JP4649326B2 - Aluminum clad material for header member and tank member of heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、強度と耐食性に優れたアルミニウムクラッド材に関し、特にラジエータなどの自動車用熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材に適するアルミニウムクラッド材に関する。 The present invention relates to an aluminum clad material excellent in strength and corrosion resistance, and particularly to an aluminum clad material suitable for a header member and a tank member of an automotive heat exchanger such as a radiator.
近年、ラジエータなどの自動車用熱交換器は、軽量化・コンパクト化が図られるとともに、リサイクル性が重要視されるようになっている。そのため、従来は樹脂等で作製されていたヘッダ部材およびタンク部材が、アルミニウムまたはアルミニウム合金(以下、これらを総称して「アルミニウム製」という)のクラッド材に変更されつつある。 In recent years, heat exchangers for automobiles such as radiators have been made lighter and more compact, and recyclability has become important. Therefore, the header member and the tank member that have been conventionally made of resin or the like are being changed to a clad material of aluminum or aluminum alloy (hereinafter collectively referred to as “made of aluminum”).
図3(a)および(b)に示すように、このようなクラッド材は、アルミニウム製の心材11の一面側に、心材11より融点の低いAl合金をろう材12としてクラッドし、その他面側に犠牲防食材13としてAl−Zn系合金をクラッドすることで製造されている。なお、図3(a)は、アルミニウム製のクラッド材を用いて形成される熱交換器20のヘッダ部材25およびタンク部材27の要部断面図であり、(b)は(a)中の円で示す部分を拡大した一部拡大図である。なお、図3(a)中の符号21は偏平チューブであり、符号23はフィンである。
As shown in FIGS. 3A and 3B, such a clad material is obtained by clad an aluminum alloy having a melting point lower than that of the core material 11 as a
しかし、ヘッダ部材25およびタンク部材27をアルミニウム製のクラッド材で作製すると、ろう材12と犠牲防食材13が接合される箇所が生じる。かかる箇所では、図3(b)に示す拡大図のように、ろう付時に犠牲防食材3中のZnがフィレット(ろうだまり)14に拡散し、Znの含有量が高くなりやすい。Znの含有量が高くなると、ろう付後のろう材12表面や犠牲防食材13表面よりもフィレット14の電位が卑化することになるので、結果的にフィレット14が優先的に腐食されやすくなる。フィレット14が腐食されると、漏れが発生するおそれが高くなるだけでなく、腐食箇所から熱交換器20が破壊してしまうおそれもある。
なお、ヘッダ部材25やタンク部材27がアルミニウム製に変更されると樹脂製のヘッダ部材やタンク部材より板厚が薄くなることから、クラッド材の高強度化を図る必要がある。
However, when the
Note that if the
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高耐食性化および高強度化を図った熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材用のアルミニウムクラッド材を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the aluminum clad material for the header member and tank member of the heat exchanger which aimed at high corrosion resistance and high intensity | strength.
前記課題を解決した本発明に係る熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材用のアルミニウムクラッド材は、Cu:0.4〜1.0質量%、Si:0.3〜1.0質量%、Mn:0.5〜2.0質量%を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を心材とし、当該心材の一面側に、Si:0.6〜1.0質量%、Mn:0.6〜1.3質量%、Zn:2.0質量%以下を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなり、さらにSi/Mn=0.11〜6.7の範囲で添加されている犠牲防食材をクラッドし、当該心材の他面側にアルミニウム合金からなるろう材をクラッドした構成となっている。 Aluminum clad material for the header member and the tank member of a heat exchanger according to the present invention which solves the previous SL problem, Cu: 0.4 to 1.0 wt%, Si: 0.3 to 1.0 wt%, Mn: 0.5 to 2.0% by mass, with the balance being aluminum and unavoidable impurities as the core material, Si: 0.6 to 1.0% by mass, Mn: 0.6 to 1.3% by mass, Zn: 2.0 % by mass or less , the balance is made of Al and inevitable impurities, and Si / Mn = 0.11 to 6.7 is added. The sacrificial anticorrosive material is clad, and a brazing material made of an aluminum alloy is clad on the other side of the core material.
このように、本発明の熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材用のアルミニウムクラッド材は、Si、Cu、Mnの含有量を高くして、固溶・分散強化を行わしめることで、ろう付け後におけるクラッド材の高強度化を図ることができる。
また、犠牲防食材のZn量を2.0質量%以下に抑制することによって、ろう付けに起因するフィレットのZnの濃縮量を抑制することができる。これにより、フィレットの電位卑化を抑制し、ろう材と犠牲防食材と表面における電位差を抑制することが可能となり、フィレットの優先腐食を抑制することができる。
そして、これらに加え、犠牲防食材に含有されるSiとMnの含有量や、その含有比率の範囲をさらに特定の範囲に制御することによって、フィレットの耐食性を損なうことなく、犠牲防食材の高強度化を図ることで、本発明の熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材用のアルミニウムクラッド材のさらなる高強度化を図ることができる。
As described above, the aluminum clad material for the header member and the tank member of the heat exchanger according to the present invention increases the content of Si, Cu, and Mn and performs solid solution / dispersion strengthening. It is possible to increase the strength of the clad material.
Further, by suppressing the Zn content of the sacrificial anticorrosive material to 2.0% by mass or less, the enriched amount of Zn in the fillet due to brazing can be suppressed. Thereby, it becomes possible to suppress the potential deterioration of the fillet, to suppress the potential difference between the brazing material and the sacrificial anticorrosive material, and the surface, and to suppress the preferential corrosion of the fillet.
In addition to these, by controlling the content of Si and Mn contained in the sacrificial anticorrosive material and the range of the content ratio to a specific range, the sacrificial anticorrosive material can be made high without impairing the corrosion resistance of the fillet. By increasing the strength, it is possible to further increase the strength of the aluminum clad material for the header member and the tank member of the heat exchanger of the present invention.
本発明においては、板厚が0.7〜2.5mmであり、かつ、前記心材は、Ti:0.25質量%以下、Cr:0.25質量%以下、Zr:0.25質量%以下の中から選択される少なくとも1種を含有するのが好ましい。 In this invention, plate | board thickness is 0.7-2.5 mm, and the said core material is Ti: 0.25 mass% or less, Cr: 0.25 mass% or less, Zr: 0.25 mass% or less. It is preferable to contain at least one selected from the group consisting of
本発明によれば、強度および耐食性に優れた熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材用のアルミニウムクラッド材を提供することができる。
したがって、本発明の熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材用のアルミニウムクラッド材を用いれば、ラジエータなどの熱交換器(特に、ヘッダ材やタンク部材)を高強度化、高耐食化することができる。また、熱交換器の材質をアルミニウムまたはアルミニウム合金としているので、リサイクル率の向上などに多大に寄与することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the aluminum clad material for the header member and tank member of a heat exchanger excellent in intensity | strength and corrosion resistance can be provided.
Therefore, if the aluminum clad material for the header member and the tank member of the heat exchanger of the present invention is used, the heat exchanger such as a radiator (particularly the header material and the tank member) can be increased in strength and corrosion resistance. . Further, since the heat exchanger is made of aluminum or an aluminum alloy, it can greatly contribute to an improvement in the recycling rate.
次に、図1を参照しつつ、本発明の熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材用のアルミニウムクラッド材(以下、単に「アルミニウムクラッド材」という。)について詳細に説明する。なお、図1は、本発明のアルミニウムクラッド材の構成を示す模式図である。 Next, an aluminum clad material (hereinafter simply referred to as “aluminum clad material”) for the header member and the tank member of the heat exchanger of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the aluminum clad material of the present invention.
図1に示すように、本発明のアルミニウムクラッド材は、心材1と、この心材1の一面側に犠牲防食材3をクラッドし、心材1の他面側にろう材2をクラッドした構成となっている。 As shown in FIG. 1, the aluminum clad material of the present invention has a configuration in which a core material 1, a sacrificial anticorrosive material 3 is clad on one surface side of the core material 1, and a brazing material 2 is clad on the other surface side of the core material 1. ing.
ここで、本発明に用いる心材1は、Cu:0.4〜1.0質量%、Si:0.3〜1.0質量%、Mn:0.5〜2.0質量%を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金で構成されている。 Here, the core material 1 used in the present invention includes Cu: 0.4 to 1.0 mass%, Si: 0.3 to 1.0 mass%, Mn: 0.5 to 2.0 mass%, and the balance. Is made of an aluminum alloy composed of Al and inevitable impurities.
また、本発明に用いる犠牲防食材3は、Zn:2.2質量%未満を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金で構成されている。
なお、この犠牲防食材3は、Si:0.15〜1.0質量%、Mn:0.15〜1.3質量%、Zn:2.2質量%未満を含み残部がAlおよび不可避的不純物からなり、さらにSi/Mn=0.11〜6.7の範囲で添加されているアルミニウム合金で構成するのがより好ましい。
The sacrificial anticorrosive material 3 used in the present invention is made of an aluminum alloy containing Zn: less than 2.2% by mass, and the balance being made of Al and inevitable impurities.
The sacrificial anticorrosive material 3 contains Si: 0.15-1.0% by mass, Mn: 0.15-1.3% by mass, Zn: less than 2.2% by mass, and the balance is Al and inevitable impurities. More preferably, it is made of an aluminum alloy added in the range of Si / Mn = 0.11 to 6.7.
そして、本発明で用いるろう材2は、心材1よりも融点の低いアルミニウム合金で構成されている。
以下、心材1および犠牲防食材3の化学組成を特定の範囲に規制した理由について説明する。なお、ろう材2は、心材1よりも融点が低く、従来公知の化学組成を有するアルミニウム合金であれば、特に限定されることなく用いることができるので、その説明を省略する。
The brazing material 2 used in the present invention is made of an aluminum alloy having a melting point lower than that of the core material 1.
Hereinafter, the reason why the chemical composition of the core material 1 and the sacrificial anticorrosive material 3 is regulated to a specific range will be described. The brazing material 2 can be used without any particular limitation as long as it is an aluminum alloy having a melting point lower than that of the core material 1 and having a conventionally known chemical composition.
(1)Cu
Cuは、ろう付後に固溶状態でアルミニウム合金中に存在し、強度を向上させる。また、Cuは、代表的なアルミニウム添加元素の中でも電位が貴な元素である。そのため、1000系や7000系のアルミニウム合金の犠牲防食材等をクラッドさせることによって心材1と犠牲防食材3との間で十分な電位差を確保することができるので、犠牲防食材3の犠牲防食効果(耐食性)を大きくすることが可能となる。
Cuの含有量が0.4質量%未満であると、固溶強化によるろう付後の強度の大幅な向上が認められず、また、心材1と犠牲防食材3の電位差も小さくなるため、犠牲防食材3の犠牲防食効果が得にくくなる。特に最近の薄肉化の傾向においては、好適なろう付後の強度、耐食性を得ることが厳しくなるため、0.4質量%以上とするのが望ましい。
一方、Cuの含有量が1.0質量%以上となると、他の元素の添加量によっては、鋳造時に割れが発生しやすくなり、生産性が低下する。また、ろう付時にろう材2から拡散してくるSiによって融点が低下するので、ろう付時に心材1が溶融してしまい、結果的に心材1に侵食等が発生しやすくなる。その結果、ろう付性が低下する。
したがって、Cuの含有量は、0.4〜1.0質量%とするのが望ましい。特に、Cuの含有量を0.6〜0.9質量%とすれば、犠牲防食材3の犠牲防食効果および高強度化を十分に図ることができる。
(1) Cu
Cu exists in the aluminum alloy in a solid solution state after brazing, and improves the strength. Cu is a noble element among typical aluminum-added elements. Therefore, a sufficient potential difference can be ensured between the core material 1 and the sacrificial anticorrosive material 3 by clad with a sacrificial anticorrosive material made of 1000 series or 7000 series aluminum alloy. (Corrosion resistance) can be increased.
If the Cu content is less than 0.4% by mass, no significant improvement in the strength after brazing due to solid solution strengthening is observed, and the potential difference between the core material 1 and the sacrificial anticorrosive material 3 is also small. It becomes difficult to obtain the sacrificial anticorrosive effect of the anticorrosive material 3. In particular, in the recent trend of thinning, it is difficult to obtain suitable strength and corrosion resistance after brazing, so 0.4% by mass or more is desirable.
On the other hand, when the Cu content is 1.0% by mass or more, depending on the addition amount of other elements, cracking is likely to occur during casting, and productivity is lowered. Moreover, since melting | fusing point falls by Si which diffuses from the brazing | wax material 2 at the time of brazing, the core material 1 will fuse | melt at the time of brazing, and it will become easy to generate | occur | produce erosion etc. in the core material 1 as a result. As a result, brazability is reduced.
Therefore, the Cu content is desirably 0.4 to 1.0 mass%. In particular, if the Cu content is 0.6 to 0.9% by mass, the sacrificial anticorrosive effect and high strength of the sacrificial anticorrosive material 3 can be sufficiently achieved.
(2)Si
Siは、固溶状態で固溶強化する効果を有するとともに、AlおよびMnと金属間化合物を形成し、分散強化によって強度を向上させる効果を有する。
心材中のSiの含有量が0.3質量%未満であると強度を向上させる効果を十分に得ることができない。
一方、心材中のSiの含有量が1.0質量%を超えると、他の元素の添加量によっては、融点が低下してしまい、ろう付時に心材が溶融し、ろう付が不可能となる。
したがって、Siの含有量は、0.3〜1.0質量%とするのが望ましい。特に、高強度化に関しては、Siの含有量を0.6質量%以上とすることによって優れた効果を発揮し得るので、0.6質量%以上含有するのが望ましい。
(2) Si
Si has an effect of solid solution strengthening in a solid solution state, and forms an intermetallic compound with Al and Mn, and has an effect of improving strength by dispersion strengthening.
If the Si content in the core material is less than 0.3% by mass, the effect of improving the strength cannot be sufficiently obtained.
On the other hand, if the Si content in the core exceeds 1.0% by mass, the melting point decreases depending on the amount of other elements added, the core melts during brazing, and brazing becomes impossible. .
Therefore, the Si content is desirably 0.3 to 1.0 mass%. In particular, with regard to increasing the strength, an excellent effect can be exhibited by setting the Si content to 0.6% by mass or more, so it is desirable to contain 0.6% by mass or more.
一方、犠牲防食材中のSiの含有量を1.0質量%以下としたのは、1.0質量%までは添加量を増加させることによってろう付後強度が向上するが、1.0質量%を超えて添加されるとSiの固溶量が増加するために電位が貴化して耐食性が劣化する。また、結晶粒界にSiが析出しやすくなり粒界腐食によって耐食性が劣化する。
一方、Siの含有量が0.15質量%未満であると、ろう付後強度に寄与する効果が小さくなる。
したがって、犠牲防食材のSiの含有量は、0.15〜1.0質量%とするのが望ましい。なお、ろう付後強度と耐食性を好適に両立するために推奨される範囲は、0.6〜0.9質量%であるが、心材1が高強度(例えば、150MPa以上)であるときは添加をしなくても構わない。
On the other hand, the content of Si in the sacrificial anticorrosive material is 1.0% by mass or less, but the strength after brazing is improved by increasing the addition amount up to 1.0% by mass, but 1.0% by mass. If it is added in excess of%, the solid solution amount of Si increases, so the potential becomes noble and the corrosion resistance deteriorates. In addition, Si easily precipitates at the crystal grain boundaries, and the corrosion resistance deteriorates due to intergranular corrosion.
On the other hand, when the Si content is less than 0.15% by mass, the effect of contributing to the strength after brazing becomes small.
Therefore, the content of Si in the sacrificial anticorrosive material is preferably 0.15 to 1.0% by mass . In addition , the range recommended for achieving both the strength after brazing and the corrosion resistance suitably is 0.6 to 0.9% by mass, but is added when the core material 1 has high strength (for example, 150 MPa or more). You don't have to.
(3)Mn
Mnは、微細な金属間化合物を合金中に分布させ、耐食性を低下させることなく強度を向上させるための必須元素である。本発明の化学組成においては、Al、Siと金属間化合物を形成し、その微細な金属間化合物の分散により、ろう付後強度が大幅に向上する。また、一部のMnはアルミニウム合金中に固溶するため、固溶によるろう付強度の向上を図ることができる。
(3) Mn
Mn is an essential element for distributing fine intermetallic compounds in the alloy and improving the strength without reducing the corrosion resistance. In the chemical composition of the present invention, an intermetallic compound is formed with Al and Si, and the strength after brazing is greatly improved by the dispersion of the fine intermetallic compound. Moreover, since some Mn is dissolved in the aluminum alloy, the brazing strength can be improved by the solid solution.
心材中のMnの含有量が0.5質量%未満であると金属間化合物の分散による効果を十分に得ることができないので、ろう付後強度が大幅に向上しない。
一方、Mnの含有量が2.0質量%を超えると、強度が向上しすぎるので成形性が低下し、プレス成形やロールフォーミングが困難となる。
したがって、心材中のMnの含有量は、0.5〜2.0質量%とするのが望ましい。
When the content of Mn in the core material is less than 0.5% by mass, the effect due to the dispersion of the intermetallic compound cannot be sufficiently obtained, so that the strength after brazing is not significantly improved.
On the other hand, when the content of Mn exceeds 2.0% by mass, the strength is excessively improved, the moldability is lowered, and press molding and roll forming become difficult.
Therefore, the content of Mn in the core material is desirably 0.5 to 2.0% by mass.
また、犠牲防食材中のMnの含有量が1.3質量%を超えると、固溶するMn量の増加により電位が貴化し、十分な犠牲防食効果が得られない。また、カソード反応サイトである金属間化合物数の増加によって腐食速度が速くなり、耐食性が劣化する。
一方、Mnの含有量が0.15質量%未満であると、Al、Siと金属間化合物を形成しないので、強度向上に寄与しないだけでなく、金属間化合物を形成しないために固溶Siが粒界析出する量が多くなり、耐食性が劣化する。
したがって、耐食性およびろう付後強度を確保するために推奨されるMnの含有量は、0.15〜1.3質量%とするのが望ましく、0.6〜0.9質量%とするのがより望ましいが、心材が高強度であるときは添加しなくても構わない。
On the other hand, if the content of Mn in the sacrificial anticorrosive material exceeds 1.3% by mass, the potential becomes noble due to an increase in the amount of Mn dissolved, and a sufficient sacrificial anticorrosive effect cannot be obtained. In addition, the increase in the number of intermetallic compounds that are cathode reaction sites increases the corrosion rate and degrades the corrosion resistance.
On the other hand, when the content of Mn is less than 0.15% by mass, Al and Si do not form an intermetallic compound, so that not only does not contribute to strength improvement but also does not form an intermetallic compound, The amount of grain boundary precipitation increases and corrosion resistance deteriorates.
Therefore, the content of Mn recommended for ensuring corrosion resistance and strength after brazing is preferably 0.15 to 1.3% by mass, and preferably 0.6 to 0.9% by mass. More preferably, it may not be added when the core material has high strength.
(4)Ti,Cr,Zr
Ti、Cr、Zrを0.25質量%以下と規定したのは、これらを0.25質量%を超えて含有することとなると、鋳造時に巨大な晶出物が形成されやすくなり、耐食性が大幅に劣化するからである。
しかし、Tiを0.25質量%以下で含有すると、圧延時に晶出物が層状に分布し、層状の腐食形態をとることができるため、耐食性を向上させることができる。
また、CrおよびZrを0.25質量%以下で含有すると、ろう付後強度を向上させることができる。
(4) Ti, Cr, Zr
Ti, Cr, and Zr are defined as 0.25% by mass or less, and if these are contained in excess of 0.25% by mass, huge crystallized products are easily formed during casting, and the corrosion resistance is greatly increased. This is because it deteriorates.
However, when Ti is contained in an amount of 0.25% by mass or less, the crystallized substance is distributed in layers at the time of rolling and can take a layered form of corrosion, so that the corrosion resistance can be improved.
Moreover, when Cr and Zr are contained at 0.25 mass% or less, the strength after brazing can be improved.
(5)犠牲防食材中のSi/Mn比
犠牲防食材が、Siを0.15〜1.0質量%の範囲で含み、Mnを0.15〜1.3質量%の範囲で含む場合(すなわち、本願の請求項2に相当する場合)は、Si/Mn=0.11〜6.7の範囲とする必要がある。どちらか一方の元素のみを添加した場合、例えば、Siのみを添加した場合は、結晶粒界にSiが単体で析出し、Mnのみを添加した場合は、Al−Mn系の金属間化合物が結晶粒界に析出する。このように、結晶粒界に析出物が存在すると粒界腐食感受性が顕著に高くなるので、耐食性が大幅に劣化してしまう。
なお、SiおよびMnを同量添加すると、結晶粒界内に微細なAl−Mn−Si系の金属間化合物が析出し、分散強化による強度の向上を図ることができる。
(5) Si / Mn ratio in sacrificial anticorrosive material When the sacrificial anticorrosive material contains Si in the range of 0.15 to 1.0 mass% and Mn in the range of 0.15 to 1.3 mass% ( That is, it is necessary to set Si / Mn = 0.11 to 6.7 in the case corresponding to claim 2 of the present application. When only one of the elements is added, for example, when only Si is added, Si precipitates alone at the grain boundary, and when only Mn is added, an Al-Mn intermetallic compound is crystallized. Precipitate at grain boundaries. As described above, when precipitates exist at the crystal grain boundaries, the intergranular corrosion sensitivity is remarkably increased, so that the corrosion resistance is greatly degraded.
When the same amounts of Si and Mn are added, fine Al—Mn—Si intermetallic compounds are precipitated in the crystal grain boundaries, and the strength can be improved by dispersion strengthening.
ただし、不可避的不純物レベル相当量でSiおよびMnが存在している場合は、前記した関係式の範囲外であっても構わない。理由としては、含有量が非常に少ないため、粒界に単体SiおよびAl−Mn系金属間化合物が析出する量が極端に減少し、耐食性を大幅に低下させることがないからである。本発明において、SiおよびMnの不可避的不純物レベル相当量としては、Siは0.15質量%未満、Mnは0.15質量%未満である。 However, when Si and Mn are present in an amount corresponding to the inevitable impurity level, they may be outside the range of the relational expression described above. The reason is that since the content is very small, the amount of simple Si and Al—Mn intermetallic compounds precipitated at the grain boundaries is extremely reduced, and the corrosion resistance is not significantly reduced. In the present invention, the amounts corresponding to the inevitable impurity levels of Si and Mn are less than 0.15% by mass of Si and less than 0.15% by mass of Mn.
(6)Zn
Znは、アルミニウム合金に犠牲防食効果(耐食性)を与える効果を有する。
通常、ラジエータ等の熱交換器用アルミニウムクラッド材では、犠牲防食材のZnの含有量が増加すると、ろう付後の心材−犠牲防食材の電位差が大きくなり、犠牲防食材3の犠牲防食効果が大きくなる。
(6) Zn
Zn has the effect of giving a sacrificial anticorrosive effect (corrosion resistance) to the aluminum alloy.
In general, in an aluminum clad material for a heat exchanger such as a radiator, when the Zn content of the sacrificial anticorrosive material increases, the potential difference between the core material and the sacrificial anticorrosive material after brazing increases, and the sacrificial anticorrosive effect of the sacrificial anticorrosive material 3 increases. Become.
しかし、例えばラジエータのタンク部とヘッダ部とをろう付すると、犠牲防食材3とろう材2が必ず接触する箇所があるために、ろう付後に形成されたフィレット中にZnが濃縮してしまう。フィレット中に濃縮したZnの含有量は、犠牲防食材表面のZnの含有量よりも多くなるために電位が卑化しやすいため、フィレットが優先的に腐食されることとなり、漏れや亀裂が発生することになる。
したがって、本発明においては、Znの含有量を2.0質量%以下とする必要がある。Znの含有量が2.0質量%よりも多くなると前記したようにフィレットが優先的に腐食されるなどの問題がある。なお、本発明では心材中のCuの含有量が多いため、Znを犠牲防食材3に添加しなくても心材−犠牲防食材の電位差を十分確保することが可能であり、耐食性が大幅に劣化することはない。しかし、フィレットの優先的な腐食を防止することを考慮すると、Znを1.0質量%以下で含有するのがより望ましい。
However, for example, when the tank portion and the header portion of the radiator are brazed, there is a portion where the sacrificial anticorrosive material 3 and the brazing material 2 always come into contact with each other, so that Zn is concentrated in the fillet formed after brazing. Since the Zn content concentrated in the fillet is higher than the Zn content on the surface of the sacrificial anticorrosive material, the potential tends to be reduced, and the fillet is preferentially corroded, resulting in leakage and cracking. It will be.
Therefore, in this invention, it is necessary to make content of Zn into 2.0 mass% or less . If the Zn content is more than 2.0 % by mass, the fillet is preferentially corroded as described above. In the present invention, since the content of Cu in the core material is large, it is possible to ensure a sufficient potential difference between the core material and the sacrificial anticorrosive material without adding Zn to the sacrificial anticorrosive material 3, and the corrosion resistance is greatly deteriorated. Never do. However, considering prevention of preferential corrosion of fillets, it is more desirable to contain Zn at 1.0 mass% or less.
(7)その他の元素
Feは、0.2質量%以下であれば心材、犠牲防食材に添加しても構わない。Feの含有量が0.2質量%を超えて含有されると、鋳造後の晶出物の個数が大幅に増加するため、カソード反応を促進し、耐食性が大幅に劣化する。
(7) Other elements Fe may be added to the core material and the sacrificial anticorrosive material as long as it is 0.2 mass% or less. If the Fe content exceeds 0.2% by mass, the number of crystallized products after casting is greatly increased, so that the cathode reaction is promoted and the corrosion resistance is greatly deteriorated.
(8)板厚
アルミニウムクラッド材の板厚が0.7mm未満であると、板厚が薄いため剛性が低下しヘッダおよびタンク材として用いることができない。
一方、アルミニウムクラッド材の板厚が2.5mmを超えると、成形が困難となる。
したがって、板厚は、0.7〜2.5mmとするのが望ましい。
(8) Plate thickness If the plate thickness of the aluminum clad material is less than 0.7 mm, the plate thickness is thin, so that the rigidity is lowered and cannot be used as a header and tank material.
On the other hand, if the thickness of the aluminum clad material exceeds 2.5 mm, molding becomes difficult.
Therefore, the plate thickness is preferably 0.7 to 2.5 mm.
次に、本発明の熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材用アルミニウムクラッド材(以下、単に「アルミニウムクラッド材」という。)について、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない参考例および比較例とを比較して具体的に説明する。 Next, with respect to the aluminum clad material for the header member and tank member of the heat exchanger of the present invention (hereinafter simply referred to as “aluminum clad material”), an example that satisfies the requirements of the present invention and a reference that does not satisfy the requirements of the present invention An example and a comparative example are compared and demonstrated concretely.
≪参考例≫
心材の一面側に犠牲防食材をクラッドし、この心材の他面側にろう材をクラッドしたアルミニウムクラッド材を下記の方法により製造した。
≪Reference example≫
An aluminum clad material in which a sacrificial anticorrosive material was clad on one surface side of the core material and a brazing material was clad on the other surface side of the core material was manufactured by the following method.
まず、表1に示す化学組成を有する試験材No.1〜12の心材を面削し、44mmの板厚とした後、590℃×6時間の均質化熱処理を施した。ろう材と犠牲防食材は、鋳塊を面削した後、510℃×6時間の熱処理を行った後に熱間圧延を行い、3mmの板厚のろう材と3mmの板厚の犠牲防食材とした。なお、≪参考例≫の犠牲防食材の化学組成にはSiおよびMnが含まれているが、いずれの試験材においてもこれらの含有量が0.15質量%未満であるために、不可避的不純物レベル相当量を含有しているということができる。 First, test materials No. 1 having the chemical composition shown in Table 1 were used. After chamfering 1 to 12 cores to a plate thickness of 44 mm, homogenization heat treatment at 590 ° C. for 6 hours was performed. The brazing material and the sacrificial anticorrosive material are obtained by chamfering the ingot and then performing a heat treatment at 510 ° C. for 6 hours, followed by hot rolling to obtain a brazing material having a thickness of 3 mm and a sacrificial anticorrosive material having a thickness of 3 mm. did. The chemical composition of the sacrificial anticorrosive material of Reference Example includes Si and Mn. However, since the content of each test material is less than 0.15% by mass, inevitable impurities are present. It can be said that it contains a level equivalent.
そして、犠牲防食材およびろう材を、それぞれ心材の一面側および他面側に重ね合せて3層構造材とし、これを熱間圧延圧着して板厚4mmのアルミニウムクラッド材とした(図1参照)。 Then, the sacrificial anticorrosive material and the brazing material are superimposed on one side and the other side of the core material, respectively, to form a three-layer structure material, which is hot-rolled to obtain an aluminum clad material having a thickness of 4 mm (see FIG. 1). ).
このアルミニウムクラッド材に冷間圧延を行い、板厚を1.6mmとした後、380℃×3時間で焼鈍を行い、O材のアルミニウムクラッド材を作製した。図1に示すように、心材1の一面側にろう材2をクラッドし、心材1の他面側に犠牲防食材3をクラッドしたものである。
このようにして作製したアルミニウムクラッド材から幅50mm×長さ60mmの試験片を切り出し、所定の量(5g/m2)のフラックスを塗布した後、図2に示すように、ろう材2面と、犠牲防食材3面とが20mm重なるように重ね合わせ、窒素雰囲気中で595℃×5分間ろう付を行った。なお、図2は、ろう付したアルミニウムクラッド材の要部拡大図である。
The aluminum clad material was cold-rolled to a thickness of 1.6 mm, and then annealed at 380 ° C. for 3 hours to produce an aluminum clad material of O material. As shown in FIG. 1, a brazing material 2 is clad on one surface side of the core material 1, and a sacrificial anticorrosive material 3 is clad on the other surface side of the core material 1.
A test piece having a width of 50 mm and a length of 60 mm was cut out from the aluminum clad material produced in this manner, and after applying a predetermined amount (5 g / m 2 ) of flux, as shown in FIG. The three sacrificial anticorrosive materials were overlapped so as to overlap each other by 20 mm, and brazed in a nitrogen atmosphere at 595 ° C. for 5 minutes. FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the brazed aluminum clad material.
ろう付後、外面耐食性評価用サンプルとしてろう材2面側が腐食試験面となるように犠牲防食材3面にシールを貼り、犠牲防食材3面側が腐食液(CASS試験液)に触れないようにろう材2面にシールの一部を折り返した後、シール端部をボンドで塗り、犠牲防食材3面側に腐食液が入り込まないようにした。
また、ろう付後、内面耐食性評価用サンプルとして犠牲防食材面側が腐食試験面となるようにろう材面にシールを貼り、ろう材2面側が腐食液に触れないように犠牲防食材面にシールの一部を折り返した後、シール端部をボンドで塗り、ろう材面側に腐食液が入り込まないようにした。
After brazing, a seal is applied to the sacrificial anticorrosive material 3 so that the outer surface corrosion resistance sample is the corrosion test surface, and the sacrificial anticorrosive material 3 surface is not in contact with the corrosive liquid (CASS test solution). After a part of the seal was folded back on the brazing material 2 surface, the seal end portion was coated with a bond so that the corrosive liquid did not enter the sacrificial anticorrosive material 3 surface side.
In addition, after brazing, a seal is applied to the brazing material surface so that the sacrificial anticorrosive material side becomes a corrosion test surface as a sample for evaluating the inner surface corrosion resistance, and the sacrificial anticorrosive material surface is sealed so that the brazing material 2 side does not touch the corrosive liquid. After folding a part of the seal, the seal end was coated with a bond to prevent the corrosive liquid from entering the brazing material surface.
その後、外面耐食性の試験としてCASS試験(塩水噴霧試験:JIS Z 2371)を1500時間行い、内面耐食性の試験として浸漬試験(Na+:118ppm、Cl−:58ppm、SO4 2−:60ppm、Cu2+:1ppm、Fe3+:30ppm)を行い、腐食状況を観察した。 Thereafter, a CASS test (salt spray test: JIS Z 2371) is performed for 1500 hours as an external surface corrosion resistance test, and an immersion test (Na + : 118 ppm, Cl − : 58 ppm, SO 4 2− : 60 ppm, Cu 2+ ) as an internal surface corrosion resistance test. 1 ppm, Fe 3+ : 30 ppm), and the corrosion state was observed.
一方、ろう付後強度の測定に関しては、前記した方法で作製したアルミニウムクラッド材から120mm×250mmの強度測定用の試験片を切り出し、窒素雰囲気中で595℃×5分間ろう付を行った。なお、試験片のろう付は、試験片上部に穴を開け、棒に吊るした状態で1枚ずつ行った。
ろう付後、前記試験片からJIS5号試験片を3本切り出した後に引張試験を行い、強度の測定を行った。
これらの試験を行ったアルミニウムクラッド材の成分を表1に示す。また、これらの試験結果を表2に示す。
On the other hand, regarding the measurement of the strength after brazing, a test piece for strength measurement of 120 mm × 250 mm was cut out from the aluminum clad material produced by the above-described method and brazed in a nitrogen atmosphere at 595 ° C. for 5 minutes. The test pieces were brazed one by one in a state where a hole was made in the upper part of the test piece and hung on a rod.
After brazing, three JIS No. 5 test pieces were cut out from the test piece, and then a tensile test was performed to measure the strength.
Table 1 shows the components of the aluminum clad material subjected to these tests. These test results are shown in Table 2.
表1および表2に示すように、試験材No.1〜6は、本発明の要件を満たしていないが、ろう付後強度、外面耐食性および内面耐食性のいずれについても良好な結果を得ることができた。そのため、本発明の参考例に相当すると評価できた。 As shown in Table 1 and Table 2, the test material No. Nos. 1 to 6 did not satisfy the requirements of the present invention, but good results were obtained for any of the strength after brazing, the outer surface corrosion resistance, and the inner surface corrosion resistance. Therefore, it could be evaluated that it corresponds to a reference example of the present invention.
一方、試験材No.7〜12は、本発明の要件のうちのいずれかを満たしていないので、ろう付後強度、外面耐食性および内面耐食性のいずれかについて好ましくない結果が得られた。そのため、本発明の比較例に相当すると評価できた。 On the other hand, test material No. Since Nos. 7 to 12 do not satisfy any of the requirements of the present invention, unfavorable results were obtained for any of the strength after brazing, the outer surface corrosion resistance, and the inner surface corrosion resistance. Therefore, it could be evaluated that it corresponds to a comparative example of the present invention.
具体的には、試験材No.7は、心材のCuの含有量が少ないために、ろう材−心材の電位差が小さくなり、外面耐食性が確保できなかった(板貫通腐食)。また、ろう付後強度が低いために、ラジエータ等の熱交換器の部材として用いるには不十分であるという結果になった。また、外面耐食性も劣っていた。 Specifically, the test material No. In No. 7, since the content of Cu in the core material was small, the potential difference between the brazing material and the core material was small, and the outer surface corrosion resistance could not be secured (plate penetration corrosion). Moreover, since the strength after brazing was low, the result was insufficient for use as a member of a heat exchanger such as a radiator. Moreover, the outer surface corrosion resistance was also inferior.
試験材No.8は、犠牲防食材中のZnの含有量が多かったので、ろう材と犠牲防食材を重ね合わせてろう付したときに形成されたフィレット中にZnが濃縮し、フィレットの電位が卑化したために当該フィレットが優先的に腐食してしまった(フィレット貫通腐食)。また、外面耐食性も劣っていた。 Test material No. No. 8, because the content of Zn in the sacrificial anticorrosive material was large, Zn was concentrated in the fillet formed when the brazing material and the sacrificial anticorrosive material were superposed and brazed, and the potential of the fillet was reduced. The fillet corroded preferentially (fillet penetration corrosion). Moreover, the outer surface corrosion resistance was also inferior.
試験材No.9および10は、心材中のCuおよびSiの含有量が多かったので、ろう付時に心材の融点が低下し、ろう材が心材を侵食したためにろう付することができなかった。 Test material No. In Nos. 9 and 10, since the contents of Cu and Si in the core material were large, the melting point of the core material decreased at the time of brazing, and the brazing material eroded the core material and could not be brazed.
試験材No.11は、心材中のMnの含有量が少なかったので、Mnの固溶強化および金属間化合物による分散強化の寄与が低下した。そのため、ろう付後強度が低下した。また、心材中の金属間化合物数の減少により心材中の固溶Siが粒界に析出し外面耐食性および内面耐食性が劣る結果となるとともに、板貫通腐食が生じた。 Test material No. In No. 11, since the content of Mn in the core material was small, the contribution of solid solution strengthening of Mn and dispersion strengthening by intermetallic compounds was reduced. Therefore, the strength after brazing decreased. Further, due to the decrease in the number of intermetallic compounds in the core material, solid solution Si in the core material was precipitated at the grain boundaries, resulting in poor outer surface corrosion resistance and inner surface corrosion resistance, and plate penetration corrosion occurred.
試験材No.12は、心材中のMnの含有量が多かったので、金属間化合物の個数およびサイズが大幅に増大した。そのため、外面耐食試験および内面耐食試験においてカソードサイトとなって腐食が促進し、外面耐食性および内面耐食性が大幅に劣る結果となるとともに、板貫通腐食が生じた。 Test material No. In No. 12, since the content of Mn in the core material was large, the number and size of intermetallic compounds were significantly increased. As a result, corrosion was promoted as a cathode site in the outer surface corrosion test and the inner surface corrosion test, resulting in significantly inferior outer surface corrosion resistance and inner surface corrosion resistance and plate penetration corrosion.
≪実施例≫
≪実施例≫では、≪参考例≫で好適な結果を得ることのできた試験No.1と同様に、Cu、Si、Mn、Ti、Feを表3に示す含有量で含む心材と、Si,Mn,Zn,Si/Mnを表3に示す含有量および比率で含む犠牲防食材と、ろう材と、をクラッドしたアルミニウムクラッド材を、≪参考例≫と同様にして、熱間圧延圧着して板厚4mmのアルミニウムクラッド材を作製した。そして、試験材No.13〜22のアルミニウムクラッド材を板厚1.6mmに冷間圧延した後焼鈍を行い、O材のアルミニウムクラッド材とした。次いで、当該アルミニウムクラッド材から幅50mm×長さ60mmの試験片を切り出し、所定の量(5g/m2)のフラックスを塗布した後、図2に示すように、ろう材2面と、犠牲防食材3面とが20mm重なるように重ね合わせ、窒素雰囲気中で595℃×5分間ろう付を行った。
そして、≪参考例≫と同様にして、ろう付後強度の測定、外面耐食性の試験、および内面耐食性の試験を行った。
これらの試験を行ったアルミニウムクラッド材の成分を表3に示す。また、これらの試験結果を表4に示す。
<Example>
In « Examples» , Test Nos. That were able to obtain favorable results in « Reference Example» . As in 1, the core material containing Cu, Si, Mn, Ti, Fe in the contents shown in Table 3, and the sacrificial anticorrosive material containing Si, Mn, Zn, Si / Mn in the contents and ratios shown in Table 3 The aluminum clad material clad with the brazing material was hot-rolled and crimped in the same manner as in Reference Example to produce an aluminum clad material having a plate thickness of 4 mm. The test material No. The aluminum clad material of 13-22 was cold-rolled to a plate thickness of 1.6 mm and then annealed to obtain an aluminum clad material of O material. Next, a test piece having a width of 50 mm and a length of 60 mm was cut out from the aluminum clad material, and after applying a predetermined amount (5 g / m 2 ) of flux, as shown in FIG. The three food materials were superposed so as to overlap each other by 20 mm, and brazed in a nitrogen atmosphere at 595 ° C. for 5 minutes.
Then, the strength after brazing, the outer surface corrosion resistance test, and the inner surface corrosion resistance test were performed in the same manner as in Reference Example .
Table 3 shows the components of the aluminum clad material subjected to these tests. These test results are shown in Table 4.
表3および4に示すように、試験材No.13〜15は、本発明の要件を満たしているので、ろう付後強度、外面耐食性および内面耐食性のいずれについても良好な結果を得ることができた。そのため、本発明の実施例に相当すると評価できた。
特に、試験材No.13〜15は、犠牲防食材におけるSiとMnが試験材No.1〜6よりも多かったために、これら試験材No.1〜6と比較してろう付後強度が高く、より良好な熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材用のアルミニウムクラッド材であると評価できた。
As shown in Tables 3 and 4, test material No. Since Nos. 13 to 15 satisfy the requirements of the present invention, good results could be obtained for any of the strength after brazing, the outer surface corrosion resistance, and the inner surface corrosion resistance. Therefore, it could be evaluated that it corresponds to an example of the present invention.
In particular, test material No. Nos. 13 to 15 indicate that Si and Mn in the sacrificial anticorrosive material are the test materials No. Since there were more than 1-6, these test material No. The strength after brazing was higher than those of 1 to 6, and it could be evaluated that it was a better aluminum clad material for header members and tank members of heat exchangers.
試験材No.16は、試験材No.8と同様に犠牲防食材中のZnの含有量が多かったので、ろう材と犠牲防食材を重ね合わせてろう付したときに形成されたフィレット中にZnが濃縮し、フィレットの電位が卑化したために当該フィレットが優先的に腐食してしまった(フィレット貫通腐食)。また、外面耐食性も劣っていた。 Test material No. 16 is a test material No. As in No. 8, the content of Zn in the sacrificial anticorrosive material was large, so Zn was concentrated in the fillet formed when the brazing material and the sacrificial anticorrosive material were superposed and brazed, and the potential of the fillet was reduced. As a result, the fillet corroded preferentially (fillet penetration corrosion). Moreover, the outer surface corrosion resistance was also inferior.
試験材No.17は、犠牲防食材中のSiを多めに添加するとともにMnを少なめに添加したため、Si/Mn=42.5となった。その結果、結晶粒界に単体のSiが析出し、内面耐食性が劣るとともに、粒界腐食が生じて貫通腐食した。 Test material No. In No. 17, since Si in the sacrificial anticorrosive material was added in a large amount and Mn was added in a small amount, Si / Mn = 42.5. As a result, single Si precipitated at the crystal grain boundaries, the inner surface corrosion resistance was inferior, and intergranular corrosion occurred, resulting in penetration corrosion.
試験材No.18は、犠牲防食材中のSiを少なめに添加するとともに、Mnを多めに添加したため、Si/Mn=0.059となった。その結果、結晶粒界にAl−Mn系の金属間化合物が析出し、内面耐食性が劣るとともに、粒界腐食が生じて貫通腐食した。 Test material No. In No. 18, Si in the sacrificial anticorrosive material was added in a small amount, and Mn was added in a large amount. As a result, an Al—Mn-based intermetallic compound was precipitated at the crystal grain boundaries, the inner surface corrosion resistance was inferior, and intergranular corrosion occurred, resulting in penetration corrosion.
試験材No.19は、犠牲防食材中のSiの含有量が多かったので、犠性防食材の電位が貴化し、さらにSiが粒界析出することによって内面耐食性が大幅に劣化し、粒界腐食が生じた。 Test material No. No. 19, since the content of Si in the sacrificial anticorrosive material was large, the potential of the sacrificial anticorrosive material became noble, and further, the internal corrosion resistance was greatly deteriorated due to the precipitation of Si at the grain boundaries, resulting in intergranular corrosion. .
試験材No.20は、犠牲防食材中のMnの含有量が多かったので、犠牲防食材の電位が貴化し、さらに金属間化合物数およびサイズが増大したことによってカソード反応が促進し、内面耐食性が劣化するとともに、板貫通腐食が生じた。 Test material No. No. 20, since the content of Mn in the sacrificial anticorrosive material was large, the potential of the sacrificial anticorrosive material became noble, and the number and size of intermetallic compounds increased to promote the cathode reaction and deteriorate the internal corrosion resistance. Through-plate corrosion occurred.
試験材No.21は、心材のCuの含有量が少ないため、犠牲防食材−心材およびろう材−心材の電位差が小さくなった。また、心材のFeの含有量が多いため、晶出物の数が多く、かつそのサイズも大きいために、カソード反応が大きくなって腐食が促進された。その結果、貫通腐食が生じた(板貫通腐食)。また、ろう付後強度が低かったため、ラジエータ等の熱交換器の部材として用いるには不十分であるという結果になった。また、外面耐食性および内面耐食性も劣っていた。 Test material No. In No. 21, since the content of Cu in the core material is small, the potential difference between the sacrificial anticorrosive material—the core material and the brazing material—the core material is small. In addition, since the content of Fe in the core material is large, the number of crystallized substances is large and the size is large, so that the cathode reaction is increased and corrosion is promoted. As a result, penetration corrosion occurred (plate penetration corrosion). Moreover, since the strength after brazing was low, the result was insufficient for use as a member of a heat exchanger such as a radiator. Moreover, the outer surface corrosion resistance and the inner surface corrosion resistance were also inferior.
試験材No.22は、心材中のTi添加量が多かったため、心材鋳造時に巨大金属間化合物が晶出した。そのため、内外面耐食試験においてカソードサイトとなって腐食が促進し、耐食性が大幅に劣化した。その結果、外面耐食性および内面耐食性が劣る結果となるとともに、板貫通腐食が生じた。 Test material No. In No. 22, since the amount of Ti added in the core material was large, a huge intermetallic compound was crystallized at the time of casting the core material. Therefore, it became a cathode site in the inner and outer surface corrosion resistance test, corrosion was accelerated, and the corrosion resistance was greatly deteriorated. As a result, the outer surface corrosion resistance and the inner surface corrosion resistance were inferior and plate penetration corrosion occurred.
1 心材
2 ろう材
3 犠牲防食材
1 core material 2 brazing material 3 sacrificial anticorrosive material
Claims (2)
当該心材の一面側に、Si:0.6〜1.0質量%、Mn:0.6〜1.3質量%、Zn:2.0質量%以下を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなり、さらにSi/Mn=0.11〜6.7の範囲で添加されている犠牲防食材をクラッドし、当該心材の他面側にアルミニウム合金からなるろう材をクラッドしたことを特徴とする熱交換器のヘッダ部材およびタンク部材用アルミニウムクラッド材。 An aluminum alloy containing Cu: 0.4 to 1.0 mass%, Si: 0.3 to 1.0 mass%, Mn: 0.5 to 2.0 mass%, with the balance being Al and inevitable impurities As heartwood,
One side of the core material contains Si: 0.6 to 1.0 mass%, Mn: 0.6 to 1.3 mass%, Zn: 2.0 mass% or less , and the balance is Al and inevitable impurities. And a sacrificial anticorrosive material added in a range of Si / Mn = 0.11 to 6.7, and a brazing material made of an aluminum alloy on the other side of the core material. Aluminum clad material for exchanger header and tank members.
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