本發(fā)明涉及用于汽車(chē)等的熱交換器的鋁合金層疊板。
背景技術(shù)：
一般而言，作為汽車(chē)用熱交換器的散熱器、蒸發(fā)器、電容器等的制冷劑通路中使用的管材，使用在芯材的單面或兩面包覆焊材、犧牲材的各種鋁合金層疊板(以下適當(dāng)稱(chēng)為“層疊板”)。
為了適宜地作為熱交換器的管材應(yīng)用，該層疊板需要具有規(guī)定以上的強(qiáng)度和耐蝕性、耐侵蝕性等，著眼于這點(diǎn)的技術(shù)至今提出過(guò)很多。
例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了將芯材中規(guī)定尺寸(0.02～0.2μm)的金屬間化合物的數(shù)密度限制為10～2000個(gè)/μm3的層疊板。根據(jù)該技術(shù)，通過(guò)限制金屬間化合物的數(shù)密度，能夠提高層疊板的釬焊后強(qiáng)度、耐蝕性。
另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了將芯材中規(guī)定的尺寸(0.01～0.1μm)的金屬間化合物在2μm×2μm視場(chǎng)下限制為5個(gè)以下的層疊板。根據(jù)該技術(shù)，通過(guò)限制金屬間化合物在規(guī)定視場(chǎng)中的數(shù)量，能夠不損害層疊板的成形性地提高耐侵蝕性。
另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，公開(kāi)了將芯材中0.1～0.5μm的范圍的析出物的平均數(shù)密度設(shè)為150個(gè)/μm3以下的層疊板。根據(jù)該技術(shù)，通過(guò)限制析出物的平均數(shù)密度，能夠改善層疊板的疲勞特性。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)平8-246117號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2002-126894號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2009-191293號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的問(wèn)題
然而，在近年的汽車(chē)等的熱交換器的輕量化的趨勢(shì)中，要求管材的進(jìn)一步薄壁化(現(xiàn)狀超過(guò)0.2mm→0.2mm以下)，需要防止伴隨該薄壁化的強(qiáng)度和耐侵蝕性的降低。也就是說(shuō)，要求層疊板的強(qiáng)度和耐侵蝕性的進(jìn)一步提高。
需要說(shuō)明的是，在后文中，一邊與本發(fā)明比較一邊進(jìn)行詳述，上述的各專(zhuān)利文獻(xiàn)涉及的層疊板通過(guò)規(guī)定的制造工序來(lái)制造，所以認(rèn)為不能充分發(fā)揮對(duì)今后的汽車(chē)等的熱交換器的層疊板要求的那樣的水平的強(qiáng)度和耐侵蝕性。
本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題點(diǎn)而完成，課題在于提供強(qiáng)度(釬焊后強(qiáng)度)和耐侵蝕性?xún)?yōu)異的鋁合金層疊板。
用于解決問(wèn)題的手段
本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在控制芯材中的分散粒子的數(shù)密度的基礎(chǔ)上，精密地控制規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量，從而釬焊后強(qiáng)度提高。具體來(lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)控制規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比，從而在基于固溶元素的固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)基于釬焊后的室溫時(shí)效的時(shí)效強(qiáng)化，由此，釬焊后強(qiáng)度提高。另外，發(fā)現(xiàn)通過(guò)精密地控制制造工序中的均熱工序等，能夠控制該合計(jì)固溶量。
即，用于解決上述的課題的本發(fā)明涉及的鋁合金層疊板的特征在于，是在芯材的至少一個(gè)側(cè)面上包覆有犧牲材的鋁合金層疊板，所述芯材含有Mn：0.5～1.8質(zhì)量％、Si：0.4～1.5質(zhì)量％、Cu：0.05～1.2質(zhì)量％、Mg：1.0質(zhì)量％以下(包括0質(zhì)量％)，并且含有Fe：超過(guò)0質(zhì)量％且1.0質(zhì)量％以下、Ti：超過(guò)0質(zhì)量％且0.3質(zhì)量％以下中的至少1種，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，所述芯材中，粒徑為0.01～0.5μm的分散粒子的數(shù)密度為10～100個(gè)/μm3，所述芯材中，所述Mg、所述Mn、所述Si、所述Cu的合計(jì)固溶量相對(duì)于所述Mg、所述Mn、所述Si、所述Cu的合計(jì)添加量之比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)為0.10以上。
根據(jù)該鋁合金層疊板，通過(guò)將芯材的各元素的量控制在規(guī)定量，并將規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比控制在規(guī)定值以上，從而在基于固溶元素的固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)基于釬焊后的室溫時(shí)效的時(shí)效強(qiáng)化，能夠提高釬焊后強(qiáng)度。另外，通過(guò)將芯材的各元素的量控制為規(guī)定量，并將分散粒子的數(shù)密度控制在規(guī)定值的范圍，能夠提高耐侵蝕性。
另外，本發(fā)明涉及的鋁合金層疊板優(yōu)選所述芯材還包含Cr：0.02～0.4質(zhì)量％、Zr：0.02～0.4質(zhì)量％中的至少1種。
根據(jù)該鋁合金層疊板，通過(guò)含有規(guī)定量的Cr、Zr，能夠防止成形性的降低，并且能夠增加芯材中的分散粒子的數(shù)密度而成為規(guī)定值以上。
另外，本發(fā)明涉及的鋁合金層疊板優(yōu)選所述芯材還含有Zn：超過(guò)0質(zhì)量％且1.0質(zhì)量％以下。
根據(jù)該鋁合金層疊板，通過(guò)含有規(guī)定量的Zn，能夠進(jìn)一步提高芯材的強(qiáng)度。
另外，本發(fā)明涉及的鋁合金層疊板優(yōu)選：作為所述鋁合金層疊板的相當(dāng)于釬焊的加熱后的組織，所述芯材中，粒徑為0.01～0.5μm的分散粒子的數(shù)密度為5～80個(gè)/μm3，所述芯材中，軋制方向的縱截面上的軋制方向的平均晶粒直徑為50μm以上，所述芯材中，所述Mg、所述Mn、所述Si、所述Cu的合計(jì)固溶量相對(duì)于所述Mg、所述Mn、所述Si、所述Cu的合計(jì)添加量之比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)為0.14以上。
根據(jù)該鋁合金層疊板，對(duì)于相當(dāng)于釬焊的加熱后的芯材的組織，通過(guò)進(jìn)一步控制分散粒子的數(shù)密度、平均晶粒直徑、和規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比，能夠更可靠地提高強(qiáng)度(釬焊后強(qiáng)度)和耐侵蝕性。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明涉及的鋁合金層疊板，通過(guò)將芯材的各元素的量控制為規(guī)定量，并對(duì)于芯材的組織控制分散粒子的數(shù)密度、和規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比，能夠提高強(qiáng)度(釬焊后強(qiáng)度)和耐侵蝕性。
具體實(shí)施方式
以下，對(duì)于實(shí)施方式涉及的鋁合金層疊板進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
《鋁合金層疊板》
鋁合金層疊板(硬釬焊片)是指，汽車(chē)等的熱交換器的部件等中使用的板材，是在芯材的至少一個(gè)側(cè)面上包覆有犧牲材的板材。需要說(shuō)明的是，通常是由芯材、在芯材的一個(gè)側(cè)面上包覆有的犧牲材、和在芯材的另一個(gè)側(cè)面上包覆有的焊材構(gòu)成的3層結(jié)構(gòu)的板材，也可以是在芯材與焊材之間還包覆了另1層鋁合金材的4層結(jié)構(gòu)的板材。
<芯材>
芯材含有Mn：0.5～1.8質(zhì)量％、Si：0.4～1.5質(zhì)量％、Cu：0.05～1.2質(zhì)量％、Mg：1.0質(zhì)量％以下(包括0質(zhì)量％)，并且含有Fe：超過(guò)0質(zhì)量％且1.0質(zhì)量％以下、Ti：超過(guò)0質(zhì)量％且0.3質(zhì)量％以下中的至少1種，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。并且，芯材中，規(guī)定的粒徑的分散粒子的數(shù)密度為10～100個(gè)/μm3，規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)為0.10以上。
另外，優(yōu)選芯材還含有Cr：0.02～0.4質(zhì)量％、Zr：0.02～0.4質(zhì)量％中的至少1種，還含有Zn：超過(guò)0質(zhì)量％且1.0質(zhì)量％以下。
以下，對(duì)數(shù)值限定本發(fā)明涉及的鋁合金層疊板的芯材的各組成、分散粒子的數(shù)密度、和規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比的理由進(jìn)行說(shuō)明。
(Mn：0.5～1.8質(zhì)量％)
Mn是用于使本發(fā)明所規(guī)定的規(guī)定尺寸的分散粒子分散于鋁合金板中，在不降低芯材的耐蝕性的情況下，通過(guò)分散強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度的元素。因此，為了確保作為相當(dāng)于釬焊的加熱前和加熱后的層疊板的必要強(qiáng)度，含有0.5質(zhì)量％以上的Mn。
另一方面，若Mn的含量過(guò)多，則成為塑性變形時(shí)的裂紋發(fā)生的起點(diǎn)，或粗大的Al-Fe-Mn-Si系結(jié)晶物的數(shù)密度增大，由此層疊板的成形性降低，在向部件形狀的組裝等加工時(shí)層疊板有可能斷裂。因此，Mn的含量設(shè)為1.8質(zhì)量％以下。
因此，Mn的含量范圍設(shè)為0.5～1.8質(zhì)量％的范圍。
(Si：0.4～1.5質(zhì)量％)
Si固溶于基體，給芯材(熱交換器用部件)帶來(lái)必要的強(qiáng)度。但是，Si還有消耗于Al-Mn-Si系分散粒子的成分，因此從確保固溶Si量的意義出發(fā)含有0.4質(zhì)量％以上的Si。另外，Si尤其在形成上述Al-Mn-Si系分散粒子上，也有提高芯材的強(qiáng)度的效果。在此，Si的含量少于0.4質(zhì)量％時(shí)，不能充分得到上述效果。另一方面，若Si的含量過(guò)多，則使芯材的熔點(diǎn)降低，并且因低熔點(diǎn)相的增加而在釬焊時(shí)發(fā)生芯材的熔融，因此Si的含量設(shè)為1.5質(zhì)量％以下。
因此，Si的含量范圍設(shè)為0.4～1.5質(zhì)量％的范圍。
(Cu：0.05～1.2質(zhì)量％)
Cu是以固溶狀態(tài)在鋁合金板中存在，提高芯材的強(qiáng)度的元素，另外，還提高焊材側(cè)的耐蝕性。因此，為了確保作為相當(dāng)于釬焊的加熱前和加熱后的層疊板的必要強(qiáng)度，含有0.05質(zhì)量％以上的Cu。
另一方面，若Cu含量過(guò)多，則在相當(dāng)于釬焊的加熱后的冷卻時(shí)，粗大的Cu系化合物在晶界析出而容易引起晶界腐蝕，作為相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的耐蝕性降低。另外，由于降低芯材的熔點(diǎn)，在釬焊時(shí)發(fā)生芯材的熔融。因此，Cu的含量設(shè)為1.2質(zhì)量％以下。
因此，Cu的含量范圍設(shè)為0.05～1.2質(zhì)量％的范圍。
(Mg：1.0質(zhì)量％以下(包括0質(zhì)量％))
Mg也具有提高芯材的強(qiáng)度的效果，但若其含量多，則Mg向焊材的擴(kuò)散的影響變強(qiáng)，因此使用氟化物系助焊劑的NOCOLOK釬焊法等中，在釬焊時(shí)涂布于焊材表面的氟化物系助焊劑與該Mg反應(yīng)，釬焊性顯著降低。
因此，Mg的含量范圍設(shè)為1.0質(zhì)量％以下(包括0質(zhì)量％)。
需要說(shuō)明的是，在由于Mg造成釬焊性降低這樣的面向熱交換器的層疊板中，Mg的含量?jī)?yōu)選限制為0.8質(zhì)量％以下。
Mg含量的優(yōu)選下限值為0.05質(zhì)量％、更優(yōu)選為0.1質(zhì)量％。
(Fe：超過(guò)0質(zhì)量％且1.0質(zhì)量％以下)
Fe作為雜質(zhì)，只要將廢料用作鋁合金熔解原料，就在芯材中必然含有。Fe還具有形成Si和金屬間化合物而提高芯材的強(qiáng)度，并且提高芯材的釬焊性的效果。但是，若其含量過(guò)多，則芯材的自身耐蝕性顯著降低。另外，形成粗大的化合物，層疊板的成形性降低，在向部件形狀的組裝等加工時(shí)層疊板有可能斷裂。
因此，F(xiàn)e的含量范圍設(shè)為超過(guò)0質(zhì)量％且1.0質(zhì)量％以下。
Fe含量的優(yōu)選下限值為0.01質(zhì)量％、更優(yōu)選為0.05質(zhì)量％。另外，優(yōu)選上限值為0.8質(zhì)量％、更優(yōu)選為0.5質(zhì)量％。
(Ti：超過(guò)0質(zhì)量％且0.3質(zhì)量％以下)
Ti在鋁合金板中形成微細(xì)的金屬間化合物，具有提高芯材的耐蝕性的作用。但是，若Ti的含量過(guò)多，則形成粗大的化合物，因此層疊板的成形性降低，在向部件形狀的組裝等加工時(shí)層疊板有可能斷裂。
因此，Ti的含量范圍設(shè)為超過(guò)0質(zhì)量％且0.3質(zhì)量％以下。
需要說(shuō)明的是，通過(guò)Ti的添加，其在芯材中以層狀析出，抑制點(diǎn)蝕向深度方向進(jìn)行，并且通過(guò)Ti的添加，能夠使芯材電位正移。另外，Ti在鋁合金中擴(kuò)散速度小，釬焊時(shí)的移動(dòng)也少，因此添加Ti起到維持芯材與焊材、或芯材與犧牲材的電位差，在電化學(xué)方面防止腐蝕芯材的效果。因此，為了確保作為相當(dāng)于釬焊的加熱前和加熱后的層疊板的必要耐蝕性，優(yōu)選含有0.03％以上。
Ti含量的優(yōu)選上限值為0.2質(zhì)量％、更優(yōu)選為0.1質(zhì)量％。
需要說(shuō)明的是，對(duì)于上述Fe和上述Ti，通過(guò)在上述范圍中含有至少1種，能夠提高層疊板的釬焊性、耐蝕性。
(Cr：0.02～0.4質(zhì)量％、Zr：0.02～0.4質(zhì)量％)
Cr、Zr是用于使當(dāng)量圓直徑為100nm以下的亞微米級(jí)的尺寸的析出物(金屬間化合物)分布于鋁合金板中的元素，含有它們中的至少1種。其中，尤其Zr使微細(xì)分散粒子分布于鋁合金板中的效果最大。Cr、Zr低于各規(guī)定下限量時(shí)，不能使微細(xì)分散粒子充分分布，不能得到基于分散強(qiáng)化的強(qiáng)度提高效果。另外，若Cr、Zr超出各規(guī)定上限量而過(guò)多，則形成粗大的化合物，層疊板的成形性降低，在向部件形狀的組裝等加工時(shí)層疊板有可能斷裂。
因此，含有Cr、Zr的情況下，優(yōu)選Cr設(shè)為0.02～0.4質(zhì)量％的范圍，Zr設(shè)為0.02～0.4質(zhì)量％的范圍。
(Zn：超過(guò)0質(zhì)量％且1.0質(zhì)量％以下)
Zn具有通過(guò)析出強(qiáng)化來(lái)提高芯材的強(qiáng)度的效果。但是，Zn具有使母相的電位負(fù)移而優(yōu)先發(fā)生腐蝕的作用，因此若芯材的Zn的含量多，則作為優(yōu)先腐蝕層設(shè)置的犧牲材與芯材的電位差變小，耐蝕性劣化。
因此，含有Zn的情況下，Zn的含有范圍優(yōu)選設(shè)為超過(guò)0質(zhì)量％且1.0質(zhì)量％以下。
Zn含量的優(yōu)選下限值為0.01質(zhì)量％、更優(yōu)選為0.05質(zhì)量％。另外，優(yōu)選上限值為0.8質(zhì)量％、更優(yōu)選為0.5質(zhì)量％。
(余量為Al和不可避免的雜質(zhì))
芯材的成分除上述以外余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。需要說(shuō)明的是，作為不可避免的雜質(zhì)，例如，除了上述的選擇性地添加的Cr、Zr、Zn以外，還可以舉出V、B等。
(分散粒子的數(shù)密度)
相當(dāng)于釬焊的加熱前的層疊板的芯材中，粒徑為0.01～0.5μm的分散粒子的數(shù)密度為10～100個(gè)/μm3。
相當(dāng)于釬焊的加熱前的層疊板的芯材的分散粒子的數(shù)密度不在上述規(guī)定范圍的情況下，相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材的分散粒子的數(shù)密度不在后述的規(guī)定范圍內(nèi)。需要說(shuō)明的是，對(duì)于規(guī)定該范圍的理由在后面詳述。
在此，本發(fā)明中的分散粒子是，Si、Cu、Mn、Ti等合金元素或Fe、Mg等被含有的元素彼此的金屬間化合物、或者這些元素與Al的金屬間化合物，與形成元素(組成)無(wú)關(guān)，是能夠通過(guò)組織觀察由上述尺寸識(shí)別的金屬間化合物的總稱(chēng)。
(規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比)
相當(dāng)于釬焊的加熱前的層疊板的芯材中，將芯材的Mg、Mn、Si、Cu的合計(jì)固溶量相對(duì)于Mg、Mn、Si、Cu的合計(jì)添加量之比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)設(shè)為0.10以上。另外，其上限設(shè)為0.7左右。
相當(dāng)于釬焊的加熱前的層疊板的芯材的(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)不在規(guī)定范圍的情況下，相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材的(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)不在后述的規(guī)定范圍內(nèi)。需要說(shuō)明的是，對(duì)于規(guī)定該范圍的理由在后面詳述。
<犧牲材和焊材>
對(duì)于犧牲材(犧牲防蝕材、牲材、襯里材、皮材)和焊材(釬焊材)，沒(méi)有特別限定。
作為犧牲材，例如，可以使用一直以來(lái)通用的Al-Zn組成的JIS7072等7000系鋁合金等、包含Zn的公知的犧牲材鋁合金。
作為焊材，例如，可以使用一直以來(lái)通用的由Al-Si組成構(gòu)成的JIS4043、4045、4047等4000系的Al-Si系合金焊料材等公知的焊材鋁合金。
接著，對(duì)實(shí)施方式涉及的相當(dāng)于釬焊的加熱后的鋁合金層疊板進(jìn)行說(shuō)明。
在此，本發(fā)明中的相當(dāng)于釬焊的加熱是，模擬將層疊板制成熱交換器用部件(管材)時(shí)通常進(jìn)行的釬焊的加熱，是在賦予10％的預(yù)應(yīng)變后，在600℃的溫度下3分鐘加熱、保持后，以平均冷卻速度100℃/分鐘進(jìn)行冷卻的加熱處理。
<相當(dāng)于釬焊的加熱后的芯材>
對(duì)層疊板進(jìn)行相當(dāng)于釬焊的加熱的情況下，芯材的化學(xué)成分的組成不變化。但是，通過(guò)該加熱而固溶進(jìn)展，或者分散粒子粗大化，由此芯材的分散粒子的數(shù)密度和相當(dāng)于釬焊的加熱前相比變少。另外，通過(guò)該加熱而固溶進(jìn)展，由此規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比和相當(dāng)于釬焊的加熱前相比變多。
(分散粒子的數(shù)密度)
對(duì)于相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材，粒徑為0.01～0.5μm的分散粒子的數(shù)密度為5～80個(gè)/μm3。
在相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材的分散粒子的平均數(shù)密度低于上述規(guī)定范圍的下限的情況下，不能得到基于分散粒子的分散強(qiáng)化帶來(lái)的強(qiáng)度增大效果。另外，相當(dāng)于釬焊的加熱后的再結(jié)晶粒的粗大化效果、得到扁平(pancake)狀晶粒的效果喪失，因此不能得到侵蝕抑制效果。
另一方面，在相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材鋁合金板的分散粒子的平均數(shù)密度超過(guò)上述規(guī)定范圍的上限的情況下，分散粒子中的各種元素(Mn、Mg、Cu、Si)的含量增大，因此相對(duì)地基體中的這些元素的固溶量降低，釬焊后強(qiáng)度降低。
(規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比)
對(duì)于相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材，將芯材的Mg、Mn、Si、Cu的合計(jì)固溶量相對(duì)于Mg、Mn、Si、Cu的合計(jì)添加量之比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)設(shè)為0.14以上。
在相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材的(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)低于規(guī)定范圍的下限的情況下，不能得到基于固溶強(qiáng)化、室溫時(shí)效強(qiáng)化的強(qiáng)度增大效果。
需要說(shuō)明的是，對(duì)于(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)沒(méi)有設(shè)置上限，但理論上添加元素全部固溶時(shí)(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量為1.0)為上限，但實(shí)際上會(huì)形成不溶性化合物。作為合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量的上限實(shí)際上為0.7左右。
(平均晶粒直徑)
對(duì)于相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材，優(yōu)選芯材的平均晶粒直徑(軋制方向的縱截面上的軋制方向的平均晶粒直徑)為50μm以上。
相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材的平均晶粒直徑微細(xì)化的情況下，層疊板的耐侵蝕性降低。因此，相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材優(yōu)選軋制方向的縱截面上的軋制方向的平均晶粒直徑粗大化到50μm以上，進(jìn)一步優(yōu)選為80μm以上。
另一方面，若平均晶粒直徑變得過(guò)大，則釬焊后強(qiáng)度降低，因此優(yōu)選為250μm以下、進(jìn)一步優(yōu)選為200μm以下。
需要說(shuō)明的是，為了使相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板的芯材的平均晶粒直徑粗大化到上述那樣的規(guī)定尺寸以上，能夠通過(guò)將受到釬焊時(shí)的加熱歷程前的(相當(dāng)于釬焊的加熱前的)層疊板階段的芯材的分散粒子的數(shù)密度控制在上述規(guī)定范圍來(lái)應(yīng)對(duì)。
需要說(shuō)明的是，相當(dāng)于釬焊的加熱前的層疊板階段的芯材的組織不限于必須成為再結(jié)晶組織，有時(shí)也成為不能規(guī)定平均晶粒直徑的狀態(tài)。但是，在任何情況下，已知通過(guò)相當(dāng)于釬焊的加熱時(shí)的再結(jié)晶、粒子成長(zhǎng)行為而形成的相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板中的芯材的平均晶粒直徑會(huì)受到相當(dāng)于釬焊的加熱前的層疊板的芯材的分散粒子的數(shù)密度很大影響，因此對(duì)于相當(dāng)于釬焊的加熱前的層疊板階段的芯材的平均晶粒直徑?jīng)]有特殊規(guī)定。
接著，對(duì)實(shí)施方式涉及的鋁合金層疊板的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
《鋁合金層疊板的制造方法》
首先，制造作為鋁合金層疊板的材料的芯材、犧牲材和焊材。
該芯材、犧牲材和焊材的制造方法沒(méi)有特別限定。例如，可以將上述的組成的芯材用鋁合金以規(guī)定的鑄造溫度進(jìn)行鑄造后，將所得到的鑄錠面削成所期望的厚度，進(jìn)行均質(zhì)化熱處理，從而制造芯材。另外，將規(guī)定的組成的犧牲材用鋁合金、和焊材用鋁合金以規(guī)定的鑄造溫度鑄造后，將所得到的鑄錠面削成所期望的厚度，進(jìn)行均質(zhì)化熱處理。
其后，在芯材的一個(gè)側(cè)面重疊犧牲材，在另一個(gè)側(cè)面重疊焊材，進(jìn)行包覆而制成板材。然后，對(duì)該板材實(shí)施熱軋、中間退火，并且進(jìn)行冷軋而制造層疊板。
<關(guān)于制造條件>
為了邊適當(dāng)控制芯材的分散粒子的數(shù)密度，邊增大固溶量，需要精密地控制均熱工序。
具體來(lái)說(shuō)，為了抑制均熱時(shí)的高溫區(qū)域的固溶量的增大、粗大的析出物的形成，而將升溫時(shí)的高溫區(qū)域的平均升溫速度控制在規(guī)定范圍。詳細(xì)而言，400℃以上的溫度區(qū)域以20℃/hr以上且200℃/hr以下的平均升溫速度升溫。在升溫過(guò)程的低于400℃溫度區(qū)域形成的微細(xì)的析出物在其后的升溫過(guò)程中固溶被促進(jìn)，原子的擴(kuò)散速度也快，其結(jié)果是在析出物容易粗大化的400℃以上的溫度區(qū)域內(nèi)，通過(guò)以該升溫速度范圍升溫，從而抑制微細(xì)析出物的粗大化、殘留，同時(shí)促進(jìn)固溶，能夠增大固溶量。其結(jié)果是，向使規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比增大的方向發(fā)展。
另外，在400℃以上的溫度區(qū)域內(nèi)，超過(guò)200℃/hr的平均升溫速度非常消耗電力，因而在工業(yè)上是不現(xiàn)實(shí)的。另外，在低于20℃/hr的平均升溫速度下，通過(guò)升溫速度的降低，在低于400℃形成的大量微細(xì)析出物容易粗大化，在400℃以上的高溫區(qū)域內(nèi)的固溶時(shí)，粗大析出物容易殘留，結(jié)果固溶量降低，規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比變得小于所期望的范圍。更優(yōu)選400℃以上的溫度區(qū)域以30℃/hr以上且200℃/hr以下的平均升溫速度升溫。
進(jìn)一步，通過(guò)將均熱溫度設(shè)為450℃以上，從而在均熱中使Mg2Si、Al-Mg-Cu-Si系化合物等固溶，另外，其它Al-Mn系等的不溶性化合物的固溶量也能夠增大。其結(jié)果是，向規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比增大的方向發(fā)展。進(jìn)一步優(yōu)選為480℃以上。
另外，在熱軋后實(shí)施冷軋、退火等，該調(diào)質(zhì)可以是H1n工序(在冷軋之間實(shí)施中間退火，最后冷軋完成)、H2n工序(在冷軋之間不實(shí)施中間退火，在冷軋后實(shí)施最終退火)中的任一個(gè)。
《熱交換器用部件》
為了將實(shí)施方式涉及的鋁合金層疊板制成熱交換器用部件，可以通過(guò)成形輥等將該層疊板沿寬度方向彎折，按照在管內(nèi)面?zhèn)扰渲闷げ牡姆绞叫纬杀馄焦軤詈?，?duì)其進(jìn)行電縫焊接等，由此形成扁平管狀，從而制造管材。
這樣的扁平管狀的管材(層疊部件)與進(jìn)行了波紋加工的散熱片、集管等其它部件通過(guò)硬釬焊一體地制作(組裝)成散熱器等熱交換器。也將管材(層疊部件)與散熱片一體化后的部分稱(chēng)為熱交換器的核心。此時(shí)，加熱至作為焊材的固相線溫度以上的585～620℃、優(yōu)選590～600℃的高溫進(jìn)行釬焊處理。作為該硬釬焊工藝，通用的是助焊劑硬釬焊法、使用非腐蝕性的助焊劑的NOCOLOK硬釬焊法等。
接著，對(duì)上述分散粒子的數(shù)密度、規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比、平均晶粒直徑的各測(cè)定條件進(jìn)行說(shuō)明。
《各測(cè)定條件》
<分散粒子的數(shù)密度的測(cè)定條件>
由芯材的板厚中心部采取試料，對(duì)試料表面進(jìn)行0.05～0.1mm機(jī)械研磨后，進(jìn)行電解蝕刻而制成TEM觀察用試料，使用50000倍的FE-TEM(透射型電子顯微鏡)觀察分散粒子，測(cè)定分散粒子的粒徑和數(shù)密度。
分散粒子的平均單位體積的數(shù)密度是，通過(guò)公知的污斑(contamination spot)法測(cè)定、算出TEM觀察試料的膜厚t，將對(duì)于TEM觀察視場(chǎng)面積的分散粒子的數(shù)密度換算成平均單位體積的數(shù)密度后的數(shù)密度。
該芯材的板厚中心部的基于FE-TEM的組織觀察按照對(duì)于板厚中心部每1個(gè)部位而言觀察視場(chǎng)的合計(jì)面積成為4μm2以上的方式進(jìn)行，在沿著板的寬度方向(垂直于軋制的方向)隔開(kāi)適當(dāng)距離的10個(gè)部位進(jìn)行觀察。對(duì)它們分別進(jìn)行圖像分析，求出各部位中粒徑為0.01～0.5μm的范圍的析出物的平均單位體積的數(shù)密度，通過(guò)取它們的平均值來(lái)算出平均單位體積的數(shù)密度(平均數(shù)密度)。
在此，本發(fā)明中的分散粒子的粒徑是重心直徑，是換算成每一個(gè)分散粒子的分散粒子的等價(jià)圓徑時(shí)的尺寸(圓徑：當(dāng)量圓直徑)。
<規(guī)定的添加元素的合計(jì)固溶量相對(duì)于合計(jì)添加量之比的測(cè)定條件>
不限于鋁合金，直接測(cè)定金屬中的合金元素的固溶量一直以來(lái)都很困難，測(cè)定、規(guī)定固溶量時(shí)，通常使用基于熱酚的殘?jiān)樘岱ā；跓岱拥臍堅(jiān)樘岱ㄈ缦隆?/p>
首先，在熱酚中，溶解一定量的層疊板(相當(dāng)于釬焊的加熱前的層疊板)、熱交換器用部件(相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板)中的芯材的試驗(yàn)片，用網(wǎng)眼尺寸為0.1μm的過(guò)濾器過(guò)濾該溶液，分離在過(guò)濾器上殘留的粒子尺寸超過(guò)0.1μm的殘?jiān)蜑V液。其后，將該濾液(分離了除去的粒子尺寸超過(guò)0.1μm的殘?jiān)娜芤?中的Si、Cu、Mn、Mg的各合金元素的合計(jì)含量看作合計(jì)固溶量，通過(guò)熒光X射線分析等定量地求出。
需要說(shuō)明的是，在該濾液中，與實(shí)際上固溶的各合金元素一同含有微量的在組織中析晶、析出的(未固溶的)粒子尺寸為0.1μm以下的分散粒子。但是，在基于熱酚的殘?jiān)樘岱ㄖ校瑢⑺鼈円惨煌醋鞴倘艿奈镔|(zhì)。
<平均晶粒直徑的測(cè)定條件>
本發(fā)明中的晶粒直徑是，軋制方向的縱截面(沿著軋制方向切斷的板的截面)上的軋制方向的晶粒直徑。
首先，將熱交換器用部件(相當(dāng)于釬焊的加熱后的層疊板)中的芯材的試驗(yàn)片(采取試料)中的上述軋制方向的縱截面通過(guò)機(jī)械研磨、電解蝕刻進(jìn)行前處理后，使用50倍的光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察。此時(shí)，以切斷法(截線法：line intercept method)進(jìn)行測(cè)定，切斷法是在上述板厚方向上引出直線，將位于該直線上的各個(gè)晶粒的切片長(zhǎng)度作為各自的晶粒直徑而進(jìn)行測(cè)定的方法。在任意10個(gè)部位對(duì)其進(jìn)行測(cè)定，算出平均晶粒直徑。此時(shí)，1條測(cè)定線長(zhǎng)度設(shè)為0.5mm以上，每1個(gè)視場(chǎng)將測(cè)定線設(shè)為各3條，每1個(gè)測(cè)定部位觀察5個(gè)視場(chǎng)。并且，將每條測(cè)定線依次測(cè)定的平均晶粒直徑以每1個(gè)視場(chǎng)(測(cè)定線3條)、每5個(gè)視場(chǎng)/1個(gè)測(cè)定部位、每10個(gè)測(cè)定部位的順序依次平均化，作為本發(fā)明所說(shuō)的平均晶粒直徑。
實(shí)施例
以下，例舉實(shí)施例更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明根本不受下述實(shí)施例限制，還可以在符合前后述的主旨的范圍內(nèi)加以適當(dāng)變更來(lái)實(shí)施，這些均包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
<層疊板的制造>
層疊板的制造如下。
將表1所示A～V的組成的3000系鋁合金組成熔解、鑄造而制造鋁合金芯材鑄錠。僅將該芯材鑄錠如表2所示改變成各種均熱溫度，控制合金元素的固溶量。
其后，在該芯材鑄錠的一個(gè)面，將由Al-1wt％Zn組成構(gòu)成的JIS7072鋁合金板作為犧牲防蝕材，在另一面將由Al-10wt％Si組成構(gòu)成的JIS4045鋁合金板作為釬焊材，分別進(jìn)行包覆。
將這些包覆板實(shí)施熱軋、中間退火，并且進(jìn)行冷軋，制成H14調(diào)質(zhì)材或H24調(diào)質(zhì)材的層疊板。實(shí)施各處理時(shí)，如表2所示，各例都將均熱時(shí)的平均升溫速度與均熱溫度一同進(jìn)行各種改變，控制合金元素的固溶量，制作釬焊前的層疊板。另外，均熱時(shí)的保持都進(jìn)行6hr，再加熱時(shí)的保持進(jìn)行2hr。需要說(shuō)明的是，除了一部分的例子(比較例No.32)，省略熱軋后的粗退火。另外，H14調(diào)質(zhì)工序中，作為中間退火條件在批式爐中實(shí)施400℃×4hr的退火。此時(shí)的升降溫速度以40℃/hr進(jìn)行。
表2中，實(shí)施例No.1～13、比較例No.19～28、31、33的調(diào)質(zhì)工序?yàn)镠14調(diào)質(zhì)工序，實(shí)施例No.14～18、比較例No.29、30、32的調(diào)質(zhì)工序?yàn)镠24調(diào)質(zhì)工序。
各例均共通地，芯材的板厚為0.14mm，在該芯材的各個(gè)面分別層疊的焊材、犧牲材的厚度均為15～30μm的范圍。
需要說(shuō)明的是，比較例No.31是通過(guò)專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載的方法制造的層疊板，比較例No.32是通過(guò)專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載的方法制造的層疊板，比較例No.33是通過(guò)專(zhuān)利文獻(xiàn)3中記載的方法制造的層疊板。對(duì)于比較例No.32，將從再加熱結(jié)束到開(kāi)始熱軋為止的時(shí)間設(shè)為30分鐘來(lái)進(jìn)行，進(jìn)一步作為粗退火條件，實(shí)施450℃×3hr的熱處理和350℃×10hr的熱處理。進(jìn)一步，冷軋后的最終退火將升溫速度設(shè)為20℃/hr的速度來(lái)進(jìn)行。
【表1】
<芯材的組成>
制作層疊材后，測(cè)定原材階段(組裝成熱交換器之前)的芯材部分的組織。進(jìn)一步，模擬將該層疊板制成熱交換器用部件(管材)時(shí)的釬焊，在10％的預(yù)應(yīng)變賦予后，進(jìn)行在600℃的溫度下3分鐘加熱、保持后，并以平均冷卻速度100℃/分鐘冷卻的加熱處理，測(cè)定該加熱處理后的層疊板的芯材部分的組織。
<芯材的其它測(cè)定值>
對(duì)于芯材的分散粒子的數(shù)密度、芯材的固溶量比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)、芯材的平均晶粒直徑，基于上述的測(cè)定條件進(jìn)行測(cè)定。
<機(jī)械特性>
對(duì)于模擬釬焊的上述加熱處理后的各例進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定抗拉強(qiáng)度(MPa)。試驗(yàn)條件是，從各層疊板采取相對(duì)于軋制方向?yàn)槠叫蟹较虻腏ISZ2201的5號(hào)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，以固定速度進(jìn)行直至試驗(yàn)片破裂為止。
<耐侵蝕性>
對(duì)于各例，測(cè)定侵蝕深度評(píng)價(jià)耐侵蝕性。在相當(dāng)于釬焊的加熱前的層疊板上，涂布市售的非腐蝕性助焊劑3～5g/m2，在氧濃度為200ppm以下的氣氛中以600℃保持5分鐘以上，制作釬焊試驗(yàn)片。接著，對(duì)于實(shí)施了相當(dāng)于釬焊的加熱的層疊板的軋制方向的縱截面，通過(guò)機(jī)械研磨、電解蝕刻進(jìn)行前處理后，使用100倍的光學(xué)顯微鏡觀察5個(gè)視場(chǎng)。在該5個(gè)視場(chǎng)中，測(cè)定向焊材的芯材的浸入深度(侵蝕深度)，以它們的平均值的形式求出侵蝕深度(μm)。
將這些結(jié)果示于表2。
【表2】
如表2所示，實(shí)施例No.1～18的層疊板滿足本發(fā)明的要件，因此抗拉強(qiáng)度為180MPa以上，并且侵蝕深度也為40μm以下。也就是說(shuō)，可知滿足本發(fā)明的要件的層疊板的強(qiáng)度(釬焊后強(qiáng)度)和耐侵蝕性?xún)?yōu)異。
另一方面，比較例No.19～33的層疊板由于不滿足本發(fā)明規(guī)定的某一要件，而未成為良好的評(píng)價(jià)。
具體來(lái)說(shuō)，比較例No.19、29的層疊板在均熱時(shí)(高溫區(qū)域：400℃以上)的平均升溫速度過(guò)慢，因此相當(dāng)于釬焊的加熱前后的分散粒子的數(shù)密度、以及固溶量比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)不在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。其結(jié)果是，抗拉強(qiáng)度小于180MPa(以及關(guān)于比較例No.29成為侵蝕深度超過(guò)40μm的結(jié)果)。
比較例No.20、30的層疊板的均熱溫度過(guò)低，因此相當(dāng)于釬焊的加熱前后的分散粒子的數(shù)密度、以及固溶量比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)不在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。其結(jié)果是，抗拉強(qiáng)度小于180MPa(以及關(guān)于比較例No.30成為侵蝕深度超過(guò)40μm的結(jié)果)。
比較例No.21～28的層疊板的芯材組成不滿足本發(fā)明的要件，相當(dāng)于釬焊的加熱前后的分散粒子的數(shù)密度、以及固溶量比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)中的至少1個(gè)不在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。其結(jié)果是，抗拉強(qiáng)度小于180MPa(以及成為侵蝕深度超過(guò)40μm的結(jié)果)。
比較例No.31的層疊板如上所述是通過(guò)專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載的方法制造的層疊板，與制造本發(fā)明的層疊板的條件不同，未進(jìn)行均熱。因此，對(duì)于比較例No.31的層疊板而言，相當(dāng)于釬焊的加熱前后的分散粒子的數(shù)密度、以及固溶量比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)不在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。其結(jié)果是，抗拉強(qiáng)度小于180MPa。
比較例No.32的層疊板如上所述是通過(guò)專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載的方法制造的層疊板，與制造本發(fā)明的層疊板的條件不同，在規(guī)定的條件下進(jìn)行粗退火。因此，對(duì)于比較例No.32的層疊板而言，相當(dāng)于釬焊的加熱前后的固溶量比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)不在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。其結(jié)果是，抗拉強(qiáng)度小于180MPa。
比較例No.33的層疊板如上所述是通過(guò)專(zhuān)利文獻(xiàn)3中記載的方法制造的層疊板，對(duì)于均熱時(shí)的平均升溫速度未記載，但為了得到與專(zhuān)利文獻(xiàn)3同等的機(jī)械特性，成為400℃以上的平均升溫速度為15℃/hr的條件。該條件為本發(fā)明的條件范圍外，對(duì)于比較例No.33的層疊板而言，相當(dāng)于釬焊的加熱前后的分散粒子的數(shù)密度、以及固溶量比(合計(jì)固溶量/合計(jì)添加量)不在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。其結(jié)果是，抗拉強(qiáng)度小于180MPa。
詳細(xì)地并參照特定的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然可以在不脫離本發(fā)明的主旨和范圍的條件下加以各種變更、修改。
本申請(qǐng)基于2014年3月31日申請(qǐng)的日本專(zhuān)利申請(qǐng)(日本特愿2014-074199)，其內(nèi)容以參考的方式并入本說(shuō)明書(shū)中。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的鋁合金層疊板的釬焊后強(qiáng)度和耐侵蝕性等優(yōu)異，對(duì)于汽車(chē)等的熱交換器是有用的。