鋁合金層合板的制作方法
【專利說明】f呂合金層合板
[0001] 本申請是分案申請，其母案申請的【申請號】200980102028. 3,申請日：2009年2月 5日，發明名稱：鋁合金層合板。
技術領域
[0002] 本發明涉及鋁合金熱交換器用的鋁合金層合板（以下也將鋁叫做A1)，尤其是涉 及疲勞特性優異的鋁合金層合板。本發明中，提供一種至少包括芯材鋁合金板和包覆在所 述芯材鋁合金板上的鋁合金板犧牲防腐材料的層合板，將通過釬焊使用于熱交換器的熱交 換器用原材料也叫做鋁合金層合板、進行與釬焊相當的加熱前的鋁合金層合板、或只叫做 原材料層合板。另外，將至少包括芯材鋁合金板和包覆在所述芯材鋁合金板上的鋁合金板 犧牲防腐材料，實施了相當于釬焊的加熱處理的層合板也叫做進行了與釬焊相當的加熱后 的鋁合金層合板、或只叫做進行了與釬焊相當的加熱后的層合板。
【背景技術】
[0003] 為了汽車的車身輕量化，汽車的熱交換部件中，代替目前所使用的銅合金材料而 使用鋁合金材料的情況也正在增加。而且，這些熱交換部件用鋁合金材料使用由被多層化 的層合板（也叫做包覆板、包覆材料）構成的抗蝕性鋁合金材料。
[0004] 這種層合板在通過釬焊組裝成熱交換器的情況下，構成為在鋁合金制芯材的一面 包覆了鋁合金犧牲防腐材料（板）、在另一面包覆了鋁合金釬焊料（板）的硬釬焊片的結 構。
[0005] 圖4表示鋁合金制汽車用熱交換器（散熱器）的例子。如圖4所示，散熱器100 通常是在多根設置的扁平管狀的鋁合金制散熱器管111之間，一體形成有加工成波紋狀的 鋁合金制散熱片112。該管111的兩端為分別向由集管（header) 113和貯水箱（未圖示） 構成的空間開口的結構。這種結構的散熱器100將從一邊的貯水箱的空間通過管111內而 達到高溫的制冷劑，輸送到另一貯水箱一側的空間，在管111及散熱片112的部分進行熱交 換，使變為低溫的制冷劑進行再循環。
[0006] 該鋁合金材制管111由鋁合金制硬釬焊片101構成。圖5表示鋁合金制硬釬焊片 101的剖面。在該圖5中，硬釬焊片101在鋁合金制芯材102的一側面層疊（包覆）有鋁合 金制犧牲陽極材料（也叫做皮材）103,在芯材102的另一側面層疊（包覆）有鋁合金制釬 料104。還有，在為鋁合金制包覆片材的情況下，構成為僅在一側的面包覆有鋁合金犧牲防 腐材料103的層合板。
[0007] 這種鋁合金制硬釬焊片101通過成形輥等形成扁平管狀，通過電阻焊或釬焊加 熱，硬釬焊片101自身被釬焊，形成如圖4的管111那樣的流體通路。
[0008] 散熱器的制冷劑（冷卻劑）的主成分為水溶性媒體，使用其中適當含有市售的防 銹劑等的制冷劑。但是，在使用這樣的制冷劑的情況下，存在由于防銹劑等歷時劣化后所生 成的酸，導致所述犧牲材料或芯材等鋁合金材料容易被腐蝕之類的問題。因此，必須使用對 水溶性媒體具有高抗蝕性的鋁合金材料。
[0009] 因此，從抗蝕性和強度的觀點考慮，硬釬焊片及用于包覆片的層合板的鋁合金制 芯材102,使用JISH4000中所規定的例如由Al - 0. 15質量％ Cu - I. 1質量％ Mn等成分 構成的3003等Al - Mn系（3000系）合金。另外，以抗蝕和Mg向芯材102的擴散而形成 的高強度化為目的，時常與制冷劑接觸的皮材103中，使用由Al - 1質量％ Zn組成等構成 的7072等Al - Zn系、或者Al - Zn - Mg系（7000系）合金。此外，釬料104使用由低熔 點的Al - 10質量％ Si等的組成構成的4045等Al - Si系（4000系）合金。
[0010] 散熱器100采用使用這種硬釬焊片101形成的管111、進行了波紋加工的散熱 片112和其它部件，通過硬釬焊組裝為一體。作為硬釬焊的手法，有助焊劑硬釬焊（flux brazing)法、使用非腐蝕性的助焊劑的錯釬劑（Nocolok)硬釬焊法等，加熱到600°C左右的 尚溫進彳丁纖焊。
[0011] 如此組裝成的散熱器100內、特別是管111內，從高溫到低溫、且從高壓到常壓的 前述的液體制冷劑時常進行流通循環。即，由于這些內壓變動或汽車自身的振動等長時間 附加重復應力，因此要求管111具有耐受這些應力的疲勞特性。假設在疲勞特性低、產生疲 勞破壞的情況下，疲勞破壞作為管111的裂紋發生、進展，若貫通管111，則成為來自散熱器 滲漏的原因。因此，散熱器管的疲勞特性的改善是重要的課題。
[0012] 目前，該散熱器管的疲勞特性的改善已提出各種方案。例如，專利文獻1中，鋁合 金制硬釬焊片的芯材是含有(：11、1'^11，并限制31、？6、1%的鋁合金，通過使芯材的縱剖面中 的軋制方向的平均晶粒直徑L為150~200 μ m，來提高管的焊接部的抗蝕性，從而改善管的 反復彎曲造成的疲勞破壞性，即汽車在振動下的耐振疲勞特性。專利文獻2中，通過將犧牲 防腐材料側的厚度方向的平均晶粒直徑設定為低于犧牲防腐材料的厚度，來提高犧牲防腐 材料的抗蝕性，從而改善管的反復彎曲及反復的內壓負荷造成的疲勞破壞性即疲勞特性。
[0013] 另外，已知疲勞特性通常與靜態的抗拉強度有關，在熱交換器中，例如像專利文獻 3那樣，已提出為了提高原材料的抗拉強度而添加了 Cu的材料。而且，專利文獻4中，通過 組織性的改善來改善耐振疲勞特性。即，專利文獻4中，已提出如下方案，即，在使用包覆有 含有Cu的鋁合金芯材、鋁合金釬料、含有Zn和Mg的鋁合金犧牲材料的三層構造的鋁合金 硬釬焊片的熱交換器中，使特定的Al - Cu - Mg - Zn系析出物分布在釬焊后的硬釬焊片 的芯材與犧牲材料的界面附近的芯材側界面部。這是通過Al - Cu - Mg - Zn系析出物進 行的時效硬化，提高芯材側界面部的強度，由此，改善反復的內壓負荷造成的疲勞破壞性即 疲勞特性的方法。
[0014] 此外，專利文獻5中，以X射線衍射強度比規定鋁合金制硬釬焊片的集合組織，該 鋁合金制硬釬焊片由Al - Mn系合金的芯材、包覆在該芯材的一側面的Al - Zn系合金等的 皮材、包覆在該芯材的另一側面的Al - Si系合金的釬料構成。專利文獻5中，硬釬焊片在 與軋制方向相平行的方向的塑性變形容易均勻地發生。由此，即使在硬釬焊片的軋制方向 負荷拉伸或壓縮的重復應力，由于變形不會局部地集中，因此龜裂向板厚方向的進展緩慢， 可以提高包括塑性區域的疲勞在內的硬釬焊片的壽命。
[0015] 另外，為了提高不是由硬釬焊片，而是由相同的3000系鋁合金構成的散熱片的抗 蝕性，已提出了對組織中的結晶物及金屬間化合物的形狀及數密度進行規定的技術（例如 參照專利文獻6、7、8)。由于這種散熱片如果被腐蝕，就會造成片自身的消失，因此抗蝕性很 重要。因此，專利文獻6、7、8中所記載的組織中的結晶物、金屬間化合物的形狀及數密度的 規定，也與提高抗蝕性之類的散熱片特有的技術性課題有緊密聯系。
[0016] 專利文獻1:日本公開專利公報：2003 - 82427
[0017] 專利文獻2:日本公開專利公報：11 一 100628
[0018] 專利文獻3:日本公開專利公報：10 - 53827
[0019] 專利文獻4:日本公開專利公報：9 一 95749
[0020] 專利文獻5:日本公開專利公報：2006 - 291311
[0021] 專利文獻6:日本公開專利公報：9 一 78168
[0022] 專利文獻7:日本公開專利公報：2000 - 119783
[0023] 專利文獻8:日本公開專利公報：2005 - 139505
[0024] 但是，這些現有汽車的散熱器管壁比較厚。例如，在前述各專利文獻中，以作為耐 疲勞特性評價的對象的硬釬焊片的板厚（合計板厚）為參考時，專利文獻1中為〇. 4mm、專 利文獻2中為0. 25mm、專利文獻4和5中為0. 20mm，整個板厚為0. 20mm以上。但是，由于 為了關系到地球環境問題的燃費提高的汽車輕量化，也正在要求散熱器的輕量化。因此，正 在研宄散熱器的管、即鋁合金制硬釬焊片的更進一步的薄壁化。
[0025] 在散熱器管為0.4mm程度這樣壁厚比較厚的情況下，管自身的剛性比較高。與此 相對，在散熱器管主要是硬釬焊片等層合板的板厚薄壁化的情況下，管自身的剛性變低。另 一方面，所使用的制冷劑的壓力大多設定的比以往高。在硬釬焊片等層合板的板厚薄壁化 的情況下，由于他們的協同效果，具有對前述重復應力造成的疲勞破壞的感受性增高、疲勞 特性降低的傾向。
[0026] 發生了這種疲勞破壞的情況下，散熱器管發生龜裂（裂紋、裂縫）。在被薄壁化的 散熱器管的情況下，這種龜裂貫通管，引起散熱器的液漏的可能性高，因此，成為更加嚴重 的損傷。
[0027] 但是，關于這樣被薄壁化后的散熱器管的疲勞特性，迄今為止還沒有發現有效的 改善策略。在該有效的改善策略未被發現時，散熱器管、即鋁合金制硬釬焊片等層合板不能 薄壁化，對散熱器的輕量化、進而汽車的輕量化會產生很大的限制。

【發明內容】

[0028] 鑒于這樣的問題，本發明的目的在于提供一種熱交換器的散熱器管用的鋁合金硬 釬焊片等可薄壁化并且疲勞特性優異的鋁合金層合板。
[0029] 為了實現該目的，本申請第一發明的鋁合金層合板，其至少包括芯材鋁合金板和 包覆在所述芯材鋁合金板上的防腐用鋁合金犧牲材料，并通過釬焊使用于熱交換器，其特 征在于，所述芯材鋁合金板為如下鋁合金組成：分別含有Si :0. 2~1. 5質量％、Cu :0. 2~ L 2質量％、Mn :0· 2~1. 4質量％、Ti :0· 03~(λ 3質量％，并含有Fe :L 0質量％以下，余 量由Al及不可避免的雜質構成，并具有如下組織：該芯材鋁合金板的在軋制面表層部通過 500倍的S