本發(fā)明涉及一種鋁合金熱交換器用的鋁合金制釬焊板。

本發(fā)明中所說的鋁合金制釬焊板是指：在芯材鋁合金板上分別包覆有鋁合金釬焊材和鋁合金犧牲防腐材而成的鋁合金層疊板(鋁合金包覆板)。

該鋁合金制釬焊板是利用釬焊而被作為熱交換器的熱交換器用的原材，其是指釬焊處理前或相當(dāng)釬焊的熱處理(加熱處理)前的鋁合金層疊板。

以下，將鋁合金制釬焊板也簡稱為釬焊板或?qū)盈B板，將芯材鋁合金板也簡稱為芯材。

背景技術(shù)：

為了汽車的車體輕量化，在散熱器管等熱交換構(gòu)件中，鋁合金材的應(yīng)用正在增加，并取代一直以來所使用的銅合金材。而且，這些熱交換構(gòu)件用鋁合金材使用的是由多層化的層疊板(也稱為包覆板、包覆材)構(gòu)成的耐腐蝕性鋁合金材。

作為用于該釬焊板的鋁合金，從耐腐蝕性和強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，在芯材中使用由JISH4000中規(guī)定的例如Al－0.15質(zhì)量％、Cu－1.1質(zhì)量％Mn等的組成構(gòu)成的3003等Al－Mn系(3000系)合金板。

另外，作為時(shí)常與制冷劑接觸的皮材，出于防腐和基于向芯材中的Mg擴(kuò)散的高強(qiáng)度化的目的，而使用由Al－1質(zhì)量％Zn的組成等構(gòu)成的7072等Al－Zn系或Al－Zn-Mg系(7000系)合金板。

進(jìn)而，在釬料中使用由低熔點(diǎn)的Al－10質(zhì)量％Si等的組成構(gòu)成的4045等Al－Si系(4000系)合金板。

一直以來，依據(jù)芯材的合金組成、平均晶粒直徑、析出物(金屬間化合物)等的組織控制，提出各種提高鋁合金制釬焊板的強(qiáng)度或改善公知的侵蝕、腐蝕等的耐腐蝕性的方案。

例如在專利文獻(xiàn)1中提出了在分別包含Si：0.6％、Fe：0.7％、Mn：1.2％、Zn：0.1％且以JISA3003鋁合金為基材的芯材中添加Li 0.1～10.0％作為耐侵蝕抑制元素，從而形成將從釬料侵入的Si以化合物的形式固定的耐侵蝕抑制層。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2000－303132號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，在上述專利文獻(xiàn)1中，在最近的、層疊板的板厚薄壁化為不足0.2mm的釬焊板中，在提高釬焊后的強(qiáng)度方面存在限度，上述現(xiàn)有技術(shù)的芯材鋁合金板的合金組成、組織控制均尚有改善的余地。

針對這樣的課題，本發(fā)明的目的在于提供即使在薄壁化的釬焊板中也不會(huì)阻礙耐腐蝕性等其他必要特性而能夠?qū)崿F(xiàn)釬焊后的高強(qiáng)度化的鋁合金制釬焊板。

用于解決課題的手段

為了達(dá)成該目的，本發(fā)明的釬焊后的強(qiáng)度優(yōu)異的鋁合金制釬焊板的主旨在于：其是在芯材鋁合金板上包覆有鋁合金釬焊材或者包覆有鋁合金釬焊材和鋁合金犧牲防腐材而成的熱交換器用鋁合金制釬焊板，上述芯材鋁合金板以質(zhì)量％計(jì)分別含有Mg：0.05～0.5％、Si：0.05～1.5％、Li：0.005～1.0％，余量由Al及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，通過向上述芯材中添加Li，從而能夠在不阻礙耐腐蝕性等其他必要特性的前提下實(shí)現(xiàn)厚度不足0.20mm的薄壁釬焊板的釬焊后的高強(qiáng)度化。

附圖說明

圖1為表示本發(fā)明鋁合金制釬焊板的剖視圖。

圖2是表示鋁合金制熱交換器的剖視圖。

具體實(shí)施方式

使用圖1、2對用于實(shí)施本發(fā)明的鋁合金制釬焊板的最佳方式進(jìn)行說明。

圖1為本發(fā)明的熱交換器用鋁合金制釬焊板的剖視圖，圖2為使用了圖1的釬焊板(熱交換器用鋁合金制管)的汽車用散熱器管的要部剖視圖。

(鋁合金制釬焊板)

本發(fā)明的鋁合金制釬焊板1在組裝到后述的熱交換器上之前先預(yù)先制造成圖1所示的鋁合金層疊板(包覆板)。該釬焊板1在芯材鋁合金板2的一面包覆有鋁合金犧牲防腐材(板)3并在另一個(gè)面包覆有鋁合金釬焊材(板)4的釬焊板。

該圖1的實(shí)施方式的釬焊板1為包覆有鋁合金釬焊材4和鋁合金犧牲防腐材3且以芯材2為中心的3層軋制包覆材(板)。

作為本發(fā)明的另一實(shí)施方式，也可以不包覆鋁合金犧牲防腐材3而在鋁合金芯材2的單面或雙面包覆鋁合金釬焊材4。

在此，在方案1中也使用的“包覆”這一用語表示如圖1那樣層疊有芯材2、犧牲材3、釬焊材4的各層的釬焊板1的層疊狀態(tài)，除此以外，并無表示該層疊狀態(tài)的恰當(dāng)?shù)谋硎?，也并非制造方法的表述?/p>

上述芯材鋁合金板2由后述的特征性的組織和組成的JIS3000系鋁合金構(gòu)成。另外，作為上述釬焊板，在與位于該芯材2的內(nèi)側(cè)的制冷劑時(shí)常接觸的一側(cè)(圖1的上側(cè))包覆有例如Al－Zn組成的JIS7000系等的鋁合金作為后述的犧牲防腐材(犧牲材、內(nèi)墊材、皮材)3。此外，在芯材2的外側(cè)(圖1的下側(cè))包覆有例如Al－Si組成的JIS4000系等的鋁合金釬料4。

本發(fā)明的釬焊板1用于不僅包含后述的管而且還包含芯板(聯(lián)管箱)等的汽車用等的全部熱交換器構(gòu)件的用途中、并經(jīng)過釬焊而作為熱交換器(構(gòu)件)來使用。

在這一點(diǎn)上，對于犧牲防腐材3、釬料4的被覆率、芯材2、釬焊板1的板厚而言，其最佳的板厚根據(jù)這些熱交換器構(gòu)件的用途(依照用途的用法)而大不相同。

例如，在用于后述的偏平管狀的管(層疊構(gòu)件)11的用途的情況下，為了熱交換器的輕量化，優(yōu)選使釬焊板1的板厚為不足0.2mm的0.15～0.19mm左右、芯材2為不足0.17mm的0.08～0.16mm左右的薄板。這種情況下，釬料、犧牲防腐材的厚度通常均為20～30μm左右的厚度。

與此相對，在用于上述芯板等的用途的情況下，釬焊板1的板厚比以上更厚，在較厚的情況下，達(dá)成厚至1.5mm左右的板厚，犧牲防腐材3、釬料4的被覆率、芯材2的板厚也相應(yīng)地較厚。

(釬焊板的制造方法)

本發(fā)明中規(guī)定的釬焊板可以利用通常的釬焊板的制法來制造，在實(shí)施均質(zhì)化熱處理或者未實(shí)施均質(zhì)化熱處理的芯材的鑄錠上重疊犧牲防腐材(板)或釬料(板)而以層疊的狀態(tài)進(jìn)行熱軋，接著，依次實(shí)施冷軋、中間退火、冷軋，制造H14調(diào)質(zhì)材(1/2硬質(zhì))等的板。

(熱交換器)

在本發(fā)明的釬焊板1的用途為形成圖2所示的流體通路的偏平管狀的管(層疊構(gòu)件)11的情況下，將釬焊板1利用成形輥等向?qū)挾确较驈澢栽诠軆?nèi)表面?zhèn)扰渲闷げ?的方式形成為偏平管狀后，將其利用電縫焊接等形成偏平管狀的管。

這樣的偏平管狀的管(層疊構(gòu)件)11與進(jìn)行了波紋加工的散熱翅片12和聯(lián)管箱13等的其他構(gòu)件，通過釬焊被一體地制作(組裝)為圖2所示的散熱器10等熱交換器。管(層疊構(gòu)件)11和散熱翅片12被一體化的部分也稱為熱交換器的核心。這時(shí)，加熱至釬料4的固相線溫度以上即585～620℃、優(yōu)選590～600℃的高溫而進(jìn)行釬焊。作為該釬焊施工方法，通用的有焊劑釬焊法、使用了非腐蝕性的焊劑的NOCOLOK(商品名)釬焊法等。

在圖2的熱交換器中，偏平管(層疊構(gòu)件)11的兩端在由聯(lián)管箱13和水箱(未圖示)構(gòu)成的空間分別開口。然后，高溫制冷劑從一方的水箱側(cè)的空間通過偏平管11內(nèi)，送至另一方的水箱側(cè)的空間，在管11和翅片12的部分進(jìn)行熱交換，使變成低溫的制冷劑再循環(huán)。

(芯材的鋁合金組成)

以下，對構(gòu)成本發(fā)明釬焊板的芯材(鋁合金板)的鋁合金組成進(jìn)行說明。

本發(fā)明芯材為如下組成：作為管材及聯(lián)管箱材等的熱交換器用構(gòu)件，即使在薄壁化的釬焊板中，能夠在阻礙耐腐蝕性等其他必要特性的前提下實(shí)現(xiàn)釬焊后的高強(qiáng)度化，而且還兼?zhèn)涑尚涡?、釬焊性或焊接性、強(qiáng)度、耐腐蝕性等諸特性。

因此，本發(fā)明的芯材為如下組成：以質(zhì)量％計(jì)分別含有Mg：0.05～0.5％、Si：0.05～1.5％、Li：0.005～1.0％，且余量由Al及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

而且，優(yōu)選還含有Mn：0.3～2.0％和Cu：0.05～3.0％中的一種或兩種。

另外，也可以在這些元素的基礎(chǔ)上或代替這些元素而進(jìn)一步含有Cr：0.01～0.30％、Zr：0.01～0.30％和Ti：0.05～0.3％中的一種或兩種以上。

予以說明，各元素的含量％的表述是指總質(zhì)量％。

除此以外的其他元素基本上是雜質(zhì)。但是，從芯材的再循環(huán)的觀點(diǎn)出發(fā)，作為熔化材，不只有高純度Al錠，在將其他的鋁合金廢料、低純度Al錠等作為熔化原料使用時(shí)，會(huì)混入這些元素。而且，將這些元素減少到例如檢測極限以下，會(huì)造成自身成本提高，需要允許以一定程度的量含有這些元素。因此，在不阻礙本發(fā)明目的和效果的范圍內(nèi)，允許其達(dá)到JIS規(guī)格的3000系鋁合金組成的上限程度。

Mg：0.05～0.5％

Mg具有提高芯材的釬焊后的強(qiáng)度的效果，因此含有0.05％以上、優(yōu)選0.30％以上的Mg。

若Mg含量過少，則芯材的釬焊后的強(qiáng)度變低。但是，若其含量多，則Mg向釬料的擴(kuò)散的影響加強(qiáng)，因此在使用氟化物系焊劑的NOCOLOK釬焊法等中，在釬焊時(shí)涂布于釬料表面的氟化物系焊劑與材料中的Mg發(fā)生反應(yīng)，釬焊性顯著降低。

另外，若其含量多，則使芯材的熔點(diǎn)降低，導(dǎo)致釬焊時(shí)發(fā)生侵蝕，還會(huì)產(chǎn)生芯材的熔融。因此，上限設(shè)為0.5％。因此，Mg的含量范圍為0.05～0.5％。

Si：0.05～1.5％

Si固溶于基材而提高芯材(熱交換器)所需的釬焊后的強(qiáng)度。但是，就Si而言，如上述所示，由于其還具有被Al－Mn－Si系分散粒子消耗的部分，因此從確保固溶Si量的意圖出發(fā)，也要含有0.05％以上、優(yōu)選0.40％以上的Si。另外，Si特別形成所述Al－Mn－Si系分散粒子，也有提高芯材鋁合金板的強(qiáng)度的效果。若Si含量過少，則這些效果不足。

另一方面，若Si含量過多，則使芯材的熔點(diǎn)降低，并且由于低熔點(diǎn)相的增加而在釬焊時(shí)發(fā)生芯材的熔融，因此上限為1.5％以下、優(yōu)選為1.2％以下。

因此，Si的含量范圍為0.05～1.50％、優(yōu)選為0.40～1.20％。

Li：0.005～1.0％

Li是通過含有在芯材中而促進(jìn)δ‘(Al₃Li)的微細(xì)析出物的形成、由過飽和固溶量的增大所致的Mg₂Si的微細(xì)析出相的形成并且使釬焊后的強(qiáng)度提高的重要元素。

在Li的含量不足0.005％時(shí)，釬焊后的強(qiáng)度的提高效果變得不充分。

另一方面，若Li的含量超過1.0％，則在通常的熔化法中難以向鑄錠中添加Li。因此，為了得到含有Li的效果，而使Li的含量為0.005～1.0％的范圍、優(yōu)選為0.01～0.5％的范圍。

Mn：0.3～2.0％、Cu：0.05～3.0％

Mn、Cu均是芯材的強(qiáng)化元素。

Mn使微細(xì)分散粒子分布到芯材中，不使芯材的耐腐蝕性降低，并且通過分散強(qiáng)化而提高強(qiáng)度。另一方面，若Mn含量過多，則成為塑性變形時(shí)的裂紋發(fā)生起點(diǎn)的粗大的Al－Fe－(Mn)－(Si)系結(jié)晶物的數(shù)密度增大，因此存在使層疊有芯材的層疊板的成形性降低、在組裝成部件形狀等的加工時(shí)層疊板破裂的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在通過選擇性地含有Mn而確保作為上述層疊板或相當(dāng)于釬焊的熱處理后的層疊板所需的強(qiáng)度的情況下，以0.3～2.0％的范圍含有Mn。

Cu是以固溶狀態(tài)存在于芯材中且使芯材的強(qiáng)度提高的元素，另外其也使釬料側(cè)的耐腐蝕性提高。因此，為了確保作為上述層疊板、相當(dāng)于釬焊的熱處理后的層疊板所需的強(qiáng)度，而以下限為0.05％以上的量含有Cu。另一方面，若Cu含量過多，則在釬焊加熱后的冷卻時(shí)粗大的Cu系化合物析出至晶界中，容易發(fā)生晶界腐蝕，作為上述層疊板或相當(dāng)于釬焊熱處理后的層疊板的耐腐蝕性降低。另外，由于使芯材的熔點(diǎn)降低，因此在釬焊時(shí)發(fā)生芯材的熔融。

因此，在通過選擇性地含有Cu而確保作為上述層疊板或相當(dāng)于釬焊的熱處理后的層疊板所需的強(qiáng)度的情況下，Cu的含量范圍為0.05～3.0％的范圍。

Cr：0.01～0.30％、Zr：0.01～0.30％、Ti：0.05～0.30％

Cr、Zr、Ti是使析出物(金屬間化合物)分布到芯材組織中且使芯材的強(qiáng)度、耐腐蝕性提高的元素。

因此，根據(jù)需要選擇性地含有這些元素中的1種或2種以上。其中，特別是Zr使微細(xì)分散粒子只以規(guī)定的粒度分布在芯材板中分布的效果最大。在Cr、Zr、Ti不足各規(guī)定下限量時(shí)，不能使微細(xì)分散粒子充分分布，得不到由分散強(qiáng)化帶來的強(qiáng)度提高效果。

另外，若Cr、Zr、Ti超過各規(guī)定上限量而過多，則形成粗大的化合物，層疊板的成形性降低，在組裝成部件形狀等的加工時(shí)層疊板存在破裂的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在含有Cr、Zr、Ti的情況下，設(shè)為Cr：0.01～0.30％、Zr：0.01～0.30％、Ti：0.05～0.30％的各范圍。

雜質(zhì)元素

除這些添加元素以外的元素為不可避免的雜質(zhì)。其中，若Zn、Fe等雜質(zhì)的含量過多，則芯材的耐腐蝕性顯著降低。另外，形成粗大的化合物，層疊板的成形性降低，在組裝成部件形狀等的加工時(shí)層疊板也存在破裂的風(fēng)險(xiǎn)。因此，這些雜質(zhì)元素優(yōu)選盡可能地少，即使在含有這些雜質(zhì)的情況下，也優(yōu)選將總量限制為0.5％以下(包括0％)。

(釬料合金)

以下，對層疊于除芯材以外的層疊板1的板材進(jìn)行說明。

包覆于芯材2的釬料合金4可以使用一直以來通用的JIS4043、4045、4047等4000系的Al－Si系合金釬料等公知的釬料鋁合金。釬料合金以在一面包覆鋁合金犧牲防腐材(板)3和在另一面包覆鋁合金釬料(板)4而成的釬焊板的形式構(gòu)成。

(犧牲防腐材)

包覆于芯材2的犧牲防腐材合金3可以使用一直以來通用的Al－1質(zhì)量％Zn組成的JIS7072等7000系鋁合金等、包含Zn的公知的犧牲防腐材鋁合金。這樣的犧牲防腐材在冷卻水存在于管內(nèi)表面?zhèn)鹊钠囉脽峤粨Q器中是必不可少的。即，為了確保針對上述冷卻水所存在的管內(nèi)表面?zhèn)鹊母g性的防腐、耐腐蝕性，必須使用犧牲防腐材。

實(shí)施例

以下，列舉實(shí)施例更具體地說明本發(fā)明。在后述的制造條件下制作表1所示組成的具有3000系鋁合金芯材2的層疊板(釬焊板)1，并對該層疊板的耐侵蝕性、釬焊后的強(qiáng)度的特性進(jìn)行了調(diào)查、評價(jià)。

它們的結(jié)果如表2所示。

予以說明，在表1中，檢測限以下(含量為0％)的元素量以空白來表示。

另外，在表2中，如后述的比較例所示，不能進(jìn)行這些評價(jià)或未進(jìn)行評價(jià)的情況以“－”來表示。

(釬焊后的強(qiáng)度)

對從上述層疊板采集的試驗(yàn)材，各例均利用下落試驗(yàn)(drop test)方式，在模擬釬焊的條件下進(jìn)行熱處理(在露點(diǎn)為－40℃、氧濃度為200ppm以下的氮?dú)夥罩幸?90℃以上(最大600℃)的溫度加熱3分鐘)后，加工成JIS5號試驗(yàn)片(對各試驗(yàn)材各制作3片)。將該試驗(yàn)片在室溫(25℃)下放置1周后，依據(jù)JIS Z2241的規(guī)定進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測定抗拉強(qiáng)度(MPa)，作為釬焊后強(qiáng)度。

更具體而言，就各試驗(yàn)材的拉伸試驗(yàn)條件而言，從各層疊板提取與軋制方向垂直的方向的JISZ2201的5號試驗(yàn)片(25mm×50mmGL×板厚)，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。拉伸試驗(yàn)基于JISZ2241(1980)(金屬材料拉伸試驗(yàn)方法)在室溫20℃下進(jìn)行試驗(yàn)。另外，十字頭速度為5mm/分鐘，在直至試驗(yàn)片斷裂之前以一定的速度進(jìn)行拉伸。

各例均以3個(gè)試驗(yàn)片的釬焊后強(qiáng)度的平均值為190MPa以上的情況評價(jià)為最良好(◎)，將該平均值為170MPa以上且不足190MPa的情況評價(jià)為良好(○)，將至此為止的以上情況設(shè)為就熱交換器用途而言為合格。而且，由此將強(qiáng)度比以上低的不足170MPa的情況評價(jià)成就熱交換器用途而言為合格且為不良(×)。

(耐侵蝕性)

制作對從上述層疊板采集的試驗(yàn)材進(jìn)一步以10％的加工率實(shí)施冷軋后的試驗(yàn)材，以下落試驗(yàn)方式在模擬釬焊的條件下進(jìn)行熱處理(在露點(diǎn)為－40℃、氧濃度為200ppm以下的氮?dú)鈿夥罩幸?90℃以上(最大600℃)的溫度加熱3分鐘)，作為評價(jià)用的供試材。

將各例所得的供試材分別切割為2cm見方，將其埋入樹脂中，對切斷面進(jìn)行研磨，用Keller氏液進(jìn)行蝕刻后，對該研磨面用100倍的光學(xué)顯微鏡進(jìn)行了觀察。

各例均將對各個(gè)供試材未觀察到侵蝕的芯材部的面積比為50％以上的情況評價(jià)成耐侵蝕性良好(○)、且就熱交換器用途而言為合格，將不足50％的情況評價(jià)成就熱交換器用途而言為不合格且為不良(×)。

(層疊板的制造)

這些層疊板的制造如下所示。將表1所示的S1～S26的組成的3000系鋁合金組成熔化、鑄造，制造鋁合金芯材鑄錠。然后，對該芯材鑄錠進(jìn)行均熱處理。

之后，在芯材鑄錠的一面包覆由Al-1質(zhì)量％Zn組成構(gòu)成的JIS7072鋁合金板作為犧牲防腐材，并在另一面包覆由Al－10質(zhì)量％Si組成構(gòu)成的JIS4045鋁合金板作為釬焊材。然后，對這些包覆板均熱處理后，利用常規(guī)方法進(jìn)行熱軋，再邊適當(dāng)實(shí)施中間退火邊利用常規(guī)方法進(jìn)行冷軋，制成層疊板。

所制造的層疊板(釬焊板)的板厚如表2所示那樣變更為90～1500μm來進(jìn)行制造。此時(shí)，芯材鋁合金板的板厚也變化至60～1470μm。另外，分別層疊于這些芯材的各個(gè)面的釬料、犧牲防腐材的厚度均為20～30μm的范圍。

如表1、2所示，發(fā)明例1～20的芯材鋁合金板(鑄錠)為本發(fā)明成分組成范圍內(nèi)。因此，就發(fā)明例1～20而言，如表2所示，即使芯材被薄壁化，也具有就熱交換器用途而言為合格的耐侵蝕性、釬焊后的強(qiáng)度的特性。

與此相對，就比較例21～28而言，由于芯材組成不滿足本發(fā)明的要件，因此得出以下的結(jié)果。

比較例21的芯材S19的Mg含量、比較例23的芯材S21的Si含量、比較例25的芯材S23的Li含量分別過少，釬焊后強(qiáng)度均過低。

比較例22的芯材S20的Mg含量過多，釬焊后的強(qiáng)度雖然高，但是耐侵蝕性差。

比較例24的芯材S22的Si含量過多，在模擬上述釬焊的條件下的熱處理時(shí)芯材熔融。

比較例26的芯材S24的Li含量過多，形成粗大的Al－Li系化合物，釬焊后強(qiáng)度過低。

比較例27的芯材S25的Mn含量過多，比較例28的芯材S26的Cu含量過多，在軋制時(shí)均產(chǎn)生裂紋，無法制作供試材本身。

因此，由以上的實(shí)施例的結(jié)果證實(shí)了汽車用等的鋁合金制熱交換器的使層疊板的釬焊后的強(qiáng)度提高的本發(fā)明的意義乃至效果。

【表1】

【表2】

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

根據(jù)本發(fā)明，可以提供釬焊后的強(qiáng)度優(yōu)異的鋁合金制釬焊板。因此，本發(fā)明適合用于要求使釬焊后的強(qiáng)度優(yōu)異的汽車用等鋁合金制熱交換器的全部構(gòu)件中。

符號說明

1：熱交換器用鋁合金層疊板(釬焊板)、2：芯材、3：皮材、4：釬料、10：散熱器(熱交換器)、11：管(層疊構(gòu)件)、12：散熱翅片、13：聯(lián)管箱。