JP2783921B2

JP2783921B2 - 低温ろう付けアルミニウム合金製熱交換器

Info

Publication number: JP2783921B2
Application number: JP18182891A
Authority: JP
Inventors: 芳人稲林; 元由山口
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JPH05368A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、 500℃以下の温度でろ
う付けしたアルミニウム合金製熱交換器に関するもの
で、特に自動車用熱交換器として使用されるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】自動車
に使用されている熱交換器としては、ラジエター，オイ
ルクーラー，コンデンサー，エバポレーター等があり、
その多くはＡｌおよびＡｌ合金を使用してろう付け法に
より製造されている。通常ろう付けはＡｌ−Ｓｉ系のろ
う材が用いられ、そのためろう付けは 600℃程度の高温
で行われる。ラジエター等の熱交換器は例えば図１に示
すように複数本のチューブ(1) の間にコルゲート状に加
工した薄肉フィン(2) を一体に形成し、該チューブの
(1) の両端はヘッダー(3) とタンク(5) とで構成される
空間にそれぞれ開口しており、一方のタンク側の空間か
らチューブ(1) 内を通して高温冷媒を他方のタンク側の
空間に送り、チューブ(1) およびフィン(2) の部分で熱
交換して低温になった冷媒を再び循環させるものであ
る。尚図において(4)はサイドプレートを示す。

【０００３】ところで、近年、熱交換器は軽量・小型化
の方向にあり、そのために材料の薄肉化が望まれてい
る。しかし、従来の材料で薄肉化を行った場合、材料の
肉厚が減少する分フィン材の強度が不足してしまい、熱
交換器としての耐圧強度が低下してしまう。そのため高
強度合金がいくつか提案されているが、十分な強度が得
られていない。これは、製品の最終工程として 600℃付
近まで加熱されるブレージングがあるため、加工硬化等
の強度向上のメカニズムが利用できないためである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題に鑑
み、ろう付け後の強度を向上させた熱交換器を得るため
にはろう付け後の強度が高いフィン材を開発することが
重要であり、そのためには、従来のブレージング方法で
はなく、ろう付け温度を低温にしたろう付け方法を用い
ることにより問題が解決できると考え、本発明に至っ
た。ろう付け温度を低温にしたろう付けとは、近年、ろ
う付けコストの低減から、ろう付け温度をより低温にし
たいという要求が高まってきたことから開発されたろう
付け方法である。ろう付け温度を低温にすることによ
り、ろう付け時間の短縮、ろう付けに要する熱量の低
減、ろう付け炉のコスト低減、ろう付け炉の耐久性向上
等種々の利点が生まれる。現在開発されている低温ろう
付け用ろう材としては、融点 500℃以下なら、例えば純
Ｚｎ，Ｚｎ−Ａｌ系のＺｎ−28wt％以下Ａｌ合金，Ｚｎ
−Ｃｄ系，Ｓｎ−Ｚｎ系，Ｓｎ−Ｐｂ系等がある。但
し、ろう付け後の熱交換器の耐食性を考慮すると、Ｚｎ
−Ａｌ系のろう材が最も望ましい。

【０００５】すなわち、本発明の一つは、Ｆｅを 3.0〜
12.0wt％含有し、残部が実質的にアルミニウムよりなる
アルミニウム合金フィン材と、通路構成部材を 500℃以
下の温度でろう付けすることにより構成したことを特徴
とするものである。

【０００６】また本発明の他の一つは、Ｆｅを 3.0〜1
2.0wt％含有し、Ｖ： 0.1〜5.0 wt％，Ｃｒ： 0.1〜5.0
wt％，Ｍｎ： 0.1〜5.0 wt％，Ｎｉ 0.1〜5.0 wt％Ｔ
ｉ 0.1〜5.0 wt％，Ｚｒ： 0.1〜5.0 wt％，Ｍｏ： 0.1
〜5.0 wt％，Ｃｏ： 0.1〜5.0wt％，Ｗ 0.1〜5.0 wt％
の内から１種または２種以上の元素を合計16wt％以下と
なるように含有し、残部が実質的にアルミニウムよりな
るアルミニウム合金フィン材と、通路構成部材とを 500
℃以下の温度でろう付けすることにより構成したことを
特徴とするものである。

【０００７】また本発明の他の一つは、Ｆｅを 3.0〜1
2.0wt％含有し、Ｓｉ： 0.1〜2.5 wt％，Ｍｇ： 0.1〜
0.5wt ％，Ｃｕ： 0.1〜1.5 wt％の内から１種または２
種以上の元素を含有し、残部が実質的にアルミニウムよ
りなるアルミニウム合金フィン材と、通路構成部材とを
500℃以下の温度でろう付けすることにより構成したこ
とを特徴とするものである。

【０００８】更に本発明の他の一つは、Ｆｅを 3.0〜1
2.0wt％含有し、Ｖ： 0.1〜5.0 wt％，Ｃｒ： 0.1〜5.0
wt％，Ｍｎ： 0.1〜5.0 wt％，Ｎｉ 0.1〜5.0 wt％Ｔ
ｉ 0.1〜5.0 wt％，Ｚｒ： 0.1〜5.0 wt％，Ｍｏ： 0.1
〜5.0 wt％，Ｃｏ： 0.1〜5.0wt％，Ｗ： 0.1〜5.0 wt
％の内から１種または２種以上の元素を合計16wt％以下
となるように含有し、さらにＳｉ： 0.1〜2.5 wt％，Ｍ
ｇ： 0.1〜0.5 wt％，Ｃｕ： 0.1〜1.5 wt％の内から１
種または２種以上の元素を含有し、残部が実質的にアル
ミニウムよりなるアルミニウム合金フィン材と、通路構
成部材とを 500℃以下の温度でろう付けすることにより
構成したことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】まず、本発明に係るフィン材の合金組成につい
て説明する。第１番目の発明はＦｅを 3.0〜12.0wt％含
有し、残部が実質的にアルミニウムよりなるアルミニウ
ム合金フィン材を使用するものである。Ｆｅは合金中に
分散粒子および固溶Ｆｅとして存在し、 500℃以下のろ
う付け加熱中にフィン材に再結晶が生じることでフィン
が軟化することを防止する。すなわち、分散粒子は亜結
晶粒を微細かつ安定化させ、固溶Ｆｅは転位をピン止め
する。しかしてＦｅが 3.0wt％未満では上記作用が不十
分であり、 12.0wt ％を越えて添加すると材料の成形性
が低下しフィン材としてのコルゲート加工等が出来なく
なる。従って、Ｆｅの含有量は 3.0〜12.0wt％と定め
る。

【００１０】第２番目の発明は第１番目の発明をさらに
改良したもので、Ｆｅを 3.0〜12.0wt％含有し、Ｖ：
0.1〜5.0 wt％，Ｃｒ： 0.1〜5.0 wt％，Ｍｎ： 0.1〜
5.0 wt％，Ｎｉ 0.1〜5.0 wt％，Ｔｉ： 0.1〜5.0 wt
％，Ｚｒ： 0.1〜5.0 wt％，Ｍｏ： 0.1〜5.0 wt％，Ｃ
ｏ： 0.1〜5.0 wt％，Ｗ： 0.1〜5.0 wt％の内から１種
または２種以上の元素を合計16wt％以下となるように含
有し、残部が実質的にアルミニウムよりなるフィン材を
用いる。ここで、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｍｏ，Ｃｏ，Ｗはいずれも微細な金属間化合物として存
在し、Ｆｅの働きを助け、強度向上に寄与する。しかし
ていずれもその量が 0.1wt％未満では作用が十分でな
く、 5.0wt％を越えて添加しても粗大な粒子が生じるば
かりで強度向上に効果がない。よって、Ｖ，Ｃｒ，Ｍ
ｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｗのそれぞれの添
加量は 0.1〜5.0 wt％とする。これらの元素は１種のみ
添加しても２種以上添加しても効果があるが、添加量の
合計が16wt％以下となるように定める。これは合計添加
量が16wt％を越えた場合には成形性が低下するためであ
る。

【００１１】第３番目の発明は第２番目と異なったメカ
ニズムで第１番目の発明をさらに改良したもので、Ｆｅ
を 3.0〜12.0wt％含有し、Ｓｉ： 0.1〜2.5wt ％，Ｍ
ｇ：0.1〜0.5wt ％，Ｃｕ： 0.1〜1.5wt ％の内から１
種または２種以上の元素を含有し、残部が実質的にアル
ミニウムよりなるフィン材を用いる。ここで、Ｓｉ，Ｍ
ｇ，Ｃｕは合金中に固溶状態で強度を向上させ、さらに
ろう付け時の冷却速度が早い場合は時効効果により強度
を向上させる。しかしいずれもその量が 0.1wt％未満で
は作用が十分でない。そしてＳｉはその量が 2.5wt％を
越えた場合、Ｆｅと結合した粗大な金属間化合物を生成
し、強度向上を阻害する。Ｍｇは 0.5wt％を越えた場
合、ろう付けに用いるフラックスと反応し、ろう付けが
できなくなる。Ｃｕは 1.5wt％を越えるとフィンの電位
が貴になり熱交換器として使用する場合にチューブから
腐食が進行してしまう。従って、それぞれの添加量は、
Ｓｉ： 0.1〜2.5 wt％，Ｍｇ： 0.1〜0.5 wt％，Ｃｕ：
0.1〜1.5 wt％と定める。なお、これらの元素は１種の
みあるいは２種以上添加しても効果がある。

【００１２】第４番目の発明は、第１番目の発明に第２
番目と第３番目の両発明を組合わせたもので、Ｆｅを
3.0〜12.0wt％含有し、Ｖ：0.1〜5.0 wt％，Ｃｒ： 0.1
〜5.0 wt％，Ｍｎ： 0.1〜5.0 wt％，Ｎｉ： 0.1〜5.0
wt％，Ｔｉ： 0.1〜5.0 wt％，Ｚｒ： 0.1〜5.0 wt％，
Ｍｏ： 0.1〜5.0 wt％，Ｃｏ： 0.1〜5.0 wt％，Ｗ：
0.1〜5.0 wt％の内から１種または２種以上の元素を合
計16wt％以下となるように含有し、さらにＳｉ： 0.1〜
2.5 wt％，Ｍｇ: 0.1 〜0.5 wt％，Ｃｕ： 0.1〜1.5 wt
％の内から１種または２種以上の元素を含有し、残部が
実質的にアルミニウムよりなるフィン材を用いる。この
フィン材の添加元素の役割は上記と同様である。

【００１３】以上が本発明に係るフィン材の合金成分で
あるが、このフィン材では上記以外の元素がそれぞれ
0.1wt％未満で且つ合計で 1.0wt％未満であれば不可避
的不純物として含有されていても、また、鋳塊組織の微
細化を目的として添加しても本発明を損なうものでな
い。

【００１４】また、上記アルミニウム合金フィン材を用
いて熱交換器として組立てる場合、低融点のろう材を被
覆した通路構成部材と組み合わせて用いるのがもっとも
容易である。この場合、ろうの被覆は通常、溶射法，溶
融めっき法，電気めっき法，蒸着法，圧着法等の方法に
よって行われる。さらに内部に耐食性を要求される場合
には、通路構成部材の内側に犠牲層を設けて３層材と
し、防食効果を高めたものが特に推奨される。なお、本
発明に係るフィン材の板厚は 120μｍ以下である。

【００１５】

【実施例】本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明す
る。表１に示す合金組成のフィン材を以下のチューブ材
およびヘッダー材と組み合わせ図１に示すラジエターを
組み立てた。JIS A 3003合金（Ａｌ−0.15wt％Ｃｕ−1.
1 wt％Ｍｎ）を芯材とし、外側にＺｎ−15wt％Ａｌ合金
を全板厚の10％、内側にJIS A 7072合金（Ａｌ−１wt％
Ｚｎ）を同じく全板厚の10％でクラッドし肉厚 0.3mmの
電縫チューブ(1) と上記各成分で肉厚 0.1mmのコルゲー
トフィン(2) と、3003合金の片側にＺｎ−15wt％Ａｌ合
金を全板厚の８％、裏面に7072合金を同じく全板厚の10
％でクラッドした厚さ 1.6mmのヘッダープレート(3)
と、3003合金の片側にＺｎ−15wt％Ａｌ合金を全板厚の
10％でクラッドした厚さ 1.2mmのサイドプレート(4) を
図２に示すように組み立て、ラジエターコアとし、これ
を治具で固定した。

【００１６】

【表１】

【００１７】この組立物を有機溶剤で脱脂してステンレ
ス製のトレー上に載置した。そして、ＡｌＦ₃とＣｓＦ
を基本組成とし弗化物系フラックスの10％濃度液を接合
部に塗布し、温度 420℃に保持した露点−40℃の窒素ガ
ス雰囲気の電気炉内にこのトレーを挿入し、５分間加熱
してろう付けを実施した。また、同時にフィン材を加熱
し、ろう付け加熱後のフィン材の引張強度を測定した。
上記ろう付け加熱後にラジエターを炉外へ取り出し、ろ
う付け状況を調べ表２に示した。また、ラジエターの電
縫チューブ内部に２kgf/cm²の水圧を負荷したり除荷し
たりし、チューブが破裂しラジエターが変形するまでの
繰り返し回数を調べラジエターの耐圧強度の指標として
表２に示した。ただし、繰り返しは10万回を目安とし、
そこで実験は中止した。尚従来例としては、芯材をJIS
A 3003合金としJIS A 7072合金とJIS A 4343合金（Ａｌ
− 7.5wt％Ｓｉ）とを熱間圧着した同一構成のブレージ
ングシートを用い、同様のラジエターを組み立て、Ａｌ
Ｆ₃とＫＦを基本組成とした弗化物系フラックスの10％
濃度液を塗布し、温度液 600℃において上記の同様の炉
中でろう付けした。

【００１８】

【表２】

【００１９】表２より明らかなように、本発明によるラ
ジエターはろう付け状況が良好であり、さらに、ろう付
け加熱後のフィン材の引張強度を表２に示すが、本発明
は従来材に比較して強度が向上している。また、耐圧強
度も従来材に比べて優れている。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、従来より軽量・小型化
し、かつ強度を従来より向上させた熱交換器となり、工
業上顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動車用ラジエターの一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１チューブ２コルゲートフィン３ヘッダープレート４サイドプレート５プラスチック製タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 1/19 B23K 1/00 310 B23K 1/00 330 C22C 21/00 F28F 21/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅを 3.0〜12.0wt％含有し、残部が実
質的にアルミニウムよりなるアルミニウム合金フィン材
と、通路構成部材とを 500℃以下の温度でろう付けする
ことにより構成したことを特徴とする低温ろう付けアル
ミニウム合金製熱交換器。
【請求項２】Ｆｅを 3.0〜12.0wt％含有し、Ｖ： 0.1
〜5.0 wt％，Ｃｒ：0.1〜5.0 wt％，Ｍｎ： 0.1〜5.0 w
t％，Ｎｉ： 0.1〜5.0 wt％，Ｔｉ： 0.1〜5.0 wt％，
Ｚｒ： 0.1〜5.0 wt％，Ｍｏ： 0.1〜5.0 wt％，Ｃｏ：
0.1〜5.0 wt％，Ｗ： 0.1〜5.0 wt％の内から１種また
は２種以上の元素を合計16wt％以下となるように含有
し、残部が実質的にアルミニウムよりなるアルミニウム
合金フィン材と、通路構成部材とを 500℃以下の温度で
ろう付けすることにより構成したことを特徴とする低温
ろう付けアルミニウム合金製熱交換器。
【請求項３】Ｆｅを 3.0〜12.0wt％含有し、Ｓｉ：
0.1〜2.5 wt％，Ｍｇ： 0.1〜0.5 wt％，Ｃｕ： 0.1〜
1.5 wt％の内から１種または２種以上の元素を含有し、
残部が実質的にアルミニウムよりなるアルミニウム合金
フィン材と、通路構成部材とを 500℃以下の温度でろう
付けすることにより構成したことを特徴とする低温ろう
付けアルミニウム合金製熱交換器。
【請求項４】Ｆｅを 3.0〜12.0wt％含有し、Ｖ： 0.1
〜5.0 wt％，Ｃｒ：0.1〜5.0 wt％，Ｍｎ： 0.1〜5.0 w
t％，Ｎｉ： 0.1〜5.0 wt％，Ｔｉ： 0.1〜5.0 wt％，
Ｚｒ： 0.1〜5.0 wt％，Ｍｏ： 0.1〜5.0 wt％，Ｃｏ：
0.1〜5.0 wt％，Ｗ： 0.1〜5.0 wt％の内から１種また
は２種以上の元素を合計16wt％以下となるように含有
し、さらにＳｉ： 0.1〜2.5 wt％，Ｍｇ： 0.1〜0.5 wt
％，Ｃｕ： 0.1〜1.5 wt％の内から１種または２種以上
の元素を含有し、残部が実質的にアルミニウムよりなる
アルミニウム合金フィン材と、通路構成部材とを 500℃
以下の温度でろう付けすることにより構成したことを特
徴とする低温ろう付けアルミニウム合金製熱交換器。