【０００７】ドロンカップ型熱交換器用コアプレート材
として、芯材を構成するＡｌ−Ｍｎ系合金に、Ｔｉを添
加して、板厚方向に周期的なＴｉ化合物の濃度差を示す
組織を形成させ、耐孔食性を向上させる試みもなされて
おり、この材料は海塩粒子が多く飛来する地域において
は良好な耐食性を示すものの、Ｔｉの添加のみでは、排
気ガスの多い地域では十分な耐孔食性の改善が期待でき
ない。

【０００８】先に、発明者の一部は、アルミニウム合金
製熱交換器の流体通路材における上記の問題点を解消す
る４層クラッド材を得るために、優れた耐食性を与え且
つクラッド材製作上の問題をなくすための中間材につい
て種々の観点から実験、検討を行った結果として、中間
材により多くのＭｎを添加し、ろう付け時にろう材から
拡散してくるＳｉと反応させてＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合
物を形成し、Ｍｎの固溶量を少なくして電位を卑のまま
に維持することにより耐食性の向上を図るとともに、さ
らにはＭｇを添加して中間材の強度を向上させて、安定
したクラッド熱間圧延が可能としたアルミニウム合金ク
ラッド材を提案した。（特願平8-225860号)

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、より厳しい
使用環境に対応するために、上記のアルミニウム合金ク
ラッド材の特性をさらに高めることを目的として、合金
成分の組合わせと諸性能との関連について、多角的な実
験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その
目的は、ろう付け後の強度および耐食性について一層の
改善を図った熱交換器用ブレージングシート、とくにド
ロンカップ型熱交換器のコアプレート材として好適に使
用することができる熱交換器用ブレージングシートを提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるろう付け後の強度および耐食性に優れ
た熱交換器用ブレージングシートは、芯材の一方の面に
中間材をクラッドし、中間材と芯材の他方の面にＡｌ−
Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材をクラッドしたアルミニウム合金
の４層ブレージングシートであって、芯材は、Ｍｎ:0.5
％を越え1.6 ％以下、Ｃｕ:0.35 ％を越え0.6 ％以下を
含有し、さらにＭｇ:0.05 〜1.0 ％、Ｓｉ:0.05 〜1.0
％のうちの１種または２種を含み、残部アルミニウムお
よび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、中間
材は、Ｍｎ:0.5％を越え1.2 ％以下を含有し、残部アル
ミニウムおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成
され、４層ブレージングシート中における中間材の厚さ
が４層ブレージングシートの厚さの10％を越え30％以下
の厚さであることを第１の特徴とし、中間材が、Ｍｎ:
0.5％を越え1.2 ％以下、Ｍｇ:0.05 〜1.0 ％を含有
し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなるア
ルミニウム合金で構成されることを第２の特徴とする。

【００１１】本発明においては、0.5 ％を越えるＭｎ、
0.35％を越えるＣｕを必須合金成分とする高強度で且つ
高電位を有する芯材と該芯材より電位が卑な中間材とを
組合わせることによって、ろう付け後の強度が一層向上
し、芯材の耐孔食性がさらに改善される。また、芯材と
中間材との強度的バランスも保持され、クラッド圧延時
に反りが生じたり、クラッド率が不安定になったりする
ことはない。なお、本発明のブレージングシートは、中
間材側の面がフィンと接合されて空気側となり、芯材側
が冷媒側となるようプレス加工により成形し、中間材側
と芯材側とが対向するようろう付け接合される。

【００１２】本発明における合金成分の意義およびその
限定理由について説明すると、芯材中のＭｎは、芯材の
強度を向上させるとともに、芯材の電位を貴にして、中
間材、ろう材、フィン材との電位差を大きくして耐孔食
性を高めるよう機能する。好ましい含有範囲は0.5 ％を
越え1.6 ％以下であり、0.5 ％以下ではその効果が小さ
く、1.6 ％を越えて含有すると、鋳造時に粗大な化合物
が生成し、圧延加工性が害される結果、健全な板材が得
難い。Ｍｎのさらに好ましい含有量は0.7 〜1.4 ％の範
囲である。

【００１３】Ｃｕは、芯材の強度を向上させるととも
に、芯材の電位を貴にし、中間材、ろう材との電位差、
およびフィン材との電位差を大きくして、犠牲陽極効果
による防食効果を向上させるよう機能する。Ｃｕの好ま
しい含有量は0.35％を越え0.6％以下の範囲であり、0.3
5％以下ではその効果が小さく、0.6 ％を越えると、ブ
レージングシートの伸びが低下してプレス成形時に割れ
が生じ易くなる。

【００１４】Ｍｇは、芯材の強度を向上させる効果を有
する。またＳｉと共存することによりＭｇ₂Ｓｉの微細
な化合物を形成し、一層強度を向上させる。Ｍｇの好ま
しい含有範囲は0.05〜1.0 ％であり、0.05％未満ではそ
の効果が十分でなく、1.0 ％を越えると、融点が低下し
て局部溶融が生じるおそれがある。Ｍｇのさらに好まし
い含有量は0.2 〜0.6 ％の範囲である。

【００１５】Ｓｉは、芯材の強度を向上させる効果を有
する。またＭｇと共存することによりＭｇ₂Ｓｉの微細
な化合物を形成し、一層強度を向上させる。Ｓｉの好ま
しい含有範囲は0.05〜1.0 ％であり、0.05％未満ではそ
の効果が十分でなく、1.0 ％を越えると、融点が低下し
て局部溶融が生じるおそれがある。なお、芯材中に、不
純物として、0.50％以下のＦｅ、0.2 ％以下のＣｒ、0.
3 ％以下のＴｉ、0.3％以下のＺｒが含有しても芯材の
特性に影響を与えることはない。

【００１６】中間材のＭｎは、強度の向上に寄与する元
素である。また芯材との強度差を少なくして、クラッド
圧延時の反りを減少させクラッド圧延性を向上させる。
Ｍｎの好ましい含有量は0.5 〜1.2 ％の範囲であり、0.
5 ％未満では効果が小さい。ブレージングシートの状態
ではＭｎが固溶して電位は貴となっているが、ろう付け
加熱により、ろう材から拡散してくるＳｉと反応してＡ
ｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の化合物が形成するため、Ｍｎの固溶
量が低下するから電位は卑のまま維持される。1.2 ％を
越えると、上記の化合物が十分に形成しなくなるため電
位は貴となり、犠牲陽極効果が低下する。また、中間材
へのろうの浸透が多くなり、ろう付け性が低下する。

【００１７】Ｍｇは、Ｍｎと同様、中間材の強度の向上
に寄与し、芯材との強度差を少なくして、クラッド圧延
時の反りを減少させクラッド圧延性を向上させる。ま
た、ろう材から拡散してくるＳｉとＭｇ₂Ｓｉの微細な
化合物を形成し、ろう付け後の強度を向上させる。Ｍｇ
の好ましい含有量は0.05〜1.0 ％の範囲であり、0.05％
未満ではその効果が小さく、1.2 ％を越えて含有する
と、ろう付け後の結晶粒が細かくなり、ろう付け時に溶
融ろうが結晶粒界に浸透し、ろう付け不良が生じ易くな
る。また、熱間圧延時に表面酸化が生じクラッド接合性
を低下させる。なお、中間材中には、不純物として、0.
5 ％以下のＳｉ、0.5 ％以下のＦｅ、0.05％以下のＣ
ｕ、0.2 ％以下のＣｒ、0.3 ％以下のＴｉ、0.3 ％以下
のＴｉが含有していても本発明のブレージングシートの
性能に影響を与えることはない。

【００１８】本発明においては、中間材の電位が芯材よ
り卑となり、芯材に対して犠牲陽極効果を発揮する。ろ
う付け時、芯材からろう材層へのＣｕの拡散も低減さ
れ、表面のＣｕ濃度は低くなるから、ろう材層も犠牲陽
極効果を発揮するうえ腐食を生ぜしめるカソード反応も
低減するので耐食性の向上が得られる。４層クラッドブ
レージングシート中での中間材の厚さはブレージングシ
ートの厚さの10％を越える厚さが好ましく、10％以下で
は、ろう材中に芯材からＣｕが拡散し電位が貴となって
犠牲陽極効果が低減する。

【００１９】中間材層は、芯材より電位が卑であるか
ら、中間材層までは比較的短期に腐食が進行する。中間
材の厚さはブレージングシートの厚さの30％以下の厚さ
が好ましく、30％を越えると、芯材の厚さが薄くなり、
クラッド材全体の貫通寿命が低下する。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の熱交換器用ブレージング
シートは、芯材、中間材およびろう材を構成するアルミ
ニウム合金を、例えば半連続鋳造により造塊し、均質化
処理したのち、中間材およびろう材については、それぞ
れ所定厚さまで熱間圧延する。ついで、各材料を組合わ
せ、常法に従って、熱間圧延によりクラッド材とし、最
終的に所定厚さまで冷間圧延した後、最終的に焼鈍を行
う工程を経て製造される。

【００２１】本発明のアルミニウム合金ブレージングシ
ートから、例えばドロンカップ型熱交換器のコアプレー
トを成形し、エバポレータなど、自動車用のドロンカッ
プ型アルミニウム製熱交換器の組立てに使用する場合に
は、前記のように、中間材層側がフィンと接合されて空
気側となり、反対側が冷媒側となるようプレス成形した
後、アルミニウム合金のフィン材を組合わせ、ろう付け
炉中において、真空ろう付けを行う。

【００２２】そのために、本発明のブレージングシート
においては、真空ろう付けのためのＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系
ろう材がクラッドされる。この場合、真空ろう付け用ろ
う材として、基本的にＳｉ:6〜13％、Ｍｇ:0.5〜3.0 ％
を含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金が適用される。ろう材に
は、ろう付け性を改善するために、Ｂｉ:0.2％以下、Ｂ
ｅ:0.2％以下のうちの１種または２種を含有させること
もできる。

【００２３】

【実施例】実施例１連続鋳造により、表１に示す組成を有する芯材用アルミ
ニウム合金、表２に示す組成を有する中間材用アルミニ
ウム合金を造塊し、均質化処理を行った。中間材につい
ては面削後、480 ℃の温度で所定厚さに熱間圧延した。
また、ろう材用合金（JIS BA4104、Ｓｉ:10 ％、Ｍｇ:
1.5％、Ｂｉ:0.1％）を同様に造塊し、面削後480 ℃で
熱間圧延し、クラッド率が15％となるような厚さのろう
材を準備した。

【００２４】ついで、芯材、中間材およびろう材を、ろ
う材−中間材−芯材−ろう材となるように重ね合わせ、
480 ℃の温度で熱間クラッド圧延を行い、厚さ3mm のク
ラッド板を得た。得られたクラッド板について、さらに
冷間圧延、焼鈍処理を行い、厚さ0.4mm のクラッド板(
Ｏ材、ブレージングシート）とした。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】クラッド板から円環状の板材を切り出し、
図１に示すように、この円環状の板材１について、中間
材が凸側となるようプレス成形を行い、得られたカップ
状のプレス成形品２を、図２に示すように交互に積層し
て真空ろう付けして、ろう付け成形品３とした。真空ろ
う付けは、真空度5 ×10^-5Torr以下、温度600 ℃、保持
時間3 分の条件で行った。

【００２８】ろう付け成形品について、凝縮水を模擬し
た腐食試験を行った。腐食液としては、Ｃｌ^-を10ppm
、ＳＯ₄ ² ^-を200ppm含む水溶液を使用し、この腐食液
を連続噴霧した。腐食液以外の条件は塩水噴霧試験(JIS
Z 2371)に準じて行い、試験時間を3000時間として、漏
れ発生の有無を観察した。また、プレス成形を行わない
単板を、上記の真空ろう付け条件下で加熱して得た板材
についても、同一の腐食試験を行い、最大腐食深さを測
定した。

【００２９】さらに、ろう付け前のクラッド板およびプ
レス成形を行わない単板を真空ろう条件下で加熱して得
た板材について引張試験を行い、ろう付け成形品につい
て、断面組織の顕微鏡観察を行い、ろうの浸食状況を調
べた。

【００３０】芯材と中間材の組合わせ、中間材のクラッ
ド率、ろう付け前およびろう付け後の引張性能、腐食試
験の結果を表３（芯材が試験材A のもの) 、表４（その
他のもの）に示す。表３および表４に示すように、本発
明に従う試験材はいずれも、クラッド熱間圧延時に反り
を生じることがなく健全なクラッド板が製造でき、ろう
付け時、ろうの浸食が生じることなく、ろう付け後150M
Pa以上の引張強度を示し、カップ形状へのプレス成形に
おいても割れが生じることなく、腐食試験においても、
最大腐食深さはいずれも0.2mm 以下で、ろう付け成形品
にも漏れを生じることのない優れた耐食性を示した。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】比較例１連続鋳造により、表５に示す組成を有する芯材用アルミ
ニウム合金、表６に示す組成の中間材用アルミニウム合
金、およびろう材用合金（JIS BA4104) を造塊し、実施
例１と同一の条件により、熱間クラッド圧延で3mm 厚さ
のクラッド板とし、その後冷間圧延、焼鈍処理して最終
的に厚さ0.4mm のクラッド板（Ｏ材、ブレージングシー
ト）を作製した。得られたブレージングシートについ
て、実施例１と同じ方法でプレス成形、真空ろう付けを
行い、プレス成形の可否を調べ、実施例１と同じ条件で
引張試験、腐食試験およびミクロ組織観察を行った。芯
材と中間材の組合わせ、および中間材クラッド率を表７
に、プレス成形の可否、引張試験、腐食試験およびミク
ロ組織観察の結果を表８に示す。なお、表５〜７におい
て本発明の条件を外れたものには下線を付した。

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】

【表７】

【００３７】

【表８】《表注》プレス成形 ○：可 ×：割れ発生ろうの浸食 ○：浸食無し ×：浸食有り溶融：芯材の一部溶融ろう付け成形品の漏れ ○：漏れ無し ×：漏れ発生

【００３８】表８にみられるように、試験材No.25 は芯
材のＣｕ量が少ないため、ろう付け後の強度が劣り、ろ
う付け成形品に漏れが生じた。試験材No.26 は芯材のＣ
ｕ量が多いため、伸びが小さくプレス成形ができなかっ
た。試験材No.27 は、芯材のＭｎ量が少ないため、ろう
付け後の強度が劣っている。試験材No.28 は、芯材のＭ
ｎ量が多過ぎるため、粗大な化合物が生成し、健全なブ
レージングシートが得られなかった。試験材No.29 は芯
材のＭｇ量が多いため、また試験材No.30 は芯材のＳｉ
量が多いため、ろう付け時に芯材の一部が溶融し、腐食
試験において貫通孔が生じた。

【００３９】試験材No.31 は中間材中のＭｎ量が少ない
ため、芯材との強度バランスがわるく、クラッド圧延に
おいて板に反りが生じ良好なブレージングシートが得ら
れなかった。試験材No.32 は中間材のＭｎ量が多いた
め、ろう付け工程でろうが中間材中に浸透し、腐食試験
で貫通孔が生じた。試験材No.33 は中間材のＭｇ量が多
いため、ろう付け時に芯材の一部が溶融し、腐食試験で
貫通孔が生じた。試験材No.34 および試験材No.35 は、
中間材のクラッド率が小さいため、中間材の犠牲陽極効
果が十分に発揮されず、腐食試験において貫通孔が生じ
た。試験材No.36は中間材のクラッド率が大きく芯材の
厚さが薄くなるため、腐食試験において貫通孔が生じ
た。試験材No.37 は芯材のＭｇ量が少ないため、ろう付
後の強度が劣り、ろう付け成形品に腐食による漏れが生
じた。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、ろう付け後の強度およ
び耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金ブレージ
ングシートが提供される。このブレージングシートは、
自動車用アルミニウム合金製熱交換器の流体通路構成材
として適し、ドロンカップ型熱交換器のコアプレート材
してとくに好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プレス成形品の説明図である。

【図２】プレス成形品をろう付け接合してなるろう付け
成形品の断面図である。

【符号の説明】

１円環状の板材２プレス成形品３ろう付け成形品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ２８Ｆ 21/08 Ｆ２８Ｆ 21/08 Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材の一方の面に中間材をクラッドし、
中間材と芯材の他方の面にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材
をクラッドしたアルミニウム合金の４層ブレージングシ
ートであって、芯材は、Ｍｎ:0.5％（重量％、以下同
じ）を越え1.6％以下、Ｃｕ:0.35 ％を越え0.6 ％以下
を含有し、さらにＭｇ:0.05 〜1.0 ％、Ｓｉ:0.05 〜1.
0 ％のうちの１種または２種を含み、残部アルミニウム
および不純物からなるアルミニウム合金で構成され、中
間材は、Ｍｎ:0.5％を越え1.2 ％以下を含有し、残部ア
ルミニウムおよび不純物からなるアルミニウム合金で構
成され、４層ブレージングシート中における中間材の厚
さが４層ブレージングシートの厚さの10％を越え30％以
下の厚さであることを特徴とするろう付け後の強度およ
び耐食性に優れた熱交換器用ブレージングシート。
【請求項２】中間材が、Ｍｎ:0.5％を越え1.2 ％以
下、Ｍｇ:0.05 〜1.0％を含有し、残部アルミニウムお
よび不可避的不純物からなるアルミニウム合金で構成さ
れることを特徴とする請求項１記載のろう付け後の強度
および耐食性に優れた熱交換器用ブレージングシート。