JPH07116543B2

JPH07116543B2 - 熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金クラッド材

Info

Publication number: JPH07116543B2
Application number: JP2322309A
Authority: JP
Inventors: 重徳山内; 祐治鈴木; 健志加藤; 直樹時實; 圭三難波
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1995-12-13
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH04193925A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は不活性ガス雰囲気中で弗化物フラックスを用
いたろう付によりラジエータやヒーターコアなどのAl熱
交換器を製造するに際して、その製造部材であるチュー
ブ材やヘッダープレート材などとして用いるに適した、
ろう付性が良好で、かつろう付後に高強度および高耐食
性を有するAl合金クラッド材に関するものであり、特に
薄肉で用いられるチューブ材に適する。

［従来の技術］自動車のラジエータやヒーターコアなどのチューブ材や
ヘッダープレート材には、3003などのAl−Mn系合金を芯
材とし、片面にAl−Si系合金のろう材、他の片面にAl−
Zn系合金やAl−Zn−Mg系合金の犠牲陽極材をクラッドし
た３層クラッド材が用いられている。Al−Si系のろう材
はチューブとフィンの接合、チューブとヘッダープレー
トとの接合のためのものである。ろう付は不活性ガス雰
囲気中で弗化物フラックスを用いて行われることが多
い。犠牲陽極材をクラッドした他の片面は、使用中に内
側（水側）になり、犠牲陽極作用を発揮して芯材の孔食
や隙間腐食を防止する。

近年ラジエータやヒーターコアなどの軽量化を求める要
求が強く、チューブ材やヘッダープレート材の薄肉化が
必要となっている。そのためには材料の高強度化特にろ
う付後の強度の向上が必要であり、高強度化のために芯
材中にMgを添加することが多くなってきている。しか
し、Mgはろう付中に表面に拡散していき、弗化物フラッ
クスと反応するため、綿状生成物（Mgの弗化物）が生成
して付着したり、接合不良を生じたりする。こうして、
芯材中へのMgの添加量は最大でも0.5％、実用上は0.2〜
0.3％に制限され、高強度化の妨げとなっている。

チューブ材やヘッダープレート材の強度は、犠牲陽極材
にMgを添加することによっても向上する可能性がある。

犠牲陽極材にMgを添加したクラッド材に関しては、従来
からいくつかの提案がある。

すなわち、ラジエータ用ヘッダープレート材やチューブ
材の犠牲陽極材に、 MgとZn等を含有させる方法（特公昭63−28704号）、 ZnとMgを添加する方法（特開昭61−89498号）、 SnとMgを同時添加する方法（特開昭56−16646号、特
開昭63−89641号）、比較的高濃度までのMgとZnを添加する方法（特公昭62
−45301号）、が提案されている。

しかし、上記およびのMgの添加は1.1％あるいは1.5
％以下と少なく、孔食や隙間腐食の防止のために添加さ
れており、強度向上が得られない。

上記のMgの添加はSnの粒界拡散を抑制し、熱間圧延時
の割れを防止することを目的とし、上記のMgの添加は
耐孔食性の改善を目的としているが、いずれもMgが高濃
度の場合には芯材に拡散してある程度の強度向上効果も
得られる可能性がある。しかし、薄肉のチューブ材（ク
ラッド材）を作った場合、芯材の強度は犠牲陽極材から
拡散するMgにより高くできても、犠牲陽極材の強度はMg
添加のみでは不足となり、クラッド材全体の強度を高く
することができない。すなわち、薄肉になると、芯材の
みでなく犠牲陽極材の強度への寄与も大きくなり、犠牲
陽極材の強度も高くすることが必要となるのである。

［発明が解決しようとする課題］本発明はろう付け性を害することなく、すなわち、芯材
のMg添加量を最大0.5％に抑えたままで、ろう付け後に
高強度が得られるクラッド材を提供しようとするもので
ある。

［課題を解決するための手段］本発明者らは、芯材中のMg添加量を最大0.5％に抑えた
ままで、ろう付け後に高強度が得られる方法について検
討し、犠牲陽極材中に高濃度のMgとSiを添加すると、犠
牲陽極材中のMgの一部がろう付け中に芯材中へ拡散し
て、芯材を強化し、また、犠牲陽極材そのものもMgとSi
により強化されることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、犠牲陽極材中にMgとSiを共存させ、Mgを芯材
の強化に寄与させるとともに、犠牲陽極材をMgとSiによ
る固溶体強化およびMg₂Siの析出による時効硬化によっ
て強化させたものである。

すなわち、本発明の構成は、（１）芯材が、Mn:0.3〜2.0％、Cu:0.25〜0.8％、Si:0.
2〜0.7％未満、Mg:0.5％以下を含有し、残部Alと不可避
不純物からなるアルミニウム合金で構成され、該芯材の
片面に複合された犠牲陽極材がMg:1.2〜2.5％、Si:0.2
〜0.8％、Zn:0.5〜2.0％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で構成され、かつ、前記芯
材の他の片面に複合された皮材がAl−Si系合金のろう材
で構成されたことを特徴とする熱交換器用高強度高耐食
性アルミニウム合金クラッド材、（２）芯材が、Mn:0.3〜2.0％、Cu:0.25〜0.8％、Si:0.
2〜0.7％未満、Mg:0.5％以下を含有し、残部Al不可避不
純物からなるアルミニウム合金で構成され、該芯材の片
面に複合された犠牲陽極材がMg:1.2〜2.5％、Si:0.2〜
0.8％、Zn:0.5〜2.0％を含有し、更に、In:0.2％以下、
Sn:0.2％以下、及びGa:0.2％以下の１種又は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
金で構成され、かつ、前記芯材の他の片面に複合された
皮材がAl−Si系合金のろう材で構成されたことを特徴と
する熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金クラッ
ド材、である。

［作用］本発明における組成及び組成範囲の限定理由について述
べる。

（１）芯材 Mn: Mnは強度を向上させる。又、芯材の電位を貴にして犠牲
陽極材との電位差を大きくし耐食性を向上させる。0.3
％未満では効果が十分でなく、2.0％を越えると鋳造時
に粗大は化合物が生成し、健全な板材が得られない。

Cu: Cuは芯材の電位を貴にして、犠牲陽極材およびろう材と
芯材との電位差を大きくし、犠牲陽極材およびろう材の
犠牲陽極効果による防食作用を大きくする。更に、芯材
中のCuはろう付時に犠牲陽極材中及びろう材中へ拡散し
てなだらかな濃度勾配を形成し、芯材側が貴な電位、犠
牲陽極材及びろう材の各々表面側が卑な電位となり、そ
の間になだらかな電位分布を形成して腐食形態を全面腐
食型にする。

芯材中のCuは強度向上にも寄与する。

以上に示したCuの防食作用と強度向上効果は、芯材中の
Cu量が0.25％未満では発揮されず、一方、0.8％を越え
ると芯材自体の耐食性が悪くなるとともに芯材の融点が
下がって、ろう付時に局部的は溶融を生ずるようにな
る。

Si: Siは芯材の強度を向上させる。特に、ろう付中に犠牲陽
極材から拡散してくるMgと共存することにより、ろう材
後の時効硬化により強度がより高くなる。0.2％未満で
は効果が十分でなく、0.7％以上では耐食性が低下する
とともに芯材の融点が下がってろう付時に局部的な溶融
を生ずるようになる。

Mg: Mgは芯材の強度を向上させる効果がある。

強度向上効果は、Si及び／又はCuと共存するとろう付後
の時効硬化により更によく発揮される。しかしながら、
その量が0.5％を越えると弗化物フラックスと反応し
て、ろう付け性を阻害したり、Mgの弗化物が生成して外
観を損ねる。

その他の元素： Fe、Zn、Cr、Zrなどは本発明の効果を損なわない範囲で
含まれてもよい。ただし、Feは多量に含まれると耐食性
を害するので0.7％以下にするのが好ましい。Znは芯材
の電位を卑にし、犠牲陽極材及び中間材との電位差を小
さくするので0.2％以下にするのが好ましい。

（２）犠牲陽極材 Mg: 犠牲陽極材中のMgの一部は、主としてろう付中に芯材中
へ拡散して、芯材中のSiやCuとともに芯材強度を向上さ
せる。また、犠牲陽極材中に残存したMgはSiとともに犠
牲陽極材の強度を向上させる。そしてこれらの作用によ
り、クラッド材全体の強度向上に寄与する。1.2％未満
では効果が十分でなく、2.5％を越えるとろう付時に局
部溶融が生じる。

なお、ろう付中に犠牲陽極材中のMgは芯材へ拡散する
が、第１図のような濃度分布を有するようになり、ろう
材側へ大量に拡散して、ろう付性を阻害することはな
い。また、クラッド製造中にも拡散が起こり、芯材と犠
牲陽極材との境界では僅かな濃度分布を有していること
は、いうまでもない。

Si: Siは犠牲陽極材の強度を向上させ、クラッド材全体の強
度向上に寄与する。特に、犠牲陽極材中に残存したMgと
ともに、時効硬化を生じて、強度向上に寄与する。0.2
％未満では効果が十分でなく、0.8％を越えるとろう付
時に局部的な溶融が生ずる。

Zn: Znは皮材の電位を卑にし、犠牲陽極効果を付与する。そ
の結果、腐食の形態を全面腐食型にして、孔食や隙間腐
食を抑制する。0.5％未満では効果が十分でなく、2.0％
を越えると、自己耐食性が悪くなり、腐食速度が大きく
なる。

In、Sn、Ga: In、Sn、Gaは、いずれも皮材の電位を卑に、孔食や隙間
腐食を抑制する。上限を越えると自己耐食性、圧延加工
性が劣化する。

これらの元素はZnやMgのようにろう付時に大量に蒸発し
たり、フラックスと反応したりすることがないため、皮
材中に残存する量が多く、皮材の電位を確実に卑にす
る。しかし一方ではZnのように皮材中に拡散してなだら
かな濃度勾配を形成し、なだらかな電位分布を形成する
作用が小さく、そのため腐食形態を全面腐食型にする作
用がやや劣る。したがって、皮材ではIn、Sn、Gaの１種
または２種以上とZnとを共存させ、これと0.25〜0.8％
のCuを含む芯材と組み合わせることにより、In、Sn、Ga
の電位を卑にする作用、Zn及び芯材中のCuのなだらかな
電位分布を形成する作用、さらに芯材中のCuの電位を貴
にする作用とが複合すれば、孔食や隙間腐食がさらに防
止できる。

（３）ろう材ろう材は通常用いられるAl−Si合金である。通常６〜13
％のSiを含むAl合金が用いられる。

［実施例］以下実施例によって、本発明を具体的に説明する。

下記第１表に示す芯材用合金、第２表に示す犠牲陽極材
用合金、およびろう材用合金4047の鋳塊を準備し、芯材
用合金と犠牲陽極材用合金について均質化処理を行っ
た。そして、犠牲陽極材用合金およびろう材用合金を熱
間圧延し所定の厚さとし、これらの芯材用合金の鋳塊と
を組み合わせて熱間圧延しクラッド材を得た。その後、
冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延により厚さ0.25mmの板
（H14剤）を作製した。クラッド材の構成は芯材0.20m
m、犠牲陽極材とろう材それぞれ0.025mmとした。

各材料の合金組成とその組合せは第３表に示すとおりで
ある。

得られたクラッド板材のろう材側に、Al−1.2％Mn−1.5
％Zn合金からなる厚さ0.10mmのコルゲートフィンを乗
せ、窒素ガス中で弗化物フラックスを用いてろう付を行
った。ろう付温度（材料温度）は600℃であった。ろう
付後板材とフィンとの結合状況を目視観察により、また
芯材及び犠牲陽極材の溶融状況を断面金属組織によって
調べた。

次に厚さ0.25mmの板材をそのまま（フィンと接触させる
ことなく）弗化物フラックスろう付と同じ条件で加熱し
た後、引張試験と腐食試験を行った。腐食試験の方法
は、外面側（ろう材側）についてはCASS試験、30日間と
し、内面側（犠牲陽極材側）についてはC1^-100ppm、SO₄
^2-100ppm、HCO₃ ^-100ppm、Cu²⁺10ppmを含む水溶液中に浸
漬し、8hrの間80℃に加熱し、その後室温まで放冷しな
がら16hr放置するというサイクルを繰返し、３ケ月間行
った。

以上の結果をまとめて第３表に示す。発明例No.1〜17の
場合、ろう付性は良好で、引張強さも17kgf/mm²以上と
高く、最大腐食深さも小さい。

比較例No.18の場合、犠牲陽極材のMgが少ないために引
張強さが低い。

比較例No.19は、Mgが多いためにろう付時に局部溶融が
生じている。

比較例No.20は、犠牲陽極材のSiが少ないために引張強
さが低い。

比較例No.21は、Siが多いためにろう付時に局部溶融が
生じている。

比較例No.22は、犠牲陽極材のZnが少ないために内面側
の腐食深さがやや大きい。

No.23は逆にZnが多いために内面側の腐食深さが大き
い。

No.24、25および26はIn、SnあるいはGaが多いために、
内面側の腐食深さが大きい。

No.27は、芯材のMnが少ないために引張強さが低く、No.
28は芯材のMnが多いために健全な板材が得られていな
い。

No.29は芯材のCuが少ないために引張強さが低く、外面
側の腐食深さが大きい。

No.30は、芯材のCuが多いためにろう付時に溶融が生じ
ている。

No.31は、芯材のSiが少ないために引張強さが低い。

No.32は、芯材のSiが多いためにろう付時に溶融が生じ
ている。

No.33は、芯材がMgを含まないために引張強さが低い。

No.34は、芯材のMgが多いためにろう付不良が生じてい
る。

No.35は、芯材が3003であるために、引張強さが低く、
外面側の腐食深さが大きい。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のクラッド材は弗化物フラ
ックスろう付用材料として、高強度、耐食性で、かつ、
ろう付性が優れたAl熱交換器用クラッド材である。これ
によって、チューブ材やヘッダープレート材を薄肉にす
ることができ、ラジエータやヒータの軽量化が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の材料のろう付後のMgの濃度分布を示す
断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤健志愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社技術研究所内 (72)発明者時實直樹愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社技術研究所内 (72)発明者難波圭三愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献特開昭63−303027（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−110909（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−119146（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材が、Mn:0.3〜2.0％（重量％、以下同
じ）、Cu:0.25〜0.8％、Si:0.2〜0.7％未満、Mg:0.5％
以下を含有し、残部Alと不可避不純物からなるアルミニ
ウム合金で構成され、該芯材の片面に複合された犠牲陽
極材がMg:1.2〜2.5％、Si:0.2〜0.8％、Zn:0.5〜2.0％
を含有し、残部Alと不可避不純物からなるアルミニウム
合金で構成され、かつ、前記芯材の他の片面に複合され
た皮材がAl−Si系合金のろう材で構成されたことを特徴
とする熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金クラ
ッド材。
【請求項２】芯材が、Mn:0.3〜2.0％、Cu:0.25〜0.8
％、Si:0.2〜0.7％未満、Mg:0.5％以下を含有し、残部A
l不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
該芯材の片面に複合された犠牲陽極材がMg:1.2〜2.5
％、Si:0.2〜0.8％、Zn:0.5〜2.0％を含有し、更に、I
n:0.2％以下、Sn:0.2％以下及びGa:0.2％以下の１種又
は２種以上を含有し、残部Alと不可避不純物からなるア
ルミニウム合金で構成され、かつ、前記芯材の他の片面
に複合された皮材がAl−Si系合金のろう材で構成された
ことを特徴とする熱交換器用高強度高耐食性アルミニウ
ム合金クラッド材。