熱交換器用アルミニウムクラッド材
【目的】疲労特性に優れ、且つ優れた耐食性をそなえ、アルミニウム合金製熱交換器のチューブ材、プレート材の素材として好適に使用することができる熱交換器用アルミニウムクラッド材を提供する。
【構成】心材の片面に、該心材に対して犠牲陽極効果を有するろう材１をクラッドしてなるアルミニウムの２層クラッド材であって、心材が、質量％で、アルミニウム純度９９．０％以上、不可避的不純物の合計含有量が１．０％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。
【構成】心材の片面に、該心材に対して犠牲陽極効果を有するろう材１をクラッドしてなるアルミニウムの２層クラッド材であって、心材が、質量％で、アルミニウム純度９９．０％以上、不可避的不純物の合計含有量が１．０％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジエータやインバータ冷却器などのアルミニウム合金製熱交換器を製造する場合、特に、弗化物系フラックスを用いるろう付け、または真空ろう付けなどの、ろう付け接合により製造される熱交換器において、その構成部材であるチューブ材やプレート材として好適に使用される熱交換器用アルミニウムクラッド材に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金製熱交換器のチューブ材は、Ａｌ−Ｍｎ系合金を心材とし、心材の片面にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材をクラッドした二層構造のアルミニウム合金クラッド材、心材の一方の面にろう材をクラッドし、他方の面にＡｌ−Ｚｎ系合金またはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金の犠牲陽極材をクラッドした三層構造のアルミニウム合金クラッド材が用いられている。
【０００３】
アルミニウム合金製熱交換器において、クラッド材の心材は、構造部材としての形状を保ち、熱交換器に負荷される振動、圧力変動、熱応力に対し応力緩和効果を有し、疲労耐久性を発揮する。また、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材は、アルミニウム合金製熱交換器を製作するとき、各部材同士をろう付け接合するためにクラッドされている。さらに、犠牲陽極材は、例えばチューブの内面や外面に使用され、作動流体や外気と接して犠牲陽極作用を発揮し、心材の孔食発生を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２９３３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に自動車用のアルミニウム合金製熱交換器において、熱交換器に負荷される振動などの応力による疲労に耐える疲労特性を有することは重要であり、チューブ材やプレート材についても、疲労耐久性に優れたものが望まれている。発明者らは、優れた疲労特性を有するとともに、耐食性にも優れたチューブ材を得るために、クラッド材を構成する心材とろう材の組成とその組み合わせを見直し、クラッド材の疲労特性との関連について試験、検討を行った結果、心材として成分元素の添加量を抑制した純アルミニウムを使用し、成分元素により生成する金属間化合物の生成を抑え、且つＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの固溶度を低下させることが、疲労寿命の向上、特に低サイクル疲労寿命の向上に有効であることを見出した。
【０００６】
本発明は、上記の知見に基づいてさらに試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、疲労特性に優れ、且つ優れた耐食性をそなえ、アルミニウム合金製熱交換器のチューブ材、プレート材の素材として好適に使用することができる熱交換器用アルミニウムクラッド材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、心材の片面に、該心材に対して犠牲陽極効果を有するろう材１をクラッドしてなるアルミニウムの２層クラッド材であって、心材が、質量％で、アルミニウム純度９９．０％以上、不可避的不純物の合計含有量が１．０％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。以下、合金成分値は全て質量％で示す。
【０００８】
請求項２による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１において、前記心材が、アルミニウム純度９９．９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１において、前記心材が、アルミニウム純度９９．９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１において、前記心材が、アルミニウム純度９９．９９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．００１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。
【００１１】
請求項５による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、心材の片面に、該心材に対して犠牲陽極効果を有するろう材１をクラッドしてなるアルミニウムの２層クラッド材であって、心材が、Ｔｉ：０．３％未満（０％を含まず、以下同じ）を含有し、アルミニウム純度９９．０％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．７％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする。以下、合金成分のうち、不純物を除く合金成分の含有量はいずれも０％を含まない。
【００１２】
請求項６による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項５において、前記心材が、Ｔｉ：０．０５％未満を含有し、アルミニウム純度９９．９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項７による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項５において、前記心材が、Ｔｉ：０．００５％未満を含有し、アルミニウム純度９９．９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．００５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０００５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする。
【００１４】
請求項８による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項５において、前記心材が、Ｔｉ：０．０００５％未満を含有し、アルミニウム純度が９９．９９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０００５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。
【００１５】
請求項９による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１〜８のいずれかにおいて、前記ろう材１が、Ｓｉ：２．５〜１４％を含み、さらに、Ｚｎ：０．５〜１０％、Ｉｎ：０．００１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、Ｍｇ：２．５％以下（０％を含まず、以下同じ）のうちの１種または２種以上を含有し、残部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ることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項９において、前記ろう材１が、さらに、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３５％、Ｓｒ：０．００１〜０．１％、Ｎａ：０．００１〜０．１％、Ｓｂ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１〜１０のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材のろう材１と反対側の心材面に、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材からなるろう材２をクラッドして３層クラッド材としたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１２による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１１において、前記ろう材２が、Ｓｉ：２．５〜１４％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材で構成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１２において、前記ろう材２が、さらにＭｇ：０．１〜２．０ ％、Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｎ：０．５〜５．０％、Ｃｕ：０．１〜５．０％、Ｓｒ：０．００１〜０．１％、Ｎａ：０．００１〜０．１％、Ｓｂ：０．００１〜０．１％、Ｂｉ：０．００１〜０．２ ％、Ｂｅ：０．００１〜０．１ ％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【００２０】
請求項１４による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１〜１３のいずれかにおいて、前記心材のマトリックス中の金属間化合物のうち、粒子径が円相当直径で１μｍ以上の金属間化合物が、合計数として１ｍｍ２当たり３×１０４個以下存在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、疲労特性、特に低サイクル疲労特性に優れ、且つ優れた耐食性をそなえたアルミニウムクラッド材、特に、アルミニウム合金製熱交換器の構成部材であるチューブ材やプレート材の素材として好適に使用することができる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】アルミニウムクラッド材の曲げ疲労試験機の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明による熱交換器用アルミニウムクラッド材における合金成分の意義および限定理由について説明する。
(心材)
心材として、不可避的不純物の合計含有量が１．０％未満で、アルミニウム純度が９９．０％以上の純アルミニウムを用いることにより、疲労寿命、特に低サイクル疲労寿命の向上が有効に達成できる。
【００２４】
すなわち、上記の純アルミニウムからなる心材は、一般的な心材合金であるＡｌ−Ｍｎ系の３００３合金に対し、成分元素濃度が低く抑えられることにより金属間化合物の生成が少なく、金属間化合物周辺から発生する疲労亀裂の進展が遅延するため、優れた疲労特性、特に優れた低サイクル疲労特性が得られる。金属間化合物が多い場合は、金属間化合物周辺にひずみが集積して亀裂に至る。さらに、不純物としてのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量を低く抑えることにより、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇの固溶量が低下するため、マトリックスの延性が増し、金属間化合物周辺のひずみをさらに緩和できて、より優れた疲労特性を得ることができる。
【００２５】
優れた低サイクル疲労特性を得るためには、マトリックス中の金属間化合物のうち、粒子径で円相当直径で１μｍ以上の金属間化合物が、合計数として１ｍｍ２当たり３×１０４個以下であることが好ましい。より好ましくは３×１０３ 個以下、さらに好ましくは３×１０２個以下、最も好ましくは３×１０個以下である。
【００２６】
アルミニウム純度が９９．０％未満では、上記の効果が十分でなく、疲労寿命、特に低サイクル疲労寿命が低下する。上記の効果を達成するためのより好ましいアルミニウム純度は９９．９％以上（不可避的不純物の含有量：０．１％未満）、さらに好ましいアルミニウム純度は９９．９９％以上（不可避的不純物の含有量：０．０１％未満）、最も好ましいアルミニウム純度は９９．９９９％以上（不可避的不純物の含有量：０．００１％未満）である。
【００２７】
また、上記純アルミニウムにおいて、アルミニウムを除く残余の成分は、不可避的不純物であり、精錬方法に応じて、各種の元素が不可避的に存在することとなるが、このような不可避的不純物は、上記のように、合計量において、好ましくは１．０％未満、より好ましくは０．１％未満、更に好ましくは０．０１％未満、最も好ましくは０．００１％未満となるように調整される。
【００２８】
上記の不可避的不純物は、アルミニウム純度９９．０％の純アルミニウムにおいては、通常、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｖ、Ｚｒ、Ｇａなどが５００ｐｐｍ程度あるいはそれ以下の割合で含有されている。アルミニウム純度９９．９％の純アルミニウムにおいては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｇａなどが１０ｐｐｍ程度あるいはそれ以下の割合で含有され、さらにＭｎやＺｎなどが数ｐｐｍ程度もしくはそれ以下の割合で含有されている。
【００２９】
また、アルミニウム純度９９．９９％の純アルミニウムにおいては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕなどが数ｐｐｍ程度もしくはそれ以下の割合で含有されており、アルミニウム純度９９．９９９％の純アルミニウムにおいては、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎなどが、それぞれ１ｐｐｍ程度あるいはそれ以下の割合で含有されている。
【００３０】
上記の純アルミニウムは、公知の各種の精錬手法に従って得ることが可能である。例えば、アルミニウム純度９９．９％の純アルミニウムは、通常の電解精錬法で得られたアルミニウム地金を用いて、分別結晶法（ペシネー法）により、その純度を高めることにより得ることができる。また、アルミニウム純度９９．９９％の純アルミニウムは、通常の電解精錬法で得られたアルミニウム地金を用いて、三層電解法により、その純度を高めることにより得ることができ、アルミニウム純度９９．９９９％の純アルミニウムは、上記の三層電解法で得られた高純度地金を用いて、一方向凝固法やゾーンメルティング法を用いてその純度を高めることにより得ることが可能である。
【００３１】
Ｔｉは、心材の結晶粒度を微細化して、低サイクル疲労寿命をさらに向上させるよう機能する。Ｔｉの好ましい含有範囲は、アルミニウム純度９９．０％の純アルミニウムの場合は０．３％未満、アルミニウム純度９９．９％の純アルミニウムの場合は０．０５％未満、アルミニウム純度９９．９９％の純アルミニウムの場合は０．００５％未満、アルミニウム純度９９．９９９％の純アルミニウムの場合は０．０００５％未満である。
【００３２】
（ろう材１）
犠牲陽極効果を有するろう材１には、通常ろう材として用いられているＡｌ−Ｓｉ系合金あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金に、電位を卑にするＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎが添加される。ろう材の電位を卑にすることで、心材に対する犠牲陽極効果を保持させ、その結果として、心材の孔食が防止される。ろう材中のＳｉの含有量は２．５〜１４％の範囲であり、Ｍｇの含有量は０．１〜２．０％の範囲である。Ｚｎの好ましい含有範囲は０．５〜１０．０％、さらに好ましい含有範囲は１〜５％、Ｉｎの好ましい含有範囲は０．００１〜０．１％、さらに好ましい含有範囲は０．０１〜０．０５％、Ｓｎの好ましい含有範囲は０．００１〜０．１％、さらに好ましい含有範囲は０．０１〜０．０５％である。
【００３３】
Ｍｎは、Ａｌ−Ｍｎ系化合物を生成し、Ａｌ−Ｍｎ系化合物が腐食の起点となり、孔食が分散化される結果、耐食性が向上する。Ｍｎの好ましい含有範囲は０．１〜２．０％であり、２．０％を超えて含有すると、鋳造時に粗大な化合物が生成して圧延加工性が害され、健全な板材が得難くなる。Ｍｎのさらに好ましい含有量は０．５〜１．７％の範囲である。
【００３４】
Ｆｅは、Ａｌ−Ｆｅ系化合物を生成し、Ａｌ−Ｆｅ系化合物が腐食の起点となり、孔食が分散化される結果、耐食性が向上する。Ｆｅの好ましい含有範囲は０．１〜２．０％であり、２．０％を超えて含有すると耐食性が低下する。Ｆｅのさらに好ましい含有量は０．２〜１．０％の範囲である。
【００３５】
Ｎｉは、Ａｌ−Ｎｉ系化合物を生成し、Ａｌ−Ｎｉ系化合物が腐食の起点となり、孔食が分散される結果、耐食性が向上する。Ｎｉの好ましい含有範囲は０．１〜２．０％であり、２．０％を超えて含有すると耐食性が低下する。Ｎｉのさらに好ましい含有量は０．２〜１．０％の範囲である。
【００３６】
ＣｒとＺｒは、Ａｌ−Ｃｒ系化合物、Ａｌ−Ｚｒ系化合物を生成し、これらの化合物が腐食の起点となり、孔食が分散される結果、耐食性が向上する。ＣｒおよびＺｒの好ましい含有範囲は、いずれも０．０１〜０．３％であり、０．３％を超えて含有しても効果が飽和しそれ以上の改善効果が期待できない。ＣｒおよびＺｒのさらに好ましい含有量は０．０５〜０．２％の範囲である。
【００３７】
Ｔｉは、Ａｌ−Ｔｉ系化合物を生成し、Ａｌ−Ｔｉ系化合物が腐食の起点となり、孔食が分散される結果、耐食性が向上する。Ｔｉの好ましい含有範囲は０．０１〜０．３５％であり、０．３５％を超えると鋳造が困難となり、また加工性が劣化して健全な材料の製造が困難となる。Ｔｉのさらに好ましい含有量は０．１〜０．２％の範囲である。
【００３８】
Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｂは、ろう材中のＳｉ粒子を微細かつ均一に分散させる。粗大なＳｉ粒子が存在した場合、Ｓｉ粒子の周囲にひずみが集積して亀裂の起点となる。Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｂの含有によりＳｉ粒子が微細化されて、亀裂の起点が生じ難くなり、疲労寿命がさらに向上する。Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｂの好ましい含有範囲はそれぞれ０．００１〜０．１％であり、０．１％を超えて含有してもその効果が飽和する。Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｂのさらに好ましい含有量は０．０１〜０．０５％の範囲である。
【００３９】
なお、ろう材１には、公知の犠牲陽極材に添加される元素、例えば、Ｃｕ：０．５％以下、Ｖ：０．３％以下、Ｃｏ：０．３％以下、Ｃｅ：０．３％以下、Ｙ：０．３％以下、Ｌａ：１．０％以下、Ｎｄ：１．０％以下、Ｐｒ：１．０％以下が含まれていてもよい。
【００４０】
（ろう材２）
本発明のアルミニウムクラッド材においては、ろう材１と反対側の心材面に、ろう材２としてろう材をクラッドして、３層の構造とすることもできる。ろう材２としては、通常ろう材として用いられているＡｌ−Ｓｉ系合金あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金が使用される。Ｓｉの好ましい含有範囲は２．５〜１４％であり、Ｍｇの好ましい含有範囲は０．１〜２．０％である。
【００４１】
Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金には、必要に応じて、Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｎ：０．５〜５．０％、Ｃｕ：０．１〜５．０％、Ｓｒ：０．００１〜０．１％、Ｎａ：０．００１〜０．１％、Ｓｂ：０．００１〜０．１％、Ｂｉ：０．００１〜０．２ ％、Ｂｅ：０．００１〜０．１ ％のうちの１種または２種以上を含有していてもよい。その他、ろう材２には、公知のろう材に添加される元素、例えば、Ｖ：０．３％以下、Ｃｏ：０．３％以下、Ｃｅ：０．３％以下、Ｙ：０．３％以下、Ｌａ：１．０％以下、Ｎｄ：１．０％以下、Ｐｒ：１．０％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下が含まれていてもよい。
【００４２】
本発明によるアルミニウムクラッド材は、ＤＣ鋳造により心材用合金、ろう材１用合金およびろう材２用合金を造塊し、例えば、得られた鋳塊のうち、心材用合金については均質化処理を行い、ろう材１用合金およびろう材２用合金を熱間圧延して所定の厚さとし、これらと心材用合金の鋳塊を組み合わせて熱間圧延してクラッド材とする。その後、クラッド材を冷間圧延、最終焼鈍して所定厚さのアルミニウムクラッド材（例えば質別Ｏ）とする。途中の工程で中間焼鈍を施したり、最終焼鈍後にさらに冷間圧延して質別Ｈ１ｎとしてもよい。
【００４３】
本発明のアルミニウムクラッド材においては、２層構造の場合も３層構造の場合も、心材のマトリックス中の金属間化合物のうち、粒子径が円相当直径で１μｍ以上の金属間化合物が、合計数として１ｍｍ２当たり３×１０４個以下であることにより、より優れた低サイクル疲労特性を得ることができ、このような金属間化合物分布形態は、心材として、不可避的不純物量を抑制した前記の純アルミニウムまたは微量のＴｉを含むアルミニウムを用いることにより達成することができる。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を実証する。これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。
【００４５】
実施例１
連続鋳造により表１に示す組成を有する心材用アルミニウム、表２に示す組成を有するろう材１用アルミニウム合金、および表３に示すろう材２用アルミニウム合金を造塊し、得られた鋳塊のうち、心材用アルミニウムについて均質化処理を行い、ろう材１用アルミニウム合金およびろう材２用アルミニウム合金を熱間圧延して所定の厚さとし、これらと心材用アルミニウムの鋳塊とを組み合わせて熱間圧延し、２層と３層のクラッド材を得た。なお、表１に示す心材用アルミニウムにおいて、表１に示す元素以外の不可避的不純物量は、Ａ１、Ａ５はいずれも５００ｐｐｍ以下、Ａ２、Ａ６はいずれも１０ｐｐｍ以下、Ａ３、Ａ７はいずれも５ｐｐｍ以下、Ａ４、Ａ８はいずれも１ｐｐｍ以下であった。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
【表３】
【００４９】
ついで、クラッド材を冷間圧延、最終焼鈍して厚さ０．４０ｍｍのクラッド板材（質別Ｏ）を得た。クラッドの構成は、ろう材１のクラッド率が１０％（厚さ０．０４０ｍｍ）、ろう材２のクラッド率が１０％（厚さ０．０４０ｍｍ）、残りを心材とした。なお、板厚とクラッド率は実施例に限定されるものではなく、適宜調整して使用される。例えば、板厚は０．１０〜２．００ｍｍ、クラッド率は２〜３０％程度とすることができる。
【００５０】
得られたアルミニウムクラッド材を試験材とし、クラッド材にフラックスを塗布することなく、窒素ガス中、６００℃（材料温度）で３分間加熱し、その後、平面曲げ疲労試験により疲労寿命を測定した。平面曲げ疲労試験は、ろう付け加熱後のクラッド材を切断後、端面を切削して５ｍｍ幅の短冊状の試験片を作製し、試験片について、図１に示す曲げ疲労試験機を用いて、ひずみ範囲を０．６７と固定し、両振りの曲げ疲労試験を実施した。周波数は０．５Ｈｚで室温にて実施し、破断に至るまでのサイクル数を測定した。疲労寿命は破断回数が１０４程度の低サイクル域で評価し、疲労寿命が１×１０４を超えた場合を良好（〇）とした。結果を表４に示す。
【００５１】
また、試験材の心材中の粒子径（円相当直径）が１μｍ以上の金属間化合物粒子の１ｍｍ２当たりの粒子数を測定した。心材中の粒子径が１μｍ以上の金属間化合物粒子の数の測定方法は以下のとおりである。心材を、倍率２００倍で光学顕微鏡により５視野（面積合計０．１５ｍｍ２）撮影し、画像解析装置により、粒子径（円相当直径）で１μｍ以上のサイズの金属間化合物の粒子数を測定した。結果を表４に示す。
【００５２】
【表４】
【００５３】
表４に示すように、本発明に従う試験材１〜５４はいずれも、疲労寿命が１×１０４を超える優れた疲労特性をそなえていた。
【００５４】
比較例１
連続鋳造により表５に示す組成を有する心材用アルミニウムを造塊し、得られた鋳塊について均質化処理を行い、実施例１で用いたろう材１用アルミニウム合金およびろう材２用アルミニウム合金の熱間圧延材を組み合わせて熱間圧延し、アルミニウムクラッド材を得た。
【００５５】
【表５】
【００５６】
ついで、クラッド材を冷間圧延、最終焼鈍して厚さ０．４０ｍｍのクラッド板材（質別Ｏ）を得た。クラッドの構成は、ろう材１のクラッド率が１０％（厚さ０．０４０ｍｍ）、ろう材２のクラッド率が１０％（厚さ０．０４０ｍｍ）、残りを心材とし、得られたアルミニウムクラッド材を試験材として、実施例１と同じ方法で疲労寿命および金属間化合物粒子の数を測定した。結果を表６に示す。
【００５７】
【表６】
【００５８】
表６に示すように、試験材１０１は、心材のアルミニウム純度が低いため、不純物量が多く、従って、繰返し応力が負荷された場合、金属間化合物周辺にひずみが集積して亀裂に至り、疲労寿命が劣っていた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジエータやインバータ冷却器などのアルミニウム合金製熱交換器を製造する場合、特に、弗化物系フラックスを用いるろう付け、または真空ろう付けなどの、ろう付け接合により製造される熱交換器において、その構成部材であるチューブ材やプレート材として好適に使用される熱交換器用アルミニウムクラッド材に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金製熱交換器のチューブ材は、Ａｌ−Ｍｎ系合金を心材とし、心材の片面にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材をクラッドした二層構造のアルミニウム合金クラッド材、心材の一方の面にろう材をクラッドし、他方の面にＡｌ−Ｚｎ系合金またはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金の犠牲陽極材をクラッドした三層構造のアルミニウム合金クラッド材が用いられている。
【０００３】
アルミニウム合金製熱交換器において、クラッド材の心材は、構造部材としての形状を保ち、熱交換器に負荷される振動、圧力変動、熱応力に対し応力緩和効果を有し、疲労耐久性を発揮する。また、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材は、アルミニウム合金製熱交換器を製作するとき、各部材同士をろう付け接合するためにクラッドされている。さらに、犠牲陽極材は、例えばチューブの内面や外面に使用され、作動流体や外気と接して犠牲陽極作用を発揮し、心材の孔食発生を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２９３３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に自動車用のアルミニウム合金製熱交換器において、熱交換器に負荷される振動などの応力による疲労に耐える疲労特性を有することは重要であり、チューブ材やプレート材についても、疲労耐久性に優れたものが望まれている。発明者らは、優れた疲労特性を有するとともに、耐食性にも優れたチューブ材を得るために、クラッド材を構成する心材とろう材の組成とその組み合わせを見直し、クラッド材の疲労特性との関連について試験、検討を行った結果、心材として成分元素の添加量を抑制した純アルミニウムを使用し、成分元素により生成する金属間化合物の生成を抑え、且つＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの固溶度を低下させることが、疲労寿命の向上、特に低サイクル疲労寿命の向上に有効であることを見出した。
【０００６】
本発明は、上記の知見に基づいてさらに試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、疲労特性に優れ、且つ優れた耐食性をそなえ、アルミニウム合金製熱交換器のチューブ材、プレート材の素材として好適に使用することができる熱交換器用アルミニウムクラッド材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、心材の片面に、該心材に対して犠牲陽極効果を有するろう材１をクラッドしてなるアルミニウムの２層クラッド材であって、心材が、質量％で、アルミニウム純度９９．０％以上、不可避的不純物の合計含有量が１．０％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。以下、合金成分値は全て質量％で示す。
【０００８】
請求項２による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１において、前記心材が、アルミニウム純度９９．９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１において、前記心材が、アルミニウム純度９９．９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１において、前記心材が、アルミニウム純度９９．９９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．００１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。
【００１１】
請求項５による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、心材の片面に、該心材に対して犠牲陽極効果を有するろう材１をクラッドしてなるアルミニウムの２層クラッド材であって、心材が、Ｔｉ：０．３％未満（０％を含まず、以下同じ）を含有し、アルミニウム純度９９．０％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．７％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする。以下、合金成分のうち、不純物を除く合金成分の含有量はいずれも０％を含まない。
【００１２】
請求項６による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項５において、前記心材が、Ｔｉ：０．０５％未満を含有し、アルミニウム純度９９．９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項７による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項５において、前記心材が、Ｔｉ：０．００５％未満を含有し、アルミニウム純度９９．９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．００５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０００５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする。
【００１４】
請求項８による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項５において、前記心材が、Ｔｉ：０．０００５％未満を含有し、アルミニウム純度が９９．９９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０００５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする。
【００１５】
請求項９による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１〜８のいずれかにおいて、前記ろう材１が、Ｓｉ：２．５〜１４％を含み、さらに、Ｚｎ：０．５〜１０％、Ｉｎ：０．００１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、Ｍｇ：２．５％以下（０％を含まず、以下同じ）のうちの１種または２種以上を含有し、残部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ることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項９において、前記ろう材１が、さらに、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３５％、Ｓｒ：０．００１〜０．１％、Ｎａ：０．００１〜０．１％、Ｓｂ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１〜１０のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材のろう材１と反対側の心材面に、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材からなるろう材２をクラッドして３層クラッド材としたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１２による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１１において、前記ろう材２が、Ｓｉ：２．５〜１４％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材で構成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１２において、前記ろう材２が、さらにＭｇ：０．１〜２．０ ％、Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｎ：０．５〜５．０％、Ｃｕ：０．１〜５．０％、Ｓｒ：０．００１〜０．１％、Ｎａ：０．００１〜０．１％、Ｓｂ：０．００１〜０．１％、Ｂｉ：０．００１〜０．２ ％、Ｂｅ：０．００１〜０．１ ％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【００２０】
請求項１４による熱交換器用アルミニウムクラッド材は、請求項１〜１３のいずれかにおいて、前記心材のマトリックス中の金属間化合物のうち、粒子径が円相当直径で１μｍ以上の金属間化合物が、合計数として１ｍｍ２当たり３×１０４個以下存在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、疲労特性、特に低サイクル疲労特性に優れ、且つ優れた耐食性をそなえたアルミニウムクラッド材、特に、アルミニウム合金製熱交換器の構成部材であるチューブ材やプレート材の素材として好適に使用することができる熱交換器用アルミニウム合金クラッド材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】アルミニウムクラッド材の曲げ疲労試験機の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明による熱交換器用アルミニウムクラッド材における合金成分の意義および限定理由について説明する。
(心材)
心材として、不可避的不純物の合計含有量が１．０％未満で、アルミニウム純度が９９．０％以上の純アルミニウムを用いることにより、疲労寿命、特に低サイクル疲労寿命の向上が有効に達成できる。
【００２４】
すなわち、上記の純アルミニウムからなる心材は、一般的な心材合金であるＡｌ−Ｍｎ系の３００３合金に対し、成分元素濃度が低く抑えられることにより金属間化合物の生成が少なく、金属間化合物周辺から発生する疲労亀裂の進展が遅延するため、優れた疲労特性、特に優れた低サイクル疲労特性が得られる。金属間化合物が多い場合は、金属間化合物周辺にひずみが集積して亀裂に至る。さらに、不純物としてのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量を低く抑えることにより、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇの固溶量が低下するため、マトリックスの延性が増し、金属間化合物周辺のひずみをさらに緩和できて、より優れた疲労特性を得ることができる。
【００２５】
優れた低サイクル疲労特性を得るためには、マトリックス中の金属間化合物のうち、粒子径で円相当直径で１μｍ以上の金属間化合物が、合計数として１ｍｍ２当たり３×１０４個以下であることが好ましい。より好ましくは３×１０３ 個以下、さらに好ましくは３×１０２個以下、最も好ましくは３×１０個以下である。
【００２６】
アルミニウム純度が９９．０％未満では、上記の効果が十分でなく、疲労寿命、特に低サイクル疲労寿命が低下する。上記の効果を達成するためのより好ましいアルミニウム純度は９９．９％以上（不可避的不純物の含有量：０．１％未満）、さらに好ましいアルミニウム純度は９９．９９％以上（不可避的不純物の含有量：０．０１％未満）、最も好ましいアルミニウム純度は９９．９９９％以上（不可避的不純物の含有量：０．００１％未満）である。
【００２７】
また、上記純アルミニウムにおいて、アルミニウムを除く残余の成分は、不可避的不純物であり、精錬方法に応じて、各種の元素が不可避的に存在することとなるが、このような不可避的不純物は、上記のように、合計量において、好ましくは１．０％未満、より好ましくは０．１％未満、更に好ましくは０．０１％未満、最も好ましくは０．００１％未満となるように調整される。
【００２８】
上記の不可避的不純物は、アルミニウム純度９９．０％の純アルミニウムにおいては、通常、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｖ、Ｚｒ、Ｇａなどが５００ｐｐｍ程度あるいはそれ以下の割合で含有されている。アルミニウム純度９９．９％の純アルミニウムにおいては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｇａなどが１０ｐｐｍ程度あるいはそれ以下の割合で含有され、さらにＭｎやＺｎなどが数ｐｐｍ程度もしくはそれ以下の割合で含有されている。
【００２９】
また、アルミニウム純度９９．９９％の純アルミニウムにおいては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕなどが数ｐｐｍ程度もしくはそれ以下の割合で含有されており、アルミニウム純度９９．９９９％の純アルミニウムにおいては、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎなどが、それぞれ１ｐｐｍ程度あるいはそれ以下の割合で含有されている。
【００３０】
上記の純アルミニウムは、公知の各種の精錬手法に従って得ることが可能である。例えば、アルミニウム純度９９．９％の純アルミニウムは、通常の電解精錬法で得られたアルミニウム地金を用いて、分別結晶法（ペシネー法）により、その純度を高めることにより得ることができる。また、アルミニウム純度９９．９９％の純アルミニウムは、通常の電解精錬法で得られたアルミニウム地金を用いて、三層電解法により、その純度を高めることにより得ることができ、アルミニウム純度９９．９９９％の純アルミニウムは、上記の三層電解法で得られた高純度地金を用いて、一方向凝固法やゾーンメルティング法を用いてその純度を高めることにより得ることが可能である。
【００３１】
Ｔｉは、心材の結晶粒度を微細化して、低サイクル疲労寿命をさらに向上させるよう機能する。Ｔｉの好ましい含有範囲は、アルミニウム純度９９．０％の純アルミニウムの場合は０．３％未満、アルミニウム純度９９．９％の純アルミニウムの場合は０．０５％未満、アルミニウム純度９９．９９％の純アルミニウムの場合は０．００５％未満、アルミニウム純度９９．９９９％の純アルミニウムの場合は０．０００５％未満である。
【００３２】
（ろう材１）
犠牲陽極効果を有するろう材１には、通常ろう材として用いられているＡｌ−Ｓｉ系合金あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金に、電位を卑にするＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎが添加される。ろう材の電位を卑にすることで、心材に対する犠牲陽極効果を保持させ、その結果として、心材の孔食が防止される。ろう材中のＳｉの含有量は２．５〜１４％の範囲であり、Ｍｇの含有量は０．１〜２．０％の範囲である。Ｚｎの好ましい含有範囲は０．５〜１０．０％、さらに好ましい含有範囲は１〜５％、Ｉｎの好ましい含有範囲は０．００１〜０．１％、さらに好ましい含有範囲は０．０１〜０．０５％、Ｓｎの好ましい含有範囲は０．００１〜０．１％、さらに好ましい含有範囲は０．０１〜０．０５％である。
【００３３】
Ｍｎは、Ａｌ−Ｍｎ系化合物を生成し、Ａｌ−Ｍｎ系化合物が腐食の起点となり、孔食が分散化される結果、耐食性が向上する。Ｍｎの好ましい含有範囲は０．１〜２．０％であり、２．０％を超えて含有すると、鋳造時に粗大な化合物が生成して圧延加工性が害され、健全な板材が得難くなる。Ｍｎのさらに好ましい含有量は０．５〜１．７％の範囲である。
【００３４】
Ｆｅは、Ａｌ−Ｆｅ系化合物を生成し、Ａｌ−Ｆｅ系化合物が腐食の起点となり、孔食が分散化される結果、耐食性が向上する。Ｆｅの好ましい含有範囲は０．１〜２．０％であり、２．０％を超えて含有すると耐食性が低下する。Ｆｅのさらに好ましい含有量は０．２〜１．０％の範囲である。
【００３５】
Ｎｉは、Ａｌ−Ｎｉ系化合物を生成し、Ａｌ−Ｎｉ系化合物が腐食の起点となり、孔食が分散される結果、耐食性が向上する。Ｎｉの好ましい含有範囲は０．１〜２．０％であり、２．０％を超えて含有すると耐食性が低下する。Ｎｉのさらに好ましい含有量は０．２〜１．０％の範囲である。
【００３６】
ＣｒとＺｒは、Ａｌ−Ｃｒ系化合物、Ａｌ−Ｚｒ系化合物を生成し、これらの化合物が腐食の起点となり、孔食が分散される結果、耐食性が向上する。ＣｒおよびＺｒの好ましい含有範囲は、いずれも０．０１〜０．３％であり、０．３％を超えて含有しても効果が飽和しそれ以上の改善効果が期待できない。ＣｒおよびＺｒのさらに好ましい含有量は０．０５〜０．２％の範囲である。
【００３７】
Ｔｉは、Ａｌ−Ｔｉ系化合物を生成し、Ａｌ−Ｔｉ系化合物が腐食の起点となり、孔食が分散される結果、耐食性が向上する。Ｔｉの好ましい含有範囲は０．０１〜０．３５％であり、０．３５％を超えると鋳造が困難となり、また加工性が劣化して健全な材料の製造が困難となる。Ｔｉのさらに好ましい含有量は０．１〜０．２％の範囲である。
【００３８】
Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｂは、ろう材中のＳｉ粒子を微細かつ均一に分散させる。粗大なＳｉ粒子が存在した場合、Ｓｉ粒子の周囲にひずみが集積して亀裂の起点となる。Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｂの含有によりＳｉ粒子が微細化されて、亀裂の起点が生じ難くなり、疲労寿命がさらに向上する。Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｂの好ましい含有範囲はそれぞれ０．００１〜０．１％であり、０．１％を超えて含有してもその効果が飽和する。Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｂのさらに好ましい含有量は０．０１〜０．０５％の範囲である。
【００３９】
なお、ろう材１には、公知の犠牲陽極材に添加される元素、例えば、Ｃｕ：０．５％以下、Ｖ：０．３％以下、Ｃｏ：０．３％以下、Ｃｅ：０．３％以下、Ｙ：０．３％以下、Ｌａ：１．０％以下、Ｎｄ：１．０％以下、Ｐｒ：１．０％以下が含まれていてもよい。
【００４０】
（ろう材２）
本発明のアルミニウムクラッド材においては、ろう材１と反対側の心材面に、ろう材２としてろう材をクラッドして、３層の構造とすることもできる。ろう材２としては、通常ろう材として用いられているＡｌ−Ｓｉ系合金あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金が使用される。Ｓｉの好ましい含有範囲は２．５〜１４％であり、Ｍｇの好ましい含有範囲は０．１〜２．０％である。
【００４１】
Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金には、必要に応じて、Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｎ：０．５〜５．０％、Ｃｕ：０．１〜５．０％、Ｓｒ：０．００１〜０．１％、Ｎａ：０．００１〜０．１％、Ｓｂ：０．００１〜０．１％、Ｂｉ：０．００１〜０．２ ％、Ｂｅ：０．００１〜０．１ ％のうちの１種または２種以上を含有していてもよい。その他、ろう材２には、公知のろう材に添加される元素、例えば、Ｖ：０．３％以下、Ｃｏ：０．３％以下、Ｃｅ：０．３％以下、Ｙ：０．３％以下、Ｌａ：１．０％以下、Ｎｄ：１．０％以下、Ｐｒ：１．０％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下が含まれていてもよい。
【００４２】
本発明によるアルミニウムクラッド材は、ＤＣ鋳造により心材用合金、ろう材１用合金およびろう材２用合金を造塊し、例えば、得られた鋳塊のうち、心材用合金については均質化処理を行い、ろう材１用合金およびろう材２用合金を熱間圧延して所定の厚さとし、これらと心材用合金の鋳塊を組み合わせて熱間圧延してクラッド材とする。その後、クラッド材を冷間圧延、最終焼鈍して所定厚さのアルミニウムクラッド材（例えば質別Ｏ）とする。途中の工程で中間焼鈍を施したり、最終焼鈍後にさらに冷間圧延して質別Ｈ１ｎとしてもよい。
【００４３】
本発明のアルミニウムクラッド材においては、２層構造の場合も３層構造の場合も、心材のマトリックス中の金属間化合物のうち、粒子径が円相当直径で１μｍ以上の金属間化合物が、合計数として１ｍｍ２当たり３×１０４個以下であることにより、より優れた低サイクル疲労特性を得ることができ、このような金属間化合物分布形態は、心材として、不可避的不純物量を抑制した前記の純アルミニウムまたは微量のＴｉを含むアルミニウムを用いることにより達成することができる。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を実証する。これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。
【００４５】
実施例１
連続鋳造により表１に示す組成を有する心材用アルミニウム、表２に示す組成を有するろう材１用アルミニウム合金、および表３に示すろう材２用アルミニウム合金を造塊し、得られた鋳塊のうち、心材用アルミニウムについて均質化処理を行い、ろう材１用アルミニウム合金およびろう材２用アルミニウム合金を熱間圧延して所定の厚さとし、これらと心材用アルミニウムの鋳塊とを組み合わせて熱間圧延し、２層と３層のクラッド材を得た。なお、表１に示す心材用アルミニウムにおいて、表１に示す元素以外の不可避的不純物量は、Ａ１、Ａ５はいずれも５００ｐｐｍ以下、Ａ２、Ａ６はいずれも１０ｐｐｍ以下、Ａ３、Ａ７はいずれも５ｐｐｍ以下、Ａ４、Ａ８はいずれも１ｐｐｍ以下であった。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
【表３】
【００４９】
ついで、クラッド材を冷間圧延、最終焼鈍して厚さ０．４０ｍｍのクラッド板材（質別Ｏ）を得た。クラッドの構成は、ろう材１のクラッド率が１０％（厚さ０．０４０ｍｍ）、ろう材２のクラッド率が１０％（厚さ０．０４０ｍｍ）、残りを心材とした。なお、板厚とクラッド率は実施例に限定されるものではなく、適宜調整して使用される。例えば、板厚は０．１０〜２．００ｍｍ、クラッド率は２〜３０％程度とすることができる。
【００５０】
得られたアルミニウムクラッド材を試験材とし、クラッド材にフラックスを塗布することなく、窒素ガス中、６００℃（材料温度）で３分間加熱し、その後、平面曲げ疲労試験により疲労寿命を測定した。平面曲げ疲労試験は、ろう付け加熱後のクラッド材を切断後、端面を切削して５ｍｍ幅の短冊状の試験片を作製し、試験片について、図１に示す曲げ疲労試験機を用いて、ひずみ範囲を０．６７と固定し、両振りの曲げ疲労試験を実施した。周波数は０．５Ｈｚで室温にて実施し、破断に至るまでのサイクル数を測定した。疲労寿命は破断回数が１０４程度の低サイクル域で評価し、疲労寿命が１×１０４を超えた場合を良好（〇）とした。結果を表４に示す。
【００５１】
また、試験材の心材中の粒子径（円相当直径）が１μｍ以上の金属間化合物粒子の１ｍｍ２当たりの粒子数を測定した。心材中の粒子径が１μｍ以上の金属間化合物粒子の数の測定方法は以下のとおりである。心材を、倍率２００倍で光学顕微鏡により５視野（面積合計０．１５ｍｍ２）撮影し、画像解析装置により、粒子径（円相当直径）で１μｍ以上のサイズの金属間化合物の粒子数を測定した。結果を表４に示す。
【００５２】
【表４】
【００５３】
表４に示すように、本発明に従う試験材１〜５４はいずれも、疲労寿命が１×１０４を超える優れた疲労特性をそなえていた。
【００５４】
比較例１
連続鋳造により表５に示す組成を有する心材用アルミニウムを造塊し、得られた鋳塊について均質化処理を行い、実施例１で用いたろう材１用アルミニウム合金およびろう材２用アルミニウム合金の熱間圧延材を組み合わせて熱間圧延し、アルミニウムクラッド材を得た。
【００５５】
【表５】
【００５６】
ついで、クラッド材を冷間圧延、最終焼鈍して厚さ０．４０ｍｍのクラッド板材（質別Ｏ）を得た。クラッドの構成は、ろう材１のクラッド率が１０％（厚さ０．０４０ｍｍ）、ろう材２のクラッド率が１０％（厚さ０．０４０ｍｍ）、残りを心材とし、得られたアルミニウムクラッド材を試験材として、実施例１と同じ方法で疲労寿命および金属間化合物粒子の数を測定した。結果を表６に示す。
【００５７】
【表６】
【００５８】
表６に示すように、試験材１０１は、心材のアルミニウム純度が低いため、不純物量が多く、従って、繰返し応力が負荷された場合、金属間化合物周辺にひずみが集積して亀裂に至り、疲労寿命が劣っていた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心材の片面に、該心材に対して犠牲陽極効果を有するろう材１をクラッドしてなるアルミニウムの２層クラッド材であって、心材が、アルミニウム純度９９．０％（質量％、以下同じ）以上、不可避的不純物の合計含有量が１．０％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項２】
前記心材が、アルミニウム純度９９．９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項３】
前記心材が、アルミニウム純度９９．９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項４】
前記心材が、アルミニウム純度９９．９９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．００１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項５】
心材の片面に、該心材に対して犠牲陽極効果を有するろう材１をクラッドしてなるアルミニウムの２層クラッド材であって、心材が、Ｔｉ：０．３％未満（０％を含まず、以下同じ）を含有し、アルミニウム純度９９．０％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．７％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項６】
前記心材が、Ｔｉ：０．０５％未満を含有し、アルミニウム純度９９．９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする請求項５記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項７】
前記心材が、Ｔｉ：０．００５％未満を含有し、アルミニウム純度９９．９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．００５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０００５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする請求項５記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項８】
前記心材が、Ｔｉ：０．０００５％未満を含有し、アルミニウム純度９９．９９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０００５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする請求項５記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項９】
前記ろう材１が、Ｓｉ：２．５〜１４％を含み、さらに、Ｚｎ：０．５〜１０％、Ｉｎ：０．００１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、Ｍｇ：２．５％以下（０％を含まず、以下同じ）のうちの１種または２種以上を含有し、残部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ることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１０】
前記ろう材１が、さらに、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３５％、Ｓｒ：０．００１〜０．１％、Ｎａ：０．００１〜０．１％、Ｓｂ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項９記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材のろう材１と反対側の心材面に、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材からなるろう材２をクラッドして３層クラッド材としたことを特徴とする熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１２】
前記ろう材２が、Ｓｉ：２．５〜１４％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材で構成されることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１３】
前記ろう材２が、さらにＭｇ：０．１〜２．０ ％、Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｎ：０．５〜５．０％、Ｃｕ：０．１〜５．０％、Ｓｒ：０．００１〜０．１％、Ｎａ：０．００１〜０．１％、Ｓｂ：０．００１〜０．１％、Ｂｉ：０．００１〜０．２ ％、Ｂｅ：０．００１〜０．１ ％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１２記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１４】
前記心材のマトリックス中の金属間化合物のうち、粒子径が円相当直径で１μｍ以上の金属間化合物が、合計数として１ｍｍ２当たり３×１０４個以下存在することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１】
心材の片面に、該心材に対して犠牲陽極効果を有するろう材１をクラッドしてなるアルミニウムの２層クラッド材であって、心材が、アルミニウム純度９９．０％（質量％、以下同じ）以上、不可避的不純物の合計含有量が１．０％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項２】
前記心材が、アルミニウム純度９９．９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項３】
前記心材が、アルミニウム純度９９．９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項４】
前記心材が、アルミニウム純度９９．９９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．００１％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項５】
心材の片面に、該心材に対して犠牲陽極効果を有するろう材１をクラッドしてなるアルミニウムの２層クラッド材であって、心材が、Ｔｉ：０．３％未満（０％を含まず、以下同じ）を含有し、アルミニウム純度９９．０％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．７％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項６】
前記心材が、Ｔｉ：０．０５％未満を含有し、アルミニウム純度９９．９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする請求項５記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項７】
前記心材が、Ｔｉ：０．００５％未満を含有し、アルミニウム純度９９．９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．００５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０００５％以下のアルミニウムからなることを特徴とする請求項５記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項８】
前記心材が、Ｔｉ：０．０００５％未満を含有し、アルミニウム純度９９．９９９％以上、不可避的不純物の合計含有量が０．０００５％未満であり、不可避的不純物のうちのＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．００００５％以下の純アルミニウムからなることを特徴とする請求項５記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項９】
前記ろう材１が、Ｓｉ：２．５〜１４％を含み、さらに、Ｚｎ：０．５〜１０％、Ｉｎ：０．００１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、Ｍｇ：２．５％以下（０％を含まず、以下同じ）のうちの１種または２種以上を含有し、残部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ることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１０】
前記ろう材１が、さらに、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．３５％、Ｓｒ：０．００１〜０．１％、Ｎａ：０．００１〜０．１％、Ｓｂ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項９記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材のろう材１と反対側の心材面に、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材からなるろう材２をクラッドして３層クラッド材としたことを特徴とする熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１２】
前記ろう材２が、Ｓｉ：２．５〜１４％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材で構成されることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１３】
前記ろう材２が、さらにＭｇ：０．１〜２．０ ％、Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｎ：０．５〜５．０％、Ｃｕ：０．１〜５．０％、Ｓｒ：０．００１〜０．１％、Ｎａ：０．００１〜０．１％、Ｓｂ：０．００１〜０．１％、Ｂｉ：０．００１〜０．２ ％、Ｂｅ：０．００１〜０．１ ％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１２記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【請求項１４】
前記心材のマトリックス中の金属間化合物のうち、粒子径が円相当直径で１μｍ以上の金属間化合物が、合計数として１ｍｍ２当たり３×１０４個以下存在することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウムクラッド材。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１７４８（Ｐ２０１２−１７４８Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３５８１０（Ｐ２０１０−１３５８１０）
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（０００００２２７７）住友軽金属工業株式会社 (552)
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（０００００２２７７）住友軽金属工業株式会社 (552)
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