JP3085964B2

JP3085964B2 - ろう付により製作される熱交換器のＡｌ合金製高強度犠性陽極フィン材の製造方法

Info

Publication number: JP3085964B2
Application number: JP02135674A
Authority: JP
Inventors: 武志板垣; 章二竹内; 建当摩
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 2000-09-11
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JPH0433769A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、ろう付によって接合される熱交換器に用
いられ、高強度で、しかも優れた犠牲陽極性能を有する
Al合金製フィン材の製造方法に関するものである。

［従来の技術］従来、自動車などに広く用いられている熱交換器は、
軽量で熱伝導度に優れたAl合金性のフィン材を真空ろう
付などによって接合することによって製作されている。

このフィン材には、熱交換器の管材などの腐食を防止
するために、犠牲陽極性能を付与することがあり、具体
的には、適量のIn、Snなどを添加して平衡電位を低くし
たAl合金が用いられている。このAl合金は、通常の半連
続鋳造（凝固速度20〜30℃／秒程度）を経て、圧延など
の加工が加えられてフィン材として供される。

［発明が解決しようとする課題］ところで、近年、熱交換器の一層の軽量化や製造コス
トの低減化の観点から、フィン材の薄肉化の要求が高ま
りつつあり、これに伴って、材料としての高強度化が要
望されている。

通常、犠牲陽極性能を付与したAl−In系やAl−Sn系の
フィン材では、強度向上のために、さらに、Mn、Si、F
e、Zrなどの元素を添加している。

ところが、上記した添加元素は、材料の電位を貴にす
る性質があり、フィン材の犠牲陽極効果を低下させてし
まう。そのため、これら元素の添加量には限度があり、
十分な高強度化を図ることができず、ひいては、薄肉化
の障壁になっているとういう問題点がある。

なお、犠牲陽極効果を発揮する元素を増量し、犠牲陽
極効果を高めて、強度向上元素の添加量を増大させるこ
とも考えられるが、この場合には、犠牲陽極効果は高ま
るものの、自己腐食速度が大きくなり、早期に犠牲陽極
効果が失われてしまうという問題点がある。

この発明は、上記問題点を解決することを基本的な目
的とし、優れた犠牲陽極効果を維持したままで、高強度
化を達成することができるろう付により製作される熱交
換器のAl合金製高強度犠牲陽極フィン材の製造方法を提
供するものである。

［課題を解決するための手段］本願発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討し
た結果、Al合金を鋳造する際の凝固速度を十分に大きく
することによって、犠牲陽極効果を発揮するInまたはSn
のAl素地中への固溶量が増大し、したがって、犠牲陽極
効果が十分に発揮されるために、強度を向上させる元素
を増量して添加しても十分に卑な電位が得られることを
見出したものである。

すなわち、本願発明のうち第１の発明は、 In0.005〜0.15wt％、Sn0.11〜0.20wt％の少なくとも
１種と、 Fe0.1〜1.5wt％、Si0.05〜0.8wt％を含有し、残部がA
lおよび不可避の不純物からなるAl合金を、100℃／秒以
上の凝固速度で鋳造することを特徴とするものである。

また、第２の発明は、 In0.005〜0.15wt％、Sn0.11〜0.20wt％の少なくとも
１種と、 Fe0.1〜1.5wt％、Si0.05〜0.8wt％を含有し、さら
に、 Mn 0.1〜1.5wt％、Zr0.05〜0.15wt％の１種または２
種を含有し、残部がAlおよび不可避の不純物からなるAl
合金を、100℃／秒以上の凝固速度で鋳造することを特
徴とするものである。

なお、本願発明によって得られるフィン材は、その
後、ろう付に供されるものであるが、そのろう付方法が
特に限定されるものではない。但し、本願発明は、真空
ろう付法を採用する場合に好適である。

以下に、本願発明の構成における凝固速度の限定およ
び添加元素の範囲限定の理由を述べる。

（１）鋳造時の凝固速度鋳造時の凝固速度を大きくすることによって、Inまた
はSnのAl素地中へ固溶量が増大し、さらに、析出物は微
細に分散する。

上記固溶量の増大によって、添加元素の犠牲陽極効果
が十分に発揮され、強度向上元素を添加した場合にも安
定して低電位を確保することができる。

また、固溶することなく析出した犠牲陽極元素も、上
述するように急冷によって微細化されているので、ろう
付時の加熱によって、容易にAl素地中へ再固溶し、犠牲
陽極効果をさらに向上させる。

上記した効果は、十分に大きな凝固速度で鋳造した場
合に得られるものである。具体的には、100℃／秒未満
では、上記効果は得ることができず、したがって、凝固
速度を100℃／秒以上とした。

なお、凝固方法は特に限定されるものではなく、要
は、上記凝固速度を満足する方法で鋳造するものであれ
ばよい。具体的には、連続鋳造法、半連続鋳造法、水冷
鋳型による鋳造などを例示することができる。

（２）In、Sn InおよびSnは、Al素地中に固溶して、電位を卑にして
犠牲陽極効果を発揮する。

この効果は、Inが0.005wt％未満、Snが0.11wt％未満
の場合には十分に得られない。

また、Inを0.15wt％を超えて添加すると、自己腐食速
度が大きくなり、かえって防食性を低下させる。

一方、Snを0.20wt％を超えて添加すると、同様に自己
腐食速度が大きくなるとともに、ろう付時に局部溶解が
生じて、耐座屈性が著しく低下する。

このため、In0.005〜0.15wt％、Sn0.11〜0.20wt％の
範囲に限定した。

（３）Fe、Si FeおよびSiは、Al素地中に、Al−Fe系、Al−Fe−Si系
化合物として分散し、フィン材の室温強度およびろう付
時の耐座屈性を向上させる。

上記効果は、Feが0.10wt％未満、Siが0.05wt％未満の
場合には得ることができない。

また、Feを1.5wt％を超えて添加すると、Feを含む化
合物結晶粒が微細化してろう付時の耐座屈性が低下する
とともに、電位を上昇させる。

一方、Siを0.8wt％を超えて添加すると、材料の固相
線温度が低下し、ろう付時の耐座屈性を低下する。

このため、Feを0.1〜1.5wt％、Siを0.05〜0.8wt％の
範囲内に限定した。

なお、同様の理由により、さらに、Feを0.3〜1.5wt
％、Siを0.2〜0.8wt％の範囲内に限定するのが望まし
い。

（４）Mn Mnは、Al−Mn系化合物としてAl素地中に分散して、室
温強度およびろう付時の耐座屈性の向上に寄与する。

但し、Mnの添加量が0.1wt％未満では上記効果は不十
分であり、一方、1.5wt％を超えて添加すると、熱伝導
性、加工性が低下し、また電位も上昇する。このため、
Mnの添加量は、Mn0.1〜1.5wt％の範囲内とする。

（５）Zr Zrは、Al−Zr系化合物としてAl素地中に分散して、ろ
う付時の耐座屈性とろう付後の強度を向上させる。この
Zrの添加量は0.05wt％未満では上記効果は不十分であ
り、一方、0.15wt％を超えても効果の向上はなく、しか
も加工性が低下するので、0.05〜0.15wt％の範囲内とす
る。

なお、Al合金は、上記成分の他に、通常の製錬などに
よって含まれる不可避の不純物を含むものである。

［作用］すなわち、本願発明によれば、大きな凝固速度で鋳造
することによってAl合金は急冷され、InまたはSnが、Al
素地中に十分に固溶して、優れた犠牲陽極効果が確保さ
れる。このため、強度を向上させる元素を十分に添加し
ても、所望の犠牲陽極効果が得られ、高強度で、犠牲陽
極効果に優れたフィン材が得られる。

［実施例］以下に、この発明の一実施例を説明する。

表１および表２に示す成分組成を有するAl合金を溶解
し、鋳造、圧延によって板厚100μｍのフィン材を得
た。

なお、フィン材（試験片）No.1〜12およびNo.21〜30
は、溶解したAl合金を、水冷効果を高めるなどして凝固
速度を大きくした半連続鋳造法または連続鋳造法によっ
て凝固させて得た、本発明方法による実施例である。

一方、フィン材（試験片）No.A〜ＨおよびNo.a〜ｅ
は、本発明の製造方法によらない比較例であり、具体的
には、溶解したAl合金を，従来の凝固速度が小さな半連
続鋳造法で凝固させたものか、成分組成が本発明の範囲
外のものである。

なお、得られた各試験片は、真空ろう付を想定して、
10^-5Torrの真空中で600℃にて、５分間保持した後、105
℃／秒の冷却速度で冷却した（ろう付後の冷却を想
定）。

各試験片は、犠牲陽極効果を評価するために、INNHaC
l溶液中で孔食電位（標準カロメル電位:SCE）を測定し
た。また、強度評価のために、引張試験を行った。

さらに、実施例、比較例の一部については、耐座屈性
を評価した。具体的には、40mmの長さで突き出した試験
片を600℃で５分間保持して、垂下量を測定する耐サグ
試験（垂下試験）を行った。

上記評価の結果は、表１および表２に示すように、実
施例の試験片では、優れた犠牲陽極効果、高強度など、
評価項目のいずれについても良好な結果が得られた。

［発明の効果］以上説明したように、この発明のろう付により製作さ
れる熱交換器のAl合金製高強度犠牲陽極フィン材の製造
方法のうち第１の発明によれば、 In0.005〜0.15wt％、Sn0.11〜0.20wt％の少なくとも
１種を、Si0.05〜0.8wt％、Fe0.1〜1.5wt％を含有し、
残部がAlおよび不可避の不純物からなるAl合金を、100
℃／秒以上の凝固速度で鋳造するので、犠牲陽極効果を
発揮する元素の添加量を増大させることなく、優れた犠
牲陽極効果を確保でき、しかも、強度向上元素の増量に
よって、高強度が得られるという効果がある。したがっ
て、このフィン材によって得られる熱交換器は、軽量で
長寿命であるという効果がある。

また、第２の発明によれば、In0.005〜0.15wt％、Sn
0.11〜0.20wt％の少なくとも１種と、 Si0.05〜0.8wt％、Fe0.1〜1.5wt％を含有し、さら
に、Mn0.1〜1.5wt％、Zr0.05〜0.15wt％の１種または２
種を含有し、残部がAlおよび不可避の不純物からなるAl
合金を、100℃／秒以上の凝固速度で鋳造するので、上
記効果に加え、室温強度の向上および耐座屈性の向上が
得られるという効果がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩ // Ｃ２２Ｃ 21/00 Ｃ２３Ｆ 13/00 Ｅ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 1/02 B22D 27/04 B23K 1/00 330 B23K 1/19 C23F 13/14 C22C 21/00 - 21/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】In0.005〜0.15wt％、Sn0.11〜0.20wt％の
少なくとも１種と、 Fe0.1〜1.5wt％、Si0.05〜0.8wt％を含有し、残部がAl
および不可避の不純物からなるAl合金を、100℃／秒以
上の凝固速度で鋳造することを特徴とするろう付により
製作される熱交換器のAl合金製高強度犠牲陽極フィン材
の製造方法
【請求項２】In0.005〜0.15wt％、Sn0.11〜0.20wt％の
少なくとも１種と、 Fe0.1〜1.5wt％、Si0.05〜0.8wt％を含有し、さらに、 Mn 0.1〜1.5wt％、Zr0.05〜0.15wt％の１種または２種
を含有し、残部がAlおよび不可避の不純物からなるAl合
金を、100℃／秒以上の凝固速度で鋳造することを特徴
とするろう付により製作される熱交換器のAl合金製高強
度犠牲陽極フィン材の製造方法