JP2021535285A

JP2021535285A - 熱交換器のフィン用のアルミニウム合金

Info

Publication number: JP2021535285A
Application number: JP2021533412A
Authority: JP
Inventors: ジョティ・カダリ; カイル・ダッシュ; ジュリア・エル・ウッズ
Original assignee: Novelis Inc Canada
Current assignee: Novelis Inc Canada
Priority date: 2018-09-06
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2021-12-16
Also published as: EP3847289A1; CN112654726A; WO2020051129A1; EP3847289B1; JP2023061968A; US20200080172A1

Abstract

約０．９〜１．４重量％のＳｉ、０．３〜０．６重量％のＦｅ、０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、１．０〜１．７重量％のＭｎ、０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、０．０１〜３．０重量％のＺｎ、最大０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金フィン素材。アルミニウム合金フィン素材は、インゴットを直接チル鋳造することと、直接チル鋳造後にインゴットを熱間圧延することと、アルミニウム合金を中間厚さまで冷間圧延することと、中間厚さまで冷間圧延したアルミニウム合金を２００〜４００℃の温度で中間アニーリングすることと、中間アニーリング後に材料を冷間圧延して、冷間加工率％（ＣＷ％）２０〜４０％を達成することと、を含むステップを含むプロセスによって生産される。アルミニウム合金フィン素材は、ろう付け前及び／またはろう付け後の強度、熱伝導率、たるみ耐性、及び／または腐食電位の改善された組み合わせを保有している。【選択図】図１Ａ

Description

優先権の主張
本出願は、２０１８年９月６日に出願された米国仮出願第６２／７２７，８０６号の優先権を主張し、その全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、材料科学、材料化学、冶金学、アルミニウム合金、アルミニウム製作、及び関連分野の分野に関する。本発明は、熱交換器のフィンの生産に使用するための新規のアルミニウム合金を提供し、これらの合金は、様々な熱交換器デバイス、例えば、自動車の放熱器、凝縮器、蒸発器及び関連デバイスで使用される。

自動車用熱交換器業界は、熱交換器のフィンの生産に使用されるアルミニウム材料（「フィン素材」）に対していくつかの要求を呈する。これらの要求のバランスを保つのは困難であり得る。ろう付け前及びろう付け後の両方の条件で高強度であり、ろう付け中の良好な挙動を意味するたるみ耐性が改善され、かつフィンの侵食が減少するアルミニウム合金フィン素材が必要とされている。自動車を軽量化するためには、資源の節約及び省エネのために自動車用熱交換器のサイズ及び重量を減少させることが望ましい。この目的を達成するために様々な方法が研究されており、望ましい解決策のうちの１つは、アルミニウムフィン素材の厚さを薄くすることである。フィン材料の厚さを薄くするためには、ろう付け後の強度を高め、かつ十分なろう付け性を確保することが重要である。同時に、熱交換器のフィンは、他の熱交換器構成部品と比較して、高い導電性及び優れた腐食性能を備えている必要がある。例えば、熱交換器のフィンは、熱交換器のチューブ素材よりも陽極性であり得、その結果、フィンは犠牲的に作用する。望ましいアルミニウムフィン素材は、上記の要件のバランスが取れた特性及びパラメータを保有するであろう。

本発明の対象の実施形態は、本概要ではなく、特許請求の範囲によって定められる。この概要は、本発明の様々な態様の高レベルの概要であり、以下の詳細な説明のセクションでさらに説明される概念の一部を紹介している。この概要は、クレームされている主題の主要な特徴または重要な特徴を特定することは意図されておらず、クレームされている主題の範囲を決定する上で分離して用いられることも意図されていない。主題は、明細書全体、任意のまたは全ての図面、及び各請求項の適切な部分を参照することによって理解されるべきである。

必要な厚さ（ゲージ）の組み合わせを有し、ろう付けに耐えることができ、ろう付け前、ろう付け中、及びろう付け後に適切な機械的特性、高性能熱交換器用途に好適な強度及び導電性特性、及び好適な腐食電位を呈するであろうアルミニウムフィン素材を生産することが望ましい。さらに、環境に優しく費用効果の高い方法でフィン素材を生産するために、スクラップアルミニウムを組み込んだ投入金属からアルミニウムフィン素材を生産することが望ましい。自動車産業で使用されるようなものなど、例えば、熱交換器内などで使用される熱交換器のフィンの生産に好適となる特徴及び特性の組み合わせを保有する改善されたアルミニウム合金フィン素材が開示されている。一例では、改善されたアルミニウム合金フィン素材は、軽量熱交換器ユニットの生産に好適である所望の厚さ（ゲージ）でシート形態で生産することができる。アルミニウム合金フィン素材はろう付けが可能であり、ろう付け前、ろう付け中、及びろう付け後に強度特徴を呈し、これは、自動車の熱交換器用途にとって魅力的となる。より具体的には、開示されている改善されたアルミニウム合金フィン素材は、ろう付け中のフィンの粉砕問題を減少させる、ろう付け前の強度特徴を保有している。開示されているアルミニウム合金フィン素材はまた、熱交換器用途にとって好適である十分に高い熱伝導率も保有し、熱交換器の腐食中にフィンが犠牲的に作用するのに十分にマイナスである腐食電位を有する。要約すると、改善されたアルミニウム合金フィン素材は、次の特性：高強度、望ましいろう付け後の機械的特性、望ましいたるみ耐性、望ましい耐食性、及び望ましい導電性のうちの１つ以上を有する。同時に、アルミニウム合金フィン素材は、少なくとも部分的にリサイクルに適した投入アルミニウムから生産できる。より具体的には、改善されたアルミニウム合金フィン素材は、あるレベルの非アルミニウム構成成分、例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、及びＺｎを含み、このレベルは、投入金属としての特定のスクラップアルミニウム内で見出されるこれらの元素のレベルに適合する。

開示されたアルミニウム合金フィン素材は、シート形態、プレート形態、またはシェート形態（ｓｈａｔｅｆｏｒｍ）で生産される。鋳造ステップ、圧延ステップ、またはアニーリングステップのうちの１つ以上を組み込んだ、改善されたアルミニウム合金フィン素材を生産するためのプロセスも開示される。場合によっては、改善されたアルミニウム合金フィン素材の生産中に採用されたプロセスステップは、材料に有益な特性及び特徴を付与する。１つの例示的なプロセスでは、改善されたアルミニウム合金フィン素材は、１つ以上の冷間圧延ステップを使用することによって生産される。冷間圧延ステップのそれぞれは、複数の冷間圧延パスを伴い得る。冷間圧延ステップは、達成された「冷間加工率％」または「ＣＷ率％」によって特徴付けられ得る。アルミニウム合金フィン素材の必要な強度範囲を達成するために、指定された範囲または値のＣＷ率％を達成することが望ましい場合がある。一例では、アルミニウム合金フィン素材は、望ましいろう付け前質別、例えば、Ｈ１４質別を生産するための直接チル鋳造及び冷間加工（冷間圧延）を伴うプロセスによって生産され得る。他の例では、改善されたフィンアルミニウム合金材料は、Ｈ１６、Ｈ１８、または他のＨ１Ｘ質別など、他の様々なひずみ硬化されたろう付け前質別で生産することができる。アルミニウム合金フィン素材を生産するためのプロセスはまた、直接チル鋳造後の熱間圧延、及び最終冷間圧延ステップの前の中間アニーリング（例えば、中間冷間圧延ステップと最終冷間圧延ステップとの間）を伴い得る。「中間アニーリング（ＩＡ）」という用語は、冷間圧延ステップ間に適用される熱処理を指す。ＩＡ温度は、アルミニウムフィン素材の特性に影響を与え得る。例えば、ＩＡ温度を４００℃から３５０℃に下げることにより、ろう付け後の結晶粒径が粗くなる。アルミニウム合金の組成などの他の要因と共に、この生産に使用されるＣＷ率％及びＩＡ温度の組み合わせにより、望ましい特性が得られる。

開示されたアルミニウム合金フィン素材は、様々な用途、例えば、熱交換器用のフィンの製造に使用することができる。場合によっては、改善されたアルミニウム合金フィン素材は、高性能かつ軽量である自動車用熱交換器に有用である。いくつかの非限定的な例として、アルミニウム合金フィン素材は、放熱器、凝縮器、及び蒸発器などの自動車の熱交換器内で使用され得る。しかし、改善されたアルミニウム合金フィン素材の使用及び用途は、自動車用熱交換器に限定されるものではなく、アルミニウム合金フィン素材の特徴及び特性は、自動車用熱交換器のフィンの生産以外の使用及び用途にも有益であり得るため、他の用途が想定される。例えば、改善されたアルミニウム合金フィン素材は、熱交換器を使用し、加熱、換気、空調、及び冷蔵（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムで使用されるデバイスなどをろう付けすることによって生産される様々なデバイスの製造に使用できる。

上記のように、改善されたアルミニウム合金フィン素材を生産するための組成物及びプロセスでは、熱交換器のフィンの製造に好適となるように有益な特徴及び特性の組み合わせを保有する材料がもたらされる。例えば、アルミニウム合金フィン素材は、次の特徴：ろう付け前及びろう付け後の機械的特性、例えば、引張強度、ろう付け後のたるみ耐性、熱伝導率、及び腐食電位などのうちの１つ以上の有益な組み合わせを示す。一例は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、及び最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金である。別の例は、約０．９〜１．３５重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、及び最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金である。別の例は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３５〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、及び最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金である。他のいくつかの例は以下のとおりである：約０．９〜１．２重量％のＳｉ、０．３〜０．６重量％のＦｅ、０．４０〜０．５５重量％のＣｕ、１．０〜１．７重量％のＭｎ、０．０１〜０．１重量％のＭｇ、及び０．１〜３．０重量％のＺｎを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金；約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．１〜１．６０重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、及び最大０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金；約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０５〜０．２重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、及び最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金；約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約１〜３．０重量％のＺｎ、及び最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金；約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約１．５〜２．７５重量％のＺｎ、及び最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金。開示されたアルミニウム合金において、Ｚｒ、Ｖ、ＣｒまたはＮｉのうちの１つ以上は、０．０５重量％未満、０．０４重量％未満、０．０３重量％未満、０．０２重量％未満、または０．０１重量％未満で存在し得る。場合によっては、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、またはＮｉのうちの１つ以上は存在しない（すなわち、０重量％である）。

いくつかの例では、開示されたアルミニウム合金は、ろう付け前の状態で測定したときに少なくとも２００ＭＰａであるか、またはろう付け後に測定したときに少なくとも１５０ＭＰａであるか、その一方または両方の極限引張強度を有し得る。一例では、アルミニウム合金の極限引張強度は、ろう付け前の状態で測定したときに２００〜２３０Ｍｐａであるか、またはろう付け後に測定したときに１７０Ｍｐａより大きいかのうちの一方または両方の極限引張強度を有し得る。アルミニウム合金は、ろう付け後に測定したとき、−７６０ｍＶ以下の腐食電位を有し得る。アルミニウム合金は、ろう付け後に測定したとき、４０％を超える熱伝導率（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｎｎｅａｌｅｄＣｏｐｐｅｒＳｔａｎｄａｒｄ、１００％の純銅伝導率を想定）を有し得る。

開示されたアルミニウム合金は、以下を含むプロセスによって生産することができる。アルミニウム合金を直接チル鋳造してインゴットにする；直接チル鋳造後にインゴットの熱間圧延する；熱間圧延後、アルミニウム合金を中間厚さまで冷間圧延する；冷間圧延後、２００℃と４００℃との間（２００〜４００℃）の温度で中間厚さまで圧延させたアルミニウム合金を中間アニールする；中間アニール後、アルミニウム合金を冷間圧延して、２０〜４０％の冷間加工率％（ＣＷ％）を達成し、その結果、４５〜１００μｍ、４５〜９０μｍ、４７〜８５μｍ、または５０〜８３μｍの厚さを有するシートとする。さらなるプロセスでは、連続鋳造を使用することができる。上記のプロセスで達成されるＣＷ％は、３０〜４０％であり得る。中間アニーリングは、３２０℃と３７０℃との間（３２０〜３７０℃）、２９０℃と３６０℃との間（２９０〜３６０℃）、または３４０℃と３６０℃との間（３４０〜３６０℃）の温度で実施され得る。中間アニーリング時間は３０分〜６０分であり得る。改善されたアルミニウム合金を含む熱交換器も開示されている。熱交換器は、自動車の熱交換器であり得る。熱交換器は、放熱器、凝縮器、または蒸発器であり得る。改善された合金を含む物体及び装置を作製するためのプロセスも開示される。そのようなプロセスの一例は、熱交換器を作製するプロセスであり、このプロセスは、改善されたアルミニウム合金から製作された少なくとも１つの第１のアルミニウム合金形態を第２のアルミニウム合金形態とろう付けすることによって接合することを含み、２つ以上のアルミニウム形態を一緒に組み立てて固定すること及び毛細管現象によって２つ以上のアルミニウム形態の間に接合部が形成されるまで、２つ以上のアルミニウム形態をろう付け温度まで加熱することを含む。熱交換器のフィン及び他の物体及び装置を製作するために、改善されたアルミニウム合金を使用することもまた、本説明の範囲内に含まれる。本発明の他の目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの粒子サイズを示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。ろう付け前に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。標準ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。高速ろう付け後に本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。Ａ〜Ｄは、本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルの異なる特性に対する冷間加工率％及び中間アニーリングの効果を示す図である。Ａ〜Ｄは、本開示に従って調製され、標準ろう付けに供されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。Ａ〜Ｄは、本開示に従って調製され、標準ろう付けに供されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。Ａ〜Ｄは、本開示に従って調製され、高速ろう付けに供されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。Ａ〜Ｄは、本開示に従って調製され、高速ろう付けに供されたアルミニウム合金サンプルの結晶粒構造を示す写真である。本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルを含むクーポンの腐食試験結果を示す写真である。本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルを含むクーポンの腐食試験結果を示す写真である。本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルを含むクーポンの腐食試験結果を示す写真である。本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルを含むクーポンの腐食試験結果を示す写真である。本開示に従って調製されたアルミニウム合金サンプルを含むクーポンの腐食試験結果を示す写真である。

本明細書に記載されているのは、高強度で耐食性のアルミニウム合金、ならびにそれらを作製し、加工する方法である。本明細書に記載のアルミニウム合金は、改善された機械的強度、耐食性、及び／または成形性を呈する。本明細書で提供される合金は、既存の合金と比較して、増加したケイ素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、及びマグネシウム（Ｍｇ）を含む。本明細書で提供される合金は、既存の合金と比較して、ろう付け後に改善された強度を有し得る。合金材料はフィン素材として形成され得、放熱器、凝縮器、蒸発器などの自動車用熱交換器中で使用され得る。アルミニウムフィン素材は、これに限定されないが、ＨＶＡＣ＆Ｒ用途など、他のろう付け用途に使用され得る。さらに、アルミニウム合金フィン素材は、高性能であり、かつ軽量の自動車用熱交換器に有用である。フィン素材は、チューブよりも安定でないように設計されているため、チューブよりも速く腐食する。熱交換器は、チューブ上でのフィン素材によるこの犠牲的な腐食防止に基づいて設計されている。したがって、本明細書に記載のフィン素材は、この犠牲的保護をチューブにもたらす。

定義及び説明
本明細書で使用される「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｅｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｉｓｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」及び「本発明（ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、本特許出願の主題の全て及び以下の特許請求の範囲を広く指すことを意図している。これらの用語を含む明細書は、本明細書に記載された主題を限定することも、以下の特許請求の範囲の意味または範囲を限定したりすることもないと理解されるべきである。

この説明では、「シリーズ」または「１ｘｘｘ」などのアルミニウム業界の名称で識別される合金について言及がなされている。アルミニウム及びその合金の命名及び識別に最も一般に使用される番号名称体系の理解については、「ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｌｌｏｙＤｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎＬｉｍｉｔｓｆｏｒＷｒｏｕｇｈｔＡｌｕｍｉｎｕｍａｎｄＷｒｏｕｇｈｔＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙｓ」または「ＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎＲｅｃｏｒｄｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＡｌｌｏｙＤｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓＬｉｍｉｔｓｆｏｒＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙｓｉｎｔｈｅＦｏｒｍｏｆＣａｓｔｉｎｇｓａｎｄＩｎｇｏｔ」（両方ともアルミニウム協会により発行された）を参照のこと。

本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、または「ｔｈｅ」の意味は、文脈が明確に別途指示しない限り、単数形及び複数形の言及を含む。

本明細書で使用される場合、プレートは一般に、約１５ｍｍを超える厚さを有する。例えば、プレートは、約１５ｍｍを超える、約２０ｍｍを超える、約２５ｍｍを超える、約３０ｍｍを超える、約３５ｍｍを超える、約４０ｍｍを超える、約４５ｍｍを超える、約５０ｍｍを超える、または約１００ｍｍを超える厚さを有するアルミニウム製品を指し得る。

本明細書で使用される場合、シェート（シートプレートとも称される）は一般に、約４ｍｍ〜約１５ｍｍの厚さを有する。例えば、シェートは、約４ｍｍ、約５ｍｍ、約６ｍｍ、約７ｍｍ、約８ｍｍ、約９ｍｍ、約１０ｍｍ、約１１ｍｍ、約１２ｍｍ、約１３ｍｍ、約１４ｍｍ、または約１５ｍｍの厚さを有し得る。

本明細書で使用される場合、シートは一般に、約４ｍｍ未満の厚さを有するアルミニウム製品を指す。例えば、シートは、約４ｍｍ未満、約３ｍｍ未満、約２ｍｍ未満、約１ｍｍ未満、約０．５ｍｍ未満、約０．３ｍｍ未満、または約０．１ｍｍ未満、約０．０５ｍｍ未満の厚さを有し得る。

本出願では、合金の質別または調質に対する言及がなされる。最も一般的に使用されている合金質別の記述を理解のために、「ＡｍｅｒｉｃａｎＮａｔｉｏｎａｌＳｔａｎｄａｒｄｓ（ＡＮＳＩ）Ｈ３５ｏｎＡｌｌｏｙａｎｄＴｅｍｐｅｒＤｅｓｉｇｎａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ」を参照されたい。Ｆ調質または質別とは、製造されるアルミニウム合金を指す。Ｏ調質または質別は、アニール後のアルミニウム合金を指す。本明細書ではＨ質別とも呼ばれるＨｘｘ調質または質別は、熱処理（例えば、アニーリング）の有無にかかわらず、冷間圧延後のアルミニウム合金を指す。好適なＨ質別としては、ＨＸ１、ＨＸ２、ＨＸ３、ＨＸ４、ＨＸ５、ＨＸ６、ＨＸ７、ＨＸ８、またはＨＸ９質別が挙げられる。例えば、アルミニウム合金は冷間圧延した場合のみ、可能なＨ１９質別となり得る。さらなる例では、アルミニウム合金を冷間圧延し、かつアニーリングして、可能なＨ２３質別となり得る。

以下のアルミニウム合金は、合金の総重量に基づく重量パーセント（重量％）での元素組成の観点から説明される。各合金の特定の例では、残りはアルミニウムであり、不純物の合計最大重量が、０．１５重量％である。

本明細書で使用される場合、「電気化学ポテンシャル」は、酸化還元反応に対する材料の影響の受けやすさを指す。電気化学ポテンシャルを使用して、本明細書に記載のアルミニウム合金の耐食性を評価することができる。マイナスの値は、プラスの電気化学ポテンシャルを有する材料と比較した場合に、容易に酸化する（例えば、電子の喪失または酸化状態の増加）材料を記述することができる。プラスの値は、マイナスの電気化学ポテンシャルを有する材料と比較した場合に、容易に還元する（例えば、電子の獲得または酸化状態の減少）材料を記述することができる。本明細書で使用される電気化学ポテンシャルは、大きさ及び方向を表すベクトル量である。

本明細書で使用される場合、「室温」の意味は、約１５℃〜約３０℃の温度、例えば、約１５℃、約１６℃、約１７℃、約１８℃、約１９℃、約２０℃、約２１℃、約２２℃、約２３℃、約２４℃、約２５℃、約２６℃、約２７℃、約２８℃、約２９℃、または約３０℃を含み得る。

本明細書に開示の範囲は全て、それらに包含される任意のあらゆる部分範囲を包含すると理解されるべきである。例えば、記載された範囲「１〜１０」は、最小値１及び最大値１０間の（且つこれらを含む）任意のあらゆる部分範囲を含むと考えられるべきであり、すなわち、全ての部分範囲は、１以上の最小値、例えば、１〜６．１から始まり、かつ１０以下の最大値、例えば、５．５〜１０で終わる。

合金組成
新規アルミニウム合金が以下に説明される。アルミニウム合金フィン素材の特性は、その組成によって異なる。本明細書に開示されるアルミニウム合金フィン素材は、複数の有利な特性を保有する。アルミニウム合金フィン素材は、シート、シェート、またはプレートの形態で生産でき、ろう付け前、ろう付け中、及びろう付け後でも、２００μｍまたは１００μｍ未満のゲージであっても望ましい強度を保有しており、熱交換器用途のフィンの製造に好適となる。アルミニウム合金材料は、フィン素材の生産に好適である熱伝導率及び腐食電位も保有している。

本明細書に開示されるアルミニウム合金フィン素材は、既知のフィン素材合金と比較して、より高い含有量のＣｕ、Ｓｉ及びＭｇのうちの１つ以上を含むことができる。アルミニウム合金フィン素材の組成及び／またはその生産プロセスにより、ろう付け中のフィンの粉砕の減少、ろう付け後の強度の向上、熱伝導率の改善、たるみ耐性の改善、及び陽極腐食電位の上昇など、材料の特性の改善となる。アルミニウム合金フィン素材は、フィン素材の生産に使用される既知の合金と比較して改善された強度、熱伝導率、及び腐食電位のうちの１つ以上を保有する。アルミニウム合金フィン素材内の比較的高レベルの非アルミニウム成分により、再生利用しやすいアルミニウムを組み込んだ投入金属から生産できるようになるため、様々な金属投入が可能になる。

いくつかの例では、アルミニウム合金フィン素材は、最終冷間圧延ステップの前に熱処理（中間アニーリング）ステップを含むプロセスによって生産される。中間アニーリングは、２００℃〜４００℃の温度で約３０分〜２時間（例えば、約１時間〜２時間）行われる。中間アニーリングの後には、指定された厚さの減少となる冷間圧延ステップを実施する（「冷間加工率％」、本明細書の後半で定義している）。いくつかの例では、上記のプロセスステップの組み合わせ（中間アニーリング及びその後の冷間圧延）により、ろう付け前の強度が増加し、ろう付け後の粗い結晶粒構造が改善され、これにより、改善されたアルミニウムフィン素材のたるみ耐性が改善され、また熱伝導率及び腐食電位に影響を与えるため、好ましい組み合わせの特徴及び特性を有する材料となる。

いくつかの例では、合金は、表１で提供される以下の元素組成を有し得る。
表１

いくつかの例では、合金は、表２で提供される以下の元素組成を有し得る。
表２

いくつかの例では、合金は、表３で提供されるような以下の元素組成を有し得る。
表３

いくつかの例では、合金は、表４で提供されるような以下の元素組成を有し得る。
表４

いくつかの例では、合金は、表５で提供されるような以下の元素組成を有し得る。
表５

いくつかの例では、合金は、表６で提供されるような以下の元素組成を有し得る。
表６

いくつかの例では、合金は、表７で提供されるような以下の元素組成を有し得る。
表７

いくつかの例では、合金は、表８で提供されるような以下の元素組成を有し得る。
表８

いくつかの例では、合金は、表９で提供されるような以下の元素組成を有し得る。
表９

いくつかの例では、合金は、表１０で提供されるような以下の元素組成を有し得る。
表１０

いくつかの例では、合金は、合金の総重量に基づいて、約０．９重量％〜約１．４重量％（例えば、約０．９５重量％〜約０．３５重量％、約１．０重量％〜約１．３０重量％、約１．１０重量％〜１．２重量％、０．８重量％〜１．３０重量％）の量のケイ素（Ｓｉ）を含む。例えば、合金は、約０．９０重量％、約０．９１重量％、約０．９２重量％、約０．９３重量％、約０．９４重量％、約０．９５重量％、約０．９６重量％、約０．９７重量％、約０．９８重量％、約０．９９重量％、約１．００重量％、約１．０１重量％、約１．０２重量％、約１．０３重量％、約１．０４重量％、約１．０５重量％、約１．０６重量％、約１．０７重量％、約１．０８重量％、約１．０９重量％、約１．１０重量％、約１．１１重量％、約１．１２重量％、約１．１３重量％、約１．１４重量％、約１．１５重量％、約１．１６重量％、約１．１７重量％、約１．１８重量％、約１．１９重量％、約１．２０重量％、約１．２１重量％、約１．２２重量％、約１．２３重量％、約１．２４重量％、約１．２５重量％、約１．２６重量％、約１．２７重量％、約１．２８重量％、約１．２９重量％、約１．３０重量％、約１．３１重量％、約１．３２重量％、約１．３３重量％、約１．３４重量％、約１．３５重量％、約１．３６重量％、約１．３７重量％、約１．３８重量％、約１．３９重量％、または約１．４０重量％のＳｉを含み得る。全てのパーセンテージが重量％で表される。とりわけ、Ｓｉ含有量は、アルミニウム合金の溶融温度に影響を与える。Ｓｉの含有量が増加することにより、アルミニウム合金の融点が低下する。したがって、アルミニウム合金フィン素材がろう付け可能であるようにするためには、合金のＳｉ含有量は、ろう付けサイクル中に合金が溶融しないように十分に少ない必要がある。その一方で、合金中のＳｉ含有量が比較的多い場合には、ＡｌＭｎＳｉ分散質の形成をもたらし、その結果、マトリックスの有益な分散質強化及び合金の改善された強度特性がもたらされる。開示されたフィン素材合金で使用されるＳｉ含有量は、上記の要因のバランスをとっている。

いくつかの例では、合金はまた、合金の総重量に基づいて、約０．３０重量％〜約０．６０重量％（例えば、約０．３５重量％〜約０．６０重量％、約０．４０重量％〜約０．６０重量％、または約０．４１重量％〜約０．４７重量％の量の鉄（Ｆｅ）を含む。例えば、合金は、約０．３０重量％、約０．３１重量％、約０．３２重量％、約０．３３重量％、約０．３４重量％、約０．３５重量％、約０．３６重量％、約０．３７重量％、約０．３８重量％、約０．３９重量％、約０．４０重量％、約０．４１重量％、約０．４２重量％、約０．４３重量％、約０．４４重量％、約０．４５重量％、約０．４６重量％、約０．４７重量％、約０．４８重量％、約０．４９重量％、約０．５０重量％、約０．５１重量％、約０．５２重量％、約０．５３重量％、約０．５４重量％、約０．５５重量％、約０．５６重量％、約０．５７重量％、約０．５８重量％、約０．５９重量％、または約０．６０重量％のＦｅを含み得る。全てのパーセンテージが重量％で表される。アルミニウム合金では、Ｆｅは、Ｍｎ、Ｓｉ、及び他の元素を含み得る金属間成分の一部であり得る。粗金属間成分の含有量に影響を与えるためには、多くの場合、アルミニウム合金のＦｅ含有量を制御することが有益である。

いくつかの例では、開示された合金は、合金の総重量に基づいて、約０．２重量％〜約０．６０重量％（例えば、約０．２０重量％〜約０．４０重量％または約０．４０重量％〜約０．５５重量％）の量の銅（Ｃｕ）を含む。例えば、合金は、約０．２０重量％、約０．２１重量％、約０．２２重量％、約０．２３重量％、約０．２４重量％、約０．２５重量％、約０．２６重量％、約０．２７重量％、約０．２８重量％、約０．２９重量％、約０．３０重量％、約０．３１重量％、約０．３２重量％、約０．３３重量％、約０．３４重量％、約０．３５重量％、約０．３６重量％、約０．３７重量％、約０．３８重量％、約０．３９重量％、約０．４０重量％、約０．４１重量％、約０．４２重量％、約０．４３重量％、約０．４４重量％、約０．４５重量％、約０．４６重量％、約０．４７重量％、約０．４８重量％、約０．４９重量％、約０．５０重量％、約０．５１重量％、約０．５２重量％、約０．５３重量％、約０．５４重量％、約０．５５重量％、約０．５６重量％、約０．５７重量％、約０．５８重量％、約０．５９重量％、または約０．６０重量％のＣｕを含み得る。全てのパーセンテージが重量％で表される。固溶体中のＣｕは、アルミニウム合金の強度を高める。Ｃｕ含有量の増加は、Ｃｕ含有ＡｌＭｎＣｕ分散質の形成にもつながり得、これはＭｎを貯蔵し、ろう付け中に溶解するため、Ｍｎが固溶体に放出されることになる。このプロセスにより、ろう付け後の強度が改善する。フィン素材合金のＣｕ含有量が比較的多いことにより、コストの削減及び再生利用能力の向上が可能になる。

いくつかの例では、合金は、合金の総重量に基づいて、約１．０重量％〜約１．７重量％（例えば、約１．１０重量％〜約１．６５重量％、約１．１５重量％〜約１．３５重量％、または約１．２重量％〜約１．３５重量％）の量のマンガン（Ｍｇ）を含む。例えば、合金は、約１．０重量％、約１．０１重量％、約１．０２重量％、約１．０３重量％、約１．０４重量％、約１．０５重量％、約１．０６重量％、約１．０７重量％、約１．０８重量％、約１．０９重量％、約１．１重量％、約１．１１重量％、約１．１２重量％、約１．１３重量％、約１．１４重量％、約１．１５重量％、約１．１６重量％、約１．１７重量％、約１．１８重量％、約１．１９重量％、約１．２重量％、約１．２１重量％、約１．２２重量％、約１．２３重量％、約１．２４重量％、約１．２５重量％、約１．２６重量％、約１．２７重量％、約１．２８重量％、約１．２９重量％、約１．３重量％、約１．３１重量％、約１．３２重量％、約１．３３重量％、約１．３４重量％、約１．３５重量％、約１．３６重量％、約１．３７重量％、約１．３８重量％、約１．３９重量％、約１．４重量％、約１．４１重量％、約１．４２重量％、約１．４３重量％、約１．４４重量％、約１．４５重量％、約１．４６重量％、約１．４７重量％、約１．４８重量％、約１．４９重量％、約１．５０重量％、約１．５１重量％、約１．５２重量％、約１．５３重量％、約１．５４重量％、約１．５５重量％、約１．５６重量％、約１．５７重量％、約１．５８重量％、約１．５９重量％、約１．６０重量％、約１．６１重量％、約１．６２重量％、約１．６３重量％、約１．６４重量％、約１．６５重量％、約１．６６重量％、約１．６７重量％、約１．６８重量％、約１．６９重量％、または約１．７重量％のＭｎを含み得る。全てのパーセンテージが重量％で表される。固溶体中のＭｎは、アルミニウム合金の強度を高め、腐食電位をより陰極状態に移動させる。存在する場合、微細かつ緻密な分散液中の（ＦｅＭｎ）−Ａｌ_６またはＡｌ_１５Ｍｎ_３Ｓｉ_２の分散質は、粒子の強化により、アルミニウム合金の強度が高まる。組成及び凝固速度に応じて、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＳｉは、いくつか例を挙げると、Ａｌ_１５（ＦｅＭｎ）_３Ｓｉ_２、Ａｌ_５ＦｅＳｉ、またはＡｌ_８ＦｅＭｇ_３Ｓｉ_６のような微細構造内の様々な金属間成分、すなわち粒子を形成するために凝固中に組み合わせる。Ｍｎ含有量がより多いと、特により多いＦｅ含有量と組み合わせて、粗Ｍｎ−Ｆｅ金属間成分の形成につながり得る。

いくつかの例では、合金は、合金の総重量に基づいて、約０．１重量％〜約３．０重量％（例えば、約０．５重量％〜約２．８重量％、約１．０重量％〜約２．５重量％、約１．５重量％〜約３．０重量％、約１．５重量％〜約２．７５重量％、または約１．９重量％〜約２．６重量％）の量の亜鉛（Ｚｎ）を含む。例えば、合金は、約０．１重量％、約０．１１重量％、約０．１２重量％、約０．１３重量％、約０．１４重量％、約０．１５重量％、約０．１６重量％、約０．１７重量％、約０．１８重量％、約０．１９重量％、約０．２重量％、約０．２１重量％、約０．２２重量％、約０．２３重量％、約０．２４重量％、約０．２５重量％、約０．２６重量％、約０．２７重量％、約０．２８重量％、約０．２９重量％、約０．３重量％、約０．３１重量％、約０．３２重量％、約０．３３重量％、約０．３４重量％、約０．３５重量％、約０．３６重量％、約０．３７重量％、約０．３８重量％、約０．３９重量％、約０．４重量％、約０．４１重量％、約０．４２重量％、約０．４３重量％、約０．４４重量％、約０．４５重量％、約０．４６重量％、約０．４７重量％、約０．４８重量％、約０．４９重量％、約０．５重量％、約０．５１重量％、約０．５２重量％、約０．５３重量％、約０．５４重量％、約０．５５重量％、約０．５６重量％、約０．５７重量％、約０．５８重量％、約０．５９重量％、約０．６重量％、約０．６１重量％、約０．６２重量％、約０．６３重量％、約０．６４重量％、約０．６５重量％、約０．６６重量％、約０．６７重量％、約０．６８重量％、約０．６９重量％、約０．７重量％、約０．７１重量％、約０．７２重量％、約０．７３重量％、約０．７４重量％、約０．７５重量％、約０．７６重量％、約０．７７重量％、約０．７８重量％、約０．７９重量％、約０．８重量％、約０．８１重量％、約０．８２重量％、約０．８３重量％、約０．８４重量％、約０．８５重量％、約０．８６重量％、約０．８７重量％、約０．８８重量％、約０．８９重量％、約０．９重量％、約０．９１重量％、約０．９２重量％、約０．９３重量％、約０．９４重量％、約０．９５重量％、約０．９６重量％、約０．９７重量％、約０．９８重量％、約０．９９重量％、約１．０重量％、約１．０１重量％、約１．０２重量％、約１．０３重量％、約１．０４重量％、約１．０５重量％、約１．０６重量％、約１．０７重量％、約１．０８重量％、約１．０９重量％、約１．１重量％、約１．１１重量％、約１．１２重量％、約１．１３重量％、約１．１４重量％、約１．１５重量％、約１．１６重量％、約１．１７重量％、約１．１８重量％、約１．１９重量％、約１．２重量％、約１．２１重量％、約１．２２重量％、約１．２３重量％、約１．２４重量％、約１．２５重量％、約１．２６重量％、約１．２７重量％、約１．２８重量％、約１．２９重量％、約１．３重量％、約１．３１重量％、約１．３２重量％、約１．３３重量％、約１．３４重量％、約１．３５重量％、約１．３６重量％、約１．３７重量％、約１．３８重量％、約１．３９重量％、約１．４重量％、約１．４１重量％、約１．４２重量％、約１．４３重量％、約１．４４重量％、約１．４５重量％、約１．４６重量％、約１．４７重量％、約１．４８重量％、約１．４９重量％、約１．５重量％、約１．５１重量％、約１．５２重量％、約１．５３重量％、約１．５４重量％、約１．５５重量％、約１．５６重量％、約１．５７重量％、約１．５８重量％、約１．５９重量％、約１．６重量％、約１．６１重量％、約１．６２重量％、約１．６３重量％、約１．６４重量％、約１．６５重量％、約１．６６重量％、約１．６７重量％、約１．６８重量％、約１．６９重量％、約１．７重量％、約１．７１重量％、約１．７２重量％、約１．７３重量％、約１．７４重量％、約１．７５重量％、約１．７６重量％、約１．７７重量％、約１．７８重量％、約１．７９重量％、約１．８重量％、約１．８１重量％、約１．８２重量％、約１．８３重量％、約１．８４重量％、約１．８５重量％、約１．８６重量％、約１．８７重量％、約１．８８重量％、約１．８９重量％、約１．９重量％、約１．９１重量％、約１．９２重量％、約１．９３重量％、約１．９４重量％、約１．９５重量％、約１．９６重量％、約１．９７重量％、約１．９８重量％、約１．９９重量％、約２．０重量％、約２．０１重量％、約２．０２重量％、約２．０３重量％、約２．０４重量％、約２．０５重量％、約２．０６重量％、約２．０７重量％、約２．０８重量％、約２．０９重量％、約２．１重量％、約２．１１重量％、約２．１２重量％、約２．１３重量％、約２．１４重量％、約２．１５重量％、約２．１６重量％、約２．１７重量％、約２．１８重量％、約２．１９重量％、約２．２重量％、約２．２１重量％、約２．２２重量％、約２．２３重量％、約２．２４重量％、約２．２５重量％、約２．２６重量％、約２．２７重量％、約２．２８重量％、約２．２９重量％、約２．３重量％、約２．３１重量％、約２．３２重量％、約２．３３重量％、約２．３４重量％、約２．３５重量％、約２．３６重量％、約２．３７重量％、約２．３８重量％、約２．３９重量％、約２．４重量％、約２．４１重量％、約２．４２重量％、約２．４３重量％、約２．４４重量％、約２．４５重量％、約２．４６重量％、約２．４７重量％、約２．４８重量％、約２．４９重量％、約２．５重量％、約２．５１重量％、約２．５２重量％、約２．５３重量％、約２．５４重量％、約２．５５重量％、約２．５６重量％、約２．５７重量％、約２．５８重量％、約２．５９重量％、約２．６重量％、約２．６１重量％、約２．６２重量％、約２．６３重量％、約２．６４重量％、約２．６５重量％、約２．６６重量％、約２．６７重量％、約２．６８重量％、約２．６９重量％、約２．７重量％、約２．７１重量％、約２．７２重量％、約２．７３重量％、約２．７４重量％、約２．７５重量％、約２．７６重量％、約２．７７重量％、約２．７８重量％、約２．７９重量％、約２．８重量％、約２．８１重量％、約２．８２重量％、約２．８３重量％、約２．８４重量％、約２．８５重量％、約２．８６重量％、約２．８７重量％、約２．８８重量％、約２．８９重量％、約２．９重量％、約２．９１重量％、約２．９２重量％、約２．９３重量％、約２．９４重量％、約２．９５重量％、約２．９６重量％、約２．９７重量％、約２．９８重量％、約２．９９重量％、または約３．０重量％のＺｎを含み得る。全てのパーセンテージが重量％で表される。Ｚｎは、典型的には、アルミニウム合金に添加され、腐食電位をスケールの陽極端に向かって移動させる。開示されたフィン素材アルミニウム合金では、最大３重量％の比較的多いＺｎ含有量により、Ｓｉ及びＣｕ含有量の増加による腐食電位のシフトが補償され、したがって、より多くの陽極腐食電位をもたらす。より多くの陽極腐食電位により、合金から製造されたフィンが犠牲的に作用して、熱交換器チューブを保護することを可能にし、そのため、熱交換器の全体的な耐食性が改善する。

特定の例では、合金は、合金の総重量に基づいて、約０．０１重量％〜約０．２５重量％（例えば、約０．０５重量％〜約０．２０重量％または約０．１０重量％〜約０．２０重量％）の量のＭｇを含み得る。例えば、合金は、約０．０１重量％、約０．０２重量％、約０．０３重量％、約０．０４重量％、約０．０５重量％、約０．０６重量％、約０．０７重量％、約０．０８重量％、約０．０９重量％、約０．１重量％、約０．１１重量％、約０．１２重量％、約０．１３重量％、約０．１４重量％、約０．１５重量％、約０．１６重量％、約０．１７重量％、約０．１８重量％、約０．１９重量％、約０．２重量％、約０．２１重量％、約０．２２重量％、約０．２３重量％、約０．２４重量％，または約０．２５重量％のＭｇを含み得る。全てのパーセンテージが重量％で表される。Ｍｇは、固溶体の強化を介して、本明細書に記載のアルミニウム合金の強度に寄与する。

いくつかの例では、Ｃｕ対Ｚｎの比は、２：１〜１：１５、例えば、１：１〜１：１０、または１：５〜１：１０である。Ｃｕ対Ｚｎの比は、２：１、１：１、１：２、１：３、１：４、１：５、１：６、１：７、１：８、１：９、１：１０、１：１１、１：１２、１：１３、１：１４、または１：１５である。

本明細書に記載のアルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、最大約０．１０重量％（例えば、０〜約０．０５重量％、約０．００１重量％〜約０．０４重量％、または約０．０１重量％〜約０．０３重量％）の量のチタン（Ｔｉ）を含み得る。例えば、合金は、約０．００１重量％、約０．００２重量％、約０．００３重量％、約０．００４重量％、約０．００５重量％、約０．００６重量％、約０．００７重量％、約０．００８重量％、約０．００９重量％、約０．０１重量％、約０．０２重量％、約０．０３重量％、約０．０４重量％、約０．０５重量％、約０．０６重量％、約０．０７重量％、約０．０８重量％、約０．０９重量％、または約０．１重量％のＴｉを含み得る。いくつかの場合、Ｔｉは、合金中に存在しない（すなわち、０重量％）。全てのパーセンテージが重量％で表される。

任意により、合金組成物は、それぞれ、約０．０５重量％以下、０．０４重量％以下、０．０３重量％以下、０．０２重量％以下、または０．０１重量％以下の量の、不純物と呼ばれる場合がある他の微量元素もさらに含み得る。これらの不純物は、Ｇａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｓｃ、Ａｇ、Ｂ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｌｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｓｒ、またはそれらの組み合わせを含んでよいが、これらに限定されない。したがって、Ｇａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｓｃ、Ａｇ、Ｂ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｌｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｈｆ、またはＳｒは、０．０５重量％以下、０．０４重量％以下、０．０３重量％以下、０．０２重量％以下、または０．０１重量％以下の量で合金中に存在してもよい。特定の態様では、全ての不純物の合計は、０．１５重量％を超えない（例えば、０．１重量％）。全てのパーセンテージが重量％で表される。特定の態様では、合金の残りのパーセンテージは、アルミニウムである。

アルミニウム合金フィン素材を作製するためのプロセス
特定の態様では、開示された合金組成物は、開示された方法の生産物である。開示を制限することを意図することなく、アルミニウム合金の特性は、合金の調製中の微細構造の形成によって部分的に決定される。特定の態様において、合金組成物の調製方法は、合金が所望の用途に適切な特性を有することに影響を与え得るか、または決定さえし得る。

アルミニウム合金フィン素材を生産するためのプロセスでは、アルミニウム合金の直接チル（ＤＣ）鋳造を用いて、インゴットにすることができる。ＤＣ鋳造後、このプロセスには、熱間圧延のためにインゴットを予熱することを含む。予熱温度及び熱間圧延時間は、完成フィン素材がろう付けされた後、大きい結晶粒径及び高い強度を保持するために、低レベルまで細かく制御される。いくつかの例では、熱間圧延の前に、インゴットを、好適な加熱速度、例えば、５０℃／時間で最大約１２時間、炉内で最高約５００℃、例えば、４５０〜４８０℃まで予熱し、その後温度を約４５０〜５００℃、例えば約４７０〜４８０℃で５〜７時間維持する（「浸漬する（ｓｏａｋ）」または「浸漬している（ｓｏａｋｉｎｇ）」）ことができる。予熱し、浸漬した後、インゴットは、２〜１０ｍｍ、例えば、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、または１０ｍｍに熱間圧延される。これは、熱間圧延後の「出口ゲージ」と呼ばれ得る。

次に、アルミニウム合金フィン素材を生産するためのプロセスには、材料の所望の厚さ（ゲージ）及び他の特性を作り出すための冷間圧延ステップを含む。例えば、熱間圧延ステップ後、熱間圧延アルミニウム合金を冷間圧延して、最初の冷間圧延ステップ中に材料の厚さを１〜２ｍｍ、例えば、１ｍｍの厚さまたはゲージ（最初の冷間圧延ゲージ）まで減少させる。これには、複数の冷間圧延パスを含むことができる。その後、中間冷間圧延ステップ中に、１００〜２００μｍの厚さまたはゲージ（中間冷間圧延ゲージ）までさらに冷間圧延する。これにも、複数のパスを伴い得る。熱間圧延ゲージ、望ましい最終厚さ、及び以下で説明する他の特性に応じて、アルミニウム合金は、望ましいゲージを達成するために、より多くのまたはより少ない冷間圧延パスを必要とし得る。冷間圧延パスの数は制限されておらず、例えば、最終シートの望ましい厚さ及び材料の他の特性に応じて好適に調整することができる。

中間冷間圧延後、アルミニウム合金フィン素材を生産するためのプロセスは、アルミニウム合金フィン素材の所望の特性を生じさせるための中間アニーリングステップを含み得る。「中間アニーリング」という用語は、冷間圧延ステップの間に適用される熱処理を指す。本明細書に記載のとおり、中間アニーリングは、中間冷間圧延ステップと最終冷間圧延ステップとの間に適用される。中間アニーリングは、アルミニウム合金を約２００℃〜約４００℃、例えば、約２２５℃〜４００℃、約２２５℃〜約３７５℃、約２２５℃〜約３５０℃、約２２５℃〜約３２５℃、約３００℃〜約３７５℃、約３２５℃〜約３５０℃、約３４０℃〜約３６０℃、約２９０℃〜約３６０℃または約３４５℃〜約３５０℃の温度まで加熱することを伴い、中間アニーリング温度を３〜５時間、例えば約４時間維持し、その後冷却する。約２００℃〜約４００℃の温度維持期間は、「浸漬（ｓｏａｋ）」または「浸漬（ｓｏａｋｉｎｇ）」と呼ぶことができる。浸漬前後の材料の加熱及び冷却には、一定速度４０℃／時間〜５０℃／時間、例えば５０℃／時間を適用できる。中間アニーリング条件は、アルミニウム合金フィン素材の構造及び特性に様々な方式で影響を与える。例えば、中間アニーリング温度が高くなると、ろう付け後の強度が低下し得る。したがって、中間アニーリング条件は、アルミニウム合金フィン素材の望ましい特性をもたらすために、本明細書で指定された範囲内で選択される。

中間アニーリング後、最終冷間圧延が実施され、２０％〜４５％、２５％〜４０％、２０％〜４０％、２０％〜３５％、２５％〜３５％、または５％〜４５％の最終冷間圧延ステップ（複数の冷間圧延パスを含むことができる）中に冷間加工率％（ＣＷ％）を達成する。

いくつかの実施形態では、ＣＷ％は３５％以下であるが、他のいくつかの実施形態では、ＣＷ％は、３５％より大きい。最終冷間圧延ステップ後、本発明のアルミニウム合金フィン素材は、約４５〜１００μｍ、４５〜９０μｍ、４７〜８５μｍ、または５０〜８３μｍの厚さ（ゲージ）を保有する。

最終冷間圧延ステップは、アルミニウム合金フィン素材の構造及び特性に影響を与える。例えば、ＣＷ％が増加すると、アルミニウム材料のろう付け前の強度（ろう付け前の状態で測定した極限引張強度（ＵＴＳ）、降伏強度（ＹＳ）、またはその両方）が増加する。したがって、使用されるＣＷ％は、アルミニウム合金フィン素材の望ましい特性を達成するために、本明細書で指定された範囲内で調整される。

本明細書に開示されるアルミニウム合金フィン素材を生産するプロセスは、所望の質別を有するアルミニウム材料をもたらす方法で実施することができる。例えば、このプロセスを実施して、「ひずみ硬化」、「冷間加工」、及び／または「Ｈ１Ｘ」質別（例えば、Ｈ１４質別）を有するまたは「Ｈ１Ｘ」質別であると記載され得るアルミニウム材料を提供することができる。いくつかの例では、本明細書に記載の改良されたフィン素材アルミニウム合金材料は、Ｈ１４、Ｈ１６またはＨ１８質別において生産し得る。特定の特性の範囲が質別の指定に関連していることを理解されたい。質別の指定は、材料のろう付け前特性を指すことも理解されたい。

特性
本明細書に開示されるアルミニウム合金フィン素材は、複数の有利な特性、特徴、またはパラメータを保有する。これらの特性は、個別に、または様々な組み合わせで、本明細書に記載されているアルミニウム合金材料を熱交換器用のフィンの生産に使用できるようになる。しかし、本発明の範囲は、特定の使用または用途に限定されず、アルミニウム合金フィン素材の特性は、他の様々な用途に有利であり得ることを理解されたい。これらの特性のうちの一部を以下で説明する。他のいくつかの特性は、具体的に記載されていない場合があるが、本明細書に記載のアルミニウム合金フィン素材の製作に使用される組成及び／または生産プロセスに由来し得る。

本明細書に記載のアルミニウム合金材料のいくつかの実施形態は、シートとして、例えば、厚さ４ｍｍ未満、例えば、厚さ４５〜１００μｍのシートとして製造される。アルミニウム合金シートは、Ｈ１Ｘ質別（例えば、Ｈ１４Ｈ１６またはＨ１８質別）で製造され得る。本明細書に記載のアルミニウム合金材料は、以下の特性のうちの１つ以上を任意の組み合わせで保有し得る：ろう付け前の状態で測定して、２１０ＭＰａ以上（換言すれば、少なくとも２１０ＭＰａ）または２１０〜２３０ＭＰａのＵＴＳ、ろう付け後に測定して、１５０ＭＰａ以上（換言すれば、少なくとも１５０ＭＰａ）または１５０〜１７０ＭＰａのＵＴＳ、ろう付け後に測定して、２５〜３３ｍｍのたるみ耐性；ろう付け後に測定して、４０〜４８、４３〜４７、または４４〜４５ＩＡＣＳの熱伝導率；開回路電位腐食値（対標準カロメル電極（ＳＣＥ）、「腐食電位」とも呼ばれる）−７４０ｍＶ以下（例えば、−７５０ｍＶ）、及び／または８０〜４００μｍの粗いろう付け後の結晶粒微細構造。「ろう付けの後（ａｆｔｅｒｂｒａｚｉｎｇ）」または「ろう付け後（ｐｏｓｔ−ｂｒａｚｉｎｇ）」（「ろう付け後（ｐｏｓｔ−ｂｒａｚｅ）」とも呼ばれる）に測定したパラメータは、アルミニウム合金サンプルが５９５℃〜６１０℃の温度まで加熱され、次いで約２０分で室温まで冷却する間、シミュレートされたろう付けサイクル後に測定される。ろう付け前に測定されたパラメータ（「ろう付け前（ｐｒｅ−ｂｒａｚｉｎｇ）」または「ろう付けする前（ｐｒｅ−ｂｒａｚｅｄ）」の状態）は、「ろう付け前」パラメータとも呼ばれ、材料を任意のろう付けサイクルに供する前または供することなく測定される。

開示されたアルミニウム合金フィン素材は、改善された強度及び導電性を有し、より低い腐食電位値を呈する。開示されたアルミニウム合金フィン素材はまた、ろう付けされた接合部から分離することなく、ＡＳＴＭＢ３６８（２０１４）に従って少なくとも２０日間の銅加速塩スプレー（ＣＡＳＳ）試験に耐えることができる。ＣＡＳＳ試験は、一般に、フィン及びチューブのクーポンを形成し、ろう付けして接合部を形成し、ろう付けされたクーポンを試験に供することによって実施される。上記の特性及び利点により、本発明のアルミニウム合金フィン素材を、以下でより詳細に説明する様々な使用及び用途に有利に使用することができる。

使用及び用途
本明細書に記載のアルミニウム合金フィン素材は、様々な用途、例えば、これに限定されないが、熱交換器で使用できる。一例では、アルミニウム合金フィン素材は、放熱器、凝縮器、及び蒸発器などの自動車用熱交換器で使用できるが、これらに限定するものではない。例えば、改善されたアルミニウム合金フィン素材は、熱交換器を使用し、加熱、換気、空調、及び冷蔵（ＨＶＡＣ＆Ｒ）で使用されるデバイスなど、ろう付けによって生産される様々なデバイスの製造に使用することができる。本明細書に記載のアルミニウム合金フィン素材の使用及び用途は、本明細書に記載のアルミニウム合金で製作されたか、またはそれらを含む物体、形態、装置及び同様のものと同様に、本発明の範囲内に含まれる。そのような物体、形態、装置、及び同様のものを製作する、生産する、または製造するためのプロセスもまた、本発明の範囲内に含まれる。

本明細書に記載のアルミニウム合金は、ろう付けによる金属表面の接合を必要とする製作または製造プロセスに適している。ろう付けは、溶加材を融点以上に加熱し、毛細管現象によって２つ以上の密着部品間に分散される金属接合プロセスである。ろう付け及びその関連プロセスにおけるアルミニウム合金の使用、及び例えばろう付けを伴う製造プロセスに従って製作された物体などの結果は、一般に「ろう付け用途」と呼ばれる。本明細書に記載の熱交換器の部品は、製造プロセス中にろう付けによって接合される。溶加材は、ろう付け中に溶融し、毛細管現象によってろう付けされている構成部品間の接触点に流れるように利用可能である溶加材となる。

本明細書に記載のアルミニウム合金フィン素材を使用して製作することができる１つの例示的な物体は、熱交換器である。熱交換器は、いくつか例を挙げると、チューブ、プレート、フィン、ヘッダ、及びサイドサポートを備える部品のアセンブリによって生産される。例えば、放熱器は、チューブ、フィン、ヘッダ、及びサイドサポートで構築されている。典型的にはむき出しであり、Ａｌ−Ｓｉ合金で覆われていないことを意味するフィンを除いて、熱交換器の他の全ての部品は、典型的には、片側または両側にろう付けクラッドで覆われている。組み立てられると、熱交換器ユニットは、バンドまたはそのようなデバイスによって固定され、フラックス及びろう付けによってユニットを一緒に保持する。ろう付けは通常、ユニットをトンネル炉に通すことによって行われる。ろう付けは、溶融塩に浸すか、バッチまたはセミバッチプロセスで行うこともできる。ユニットは、ろう付け温度５９０℃〜６１０℃まで加熱され、接合部が毛細管現象によって作り出され、その後、溶加材の固相線温度以下に冷却されるまで、適切な温度で浸漬する。加熱速度は、炉のタイプ及び生産される熱交換器のサイズによって異なる。本明細書に記載のアルミニウム合金フィン素材を使用して製作することができる物体の他のいくつかの例は、蒸発器、放熱器、ヒータまたは凝縮器である。

実施形態１は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金である。

実施形態２は、任意の先行または後続の実施形態のアルミニウム合金であり、アルミニウム合金は、約０．９５〜１．３５重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である。

実施形態３は、任意の先行または後続の実施形態のアルミニウム合金であり、アルミニウム合金は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３５〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である。

実施形態４は、任意の先行または後続の実施形態のアルミニウム合金であり、アルミニウム合金は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．４０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である。

実施形態５は、任意の先行または後続の実施形態のアルミニウム合金であり、アルミニウム合金は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．４０〜０．５５重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である。

実施形態６は、任意の先行または後続の実施形態のアルミニウム合金であり、アルミニウム合金は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．１〜１．６５重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である。

実施形態７は、任意の先行または後続の実施形態のアルミニウム合金であり、アルミニウム合金は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０５〜０．２重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である。

実施形態８は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金である。

実施形態９は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約１．５〜２．７５重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は、０．１５重量％以下であるアルミニウム合金である。

実施形態１０は、約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．０５重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金である。

実施形態１１は、任意の先行または後続の実施形態によるアルミニウム合金であり、合金は、以下を含むプロセスによって生産される。アルミニウム合金を直接チル鋳造して、インゴットにする；直接チル鋳造後にインゴットを熱間圧延する；熱間圧延後、アルミニウム合金を中間厚さまで冷間圧延する；冷間圧延後、２００〜４００℃で中間厚さまで圧延させたアルミニウム合金を中間アニールする；中間アニール後、アルミニウム合金を冷間圧延して、２０〜４０％の冷間加工率％（ＣＷ％）を達成し、４５〜１００μｍ、４５〜９０μｍ、４７〜８５μｍ、または５０〜８３μｍの厚さのシートを得る。

実施形態１２は、先行または後続の実施形態のアルミニウム合金であり、中間アニーリングは、２５０〜３６０℃または２９０〜３６０℃で行われる。

実施形態１３は、任意の先行または後続の実施形態によるアルミニウム合金であり、中間アニーリング時間は３０〜６０分である。

実施形態１４は、任意の先行または後続の実施形態によるアルミニウム合金であり、ＣＷ％は３０〜４０％である。

実施形態１５は、任意の先行または後続の実施形態によるアルミニウム合金であり、アルミニウム合金は、ろう付け前の状態で測定したときに少なくとも２００ＭＰＡであるか、またはろう付け後に測定したときに少なくとも１５０ＭＰＡである、その一方または両方の極限引張強度を有する。

実施形態１６は、任意の先行または後続の実施形態によるアルミニウム合金であり、アルミニウム合金は、ろう付け後に測定したときに、−７４０ｍＶ以下の腐食電位を有する。

実施形態１７は、任意の先行または後続の実施形態によるアルミニウム合金であり、アルミニウム合金は、ろう付け後に測定したときに、４０％を超えるＩＡＣＳの熱伝導率を有する。

実施形態１８は、任意の先行または後続の実施形態によるアルミニウム合金を含む熱交換器である。

実施形態１９は、任意の先行または後続の実施形態のアルミニウム合金から製作された少なくとも１つの第１のアルミニウム合金形態を第２のアルミニウム合金形態とろう付けすることによって接合することを含む熱交換器を作製するプロセスであり、このプロセスは、２つ以上のアルミニウム形態を一緒に組み立てて固定することと、毛細管現象によって２つ以上のアルミニウム形態の間に接合部が作り出されるまで、２つ以上のアルミニウム形態をろう付け温度まで加熱することと、を含む。

実施形態２０は、実施形態１９のプロセスであり、第１のアルミニウム合金は、接合部から外れることなく、ＡＳＴＭＢ３６８（２０１４）に従って少なくとも２０日間のＣＡＳＳ試験に耐えることができる。

実施形態２１は、熱交換器のフィンの任意の先行または後続の実施形態の製作によるアルミニウム合金の使用である。

以下の実施例は、本発明をさらに説明するのに役立つが、しかしながら同時に、そのいかなる限定も構成しない。これに対して、本明細書の説明を読んだ後に、本発明の趣旨から逸脱することなく当業者らにそれ自体を示唆し得る、種々の実施形態、それらの修正及び均等物が用いられ得ると明らかに理解されるべきである。

実施例１
以下の表１１に示す組成により９つのアルミニウム合金サンプルを調製した。各サンプルは、最大０．１５重量％の不純物を含み、残りはＡｌである。各サンプルは、アルミニウム合金を直接チル鋳造してインゴットとし、次いで熱間圧延することによって調製した。ＤＣ鋳造によって生産したインゴットは、熱間圧延のために予熱した。次に、インゴットを出口ゲージまで熱間圧延し、次に最初の冷間圧延ゲージまで冷間圧延した。次に、インゴットをさらに冷間圧延して中間冷間圧延ゲージにした。次に、インゴットを中間アニールした。中間アニール後、最終冷間圧延を実施し、ＣＷ％を２０〜４０％にした結果、各サンプルは４５μｍ〜１００μｍ厚を有した。
表１１

次に、機械的特性、導電率、腐食電位、及び固相線温度について、ろう付け前の状態、標準ろう付け後、及び高速ろう付け後に表１１のサンプルの各々の試験を行った。標準ろう付け中に、サンプルを６０５℃の温度まで加熱し、約４５分間室温まで冷却して、市販のろう付けプロセスの温度時間プロファイルをシミュレートした。高速ろう付けは、標準ろう付けサイクルと比較して、はるかに速い加熱及び冷却速度で実施した。材料を６００〜６０５℃の温度まで加熱し、約２０分間で室温まで冷却した。全てのサンプルについて、降伏強度、極限引張強度、及び均一伸びを測定した。試験は、ＡＳＴＭＢ５５７規格に従って実施した。各合金変形の３つのサンプルの試験を行い、ろう付け前及びろう付け後の両方の状態での平均値を報告した。電気伝導率は、ＩＡＣＳ％（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｎｎｅａｌｅｄＣｏｐｐｅｒＳｔａｎｄａｒｄ、１００％の純銅伝導率を想定）として報告した。降伏強度、極限引張強度、伸びの結果を以下の表１２に示す。固相線温度も表１２に報告している。ろう付け後に測定した熱伝導率及び腐食電位は、表１３に報告している。実験用合金は、最小ろう付け耐性降伏強度５５Ｍｐａを有し、比較実施例１の合金よりも高い極限引張強度を有していた。

合金Ｈの−７３５ｍＶと比較して、比較実施例１の開回路電位腐食値対標準カロメル電極（ＳＣＥ）が−７６４ｍＶであることは、腐食電位の差がチューブ合金とフィン合金との間で約３０〜１５０ｍＶに維持されている場合、フィンの変形があらゆるチューブ合金に対して犠牲的に作用するであろうことを示した。
表１２

表１３

サンプル比較実施例１及びＡ〜Ｈの各々は、光学顕微鏡を使用して撮影した。微細構造の特性評価を実施して、分散質、金属間のサイズ及び分布、ならびにろう付け前及びろう付け後の結晶粒構造を調査した。微細構造は、ＨＮＯ_３によりスマット除去後、６０秒間サンプルを２．５％ＨＢＦ_４でエッチングすることにより調べた。図１Ａ〜Ｉは、ろう付け前の微細構造を示し、図２Ａ〜Ｉは、標準ろう付け後の微細構造を示し、図３Ａ〜Ｉは、高速サイクルろう付け後の微細構造を示す。Ｂａｒｋｅｒのエッチングを使用して、結晶粒構造を明らかにした。図４Ａ〜Ｉは、標準ろう付け後の結晶粒構造の平面図を示し、図５Ａ〜Ｉは、高速サイクルろう付け後の結晶粒構造の平面図を示している。また、サンプル比較実施例１及びＡ〜Ｈの各々は、ろう付け前（図６Ａ〜Ｉ）、標準ろう付け後（図７Ａ〜Ｉ）、及び高速ろう付け後（図８Ａ〜Ｉ）の断面結晶粒構造を示すために撮影した。顕微鏡写真の各セットについて、図Ａは比較実施例１に対応し、図ＢはサンプルＡに対応し、図ＣはサンプルＢに対応し、以下同様に続く。

実施例２
合金サンプルＣ、Ｅ、Ｇ、及びＨは、３５０℃での中間アニーリング時（ろう付け前）に、ＣＷ％を変化させたことを除いて、実施例１のとおり調製した。結果は、以下の表１４及び図９Ａに示す。以下及び図９Ａに示すとおり、３５％以下のＣＷが行われたときと比較して、３５％を超えるＣＷが行われたとき、降伏強度が改善された。サンプルＥを除いて、３５％未満のＣＷが行われたときと比較して、３５％を超えるＣＷでは、極限引張強度も増大した。サンプルＨを除いて、３５％未満のＣＷが行われたときと比較して、３５％を超えるＣＷが行われたとき、伸び率％は低下した。
表１４

実施例３
合金サンプルＣ、Ｅ、Ｇ、及びＨは、３５０℃での中間アニーリング後（ろう付け後）にＣＷ％を変更したことを除いて、実施例１のとおり調製した。結果は、以下の表１５及び図９Ｂに示す。以下及び図９Ｂに示すとおり、サンプルＧを除いて、３５％以下のＣＷが行われたときと比較して、３５％を超えるＣＷが行われたときの降伏強度が改善された。サンプルＨを除いて、３５％未満のＣＷが行われたときと比較して、３５％を超えるＣＷが行われたときの極限引張強度が低下した。一般に、伸び率％は、３５％以下のＣＷが行われたときと比較して、３５％を超えるＣＷが行われたときとほぼ同じに留まるか、または減少した。
表１５

実施例４
合金サンプルＣ、Ｅ、Ｇ及びＨは、３５％を超えるＣＷ（ろう付け前）での中間アニーリング温度を変化させたことを除いて、実施例１のとおり調製した。結果は、以下の表１６及び図９Ｃに示す。以下及び図９Ｃに示すとおり、高い中間アニーリング温度で、降伏強度、極限引張強度、及び伸び率％が全て減少した。
表１６

実施例５
合金サンプルＣ、Ｅ、Ｇ及びＨは、３５％を超えるＣＷ（ろう付け後）での中間アニーリング温度の効果を変化させたことを除いて、実施例１のとおりに調製した。結果は、以下の表１７及び図９Ｄに示す。以下及び図９Ｄに示すとおり、高い中間アニーリング温度で、降伏強度が減少し、伸びが増加し、極限引張強度は同じに留まるか（サンプルＣ）、または減少した（サンプルＥ、Ｇ及びＨ）。
表１７

合金サンプルＣ、Ｅ、Ｇ、及びＨは、次に、標準的サイクルまたは高速サイクルろう付けのいずれかに供され、上記のとおり撮影した。２５０℃で中間アニーリングし、標準ろう付けサイクルに供したサンプルの場合、ろう付け後の平面図の結晶粒径を図１０Ａ〜Ｄに示し、図１０Ａは、サンプルＣに対応し、図１０Ｂは、サンプルＥに対応し、図１０Ｃは、サンプルＧに対応し、図１０Ｄは、サンプルＨに対応する。同様に、３５０℃で中間アニーリングし、標準ろう付けサイクルに供したサンプルの場合、ろう付け後の平面図の結晶粒径を図１１Ａ〜Ｄに示し、図１１Ａは、サンプルＣに対応し、図１１Ｂは、サンプルＥに対応し、図１１Ｃは、サンプルＧに対応し、図１１Ｄは、サンプルＨに対応する。

２５０℃で中間アニーリングし、高速ろう付けサイクルに供したサンプルの場合、ろう付け後の平面図の結晶粒径を図１２Ａ〜Ｄに示し、図１２Ａは、サンプルＣに対応し、図１２Ｂは、サンプルＥに対応し、図１２Ｃは、サンプルＧに対応し、図１２Ｄは、サンプルＨに対応する。同様に、３５０℃で中間アニーリングし、高速ろう付けサイクルに供したサンプルの場合、ろう付け後の平面図の結晶粒径を図１３Ａ〜Ｄに示し、図１３Ａは、サンプルＣに対応し、図１３Ｂは、サンプルＥに対応し、図１３Ｃは、サンプルＧに対応し、図１３Ｄは、サンプルＨに対応する。結晶粒構造の画像に基づいて、ＣＷ％を３５％を超えるまで増加させると、再結晶のための駆動力が増加するため、ろう付け後の結晶粒径が細くなることが観察されるが、この効果はたるみ耐性に悪影響を有さないと考えられる。同様に、中間アニーリング温度を３５０℃から２５０℃に低下させると共にＣＷ％を低下させると、ろう付け後の結晶粒径が粗くなる。必要である望ましい特性に基づいて、中間アニーリング温度及びＣＷ％の組み合わせを慎重に選択した。例えば、フィンの耐粉砕性及び粗結晶粒径を得るには、ＩＡ及びＣＷ％の異なる組み合わせが必要となり得る。

実施例６
比較サンプル及びサンプルＣ、Ｅ、Ｇ及びＨを実施例１のとおりに調製し、ろう付けに供した。フィン及びチューブのクーポンをサンプルごとに接合し、各クーポンをＡＳＴＭＢ３６８（２０１４）に従ってＣＡＳＳ試験に供した。ＣＡＳＳ試験は、４０日間実施した。腐食活性は、ろう付け接合部を調べることによって特徴を明らかにし、フィンは１０日、２０日、４０日であった。４０日間終了時に、各フィンは犠牲的に作用し、チューブを保護した。

実施例２〜５について示した結果から、Ｍｇ及びＣｕなどの一部の元素が合金の降伏強度及び極限引張強度に寄与する役割を果たすことが確認された。しかし、Ｍｇ及びＣｕの量が少ないサンプルと比較すると、Ｍｇ及びＣｕの増加は、典型的には、腐食の増加にもつながると予想される。図１４Ａ〜Ｅに示される画像は、１００倍の倍率で撮影された金属組織断面図である。驚くべきことに、かつ予想外に、図１４Ａ〜Ｅに示すとおり、Ｍｇ及びＣｕの量を増加させたサンプルでは、Ｍｇ及びＣｕの量が少ないサンプルと比較して、腐食は増加していなかった。したがって、サンプルＣ、Ｅ、Ｇ及びＨのそれぞれは、腐食に関して比較サンプルと同様に実施したが、他の優れた特性を有していた。

上記で引用された全ての特許、特許明細書、刊行物、及び要約は、全体が参照により本明細書に組み込まれる。本発明の種々の実施形態は、本発明の種々の目的を達成するために記載されている。これらの実施形態は、本発明の原理の単なる例示であることを認識されたい。その多数の修正及び改作は、以下の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者らに容易に明らかであろう。

Claims

約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下であるアルミニウム合金。
約０．９５〜１．３５重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３５〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．４０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．４０〜０．５５重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．１〜１．６５重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０５〜０．２重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約１．５〜２．７５重量％のＺｎ、最大約０．１０重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
約０．９〜１．４重量％のＳｉ、約０．３〜０．６重量％のＦｅ、約０．２０〜０．６０重量％のＣｕ、約１．０〜１．７重量％のＭｎ、約０．０１〜０．２５重量％のＭｇ、約０．１〜３．０重量％のＺｎ、最大約０．０５重量％のＴｉを含み、残りのＡｌ及び不純物は０．１５重量％以下である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
前記合金が、
前記アルミニウム合金を直接チル鋳造して、インゴットにすることと、
前記直接チル鋳造後の前記インゴットを熱間圧延することと、
前記熱間圧延後、前記アルミニウム合金を中間厚さに冷間圧延することと、
前記冷間圧延後、２００〜４００℃で前記中間厚さまで圧延させた前記アルミニウム合金を中間アニーリングすることと、
前記中間アニーリング後、前記アルミニウム合金を冷間圧延して２０〜４０％の冷間加工率％（ＣＷ％）を達成することと、
を含むプロセスによって生産され、前記シートが４５〜１００μｍ、４５〜９０μｍ、４７〜８５μｍ、または５０〜８３μｍの厚さを有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
前記中間アニーリングが２５０〜３６０℃または２９０〜３６０℃である、請求項１０に記載のアルミニウム合金。
前記中間アニーリング時間が３０〜６０分である、請求項１０または１１に記載のアルミニウム合金。
ＣＷ％が、３０〜４０％である、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
前記アルミニウム合金が、ろう付け前の状態で測定したときに少なくとも２００ＭＰａであるか、またはろう付け後に測定されたときに少なくとも１５０ＭＰａであるか、そのいずれか一方または両方の極限引張強度を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
前記アルミニウム合金が、ろう付け後に測定したときに、−７４０ｍＶ以下の腐食電位を有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
前記アルミニウム合金が、ろう付け後に測定したときに、４０％を超えるＩＡＣＳの熱伝導率を有する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のアルミニウム合金を含む、熱交換器。
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のアルミニウム合金から製作した少なくとも１つの第１のアルミニウム合金形態をろう付けにより接合することを含む熱交換器を作製するプロセスであって、
２つ以上の前記アルミニウム形態を一緒に組み立てて固定することと、
毛細管現象によって２つ以上の前記アルミニウム形態の間に接合部が形成されるまで、２つ以上の前記アルミニウム形態をろう付け温度まで加熱することと、
を含む、前記プロセス。
前記第１のアルミニウム合金は、前記接合部から取り外すことなく、ＡＳＴＭＢ３６８（２０１４）に従って、ＣＡＳＳ試験の少なくとも２０日に耐えることができる、請求項１８に記載のプロセス。
熱交換器のフィンを製作するための、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のアルミニウム合金の使用。