JPH0957486A

JPH0957486A - 真空ろう付用Ａｌ合金ろう材、Ａｌ合金ブレージングシートおよびＡｌ合金製熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JPH0957486A
Application number: JP23770595A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kano; 浩鹿野; Yoshito Inabayashi; 芳人稲林; Yoshihiro Kinoshita; 義浩木下; Taketoshi Toyama; 猛敏外山
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1997-03-04

Abstract

(57)【要約】【課題】小型、軽量のＡｌ合金製熱交換器を真空ブレ
ージング法で製造するにあたり、より低温でろう付可能
なろう材を開発する。【解決手段】 6.0wt％以上13.0wt％以下のＳｉ、 1.2
wt％以上 3.0wt％以下のＣｕ、 0.2wt％以上 2.0wt％以
下のＭｇを含有し、さらに0.01wt％以上 0.5wt％以下の
Ｓｎ、0.01wt％以上 0.5wt％以下のＩｎ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
とを特徴とする真空ろう付用Ａｌ合金ろう材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空ろう付用Ａｌ
合金ろう材、Ａｌ合金ブレージングシートおよびＡｌ合
金製熱交換器の製造方法に関するものであり、さらに詳
しくは、熱効率に優れ、高強度、高耐食性のＡｌ合金製
熱交換器を真空ろう付により製造するためのＡｌ合金ろ
う材、Ａｌ合金ブレージングシートおよびそれを用いた
Ａｌ合金製熱交換器のろう付方法を提供するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】例えば
積層型のエバポレーターは図１に示すようにフィン
（１）と、冷媒通路（３）、（３′）を形成するブレー
ジングシートからなる通路構成シート（２）、（２′）
を交互に積層し、ブレージングにより組み立てられてい
る。このようなエバポレーターではフィン材にはＡｌ合
金またはＡｌ−Ｍｎ系合金に犠牲効果を付与するために
Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等を添加した合金が用いられている。
そしてブレージングシートにはＪＩＳ３００３合金（Ａ
ｌ−0.15wt％Ｃｕ− 1.1wt％Ｍｎ）を芯材としてその両
面にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう合金を被覆したものが一般
に使用されている。

【０００３】また図２はサーペンタイン型のエバポレー
ターを示す。これは蛇行状に折り曲げた押出多穴管
（４）の間にフィン（１）を取り付け、押出多穴管
（４）の両端にコネクター（５）、（５′）を取り付け
てブレージングにより組み立てられている。このような
エバポレーターではフィン材にはＡｌ合金またはＡｌ−
Ｍｎ系合金にＺｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等を添加した合金を芯材
とし、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう合金を被覆したブレージ
ングシートが用いられ、押出多穴管にはＪＩＳ３００３
合金、Ａｌ−Ｃｕ系合金、あるいはＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系
合金が用いられている。

【０００４】これらは、いずれも 600℃付近の温度に加
熱してろう付するブレージングにより組み立てられる
が、ブレージング工法としては真空ブレージング法、フ
ラックスブレージング法、非腐食性のフラックスを用い
たノコロックブレージング法等が行われている。

【０００５】ところで、近年、熱交換器は軽量・小型化
の方向にあり、そのために材料の薄肉化が望まれてい
る。しかし、従来の方法で薄肉化を行った場合、多くの
問題点が生じる。まず、フィンは薄肉化すると熱伝導
性が低下するので、熱伝導性に優れたＡｌ−Ｚｒ系合金
のフィン材が開発されたが、このフィンは強度が低いた
めブレージング時に座屈し易いこと、また、フィン中
の析出物が再固溶してフィンの熱伝導性が低下するこ
と、部材の強度を向上させるためには合金元素の添加
が必要であるが、合金元素を添加すると融点が低下し、
600℃付近の温度に加熱するブレージング工程時に溶融
してしまうことなどが問題となる。

【０００６】発明者らは、これらの問題を解決するため
に鋭意検討を行い、ブレージング加熱温度を下げること
が有効ではないかと考え、何℃以下に下げれば上記の問
題点を解決できるか検討したところ、 585℃以下であれ
ば、ろう付中のフィンの座屈が生じにくくなり、熱伝導
性の低下がわずかとなり、Ｓｉの添加量を増やすことで
合金の強度を向上できることを見出した。上記３点をさ
らに詳しく説明する。

【０００７】フィンの座屈の大部分は、高温でフィ
ンにクリープ現象が生じることで発生するものであり、
590℃付近を境にそれより高い温度で急激に生じること
を見出した。そのため、 585℃以下であればこれを原因
とする座屈は生じないのである。さらに、フィンにろう
が拡散することを原因とする座屈があるが、ろうの拡散
は 595℃付近を境にそれより高い温度で急激に生じるこ
とを見出した。そのため、 585℃以下であればろう拡散
は少なくなり、全体としてフィンの座屈は生じにくくな
るのである。

【０００８】ブレージングを行うフィン材の熱伝導
性は、Ａｌ合金中に析出していた金属間化合物がろう付
加熱時に再固溶するために低下する。加熱温度が高いほ
ど合金元素の固溶限が大きくなりかつ拡散速度が大きく
なるので、再固溶は進行しやすくなる。そのため、ブレ
ージング温度を下げることはフィンの熱伝導性を高める
のに効果があることを見出し、 585℃以下であれば再固
溶の進行速度が小さく、熱伝導性の低下は少ないことを
見出した。

【０００９】強度については、高強度Ａｌ合金とし
て添加される元素はＣｕ、Ｍｇ、Ｓｉ等があるが、冷媒
通路構成部材として用いる場合、耐食性やろう付性を考
慮しなければならない。また、フィンとして用いる場
合、犠牲効果、熱伝導性やろう付性を考慮しなければな
らない。よって、強度向上のために添加量を増やすこと
ができる元素は限られ、具体的にはＳｉの添加が有力で
ある。 600℃のろう付で添加可能のＳｉ量は１wt％程度
であるのが、 585℃以下では 2.5wt％程度の添加が可能
となる。

【００１０】さて、このように通常のろう付温度より低
い温度でろう付を行う方法に、低温ろう付と言われてい
る 500℃前後の温度でろう付を行う方法が知られてい
る。この方法はＺｎを20％以上含有したＡｌ−Ｚｎ系合
金やＺｎ合金を通常ろう材として用いるために、ろう付
後にろう材が腐食されやすいという問題点があり、現実
的には熱交換器として使用されていない。また、従来よ
り低融点のＡｌ合金ろうとして知られている合金がある
（例えば特開平３−５７５８８号公報）。これらは、主
に鋳物をろう付するために開発されたものであり、多量
のＣｕが含有されていたり、上記のように多量のＺｎを
添加しているため、圧延加工を行うと割れてしまう問題
があり、ブレージングシートの製造ができなかった。さ
らに、本発明に関わるような真空ブレージングにおいて
は蒸気圧の高いＺｎは 400〜 500℃の温度になるとほと
んど蒸発してしまい、ろう材の融点を下げることができ
ないため低温でのろう付は不可能であった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、Ａ
ｌ合金製熱交換器の小型、軽量化が可能な真空ろう付用
Ａｌ合金ろう材、Ａｌ合金ブレージングシートおよびそ
れを用いたＡｌ合金製熱交換器の製造方法について開発
したものである。

【００１２】すなわち、本発明の真空ろう付用のＡｌ合
金ろう材は、 6.0wt％以上13.0wt％以下のＳｉ、 1.2wt
％以上 3.0wt％以下のＣｕ、 0.2wt％以上 2.0wt％以下
のＭｇを含有し、さらに0.01wt％以上 0.5wt％以下のＳ
ｎ、0.01wt％以上 0.5wt％以下のＩｎのうちの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
とを特徴とするものである。

【００１３】また本発明の真空ろう付用Ａｌ合金ブレー
ジングシートは、上記Ａｌ合金をろう材として、Ａｌ合
金芯材の片面または両面にクラッドしたものである。

【００１４】また本発明のＡｌ合金製熱交換器の製造方
法は、Ａｌ合金製熱交換器をろう付により製造するにあ
たり、上記のＡｌ合金ろう材を用い、 570℃を越え 585
℃以下の温度で真空ろう付を行うことを特徴とするもの
である。

【００１５】さらに本発明のＡｌ合金製熱交換器の他の
製造方法は、Ａｌ合金製熱交換器をろう付により製造す
るにあたり、上記のＡｌ合金ブレージングシートを用
い、570℃を越え 585℃以下の温度で真空ろう付を行う
ことを特徴とするものである。

【００１６】ここで、本発明のろう材の合金組成は 6.0
wt％以上13.0wt％以下のＳｉ、 1.2wt％以上 3.0wt％以
下のＣｕ、 0.2wt％以上 2.0wt％以下のＭｇを含有し、
さらに0.01wt％以上 0.5wt％以下のＳｎ、0.01wt％以上
0.5wt％以下のＩｎのうち１種または２種を含有したＡ
ｌ合金である。以下にその限定理由を説明する。

【００１７】Ｓｉは合金の融点を下げるが、その量が
6.0wt％未満では十分に融点が低下せず、 585℃以下の
温度でろう付できない。さらに、その量が13.0wt％を越
えると逆に融点が上がるため、 585℃以下の温度でろう
付できなくなる。

【００１８】Ｃｕは合金の融点を下げ、ろう流れ性を向
上させる。さらに合金の強度を向上させる働きを有す
る。ここで、Ｃｕの量が 1.2wt％未満では融点を下げて
ろう流れ性を向上させる効果が十分でなく、その量が
3.0wt％を越えるとろうの電位が貴になりすぎて、芯材
が優先的に腐食するようになり、耐食性が低下する上
に、合金の圧延加工性や成形加工性が低下し、熱交換器
用のブレージングシートに用いるろうとしては適さなく
なる。したがって、Ｃｕは 1.2wt％以上 3.0wt％以下と
する。

【００１９】Ｍｇはろう付中に蒸発しゲッター作用によ
り真空度を向上させる効果と蒸発により酸化皮膜を破壊
する作用を有する。そしてその含有量が 0.2wt％未満で
は上記作用が十分に生じずろう付性が低下し、 2.0wt％
を越えるとろう付加熱途中にＭｇ系の酸化皮膜が逆に増
加してろう付性が低下してしまう。

【００２０】さらに、本発明のようにＣｕを添加したろ
う合金では、ろうの電位が芯の電位より貴になり、芯材
が優先的に腐食するという問題がある。Ｓｎ、Ｉｎの添
加はろうの電位を下げ、ろうの電位を芯合金の電位より
卑にして耐食性を向上させる。しかし、Ｓｎ、Ｉｎの量
が0.01wt％未満では上記耐食性向上の効果が十分でな
い。また、Ｓｎ、Ｉｎの量が 0.5wt％を越えるとろうの
自己耐食性が低下する上に、合金の圧延加工性が低下
し、熱交換器用のブレージングシートに用いるろうとし
ては適さなくなる。

【００２１】本発明ろう材の合金元素は以上の通りであ
るが、ろう付性を向上させる目的としてＢｉを添加して
も本発明の効果を損なうことはない。また、不可避的不
純物としてのＦｅは 0.5wt％以下の含有量であれば本発
明の効果を損なうことなく、他の元素もそれぞれ0.05wt
％以下であれば含有してもよい。

【００２２】本発明では上記組成のろう材合金を芯材の
片面または両面にクラッドしてブレージングシートとす
るが、その被覆率は使われる部材の板厚によって異な
り、２〜20％程度である。ブレージングシートの芯材と
して使用される合金は特に限定するものではなく、 600
℃付近の温度でろう付を行うための合金（例えば1000系
合金や3000系合金、あるいはこれら合金をベースに各種
元素を添加した合金）をそのまま用いて構わない。

【００２３】次に本発明では、ろう付温度を 570℃を越
え 585℃以下で行う。ろう付温度が570℃以下では本発
明のろうは溶融せず、ろう付することができないためで
ある。また、 585℃を越えると材料の熱伝導性が低下
し、かつフィンの高温での座屈が顕著となるためであ
り、さらに低融点の合金やＣｕを多量含有した合金を冷
媒通路構成部材に使用できなくなるためである。なお、
このようにろう付温度を低下させることで、ろう付コ
ストとしての電気代が削減され、また、ろう付炉の寿
命が延びるという効果を有する。

【００２４】本発明製造法においてろう付条件は上記の
ように温度を限定し、ブレージング工法としては真空ろ
う付法に限定するものである。しかし本発明では、加熱
の後の工程は特に限定しない。従来より行われているよ
うに、時効処理や塗装等の工程を行えばよい。

【００２５】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００２６】（実施例１）表１の合金組成のろう材と芯
材とを組み合せたブレージングシートフィンを作製し
た。フィンの板厚は0.12mmであり、いずれも芯材の両面
にろう材を10％ずつクラッドしたＨ１４調質である。こ
れらについて、表２の条件でろう付加熱を行い、座屈試
験、引張試験、導電率の測定を行った。座屈試験は図３
に示す試験方法で加熱後の座屈量を測定した。導電率は
ダブルブリッジ法により測定した。更にコルゲート加工
したブレージングシートフィンとＪＩＳ３００３合金板
とを交互にコア状に重ね合わせてミニコアを作製し、表
２の条件でろう付加熱を行い、フィレットの形成状況を
観察した。これらの結果を表２に記した。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】表２によれば本発明例 (1)〜(6) は従来例
(7)、(8) よりも耐高温座屈性、導電性が極めて向上し
ており、ろう付性も良好である。特に本発明例 (2)では
高強度の芯材を用いても溶融しないため、耐高温座屈
性、導電性だけでなく、強度も向上している。これに対
して高強度合金を芯材に用いた比較例 (9)は、従来の 6
00℃のろう付加熱温度では、芯材が溶融してしまったた
め、著しく座屈し、ミニコアではフィンが潰れてしまっ
た。さらに比較例(10)、(11)、(12)は耐高温座屈性、導
電性は向上するものの、本発明合金ろう材の合金範囲を
はずれており、ろう付加熱の温度が 585℃以下では十分
なろう流れ性を得ることができないため、ろう付性が劣
っている。

【００３０】（実施例２）表３に示す組成のろう材と芯
材とを組み合わせて板厚 0.5mmのＡｌ合金ブレージング
シートを通常の方法により製造した。いずれも芯材の両
面にろう材を15％クラッドしたブレージングシートであ
る。これらを表４に示す条件でろう付加熱を行った後に
引張試験、耐食性試験を行った。耐食性試験はろう材の
表面中央部のみを露出させ、他の面をすべてシールし、
ＣＡＳＳ試験（ＪＩＳＨ８６８１）を 336時間行い、表
面に発生した孔食の深さを光学顕微鏡を用いた焦点深度
法によって測定した。これらの結果を表４に記した。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】本発明例１〜３のブレージングシートはろ
う材の電位を芯材の電位より卑としているため、従来例
５のものより耐食性に優れている。また、本発明例４の
ブレージングシートは従来例５のものに比べて高強度合
金の芯材を使用しても溶融しないために、強度の向上が
可能であり、従来例５のものより耐食性に優れている。
これに対して高強度合金を用いた比較例６のブレージン
グシートは、 600℃の加熱温度では芯材が溶融してしま
ったため、耐食性試験は実施できなかった。比較例７の
ものはＳｎまたはＩｎが添加されていないため、ろう材
の電位が芯材の電位より貴になり、芯材が優先的に腐食
されて耐食性が劣化した。Ｃｕ量が本発明の範囲より多
い比較例８のものは、ＳｎおよびＩｎを添加しているも
のの比較例７のものと同様にろう材の電位が芯材の電位
より貴になり、芯材が優先的に腐食されて耐食性が劣化
した。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明のろう材を使用して
熱交換器を製造した場合、ろう付中のフィンの座屈が少
なく、部材の熱伝導性、強度、耐食性向上効果があり、
得られる熱交換器の小型、軽量化が可能であり、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】

【図１】積層型のエバポレーターを示す一部断面の斜視
図である。

【図２】サーペンタイン型のエバポレーターの一部を示
す側面図である。

【図３】座屈試験を示す側面図である。

【符号の説明】

１フィン２′、２通路構成シート３′、３冷媒通路４押出多穴管５′、５コネクター６治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 21/00 Ｃ２２Ｃ 21/00 Ｊ (72)発明者木下義浩愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者外山猛敏愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 6.0wt％以上13.0wt％以下のＳｉ、 1.2
wt％以上 3.0wt％以下のＣｕ、 0.2wt％以上 2.0wt％以
下のＭｇを含有し、さらに0.01wt％以上 0.5wt％以下の
Ｓｎ、0.01wt％以上 0.5wt％以下のＩｎ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
とを特徴とする真空ろう付用Ａｌ合金ろう材。
【請求項２】請求項１に記載のＡｌ合金ろう材をＡｌ
合金芯材の片面または両面にクラッドしたことを特徴と
する真空ろう付用Ａｌ合金ブレージングシート。
【請求項３】Ａｌ合金製熱交換器をろう付により製造
するにあたり、請求項１に記載のＡｌ合金ろう材を用
い、 570℃を越え 585℃以下の温度で真空ろう付を行う
ことを特徴とするＡｌ合金製熱交換器の製造方法。
【請求項４】Ａｌ合金製熱交換器をろう付により製造
するにあたり、請求項２に記載のＡｌ合金ブレージング
シートを用い、 570℃を越え 585℃以下の温度で真空ろ
う付を行うことを特徴とするＡｌ合金製熱交換器の製造
方法。