JPH1088265A - ろう付け後の強度および犠牲陽極効果に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ろう付け後の熱伝導度、強度および犠牲陽極
効果に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提
供する。 【解決手段】 Ｍｎ:1.5％を越え2.2 ％以下、Ｓｉ:0.5
〜1.2 ％、Ｆｅ:0.1〜0.6 ％、Ｚｎ:2％を越え5 ％以
下、Ｃｕ:0.1〜0.6 ％を含有し、残部Ａｌおよび不可避
的不純物からなる。必要に応じて、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ、
Ｚｒ、Ｃｒを含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラジエータやカー
エアコンなど、フィンと作動流体通路構成材料とをろう
付けにより接合して構成される熱交換器用アルミニウム
合金フィン材、特に、ろう付け後の強度および犠牲陽極
効果に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ラジエータ、エアコン、インタークー
ラ、オイルクーラなど、自動車用熱交換器は、純アルミ
ニウム系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系
合金などからなる作動流体通路構成材料とアルミニウム
合金フィン材とを、ろう付け接合することにより組立て
られる。

【０００３】フィン材としては、作動流体通路構成材料
を防食するために、犠牲陽極効果が要求されるととも
に、ろう付け時の高温加熱により変形したり、溶融ろう
が浸食したりしないように、優れた耐高温座屈性が要求
される。耐高温座屈性を高めるためにはＭｎの添加が有
効であることが知られており、フィン材としては、３０
０３合金、３２０３合金などのＡｌ−Ｍｎ系合金が多く
使用されている。また、犠牲陽極効果を付与するため、
Ａｌ−Ｍｎ系合金にＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎなどを添加して電
気化学的に卑にする方法（特開昭62-120455 号公報な
ど) 、耐高温座屈性( 耐サグ性) を向上させるために、
Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒなどを添加する手段（特開昭50-11891
9 号公報など) が提案されている。

【０００４】近年、とくに自動車用熱交換器の軽量化、
コスト低減に対する要求から、フィン材など熱交換器用
構成材料の薄肉化が要請されているが、フィン材を薄肉
化すると、熱交換器の強度、耐久性が低下し易く、伝熱
面積も小さくなるため、熱交換性能にも支障を生じると
いう問題がある。

【０００５】この問題を解決するためには、ろう付け後
の強度と熱伝導度を高めることが有効であるが、Ａｌ−
Ｍｎ合金の場合、高温でろう付けした際、Ｍｎが固溶す
るため、熱伝導度の低下が著しくなる。このためＭｎ含
有量を減少させ、熱伝導性を高めたフィン材として、Ｍ
ｎ:0.1〜0.8 ％、Ｚｒ:0.02 〜0.2 ％、Ｓｉ:0.1〜0.8
％を含有するアルミニウム合金フィン材も提案されてい
るが（特公昭63-23260号公報) 、この合金では、ろう付
け後の強度が低く、使用中にフィン倒れや変形が生じ易
くなり、またフィン材の電位も卑でないため、犠牲陽極
効果も期待できないという難点がある。

【０００６】熱伝導度が高い純アルミニウム（１０５
０、１０７０など）に、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎを添加し、あ
るいはＣｒ、Ｔｉ、Ｚｒなどを含有させたフィン材の使
用も試みられているが、このフィン材では、熱伝導度は
高いが、ろう付け後の強度が低いため、フィン倒れが生
じ易く、強度上の問題点は解消されていない。

【０００７】ろう付け後の強度と熱伝導性が高いフィン
材として、Ｓｉ:0.05 〜0.8 ％、Ｆｅ:0.05 〜0.6 ％、
Ｍｎ:0.6〜1.6 ％、Ｚｎ:0.3〜2.0 ％、Ｃｕ:0.3％を含
有するアルミニウム合金フィン材も提案されている。(
特開平5-98376 号公報) このフィン材では、ある程度の
薄肉化は可能であるが、さらに薄肉化を達成するために
は、ろう付け後の強度が十分でない。Ｃｕを多く添加す
れば、ろう付け後の強度は向上するが、犠牲陽極効果が
低下するという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ａｌ−Ｍｎ
系合金フィン材についての上記従来の問題点を解消する
ために、ＭｎとＳｉとの共存、Ｆｅ、Ｃｕの組合わせに
よるろう付け後の強度向上効果、この合金にＺｎを組合
わせた場合の、Ｚｎ添加量と犠牲陽極効果との関連など
について、多角的に実験、検討を加えた結果としてなさ
れたものであり、その目的は、ろう付け後の強度および
犠牲陽極効果に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィ
ン材を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるろう付け後の強度および犠牲陽極効果
に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、Ｍ
ｎ:1.5％を越え2.2 ％以下、Ｓｉ:0.5〜1.2 ％、Ｆｅ:
0.1〜0.6 ％、Ｚｎ:2％を越え5 ％以下、Ｃｕ:0.1〜0.6
％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる
ことを構成上の第１の特徴とする。また、上記の成分に
加え、Ｉｎ0.05％以下、Ｓｎ:0.05 ％以下の１種または
２種を含有することを第２の特徴とし、さらにＭｇ:0.2
％以下、Ｚｒ: 0.25％以下、Ｃｒ:0.25 ％のうちの１種
または２種以上を含有することを第３の特徴とする。

【００１０】本発明における合金成分の意義およびその
限定理由について説明すると、Ｍｎは、Ｓｉと共存して
Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の化合物を生成し、ろう付け前およ
びろう付け後の強度を向上させ、耐高温座屈性、成形加
工性を改善する。好ましい含有範囲は1.5 ％を越え2.0
％以下の範囲であり、1.5 ％以下ではその効果が小さ
く、2.0 ％を越えて含有すると、鋳造時に粗大な晶出物
が生成し、圧延加工性が害され板材の製造が困難とな
る。晶出物はＭｎの含有量の増加とともに生成し易くな
る。Ｍｎのさらに好ましい含有範囲は1.5 ％を越え1.8
％である。

【００１１】ＳｉはＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物を生成
し、強度の向上に機能する。好ましい含有量は0.5 〜1.
2 ％の範囲であり、0.5 ％未満では十分な効果が得られ
ず、1.2 ％を越えると、ろう付け時にフィンの溶融が生
じ易くなる。Ｓｉのさらに好ましい含有範囲は0.5 ％を
越え、1 ％未満である。Ｓｉ量1 ％を越えると、ろう付
け時にフィン材に溶融が生じ易くなる。

【００１２】ＦｅはＭｎの固溶を抑制し、ろう付け後の
熱伝導度を向上させる。好ましい含有範囲は0.1 〜0.6
％であり、0.1 ％未満ではその効果が十分でなく、0.6
％を越えると、鋳造時に粗大な晶出物が生成し、自己腐
食速度が増大する結果、フィンの形を保持できず熱性能
が低下して、チューブ材の孔食が発生する。

【００１３】Ｃｕは、フィンの強度を向上させるよう機
能する。Ｃｕの好ましい含有範囲は0.1 〜0.6 ％であ
り、0.1 ％未満ではその効果が小さく、0.6 ％を越える
と、フィン材の電位が貴となって犠牲陽極効果が低下す
る。

【００１４】Ｚｎは、フィン材の電位を卑にし、犠牲陽
極効果を与える。好ましい含有量は2 ％を越え5 ％以下
の範囲である。Ｃｕ添加との相互関係で、2 ％以下では
その効果が十分でなく、5 ％を越えると鋳塊割れが生じ
易くなる。Ｚｎのさらに好ましい含有範囲は2 〜4 ％で
ある。

【００１５】ＩｎおよびＳｎは、Ｃｕの含有量を増加さ
せると、Ｚｎの添加だけではフィン材の電位を卑に保持
するのが難しくなる。そのため、必要に応じて、Ｉｎ、
Ｓｎを0.05％以下の範囲で添加する。ＩｎおよびＳｎは
フィン材の電位を卑にするよう機能するもので、好まし
い添加量は、Ｉｎ:0.01 〜0.05％、Ｓｎ:0.01 〜0.05
％、さらに好ましい添加量は、Ｉｎ:0.01 〜0.03％、Ｓ
ｎ:0.02 〜0.05％の範囲である。

【００１６】Ｍｇはフィン材の強度を向上させる。含有
範囲は0.2 ％以下であり、Ｍｇが0.2 ％を越えると、フ
ッ化物ろう付けを行った場合、Ｍｇとフラックスが反応
してろう付け不良が生じ易くなる。また、真空ろう付け
を行った場合、フィン材の板厚が80μm 以下になると、
Ｍｇの蒸発量が多くなり、フィン材中のＭｇがほとんど
残留しなくなる。好ましい含有範囲は0.01〜0.2 ％であ
る。ＺｒおよびＣｒは、フィン材の耐高温座屈性を向上
させる。好ましい含有量は、いずれも0.25％以下の範囲
であり、0.25％を越えて含有すると、巨大晶出物が生成
して圧延加工性を害し、健全な板の製造が困難となる。
好ましい含有範囲は、いずれも0.01〜0.25％である。な
お、本発明においては、Ｔｉ:50 〜300ppm、Ｂ:10 〜10
0ppmを添加することにより、通常のアルミニウム合金と
同様、鋳塊組織の微細化により製造性などの特性を向上
させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明のアルミニウム合金フィン
材は、上記の組成を有するアルミニウム合金を、半連続
鋳造により造塊し、得られた鋳塊を均質化処理後、熱間
圧延、冷間圧延を行い、中間焼鈍を経て仕上げ冷間圧延
することにより製造され、所定厚さのフィン材とする。

【００１８】得られたアルミニウム合金フィン材は、コ
ルゲート加工され、アルミニウム合金からなる偏平押出
管などの作動流体通路構成材と組合わせ、フラックスろ
う付けあるいは真空ろう付けを行って熱交換器エレメン
トとして組立てる。

【００１９】以下、本発明の実施例を比較例と対比して
説明する。

【実施例】

実施例１ 表１に示す組成のアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得
られた鋳塊を均質化処理後、熱間圧延、冷間圧延し、中
間焼鈍を経て仕上げ冷間圧延を行って、0.07mm厚さのア
ルミニウム合金フィン材を得た。中間焼鈍温度は340 ℃
とした。

【００２０】得られたフィン材について、フッ化物系フ
ラックスを塗布した後、ろう付け時と同様、窒素ガス中
で600 ℃で3 分間加熱した後、引張試験を行い、熱伝導
度の測定に代えて電気伝導度( 測定温度:25 ℃) を測定
した。一般に金属においては、熱伝導度と電気伝導度の
間には比例関係があるから、電気伝導度を測定すること
により熱伝導度の良否を判定することができる。

【００２１】また、犠牲陽極効果を評価するために、ｐ
Ｈ3 に調整した3 ％ＮａＣｌ水溶液中に8 時間浸漬した
後の自然電極電位を測定した。さらに、フィン材をコル
ゲート加工し、３００３合金を芯材とし、４０４５合金
をろう材としてクラッドしたプレート材（厚さ0.25mm)
と組合わせて、フッ化物系のフラックスによるろう付け
を行い、ろう付け性を調べ、ろう付け品について1 ヶ月
間のＣＡＳＳ試験（JIS D 0201) を行い、プレートに生
じた最大腐食深さを測定し、フィンの腐食状況を観察し
た。結果を表２に示す。

【００２２】表２に示すように、本発明に従う試験材は
いずれも、ろう付け後に相当するフィン材の引張強さは
150MPa以上の優れた強度を示し、電気伝導度も42％以上
の値を示し、高い熱伝導度を有していることが認められ
た。ろう付け性も良好であり、孔食電位は-800〜-850mV
vs SEC の範囲にあり、電気化学的にも卑であることが
認められた。ＣＡＳＳ試験後のプレート材の最大腐食深
さは、0.08〜0.13mmと小さく、犠牲陽極効果に優れてお
り、フィンの腐食状況も正常であった。また、フィン材
の製造性も良好であった。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】 《表注》ろう付け性 ○：良好 製造性 ○：良好

【００２５】比較例１ 表３に示す組成のアルミニウム合金を、実施例１と同様
にして溶解、鋳造して鋳塊を製造し、実施例１と同じ方
法で、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、仕
上げ冷間圧延を行い、0.07mm厚さのアルミニウム合金フ
ィン材を得た。得られたフィン材について、実施例１と
同じ測定、評価を行った。結果を表４に示す、なお、表
３において、本発明の条件を外れたものには下線を付し
た。

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】 《表注》ろう付け性 ○：良好 ×：局部溶融による座屈 製造性 ○：良好 ×：鋳塊割れ発生により圧延不能

【００２８】表４にみられるように、試験材No.14 はＭ
ｎの含有量が少ないため、ろう付け後の引張強度が低
い。試験材No.15 はＭｎ含有量が多いため、鋳造時の粗
大な晶出物が生成して鋳塊割れが生じ、板材の製造がで
きなかった。試験材No.16 は、Ｓｉの含有量が少ないた
め、引張強度が低く、試験材No.17 はＳｉ含有量が多い
ため、ろう付け加熱時にフィンの局部溶融が生じた。試
験材No.18 は、Ｆｅ量が多いため、自己腐食速度が大き
く、腐食試験後、フィンの形状を保持できなかった。試
験材No.19 はＺｎ含有量が少ないため、孔食電位が貴と
なって犠牲陽極効果が得られず、プレートの最大腐食深
さが大きい。試験材No.20 はＣｕ量が多いため、粗大晶
出物生成に起因して鋳塊割れが生じ、圧延が困難となっ
た。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、ろう付け後の熱伝導
度、強度および犠牲陽極効果に優れた熱交換器用アルミ
ニウム合金フィン材が提供される。当該フィン材は、薄
肉化を可能とし、熱交換器の軽量化、低コスト化に寄与
する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｎ:1.5％を越え2.2 ％以下（重量％、
   以下同じ) 、Ｓｉ:0.5〜1.2 ％、Ｆｅ:0.1〜0.6 ％、Ｚ
   ｎ:2％を越え5 ％以下、Ｃｕ:0.1〜0.6 ％を含有し、残
   部Ｚｎおよび不可避的不純物からなることを特徴とする
   ろう付け後の強度および犠牲陽極効果に優れた熱交換器
   用アルミニウム合金フィン材。
2. 【請求項２】 Ｉｎ:0.05 ％以下、Ｓｎ:0.05 ％以下の
   １種または２種を含有することを特徴とする請求項１記
   載のろう付け後の強度および犠牲陽極効果に優れた熱交
   換器用アルミニウム合金フィン材。
3. 【請求項３】 さらにＭｇ:0.2％以下、Ｚｒ：0.25％以
   下、Ｃｒ:0.25 ％以下の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１または２記載の熱交換器用ア
   ルミニウム合金フィン材。