铝合金层合板的制作方法

专利名称：铝合金层合板的制作方法
技术领域：
本发明涉及铝合金热交换器用的铝合金层合板(以下也将铝叫做Al)，尤其是涉 及疲劳特性优异的铝合金层合板。本发明中，提供一种至少包括芯材铝合金板和包覆在所 述芯材铝合金板上的铝合金板牺牲防腐材料的层合板，将通过钎焊使用于热交换器的热交 换器用原材料也叫做铝合金层合板、进行与钎焊相当的加热前的铝合金层合板、或只叫做 原材料层合板。另外，将至少包括芯材铝合金板和包覆在所述芯材铝合金板上的铝合金板 牺牲防腐材料，实施了相当于钎焊的加热处理的层合板也叫做进行了与钎焊相当的加热后 的铝合金层合板、或只叫做进行了与钎焊相当的加热后的层合板。
背景技术：
为了汽车的车身轻量化，汽车的热交换部件中，代替目前所使用的铜合金材料而 使用铝合金材料的情况也正在增加。而且，这些热交换部件用铝合金材料使用由被多层化 的层合板(也叫做包覆板、包覆材料)构成的抗蚀性铝合金材料。这种层合板在通过钎焊组装成热交换器的情况下，构成为在铝合金制芯材的一面 包覆了铝合金牺牲防腐材料(板)、在另一面包覆了铝合金钎焊料(板)的硬钎焊片的结 构。图4表示铝合金制汽车用热交换器(散热器)的例子。如图4所示，散热器100 通常是在多根设置的扁平管状的铝合金制散热器管111之间，一体形成有加工成波纹状的 铝合金制散热片112。该管111的两端为分别向由集管(header) 113和贮水箱(未图示) 构成的空间开口的结构。这种结构的散热器100将从一边的贮水箱的空间通过管111内而 达到高温的制冷剂，输送到另一贮水箱一侧的空间，在管111及散热片112的部分进行热交 换，使变为低温的制冷剂进行再循环。该铝合金材制管111由铝合金制硬钎焊片101构成。图5表示铝合金制硬钎焊片 101的剖面。在该图5中，硬钎焊片101在铝合金制芯材102的一侧面层叠(包覆)有铝合 金制牺牲阳极材料(也叫做皮材)103，在芯材102的另一侧面层叠(包覆)有铝合金制钎 料104。还有，在为铝合金制包覆片材的情况下，构成为仅在一侧的面包覆有铝合金牺牲防 腐材料103的层合板。这种铝合金制硬钎焊片101通过成形辊等形成扁平管状，通过电阻焊或钎焊加 热，硬钎焊片101自身被钎焊，形成如图4的管111那样的流体通路。散热器的制冷剂(冷却剂)的主成分为水溶性媒体，使用其中适当含有市售的防 锈剂等的制冷剂。但是，在使用这样的制冷剂的情况下，存在由于防锈剂等历时劣化后所生 成的酸，导致所述牺牲材料或芯材等铝合金材料容易被腐蚀之类的问题。因此，必须使用对 水溶性媒体具有高抗蚀性的铝合金材料。因此，从抗蚀性和强度的观点考虑，硬钎焊片及用于包覆片的层合板的铝合金制 芯材102，使用JISH4000中所规定的例如由A1-0. 15质量％ Cu-1. 1质量％ Mn等成分构成 的3003等Al-Mn系(3000系)合金。另外，以抗蚀和Mg向芯材102的扩散而形成的高强度化为目的，时常与制冷剂接触的皮材103中，使用由Al-I质量％ Zn组成等构成的7072 等Al-Zn系、或者Al-Zn-Mg系(7000系)合金。此外，钎料104使用由低熔点的A1-10质 量％ Si等的组成构成的4045等Al-Si系(4000系)合金。散热器100采用使用这种硬钎焊片101形成的管111、进行了波纹加工的散热 片112和其它部件，通过硬钎焊组装为一体。作为硬钎焊的手法，有助焊剂硬钎焊(flux brazing)法、使用非腐蚀性的助焊剂的铝钎剂(Nocolok)硬钎焊法等，加热到600°C左右的 高温进行钎焊。如此组装成的散热器100内、特别是管111内，从高温到低温、且从高压到常压的 前述的液体制冷剂时常进行流通循环。即，由于这些内压变动或汽车自身的振动等长时间 附加重复应力，因此要求管111具有耐受这些应力的疲劳特性。假设在疲劳特性低、产生疲 劳破坏的情况下，疲劳破坏作为管111的裂纹发生、进展，若贯通管111，则成为来自散热器 渗漏的原因。因此，散热器管的疲劳特性的改善是重要的课题。目前，该散热器管的疲劳特性的改善已提出各种方案。例如，专利文献1中，铝合 金制硬钎焊片的芯材是含有Cu、Ti、Mn，并限制Si、Fe、Mg的铝合金，通过使芯材的纵剖面中 的轧制方向的平均晶粒直径L为150 200 μ m,来提高管的焊接部的抗蚀性，从而改善管的 反复弯曲造成的疲劳破坏性，即汽车在振动下的耐振疲劳特性。专利文献2中，通过将牺牲 防腐材料侧的厚度方向的平均晶粒直径设定为低于牺牲防腐材料的厚度，来提高牺牲防腐 材料的抗蚀性，从而改善管的反复弯曲及反复的内压负荷造成的疲劳破坏性即疲劳特性。另外，已知疲劳特性通常与静态的抗拉强度有关，在热交换器中，例如像专利文献 3那样，已提出为了提高原材料的抗拉强度而添加了 Cu的材料。而且，专利文献4中，通过 组织性的改善来改善耐振疲劳特性。即，专利文献4中，已提出如下方案，S卩，在使用包覆有 含有Cu的铝合金芯材、铝合金钎料、含有Zn和Mg的铝合金牺牲材料的三层构造的铝合金 硬钎焊片的热交换器中，使特定的Al-Cu-Mg-Zn系析出物分布在钎焊后的硬钎焊片的芯材 与牺牲材料的界面附近的芯材侧界面部。这是通过Al-Cu-Mg-Zn系析出物进行的时效硬 化，提高芯材侧界面部的强度，由此，改善反复的内压负荷造成的疲劳破坏性即疲劳特性的 方法。此外，专利文献5中，以X射线衍射强度比规定铝合金制硬钎焊片的集合组织，该 铝合金制硬钎焊片由Al-Mn系合金的芯材、包覆在该芯材的一侧面的Al-Zn系合金等的皮 材、包覆在该芯材的另一侧面的Al-Si系合金的钎料构成。专利文献5中，硬钎焊片在与轧 制方向相平行的方向的塑性变形容易均勻地发生。由此，即使在硬钎焊片的轧制方向负荷 拉伸或压缩的重复应力，由于变形不会局部地集中，因此龟裂向板厚方向的进展缓慢，可以 提高包括塑性区域的疲劳在内的硬钎焊片的寿命。另外，为了提高不是由硬钎焊片，而是由相同的3000系铝合金构成的散热片的抗 蚀性，已提出了对组织中的结晶物及金属间化合物的形状及数密度进行规定的技术(例如 参照专利文献6、7、8)。由于这种散热片如果被腐蚀，就会造成片自身的消失，因此抗蚀性很 重要。因此，专利文献6、7、8中所记载的组织中的结晶物、金属间化合物的形状及数密度的 规定，也与提高抗蚀性之类的散热片特有的技术性课题有紧密联系。专利文献1 日本公开专利公报2003-82427专利文献2 日本公开专利公报11-100628
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专利文献3 日本公开专利公报10-53827专利文献4 日本公开专利公报9_95749专利文献5 日本公开专利公报2006_291311专利文献6 日本公开专利公报9_78168专利文献7 日本公开专利公报2000-119783专利文献8 日本公开专利公报2005_139505但是，这些现有汽车的散热器管壁比较厚。例如，在前述各专利文献中，以作为耐 疲劳特性评价的对象的硬钎焊片的板厚(合计板厚)为参考时，专利文献1中为0.4mm、专 利文献2中为0. 25mm、专利文献4和5中为0. 20mm，整个板厚为0. 20mm以上。但是，由于 为了关系到地球环境问题的燃费提高的汽车轻量化，也正在要求散热器的轻量化。因此，正 在研究散热器的管、即铝合金制硬钎焊片的更进一步的薄壁化。在散热器管为0.4mm程度这样壁厚比较厚的情况下，管自身的刚性比较高。与此 相对，在散热器管主要是硬钎焊片等层合板的板厚薄壁化的情况下，管自身的刚性变低。另 一方面，所使用的制冷剂的压力大多设定的比以往高。在硬钎焊片等层合板的板厚薄壁化 的情况下，由于他们的协同效果，具有对前述重复应力造成的疲劳破坏的感受性增高、疲劳 特性降低的倾向。发生了这种疲劳破坏的情况下，散热器管发生龟裂(裂纹、裂缝)。在被薄壁化的 散热器管的情况下，这种龟裂贯通管，引起散热器的液漏的可能性高，因此，成为更加严重 的损伤。但是，关于这样被薄壁化后的散热器管的疲劳特性，迄今为止还没有发现有效的 改善策略。在该有效的改善策略未被发现时，散热器管、即铝合金制硬钎焊片等层合板不能 薄壁化，对散热器的轻量化、进而汽车的轻量化会产生很大的限制。

发明内容
鉴于这样的问题，本发明的目的在于提供一种热交换器的散热器管用的铝合金硬 钎焊片等可薄壁化并且疲劳特性优异的铝合金层合板。为了实现该目的，本申请第一发明的铝合金层合板，其至少包括芯材铝合金板和 包覆在所述芯材铝合金板上的防腐用铝合金牺牲材料，并通过钎焊使用于热交换器，其特 征在于，所述芯材铝合金板为如下铝合金组成分别含有Si 0. 2 1. 5质量％、Cu :0. 2 1.2质量％、厘11:0.2 1.4质量％、11 0. 03 0. 3质量％，并含有Fe :1.0质量％以下，余 量由Al及不可避免的杂质构成，并具有如下组织该芯材铝合金板的在轧制面表层部通过 500倍的SEM所观察的重心直径的平均值为1 μ m以上的分散粒子的平均数密度为7000个 /mm2以下。另外，为了实现上述目的，本申请第二发明的铝合金层合板，其至少包括芯材铝合 金板和包覆在所述芯材铝合金板上的防腐用铝合金牺牲材料、并通过钎焊形成热交换器， 其特征在于，所述芯材铝合金板为如下的铝合金组成以质量％计，分别含有Si :0.2 1.5 质量％、Cu:0. 05 1. 2质量％、Mn :0. 3 1.8质量％、11 0. 03 0. 3质量％，并含有Fe 1. 0质量％以下，余量由Al及不可避免的杂质构成，并具有如下组织该芯材铝合金板的在 轧制面板厚中心部通过50000倍的TEM所观察的重心直径的平均值为0. 1 0. 5 μ m范围的析出物的平均数密度为150个/μ m3以下。为了实现上述目的，本申请第三发明的铝合金层合板，其至少包括有芯材铝合金 板和包覆在所述芯材铝合金板上的防腐用铝合金牺牲材料，其特征在于，所述芯材铝合金 板为如下的铝合金组成其分别含有Si :0. 2 1.5质量％、Cu:0. 2 1.2质量％、Μη: 0. 2 1.4质量％、Ti 0. 03 0.3质量％，并含有Fe :1. 0质量％以下，余量由Al及不可 避免的杂质构成，作为相当于钎焊的加热后的组织，其具有如下的组织该芯材铝合金板的 在轧制方向的纵剖面中的轧制方向的平均晶粒直径为200 μ m以下，并且，该芯材铝合金板 的在轧制面表层部通过500倍的SEM所观察的重心直径的平均值为1 μ m以上的分散粒子 的平均数密度为6000个/mm2以下。另外，为了实现上述目的，本申请第四发明的铝合金层合板，其至少包括芯材铝合 金板和包覆在所述芯材铝合金板上的防腐用铝合金牺牲材料，其特征在于，所述芯材铝合 金板为如下的铝合金组成，所述铝合金组成分别含有Si 0. 2 1. 5质量％、Cu 0. 05 1. 2 质量％、Mn 0. 3 1.8质量％、Ti 0. 03 0. 3质量％，并含有Fe :1.0质量％以下，余量 由Al及不可避免的杂质构成，作为相当于钎焊的加热后的组织，其具有如下的组织该芯 材铝合金板的在轧制方向的纵剖面中的轧制方向的平均晶粒直径为200μπι以下，并且，该 芯材铝合金板的在轧制面板厚中心部通过50000倍的TEM所观察的重心直径的平均值为 0. 1 0.5μπι范围的析出物的平均数密度为80个/μ m3以下。在此，所述本申请第一发明至第四发明的层合板中的芯材铝合金板优选还具有以 下的结构■含有 Cr 0. 03 0. 3 质量％、Zn 0. 2 1. 0 质量％、Zr 0. 03 0. 3 质量％中 的一种或两种以上。■含有Mg :0. 5质量％以下。■板厚为低于0. 25mm的薄壁。另外，所述本申请第一发明至第四发明的层合板的板厚优选为低于0.3mm的薄壁。发明效果本发明者等对所述层合板的板厚被薄壁化后在疲劳特性中的疲劳破坏的原理进 行了探求。其结果是，根据本发明者的见解可知，层合板的板厚被薄壁化后在疲劳特性中的 疲劳破坏原理有两种。即，疲劳破坏的原理中，有相比于疲劳破坏引起的龟裂(裂纹、裂缝) 的传播(速度)，龟裂的发生起支配作用的情况；以及相比于疲劳破坏引起的龟裂(裂纹、 裂缝)的发生，龟裂传播(速度)起支配作用的情况。而且，本发明者等发现，用于提高疲 劳特性的冶金上的有效手段相对于这两种疲劳破坏的原理而各不相同。相比于疲劳破坏引起的龟裂(裂纹、裂缝)的传播(速度)，龟裂发生起支配作 用时，该龟裂发生的容易度很大程度上受构成热交换器的所述层合板的芯材铝合金板的组 织、即，平均晶粒直径和比较粗大的分散粒子的平均数密度的影响。相对于此，相比于疲劳破坏引起的龟裂(裂纹、裂缝)的发生，龟裂传播(速度) 起支配作用时，该疲劳破坏的传播(速度)很大程度上受构成热交换器的层合板的芯材铝 合金板的组织、即，平均晶粒直径和比较微细的析出物的平均数密度的影响。本申请第一发明及第三发明使得相比于疲劳破坏引起的龟裂(裂纹、裂缝)的传播(速度)，龟裂发生起支配作用时的疲劳特性提高。因而，如上所述，对于作为构成热交换 器前的热交换器用原材料的进行与钎焊相当的加热前的层合板中的芯材铝合金板的组织、 或者、进行了与钎焊相当的加热后的层合板中的芯材铝合金板的组织来说，通过对平均晶 粒直径及比较粗大的分散粒子的平均数密度进行组织控制，来抑制龟裂的发生。本申请第二发明及第四发明使得相比于疲劳破坏引起的龟裂(裂纹、裂缝)的发 生，疲劳破坏的传播(速度)起支配作用时的疲劳特性提高。因而，如上所述，对于作为构 成热交换器前的热交换器用原材料的进行与钎焊相当的加热前的层合板中的芯材铝合金 板的组织、或者、进行了与钎焊相当的加热后的层合板中的芯材铝合金板的组织来说，通过 对平均晶粒直径及比较微细的析出物的平均数密度进行控制，来抑制疲劳破坏的传播(速 度)。本申请第一发明及第三发明中，通过使芯材铝合金板的平均晶粒直径微细化，并 且限制比较粗大的分散粒子的平均数密度，从而抑制疲劳破坏的发生本身。该结果是，使得 相比于疲劳破坏引起的龟裂(裂纹、裂缝)的传播(速度)，龟裂发生起支配作用时的层合 板的疲劳寿命(疲劳特性)提高。本申请第二发明及第四发明中，通过使芯材铝合金板的平均晶粒直径微细化，并 且限制微细的析出物的平均数密度，从而抑制疲劳破坏的传播。其结果是，相比于疲劳破坏 引起的龟裂的发生，疲劳破坏的传播起支配作用时的层合板的疲劳寿命(疲劳特性)提高。本发明中所说的分散粒子是指Si、Cu、Mn、Ti等合金元素及Fe、Mg等被含有元素 之间的金属间化合物或这些元素与Al的金属间化合物，其与形成元素(成分)无关，是通 过组织观察可根据大小识别的金属间化合物的总称。


[图1]是表示本发明层合板的剖面图；[图2]是表示铝合金制热交换器的剖面图；[图3]是表示弯曲疲劳试验的说明图；[图4]是表示一般的铝合金制热交换器的剖面图；[图5]是表示一般的硬钎焊片等层合板的剖面图。符号说明1 热交换器用铝合金层合板、2 芯材、3 皮材、4 钎料、10 散热器(热交换器)、 11 管(层叠构件)、12 散热片、13 集管
具体实施例方式用图1、2对用于实施本发明的最佳方式进行说明。图1是本发明的热交换器用铝 合金层合板的剖面图，图2是使用了图1的层合板(热交换器用铝合金制管)的散热器的 要部剖面图。还有，该图1、2的基本构成、构造本身与上述的图4、5相同。(层合板)本发明的层合板在组装为热交换器前，首先被制造为图1所示的铝合金层合板1。 该层合板1作为硬钎焊片被构成，其在钎焊时，在在芯材铝合金板2的一侧面包覆有铝合金 板牺牲防腐材料(板)3，在另一侧面包覆有铝合金钎焊料(板)4。
上述芯材铝合金板2由具有后述的特征的组织及成分的JIS3000系铝合金构成。 另外，在该芯材2的内侧即与制冷剂时常接触的一侧(图1的上侧)，作为后述的牺牲防腐 材料(牺牲材料、内衬材料、皮材)3而包覆例如Al-Zn成分的JIS7000系等的铝合金。此 外，在芯材2的外侧(图1的下侧)，包覆例如Al-Si成分的JIS4000系等的铝合金钎料4。硬钎焊片等本发明的层合板是如上所述的以芯材铝合金板2为中心的三层轧制 包覆材料(板)。芯材铝合金板的板厚低于0. 25mm，例如为0. 16 0. 24mm时，钎料、牺牲 防腐材料的厚度通常都为20 30 μ m程度。但是，其被覆率因所使用的热交换部件的板厚 (用途的规格)而不同，它们的值没有限定。但是，硬钎焊片等层合板1的板厚(主要是芯材铝合金板的板厚)，如上所述，在 热交换器的轻量化中至关重要。因而，为层合板的板厚低于0. 3mm、优选0. 16 0. 29mm程 度，芯材的板厚低于0. 25mm、优选0. 16 0. 24mm程度的薄板。这些硬钎焊片是在施行了均质化热处理的芯材铝合金板(铸块)的一面层叠牺牲 防腐材料(板)及钎料(板)并进行热轧，然后依次进行冷轧、中间退火、冷轧，制造H14调 制材料等片材。在此，均质化热处理也可以在热轧前实施。(热交换器)利用成型辊等将该硬钎焊片等铝合金层合板1沿宽度方向弯曲，以将皮材3配置 于管内面侧的方式形成扁平管状后，通过电阻焊等形成扁平管状的管。图2中表示形成有 流体通路的扁平管状的管(层叠构件)11。如图2所示，这种扁平管状的管(层叠构件)11与进行了波纹加工的散热片12和 由集管13等其他构件一起通过硬钎焊(钎接)一体制作成散热器10等热交换器(组装)。 将管(层叠部件)11和散热片12被一体化的部分叫做热交换器的芯体。通过加热到钎料 4的固相线温度以上的585 620°C、优选加热到590 600°C的高温来进行钎焊。该加热 温度超过620°C而过高时，会产生过剩熔融或侵蚀等。作为该硬钎焊施工方法，广泛采用的 有助焊剂硬钎焊法、使用非腐蚀性的助焊剂的铝钎剂(Nocolok)硬钎焊法等。图2的热交换器中，扁平管(层叠构件)11的两端分别向集管13和贮水箱(未图 示)所构成的空间开口。而且，从一边的贮水箱侧的空间通过扁平管11内向另一边的贮水 箱侧的空间输送高温制冷剂，在管11及散热片12的部分进行热交换，使变为低温的制冷剂 再次循环。(本申请第一发明及第三发明的芯材铝合金板组织)首先对本申请第一发明及第三发明的层合板中的芯材铝合金板进行说明。进行与钎焊相当的加热(热过程)前的层合板或进行了与钎焊相当的加热后的层 合板中的芯材铝合金板由3000系铝合金组成构成。本申请第一发明及第三发明中，为了提高该芯材铝合金板的疲劳破坏引起的龟裂 的发生起支配作用时的耐疲劳破坏性，规定该芯材铝合金板的在轧制方向的纵剖面中的轧 制方向的平均晶粒直径(仅进行了与钎焊相当的加热后的层合板)，并且规定Iym以上的 分散粒子的平均数密度(进行与钎焊相当的加热前的层合板及进行了与钎焊相当的加热 后的层合板)。(本申请第一发明及第三发明的晶粒)进行了与钎焊相当的加热后的层合板、或组装(热过程)前的原材料层合板中，在
9芯材铝合金板的平均晶粒直径粗大化的情况下，对于疲劳破坏引起的龟裂的发生起支配作 用的疲劳的耐疲劳破坏性降低。因而，使进行了与钎焊相当的加热后的层合板中的芯材铝 合金板的在轧制方向的纵剖面中的轧制方向的平均晶粒直径微细化为200μπι以下、优选 150 μ m以下。还有，为了使进行了与钎焊相当的加热后的层合板中的芯材铝合金板像这样 微细化，当然需要预先将原材料层合板的芯材铝合金板的平均晶粒直径设定为200 μ m以 下、优选150 μ m以下。但是，即使规定了原材料层合板的芯材铝合金板的平均晶粒直径，对 于进行了与钎焊相当的加热后的层合板来说，由于热交换器制作时的钎焊处理等的加热条 件不同，平均晶粒直径也会变化(粗大化)。因此，即使在原材料层合板阶段规定了芯材铝 合金板的所述平均晶粒直径，由于所述加热条件不同，也有偏离上述规定而变得粗大化的 可能性，不必特意在原材料层合板的阶段进行规定。还有，这里所说的晶粒直径是指轧制方向的纵剖面(沿轧制方向切断后的板的剖 面)中的轧制方向的晶粒。该晶粒直径是将原材层合板及进行了与钎焊相当的加热后的层 合板中的芯材铝合金板(提取试料)的轧制方向的纵剖面通过机械研磨、电解蚀刻进行前 处理后，用50倍的光学显微镜进行观察。这时，向所述轧制方向引一直线，用作为各个晶粒 直径而进行测定的切断法(线截断法)测定位于该直线上的各个结晶粒的切片长度。在任 意10个部位进行该测定，计算平均晶粒直径。这时，1个测定线长度设为0. 5mm以上，每1 个视野的测定线各设为3条，在每1个测定部位观察5个视野。然后，按照每1个视野(3 条测定线)、每5个视野/每1个测定部位、每10个测定部位，对每1个测定线依次测定的 平均晶粒直径依次进行平均化，作为本发明的平均晶粒直径。(本申请第一发明及第三发明的分散粒子)芯材铝合金板被组装到进行了与钎焊相当的加热后的层合板(装入)时，必然被 加热到600°C付近的温度。即使经受这种加热过程，本发明中规定的上述的化学成分组成等 也不会改变。但是，由于分散粒子的固溶及粗大化等，进行了与钎焊相当的加热后的层合板 中，本发明中规定的Iym以上的分散粒子的数密度向着比上述原材料层合板更少的方向变化。本申请第一发明及第三发明中，为了提高由疲劳破坏引起的龟裂的发生起支配作 用的疲劳所对应的耐疲劳破坏性，上述原材料层合板及进行了与钎焊相当的加热后的层合 板的芯材铝合金板中，对上述的1 μ m以上的分散粒子的平均数密度进行限制，使其不要过 度地增加。换言之，钎焊时经受了在600°C附近的温度下的加热过程的热交换器构件中，对 上述分散粒子的平均数密度进行限制，使其不要过度地增加。进行了与钎焊相当的加热后的层合板的芯材铝合金板的上述分散粒子的平均数 密度超过6000个/mm2的情况下，对疲劳破坏引起的龟裂的发生起支配作用的疲劳的耐疲 劳破坏性降低。因而，将进行了与钎焊相当的加热后的层合板的芯材铝合金板的在轧制面 表层部通过所述500倍的SEM所观察的重心直径的平均值为1 μ m以上的分散粒子的平均 数密度限制在6000个/mm2以下。该分散粒子的平均数密度优选设为4000个/mm2以下、更 优选设为2000个/mm2以下。另一方面，为了抑制进行了与钎焊相当的加热后的层合板的芯材铝合金板的上述 分散粒子的数密度，对经受钎焊时的加热过程前的原材料层合板阶段的芯材铝合金板的上 述分散粒子的平均数密度进行规定。
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S卩，如果没有将原材料层合板阶段的芯材铝合金板的上述的分散粒子的平均数密 度设定为7000个/mm2以下，即使例如分散粒子的数密度因经受钎焊时的加热过程而减小 (减少)，也不能保证(确保)进行了与钎焊相当的加热后的层合板的芯材铝合金板的上述 的分散粒子的平均数密度。因而，将原材料层合板阶段的芯材铝合金板的在通过500倍的 SEM所观察的重心直径的平均值为1 μ m以上的分散粒子的平均数密度规定为7000个/mm2 以下。该分散粒子的平均数密度优选5000个/mm2以下、更优选3000个/mm2以下。这些分散粒子如上所述为Si、Cu、Mn、Ti等合金元素或Fe、Mg等被含有的元素之 间的金属间化合物、及这些元素与Al的金属间化合物。分散粒子的尺寸和数密度与形成元 素(组成)无关，对龟裂传播(速度)起支配作用的疲劳的耐疲劳破坏性有较大影响，因此， 本发明中，如上所述，对其尺寸和数密度进行规定。这些分散粒子的尺寸和平均数密度的测定是通过用倍率500倍的SEM(扫描型电 子显微镜，)对上述芯材铝合金板的轧制面表层部的组织进行10个视野观察，并对其进行 图像解析来施行。由此，可以测定各重心直径的平均值为Iym以上的分散粒子的平均数密 度(个 /rnm2)。(本申请第一发明及第三发明的分散粒子的数密度控制)这些作了规定的分散粒子的平均数密度的控制，是通过在均热处理(均质化热处 理)中，不使均热处理的加热过程中析出的分散粒子的数密度过度地增加而进行。为了将 这些尺寸的析出物的数密度设为在作为原材料的芯材铝合金板(铸块)的阶段，不会使上 述分散粒子的平均数密度的增加到超过7000个/mm2，在到达均热温度后保持一定时间后 开始热轧时，从均热处理结束后到开始热轧的时间设定为30分钟以下。达到均热温度为 450°C以上、且不产生过烧(burning)那样的比较高的温度。该均热温度低于450°C时，就没 有均质化(均热)的效果。但是，由于对该芯材铝合金板(铸块)的均热处理是在比较高 的温度下进行，所以，因牺牲防腐材料(板)及钎料(板)的熔点不同，在这些牺牲防腐材 料(板)及钎料(板)层叠的状态下有不能对芯材行均热处理的情况。在这种情况下，优 选仅对芯材铝合金铸块进行上述比较高温的均热处理，其后，对层叠状态的层合板进行比 较低温的均热处理、及进行用于热轧的再加热处理。(本申请第二发明及第四发明的芯材铝合金板组织)接着，对本申请第二发明及第四发明的层合板中的芯材铝合金板进行说明。在此，层合板或进行了与钎焊相当的加热(热过程)后的层合板中的芯材铝合金 板，与本申请第一发明及第三发明同样，由3000系铝合金组成构成。本申请第二发明及第四发明中，为了提高该芯材铝合金板的对疲劳破坏引起的龟 裂传播(速度)起支配作用的疲劳的耐疲劳破坏性，对该芯材铝合金板的在轧制方向的纵 剖面中的轧制方向的平均晶粒直径(仅规定进行了与钎焊相当的加热后的层合板)、和该 芯材铝合金板的轧制面板厚中心部的在通过50000倍的TEM所观察的重心直径的平均值为 0. 1 0. 5 μ m的范围析出物的平均数密度(层合板及进行了与钎焊相当的加热后的层合 板)进行规定。(本申请第二发明及第四发明的晶粒)如上所述，作为进行了与钎焊相当的加热后的层合板或组装(热过程)前的原材 料层合板的芯材铝合金板的上述平均晶粒直径粗大化的情况下，对疲劳破坏引起的龟裂的发生起支配作用的疲劳的耐疲劳破坏性降低。因而，使进行了与钎焊相当的加热后的 层合板中的芯材铝合金板的在轧制方向的纵剖面中的轧制方向的平均晶粒直径微细化至 200μπι以下，优选150μπι以下。还有，为了使进行了与钎焊相当的加热后的层合板中的芯 材铝合金板如此微细化，当然需要将原材料层合板的芯材铝合金板的平均晶粒直径预先设 为200 μ m以下、优选150 μ m以下。但是，即使规定了原材料层合板的芯材铝合金板的上述 平均晶粒直径，进行了与钎焊相当的加热后的层合板的平均晶粒直径也会因热交换器制作 时的钎焊处理等的加热条件不同而变化(粗大化)。因此，即使在原材料层合板的阶段规定 了芯材铝合金板的上述平均晶粒直径，因上述加热条件不同，也有偏离上述规定而粗大化 的可能性，在原材料层合板阶段不必特意进行规定。还有，这里所说的晶粒直径是在轧制方向的纵剖面(沿轧制方向切断后的板的剖 面)中的轧制方向的晶粒。该晶粒直径是在对原材料层合板及进行了与钎焊相当的加热后 的层合板中的芯材铝合金板(提取试料)的上述轧制方向的纵剖面，通过机械研磨、电解蚀 刻进行前处理之后，用50倍的光学显微镜进行观察。这时，向上述轧制方向引出直线，用作 为各个晶粒直径而进行测定的切断法(线截断法)测定位于该直线上的各个结晶粒的切片 长度。在任意的10个部位进行上述测定，计算平均晶粒直径。这时，1个测定线长度设为 0. 5mm以上，每1视野的测定线各设为3条，对每1个测定部位进行5个视野观察。然后，按 照每1个视野(测定线3条)、每5个视野/1个测定部位、每10个测定部位，对每1条测定 线依次测定的平均晶粒直径依次进行平均化，作为本发明中所说的平均晶粒直径。(本申请第二发明及第四发明的析出物)芯材铝合金板不论是硬钎焊片还是组装成进行了与钎焊相当的加热后的层合板 (装入)时，进行钎焊时都必然要加热到600°C附近的温度。即使经受这样的加热过程，本发 明中规定的上述的化学成分组成等也不会发生变化。但是，本发明中规定的上述的0. 1 0. 5 μ m的范围的析出物的平均数密度由于固溶及粗大化等，在上述进行了与钎焊相当的加 热后的层合板中会向着比上述原材料层合板更少的方向变化。本申请第二发明及第四发明中，为了提高疲劳破坏引起的龟裂传播(速度)起支 配作用的疲劳中的耐疲劳破坏性，对上述原材料层合板及进行了与钎焊相当的加热后的层 合板中的芯材铝合金板的上述的析出物的平均数密度进行规定。换言之，对经受了钎焊时 的上述600°C附近的温度下的加热过程的热交换器部件的上述析出物的平均数密度进行规定。进行了与钎焊相当的加热后的层合板的芯材铝合金板的上述析出物的平均数密 度超过80个/μ m3的情况下，针对龟裂传播(速度)起支配作用的疲劳的耐疲劳破坏性降 低。因而，将进行了与钎焊相当的加热后的层合板的芯材铝合金板的在轧制面板厚中心部 的通过上述50000倍的TEM所观察的重心直径的平均值为0. 1 0. 5 μ m的范围的析出物 的平均数密度设定为80个/ μ m3以下。另外，优选将重心直径的平均值为0. 2 0. 5 μ m范 围的尺寸的上述析出物的平均数密度设定为70个/ μ m3以下。另一方面，为了抑制进行了与钎焊相当的加热后的层合板的芯材铝合金板的上述 分散粒子的数密度，对经受钎焊时的加热过程前的原材料层合板阶段的芯材铝合金板的上 述析出物的平均数密度进行规定。S卩，如果没有将原材料层合板阶段的芯材铝合金板的上述的析出物的平均数密度设定为150个/μ m3以下，即使例如析出物的数密度因经受钎焊时的加热过程而减小(减 少了)，也不能保证(确保)进行了与钎焊相当的加热后的层合板中的芯材铝合金板的上述 的析出物的平均数密度。因而，本发明中，将原材料层合板阶段的芯材铝合金板的在轧制面 板厚中心部通过50000倍的TEM所观察的重心直径的平均值为0. 1 0. 5 μ m范围的尺寸 的上述析出物的平均数密度设定为150个/μ m3以下。另外，优选将重心直径的平均值为 0. 2 0. 5 μ m范围的尺寸的上述析出物的平均数密度设定为120个/ μ m3以下。这些析出物如上所述是Si、Cu、Mn、Ti等合金元素或Fe、Mg等被含有的元素之间 的金属间化合物、或这些元素与Al的金属间化合物。而且，本发明中，如上所述以其尺寸和 平均数密度进行规定，是因为析出物不论任何形成元素(组成)，其尺寸和平均数密度都对 龟裂传播(速度)起支配作用的疲劳中的耐疲劳破坏性有较大影响。这些析出物的尺寸和平均数密度的测定，通过对上述轧制面板厚中心部的组织， 用倍率50000倍的TEM(透射型电子显微镜)进行10个视野观察，并对观察结果进行图像 解析而进行。由此，可以测定各重心直径的平均值为0. 1 0.5μπι范围的析出物的平均数 密度(个/ μ m3)。(本申请第二发明及第四发明的析出物的数密度控制)这些规定的析出物的平均数密度的控制，是通过在均热处理(均质化热处理)中 减少铸造过程中结晶出的析出物的数密度而进行。为了在芯材铝合金板(铸块)的阶段将 这些尺寸的析出物的数密度减少到50个/μπι3以下，对均热温度进行控制，将均热温度设 定为500°C以上，且不会产生过烧的那样的比较高的温度。该均热温度低于500°C时，不能 减少铸造过程中结晶出的析出物的数密度。但是，因为对该芯材铝合金板(铸块)的均热 处理是在比较高的温度下进行，所以，有时会因牺牲防腐材料(板)及钎料(板)的熔点不 同，不能在层叠有这些牺牲防腐材料(板)和钎料(板)的状态下，对芯材进行均热处理。 在这种情况下，优选只对芯材铝合金铸块进行上述比较高温的均热处理，其后，对层叠状态 的层合板施行比较低温的均热处理、或用于热轧的再加热处理。(本申请发明的铝合金成分)下面，说明构成本申请第一发明 第四发明(以下、总称为本申请发明)的层合板 的各构件的铝合金组成。如上所述芯材铝合金板2由3000系铝合金组成。芯材铝合金板 2作为管材及集管材料等热交换器用构件，不仅要求具有本申请发明中规定的组织，除此之 外，还要求成形性、钎焊性或焊接性、强度、抗蚀性等诸特性。因此，本申请发明的芯材铝合金板为如下铝合金组成分别含有Si :0. 2 1. 5质 M%,Cu 0. 2 1. 2 质量％、Mn 0. 2 1. 4 质量％、Ti 0. 03 0. 3 质量％，并含有 Fe 1. 0 质量％以下，余量由Al及不可避免的杂质构成。在此，优选上述铝合金板还含有Cr 0. 03 0. 3质量％、Zn :0. 2 1. 0 %、& 0. 03 0. 3质量％中的一种或两种以上。另外，优选含有0. 5质量％以下的Mg。上述Fe、Mg及上述记载元素以外的元素基本上为杂质。但是，从铝合金板的循环 利用的观点考虑，作为熔化材料，不仅使用高纯度铝基材(日文7 > $ 二々A地金)，而且 使用6000系合金或其他的铝合金废料、低纯度铝基材(日文7 > $ 二々A地金)等作为 熔化原料时，也会混入这些元素。而且，将这些元素减少到例如检测界限以下，自身成本就 会提高，因此需要允许一定程度上含有。因而，在不妨碍本发明目的及效果的范围允许含有。例如，只要B等上述以外的元素分别含有0. 05%以下即可。Si :0. 2 1. 5 质量％Si与Fe形成金属间化合物，以提高芯材铝合金板的强度。为了确保原材料层合板 及进行了与钎焊相当的加热后的层合板的必要的强度，Si含量需要为0. 2质量％以上。另 一方面，Si含量过多时，芯材中形成粗大的化合物，原材料层合板及进行了与钎焊相当的加 热后的层合板的抗蚀性降低，因此，Si含量设定为1.5质量％以下。因而，Si的含量范围设 定为0.2 1.5质量％的范围。Cu :0. 2 1. 2 质量％Cu以固溶状态存在于铝合金板中，使芯材铝合金板的强度提高。因此，为了确保 原材料层合板及进行了与钎焊相当的加热后的层合板的必要的强度，Cu含量需要为0.2质 量％以上。另一方面，Cu含量过多时，原材料层合板及进行了与钎焊相当的加热后的层合 板的抗蚀性降低，因此，Cu含量设定为1. 2质量％以下。因而，Cu的含量范围设定为0. 2 1.2质量％的范围。Mn :0. 2 1. 4 质量％Mn使所规定的分散粒子等的金属间化合物分布在铝合金板中，不会降低芯材铝合 金板的抗蚀性，是用于使强度提高的元素。另外，Mn还具有使晶粒直径微细化，提高耐振疲 劳特性、及提高因疲劳破坏引起的龟裂的发生起支配作用的疲劳所对应的耐疲劳破坏性的 效果。因此，为了确保上述层合板及进行了与钎焊相当的加热后的层合板的必要的强度，提 高耐疲劳破坏性，以下限为0. 2质量％以上使之含有。另一方面，Mn含量过多时，分散粒子的数密度与规定相比变得过多，反而使耐振疲 劳特性、及疲劳破坏引起的龟裂的发生起支配作用的疲劳所对应的耐疲劳破坏性降低。另 外，铝合金层合板的成形性降低，在向零件形状的成形等加工时，铝合金层合板有可能产生 裂纹。因此，Mn含量设定为1.4质量％以下。因而，Mn的含量范围设定为0.2 1.4质量％ 的范围。另外，优选将Mn的含量范围设定为0. 2质量％以上、1. 0质量％以下，更优选0. 2 质量％以上、0.6质量％以下。Ti :0. 03 0. 3 质量％Ti在铝合金板中形成微细的金属间化合物，具有提高芯材铝合金板的抗蚀性的作 用。因此，为了确保上述层合板及进行了与钎焊相当的加热后的层合板的必要的抗蚀性，Ti 含量需要为0. 03%以上。而Ti含量过多时，铝合金层合板的成形性降低，向零件形状的成 形等的加工时，铝合金层合板有可能产生裂纹。因此，Ti含量设定为0.3%以下。因而，Ti 的含量范围设定为0. 03 0. 3质量％的范围。Fe:1.0 质量％ 以下Fe只要使用废料作为铝合金熔化原料，芯材铝合金板中就必然含有。如上所述， Fe和Si形成金属间化合物而提高芯材铝合金板的强度，并且使晶粒直径微细化，还具有提 高芯材的钎焊性的效果。但是，Fe的含量过多时，芯材铝合金板的抗蚀性显著降低。因此， Fe含量限制在1.0质量％以下。Mg:0. 5 质量％ 以下Mg可提高芯材铝合金板的强度。但是，Mg的含量多时，在使用氟化物系助焊剂的 铝钎剂(Nocolok)硬钎焊法等中，钎焊性降低。因此，在面向因Mg会致使钎焊性降低那样的钎焊条件下的热交换器时，Mg含量优选限制在0. 5%以下。Cr 0. 03 0. 3 质量％、Zn 0. 2 1. 0 质量％、Zr 0. 03 0. 3 质量％中的一种 或两种以上Cr、Zn、&具有提高芯材铝合金板的耐振疲劳特性、及疲劳破坏引起的龟裂的发生 起支配作用的疲劳特性的效果。要发挥该效果时，在Cr 0. 03 0. 3质量％、Zn 0. 2 1. 0 质量％、Zr 0. 03 0. 3质量％的范围，含有一种或两种以上。(本申请发明的钎料合金)包覆在芯材铝合金板2上的钎料合金4，可以使用目前正在广泛使用的JIS4043、 4045,4047等4000系的Al-Si系合金钎料等公知的钎料铝合金。钎料合金作为在一面包覆 了铝合金板牺牲防腐材料(板)3、以及在另一面包覆了铝合金钎焊料(板)4的硬钎焊片而 构成。(本申请发明的牺牲防腐材料)包覆在芯材铝合金板2上的牺牲防腐材料合金3可以使用目前正在广泛使用的 Al-I质量％ Zn成分的JIS7072等7000系铝合金等、含Zn是公知的牺牲防腐材料铝合金。 这种牺牲防腐材料在冷却水存在于管内面侧的汽车用热交换器中是必须的。即，为了确保 针对冷却水存在的管内面侧的腐蚀性的防腐、抗蚀性，牺牲防腐材料成为必须的材料。实施例〈第一的实验例(本申请第一发明及第三发明的实施例)>下面，举出实施例对本申请第一发明及第三发明更具体地进行说明。制成具有表1所示的A R成分的铝合金芯材2的层合板(硬钎焊片)1，对芯材 2的组织进行了调查。再对于该层合板1模拟钎焊，实施相当于在600°C的温度进行3分钟 钎焊的加热、保持后，以平均冷却速度100°C /分进行冷却，调查相当于该钎焊加热后的层 合板的芯材部分的组织。将这些结果示于表2。另外，对相当于该钎焊加热后的层合板的机 械特性和疲劳特性进行测定、评价。将这些结果示于表3。(层合板的制造)层合板的制造如下。将表1所示的A R的组成的3000系铝合金成分进行熔 融、铸造，制造铝合金芯材铸块。在该芯材铸块的一侧的面，包覆由Al-I质量％ Zn组成构 成的JIS7072铝合金板作为牺牲防腐材料，在另一面包覆由A1-10质量％ Si组成构成的 JIS4045铝合金板作为钎焊料。然后，如表2所示，在各例中都对该包覆板的均热温度、从均 热结束后到开始热轧的时间进行各种改变，并控制上述的分散粒子的数密度，在此基础上， 对包覆板进行热轧。然后，进一步一边施行适当的中间退火一边进行冷轧，得到H14调制材 料的层合板(硬钎焊片)。各例通用，层合板的芯材铝合金板的板厚为0. 18mm。在该芯材的各个面上分别层 叠的钎料、牺牲防腐材料的厚度都为20 30 μ m的范围。(组织)分别使用上述的测定方法，观察上述冷轧包覆板即层合板的芯材部分、和上述加 热后的各层合板的芯材部分的组织，测定轧制方向的纵剖面中的轧制方向的平均晶粒直径 (μ m)、轧制面表层部的通过500倍的SEM所观察的重心直径的平均值为1 μ m以上的分散 粒子的平均数密度(个/mm2)。将这些结果示于表2。在此，作为原材料的进行与钎焊相当的加热前的层合板的芯材铝合金板的平均晶粒直径，在表2中没有表示，但由于其在上述 相当于短时间的钎焊加热中几乎没有变化，因此，其与表2所示的进行了与钎焊相当的加 热后的层合板中的芯材铝合金板的平均晶粒直径大致相同。(机械的特性)进行上述加热后的各层合板的拉伸试验，分别测定抗拉强度(MPa)、0. 2%屈服强 度(MPa)、延伸率(％)、断面收缩率(日文絞>9 )(%)、n值。将这些结果示于表3。试验 条件是从各层合板提取与轧制方向相垂直的方向的JISZ2201的5号试验片(25mmX50mmG LX板厚)，进行拉伸试验。拉伸试验是基于JISZ2241(1980)(金属材料拉伸试验方法)，在 室温20°C下进行试验。另外，十字头速度为5mm/分，一直以固定速度进行直到试验片发生 断裂。η值是从屈服延伸的终点计算真应力和真应变，绘制在以横轴为应变，以纵轴为应力 的对数刻度上，测定测定点表示的直线的斜率所得的值。(疲劳特性)上述加热后的各层合板的疲劳特性的评价是通过上述专利文献5中记载的图3所 示的公知的单振型平面弯曲疲劳试验机在常温下进行。即，从上述加热后的各层合板上，以 与轧制方向平行的方式，切出10mmX60mmX板厚的试验片，制作试验片。如图3的右侧所 示，将该试验片的一端安装在单振型平面弯曲疲劳试验机的固定侧。而且，如图3的左侧所 示，用驱动侧的刀刃夹持该试验片的另一端。弯曲疲劳试验是通过移动该刀刃的位置，从而一边改变试验片切断长度，一边使 单振振幅一定(图3的上下方向为5mm)而反复进行试验片的平面弯曲。此时，为了再现作 为本发明课题的龟裂发生起支配作用的疲劳，调节试验片切断长度，以使付加弯曲应力达 到断裂部的应变量比较高的最大0. 005左右。在这种条件下，求出直到各试验片发生断裂 的平面弯曲的重复次数。将这些结果示于表3。还有，关于断裂部的应变量，由于不能将应变测量仪直接贴在断裂部位，因此，将 应变测量仪贴在稍微离开断裂部位的2、3处的规定的位置，根据各试验片长度时的应变测 量仪的应变值内插断裂部位的应变量，由此来推算断裂部位的应变量，以此为基础调节负 荷应力即试验片切断长度。(断裂面观察)此外，用100倍的SEM观察弯曲疲劳试验后的各层合板(相当于上述钎焊加热后) 的疲劳破坏邻域的轧制面，根据龟裂的发生程度调查疲劳破坏的机理。在该龟裂的发生程 度比较多的情况下，是作为本发明课题的龟裂发生起支配作用的疲劳，在龟裂的发生程度 比较少的情况下，是龟裂传播起支配作用的疲劳。因而，对于同种类的铝合金板，分别有意 识地(典型的)制造龟裂发生起支配作用的疲劳、和龟裂传播起支配作用的疲劳，利用以此 为基准的试料，预先对其龟裂发生程度的差异进行调研。然后，与作为该基准的试料进行对 比，在龟裂的发生程度比较多的情况下，判定为龟裂传播起支配作用的疲劳，在龟裂的发生 程度比较少的情况下，判定为龟裂传播起支配作用的疲劳。将这些结果示于表3。[表1]
16 *含量的记载中，-的记载表示为检测限以下。[表2]
[表 3]
从龟裂的发生程度多的这样的断裂面邻域表面观察结果可知，发明例1 13，本申请第一 发明及第三发明作为课题的龟裂发生起支配作用的疲劳优异。换言之，在与后述的各比较例的比较中，可以看出，如发明例1 13，如果断面收 缩率为85%以上、η值为0. 32以上，本发明第一发明及第三发明作为课题的龟裂发生起支 配作用的疲劳优异。与此相对，比较例14、15虽然芯材铝合金板在本申请发明成分组成范围内(B)，但 比较例14至热轧开始的时间过长，比较例15均热温度过低。因此，如表2所示，层合板的 芯材铝合金板的上述析出物的平均数密度超过7000个/mm2。因而，虽然芯材铝合金板的上 述平均晶粒直径在150 μ m以下，但上述加热后的各层合板其上述分散粒子的平均数密度 也超过6000个/mm2。其结果是，如表3所示，比较例14、15虽然具有规定的强度，但是断面收缩率低于 85%, η值低于0. 32，这些特性差。因此，弯曲疲劳试验中的直到钎焊相应材料的断裂的重 复次数少，疲劳寿命短。因而，根据断裂部附近轧制表面的龟裂的发生程度多这一观察结果 可知，比较例14、15中，龟裂发生起支配作用的疲劳变差。比较例16 20中，芯材铝合金板具有偏离本发明范围的成分组成N、0、P、Q、R(表 1)。即，Si、CU、Mn、Ti、Fe的含量过多，分别超出各自的上限。其结果是，上述加热后的各 层合板直到弯曲疲劳试验中的钎焊相应材料的断裂的重复次数少，疲劳寿命短。根据以上的实施例的结果可以证明，用于使热交换器用层合板或进行了与钎焊相 当的加热后的层合板的机械特性、及龟裂发生起支配作用的疲劳优异的本申请第一发明及 第三发明的各要件的重大意义或效果。〈第2的实施例(本申请第二发明及第四发明的实施例)>下面，举出实施例对本申请第二发明及第四发明更具体地进行说明。制作具有表4所示的a r组成的铝合金芯材2的层合板(硬钎焊片)1，调查芯 材2部分的组织。此外，对该层合板1进行模拟钎焊，相当于在600°C的温度实施3分钟钎 焊的加热、保持后，以平均冷却速度100°C /分进行冷却，调查相当于该钎焊加热后的层合 板的芯材部分的组织。将这些结果示于表5。另外，对相当于该钎焊加热后的层合板的机械 特性和疲劳特性进行测定、评价。将这些结果示于表6。(层合板的制造)层合板的制造如下进行。将表4所示的a r组成的3000系铝合金成分进行熔 化、铸造而制造铝合金芯材铸块。只对该芯材铸块如表5所示使均热温度进行各种变化， 控制析出物的数密度(表5中所表示的均热温度是只针对芯材铸块的均热处理温度)。之 后，在芯材铸块的一面包覆由Al-I质量％ Zn成分构成的JIS7072铝合金板作为牺牲防腐 材料，在另一面包覆由A1-10质量％ Si成分构成的JIS4045铝合金板作为钎焊料。然后， 将该包覆板再加热到500 530°C的范围进行热轧。这时，从再加热结束后到开始热轧的时 间固定为30分钟。然后，再一边施行适当的中间退火一边进行冷轧，制成为H14调制材料 的层合板(硬钎焊片)。各例通用，层合板的芯材铝合金板的板厚为0. 18mm。在该芯材的各个面分别层叠 的钎料、牺牲防腐材料的厚度均为20 30 μ m的范围。(组织)
分别采用上述的测定方法，观察上述冷轧包覆板即层合板的芯材部分、和上述加 热后的各层合板的芯材部分的组织，测定轧制方向的纵剖面中的轧制方向的平均晶粒直径 (μ m)、轧制面板厚中心部通过50000倍的TEM所观察的重心直径的平均值为0. 1 0. 5 μ m 的范围的析出物的平均数密度(个/μπι3)。将这些结果示于表2。还有，关于析出物的平 均数密度，利用等厚干涉条纹求出观察部位的试料膜厚，测定试料的每单位体积的析出物 的个数。在此，表5中没有表示作为原材料的进行与钎焊相当的加热前的层合板的芯材铝 合金板的平均晶粒直径，但由于其在相当于上述短时间的钎焊加热中几乎没有变化，因此， 与表5所示的进行了与钎焊相当的加热后的层合板中的芯材铝合金板的平均晶粒直径大 致相同。(机械特性)进行上述加热后的各层合板拉伸试验，分别测定抗拉强度(MPa)、0. 2%屈服强度 (MPa)、延伸率(％ )、断面收缩率(％ )、η值。将这些结果示于表6。试验条件为从各层合 板上提取与轧制方向相垂直的方向的JISZ2201的5号试验片(25mmX50mmGLX板厚)进 行拉伸试验。拉伸试验是基于JISZ2241 (1980)(金属材料拉伸试验方法)，在室温20°C下 进行试验。另外，十字头速度为5mm/分钟，直到试验片发生断裂一直以固定速度进行。η值 为从屈服延伸的终点计算真应力和真应变，绘制在以横轴为应变，以纵轴为应力的对数刻 度上，在真变形为0. 05 0. 10的范围测定测定点表示的直线斜率所得的值。(疲劳特性)上述加热后的各层合板的疲劳特性的评价，是用上述专利文献5中所记载的图3 所示的公知的单振型平面弯曲疲劳试验机在常温下进行。即，从上述加热后的各层合板上 以与轧制方向相平行的方式切出10mmX60mmX板厚的试验片制作试验片。如图3的右侧 所示，将该试验片的一端安装于单振型平面弯曲疲劳试验机的固定侧。而且，如图3的左侧 所示，用驱动侧的刀刃夹持该试验片的另一端。弯曲疲劳试验是通过移动该刀刃的位置，一边改变试验片切断长度，一边使单振 振幅一定(图3的上下方向为5mm)而反复进行试验片的平面弯曲。这时，为了再现作为本 发明课题的龟裂发生起支配作用的疲劳，调节试验片切断长度，以使付加弯曲应力为断裂 部的应变量比较低的最大0. 008左右。在这种条件下，求出直到各试验片发生断裂的平面 弯曲的重复次数。将这些结果示于表6。还有，关于断裂部的应变量，由于不能将应变测量仪直接贴在断裂部位，因此，将 应变测量仪贴在稍微离开断裂部位的2、3个部位的规定的位置，根据各试验片长度时的应 变测量仪的应变值内插断裂部位的应变量，由此来推算断裂部位的应变量，并以此为基准 调节负荷应力即试验片切断长度。(断裂面观察)此外，用100倍的SEM观察弯曲疲劳试验后的各层合板(相当于上述钎焊加热后) 的疲劳破坏邻域的轧制面，根据龟裂的发生程度调查疲劳破坏的机理。在该龟裂的发生程 度比较多的情况下是作为本发明课题的龟裂发生起支配作用的疲劳，在龟裂的发生程度比 较少的情况下是龟裂传播起支配作用的疲劳。因而，对于同种类的铝合金板，分别有意识地 (典型的)制造试分为龟裂发生起支配作用的疲劳、和龟裂传播起支配作用的疲劳，利用以 此为基准的试料，预先对其龟裂发生程度的差异进行调研。然后，与作为该基准的试料进行对比，在龟裂的发生程度比较多的情况下，判定为龟裂传播起支配作用的疲劳，在龟裂的发 生程度比较少的情况下，判定为龟裂传播起支配作用的疲劳。将这些结果示于表6。[表 4]
0. 1一*含量的记载中，-的记载表示为检测限以下。[表5] 如表5所示，发明例21 33中，芯材铝合金板在本申请发明成分组成范围内，且 在优选的均热条件范围内进行制造。因此，如表5所示，层合板(硬钎焊片)的芯材铝合金 板中，大小为0. 1 0.5μπι的范围的析出物的平均数密度为150个/μ m3以下。因此，作 为进行了与钎焊相当的加热后的层合板(硬钎焊片)，也具有上述大小为0. 1 0. 5 μ m的 范围的析出物的平均数密度在80个/μ m3以下的组织。其结果如表6所示，发明例21 33除具有规定的强度以外，断面收缩率、η值等 特性优异，弯曲疲劳试验中的直到钎焊相应材料的断裂的重复次数多，疲劳寿命长。因而， 从龟裂的发生程度少这一断裂面附近表面观察结果可知，发明例21 33中，作为本申请第 二发明及第四发明课题的龟裂传播起支配作用的疲劳优异。换言之，在与后述的各比较例的比较中可以看出，如发明例21 33，如果断面收缩率为84%以上、η值为0. 32以上，则本申请第二发明及第四发明中作为课题的龟裂传播 起支配作用的疲劳优良。与此相对，比较例34、35中，芯材铝合金板在本申请发明成分组成范围内(B)，但 均热温度过低。因此，如表5所示，层合板的芯材铝合金板，其上述析出物的平均数密度超 过50个/ μ m3。因而，上述加热后的各层合板中，虽然其芯材铝合金板的上述平均晶粒直径 为200 μ m以下，但是上述析出物的平均数密度也超过20个/ μ m3。其结果如表6所示，比较例34、35虽然具有规定的强度，但是断面收缩率低于 85%、η值低于0.32，这些特性较差。因此，弯曲疲劳试验中至钎焊相应材料断裂的重复次 数较少，疲劳寿命短。因而，从断裂部邻域轧制表面的龟裂发生的程度少的观察结果可知， 比较例34、35在龟裂传播起支配作用的疲劳较差。比较例36 40中，芯材铝合金板具有偏离本申请发明范围的成分组成n、o、p、q、 r (表4)。即，Si、CU、Mn、Ti、Fe的含量过多，超过各个上限。其结果是，上述加热后的各层 合板在弯曲疲劳试验中的直到钎焊相应材料的断裂的反复次数较少，疲劳寿命短。根据以上的实施例的结果可以证明，用于使热交换器用层合板或进行了与钎焊相 当的加热后的层合板的机械特性、及龟裂发生起支配作用的疲劳优异的本申请第二发明及 第四发明的各要件的重大意义或效果。产业上的可利用性根据本申请发明，能够提供铝合金散热器管等的进行了与钎焊相当的加热后的层 合板、及铝合金硬钎焊片等的层合板能够薄壁化的疲劳特性优异的铝合金层合板及进行了 与钎焊相当的加热后的层合板。因而，本申请发明适合用于要求散热器管的薄壁化，并且疲 劳特性优异的汽车用等的铝合金制热交换器。如上所述，对本发明详细地、并参照特定的实施方式进行了说明，但对于从业者来 说，不言而喻，不脱离本发明的精神和范围，可以对本发明加以各种各样的变更。本申请是 基于2008年2月12日申请的日本专利申请(日本特愿2008-030679)、2008年2月12日 申请的日本专利申请(日本特愿2008-030680)及2008年11月25日申请的日本专利申请 (日本特愿2008-299562)的发明，其内容在此作为参照被引入。
权利要求
一种铝合金层合板，其是至少包括芯材铝合金板和包覆在所述芯材铝合金板上的防腐用铝合金牺牲材料、并通过钎焊使用于热交换器的铝合金层合板，其特征在于，所述芯材铝合金板分别含有Si0.2～1.5质量％、Cu0.2～1.2质量％、Mn0.2～1.4质量％、Ti0.03～0.3质量％，并含有Fe1.0质量％以下，且余量由Al及不可避免的杂质构成，具有如下的组织该芯材铝合金板的在轧制面表层部通过500倍的SEM所观察的重心直径的平均值为1μm以上的分散粒子的平均数密度为7000个/mm2以下。
2.—种铝合金层合板，其是至少包括芯材铝合金板和包覆在所述芯材铝合金板上的防 腐用铝合金牺牲材料、并通过钎焊形成热交换器的铝合金层合板，其特征在于，所述芯材铝合金板为如下的铝合金组成，所述铝合金组成分别含有Si :0. 2 1. 5质 量％、Cu 0. 05 1. 2 质量％、Mn 0. 3 1. 8 质量％、Ti 0. 03 0. 3 质量％，并含有 Fe 1. 0质量％以下，且余量由Al及不可避免的杂质构成，具有如下的组织该芯材铝合金板的在轧制面板厚中心部通过50000倍的TEM所观察 到的重心直径的平均值为0. 1 0.5μπι范围的析出物的平均数密度为150个/μ m3以下。
3.—种铝合金层合板，其是至少包括芯材铝合金板和包覆在所述芯材铝合金板上的铝 合金防腐用铝合金牺牲材料的铝合金层合板，其特征在于，所述芯材铝合金板为如下的铝合金组成，所述铝合金组成分别含有Si :0. 2 1. 5质 M%,Cu :0. 2 1.2质量％、]^ :0. 2 1.4质量％、11 0. 03 0. 3 质量％，并含有 Fe 1. 0 质量％以下，且余量由Al及不可避免的杂质构成，作为钎焊相当的加热后的组织，具有如下的组织该芯材铝合金板的在轧制方向的纵 剖面中的轧制方向的平均晶粒直径为200 μ m以下，并且，该芯材铝合金板的在轧制面表层 部通过500倍的SEM所观察的重心直径的平均值为1 μ m以上的分散粒子的平均数密度为 6000个/mm2以下。
4.一种铝合金层合板，其是至少包括芯材铝合金板和包覆在所述芯材铝合金板上的防 腐用铝合金牺牲材料的铝合金层合板，其特征在于，所述芯材铝合金板为如下的铝合金组成，所述铝合金组成分别含有Si :0. 2 1. 5质 量％、Cu 0. 05 1. 2 质量％、Mn 0. 3 1. 8 质量％、Ti 0. 03 0. 3 质量％，并含有 Fe 1. 0质量％以下，且余量由Al及不可避免的杂质构成，作为钎焊相当的加热后的组织，具有如下的组织该芯材铝合金板的在轧制方向的纵 剖面中的轧制方向的平均晶粒直径设定为200 μ m以下，并且，该芯材铝合金板的在轧制面 板厚中心部通过50000倍的TEM所观察的重心直径的平均值为0. 1 0. 5 μ m范围的析出 物的平均数密度为80个/μ m3以下。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的铝合金层合板，其中，所述芯材铝合金板还含 有Cr 0. 03 0.3质量％、Zn :0. 2 1.0质量％、& 0. 03 0. 3质量％中的一种或两种 以上。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的铝合金层合板，其中，所述芯材铝合金板还含有 Mg:0. 5质量％以下。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的铝合金层合板，其中，所述芯材铝合金板的板厚 为不足0. 25mm的薄壁。
8.根据权利要求1 7中任一项所述的铝合金层合板，其中，所述层合板的板厚为不足 0. 3mm的薄壁。
全文摘要
本发明提供一种能够薄壁化且疲劳特性优异的铝合金散热管等的进行了与钎焊相当的加热后的层合板、及铝合金硬钎焊片等层合板。本发明为至少包括芯材铝合金板(2)和包覆在该芯材铝合金板(2)上的铝合金牺牲防腐材料(3)、且通过钎焊或焊接制成热交换器的铝合金层合板或进行了与钎焊相当的加热后的层合板。本发明中，所述芯材铝合金板(2)包括3000系的特定成分组成，此外，通过限制该芯材铝合金板(2)的特定尺寸的分散粒子的平均数密度，能够使龟裂发生中支配性的疲劳特性优异。
文档编号C22F1/04GK101918601SQ200980102028
公开日2010年12月15日 申请日期2009年2月5日 优先权日2008年2月12日
发明者木村申平, 杵渊雅男, 松本克史, 植田利树, 田村荣一, 腰越史浩 申请人:株式会社神户制钢所