(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる心材と、前記心材の片面に形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金材からなる犠牲材とを有するアルミニウム合金製部材を、前記犠牲材が接合されるようにＳｉを含有するろう材を供給してろう付することにより得た自動車用熱交換器部材であって、前記犠牲材の腐食性媒体が作用する接合面上に、ろう付により形成されたフィレット部の外側最端部から２．０ｍｍを超える領域で共晶又は初晶Ｓｉ層が存在せず、前記犠牲材の前記腐食性媒体が作用する接合面は前記心材に対して３０ｍＶ以上卑であることを特徴とする自動車用熱交換器部材。
【請求項２】
前記犠牲材はＺｎ：５．０質量％以下及びＭｇ：３．０質量％以下からなる群から選択された少なくとも１種を含有するアルミニウム合金からなり、前記心材はＭｎ：０．５乃至１．５質量％及びＣｕ：１．０質量％以下を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１に記載の自動車用熱交換器部材。
【請求項３】
前記犠牲材は１０００系アルミニウム合金からなり、前記心材はＭｎ：０．５乃至１．５質量％及びＣｕ：１．０質量％以下を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１に記載の自動車用熱交換器部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エバポレー夕、ラジエー夕、ヒータコア、オイルクーラ及びコンデンサ等の装置のうち、主として、自動車用熱交換器部材に関し、特にフィンとチューブ部とのろう付接合面及びタンクとタンク部等とのろう付接合面等に、腐食性媒体が作用し、アルミニウム又はアルミニウム合金を腐食させる環境下にろう付面が曝される場合に、腐食環境側に犠牲層を使用し、ろうの残存（Ｓｉの侵入）による耐食性の低下を抑制でき部材を薄肉化した耐食性が優れたアルミニウム合金製部材を用いる自動車用熱交換器部材に関する。なお、腐食性媒体とは、例えば、水分等の熱交換器部材の腐食環境にあるもののことである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的に、熱交換器等は、心材の両面にろう材が形成された３層構造のアルミニウム合金製部材を使用し、これをろう付することにより製造されている。また、これ以外にも、熱交換器には、心材の両面にろう材が形成され、心材とろう材との間に犠牲層又は中間層等と呼ばれる犠牲防食層が設けられた４層材が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、３層構造のアルミニウム合金製部材では、ろう材が接合面以外の不要な部位にも残存するため、この箇所において、ろう付中にＳｉが心材中に侵入し、耐食性の低下を招くという問題点がある。
【０００４】
また、犠牲防食層が設けられた４層材の場合には、ろう材のＳｉが犠牲層領域に侵入するため、犠牲層の厚さはＳｉの侵入深さに一定厚みを加えた厚さが必要である。このため、薄肉化することができないという問題点がある。また、３層構造材に比べコストが嵩むという問題点もある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、腐食性媒体が作用するろう付接合面上において、ろう材の残存による耐食性の低下を抑制し耐食性が優れると共に、薄肉化できる耐食性が優れた自動車用熱交換器部材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自動車用熱交換器部材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる心材と、前記心材の片面に形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金材からなる犠牲材とを有するアルミニウム合金製部材を、前記犠牲材が接合されるようにＳｉを含有するろう材を供給してろう付することにより得た自動車用熱交換器部材であって、前記犠牲材の腐食性媒体が作用する接合面上に、ろう付により形成されたフィレット部の外側最端部から２．０ｍｍを超える領域で共晶又は初晶Ｓｉ層が存在せず、前記犠牲材の前記腐食性媒体が作用する接合面は前記心材に対して３０ｍＶ以上卑であることを特徴とする。
【０００７】
この場合、前記犠牲材はＺｎ：５．０質量％以下及びＭｇ：３．０質量％以下からなる群から選択された少なくとも１種を含有するアルミニウム合金からなり、前記心材はＭｎ：０．５乃至１．５質量％及びＣｕ：１．０質量％以下を含有するアルミニウム合金からなるものとすることができる。
【０００８】
また、前記犠牲材は１０００系アルミニウム合金からなり、前記心材はＭｎ：０．５乃至１．５質量％及びＣｕ：１．０質量％以下を含有するアルミニウム合金からなるものとすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について添付の図面を参照して詳細に説明する。図４（ａ）は本実施例に係るアルミニウム合金製部材を示す断面図である。本実施例のアルミニウム合金製部材は、アルミニウム又はアルミニウム合金材からなる心材１と、この心材１の上面に形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金材からなる犠牲材２と、心材１の下面に形成されたろう材３とを有しており、犠牲材２は心材１に対して３０ｍＶ以上卑である。また、このアルミニウム合金製部材は、ろう付後の犠牲材２の接合面上に、共晶又は初晶Ｓｉ層がろう付接合面の端部より２．０ｍｍを超える領域で存在しない。
【００１１】
本実施例のアルミニウム合金製部材において、犠牲材２は、例えばＺｎ：５．０質量％以下及びＭｇ：３．０質量％以下からなる群から選択された少なくとも１種を含有するアルミニウム合金からなり、心材１は、例えばＭｎ：０．５乃至１．５質量％及びＣｕ：１．０質量％以下を含有するアルミニウム合金からなる。また、犠牲材２は１０００系アルミニウム合金からなるものとすることができ、心材１はＭｎ：０．５乃至１．５質量％及びＣｕ：１．０質量％以下を含有するアルミニウム合金からなるものとすることができる。
【００１２】
このようなアルミニウム合金製部材は、その接合面にＳｉを含有する粉末ろう材を供給することによりろう付けすることができる。
【００１３】
本願発明者等が鋭意実験研究の結果、腐食性媒体が作用するろう付接合面を心材より３０ｍＶ以上卑である犠牲材とし、ろう付後において、ろう付接合面（フィレット）端部から２．０ｍｍを越える領域に共晶及び初晶のＳｉ層が残存しないように、例えば、フィン及びチューブ部並びにタンク及びタンク部等のろう付接合面にのみ、Ａｌ−Ｓｉ系等の粉末ろう材を必要最低量供給することにより、ろう付後のろう材の残存による耐食性の低下を抑制できることを見出した。これにより、従来、構造的に両面にろう材層が形成された４層構造の材料を必要としたが、犠牲材が形成された３層構造の材料を利用することができる。
【００１４】
本発明に係るアルミニウム合金製部材においては、アルミニウム合金を腐食させる環境下にろう付面が曝される場合に、上述の粉末ろう付技術を適用することにより、腐食環境側に犠牲材を使用できる。ろう付接合面以外ではＳｉの侵入がないので、ろう材の残存による腐食の危険性が小さく、部材の耐食性が向上する。このため、犠牲層の厚さも薄くできるので薄肉化できる。また、犠牲層等を有する３層構造を適用することもできるので、部材を薄肉化することができる。
【００１５】
また、本発明に係るアルミニウム合金製部材は、エバポレー夕、ラジエー夕、ヒータコア、オイルクーラ及びコンデンサ等に適用することができる。このうち、主として、自動車用熱交換器部材の製造に使用される。
【００１６】
以下、本発明のアルミニウム合金製材の数値限定理由について説明する。
【００１７】
ろう付後に共晶又は初晶Ｓｉ層：ろう付接合面の端部より２．０ｍｍを超える領域で存在せず
図１はＳｉの犠牲材への侵入形態を示す断面図、図２はＳｉの侵入距離が２．０ｍｍ以下である場合の防食形態を示す断面図、図３はＳｉの侵入距離が２．０ｍｍを超える場合の防食形態を示す断面図である。
【００１８】
心材１の表面に犠牲材２が形成された第１部材と、心材１の表面に犠牲材２ａが形成された第２部材とを犠牲材２、２ａの表面に、例えばＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材を塗布してろう付けした場合、フィレット部４が形成される。なお、フィレット部４とは、ろう付前の元の犠牲材２の表面から犠牲材２とフィレットとの界面に向けて延長され、この界面をとおる面と、円弧状のフィレットと、犠牲材２ａとフィレットとの界面とで囲まれる範囲と規定する。このとき、ろう材のＳｉが犠牲材２に侵入距離Ｘだけ侵入し、これにより、共晶又は初晶のＳｉ層が形成される。このため、侵入Ｓｉ及び共晶Ｓｉと近傍のα−Ａｌ相との間で腐食回路が形成される。これにより、Ｓｉ侵入部分では早期に犠牲材２が消耗する。
【００１９】
なお、Ｓｉの侵入距離（Ｓｉ残存距離）Ｘとは、フィレット部４の最端部（フィレット部４の円弧面が犠牲材２に接するようになる部位）から、犠牲材２におけるフィレット部４が形成されていない側において共晶又は初晶Ｓｉ層の残存が確認される部位までの最大距離と定義する。また、腐食深さはろう付後の犠牲材２の表面からの板厚方向の腐食距離とする。
【００２０】
しかしながら、図２に示すように、Ｓｉの侵入距離Ｘが２．０ｍｍ以内では、残存する犠牲材２によりフィレット部４の端部Ｂまで防食効果が作用し、耐食性を確保することができる。
【００２１】
一方、図３に示すように、Ｓｉの侵入距離Ｘが２．０ｍｍを超えると、防食効果が低下して腐食深さが深くなり、図２に示すフィレット部４の端部Ｂの近傍で心材１に達する腐食となる。従って、ろう付後に共晶又は初晶Ｓｉ層はろう付接合面の端部より２．０ｍｍを超える領域に存在しない。
【００２２】
腐食性媒体の作用する面：心材に対して３０ｍＶ以上卑
腐食性媒体の作用する面において、犠牲材と心材との電位差が３０ｍＶ未満では、犠牲材としての防食効果が十分得られない。従って、腐食性媒体の作用する面は心材に対して３０ｍＶ以上卑とする。
【００２３】
犠牲材：Ｚｎ：５．０質量％以下及びＭｇ：３．０質量％以下からなる群から選択された少なくとも１種を含有するアルミニウム合金
Ｚｎ及びＭｇは電位を卑とする効果を有する元素であり、本発明においては、心材との電位バランスを制御するため、犠牲材に適宜添加することができる。
【００２４】
犠牲材中のＺｎの含有量が５．０質量％を越えると、犠牲材の強度及び硬度等が極めて高くなり、犠牲材と心材との間で圧延性及び成形性等に著しい差異を生じる。このため、圧延及び成形等が困難になると共に、心材と犠牲材との電位差が大きくなりすぎて接合部が早期に腐食してしまい耐食性が低下する。従って、犠牲材のＺｎの含有量は５．０質量％以下とすることが好ましい。
【００２５】
一方、犠牲材中のＭｇの含有量が３．０質量％を越えると、クラッド圧着性が低下する。従って、犠牲材中のＭｇの含有量は３．０質量％以下とすることが好ましい。
【００２６】
なお、犠牲材としては、上記組成のアルミニウム合金に限らず、例えば、ＪＩＳ  １０００系アルミニウム合金も使用できる。ＪＩＳ  １０００系アルミニウム合金は純度が高く、Ｍｎ又はＣｕ等の電位を貴とする元素が少ないため、犠牲材として好適である。
【００２７】
心材：Ｍｎ：０．５乃至１．５質量％
Ｍｎは心材の強度を向上させると共に、電位を貴とし、耐食性を向上させることができる。心材中のＭｎの含有量が０．５質量％未満であると、強度を向上させる効果が低下すると共に、電位を貴とする効果が低減し、犠牲材との電位差が小さくなるので、犠牲材の防食効果が小さくなり、耐食性が低下する。一方、心材中のＭｎの含有量が１．５質量％を越えると、粗大な化合物を形成し、素材の加工性を低下させると共に、電位を貴とする効果はそれ以上向上しない。従って、心材のＭｎの含有量は０．５乃至１．５質量％であることが望ましい。
【００２８】
心材：Ｃｕ：１．０質量％以下を含有するアルミニウム合金
Ｃｕは心材の強度を向上させると共に、電位を貴とし、耐食性を向上させることができる。心材中のＣｕの含有量が１．０質量％を越えると、粗大な化合物を形成し、素材の加工性を低下させる。従って、心材のＣｕの含有量は１．０質量％以下とすることが好ましい。なお、Ｃｕの添加量は犠牲材中のＺｎ又はＭｇの量によって０乃至１．０質量％の範囲で適宜添加することが好ましい。
【００２９】
なお、心材中には強度を向上させる元素として、更にＳｉ及びＭｇ（真空ろう付の場合）等を添加することができる。また、腐食起点の分散又は層状化等の機構により耐食性を向上させる元素としてＴｉ及びＺｒ等があり、これらの元素を添加しても構わない。
【００３０】
なお、本発明における粉末ろう材とは、Ａｉ−Ｓｉ系合金材又はＳｉ粉末単体で構成されるろう付成分である。
【００３１】
なお、ろうの流れを良くしてろう付性を向上させるものとしてＢｉ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｍｇ、Ｎｉ及びＢａ等があり、ろう付部位の耐食性を向上させるものとしてＩｎ等があり、ろう材の融点を降下させろう付温度の低温化を得るものとしてＺｎ、Ｃｕ及びＧｅ等がある。本発明においては、これらの元素を適宜添加することができる。
【００３２】
また、フラックスには市販の非腐食性フッ化物系フラックス（商品名：ノコロックフラックス）の他、ＣｓＦ系フラックス又は塩化物系のフラックス等がある。更に、エチルアルコール等の有機溶剤又はアクリル系樹脂等の有機樹脂（バインダ）を適宜使用しても構わない。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明に係るアルミニウム合金製部材の実施例について、その特性を比較例と比較して具体的に説明する。
【００３４】
下表１に示す化学組成を有する心材用アルミニウム合金、犠牲材用アルミニウム合金及びろう材用アルミニウム合金を各々通常の方法により溶解・鋳造し、心材、犠牲材及びろう材を得た。図４（ａ）は本実施例に係るアルミニウム合金製部材を示す断面図、（ｂ）は両面にろう材が形成された３層構造の比較材を示す断面図、図５は両面にろう材が形成された４層構造の比較材を示す断面図である。なお、図４（ａ）及び（ｂ）並びに図５に示す数値の単位はｍｍである。
【００３５】
これらの材料の種々の組合せにより加工し、ろう材３と、ろう材３の上に形成された心材１と、心材１の上に形成された犠牲材２とからなる板厚が０．４ｍｍのクラッド材を作製した。但し、クラッド率は犠牲材２を１５％、ろう材３を１０％とした。
【００３６】
また、図４（ｂ）及び図５に示すように、比較材として、フラックスろう付用には、心材１の両面にろう材３が形成された３層構造の両面ろう材（ＪＩＳ  ４０４５材（ろう材）と、Ａｌ−１質量％Ｍｎ−０．５質量％Ｃｕ材（心材）と、ＪＩＳ  ４０４５材（ろう材）との３層構造で各ろう材３のクラッド率が１０％）と、心材１の片面にろう材３が形成され、残りの面に中間層５及びろう材３が順次形成された４層構造の両面ろう材（ＪＩＳ  ４０４５材（ろう材）と、ＪＩＳ  ７０７２材（中間層）と、Ａｌ−１質量％Ｍｎ−０．５質量％Ｃｕ材（心材）と、ＪＩＳ  ４０４５材（ろう材）との４層構造で各ろう材のクラッド率が１０％、中間層のクラッド率が１２％）とを使用した。
【００３７】
真空ろう付用には、比較材として、図４（ｂ）に示す３層構造の両面ろう材（ＪＩＳ  ４００４材（ろう材）と、Ａｌ−１質量％Ｍｎ−０．５質量％Ｃｕ材（心材）と、ＪＩＳ  ４００４材（ろう材）との３層構造で各ろう材のクラッド率が１０％）と、図５に示す４層構造の両面ろう材（ＪＩＳ  ４００４材（ろう材）と、Ａｌ−０．２質量％Ｍｇ材（中間層）と、Ａｌ−１質量％Ｍｎ−０．５質量％Ｃｕ材（心材）と、ＪＩＳ  ４００４材（ろう材）との４層構造で各ろう材３のクラッド率が１０％、中間層５のクラッド率が１２％）とを使用した。なお、下記表１に示す比較例No.１７はＡｌ−０．５質量％Ｍｎ−０．２質量％Ｍｇ材（犠牲材）とＡｌ−０．５質量％Ｍｎ−０．０５質量％Ｃｕ材（心材）との積層構造をＡｌ−０．５Ｍｎ−０．２Ｍｇ／Ａｌ−０．５Ｍｎ−０．０５Ｃｕと表している。また、表１の犠牲材の備考の欄に示す「Ａｌ：９９．７」はＡｌの含有量が９９．７質量％であることを示す。
【００３８】
上述の各クラッド材において、腐食性媒体が作用する面は、本実施例のクラッド材においては、犠牲材２の上面２０であり、３層構造の比較材においては、ろう材３の上面２１であり、４層構造の比較材においては、ろう材３の上面２２である。各クラッド材の電位差について測定した。３層材では犠牲材表面と心材部との電位差を測定した。また、４層材ではろう付後の表面と心材部との電位差を測定した。この電位差は、各部位において後述する孔食電位の測定方法により孔食電位を測定し、その差をとって算出されるものである。
【００３９】
粉末ろう材は、市販のＡｌ−１０質量％Ｓｉ合金を使用した。フラックスは、市販の非腐食性フッ化物系フラックス（商品名：ノコロックフラックス）を使用した。粉末ろう材とフラックスとの混合には、粉末ろう材をペースト状とするため、分散液として、イオン交換水を使用し、その濃度は２０質量％とした。このペーストを使用してろう付した。真空ろう付用には、フラックスを含有しないろう材を使用した。そして、ろう付に際してそれを塗布し、ろう付した。
【００４０】
図６（ａ）はろう付加熱試験に使用されるプレス成形品を示す断面図、（ｂ）はその上面図、（ｃ）は（ａ）の拡大図である。なお、図６（ａ）乃至（ｃ）に示す数値の単位はｍｍである。
【００４１】
次に、前記各クラッド材及び比較材を中央部分が張り出した形状にプレス成形した。プレス材１０の接合面１１に片面当たり１００ｇ／ｍ2となるように前記ペーストを塗布した。また、プレス材１０の接合面１１には穴１２が形成されている。このプレス成形品における腐食性媒体の作用する面は、プレス材１０の上面２３である。
【００４２】
このプレス材１０のフラックスろう付では、窒素ガス雰囲気中で５９５℃の温度で３分間加熱してろう付した。また、真空ろう付では、４．８×１０-6Ｐａの真空度において５９５℃の温度で３分間加熱してろう付した。
【００４３】
その後、上記ろう付製品について、Ｓｉの侵入距離Ｘを測定し、更に最大孔食深さ及び孔食電位を測定し、これを評価した。Ｓｉの侵入距離Ｘについては、ろう付後の部位の断面を写真観察して測定した。
【００４４】
最大孔食深さについては、ＯＹ水（Ｃｌ-：１９５質量ｐｐｍ，ＳＯ42-：６０質量ｐｐｍ，Ｃｕ2+：１質量ｐｐｍ及びＦｅ3+：３０質量ｐｐｍの水溶液）中に浸潰した後、８８℃の温度において８時間保持し、その後、室温において１６時間保持し、合計２４時間を１サイクルとして、１２０サイクル連続して繰り返した。そして、最大腐食部の断面を顕微鏡により観察し、最大孔食深さを測定した。これにより、耐食性を評価した。
【００４５】
また、孔食電位の測定については、１Ｎ−ＡｌＣｌ3溶液中（室温）で、電位掃引速度２０ｍＶ／分で行った。なお、孔食電位はＪＩＳ  １０５０アルミニウム材で−７４５ｍＶ、ＪＩＳ  ３００３アルミニウム合金材で−７２０ｍＶ、ＪＩＳ  ７０７２アルミニウム合金材で−８６２ｍＶ、Ａｌ−５質量％Ｍｎ材で−８９０ｍＶである。また、表２の電位差の欄に示す「−」は測定していないことを示す。
【００４６】
【表１】
0004386225.tif 000002
【００４７】
【表２】
0004386225.tif 000003
【００４８】
上記表２に示すように、実施例No.１乃至１１は請求項３も満足するので、ＯＹ水による１２０サイクル後においても、心材と犠牲材との界面近傍で板厚方向への腐食の進行が停止し、優れた耐食性能を示した。
【００４９】
また、実施例１２は請求項１を満足するものの、心材のＭｎの含有量が０．５質量％未満であり、請求項２及び３の下限値未満であるため、耐食性が若干低下した。実施例No.１３は請求項１を満足するものの、心材のＭｎの含有量が１．５質量％を超え、請求項２及び３の上限値値を超えているので、第２相粒子が多く、圧延性が低下したため、評価しなかった。実施例No.１４は請求項１を満足するものの、心材のＣｕの含有量が１．０質量％を超え、請求項２及び３の上限値を超えているので、固相線温度が低下しろう付に不適であるため、評価しなかった。実施例No.１５は請求項１を満足するものの、犠牲材のＺｎの含有量が５．０質量％を超え、請求項２の上限値を超えているので、犠牲層の強度及び硬度等が極めて高くなり、犠牲材と心材との間で圧延性及び成形性等に著しい差異が生じた。このため、クラッド性が低下した。実施例No.１６は請求項１を満足するものの、犠牲材のＭｇの含有量が３．０質量％を超え、請求項２の上限値を超えているので、クラッド性が低下した。
【００５０】
一方、比較例No.１７は犠牲材と心材との電位差が３０ｍＶ未満であるので、十分な犠牲効果が得られず、耐食性が低下した。比較例No.１８乃至２１は、ろう付後において、腐食媒体が作用する面上において接合面から２．０ｍｍを越える領域にも、共晶又は初晶Ｓｉ層が残存するため、フィレット部近傍まで犠牲防食が作用されず、早期に腐食が進行する。
【００５１】
また、比較例No.１９及び２１は犠牲防食の効果を有する中間層があるため、比較例No.１８及び２１に比べて耐食性は良好であるが、前述の如く、腐食媒体が作用する面上において接合面から２．０ｍｍを越える領域にも、共晶又は初晶Ｓｉ層が残存するため、本発明の犠牲層が形成された３層構造材に比べて早期に腐食が進行する。比較例No.２２はろう付後に、共晶又は初晶Ｓｉ層が接合面（フィレット部）の端部から２．０ｍｍを越える領域に残存するため、フィレット部近傍部に対する防食効果が低くなり、耐食性が低下した。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、犠牲材と心材との電位差及びろう付後の接合面からの共晶又は初晶のＳｉの残存距離を適切に規定しているので、従来、構造的に両面ろう材層が形成された４層構造材を必要としたが、犠牲材が形成された３層構造材を利用することができ、腐食性媒体が作用するろう付接合面上において、ろう材の残存による耐食性の低下を抑制することができる。このため、耐食性が優れると共に、薄肉化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｉの犠牲材への侵入形態を示す断面図である。
【図２】Ｓｉの侵入距離が２．０ｍｍ以下である場合の防食形態を示す断面図である。
【図３】Ｓｉの侵入距離が２．０ｍｍを超える場合の防食形態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は本実施例に係るアルミニウム合金製部材を示す断面図、（ｂ）は両面にろう材が形成された３層構造の比較材を示す断面図である。
【図５】両面にろう材が形成された４層構造の比較材を示す断面図である。
【図６】（ａ）はろう付加熱試験に使用されるプレス成形品を示す断面図、（ｂ）はその上面図、（ｃ）は（ａ）の拡大図である。
【符号の説明】
１；心材
２；犠牲材
３；ろう材
４；フィレット部
５；中間層
２０、２１、２２、２３；上面
【図１】
0004386225.tif 000004
【図２】
0004386225.tif 000005
【図３】
0004386225.tif 000006
【図４】
0004386225.tif 000007
【図５】
0004386225.tif 000008
【図６】
0004386225.tif 000009