JP2023515204A - アルミニウム合金薄板材及びそのようなアルミニウム合金薄板材が組み込まれた熱交換器 - Google Patents

アルミニウム合金薄板材及びそのようなアルミニウム合金薄板材が組み込まれた熱交換器 Download PDF

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Abstract

本明細書に記載されるのは、鑞付け熱交換器であって、冷却剤または冷媒を保持するように構成された少なくとも１つのヘッダー、マニホールド及び／または管を含み、上記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が複数の開口部を含むものであり；各々が上記ヘッダー板、マニホールド及び／または管部品の上記複数の開口部の１つから実質的に垂直に延設されており、上記冷却剤または冷媒を中に受け通すように構成された、複数の実質的に平行な流体搬送管；ならびに上記複数の流体搬送管に熱連通しておりそこから熱を遠くへ輸送するように構成された、複数の波形アルミニウム合金フィンを含む、当該鑞付け熱交換器である。ヘッダー、マニホールド及び／または管部品は、ｗｔ．％表示で１．４％～１．８％のＭｎ、０．７％以下のＳｉ、０．７％以下のＦｅ、０．３０％以下のＭｇ、０．１０％以下のＣｕ、０．２５％以下のＣｒ、０．２５％以下のＺｒ、０．５０％以下のＺｎ、０．２％以下のＴｉ、残余のアルミニウム及び不可避不純物を含むアルミニウム合金薄板材で作られている。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年４月２８日に出願された欧州特許出願第２０１７１７６４．２号に基づく利益及び優先権を主張するものであり、参照によりその内容全体を本明細書に援用する。
本明細書に記載されるのは、熱交換器に使用するのに適した、３ＸＸＸ系アルミニウム合金としても知られるＡｌ－Ｍｎ合金の薄板材である。さらに本明細書に記載されるのは、熱交換器におけるＡｌ－Ｍｎ合金薄板材の使用である。さらに、本開示は、Ａｌ－Ｍｎ合金薄板材で作られた部品が組み込まれた熱交換器に関する。加えて、本開示は、熱交換器における使用に適したＡｌ－Ｍｎ合金薄板材を製造する方法に関する。
薄板または押出材の形態のアルミニウムまたはアルミニウム合金の基板は、成形または成型品を作るために使用される。これらのプロセスのいくつかでは、基板を含む（成形された）アルミニウムの部品を相互連結する。基板の一端に他端を相互連結することもあるし、または１枚の基板を他の１枚以上の基板と組み合わせることもある。これは一般に、鑞付けによって行われる。鑞付けプロセスでは、鑞材もしくは鑞合金、または加熱時に鑞合金を生成する組成物を、鑞付けされる基板の少なくとも一部に貼り付ける。基板部品を組み立てた後にそれらを、鑞材または鑞合金が溶融するまで加熱する。鑞付け材の融点はアルミニウム基板またはアルミニウムコア薄板の融点よりも低い。
鑞付け用薄板製品は熱交換器及び他の類似する装置における広範な用途が見出される。従来の鑞付け用製品は、他を排除するものではないが典型的には３ｘｘｘ系のアルミニウム合金である圧延薄板のコアを有し、コア薄板の少なくとも一方の表面にはアルミニウム鑞付けクラッド層（アルミニウム被覆層としても知られる）を有する。アルミニウム鑞付けクラッド層は、主要な合金構成物質としてケイ素を４％～２０％の範囲の量で含む４ｘｘｘ系合金でできている。アルミニウム鑞付けクラッド層は、当技術分野で知られている様々な方法で、例えば、ロール圧接、クラッディング溶射成形、または半連続もしくは連続鋳造プロセスの手段によって、アルミニウムコア合金に連結または結合され得る。
これらのアルミニウム鑞付けクラッド層は、典型的には約５４０℃～６１５℃の範囲に液相温度を有する。
本発明に包含される実施形態は、この発明の概要ではなく特許請求の範囲によって規定される。この発明の概要は本発明の様々な態様の大まかな概説であり、以下の発明を実施するための形態の節の中でさらに説明される概念のいくつかを紹介する。この発明の概要は、特許請求される主題の肝要または必須な特徴を特定することを意図したものではなく、特許請求される主題の範囲を単独で決定するために用いることを意図したものでもない。主題は、本明細書全体の適切な部分、任意または全ての図面、及び各請求項を参照することによって理解されるべきである。
本明細書に記載されるのは、熱交換器に使用するためのアルミニウム合金薄板材であって、ｗｔ．％表示で、
１．４％～１．８％のＭｎ、
０．７％以下のＳｉ、
０．７％以下のＦｅ、
０．３０％以下のＭｇ、
０．１０％以下のＣｕ、
０．２５％以下のＣｒ、
０．２５％以下のＺｒ、
０．５０％以下のＺｎ、
０．２％以下のＴｉ、
残余のアルミニウム及び不可避不純物
を含む組成を有する、当該アルミニウム合金薄板材である。任意選択的に、アルミニウム合金薄板材は、１．５～１．８ｗｔ．％のＭｎ、または１．５５～１．８ｗｔ．％のＭｎを含む。任意選択的に、アルミニウム合金薄板材は０．４５ｗｔ．％以下のＳｉを含む。任意選択的に、アルミニウム合金薄板材は０．５ｗｔ．％以下のＦｅを含む。任意選択的に、アルミニウム合金薄板材は、自動車またはＨＶＡＣ＆Ｒ部品の熱交換器に使用するためのものである。
本明細書にさらに記載されるのは、上に規定されるアルミニウム合金で作られ、片面または両面にアルミニウム鑞付け層が設けられたアルミニウム合金コア層を含む、アルミニウム合金薄板材である。任意選択的に、アルミニウム鑞付け層は４ＸＸＸ系アルミニウム合金鑞付け層を含む。任意選択的に、アルミニウム合金薄板材は質別Ｏまたは質別Ｈ２２として提供される。
本明細書にさらに記載されるのは、鑞付け熱交換器であって、冷却剤または冷媒を保持するように構成された少なくとも１つのヘッダー、マニホールド及び／または管部品を含み、上記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が複数の開口部を含むものであり；各々が上記ヘッダー板、マニホールド及び／または管部品の上記複数の開口部の１つから実質的に垂直に延設されており、上記冷却剤または冷媒を中に受け通すように構成された、複数の実質的に平行な流体搬送管；ならびに上記冷却剤または冷媒をそれが中で循環する時に冷却すべく、上記複数の流体搬送管に熱連通しておりそこから熱を遠くへ輸送するように構成された、複数の波形アルミニウム合金フィンを含み、上記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が本明細書に記載のアルミニウム合金薄板材で作られている、当該鑞付け熱交換器である。任意選択的に、ヘッダー、マニホールド及び／または管部品は、１．５０％～１．８％のＭｎ、０．１０％～０．４５％のＳｉ、０．１％～０．４％のＦｅ、０．０７％以下のＣｕ、０．０１％～０．２５％のＭｇ、０．２５％以下のＺｎ（例えば、０．０６％～０．２５％のＺｎ）、及び／またはＣｒ及びＺｒを有するアルミニウム合金薄板材で作られている。任意選択的に、ヘッダー、マニホールド及び／または管部品は、合算してＣｒ及びＺｒが０．０８％～０．２５％の範囲で添加されたアルミニウム合金薄板材で作られている。任意選択的に、ヘッダー、マニホールド及び／または管部品は、最低でも各々０．０３％のＣｒ及びＺｒを有するアルミニウム合金薄板材で作られている。任意選択的に、ヘッダー、マニホールド及び／または管部品は、外面、及び冷却剤または冷媒に接している内面を有し、内面においてアルミニウム合金薄板材に水側裏張り材が設けられている。
本明細書にさらに記載されるのは、鑞付け熱交換器のヘッダー、マニホールド及び／または管部品を製造するための、任意の先行または後行する例に記載されるアルミニウム合金薄板材の使用である。
本発明の他の目的及び利点は、非限定的な例及び図面についての以下の詳細な説明から明らかとなろう。
鑞付け熱交換器の一部の等角図である。
以下の本明細書において理解されるであろうように、アルミニウム合金の名称及び質別名は、特に指定されていない限り、２０１９年にアルミニウム協会によって刊行され頻繁に更新されているアルミニウムの標準及びデータならびに登録記録に掲載されているアルミニウム協会による名称を指し、当業者にはよく知られている。質別名称は欧州規格ＥＮ５１５において定められている。
合金組成または好ましい合金組成についてのいかなる記載についても、百分率に対する言及は全て、特に指定されていない限り、重量パーセントによる。
本明細書中で採用する場合、「以下」及び「約～以下」という用語は、限定はされないが、それが指す特定の合金元素の重量パーセントがゼロである可能性を明示的に含む。例えば、約０．２５％以下のＺｒは、Ｚｒを有していないアルミニウム合金を含み得る。
本明細書中で使用する場合、「ａ」、「ａｎ」または「ｔｈｅ」の意味は単数形及び複数形の意味を含んでおり、但し、そうでないことを文脈が明らかに示している場合は除く。
本明細書中で使用する場合、平板は通常、約１５ｍｍを上回る厚さを有する。例えば、平板は、約１５ｍｍを上回る、約２０ｍｍを上回る、約２５ｍｍを上回る、約３０ｍｍを上回る、約３５ｍｍを上回る、約４０ｍｍを上回る、約４５ｍｍを上回る、約５０ｍｍを上回る、または約１００ｍｍを上回る厚さを有するアルミニウム製品を指し得る。
本明細書中で使用する場合、シェート（ｓｈａｔｅ）（板金とも呼称される）は通常、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。
本明細書中で使用する場合、薄板は通常、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、薄板は、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未満の厚さを有し得る。
本明細書に開示される全ての範囲は、その中に包含されるありとあらゆる小範囲を包含すると理解されるべきである。例えば、「１～１０」と明言された範囲は、１の最小値と１０の最大値との間にある（及び端点を含む）ありとあらゆる小範囲、すなわち、１以上、例えば１～６．１の最小値から始まって１０以下、例えば５．５～１０の最大値までで終わるあらゆる小範囲を含むとみなされるべきである。
向上した鑞付け後強度を良好な成形性及び良好な耐食性と組み合わせて有するアルミニウム合金薄板材が必要とされている。本明細書に提供されるのは、この必要性を実現するアルミニウム合金薄板材である。本明細書にさらに提供されるのは、そのようなアルミニウム合金薄板材が組み込まれた鑞付け熱交換器である。
具体的には、本明細書に提供されるのは、好ましくは自動車の、またはＨＶＡＣ＆Ｒ部品としての熱交換器に使用するためのアルミニウム合金薄板材であって、ｗｔ．％表示で、
１．４％～１．８％、好ましくは１．５０％～１．８％のＭｎ、
０．７％以下、好ましくは０．４５％以下のＳｉ、
０．７％以下、好ましくは０．５％以下のＦｅ、
０．３０％以下、好ましくは０．２０％以下のＭｇ、
０．１０％以下、好ましくは０．０７％以下のＣｕ、
０．２５％以下、好ましくは０．２０％以下のＣｒ、
０．２５％以下、好ましくは０．２０％以下のＺｒ、
０．５０％以下、好ましくは０．３０％以下のＺｎ、
０．２％以下、好ましくは０．１％以下のＴｉ、ならびに
残余のアルミニウム及び不可避不純物
を含む組成を有する、当該アルミニウム合金薄板材である。典型的には、不可避不純物は各々最大０．０５％以下であり、合計で最大０．１５％である。
本明細書に記載のアルミニウム合金薄板材は、好ましくは自動車の、またはＨＶＡＣ＆Ｒ部品としての鑞付け熱交換器に使用するのに理想的に適しており、高い鑞付け後降伏強度を良好な成形性及び良好な耐食性と組み合わせてもたらす。アルミニウム合金薄板材は、４０ＭＰａを上回る、及び最良例では４５ＭＰａを上回るかまたは５０ＭＰａを上回りさえする鑞付け後降伏強度を提供する。鑞付け後引張強度は１１５ＭＰａを上回り、典型的には１２０ＭＰａを上回る。アルミニウム合金薄板材はまた、ヘッダーまたはマニホールド管の表面における、例えば、マルチポート押出（ＭＰＥ）管または折りたたみ管、及びマニホールドに連結された集合体特徴部（例えば流体ライン、例えば６ＸＸＸ系押出ブロックで作られたもの）との弊害となるガルバニ対形成を防止する。
マンガンはこのアルミニウム合金の主要な合金構成物質であり、強度を高め、耐食性をもたらすのに寄与する。このため、アルミニウム合金のＭｎ含有量は、少なくとも１．４％、好ましくは少なくとも１．５０％、より好ましくは少なくとも１．５５％である。最終製品においてＭｎ含有量が高すぎると固溶体中のＭｎの量が比較的高くなってコア合金（または中間内張り材）としてのアルミニウム合金がより貴なものになるので、１．８％を上回るべきでなく、好ましくは最大で１．７５％である。Ｍｎ含有量が高すぎると、大きな金属間化合物相が形成するリスクも高くなる。Ｍｎ含有量は、約１．４％～１．８％（例えば、１．４５％～１．８％、１．５％～１．８％、１．５５％～１．８％、１．６％～１．８％、１．５％～１．７５％、１．５％～１．７％、または１．５５％～１．７％）のＭｎであり得る。任意選択的に、Ｍｎ含有量は、約１．４％、約１．４５％、約１．５％、約１．５５％、約１．６％、約１．６５％、約１．７％、約１．７５％または約１．８％であり得る。
Ｍｎの量が多いアルミニウム合金は、大きな金属間化合物相の形成を回避する鋳造条件の制御下においてダイレクトチル（ＤＣ）鋳造によって製造され得る。そのような金属間化合物は、相当な量の合金元素Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉと結び付いて、必要とされる工学的性質に寄与するために利用できる割合をより低くする可能性がある。特に、大きな金属間化合物は成形性に悪影響を及ぼし、また、それは製品形状の標準寸法をさらに下げることの妨げになる可能性があり、また、それは耐食性に悪影響を及ぼす可能性がある。当該アルミニウム合金は、鋳造プロセス中の冷却速度が相対的に高い鋳造技術を用いて、例えば通常の連続鋳造技術（例えば、スラブ鋳造、双ロール鋳造、ベルト鋳造、引抜鋳造など）によって、好都合に製造され得る。鋳造中の高い凝固速度も望ましい、というのも、それによってより高い体積分率の微細分散相を合金中に導入することが可能になるからである。それゆえ、アルミニウム合金のＤＣ鋳造のためには薄いインゴットの方が、より厚いインゴットよりも望ましい。より高い凝固速度が得られるという観点からは、連続鋳造（ＣＣ）がさらに好ましい。
製造プロセスの過程でケイ素はマンガンと一緒になっていわゆるアルファ相（Ａｌ１５Ｍｎ４Ｓｉ２）の析出相を形成する。これは、母材中の溶体の中にあるマンガンの含有量を低下させ、かくして望ましい方向に腐食電位に影響を及ぼし、さらには析出硬化によって機械強度を向上させる。過度に高い含有量は、合金の融点を過度に低下させるであろう。したがって、アルミニウム合金のＳｉ含有量は、０．７％以下、好ましくは約０．４５％以下、より好ましくは約０．３％以下である。固溶体中のＳｉは腐食電位を上昇させるので、また、所望の腐食電位を同時に実現するためには、アルミニウム合金のＳｉ含有量は好ましくは約０．１％～０．７％である。Ｓｉ含有量の好ましい範囲は約０．１％～０．４５％であり、より好ましくは約０．１％～０．３％の範囲である。
いくつかの例では、Ｓｉ含有量は、０．７％以下（例えば、０．５％以下、０．０５％～０．３５％、０．０６％～０．３５％、０．１％～０．３％、または０．１５％～０．２５％）のＳｉであり得る。任意選択的に、Ｓｉ含有量は、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．１５％、約０．２％、約０．２５％、約０．３％、約０．３５％、約０．４％、約０．４５％、約０．５％、約０．５５％、約０．６％、約０．６５％または約０．７％であり得る。
相対的に低いＳｉ含有量はさらに好ましい、というのも、それは、腐食がアルミニウム薄板の厚みの中へと進むのを制限するものであるいわゆるブラウンバンドの形成を支援するからである。アルミニウム合金はＣｕ含有量が非常に低いため、鑞付け後にＣｕ欠乏領域は存在せず、ブラウンバンド形成はアルミニウム合金薄板に耐食性の向上をもたらす。
高いＦｅ含有量は、腐食挙動に悪影響を及ぼし、また、Ｓｉについて先に記載されるようなケイ素（Ｓｉ）とマンガン（Ｍｎ）との間の結合形成の効果を制限するように金属間化合物相の形態でケイ素と結合する。それゆえ、アルミニウム合金のＦｅ含有量は、０．７％以下、より好ましくは約０．５％以下に制限される。一実施形態において、Ｆｅ含有量は約０．１％～０．４％の範囲であり、良好な腐食挙動及び経済的効率のための良好な妥協点を提供する。
いくつかの例では、Ｆｅ含有量は、０．７％以下（例えば、０．５％以下、０．０５％～０．３５％、０．０６％～０．３５％、０．１％～０．４％、０．１％～０．３５％、または０．１５％～０．３％）のＦｅであり得る。任意選択的に、Ｆｅ含有量は、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．１５％、約０．２％、約０．２５％、約０．３％、約０．３５％、約０．４％、約０．４５％、約０．５％、約０．５５％、約０．６％、約０．６５％または約０．７％であり得る。
銅（Ｃｕ）は、合金の腐食電位を正へ、したがって望ましくない方向へ強く押し進める。それゆえ、アルミニウム合金のＣｕ含有量は、約０．１０％以下、好ましくは約０．０７％以下の不可避痕跡量に制限される、というのも、Ｃｕもコア層材から鑞付け連結の領域、特に隅肉溶接部へと拡散し得、この領域における腐食性能に悪影響を及ぼし得るからである。一実施形態において、Ｃｕの強度の利点と腐食電位に対するその影響との釣り合いをとるためには、好ましいＣｕ含有量は、約０．０２％～０．０７％、より好ましくは０．０３％～０．０７％の範囲である。任意選択的に、Ｃｕ含有量は、約０．０１％、約０．０２％、約０．０３％、約０．０４％、約０．０５％、約０．０６％、約０．０７％、約０．０８％、約０．０９％または約０．１％であり得る。
マグネシウム（Ｍｇ）は、固溶体硬化によって強度を向上させ、腐食電位を卑へ、つまり望ましい方向へ押し進める。しかしながら、高めのＭｇ含有量は通常のＣＡＢ鑞付けプロセス（制御された雰囲気の下での鑞付け）における鑞付け挙動に悪影響を及ぼす。それゆえ、アルミニウム合金のＭｇ含有量は、約０．３０％以下、好ましくは約０．２０％以下に制限される。他方、０．０１％～０．２５％の範囲、特に０．０２％～０．２０％の範囲のＭｇの少量添加を狙うことによって、鑞付け挙動に対する悪影響を制限しながらアルミニウム合金薄板の強度及び腐食電位を非常に効果的に既に定めることができることが見出された。
いくつかの例では、Ｍｇは、０．３％以下（例えば、０．２５％以下、０．２０％以下、０．０９％以下、０．０４％以下、０．０５％～０．３％、０．１％～０．２５％、または０．１５％～０．２％）のＭｇであり得る。任意選択的に、Ｍｇ含有量は、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．１５％、約０．２％、約０．２５％または約０．３％であり得る。
クロム（Ｃｒ）は、鑞付け後強度を向上させ、アルミニウム合金において少なくとも部分的に銅（Ｃｕ）の意図的分配を相殺する。しかしながら、望ましくない粗い金属間化合物鋳造相はＣｒ含有量が高くなると析出することがあるため、アルミニウム合金のＣｒ含有量は、約０．２５％以下、好ましくは約０．２０％以下に制限される。場合によっては、Ｃｒ含有量は、０．２５％以下（例えば、０．２０％以下、０．０９％以下、０．０４％以下、０．０５％～０．２５％、０．１％～０．２５％、または０．１５％～０．２％）のＣｒであり得る。任意選択的に、Ｃｒ含有量は、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．１５％、約０．２％または約０．２５％であり得る。
ジルコニウム（Ｚｒ）は、結晶粒径を制御することによってアルミニウム合金の鑞付け後強度を向上させる。しかしながら、Ｚｒ含有量が高めであると鋳造中に望ましくない粗い金属間化合物相が形成することがあるため、アルミニウム合金のＺｒ含有量は、約０．２５％以下、好ましくは約０．２０％以下に制限される。場合によっては、Ｚｒ含有量は、０．２５％以下（例えば、０．２０％以下、０．０９％以下、０．０４％以下、０．０５％～０．２５％、０．１％～０．２５％、または０．１５％～０．２％）のＺｒであり得る。任意選択的に、Ｚｒ含有量は、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．１５％、約０．２％または約０．２５％であり得る。
一実施形態では、Ｃｒ－Ｚｒが合算して約０．０８％～０．２５％、好ましくは０．０８％～０．２０％（例えば、０．１％～０．２０％、０．１２％～０．１８％、または０．１５％～０．２５％）の範囲で添加され、Ｚｒ及びＣｒは各々最低でも０．０３％存在する。この実施形態では、合算した添加は、とりわけ、鑞付け後強度の向上をもたらす。
合金のＺｎ含有量は、約０．５０％以下、好ましくは約０．３０％以下に制限される。Ｚｎは腐食電位を卑な方向へ強く押し進めるとはいえ、それは腐食電位の微調整のために必要に応じて少量、特に０．０１％～０．２５％の範囲、好ましくは０．０６％～０．２５％の範囲で添加され得る。
いくつかの例では、Ｚｎ含有量は、０．５％以下（例えば、０．４％以下、０．０５％～０．５％、０．０６％～０．４５％、０．１％～０．４％、０．１％～０．３５％、または０．１５％～０．３％）のＺｎであり得る。任意選択的に、Ｚｎ含有量は、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．１５％、約０．２％、約０．２５％、約０．３％、約０．３５％、約０．４％、約０．４５％、または約０．５％であり得る。
Ｔｉは、約０．２０％以下、好ましくは約０．１０％以下で存在して、本発明のアルミニウム合金薄板材を製造するための圧延供給原料の鋳造の間、結晶粒微細化添加剤として作用し得る。当技術分野でよく知られているように、結晶粒微細化剤、例えば、チタン及びホウ素、またはチタン及び炭素を含有するものが使用され得る。
場合によっては、Ｔｉ含有量は、０．２％以下（例えば、０．１５％以下、０．１％以下、０．０５％～０．２％、または０．０５％～０．１５％）のＴｉであり得る。任意選択的に、Ｔｉ含有量は、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．１５％、または約０．２％であり得る。
一実施形態において、好ましくは自動車の、熱交換器に使用するためのアルミニウム合金薄板材は、ｗｔ．％表示で１．４～１．８％のＭｎ、０．７％以下のＳｉ、０．７％以下のＦｅ、０．３０％以下のＭｇ、０．１０％以下のＣｕ、０．２５％以下のＣｒ、０．２５％以下のＺｒ、０．５０％以下のＺｎ、０．２％以下のＴｉ、残余のアルミニウム及び不可避不純物からなる組成を有し、好ましいより狭い範囲は、本明細書及び特許請求の範囲に記載されているとおりである。
一実施形態では、本明細書に記載のアルミニウム合金で作られており、片側または両側を好ましくは４ｘｘｘ系アルミニウム鑞合金からなり、典型的には５％～１４％の範囲のＳｉを主要な合金構成物質として有するフィラーまたは鑞付け材層で被覆されているコア合金（または中間内張り材）を含む、鑞付け用薄板製品に、アルミニウム合金が組み込まれる。この系列に含まれる典型的なフィラー合金は、ＡＡ４３４３、ＡＡ４０４５、ＡＡ４０４７、ＡＡ４００４、ＡＡ４１０４、ＡＡ４１４７、または組成が近いそのいくつかの変化形態である。鑞付け材層は、当技術分野で知られており当業者に知られている様々な技術によってアルミニウム合金コア合金に貼り付けられ得る。例えば、鑞付け材層はロール圧接によって貼り付けられ得る。あるいは、コア合金及び鑞付け材層は、共鋳造技術によって同時に製造され得る。
別の実施形態において、本明細書に提供されるのは、本明細書に記載のアルミニウム合金で作られたコア合金の一方の側面に結合した外張り材または水側裏張り材、及びコア合金の他方の側面に結合したクラッド鑞付け材である。外張り材は通常、薄板のそちら側の面が曝露される環境、例えばマニホールド管またはヘッダーの内側が熱交換器の冷却剤または冷媒に曝露される環境において高い耐食性、もっと言えば腐食と侵食との組合せに対する耐性をもたらすように作られた合金からなるであろう。好適な外張り材の一例は、目的に適う約４％以下のＺｎ（例えば、約３％以下 約２．５％以下、約２％以下、約１．５％以下または約１％以下のＺｎ）の添加がなされたアルミニウム合金、例えば、ＡＡ７０７２系合金などであろう。また、外張り材が鑞付け用薄板製品の全体的な鑞付け後強度に寄与し得るように外張り材の強度を高めるための目的に適うＭｇの添加がなされた合金を使用してもよい。合算したＺｎ及びＭｇの添加を検討するのもよいであろう。
コア層の厚さは、（鑞付け用薄板製品の全体の厚さと比較したときのパーセント表示で）好ましくは約６０％～９６％の範囲であり、外張り材または水側裏張り材の厚さは、（鑞付け用薄板の全体の厚さと比較したときのパーセント表示で）好ましくは約５％～２５％の範囲であり、フィラーまたは鑞付け材層の厚さは、好ましくは（鑞付け用薄板の全体の厚さと比較したときのパーセント表示で）約４％～２０％、好ましくは約４％～１２％の範囲である。最終クラッド複合材厚さにおいてコア合金の厚さは、わずか約７０ミクロンから約４ｍｍまでもあり得、好ましくは０．９～１．５ｍｍの範囲である。
本明細書にさらに提供されるのは、例えば鑞付け熱交換器の部品の１つとしてのヘッダーまたはマニホールド管を製造するための、本明細書に記載のアルミニウム合金薄板材の使用である。アルミニウム合金薄板材は、受器乾燥器一体管の場合も含めて凝縮器及び蒸発器のマニホールド管としても使用され得る。アルミニウム合金薄板材は、側部支持材、管分岐材、管用インフィル、キャップ、邪魔板、流量調節材、スペーサ及びブラケット（ｂｒａｃｋｅｔｒｙ）のような関連製品のためにも使用され得る。
別の態様において、本明細書に提供されるのは、好ましくは自動車またはＨＶＡＣ＆Ｒ部品の、鑞付け熱交換器であって、本明細書に記載のアルミニウム合金薄板材で作られた少なくとも１つの部品を含む、当該鑞付け熱交換器である。ＨＶＡＣ＆Ｒは、暖房、換気、空調及び冷凍を表す既知の略語であり、家庭または産業の環境にある熱交換器に関する。
鑞付け熱交換器は、典型的には、冷却剤または冷媒を保持するように構成された少なくとも１つのヘッダー、マニホールド及び／または管部品を含み、上記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品は複数の開口部を含むものであり；運転時に、各々が上記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品の上記複数の開口部の１つから実質的に垂直に延設されており、上記冷却剤または冷媒を中に受け通すように構成された、複数の実質的に平行な流体搬送管（これは、薄板を折りたたんで薄板にしたもの、または押出材、例えばマルチポート押出材で作られたものであり得る；典型的なアルミニウム合金は３ＸＸＸ系または６ＸＸＸ系からなる）；ならびに複数の波形アルミニウム合金フィンを含み、アルミニウム合金フィンは、犠牲アノードとして作用し得、上記アルミニウム合金フィンは、冷却剤または冷媒をそれが中で循環する時に冷却すべく、上記複数の流体搬送管に熱連通しており、そこから熱を遠くへ輸送するように構成されており；上記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品は、本明細書に開示されるアルミニウム合金薄板材で作られている。流体搬送管は、ヘッダー、マニホールド及び／または管部品に、これらの部品が直接ガルバニ対形成腐食系を形成するような鑞付け接合によって直接連結される。流体搬送管よりも低いかまたはより釣り合いがとれた腐食電位を有するヘッダー、マニホールド及び／または管部品は、結果的に流体搬送管を陽極酸化から保護するのに十分に適している。
一態様において、本明細書に提供されるのは、特に自動車用の、またはＨＶＡＣ＆Ｒ部品としての熱交換器に使用するのに適した本明細書に記載のＡｌ－Ｍｎ合金薄板材を製造する方法である。方法は、以下の工程を含む：好ましいより狭い範囲は本明細書中に記載されるがｗｔ．％表示で１．４～１．８％のＭｎ、０．７％以下のＳｉ、０．７％以下のＦｅ、０．３０％以下のＭｇ、０．１０％以下のＣｕ、０．２５％以下のＣｒ、０．２５％以下のＺｒ、０．５０％以下のＺｎ、０．２％以下のＴｉ、残余のアルミニウム及び不可避不純物からなる組成で圧延供給原料を、例えばＤＣ鋳造または薄板連続鋳造によって鋳造し、その後、好ましくは均質化を行ってから、最終規格寸法への圧延によって、例えば熱間圧延によって及び任意選択的には冷間圧延も行うことによって、規格寸法を下げる工程；拡散による偏析をなくすまたは軽減するため、及び再結晶後に微再結晶粒を形成させ再結晶後の成形性を改善するために、５３０℃～６２０℃の範囲、好ましくは５４０℃～６１０℃の範囲の温度での焼鈍処理、ならびに目標温度で２～２５時間、好ましくは４～１６時間の範囲の均熱時間によって、圧延インゴットを特にＤＣ鋳造圧延供給原料のために均質化する工程；圧延インゴットを特にＤＣ鋳造圧延インゴットのために熱間圧延して、熱間圧延帯状体の形成を、特に熱間圧延帯状体厚さが２．０～１０ｍｍの範囲、好ましくは３～８ｍｍの範囲となるように行う工程；３００℃～４５０℃の範囲、好ましくは３００℃～４００℃の範囲の温度での任意選択の中間焼鈍を伴って、熱間圧延帯状体または連続鋳造帯状体を最終厚さに冷間圧延して、冷間圧延帯状体の最終厚さを好ましくは０．０７～５ｍｍの範囲、特に好ましくは０．８～３ｍｍの範囲、より好ましくは０．８～２．５ｍｍの範囲にする工程。
代替実施形態によれば、先に記載される方法を、圧延インゴットの、特にＤＣ鋳造インゴットのための均質化を伴わずに行って、より高い鑞付け後強度をもたらすこともできる。
この生産方法は、以前に記載された合金と組み合わされて、コア層が良好な鑞付け後強度を有すると同時に流体搬送管との釣り合いがとれた低い腐食電位を有するアルミニウム合金薄板をもたらすことが見出された。
圧延したままの硬質の状態、例えばＨ１２またはＨ１４（ＤＩＮ ＥＮ ５１５）が最終状態として必要とされる場合、低温帯状体の再結晶焼鈍を中間厚さで３００℃～４５０℃、好ましくは３００℃～４００℃の温度で行うことが好ましい。中間厚さは、必要とされる最終厚さによって決まる。材料の機械強度は、正確な最終圧下率によって定められ得る。Ｈ１４の状態の場合、送り込まれた状態での強度と成形性との好都合な組合せを実現するためには例えば、２５％～３０％の範囲、例えば３０％の最終圧下率が妥当である。最終圧下率は、対照的に、鑞付け状態での腐食電位にほとんどまたは全く影響を及ぼさないのが典型的である。
軟焼鈍状態「Ｏ」（ＤＩＮ ＥＮ ５１５）にある材料の場合、軟焼鈍は、３００℃～４５０℃、好ましくは３００℃～４００℃の温度で最終厚さで起こることが好ましい。軟焼鈍状態の材料のための方法も、ＤＣ鋳造圧延インゴットの均質化を伴って行われることが好ましい。あるいは、Ｈ２４（ＤＩＮ ＥＮ ５１５）状態は２４０℃～３５０℃の温度での最終焼鈍によって定められ得る。とりわけアルミニウム合金帯状体の熱交換器の部品の生産のために、アルミニウム帯状体の成形性に対して高い要求が課される場合は、アルミニウム帯状体の生産プロセスの間に質別Ｏに定めるのが好ましい。アルミニウム帯状体を熱交換器の部品またはＨＶＡＣ＆Ｒ部品としての管の生産のために使用するには、生産プロセスの間にＨ２４またはＨ１４またはＨ１２の状態に定めることが好ましい。アルミニウム帯状体のそのような状態は、特に、熱交換器管の連結のためのスロットの穴開けを容易にする。最後の熱処理、例えば、最終または軟焼鈍は、鑞付け後の腐食電位にあまり影響を及ぼさないことが見出された。
好ましい実施形態では、アルミニウム薄板材は質別Ｏまたは質別Ｈ２２として提供される。
図１に示すように、本明細書に記載の鑞付けアルミニウム熱交換器２は、複数の流体搬送管６を含む。流体搬送管６の端部はヘッダー１０に対して開口している。この構成では、ヘッダーは、複数の開口部を含んだヘッダー板８も含む（図１には、流体搬送管６の一端、１つのヘッダー板８を備えた１つのヘッダー１０が示されている）。冷却剤はヘッダー１０から流体搬送管６の中を通って別のヘッダー（図示せず）へと循環する。示されているように、（運転時に）流体搬送管６の間には、そこから熱を遠くへ輸送するために複数の冷却フィン４が配置されており、それによって、その中の流体の熱交換冷却が容易になっている。冷却フィン４は鑞付けによって流体搬送管６に接合されており、流体搬送管６はヘッダー板８に同じく鑞付けによって接合される。鑞付けは、熱交換器製造分野の全ての既知の技術を含み、制御された環境の下での鑞付け、真空雰囲気下での鑞付け、及び火炎鑞付け操作を含む。
例
例１は、熱交換器に使用するためのアルミニウム合金薄板材であって、ｗｔ．％表示で、
１．４％～１．８％のＭｎ、
０．７％以下のＳｉ、
０．７％以下のＦｅ、
０．３０％以下のＭｇ、
０．１０％以下のＣｕ、
０．２５％以下のＣｒ、
０．２５％以下のＺｒ、
０．５０％以下のＺｎ、
０．２％以下のＴｉ、
残余のアルミニウム及び不可避不純物
を含む組成を有する、前記アルミニウム合金薄板材である。
例２は、１．５～１．８ｗｔ．％のＭｎを含む、任意の先行または後行例に記載のアルミニウム合金薄板材である。
例３は、１．５５～１．８ｗｔ．％のＭｎを含む、任意の先行または後行例に記載のアルミニウム合金薄板材である。
例４は、０．４５ｗｔ．％以下のＳｉを含む、任意の先行または後行例に記載のアルミニウム合金薄板材である。
例５は、０．５ｗｔ．％以下のＦｅを含む、任意の先行または後行例に記載のアルミニウム合金薄板材である。
例６は、任意の先行または後行例に規定されるアルミニウム合金で作られ、片面または両面にアルミニウム鑞付け層が設けられたアルミニウム合金コア層で構成される、アルミニウム合金薄板材である。
例７は、前記アルミニウム鑞付け層が４ＸＸＸ系アルミニウム合金鑞付け層を含む、任意の先行または後行例に記載のアルミニウム合金薄板材である。
例８は、前記アルミニウム合金薄板材が質別Ｏまたは質別Ｈ２２として提供される、任意の先行または後行例に記載のアルミニウム合金薄板材である。
例９は、鑞付け熱交換器であって、冷却剤または冷媒を保持するように構成された少なくとも１つのヘッダー、マニホールド及び／または管部品を含み、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が複数の開口部を含むものであり；各々が前記ヘッダー板、マニホールド及び／または管部品の前記複数の開口部の１つから実質的に垂直に延設されており、前記冷却剤または冷媒を中に受け通すように構成された、複数の実質的に平行な流体搬送管；ならびに前記冷却剤または冷媒をそれが中で循環する時に冷却すべく、前記複数の流体搬送管に熱連通しておりそこから熱を遠くへ輸送するように構成された、複数の波形アルミニウム合金フィンを含み、前記ヘッダーが任意の先行または後行例に記載のアルミニウム合金薄板材で作られている、前記鑞付け熱交換器である。
例１０は、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、１．５０％～１．８％のＭｎを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、任意の先行または後行例に記載の鑞付け熱交換器である。
例１１は、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．１０％～０．４５％のＳｉを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、任意の先行または後行例に記載の鑞付け熱交換器である。
例１２は、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．１％～０．４％のＦｅを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、任意の先行または後行例に記載の鑞付け熱交換器である。
例１３は、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．０７％以下のＣｕを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、任意の先行または後行例に記載の鑞付け熱交換器である。
例１４は、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．０１％～０．２５％のＭｇを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、任意の先行または後行例に記載の鑞付け熱交換器である。
例１５は、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、合算してＣｒ及びＺｒが０．０８％～０．２５％の範囲で添加されたアルミニウム合金薄板材で作られている、任意の先行または後行例に記載の鑞付け熱交換器である。
例１６は、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、最低でも各々０．０３％のＣｒ及びＺｒを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、任意の先行または後行例に記載の鑞付け熱交換器である。
例１７は、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．２５％以下のＺｎを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、任意の先行または後行例に記載の鑞付け熱交換器である。
例１８は、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．０６％～０．２５％のＺｎを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、任意の先行または後行例に記載の鑞付け熱交換器である。
例１９は、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、外面、及び前記冷却剤または冷媒に接している内面を有し、前記内面において前記アルミニウム合金薄板材に水側裏張り材が設けられている、任意の先行または後行例に記載の鑞付け熱交換器である。
例２０は、鑞付け熱交換器のヘッダー、マニホールド及び／または管部品を製造するための、任意の先行または後行例に記載のアルミニウム合金薄板材の使用である。
参照により、上に引用される全ての特許、刊行物及び要旨の全体を本明細書に援用する。本発明の様々な目的を果たして本発明の様々な実施形態を記載してきた。これらの実施形態が本発明の原理の単なる例示であることは、認識されるべきである。当業者には、以下の特許請求の範囲において画定される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく多数の改変形態及びその適合形態が容易に明らかとなるであろう。

Claims (20)

  1. 熱交換器に使用するためのアルミニウム合金薄板材であって、ｗｔ．％表示で、
    １．４％～１．８％のＭｎ、
    ０．７％以下のＳｉ、
    ０．７％以下のＦｅ、
    ０．３０％以下のＭｇ、
    ０．１０％以下のＣｕ、
    ０．２５％以下のＣｒ、
    ０．２５％以下のＺｒ、
    ０．５０％以下のＺｎ、
    ０．２％以下のＴｉ、
    残余のアルミニウム及び不可避不純物
    を含む組成を有する、前記アルミニウム合金薄板材。
  2. １．５～１．８ｗｔ．％のＭｎを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金薄板材。
  3. １．５５～１．８ｗｔ．％のＭｎを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金薄板材。
  4. ０．４５ｗｔ．％以下のＳｉを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金薄板材。
  5. ０．５ｗｔ．％以下のＦｅを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金薄板材。
  6. 請求項１～５のいずれか１項に規定されるアルミニウム合金で作られ、片面または両面にアルミニウム鑞付け層が設けられたアルミニウム合金コア層
    で構成される、アルミニウム合金薄板材。
  7. 前記アルミニウム鑞付け層が４ＸＸＸ系アルミニウム合金鑞付け層を含む、請求項６に記載のアルミニウム合金薄板材。
  8. 前記アルミニウム合金薄板材が質別Ｏまたは質別Ｈ２２として提供される、請求項１～７のいずれか１項に記載のアルミニウム合金薄板材。
  9. 鑞付け熱交換器であって、
    冷却剤または冷媒を保持するように構成された少なくとも１つのヘッダー、マニホールド及び／または管部品
    を含み、前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が複数の開口部を含むものであり；
    各々が前記ヘッダー板、マニホールド及び／または管部品の前記複数の開口部の１つから実質的に垂直に延設されており、前記冷却剤または冷媒を中に受け通すように構成された、複数の実質的に平行な流体搬送管；ならびに
    前記冷却剤または冷媒をそれが中で循環する時に冷却すべく、前記複数の流体搬送管に熱連通しておりそこから熱を遠くへ輸送するように構成された、複数の波形アルミニウム合金フィン
    を含み、
    前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金薄板材で作られている、
    前記鑞付け熱交換器。
  10. 前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、１．５０％～１．８％のＭｎを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、請求項９に記載の鑞付け熱交換器。
  11. 前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．１０％～０．４５％のＳｉを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、請求項９または１０に記載の鑞付け熱交換器。
  12. 前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．１％～０．４％のＦｅを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、請求項９～１１のいずれか１項に記載の鑞付け熱交換器。
  13. 前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．０７％以下のＣｕを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、請求項９～１２のいずれか１項に記載の鑞付け熱交換器。
  14. 前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．０１％～０．２５％のＭｇを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、請求項９～１３のいずれか１項に記載の鑞付け熱交換器。
  15. 前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、
    合算してＣｒ及びＺｒが０．０８％～０．２５％の範囲で添加されたアルミニウム合金薄板材
    で作られている、請求項９～１４のいずれか１項に記載の鑞付け熱交換器。
  16. 前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、最低でも各々０．０３％のＣｒ及びＺｒを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、請求項１５に記載の鑞付け熱交換器。
  17. 前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．２５％以下のＺｎを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、請求項９～１６のいずれか１項に記載の鑞付け熱交換器。
  18. 前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、０．０６％～０．２５％のＺｎを有するアルミニウム合金薄板材で作られている、請求項１７に記載の鑞付け熱交換器。
  19. 前記ヘッダー、マニホールド及び／または管部品が、外面、及び前記冷却剤または冷媒に接している内面を有し、
    前記内面において前記アルミニウム合金薄板材に水側裏張り材が設けられている、
    請求項９～１８のいずれか１項に記載の鑞付け熱交換器。
  20. 鑞付け熱交換器のヘッダー、マニホールド及び／または管部品を製造するための、請求項１～８のいずれか１項に記載のアルミニウム合金薄板材の使用。
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