JPH11199957A - 熱交換器用アルミニウム合金複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 芯材とろう材からなるろう付用アルミニウム
合金複合材のろう付温度を下げ、ろう材そのものの製造
も容易にする複合材を提供する。 【解決手段】 Ｍｎ：０．５〜２．０wt％、Ｃｕ：１．
３〜２．５wt％を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物か
らなるＡｌ合金芯材の片面もしくは両面に、Ｓｉ：７〜
１２wt％、Ｚｎ：１〜２０wt％を含有し、残部Ａｌと不
可避的不純物からなるＡｌ合金ろう材を被覆したことを
特徴とするアルミニウム合金複合材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば自動車用熱交
換器を構成するチューブ材、ヘッダープレート材、サイ
ドプレート材等のろう付加工するためのろう材を被覆し
たアルミニウム合金複合材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】通常、
上記熱交換器用部材は芯材の片面又は両面にろう材をク
ラッドしたブレージングシートといわれる複合材で構成
され、各部材を所定の形状に組付けて、不活性雰囲気下
においてフラックスを用いたろう付によって各部材を接
合し、熱交換器とするのが一般的である。

【０００３】このような熱交換器では、耐久性をアップ
することを目的として上記複合材の芯材にＳｉ，Ｃｕ，
Ｍｇ等、強度アップに寄与する元素を添加するのが一般
的である。但し、Ｃｕについては高々添加量１．０％が
一般的であった。（特開平６−２１２３３１号公報） しかし、高強度化に伴い、通常のろう付温度、例えば６
００〜６１０℃で加熱保持した際に芯材が一部溶融して
しまうという問題がでてくるおそれがある。そこで、こ
の対策として、従来ろう材の中にＳｉの他、予めＣｕを
添加してろう材融点を従来より若干下げることにより、
芯材の融点より低い温度でろう付作業を完了してしまう
などの工夫がされている。

【０００４】また、外側（ろう材側）耐食性を考慮し、
ろう材にさらにＺｎを添加し芯材を防食するための電位
調整もなされている。いわゆるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ
系合金ろう材が知られている。（特開平７−８８６７８
号公報）

【０００５】しかしながら、ろう材に上記検討を行った
だけでは解決しない問題がでてきたのである。すなわ
ち、このようなアルミニウム合金複合材を製造する工程
において下記問題が発生していた。 ろう材を鋳造後、芯材と合わせ圧延するためにろう
材を予め所定板厚に熱間圧延するが、この前工程として
所定サイズにろう材鋳塊の長手方向端部切断、および表
面面削工程が入る。しかしながら上記組成のろう材、す
なわちＳｉの他にＣｕ，Ｚｎを予め添加したＡｌ合金ろ
う材では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系化合物が分布するため
に、この切断、面削に使用する設備の刃が早期摩耗し易
く、破損し易いという量産製造上の問題が残されてお
り、 さらに、ろう材と芯材を熱間で合わせ圧延後、冷間
で圧延中にろう材面の板巾端部近傍からコバ割れが起こ
り易く、これにより歩留り低下や耳割れによる圧延材の
破断等の原因となり、生産性や歩留りが著しく低下する
という問題が残されていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、鋭意検討を行っ
た結果、本発明によって上記問題は解決することができ
たのである。

【０００７】すなわち本発明は、Ｍｎ：０．５〜２．０
wt％（以下wt％を単に％と記す）、Ｃｕ：１．３〜２．
５％を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなるＡｌ
合金芯材の片面もしくは両面に、Ｓｉ：７〜１２％、Ｚ
ｎ：１〜２０％を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物か
らなるＡｌ合金ろう材を被覆したことを特徴とするアル
ミニウム合金複合材である。

【０００８】先ず本発明と従来技術の大きな違いについ
て説明する。従来技術ではＡｌ−Ｓｉ系ろう材に予めＣ
ｕを添加することで、ろう付温度の低温化を可能として
いる。しかし、上記の通り該ろう材中にはＡｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ系の金属間化合物が生ずるので該ろう材の製造時の
切断、面削工程の際に設備刃破損、圧延時のコバ割れが
発生歩留まりが非常に悪い。よって、量産性に問題があ
った。

【０００９】これに対して本発明ではろう材自身は低融
点合金を採用しない。すなわちＡｌ−Ｓｉ系合金にＣｕ
を添加しないので、ろう材製造時に該ろう材を切断、面
削する際の設備刃の摩耗、破壊の問題がなくなる。さら
に圧延時、ろう材の板端部の耳割れや板切れに起因する
生産性の低下や歩留り低下の問題を解決できるものであ
る。

【００１０】さらに本発明の大きな特長は、ろう付加熱
時、芯材に添加したＣｕがろう材に拡散することによ
り、ろう材がＡｌ−Ｓｉ系からＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系とな
り、従来（Ａｌ−Ｓｉ系）よりも低い温度でろう材が溶
融開始する。すなわち従来技術で達成されていたろう付
温度の低温化をも可能として、芯材に低融点合金を用い
ても、ろう付時に芯材が溶けるという心配が全くない。
また、ろう付作業時の炉温度が低温化されることで、エ
ネルギーコストを下げるという相乗メリットがでてく
る。なお、従来技術で耐久性向上のために添加される芯
材中のＣｕの添加量≦１．０％では上記メカニズムによ
るろう付温度の十分な低温化は困難である。

【００１１】次に本発明において芯材元素を上記のよう
に規定した理由を説明する。Ｍｎ含有量を０．５〜２．
０％と規定したのは０．５％未満では強度確保ができ
ず、２．０％を超えるとＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が多
量に生成して製造圧延時にコバ割れを起こすおそれがで
てくるからである。望ましくは、０．９〜１．６％がよ
い。

【００１２】Ｃｕ含有量を１．３〜２．５％と規定した
のは、１．３％未満ではろう付加熱時に芯材からろう材
へのＣｕ拡散量が少ないためろう材融点を下げる効果が
小さく、２．５％を超えると当該複合材の圧延性が低下
し耳割れや板切れが発生するという問題がでてくるから
である。望ましくは１．６〜２．２％がよい。

【００１３】なお、芯材にその他の元素としてＳｉ，Ｍ
ｇ，Ｃｒ，Ｔｉ等を添加することは特性を損なわない限
り、差し支えない。例えば、Ｓｉを０．２〜１．０％、
Ｍｇを０．０１〜０．５％の範囲で添加すれば、強度と
自己耐食性を上げる効果が期待できる。Ｃｒを０．０１
〜０．３％、Ｔｉを０．０１〜０．３％の範囲で添加す
れば、組織を微細化し、加工性を上げる効果が期待でき
る。

【００１４】また本発明においてろう材元素を上記のよ
うに規定した理由は以下の通りである。Ｓｉ含有量を７
〜１２％としているのは、７％以下ではたとえろう材中
に本発明で規定したＺｎ量を添加し、さらに本発明で規
定した芯材中のＣｕがろう材に拡散した場合でも、６０
０℃以下でのろう付が困難となり、また１２％を超えて
もろう材の融点は下がらないばかりか、逆にろう材が芯
材を侵食する問題がでてくるためである。

【００１５】Ｚｎを添加した理由は、芯材からのＣｕ拡
散に対する電位調整上必要であり、ろう材側の耐食性を
考慮すると、ろう材は芯材より電位が卑であることが必
要なためである。そしてＺｎ含有量を１〜２０％として
いるのは、１％未満では上記効果がなく、２０％を超え
ると圧延性が非常に悪くなるためである。望ましくは、
７〜１７％がよい。なおろう材にその他元素を微量添加
するのは特性を損なわない限り、問題ない。

【００１６】このように、ろう材中のＳｉ量、Ｚｎ量と
芯材中のＣｕ量を本発明の範囲内に規定することによ
り、ろう付時に芯材からろう材にＣｕが十分拡散し、初
めてろう付温度の低温化（従来の５９５〜６０５℃→５
７０〜５８０℃への低温化）と良好なろう付性が得られ
るのである。

【００１７】また本発明においては、ろう材をクラッド
圧延法により芯材に被覆する方法、あるいはろう材を最
終工程で粉末塗布（バインダーとフラックスとの混合
物）により芯材にコートする方法等、従来行われている
被覆法のいずれでも、十分に本発明の効果を発揮するこ
とができる。

【００１８】

【実施例】表１に示す組成の芯材、ろう材合金をそれぞ
れ鋳造し、面削後、均質化処理を経て熱間圧延で圧着接
合し、冷間圧延し、中間焼鈍後、再び冷間圧延し、板厚
０．２５mmのアルミニウム合金複合材 No.１〜 No.９の
素板を得た。得られた素板を電縫加工してチューブと
し、該チューブをコルゲート加工した板厚０．０８mmの
フィン（ＪＩＳ３００３合金＋１．５％Ｚｎ）と組付け
加工した。これをフラックス濃度５％懸濁液に漬けた
後、熱風乾燥し、その後５８０℃でろう付加熱して１段
の簡易コアをＮ＝３個作製した。そしてそのうち２個を
用いてろう付接合性を評価し、残り１個でろう材側の耐
食性を評価した。

【００１９】このろう付接合性の試験は、簡易コアのフ
ィンとチューブの接合箇所の全数に対し、ろう付により
完全に接合された箇所の数を数えることで接着率を求め
る方法によって行った。また耐食試験は５％ＮａＣｌ液
で噴霧（温度５０℃、湿度９５％で３hr）→湿潤（温度
３０℃、湿度９０％、１hr）→乾燥（温度５０℃、湿度
３５％，４hr）を１サイクルとする乾湿試験を６０サイ
クル行った。これらの試験結果についてろう付接合性
は、接着率９５％以上のものを○印、接着率９５％未満
のものを×印として表１に併記し、さらに耐食性につい
てはチューブの最大孔食深さが１００μｍ以下のものを
○印として表１に併記した。

【００２０】

【表１】

【００２１】本発明例複合材 No.１〜７は５８０℃での
ろう付接合は問題なく良好にできている。また耐食性も
良好である。これに対し比較例複合材 No.８は耐食性は
問題ないが、芯材のＣｕ量が本発明規定外のため、ろう
材が５８０℃では十分に溶融せず、うまくろう付接合で
きていない。また No.９は芯材のＣｕ量とろう材のＺｎ
量が本発明規定より多いため、圧延ができず評価不能で
あった。

【００２２】

【発明の効果】よって、本発明によれば芯材とろう材と
からなるアルミニウム合金複合材について、ろう付加熱
時に芯材からろう材へのＣｕ拡散によって、低融点ろう
材組成が形成されることで、従来に比べて低い温度でろ
う付作業が可能となる。さらにろう付炉の低温化により
エネルギーコストを下げることも可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 35/28 ３１０ Ｂ２３Ｋ 35/28 ３１０Ｂ Ｆ２８Ｆ 21/08 Ｆ２８Ｆ 21/08 Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｎ：０．５〜２．０wt％、Ｃｕ：１．
   ３〜２．５wt％を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物か
   らなるＡｌ合金芯材の片面もしくは両面に、Ｓｉ：７〜
   １２wt％、Ｚｎ：１〜２０wt％を含有し、残部Ａｌと不
   可避的不純物からなるＡｌ合金ろう材を被覆したことを
   特徴とするアルミニウム合金複合材。