JP3595067B2

JP3595067B2 - Aluminum alloy braze, heat exchanger manufactured using the same, and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP3595067B2
Application number: JP13391996A
Authority: JP
Inventors: 周黒田; 博人桃崎; 建当摩
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JPH0994689A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム合金製部材のろう付のためのアルミニウム合金ろう、並びに、ろう付によって製造する熱交換器およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ろう付は、ろうを用いて母材を溶融しないで結合する方法であり、一般に、ろう材の溶融点は接合される母材の溶融点より低い。各種アルミニウム合金製部材のろう付に使用されるアルミニウム合金ろう（以下、「ろう」という）には、ＡＡ４０４５（Ｓｉ：９．０〜１１．０ｗｔ．％、残り：Ａｌおよび不可避的不純物）、ＡＡ４３４３（Ｓｉ：６．８〜８．２ｗｔ．％、残り：Ａｌおよび不可避的不純物）およびＡＡ４０４７（Ｓｉ：１１．０〜１３．０ｗｔ．％）等のＡｌ−Ｓｉ系合金や、これに更にＺｎを添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金が使用されている（以下、「先行技術」という）。そして、ろう材の形態としては、線、棒、板、条および粉末、ろうからなる皮材を芯材にクラッドしたブレージングシート、並びに、部材形状に合わせて加工されたプリフォーム等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した先行技術は、アルミニウム合金のろう付性に優れているという利点を有している。しかしながら、上述したろうを使用したろう付アルミニウム合金製部材において、ろう材に使用されているＡｌ−Ｓｉ系合金は、ろう付性を確保するためにいずれのろうにおいても亜共晶組成のものが用いられている。このような亜共晶組成のろう材を使用したろう付アルミニウム合金製部材が腐食環境下におかれると、共晶α相が選択的に溶解するような局部腐食が生ずるために、残った初晶α相が接合部から脱落する。この初晶α相の脱落による減量の方が共晶α相の選択的溶解による減量よりも接合部の腐食に対して大きく影響し、その結果、接合部の腐食速度が増加するものと考えられる。また、Ｓｉが晶出または析出していると、これとマトリックスとの界面がカソード反応の核となる。従って、ろう材のＳｉ含有量の増加とともに接合部の腐食速度は増加するという問題がある。
【０００４】
また、Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ｓｉ固溶限：１．６５ｗｔ．％）のように、Ｓｉ固溶限の低いアルミニウム合金をろう付する場合に、ろう材にＡｌ−Ｓｉ系合金を使用すると、ろう材から拡散するＳｉにより母相のＳｉ濃度は容易に固溶限を超え、ろう付接合部は溶融・侵食（エロージョン）を起こす。この場合、ろう付によって接合される被接合材の肉厚が１００μｍ以下と非常に薄い場合には、接合部に侵食による貫通などによる問題が起こる。
【０００５】
また、近年は省エネルギーおよび省資源の観点から、ろう付温度の低温化、熱交換器の小型軽量化に対応した素材の開発が望まれている。アルミニウムのろう付は素材そのものの融点に近い温度で行なわれているが、小型軽量化に適した薄肉高強度材料は一般的に融点が低い傾向をもつために、その融点とろう付温度との差が従来材以上に小さく、材料の溶融・浸食や座屈が激しくなるために実用化することができないという問題がある。
【０００６】
従って、この発明の目的は、上述した問題を解決することにより、Ａｌ−Ｓｉ系ろうやＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系ろうが有するような良好なろう付性を確保すると共に、耐食性および耐エロージョン性に優れ、且つ、低温ろう付に適したアルミニウム合金ろう、並びに、それを用いて製作した熱交換器およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前述した目的を達成すべく鋭意検討を重ねた。その結果、ろうの化学成分組成として、従来のＡｌ−Ｓｉ系ろうまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系ろうに対して、Ｓｉ含有量を極力低くし、Ｓｉの代替元素としてＺｎを適正量含有させるか、または、Ｓｉを固溶限組成以下の適正量を含有させるとともに、Ｚｎを適正量含有させることにより、上記目的を達成することができるとの知見を得た。
【０００８】
この発明は、上述した知見に基づいてなされたものであって、この発明の耐食性および耐エロージョン性に優れ、且つ、低温ろう付に適したアルミニウム合金ろうは、Ｚｎ：１５〜８３ｗｔ．％、および、残部、Ａｌおよび不可避的不純物からなることに特徴を有するものである。
【０００９】
この発明の耐食性および耐エロージョン性に優れ、且つ、低温ろう付に適した他のアルミニウム合金ろうは、Ｚｎ：１０〜８３ｗｔ．％、Ｓｉ：０．１〜０．５ｗｔ．％未満、および、残部、Ａｌおよび不可避的不純物からなることに特徴を有するものである。
【００１０】
この発明の耐食性および耐エロージョン性に優れ、且つ低温ろう付に適したアルミニウム合金ろうは、粉末状であることに特徴を有するものである。
【００１１】
この発明の熱交換器およびその製造方法は、常法のＡｌ合金のろう付におけるろう付温度で、熱交換器のろう付部に上記ろう材の内少なくとも一つを用いたろう材層が設けられた構成部材を組み立て、次いでろう付をするか、同じく上記少なくとも１つを用いたろう材層、およびフラックス層が設けられた構成部材を組み立て、次いでろう付をするか、または、同じく上記少なくとも１つを用いたろう材層が設けられた構成部材を組み立てた後にフラックスを供給し、次いでろう付をするかのいずれかに特徴を有するものである。
【００１２】
また、この発明の別の、熱交換器およびその製造方法は、安定した低温ろう付をするためのものであって、本発明によるろう材を上述した通りに熱交換器およびその製造方法において用い、且つ、フラックス融点をろう付温度未満とし、この融点とろう付温度との差が５℃以上、１００℃以下の温度でろう付をすることに特徴を有するものである。ここで、低温ろう付における低温とは、肉厚が１００μｍ以下のアルミニウム合金製フィンをろう付した場合、従来使用されているアルミニウム合金ろうを用いてろう付するとろうによるフィンのエロージョンが問題となり得るろう付温度よりも低い温度を意味し、主としてフィンの化学成分組成に依存して定まる温度であり、一義的に定めることはできないものである。例えば、Ａｌ−Ｍｎ系合金フィンのろう付に対しては、５８０℃以下の温度をいう。
なお、フラックスの融点とは、その溶融温度範囲の内、本発明においては固相線温度をさすことにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のアルミニウム合金ろうの化学成分組成を上述した範囲内に限定した理由、並びに、上記アルミニウム合金ろうを用いて熱交換器を製造する理由およびその製造方法の上記限定理由について説明する。
【００１４】
Ｚｎ：
Ｚｎを添加することによりろう材の融点は低下し、ろう付性が向上する。また、Ｚｎを添加することによりろう材の電位が低下し、ろう材は母材に対する犠牲陽極効果を発揮する。しかしながら、ろう材のＺｎ含有量が１５ｗｔ．％未満では、ろう材の融点が十分低下せずろう付け性が十分付与されない。但し、Ｓｉが０．１ｗｔ．％以上共存すると、Ｓｉによる融点の低下作用が寄与する結果、ろう材のＺｎ含有量は１０ｗｔ．％以上含有されればろう付性は十分付与される。一方、ろう材のＺｎ含有量が８３ｗｔ．％を超えると、ろう付時のＺｎの拡散によって母材のＺｎ濃度が局部的に固溶限を超え、溶融するために母材にエロージョンが発生する。
従って、ろう材のＺｎ含有量を、１５〜８３ｗｔ．％の範囲内とすべきである。但し、Ｓｉが０．１ｗｔ．％以上共存する場合は、ろう材のＺｎ含有量を、１０〜８３ｗｔ．％の範囲内にすべきである。
【００１５】
なお、Ａｌ−Ｚｎ系アルミニウム合金のようにＺｎの固溶限が高い合金（Ａｌ−Ｚｎ２元合金の場合、Ｚｎの固溶限：８２．３ｗｔ．％と高い）を、Ａｌ−Ｚｎ系ろう材でろう付した場合、ろう材から母材へＺｎが拡散しても、母材は容易にＺｎの固溶限に達しないのでエロージョンを起こすことはない。また、Ａｌ−Ｚｎ系合金の固溶体の電位と析出Ｚｎの電位とはほぼ同程度で、腐食環境下においても、どちらかが選択的に溶解することはない。従って、Ａｌ−Ｚｎ系アルミニウム合金をＡｌ−Ｚｎ系ろう材でろう付した場合にも、接合部の耐腐食性に優れている。
【００１６】
Ｓｉ：
Ｓｉは、ろう材の融点を低下させ、ろう付性を向上させる。しかしながら、Ｓｉ含有量が０．１ｗｔ．％未満ではその効果が発揮されない。一方、Ｓｉ含有量を０．５ｗｔ．％以下にすると、母材はＳｉの拡散によって固溶限を超えることはなく、エロージョンが発生することがなく、また、共晶相が出現することによる耐食性および耐孔食性の低下が起きることもない。従って、ろう材のＳｉ含有量を、０．１〜０．５ｗｔ．％未満の範囲内とすべきである。
【００１７】
熱交換器およびその製造方法：
本発明のろう材は、耐食性および耐エロージョン性を考慮して発明されたものであり、しかもこの開発段階で、このろう材合金の融点が従来用いられていたＡｌ−Ｓｉ系合金の融点よりも著しく低く、低温ろう付に適することが確認された。アルミニウム合金のろう付において、融点が低下傾向をもつ薄肉高強度材料に対しては、ろう付温度を従来材料に対するよりも低い温度で行なうこと、即ち、低温ろう付をするためには、先ずろう材合金の融点が低いことが必須要件である。
【００１８】
しかしながら、それだけでは不十分であり、ろう付の際に用いるフラックスの融点とろう付温度との関係によっては、期待したエロージョン抑制効果が発揮されないことがわかった。即ち、本発明のろう材の化学成分組成の限定理由において、高温域でのＺｎおよびＳｉの固体内拡散現象によるエロージョンの機構について述べたが、如何に固体内拡散を抑えても、溶融した金属による母材の侵食は固体内拡散による侵食と比較して著しく大きい。その主な理由は、固体同士間での固体内への拡散速度と、一方が固体で他方が液体である場合の固体内への拡散速度とを比較した場合、後者の方が著しく速く、物質移動が著しく活発に起こるためであることが挙げられる。また、後者では、拡散による成分元素の濃度分布は液体内部で急速に均一化されるので、固液界面における濃度差が容易に飽和せず、常に濃度差を持った状態が続くので、反応の推進力が常に働くことによりエロージョンの進行が抑制されないことが挙げられる。
【００１９】
従って、実際のろう付工程では、ろう材の融点が低く且つろう付温度よりも著しく融点が低いフラックスを用いると、その初期時点で溶融したろう材金属が自らの表面に形成されていた酸化皮膜の殻を破って流出し、母材と接触して母材の侵食を開始するため、エロージョンが著しくなることがわかった。このエロージョン機構について検討を重ねた結果、ろう材による母材のエロージョンを抑制するためには、ろう材の融点に係わらず、ろう付工程のどの時点でフラックスが作用し、液状のろう材と母材とが接触するかを制御することが重要であることがわかった。即ち、ろう材表面が自らの表面に形成されている酸化皮膜で覆われている間は、ろう材が上記酸化皮膜の内部で液状になっていてもエロージョンには影響しないが、この酸化皮膜がフラックスによって破壊されて、液状のろう材が母材と接触した時点からろう付終了までの温度および時間がエロージョンの大きさに影響することを突き止めた。より詳細に述べると、温度が高いほど拡散速度が速くなり、ろう材の液相割合も多くなることと、時間が長いほどエロージョンの侵攻が深くなることがわかった。
【００２０】
従って、エロージョン抑制のためには、フラックスが溶融してからろう付温度に達するまでの温度差および時間が短い方がよいということがわかり、その条件について検討した結果、本発明のろう材組成の場合には、ろう付の昇温速度に依存せずエロージョンを抑制すると同時に十分なろう付性を得るためには、フラックス融点とろう付温度との差が５℃以上、１００℃以下であればよいことがわかった。つまり、ろう付時の昇温速度が速い場合には上記温度差が大きくてもよいが、その昇温速度が遅い場合には上記温度差が小さくなければいけない。これは、ろう付時の昇温速度が速い場合には熱交換器部材の温度上昇が昇温速度に追いつかずに遅れるため問題ないが、昇温速度が遅い場合には部材の温度上昇が昇温速度に追従するためである。
【００２１】
この発明によるエロージョンの抑制は、ろう材が粉末状の場合により一層顕著な効果が現れる。つまり、ろう材が粉末状の場合には、ろう材が微小単位で酸化皮膜の中に包まれているために、フラックスが完全に作用しない限りろうは溶融しない。これに対して、ろう材が所謂ブレージングシートで使用される場合には、張り合わされたろう材と母材間には酸化皮膜が存在しないために、この部分ではろうの溶融と同時にエロージョンが起こる。従って、より高温まで液状のろう材と母材とが全く接触しない粉末状ろう材は耐エロージョン性に優れる。
【００２２】
また、本発明におけるフラックスは、アルミニウムの酸化皮膜を破壊する効果が認められるものであって、ろう付温度とその融点との差が５℃以上、１００℃未満であれば特にその成分を限定する必要はなく、例えば、塩化物系フラックスおよびフッ化物系フラックス等が挙げられ、その供給方法も水またはアルコール等の適当な分散媒に懸濁させてスプレー塗布する方法や、粉末状のまま振りかける方法、粉末状ろう材と混合して使用する方法等を採用することができる。
なお、真空ろう付をする場合には、本発明においてフラックスを用いない場合（請求項４または８に記載の発明）を採用すればよい。
【００２３】
【実施例】
次に、この発明を実施例により更に詳細に説明する。
〔実施例１〕
表１に示すように、本発明の範囲内の化学成分組成を有するろう、および、本発明の範囲外の化学成分組成を有するろうを、それぞれ皮材とし、次のようにブレージングシートを調製して、本発明供試体Ｎｏ．１〜７、および、比較用供試体Ｎｏ．１〜８とした。即ち、板厚０．５ｍｍのＡＡ３００３合金からなる薄板を芯材とし、この両面の各々に厚さ５０μｍの上記ろう材をクラッドしてブレージングシートを調製した。
【００２４】
本発明供試体および比較用供試体の各ブレージングシートに、板厚８０μｍのＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金フィン材を組み付け、融点５６０℃のフラックスを塗布した後、６００℃で１０ｍｉｎ間保持のろう付相当熱処理を行なった。このようにして得られた各試験体の耐エロージョン性について試験し、更に、腐食試験を行って、耐食性および耐孔食性を評価した。なお、以下、フラックスの融点とは固相線温度を指すものとする。
上記試験結果を表１に併記した。
【００２５】
【表１】

【００２６】
耐エロージョン性は、ろうによるフィンの侵食深さで評価した。耐食性は、腐食試験として酸性塩水噴霧試験を行ない、酸性塩水噴霧試験３０日後の腐食形態および侵食深さ（孔食深さ）で評価した。また、ろう付性を、ろう付後のフィンとブレージングシートとの接合率で評価した。
【００２７】
表１に、本発明供試体および比較用供試体についての上記試験結果を併記した。同表から下記事項が明らかである。
【００２８】
Ｚｎを含有せず、しかもＳｉ含有量が本発明の範囲を外れて高い比較用供試体Ｎｏ．１は、局部腐食が発生し、耐食性および耐エロージョン性に劣っている。
Ｓｉ含有量が本発明の範囲を外れて、Ａｌ−Ｓｉ合金のＳｉ固溶限：１．６５ｗｔ．％よりも相当に高く、且つ、Ｚｎが本発明の範囲を外れて低い比較用供試体Ｎｏ．２は、局部腐食が発生し、耐食性および耐エロージョン性に劣っている。
【００２９】
Ｚｎ含有量は本発明の範囲内の低目であるが、Ｓｉ含有量が本発明の範囲を外れ、しかも固溶限組成よりも高い比較用供試体Ｎｏ．３は、耐エロージョン性に劣ると共に耐食性に若干劣る。
Ｚｎ含有量は本発明の範囲内の低目であるが、Ｓｉ含有量が本発明の範囲を外れて低い比較用供試体Ｎｏ．４は、ろう付性に劣ると共に耐食性に若干劣る。
Ｚｎ含有量が本発明の範囲を外れて低い比較用供試体Ｎｏ．５は、ろう付性に劣ると共に、耐食性に若干劣る。
なお、比較用供試体Ｎｏ．４および５のようにろう付性に劣り接合率の低いものについての耐エロージョン性は評価するに及ばず不可であり、結果を「──」で表示した。以下、同じである。
【００３０】
Ｚｎ含有量が本発明の範囲を外れて高い比較用供試体Ｎｏ．６は、耐エロージョン性および耐食性に劣る。
Ｚｎ含有量が本発明の範囲を外れて高く、しかも、Ｓｉ含有量が本発明の範囲を外れて低い比較用供試体Ｎｏ．７は、耐エロージョン性および耐食性に劣る。
Ｚｎ含有量が本発明の範囲を外れて高く、しかも、Ｓｉ含有量が本発明の範囲を外れて高い比較用供試体Ｎｏ．８は、耐エロージョン性および耐食性に劣る。
【００３１】
これに対して、本発明供試体Ｎｏ．１〜７は、いずれも、良好なろう付性を確保すると共に、耐食性および耐エロージョン性にも優れている。
【００３２】
〔実施例２〕
表２に示すように、本発明の範囲内の化学成分組成を有するろう、および、本発明の範囲外の化学成分組成を有するろうのそれぞれをプリフォームして直径１．６ｍｍの細線を調製し、本発明供試体Ｎｏ．２１〜２７、および、比較用供試体Ｎｏ．２１〜２６とし、下記の試験を行なった。
【００３３】
図１は、上記供試体を用いてアルミニウム合金部材のろう付をする方法を示す概略縦断面図である。同図に示すように、板厚５ｍｍのＡｌ−Ｍｎ系合金ＡＡ３００３製薄板１の表面と、同材質製管２の一端とを直角に突き合わせ、各供試体のろう材３を接合部に接近させて配置し、接合部およびろう材の表面を融点が５６０℃のフラックス４で被覆して、突合せ体を調製した。上記突合せ体を加熱炉に装入し、窒素雰囲気中で６００℃、１０ｍｉｎ間のろう付熱処理を行なった。このようにして得られた各試験体について、耐エロージョン性およびろう付性を評価した。耐エロージョン性は、ろうによる管の侵食深さで、また、ろう付性は、ろう付後の管とブレージングシートとの接合率で評価した。
上記試験結果を、表２に併記した。
【００３４】
【表２】

【００３５】
表２から下記事項が明らかである。
Ｚｎを含有せず、しかもＳｉ含有量が本発明の範囲を外れて高い比較用供試体Ｎｏ．２１は、耐エロージョン性に劣っている。
Ｓｉ含有量が本発明の範囲を外れて、Ａｌ−Ｓｉ合金のＳｉ固溶限：１．６５ｗｔ．％よりも相当に高い比較用供試体Ｎｏ．２２は、耐エロージョン性に劣っている。
【００３６】
Ｚｎ含有量が本発明の範囲を外れて低い比較用供試体Ｎｏ．２３、および、Ｚｎ含有量は本発明の範囲内の低目であるが、Ｓｉ含有量が本発明の範囲を外れて低い比較用供試体Ｎｏ．２４はいずれも、ろう付性に劣る。
Ｚｎ含有量が本発明の範囲を外れて高い比較用供試体Ｎｏ．２５は、耐エロージョン性に劣っている。
Ｓｉ含有量およびＺｎ含有量がいずれも本発明の範囲を外れて高い比較用供試体Ｎｏ．２６は、耐エロージョン性に劣っている。
【００３７】
これに対して、本発明供試体Ｎｏ．２１〜２７は、いずれも、良好なろう付性を確保すると共に、耐エロージョン性にも優れている。
【００３８】
〔実施例３〕
表３に示すように、本発明の範囲内の化学成分組成を有するろう材粉末、および、本発明の範囲外の化学成分組成を有するろう材粉末を調製し、本発明供試体Ｎｏ．３１〜３７、および、比較用供試体Ｎｏ．３１〜３８とし、下記の試験を行なった。
【００３９】
本発明供試体および比較用供試体のろう材粉末を、有機系接着剤、融点５６０℃のフラックスおよび有機系溶剤と混合してろう付用組成物を調製し、これをアルミニウム合金板上に厚さ４０μｍでろう材重量として６０ｇ／ｍ^２を塗布した。上記の通りろう付用組成物が塗布されたアルミニウム合金板に、板厚８０μｍのＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金フィン材を組み付け、６００℃で１０ｍｉｎ間保持のろう付相当熱処理を行なった。このようにして得られた各試験体について、耐エロージョン性について試験し更に、腐食試験を行なって、耐食性および耐孔食性を評価した。
上記試験結果を表３に併記した。
【００４０】
【表３】

【００４１】
表３から下記事項が明らかである。
Ｚｎを含有せず、しかもＳｉ含有量が本発明の範囲を外れて高い比較用供試体Ｎｏ．３１は、局部腐食が発生し、耐食性および耐エロージョン性に劣っている。
Ｓｉ含有量が本発明の範囲を外れて、Ａｌ−Ｓｉ合金のＳｉ固溶限：１．６５ｗｔ．％よりも相当に高く、且つ、Ｚｎが本発明の範囲を外れて低い比較用供試体Ｎｏ．３２は、局部腐食が発生し、耐食性および耐エロージョン性に劣っている。
【００４２】
Ｚｎ含有量は本発明の範囲内の低目であるが、Ｓｉ含有量が本発明の範囲を外れ、しかも固溶限組成よりも高い比較用供試体Ｎｏ．３３は、耐エロージョン性に劣ると共に耐食性に若干劣る。
Ｚｎ含有量は本発明の範囲内の低目であるが、Ｓｉ含有量が本発明の範囲を外れて低い比較用供試体Ｎｏ．３４は、ろう付性に劣ると共に耐食性に若干劣る。
Ｚｎ含有量が本発明の範囲を外れて低い比較用供試体Ｎｏ．３５は、ろう付性に劣ると共に、耐食性に若干劣る。
【００４３】
Ｚｎ含有量が本発明の範囲を外れて高い比較用供試体Ｎｏ．３６は、耐エロージョン性および耐食性に劣る。
Ｚｎ含有量が本発明の範囲を外れて高く、しかもＳｉ含有量が本発明の範囲を外れて低い比較用供試体Ｎｏ．３７は、耐エロージョン性および耐食性に劣る。
Ｚｎ含有量が本発明の範囲を外れて高く、しかもＳｉ含有量が本発明の範囲を外れて高い比較用供試体Ｎｏ．３８は、耐エロージョン性および耐食性に劣る。
【００４４】
これに対して、本発明供試体Ｎｏ．３１〜３７は、いずれも、良好なろう付性を確保すると共に、耐食性および耐エロージョン性にも優れている。
【００４５】
〔実施例４〕
表４および５に示す通りの、本発明の範囲内の化学成分組成を有するろう、および、本発明の範囲外の化学成分組成を有するろうをそれぞれ皮材とし、板厚０．５ｍｍのＡＡ３００３合金からなる薄板を芯材とし、この両面の各々に厚さ５０μｍの上記皮材をクラッドしてブレージングシートを調製した。
【００４６】
上記本発明の範囲内および範囲外のアルミニウム合金ろう材がクラッドされた各ブレージングシートに、板厚８０μｍのＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金フィン材を組み付け、融点４６０℃のフラックスを塗布した後、５５０℃、または６００℃で１０ｍｉｎ間保持のろう付相当熱処理を行なった。このようにして調製された供試体の製造方法は下記▲１▼から▲４▼に分けられる。
▲１▼本発明供試体Ｎｏ．４１〜４７：本発明の範囲内のろう材を用い、低温ろう付し、且つフラックス融点とろう付温度との差が５〜１００℃を満たす条件でろう付した場合。
▲２▼比較用供試体Ｎｏ．４１〜４７：ろう材は本発明の範囲内にあり、且つろう付温度が常法による温度領域であるが、フラックス融点とろう付温度との差が常法による温度範囲を外れて大幅に大きい（ここでは１４０℃）場合。
▲３▼比較用供試体Ｎｏ．４８〜５５：低温ろう付し、且つフラックス融点とろう付温度との差が５〜１００℃を満たすが、ろう材が本発明の範囲外のものを用いた場合。
▲４▼比較用供試体Ｎｏ．５６〜６３：ろう付温度が常法による温度領域であるが、フラックス融点とろう付温度との差が常法による温度範囲を外れて大幅に大きく（ここでは１４０℃）、ろう材も本発明の範囲外のものを用いた場合。
このようにして調製された各供試体の耐エロージョン性について試験し、更に、腐食試験を行って、耐食性および耐孔食性を評価した。
上記試験結果を表４および５に併記した。
【００４７】
【表４】

【００４８】
【表５】

【００４９】
〔実施例４〕における試験条件の最大の特徴は、ろう付温度を低くすることができる適正なろう付条件を備えていることであり、ろう付温度を常法の５８０〜６２０℃に対して５５０℃の低温とし、フラックスについてもこれに応じて低目の適正な温度範囲内の融点を有するもの（ここでは４６０℃のもの）を選定したことである。
【００５０】
表４および５の試験結果から下記事項が明らかである。
（イ）従来の常法によるろう付条件下で使用する場合には耐エロージョン性に優れたろう材であっても、ろう付相当熱処理中の早期段階でフラックスが溶融し、溶融したろうが母材と接触する時間が所定値より長い場合、即ち、ろう付温度（６００℃）とフラックスの融点（４６０℃）との差が大きい（ここでは１４０℃と大きい）場合には、母材のエロージョンを抑制することができない（上記▲２▼の場合）が、ろう付温度とフラックスの融点との差が小さくこれが１００℃以下でろう付をした場合には、〔実施例１〕における本発明供試体Ｎｏ．１〜７におけるろう付の場合と同様に良好な耐エロージョン性が得られる効果を発揮する（上記▲１▼の場合）。
（ロ）ろう材として本発明の範囲外のものを用いた場合には、低温ろう付においてフラックス融点とろう付温度との差が５〜１００℃を満たしても良好な耐エロージョン性は得られない（上記▲３▼の場合）。なお、ろう付温度を常法による温度領域としても、ろう材として本発明の範囲外のものを使用し、しかもフラックス融点とろう付温度との差が常法による温度範囲を外れて大幅に大きい場合には、当然のことながら良好な耐エロージョン性は得られない（上記▲４▼の場合）。
【００５１】
〔実施例５〕
表６および７に示す通りの、本発明の範囲内の化学成分組成を有するろう材粉末、および、本発明の範囲外の化学成分組成を有するろう材粉末を調製し、下記方法で本発明供試体および比較用供試体を作製した。
【００５２】
上記各ろう材粉末を、有機系接着剤、融点４６０℃のフラックスおよび有機系溶剤と混合してろう付用組成物を調製し、これをアルミニウム合金板上に厚さ４０μｍでろう材重量として６０ｇ／ｍ^２を塗布した。上記の通りろう付用組成物が塗布されたアルミニウム合金板に、板厚８０μｍのＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金フィン材を組み付け、５５０℃または６００℃で１０ｍｉｎ間保持のろう付相当熱処理を行なった。
このようにして調製された供試体の製造方法は実施例４におけると同様、下記▲５▼から▲８▼に分けられる。
▲５▼本発明供試体Ｎｏ．５１〜５７：本発明の範囲内のろう材を用い、低温ろう付し、且つフラックス融点とろう付温度との差が５〜１００℃を満たす条件でろう付した場合。
▲６▼比較用供試体Ｎｏ．７１〜７７：ろう材は本発明の範囲内にあり、且つろう付温度が常法による温度領域であるが、フラックス融点とろう付温度との差が常法による温度範囲を外れて大幅に大きい（ここでは１４０℃）場合。
▲７▼比較用供試体Ｎｏ．７８〜８５：低温ろう付し、且つフラックス融点とろう付温度との差が５〜１００℃を満たすが、ろう材が本発明の範囲外のものを用いた場合。
▲８▼比較用供試体Ｎｏ．８６〜９３：ろう付温度が常法による温度領域であるが、フラックス融点とろう付温度との差が常法による温度範囲を外れて大幅に大きく（ここでは１４０℃）、ろう材も本発明の範囲外のものを用いた場合。
このようにして調製された各供試体の耐エロージョン性について試験し、更に、腐食試験を行って、耐食性および耐孔食性を評価した。
上記試験結果を表６および７に併記した。
【００５３】
【表６】

【００５４】
【表７】

【００５５】
〔実施例５〕における試験条件の最大の特徴は、〔実施例４〕と同様、ろう付温度を低くすることができる適正なろう付条件を備えていることであり、ろう付温度を常法の５８０〜６２０℃に対して５５０℃の低温とし、フラックスについてもこれに応じて低目の適正な温度範囲内の融点を有するもの（ここでは４６０℃のもの）を選定したことである。
【００５６】
表６および７の試験結果から下記事項が明らかである。
（ハ）従来の常法によるろう付条件下で使用する場合には耐エロージョン性に優れたろう材であっても、ろう付相当熱処理中の早期段階でフラックスが溶融し、溶融したろうが母材と接触する時間が所定値より長い場合、即ち、ろう付温度（６００℃）とフラックスの融点（４６０℃）との差が大きい（ここでは１４０℃と大きい）場合には、母材のエロージョンを抑制することができない（上記▲６▼の場合）が、ろう付温度とフラックスの融点との差が小さくこれが１００℃以下でろう付をした場合には、〔実施例１〕における本発明供試体Ｎｏ．１〜７におけるろう付の場合と同様に良好な耐エロージョン性が得られる効果を発揮する（上記▲５▼の場合）。
（ニ）ろう材として本発明の範囲外のものを用いた場合には、低温ろう付においてフラックス融点とろう付温度との差が５〜１００℃を満たしても良好な耐エロージョン性は得られない（上記▲７▼の場合）。なお、ろう付温度を常法による温度領域としても、ろう材として本発明の範囲外のものを使用し、しかもフラックス融点とろう付温度との差が常法による温度範囲を外れて大幅に大きい場合には、当然のことながら良好な耐エロージョン性は得られない（上記▲８▼の場合）。
【００５７】
上述したように、ろうを粉末状で有機溶剤等との混合物で所定部材に塗布する形態で使用する場合でも、〔実施例４〕におけるようにろうをブレージングシートの形態で使用する場合と同様の結果が得られる。
なお、〔実施例４〕と〔実施例５〕との試験結果を比較すると、他の条件が同じ場合には、ろうをブレージングシートの形態で使用する場合（表４および５）よりも粉末状でフラックスと混合した形態で使用する場合（表６および７）の方が、アルミニウム合金部材の耐エロージョン性は向上することがわかる。
【００５８】
【発明の効果】
上述したように、この発明のアルミニウム合金ろうによれば、アルミニウム合金部材のろう付において、従来のＡｌ−Ｓｉ系ろうやＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系ろうが有するような良好なろう付性を確保すると共に、耐食性および耐エロージョン性に優れたアルミニウム合金ろうを提供することができる。この発明のろう材を用い、且つフラックスの融点をろう付温度未満で且つその融点とろう付温度との差を５℃以上、１００℃以下に制御することにより、耐エロージョン性に優れた熱交換器を低温ろう付により製造することができ、１００μｍ以下の肉厚極薄のアルミニウム合金のろう付を安定して行なうことができ、小型軽量化された熱交換器を製造することができる、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】供試体を用いてアルミニウム合金部材をろう付する方法の一例を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１薄板
２管
３ろう材
４フラックス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an aluminum alloy braze for brazing an aluminum alloy member, a heat exchanger manufactured by brazing, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Brazing is a method of joining base materials without melting them using a brazing material. Generally, the melting point of the brazing material is lower than the melting point of the base material to be joined. AA4045 (Si: 9.0 to 11.0 wt.%, Balance: Al and unavoidable impurities) includes aluminum alloy brazing (hereinafter, referred to as “brazing”) used for brazing various aluminum alloy members. Al-Si alloys such as AA4343 (Si: 6.8 to 8.2 wt.%, Remaining: Al and inevitable impurities) and AA4047 (Si: 11.0 to 13.0 wt.%) Further, an Al-Si-Zn-based alloy to which Zn is added is used (hereinafter, referred to as "prior art"). As the form of the brazing material, there are a brazing sheet in which a cladding material made of a wire, a rod, a plate, a strip, a powder, and a brazing material is clad on a core material, and a preform processed in accordance with the shape of the member.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned prior art has an advantage that the brazing property of an aluminum alloy is excellent. However, in the brazing aluminum alloy member using the above-mentioned brazing, the Al-Si alloy used for the brazing material has a hypoeutectic composition in any brazing in order to secure brazing properties. Used. If a brazed aluminum alloy member using such a hypoeutectic brazing material is placed in a corrosive environment, local corrosion occurs such that the eutectic α-phase is selectively dissolved. The crystalline α phase falls off the joint. It is thought that the weight loss due to the loss of the primary α phase has a greater effect on the corrosion of the joint than the weight loss due to the selective dissolution of the eutectic α phase, and as a result, the corrosion rate of the joint increases. . When Si is crystallized or precipitated, the interface between the Si and the matrix serves as a nucleus for the cathode reaction. Therefore, there is a problem that the corrosion rate of the joint increases with an increase in the Si content of the brazing material.
[0004]
Further, when brazing an aluminum alloy having a low Si solid solubility such as an Al-Si alloy (Si solid solubility: 1.65 wt.%), If an Al-Si alloy is used as a brazing material, The Si concentration in the parent phase easily exceeds the solid solubility limit due to Si diffused from the brazing material, and the brazed joint causes melting and erosion. In this case, when the thickness of the material to be joined by brazing is extremely thin, 100 μm or less, a problem such as penetration due to erosion at the joint occurs.
[0005]
Further, in recent years, from the viewpoint of energy saving and resource saving, development of a material corresponding to a lower brazing temperature and a smaller and lighter heat exchanger has been desired. Aluminum brazing is performed at a temperature close to the melting point of the material itself, but thin high-strength materials suitable for miniaturization and weight reduction generally have a low melting point. The difference is smaller than that of the conventional material, and there is a problem that the material cannot be practically used due to severe melting, erosion and buckling of the material.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, thereby ensuring good brazing properties such as those of Al-Si-based brazing and Al-Si-Zn-based brazing, and improving corrosion resistance and erosion resistance. It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy brazing excellent and suitable for low-temperature brazing, a heat exchanger manufactured using the same, and a method for manufacturing the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have intensively studied to achieve the above-mentioned object. As a result, as the chemical composition of the brazing material, the Si content is made as low as possible with respect to the conventional Al-Si-based brazing or Al-Si-Zn-based brazing, and an appropriate amount of Zn is contained as an alternative element to Si, Alternatively, it has been found that the above object can be achieved by including an appropriate amount of Si equal to or less than the solid solubility limit composition and an appropriate amount of Zn.
[0008]
The present invention has been made based on the above-mentioned findings, and an aluminum alloy brazing alloy excellent in corrosion resistance and erosion resistance and suitable for low-temperature brazing is Zn: 15 to 83 wt. %, And the balance consists of Al and unavoidable impurities.
[0009]
Other aluminum alloy brazes excellent in corrosion resistance and erosion resistance according to the present invention and suitable for low-temperature brazing are Zn: 10 to 83 wt. %, Si: 0.1 to 0.5 wt. %, And the balance consists of Al and unavoidable impurities.
[0010]
The aluminum alloy braze according to the present invention, which has excellent corrosion resistance and erosion resistance and is suitable for low-temperature brazing, is characterized by being in a powder form.
[0011]
According to the heat exchanger and the method of manufacturing the same of the present invention, a brazing material layer using at least one of the above brazing materials is provided at a brazing portion of the heat exchanger at a brazing temperature in brazing of an ordinary Al alloy. And then brazing, or assembling a component provided with a brazing material layer using at least one of the above, and a flux layer, and then brazing, or at least one of the above The method is characterized in that a flux is supplied after assembling a constituent member provided with a brazing material layer using a brazing material, and then brazing is performed.
[0012]
Further, another heat exchanger and a method of manufacturing the same according to the present invention are for performing stable low-temperature brazing, and the brazing material according to the present invention is used in the heat exchanger and the method of manufacturing the same as described above. In addition, the method is characterized in that the melting point of the flux is lower than the brazing temperature, and the difference between the melting point and the brazing temperature is 5 ° C. or more and 100 ° C. or less. Here, the low temperature in the low-temperature brazing means that when an aluminum alloy fin having a thickness of 100 μm or less is brazed, fin erosion caused by the brazing may be a problem when brazing is performed using a conventionally used aluminum alloy braze. It means a temperature lower than the brazing temperature, which is determined mainly depending on the chemical composition of the fin, and cannot be uniquely determined. For example, it refers to a temperature of 580 ° C. or less for brazing Al—Mn alloy fins.
In the present invention, the melting point of the flux means the solidus temperature within the melting temperature range.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the reasons for limiting the chemical composition of the aluminum alloy braze of the present invention to the above-described ranges, the reason for manufacturing a heat exchanger using the aluminum alloy braze, and the above-mentioned reason for limiting the manufacturing method will be described.
[0014]
Zn:
The addition of Zn lowers the melting point of the brazing material and improves brazing properties. The addition of Zn lowers the potential of the brazing material, and the brazing material exhibits a sacrificial anode effect on the base material. However, if the Zn content of the brazing material is 15 wt. %, The melting point of the brazing material does not sufficiently decrease and brazing properties are not sufficiently imparted. However, when Si is 0.1 wt. %, The effect of lowering the melting point of Si contributes. As a result, the Zn content of the brazing material is 10 wt. %, The brazing property is sufficiently imparted. On the other hand, when the Zn content of the brazing material is 83 wt. %, The Zn concentration in the base material locally exceeds the solid solubility limit due to the diffusion of Zn during brazing, and erosion occurs in the base material due to melting.
Therefore, the Zn content of the brazing material is set to 15 to 83 wt. %. However, when Si is 0.1 wt. % Or more, the Zn content of the brazing material is adjusted to 10 to 83 wt. It should be in the range of%.
[0015]
Note that an alloy having a high solid solubility limit of Zn such as an Al-Zn-based aluminum alloy (in the case of an Al-Zn binary alloy, the solid solubility limit of Zn: as high as 82.3 wt.%) Is used as an Al-Zn-based solder. When brazing with a material, even if Zn diffuses from the brazing material to the base material, the base material does not easily reach the solid solubility limit of Zn, so that erosion does not occur. In addition, the potential of the solid solution of the Al—Zn-based alloy and the potential of precipitated Zn are almost the same, and even under a corrosive environment, either one does not selectively dissolve. Therefore, even when the Al-Zn-based aluminum alloy is brazed with the Al-Zn-based brazing material, the joint has excellent corrosion resistance.
[0016]
Si:
Si lowers the melting point of the brazing material and improves brazing properties. However, when the Si content is 0.1 wt. %, The effect is not exhibited. On the other hand, when the Si content is 0.5 wt. % Or less, the base material does not exceed the solid solubility limit due to the diffusion of Si, erosion does not occur, and the corrosion resistance and pitting corrosion resistance due to the appearance of the eutectic phase may occur. Absent. Therefore, the Si content of the brazing material is set to 0.1 to 0.5 wt. %.
[0017]
Heat exchanger and its manufacturing method:
The brazing material of the present invention was invented in consideration of corrosion resistance and erosion resistance, and at this stage of development, the melting point of the brazing alloy was higher than the melting point of the conventionally used Al-Si alloy. It was remarkably low and confirmed to be suitable for low-temperature brazing. In brazing aluminum alloys, for thin high-strength materials whose melting point tends to decrease, the brazing temperature should be lower than that of conventional materials. It is an essential requirement that the melting point of the material alloy be low.
[0018]
However, it was not sufficient by itself, and it was found that the expected erosion suppressing effect was not exhibited depending on the relationship between the melting point of the flux used during brazing and the brazing temperature. That is, for the reason for limiting the chemical composition of the brazing filler metal of the present invention, the mechanism of erosion due to the diffusion of Zn and Si into a solid in a high-temperature region has been described. The erosion of the base material due to diffusion is significantly greater than the erosion due to diffusion in solids. The main reason is that when comparing the diffusion rate into solids between solids and the diffusion rate into solids when one is a solid and the other is a liquid, the latter is significantly faster, This is because the movement is extremely active. In the latter, the concentration distribution of component elements due to diffusion is rapidly homogenized inside the liquid, so that the concentration difference at the solid-liquid interface does not easily saturate, and the state with the concentration difference always continues, so that the reaction The fact that the propulsion always works does not suppress the progress of erosion.
[0019]
Therefore, in the actual brazing process, if a flux having a low melting point of the brazing material and having a melting point significantly lower than the brazing temperature is used, the molten metal of the brazing material at the initial stage has an oxide film formed on its own surface. It was found that the erosion became significant because the material broke out of the shell and came into contact with the base material to start erosion of the base material. As a result of repeated studies on this erosion mechanism, it was found that at any point in the brazing process, regardless of the melting point of the brazing material, the flux acts to suppress the erosion of the base metal by the brazing material, and the liquid brazing material It was found that it was important to control whether the material was in contact. That is, while the surface of the brazing material is covered with the oxide film formed on its own surface, even if the brazing material is in a liquid state inside the oxide film, it does not affect the erosion, but this oxide film is It was found that the temperature and the time from the point at which the liquid brazing material was broken by the flux and contacted with the base metal to the end of brazing affected the magnitude of the erosion. More specifically, it was found that the higher the temperature, the higher the diffusion rate, the higher the liquid phase ratio of the brazing filler metal, and the longer the time, the deeper the erosion penetration.
[0020]
Therefore, in order to suppress the erosion, it was found that it is better that the temperature difference and the time from the melting of the flux to the brazing temperature are shorter, and as a result of examining the conditions, the brazing material composition of the present invention was examined. In this case, in order to suppress erosion without depending on the rate of temperature rise of the brazing and to obtain sufficient brazing properties, if the difference between the flux melting point and the brazing temperature is 5 ° C. or more and 100 ° C. or less. I found it good. In other words, when the rate of temperature rise during brazing is fast, the temperature difference may be large, but when the rate of temperature rise is slow, the temperature difference must be small. This is not a problem because if the temperature rise rate during brazing is high, the temperature rise of the heat exchanger member will be delayed rather than catching up with the temperature rise rate, but if the temperature rise rate is slow, the temperature rise of the member will increase. This is to follow the heating speed.
[0021]
The suppression of erosion according to the present invention has a more remarkable effect when the brazing filler metal is in a powder form. That is, when the brazing material is in powder form, the brazing material is wrapped in the oxide film in minute units, so that the brazing does not melt unless the flux completely acts. On the other hand, when the brazing material is used in a so-called brazing sheet, there is no oxide film between the bonded brazing material and the base material, and erosion occurs simultaneously with melting of the brazing in this portion. Therefore, a powdery brazing material in which the liquid brazing material and the base material do not come into contact at all at higher temperatures has excellent erosion resistance.
[0022]
The flux in the present invention has an effect of destroying an aluminum oxide film. If the difference between the brazing temperature and its melting point is 5 ° C. or more and less than 100 ° C., the flux is particularly limited. There is no need to use, for example, chloride flux and fluoride flux, etc., and the supply method is also a method of suspending in a suitable dispersing medium such as water or alcohol and spraying it, or a method of sprinkling as powder. For example, a method of mixing with a powdered brazing material and using the same can be employed.
In the case of vacuum brazing, a case where no flux is used in the present invention (the invention according to claim 4 or 8) may be adopted.
[0023]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[Example 1]
As shown in Table 1, a wax having a chemical composition within the scope of the present invention and a wax having a chemical composition outside the scope of the present invention were each used as a skin material, and a brazing sheet was prepared as follows. The specimen No. of the present invention Nos. 1 to 7 and the comparative specimen Nos. 1 to 8. That is, a brazing sheet was prepared by using a thin plate made of an AA3003 alloy having a plate thickness of 0.5 mm as a core material and cladding the above-mentioned brazing material having a thickness of 50 μm on each of both surfaces thereof.
[0024]
An 80 μm-thick Al—Mn-based aluminum alloy fin material was attached to each of the brazing sheets of the present invention specimen and the comparative specimen, and a flux having a melting point of 560 ° C. was applied, followed by brazing at 600 ° C. for 10 minutes. Heat treatment was performed. Each of the specimens thus obtained was tested for erosion resistance, and further subjected to a corrosion test to evaluate corrosion resistance and pitting corrosion resistance. Hereinafter, the melting point of the flux indicates the solidus temperature.
The test results are shown in Table 1.
[0025]
[Table 1]

[0026]
The erosion resistance was evaluated by the depth of erosion of the fin by the wax. The corrosion resistance was evaluated by performing an acid salt spray test as a corrosion test, and evaluating the corrosion form and erosion depth (pitting depth) 30 days after the acid salt spray test. In addition, the brazing property was evaluated by the joining ratio between the fin and the brazing sheet after brazing.
[0027]
Table 1 also shows the above test results for the test specimen of the present invention and the test specimen for comparison. The following items are clear from the table.
[0028]
A comparative sample No. containing no Zn and having a high Si content outside the range of the present invention. In No. 1, local corrosion occurs, and the corrosion resistance and the erosion resistance are poor.
The Si content is out of the range of the present invention, and the solid solubility limit of Si in the Al—Si alloy is 1.65 wt. %, And Zn is much lower than the range of the present invention. In No. 2, local corrosion occurs, and the corrosion resistance and the erosion resistance are poor.
[0029]
Although the Zn content is low within the range of the present invention, the comparative sample No. having a Si content outside the range of the present invention and higher than the solid solubility limit composition. No. 3 is inferior in erosion resistance and slightly inferior in corrosion resistance.
Although the Zn content was low within the range of the present invention, the comparative sample No. having a low Si content outside the range of the present invention. No. 4 is inferior in brazing property and slightly inferior in corrosion resistance.
The comparative sample No. having a low Zn content outside the range of the present invention. No. 5 is inferior in brazing property and slightly inferior in corrosion resistance.
In addition, the comparative sample No. Erosion resistance of samples having poor brazing properties and a low joining rate, such as Nos. 4 and 5, was inferior to the evaluation and was not possible, and the results were indicated by “Δ”. The same applies hereinafter.
[0030]
The comparative sample No. having a high Zn content outside the range of the present invention. No. 6 is inferior in erosion resistance and corrosion resistance.
The comparative sample No. having a high Zn content outside the range of the present invention and a low Si content outside the range of the present invention. No. 7 is inferior in erosion resistance and corrosion resistance.
The comparative sample No. having a high Zn content outside the range of the present invention and a high Si content outside the range of the present invention. No. 8 is inferior in erosion resistance and corrosion resistance.
[0031]
On the other hand, the specimen No. All of Nos. 1 to 7 ensure good brazing properties and are also excellent in corrosion resistance and erosion resistance.
[0032]
[Example 2]
As shown in Table 2, a wax having a chemical composition within the scope of the present invention and a wax having a chemical composition outside the scope of the present invention were each preformed to prepare a thin wire having a diameter of 1.6 mm. Specimen No. of the present invention. Nos. 21 to 27 and the comparative specimen Nos. 21 to 26, and the following tests were performed.
[0033]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a method of brazing an aluminum alloy member using the above-mentioned specimen. As shown in the figure, the surface of a thin plate 1 made of an Al-Mn alloy AA3003 having a thickness of 5 mm and one end of a tube 2 made of the same material are perpendicularly butted, and the brazing material 3 of each specimen is brought close to the joint. The joint and the surface of the brazing material were covered with flux 4 having a melting point of 560 ° C. to prepare a butt. The butted body was placed in a heating furnace and subjected to a brazing heat treatment at 600 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. The erosion resistance and the brazing property of each of the test pieces thus obtained were evaluated. The erosion resistance was evaluated by the depth of erosion of the pipe by the brazing, and the brazing property was evaluated by the joining ratio between the brazed pipe and the brazing sheet.
The test results are shown in Table 2.
[0034]
[Table 2]

[0035]
The following items are clear from Table 2.
A comparative sample No. containing no Zn and having a high Si content outside the range of the present invention. No. 21 is inferior in erosion resistance.
The Si content is out of the range of the present invention, and the solid solubility limit of Si in the Al—Si alloy is 1.65 wt. %, Which is considerably higher than No. 22 is inferior in erosion resistance.
[0036]
The comparative sample No. having a low Zn content outside the range of the present invention. Comparative Sample No. 23 and the Zn content were low within the range of the present invention, but the Si content was low outside the range of the present invention. No. 24 is inferior in brazing property.
The comparative sample No. having a high Zn content outside the range of the present invention. No. 25 is inferior in erosion resistance.
Both the Si content and the Zn content were out of the range of the present invention, and the comparative sample No. No. 26 is inferior in erosion resistance.
[0037]
On the other hand, the specimen No. All of Nos. 21 to 27 ensure good brazing properties and also have excellent erosion resistance.
[0038]
[Example 3]
As shown in Table 3, a brazing filler metal powder having a chemical composition within the scope of the present invention and a brazing filler metal powder having a chemical composition outside the scope of the present invention were prepared. Nos. 31 to 37 and the comparative specimen Nos. 31 to 38, and the following tests were performed.
[0039]
A brazing composition was prepared by mixing the brazing filler metal powder of the specimen of the present invention and the comparative specimen with an organic adhesive, a flux having a melting point of 560 ° C., and an organic solvent. 40μm in weight and 60g / m as brazing material weight ² Was applied. An Al-Mn-based aluminum alloy fin material having a thickness of 80 µm was assembled on the aluminum alloy plate coated with the brazing composition as described above, and subjected to a brazing equivalent heat treatment at 600 ° C for 10 minutes. Each of the specimens thus obtained was tested for erosion resistance, and was further subjected to a corrosion test to evaluate corrosion resistance and pitting corrosion resistance.
The test results are shown in Table 3.
[0040]
[Table 3]

[0041]
The following items are apparent from Table 3.
A comparative sample No. containing no Zn and having a high Si content outside the range of the present invention. In No. 31, local corrosion occurred and corrosion resistance and erosion resistance were poor.
The Si content is out of the range of the present invention, and the solid solubility limit of Si in the Al—Si alloy is 1.65 wt. %, And Zn is much lower than the range of the present invention. In No. 32, local corrosion occurs and corrosion resistance and erosion resistance are poor.
[0042]
Although the Zn content is low within the range of the present invention, the comparative sample No. having a Si content outside the range of the present invention and higher than the solid solubility limit composition. No. 33 is inferior in erosion resistance and slightly inferior in corrosion resistance.
Although the Zn content was low within the range of the present invention, the comparative sample No. having a low Si content outside the range of the present invention. No. 34 is inferior in brazing property and slightly inferior in corrosion resistance.
The comparative sample No. having a low Zn content outside the range of the present invention. No. 35 is inferior in brazing property and slightly inferior in corrosion resistance.
[0043]
The comparative sample No. having a high Zn content outside the range of the present invention. No. 36 is inferior in erosion resistance and corrosion resistance.
The comparative sample No. having a high Zn content outside the range of the present invention and a low Si content outside the range of the present invention. No. 37 is inferior in erosion resistance and corrosion resistance.
The comparative sample No. having a high Zn content outside the range of the present invention and a high Si content outside the range of the present invention. No. 38 is inferior in erosion resistance and corrosion resistance.
[0044]
On the other hand, the specimen No. All of Nos. 31 to 37 secure good brazing properties and are also excellent in corrosion resistance and erosion resistance.
[0045]
[Example 4]
As shown in Tables 4 and 5, a wax having a chemical composition within the scope of the present invention and a wax having a chemical composition outside the scope of the present invention were used as skins, and AA3003 alloy having a plate thickness of 0.5 mm was used. Was used as a core material, and the skin material having a thickness of 50 μm was clad on each of both surfaces to prepare a brazing sheet.
[0046]
An Al-Mn-based aluminum alloy fin material having a thickness of 80 µm is attached to each brazing sheet clad with an aluminum alloy brazing material within or outside the range of the present invention, and a flux having a melting point of 460 ° C is applied. Alternatively, a heat treatment equivalent to brazing was performed at 600 ° C. for 10 minutes. The method for producing the specimen thus prepared is divided into the following (1) to (4).
{Circle around (1)} Specimens of the present invention 41 to 47: When brazing is performed at a low temperature using a brazing material within the scope of the present invention, and brazing is performed under the condition that the difference between the flux melting point and the brazing temperature satisfies 5 to 100 ° C.
(2) Specimen No. for comparison. 41 to 47: The brazing material is within the range of the present invention, and the brazing temperature is in the temperature range according to the ordinary method, but the difference between the flux melting point and the brazing temperature is significantly outside the temperature range according to the ordinary method. (Here, 140 ° C).
(3) Specimen No. for comparison. 48 to 55: low-temperature brazing and a case where the difference between the flux melting point and the brazing temperature satisfies 5 to 100 ° C., but the brazing material is out of the range of the present invention.
(4) Specimen No. for comparison. 56 to 63: The brazing temperature is in the temperature range according to the ordinary method, but the difference between the flux melting point and the brazing temperature is significantly outside the temperature range according to the ordinary method (140 ° C. in this case), and the brazing material is also the present invention. When using one out of the range.
Each specimen thus prepared was tested for erosion resistance, and further subjected to a corrosion test to evaluate corrosion resistance and pitting corrosion resistance.
The test results are shown in Tables 4 and 5.
[0047]
[Table 4]

[0048]
[Table 5]

[0049]
The most significant feature of the test conditions in [Example 4] is that it has appropriate brazing conditions that can lower the brazing temperature. That is, a flux having a low temperature of 550 ° C. and a flux having a melting point within a lower appropriate temperature range (here, 460 ° C.) was selected accordingly.
[0050]
The following items are apparent from the test results in Tables 4 and 5.
(B) When used under conventional brazing conditions, even if the brazing material has excellent erosion resistance, the flux melts at an early stage during the heat treatment equivalent to brazing, and the molten brazing material is used as the base material. If the contact time is longer than a predetermined value, that is, if the difference between the brazing temperature (600 ° C.) and the melting point of the flux (460 ° C.) is large (here, as large as 140 ° C.), the erosion of the base material is reduced. Although it cannot be suppressed (in the case of (2) above), when the difference between the brazing temperature and the melting point of the flux is small and the brazing is performed at 100 ° C. or less, the specimen of the present invention in [Example 1] is used. No. As in the case of brazing in Nos. 1 to 7, the effect of obtaining good erosion resistance is exhibited (in the case of (1) above).
(B) If a brazing material outside the scope of the present invention is used, good erosion resistance is obtained even when the difference between the flux melting point and the brazing temperature in low-temperature brazing satisfies 5 to 100 ° C. None (in the case of (3) above). In addition, even when the brazing temperature is set to a temperature range according to a normal method, a brazing material that is out of the range of the present invention is used, and the difference between the flux melting point and the brazing temperature is significantly larger than the temperature range according to a normal method. In such a case, of course, good erosion resistance cannot be obtained (in the case of (4) above).
[0051]
[Example 5]
As shown in Tables 6 and 7, a brazing filler metal powder having a chemical composition within the scope of the present invention and a brazing filler metal powder having a chemical composition outside the scope of the present invention were prepared. Specimens and comparative specimens were prepared.
[0052]
Each of the brazing material powders was mixed with an organic adhesive, a flux having a melting point of 460 ° C., and an organic solvent to prepare a brazing composition, and this was placed on an aluminum alloy plate at a thickness of 40 μm and a brazing material weight of 60 g. / M ² Was applied. An Al-Mn-based aluminum alloy fin material having a thickness of 80 µm was assembled on the aluminum alloy plate coated with the brazing composition as described above, and subjected to a heat treatment equivalent to brazing at 550 ° C or 600 ° C for 10 minutes.
The production method of the specimen thus prepared can be divided into the following (5) to (8) as in Example 4.
{Circle around (5)} Specimens of the present invention 51-57: When brazing at a low temperature using a brazing material within the scope of the present invention and brazing under a condition where the difference between the flux melting point and the brazing temperature satisfies 5 to 100 ° C.
(6) Specimen No. for comparison. 71-77: The brazing material is within the range of the present invention, and the brazing temperature is in a temperature range according to a conventional method, but the difference between the flux melting point and the brazing temperature is significantly outside the temperature range according to the conventional method. (Here, 140 ° C).
(7) Specimen No. for comparison. 78 to 85: when brazing at a low temperature and the difference between the flux melting point and the brazing temperature satisfies 5 to 100 ° C., but using a brazing material outside the scope of the present invention.
(8) Specimen No. for comparison. 86-93: The brazing temperature is in the temperature range according to the ordinary method, but the difference between the flux melting point and the brazing temperature is significantly outside the temperature range according to the ordinary method (140 ° C. in this case), and the brazing material is also the present invention. When using one out of the range.
Each specimen thus prepared was tested for erosion resistance, and further subjected to a corrosion test to evaluate corrosion resistance and pitting corrosion resistance.
The test results are shown in Tables 6 and 7.
[0053]
[Table 6]

[0054]
[Table 7]

[0055]
The most significant feature of the test conditions in [Example 5] is that, similar to [Example 4], appropriate brazing conditions that can lower the brazing temperature are provided. 580 to 620 ° C., and a flux having a melting point within a lower appropriate temperature range (460 ° C. in this case) was selected accordingly.
[0056]
The following items are apparent from the test results in Tables 6 and 7.
(C) When used under the conditions of conventional brazing, even if the brazing material has excellent erosion resistance, the flux melts at an early stage during the heat treatment equivalent to brazing, and the molten brazing material is used. If the contact time is longer than a predetermined value, that is, if the difference between the brazing temperature (600 ° C.) and the melting point of the flux (460 ° C.) is large (here, as large as 140 ° C.), the erosion of the base material is reduced. Although it cannot be suppressed (in the case of (6) above), when the difference between the brazing temperature and the melting point of the flux is small and the brazing is performed at 100 ° C. or less, the specimen of the present invention in [Example 1] is used. No. As in the case of brazing in Nos. 1 to 7, the effect of obtaining good erosion resistance is exhibited (in the case of (5) above).
(D) When a brazing material outside the scope of the present invention is used, good erosion resistance is obtained even when the difference between the flux melting point and the brazing temperature in the low-temperature brazing satisfies 5 to 100 ° C. None (in the case of (7) above). In addition, even when the brazing temperature is set to a temperature range according to a normal method, a brazing material that is out of the range of the present invention is used, and the difference between the flux melting point and the brazing temperature is significantly larger than the temperature range according to a normal method. In such a case, of course, good erosion resistance cannot be obtained (case (8) above).
[0057]
As described above, even when the wax is used in the form of being applied to a predetermined member with a mixture of a powder and an organic solvent or the like, similar to the case where the wax is used in the form of a brazing sheet as in [Example 4]. The result is obtained.
In addition, comparing the test results of [Example 4] and [Example 5], when the other conditions were the same, the powdery state was lower than in the case where the wax was used in the form of a brazing sheet (Tables 4 and 5). It can be seen that the erosion resistance of the aluminum alloy member is improved when used in a form mixed with the flux (Tables 6 and 7).
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the aluminum alloy brazing according to the present invention, in brazing an aluminum alloy member, good brazing properties such as those of conventional Al-Si brazing or Al-Si-Zn brazing are ensured. In addition, it is possible to provide an aluminum alloy brazing excellent in corrosion resistance and erosion resistance. By using the brazing material of the present invention and controlling the melting point of the flux below the brazing temperature and controlling the difference between the melting point and the brazing temperature to 5 ° C. or more and 100 ° C. or less, heat exchange excellent in erosion resistance is achieved. The apparatus can be manufactured by low-temperature brazing, and can stably perform brazing of an ultrathin aluminum alloy having a thickness of 100 μm or less, and can manufacture a small and lightweight heat exchanger. A more useful effect is brought about.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a method of brazing an aluminum alloy member using a specimen.
[Explanation of symbols]
1 Thin plate
2 tubes
3 brazing filler metal
4 flux

Claims

Zn: 10-83 wt. % And Si: 0.1 to 0.5 wt. %, With the balance being Al and inevitable impurities, having excellent corrosion resistance and erosion resistance and suitable for low-temperature brazing.

The aluminum alloy braze according to claim 1, wherein the form of the aluminum alloy braze is powder.

In a heat exchanger manufactured by brazing a constituent member, at least one selected from the aluminum alloy brazes according to claims 1 to 2 at each joint of the members constituting the heat exchanger. A heat exchanger manufactured by assembling the constituent member provided with the used brazing material layer and then brazing.

In a heat exchanger manufactured by brazing a constituent member, at least one selected from the aluminum alloy brazes according to claims 1 to 2 at each joint of the members constituting the heat exchanger. A heat exchanger manufactured by assembling the constituent members provided with the used brazing material layer and the flux layer, and then brazing.

In a heat exchanger manufactured by brazing a constituent member, at least one selected from the aluminum alloy brazes according to claims 1 to 2 at each joint of the members constituting the heat exchanger. A heat exchanger manufactured by supplying a flux after assembling the constituent member provided with the used brazing material layer, and then brazing.

The brazing is brazing at a low temperature, the melting point of the flux is lower than the temperature of the brazing, and the difference between the melting point of the flux and the temperature of the brazing is 5 ° C or more and 100 ° C or less. The heat exchanger according to claim 4 or 5, wherein

3. A method for manufacturing a heat exchanger by brazing constituent members, wherein at least one selected from the aluminum alloy brazes according to claim 1 and 2 at each joint of the members constituting the heat exchanger. A method for manufacturing a heat exchanger, comprising: assembling the constituent member provided with a brazing material layer using the method described above; and then brazing.

3. A method for manufacturing a heat exchanger by brazing constituent members, wherein at least one selected from the aluminum alloy brazes according to claim 1 and 2 at each joint of the members constituting the heat exchanger. A method for manufacturing a heat exchanger, comprising: assembling the structural member provided with a brazing material layer and a flux layer using the above method, and then brazing.

3. A method for manufacturing a heat exchanger by brazing constituent members, wherein at least one selected from the aluminum alloy brazes according to claim 1 and 2 at each joint of the members constituting the heat exchanger. A method of manufacturing a heat exchanger, comprising: supplying a flux after assembling the constituent member provided with a brazing material layer using the method, followed by brazing.

The brazing is performed by low-temperature brazing, and a flux whose melting point is lower than the temperature of the brazing is used, and the difference between the melting point of the flux and the temperature of the brazing is 5 ° C. The method for producing a heat exchanger according to claim 8, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 100 ° C. or less.