JP5952995B2 - Aluminum alloy fin material for heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、特にラジエータ、ヒーター、コンデンサ、インタークーラ等の熱交換器用フィン材として好適に使用される熱交換器用アルミニウム合金フィン材に関する。 The present invention particularly relates to an aluminum alloy fin material for a heat exchanger that is preferably used as a fin material for a heat exchanger such as a radiator, a heater, a condenser, and an intercooler.
アルミニウム合金は軽量かつ高熱伝導性を備えているため、自動車用熱交換器、例えば、ラジエータ、コンデンサ、エバポレータ、ヒーター、インタークーラ等に用いられている。 Aluminum alloys are lightweight and have high thermal conductivity, and are therefore used in automotive heat exchangers such as radiators, condensers, evaporators, heaters, intercoolers, and the like.
このような熱交換器では、例えばコルゲート成形されたアルミニウム合金製のフィンをろう付けすることが従来から行われている。アルミニウム合金フィン材としては、熱伝導性に優れるJIS1050合金等の純アルミニウム系合金や、強度及び耐座屈性に優れるJIS3003合金等のAl−Mn系合金が一般的に用いられてきた。 In such heat exchangers, for example, corrugated aluminum alloy fins are conventionally brazed. As the aluminum alloy fin material, a pure aluminum alloy such as JIS1050 alloy having excellent thermal conductivity and an Al-Mn alloy such as JIS3003 alloy having excellent strength and buckling resistance have been generally used.
ところで、近年は熱交換器に対して軽量化、小型化及び高性能化の要求が高まってきている。これに伴い、ろう付け接合されるアルミニウム合金フィン材についても、肉薄で、かつ強度、熱伝導性及び耐食性等の特性が優れていることが特に望まれている。 By the way, in recent years, demands for weight reduction, size reduction, and high performance have been increasing for heat exchangers. Accordingly, it is particularly desired that the aluminum alloy fin material to be brazed and joined is thin and has excellent properties such as strength, thermal conductivity, and corrosion resistance.
特許文献1,2には、強化元素としてSi、Mn及びMgを含有し、フィンに犠牲防食作用を持たせるためにIn又はSnが添加された真空ろう付け用フィン材が提案されている。 Patent Documents 1 and 2 propose a vacuum brazing fin material containing Si, Mn, and Mg as strengthening elements and added with In or Sn in order to give the fin a sacrificial anticorrosive action.
特許文献3には、Mg、Si及びZnを含有し、必要に応じてMn及びCu等が添加されたCAB(Controlled Atmosphere Brazing:制御雰囲気ろう付け)用フィン材が提案されている。なお、CAB法とは、非酸化性ガス雰囲気中で非腐食性フラックス(フッ化物系フラックス)を塗布して加熱するろう付け方法である。 Patent Document 3 proposes a fin material for CAB (Controlled Atmosphere Brazing) containing Mg, Si and Zn, and adding Mn, Cu and the like as necessary. The CAB method is a brazing method in which a non-corrosive flux (fluoride-based flux) is applied and heated in a non-oxidizing gas atmosphere.
特許文献4には、Mg、Si、Fe及びZn等が添加された気相ろう付け用フィン材が提案されている。なお、気相ろう付け法とは、フラックス蒸気中で行うろう付け方法である。 Patent Document 4 proposes a gas phase brazing fin material to which Mg, Si, Fe, Zn and the like are added. The gas phase brazing method is a brazing method performed in flux steam.
しかしながら、上述した技術には以下に示すような問題点がある。 However, the above technique has the following problems.
真空ろう付け法では、フィンに犠牲防食作用を持たせるためのZnが使えないというデメリットがある。これは、真空中でろう付けするため、Znを添加しても蒸発してしまい、ろう付け後にほとんどZnが残らないためである。そこで、特許文献1,2に開示された技術では、Znの代わりにIn又はSnを添加しているが、これらの元素は鋳造性や圧延性を大きく阻害し、生産性を低下させてしまうという欠点がある。また、特許文献1,2に開示されたアルミニウム合金はMnを含有しているため、Mnが固溶することによりフィンの熱伝導率が大きく低下してしまうという欠点もある。これにより、熱交換器の軽量化、小型化を妨げる結果となってしまう。 The vacuum brazing method has a demerit that Zn for providing sacrificial anticorrosive action to the fin cannot be used. This is because, since brazing is performed in a vacuum, even if Zn is added, it evaporates, and almost no Zn remains after brazing. Therefore, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, In or Sn is added instead of Zn, but these elements greatly impair castability and rollability, and reduce productivity. There are drawbacks. In addition, since the aluminum alloys disclosed in Patent Documents 1 and 2 contain Mn, there is a disadvantage that the thermal conductivity of the fin is greatly reduced when Mn is dissolved. As a result, the heat exchanger is reduced in weight and size.
CAB法では、強化元素であるMgが使えないというデメリットがある。これは、添加されたMgが、酸化皮膜除去のために使用する非腐食性フラックスと反応し、フラックスの作用を阻害してろう付け性を大幅に低下させるためである。また、フラックス塗布量を多くしてろう付け性の低下を補ったとしても、フィンのような板厚が薄い部材の場合には、添加されたMgのほとんどがフラックスと反応してろう付け後に残らないため、強度向上にも寄与しなくなる。特許文献3に開示されたアルミニウム合金ではMgが添加されているが、上述した理由で、ろう付け性を大幅に低下させるだけで、強度はほとんど向上しないという欠点がある。 The CAB method has a demerit that Mg as a strengthening element cannot be used. This is because the added Mg reacts with the non-corrosive flux used for removing the oxide film and inhibits the action of the flux to greatly reduce the brazing property. In addition, even if the flux application amount is increased to compensate for the reduction in brazing, in the case of a thin plate member such as a fin, most of the added Mg reacts with the flux and remains after brazing. Therefore, it does not contribute to strength improvement. In the aluminum alloy disclosed in Patent Document 3, Mg is added. However, for the reason described above, there is a drawback that the strength is hardly improved only by greatly reducing the brazing property.
特許文献4に開示された技術では、気相ろう付け法の酸化皮膜除去のメカニズム自体はCAB法と同様であり、フラックスの供給方法が異なるのみである。そのため、特許文献4に開示されたアルミニウム合金でもMgが添加されているが、Mgの作用は気相ろう付けにおいてもCAB法と同様となるため、やはりろう付け性及び強度が低下してしまうという欠点がある。 In the technique disclosed in Patent Document 4, the mechanism for removing the oxide film in the gas phase brazing method is the same as that in the CAB method, and only the flux supply method is different. For this reason, Mg is also added to the aluminum alloy disclosed in Patent Document 4, but the action of Mg is the same as that in the CAB method even in vapor phase brazing, so that brazing properties and strength are also lowered. There are drawbacks.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ろう付け性が良好であり、且つろう付け後に優れた強度、熱伝導性及び耐食性を有し、特に自動車用熱交換器のフィンとして好適に使用できる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。 The present invention has been made in view of such problems, has good brazing properties, and has excellent strength, thermal conductivity and corrosion resistance after brazing, particularly as a heat exchanger fin for automobiles. It aims at providing the aluminum alloy fin material which can be used conveniently.
上記目的を達成するため、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、
酸素濃度が10ppm以下の非酸化性ガス雰囲気中において無フラックスでろう付けされろう付け後の引張強さが120N/mm2以上である、ろう材を有しない熱交換器用アルミニウム合金フィン材であって、
Si:0.2〜1.2%(質量%、以下同じ)、Fe:0.02〜0.5%、Mg:0.1〜0.8%、Zn:0.1〜2.0%を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an aluminum alloy fin material for a heat exchanger according to the present invention,
An aluminum alloy fin material for a heat exchanger having no brazing material, which is brazed without flux in a non-oxidizing gas atmosphere having an oxygen concentration of 10 ppm or less and has a tensile strength of 120 N / mm 2 or more after brazing. ,
Si: 0.2-1.2% (mass%, the same shall apply hereinafter), Fe: 0.02-0.5%, Mg: 0.1-0.8%, Zn: 0.1-2.0% And the balance consists of Al and inevitable impurities,
It is characterized by that.
また、本発明の他の熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、
酸素濃度が10ppm以下の非酸化性ガス雰囲気中において無フラックスでろう付けされろう付け後の引張強さが120N/mm2以上である、ろう材を有しない熱交換器用アルミニウム合金フィン材であって、
Si:0.2〜1.2%(質量%、以下同じ)、Fe:0.02〜0.5%、Mg:0.1〜0.8%、Zn:0.1〜2.0%を含有し、さらに、Ti:0.02〜0.3%、Zr:0.02〜0.3%、Cr:0.02〜0.3%、V:0.02〜0.3%のうち1種以上を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる、
ことを特徴とする。
Moreover, the aluminum alloy fin material for other heat exchangers of the present invention is
An aluminum alloy fin material for a heat exchanger having no brazing material, which is brazed without flux in a non-oxidizing gas atmosphere having an oxygen concentration of 10 ppm or less and has a tensile strength of 120 N / mm 2 or more after brazing. ,
Si: 0.2-1.2% (mass%, the same shall apply hereinafter), Fe: 0.02-0.5%, Mg: 0.1-0.8%, Zn: 0.1-2.0% Further, Ti: 0.02-0.3%, Zr: 0.02-0.3%, Cr: 0.02-0.3%, V: 0.02-0.3% Containing one or more of them, the balance consisting of Al and inevitable impurities,
It is characterized by that.
本発明によれば、ろう付け性が良好であり、且つろう付け後に優れた強度、熱伝導性及び耐食性を有し、特に自動車用熱交換器のフィンとして好適に使用できるアルミニウム合金フィン材を提供することができる。 According to the present invention, there is provided an aluminum alloy fin material that has good brazing properties and has excellent strength, thermal conductivity and corrosion resistance after brazing, and can be suitably used particularly as a fin of an automotive heat exchanger. can do.
本発明者らは上記課題について研究した結果、特定の合金組成を有するフィン材を低酸素分圧下においてフラックスを使用せず(以下「無フラックス」ともいう)にろう付けすることでその目的に適合することを見出した。以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。 As a result of studying the above problems, the present inventors have met the purpose by brazing a fin material having a specific alloy composition under low oxygen partial pressure without using a flux (hereinafter also referred to as “no flux”). I found out. Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.
先ず、本実施形態のアルミニウム合金フィン材の成分元素の添加理由及び添加範囲について説明する。 First, the reason and range of addition of the component elements of the aluminum alloy fin material of this embodiment will be described.
Siは、FeとともにAl−Fe−Si系化合物を形成することによる分散強化、又は、マトリクス中に固溶することによる固溶強化によって強度向上に寄与する。また、Siは、Mgとともに微細なMg2Siとして析出し、強度を向上させる。本実施形態におけるSiの好ましい含有量は、0.20〜1.20%(質量%、以下実施形態の説明において同じ)である。Siの含有量が0.20%未満では上記の効果が小さくなる。また、Siの含有量が1.20%を超えると、材料の固相線温度(融点)が低下してろう付け時に溶融の可能性が高まるとともに、マトリクス中の固溶量が多くなるため熱伝導率が低下する。より好ましいSiの含有量は、0.30〜1.0%である。 Si contributes to strength improvement by dispersion strengthening by forming an Al—Fe—Si based compound with Fe or by solid solution strengthening by dissolving in a matrix. Moreover, Si precipitates as fine Mg 2 Si together with Mg, and improves the strength. The preferable content of Si in the present embodiment is 0.20 to 1.20% (mass%, the same in the description of the embodiment below). When the Si content is less than 0.20%, the above effect is reduced. Further, if the Si content exceeds 1.20%, the solidus temperature (melting point) of the material is lowered and the possibility of melting at the time of brazing is increased, and the amount of solid solution in the matrix is increased. Conductivity decreases. A more preferable Si content is 0.30 to 1.0%.
Feは、高温強度を高め、ろう付け加熱時の変形を防止する効果がある。また、Feは、SiとともにAl−Fe−Si系化合物を形成し、分散強化として強度向上に寄与する。本実施形態におけるFeの好ましい含有量は、0.02〜0.50%である。Feの含有量が0.02%未満では上記の強度向上の効果が小さくなる。また、Feの含有量が0.50%を超えると、ろう付け時の再結晶核となりうるサイズの金属間化合物が多く分散してろう付け後の結晶粒が微細となり、ろう拡散が生じるおそれがある。より好ましいFeの含有量は、0.05〜0.40%である。 Fe has the effect of increasing the high-temperature strength and preventing deformation during brazing heating. Fe forms an Al—Fe—Si based compound with Si and contributes to strength improvement as dispersion strengthening. The preferable content of Fe in this embodiment is 0.02 to 0.50%. When the Fe content is less than 0.02%, the effect of improving the strength is small. Further, when the Fe content exceeds 0.50%, a large amount of intermetallic compounds of a size that can be recrystallized nuclei during brazing are dispersed, so that the crystal grains after brazing become fine and brazing diffusion may occur. is there. A more preferable Fe content is 0.05 to 0.40%.
Mgは、マトリクス中に固溶し、固溶強化として強度向上に寄与する。また、Mgは、Siとともに微細なMg2Siとして析出し、強度を向上させる。加えて、Mgは、添加されたうちの一部がろう付け時に蒸発してろう付け接合部周辺の酸素濃度を低下させる効果があり、また、材料表面の酸化皮膜を除去することでろう付け性を良好にする効果がある。本実施形態におけるMgの好ましい含有量は、0.10〜0.80%である。Mgの含有量が0.10%未満では上記の効果が小さくなる。また、Mgの含有量が0.80%を超えると、材料表面に強固なMgO酸化皮膜が形成されるため、ろう付け性が低下する。さらに、含有量が0.80%を超えることで、材料の固相線温度(融点)が低下してろう付け時に溶融の可能性が高くなるとともに、マトリクス中のMgの固溶量が多くなるため熱伝導性が低下する。より好ましいMgの含有量は、0.15〜0.60%である。 Mg dissolves in the matrix and contributes to strength improvement as solid solution strengthening. Further, Mg precipitates as fine Mg 2 Si together with Si and improves the strength. In addition, Mg has the effect of lowering the oxygen concentration around the brazed joint by evaporating part of the added during brazing, and brazing properties by removing the oxide film on the material surface Is effective. The preferable content of Mg in the present embodiment is 0.10 to 0.80%. When the Mg content is less than 0.10%, the above effect is reduced. On the other hand, if the Mg content exceeds 0.80%, a strong MgO oxide film is formed on the surface of the material, so that the brazing property is lowered. Furthermore, when the content exceeds 0.80%, the solidus temperature (melting point) of the material is lowered, and the possibility of melting at the time of brazing increases, and the solid solution amount of Mg in the matrix increases. Therefore, thermal conductivity is reduced. A more preferable Mg content is 0.15 to 0.60%.
Znは、フィンの自然電位を卑にし、犠牲防食効果を向上させる効果がある。本実施形態におけるZnの好ましい含有量は、0.10〜2.0%である。Znの含有量が0.10%未満では上記の効果が小さくなる。また、Znの含有量が2.0%を超えると、腐食速度が速くなり、フィンの自己耐食性が低下する。さらに、含有量が2.0%を超えることで、マトリクス中のZnの固溶量が多くなるため熱伝導性が低下する。より好ましいZnの含有量は、0.30〜1.5%である。 Zn has the effect of lowering the natural potential of the fin and improving the sacrificial anticorrosive effect. The preferable content of Zn in the present embodiment is 0.10 to 2.0%. When the Zn content is less than 0.10%, the above effect is reduced. On the other hand, if the Zn content exceeds 2.0%, the corrosion rate increases and the self-corrosion resistance of the fins decreases. Furthermore, when the content exceeds 2.0%, the solid solution amount of Zn in the matrix increases, so that the thermal conductivity decreases. A more preferable Zn content is 0.30 to 1.5%.
本実施形態のフィン材には、さらに、Ti、Zr、Cr及びVのうち1種以上を所定量含有させることとしてもよい。 The fin material of this embodiment may further contain a predetermined amount of one or more of Ti, Zr, Cr, and V.
Ti、Zr、Cr及びVは、いずれも強度を向上させる効果がある。Ti、Zr、Cr及びVの好ましい含有量は、それぞれ0.02〜0.30%である。上記元素の含有量が0.02%未満では上記の効果が小さくなる。また、含有量が0.30%を超えると、鋳造時に巨大金属間化合物が生成され塑性加工性を低下させるとともに、マトリクス中の固溶量が多くなるため熱伝導率が低下する。 Ti, Zr, Cr and V are all effective in improving the strength. The preferred contents of Ti, Zr, Cr and V are 0.02 to 0.30%, respectively. When the content of the element is less than 0.02%, the above effect is reduced. On the other hand, if the content exceeds 0.30%, a giant intermetallic compound is produced during casting to lower the plastic workability, and the amount of solid solution in the matrix increases, so that the thermal conductivity decreases.
次に、本発明のアルミニウム合金フィン材の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the aluminum alloy fin material of the present invention will be described.
先ず、上述の成分組成を有するアルミニウム合金を溶解し、鋳造してスラブとし、その後必要に応じて均質化処理を行う。鋳造方法は特に限定されないが、DC(Direct Chill)鋳造が望ましい。均質化処理は行わないこととしてもよいが、行う場合は処理温度を450〜550℃とすることが望ましい。均質化処理温度が450℃未満であると、鋳造時の偏析を解消する均質化の効果が小さくなる。均質化処理温度が550℃を超えると、鋳造時に晶出又は析出した金属間化合物の粗大化を招き、フィン材の結晶粒微細化によるろう拡散が発生するおそれがある。 First, an aluminum alloy having the above component composition is melted and cast into a slab, and then homogenized as necessary. The casting method is not particularly limited, but DC (Direct Chill) casting is desirable. The homogenization treatment may not be performed, but when it is performed, the treatment temperature is preferably 450 to 550 ° C. When the homogenization treatment temperature is less than 450 ° C., the homogenization effect for eliminating segregation during casting becomes small. When the homogenization temperature exceeds 550 ° C., the intermetallic compound crystallized or precipitated at the time of casting is coarsened, which may cause wax diffusion due to the refinement of crystal grains of the fin material.
続いて、必要に応じて均質化処理を行ったスラブを380〜550℃の温度で熱間圧延し、2〜5mmの板材を作製する。熱間圧延時の温度が380℃未満であると、スラブの変形抵抗が高くて潰すことが困難である。熱間圧延時の温度が550℃を超えると、前述したようにフィン材の結晶粒微細化によるろう拡散が発生するおそれがある。 Then, the slab which performed the homogenization process as needed is hot-rolled at the temperature of 380-550 degreeC, and produces a 2-5 mm board | plate material. If the temperature during hot rolling is less than 380 ° C., the deformation resistance of the slab is high and it is difficult to crush. When the temperature at the time of hot rolling exceeds 550 ° C., as described above, there is a possibility that wax diffusion due to the refinement of crystal grains of the fin material may occur.
続いて、得られた板材に冷間圧延を行い、必要に応じて焼鈍を実施し、フィン材を得る。フィン材の最終板厚はこれに限定されるものではないが、0.04〜0.10mm程度である。冷間圧延の途中で焼鈍を入れる中間焼鈍を実施する場合には、最終冷間圧延率は5〜50%とする。焼鈍には、バッチ式焼鈍炉、連続焼鈍炉(CAL)のいずれを用いてもよい。焼鈍温度については、バッチ式焼鈍を行う場合は150〜450℃、連続焼鈍炉(CAL)で行う場合には350〜550℃であることが望ましい。 Subsequently, the obtained plate material is cold-rolled and annealed as necessary to obtain a fin material. The final plate thickness of the fin material is not limited to this, but is about 0.04 to 0.10 mm. In the case of carrying out intermediate annealing in which annealing is performed in the middle of cold rolling, the final cold rolling rate is 5 to 50%. For the annealing, either a batch annealing furnace or a continuous annealing furnace (CAL) may be used. The annealing temperature is preferably 150 to 450 ° C. when performing batch annealing, and 350 to 550 ° C. when performing in a continuous annealing furnace (CAL).
次に、上述の合金組成を有する本実施形態のアルミニウム合金フィン材に対する好ましいろう付け方法について説明する。本実施形態では、ろう付け炉の炉内酸素濃度が10ppm以下の非酸化性ガス雰囲気中で、且つ無フラックスでろう付けを行うこととする。その理由を以下に示す。 Next, a preferable brazing method for the aluminum alloy fin material of the present embodiment having the above-described alloy composition will be described. In the present embodiment, brazing is performed in a non-oxidizing gas atmosphere with a furnace oxygen concentration of 10 ppm or less and without flux. The reason is as follows.
アルミニウム合金のろう付けを行うためには、被ろう付け物の表面に存在する酸化皮膜を破壊して、ろう材と被ろう付け物とを金属的に接触させることが必要になる。例えば、真空ろう付け法ではろう材に添加されたMgによって酸化皮膜を除去し、CAB法ではフラックスによって酸化皮膜を除去する。 In order to perform brazing of an aluminum alloy, it is necessary to destroy the oxide film present on the surface of the object to be brazed and bring the brazing material and the object to be brazed into metal contact. For example, in the vacuum brazing method, the oxide film is removed by Mg added to the brazing material, and in the CAB method, the oxide film is removed by flux.
これに対して、本実施形態では、非酸化性ガスの雰囲気中において、フラックスを使用せず、被ろう付け物であるフィン材に添加されたMgによって酸化皮膜を除去する。ここで、ろう付け時に使用する非酸化性ガスは、工業的に使用される窒素ガスやアルゴンガス等を使用することができる。 On the other hand, in this embodiment, the flux is not used in the non-oxidizing gas atmosphere, and the oxide film is removed by Mg added to the fin material that is to be brazed. Here, as the non-oxidizing gas used at the time of brazing, industrially used nitrogen gas, argon gas, or the like can be used.
上記の方法でろう付けを行うことで、フィン材に添加されたMgの一部がろう付け時に雰囲気中に蒸発し、被ろう付け物との接合部の近傍に漂う。そして、雰囲気中に漂うMgは、被ろう付け物の表面に存在する酸化皮膜を還元作用によって破壊するとともに、酸化皮膜除去後に露出した金属アルミニウムの再酸化を防止する。 By brazing by the above method, a part of Mg added to the fin material evaporates in the atmosphere at the time of brazing and floats in the vicinity of the joint portion with the brazed object. And Mg floating in the atmosphere destroys the oxide film present on the surface of the brazed object by the reducing action and prevents reoxidation of the metal aluminum exposed after the oxide film is removed.
また、非酸化性ガス雰囲気中でろう付けを行うため、真空ろう付け法では使用が困難であったZnの使用が可能となる。本実施形態のろう付け法では、フィン材に添加されたMgで酸化皮膜を除去するわけであるが、Mg自体の除去作用はCAB法で使用するフラックスに比べると小さいと考えられるため、非酸化性ガス雰囲気中の酸素濃度がろう付け性に大きな影響を与える。本実施形態においては、好ましい炉内酸素濃度は10ppm以下である。10ppmを超える酸素濃度では、酸化皮膜除去後に露出した金属アルミニウムの再酸化が起こり、ろう付け性が低下する。より好ましい炉内酸素濃度は5ppm以下である。 In addition, since brazing is performed in a non-oxidizing gas atmosphere, it is possible to use Zn, which is difficult to use by the vacuum brazing method. In the brazing method of this embodiment, the oxide film is removed with Mg added to the fin material. However, since the removal action of Mg itself is considered to be smaller than the flux used in the CAB method, it is non-oxidized. The oxygen concentration in the reactive gas atmosphere has a significant effect on the brazeability. In the present embodiment, the preferable oxygen concentration in the furnace is 10 ppm or less. When the oxygen concentration exceeds 10 ppm, the metal aluminum exposed after removal of the oxide film is re-oxidized and the brazing property is lowered. A more preferable furnace oxygen concentration is 5 ppm or less.
以上説明したように、本実施形態によれば、非腐食性フラックスを使用しないため、Mgを添加しても良好なろう付け性が得られるとともに、特に強化元素であるMgの効果やZnの犠牲防食効果を有効に利用することができる。また、高い熱伝導性を得ることもできる。従って、薄肉の熱交換器用アルミニウム合金フィン材として好適に使用できるフィン材が得られる。 As described above, according to the present embodiment, since a non-corrosive flux is not used, good brazing properties can be obtained even when Mg is added. The anticorrosion effect can be used effectively. Also, high thermal conductivity can be obtained. Therefore, a fin material that can be suitably used as an aluminum alloy fin material for thin heat exchangers is obtained.
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.
先ず、表1に示す合金組成を有するアルミニウム合金を、それぞれDC鋳造法により鋳造して各々両面を面削して仕上げた。なお、表1の合金組成において、「−」は検出限界以下であることを示すものであり、「残部」は不可避的不純物を含む。 First, an aluminum alloy having the alloy composition shown in Table 1 was cast by a DC casting method and finished by chamfering both surfaces. In the alloy composition of Table 1, “−” indicates that it is below the detection limit, and “remainder” includes inevitable impurities.
その後、作製した鋳塊に均質化処理を行わず、500℃まで加熱した後、熱間圧延により所望の厚さまで圧延し、板材を作製した。続いて、得られた板材を冷間圧延し、バッチ式焼鈍炉で370℃×2hの中間焼鈍を行い、最終板厚が0.06mmのフィン材(調質:H1n)を作製した。 Thereafter, the produced ingot was not homogenized and heated to 500 ° C., and then rolled to a desired thickness by hot rolling to produce a plate material. Subsequently, the obtained plate material was cold-rolled and subjected to intermediate annealing at 370 ° C. × 2 h in a batch annealing furnace to produce a fin material (tempered: H1n) having a final plate thickness of 0.06 mm.
そして、作製した各フィン材を供試材(合金No.1〜9)とし、ろう付け加熱を行った。ろう付け加熱を行う際の炉内酸素濃度及び供試材へのフラックス塗布の有無についての条件を表2に示した。試験材No.13のみ、引張強さ及びフィン接合率の評価を行う試験片にはフラックスを塗布してろう付け加熱を実施した。フラックスは、フッ化物系フラックスを5%濃度に調整した懸濁液に試験片を浸漬することで塗布した。その後、各供試材に対して、強度、導電率、ろう付け性及び耐食性に関する評価を下記に示す方法で行い、それらの結果を表3に示した。ここで、導電率の測定は、フィン材の熱伝導性を評価するためのものであり、アルミニウム合金の場合は、導電率が高ければ高いほど、熱伝導性も良いと判断できる。なお、本明細書において、「ろう付け加熱」とは、フィン材が実際にろう付けされると仮定した温度及び時間を加熱条件として、特段の説明が無ければ供試材単体に対して加熱を行うことをいう。 And each produced fin material was made into the test material (alloy No. 1-9), and the brazing heating was performed. Table 2 shows the conditions regarding the oxygen concentration in the furnace and the presence or absence of flux application to the test material when brazing is performed. Test material No. Only the test piece which evaluates a tensile strength and a fin joining rate only 13 was flux-applied, and the brazing heating was implemented. The flux was applied by immersing the test piece in a suspension in which the fluoride flux was adjusted to 5% concentration. Then, evaluation about intensity | strength, electrical conductivity, brazing property, and corrosion resistance was performed with respect to each test material by the method shown below, and those results were shown in Table 3. Here, the measurement of electrical conductivity is for evaluating the thermal conductivity of the fin material. In the case of an aluminum alloy, it can be determined that the higher the electrical conductivity, the better the thermal conductivity. In this specification, “brazing heating” refers to the temperature and time assumed to be the actual brazing of the fin material, and heating the specimen alone unless otherwise specified. To do.
〔a〕ろう付け後の引張強さ(N/mm2):
供試材を600℃×3minでろう付け加熱した後、200℃/minの冷却速度で冷却し、その後室温で1週間放置してサンプルとした。そして、各サンプルに対し、引張速度10mm/min、ゲージ長50mmの条件で、JIS Z2241に従って、常温にて引張試験を実施した。
[A] Tensile strength after brazing (N / mm 2 ):
The specimen was brazed and heated at 600 ° C. × 3 min, then cooled at a cooling rate of 200 ° C./min, and then allowed to stand at room temperature for 1 week to obtain a sample. Each sample was subjected to a tensile test at room temperature in accordance with JIS Z2241 under conditions of a tensile speed of 10 mm / min and a gauge length of 50 mm.
〔b〕導電率(%IACS):
供試材を600℃×3minでろう付け加熱した後、200℃/minの冷却速度で冷却してサンプルとした。そして、各サンプルに対し、20℃の恒温槽内で、JIS H0505に従って、電気抵抗を測定することにより導電率を求めた。なお、単位の%IACSは、本明細書ではJIS H0505に規定された導電率を表す。
[B] Conductivity (% IACS):
The specimen was brazed and heated at 600 ° C. × 3 min, and then cooled at a cooling rate of 200 ° C./min to obtain a sample. And the electrical conductivity was calculated | required by measuring an electrical resistance with respect to each sample according to JISH0505 in a 20 degreeC thermostat. Note that the unit% IACS represents the conductivity defined in JIS H0505 in this specification.
〔c〕フィン接合率(%):
先ず、図1に示すような、コルゲート成形された供試材(フィン11)と、JIS3003を心材13とし、その片面にJIS4045のろう材14を10%クラッドした板厚0.3mmのブレージングシート12と、をそれぞれ用意した。その後、フィン11とブレージングシート12のろう材14側の面とを合わせて図1に示す評価用コア10を形成し、この評価用コア10に対して600℃×3minのろう付け加熱を行った。そして、ろう付け加熱後の評価用コア10について、フィン11の全山数に対する接合したフィンの山数の割合をフィン接合率としてこれを評価した。評価としては、フィン接合率が95%以上のものはろう付け性が良好「○」とし、フィン接合率が95%未満のものはろう付け性が不十分「×」とした。
[C] Fin joint ratio (%):
First, as shown in FIG. 1, a corrugated specimen (fin 11) and a
〔d〕フィンのろう拡散と溶融の有無:
上記〔c〕で作製した評価用コア10に対して断面のミクロ観察を行い、フィンのろう拡散や溶融発生の有無を確認した。評価としては、ろう拡散及び溶融がともに無いものは良好「○」とし、ろう拡散及び溶融のいずれか又は両方が有るものは「×」とした。
[D] Presence / absence of fin diffusion and melting:
Microscopic observation of the cross section was performed on the
〔e〕自己耐食性評価(腐食減少量(%)測定):
供試材を600℃×3minでろう付け加熱した後、200℃/minの冷却速度で冷却してサンプルとした。そして、各サンプルに対し、JIS Z2371に従って、200時間の塩水噴霧試験を行った後、その腐食減少量を測定した。
[E] Self-corrosion resistance evaluation (corrosion reduction (%) measurement):
The specimen was brazed and heated at 600 ° C. × 3 min, and then cooled at a cooling rate of 200 ° C./min to obtain a sample. And after performing the salt spray test for 200 hours with respect to each sample according to JISZ2371, the corrosion reduction amount was measured.
〔f〕自然電位(mV):
供試材を600℃×3minでろう付け加熱した後、200℃/minの冷却速度で冷却してサンプルとした。そして、各サンプルに対し、25℃の5%NaCl水溶液中でフィンの自然電位(vs Ag/AgCl)を測定して評価した。評価としては、自然電位が−720mVよりも卑であれば良好「○」とし、−720mVよりも貴であれば「×」とした。
[F] Natural potential (mV):
The specimen was brazed and heated at 600 ° C. × 3 min, and then cooled at a cooling rate of 200 ° C./min to obtain a sample. Each sample was evaluated by measuring the natural potential of the fin (vs Ag / AgCl) in a 5% NaCl aqueous solution at 25 ° C. As an evaluation, if the natural potential is lower than −720 mV, it is “good”, and if it is nobler than −720 mV, it is “x”.
本発明例である試験材No.1〜16では、ろう付け後の引張強さが120N/mm2以上と高く、導電率は45%IACS以上であり熱伝導性が良好と評価される結果であった。また、フィン接合率やろう拡散及び溶融についても問題なく、ろう付け性は良好であった。さらに、腐食減少量は4.0%未満と少なく、自然電位も−720mVより卑になっており、犠牲防食効果が確保される結果となった。 Test material No. which is an example of the present invention. In Nos. 1 to 16, the tensile strength after brazing was as high as 120 N / mm 2 or more, the electrical conductivity was 45% IACS or more, and the thermal conductivity was evaluated as good. Also, there was no problem with the fin bonding rate, brazing diffusion and melting, and the brazing property was good. Furthermore, the amount of decrease in corrosion was less than 4.0%, and the natural potential was lower than -720 mV, and the sacrificial anticorrosive effect was secured.
それに対して、比較例は以下に示すような結果となった。試験材No.17、20、25は、ろう付け後の引張強さが120N/mm2未満であり、本発明例よりも低くなった。試験材No.17、20は、強化元素であるSiやMgの含有量が少なかったため、強度が低下した。試験材No.25は、元素添加量については本発明例を満たすものであるが、フラックスを塗布してろう付け加熱を実施したため、フラックスと材料に添加したMgが反応してMgが消耗したために強度が低下した。試験材No.18、21は、SiやMgの添加量が多かったためにマトリクス中の固溶量も多くなり、ろう付け後の導電率が低かった。試験材No.21はMg添加量が適切でなかったため、フィン接合率が低かった。試験材No.24は、ろう付加熱時の炉内酸素濃度が高かったため、フィン接合率が低かった。また、試験材No.25はフラックスを塗布してろう付け加熱を実施したため、フラックスとMgが反応し、Mgによる皮膜除去効果およびフラックスによる皮膜除去効果のいずれも十分でなく、フィン接合率が低下した。試験材No.18、21は、SiやMgの添加量が多かったために固相線温度が低下し、ろう付け時に溶融が発生した。試験材No.19は、Fe添加量が多かったためにろう付け後の結晶粒が微細となり、その結晶粒界を経路にろう拡散が発生した。試験材No.23は、Znの添加量が多かったために腐食速度が速くなり、腐食減少量が高い結果となった。試験材No.22は、Znの添加量が少なかったために自然電位を十分に卑にすることができなかった。 On the other hand, the results of the comparative example were as follows. Test material No. In Nos. 17, 20, and 25, the tensile strength after brazing was less than 120 N / mm 2 , which was lower than that of the examples of the present invention. Test material No. Nos. 17 and 20 had lower strength because the contents of Si and Mg as strengthening elements were small. Test material No. No. 25 satisfies the example of the present invention with respect to the element addition amount, but since the brazing heating was performed by applying the flux, the strength was lowered because the Mg added to the flux reacted with the material and consumed. . Test material No. Nos. 18 and 21 had a large amount of Si and Mg added, so the amount of solid solution in the matrix also increased and the conductivity after brazing was low. Test material No. In No. 21, the amount of Mg added was not appropriate, so the fin joining rate was low. Test material No. No. 24 had a low fin bonding rate because the oxygen concentration in the furnace during the brazing heat was high. In addition, test material No. In No. 25, since flux was applied and brazed and heated, the flux and Mg reacted, and neither the film removal effect due to Mg nor the film removal effect due to flux was sufficient, and the fin bonding rate was lowered. Test material No. Nos. 18 and 21 had a large amount of Si or Mg added, so that the solidus temperature decreased and melting occurred during brazing. Test material No. In No. 19, since the amount of Fe added was large, the crystal grains after brazing became fine, and brazing diffusion occurred along the crystal grain boundaries. Test material No. In No. 23, the amount of Zn added was large, so that the corrosion rate was high, and the corrosion reduction amount was high. Test material No. No. 22 could not make the natural potential sufficiently low because the amount of Zn added was small.
10 評価用コア
11 フィン
12 ブレージングシート
13 心材
14 ろう材
10
Claims (2)
Si:0.2〜1.2%(質量%、以下同じ)、Fe:0.02〜0.5%、Mg:0.1〜0.8%、Zn:0.1〜2.0%を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる、
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。 An aluminum alloy fin material for a heat exchanger having no brazing material, which is brazed without flux in a non-oxidizing gas atmosphere having an oxygen concentration of 10 ppm or less and has a tensile strength of 120 N / mm 2 or more after brazing. ,
Si: 0.2-1.2% (mass%, the same shall apply hereinafter), Fe: 0.02-0.5%, Mg: 0.1-0.8%, Zn: 0.1-2.0% And the balance consists of Al and inevitable impurities,
An aluminum alloy fin material for heat exchangers.
Si:0.2〜1.2%(質量%、以下同じ)、Fe:0.02〜0.5%、Mg:0.1〜0.8%、Zn:0.1〜2.0%を含有し、さらに、Ti:0.02〜0.3%、Zr:0.02〜0.3%、Cr:0.02〜0.3%、V:0.02〜0.3%のうち1種以上を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる、
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。 An aluminum alloy fin material for a heat exchanger having no brazing material, which is brazed without flux in a non-oxidizing gas atmosphere having an oxygen concentration of 10 ppm or less and has a tensile strength of 120 N / mm 2 or more after brazing. ,
Si: 0.2-1.2% (mass%, the same shall apply hereinafter), Fe: 0.02-0.5%, Mg: 0.1-0.8%, Zn: 0.1-2.0% Further, Ti: 0.02-0.3%, Zr: 0.02-0.3%, Cr: 0.02-0.3%, V: 0.02-0.3% Containing one or more of them, the balance consisting of Al and inevitable impurities,
An aluminum alloy fin material for heat exchangers.
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