(57)【要約】【課題】アルミニウム合金ブレージングシートにおいて、約６００℃で行われるノコロックろう付け工法においても良好なろう付け性を得ることができ、且つろう付け後に優れた疲労強度を有するろう材およびそのろう材を用いたアルミニウム合金ブレージングシートを提供する。【解決手段】Ｓｉ：７〜１３質量％を含有し、Ｍｎ：０．１〜１．５質量％およびＣｕ：０．１〜１．０質量％のうち１種または２種を含有し、且つＮａ：０．０１〜０．２質量％およびＳｒ：０．０１〜０．２質量％のうち１種または２種を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材、およびそのろう材を表面の片面または両面にクラッドしたアルミニウム合金ブレージングシート。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：７〜１３質量％を含有し、Ｍｎ：０．１〜１．５質量％およびＣｕ：０．１〜１．０質量％のうち１種または２種を含有し、且つＮａ：０．０１〜０．２質量％およびＳｒ：０．０１〜０．２質量％のうち１種または２種を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金ろう材。
【請求項２】
心材を有するアルミニウム合金ブレージングシートの表面の片面または両面に請求項１記載のアルミニウム合金ろう材をクラッドしたことを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金ブレージングシートに関するものであり、特にラジエータ、コンデンサなどの自動車用熱交換器の構成部材として好適に使用されるアルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金ブレージングシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は軽量かつ高熱伝導性を備えているため、自動車用熱交換器、例えば、ラジエータ、コンデンサ、エバポレータ、ヒーター、インタークーラーなどに用いられている。自動車用熱交換器は主にろう付け法によって製造される。通常、ろう付けはＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材を用い、非腐食性フラックスを用いたノコロックろう付け法によって、６００℃程度の高温で行われる。従って、ろう付け性に優れ、且つろう付け後に高い強度を有するアルミニウム合金ブレージングシートが必要とされている。
ろう付けを用いて製造するアルミニウム合金製熱交換器は、主に放熱を担うコルゲート成形したフィンと、冷却水や冷媒を循環させるためのチューブとで構成される。冷却水や冷媒の通路を構成する材料が破壊することで貫通すれば、内部を循環している冷却水や冷媒の漏洩が生じる。そのため、製品寿命を向上させるために、ろう付け後の疲労強度に優れたアルミニウム合金ブレージングシートが必要不可欠とされている。
【０００３】
ところで、近年は自動車の軽量化に対する要求が高まり、それに対応するため自動車用熱交換器の軽量化も求められている。そのため、熱交換器を構成する各部材の薄肉化が検討されており、アルミニウム合金ブレージングシートのろう付け後の疲労強度をさらに向上させることが必要とされている。
従来、自動車用熱交換器の構成部材には、ＪＩＳ３００３合金に代表されるようなＡｌ−Ｍｎ系合金の心材にＪＩＳ４３４３合金やＪＩＳ４０４５合金などのろう材合金をクラッドしたブレージングシートが用いられてきた。しかしながら、ＪＩＳ３００３合金心材を使用したクラッド材のろう付け後強度は１１０ＭＰａ程度であり、強度が十分であるとはいえない。そこで、Ａｌ−Ｍｎ系合金心材にＣｕ等の固溶強化に寄与する元素を添加し、強度向上を図ってきた。
【０００４】
また、薄肉化しても、ろう付け接合部の強度を向上させるために、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材にＳｒおよびＮａを添加したろう材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このろう材は、これら元素の添加によってろう付け部の凝固組織を微細化させたものである。
さらに、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材、或いはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材にＣｕやＭｎを添加したろう材を用いたブレージングシートが提案されている（例えば、特許文献２、３）。
【特許文献１】特開平０５−１０４２８１号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８１７９５号公報
【特許文献３】特開昭６４−５２０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ブレージングシートの疲労破壊は、材料の表層から発生するものであるので、材料表層の強度を向上させ、クラックの発生を抑制することが重要である。特に、近年はブレージングシートの薄肉化が進行しており、クラックが発生して、発達し、破断するまでの時間が非常に短い。そのため、ブレージングシートの疲労強度を向上させるためには、クラックの発達の抑制はもとより、それ以上にクラック発生を抑えることが重要である。クラック発生を抑制するために、ブレージングシートの表層となるろう材を強化することで、ブレージングシートの疲労強度を向上させることができれば、熱交換器の耐久寿命も向上する。
【０００６】
このように、アルミニウム合金ブレージングシートの薄肉化の要求を満たし、かつ熱交換器を構成するブレージングシートの耐久性を向上させる必要がある。しかし従来、肉薄でろう付け性を確保しつつさらなる強度向上を達成するに至る特性を得ることは困難であった。
本発明は、この問題点を解消する目的で行われたものであって、アルミニウム合金ブレージングシートにおいて、約６００℃で行われるノコロックろう付け法においても良好なろう付け性を得ることができ、且つろう付け後に優れた疲労強度を有するろう材およびそれを用いたアルミニウム合金ブレージングシート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】
【０００７】
本発明者らは上記課題について研究した結果、特定の合金組成を有するろう材およびそのろう材を用いたブレージングシートがその目的に適合することを見出し、これに基づき本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、
（１）Ｓｉ：７〜１３％（質量％、以下同じ）を含有し、Ｍｎ：０．１〜１．５％およびＣｕ：０．１〜１．０％のうち１種または２種を含有し、且つＮａ：０．０１〜０．２％およびＳｒ：０．０１〜０．２％のうち１種または２種を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金ろう材、および、
（２）心材を有するアルミニウム合金ブレージングシートの表面の片面または両面に前記（１）記載のアルミニウム合金ろう材をクラッドしたことを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシート、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のアルミニウム合金ろう材は、肉薄でありながらろう付け性に優れ、且つろう付け後の表層強度を高くすることで疲労強度に優れたアルミニウム合金ブレージングシートを製造することができる。そして、このブレージングシートは肉薄であり、熱交換器の部材として軽量で熱伝導性に優れ、熱交換器の寿命をさらに長くさせることができ、特に自動車の熱交換器用として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のアルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金ブレージングシートの好ましい実施の態様について、詳細に説明する。
まず、本発明のアルミニウム合金ろう材の成分元素の添加理由および添加範囲について説明する。
【００１０】
Ｓｉ：Ｓｉはろう付け性に対し重要な成分であり、アルミニウム合金の融点を低下させ、溶融時の流動性を高める。Ｓｉの含有量は、７〜１３質量％（以下、単に％と略記する）の範囲であり、７％未満ではその融点の低下効果が小さく、１３％を超えると共晶点を過ぎているため、Ｓｉ量の増加に伴いろう材の融点が高くなり、流動性が低下する。また、Ｓｉが多すぎると過共晶組成となるため、粗大な初晶Ｓｉを生成し、加工性の低下をまねく。同様の理由で、好ましいＳｉの含有量は８〜１２％である。
【００１１】
Ｍｎ：ＭｎはＳｉとともに化合物を形成し、析出強化として作用し、或いはマトリクスに固溶して固溶強化により強度を向上させる。Ｍｎの含有量は、０．１〜１．５％の範囲であり、０．１％未満ではその効果が小さく、１．５％を超えると、ろう材の流動性低下をまねく。好ましくは、その含有量は０．３〜１．０％である。
Ｃｕ：Ｃｕは固溶強化により強度を向上させる。Ｃｕの含有量は、０．１〜１．０％の範囲であり、０．１％未満ではその効果が小さく、１．０％を超えると、ろう材の耐食性が低下するとともに自然電位が貴になることで、ブレージングシートの耐食性も低下する。好ましくは、その含有量は０．３〜０．８％である。
本発明のアルミニウム合金ろう材では、ＭｎおよびＣｕはいずれか一方が含有されていてもよく、また両者が共に含有されていてもよい。
【００１２】
Ｓｒ：Ｓｒは、ろう材中の共晶Ｓｉを微細化させる作用・効果がある。共晶Ｓｉを微細化させることで、ろう材を均一に溶融させることができ、ろう付け性が向上する。また、ろう付け後のろう材の凝固組織を微細化させることで、クラック発生を抑制し、疲労強度を向上させる。Ｓｒの含有量は０．０１〜０．２％、好ましくは、０．０５〜０．１５％の範囲であり、０．０１％未満ではその効果が小さく、０．２％を超えると、その作用・効果が飽和し、より一層の効果が望めない。
Ｎａ：ＮａはＳｒと同様、ろう材中の共晶Ｓｉを微細化させる作用・効果がある。Ｎａの含有量は、０．０１〜０．２％の範囲であり、０．０１％未満ではその効果が小さく、０．２％を超えると、その効果が飽和し、より一層の効果が望めない。Ｎａの含有量は、好ましくは０．０５〜０．１５％である。
本発明のアルミニウム合金ろう材では、ＳｒおよびＮａはいずれか一方が含有されていてもよく、また両者が共に含有されていてもよい。
【００１３】
次に、本発明のアルミニウム合金ブレージングシートについて説明する。
本発明のアルミニウム合金ブレージングシートは、心材を有するアルミニウム合金ブレージングシートにおいて、その表面の片面または両面に上記した本発明のアルミニウム合金ろう材をクラッドしたものである。
ブレージングシートは、心材の片面または両面にろう材がクラッドされたもの、また、ろう材が片面にクラッドされた場合は、心材の他方の面に犠牲陽極材をクラッドすることもできる。さらに、心材とろう材の間に中間材をクラッドし、心材に添加したＭｇのろう材側への拡散防止、溶融ろう材の心材への侵食の阻止、耐食性の向上等を図ることも好ましい。
すなわち、本発明のアルミニウム合金ブレージングシートは、ａ．ろう材−心材、ｂ．ろう材−心材−ろう材、ｃ．ろう材−心材−犠牲陽極材、ｄ．ろう材−中間材−心材−犠牲陽極材、ｅ．ろう材−中間材−心材−ろう材等からなる各材料を積層した構造を有するものが挙げられる。
【００１４】
本発明で採用する心材、犠牲陽極材、中間材は、それぞれ公知のどのようなアルミニウム合金でもよいが、心材としては、ＪＩＳ ３００３合金等のＡｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金等、高強度で、高耐食性の合金が好ましい。
犠牲陽極材としては、ＪＩＳ ７０７２合金等のＡｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金が主に用いられる。
中間材としては、ＪＩＳ ３００３合金等のＡｌ−Ｍｎ系合金、ＪＩＳ １１００合金等の純Ａｌ系合金が主に用いられる。
【００１５】
一般に、アルミニウム合金ブレージングシートは、ろう付け加熱によってろうが溶融し、材料の表面に最終凝固部である共晶Ｓｉと初晶αが混在する組織が形成される。この共晶Ｓｉと初晶αが混在した組織は、針状のＳｉがクラック発生の起点となりやすくなるが、本発明では、材料の最表層にあたるろう材にＭｎ、Ｃｕの元素を添加して材料の表面を強化し、強度向上と共にクラックの伝播を抑制する。さらに、ＳｒやＮａを添加してろう付け加熱後の凝固組織を微細化させることにより、クラック発生の抑制に対してより一層高い効果を得ることができる。
本発明のブレージングシートの疲労強度が格段に向上するのは、これらの相乗効果によるものと思われる。そして、本発明のアルミニウム合金ブレージングシートは、肉薄でありながら耐食性、強度に優れ、ろう付け性も良好であるので、軽量の自動車用熱交換器の作製に好適である。
【実施例】
【００１６】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
表１に示す金属成分および組成をもつ各試験材Ｎｏ．のろう材をそれぞれ金型鋳造により鋳造して、各々両面を面削して仕上げ、熱間圧延により５ｍｍの厚さまで圧延した。次に、心材としてＪＩＳ３００３合金を金型鋳造により鋳造し、６００℃×３ｈの均質化処理を実施し、その後面削して仕上げ、４０ｍｍ厚とした。その後、心材の両面に各々１０％のクラッド率でろう材を組み合わせて、５００℃にて熱間圧延により圧着して、３．５ｍｍの３層クラッド材とした。その後、冷間圧延を行い、０．５ｍｍの板材とし、３８０℃×２ｈの最終焼鈍を行い、Ｏ調質材とした。
【００１７】
次に、前記作製した板材の一部を供試材とし、供試材のろう付け後の疲労強度、ろう付け性の評価を下記に示す方法で行い、それらの結果を表２に示した。
（１）疲労強度：
６００℃×３ｍｉｎのろう付け加熱後、５０℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却し、供試材を作製した。この供試材の完全片振りの定ひずみ平面曲げ疲労試験を、周波数１５Ｈｚ、曲げ角度θ＝１０°、応力振幅１５０ＭＰａの条件で室温にて実施し、破断に至るまでのサイクル数を測定した。
（２）フィン接合率：
３００３合金のフィン材をコルゲート成形し、上記供試材のろう材面とあわせた後、これを５％のフッ化物フラックス水溶液中に浸漬し、２００℃で乾燥後に６００℃×３ｍｉｎのノコロックろう付け加熱を行った。この試験コアのフィン接合率が、９５％以上のものはろう付け性が良好「○」、９５％未満のものはろう付け性が不十分「×」とした。
（３）耐エロージョン性：
上記と同様の条件で試験コアを作製後、断面ミクロ観察を行い、エロージョン発生の有無を確認した。エロージョン無しは「○」、エロージョン有りは「×」とした。
【００１８】
【表１】
2008068293.tif 000002
【００１９】
【表２】
2008068293.tif 000003
【００２０】
表１、２から明らかなように、本発明例である試験材Ｎｏ．１〜８は、疲労試験における破断までのサイクル数が１×１０６回以上であり、且つフィン接合率、耐エロージョン性などのろう付け性が優れていた。
それに対して、比較例である試験材Ｎｏ．９、１０、１２は、疲労試験における破断までのサイクル数が１×１０６回未満であり、疲労強度が十分でなかった。また、試験材Ｎｏ．９は、ろう材中のＳｉ含有量が少なかったため、Ｎｏ．１２、１３は、ろう材中のＭｎまたはＣｕの含有量が多すぎたためにフィン接合率が低下した。試験材Ｎｏ．１１、１３は、ろう材中のＣｕ含有量が多すぎたため、エロージョンが発生した。試験材Ｎｏ．１４は、ろう材中のＳｉ含有量が多く、過共晶組成になったために、鋳造時に初晶Ｓｉが生成し、ろう付け時にその周りが溶融してエロージョンが発生した。