(57)【要約】【課題】薄肉であっても、高強度であり、かつ冷媒が接触するチューブ内面側と外面側の双方の耐食性が優れたアルミニウム合金ブレージングシート及び熱交換器を提供する。【解決手段】板厚０．１４ｍｍ以下のアルミニウム合金からなる芯材１の片面にＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金からなるろう材２が形成され、芯材１の他面にアルミニウム合金からなる皮材３が形成されている。ろう材２は、Ｉｎを０．０１乃至０．０８質量％又はＺｎを０．１乃至０．８質量％含有し、皮材３は、Ｚｎを０．５乃至５．０質量％含有し、更に、必要に応じて、Ｍｎを０．３乃至１．２質量％、Ｓｉを０．３乃至１．０質量％含有する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚０．１４ｍｍ以下のアルミニウム合金からなる芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金からなるろう材が形成され、前記芯材の他面にアルミニウム合金からなる皮材が形成されたアルミニウム合金複合材からなるブレージングシートにおいて、前記ろう材は、Ｉｎを０．０１乃至０．０８質量％含有し、前記皮材は、Ｚｎを０．５乃至５．０質量％含有する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。
【請求項２】
板厚０．１４ｍｍ以下のアルミニウム合金からなる芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金からなるろう材が形成され、前記芯材の他面にアルミニウム合金からなる皮材が形成されたアルミニウム合金複合材からなるブレージングシートにおいて、前記ろう材は、Ｚｎを０．１乃至０．８質量％含有し、前記皮材は、Ｚｎを０．５乃至５．０質量％含有する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。
【請求項３】
前記皮材は、更に、Ｍｎを０．３乃至１．２質量％、Ｓｉを０．３乃至１．０質量％含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
【請求項４】
前記芯材は、Ｃｕを０．６乃至０．９質量％含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金ブレージングシートを前記皮材が内面側になるように成形されたチューブを、その内部に冷媒が通流する伝熱管として使用したことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のラジエータのチューブ等に使用されるアルミニウム合金ブレージングシート及びそれを伝熱管（チューブ）として使用した熱交換器に関し、特に、高強度であると共に、ラジエータ及びヒータコア用のチューブとして使用された場合に、冷媒（クーラント）が通流する内面側の耐食性が優れており、チューブの薄肉化が可能なろう付用アルミニウム合金ブレージングシート及びそれを使用した熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウム合金製熱交換器の素材として、芯材の片面にろう材を配置し、又は芯材の両面にろう材及び皮材（犠牲材）を配置した種々のブレージングシートが使用されている。そのうち、熱交換器のチューブ部に使用される材料は、特開平１１−６１３０６号公報等に開示されているように、芯材には強度を向上させるためにＣｕ又はＳｉ等を添加したＡｌ−Ｍｎ系合金を使用し、冷媒が接触するチューブの内面側には、犠牲陽極効果を持たせるために、Ｚｎを添加したＡｌ−Ｚｎ系合金等からなる皮材を配置する一方、外面側にはＡｌ−Ｓｉ系合金等のろう材が配置された全体板厚０．２３乃至０．３ｍｍ程度のブレージングシートが使用されている。このようなブレージングシートからなるチューブは、Ａｌ合金製フィン材に形成された孔を挿通するようにフィン材に組み合わされた後、ろう付け加熱により前記ろう材が溶融してチューブがフィン材にろう付けされる。この加熱により、皮材中のＺｎは芯材に拡散し、皮材中にＺｎの濃度勾配が形成される状態となる。これにより、チューブ内面側の冷媒に接触する皮材表層ほど電位が低く、芯材側のブレージングシート中央に向かうほど電位が高くなる電位分布状態が皮材に形成される結果、チューブ使用時において、チューブ内面からの腐食が内面側表層に止まり、芯材まで進展しないという所謂犠牲陽極効果が得られる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−６１３０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、熱交換器の軽量化の要求から、使用されるブレージングシートも板厚の薄い材料が求められ、その板厚は従来よりも薄い０．１３〜０．２ｍｍ程度のものが必要とされている。このような薄肉材で、高強度及び高耐食性を実現することは極めて困難である。例えば、従来のように高強度にするために、芯材にＣｕを添加した材料を薄肉としただけでは、ろう付け加熱した際に、犠牲材（皮材）中のＺｎが、拡散により前記芯材中を通過してチューブ外面側の表面近傍にまで到達することにより、チューブ外面側の耐食性を損ねるという問題があった。
【０００５】
更に、芯材中のＣｕがろう材中に拡散し、その結果、ろう付け後のろう材側組織のＡｌ−Ｓｉ共晶部分及び初晶様部位には、Ｃｕが偏析するため、この偏析部分とその他の部分で電位に差が生じるため、チューブ外面側の耐食性が損なわれるという問題点もあった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、薄肉であっても、高強度であり、かつ冷媒が接触するチューブ内面側と外面側の双方の耐食性が優れたアルミニウム合金ブレージングシート及び熱交換器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアルミニウム合金ブレージングシートは、板厚０．１４ｍｍ以下のアルミニウム合金からなる芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金からなるろう材が形成され、前記芯材の他面にアルミニウム合金からなる皮材が形成されたアルミニウム合金複合材からなるブレージングシートにおいて、前記ろう材は、Ｉｎを０．０１乃至０．０８質量％含有し、前記皮材は、Ｚｎを０．５乃至５．０質量％含有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る他のアルミニウム合金ブレージングシートは、板厚０．１４ｍｍ以下のアルミニウム合金からなる芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金からなるろう材が形成され、前記芯材の他面にアルミニウム合金からなる皮材が形成されたアルミニウム合金複合材からなるブレージングシートにおいて、前記ろう材は、Ｚｎを０．１乃至０．８質量％含有し、前記皮材は、Ｚｎを０．５乃至５．０質量％含有することを特徴とする。
【０００９】
これらのアルミニウム合金ブレージングシートにおいて、前記皮材は、更に、Ｍｎを０．３乃至１．２質量％、Ｓｉを０．３乃至１．０質量％含有することができる。また、前記芯材は、Ｃｕを０．６乃至０．９質量％含有することができる。
【００１０】
そして、本発明に係る熱交換器は、前記アルミニウム合金ブレージングシートを前記皮材が内面側になるように成形されたチューブを、その内部に冷媒が通流する伝熱管として使用したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。図１は本発明の実施形態のアルミニウムブレージングシート４を示す断面図である。このブレージングシート４は、芯材１の片面にろう材２が形成され、他面に皮材３が形成されている。芯材１は板厚が０．１４ｍｍ以下のアルミニウム合金からなる。この芯材１は、Ｃｕを０．６乃至０．９質量％含有することができる。ろう材２はＩｎを０．０１乃至０．０８質量％含有するか、又はＺｎを０．１乃至０．８質量％含有するＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金からなる。また、皮材３はＺｎを０．５乃至５．０質量％含有するアルミニウム合金からなる。この皮材３は、更に、Ｍｎを０．３乃至１．２質量％、Ｓｉを０．３乃至１．０質量％含有することもできる。
【００１２】
このブレージングシート４は、皮材３が内面側になるようにチューブに成形され、このチューブの内部に冷媒が通流する伝熱管とすることにより、例えば、自動車ラジエータ等の熱交換器に組み立てられる。
【００１３】
以下、本発明の成分添加理由について説明する。
【００１４】
ろう材２（Ｉｎ，Ｚｎ）
本発明で使用するろう材２は、Ｉｎを０．０１乃至０．０８質量％、又は、Ｚｎを０．１乃至０．８質量％のいずれか１種を含有する。これは、ろう材２の電位を低くし、チューブ外面側に配置されるろう材２内の腐食進行方向を、ろう材２の表面に沿う方向に制御するためである。これによって、犠牲材である皮材３から拡散してくるＺｎが、チューブ外面側のろう材２に到達しても、チューブ外面側のろう材２の表面から芯材１側へ向かってろう材２の深さ方向へ腐食が進展することが抑制され、ろう材２においては、その表面に均一に腐食する。
【００１５】
更に、特に芯材１のＣｕが０．６質量％以上含まれている場合、ろう材２へ拡散した場合でも、均一にろう材２を腐食させることができる。ろう付加熱時には溶融したろうにＣｕが多く含まれることになり、Ｃｕを多く含んだろうが凝固する際には、共晶が生成する。
【００１６】
このとき、図２に示すように、Ｃｕの偏析が大きくなる。図２において、ろう材２が溶融して凝固したときには、この部分に、初晶様部位５が形成され、ろう付け後Ａｌ−Ｓｉ共晶部７が形成される。そして、この初晶様部位５とＡｌ−Ｓｉ共晶部７との境界に、Ｃｕ偏析（組成変化部位）６が形成される。この共晶部７の偏析が起きると、局所的に電位が変動し、電位差が大きくなり、電位の低いところが孔食の発生部位となる。
【００１７】
これに対し、ろう材２にＩｎを添加し、ろう材全体の電位を下げることによって、Ｃｕ偏析による部分的な電位差を解消することができる。Ｉｎの添加量が０．０１質量％未満、又は、Ｚｎ添加量が０．１質量％未満の場合には、この効果を得ることができない。また、Ｉｎが０．０８質量％を超えるか、又はＺｎが０．８質量％を超えると、ろう付け時に、ろう材２からのＩｎ又はＺｎのチューブ内面側の芯材方向への拡散量が増大し、チューブ内面側の皮材から拡散するＺｎと重なることにより、電位が低いＺｎ含有部が全板厚にわたって形成されることになり、一旦表面からの腐食が貫通に至りやすくなるため、チューブ外面側の耐食性が低下する。よって、ろう材２における添加成分の範囲は、Ｉｎの場合は０．０１乃至０．０８質量％、Ｚｎの場合は０．１乃至０．８質量％とする。
【００１８】
なお、ろう材２の基本成分として、ろう付けに必要な融点を確保するため、また溶融状態での湯流れを向上させるため、Ｓｉを８乃至１５質量％含有することが好ましい。
【００１９】
その他、ろう材２中には、前記Ｉｎ及びＺｎの効果を損なわない程度で、不純物を含んでいても構わない。例えば、０．５％以下のＦｅ、０．３％以下のＭｎ、０．１％以下のＴｉ、０．１以下のＢは許容される。
【００２０】
皮材（Ｚｎ，Ｍｎ，Ｓｉ）
チューブ内面の皮材３（犠牲材）は、Ｚｎを０．５乃至５質量％含有する。Ｚｎはチューブ内面側の皮材（犠牲材）３と芯材１に電位勾配を形成し、皮材３に犠牲陽極効果を持たせるために添加するものであるが、このＺｎ添加量が５．０質量％を超えると、ろう付け加熱によってＺｎが芯材１を超えて外面側のろう材２にまで拡散する量が増大する。このような皮材３からのＺｎの拡散量が増大すると、その結果、ろう材２にＩｎ又はＺｎを添加した場合でも、使用時にチューブ外面から腐食が発生すると、電位が低いチューブ断面方向（ろう材の厚さ方向）に腐食が進展する結果、腐食形態は孔食となり、耐久性を著しく短くしてしまう。従って、皮材３（犠牲材）のＺｎ量は５．０質量％以下とする。なお、Ｚｎ量が０．５質量％より低いと、チューブ内面側の犠牲陽極効果が十分でないため、Ｚｎ添加量は０．５質量％以上とすることが必要である。
【００２１】
また、ろう付後の強度を増大させるため、皮材３（犠牲材）にＭｎ及びＳｉを添加することが有効であり、Ｍｎ及びＳｉの組成範囲を、夫々Ｍｎ：０．３乃至１．２質量％、Ｓｉ：０．３乃至１．０質量％とすることにより、強度を更に一層向上させることができる。
【００２２】
本発明のブレージングシートの芯材１は、一般的なアルミニウム合金を使用可能である。例えば、ＪＩＳ３００３等のＡｌ−Ｍｎ系合金を使用することができる。
【００２３】
芯材１（Ｃｕ）
更に、芯材１には、強度を向上させるために、Ｃｕを０．６乃至０．９質量％添加することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して本発明の効果を説明する。下記表１に示す組成の皮材（Ｓ１〜Ｓ４）、ろう材（Ｆ１〜Ｆ６）及び芯材（Ｃ１，Ｃ２）を製作し、これらの皮材、ろう材、芯材を下記表２に示すように組み合わせて、クラッド率を夫々１３％にしてクラッド圧延し、全体の板厚が０．１５ｍｍ（芯材の厚さは全板厚の７４％の０．１１ｍｍ）の３層ブレージングシートを製造した。
【００２５】
これらの試料について，ろう付条件に相当する温度６００℃で５分間加熱した後、耐食性及び強度を以下の方法で測定して、評価した。
【００２６】
チューブ外面側のろう材側の耐食性は、連続２５０時間のＣＡＳＳ試験を行い、試験後の腐食深さを測定した。
【００２７】
チューブ内面側の皮材（犠牲材）側の耐食性は、８８℃の人工水（Ｃｌ−：３００質量ｐｐｍ、ＳＯ４＋：１００質量ｐｐｍ、Ｃｕ＋：５質量ｐｐｍ）に試験材を８時間浸漬し、その後、浸漬したまま、室温で１６時間放置した。このサイクルの腐食試験を３０日間試験し、試験後の腐食深さを測定した。
【００２８】
また、引張強さを室温で引張試験することにより測定した。その測定結果を表２に併せて示す。
【００２９】
【表１】
2004130687.tif 000003
【００３０】
【表２】
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【００３１】
表２に示す評価結果から明らかなように、本発明の実施例１、２，２−３，２−３のブレージングシートは、チューブの外面（ろう材）及び内面（皮材）ともに貫通がなく、耐食性が優れている。更に、芯材にＣｕを添加した実施例２、皮材にＳｉ、Ｍｎを添加した実施例２−２，４−２では、より高い強度が得られた。一方、比較例３，４，４−１，４−２，５，６の内、比較例３ではろう材中のＩｎが少ないため、比較例４−１ではろう材Ｚｎが少ないため、外面の耐食性が劣っていた。また、比較例４ではろう材中のＩｎが多すぎたため、比較例４−２ではろう材中のＺｎが多すぎたため、ろう付け時にろう材からのＩｎ又はＺｎの芯材側（チューブ内面側）方向への拡散量が増大し、チューブ内面の皮材から拡散するＺｎと重なることにより、外面側の耐食性が低下する。また、比較例５では、皮材（犠牲材）中のＺｎが少ないため、チューブ内面の耐食性が劣っていた。また、比較例６では皮材（犠牲材）中のＺｎが多すぎたため、外面耐食性が劣っていた。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、薄肉であっても、高強度であり、かつ冷媒が接触するチューブ内面側の耐食性とチューブ外面側の耐食性の双方が優れているブレージングシートを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のアルミニウム合金ブレージングシートの層構成を示す断面図である。
【図２】ろう付け後の共晶部、Ｃｕ偏析及び初晶部位を示す断面図である。
【符号の説明】
１：芯材
２：ろう材
３：皮材
４：ブレージングシート
５：初晶部位
６：Ｃｕ偏析（組成変化部位）
７：ろう付け後Ａｌ−Ｓｉ共晶部
【図１】
2004130687.tif 000005
【図２】
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