JP2011007384A - アルミニウム合金製自動車用熱交換器およびその製造方法、ならびに該熱交換器の冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】アルミニウム合金押出材からなる冷媒通路管の強度と耐食性を向上させ、かつ生産性向上と低コスト化を実現させる材料構成を特徴とするアルミニウム合金製熱交換器とその製造方法を提供する。
【構成】アルミニウム合金押出材からなる冷媒通路管の表面に、Ｓｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末からなる混合物にバインダを添加した塗装剤を塗布して、ろう付けして組み立てられる自動車用熱交換器であって、冷媒通路管が、Ｍｎ：０．５〜１．７％を含有し、Ｃｕ：０．１０％未満、Ｓｉ：０．２０％未満、Ｆｅ：０．３０％未満、Ｍｇ：０．１０％未満に制限し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金押出材からなり、ろう付け加熱後の冷媒通路管の表層部にＳｉ拡散層が形成されており、該Ｓｉ拡散層にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の析出帯が形成されていることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金製自動車用熱交換器およびその製造方法、ならびに該熱交換器の冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の製造方法に関する。

エバポレータ、コンデンサ等の自動車用熱交換器には、一般に軽量性と熱伝導性が良好なアルミニウム合金の押出チューブからなる冷媒通路管が使用されており、これらの熱交換器の製造においては、例えばアルミニウム合金押出材のチューブ表面にフッ化物系フラックスを付着させ、フィン材等の部材と所定構造に組み付けた後、不活性ガス雰囲気の加熱炉内においてろう付け接合する方法が一般的に採用されている。

一般に、自動車用熱交換器の冷媒通路管用押出チューブには、冷媒流路として複数の仕切によって区画された複数の中空部を有する多穴管が使用されている。近年、環境負荷低減の観点から、自動車の燃費向上のために熱交換器の軽量化が要請され、これに伴いチューブの薄肉化が要求されているが、この要求によりさらなる断面積の減少が求められており、押出比（コンテナ断面積／押出材断面積）は数百から数千になっている。従って、冷媒通路管材としては、押出性を考慮して押出加工性の良好な純アルミニウム系の材料が使用されている。

今後は一層の軽量化が促進され、それに伴ってチューブの薄肉化もさらに進行するものと予想される。そうした場合、チューブの材料自体の高強度化が必要となる。また、近年、地球温暖化防止のため、冷媒に従来使用しているフロンに替えて自然冷媒のＣＯ_２を使用する動きがある。ＣＯ_２冷媒は、従来のフロン冷媒よりも作動圧力が高く、このことからもチューブ材料の高強度化が必要となってくる。

チューブ材料の高強度化には、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ等の添加が有効であるが、ろう付けを行う材料中にＭｇが含有されていると、加熱過程で溶融したフッ化物系フラックスが材料中のＭｇと反応し、ＭｇＦ_２、ＫＭｇＦ_３などの化合物を生成し、フラックスの活性度が低下してろう付け性が著しく低下する。また、ＣＯ_２冷媒を使用した熱交換器の場合では、作動温度が１５０℃付近の高温になるため、材料中にＣｕが含有されていると、粒界腐食感受性が顕著に高まる。粒界腐食が発生すると早期に冷媒洩れが発生し、熱交換器のチューブとしての機能を果たすことができなくなる。

従って、高強度化の達成には、ＳｉおよびＭｎの添加に依らざるを得ない。しかしながら、Ｍｎ、Ｓｉを高濃度に添加した合金は、母相中に固溶したＭｎ、Ｓｉが変形抵抗を増大させ、例えば前記の多穴管のように押出比が数百から数千に及ぶものでは、従来の純アルミニウム系の材料に比べて押出性が極端に劣る。この場合の押出性とは、押出に必要なラム圧力や、多穴管の中空部の仕切の欠損が生じないで得られる最大の押出速度（限界押出速度）を評価の指標として、ラム圧力が高いものほどあるいは限界押出速度が低いものほど押出性が劣ることとなる。Ｍｎ、Ｓｉを高濃度に添加した合金では、従来の純アルミニウム系の材料と比べて、ラム圧力が上昇しダイスの破損や磨耗が生じ易くなるとともに、限界押出速度も低下するため、生産性が低下する。

押出合金の高強度化および押出性向上を得る手法として、高強度化のためにＳｉ、Ｍｎを添加し、押出性向上のために高温の均質化処理と低温のそれを組み合わせて実施することにより、母相中の溶質元素の固溶量を減少させ、変形抵抗を低下させる方法が提案されている。しかしこの場合、元々の溶質元素の添加量が多い分、高強度は狙えるが押出性の向上、特に押出速度の向上には限界があり、高強度と押出性すなわち生産性を完全に両立することは困難である。

また、自動車用熱交換器の冷媒通路管用の押出チューブは、使用中、腐食による貫通が生じた場合、冷媒漏れが発生し熱交換器としての機能を果たすことができなくなるため、従来は押出チューブの表面にあらかじめ溶射などによりＺｎを付着させておき、ろう付け時にＺｎを拡散させて、チューブ表層にＺｎ拡散層を形成し、Ｚｎ拡散層がそれより深部に対して犠牲陽極として働き、板厚方向への腐食を抑制し貫通寿命を延ばしているが、この場合、チューブには押し出された後にＺｎ溶射等のＺｎ付着工程が必要となり、さらに、ろう付けに必要となるフッ化物系フラックスの塗布工程、あるいは熱交換器コアに組付けられた後にコア全体へのフラックス塗布工程が必要となることから、製造コストの上昇を招いてしまう。

さらに、そのチューブにはろう材が付与されていないため、組み付けるフィン材として、ろう材がクラッドされたブレージングフィン材が必要となる。このことも、ろう材がクラッドされていないベアフィン材を使用する場合と比べてコストを上昇させる。そこで一般的にＳｉ粉末とフッ化物系フラックスを混合したものを押出チューブ表面に予め付着させ、Ｚｎを含有した電位が卑なベアフィンと組み合わせてろう付けして熱交換器を製造し、フィンを犠牲陽極として防食する手段が採用されてきた。

この場合、Ｚｎの付着工程を省略でき、かつ安価なベアフィンを使用できるため、コスト低減が図れるが、ヘッダ近傍のフィンがない部位、あるいはフィンが存在してもフィンからの距離が離れた部位の防食が困難となる。この問題を解決する手段として、芯材に０．５％以上のＣｕを添加し、かつ芯材鋳塊の均質化処理を施さないブレージングシートを用いてチューブを作製し、ろう付け加熱時に表層にクラッドされたろう材からＳｉが拡散した層に、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを含む化合物を含む層を形成させて、その部位の電位を卑にして犠牲陽極としチューブプレートを防食する方法が提案されている。

しかしながら、実際には、芯材のＣｕがろう材中に拡散して流動することにより、プレート表層部のＣｕ濃度が低下するため、プレート表層部の電位が卑になることから、このＣｕ低濃度部が犠牲陽極として防食効果を高めていることが明らかになっており、ろう材をクラッドすることができない押出材に適用することはできない。板材では押出材のような複雑な冷媒流路を形成させることは困難であり、熱交換性能が低下するという問題があり、押出材に前記のようにＣｕを添加した場合は高温での粒界腐食感受性が大きくなる。また、押出材の場合、鋳塊に均質化処理を施さないと押出性が極端に低下する。

熱交換器用アルミニウム製押出多穴扁平チューブの表面に、Ｓｉ粉末とＺｎ弗化物を塗布し、Ｚｎ弗化物とチューブ材のアルミニウムと置換反応してＺｎ拡散層を形成することにより耐食性を向上させることも提案されているが、Ｚｎ拡散層の部分は犠牲陽極層として有効に発揮するものの、犠牲陽極部分が優先的に腐食してしまうという問題がある。

Ａｌ−Ｍｎ合金のＳｉ量を低減することにより、表面がより卑で内部に入るほど貴となる電位勾配を形成する押出チューブが提案されているが、発明者らが検討したところによれば、このような特性を得るためには適正な均質化処理条件が必要であることが見出された。

特開２００５−２５６１６６号公報 特開昭６１−２０２７７２号公報 特表平８−５０８５４２号公報 特開２００３−０９４１６５号公報 特開２００９−５８１６７号公報

本発明は、自動車用熱交換器の冷媒通路材における上記従来の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、冷媒通路材の強度および耐食性を向上させ、かつ生産性向上と低コスト化を実現させるための冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の製造方法、および該冷媒通路管を組み込んだアルミニウム合金製熱交換器とその製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１によるアルミニウム合金製自動車用熱交換器は、アルミニウム合金押出材からなる冷媒通路管の表面に、Ｓｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末からなる混合物にバインダを添加した塗装剤を塗布して、ろう付けして組み立てられる自動車用熱交換器であって、冷媒通路管が、Ｍｎ：０．５〜１．７％（質量％、以下同じ）を含有し、Ｃｕ：０．１０％未満、Ｓｉ：０．２０％未満、Ｆｅ：０．３０％未満、Ｍｇ：０．１０％未満に制限し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金押出材からなり、ろう付け加熱後の冷媒通路管の表層部にＳｉ拡散層が形成されており、該Ｓｉ拡散層にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の析出帯が形成されていることを特徴とする。

請求項２によるアルミニウム合金製自動車用熱交換器の製造方法は、請求項１記載のアルミニウム合金製自動車用熱交換器を製造する方法であって、前記混合物中のＳｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末の混合比は１０：９０〜４０：６０の範囲であり、バインダは前記塗装剤全体の５〜４０％となるように添加し、Ｓｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末の合計量が５〜３０ｇ／ｍ^２となるように前記冷媒通路管の外表面に塗装して、ろう付け加熱を施し、前記冷媒通路管の表層部にＳｉ拡散層を形成するとともに、該Ｓｉ拡散層にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の析出帯を形成することを特徴とする。

請求項３による冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の製造方法は、請求項１または２に記載のアルミニウム合金押出材からなる冷媒通路管を製造する方法であって、Ｍｎ：０．５〜１．７％を含有し、Ｃｕ：０．１０％未満、Ｓｉ：０．２０％未満、Ｆｅ：０．３０％未満、Ｍｇ：０．１０％未満に制限し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金の鋳塊を、３５０℃〜５８０℃の温度で４時間以上保持する均質化熱処理した後、熱間押出加工することを特徴とする。

請求項４によるアルミニウム合金製自動車用熱交換器は、請求項１において、前記アルミニウム合金押出材が、さらにＴｉ：０．３０％以下、Ｓｒ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．３０％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする。

請求項５によるアルミニウム合金製自動車用熱交換器の製造方法は、請求項２において、前記アルミニウム合金押出材が、さらにＴｉ：０．３０％以下、Ｓｒ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．３０％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする。

請求項６による冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の製造方法は、請求項３において、前記アルミニウム合金押出材が、さらにＴｉ：０．３０％以下、Ｓｒ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．３０％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする。

本発明によれば、自動車用熱交換器において、アルミニウム合金押出材から構成される冷媒通路管の強度および耐食性を改善し、かつ生産性向上と低コスト化を実現できる冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の製造方法が提供され、この冷媒通路管を組み込んでろう付け接合してなるアルミニウム合金製熱交換器とその製造方法が提供される。当該アルミニウム合金製熱交換器は良好な耐食性を有しており、自動車用熱交換器として厳しい腐食環境に曝されても良好な耐久性を発揮することができる。

本発明の自動車用熱交換器の冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の合金成分の意義および限定理由について説明する。
Ｍｎ：
Ｍｎの添加は、同じ量のＳｉ、ＣｕあるいはＭｇを添加した場合と比べて、押出性、特に限界押出速度の低下が著しく小さい。同じ強度になるようにＳｉ、Ｃｕ、ＭｇあるいはＭｎを添加した場合と比べても、Ｍｎ添加の場合が最も限界押出速度の低下が小さく、Ｍｎは高強度と押出性すなわち生産性を両立できる添加成分である。

Ｍｎは、自動車用熱交換器をろう付け加熱により接合した際、母相中に固溶し、従来の自動車用熱交換器の冷媒通路として適用する押出多穴管用合金である純アルミニウム系合金と比べて高強度化が可能になる。Ｍｎの好ましい含有量は０．５〜１．７％の範囲であり、０．５％未満では高強度化効果は小さく、１．７％を超えて含有すると押出性が低下する。Ｍｎのより好ましい含有範囲は０．６％〜１．５％である。

Ｃｕ：
Ｃｕは０．１０％未満の範囲に制限する。自動車用熱交換器において、特にＣＯ_２冷媒サイクルなどでの使用においては、作動温度が１５０℃付近の高温になるため、冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の粒界へのＣｕの析出が顕著に生じ易くなり、粒界へのＣｕの析出により粒界腐食感受性が生じ易くなる。Ｃｕ量を０．１０％未満とすることにより、粒界腐食を抑制することが可能になる。また、Ｃｕの添加は、前記のようにＭｎと比べて著しく押出性を低下させるため、この点からも含有量は制限する必要がある。これらをより効果的に得るためのＣｕのさらに好ましい含有範囲は０．０５％以下である。

Ｓｉ：
Ｓｉは０．２０％未満に制限する。冷媒通路管の表面に塗布されたＳｉ粉末はろう付け加熱により冷媒通路管の表面部分を溶融させ、Ａｌ−Ｓｉ共晶ろう材を生成するとともに、冷媒通路管にも固相拡散する。拡散したＳｉは、冷媒通路管用アルミニウム合金中の固溶ＭｎとＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を形成し析出する。このため、冷媒通路管用アルミニウム合金押出材のＳｉ拡散層はＭｎおよびＳｉの固溶度が低くなり、Ｓｉ拡散層よりも深い部位、即ちＳｉが未拡散の部位と比べて電位が卑になる。これにより、冷媒通路管表層のＳｉ拡散層は犠牲陽極層として作用し、深さ方向への腐食貫通寿命を向上させることができる。

Ｓｉ量が０．２０％以上では、鋳造時にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物として析出するため、Ｍｎ固溶度が低下してしまう。このため、ろう付け加熱の際にＳｉが押出材中に拡散しても、それによるＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の析出が生じ難くなり、冷媒通路管の表層からＳｉ拡散層深さまでにおける電位の変化が少ないばかりでなく、Ｓｉの固溶量が多くなるため逆にＳｉ拡散層の電位が貴になってしまう。したがって、表面からＳｉ拡散層深さまでが犠牲陽極層として作用せず、腐食貫通寿命は向上しない。Ｓｉのより好ましい範囲は０．１０％未満であり、さらに好ましい範囲は０．０５％以下である。

Ｆｅ：
Ｆｅは０．３０％未満に制限する。Ｆｅ量が０．３０％以上では、冷媒通路管用アルミニウム合金中でＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物、あるいはＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物が形成して、Ｍｎの固溶度が低下する。このため、ろう付け加熱時において、Ｓｉ拡散による固溶Ｍｎの析出が不十分になってしまう。さらにＦｅ量が増加すると押出性を低下させ、かつ電位の貴なＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物が増加するため自己耐食性が低下する。Ｆｅのさらに好ましい含有範囲は０．２０％以下である。

Ｍｇ：
Ｍｇは０．１０％未満に制限する。Ｍｇ量が０．１０％以上では、ろう付け加熱過程に、溶融したフッ化物系フラックスがＭｇと反応し、ＭｇＦ_２、ＫＭｇＦ_３などの化合物を生成し、フラックスの活性度が低下してろう付け性が著しく低下する。また、Ｍｇは押出性を著しく低下させる。Ｍｇのさらに好ましい含有範囲は０．０５％以下である。

Ｔｉ、Ｓｒ、Ｚｒ：
Ｔｉは、押出材中にＴｉの高濃度の領域と低濃度の領域を形成し、これらの領域が材料の肉厚方向に交互に層状に分布し、Ｔｉが低濃度の領域は高濃度の領域に比べて優先的に腐食するために、腐食形態が層状になり肉厚方向への腐食の進行が抑制される。これにより耐孔食性および耐粒界腐食性が向上する。さらに、Ｔｉ添加により常温及び高温での強度が向上する。Ｔｉの好ましい含有量は０．３０％以下の範囲であり、０．３０％を超えると、鋳造時に巨大晶出物が生成し、健全な押出材の製造が困難となる。

Ｓｒを添加した場合、予め押出材の表面に塗布されたＳｉ粉末がろう付け加熱時に母材のＡｌと反応してＡｌ−Ｓｉ合金液相ろうを生じ、冷却時に凝固する際、晶出する共晶組織が微細化され分散する。これにより、材料表面のアノードサイトとなる共晶組織が分散されるため、腐食が均一に分散し面状の腐食形態になり耐食性が向上する。Ｓｒの好ましい含有量は０．１０％以下の範囲であり、０．１０％を超えると、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ系化合物が晶出し共晶組織が微細化し難くなる。

Ｚｒを添加した場合、ろう付け加熱時に押出材が再結晶するが、その際の再結晶粒が粗大化する。その結果、押出材の粒界密度を低下させることができ、押出材の表面に予め塗布したＳｉ粉末により生じるＡｌ−Ｓｉ合金液相ろうが、押出材の結晶粒界へ浸透することを抑制でき、粒界への優先的な腐食が生じることを抑制することができる。Ｚｒの好ましい含有量は０．３０％以下の範囲であり、０．３０％を超えると、鋳造時に巨大晶出物が生成し、健全な押出材の製造が困難となる。Ｔｉ、Ｓｒ、Ｚｒを複合添加した場合は、その効果も複合的に得られる。

冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の製造：
本発明の冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の製造方法について説明する。
上記の組成を有する冷媒通路管用アルミニウム合金を溶解、通常の半連続鋳造により造塊し、得られた鋳塊に対して、３５０℃〜５８０℃の温度で４時間以上保持する均質化処理を施した後、熱間押出加工する。この処理により、鋳造凝固時に形成される粗大な晶出物が分解あるいは粒状化して、鋳造時に生じた偏析層などの不均一な組織を均質化させ、押出性を向上させることができるとともに、微細なＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物を析出させることができる。押出材中のＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が微細であるため、ろう付け加熱した際、押出材中にＭｎが再固溶し、冷媒通路管の電位を貴にすることができる。

一方、本発明においては、ろう付け加熱前に冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の表面に予めＳｉ粉末を付着させるため、ろう付け加熱時にアルミニウム合金押出材とＳｉ粉末が合金化し、Ａｌ−Ｓｉ合金溶融ろうが形成されるとともに、押出材の表層部にＳｉが拡散する。そのＳｉ拡散層内では再固溶したＭｎとＳｉが結合し、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が析出する。このため、Ｓｉ拡散層内ではＭｎ、Ｓｉの固溶度が低下し、Ｓｉが拡散せずＭｎ固溶度が高い深部と比べて電位が卑になり、犠牲陽極層を形成することができる。この犠牲陽極層の形成により、ろう付け後の熱交換器を実環境で使用する際には耐食性を向上させることができる。

均質化処理温度が３５０℃未満では、鋳造凝固時に形成される粗大な晶出物の分解や粒状化が不十分となり、また、５８０℃を超える温度ではＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物の析出が十分でなく、押出性が低下するとともに、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物が粗大になってしまうため、ろう付け時の再固溶が生じ難くなり、押出材の電位が貴になり難い。さらに好ましい均質化処理温度は４３０〜５７０℃である。また、好ましい均質化処理時間は１０時間以上であり、１０時間未満では効果が少なく、２４時間を超えて処理を行っても、それ以上の効果は得られ難く、逆に不経済となるため、好ましい均質化処理時間は１０〜２４時間である。

Ｓｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末とバインダの混合物：
本発明においては、押出材の表面にＳｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末からなる混合物にバインダを添加した塗装剤を塗布する。その目的は次のとおりである。Ｓｉ粉末はろう付け時に押出材のＡｌと反応してＡｌ−Ｓｉ液相ろうを生じ、フィン材やヘッダ材と押出材との接合を行うことが可能となる。フッ化物系フラックス粉末は、ろう付け時に押出材表面に存在する酸化皮膜を破壊し、ろう付けを可能にする。Ｓｉ粉末が溶融し、冷媒通路管の表層に拡散することにより形成されるＳｉ拡散層により、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の析出が生じ、Ｍｎ固溶量が低減する。Ｍｎ固溶量の低減による電位卑化効果により、押出材の表面から深部にかけて、表面が卑で深部が貴な電位勾配を形成することができ、表層部が犠牲陽極となって深部を防食することができる。

本発明において冷媒通路管押出材の表面に塗布するＳｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末を含む混合物は、Ｓｉ粉末の最大粒子径が１００μｍ以下、フッ化物系フラックス粉末が平均粒径で５μｍ程度のものを使用して構成される。フッ化物系フラックスとしては、ＫＡｌＦ_４、Ｋ_２ＡｌＦ_５、Ｋ_２ＡｌＦ_５・Ｈ_２Ｏ、Ｋ_３ＡｌＦ_６、ＡｌＦ_３などのフルオロアルミン酸カリウム系フラックスや、Ｃｓ_８ＡｌＦ_６、ＣｓＡｌＦ_４・２Ｈ_２Ｏ、Ｃｓ_２ＡｌＦ_５・Ｈ_２Ｏなどのルオロアルミン酸セシウム系フラックスなどが挙げられる。ＺｎＦ_２、ＫＺｎＦ_３のようにＺｎを含有する化合物系フラックスは、ろう付け中にＺｎが冷媒通路管の表面に拡散してＺｎ拡散層を形成するため、犠牲陽極効果の高い冷媒通路管が得られるが、本発明ではＺｎを含有しないフラックスを用いる場合においても、犠牲陽極効果が得られる。Ｓｉ粉末粒径は小さいほどろう付け加熱時に生じるＡｌ−Ｓｉ液相ろうの流動性が向上し、かつ押出材への侵食も抑制される。Ｓｉ粉末の最大粒径は好ましくは３０μｍ以下であり、さらに好ましくは１５μｍ以下である。

Ｓｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末の混合比率は、１０：９０〜４０：６０とする。Ｓｉ粉末比率が１０：９０未満、すなわち１０％未満では、ろう付け時に十分な液相ろうが生成せず、接合不良を生じ易くなる。Ｓｉ粉末比率が４０：６０を超えると、すなわち４０％を超えると、フラックス量の低下によるろう付け性の低下が生じる。また、これらの混合粉末を塗布する際、密着性を向上させるため、さらにアクリル樹脂などのバインダを添加した塗装剤として押出材の表面に塗布する。バインダの比率は塗装剤全体の５〜４０％とする。バインダ比率が塗装剤全体の５％未満では、塗布した塗装剤の剥離が生じ易くなる。バインダ比率が塗装剤全体の４０％を超えると、ろう付け性が低下する。

Ｓｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末の混合物の塗布量は５〜３０ｇ／ｍ^２が適正である。５ｇ／ｍ^２未満では接合性が低下し、３０ｇ／ｍ^２を超えると、生成するろう量が多くなりフィンや押出材の溶融、溶解が生じ易くなる。また、熱交換器に組み付けた際の押出材とフィン材の間の付着膜の厚さが厚くなるため、ろう付け加熱時に溶融して膜厚減少が生じた場合、コア全体の寸法減少を生じてしまう。これらの混合物はロールコートにより冷媒通路管に塗装することができる。

本発明による冷媒通路管を用いて熱交換器を製造した場合、冷媒通路管とヘッダ材の嵌合部のろう付け不良を抑制することができる。すなわち、冷媒通路管とヘッダ材との嵌合部は主にヘッダ材に付与されたろう材により接合されるが、冷媒通路管の表面もＳｉ粉末が付着しており、ろう付け時にはＳｉ粉末と冷媒通路管の表層部が溶融して生じた液相ろうに覆われるため、ヘッダ材のろうは冷媒通路管表面の液相ろうとつながり、自由に流動することができる。冷媒通路管にはヘッダと反対側にフィンとの接合部があり、前記ヘッダ材のろうは冷媒通路管表面を伝い、表面張力によりフィン接合部へ引かれる。このため、ヘッダと冷媒通路管勘合部ではろうが不足し、ろう付け不良を生じる。とくに、従来の純アルミニウム系合金やそれにＣｕを添加した合金で構成される冷媒通路管を使用した場合にはろう付け不良を生じる。これに対して、冷媒通路管を本発明のアルミニウム合金で構成した場合は、前記従来合金の冷媒通路管を使用した場合と同じろう材量のヘッダ材を使用した場合でも、冷媒通路管とヘッダ材の嵌合部でのろう付け不良は生じない。これは、本発明の冷媒通路管用アルミニウム合金では、表面にＡｌ−Ｍｎ系の析出物が存在するため、これが抵抗になり、従来の冷媒通路管用合金である純アルミニウム系合金やそれにＣｕを添加した合金と比べて表面での液相ろうの濡れ広がり性を抑制することができ、ヘッダ材のろうが冷媒通路管表面を伝いフィン接合部へ流入することを抑制できる。さらに、本発明においては、Ｓｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末からなる混合物にバイインダを添加した塗装剤を冷媒通路管表面に塗布してフィン材と接合させるため、従来のＺｎ溶射などを冷媒通路管表面に施す場合と比べてフィン材接合部フィレットのＺｎ濃度を低く抑えることができる。そのため、フィン接合部フィレットの優先腐食を抑制でき、フィン剥がれを抑制することができる。

本発明によるアルミニウム合金製熱交換器は、上記の組成を有するアルミニウム合金からなる冷媒通路管を組み合わせ、常法に従って、ろう付けにより製造することができ、その製造方法は特に限定されない。また、冷媒通路管合金の均質化処理における加熱方法や加熱炉の構造等についても特に限定されない。さらに、冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の押出形状は、その用途、例えば熱交換器の形状等に応じて選定される。押出に際しては、材料の押出性が良好であるので、ホロー形状の多孔ダイを用いて良好に押出することも可能である。アルミニウム合金押出材からなる冷媒通路管は熱交換器用部品として使用するに際し、他部材（例えばフィン材やヘッダ材）と組み付けて、通常はろう付けにより接合する。フィン材としてはベアフィンが好適に用いられる。フィン材の製造方法は、半連続鋳造により鋳塊を作製し、熱間圧延−冷間圧延−中間焼鈍−冷間圧延によるものが一般的であるが、中間焼鈍を省略することもできる。また、連続鋳造圧延により溶湯から直接熱延板を作製し、これを冷間圧延することにより製造する方法も可能である。また、ろう材を芯材の両面にクラッドしたブレージングフィン材を使用することもでき、この場合は、フィンと冷媒通路管とのろう付け不良を確実に低減することができる。なお、ろう付け時の雰囲気や加熱温度、時間については特に限定されるものではなく、ろう付け方法も特に限定されない。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されない。

実施例１、比較例１
冷媒通路管用として、発明材として表１に示す組成を有するアルミニウム合金Ａ〜Ｋのビレット、および、比較材として表２に示す組成を有するアルミニウム合金Ｌ〜Ｖのビレットを鋳造した。なお、アルミニウム合金Ｖは従来合金として一般的に広く使用されているものである。これらのビレットを用いて、以下の試験１、２、３を実施した。

（試験１）
発明材および比較材について、ビレットを５００℃で１０ｈの均質化処理後、多穴管に熱間押出加工した。その際、押出時の限界押出速度比（アルミニウム合金Ｖの限界押出速度との比率）を調査した。その結果を表３および表４に示す。限界押出速度比が１．０を超えるものは押出性良好、１．０以下のものは押出性不良と評価する。

（試験２）
試験１で熱間押出加工した多穴管について、ろう付け加熱を実施した。加熱条件は窒素ガス雰囲気中で平均５０℃／ｍｉｎの昇温速度にて６００℃まで加熱し、３分保持後に室温まで降温した。その後、常温にて引張試験を実施した。その結果を表３および表４に示す。引張強さがアルミニウム合金Ｖを超えるものは良好とし、アルミニウム合金Ｖ以下のものは不良と評価する。

（試験３）
発明材ＣおよびＤのビレットについて、表５および表６に示す条件で均質化処理を行い、同様にして多穴管に熱間押出加工し、押出時の限界押出速度比（アルミニウム合金Ｖの限界押出速度との比率）を調査した。昇温速度は５０℃／ｈ、降温速度は炉出放冷とした。結果を表５および表６に示す。限界押出速度比が１．０を超えるものは押出性良好、１．０以下のものは押出性不良と評価する。

表３、表４に示すように、発明材Ａ〜Ｋは限界押出速度比および強度の両方において優れた結果が得られたが、本発明の条件を外れた組成を有する比較材Ｌ〜Ｕにおいては、限界押出速度比、強度のいずれかにおいて劣っていた。

表５、表６に示すように、本発明の組成を有する発明材ＣおよびＤのビレットについて、表５に従って本発明の条件で均質化処理を行ったものは、優れた限界押出速度比が得られたが、本発明の条件を外れた条件で均質化処理を行ったものは、限界押出速度比が劣っていた。

実施例２、比較例２
発明材として表１に示す組成を有するアルミニウム合金Ａ〜Ｋ、比較材として表２に示す組成を有するアルミニウム合金Ｃ、Ｖのスラブを用いて、表５および表６に示す均質化処理を施し多穴管に押出した。

得られた多穴管を試験材として、表７および表８に示す比率で混合したＳｉ粉末とノコロックフラックス粉末の混合物にアクリル樹脂バインダを添加した塗装剤を、表７および表８に示す塗装量で表面にロールコートにより塗装し、ろう付け加熱を施した。その後、以下の試験４〜６を実施した。それらの評価結果を表７および表８に示す。なお、ろう付け加熱、窒素ガス雰囲気中で平均５０℃/ｍｉｎの昇温速度にて６００℃まで加熱し、３分保持後に室温まで降温する条件で行った。

（試験４）
ろう付け加熱後の押出多穴管について、高温使用を模擬して１５０℃で１２０時間熱処理を施した後、ＩＳＯ１１８４６ ｍｅｔｈｏｄ Ｂに規定される方法で粒界腐食試験を実施した。粒界腐食が発生しなかったものは良好、粒界腐食が発生したものは不良と評価した。

（試験５）
ろう付け加熱後の押出多穴管表面と深部の電位およびそれらの電位差を測定した。電位は、表面はろう付けのままの表面を、深部は表面から１５０μｍの深さまで面削し、Ｓｉ及びＺｎ拡散の及んでいない部位を測定した。測定は、酢酸でｐＨ３に調製した５％ＮａＣｌ水溶液中に２４時間浸漬して行い、１０時間以降の安定した測定値の平均を採用した。なお、参照電極は飽和カロメル電極を用いた。

（試験６）
ろう付け加熱後の押出多穴管について、ＡＳＴＭ−Ｇ８５−Ａｎｎｅｘ Ａ３に規定されるＳＷＡＡＴ試験を１０００ｈ実施した。最大腐食深さ０．０５ｍｍ以下を優良（◎）、０．０５ｍｍを超え０．１０ｍｍ以下を○、０．１０ｍｍを超え０．２０ｍｍ以下を△、０．２０ｍｍを超えるものを不良（×）と評価した。

表７に示すように、本発明に従う試験材１〜１３には粒界腐食が認められなかった。これに対して、表８に示すように、本発明の条件を外れた条件で作製された試験材１４〜２３においては、試験材２３（Ｃｕを含有する冷媒通路管を使用）に顕著に粒界腐食が発生した。

本発明に従う試験材１〜１３においては、Ｓｉ拡散層内に十分なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の析出が生じており、このため表面が深部に対して卑な電位となり、表面と深部の電位差は２５ｍＶであった。

これに対して、本発明の条件を外れた条件で作製された試験材１４〜２３においては、均質化処理温度が本発明の範囲より高いもの（試験材１６）では、Ｓｉ拡散層内でのＡｌＭｎＳｉ系金属間化合物の析出が不十分であり、かつ拡散Ｓｉが固溶したことにより表面電位の方が深部より貴になっていた。本発明に従って均質化処理された場合でも、Ｃｕを含有する場合（試験材２３）には、拡散Ｓｉの固溶による電位貴化と、ＣｕによるＺｎの電位卑化効果の相殺により、表面が深部に対して同等の電位となっていた。

ＳＷＡＡＴ試験においては、本発明に従う試験材１〜１３は、いずれも表面と深部で十分な電位差が得られていたため、最大腐食深さは浅く優れた耐食性を示した。これに対して、本発明の条件を外れた条件で作製された試験材１４〜２３においては、表面と深部で同等な電位のもの（試験材２３）、表面の電位の方が貴になっていたもの（試験材１６）の最大腐食深さが大きかった。なお、本発明の条件を外れた条件で作製された試験材１４〜２３のうち、試験材１４、１５、１７〜２２は耐食性評価結果が良好であったが、押出不良、塗膜剥がれ不良、あるいはろう付け不良などの不具合が生じた。

Claims (6)

1. アルミニウム合金押出材からなる冷媒通路管の表面に、Ｓｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末からなる混合物にバインダを添加した塗装剤を塗布して、ろう付けして組み立てられる自動車用熱交換器であって、冷媒通路管が、Ｍｎ：０．５〜１．７％を含有し、Ｃｕ：０．１０％未満、Ｓｉ：０．２０％未満、Ｆｅ：０．３０％未満、Ｍｇ：０．１０％未満に制限し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金押出材からなり、ろう付け加熱後の冷媒通路管の表層部にＳｉ拡散層が形成されており、該Ｓｉ拡散層にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の析出帯が形成されていることを特徴とするアルミニウム合金製自動車用熱交換器。
2. 前記混合物中のＳｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末の混合比は１０：９０〜４０：６０の範囲であり、バインダは前記塗装剤全体の５〜４０％となるように添加し、Ｓｉ粉末とフッ化物系フラックス粉末の合計量が５〜３０ｇ／ｍ^２となるように前記冷媒通路管の外表面に塗装して、ろう付け加熱を施し、前記冷媒通路管の表層部にＳｉ拡散層を形成するとともに、該Ｓｉ拡散層にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の析出帯を形成することを特徴とする請求項1記載のアルミニウム合金製自動車用熱交換器の製造方法。
3. 請求項１または２に記載のアルミニウム合金押出材からなる冷媒通路管を製造する方法であって、Ｍｎ：０．５〜１．７％を含有し、Ｃｕ：０．１０％未満、Ｓｉ：０．２０％未満、Ｆｅ：０．３０％未満、Ｍｇ：０．１０％未満に制限し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金の鋳塊を、３５０℃〜５８０℃の温度で４時間以上保持する均質化熱処理した後、熱間押出加工することを特徴とする冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の製造方法。
4. 前記アルミニウム合金押出材が、さらにＴｉ：０．３０％以下、Ｓｒ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．３０％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金製自動車用熱交換器。
5. 前記アルミニウム合金押出材が、さらにＴｉ：０．３０％以下、Ｓｒ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．３０％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項２記載のアルミニウム合金製自動車用熱交換器の製造方法。
6. 前記アルミニウム合金押出材が、さらにＴｉ：０．３０％以下、Ｓｒ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．３０％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項３記載の冷媒通路管用アルミニウム合金押出材の製造方法。