(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板に重ねられ、自己が優先的に腐食されて前記アルミニウム又はアルミニウム合金板を防食する犠牲防食アルミニウム合金板において、Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％及びＺｒ：０．０５乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とする犠牲防食アルミニウム合金板。
【請求項２】
アルミニウム合金からなる心材の片面に請求項１に記載の犠牲防食アルミニウム合金がクラッドされていることを特徴とする複合材。
【請求項３】
アルミニウム合金からなる心材の一方の面にＡｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金のろう材がクラッドされ、他方の面に請求項１に記載の犠牲防食アルミニウム合金がクラッドされていること特徴とする複合材。
【請求項４】
アルミニウム合金からなる心材の片面又は両面にＡｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金のろう材を有し、前記心材と前記ろう材との間に請求項１に記載の犠牲防食アルミニウム合金がクラッドされていることを特徴とする複合材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ろう付により製造される熱交換器等に使用される犠牲防食アルミニウム合金板及びその複合材に関し、特に、自動車等のラジエータ、ヒータ、コンデンサ、エバポレータ及びオイルクーラ等に好適に使用される耐食性が優れた犠牲防食アルミニウム合金板及びその複合材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の熱交換器、例えばラジエータは、アルミニウム合金製の冷煤を通すチューブ管とフィンとを交互に積層し、一体ろう付される。図３は、従来のクラッド材を示す断面図である。従来、ラジエータ等の熱交換器のチューブ管では、図１に示すように、冷煤である冷却水の通路部は耐食性確保のため、純Ａｌ又はＡｌ−Ｚｎ系の犠牲陽極材１２を心材１１にクラッドした材料が使用されている。
【０００３】
また、近年、地球環境保護の観点から、これらのクラッド材を使用した熱交換器等は、軽量及び小型化の方向にあり、材料の薄肉化が進んでいる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、小型化及び軽量化に伴う材料の薄肉化により、従来の犠牲材では耐食性が充分でないという問題点がある。
【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、薄肉化されたものであっても優れた犠牲防食効果を有する犠牲防食アルミニウム合金板及びその複合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】
本発明に係る犠牲防食アルミニウム合金板は、アルミニウム又はアルミニウム合金板に重ねられ、自己が優先的に腐食されて前記アルミニウム又はアルミニウム合金板を防食する犠牲防食アルミニウム合金板において、Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％及びＺｒ：０．０５乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の参考例に係る犠牲防食アルミニウム合金板は、アルミニウム又はアルミニウム合金板に重ねられ、自己が優先的に腐食されて前記アルミニウム又はアルミニウム合金板を防食する犠牲防食アルミニウム合金板において、Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％及びＺｒ：０．０５乃至０．３質量％を含有し、更に、Ｚｎ：０．０５乃至５．０質量％及びＭｇ：０．０１乃至５．０質量％からなる群から選択された１種又は２種の金属を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の参考例に係る他の犠牲防食アルミニウム合金板は、アルミニウム又はアルミニウム合金板に重ねられ、自己が優先的に腐食されて前記アルミニウム又はアルミニウム合金板を防食する犠牲防食アルミニウム合金板において、Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％及びＺｒ：０．０５乃至０．３質量％を含有し、更に、Ｚｎ：０．０５乃至５．０質量％及びＭｇ：０．０１乃至５．０質量％からなる群から選択された１種又は２種の金属を含有し、更に、Ｓｉ：０．０５乃至１．０質量％、Ｆｅ：０．０５乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．０質量％、Ｎｉ：０．０５乃至１．０質量％からなる群から選択された１種又は２種以上の金属を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る複合材は、アルミニウム合金からなる心材の片面に請求項１に記載の犠牲防食アルミニウム合金がクラッドされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る他の複合材は、アルミニウム合金からなる心材の一方の面にＡｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金のろう材がクラッドされ、他方の面に請求項１に記載の犠牲防食アルミニウム合金がクラッドされていること特徴とする。
【００１１】
本発明に係る他の複合材は、アルミニウム合金からなる心材の片面又は両面にＡｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金のろう材を有し、前記心材と前記ろう材との間に請求項１に記載の犠牲防食アルミニウム合金がクラッドされていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る複合材を示す模式的断面図である。本実施例の複合材においては、アルミニウム合金からなる心材１の一方の面にろう材２がクラッドされ、他方の面に犠牲防食アルミニウム合金板３がクラッドされている。
【００１３】
心材１としては、Ｓｉ：０．０５乃至１．０質量％、Ｃｕ：０．０５乃至１．０質量％及びＭｎ：０．５乃至２．０質量％を含有し、更に、Ｍｇ：０．０１乃至０．６質量％、Ｃｒ：０．０５乃至０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％及びＴｉ：０．０５乃至０．３質量％からなる群から選択された１種以上の金属を含有するものが好ましい。また、ろう材２としては、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を使用することができる。
【００１４】
犠牲防食アルミニウム合金板３としては、Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％及びＺｒ：０．０５乃至０．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を使用することができる。また、このアルミニウム合金に更にＺｎ：０．０５乃至５．０質量％及びＭｇ：０．０１乃至５．０質量％の１種又は２種を含有したものを使用することもできる。また、更にＳｉ：０．０５乃至１．０質量％、Ｆｅ：０．０５乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．０質量％、Ｎｉ：０．０５乃至１．０質量％の１種又は２種以上を含有したものを使用してもよい。
【００１５】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図２は、本実施例に係る複合材を示す模式的断面図である。図２に示すように、本実施例の複合材においては、アルミニウム合金からなる心材１の両面にろう材２を有し、このろう材２と心材１との間に犠牲防食アルミニウム合金板３が夫々クラッドされている。本実施例の心材１、ろう材２、及び犠牲防食アルミニウム合金板３は、第１の実施例と同様の構成とすることができる。また、複合材の用途に応じて心材の片面のみに犠牲防食アルミニウム合金板３が形成されるか、又はろう材２及び犠牲陽極アルミニウム合金板３が心材１の片面のみにクラッドされていてもよい。
【００１６】
以下、本発明の犠牲防食アルミニウム合金の組成限定理由について説明する。
【００１７】
Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％且つＺｒ：０，０５乃至０．３質量％
Ｔｉは単独で添加しても犠牲防食アルミニウム合金板の耐食性を向上する効果を有するが、Ｚｒと共存することにより、犠牲防食アルミニウム合金板の腐食形態を層状腐食とすると共に、その腐食速度を低減する効果を有し、これにより犠牲防食アルミニウム合金板の耐食性を向上させる効果がある。このように、犠牲防食アルミニウム合金板の耐食性を向上させることにより、心材にクラッドする犠牲防食アルミニウム合金板を極めて薄くしても、自己腐食が速すぎて犠牲防食効果が早期に失われるというような問題が生じず、犠牲防食効果を長期に亘って保つことができ、心材を防食するする効果を著しく高めることができる。しかし、Ｔｉ及びＺｒが夫々０．０５質量％未満では、層状腐食の形態とならず、犠牲防食アルミニウム合金板の耐食性を向上させることができない。一方、Ｔｉ及びＺｒが夫々０．３質量％を超えると、粗大な金属間化合物を形成し、加工性を阻害する。従って、Ｔｉ及びＺｒの添加量は、Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％且つＺｒ：０．０５乃至０．３質量％とする。
【００１８】
次に、本発明の参考例の犠牲防食アルミニウム合金板の組成について説明する。
Ｚｎ：０．０５乃至５．０質量％
Ｚｎは、その添加によりアルミニウム合金の電位を卑とし、心材に対する犠牲防食効果に寄与する。しかし、０．０５質量％未満ではその効果が小さく、５．０質量％を超えるとその効果が飽和するばかりでなく、自己消耗が大きくなり、却って腐食寿命が低下する。また、加工性も低下する。従って、Ｚｎの添加量は、０．０５乃至５．０質量％とする。
【００１９】
Ｍｇ：０．０１乃至５．０質量％
Ｍｇは、その添加によりＺｎと同様にアルミニウム合金の電位を卑とし、心材に対する犠牲防食効果に寄与する。しかし、０．０１質量％未満ではその効果が小さく、５．０質量％を超えるとその効果が飽和する。また、Ｍｇはその添加により強度を向上させる効果も有する。更にＳｉと共存するか、又は拡散によりＳｉと化合し、Ｍｇ2Ｓｉを形成して折出することにより、アルミニウム合金の強度を向上する効果は更に大きくなる。しかし、０．０１％未満ではその効果が小さく、５．０質量％を越えるとその効果が飽和するばかりではなく、加工性も低下する。従って、Ｍｇの添加量は、０．０１乃至５．０質量％とする。
【００２０】
Ｓｉ：０．０５乃至１．０質量％、Ｆｅ：０．０５乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．０質量％、Ｎｉ：０．０５乃至１．０質量％
これらの元素は、その添加により強度を向上させる効果を有する。また、Ｓｉは上述の通り、Ｍｇと化合しＭｇ2Ｓｉを形成し、析出することにより、強度を向上する効果は更に大きくなる。しかし、これらの元素の添加量が夫々０．０５質量％未満では、その効果が小さい。また、これらの元素は固溶により電位を貴にする効果を有し、夫々１．０質量％以上では心材との電位バランスにより耐食性が低下する。従って、夫々の添加量は、Ｓｉ：０．０５乃至１．０質量％、Ｆｅ：０．０５乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．０質量％、Ｎｉ：０．０５乃至１．０質量％とする。
【００２１】
次に、上述した犠牲防食アルミニウム合金が犠牲材としてクラッドされる心材については特に限定しないが、アルミニウム合金を使用する場合は、以下の組成が好ましい。
【００２２】
Ｓｉ：０．０５乃至１．０質量％
Ｓｉは、単独の添加でも固溶強化により、心材の強度を向上させる。更に、Ｍｇと化合しＭｇ2Ｓｉを形成して析出することにより、強度を向上させる効果が更に大きくなる。しかし、０．０５質量％未満ではその効果が小さく、１．０質量％を超えるとろう付時にろう材が心材を浸食するエロージョンが発生しやすくなる。従って、Ｓｉの添加量は、０．０５乃至１．０質量％とすることが好ましい。
【００２３】
Ｃｕ：０．０５乃至１．０質量％
Ｃｕは、Ｓｉと同様に固溶強化に寄与し、その添加により心材の強度を向上させる効果を有する。また、心材の電位を貴とする効果が大きく、心材と犠牲用アルミニウム合金との電位差を確保することができる。しかし、０．０５質量％未満ではその効果が小さく、１．０質量％を超えるとＳｉと同様にろう付時にろう材が心材を侵食するエロージョンが発生しやすくなる。従って、Ｃｕの添加量は、０．０５乃至１．０質量％とすることが好ましい。
【００２４】
Ｍｎ：０．０５乃至２．０質量％
ＭｎもＳｉ、Ｃｕと同様に固溶強化に寄与し、その添加により心材の強度を向上させる効果を有する。また、電位を貴とする効果もある。しかし、０．０５質量％未満ではその効果が小さく、２．０質量％を超えると粗大な化合物を形成し、加工性が低下する。従って、Ｍｎの添加量は０．０５乃至２．０質量％とすることが好ましい。
【００２５】
Ｍｇ：０．０１乃至０．６質量％
Ｍｇは、その添加により強度を向上させる効果を有し、Ｓｉと共存するか、又は拡散によりＳｉと化合し、Ｍｇ2Ｓｉを形成して析出することにより、心材の強度を向上させる効果が更に大きくなる。しかし、０．０１質量％未満ではその効果が小さく、０．６質量％を超えると非腐食性フラックスろう付の場合、フラックスと反応し、ろう付性を阻害する。従って、Ｍｇの添加量は、０．０１乃至０．６質量％とすることが好ましい。
【００２６】
Ｃｒ：０．０５乃至０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％
これらの元素は、心材の耐食性（自己耐食性）を向上させる効果を有する。０．０５質量％未満ではその効果が小さく、０．３質量％を超えると粗大な金属間化合物を形成し、加工性を阻害する。従って、各元素の添加量は、夫々Ｃｒ：０．０５乃至０．３質量％、Ｚｒ：０．０５乃至０．３質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．３質量％とすることが好ましい。
【００２７】
なお、その他の元素として、Ｆｅ≦０．５質量％、Ｎｉ≦０．５質量％等は、この範囲であれば諸特性を低下させないものであり、含有しても構わない。
【００２８】
本発明において、製造方法は特に限定されるものではなく、鋳造（半連続鋳造（ＤＣ法）、連続鋳造（キャスター法等））、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍等の通常の工程により製造される。また、ろう材の設置方法は、クラッド圧延でのみ形成されるものではなく、例えば、ろう材粉末とバインダーとを混合し、心材の片面又は犠牲防食アルミニウム合金板上に塗布してもかまわない。更に、フラックスろう付の場合は、ろう材粉末及びバインダーと共にフラックスを混合し、塗布してもよい。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の複合材を実際に製造した実施例について、本発明範囲から外れる比較例と比較してその効果について説明する。
【００３０】
先ず、下記表１及び２に示す犠牲防食アルミニウム合金、下記表３に示す心材、下記表４に示すろう材を通常法で溶解、鋳造、均熱化処理し、犠牲防食アルミニウム合金がそのクラッド率１５％、ろう材がそのクラッド率１０％となるように、開始温度４８０℃で熱間圧延し、その後、心材の夫々の面に開始温度４８０℃で熱間圧延クラッドし、最終板厚０．２ｍｍのＨ１４相当材とした。なお、表１乃至４において、−はＪＩＳ  １０７０合金に規定の不純物レベルを示す。
【００３１】
次に、得られたクラッド材を縦１００ｍｍ×横２００ｍｍの短冊状に切断し、アルカリ系の洗浄剤で洗浄、乾燥した後、市販の非腐食性フラックスを３ｇ／ｍ2塗布し、窒素雰囲気中（酸素濃度１００ｐｐｍ以下）にて、６００℃の温度で、２分間保持してろう付加熱を行い、ろう付後相当の材料を得た。得られたろう付材について、耐食性及び強度を測定した。
【００３２】
耐食試験については、得られたろう付け材を切断して、縦５０ｍｍ×横７０ｍｍの矩形に切断し、犠牲防食アルミニウム合金面以外をシールテープにてシールして耐食試験用試験片を作成した。この耐食試験用試験片をＯＹ水（Ｃｌ-：１９５ｐｐｍ、ＳＯ42-：６０ｐｐｍ、Ｃｕ2+：１ｐｐｍ及びＦｅ3+：３０ｐｐｍを含有した水溶液）の中に浸漬し、８０℃の温度で８時間保持した後、室温で１６時間保持することを１サイクルとし、連続９０サイクル繰り返した。その後、腐食部の腐食深さを焦点深度法にて測定した。腐食深さが１００μｍ以下のものを耐食性が優れているものとした。
【００３３】
強度は、ＪＩＳ５号試験片で通常法にて測定し、引張強度により評価した。その結果を下記表５及び表６に示す。
【００３４】
【表１】
0003749089.tif 000002
【００３５】
【表２】
0003749089.tif 000003
【００３６】
【表３】
0003749089.tif 000004
【００３７】
【表４】
0003749089.tif 000005
【００３８】
【表５】
0003749089.tif 000006
【００３９】
【表６】
0003749089.tif 000007
【００４０】
実施例１乃至３は、犠牲防食アルミニウム合金板及び心材合金組成が本発明の範囲内であるので、腐食深さが１００μｍ以下である。また、参考例４乃至１１及び２０乃至２３も、腐食深さが１００μｍ以下である。一方、比較例１２は犠牲防食アルミニウム合金板の組成が本発明範囲から外れるため、腐食深さが１５０μｍと深くなっている。比較例１３は犠牲防食アルミニウム合金板のＴｉ及びＺｒの組成が本発明範囲から外れるため、正常な板が製作できず、耐食性及び強度が共に測定できなかった。比較例１４は犠牲防食アルミニウム合金板のＭｇが過剰であるため、クラッド自体ができなかった。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、犠牲防食アルミニウム合金材組成を規定し、耐食性を向上させたため、これを心材にクラッドした複合材の板厚が薄肉化しても、心材を犠牲防食するため、熱交換器等の耐食寿命が飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る複合材を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る複合材を示す模式的断面図である。
【図３】従来の複合材を示す模式的断面図である。
【図１】
0003749089.tif 000008
【図２】
0003749089.tif 000009
【図３】
0003749089.tif 000010