JP2012026008A - 熱交換器用アルミニウム合金フィン材およびその製造方法ならびに該フィン材を用いた熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】半連続鋳造においても作製可能な高強度と高熱伝導性を有する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：０．４０〜０．９０％、Ｓｉ：０．７５〜１．２５％、Ｆｅ：０．４０〜０．９０％、Ｚｎ：０．１０〜１．５０％を含有し、残部がＡl と不可避不純物とからなり、前記Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ含有量が質量％で、１．２０≦Ｓｉ／Ｍｎ≦２．２５かつ１．７０≦（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｆｅ≦３．２０の条件を満たす組成を有し、ろう付前において、板厚が０．０６ｍｍ以下、導電率が５２％ＩＡＣＳ以上であって、円相当径１．０〜５．０μｍの範囲の金属間化合物中で、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物の数密度（Ｄ１）が１×１０３個／ｍｍ２以上存在し、かつＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物の数密度（Ｄ２）との比Ｄ１／Ｄ２が２５〜１５０の範囲内にある。
【選択図】なし
【解決手段】Ｍｎ：０．４０〜０．９０％、Ｓｉ：０．７５〜１．２５％、Ｆｅ：０．４０〜０．９０％、Ｚｎ：０．１０〜１．５０％を含有し、残部がＡl と不可避不純物とからなり、前記Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ含有量が質量％で、１．２０≦Ｓｉ／Ｍｎ≦２．２５かつ１．７０≦（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｆｅ≦３．２０の条件を満たす組成を有し、ろう付前において、板厚が０．０６ｍｍ以下、導電率が５２％ＩＡＣＳ以上であって、円相当径１．０〜５．０μｍの範囲の金属間化合物中で、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物の数密度（Ｄ１）が１×１０３個／ｍｍ２以上存在し、かつＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物の数密度（Ｄ２）との比Ｄ１／Ｄ２が２５〜１５０の範囲内にある。
【選択図】なし
Description
本発明は、熱交換器用アルミニウム合金フィン材および該フィン材を用いた熱交換器に関するものである。
熱交換器用アルミニウム合金フィン材には、熱交換器の耐圧強度および放熱性能の向上のため、ろう付後の高強度および高熱伝導性が要求される。一方で、フィン材は冷却水および冷媒の通路となるチューブ材に対する犠牲陽極効果や約６００℃のろう付時に溶融ろうの侵食による座屈等が生じないように耐エロージョン性の向上、さらにはフィン成形時の切断加工性の向上など、様々な要求特性を同時に満足する必要があり、高性能のフィン材が求められている。特に高強度および高熱伝導性については、近年の熱交換器の軽量化の動きにより、フィン材の薄肉化が進む中で、従来以上に要求が大きくなっている。
高強度と高熱伝導性（高導電性）を満足させるため、製造法として鋳造時の冷却速度が比較的速いＣＣ鋳造法（主として双ベルト鋳造法）を採用し、さらに合金成分として、アルミニウムへの固溶濃度が低いため導電性を阻害する影響が小さく、且つ分散強化による高強度化の期待できるＦｅを添加したＡｌ−Ｆｅ系合金が提案されている（特許文献１、２参照）。
しかし、一般的に採用されている半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）では、ＣＣ鋳造法に比べて鋳造時の冷却速度が遅いため、前記で提案されているようなＦｅ添加量が高いＡｌ−Ｆｅ系合金を用いると、鋳造時に粗大なＡｌ−Ｆｅ系の晶出物が生成して圧延性に問題が生じるとともに、フィン単体の耐食性やフィン成形時の成形加工性などの材料特性が大きく低下する。したがって、製造方法として比較的一般的な半連続鋳造法によって、高強度と高熱伝導性（高導電性）を満足する高性能フィンを製造するためには、合金組成と製造面で新たな検討が必要となる。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、半連続鋳造によっても高強度と高熱伝導性（高導電性）を有する熱交換器用アルミニウム合金フィン材を得ることができる熱交換器用アルミニウム合金フィン材およびその製造方法ならびに該フィン材を用いた熱交換器を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材のうち、第１の本発明は、 質量％で、Ｍｎ：０．４０〜０．９０％、Ｓｉ：０．７５〜１．２５％、Ｆｅ：０．４０〜０．９０％、Ｚｎ：０．１０〜１．５０％を含有し、残部がＡl と不可避不純物とからなり、前記Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ含有量が質量％で、１．２０≦Ｓｉ／Ｍｎ≦２．２５かつ１．７０≦（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｆｅ≦３．２０の条件を満たす組成を有し、ろう付前において、板厚が０．０６ｍｍ以下、導電率が５２％ＩＡＣＳ以上であって、円相当径１．０〜５．０μｍの範囲の金属間化合物中で、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物の数密度（Ｄ１）が１×１０３個／ｍｍ２以上存在し、かつＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物の数密度（Ｄ２）との比Ｄ１／Ｄ２が２５〜１５０の範囲内にあることを特徴とする。
第２の本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、前記第１の本発明において、さらに前記組成に、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜０．３０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０％、Ｓｒ：０．０１〜０．０５％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％の１種以上を含有することを特徴とする。
第３の本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法は、前記第１または第２の本発明の組成を有するアルミニウム合金に対し、均質化処理を行わない、または、温度４８０℃以下で保持時間１０時間以下の均質化処理を行うことを特徴とする。
第４の本発明の熱交換器は、本発明のアルミニウム合金フィン材を備えることを特徴とする。
以下に本発明で規定する組成等の限定理由について説明する。なお、以下における各成分の含有量はいずれも質量％で示されている。
Ｍｎ：０．４０〜０．９０％
Ｍｎは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために添加する。ただし、０．４０％未満であると、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、０．９０％を越えるとＭｎの固溶量が大きくなり、所望のろう付後導電性が得られないので熱伝導性に劣る。またＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系の粗大な金属間化合物が増加し、フィン成形時の切断加工性が低下する。なお、同様の理由で下限を０．６０％、上限を０．８０％とするのが望ましい。
Ｍｎは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために添加する。ただし、０．４０％未満であると、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、０．９０％を越えるとＭｎの固溶量が大きくなり、所望のろう付後導電性が得られないので熱伝導性に劣る。またＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系の粗大な金属間化合物が増加し、フィン成形時の切断加工性が低下する。なお、同様の理由で下限を０．６０％、上限を０．８０％とするのが望ましい。
Ｓｉ：０．７５〜１．２５％
Ｓｉは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために添加する。ただし、０．７５％未満の含有では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、１．２５％を超えて含有するとＳｉの固溶量が大きくなり、所望のろう付後導電性が得られないので熱伝導性に劣る。またＳｉの固溶量が大きくなるため、固相線温度（融点）が低下し、ろう付時に著しいろう侵食が生じやすくなる。なお、同様の理由で下限を０．８５％、上限を１．１５％とするのが望ましい。
Ｓｉは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために添加する。ただし、０．７５％未満の含有では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、１．２５％を超えて含有するとＳｉの固溶量が大きくなり、所望のろう付後導電性が得られないので熱伝導性に劣る。またＳｉの固溶量が大きくなるため、固相線温度（融点）が低下し、ろう付時に著しいろう侵食が生じやすくなる。なお、同様の理由で下限を０．８５％、上限を１．１５％とするのが望ましい。
Ｆｅ：０．４０〜０．９０％
Ｆｅは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系およびＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために添加する。ただし、０．４０％未満の含有では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系およびＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。また、相対的にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の微細な金属間化合物の割合が増加し、これらが約６００℃のろう付時に再固溶しやすいため、ろう付後導電性が低下し、熱伝導性が低下する。一方、０．９０％を越えて含有すると、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性（圧延性）が低下する。また、金属間化合物が粗大化することでフィン成形時の金型磨耗性が大きく低下する。なお、同様の理由で下限を０．５０％、上限を０．８０％とするのが望ましい。
Ｆｅは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系およびＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために添加する。ただし、０．４０％未満の含有では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系およびＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。また、相対的にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の微細な金属間化合物の割合が増加し、これらが約６００℃のろう付時に再固溶しやすいため、ろう付後導電性が低下し、熱伝導性が低下する。一方、０．９０％を越えて含有すると、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性（圧延性）が低下する。また、金属間化合物が粗大化することでフィン成形時の金型磨耗性が大きく低下する。なお、同様の理由で下限を０．５０％、上限を０．８０％とするのが望ましい。
Ｚｎ：０．１０〜１．５０％
Ｚｎは、アルミニウム合金の電位を卑にする作用があり、犠牲陽極効果を得るために添加する。ただし、０．１０％未満の含有では、電位が十分に卑とならないため、所望の犠牲陽極効果が得られず、組み合わされるチューブの腐食深さが大きくなる。一方、１．５０％を超えて含有すると電位が卑となり、フィン単体の耐食性が低下する。なお、同様の理由で下限を０．７０％、上限を１．２０％とするのが望ましい。
Ｚｎは、アルミニウム合金の電位を卑にする作用があり、犠牲陽極効果を得るために添加する。ただし、０．１０％未満の含有では、電位が十分に卑とならないため、所望の犠牲陽極効果が得られず、組み合わされるチューブの腐食深さが大きくなる。一方、１．５０％を超えて含有すると電位が卑となり、フィン単体の耐食性が低下する。なお、同様の理由で下限を０．７０％、上限を１．２０％とするのが望ましい。
１．２０≦Ｓｉ／Ｍｎ≦２．２５
上記したように、ＳｉとＭｎはＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物を析出させて分散強化によるろう付後の強度を得るために添加するが、Ｓｉ／Ｍｎが１．２０未満では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系の粗大な金属間化合物の割合が増加し、所望のろう付後強度およびろう付後導電性が得られない。一方、Ｓｉ／Ｍｎが２．２５を超えるとＳｉのマトリクスへの固溶量が大きくなり、所望のろう付後導電性が得られない。なお、同様の理由で下限を１．２５、上限を１．７５とするのが望ましい。
上記したように、ＳｉとＭｎはＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物を析出させて分散強化によるろう付後の強度を得るために添加するが、Ｓｉ／Ｍｎが１．２０未満では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系の粗大な金属間化合物の割合が増加し、所望のろう付後強度およびろう付後導電性が得られない。一方、Ｓｉ／Ｍｎが２．２５を超えるとＳｉのマトリクスへの固溶量が大きくなり、所望のろう付後導電性が得られない。なお、同様の理由で下限を１．２５、上限を１．７５とするのが望ましい。
１．７０≦（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｆｅ≦３．２０
上記したように、ＳｉとＭｎとＦｅはＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物を析出させて分散強化によるろう付後の強度を得るために添加するが、（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｆｅが１．７０未満では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系の粗大な金属間化合物の割合が増加し、所望のろう付後強度および所望のろう付後導電性が得られない。また、フィン成形時の切断加工性が低下する。一方、（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｆｅが３．２０を超えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の微細な金属間化合物の割合が増加し、これらが約６００℃のろう付時に再固溶しやすいため、ろう付後導電性が低下し、熱伝導性が低下する。なお、同様の理由で下限を２．００、上限を２．５０とするのが望ましい。
上記したように、ＳｉとＭｎとＦｅはＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物を析出させて分散強化によるろう付後の強度を得るために添加するが、（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｆｅが１．７０未満では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系の粗大な金属間化合物の割合が増加し、所望のろう付後強度および所望のろう付後導電性が得られない。また、フィン成形時の切断加工性が低下する。一方、（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｆｅが３．２０を超えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の微細な金属間化合物の割合が増加し、これらが約６００℃のろう付時に再固溶しやすいため、ろう付後導電性が低下し、熱伝導性が低下する。なお、同様の理由で下限を２．００、上限を２．５０とするのが望ましい。
Ｃｕ：０．０１〜０．３０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０％、Ｓｒ：０．０１〜０．０５％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％のうち１種以上を含有
Ｃｕ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｒ、Ｔｉは金属間化合物を形成し、分散強化および固溶強化により強度が向上するので、所望により１種以上を含有する。ただし、それぞれ含有量が下限未満であると、分散強化および固溶強化への影響が小さく、強度が向上する効果が小さい。一方、Ｃｕについて、０．３０％を超えるとマトリクスへの固溶度が増加し、ろう付後の導電性が低下して熱伝導性が低下するとともに、フィン単体の耐食性が低下する。Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｒ、Ｔｉがそれぞれの上限を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性が低下する。したがって、それぞれの含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由でＣｕ：下限０．０５％、上限０．２０％、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ：下限０．０５％、上限０．１５％、Ｓｒ：下限０．０２％、上限０．０４％とするのが望ましい。
Ｃｕ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｒ、Ｔｉは金属間化合物を形成し、分散強化および固溶強化により強度が向上するので、所望により１種以上を含有する。ただし、それぞれ含有量が下限未満であると、分散強化および固溶強化への影響が小さく、強度が向上する効果が小さい。一方、Ｃｕについて、０．３０％を超えるとマトリクスへの固溶度が増加し、ろう付後の導電性が低下して熱伝導性が低下するとともに、フィン単体の耐食性が低下する。Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｒ、Ｔｉがそれぞれの上限を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性が低下する。したがって、それぞれの含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由でＣｕ：下限０．０５％、上限０．２０％、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ：下限０．０５％、上限０．１５％、Ｓｒ：下限０．０２％、上限０．０４％とするのが望ましい。
導電率：５２％ＩＡＣＳ以上
本発明における各添加元素の固溶度はろう付前の状態においても高く、約６００℃のろう付に供するとさらに固溶度が増加する。固溶度が高いほど導電性は低下するので、ろう付前のアルミニウム合金フィン材の導電率が５２％ＩＡＣＳ未満であると、所望のろう付後導電性を確保できなくなり、したがって、所望の熱伝導性が確保できなくなる。また、ろう付前導電率が５２％ＩＡＣＳ未満では、各添加元素の析出量が小さいため、各化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。なお、同様の理由で下限を５３％とするのが望ましい。上限としては現実的には５７％ＩＡＣＳである。
本発明における各添加元素の固溶度はろう付前の状態においても高く、約６００℃のろう付に供するとさらに固溶度が増加する。固溶度が高いほど導電性は低下するので、ろう付前のアルミニウム合金フィン材の導電率が５２％ＩＡＣＳ未満であると、所望のろう付後導電性を確保できなくなり、したがって、所望の熱伝導性が確保できなくなる。また、ろう付前導電率が５２％ＩＡＣＳ未満では、各添加元素の析出量が小さいため、各化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。なお、同様の理由で下限を５３％とするのが望ましい。上限としては現実的には５７％ＩＡＣＳである。
円相当径１．０〜５．０μｍのＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物の数密度（Ｄ１）：１×１０３個／ｍｍ２以上
円相当径１．０μｍ未満の微細な金属間化合物は、約６００℃のろう付時に再固溶しやすく、ろう付後導電性が低下する原因となる。また、円相当径５．０μｍを超える粗大な金属間化合物は、フィン成形時の切断加工性が大きく低下する原因となる。このため、円相当径１．０〜５．０μｍのＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物の数密度を規定する。この数密度が１×１０３個／ｍｍ２未満の場合、ろう付後の導電性（熱伝導性）および切断加工性が十分でなくなる。このため、ろう付前における、円相当径１．０〜５．０μｍの範囲のＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物の数密度（Ｄ１）は１×１０３個／ｍｍ２以上とする。
なお、同様の理由で５×１０３個／ｍｍ２以上が望ましい。上限としては１×１０７個／ｍｍ２である。
円相当径１．０μｍ未満の微細な金属間化合物は、約６００℃のろう付時に再固溶しやすく、ろう付後導電性が低下する原因となる。また、円相当径５．０μｍを超える粗大な金属間化合物は、フィン成形時の切断加工性が大きく低下する原因となる。このため、円相当径１．０〜５．０μｍのＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物の数密度を規定する。この数密度が１×１０３個／ｍｍ２未満の場合、ろう付後の導電性（熱伝導性）および切断加工性が十分でなくなる。このため、ろう付前における、円相当径１．０〜５．０μｍの範囲のＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物の数密度（Ｄ１）は１×１０３個／ｍｍ２以上とする。
なお、同様の理由で５×１０３個／ｍｍ２以上が望ましい。上限としては１×１０７個／ｍｍ２である。
円相当径１．０〜５．０μｍの金属間化合物中で、前記数密度（Ｄ１）と、
Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系化合物の数密度（Ｄ２）の化合物比Ｄ１／Ｄ２：２５〜１５０
上記Ｄ１と、円相当径１．０〜５．０μｍの範囲のＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物の数密度（Ｄ２）との比Ｄ１／Ｄ２の値が２５未満の場合、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系の粗大な金属間化合物の割合が増加し、フィン成形時の切断加工性が低下する。Ｄ１／Ｄ２の値が１５０を超える場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の微細な金属間化合物の割合が増加し、これらが約６００℃のろう付時に再固溶しやすいため、ろう付後導電性が低下し、熱伝導性が低下する。このため、ろう付け前におけるＤ１／Ｄ２を２５〜１５０の範囲内とする。同様の理由で下限を５０、上限を１００とするのが望ましい。
Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系化合物の数密度（Ｄ２）の化合物比Ｄ１／Ｄ２：２５〜１５０
上記Ｄ１と、円相当径１．０〜５．０μｍの範囲のＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物の数密度（Ｄ２）との比Ｄ１／Ｄ２の値が２５未満の場合、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系の粗大な金属間化合物の割合が増加し、フィン成形時の切断加工性が低下する。Ｄ１／Ｄ２の値が１５０を超える場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の微細な金属間化合物の割合が増加し、これらが約６００℃のろう付時に再固溶しやすいため、ろう付後導電性が低下し、熱伝導性が低下する。このため、ろう付け前におけるＤ１／Ｄ２を２５〜１５０の範囲内とする。同様の理由で下限を５０、上限を１００とするのが望ましい。
板厚：０．０６ｍｍ以下
軽量化達成のため、フィン材の板厚は０．０６ｍｍ以下とする。下限としては０．０３ｍｍである。
軽量化達成のため、フィン材の板厚は０．０６ｍｍ以下とする。下限としては０．０３ｍｍである。
均質化処理を行わない、または、温度４８０℃以下で保持時間１０時間以下の均質化処理を行う
アルミニウム合金板材を製造する際、４８０℃を超える温度条件または１０時間を超こえる時間条件にて鋳塊の均質化処理を行うと、粗大な金属間化合物（析出物）が増加し、フィン単体の耐食性が低下するとともに、フィンの成形加工性が大幅に低下する。したがって、均質化処理を行わない、または、温度４８０℃以下で保持時間１０時間以下の均質化処理を行うこととする。
アルミニウム合金板材を製造する際、４８０℃を超える温度条件または１０時間を超こえる時間条件にて鋳塊の均質化処理を行うと、粗大な金属間化合物（析出物）が増加し、フィン単体の耐食性が低下するとともに、フィンの成形加工性が大幅に低下する。したがって、均質化処理を行わない、または、温度４８０℃以下で保持時間１０時間以下の均質化処理を行うこととする。
以上説明したように、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、質量％で、Ｍｎ：０．４０〜０．９０％、Ｓｉ：０．７５〜１．２５％、Ｆｅ：０．４０〜０．９０％、Ｚｎ：０．１０〜１．５０％を含有し、残部がＡl と不可避不純物とからなり、前記Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ含有量が質量％で、１．２０≦Ｓｉ／Ｍｎ≦２．２５かつ１．７０≦（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｆｅ≦３．２０の条件を満たす組成を有し、ろう付前において、板厚が０．０６ｍｍ以下、導電率が５２％ＩＡＣＳ以上であって、円相当径１．０〜５．０μｍの範囲の金属間化合物中で、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物の数密度（Ｄ１）が１×１０３個／ｍｍ２以上存在し、かつＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物の数密度（Ｄ２）との比Ｄ１／Ｄ２が２５〜１５０の範囲内にあるので、高強度、高熱伝導性の特性を有しており、さらにフィン加工時の切断加工性にも優れる。また、半連続鋳造法による製造も可能である。
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本発明のフィン材は、例えば常法により製造することができ、本発明組成に調製してアルミニウム合金を溶製する。該溶製は半連続鋳造法によって行うことができる。得られたアルミニウム合金鋳塊に対しては、均質化処理を施さないか、所定条件で均質化処理を行う。すなわち、均質化処理を行う場合、温度４８０℃以下、保持時間１０時間以下とする。その後、熱間圧延、冷間圧延などを経て板厚０．０６ｍｍ以下の薄板状フィン材とすることができる。本発明では、上記のように半連続鋳造法の適用が可能であるが、ＣＣ鋳造法（連続鋳造圧延法）の適用を排除するものではなく、ＣＣ鋳造法の後、冷間圧延を行ってもよい。
本発明のフィン材は、例えば常法により製造することができ、本発明組成に調製してアルミニウム合金を溶製する。該溶製は半連続鋳造法によって行うことができる。得られたアルミニウム合金鋳塊に対しては、均質化処理を施さないか、所定条件で均質化処理を行う。すなわち、均質化処理を行う場合、温度４８０℃以下、保持時間１０時間以下とする。その後、熱間圧延、冷間圧延などを経て板厚０．０６ｍｍ以下の薄板状フィン材とすることができる。本発明では、上記のように半連続鋳造法の適用が可能であるが、ＣＣ鋳造法（連続鋳造圧延法）の適用を排除するものではなく、ＣＣ鋳造法の後、冷間圧延を行ってもよい。
上記冷間圧延によって得られるフィン材は、その後、必要に応じてコルゲート加工などが施される。コルゲート加工は、回転する２つの金型の間を通すことによって行うことができ、良好に加工を行うことができ、優れた成形性を示す。
上記で得られたフィン材は、熱交換器の構成部材として、他の構成部材（チューブやヘッダーなど）と組み合わせて、ろう付に供される。なお、ろう付における条件（ろう付温度、雰囲気、フラックスの使用の有無、ろう材の種別など）は特に限定されるものではなく、常法により行うことができる。
上記で作製された熱交換器は、自動車などの用途に使用される。該熱交換器のフィン部は、上記で得られたフィン材を使用しているので、薄肉化されつつも高強度と高熱伝導性を兼ね備えたものとなっている。
なお、本発明のフィン材の製造工程は、上記工程に限定されるものではなく、適宜の工程によって製造することができる。
上記で作製された熱交換器は、自動車などの用途に使用される。該熱交換器のフィン部は、上記で得られたフィン材を使用しているので、薄肉化されつつも高強度と高熱伝導性を兼ね備えたものとなっている。
なお、本発明のフィン材の製造工程は、上記工程に限定されるものではなく、適宜の工程によって製造することができる。
以下に、本発明の一実施例を比較例と比較しつつ説明する。
表１に示す組成（残部Ａｌ＋不可避不純物）を有するアルミニウム合金ろう材を、半連続鋳造法により溶解、鋳造した。得られた鋳塊に対し、表１に示す条件にて均質化処理を行い、その後、熱間圧延、冷間圧延を行った。冷間圧延工程では９０％以上で冷間圧延を行った後、４００℃にて中間焼鈍を行い、その後圧延率３０％の最終圧延を行い、板厚０．０５ｍｍ、質別Ｈ１４の板材（供試材）を得た。得られた供試材について、強度および導電率を算出し、表１に示した。また、得られた供試材について、断面のＳＥＭ観察におけるＥＰＭＡ分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）により金属間化合物を二値化処理し、円相当径１．０〜５．０μｍの金属間化合物の個数を画像解析により計測した。さらに、ＥＤＳ分析により金属間化合物の化学成分を測定した。これらの測定結果に基づいて、金属間化合物のうち、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物数密度Ｄ１およびＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物の数密度Ｄ２を０．２ｍｍ２の範囲内で算出した。これらの測定結果に基づいて、Ｄ１およびＤ１／Ｄ２を表１に示した。
また、上記供試材に対し、ろう付相当の熱処理（６００℃×３分）を行い、ろう付後強度およびろう付後導電率を測定した。なお、ろう付前後の強度は、圧延方向と平行にサンプルを切り出し、ＪＩＳ１３号Ｂ試験片を作製し、引張試験を行うことにより、強度を評価した。
さらに、各供試材について以下の項目の評価を行った。
表１に示す組成（残部Ａｌ＋不可避不純物）を有するアルミニウム合金ろう材を、半連続鋳造法により溶解、鋳造した。得られた鋳塊に対し、表１に示す条件にて均質化処理を行い、その後、熱間圧延、冷間圧延を行った。冷間圧延工程では９０％以上で冷間圧延を行った後、４００℃にて中間焼鈍を行い、その後圧延率３０％の最終圧延を行い、板厚０．０５ｍｍ、質別Ｈ１４の板材（供試材）を得た。得られた供試材について、強度および導電率を算出し、表１に示した。また、得られた供試材について、断面のＳＥＭ観察におけるＥＰＭＡ分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）により金属間化合物を二値化処理し、円相当径１．０〜５．０μｍの金属間化合物の個数を画像解析により計測した。さらに、ＥＤＳ分析により金属間化合物の化学成分を測定した。これらの測定結果に基づいて、金属間化合物のうち、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物数密度Ｄ１およびＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物の数密度Ｄ２を０．２ｍｍ２の範囲内で算出した。これらの測定結果に基づいて、Ｄ１およびＤ１／Ｄ２を表１に示した。
また、上記供試材に対し、ろう付相当の熱処理（６００℃×３分）を行い、ろう付後強度およびろう付後導電率を測定した。なお、ろう付前後の強度は、圧延方向と平行にサンプルを切り出し、ＪＩＳ１３号Ｂ試験片を作製し、引張試験を行うことにより、強度を評価した。
さらに、各供試材について以下の項目の評価を行った。
（切断加工性）
供試材のコイルを幅３２ｍｍの条材にスリット加工し、得られた条材を用いて、高速プレス機（株式会社黒田製作所製）のエンドシャー（切断刃の材質：ＳＫＤ６（硬度ＨＲＣ５０））による切断試験を実施した。試験条件は、条材の送り速度２００ｓｐｍ、５ｍｍピッチで供試材の圧延垂直方向に切断した。切断加工性として、切断回数５万ショット後の切断片断面のバリ高さを測定し、バリ高さが５０μｍ未満のものを切断加工性が非常に良好（◎）、５０μｍ以上で８０μｍ未満のものを良好（○）、８０μｍ以上のものは不良（×）と評価し、各評価結果を前記記号によって表２に示した。
供試材のコイルを幅３２ｍｍの条材にスリット加工し、得られた条材を用いて、高速プレス機（株式会社黒田製作所製）のエンドシャー（切断刃の材質：ＳＫＤ６（硬度ＨＲＣ５０））による切断試験を実施した。試験条件は、条材の送り速度２００ｓｐｍ、５ｍｍピッチで供試材の圧延垂直方向に切断した。切断加工性として、切断回数５万ショット後の切断片断面のバリ高さを測定し、バリ高さが５０μｍ未満のものを切断加工性が非常に良好（◎）、５０μｍ以上で８０μｍ未満のものを良好（○）、８０μｍ以上のものは不良（×）と評価し、各評価結果を前記記号によって表２に示した。
（フィン単体での耐食性）
前記供試材について、窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分間ろう付加熱した後、３０ｍｍ×８０ｍｍの短冊状に切り出し、ＳＳＴ（塩水噴霧試験）を２４０時間実施することでフィン単体での耐食性を評価した。腐食試験後にリン酸クロムにて腐食生成物を除去した後、腐食減量を測定し、腐食減量が４．０ｍｇ／ｃｍ２未満のものを○、４．０ｍｇ／ｃｍ２以上のものを×と評価して表２に示した。
前記供試材について、窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分間ろう付加熱した後、３０ｍｍ×８０ｍｍの短冊状に切り出し、ＳＳＴ（塩水噴霧試験）を２４０時間実施することでフィン単体での耐食性を評価した。腐食試験後にリン酸クロムにて腐食生成物を除去した後、腐食減量を測定し、腐食減量が４．０ｍｇ／ｃｍ２未満のものを○、４．０ｍｇ／ｃｍ２以上のものを×と評価して表２に示した。
（供試材のフィンとチューブのコアでの腐食試験）
得られたフィンとチューブとを接合してなるコアについて、ＳＳＴ（塩水噴霧試験）を２０００時間実施した。腐食試験後にリン酸クロムにて腐食生成物を除去した後、チューブに生じた最大腐食深さを測定し、表２に示した。
得られたフィンとチューブとを接合してなるコアについて、ＳＳＴ（塩水噴霧試験）を２０００時間実施した。腐食試験後にリン酸クロムにて腐食生成物を除去した後、チューブに生じた最大腐食深さを測定し、表２に示した。
（ろう付性）
供試材のフィン材について、コルゲート成形加工を行い、ろう材ＪＩＳ Ａ４３４３合金／芯材ＪＩＳ Ａ３００３合金のクラッドチューブ材と組付けて、フッ化物系のフラックスを塗布後、窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分間ろう付加熱した。その後、ろう付接合後のフィンをカッター刃にて物理的に除去し、チューブ表面に残存するフィン接合部跡を観察し、全接合箇所の数に対する、接合箇所の数の割合（（接合箇所／全接合箇所）×１００（％））を求めた。これを接合率と定義し、表２に示した。
また、上記ろう付品のろう付部について断面観察を実施し、フィンにろうが溶融拡散していないものをろう侵食性○と評価し、ろうが溶融拡散し、ろう侵食しているものをろう侵食性×と評価して評価結果を表２に示した。比較例４は、ろう侵食性が×で侵食性大であった。
供試材のフィン材について、コルゲート成形加工を行い、ろう材ＪＩＳ Ａ４３４３合金／芯材ＪＩＳ Ａ３００３合金のクラッドチューブ材と組付けて、フッ化物系のフラックスを塗布後、窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分間ろう付加熱した。その後、ろう付接合後のフィンをカッター刃にて物理的に除去し、チューブ表面に残存するフィン接合部跡を観察し、全接合箇所の数に対する、接合箇所の数の割合（（接合箇所／全接合箇所）×１００（％））を求めた。これを接合率と定義し、表２に示した。
また、上記ろう付品のろう付部について断面観察を実施し、フィンにろうが溶融拡散していないものをろう侵食性○と評価し、ろうが溶融拡散し、ろう侵食しているものをろう侵食性×と評価して評価結果を表２に示した。比較例４は、ろう侵食性が×で侵食性大であった。
Claims (4)
- 質量％で、Ｍｎ：０．４０〜０．９０％、Ｓｉ：０．７５〜１．２５％、Ｆｅ：０．４０〜０．９０％、Ｚｎ：０．１０〜１．５０％を含有し、残部がＡl と不可避不純物とからなり、前記Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ含有量が質量％で、１．２０≦Ｓｉ／Ｍｎ≦２．２５かつ１．７０≦（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｆｅ≦３．２０の条件を満たす組成を有し、ろう付前において、板厚が０．０６ｍｍ以下、導電率が５２％ＩＡＣＳ以上であって、円相当径１．０〜５．０μｍの範囲の金属間化合物中で、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物の数密度（Ｄ１）が１×１０３個／ｍｍ２以上存在し、かつＡｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）系金属間化合物の数密度（Ｄ２）との比Ｄ１／Ｄ２が２５〜１５０の範囲内にあることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
- さらに前記組成に、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜０．３０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０％、Ｓｒ：０．０１〜０．０５％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％の１種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
- 請求項１または２に記載の組成を有するアルミニウム合金に対し、均質化処理を行わない、または、温度４８０℃以下で保持時間１０時間以下の均質化処理を行うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法。
- 請求項１または２に記載のアルミニウム合金フィン材を備えることを特徴とする熱交換器。
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- 2010-07-26 JP JP2010167085A patent/JP2012026008A/ja active Pending
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