專利名稱：熱交換器用硬釬焊散熱片材料、熱交換器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金制的熱交換器用硬釬焊散熱片材料、安裝了該熱交換器用硬釬焊散熱片材料的熱交換器及其制造方法，其中，具體地說，該鋁合金制的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，是散熱器、加熱器芯、油冷卻器、中間冷卻器、車輛空調(diào)機(jī)的冷凝器、蒸發(fā)器等的，通過硬釬焊法把散熱片材料與工作流體通路材料加以接合的鋁合金制的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，特別是散熱片成型時(shí)，模具難以摩耗、耐晶粒邊界腐蝕性及接合性優(yōu)良的熱交換器用硬釬焊散熱片材料。

背景技術(shù)：
鋁合金制的熱交換器，作為汽車的散熱器、加熱器芯、油冷卻器、中間冷卻器、車輛空調(diào)機(jī)的蒸發(fā)器或冷凝器等的熱交換器，已被廣泛使用。鋁合金制的熱交換器，通過以下方式進(jìn)行制造在Al-Cu合金、Al-Mn合金、Al-Mn-Cu合金等構(gòu)成的擠出扁平管上(工作流體通路材料)或在將在這些合金的單表面上包覆釬料的硬釬焊片材成型為扁平狀的管上，裝配鋁合金制的散熱片材料或鋁合金的兩表面上包覆了釬料的硬釬焊散熱片材料，通過使用氯化物類釬劑的釬劑硬釬焊法、使用氟化物類釬劑的惰性氛圍氣硬釬焊法、或真空硬釬焊法，通過釬料使両者接合。
該釬料，在工作流體通路材料的單表面或散熱片材料的兩表面上配置，作為該釬料，一般使用由含硅的鋁合金構(gòu)成的釬料。
在釬料包覆芯材的熱交換器用硬釬焊散熱片材料中的硬釬焊，是通過釬料在硬釬焊接合部流動(dòng)來進(jìn)行，該釬料在通過硬釬焊加熱而熔融的該硬釬焊散熱片材料上包覆。而且，該釬料中的硅，在硬釬焊加熱時(shí)，擴(kuò)散至該芯材，但由于與擴(kuò)散至該芯材的結(jié)晶晶粒內(nèi)相比，硅易擴(kuò)散至結(jié)晶晶粒界面，在結(jié)晶晶粒界面附近生成易氧化區(qū)域，因此，在硬釬焊后，在該芯材上易發(fā)生晶粒邊界腐蝕。
該芯材的晶粒邊界腐蝕，與熱交換器芯的強(qiáng)度降低有關(guān)，但是，如果釬料的擴(kuò)散停留在芯材的表層區(qū)域，則晶粒邊界腐蝕沒有進(jìn)行到芯材的中心，因此，當(dāng)熱交換器用硬釬焊散熱片材料的板的厚度大時(shí)，可以確保熱交換器芯的強(qiáng)度。
然而，近年來，從環(huán)境問題考慮，要求進(jìn)一步改善汽車的燃燒消耗率，對汽車用熱交換器的輕質(zhì)化要求愈來愈強(qiáng)烈。因此，作為熱交換器的構(gòu)成部件材料的散熱片材料、工作流體通路材料(導(dǎo)管材料)等的薄壁化在不斷進(jìn)展，故要求板的厚度薄的散熱片材料。
然而，當(dāng)散熱片材料厚度變薄時(shí)，在硬釬焊時(shí)，釬料向芯材擴(kuò)散，在該芯材的全部厚度方向發(fā)生，因此，硬釬焊后，晶粒邊界腐蝕在該芯材的全部厚度方向發(fā)生，存在不能確保熱交換器芯的強(qiáng)度的問題。
針對該問題，例如，特開平2004-84060號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)公開了，通過把熱交換器用硬釬焊散熱片材料的芯材的硬釬焊前的組織作為纖維組織，并使硬釬焊后的組織的結(jié)晶粒徑達(dá)到50～250μm，進(jìn)一步地，通過使芯材及釬料中含有的金屬種類及含量達(dá)到特定的范圍，進(jìn)行降低硬釬焊散熱片材料的晶粒邊界腐蝕的嘗試。
然而，當(dāng)熱交換器用硬釬焊散熱片材料的板厚達(dá)到0.06mm以下的極薄時(shí)，專利文獻(xiàn)1的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，也會(huì)產(chǎn)生晶粒邊界腐蝕的防止不充分的問題。
另外，在熱交換器用硬釬焊散熱片材料中，為了提高以空氣為代表的冷卻介質(zhì)的傳熱效率，通過成型模具，對該熱交換器用硬釬焊散熱片材料的條狀卷材，進(jìn)行切口(slit)加工及波紋狀加工，使表面積增大，產(chǎn)生湍流，在提高熱交換性能方面下功夫。然而，將該熱交換器用硬釬焊散熱片材料采用成型模具進(jìn)行成型時(shí)，與沒有包覆釬料的散熱片材料相比，有模具的摩耗大、模具的壽命短的問題。
另外，當(dāng)熱交換器用硬釬焊散熱片材料的板厚變薄時(shí)，在硬釬焊時(shí)，因在硬釬焊接合部流動(dòng)的釬料變少，硬釬焊接合部的接合性變差，或者，容易發(fā)生高溫加熱引起的變形(高溫壓屈)。因此，對熱交換器用硬釬焊散熱片材料的另一要求是，即使板的厚度變薄，硬釬焊接合部的接合性良好以及耐高溫壓屈性優(yōu)異。
另外，采用原來的熱交換器用硬釬焊散熱片材料時(shí)，當(dāng)板厚達(dá)到0.06mm以下的極薄時(shí)，由于芯材的晶粒邊界腐蝕防止不充分，故有熱交換器芯的強(qiáng)度難以確保的問題。
因此，本發(fā)明的課題是提供一種即使熱交換器用硬釬焊散熱片材料的板厚達(dá)到0.06mm以下的極薄時(shí)，芯材的晶粒邊界腐蝕也難以發(fā)生，硬釬焊接合部的接合性也良好的，耐高溫壓屈性優(yōu)異，并且，通過波紋狀加工，模具的摩耗少的熱交換器用硬釬焊散熱片材料；以及，提供一種具有晶粒邊界腐蝕難以發(fā)生的散熱片材料的熱交換器。
另外，特開平2003-39194號公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)公開了一種，釬料中的粗大硅粒子的最大粒徑在20μm以下的硬釬焊散熱片。然而，專利文獻(xiàn)2的課題，是在硬釬焊加工時(shí)在硬釬焊片材上不產(chǎn)生熔融孔，因此，與防止硬釬焊后的硬釬焊散熱片材料的晶粒邊界腐蝕的本發(fā)明的對象及課題不同。另外，由于專利文獻(xiàn)2是硬釬焊片材的發(fā)明，故不能推測其進(jìn)行波紋狀加工。
專利文獻(xiàn)1特開平2004-84060號公報(bào)(權(quán)利要求書)
專利文獻(xiàn)2特開平2003-39194號公報(bào)(權(quán)利要求書)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人等為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的課題，進(jìn)行悉心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)(1)通過使釬料中含有的硅粒子的粒徑微細(xì)化，并且，使硅的含量達(dá)到特定的范圍，可以得到芯材上難以發(fā)生晶粒邊界腐蝕，并且，波紋狀加工時(shí)的模具的摩耗少的熱交換器用硬釬焊散熱片材料；以及，(2)采用該熱交換器用硬釬焊散熱片材料，在特定的硬釬焊條件下進(jìn)行硬釬焊，可以得到具有晶粒邊界腐蝕少的散熱片材料的熱交換器，從而完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明(1)提供一種熱交換器用硬釬焊散熱片材料，該熱交換器用硬釬焊散熱片材料在芯材的兩表面上包覆釬料，其特征在于， 該芯材為含錳的鋁合金； 該釬料為含6～9.5質(zhì)量％的硅的鋁合金； 該釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑在3μm以下； 該熱交換器用硬釬焊散熱片材料的板厚在0.06mm以下。
另外，本發(fā)明(2)提供一種熱交換器，其特征在于，其是對上述本發(fā)明(1)記載的熱交換器用硬釬焊散熱片材料進(jìn)行波紋狀加工，得到波紋狀的硬釬焊散熱片材料，然后，裝配該波紋狀的硬釬焊散熱片材料、工作流體通路材料及水箱(header)，在于450℃以上的溫度區(qū)域加熱3～10分鐘的硬釬焊條件下，進(jìn)行硬釬焊而得到的。
另外，本發(fā)明(3)提供一種熱交換器的制造方法，其特征在于，其是對上述本發(fā)明(1)記載的熱交換器用硬釬焊散熱片材料進(jìn)行波紋狀加工，得到波紋狀的硬釬焊散熱片材料，然后，裝配該波紋狀的硬釬焊散熱片材料、工作流體通路材料及水箱，在于450℃以上的溫度區(qū)域加熱3～10分鐘的硬釬焊條件下，進(jìn)行硬釬焊而得到熱交換器的方法。
按照本發(fā)明，能夠提供一種即使熱交換器用硬釬焊散熱片材料的板厚為0.06mm以下的極薄的情形，芯材的晶粒邊界腐蝕也難以發(fā)生，硬釬焊接合部的接合性也良好的，耐高溫壓屈性優(yōu)異，并且，由于波紋狀加工引起的模具的摩耗少的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，另外，能夠提供一種具有晶粒邊界腐蝕少的散熱片材料的熱交換器。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，在芯材的兩表面包覆釬料。
本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料涉及的該芯材是含錳的鋁合金。
優(yōu)選該芯材是含1.0～1.8質(zhì)量％的錳、0.3～1.0質(zhì)量％的硅、0.05～0.3質(zhì)量％的鐵、1.0～3.0質(zhì)量％的鋅的鋁合金。
通過使該芯材含錳，該芯材的強(qiáng)度升高。另外，當(dāng)該芯材中的錳的含量過多時(shí)，在芯材用的合金鑄塊的鑄造中，易生成粗大的結(jié)晶物。因此，從該芯材的強(qiáng)度高并且鑄造中難生成粗大的結(jié)晶物方面考慮，優(yōu)選該芯材中的錳的含量為1.0～1.8質(zhì)量％。
該芯材中的硅與錳結(jié)合，生成鋁-錳-硅的微細(xì)化合物，使該芯材的強(qiáng)度提高。另外，當(dāng)該芯材中的硅的含量過多時(shí)，該芯材的熔點(diǎn)變得過低，硬釬焊時(shí)散熱片材料易熔融或壓屈。因此，從該芯材的強(qiáng)度高并且硬釬焊時(shí)散熱片材料難以熔融或壓屈方面考慮，優(yōu)選該芯材中的硅的含量為0.3～1.0質(zhì)量％。
通過使該芯材含鐵，該芯材的強(qiáng)度升高。另外，當(dāng)該芯材中的鐵的含量過多時(shí)，硬釬焊后的該芯材中的鋁結(jié)晶晶粒易變小，因此，芯材的晶粒邊界腐蝕易發(fā)生。因此，從該芯材的強(qiáng)度高并且晶粒邊界腐蝕難發(fā)生方面考慮，優(yōu)選該芯材中的鐵的含量為0.05～0.3質(zhì)量％。
通過使該芯材含鋅，散熱片材料的犧牲陽極效果升高。另外，當(dāng)該芯材的鋅的含量過多時(shí)，散熱片材料的自腐蝕量增多。因此，從散熱片材料的犧牲陽極效果高并且自腐蝕量少方面考慮，優(yōu)選該芯材中的鋅的含量為1.0～3.0質(zhì)量％。
特別優(yōu)選該芯材進(jìn)一步含有0.05～0.3質(zhì)量％的鉻、0.05～0.3質(zhì)量％的鈦及0.05～0.3質(zhì)量％鋯中的1種或2種以上。另外，當(dāng)芯材含鉻、鈦及鋯中的2種以上時(shí)，這些元素的含量為各種元素的含量。
通過使該芯材含鉻、鈦及鋯中的1種或2種以上，硬釬焊后的該芯材中的鋁結(jié)晶晶粒加大，因此，芯材的晶粒邊界腐蝕難以發(fā)生。另外，當(dāng)該芯材中的鉻、鈦及鋯的含量過多時(shí)，熱交換器用硬釬焊散熱片材料的加工易變得困難。因此，從芯材的晶粒邊界腐蝕難以發(fā)生并且散熱片材料的加工性良好方面考慮，特別優(yōu)選該芯材進(jìn)一步含有0.05～0.3質(zhì)量％的鉻、0.05～0.3質(zhì)量％的鈦及0.05～0.3質(zhì)量％的鋯中的1種或2種以上。
另外，當(dāng)該芯材含銅時(shí)，硬釬焊后，芯材的晶粒邊界腐蝕容易發(fā)生，因此，優(yōu)選該芯材中的銅的含量在0.1質(zhì)量％以下。
另外，從散熱片材料的熱傳導(dǎo)度幾乎不下降、及散熱片材料的犧牲陽極效果升高方面考慮，優(yōu)選該芯材中以0.3質(zhì)量％以下的比例含有銦、錫或鉀。
另外，為了提高該芯材的強(qiáng)度，該芯材可以以0.01質(zhì)量％以下的比例含有釩、鉬或鎳。另外，為防止氧化，該芯材可以以0.1質(zhì)量％以下的比例含有硼。另外，該芯材也可分別以0.1質(zhì)量％以下的比例含有鉛、鋰、鍶、鈣或鈉。另外，采用真空硬釬焊進(jìn)行硬釬焊時(shí)，為了提高該芯材的強(qiáng)度，該芯材可以以0.5質(zhì)量％以下的比例含有鎂。
本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料涉及的該釬料為含6～9.5質(zhì)量％的硅的鋁合金。該釬料中的硅使該釬料的熔點(diǎn)降低，使熔融的釬料的流動(dòng)性提高。而且，當(dāng)該釬料中的硅的含量低于6質(zhì)量％時(shí)，熔融的釬料的流動(dòng)性降低，因而，接合部的接合性易變低，另外，當(dāng)大于9.5質(zhì)量％時(shí)，擴(kuò)散至該芯材的硅的量增多，因此，芯材的晶粒邊界腐蝕易發(fā)生。
該釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑在3μm以下、優(yōu)選為0.2～3μm。當(dāng)該釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑大于3μm時(shí)，硅向芯材的擴(kuò)散增多，故芯材的晶粒邊界腐蝕易發(fā)生，另外，熱交換器用硬釬焊散熱片材料的波紋狀加工時(shí)，模具易摩耗，另外，由于釬料的流動(dòng)性變低，因而接合部的接合性變低。
該釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑，例如，可向該釬料包覆該芯材中使用的芯材用的合金鑄塊中添加鍶、鈉或銻，通過選擇這些元素的含量，將其設(shè)定在所希望的值內(nèi)。
該釬料中的硅粒子的粒徑范圍，為圓相當(dāng)徑在20μm以下、優(yōu)選為0.1～15μm。另外，該釬料中的硅粒子的正態(tài)分布中的平均值設(shè)定為μ、標(biāo)準(zhǔn)偏差設(shè)定為σ時(shí)，優(yōu)選(μ+3σ)值在15μm以下，特別優(yōu)選為4～10μm。通過使該釬料中的硅粒子的粒徑范圍及(μ+3σ)值處在上述范圍，進(jìn)一步提高芯材的晶粒邊界腐蝕難以發(fā)生的本發(fā)明的效果。另外，該釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑、圓相當(dāng)徑的粒徑范圍及(μ+3σ)值，是通過后述的微組織觀察而測定的值。
優(yōu)選該釬料是含有(a)及(b)的鋁合金，(a)6～9.5質(zhì)量％的硅，(b)0.01～0.03質(zhì)量％的鍶、0.001～0.02質(zhì)量％的鈉及0.05～0.4質(zhì)量％的銻中的1種或2種以上。
通過使向該芯材包覆該釬料中使用的釬料用的合金鑄塊含有鍶、鈉或銻，包覆芯材后的該釬料中的硅粒子變得微細(xì)。另外，當(dāng)該釬料中的鍶、鈉或銻的含量過多時(shí)，釬料的流動(dòng)性容易變低，故接合部的接合性容易變低。因此，從該釬料中的硅粒子微細(xì)并且該釬料的流動(dòng)性變高方面考慮，優(yōu)選該釬料含0.01～0.03質(zhì)量％的鍶、0.001～0.02質(zhì)量％的鈉及0.05～0.4質(zhì)量％的銻中的1種或2種以上。
另外，當(dāng)該釬料含鐵時(shí)，芯材容易發(fā)生自腐蝕，故優(yōu)選該釬料的鐵含量為0.8質(zhì)量％以下。另外，為使釬料用的合金鑄塊的鑄造組織的微細(xì)化，該釬料可以以0.3質(zhì)量％以下的比例含有鈦或0.01質(zhì)量％以下的比例含有硼。另外，為提高犧牲陽極效果，該釬料可以以0.1質(zhì)量％以下的比例含有銦、錫或鉀。另外，為了抑制表面氧化皮膜的成長，該釬料可以以0.1質(zhì)量％以下的比例含有鈹。另外，為提高該釬料的流動(dòng)性，該釬料可以以0.4質(zhì)量％以下的比例含有鉍。另外，該釬料也可分別以0.3質(zhì)量％以下的比例含有鉻、銅、錳，另外，也可分別以0.1質(zhì)量％以下的比例含有鉛、鋰、鈣。另外，采用真空硬釬焊進(jìn)行硬釬焊時(shí)，該釬料可以以2.0質(zhì)量％以下的比例含有鎂，另外，采用氟化物類釬劑進(jìn)行硬釬焊時(shí)，該釬料可以以0.5質(zhì)量％以下的比例含有鎂。
另外，在本發(fā)明中，該芯材或該釬料中的錳、硅、鐵、鋅、鉻、鈦、鋯、鍶、鈉、銻等的含量意指各元素的含量。
本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，通過在該芯材的兩表面包覆該釬料而得到。作為在該芯材上包覆該釬料的方法，可以舉出把具有與該芯材或該釬料中的各元素的組成相同的組成的芯材用的合金鑄塊及釬料用的合金鑄塊進(jìn)行鑄造，然后對該芯材用的合金鑄塊，按通常的方法進(jìn)行均質(zhì)化処理，對該釬料用的合金鑄塊進(jìn)行熱軋，然后，把均質(zhì)化処理后的該芯材用的合金鑄塊與該釬料用的合金鑄塊的熱軋物疊合，依次進(jìn)行熱軋→退火→冷軋，或依次進(jìn)行熱軋→冷軋→退火，然后進(jìn)行精加工的冷軋的方法。
從該釬料中的硅粒子變得微細(xì)方面考慮，優(yōu)選該釬料用的合金鑄塊含有0.01～0.03質(zhì)量％的鍶、0.001～0.02質(zhì)量％的鈉及0.05～0.4質(zhì)量％的銻中的1種或2種以上。
本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料的板厚在0.06mm以下、優(yōu)選為0.04～0.06mm。
優(yōu)選本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料的單表面的包覆率，平均為5～20％。當(dāng)該單表面的包覆率小于5％時(shí)，由于芯材上包覆的釬料的厚度小，故難以得到良好的硬釬焊焊腳。另外，當(dāng)該單表面的包覆率大于20％時(shí)，難以得到均勻的包覆率，或者，由于釬料的熔融量增多，芯材易溶解或浸蝕，同時(shí)，由于硅對芯材的擴(kuò)散量增多，芯材的晶粒邊界腐蝕容易發(fā)生。
本發(fā)明的熱交換器通過如下方式而得到，對本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料進(jìn)行波紋狀加工，得到波紋狀的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，然后，裝配該波紋狀的熱交換器用硬釬焊散熱片材料、工作流體通路材料及水箱，然后進(jìn)行硬釬焊。
在該硬釬焊中，硬釬焊條件為，在450℃以上的溫度區(qū)域進(jìn)行加熱、加熱的時(shí)間為3～10分鐘、優(yōu)選為5～7分鐘。該硬釬焊中，對該波紋狀的熱交換器用硬釬焊散熱片材料、工作流體通路材料及水箱的裝配物，于低于450℃的低溫開始加熱，通常，升溫至600℃左右后，冷卻至比450℃低的低溫，所以，將從加熱溫度達(dá)到450℃時(shí)的時(shí)點(diǎn)至冷卻溫度達(dá)到450℃時(shí)的時(shí)點(diǎn)的時(shí)間設(shè)定為3～10分鐘、優(yōu)選為5～7分鐘。通過在將在450℃以上的溫度區(qū)域進(jìn)行加熱的時(shí)間設(shè)定為3～10分鐘、優(yōu)選為5～7分鐘的硬釬焊條件下進(jìn)行硬釬焊，可以得到散熱片材料的晶粒邊界腐蝕少的熱交換器。
本發(fā)明的熱交換器，可在進(jìn)行波紋狀加工前，將本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料進(jìn)行切口加工至規(guī)定的寬度。
該工作流體通路材料是用于內(nèi)部流通冷介質(zhì)的管，例如，可通過將JIS1100合金或JIS 3003合金等擠出成型為扁平管狀而得到。另外，該工作流體通路材料也可通過將JIS 3003合金等含錳的鋁合金板材成型為扁平管而得到。另外，為了提高耐貫通腐蝕性，也可在該工作流體通路材料的表面上噴鍍鋅，或向表面賦予含鋅的釬劑，或也可進(jìn)一步包覆含鋅的層。
本發(fā)明的熱交換器，例如，通過交替疊層該波紋狀的熱交換器用硬釬焊散熱片材料與該工作流體通路材料，再裝配水箱，通過硬釬焊而得到，此時(shí)，該波紋狀的熱交換器用硬釬焊散熱片材料與該工作流體通路材料的層壓物的硬釬焊接合物，形成熱交換器芯。
由于芯材中的結(jié)晶晶粒邊界變少，從芯材的晶粒邊界腐蝕難以發(fā)生方面考慮，優(yōu)選本發(fā)明的熱交換器中，硬釬焊后的芯材中的鋁結(jié)晶粒徑為100μm以上、優(yōu)選為100～3000μm。另外，該硬釬焊后的芯材中的鋁結(jié)晶粒徑，系通過后述的微組織觀察所測定的值。
在本發(fā)明的熱交換器中，例如，通過調(diào)整本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料的制造條件，具體地說，例如，通過調(diào)整中間退火條件與精加工冷軋條件，可以將硬釬焊后的芯材的組織的鋁結(jié)晶粒徑設(shè)定到100μm以上。
為了提高制造效率，硬釬焊散熱片材料的硬釬焊，通常以一定的溫度梯度對硬釬焊散熱片材料、工作流體通路材料及水箱等的組裝物進(jìn)行加熱。因此，釬料熔融、向接合部的流動(dòng)時(shí)間愈長，釬料在芯材上的停留愈長，因此，加熱時(shí)間必需加長，芯材上的釬料的溫度升高。而且，芯材上的釬料的溫度愈升高，釬料中的硅向芯材擴(kuò)散愈容易。另外，釬料熔融、向接合部的流動(dòng)時(shí)間愈長，高溫的釬料與芯材的接觸時(shí)間愈長。高溫的釬料與芯材的接觸時(shí)間愈長，則向芯材擴(kuò)散的硅量愈多。
本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，通過使釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑達(dá)到3μm以下的微細(xì)，硬釬焊升溫時(shí)，因硅粒子易溶解在鋁合金中，故釬料在短時(shí)間內(nèi)熔融，在未達(dá)到高溫時(shí)，向接合部流動(dòng)。因此，釬料中的硅含量即使少到6～9.5質(zhì)量％，釬料熔融時(shí)的流動(dòng)性仍然能夠良好。由此可見，采用本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，由于釬料在未達(dá)到高溫時(shí)，不會(huì)快速地由芯材消失，而且釬料中的硅含量少，因而，擴(kuò)散至散熱片芯材的硅量變少，可以降低擴(kuò)散至芯材中心的硅的量。因此，芯材的晶粒邊界腐蝕難以發(fā)生。另外，本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料中，由于釬料在未達(dá)到高溫時(shí)不會(huì)迅速地由芯材消失，擴(kuò)散至芯材的釬料的量變少，因此，本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料的耐高溫壓屈性增高。另外，本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料中，由于釬料的流動(dòng)性良好，故接合部的接合性變得良好。另外，由于釬料中的硅粒子微細(xì)，如采用本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，則能夠減少波紋狀加工時(shí)的模具的摩耗。
即，本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，通過使釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑為3μm，并且，釬料中的硅的含量為6～9.5質(zhì)量％，使芯材的晶粒邊界腐蝕難以發(fā)生，耐高溫壓屈性升高，接合部的接合性良好，能夠減少波紋狀加工時(shí)的模具摩耗。
另一方面，由于當(dāng)釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑大于3μm時(shí)，在硬釬焊時(shí)硅粒子變得難溶解于鋁合金，因此，由于到釬料完成熔融的時(shí)間變長，芯材上的釬料的溫度過高，并且，高溫的釬料與芯材的接觸時(shí)間也加長。因此，當(dāng)釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑大于3μm時(shí)，擴(kuò)散至散熱片的芯材的硅的量增多，擴(kuò)散至芯材中心的硅的量增多。另外，當(dāng)釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑大于3μm時(shí)，由于釬料的流動(dòng)性升高，釬料中的硅的含量必需增多，因此，擴(kuò)散至散熱片的芯材的硅的量增多，擴(kuò)散至芯材中心的硅的量增多。
另外，由于本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料中，硬釬焊時(shí)的釬料的流動(dòng)性高，因此，在450℃以上的溫度區(qū)域加熱的時(shí)間即使短至3～10分鐘，也可確實(shí)進(jìn)行硬釬焊。通過采用本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行硬釬焊，能夠減少釬料中的硅向芯材的擴(kuò)散，因此，可以制造芯材的晶粒邊界腐蝕難以發(fā)生的熱交換器。因此，本發(fā)明的熱交換器，起因于散熱片材料的晶粒邊界腐蝕的熱交換器芯的強(qiáng)度降低少，可靠性高。
下面，對本發(fā)明的實(shí)施例與比較例加以比較進(jìn)行說明，驗(yàn)證其效果。這些實(shí)施例示出本發(fā)明的一實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于此。
實(shí)施例 實(shí)施例1及比較例1 熱交換器用硬釬焊散熱片材料的制造 通過連續(xù)鑄造方式鑄造表1所示的組成的芯材用合金鑄塊及表2所示的組成的釬料用合金鑄塊，對芯材用合金鑄塊進(jìn)行均質(zhì)化処理。對釬料用合金鑄塊，實(shí)施熱軋，達(dá)到規(guī)定的厚度，將其與芯材用合金鑄塊的兩表面合在一起進(jìn)行熱軋，得到釬料包覆芯材的兩表面包覆原材料。然后，進(jìn)行冷軋、中間退火、冷軋，得到厚度為0.06mm的硬釬焊散熱片材料(實(shí)施例No.A～T、比較例No.a～p)。包覆率達(dá)到10％。通過微組織觀察進(jìn)行測定所得到的硬釬焊散熱片材料的釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑、圓相當(dāng)徑的粒徑范圍及(μ+3σ)值。另外，評價(jià)所得到硬釬焊散熱片材料導(dǎo)致的模具的摩耗性。其結(jié)果示于表3及表5。
釬料中的硅粒子的分析 研磨硬釬焊散熱片材料的表面后，用1％氟酸水溶液進(jìn)行蝕刻，采用圖像処理裝置，測定每1mm2的面積上的硅粒分布(微組織觀察)，由此，測定釬料中的硅粒子的粒徑分布。作為此時(shí)的硅粒徑的定義，采用圓相當(dāng)徑。求出硅粒子的平均圓相當(dāng)徑、圓相當(dāng)徑的粒徑范圍及(μ+3σ)值。
評價(jià)硬釬焊散熱片材料導(dǎo)致的模具的摩耗性 使用材質(zhì)為不銹鋼SUS 304的新剪刀，重復(fù)剪斷該硬釬焊散熱片材料，用顯微鏡放大觀察剪斷400次后的刀刃。無摩耗的為○、摩耗的程度少的為△、摩耗的程度大的為×。
供試驗(yàn)用芯的制造 對該硬釬焊散熱片材料進(jìn)行波紋狀成型加工，安裝在表面實(shí)施過鋅処理的純鋁多孔扁平管(50段)構(gòu)成的導(dǎo)管(工作流體通路材料)上，與預(yù)先設(shè)置了嵌合部的水箱(header tank)及側(cè)板進(jìn)行裝配，噴鍍氟化物類釬劑后，加熱至600℃(到達(dá)溫度)，進(jìn)行惰性氛圍氣硬釬焊，得到供試驗(yàn)用芯。此時(shí)，于在450℃以上的溫度區(qū)域進(jìn)行加熱、加熱時(shí)間為8分鐘的硬釬焊條件下進(jìn)行硬釬焊。評價(jià)硬釬焊后的接合率、接合部的接合長度、接合部有無熔融壓屈、耐晶粒邊界腐蝕性及導(dǎo)管的腐蝕深度。其結(jié)果示于表4及表6。
接合率 用夾具夾住硬釬焊后的波紋狀硬釬焊散熱片材料，使散熱片材料斷裂，觀察導(dǎo)管材料表面與硬釬焊散熱片材料的接合部痕跡，計(jì)數(shù)接合的散熱片山部的數(shù)，依下式(1)求出接合率 接合率(％)＝(接合的散熱片山部數(shù)/全部波紋數(shù))×100 (1) 接合長度 取接合部的代表部分，嵌入樹脂中，測定接合部的接合長度的平均值。接合長度的平均值為1.0mm以上的為○、小于1.0mm的為×。
接合部有無熔融壓屈 取接合部的代表部分，嵌入樹脂中，觀察接合部是否熔融壓屈。無1處熔融壓屈的為○、即使有1處熔融壓屈的也為×。
耐晶粒邊界腐蝕性 對該供試驗(yàn)用芯，進(jìn)行SWAAT腐蝕試驗(yàn)(ASTM G85-85)4周后，觀察散熱片材料的剖面組織，判斷耐晶粒邊界腐蝕性。晶粒邊界腐蝕未達(dá)到芯材中心部的為○、晶粒邊界腐蝕即使有一處達(dá)到芯材中心部的也為×。另外，散熱片全體發(fā)生腐蝕不能進(jìn)行剖面組織的觀察的情形為自腐蝕性×。
導(dǎo)管的腐蝕深度 用實(shí)體顯微鏡進(jìn)行觀察上述SWAAT腐蝕試驗(yàn)后的導(dǎo)管表面，通過焦點(diǎn)深度法測定腐蝕部的腐蝕深度。
另外、在相同的硬釬焊條件下加熱該硬釬焊散熱片材料的單塊板材，測定硬釬焊加熱后的散熱片材料的強(qiáng)度及散熱片材料中的鋁結(jié)晶粒徑。其結(jié)果示于表4及表6。
硬釬焊加熱后的散熱片材料的強(qiáng)度 由硬釬焊加熱后的散熱片材料制成JIS 5號試驗(yàn)片(JIS Z 2201)，按照J(rèn)IS Z 2241進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測定散熱片材料的強(qiáng)度。
硬釬焊加熱后的散熱片材料中的鋁結(jié)晶粒徑 硬釬焊加熱后的散熱片材料中的鋁結(jié)晶粒徑的測定，采用結(jié)晶組織觀察法進(jìn)行。首先，研磨硬釬焊加熱后的散熱片材料的表面，除去釬料層，然后，進(jìn)行電解蝕刻，用偏光顯微鏡觀察微組織。用ASTM卡測定晶粒的大小。
表1 表2 表3 1)釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑 2)釬料中的硅粒子的圓相當(dāng)徑的粒徑范圍 表4 1)硬釬焊后的散熱片材料中的鋁結(jié)晶粒徑 表5 1)釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑 2)釬料中的硅粒子的圓相當(dāng)徑的粒徑范圍 表6 1)硬釬焊后的散熱片材料中的鋁結(jié)晶粒徑 2)自腐蝕多，不能評價(jià)耐晶粒邊界腐蝕性。
實(shí)施例No.A～T 即使是板厚薄到0.06mm的硬釬焊散熱片材料，硬釬焊后的散熱片材料的強(qiáng)度也高，硬釬焊性也良好，耐晶粒邊界腐蝕性也良好。
比較例No.a～p a由于芯材中的錳少，硬釬焊后的強(qiáng)度低。
b由于芯材中的錳多，未得到硬釬焊片材。
c由于芯材中的硅少，硬釬焊后的強(qiáng)度低。
d由于芯材中的硅多，硬釬焊時(shí)發(fā)生熔融壓屈，硬釬焊后的芯材的強(qiáng)度低，晶粒邊界腐蝕達(dá)到芯材中心部。
e由于芯材中的鐵多，硬釬焊后的晶粒小，硬釬焊時(shí)發(fā)生熔融壓屈，晶粒邊界腐蝕達(dá)到芯材中心部。
f由于芯材中的鋅少，導(dǎo)管的腐蝕深度加大。
g由于芯材中的鋅多，散熱片的自腐蝕增多。
h由于芯材中的鉻多，得不到硬釬焊片材。
i由于芯材中的鈦多，得不到硬釬焊片材。
j由于芯材中的鋯多，得不到硬釬焊片材。
k由于釬料中的硅少，接合率低，接合長度也差。
l由于釬料中的硅多，晶粒邊界腐蝕達(dá)到芯材中心部。
m由于釬料中的硅的粒徑大，可見到摩耗。另外，晶粒邊界腐蝕達(dá)到芯材中心部。
n由于釬料中的鍶多，接合率低，接合長度也差。
o由于釬料中的鈉多，接合率低，接合長度也差。
p由于釬料中的銻多，接合率低，接合長度也差。
比較例2 熱交換器用硬釬焊散熱片材料的制造 通過連續(xù)鑄造的方式鑄造表1所示組成的芯材用合金鑄塊及表2所示組成的釬料用合金鑄塊，對芯材用合金鑄塊進(jìn)行均質(zhì)化処理。對釬料用合金鑄塊，進(jìn)行熱軋，使達(dá)到規(guī)定的厚度，將其與芯材用合金鑄塊的兩表面合在一起，進(jìn)行熱軋，得到在芯材的兩表面上包覆釬料的包覆原材料。然后，進(jìn)行冷軋、中間退火、冷軋，得到厚度為0.06mm的硬釬焊散熱片材料(比較例No.q～s)。包覆率為10％。
供試驗(yàn)用芯的制造 對該硬釬焊散熱片材料進(jìn)行波紋狀成型加工，安裝在表面實(shí)施過鋅処理的純鋁多孔扁平管(50段)構(gòu)成的導(dǎo)管(工作流體通路材料)上，與預(yù)先設(shè)置了嵌合部的水箱(header tank)及側(cè)板進(jìn)行裝配，噴鍍氟化物類釬劑后，加熱至600℃(到達(dá)溫度)，進(jìn)行惰性氛圍氣硬釬焊，得到供試驗(yàn)用芯。此時(shí)，于在450℃以上的溫度區(qū)域進(jìn)行加熱、加熱時(shí)間為20分鐘的硬釬焊條件下進(jìn)行硬釬焊。評價(jià)硬釬焊后的接合率、接合部的接合長度、接合部有無熔融壓屈、耐晶粒邊界腐蝕性及導(dǎo)管的腐蝕深度。其結(jié)果示于表7。
表7 比較例No.q～s 由于任何一例在450℃以上的加熱時(shí)間均長，因此，晶粒邊界腐蝕達(dá)到芯材中心部。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器用硬釬焊散熱片材料，該熱交換器用硬釬焊散熱片材料在芯材的兩表面上包覆有釬料，其特征在于，
該芯材是含有錳的鋁合金；
該釬料是含有6～9.5質(zhì)量％的硅的鋁合金；
該釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑在3μm以下；
該熱交換器用硬釬焊散熱片材料的板厚在0.06mm以下。
2.按照權(quán)利要求1所述的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，其特征在于，
上述芯材是含有1.0～1.8質(zhì)量％的錳、0.3～1.0質(zhì)量％的硅、0.05～0.3質(zhì)量％的鐵、1.0～3.0質(zhì)量％的鋅的鋁合金；
上述釬料是含有以下(a)及(b)的鋁合金，
(a)6～9.5質(zhì)量％的硅，
(b)0.01～0.03質(zhì)量％的鍶、0.001～0.02質(zhì)量％的鈉及0.05～0.4質(zhì)量％的銻中的一種或兩種以上。
3.按照權(quán)利要求2所述的熱交換器用硬釬焊散熱片材料，其特征在于，上述芯材進(jìn)一步含有0.05～0.3質(zhì)量％的鉻、0.05～0.3質(zhì)量％的鈦及0.05～0.3質(zhì)量％的鋯中的一種或兩種以上。
4.一種熱交換器，其特征在于，其是對權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的熱交換器用硬釬焊散熱片材料進(jìn)行波紋狀加工而得到波紋狀的硬釬焊散熱片材料，然后，裝配該波紋狀的硬釬焊散熱片材料、工作流體通路材料及水箱，在于450℃以上的溫度區(qū)域加熱3～10分鐘的硬釬焊條件下，進(jìn)行硬釬焊而得到。
5.按照權(quán)利要求4所述的熱交換器，其特征在于，硬釬焊后的芯材中的鋁結(jié)晶粒徑為100μm以上。
6.一種熱交換器的制造方法，其特征在于，對權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的熱交換器用硬釬焊散熱片材料進(jìn)行波紋狀加工而得到波紋狀的硬釬焊散熱片材料，然后，裝配該波紋狀的硬釬焊散熱片材料、工作流體通路材料及水箱，在于450℃以上的溫度區(qū)域加熱3～10分鐘的硬釬焊條件下，進(jìn)行硬釬焊而得到熱交換器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱交換器用硬釬焊散熱片材料的板厚即使達(dá)到0.06mm以下的極薄的程度，芯材的晶粒邊界腐蝕也難以發(fā)生，硬釬焊接合部的接合性也良好，耐高溫壓屈性優(yōu)良，并且，由于波紋狀加工而引起的模具的摩耗少的熱交換器用硬釬焊散熱片材料。本發(fā)明的熱交換器用硬釬焊散熱片材料在芯材的兩表面上包覆釬料，其特征在于，該芯材是含錳的鋁合金，該釬料為含6～9.5質(zhì)量％的硅的鋁合金，該釬料中的硅粒子的平均圓相當(dāng)徑在3μm以下，該熱交換器用硬釬焊散熱片材料的板厚在0.06mm以下。
文檔編號B23P15/26GK101097124SQ20071010953
公開日2008年1月2日 申請日期2007年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者鈴木佑治, 久富裕二, 長谷川義治, 外山猛敏, 下谷昌宏 申請人:住友輕金屬工業(yè)株式會(huì)社