專利名稱：用于熱交換器的鋁合金包層材料及用于其的鋁合金包層材料用芯材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車等熱交換器的耐腐蝕性優(yōu)異的鋁合金包層材料。
背景技術(shù)：
搭載于汽車上的散熱器、冷凝器、蒸發(fā)器等熱交換器，通常是將輕質(zhì)且熱傳導性優(yōu) 異的鋁合金的板材成型、組裝、焊接而制造的。作為熱交換器用的鋁合金芯材，強度比較高 的Al-Mn系合金是主流，為了進一步提高強度，近年來，使用添加了 Cu、Si、Mg等合金元素的 芯材。將這樣的熱交換器用鋁合金材料例如作為散熱器等的管使用時，外側(cè)面曝露于大 氣中，內(nèi)側(cè)面曝露于冷卻水等制冷劑中。曝露于這樣的腐蝕環(huán)境中時，存在局部腐蝕(點腐 蝕)、形成貫通孔的可能性。作為管外側(cè)面的防腐蝕對策，一般使用使比形成管的鋁合金電 位低的Al-Zn合金等所形成的散熱材料(fin material)接觸、即所謂的犧牲防腐蝕法是有 效的。作為管內(nèi)側(cè)面的防腐蝕對策，也多使用犧牲防腐蝕法，具體而言，一般使用將比芯材 的鋁合金電位低的Al-Zn系合金作為犧牲陽極材料(以下，有時稱為“犧牲材料”)而層疊于 內(nèi)面?zhèn)鹊陌鼘硬牧蟻硇纬晒?。另外，為了管外?cè)面與上述散熱材料等的焊接，多層 疊Al-Si 系合金等熔點低的釬焊材料。如上所述，作為熱交換器用鋁合金材料，在芯材中多使用包覆了犧牲材料、釬焊材 料的三層以上的包層材料。近年來，對于熱交換器用鋁合金，長壽命化及薄壁化(輕質(zhì)化)需求增加，要求耐 腐蝕性進一步提高。作為熱交換器用鋁合金的耐腐蝕性提高相關(guān)的技術(shù)，例如可以舉出專 利文獻1、2。在專利文獻1中，公開了一種調(diào)整了芯材和表皮材料的組成的鋁合金制焊接 金屬片(brazing sheet)。在專利文獻2中，公開了一種調(diào)整芯材的成分組成，并且調(diào)整了 Al-Mn系金屬間化合物的分布狀態(tài)的鋁合金包層材料。專利文獻1 日本特開2009-228010號公報專利文獻2 日本特開2008-231555號公報在熱交換器的外面，由于散熱材料的犧牲防腐蝕效果，比較容易確保耐腐蝕性，但 在內(nèi)面?zhèn)热绻麤]有包覆具有犧牲防腐蝕效果的犧牲材料層，則在早期就會產(chǎn)生由點腐蝕導 致的貫通等，大多數(shù)情況下耐腐蝕性不充分。上述專利文獻1、2中，利用表皮材料或金屬間 化合物可以確保一定程度的耐腐蝕性，但是，如果表皮材料或金屬間化合物受到腐蝕或損 傷，則會露出芯材，然后芯材就有可能被腐蝕。因此，為了實現(xiàn)進一步的長壽命化，認為需要 提高芯材自身的耐腐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)熱交換器的進一步的長壽命化，本發(fā)明的目的在于，提供一種可以充分 確保耐腐蝕性的鋁合金包層材料用芯材及鋁合金包層材料。
解決了上述課題的本發(fā)明的鋁合金包層材料用芯材的特征在于，包含Si 0. 3 1. 5% 是質(zhì)量％的意思。以下相同)、Mn :0· 3 2. 0%、Cu :0· 3 1. 5%、Ti :0· 01 0.5%,B:0. 001 0. 1%，剩余部分為Al及不可避免的雜質(zhì)，其耐腐蝕性優(yōu)異。 上述芯材還可包含(a)Mg:1.0%以下(不包括0%)及/或Ca:1.0%以下(不包 括0% )，或(b)選自由Ni以下(不包括0% )、Cr以下(不包括0% )、Nb 0. 5%以下(不包括0% )、V 0. 5%以下(不包括0% )以及& 0. 5%以下(不包括0% ) 構(gòu)成的組中的至少一種元素。本發(fā)明還包含一種熱交換器用鋁合金包層材料，其為在上述記載的芯材的一面或 兩面包覆了釬焊材料的鋁合金包層材料，其中，所述釬焊材料為Al-Si系合金、Zn合金或Sn 合金。另外，本發(fā)明還包含一種熱交換器用鋁合金包層材料，其為在上述記載的芯材的一 面包覆釬焊材料并且在另一面上包覆犧牲材料的鋁合金包層材料，其中，所述釬焊材料為 Al-Si系合金、Zn合金或Sn合金，所述犧牲材料為Al-Zn系合金。使用上述鋁合金包層材料的汽車的釬焊型散熱器管也包含在本發(fā)明中。另外，將 上述鋁合金包層材料用于汽車的熱交換器也是優(yōu)選的方式。本發(fā)明的鋁合金包層材料用芯材由于包含Cu、Ti，并且也添加適量的B，因此，可 以發(fā)揮優(yōu)異的耐腐蝕性，結(jié)果，可以實現(xiàn)長壽命。進而，本發(fā)明的鋁合金包層材料用芯材即 使在包層材料中省略犧牲材料層，也可以發(fā)揮優(yōu)異的耐腐蝕性，用于汽車等的熱交換器管 等時，可以同時實現(xiàn)由于管的薄壁化而帶來的輕質(zhì)化和長壽命化。
具體實施例方式本發(fā)明人等對可以確保充分的耐腐蝕性(長壽命化)的熱交換器用鋁合金材料進 行了研究。熱交換器用鋁合金材料由于板厚薄至約0. 3mm以下，因此需要抑制由點腐蝕導 致的穿孔。在現(xiàn)有的使用犧牲材料的防腐蝕方法中，通過由比構(gòu)成芯材的鋁合金電位低的 Al-Zn系合金構(gòu)成的犧牲材料的犧牲防腐蝕來抑制點腐蝕。即，現(xiàn)有的防腐蝕方法通過使用 電位低的犧牲材料使整體的電位降低且不超過芯材的點腐蝕電位(超過點腐蝕電位時產(chǎn) 生點腐蝕的臨界電位)的方式來抑制點腐蝕的產(chǎn)生。對此，本發(fā)明人等著眼于即使在因犧牲材料的腐蝕或損傷而導致犧牲防腐蝕作用 發(fā)揮不充分的情況或在省略犧牲材料層的情況下，也可通過提高(增大)芯材自身的點腐 蝕電位來抑制點腐蝕。為了提高芯材自身的點腐蝕電位，復合添加適量的Cu和Ti是非常 有效的。在此，Cu具有提高鋁合金的點腐蝕電位的作用，同時也有大大地促進腐蝕的陰極反 應的弊病，僅使用Cu有可能導致鋁合金的耐腐蝕性變差。關(guān)于該Cu的弊病，本發(fā)明人等發(fā) 現(xiàn)如果在添加Cu的同時添加適量B(硼)，可以消除因Cu而導致的陰極反應促進作用，即， 可以在不使耐腐蝕性變差的情況下提高點腐蝕電位。對于本發(fā)明的鋁合金包層材料用芯材，除了耐腐蝕性以外，為了滿足作為熱交換 器的管等構(gòu)件所必需的強度及電焊性等特性，需要使成分組成最優(yōu)化。下面，對用于本發(fā)明 的鋁合金包層材料用芯材的成分元素的添加理由及添加量進行說明。Si :0· 3 1.5%Si是對提高鋁合金強度有效的元素。特別是在同時添加Mn的情況下，利用Si-Mn 系析出物，可以得到進一步提高強度的效果。對于Si量不足0.3%的情況而言，由于固溶Si量少，因此，提高強度的效果不充分。另一方面，Si量超過1. 5%時，由于熔點降低，因此， 導致在焊接時芯材熔融。因此，規(guī)定Si量為0.3 1.5%。Si量的優(yōu)選下限為0.35%，更 優(yōu)選為0.4%，進一步優(yōu)選為0.55%。Si量的優(yōu)選上限為1.45%，更優(yōu)選為1.4%，進一步 優(yōu)選為1.0%。Mn: 0.3 2.0%Mn和Si相同，為對提高鋁合金強度有效的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的作用， 規(guī)定Mn量為0.3%以上。另一方面，Mn量過剩時，由于析出粗大的結(jié)晶物，加工性降低，因 此，在加工成熱交換器的管等時，不優(yōu)選。因此，規(guī)定Mn量為2.0%以下。Mn量的優(yōu)選下限 為0. 35 %，更優(yōu)選為0. 40 %，進一步優(yōu)選為0. 70 %。Mn量的優(yōu)選上限為1.9%，更優(yōu)選為 1.8%，進一步優(yōu)選為1.6%。Cu :0· 3 1.5%
Cu為提高鋁合金的點腐蝕電位而使點腐蝕難以產(chǎn)生的元素。而且，由于Cu具有 提高鋁合金的強度的效果，因此，是包層材料的高強度化必需的材料。為了有效地發(fā)揮這樣 的作用，規(guī)定Cu量為0.3%以上。另一方面，Cu量過剩時，由于熔點降低，導致在焊接時產(chǎn) 生熔融，故不優(yōu)選。因此，規(guī)定Cu量為1.5%以下。Cu量的優(yōu)選下限為0.35%，更優(yōu)選為
0.40%，進一步優(yōu)選為0. 50%。Cu量的優(yōu)選上限為1.45%，更優(yōu)選為1.4%，進一步優(yōu)選為
1.0%。Ti :0· 01 0.5%Ti和Cu相同，為提高鋁合金的點腐蝕電位而使點腐蝕難以產(chǎn)生的元素。為了有效 地發(fā)揮這樣的作用，規(guī)定Ti量為0.01%以上。另一方面，Ti量過剩時，由于存在加工性降低 的不良影響，因此，Ti量設(shè)定為0. 5%以下。Ti量的優(yōu)選下限為0. 02%，更優(yōu)選為0. 03%， 進一步優(yōu)選為0.10%。Ti量的優(yōu)選上限為0. 45 %，更優(yōu)選為0.4%，進一步優(yōu)選為0.35%。B :0· 001 0.1%B由于具有消除上述Cu的陰極反應促進作用的作用，是提高本發(fā)明的芯材的耐腐 蝕性所必需的不可或缺的元素。認為這樣的B的作用是基于通過B腐蝕溶解而形成硼酸 鹽，對陰極反應具有抑制效果的發(fā)現(xiàn)而獲得的。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，規(guī)定B量為 0.001%以上。另一方面，為了使鋁合金制造時的鑄造性降低，規(guī)定B為0. 以下。B的優(yōu) 選下限為0. 002%，更優(yōu)選為0. 003%，進一步優(yōu)選為0. 01%。B量的優(yōu)選上限為0. 095%, 更優(yōu)選為0. 09 %，進一步優(yōu)選為0.07%。本發(fā)明的鋁合金包層材料用芯材的基本成分如上所述，剩余部分實質(zhì)上為鋁。其 中，當然容許包含因原料、資材、制造設(shè)備等的狀況而帶入的不可避免的雜質(zhì)(Fe、Zn等)。 另外，本發(fā)明的鋁合金包層材料用芯材根據(jù)需要可以包含以下的元素。Mg:1.0%以下(不包括0%)及/或Ca:1.0以下(不包括0%)Mg及Ca均是通過溶解顯示pH上升作用、并抑制Al發(fā)生溶解的局部陽極中的水 解反應導致的PH降低而抑制腐蝕反應、對提高耐腐蝕性有效的元素。另外，特別是使Mg和 Si共存時，析出Mg2Si等化合物而有助于提高強度。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，Mg量及 Ca量都優(yōu)選為0.01%以上。另一方面，Mg量及Ca過剩時，在使用氟化物系焊劑的焊接中 焊接性變差。因此，Mg量及Ca量都優(yōu)選為1.0%以下。Mg量及Ca量的更優(yōu)選的下限都為 0. 02%,進一步優(yōu)選為0.03%，特別優(yōu)選為0. 1 %。Mg量及Ca量的更優(yōu)選上限都為0.95%，進一步優(yōu)選為0.9%，特別優(yōu)選為0.7%。選自由Ni 0. 5%以下(不包括0% )、Cr 0. 5%以下(不包括0% )、Nb 0. 5%以 下(不包括0% )、V:0.5%以下(不包括0%)以及& :0· 5%以下(不包括0%)構(gòu)成的 組中的至少一種元素。Ni、Cr、Nb、V及&強化在鋁合金表面上形成的鈍化膜而點腐蝕難以產(chǎn)生，具有提 高耐腐蝕性的作用。通過使各元素以穩(wěn)定的氧化物的形式進行表面濃縮而呈現(xiàn)這樣的作 用。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，優(yōu)選將添加量都設(shè)定為0.01%以上。另一方面，由于這些 元素過剩時加工性降低，因此，優(yōu)選將任一元素都設(shè)定為0. 5%以下。Ni、Cr、Nb、V及&的 添加量的更優(yōu)選的下限都 為0. 02，進一步優(yōu)選為0. 03%。Ni、Cr、Nb、V及&的添加量的更 優(yōu)選的上限為0. 45%，進一步優(yōu)選為0. 4%，特別優(yōu)選為0. 3%。本發(fā)明還包含(i) 一種熱交換器用鋁合金包層材料，其為在上述的芯材的一面 或兩面包覆了釬焊材料的鋁合金包層材料，其中，所述釬焊材料為Al-Si系合金、Zn合金或 Sn合金以及(ii) 一種熱交換器用鋁合金包層材料，其為在上述的芯材的一面包覆了釬焊 材料并且在另一面包覆了犧牲材料的鋁合金包層材料，其中，所述釬焊材料為Al-Si系合 金、Zn合金或Sn合金，所述犧牲材料為Al-Zn系合金。關(guān)于釬焊材料本發(fā)明中的Al-Si系合金是指包含5 15%左右的Si的鋁合金，還可以為除Si 以外還分別包含左右的Fe、CU、Zn等的鋁合金。Si由于具有降低鋁合金的熔點的效果， 所以為釬焊材料的必需成分。Al-Si系合金中的Si添加量優(yōu)選設(shè)定為5%以上。Si在降低 熔點作用的基礎(chǔ)上還具有提高流動性的效果，因此，通過將Si量設(shè)定為5%以上，可以進一 步確保熱交換器所必需的焊接性。另一方面，Si量過剩時，加工性變差，在加工成熱交換器 的管形狀等方面不優(yōu)選，因此，釬焊材料的Al-Si系合金中的Si量優(yōu)選為15%以下。釬焊 材料中的Si量更優(yōu)選為8 12%。作為這樣的Al-Si系合金，例如可以舉出JIS4045合 金、4343合金、4004合金等。本發(fā)明中的Zn合金是指Zn為60 %以上的Zn合金，另外，Sn合金是指Sn為60 % 以上的Sn合金。作為這樣的Zn合金及Sn合金，例如可以舉出JIS Z3281 (鋁用焊錫)中 記載的 S-Zn95A15 及 S_Sn85Znl5 等。關(guān)于犧牲材料本發(fā)明中的Al-Zn系合金是指包含1 10%左右Zn的鋁合金，還可以為除Zn以 外還包含0 左右的Fe、0 0. 左右的Mg的鋁合金。作為這樣的Al-Zn系合金，例 如可以舉出JIS 7072合金等。以上，對本發(fā)明的包層材料中的芯材、釬焊材料及犧牲材料進行了說明，本發(fā)明的 包層材料也優(yōu)選進一步在芯材和釬焊材料之間形成中間材料。在焊接中，使用氟化系焊劑 時，芯材中的Mg及Ca與焊劑中的氟化物發(fā)生反應而使焊接性降低。在此，為了消除這樣的 不良情況，有效的是在釬焊材料和芯材之間形成Mg量及Ca量少的中間材料。特別是在芯 材中以Mg :0. 5 1. 0%及/或Ca 0. 5 1. 0%的范圍包含Mg和Ca時，可以有效地發(fā)揮 中間材料的效果。此時，優(yōu)選以Mg 不足0. 5%及/或Ca 不足0. 5%的范圍包含中間材料 中的Mg和Ca，Mg量及Ca量的上限都更優(yōu)選設(shè)定為0. 4%以下，進一步優(yōu)選為0. 3%以下。 中間材料中的Mg及Ca以外的組成設(shè)定為與芯材中的組成相同即可。
本發(fā)明中，為了滿足作為熱交換器的管等構(gòu)件所必需的耐腐蝕性、強度、焊接性等 基本特性，也優(yōu)選調(diào)整包覆率(各層的厚度的比率)或厚度。為了提高焊接性，優(yōu)選滿足 釬焊材料的包覆率(釬焊材料的厚度與包層材料的總厚度的比)為5%以上及釬焊材料的 厚度為20 μ m以上的至少任一個條件。另一方面，釬焊材料過厚時，從強度的觀點考慮不 優(yōu)選，因此，優(yōu)選滿足釬焊材料的包覆率為30%以下及釬焊材料的厚度為50 μ m以下中的 至少任一個主要條件。另外，如上所述，使用中間材料作為Mg及Ca這樣的使焊接性降低的 元素的擴散障壁時，優(yōu)選滿足中間材料的包覆率(中間材料的厚度與包層材料的總厚度的 比)為10%以上及厚度為20 μ m以上中的至少任一個條件。另一方面，中間材料過厚時，產(chǎn) 生強度不足的問題，因此，優(yōu)選滿足包覆率為50%以下及中間材料的厚度為IOOym以下中 的至少任一個條件。得到本發(fā)明的鋁合金包層材料的方法沒有特別的限定，例如可以通過以下的方法 進行制造。首先，對芯材及釬焊材料，以分別成為規(guī)定的成分組成的方式進行溶解及鑄造， 制成鑄塊，再根據(jù)需要進行倒角及均質(zhì)化處理，制造芯材用鑄塊及釬焊材料用鑄塊。將各鑄 塊熱軋制至規(guī)定厚度，或機械切片成規(guī)定厚度，制成芯材用構(gòu)件及釬焊材料用構(gòu)件。設(shè)置犧 牲材料和 中間材料時，通過與上述相同操作，制造犧牲材料用構(gòu)件及中間材料用構(gòu)件。接著，在芯材用構(gòu)件的一面?zhèn)然騼擅鎮(zhèn)戎丿B釬焊材料用構(gòu)件(設(shè)置犧牲材料時， 在與釬焊材料不同的面上設(shè)置犧牲材料用構(gòu)件，或根據(jù)需要，在芯材和釬焊材料之間設(shè)置 中間材料用構(gòu)件)，對該重疊成的構(gòu)件進行熱處理(再加熱)，再通過熱軋制進行壓接。然 后，進行冷軋制、中間退火，進一步進行冷軋制。需要說明的是，冷軋制后也可以進行退火加 工。在不給上述工序帶來不良影響的范圍內(nèi)，在各工序間及工序前后，可以包含例如變形矯 正處理等工序。實施例以下，舉出實施例更具體地說明本發(fā)明。本發(fā)明不受實施例的限制，當然，也可以 在能夠適合于上述、后述的主旨的范圍內(nèi)進行適當?shù)淖兏鼇韺嵤@些都包含于本發(fā)明的 技術(shù)范圍中。試驗材料的制作通過連續(xù)鑄造具有表1 3所示的化學組成的芯材用鋁合金，并進行熔解、鑄錠， 在700°C的鑄造溫度下鑄造得到鑄塊，在530°C (6小時以下)進行均質(zhì)化處理后，進行熱軋 制而制造芯材用構(gòu)件。表 權(quán)利要求
1.一種鋁合金包層材料用芯材，其特征在于，包含 Si 0. 3 1. 5 質(zhì)量％、Mn 0. 3 2. 0 質(zhì)量％、 Cu 0. 3 1. 5 質(zhì)量％、 Ti 0. 01 0. 5 質(zhì)量％、 B 0. 001 0. 1 質(zhì)量％， 剩余部分為Al及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁合金包層材料用芯材，其中，還包含Mg :1. 0質(zhì)量％以下及/或Ca :1. 0質(zhì)量％以下，其中所述1. 0質(zhì)量％以下不包 括0%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋁合金包層材料用芯材，其中，還包含選自由Ni 0. 5質(zhì)量％以下、Cr 0. 5質(zhì)量％以下、Nb :0. 5質(zhì)量％以下、V :0. 5質(zhì) 量％以下以及&:0. 5質(zhì)量％以下構(gòu)成的組中的至少一種元素，其中所述0.5質(zhì)量％以下不 包括0%。
4.一種鋁合金包層材料，其是在權(quán)利要求1所述的芯材的一面或兩面包覆了釬焊材料 的鋁合金包層材料，其中，所述釬焊材料為Al-Si系合金、Zn合金或Sn合金。
5.一種鋁合金包層材料，其是在權(quán)利要求1所述的芯材的一面包覆了釬焊材料并且在 另一面包覆了犧牲材料的鋁合金包層材料，其中，所述釬焊材料為Al-Si系合金、Zn合金或Sn合金， 所述犧牲材料為Al-Si系合金。
6.如權(quán)利要求4或5所述的鋁合金包層材料，其用于汽車的熱交換器。
7.一種汽車的釬焊型散熱器管，其使用權(quán)利要求4或5所述的鋁合金包層材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以充分確保耐腐蝕性、長壽命化的鋁合金包層材料用芯材及鋁合金包層材料。本發(fā)明的鋁合金包層材料用芯材的特征在于，包含Si0.3～1.5％(％為質(zhì)量％的意思，以下相同)、Mn0.3～2.0％、Cu0.3～1.5％、Ti0.01～0.5％、B0.001～0.1％，剩余部分為Al及不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號C22C21/00GK102146540SQ201110035029
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者吉田誠司, 小澤敬祐, 阪下真司 申請人:株式會社神戶制鋼所