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?zhí)枴?00980102028. 3,申請日：2009年2月 5日，發(fā)明名稱：鋁合金層合板。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)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(yōu)異的鋁合金層合板。本發(fā)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(jìn)行與釬焊相當(dāng)?shù)募訜崆暗匿X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(shí)施了相當(dāng)于釬焊的加熱處理的層合板也叫做進(jìn)行了與釬焊相當(dāng)?shù)募訜岷?的鋁合金層合板、或只叫做進(jìn)行了與釬焊相當(dāng)?shù)募訜岷蟮膶雍习濉?br>【背景技術(shù)】
[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(gòu)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(gòu)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(jié) 構(gòu)。
[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(shè)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(gòu)成的空間開口的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的散熱器100將從一邊的貯水箱的空間通過管111內(nèi)而 達(dá)到高溫的制冷劑，輸送到另一貯水箱一側(cè)的空間，在管111及散熱片112的部分進(jìn)行熱交 換，使變?yōu)榈蜏氐闹评鋭┻M(jìn)行再循環(huán)。
[0006] 該鋁合金材制管111由鋁合金制硬釬焊片101構(gòu)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(cè)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(cè)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(gòu)成為僅在一側(cè)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(dāng)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(shí)劣化后所生 成的酸，導(dǎo)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(qiáng)度的觀點(diǎn)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(guī)定的例如由Al - 0. 15質(zhì)量％ Cu - I. 1質(zhì)量％ Mn等成分 構(gòu)成的3003等Al - Mn系（3000系）合金。另外，以抗蝕和Mg向芯材102的擴(kuò)散而形成 的高強(qiáng)度化為目的，時(shí)常與制冷劑接觸的皮材103中，使用由Al - 1質(zhì)量％ Zn組成等構(gòu)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(diǎn)的Al - 10質(zhì)量％ Si等的組成構(gòu)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(jìn)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(cuò)釬劑（Nocolok)硬釬焊法等，加熱到600°C左右的 尚溫進(jìn)彳丁纖焊。
[0011] 如此組裝成的散熱器100內(nèi)、特別是管111內(nèi)，從高溫到低溫、且從高壓到常壓的 前述的液體制冷劑時(shí)常進(jìn)行流通循環(huán)。即，由于這些內(nèi)壓變動(dòng)或汽車自身的振動(dòng)等長時(shí)間 附加重復(fù)應(yīng)力，因此要求管111具有耐受這些應(yīng)力的疲勞特性。假設(shè)在疲勞特性低、產(chǎn)生疲 勞破壞的情況下，疲勞破壞作為管111的裂紋發(fā)生、進(jìn)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(xiàn)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(fù)彎曲造成的疲勞破壞性，即汽車在振動(dòng)下的耐振疲勞特性。專利文獻(xiàn)2中，通過將犧牲 防腐材料側(cè)的厚度方向的平均晶粒直徑設(shè)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(fù)彎曲及反復(fù)的內(nèi)壓負(fù)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(tài)的抗拉強(qiáng)度有關(guān)，在熱交換器中，例如像專利文獻(xiàn) 3那樣，已提出為了提高原材料的抗拉強(qiáng)度而添加了 Cu的材料。而且，專利文獻(xiàn)4中，通過 組織性的改善來改善耐振疲勞特性。即，專利文獻(xiàn)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(gòu)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(cè)界面部。這是通過Al - Cu - Mg - Zn系析出物進(jìn) 行的時(shí)效硬化，提高芯材側(cè)界面部的強(qiáng)度，由此，改善反復(fù)的內(nèi)壓負(fù)荷造成的疲勞破壞性即 疲勞特性的方法。
[0014] 此外，專利文獻(xiàn)5中，以X射線衍射強(qiáng)度比規(guī)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(cè)面的Al - Zn系合金等的 皮材、包覆在該芯材的另一側(cè)面的Al - Si系合金的釬料構(gòu)成。專利文獻(xiàn)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(fā)生。由此，即使在硬釬焊片的軋制方向 負(fù)荷拉伸或壓縮的重復(fù)應(yīng)力，由于變形不會(huì)局部地集中，因此龜裂向板厚方向的進(jìn)展緩慢， 可以提高包括塑性區(qū)域的疲勞在內(nèi)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(gòu)成的散熱片的抗 蝕性，已提出了對組織中的結(jié)晶物及金屬間化合物的形狀及數(shù)密度進(jìn)行規(guī)定的技術(shù)（例如 參照專利文獻(xiàn)6、7、8)。由于這種散熱片如果被腐蝕，就會(huì)造成片自身的消失，因此抗蝕性很 重要。因此，專利文獻(xiàn)6、7、8中所記載的組織中的結(jié)晶物、金屬間化合物的形狀及數(shù)密度的 規(guī)定，也與提高抗蝕性之類的散熱片特有的技術(shù)性課題有緊密聯(lián)系。
[0016] 專利文獻(xiàn)1:日本公開專利公報(bào)：2003 - 82427
[0017] 專利文獻(xiàn)2:日本公開專利公報(bào)：11 一 100628
[0018] 專利文獻(xiàn)3:日本公開專利公報(bào)：10 - 53827
[0019] 專利文獻(xiàn)4:日本公開專利公報(bào)：9 一 95749
[0020] 專利文獻(xiàn)5:日本公開專利公報(bào)：2006 - 291311
[0021] 專利文獻(xiàn)6:日本公開專利公報(bào)：9 一 78168
[0022] 專利文獻(xiàn)7:日本公開專利公報(bào)：2000 - 119783
[0023] 專利文獻(xiàn)8:日本公開專利公報(bào)：2005 - 139505
[0024] 但是，這些現(xiàn)有汽車的散熱器管壁比較厚。例如，在前述各專利文獻(xiàn)中，以作為耐 疲勞特性評(píng)價(jià)的對象的硬釬焊片的板厚（合計(jì)板厚）為參考時(shí)，專利文獻(xiàn)1中為〇. 4mm、專 利文獻(xiàn)2中為0. 25mm、專利文獻(xiàn)4和5中為0. 20mm，整個(gè)板厚為0. 20mm以上。但是，由于 為了關(guān)系到地球環(huán)境問題的燃費(fèi)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(jìn)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(shè)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(xié)同效果，具有對前述重復(fù)應(yīng)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(fā)生了這種疲勞破壞的情況下，散熱器管發(fā)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(yán)重 的損傷。
[0027] 但是，關(guān)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(fā)現(xiàn)有效的 改善策略。在該有效的改善策略未被發(fā)現(xiàn)時(shí)，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(jìn)而汽車的輕量化會(huì)產(chǎn)生很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028] 鑒于這樣的問題，本發(fā)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(yōu)異的鋁合金層合板。
[0029] 為了實(shí)現(xiàn)該目的，本申請第一發(fā)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(zhì)量％、Cu :0. 2~ L 2質(zhì)量％、Mn :0· 2~1. 4質(zhì)量％、Ti :0· 03~(λ 3質(zhì)量％，并含有Fe :L 0質(zhì)量％以下，余 量由Al及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)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