JP2575689B2 - 熱交換器用アルミニウム合金フイン材 - Google Patents
熱交換器用アルミニウム合金フイン材Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は耐高温座屈性に優れた熱交換器妖アルミニウ
ム合金フィン材に関する。
ム合金フィン材に関する。
（従来の技術） 自動車クーラー用コンデンサー、エバポレーターなど
のアルミニウム合金からなる熱交換器は押出多穴チュー
ブとコルゲートフィンから構成されている。
のアルミニウム合金からなる熱交換器は押出多穴チュー
ブとコルゲートフィンから構成されている。
従来、押出多穴チューブにはJISA1050（99.5wt％以上
のAl）（以下合金組成におけるwt％を単に％と略記す
る）やA3003（Al−0.15％Cu−1.1％Mn）合金が用いら
れ、フィンとしてはA3003あるいはA3203（Al−1.1％M
n）を芯材とし、これの両面もしくは片面に皮材としてA
l−Si系合金、例えばA4343（Al−7.5％Si）やA4004（Al
−10％Si−1.5％Mn）をクラッドした、いわゆるブレー
ジングシートが用いられてきた。また一部ではフィンと
して、皮材があらかじめクラッドされていないベアー材
を用いることもあり、この場合ベアー材としては前記の
芯材と同様なアルミニウム合金が用いられてきた。
のAl）（以下合金組成におけるwt％を単に％と略記す
る）やA3003（Al−0.15％Cu−1.1％Mn）合金が用いら
れ、フィンとしてはA3003あるいはA3203（Al−1.1％M
n）を芯材とし、これの両面もしくは片面に皮材としてA
l−Si系合金、例えばA4343（Al−7.5％Si）やA4004（Al
−10％Si−1.5％Mn）をクラッドした、いわゆるブレー
ジングシートが用いられてきた。また一部ではフィンと
して、皮材があらかじめクラッドされていないベアー材
を用いることもあり、この場合ベアー材としては前記の
芯材と同様なアルミニウム合金が用いられてきた。
（発明が解決しようとする問題点） 熱交換器の組立工程においては押出多穴チューブとフ
ィンをろう付けするために590〜620℃に数分間加熱する
必要がある。しかし、フィン材の厚みは通常0.16mm程度
と薄く、ろう付け加熱時にフィンの強度が低下し、その
結果フィンが変形し潰れる現象、いわゆる座屈が起り易
く、現在熱交換器の軽量化及びコストダウンのために望
まれているフィン材の薄肉化は従来のフィン材では困難
であった。
ィンをろう付けするために590〜620℃に数分間加熱する
必要がある。しかし、フィン材の厚みは通常0.16mm程度
と薄く、ろう付け加熱時にフィンの強度が低下し、その
結果フィンが変形し潰れる現象、いわゆる座屈が起り易
く、現在熱交換器の軽量化及びコストダウンのために望
まれているフィン材の薄肉化は従来のフィン材では困難
であった。
本発明は上述したような従来の技術の欠点に鑑み、高
温度のろう付け加熱によっても潰れが生じ難い、耐高温
座屈性に優れ、薄肉化の可能な熱交換器用アルミニウム
合金フィン材を提供することを目的とするものである。
温度のろう付け加熱によっても潰れが生じ難い、耐高温
座屈性に優れ、薄肉化の可能な熱交換器用アルミニウム
合金フィン材を提供することを目的とするものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の問題点を解決するため種々検討を重
ねた結果、Al−Fe−Si−Mn系合金においてろう付け加熱
時のフィン材の変形には芯材中の金属間化合物の分布状
態（粒子径および体積率）が大きく影響し、これを所定
状態に制御すれば変形を防止できることを見いだした。
本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
ねた結果、Al−Fe−Si−Mn系合金においてろう付け加熱
時のフィン材の変形には芯材中の金属間化合物の分布状
態（粒子径および体積率）が大きく影響し、これを所定
状態に制御すれば変形を防止できることを見いだした。
本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、Fe0.3％以下、Si0.6％以下、Zn0.
5〜2.0％及びMn0.6〜2.0％を含有し残部がAlと不可避不
純物からなる組成を有し、かつ0.1〜0.3μｍの粒子径の
金属間化合物を0.5〜５体積％としたアルミニウム合金
板を芯材とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウ
ム合金フィン材である。
5〜2.0％及びMn0.6〜2.0％を含有し残部がAlと不可避不
純物からなる組成を有し、かつ0.1〜0.3μｍの粒子径の
金属間化合物を0.5〜５体積％としたアルミニウム合金
板を芯材とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウ
ム合金フィン材である。
本発明のフィン材においてアルミニウム合金中の各成
分の作用及び組成限定理由は次の通りである。
分の作用及び組成限定理由は次の通りである。
Feは0.3％以下の含有量とする。FeはAl、Mnとの共存
によってAl−Mn−Fe系の金属間化合物を生成する。この
金属間化合物の分布状態を調整することによりろう付け
時の高温加熱における耐高温座屈性を向上させることが
できる。Fe含有量が0.3％を越えると巨大晶出物が生成
しやすくなって、フィン材としての成形性が悪くなり、
また再結晶粒が非常に微細となり、耐高温座屈性が低下
する。
によってAl−Mn−Fe系の金属間化合物を生成する。この
金属間化合物の分布状態を調整することによりろう付け
時の高温加熱における耐高温座屈性を向上させることが
できる。Fe含有量が0.3％を越えると巨大晶出物が生成
しやすくなって、フィン材としての成形性が悪くなり、
また再結晶粒が非常に微細となり、耐高温座屈性が低下
する。
Siは0.6％以下の含有量とする。SiはAl−Mn−Si系の
微細な金属間化合物を生成する。その分布状態を調整す
ることによってろう付け時の高温加熱における耐高温座
屈性を向上させることができるが、0.6％を越えると晶
出物の効果で再結晶粒が非常に微細となり耐高温座屈性
が低下する。
微細な金属間化合物を生成する。その分布状態を調整す
ることによってろう付け時の高温加熱における耐高温座
屈性を向上させることができるが、0.6％を越えると晶
出物の効果で再結晶粒が非常に微細となり耐高温座屈性
が低下する。
Mnは0.6〜2.0％の含有量とする。Mnは合金の強度を向
上させるとともに、Al−Mn−FeまたはAl−Mn−Si系の金
属化合物を生成する。その分布状態を調整することによ
ってろう付け時の高温加熱における耐高温座屈性を向上
させることができる。その量が0.6％未満ではその効果
が小さく、2.0％を越えると巨大晶出物が生じ易く、フ
ィン材としての成形性が悪くなる。
上させるとともに、Al−Mn−FeまたはAl−Mn−Si系の金
属化合物を生成する。その分布状態を調整することによ
ってろう付け時の高温加熱における耐高温座屈性を向上
させることができる。その量が0.6％未満ではその効果
が小さく、2.0％を越えると巨大晶出物が生じ易く、フ
ィン材としての成形性が悪くなる。
本発明においてはZnは0.5〜2.0％の範囲で添加するの
が好ましい。Znは耐高温座屈性には、ほとんど影響を与
えないで、フィン材の電位を卑にし、犠牲陽極効果でチ
ューブ等の作動流体通路の孔食を防ぐ働きがあるので添
加することが望ましい。その量は0.5％未満では効果は
なく2.0％を越えると自己腐食が高くなるとともに、ろ
う付け性が低下する。
が好ましい。Znは耐高温座屈性には、ほとんど影響を与
えないで、フィン材の電位を卑にし、犠牲陽極効果でチ
ューブ等の作動流体通路の孔食を防ぐ働きがあるので添
加することが望ましい。その量は0.5％未満では効果は
なく2.0％を越えると自己腐食が高くなるとともに、ろ
う付け性が低下する。
他の合金元素は、含有量0.2％以下であれば、後述す
る金属間化合物の分布の条件を満たす限り、添加を行う
ことができる。例えば、鋳塊の結晶粒微細化のためにT
i、Ｂを添加したり、又強度、耐熱強度を更に向上する
ためにCu、Zr、Cr等を添加したり、ろう付け時のZnの拡
散を防止するためにCaとLiを添加しても何らさしつかえ
はない。
る金属間化合物の分布の条件を満たす限り、添加を行う
ことができる。例えば、鋳塊の結晶粒微細化のためにT
i、Ｂを添加したり、又強度、耐熱強度を更に向上する
ためにCu、Zr、Cr等を添加したり、ろう付け時のZnの拡
散を防止するためにCaとLiを添加しても何らさしつかえ
はない。
上述のような理由により合金組成を定めるが、この条
件だけではろう付け時における優れた耐高温座屈性は得
られない。合金組成に加えて金属間化合物の分布状態を
調整することにより初めて優れた耐高温座屈性を有する
フィン材が得られる。
件だけではろう付け時における優れた耐高温座屈性は得
られない。合金組成に加えて金属間化合物の分布状態を
調整することにより初めて優れた耐高温座屈性を有する
フィン材が得られる。
すなわち、金属間化合物の分布状態として粒子径0.1
〜0.3μｍの金属間化合物を0.5〜５体積％とする必要が
ある。その理由は次の通りである。
〜0.3μｍの金属間化合物を0.5〜５体積％とする必要が
ある。その理由は次の通りである。
ろう付け時の高温加熱によりフィン材の座屈が生じる
原因は 材自体の高温強度不足のため、 加熱時に微細な再結晶粒が生じ、皮材のSiがその粒界
に拡散し、かつ粒界に液相を生じるため、 加熱時に亜結晶粒組織や転位によるセルが残存し、皮
材中のSiの拡散を生じるため の３つに大別できる。
原因は 材自体の高温強度不足のため、 加熱時に微細な再結晶粒が生じ、皮材のSiがその粒界
に拡散し、かつ粒界に液相を生じるため、 加熱時に亜結晶粒組織や転位によるセルが残存し、皮
材中のSiの拡散を生じるため の３つに大別できる。
このうちの原因である強度不足は合金組成にMn、Z
r、Crのような高温強度向上金属を加えることにより解
消することができる。
r、Crのような高温強度向上金属を加えることにより解
消することができる。
及びの原因となる微細な再結晶粒や再結晶粒の生
成は合金板の製造工程条件（熱処理、圧延等）に由来す
る。すなわち前記合金組成のフィン材は、その製造工程
により分布状態は違うが、Mn（Fe、Si）を含有した金属
間化合物を晶出物または析出物として含んでいる。本発
明者の検討の結果、このような金属間化合物のうち大き
なサイズ（約３μｍ以下）のものはろう付け時の高温加
熱の際に再結晶の核となり、大きなサイズの金属間化合
物が数多く存在した場合再結晶の核発生数が多くなり結
晶粒は微細となることがわかった。これは上記した高温
座屈性が生じる原因にあたり、耐高温座屈性が低下す
る。本発明で0.1〜0.3μｍの粒子径の金属間化合物の量
の下限を0.5体積％以上としたのはこのためである。さ
らに詳しく説明すると次の通りである。
成は合金板の製造工程条件（熱処理、圧延等）に由来す
る。すなわち前記合金組成のフィン材は、その製造工程
により分布状態は違うが、Mn（Fe、Si）を含有した金属
間化合物を晶出物または析出物として含んでいる。本発
明者の検討の結果、このような金属間化合物のうち大き
なサイズ（約３μｍ以下）のものはろう付け時の高温加
熱の際に再結晶の核となり、大きなサイズの金属間化合
物が数多く存在した場合再結晶の核発生数が多くなり結
晶粒は微細となることがわかった。これは上記した高温
座屈性が生じる原因にあたり、耐高温座屈性が低下す
る。本発明で0.1〜0.3μｍの粒子径の金属間化合物の量
の下限を0.5体積％以上としたのはこのためである。さ
らに詳しく説明すると次の通りである。
大きなサイズの金属間化合物は、圧延により分断され
た晶出相か粗大化した析出物のいずれかである。前者の
晶出相は前述の様に合金組成、特にFeの上限を定めるこ
とにより耐高温座屈性を低下させないようにすることが
できる。後者の粗大化した析出物の量は、0.1μｍ以上
0.3μｍ以下の粒子径の金属間化合物の量と逆比例関係
にあり、析出物が粗大化するにつれ、0.1〜0.3μｍとい
う微細な粒子は減少する。よって、0.1〜0.3μｍの粒子
径を持つ金属間化合物が0.5体積％以上とすれば、析出
物の粗大化は十分に進んでおらず、耐高温座屈性を低下
させるだけの粗大析出物は存在しない状態にすることが
できる。
た晶出相か粗大化した析出物のいずれかである。前者の
晶出相は前述の様に合金組成、特にFeの上限を定めるこ
とにより耐高温座屈性を低下させないようにすることが
できる。後者の粗大化した析出物の量は、0.1μｍ以上
0.3μｍ以下の粒子径の金属間化合物の量と逆比例関係
にあり、析出物が粗大化するにつれ、0.1〜0.3μｍとい
う微細な粒子は減少する。よって、0.1〜0.3μｍの粒子
径を持つ金属間化合物が0.5体積％以上とすれば、析出
物の粗大化は十分に進んでおらず、耐高温座屈性を低下
させるだけの粗大析出物は存在しない状態にすることが
できる。
また、逆に微細な金属間化合物が所定量以上数多く存
在すると、加熱時に転位や粒界やピン止めし、前記の
を生じる。したがって、0.1〜0.3μｍの粒子径の金属間
化合物は５体積％以下とする。
在すると、加熱時に転位や粒界やピン止めし、前記の
を生じる。したがって、0.1〜0.3μｍの粒子径の金属間
化合物は５体積％以下とする。
なお、従来はこのような析出粒子と高温座屈性との関
係は解明されていなかったが本発明者の検討によれば従
来のフィン材は大きな金属間化合物（約３μｍ以上）を
数多く含有し、かつ、0.1〜0.3μｍの粒子が0.5体積％
より少なく、高温加熱で座屈しやすい。
係は解明されていなかったが本発明者の検討によれば従
来のフィン材は大きな金属間化合物（約３μｍ以上）を
数多く含有し、かつ、0.1〜0.3μｍの粒子が0.5体積％
より少なく、高温加熱で座屈しやすい。
（発明の効果） 本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材は従来
品より一段と耐高温座屈性に優れ、かつ耐孔食性、成形
性にも優れるという利点を有しているので熱交換器のコ
ストダウンおよび軽量化を目的とした薄肉フィン材とし
て極めて好適である。
品より一段と耐高温座屈性に優れ、かつ耐孔食性、成形
性にも優れるという利点を有しているので熱交換器のコ
ストダウンおよび軽量化を目的とした薄肉フィン材とし
て極めて好適である。
（実施例） 次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
実施例 第１表に示すＡ〜Ｃの組成を持つ鋳塊（厚さ70mm、幅
160mm、長さ600mm）をそれぞれ３分割し、均質化処理後
面削し、Al−7.5％Siの皮材をクラッド率片面12％で両
面にクラッドした。その後、厚さ3mmまで熱間圧延（通
常の条件）した後２分割し、冷間圧延、焼鈍を行い、厚
さ0.12mmのフィン材試料を作製した。各試料の均質化処
理条件、冷間圧延条件及び焼鈍条件等の製造工程条件及
び得られたフィン材試料の0.1〜0.3μｍの粒子径の金属
間化合物の体積率は第２表に示す通りである。体積率は
皮材を王水で除去し、歪を除去するため500℃で10秒間
の処理を行った後透過型電子顕微鏡を用いて測定した。
すなわち、等厚干渉縞を用い試料膜厚を決定し、視野範
囲中にある析出粒子のうち0.1〜0.3μｍのものの総体積
を画像処理により求め、次式によって計算した。
160mm、長さ600mm）をそれぞれ３分割し、均質化処理後
面削し、Al−7.5％Siの皮材をクラッド率片面12％で両
面にクラッドした。その後、厚さ3mmまで熱間圧延（通
常の条件）した後２分割し、冷間圧延、焼鈍を行い、厚
さ0.12mmのフィン材試料を作製した。各試料の均質化処
理条件、冷間圧延条件及び焼鈍条件等の製造工程条件及
び得られたフィン材試料の0.1〜0.3μｍの粒子径の金属
間化合物の体積率は第２表に示す通りである。体積率は
皮材を王水で除去し、歪を除去するため500℃で10秒間
の処理を行った後透過型電子顕微鏡を用いて測定した。
すなわち、等厚干渉縞を用い試料膜厚を決定し、視野範
囲中にある析出粒子のうち0.1〜0.3μｍのものの総体積
を画像処理により求め、次式によって計算した。
このような18種のフィン材試料の耐高温座屈性を試験
した。またクラッド材については耐孔食性も試験した。
この結果を第２表に示す。
した。またクラッド材については耐孔食性も試験した。
この結果を第２表に示す。
（ａ）耐高温座屈性試験 厚さ0.12mmの各フィン材試料から幅22mm長さ60mmの試
料（11）を作成し、これを第１図（イ）（ロ）のように
台（12）上に固定具（13）を用いて長さ50mmを片持ちで
保持し、610℃、10分間大気中で加熱する。第１図
（ハ）に示す加熱後の垂下量の大小で耐高温座屈性を評
価する。この評価法において、垂下量が15mm以下であれ
ば実際のコンデンサーを組みたて、ブレージングをした
際に問題がないことを確認した。
料（11）を作成し、これを第１図（イ）（ロ）のように
台（12）上に固定具（13）を用いて長さ50mmを片持ちで
保持し、610℃、10分間大気中で加熱する。第１図
（ハ）に示す加熱後の垂下量の大小で耐高温座屈性を評
価する。この評価法において、垂下量が15mm以下であれ
ば実際のコンデンサーを組みたて、ブレージングをした
際に問題がないことを確認した。
したがって垂下量15mm以下を合格と判定する。
（ｂ）耐孔食性試験 第２図示すようにフィン材をコルゲート加工（21）し
た後、両側に厚さ0.8mm、幅20mm、長さ100mmのA3003板
（22）を非腐食性フラックスブレージング法でろう付け
した。
た後、両側に厚さ0.8mm、幅20mm、長さ100mmのA3003板
（22）を非腐食性フラックスブレージング法でろう付け
した。
この試片を塩水噴霧（JIS Z 2371に準じる）4000時間
のテストを行いA3003板に生じた孔食を調べた。
のテストを行いA3003板に生じた孔食を調べた。
第２表から明らかなように、本発明によるフィン材は
厚さが0.12mmと通常品よりも薄いにもかかわらず垂下量
は何れも15mm以下で、耐高温座屈性が優れている。ま
た、ろう付けした場合のチューブ材の孔食も0.2mm以下
で貫通孔なく、耐孔食性も優れている。これに対し比較
例は垂下量が何れも15mmより大であり、耐高温座屈性が
劣る。なお比較例では耐孔食性は認められるが成形性が
不可のものがある。
厚さが0.12mmと通常品よりも薄いにもかかわらず垂下量
は何れも15mm以下で、耐高温座屈性が優れている。ま
た、ろう付けした場合のチューブ材の孔食も0.2mm以下
で貫通孔なく、耐孔食性も優れている。これに対し比較
例は垂下量が何れも15mmより大であり、耐高温座屈性が
劣る。なお比較例では耐孔食性は認められるが成形性が
不可のものがある。
第１図（イ）、（ロ）、（ハ）は耐座屈性の試験方法の
説明図、第２図は耐孔食性試験の説明図である。 符号の説明 11、21……試料フィン材、 12……台、 13……固定具、 22……チューブ材薄板
説明図、第２図は耐孔食性試験の説明図である。 符号の説明 11、21……試料フィン材、 12……台、 13……固定具、 22……チューブ材薄板
Claims (1)
- 【請求項１】Fe0.3％以下、Si0.6％以下、Zn0.5〜2.0％
及びMn0.6〜2.0％（以上重量％）を含有し残部がAlと不
可避不純物からなり、かつ粒子径0.1〜0.3μｍの金属間
化合物が0.5〜５体積％であるアルミニウム合金板を芯
材とす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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62054149A JP2575689B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 熱交換器用アルミニウム合金フイン材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62054149A JP2575689B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 熱交換器用アルミニウム合金フイン材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63223139A JPS63223139A (ja) | 1988-09-16 |
| JP2575689B2 true JP2575689B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=12962498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62054149A Expired - Fee Related JP2575689B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 熱交換器用アルミニウム合金フイン材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2575689B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5793336B2 (ja) * | 2010-09-21 | 2015-10-14 | 株式会社Uacj | 高強度アルミニウム合金ブレージングシート及びその製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55119146A (en) * | 1979-03-09 | 1980-09-12 | Furukawa Alum Co Ltd | Aluminum fin material for heat exchanger |
| JPS6033346A (ja) * | 1983-08-04 | 1985-02-20 | Sukai Alum Kk | 熱交換器用フィン材もしくはブレ−ジングシ−トの製造方法 |
| JPS60110836A (ja) * | 1983-11-21 | 1985-06-17 | Furukawa Alum Co Ltd | 熱交換器のフィン芯材用Ａｌ合金 |
| JPS60211056A (ja) * | 1984-04-05 | 1985-10-23 | Furukawa Alum Co Ltd | ブレ−ジング用アルミニウム薄板の製造方法 |
-
1987
- 1987-03-11 JP JP62054149A patent/JP2575689B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63223139A (ja) | 1988-09-16 |
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