JP3865933B2

JP3865933B2 - 熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法

Info

Publication number: JP3865933B2
Application number: JP14298498A
Authority: JP
Inventors: 周黒田; 建当摩
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2018-05-25
Also published as: JPH11335764A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カークーラなどの自動車用熱交換器に好適な熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用等の熱交換器に用いられる押出チューブ材は複数孔を有するホロー形状等のように、断面形状が非常に複雑で細かいことから押出性（押出力が小さく、押出速度が速いものほど押出性が良い）を重視してＡＡ１０５０合金や強度を高めるために、これにＭｎやＣｕなどを０．２％程度添加した材料が用いられている。
ところで、これまでのカークーラ等の冷媒には特定フロン（商標）が使用されてきていたが、近年の環境問題からフロン２２（商標）に変更されて、現在はこれが主流になってきている。この冷媒でも環境に悪影響を及ぼすことから、さらなる改良がなされている。いずれにしても、現状では、環境に対する害を小さくしようとすればするほど冷媒のもつ熱交換効率は低下する。そこで、従来と同等の性能（熱交換効率）を発揮するためにはこれまで以上に媒体圧力を高める必要があるが、その場合にはチューブ材の強度が問題になってくる。したがって、熱交換器に使用される材料に高強度（高耐圧性）の要求が高まってきている。
また、自動車には、上記のようなカークーラとは別に自動車用熱交換器としてインタークーラが組み込まれているものがある。このインタークーラの製造方法としては、これまでは溶接機により板を造管してチューブを作製し、このチューブの内部にインナーフィンを組み付けてろう付によりこれらを接合する手法が採用されており、上記チューブ材にはＡ３００３合金を芯材とし両面にＡｌ−Ｓｉ系のろう材を貼り合わせたブレージングシートが用いられてきた。ところが、このような製法では工程の数が多く、製造コストがかかりすぎるなどの問題があった。また、近年インタークーラにも性能向上のために高い耐圧強度が求められてきている。したがって、インタークーラ用のチューブ材でも高強度の押出合金を用いて押出によって製造することが要望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した要望に応える方法としては、従来材において、より多くのＭｎを含有させることが考えられる。ところが、上記したように熱交換器用の押出チューブ等では高い押出性が必要とされているところ、上記Ｍｎの含有量の増加は、この押出性を大きく低下させ、その結果、生産性が低下するだけでなく、目的の形状が得られなかったり、押出金型の損傷が起こりやすくなるなどの問題を引き起こす。このため従来は、良好な押出性を保ったままで押出材の高強度化を図ることは困難であると考えられていた。
【０００４】
本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、良好な押出性を確保した上で、耐圧強度を向上させた熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法のうち第１の発明は、重量％で、Ｍｎ：０．３〜１．０％Ｓｉ：０．２〜１．１％を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム押出合金に、５３０℃〜６００℃で３〜１５時間加熱する均質化処理を行い、その後、４５０℃〜５５０℃で０．１〜２時間加熱する均熱処理を行ってから押出を行うこと特徴とする。
第２の発明の熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法は、第１の発明において、さらに、重量％で、Ｃｕ：０．１〜０．６％Ｆｅ：０．１〜１．１％のうち１種又は２種を含むことを特徴とする。
第３の発明の熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法は、第１又は第２の発明において、成分中のＭｎとＳｉの含有量（重量％）の比が、Ｍｎ／Ｓｉ＝１．１〜４．５であることを特徴とする。
第４の発明の熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法は、第１〜第３の発明において、さらに、重量％で、Ｍｇ：０．０５〜０．５％を含むことを特徴とする。
【０００７】
以下に、本発明における成分限定理由について説明する。
Ｍｎ：０．３〜１．０％
Ｍｎは、金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の強度を向上させる。
また、ＳｉとＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の化合物を形成して強度を向上させる。さらに、電位を貴にするので、フィンとの電位差が大きくとれ、外部耐食性が向上する作用もある。これら作用を得るためには０．３％以上の含有が必要であり、さらには０．４５％以上含有させるのが望ましく、０．６％以上含有させるのが一層望ましい。なお、Ｍｎを多く含有することによる押出性の低下は後述するようにＳｉの含有によって避けているが、過剰のＭｎ含有は、Ｓｉの含有にも拘わらず押出性を低下させる。この観点からＭｎの上限は１．０％とする。
【０００８】
Ｓｉ：０．２〜１．１％
上記したＭｎはろう付後の強度は向上するが、Ａｌ−Ｍｎ系化合物（Ｍｎのみを含有したＡｌの化合物、例えばＡｌ６Ｍｎ）である晶出物あるいは析出物の形成により押出性が著しく低下する。ところが、Ｓｉを含有させると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物が形成されて必要以上にＡｌ−Ｍｎ系化合物が形成されるのを防止し、よって押出性を著しく向上させる作用が得られる。また、マトリックスに固溶したり、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物を形成することにより、ろう付後の強度を向上させる作用もある。これらの作用を得るためには０．１％以上の含有が必要である。さらには、特に押出性を向上させるという点で０．２％以上含有させ、０．３％以上含有させるのが一層望ましい。一方、過剰のＳｉ含有は、合金の融点を低下させてろう付け時に材料の溶融を招き、また晶出物の形成により却って押出性を低下させるので、上限を１．１％とする。なお、同様の理由で上限を０．９％とするのが望ましい。
【０００９】
また、Ｓｉの含有によって押出性を改善するためには、成分中のＭｎとＳｉの含有量（重量％）の比が、Ｍｎ／Ｓｉ＝１．１〜４．５の範囲内になるように、それぞれの含有量を定めるのが望ましい。ここで、上記比が１．１未満であると、Ｍｎに比べてＳｉ量が相対的に多くなり、押出性が低下するという問題がある。一方、上記比が４．５を越えると、Ｍｎ量に比べてＳｉ量が相対的に少なく、Ｍｎ含有による押出性の低下をＳｉ含有によって十分に補完して良好な押出性を確保することが難しくなる。なお、上記と同様の理由によりＭｎ／Ｓｉ比を１．５以上、または３．５以下とするのが望ましい。
【００１０】
Ｃｕ：０．１〜０．６％Ｆｅ：０．１〜１．１％
Ｃｕは固溶してろう付後の強度を向上させ、Ｆｅは金属間化合物として晶出または析出してろう付後の強度を向上させる。さらに、Ｃｕは電位を貴にするためフィンとの電位差が大きくとれ、外部耐食性が著しく向上する。また、Ｆｅは、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系あるいはＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の化合物を形成して押出性を向上させる。これらの作用を得るため、所望によりＣｕ、Ｆｅの１種または２種を含有させるが、十分な作用を得るためには、個々に０．１％以上の含有が必要であり、さらにＣｕで０．２％以上、Ｆｅで０．３％以上含有させるのが望ましい。一方、過剰のＣｕ、Ｆｅの含有は、これら成分が表面に晶出して腐食速度を速め、また、押出性を低下させるので、Ｃｕで０．６％、Ｆｅで１．１％を上限とする。さらには、Ｃｕで０．５％、Ｆｅで０．７％を上限とするのが望ましい。
【００１１】
Ｍｇ：０．０５〜０．５％
Ｍｇは、真空ろう付けの際に、表面酸化被膜を破壊してろう付け性を向上させる作用があるので、所望により含有させる。この作用を十分に得るためには０．０５％以上の含有が必要である。一方、過剰の含有は押出性を低下させるので、０．５％を上限とする。なお、真空ろう付けではなく、雰囲気ろう付けを行う際には、Ｍｇを含有していると、このＭｇとフラックス（特にフッ化物系）とが反応して高融点被膜を形成してろう付け性を低下させるので、雰囲気ろう付けにおいてはＭｇを含有させないのが望ましい。
【００１２】
さらに、上記合金を用いて押出材を製造する方法の発明に関し、その製造条件の限定理由を以下に説明する。
均質化処理：５５０℃〜６００℃、３〜１５時間加熱
この均質化処理では、鋳造後の偏析等を解消する作用があるが、重要な作用としてＭｎ−Ｓｉ化合物を形成して、上記したように押出性を向上させる点が挙げられる。この作用を得るためには、５５０℃以上の加熱温度で３時間以上加熱する必要がある。なお、Ｍｎ−Ｓｉ化合物をより確実に形成するためには、加熱時間を６時間以上とするのが望ましく、さらに加熱温度を５７０℃以上、加熱時間を８時間以上とするのが望ましい。一方、加熱温度が６００℃を超えるとそれ以上の効果が得られず製造コストがアップするだけでなく、材料が溶融するという問題があり、また、加熱時間が１５時間を超えると、生産性が低下する問題があるため、それぞれ上限を定めた。
【００１３】
均熱処理：４５０℃〜５５０℃、０．１〜２時間加熱
熱間押出に際し、適切な温度に加熱するとともに、Ｍｎ−Ｓｉ化合物の生成を促すために、上記条件にて均熱処理を行う。なお、Ｍｎ−Ｓｉ化合物の生成をより促すためには、加熱時間を０．５時間以上とするのが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のアルミニウム合金は上記した成分を目標として常法により溶製することができ、その製造方法は特に限定されない。
この合金を用いて押出材を製造する際には、溶製された合金に上記した均質化処理を施すのが望ましい。その後は、少なくとも押出前に上記した均熱化処理を施した後、押出がなされる。なお、上記均質化処理および均熱化処理における加熱方法や加熱炉の構造等についても特に限定されるものではない。
さらに、上記押出においては押出形状は特に限定されるものではないが、熱交換器の形状等に応じて押出形状が選定される。この押出に際しては、材料の押出性が良好であるので、ホロー形状のものを多孔ダイを用いて良好に押出することも可能である。また、押出に際しての押出方法（方式）も特に限定されるものではなく、押出形状等に合わせて適宜常法の方法を採用することができる。
【００１５】
なお、上記押出材は熱交換器用の材料として使用されるものであり、通常は熱媒体を流通させるチューブ材に用いられる。また、熱交換器の使用場所も特に限定されるものではないが、特に耐食性が必要とされる自動車用熱交換器に好適である。また、その際にも熱交換器で有れば、コンデンサ、エバポレータ、インタークーラー等の適宜の用途に使用することができる。
また、上記押出材は、耐食性を向上させるために、所望により表面にＺｎ溶射を行うことも可能であり、その場合、３〜２０ｇ／ｍ^２量で押出材表面に被膜を形成することができる。
押出材は、熱交換器用部品として使用するに際し、他部材（例えばフィン材やヘッダー）と組み付けて、通常はろう付けにより接合する。なお、ろう付けに際にしての雰囲気や加熱温度、時間については本発明としては特に限定されるものではなく、ろう付け方法も特に限定されない。
上記により得られる熱交換器は、良好な押出性により効率的に製造がなされるとともに、高耐圧特性を有しており、使用に際しては、熱交換効率を上げるべく媒体の圧力を挙げることが可能になる。また、良好な耐食性を有しており、例えば厳しい腐食環境にある自動車においても良好な耐久性を発揮する。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
表１に示す組成のアルミニウム合金について、常法に基づき溶解・鋳造を行って直径１５ｃｍのビレットを製作した。このビレットに、５７５℃で１０時間加熱する均質化処理Ａ（本発明方法）または、５００℃で５時間加熱する均質化処理Ｂ（比較方法）を施した。
均熱処理終了後、直ちに図１に示すように、複数の媒体通路用穴２を有する断面形状の押出材１を得るべく押出を行い、その際に押出性の評価を行った。押出性は押し出す際の押出力と押出速度および十分な形状が得られているかどうかを総合的に評価し、◎（非常に良好）、○（良好）、△（やや不良）、×（不良）で評価した。また、ろう付け後の強度を測定する目的で、上記押出によって得られた各押出材に高純度窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分のろう付相当熱処理を施した後、引張り試験を行った。上記評価および試験の結果については表２に示した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
上記表に示したように、本発明のアルミニウム合金を用いて本発明方法により押出材を得た場合には、いずれも良好な押出性と高い強度を有しており、押出性を損なうことなく強度を高めることが可能になっている。一方、比較合金を用いた場合には、本発明方法によって押出材を得ても、押出性または強度のいずれかにおいて劣っていた。
なお、本発明の合金を用いて比較方法によって押出を行った押出材Ｎｏ．１２については、発明方法によって押出を行ったもの（Ｎｏ．２）に比べて相対的には押出性に劣っていた。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法によれば、重量％で、Ｍｎ：０．３〜１．０％Ｓｉ：０．２〜１．１％を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム押出合金に、５３０℃〜６００℃で３〜１５時間加熱する均質化処理を行い、その後、４５０℃〜５５０℃で０．１〜２時間加熱する均熱処理を行ってから押出を行うので、押出性を損なうことなく高強度特性を得ることができ、熱交換効率の高い熱交換器を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例により得た押出材の断面斜視図である。
【符号の説明】
１押出材
２媒体通路用穴

Claims

重量％で、Ｍｎ：０．３〜１．０％Ｓｉ：０．２〜１．１％を含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム押出合金に、５５０℃〜６００℃で３〜１５時間加熱する均質化処理を行い、その後、４５０℃〜５５０℃で０．１〜２時間加熱する均熱処理を行ってから押出を行うこと特徴とする熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法。
さらに、重量％で、Ｃｕ：０．１〜０．６％Ｆｅ：０．１〜１．１％のうち１種又は２種を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法。
成分中のＭｎとＳｉの含有量（重量％）の比が、Ｍｎ／Ｓｉ＝１．１〜４．５であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法。
さらに、重量％で、Ｍｇ：０．０５〜０．５％を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器用高強度アルミニウム合金押出材の製造方法。