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JP2564190B2 - ろう付け用アルミニウム合金複合材 - Google Patents

ろう付け用アルミニウム合金複合材

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JP2564190B2
JP2564190B2 JP1208716A JP20871689A JP2564190B2 JP 2564190 B2 JP2564190 B2 JP 2564190B2 JP 1208716 A JP1208716 A JP 1208716A JP 20871689 A JP20871689 A JP 20871689A JP 2564190 B2 JP2564190 B2 JP 2564190B2
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aluminum alloy
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正和 平野
光夫 橋浦
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
NipponDenso Co Ltd
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    • B23K35/28Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はろう付け用アルミニウム合金複合材に係り、
特に高強度、高耐食性及びろう付け性に優れ、またノコ
ロックろう付け法により組立てられるラジエータのチュ
ーブ材に用いた場合に著しい効果が期待されるろう付け
用アルミニウム合金複合材に関するものである。
(従来の技術及び解決しようとする課題) ろう付け用アルミニウム合金複合材は、ろう付けラジ
エータのチューブ材などに用いられるが、従来より、Al
−Mn系合金の3003を芯材とし、これにAl−Si系ろう材を
クラッドしたブレージングシートが用いられてきた。
しかし乍ら、3003を芯材とするブレージングシートは
ろう付け後強度が12kgf/mm2程度であり、また耐食性も
充分とは言い難い。
この点、芯材合金にMgを添加すれば強度は向上するも
のの、ろう材による芯材のエロージョンが大きくなり、
ろう付け性、耐食性の低下を招くという問題がある。特
にろう付け方法の主流になりつつあるノコロックろう付
けを適用した場合においては、芯材中のMg含有量が0.2
%を超えるとろう付け性の低下が著しく、Mgの芯材中へ
の添加が規制されている。
このように、従来技術では、高強度と高耐食性及びろ
う付け性を兼ね備えたろう付け用アルミニウム合金複合
材を得ることは困難である。したがって、自動車用ラジ
エータのような熱交換器の用途においては軽量化、コス
トダウンを目的として素材の薄肉化が指向されており、
高強度、高耐食性及びろう付け性を有するろう付け用ア
ルミニウム合金複合材が要請されているが、このような
要請に未だ応えることができないのが実情である。
本発明は、上記従来技術の欠点を解消して前記要請に
応えるべくなされたものであって、特にノコロックろう
付け法によってもろう付け性、耐食性を阻害することな
く、高強度の熱交換器用素材として適する高強度、高耐
食性及びろう付け性に優れたろう付け用アルミニウム合
金複合材を提供することを目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 前記目的を達成するため、本発明者らは、芯材中のMg
量を低減して且つ強度の向上を可能とし、併せてろう付
け性及び耐食性の低下をもたらさない方策について鋭意
研究を重ねた。
その結果、不純物としてのMgの含有量が0.2%以下、
好ましくは0.1%以下のアルミニウム合金芯材の片面にA
l−Si系ろう材をクラッドし、反対面に皮材としてMg0.3
〜2.5%を含むアルミニウム合金をクラッドしたことを
特徴とするろう付け用アルミニウム合金複合材を見い出
すに至ったのである。
以下に本発明を更に詳細に説明する。
(作用) 本発明のろう付け用アルミニウム合金複合材の構成
は、第1図に示すように、Al−Si系ろう材と接する芯材
には、不純物として含まれるMgが0.2%以下、好ましく
は0.1%以下に規制されたアルミニウム合金を用い、ま
たろう材としてAl−Si系を用い、この反対面側(皮材)
にはMgを所定量(0.3〜2.5%、但し、芯材がSiを実質的
に含有しないときは1.5%超〜2.5%)含有するアルミニ
ウム合金をクラッドした構成である。
このような構成のアルミニウム合金複合材は、以下に
説明するような作用を有し、所期の効果が得られる。
すなわち、ろう付け時においては、ろう付け性は芯材
のMg含有量が低く規制されているため、阻害されること
はない。しかも、ろう付け加熱時にはろう材中のSiが芯
材中に拡散し、また反対面(皮材)のクラッド層からは
芯材中にMgが拡散してくる結果、芯材部においてMgSiを
生成し、ろう付け後の強度が向上するのである。
この場合、ろう材と接する芯材中のMg濃度は、反対面
にクラッドされた皮材から拡散によりMgが供給されるた
め、芯材中で最も低く、ろう付け性を阻害することなく
強度が向上できる。一方、反対面の皮材表面はMg濃度が
最も高く、Si濃度は最も低くなるため、耐食性の低下は
殆どない。芯材中にMnを適宜添加すれば更に強度、耐食
性、ろう付け性が向上し、Siを適宜添加すれば更に強度
が向上する。更に、Cu、Cr、Zr等を適宜添加すればMnと
略同様の効果が得られ、Mgも規制範囲内で含有させると
強度向上効果が得られる。
芯材の反対面にクラッドされる皮材にはMg含有Al合金
を用いるが、ラジエータチューブのような用途では、犠
牲電極として作用させることもでき、耐食性を著しく向
上できる。また、皮材にZnを適宜添加すれば、犠牲電極
作用を更に向上できる。
このように、芯材は、ろう付け時、ろう材からのSiの
拡散を規制すると共に、反対面側にクラッドされる皮材
からのMgの拡散も規制する作用がある。
本発明に係るアルミニウム合金複合材は、以上の作用
を有するものであるが、以下に各成分の限定理由を説明
する。
芯材 ろう付け前のアルミニウム合金芯材中に含まれる不純
物としてのMgの許容量を最大0.2%とし、好ましくは0.1
%以下に規定したのは、ろう付け性の低下を防止するた
めであり、それ以上のMgが含有すると、特にノコロック
法によるろう付けにおいてろう付け性の低下が生じるた
め、好ましくない。
なお、芯材のアルミニウム合金としては、Mg<0.1
%、Mn:0.2〜1.5%を含み、更に必要によりCu:0.5%以
下、Cr:0.3%以下及びZr:0.2%以下のうちの1種又は2
種以上を含有し、残部実質的にAlからなるアルミニウム
合金、あるいは、Mg≦0.2%、Mn:0.2〜1.5%及びSi:0.3
〜1.3%を含み、更に必要によりCu:0.5%以下、Cr:0.3
%以下及びZr:0.2%以下のうちの1種又は2種以上を含
有し、残部実質的にAlからなるアルミニウム合金とす
る。
アルミニウム合金芯材中にMnを添加することにより耐
食性、ろう付け性及び強度の向上を図ることができる。
好ましい添加量は0.2〜1.5%である。0.2%未満では効
果が不十分であり、1.5%を超えて含有されると巨大化
合物を生成し、加工性の低下を生じるため、好ましくな
い。
同様に、更に必要に応じてCu、Cr、Zr等の少なくとも
1種を添加することにより、更に強度、耐食性及びろう
付け性の向上を図ることができる。また、皮材を犠牲電
極として活用する場合にはこれらの元素を芯材に添加す
ると効果的である。好ましい添加量としては、Cu0.5%
以下、Cr0.3%以下、Zr0.2%以下であり、それぞれ上限
値を超えると効果は飽和し、加工性の低下を生じるた
め、好ましくない。
また、芯材中にSiを添加することにより、ろう材から
のSiの供給が不十分な場合でも強度の向上を図ることが
できる。好ましい添加量は0.3〜1.3%である。0.3%未
満では強度向上の効果が不十分であり、1.3%を超える
と芯材の融点が低下してくるため、好ましくない。Siを
添加する場合はMg量を最大0.2%とすることができる。
勿論、上記MnとSiを併せて添加することができ、更に
必要に応じて上記Cu、Cr、Zr等の少なくとも1種を添加
することができる。
芯材は、ろう付け時にろう材からSiの拡散を規制する
と共に、反対面側にクラッドされた皮材からのMgの拡散
も規制する。芯材の厚さとしては、上記の効果が得られ
且つ強度向上が最大となる厚みが最適である。好ましい
芯材の厚さは、ろう材の厚さの2.5倍以上で、且つ0.1〜
1mmである。
皮材 芯材を挾んでろう材の反対面側にクラッドされる皮材
にはMg含有アルミニウム合金が用いられるが、ラジエー
タチューブのような用途では、犠牲陽極として作用させ
ることもでき、耐食性が著しく向上できる。皮材に含ま
れるMgの含有量としては、ろう付け後において芯材とろ
う材の界面のMg濃度が0.1〜0.02%程度が好ましく、こ
のようなMg濃度が得られる皮材中のMg含有量としては板
厚、ろう付け条件等により異なるものの0.3〜2.5%(但
し、芯材がSiを実質的に含有しないときは1.5%超〜2.5
%)の範囲である。Mg含有量が0.3%未満では強度向上
効果が不十分となり、2.5%を超えるとクラッドが困難
となるので好ましくない。複合材の板厚が更に厚くなる
と、反対面側にクラッドされた皮材中にMn、Cu、Cr、Zr
等を添加して強度向上を図ることもできる。添加量とし
てはそれぞれ芯材中の添加範囲と同じである。
皮材を犠牲陽極として活用する場合には、芯材中にM
n、Cu、Cr等の電位を貴にする元素を添加するのが有効
であるが、更に積極的に皮材の電位を卑にするために皮
材にZnを添加することもできる。Znは添加量としては2
%以下が好ましく、それを超えて含有するとろう付け時
に炉の汚染を生じることがあり、好ましくない。
ろう材 ろう材としてはAl−Si系合金を用い、従来と同様であ
る。例えば、A4343合金、4004合金等が使用できる。
その他 複合材の厚さとしては、ラジエータチューブ材の場合
には0.4mm程度であれば、ろう材反対面側にクラッドさ
れた皮材からのMgの拡散により充分に強度向上効果が得
られる。
なお、本発明は、Mgによるろう付け性阻害作用が著し
いノコロック法ろう付けに適用した場合にその効果が最
大となるが、他の雰囲気ろう付け、フラックスろう付
け、真空ろう付け等のろう付け方法にも適用できるのは
云うまでもない。
更に、第2図に示すように、Mg含有アルミニウム合金
(皮材)の両面に、Mgを含有せずSiを0.3〜1.3%を含有
するアルミニウム合金(芯材)で両面クラッドすること
により、ろう材層を有しないろう付け用アルミニウム合
金複合材として応用できる。同様に、第3図に示すよう
に、Mg含有アルミニウム合金(皮材)の外側を、Mgを含
まないアルミニウム合金(芯材)で両面クラッドし、更
にその外側にAl−Si系ろう材をクラッドすれば、両面ろ
う材を有するブレージングシートとして使用することも
できる。
ラジエータチューブ材の組立に際しては、適宜方法に
より製管でき、前記ろう材を外面としてシーム溶接する
等により製管する。
また、ラジエータのチューブ材の内面耐食性を向上さ
せるためには、皮材を芯材に対し犠牲陽極的に作用させ
ることが最も有効である。ノコロックろう付けは、大気
圧下で行われるため、Znの蒸発は殆どないが、ろう付け
加熱により芯材に拡散し、表面濃度が低下する。ラジエ
ータのチューブ材の内面クーラント側耐食性を皮材の犠
牲陽極効果により著しく向上させるには、皮材表面と芯
材の孔食電位の差が30mV以上必要である。反面、孔食電
位の差が120mV以上になると、皮材の消耗速度が大き
く、長期にわたり犠牲陽極効果が維持できない。皮材と
芯材の孔食電位の差は、皮材組成、芯材組成、ろう付け
条件により変化するが、ノコロックろう付け後におい
て、30〜120mVの範囲にあれば、長期にわたり優れた耐
食性が得られる。
以下に本発明の実施例を示す。
(実施例) 実施例1〜4のために、第1表に示す化学組成を有す
るアルミニウム合金(芯材、皮材、ろう材)を準備し
た。
ここで、同表中、No.1〜No.10が芯材用合金であり、N
o.11〜No.22が反対面側にクラッドされる皮材、No.23〜
No.24がろう材である。
なお、No.7はMg0.2%であるがSiが添加されておら
ず、No.8はSi量が多く、No.10はCu量が多いので、それ
ぞれ比較例である。
また、No.23のろう材は4343合金であり、ノコロック
法ろう付け、雰囲気ろう付け及びフラックスろう付けに
使用されているものである。No.24のろう材は4004合金
であり、真空ろう付けに使用されているものである。
これらのアルミニウム合金を第2表及び第3表に示す
組み合わせにて第1図に示す構成のろう付け用アルミニ
ウム合金複合材を試作した。
実施例1 第2表及び第3表に示した組み合わせのろう付け用ア
ルミニウム合金複合材のうち、No.23のろう材を使用し
たものについて、ろう材面にノコロック用フラックスを
5g/m2塗布し、乾燥した後、融点−40℃のNガス雰囲気
中で600℃×5分間加熱を行った。また、No.24のろう材
を使用したものについては、5×10-5Torrの真空中で59
5℃×3分間の加熱を行った。
ろう付け性の評価結果を第4表及び第5表に示す。な
お、ろう付け性は流動係数で評価した。
各表より、本発明例はいずれもろう付け性が優れてい
ることがわかる。特にノコロックろう付けの場合でもろ
う付け性が優れている。
実施例2 実施例1と同一条件で加熱したろう付け用アルミニウ
ム合金複合材を室温で7日間放置した後、引張試験を行
った。その結果を第4表及び第5表に示すように、本発
明例はいずれもろう付け後強度が優に12kgf/mm2を超え
る高強度を有している。
実施例3 実施例1と同一条件で加熱したろう付け用アルミニウ
ム合金複合材について、ろう材側の耐食性をCASS試験に
より評価した。CASS試験250時間後の評価結果を第4表
及び第5表に示す。各表の「ろう材側耐食性」に示すよ
うに、本発明例はいずれも優れた耐食性を有しているこ
とがわかる。
実施例4 実施例1と同一条件で加熱したろう付け用アルミニウ
ム合金複合材について、ろう材反対面側にクラッドされ
た皮材側の耐食性を人工水(Cl-:300ppm、SO4 -2:100pp
m、Cu:5ppm)中で88℃×8時間→室温×16時間の温度条
件で30日間の浸漬試験により評価した。浸漬試験後の評
価結果を第4表及び第5表に示す。各表の「皮材側耐食
性」に示すように、本発明例はいずれも優れた耐食性を
有していることがわかる。
以上の実施例1〜4から、各本発明例は、ろう付け
性、耐食性を損なうことなく高強度を呈することが明ら
かである。なお、第2〜第5表には、Siを実質的に含ま
ない芯材(第1表の合金No.1〜4)とMg量が1.5%以下
の皮材(第1表の合金No.11、12、15〜19)の組み合せ
を参考例として掲載した。
実施例5 第6表に示す化学成分を有するアルミニウム合金を常
法により準備した。なお、No.20は4343合金ろう材であ
って、ノコロック法ろう付け、雰囲気ろう付け及びフラ
ックスろう付けに使用されているのもである。
これらを第7表に示す組み合わせにて、実施例1〜4
に示した要領でろう付け用ラジエータのチューブ材を試
作した。
これらのチューブ材のろう材面にノコロック用フラッ
クスを5g/m2塗布し、乾燥した後、融点−40℃のNガス
雰囲気中で600℃×5分間加熱を行った。
ろう付け性、強度及び耐食性(ろう材側耐食性、皮材
側耐食性)の評価結果を第8表に示す。なお、それらの
評価方法は実施例1〜4の場合と同様である。
また、皮材側の耐食試験の後に皮材の重量減少を測定
した。その結果も第8表に併記する。
第8表より明らかなように、本発明例はいずれもろう
付け性、強度とも優れ、耐食性も優れている。
また、上記重量減少は、クラッド層の消耗スピードを
示すパラメータであるが、本発明例は重量減少が少な
く、したがって、消耗速度が小さいことがわかる。
実施例6 実施例5と同一条件で加熱したラジエータのチューブ
材の皮材表面の孔食電位と、皮材をエメリー研磨紙で機
械的に除去した芯材の孔食電位を以下の条件でそれぞれ
測定した。
<測定条件> 電解液:3.5NaCl N2ガス吹き込みによる脱気 温度:25℃ 測定法:ポテンショスタットを使用した電位 走査法(掃引速度10mV/min) 測定した芯材と皮材の孔食電位の差を第8表に併記す
る。
第8表より、本発明例における芯材と皮材の孔食電位
の差は30〜120mVの範囲にあり、ラジエータのチューブ
材の内面耐食性を長期にわたり維持することができるこ
とがわかる。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、ノコロックろ
う付け法によってもろう付け性、耐食性を阻害すること
なく高強度ろう付け用アルミニウム合金複合材が得られ
るので、特に自動車用熱交換器等に使用した場合には、
薄肉軽量化、コストダウン等に顕著な効果が得られるも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るろう付け用アルミニウム合金複合
材の構成を示す説明図、 第2図及び第3図はそれぞれ本発明の応用例に係るろう
付け用アルミニウム合金複合材の構成を示す説明図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村尾 俊明 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−199572(JP,A) 特開 昭57−62858(JP,A) 特開 昭57−94544(JP,A) 特開 昭57−5840(JP,A) 特開 昭58−113367(JP,A)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で(以下、同じ)、Mg<0.1%、Mn:
    0.2〜1.5%を含み、更に必要によりCu:0.5%以下、Cr:
    0.3%以下及びZr:0.2%以下のうちの1種又は2種以上
    を含有し、残部実質的にAlからなるアルミニウム合金を
    用いたアルミニウム合金芯材の片面にAl−Si系ろう材を
    クラッドし、反対面にMg:1.5超〜2.5%を含有し、残部
    実質的にAlからなるアルミニウム合金(皮材)をクラッ
    ドしたことを特徴とするろう付け用アルミニウム合金複
    合材。
  2. 【請求項2】Mg≦0.2%、Mn:0.2〜1.5%及びSi:0.3〜1.
    3%を含み、更に必要によりCu:0.5%以下、Cr:0.3%以
    下及びZr:0.2%以下のうちの1種又は2種以上を含有
    し、残部実質的にAlからなるアルミニウム合金を用いた
    アルミニウム合金芯材の片面にAl−Si系ろう材をクラッ
    ドし、反対面にMg:0.3〜2.5%を含有し、残部実質的にA
    lからなるアルミニウム合金(皮材)をクラッドしたこ
    とを特徴とするろう付け用アルミニウム合金複合材。
  3. 【請求項3】皮材として、Mg:1.5超〜2.5%を含み、更
    にZn:2%以下を含有し、残部実質的にAlからなるアルミ
    ニウム合金をクラッドした請求項1に記載のろう付け用
    アルミニウム合金複合材。
  4. 【請求項4】皮材として、Mg:0.3〜2.5%を含み、更にZ
    n:2%以下を含有し、残部実質的にAlからなるアルミニ
    ウム合金をクラッドした請求項2に記載のろう付け用ア
    ルミニウム合金複合材。
  5. 【請求項5】皮材として、Mg:1.5超〜2.5%及びMn:0.2
    〜1.5%を含み、更に必要によりCu:0.5%以下、Cr:0.3
    %以下及びZr:0.2%以下のうちの1種又は2種以上を含
    有し、残部実質的にAlからなるアルミニウム合金をクラ
    ッドした請求項1記載のろう付け用アルミニウム合金複
    合材。
  6. 【請求項6】皮材として、Mg:0.3〜2.5%及びMn:0.2〜
    1.5%を含み、更に必要によりCu:0.5%以下、Cr:0.3%
    以下及びZr:0.2%以下のうちの1種又は2種以上を含有
    し、残部実質的にAlからなるアルミニウム合金をクラッ
    ドした請求項2に記載のろう付け用アルミニウム合金複
    合材。
  7. 【請求項7】請求項1〜6のいずれかに記載のアルミニ
    ウム合金複合材を用いてノコロックろう付け法を用いて
    組み立てたラジエータのチューブ材。
  8. 【請求項8】前記ろう材を外面にしてシーム溶接による
    製管される請求項7記載のチューブ材。
  9. 【請求項9】ノコロックらう付け後において、芯材、皮
    材及びろう材の孔食電位の関係が(貴)芯材>皮材
    (卑)であり、かつ、芯材と皮材の孔食電位の差が30〜
    120mVである請求項7に記載のチューブ材。
JP1208716A 1988-09-12 1989-08-11 ろう付け用アルミニウム合金複合材 Expired - Lifetime JP2564190B2 (ja)

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US07/405,292 US5011547A (en) 1988-09-12 1989-09-11 Aluminum alloy composite material for brazing

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JP22967988 1988-09-12
JP63-229679 1988-09-12
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