JPS6234826B2

JPS6234826B2 -

Info

Publication number: JPS6234826B2
Application number: JP59107161A
Authority: JP
Inventors: Shoji Umibe; Hideo Fujimoto; Atsushi Takigawa; Yoshiharu Hasegawa; Kazumi Iijima
Original assignee: Kobe Steel Ltd; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Denso Corp
Priority date: 1984-05-25
Filing date: 1984-05-25
Publication date: 1987-07-29
Also published as: JPS60251243A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は真空ろう付用耐水・高強度ブレージン
グシート及びこれを用いた熱交換器に関し、詳細
には、芯材の合金成分組織を特定する他、該芯材
とろう材層との間に、厚さ及び電気化学的特性を
調整したAl合金を中間層として介在させること
により、水腐食環境下における耐水・耐食性を高
めると共に強度を高めたろう付用耐水・高強度ブ
レージングシート、及びこのブレージングシート
を熱媒体の隔壁として用いた熱交換器に関するも
のである。 Al合金製の真空ろう付用ブレージングシート
（以下Al合金製BSと略記する）は、例えば、自動
車用エアコンのコンデンサーやエバポレータ等の
熱交換器用材料として汎用されている。しかし水
系クーラントを使用する熱交換器用部材として
Al合金製BSを用いた例は少ない。その理由は、
従来のAl合金製BSの場合耐水腐食性が不十分で
あるので、クーラントの水質が悪いときには短期
間の使用でも貫通腐食を起こし易く、熱交換器と
して致命的な欠陥となるからである。従つてこの
種の用途に摘用されるAl合金製BSにあつては、
耐水腐食性の改善が強く要望されている。また熱
交換器等の軽量化に対する要請も強く、かかる要
請にこたえる為には薄肉化の可能な高強度特性を
有するものである必要もある。本発明者等は上記の様な状況に鑑み、耐水・耐
食性及び機械的強度の優れたろう付用Al合金製
BSを開発すべく研究を進めてきた。その結果、
Al合金芯材の化学成分を特定すると共に、その
片面又は両面に、適度の厚さと電気化学的特性を
有するAl合金を中間層として介在させたうえで
ろう材を配設すれば上記の目的にかなうAl合金
製BSが得られることを知り、ここに本発明の完
成をみた。即ち本発明に係る真空ろう付用Al合
金製BSとは、 Si：0.2〜1.2％
（以下特記しない限り重量％意味する） Mg：0.1〜0.5％ Cu：0.2〜1.0％をSi／Mg（重量比）＝１〜2.5％の条件下で含有
し、更に、 Mn：0.05〜0.5％ Cr：0.05〜0.5％ Zr：0.05〜0.5％の３種からなる群より選択される１種以上の元素
を含有し、残部がAl及び不可避不純物よりなる
Al合金を芯材として用い、該芯材の片面若しく
は両面にクラツド率で３〜15％の厚みを有し且つ
前記芯材より20〜100mV卑な電位差を有するAl
合金からなる中間層を介してろう材層を形成して
なるところに要旨が存在するものである。また本
発明に係る熱交換器とは、熱媒体と接触する側の
隔壁を上記ブレージングシートで構成してなると
ころに要旨を有するものである。以下本発明において各構成材料の化学成分等を
定めた理由を詳細に説明する。まず芯材を構成するAl合金の含有成分限定理
由であるが、CuはAl合金の機械的強度及び電位
を高める上で不可欠の元素であり、0.2％未満で
はこれらの効果が有効に発揮されない。尚Cuは
Al合金の耐食性を著しく低下させる元素でもあ
るが、ろう付の為の加熱を行つた後ではCuの耐
食性阻害作用は著しく減少するので、強度及び電
位向上元素として有効に活用することができる。
但しCu含有率が1.0％を越えると、他の合金元素
（殊にMgやSi）の共存下において耐食性阻害作用
が顕著に現われてくる。こうした理由から芯材中
のCu含有率は0.2〜1.0％と定めた。次にSiとMg
であるが、これらは上記の如くSi／Mg比が１〜
2.5となる条件の下でSiが0.2〜1.0％、Mgが0.1〜
0.5％となる様に含有率を設定する必要がある。
即ちSiとMgはろう付時の加熱によつてマトリツ
クス中に固溶し、その後の室温時効でMg₂Siより
なる微細結晶として析出し強度を高める。Mg₂Si
のSi／Mg比は0.58であり、水焼入れの様に冷却
速度が著しく速い場合はSi／Mg比が0.58のとき
に最大の強度向上効果を発揮する。しかしAl合
金製BSのろう付けにおいては十分に速い冷却速
度を設定することは不可である。こうした冷却条
件のもとで高レベルの強度向上効果を発揮させよ
うとすれば、焼入れ感受性を抑えるためにSi／
Mg比が１以上となる様にSiとMgの含有率を設定
しなければならない。但しSi／Mg比が2.5を越え
た時点で上記の効果は飽和し、むしろ過剰量のSi
によるろう付阻害作用が現われてくる。又Mg及
びSiの絶対量も重要であり、Mgが0.1％未満或は
Siが0.2％未満ではMg₂Siの生成量が不足する為十
分な強度向上効果を得ることができず、一方Mg
が0.5％を越え或はSiが1.0％を越えるとろう付性
が低下する。 Mn，Cr，Zrは何れもサブクレインを強化し再
結晶を抑制してろう付性を高める元素であり、目
的達成の為にはこれらのうち少なくとも１種を、
いずれの元素についても0.5％以上含有させなけ
ればならない。しかしMnが多すぎると粒界腐食
感受性が増大し、又Cr及びZrが多すぎると巨大
金属間化合物が生成して加工性が低下するので、
いずれの元素も0.5％以下に抑えなければならな
い。次に上記芯材とろう材（ろう材としてはAl―Si
合金やAl―Si―Mg合金が一般的である）の間に
介在させる中間層であるが、これは芯材からろう
材層方向へのCuの表面拡散を防止すると共に、
ろう材層中のSiが芯材方向へ拡散するのを防止
し、芯材の機械強度及びろう材のろう付性の双方
を高レベルに維持する為の言わば遮断層としての
機能を果し、更には芯材とのCuの濃度勾配によ
り犠牲陽極として作用し芯材の腐食を防止する。
こうした効果を有効に発揮させる為には、中間層
の厚さをクラツド率で３％以上とする必要があ
り、これ未満では上記遮断層としての効果及び犠
牲陽極作用が有効に発揮されない。しかしそれら
の効果は15％程度の厚さで飽和し、15％を越える
とAl合金製BS全体としての強度が不十分にな
る。また本発明においては、上記犠牲陽極作用を
有効に発揮させるという目的との関係で、芯材と
中間層の電位差も極めて重要であり、芯材に対し
て中間層の電位が単に卑となるというだけでな
く、20mV以上の電位差がなければ有効な犠牲陽
極作用は得られない。しかし電位差が100mVを
越えると中間層のみが選択的に溶解し、Al合金
製BS全体としての防食性はかえつて低下してく
る。従つて上記中間層として用いるAl合金は、
芯材の化学成分との関係を考慮してそれ自体の耐
食性を損なうことなく電位差をコントロールする
必要がある。ここでCu含有量が0.5％程度のAl合
金芯材と組合せる場合の中間層としては市販純度
の純Alでも十分な防食性能を発揮するが、使用
する芯材の電気化学的特性によつては、中間層を
構成するAl合金中に適量（0.05〜0.5％程度）の
Mn，Cr又はZrを添加して電位差をコントロール
することが推奨される。即ちこれらの元素は、
Alの電位を僅かながら貴に移行させる性質があ
るので電位差調整元素として極めて便利であり、
加えて芯材との接合力を高める作用も発揮するか
らである。但しこれら合金元素の含有率が芯材の
それよりも高いと、ろう付時における芯材から中
間層方向へのCuの拡散によつて前記電位差が過
小となり、中間層の犠牲陽極作用が低下してくる
恐れがあるので、中間層を構成するAl合金中の
Mn，Cr及びZrの配合量は芯材の同含有量より少
なく抑えておくべきである。中間層Al合金へ添
加することのできる他の元素としてCu，Mg及び
Znが挙げられ、これらは夫々次の様な作用を有
している。即ちCuは中間層の電位をコントロー
ルする為に有効であり0.05％以上の添加でその効
果が有効に発揮される。しかし0.5％を越えて含
有させると中間層の電位が貴に移行し防食効果の
低下をまねく。またMgは、ろう付時における芯
材から中間層へのCuの拡散を助長し、中間層の
選択腐食を抑制する作用があり、その効果は0.05
％以上含有させることによつて有効に発揮され
る。しかし0.5％を越えて含有させるとCuの前記
拡散が過大になつて十分な防食効果が得られない
ので好ましくない。またZnは中間層の電位を卑
にする作用があり、芯材中のCu含有率が低い場
合に必要となる。しかしZn量が0.1％未満ではそ
の電位低下効果を期待することができず、一方
Zn量が1.0％を越えるとろう付時の蒸発飛散が著
しくなつて炉の汚染を招く恐れがある。しかも前
記化学成分からなる芯材との組合せにおいては、
芯材は元々一定レベル以上の電位を有しているの
で、1.0％を越えてZnを添加しなければならない
程電位を低下させる必要性も殆どない。以上詳述した様に、本発明に係るAl合金製BS
は、化学成分の特定された芯材の片面又は両面
に、厚さ及び電気化学的特性の調整された中間層
を介してろう材層を形成することにより、該中間
層の有する芯材とろう材層の遮断効果及び芯材に
対する犠牲陽極作用が効果的に生かされるので、
卓越した耐水・耐食性を発揮する。しかも特に芯
材の合金成分を特定することによつて機械的強度
も高めているので、最近の薄肉軽量化の要請にも
応じることができる。従つてこのAl合金製BS
は、熱交換器用の真空ろう付材料としてその優れ
た性能を遺憾なく発揮する。特にAl合金製BSは
冒頭で説明した様に熱交換器用真空ろう付材料と
して汎用されているが、その熱媒体との隔壁とし
て上記本発明のAl合金製BSを使用すれば、熱媒
体（特に水）による腐食が激減してその寿命を大
幅に延長することができる。次に実験例を挙げて本発明の構成及び作用効果
を一層明確にする。実験例第１表に示す芯材用AL合金と第２表に示す中
間層用Al合金、及びAl―10％Si―1.5％Mgよりな
るろう材を使用し、これらを第３，４表に示す如
く組合せて板厚１mmのBSを作製した。得られた
各BSの芯材―中間層間の電位差（3.5％Nacl水溶
液中における自然電位の差）を第３，４表に併記
した。また得られた各BSを用いて下記の腐食試
験及び強度試験を行なつた。結果を第３，４表に
一括して示す。［腐食試験］各BSを用い、第１図（要部拡大断面図：図中
１は芯材、２は中間層、３はろう材層、Ａは平担
部、Ｂはフイレツト部を夫々示す）に示す腐食試
験用供試片を真空ろう付法によつて作製する。得
られた各供試片のろう付面側を供試面として、
Clイオン3000ppmとCuイオン10ppmを含む腐食
液に浸漬し、80℃×８時間←→室温×16時間の繰り
返し温度サイクルで３ケ月間処理し、その後断面
顕微鏡写真で浸食深さを測定する。第３，４表に
示す耐食性の値は、この試験で得た最大浸食深さ
を表わしている。［強度］各BSからJIS Ｚ 2201の５号に規定する試験
片を切出し、真空中で且つろう材の融点直下の温
度（550℃）で５分間加熱する。次いで室温にて
20日間保持して時効硬化させた後引張試験を行な
う。第３，４表における強度の値は、５回試験の
平均値を示す。

【表】

【表】これらの実験結果から次の様に考察することが
できる。 (1) No.１〜44は何れも本発明の規定要件を全て満
たす実施例であり、耐食性及び強度共に極めて
良好である。 (2) No.45，46及び53は芯材と中間層の電位差が小
さすぎる比較例であり、犠牲陽極作用が発揮さ
れない為耐食性が極めて悪い。特にNo.46は後記
No.54と同様電位差がマイナス（芯材の電位が中
間層の電位よりも卑）である為貫通腐食が生じ
ている。 (3) No.47〜49は上記電位差が過大である比較例で
あり、中間層の腐食が著しい為BS全体の耐食
性が劣悪である。 (4) No.50及び51は中間層のクラツド率が過小又は
過大である比較例であり、過小の場合（No.50）
は犠牲陽極作用が十分発揮されない為耐食性が
乏しく、一方過大である場合（No.51）はの強度
がやや低くなつている。 (5) No.54〜60は芯材の合金成分が規定要件を外れ
る比較例であり、強度及び耐食性の何れかが極
端に悪く実用に耐えない。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐食性試験で使用した供試片の要部拡
大断面図である。１……芯材、２……中間層、３……ろう材、Ａ
……平担部、Ｂ……フイレツト部。

Claims

【特許請求の範囲】１ Si：0.2〜1.0％（以下特記しない限り重量％
を意味する） Mg：0.1〜0.5％ Cu：0.2〜1.0％を、Si／Mg（重量比）＝１〜2.5の条件下で含有
し、更に Mn：0.05〜0.5％ Cr：0.05〜0.5％ Zr：0.05〜0.5％の３種からなる群より選択される１種以上の元素
を含有し、残部がAl及び不可避不純物よりなる
Al合金を芯材として用い、該芯材の片面若しく
は両面に、クラツド率で３〜15％の厚みを有し且
つ前記芯材より20〜100mV卑な電位差を有する
Al合金からなる中間層を介して、ろう材層を形
成してなることを特徴とする真空ろう付用耐水・
高強度ブレージングシート。２特許請求の範囲第１項において、中間層が、
純アルミニユウムあるいは Mn：0.05〜0.5％ Cr：0.05〜0.5％ Zr：0.05〜0.5％ Cu：0.05〜0.5％ Mg：0.05〜0.5％ Zn：0.1〜1.0％の６種からなる群より選択される１種以上の元素
を含み、残部がAlおよび不純物よりなるAl合金
であるブレージングシート。３ Si：0.2〜1.0％ Mg：0.1〜0.5％ Cu：0.2〜1.0％を、Si／Mg（重量比）＝１〜2.5の条件下で含有
し、更に Mn：0.05〜0.5％ Cr：0.05〜0.5％ Zr：0.05〜0.5％の３種からなる群より選択される１種以上の元素
を含み、残部がAl及び不可避不純物であるAl合
金を芯材として用い、該芯材の、熱媒体と接する
側の面に形成されるろう材と芯材との間に、クラ
ツド率で３〜15％の厚さを有し且つ芯材より20〜
100mV卑な電位差を有するAl合金からなる中間
層を介在させてブレージングシートを構成し、熱
媒体と接触する側の隔壁を該ブレージングシート
で構成してなることを特徴とする真空ろう付熱交
換器。４特許請求の範囲第３項において、中間層が純
アルミニウム、或は Mn：0.05〜0.5％ Cr：0.05〜0.5％ Zr：0.05〜0.5％ Cu：0.05〜0.5％ Mg：0.05〜0.5％ Zn：0.1〜1.0％の６種からなる群より選択される１種以上の元素
を含み、残部がAl及び不純物よりなるAl合金で
ある真空ろう付熱交換器。