JPH038569A - アルミニウム製熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミニウム製熱交換器の製造方法に関する
もので、特にろう付け後の常温強度を改善したものであ
る。

〔従来の技術〕

一般にアルミニウム製熱交換器、特に自動車用熱交換器
であるラジェータ、ヒータ、オイルクーラー及びエアコ
ン用エバポレータやコンデンサー等の多くはろう付け工
法により組立てられている。

これ等の熱交換器は、第２図に示すようにプレート成形
体ｆ４）、　ｆ４’）を組合せて冷媒通路（５）を形成
し、該通路（５）間にフィン（６）を取付けたドロンカ
ップタイプのエバポレーターやオイルクーラーでは、３
００３系合金を芯材とし、その表面にＡｌ合金ろう材を
クラッドしたブレージングシートが用いられている。ま
た第３図に示すようにチューブ（７）間にフィン（６）
を取付け、チューブ（７）の両端に座板（８）を設け、
該座板（８）にバッキング（９）を介して樹脂製タンク
（１０）を取付けたラジェータでは、座板とチューブに
３００３系合金を芯材とし、その内側となる片面に１０
７０合金や７０７２合金などの犠牲陽極層をクラッドし
、その反対面にＡｌ合金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いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年熱交換器の軽量化、コスト低減のため熱交換器部材
の薄肉化が要求されるようになった。

しかしながら従来用いられている３００３合金等を芯材
とするブレージングシートでは、ろう付け加熱後の強度
が低く、薄肉化が困難となっている。このため熱交換器
としての強度を維持するため、種々の高強度合金の開発
が試みられ、熱処理合金等の高強度合金が提案されてい
るが、何れも現行のろう付け条件による強度向上には限
界がある。また耐食性の面がら冷却速度が遅い場合には
、粒界に添加元素が析出し、粒界腐食の発生が増長され
る問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、ろう付け後の冷却
速度を高くすることにより、強度が向上することを知見
し、更に検討の結果、高強度、薄肉熱交換器の製造を可
能にする高強度アルミニウム製熱交換器の製造方法を開
発したものである。

即ち本発明の一つは、Ｓｉ０．４〜１，２１１％（以下
ｗｔ％を％と略記）　、　　Ｆ　ｅ　０．１５〜１．０
％Ｃｕ０．４〜１．０％、　Ｍｎ０．５〜１．２％、Ｍ
ｇ０．０５〜０．８％を含み、更にＣｒ　０．００［〜
０．５％。

Ｚ　ｒ　０．００１〜０．３％、　　Ｈｆ０．００１〜
１．５％。

Ｔ　ｉ　０．００１〜０．５％、　　Ｂｏ、０００１〜
０１％の範囲内で何れか１種又は２種以上を含み、残部
）＼ａと不可避的不純物からなる合金を芯材とし、その
片面又は両面にＳｉ５％以上を含むＡ／金合金う材をク
ラットしたブレージングシートを、熱交換器部材に使用
して熱交換器を組合せ、ろう付け温度に加熱保持後、５
００℃から２００　℃まで１５０℃／ｍｉｎ以上の速度
で冷却することを特徴とするものである。

また本発明の他の一つは、Ｓｉ０．４〜１２％Ｆ　ｅ　
０．１５〜１．０％、　　Ｃｕ０．４〜１．０％、Ｍｎ
０．５〜１．２％、Ｍｇ０．０５〜０８％を含み、更に
Ｃｒ　０．００１〜０．５％、　　Ｚ　ｒ０．００１〜
０．３％。

Ｈｆ　０．００１〜１５％、Ｔｉ０．００１〜０．５％
、Ｂ０．０００＋−０，１％の範囲内で何れか１種又は
２種以上を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなる合
金を芯材とし、その片面にＳｉ５％以上を含むＡｌ合金
ろう材をクラッドし、反対面に芯材より５０ｍ　Ｖ以上
卑な電位を有するＡｌ合金皮材をクラッドしたブレージ
ングシートを、熱交換器部材に使用して熱交換器を組合
せ、ろう付け温度に加熱保持後、５００℃から２００℃
まで１５０８Ｃ／ｍｉｎ以上の速度で冷却することを特
徴とするものである。

〔作用〕

本発明において芯材組成を上記の如く限定したのは、次
の理由によるものである。

Ｓｉはろう付け加熱によりマトリックス中に固溶し、強
度を向上させ、更にろう付け加熱後の冷却時及び冷却後
に室温に放置されたときに、Ｍｇと共に微細なＭｇ２５
ｉを析出して材料強度を向上させる。しかしてＳ１含有
量を０．４〜１．２％と限定したのは、０．４％未満で
はろう付け後の強度が十分でなく、１．２％を越えると
固相線温度が低くなり、ろう付け加熱時に溶融する恐れ
が生ずるためである。

Ｆｅは芯材の結晶粒を微細化し、成形性を向上する。し
かしてＦｅ含有量を０．１５〜１．０％と限定したのは
、０．１５％未満では効果が十分でなく、１．０％を越
えると材料の耐食性を低下するためである。

ＣｕはＡｌ−Ｃｕ系、Ａｌ　−Ｃｕ−Ｍｇ系の微細な析
出物を生じ、ろう付け加熱後の強度向上に寄与すると共
に、材料の電位を貴にして耐食性を向上させる。しかし
てＣｕ含有量を０４〜１．０％と限定したのは、０．４
％未満ではその効果が十分でなく、１．０％を越えると
成形性を低下させ、更にろう付け加熱時に溶融する恐れ
が生じるためである。

Ｍｎは強度を向上させるも、その含有量を０．５〜１．
２％と限定したのは、０．５％未満ではその効果が十分
でなく、１．２％を越えると鋳造時に巨大な金属間化合
物を生じ、材料の延性を低下させるためである。

Ｍｇはろう付け加熱によりマトリ・ソクス中に固溶し、
強度を向上させ、更にろう付け加熱後の冷却時及び冷却
後の室温放置時に、Ｓｉと共にＭｇ２Ｓｉの微細な析出
物を生じて強度を向上する。しかしてＭｇ含有量を０．
０５〜０．８％と限定したのは、０．０５％未満ではそ
の効果が十分でな（，０，８％を越えるとろう付け性が
低下するためである。

Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｂは材料の組成を均一にし、
材料強度を向上させる効果があり、また不溶性化合物の
析出による粒界周辺の電位差の緩和により耐食性を向上
する。しかしてＣｒ　０．００１〜０．５％、　　Ｚ　
ｒ　０．００１〜Ｏ１３％Ｈｆ０．００１〜１．５％、
　Ｔ０．００１〜０．５％、Ｂ０．０００１〜０．１％
の範囲内で、何れか１種又は２種以上を含むように限定
したのは、何れも下限未満では効果が十分でなく、上限
を越えると鋳造時に粗大金属間化合物を生じ、芯材の延
性を低下するためである。

本発明は上記組成からなる芯材の少なくとも片面にＳｉ
５％以上含むＡｌ合金ろう材をクラッドしたもので、Ａ
ｌ合金ろう材のＳｉ含有量を５％以上と限定したのは、
５％未満では液相線温度が高く、十分なろう付けが困難
となるためである。通常ろう材としてはＳｉを５〜１５
％含有するものが使用され、更にはろう付け性改善の目
的でＢｅ、Ｂｉ、Ｍｇ等を少量添加する場合もある。ろ
う材は芯材の片面又は両面に、それぞれ全板厚の３〜３
０％、好ましくは３〜１５％の範囲でクラッドする。

また本発明は上記組成の芯材の片面に、Ｓｉ５％以上を
含むＡｌ合金ろう材をクラットし、その反対側の面に、
芯材より５０ｍ　Ｖ以上卑な電位を有するＡｌ合金皮材
をクラッドすることができる。これは芯材より卑な電位
を有するＡｌ合金皮材をクラッドすることにより、この
合金層を陰極防食における犠牲層として作用させ、その
芯材を保護するものである。しかしてその電位差を５０
ｍＶ以上卑としたのは、５０ｍＶ未満では十分な効果が
得られないためである。尚この犠牲層は全板厚の１〜２
０％、好ましくは２〜１０％の範囲でクラッドするとよ
い。

次に本発明の冷却条件設定の理由について説明する。ろ
う付け加熱（６００℃）を行なった際に、Ｓｉ、Ｍｇ、
Ｃｕ等がマトリックス中に固溶する。この状態から急冷
すると、Ｍｇ２５ＩやＡｌ　−Ｃｕ系化合物などが微細
に析出してくることにより、強度を向上する。しかして
冷却条件を５００℃から２００℃まで１５０℃／ｍｉｎ
以上の冷却速度としたのは、この温度範囲で冷却速度が
１５０℃／ｍｉｎより遅くなると、析出物か粗大化して
しまい、強度向上効果が得られないためである。

ある。

〔実施例〕

以下本発明を実施例について説明する。

実施例−１ 第１表に示す組成の合金をＤＣ鋳造により厚さ７０　ｍ
ｍ　、幅３００　ｍｍの鋳塊とし、これを片面３ｍｍず
つ面削し、５８０℃で３時間均質化処理を施した後、そ
の両面に４００４合金ろう材を片面につき全板厚の１５
％となるようにクラッドし熱間圧延と冷間圧延により厚
さ１０胴の板とした。これを４００℃て２時間焼鈍処理
を施してブレージングシートを作製した。尚第１表中Ｔ
は３００３合金。

Ｕは６０６１合金を示す。

このブレージングシートについて、ろう付け加熱後の機
械的性質及びろう付け性の評価を行なった。その結果を
第２表に示す。

機械的性質はそれぞれろう付けを模して６００℃に加熱
後、冷却速度を変えて冷却し、これを室温に１日、　３
０日、　　１００日放置した後、測定した。ろう付け性
は第１図（イ）（ロ）に示すように幅３０　ｍｍ　、長
さ５０ｍｍの３００３合金板（２）の中央部に、幅３０
　ｎｕｎ　、長さ５０ｍｍのブレージングシート（１）
を一端に直径３ｎ＋＋ｎのステンレス線（２）を介在さ
せて、垂直に固定し、これを前処理後フルオロアルミン
酸カリウム塩からなるフラックス懇濁液を塗布し、乾燥
後Ｎ２ガス雰囲気中６１０℃で５分間ろう付け加熱し、
第１図（０）に示するう材の間隙充填長さ（Ｉ）を測定
した。この試験において間隙充填長さ１５ＩＩｌ１１１
以上を良と判定した。

実施例−２ 第１表に示す組成の合金を実施例−１と同様にしてＤＣ
鋳造により厚さ７０ｍｍ、幅３　Ｑ　Ｏｍｍの鋳塊とし
、これを片面３ｍｍずつ面削して５８０℃で３時間均質
化処理を施した後、その片面に４００４合金ろう材を反
対面に皮材として７０７２合金をそれぞれ全板厚の１０
％となる様にクラッドし、熱間圧延と冷間圧延により厚
さ１．５ｍｍの仮とした。

これを４００℃で２時間焼鈍処理を施してブレージング
シートを作製した。

このブレージングシートについてエリクセン試験を行な
って成形性を評価した。またこのブレージングシートを
ラジェーター用ヘッダー材に加工し、３００３合金を芯
材とし、４００４合金ろう材と７０７２合金皮材をクラ
ッドした板厚０．４ｍｍのチューブ材と組合せ、ろう付
けを行なってラジェーターとし、これに腐食液を循環さ
せ１．２゜３ケ月毎にヘッダーの３０点の孔食深さを測
定し、最大孔食深さを求めた。これ等の結果を第３表に
示す。

試験は腐食液にＣｌ−１９５ｐｐｍ、　　ＳＯ４２−６
ＱｐｐｍＦ　ｅ　”　３１１ｐｐｍ、　　Ｃｕ　２＋ｌ
ｐｐｍを用い、９０℃に８時間保持した後、室温に１６
時間保持することを繰返して行なった。

第１表乃至第３表から明らかなように本発明方法Ｎα９
〜１８．Ｎα３θ〜３９．Ｎα５９〜６８．Ｎα８０〜
８９によるものは何れもろう付け性と成形性が良好で従
来合金Ｔ、　　Ｕを用いた比較方法Ｎα２８．２９゜４
９、　５０．７８．　７９．９９．　１００と比較し、
ろう付け加熱後の引張強さと耐食性が優れていることが
判る。

これに対し本発明用合金の組成範囲内（Ａ。

Ｆ）であっても、冷却速度が１５０℃／ｍｉｎより遅い
比較方法Ｎα１．　２．　５．　６ではろう付け加熱後
の強度の改善が不十分であることが判る。また本発明用
合金の組成範囲より外れる比較合金に、Ｌ、Ｍ、Ｎ、０
．Ｐ、０．Ｒ，Ｓを用いた比較方法Ｎα１９〜２７．４
０〜４８．６９〜７７、９０〜９８ではろう付け加熱時
に溶融したり、成形性が劣ったり、ろう付け加熱後・の
強度、耐食性の一つ以上が劣ることが判る。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、ろう付け加熱後における強
度が高く、耐食性も良好で、熱交換器の製造において、
熱交換器の薄肉軽量化を可能にする等工業上顕著な効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（（）、　（０）はろう付け加熱における間隙充
填試験方法を示すもので、（イ）はろう付け前の側面図
、（０）はろう付け後の側面図、第２図はドロンカップ
タイプのエバポレーターの一例を一部切欠いて示す斜視
図、第３図はラジェータの一例を一部切欠いて示す斜視
図である。 （１１ブレージングシート （２＋　　３００３合金板 （３）　　　ステンレス線 （４）、　（４）プレート成形体 （５）　　冷媒通路 （６）　　フィン （７）　　チューブ （８座板 （９）　　バッキング （１０）　　樹脂製タンク （イ） 第 Ｃ口） 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ０．４〜１．２ｗｔ％、Ｆｅ０．１５〜１．
   ０ｗｔ％。 Ｃｕ０．４〜１．０ｗｔ％、Ｍｎ０．５〜１．２ｗｔ％
   、Ｍｇ０．０５〜０．８ｗｔ％を含み、更にＣｒ０．０
   ０１〜０．５ｗｔ％、Ｚｒ０．００１〜０．３ｗｔ％、
   Ｈｆ０．００１〜１．５ｗｔ％、Ｔｉ０．００１〜０．
   ５ｗｔ％、Ｂ０．０００１〜０．１ｗｔ％の範囲内で何
   れか１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避的不純
   物からなる合金を芯材とし、その片面又は両面にＳｉ５
   ｗｔ％以上を含むＡｌ合金ろう材をクラッドしたブレー
   ジングシートを、熱交換器部材に使用して熱交換器を組
   合せ、ろう付け温度に加熱保持後、５００℃から２００
   ℃まで１５０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却することを特
   徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。
2. （２）Ｓｉ０．４〜１．２ｗｔ％、Ｆｅ０．１５〜１．
   ０ｗｔ％、Ｃｕ０．４〜１．０ｗｔ％、Ｍｎ０．５〜１
   ．２ｗｔ％、Ｍｇ０．０５〜０．８ｗｔ％を含み、更に
   Ｃｒ０．００１〜０．５ｗｔ％、Ｚｒ０．００１〜０．
   ３ｗｔ％、Ｈｆ０．００１〜１．５ｗｔ％、Ｔｉ０．０
   ０１〜０．５ｗｔ％、Ｂ０．０００１〜０．１ｗｔ％の
   範囲内で何れか１種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不
   可避的不純物からなる合金を芯材とし、その片面にＳｉ
   ５ｗｔ％以上を含むＡｌ合金ろう材をクラッドし、反対
   面に芯材より５０ｍＶ以上卑な電位を有するＡｌ合金皮
   材をクラッドしたブレージングシートを、熱交換器部材
   に使用して熱交換器を組合せ、ろう付け温度に加熱後、
   ５００℃から２００℃まで１５０℃／ｍｉｎ以上の速度
   で冷却することを特徴とするアルミニウム製熱交換器の
   製造方法。