JPH11229064A

JPH11229064A - 熱交換器用アルミニウム合金犠牲陽極材および熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材

Info

Publication number: JPH11229064A
Application number: JP10037280A
Authority: JP
Inventors: Koji Okada; 光司岡田; Hiroaki Takeuchi; 宏明竹内
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ろう付けにより製造される自動車用熱交換器
のチューブ管１などに好適な、酸性とアルカリ性の両冷
媒に適用可能な熱交換器用アルミニウム合金犠牲陽極材
および熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材を提
供する。【解決手段】Ｚｎ３．１〜１５．０重量％（以下、％
と略記する）、Ｆｅ０．５〜３．０％を含有し、さらに
ＩｎまたはＳｎの少なくとも１種を０．００２〜０．３
％含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなる熱交換器用
アルミニウム合金犠牲陽極材。Ｓｉ０．０５〜１．２
％、Ｆｅ０．０５〜０．８％、Ｃｕ０．００３〜１．２
％、Ｍｎ０．１〜２．０％を含有し、残部Ａｌと不可避
不純物からなるアルミニウム合金を芯材とし、前記芯材
の片面に前記犠牲陽極材がクラッドされている熱交換器
用高耐食性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、ろう付けにより製
造される自動車用熱交換器のチューブ管などに好適な、
酸性とアルカリ性の両冷媒に適用可能な熱交換器用アル
ミニウム合金犠牲陽極材および熱交換器用高耐食性アル
ミニウム合金複合材に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車用熱交換器のラジエータ
ーは、図１（イ）（ロ）に示す構造のもので、冷媒を通
すチューブ管１の間にフィン２を配置し、チューブ管１
の両端にそれぞれヘッダープレート３を取付けてコア４
を組立て、この組立体をろう付けした後、ヘッダープレ
ート３にパッキン５を介して樹脂タンク６、７を取付け
て製造される。コア４の側面はサイドプレート（図示せ
ず）により補強される。冷媒は循環使用され、チューブ
管を通る際冷却される。前記フィン２にはＪＩＳ−３０
０３合金にＺｎを１．５％程度添加した厚さ約０．１ｍ
ｍの薄板が用いられる。チューブ管１にはＪＩＳ−３０
０３合金を芯材とし、その片面にろう材を、他面にＪＩ
Ｓ−７０７２合金を犠牲陽極材としてクラッドした厚さ
０．２〜０．４ｍｍのアルミニウム合金複合材（ブレー
ジングシート）を、前記犠牲陽極材を内側（冷媒側）に
して筒状に電縫加工したものが用いられる。ヘッダープ
レート３には厚さ１．０〜１．３ｍｍのチューブ管と同
じ材質のアルミニウム合金複合材が用いられる。

【０００３】従来より、熱交換器の冷媒には酸性冷媒が
使用されてきたが、最近アルカリ性冷媒も使用されるよ
うになり、チューブ管には酸性とアルカリ性の両方の腐
食環境下に耐える材料が要求されている。そして、ＪＩ
Ｓ−７０７２合金に種々の合金元素を添加した犠牲陽極
材を用いた改良型チューブ管（特開平９−１７６７６８
号など）が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者等が
前記改良型チューブ管について調査したところでは、前
記チューブ管はアルカリ性腐食環境下では十分な耐食性
が得られないことが判明し、その原因として、アルカ
リ性腐食環境下では犠牲陽極材表面に水酸化アルミニウ
ム皮膜が生成して犠牲陽極材の犠牲効果が阻害されるこ
と、ｐＨが１０を超えるアルカリ性腐食環境下では芯
材（ＪＩＳ−３００３合金）の自然電極電位が卑側に大
きく移行して犠牲陽極材（Ａｌ−１〜３％Ｚｎ合金）と
の電位関係が逆転することの２点が挙げられた。これら
のことを基に、本発明者等は鋭意研究を進めて、酸性お
よびアルカリ性の両腐食環境下で優れた犠牲効果を示す
アルミニウム合金犠牲陽極材並びに前記犠牲陽極材を用
いた耐食性に優れるアルミニウム合金複合材の開発に成
功した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
Ｚｎ３．１〜１５．０重量％（以下、％と略記する）、
Ｆｅ０．５〜３．０％を含有し、さらにＩｎまたはＳｎ
の少なくとも１種を０．００２〜０．３％含有し、残部
Ａｌと不可避不純物からなることを特徴とする熱交換器
用アルミニウム合金犠牲陽極材である。

【０００６】請求項２記載の発明は、Ｚｎ３．１〜１
５．０％、Ｆｅ０．５〜３．０％、Ｍｎ０．１〜２．０
％を含有し、さらにＩｎまたはＳｎの少なくとも１種を
０．００２〜０．３％含有し、残部Ａｌと不可避不純物
からなることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金
犠牲陽極材である。

【０００７】請求項３記載の発明は、Ｓｉ０．０５〜
１．２％、Ｆｅ０．０５〜０．８％、Ｃｕ０．００３〜
１．２％、Ｍｎ０．１〜２．０％を含有し、残部Ａｌと
不可避不純物からなるアルミニウム合金を芯材とし、前
記芯材の片面に請求項１または請求項２記載の犠牲陽極
材がクラッドされていることを特徴とする熱交換器用高
耐食性アルミニウム合金複合材である。

【０００８】請求項４記載の発明は、Ｓｉ０．０５〜
１．２％、Ｆｅ０．０５〜０．８％、Ｃｕ０．００３〜
１．２％、Ｍｎ０．１〜２．０％を含有し、さらにＭｇ
０．０３〜０．５％、Ｃｒ０．０３〜０．３％、Ｚｒ
０．０３〜０．３％、Ｔｉ０．０３〜０．３％、Ｎｉ
０．０５〜２．０％の１種または２種以上を含有し、残
部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金を芯材
とし、前記芯材の片面に請求項１または請求項２記載の
犠牲陽極材がクラッドされていることを特徴とする熱交
換器用高耐食性アルミニウム合金複合材である。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１の発明のアルミニウム合
金犠牲陽極材は、ＡｌにＺｎを多量に含有させ、さらに
ＩｎまたはＳｎの少なくとも１種を所定量含有させるこ
とで、ｐＨ１０超のアルカリ性腐食環境下でも自然電極
電位が芯材より卑になるようにし、またＦｅを所定量含
有させ、これを微細な金属間化合物として分散させてア
ルカリ性腐食環境下での水酸化アルミニウム皮膜の生成
を抑え、以てアルカリ性腐食環境下でも犠牲陽極効果が
十分発揮されるようにしたものである。

【００１０】請求項１の発明において、Ｚｎの含有量を
３．１〜１５．０％に規定する理由は、３．１％未満で
はその効果が十分に得られず、１５．０％を超えると圧
延加工性が低下するためである。なお、アルカリ性腐食
環境下では芯材の自然電極電位は大幅に卑側に移行する
ので、犠牲陽極材はＺｎを６．１％以上多めに含有させ
て犠牲陽極材の電位を十分卑にしておくことが望まし
い。また、ＩｎまたはＳｎの少なくとも１種の含有量を
０．００２〜０．３％に規定する理由は、０．００２％
未満ではその効果が十分に得られず、０．３％を超える
と、合金の圧延性が低下して歩留まりが低下するためで
ある。ＩｎまたはＳｎの少なくとも１種の特に望ましい
含有量は０．０５〜０．１％である。

【００１１】またＦｅの含有量を０．５〜３．０％に規
定する理由は、０．５％未満では前記水酸化皮膜の生成
抑制効果が十分に得られず、３．０％を超えると犠牲陽
極材の自己耐食性並びに圧延加工性が低下するためであ
る。特に望ましいＦｅの含有量は０．５〜１．２％であ
る。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載の犠牲陽
極材にさらにＭｎを含有させ、これをＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ
系化合物としてマトリックス中に分散させて水酸化アル
ミニウム皮膜の生成を抑制するとともに強度を向上させ
た犠牲陽極材である。Ｍｎの含有量を０．０５〜２．０
％に規定する理由は、０．０５％未満ではその効果が十
分に得られず、２．０％を超えると犠牲陽極材の自己耐
食性並びに圧延加工性が低下するためである。Ｍｎの含
有量は０．２〜１．２％が特に望ましい。不可避不純物
元素のＳｉは０．５％以下、できれば０．１％以下が望
ましい。Ｓｉ以外の不純物元素は各０．０５％以下なら
含まれていても問題ない。

【００１３】本発明のアルミニウム合金複合材は、アル
ミニウム合金芯材の片面に前記アルミニウム合金犠牲陽
極材をクラッドしたものである。以下に、前記アルミニ
ウム合金芯材の合金元素について説明する。Ｓｉは、ろ
う付け時にマトリックス中に固溶して芯材の強度を向上
させる。Ｓｉの含有量を０．０５〜１．２％に規定する
理由は、０．０５％未満ではその効果が十分に得られ
ず、１．２％を超えるとＳｉが単体で析出して芯材の自
己耐食性を低下させるためである。Ｓｉの含有量は０．
０５〜０．８％が特に望ましい。

【００１４】Ｆｅは粗大な金属間化合物としてマトリッ
クス中に分布して、芯材の結晶粒を微細化し、チューブ
管に成形するときの割れの発生を防止する。Ｆｅの含有
量を０．０５〜０．８％に規定する理由は、０．０５％
未満ではその効果が十分に得られず、０．８％を超える
と芯材の自己耐食性が低下するためである。Ｆｅの含有
量は０．０５〜０．３％が特に望ましい。

【００１５】Ｃｕは強度向上に寄与する。Ｃｕの含有量
を０．００３〜１．２％に規定する理由は、０．００３
％未満ではその効果が十分に得られず、１．２％を超え
ると融点が低下して芯材がろう付け時の加熱で局部的に
溶融するためである。なお、Ｃｕは、特にアルカリ性腐
食環境下では、芯材表面に再析出し、この再析出物は強
力なカソードとなって芯材の自己耐食性を低下させる。
従って、強度をそれ程要しない場合は、Ｃｕの含有量は
０．０１％未満に少量含ませるのが望ましい。

【００１６】Ｍｎは微細な金属間化合物を形成してマト
リックス中に分布し、耐食性を低下させることなく強度
を向上させる。Ｍｎの含有量を０．１〜２．０％に規定
する理由は、０．１％未満ではその効果が十分に得られ
ず、２．０％を超えると圧延加工性が低下するためであ
る。Ｍｎの含有量は０．１〜１．５％が特に望ましい。

【００１７】選択元素のＣｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉは、い
ずれも微細な金属間化合物を形成して芯材の強度と耐食
性を向上させる。Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉの含有量をそれぞれ
０．０３〜０．３％に規定する理由は、０．０３％未満
ではいずれもその効果が十分に得られず、０．３％を超
えるといずれも鋳造割れの発生頻度が増すためである。
これら元素の特に望ましい含有量はそれぞれ０．０８〜
０．２％である。Ｎｉの含有量は０．０５〜２．０％に
規定するが、規定理由は前記Ｃｒなどの場合と同じであ
る。Ｎｉの特に望ましい含有量は０．０８〜１．０％で
ある。選択元素のＭｇは、ＳｉとともにＭｇ−Ｓｉ系化
合物を時効析出して強度向上に寄与する。Ｍｇの含有量
を０．０３〜０．５％に規定する理由は、０．０３％未
満ではその効果が十分に得られず、０．５％を超えると
ろう付けの際にＭｇがろう材に拡散しフラックスと反応
してろう付け性が低下するためである。鋳塊組織を微細
化するためのＢまたはその他の不可避不純物元素は各
０．０５％以下であれば含有されていても差し支えな
い。

【００１８】本発明のアルミニウム合金複合材には、ア
ルミニウム合金芯材の片面にアルミニウム合金犠牲陽極
材をクラッドし、さらに他面にアルミニウム合金ろう材
をクラッドしたものも含まれる。前記ろう材にはＡｌ−
Ｓｉ系のＪＩＳ−４３４３合金、ＪＩＳ−４０４５合
金、ＪＩＳ−４００４合金などが使用できる。本発明の
アルミニウム合金複合材は、熱交換器のチューブ管やヘ
ッダープレートなどに適用される。前記チューブ管は、
従来の電縫加工法や折り曲げ加工した筒体の端部をろう
付けする方法などにより形成することができる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。（実施例１）表１〜３に示す本発明規定組成の芯材と犠
牲陽極材の合金をそれぞれ金型鋳造し、芯材用鋳塊は厚
さ３５ｍｍに面削し、犠牲陽極材用鋳塊は、面削後、熱
間圧延して厚さ１０ｍｍの板とした。またＪＩＳ−４３
４３合金を金型鋳造して得た鋳塊を面削後、熱間圧延し
て厚さ５ｍｍのろう材用板とした。前記犠牲陽極材用
板、芯材用鋳塊、ろう材用板をこの順に重ねて５００℃
にて熱間圧延して厚さ５ｍｍの３層クラッド材とし、こ
れを厚さ０．２９ｍｍに冷間圧延し、次いで３４０℃で
２時間加熱する中間焼鈍を施した後、冷間圧延して厚さ
０．２５ｍｍのアルミニウム合金複合材（Ｈ１４材のブ
レージングシート）を製造した。ここで犠牲陽極材のク
ラッド率は２０％、ろう材のクラッド率は１０％であっ
た。

【００２０】（比較例１）芯材と犠牲陽極材の合金組成
を表３に示す本発明規定組成外とした他は、実施例１と
同じ方法によりアルミニウム合金複合材を製造した。

【００２１】得られた各々のブレージングシートについ
て、引張試験および耐食性試験を行った。耐食性試験は
酸性環境下とアルカリ性環境下の両方について行った。
従来材についても同様の調査を行った。試験方法を下記
に示す。〔引張試験〕各アルミニウム合金複合材（ブレージング
シート）からＪＩＳ５号引張試験片を切出し、これを窒
素ガス中で６００℃（ろう付け相当温度）で３分間熱処
理した後、引張試験を行った。〔耐食性試験〕各アルミニウム合金複合材を電縫加工し
てチューブ管（長さ５００ｍｍ、断面の幅１６ｍｍ、高
さ２ｍｍ）とし、このチューブ管を用いて図１に示す構
造の熱交換器を組立て、この熱交換器に酸性またはアル
カリ性の腐食液を所定期間循環させた。その後、各熱交
換器からチューブ管をランダムに１０本づつサンプリン
グし、チューブ管内面の孔食深さを光学顕微鏡を用いた
焦点深度法により測定した。測定値は四捨五入して５μ
ｍ単位で表し、そのうちの最大深さを表示した。フィン
にはＡｌ−０．５％Ｓｉ−１．０％Ｍｎ−２．０％Ｚｎ
合金からなる厚さ０．１ｍｍの薄板材をコルゲート加工
したものを用いた。ヘッダープレートとサイドプレート
には、ＪＩＳ−３００３合金にＭｇを０．１５％添加し
た芯材の片面にＡｌ−１．５％Ｚｎ合金の犠牲陽極材
を、他面にＪＩＳ−４３４３合金のろう材をそれぞれク
ラッド率１０％でクラッドした厚さ１．２ｍｍのアルミ
ニウム合金複合材を用いた。酸性腐食液にはＣｌ^1-イオ
ン１９５ｐｐｍ、ＳＯ₄ ^2-イオン６０ｐｐｍ、Ｃｕ ²⁺イ
オン１ｐｐｍ、Ｆｅ³⁺イオン３０ｐｐｍを含む水溶液
（ｐＨ３）を用いた。アルカリ性腐食液にはＣｌ^1-イオ
ン１９５ｐｐｍ、ＳＯ₄ ^2-イオン６０ｐｐｍ、Ｃｕ²⁺イ
オン１ｐｐｍ、Ｆｅ³⁺イオン３０ｐｐｍを含む水溶液に
ＮａＯＨを添加してｐＨ１１に調整した腐食液を用い
た。各腐食液の循環は、腐食液を８８℃に加熱して８時
間、室温で１６時間循環するサイクルを６ヶ月間繰り返
して行った。結果を表４、５に示す。なお、表４、５に
は、引張強さが１５０ＭＰａを超えたものに◎、１５０
ＭＰａ以下のものに○を付記した。また最大孔食深さが
７０μｍを超えたものに×、７０μｍ以下のものに○を
付記した。またアルカリ性腐食試験の場合は、最大孔食
深さが３０μｍ以下のものに◎を付記した。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】（注） No.40は従来材。

【００２６】

【表５】（注）酸性腐食試験後、アルカリ性腐食試験後の最大孔食深さ、単位：μｍ。

【００２７】

【表６】（注）酸性腐食試験後、アルカリ性腐食試験後の最大孔食深さ、単位：μｍ。

【００２８】表５、６より明らかなように、本発明例の
No.1〜24は酸性およびアルカリ性の両腐食環境下で、孔
食深さが７０μｍ以下の優れた耐食性を示した。中で
も、犠牲陽極材が６．１％以上のＺｎと適量のＩｎ、Ｓ
ｎ、Ｆｅを含有し、或いはさらにＭｎを適量含有し、か
つ芯材のＣｕが０．０１％未満のNo.3〜6,11〜13, 17〜
20はいずれもアルカリ性腐食環境下での耐食性が特に優
れた。芯材のＣｕが０．２％以上の No.7,8,10, 14〜1
6, 21〜24は引張強さが１５０ＭＰａを超え特に優れて
いた。一方、比較例の No.25は犠牲陽極材のＩｎまたは
Ｓｎが少ないため、 No.29は犠牲陽極材のＦｅが少ない
ため、いずれもアルカリ性腐食環境下で犠牲陽極材と芯
材との電位差が十分にとれず耐食性が劣った。また No.
28は犠牲陽極材のＺｎが少ないため、 No.31は犠牲陽極
材のＦｅが多いため、 No.33は芯材のＳｉが多いため、
いずれも酸性およびアルカリ性の両腐食環境下での耐食
性が劣った。また No.26は犠牲陽極材のＩｎが多く、 N
o.27はＳｎが多く、 No.30はＺｎが多かったため、いず
れも圧延途中で割れが生じて製造ができなかった。また
No.32は犠牲陽極材のＭｎが多いためチューブ管に成形
できなかった。また No.34は芯材のＣｕが多いためろう
付け時に芯材が溶融してしまった。従来品の No.35は犠
牲陽極材のＺｎが１．０％と少ないためアルカリ性腐食
環境下で犠牲陽極材と芯材との電位差が十分にとれず耐
食性が劣った。

【００２９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明のアルミニ
ウム合金犠牲陽極材は酸性およびアルカリ性の両腐食環
境下で優れた犠牲効果を示し、また前記犠牲陽極材を用
いたアルミニウム合金複合材は酸性およびアルカリ性の
両腐食環境下で優れた耐食性を示し、熱交換器のチュー
ブ管などに用いて高い信頼性が得られる。依って、工業
上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）は自動車用熱交換器（ラジエーター）の
正面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ断面拡大図である。

【符号の説明】

１チューブ管２コルゲートフィン３ヘッダープレート４コア５パッキン６、７樹脂タンク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｚｎ３．１〜１５．０重量％（以下、％
と略記する）、Ｆｅ０．５〜３．０％を含有し、さらに
ＩｎまたはＳｎの少なくとも１種を０．００２〜０．３
％含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなることを特徴
とする熱交換器用アルミニウム合金犠牲陽極材。
【請求項２】Ｚｎ３．１〜１５．０％、Ｆｅ０．５〜
３．０％、Ｍｎ０．１〜２．０％を含有し、さらにＩｎ
またはＳｎの少なくとも１種を０．００２〜０．３％含
有し、残部Ａｌと不可避不純物からなることを特徴とす
る熱交換器用アルミニウム合金犠牲陽極材。
【請求項３】Ｓｉ０．０５〜１．２％、Ｆｅ０．０５
〜０．８％、Ｃｕ０．００３〜１．２％、Ｍｎ０．１〜
２．０％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなるア
ルミニウム合金を芯材とし、前記芯材の片面に請求項１
または請求項２記載の犠牲陽極材がクラッドされている
ことを特徴とする熱交換器用高耐食性アルミニウム合金
複合材。
【請求項４】Ｓｉ０．０５〜１．２％、Ｆｅ０．０５
〜０．８％、Ｃｕ０．００３〜１．２％、Ｍｎ０．１〜
２．０％を含有し、さらにＭｇ０．０３〜０．５％、Ｃ
ｒ０．０３〜０．３％、Ｚｒ０．０３〜０．３％、Ｔｉ
０．０３〜０．３％、Ｎｉ０．０５〜２．０％の１種ま
たは２種以上を含有し、残部Ａｌと不可避不純物からな
るアルミニウム合金を芯材とし、前記芯材の片面に請求
項１または請求項２記載の犠牲陽極材がクラッドされて
いることを特徴とする熱交換器用高耐食性アルミニウム
合金複合材。