JP7107690B2 - 強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材および熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材および熱交換器に関する。

自動車用の熱交換器用アルミニウム合金フィン材では、車載時の繰り返しの振動に耐えうる強度のほか、高い熱伝導性や耐食性が要求される。さらに、ろう付接合時においてフィン材の座屈によって接合不良が生じないろう付性が求められている。そこで、強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用フィン材の研究が進められている。

例えば、特許文献１では、Ｆｅ含有量が０．５％以上の組成においても、低コストで、しかも優れたろう付け性と耐サグ性を実現することを目的として、質量％で、Ｓｉ：０．６～１．６％、Ｆｅ：０．５～１．２％、Ｍｎ：１．２～２．６％、Ｚｎ：０．４～３．０％、Ｃｕ：０．２％未満を含み、残部不可避的不純物とＡｌからなり、不純物としてのＭｇを０．０５％未満に限定し、ろう付け加熱前の抗張力が１６０～２６０ＭＰａであり、ろう付け加熱前の抗張力と０．２％耐力との差が１０～５０ＭＰａであることを特徴とするフィン材が提案されている。

特許文献２では、Ｓｉ：０．５～１．５質量％、Ｆｅ：１．０質量パーセントを越え２．０質量％以下、Ｍｎ：０．４～１．０質量％、Ｚｎ：０．４～１．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、ろう付加熱前の金属組織として第２層粒子の大きさと分布密度を規定し、ろう付加熱前の引張強さとろう付加熱後の引張強さ、フィン材の板厚を規定したコルゲート成形性およびろう付加熱後の強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材が提案されている。

特許文献３では、Ｓｉ：０．７～１．４wt％、Ｆｅ：０．５～１．４wt％、Ｍｎ：０．７～１．４wt％、Ｚｎ：０．５～２．５wt％を含み、さらに不純物としてのＭｇを０．０５wt％以下に限定し、残部不可避的不純物とＡｌからなる組成を有し、ろう付後の抗張力と耐力、ろう付け後の再結晶粒径、且つろう付け後の導電率を規定した、高強度、伝熱特性、耐エロージョン性、耐サグ性、犠牲陽極効果および自己耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材が提案されている。

特許文献４では、強度、導電性、ろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材として、質量％で、Ｍｎ：１．２～２．０％、Ｃｕ：０．０５～０．２０％、Ｓｉ：０．５～１．３０％、Ｆｅ：０．０５～０．５％、Ｚｎ：１．０～３．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金からなり、ろう付加熱後において、引張強さが１４０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上、導電率が４２％ＩＡＣＳ以上、平均結晶粒径が１５０μｍ以上７００μｍ未満、電位が－８００ｍＶ以上－７２０ｍＶ以下であるフィン材が記載されている。

特開２０１５－２１８３４３号公報 特開２０１５－１４０３４号公報 特開２０１２－２１１３９３号公報 特開２０１６－１２１３９３号公報

しかし、生産性の向上のために、さらに、ろう付時間を短縮すると、Ａｌ‐Ｓｉろうが熱交換器全体に行きわたり難いことやフィンが他部材からの熱膨張に伴う変形を受けて形状を維持できなくなるなどの理由でフィンと各部材間で接合不良の割合が多くなる。また、熱交換器の軽量化を行った場合でも必要な剛性を得るためには、ろう付後のフィン材の強度が必要で、放熱性能を十分に発揮するためには、フィンの腐食による穴あきや脱落が無い様にするための自己耐食性も求められる。

本発明は上記課題を背景としてなされたものであり、強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材および熱交換器を提供することを目的とする。

本願発明では、合金組成と、ろう付途中の軟化過程での温度と強度に注目することで、従来よりも接合不良が少なく高いろう付性を持つフィンを得ることができる。
すなわち、本発明の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材のうち、第１の形態は、質量％で、Ｍｎ：１．２～２．０％、Ｓｉ：０．５～１．３％、Ｃｕ：０．００１～０．０５％未満、Ｆｅ：０．１～０．５％、Ｚｎ：０．５～２．５％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金からなり、
ろう付加熱後において、常温で、引張強さが１４０ＭＰａ以上、０．２％耐力が５０ＭＰａ以上、導電率が４２％ＩＡＣＳ以上、電位が－８００ｍＶ以上－７１０ｍＶ以下、中性塩水噴霧試験で１６週間後の腐食減量が１２０ｍｇ/ｄｍ^２以下であり、
前記ろう付が、室温から６００℃まで平均昇温速度５０℃／分で昇温し、６００℃で３分間保持後、１００℃／分の降温速度で降温冷却する条件で行われるものであり、
前記電位が、２５℃の５％ＮａＣｌ溶液（酢酸にてｐＨ３に調整）に６０分浸漬後、参照電極として銀‐塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を使用して測定するものであることを特徴とする。

他の形態の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、前記形態において、前記アルミニウム合金が、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１～０．２０％、Ｃｒ：０．０１～０．２０％、Ｍｇ：０．０１～０．２０％、Ｚｒ：０．０１～０．２０％のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする。

他の形態の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、前記形態において、前記アルミニウム合金が、関係式（ｉ）… ２．１≦［Ｍｎ含有量（質量％）］＋［Ｓｉ含有量（質量％）］+７．５＊［Ｃｕ含有量（質量％）］≦３．４、かつ、関係式（ｉｉ）… ［Ｚｎ含有量（質量％）］－１８．８＊［Ｃｕ含有量（質量％）］≧０．２を満たす組成を有することを特徴とする。

他の形態の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、前記形態において、前記ろう付加熱後の平均結晶粒径が１００μｍ以上２０００μｍ以下であることを特徴とする。

他の形態の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、前記形態において、４００～５５０℃の範囲における各温度で０．２％耐力が１５～４０ＭＰａの範囲内であることを特徴とする。

他の形態の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、前記形態において、ろう付加熱前において、円相当径で０．０１～０．１０μｍのＡｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の第二相粒子の個数密度が１．０×１０^５個/ｍｍ^２以上であり、金属組織が、結晶粒の平均縦横比が７．０以上である繊維状な結晶粒組織であることを特徴とする。

他の形態の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、前記形態において、前記ろう付加熱後において、円相当径が０．０１～０．１０μｍのＡｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系およびＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の第二相粒子が合計量で１．０×１０^４個/ｍｍ^２以上、円相当径で１．０μｍ以上のＡｌ－Ｆｅ系の晶出物の個数密度が１．０×１０ ^４ 個／ｍｍ ^２ 以下、円相当径で０．０５μｍ以上のＡｌ－Ｃｕ系の第二相粒子が１．０×１０^３個/ｍｍ^２以下で存在することを特徴とする。

他の形態の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、前記形態において、板厚が１００μｍ以下であることを特徴とする。

他の形態の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、前記形態において、腐食電流密度が０．０５ｍＡ/ｃｍ^２以下であることを特徴とする。

他の形態の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、前記形態において、ろう付加熱前において、常温の引張強さが２５０ＭＰａ以下、常温の０．２％耐力が２３０ＭＰａ以下であることを特徴とする。

他の形態の強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、前記形態において、ろう付前において、再結晶完了温度が４５０℃以下であることを特徴とする。

本発明の熱交換器のうち、第１の形態は、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材を備えることを特徴とする。

以下、本発明における化学組成や機械的特性等の限定理由について説明する。なお、化学組成はいずれも質量％である。

・Ｍｎ：１．２～２．０％
ＭｎはＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系金属間化合物を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために添加する。Ｍｎが１．２％未満ではＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度を得られない。また、Ｍｎが２．０％を超えて添加されると、鋳塊の鋳造時にＡｌ－Ｍｎ系の巨大金属間化合物が晶出し、圧延時破断に至る懸念がある。また、マトリクスへの固溶度が大きくなり固相線温度（融点）が低下し、ろう付時にフィンが溶融してしまう場合があり、好ましくない。このため、Ｍｎの含有量を上記範囲とする。
なお、同様の理由で、Ｍｎ含有量の下限を１．４％、上限を１．８％とするのが好ましい。

・Ｓｉ：０．５～１．３％
Ｓｉは、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系金属間化合物を析出させ、分散強化によってろう付後の強度を得るために添加する。Ｓｉ添加が０．５％未満ではＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。また、１．３％を超えてＳｉを添加すると、マトリクスへの固溶度が大きくなり、固相線温度（融点）が低下し、ろう付時にフィンが溶融してしまう場合があり、好ましくない。このため、Ｓｉの含有量を上記範囲とする。
なお、同様の理由で、Ｓｉ含有量の下限を０．７％、上限を１．２％とするのが望ましい。

・Ｃｕ：０．００１～０．０５％未満
Ｃｕは、Ａｌマトリクスへ固溶するか、Ａｌ－Ｃｕ系化合物を生成して存在する。Ｃｕが０．００１％未満であると、固溶強化によるろう付後の強度への寄与が小さい。一方、Ｃｕが０．０５％以上では、マトリクスよりも電位が貴なθ－ＣｕＡｌ_２安定相やθ'－ＣｕＡｌ_２準安定相が化合物として存在し、腐食の起点となり耐食性を低下させるため好ましくない。このため、Ｃｕの含有量を上記範囲とする。
なお、同様の理由で、Ｃｕ含有量の下限を０．００３％、上限を０．０４５％とするのが望ましい。

・Ｆｅ：０．１～０．５％
Ｆｅは、Ａｌ－Ｆｅ系およびＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系金属間化合物を晶出、析出し、分散強化によるろう付後の強度を得るために添加する。Ｆｅが０．１％未満ではその効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。また高純度地金の使用に限定されるためコストアップとなるため好ましくない。一方、Ｆｅが０．５％超では、Ａｌ－Ｆｅ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物が腐食の起点として作用し耐食性が低下するため、好ましくない。このため、Ｆｅの含有量を上記範囲とする。
なお、同様の理由で、Ｆｅ含有量の下限を０．１５％、上限を０．４％とするのが望ましい。

・Ｚｎ：０．５～２．５％
Ｚｎは、Ａｌマトリクス中に固溶して電位を卑にさせる作用があり、フィンの犠牲陽極効果を得るために添加する。ただし、０．５％未満では電位を卑にさせる作用が小さく、所望の犠牲陽極効果を得られず、組み合わされるチューブの侵食深さが大きくなる。一方、２．５％を超えると電位が過剰に卑となり、フィンの自己耐食性が低下するため好ましくない。このため、Ｚｎの含有量を上記範囲とする。
なお、同様の理由で、Ｚｎ含有量の下限を０．７％、上限を２．２％とするのが望ましい。

・Ｔｉ：０．０１～０．２０％、Ｃｒ：０．０１～０．２０％、Ｍｇ：０．０１～０．２０％、Ｚｒ：０．０１～０．２０％のうち、１種または２種以上
Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｒはアルミニウムと金属間化合物を形成し、分散強化および固溶強化により強度を向上させるので、所望により１種以上を含有する。ただし、それぞれの含有量が下限未満であると、分散強化および固溶強化への影響が小さく、強度が向上する効果が小さい。Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒがそれぞれの上限を超えると鋳塊の鋳造時に巨大金属間化合物が晶出し、圧延時破断に至る懸念がある。また、Ｍｇは、上限を超えるとろう付性が低下する。したがって、各元素の含有量が上記範囲であることが望ましい。
なお、同様の理由で、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｒは、下限０．０３％、上限０．１５％とするのがさらに望ましい。

・ろう付加熱後の常温引張強さ：１４０ＭＰａ以上
熱交換器の軽量化の要望に合わせて、フィン材においても薄肉、高強度材が求められている。フィンのろう付後強度が低いと、車載時に熱交換器に負荷される繰返しの振動や冷却水の膨張、圧縮を抑制することができず、チューブは太鼓状に膨張し、早期の破断、つまり内部冷却水の漏れにつながる。このため、フィンの厚さを１００μｍ以下とした場合、１４０ＭＰａ以上の引張強さを有していることが望ましい。

・ろう付加熱後の常温０．２％耐力：５０ＭＰａ以上
０．２％耐力はフィンの弾性限度を示しており、ろう付後の耐力が低い場合、車搭載時の繰返し振動により、フィン破断に至らなくても塑性変形を生じて原形を留めることができず熱交換器コアが変形してしまう。フィンの板厚が１００μｍ以下であってもろう付後の耐力が５０ＭＰａ以上であれば、上記変形を防ぐことができるため、ろう付加熱後の０．２％耐力が５０ＭＰａ以上であることが望ましい。

・ろう付加熱後の導電率：４２％ＩＡＣＳ以上
熱交換器として用いられた場合の熱伝導性を確保するため、ろう付後の導電率が４２％ＩＡＣＳ以上とすることが望ましい。

・ろう付加熱後の電位：－８００ｍＶ以上－７１０ｍＶ以下（ｖｓ Ａｇ/ＡｇＣｌ）
フィンの電位が－８００ｍＶ未満の場合、接合される他部材に対して電位が過度に卑（低い）なため、ガルバニック腐食により、フィンの腐食が加速してしまう。フィンの電位が－７１０ｍＶ超の場合、接合される他部材を対象として、電位差を十分に得ることができず犠牲陽極効果が得られない。この場合、例えばチューブの腐食が加速してしまう。より好ましくは、－７２０ｍＶ以下とすることである。
このため、フィン材の電位が上記範囲内であることが望ましい。

・ろう付加熱後の中性塩水噴霧試験における１６週間後の腐食減量：１２０ｍｇ/ｄｍ^２以下
フィン材の自己耐食性を確保するため、ＪＩＳ Ｚ２３７１（２０１５年）準拠の方法の中性塩水噴霧試験により測定したフィン材の１６週間後の腐食減量が１２０ｍｇ/ｄｍ^２以下であることが望ましい。１６週間後の腐食減量が１２０ｍｇ/ｄｍ^２以下であれば、実際の使用環境であってもフィン自体の腐食による性能劣化や部分的な脱落を抑制できるので、熱交換器としての特性を維持することができる。

・関係式（ｉ）
２．１≦［Ｍｎ含有量（質量％）］＋［Ｓｉ含有量（質量％）］＋７．５＊［Ｃｕ含有量（質量％）］≦３．４
・関係式（ｉｉ）
［Ｚｎ含有量（質量％）］－１８．８＊［Ｃｕ含有量（質量％）］≧０．２
上記、関係式（ｉ）、（ｉｉ）を満たすことで、強度、導電性、耐食性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材を得ることができる。
関係式（ｉ）は、Ｃｕ量に対するＭｎ、Ｓｉ量の関係で、フィン材の材料強度を表す。関係式（ｉ）の結果が２．１未満の場合は、ろう付途中の高温での０．２％耐力、常温での引張強さと０．２％耐力が低く、フィン接合率が低下する傾向にあった。関係式（ｉ）の結果が３．４を超える場合は、ろう付前の引張強さ、０．２％耐力が高く、フィンの成形が困難になる場合や、固相線温度が低い、腐食減量が多いフィンが多かった。
関係式（ｉｉ）は、Ｃｕ量に対するＺｎ量の関係で、電位を表す式である。Ｃｕはアルミニウムの電位を貴にする元素、Ｚｎは電位を卑にする元素であり、それぞれ電位に対する寄与度が大きい。その割合を制御することで電位を狙いの範囲に調整することができるが、その関係は線形ではなく上記関係式を満たす必要があることが分かった。
関係式（ｉｉ）の結果が０．２以上のものは、チューブに対して必要十分な電位差を有し所望の犠牲陽極効果を得ることができる。

・ろう付加熱後の平均結晶粒径：１００μｍ以上２０００μｍ未満
ろう付後の平均結晶粒径が１００μｍ未満と細かいと、結晶粒界を経路としたろう侵食（エロージョン）が起こりやすくフィンの座屈を生じやすくなる。一方で、ろう付後の結晶粒が粗大で２０００μｍ以上の場合、Ｈａｌｌ－Ｐｅｔｃｈ則（結晶粒径が耐力値に及ぼす関係式）で表されるとおりフィンの強度が低下する。特に薄肉フィンの場合、ろう付性と高強度化とを考慮した結晶粒径の範囲に制御する必要がある。
このため、ろう付加熱後の結晶粒径が上記範囲であることが望ましい。

・４００～５５０℃における０．２％耐力：１５～４０ＭＰａ
ろう付加熱中の高温４００～５５０℃における０．２％耐力値が１５ＭＰａ以上であると、ろう付中の際に他部材の熱膨張に伴い発生する応力に対してもフィンは成形後の形状を維持できるので、ろう付中のフィン材の変形を防ぐことができる。一方、４００～５５０℃の範囲で４０ＭＰａを超える０．２％耐力を有している場合、ろう付中に回復・再結晶してＯ材調質となる過程で大きく強度が低下するので、外圧に対しての変形量が大きく、チューブとフィンの間に隙間が生じて接合不良に至り易いことを検証の結果突き止めた。このため、４００～５５０℃における０．２％耐力は上記範囲内であることが望ましい。

・ろう付加熱前において、
・円相当径で０．０１～０．１０μｍのＡｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の第二相粒子の個数密度：１．０×１０^５個／ｍｍ^２以上
・金属組織：繊維状の結晶粒組織
ろう付前の金属間化合物の分散状態と金属組織は、主にろう付中の再結晶挙動に大きな影響を及ぼす。０．０１～０．１０μｍの微細な第二相粒子は、ろう付の初期に回復に伴う転位セルを形成する妨げとなるほか、亜結晶粒界の移動を妨げる作用で再結晶温度は相対的に高温となるので、結晶粒径の粗大化に寄与する効果がある。また、ろう付前の圧延率が高く塑性ひずみが蓄積して金属組織が繊維状の結晶組織（本発明では、観察視野内で結晶粒の平均縦横比が７.０以上であるものを繊維状の結晶組織を有すると定義した）であると、ろう付中の低い温度で再結晶する。本発明では、繊維状の結晶粒組織で再結晶温度を低下させる効果と、０．０１～０．１０μｍの第二相粒子の分布状態をバランスさせることで、ろう付加熱中の再結晶温度と材料強度を制御している。

・ろう付加熱後において、円相当径が０．０１～０．１０μｍのＡｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系およびＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の第二相粒子が１．０×１０^４個/ｍｍ^２以上
ろう付加熱後の金属間化合物の状態は、分散強化として寄与するフィンの材料強度に影響を及ぼす。Ａｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系およびＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の第二相粒子が１．０×１０^４個/ｍｍ^２以上で存在する組織では、ろう付後に高い材料強度を得ることができる。

・ろう付後において、円相当径で１．０μｍ以上のＡｌ－Ｆｅ系の晶出物の個数密度が１．０×１０^４個／ｍｍ^２以下で、０．０５μｍ以上のＡｌ－Ｃｕ系の第二相粒子が１．０×１０^３個/ｍｍ^２以下
Ａｌ－Ｆｅ系の晶出物、Ａｌ－Ｃｕ系の第二相粒子はマトリクスよりも電位が貴で、腐食の起点として作用するため、フィンの自己耐食性を低下させる原因となる。このため、１．０μｍ以上のＡｌ－Ｆｅ系晶出物が１．０×１０^４個/ｍｍ^２以下、０．０５μｍ以上のＡｌ－Ｃｕ系の第二相粒子の含有量を１．０×１０^３個／ｍｍ^２以下に制御することが望ましい。

・板厚：１００μｍ以下
熱交換器コアの軽量化を達成するため、フィンの板厚は１００μｍ以下であることが望ましく、強度向上の効果が顕著になる。なお、下限は３０μｍとすることが望ましい。

・腐食電流密度：０．０５ｍＡ/ｃｍ^２以下
腐食電流密度が、０．０５ｍＡ/ｃｍ^２を超えると腐食速度が大きく、腐食電流密度が０．０５ｍＡ/ｃｍ^２以下であると、フィンの腐食速度が小さく自己耐食性に優れている。このため、腐食電流密度が０．０５ｍＡ/ｃｍ^２以下であることが望ましい。

・ろう付加熱前において、常温の引張強さ：２５０ＭＰａ以下、常温の０．２％耐力：２３０ＭＰａ以下
フィンはコイル状あるいはそれを多条スリットした後、金型成形、例えば、コルゲート状に成形される。成形フィン材を熱交換器用の他部材と組み合わせてろう付する。この時、ろう付加熱前において、常温の引張強さが２５０ＭＰa以上、０．２％耐力が２３０ＭＰa以上であると、曲げ変形が容易でなく、正しい形状のフィンを得ることが困難である。

・フィン材の固相線温度は高いほどろう付が容易である。通常のろう付方法の場合、６１５℃以上あれば、フィンが溶融することなくろう付が可能である。

・ろう付加熱途中の４５０℃以下で再結晶が完了
ろう付前の金属間化合物の分布を規定し、かつ金属組織を繊維状の結晶組織とすることで、ろう付加熱中のフィンを４５０℃以下で軟化させることができる。フィンが４５０℃以下で再結晶するような条件では、４００～５５０℃の各温度で０．２％耐力が１５～４０ＭＰａの範囲にできるため、ろう付時の接合不良を低下させることができる。

本発明によれば、従来よりも接合不良が少なく高いろう付性を持つ熱交換器用アルミニウム合金フィン材および熱交換器を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態における熱交換器の一部を示す斜視図である。 実施例Ｎｏ．２２、３３と比較例Ｎｏ．１９、２１における顕微鏡写真を示す図面代用写真である。 実施例および比較例における関係式（ｉ）に関連した成分分布を示すグラフである。 実施例および比較例における関係式（ｉｉ）に関連した成分分布を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について説明する。
まず、アルミニウム合金フィン材の製法について説明する。
アルミニウム合金フィン材は、例えば溶湯を半連続鋳造（ＤＣ法）し、鋳塊を均質化処理、熱間圧延、冷間圧延して製造してもよく、あるいは双ロール鋳造機等の連続鋳造圧延（ＣＣ法）を用いて鋳造し、鋳造板を均質化処理、冷間圧延して製造することもできる。
質量％で、Ｍｎ：１．２～２．０％、Ｓｉ：０．５～１．３％、Ｃｕ：０．００１～０．０５％未満、Ｆｅ：０．１～０．５％、Ｚｎ：０．５～２．５％を含有させ、所望により、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１～０．２０％、Ｃｒ：０．０１～０．２０％、Ｍｇ：０．０１～０．２０％、Ｚｒ：０．０１～０．２０％のうち、１種または２種以上を含有させたアルミニウム合金の溶湯を作製し、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ ｃｈｉｌｌ Ｃａｓｔｉｎｇ）法、ＣＣ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃａｓｔｉｎｇ）法等の常法によってアルミニウム合金の鋳塊あるいは鋳造板を得る。
なお、成分組成においては、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｚｎの含有量に関して、
関係式（ｉ）… ２．１≦［Ｍｎ含有量（質量％）］＋［Ｓｉ含有量（質量％）］＋７．５＊［Ｃｕ含有量（質量％）］≦３．４、かつ、関係式（ｉｉ）… ［Ｚｎ含有量（質量％）］－１８．８＊［Ｃｕ含有量（質量％）］≧０．２を満たしていることが望ましい。

得られたアルミニウム合金の鋳塊あるいは鋳造板に対しては適切な条件で均質化処理を行う必要がある。均質化処理は、例えば、昇温速度を２５～７５℃／時、保持温度を３５０～４８０℃、保持時間を１～１０時間、冷却速度を２０～５０℃／時とした熱処理条件によって行う。関係式（ｉ）に示すＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕの組成範囲とし、均質化処理をこの範囲で実施することによって、分散強化と固溶強化がバランスよく両立し、ろう付前、ろう付中、およびろう付後に所望するフィンの強度を得ることができる。

その後、得られたアルミニウム合金に対して、ＤＣ法では熱間圧延および冷間圧延を、ＣＣ法では、冷間圧延を行う。ＤＣ法で熱間圧延を行う場合は、均質化処理の温度以下で実施し、分散強化と固溶強化のバランスを維持する必要がある。冷間圧延の途中では、圧延率が６０％以上となった後に中間焼鈍を行う。中間焼鈍は、温度を２００～３００℃、保持時間を６時間として行い、中間焼鈍後に圧延率１０～２５％で冷間圧延を行うことで、ろう付加熱前に繊維状の結晶組織を有し、所望の厚さのアルミニウム合金フィン材を得る。なお、板厚は、３０～１００μｍとすることが望ましい。
上記工程により、熱交換器用のフィン材を得ることができる。

得られたフィン材は、強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れており、熱交換器用フィン材として好適である。
特に、フィン材はろう付中の軟化過程において、４００～５５０℃の各温度において、０．２％耐力が１５～４０ＭＰａの範囲内となっていることから、ろう付中に他の部材の熱膨張に伴い発生する応力に対してもフィン材は成形後の形状を維持できるので、ろう付中の変形を防ぐことができる。
さらに、ろう付加熱に供された場合、ろう付加熱後のフィン材は、常温で、引張強さが１４０ＭＰａ以上、０．２％耐力が５０ＭＰａ以上、導電率が４２％ＩＡＣＳ以上、電位が－８００ｍＶ以上－７１０ｍＶ以下、中性塩水噴霧試験で１６週間後の腐食減量が１２０ｍｇ/ｄｍ^２以下、腐食電流密度が０．０５ｍＡ/ｃｍ^２以下、ろう付加熱後の平均結晶粒径が１００μｍ以上２０００μｍ未満となっており、強度、導電性、および耐食性に優れている。

また、得られたフィン材にコルゲート加工してフィンとし、ヘッダー、チューブ、サイドプレート等の熱交換器用の部材と組み合わせてろう付接合を行うことで、熱交換器を製造することができる。本発明としてはろう付の熱処理条件や方法（ろう付温度、雰囲気、フラックスの有無、ろう材の種類等）は特に限定されず、所望の方法によってろう付を行うことができる。
得られた熱交換器は本実施形態のフィン材を備えているため、ろう付接合が良好で、かつ強度、導電性、および耐食性に優れたものとなっている。
図１は、本実施形態のフィン４にチューブ３、ヘッダー２、サイドプレート５を組み付けてろう付けにより製造された熱交換器１を示している。

本実施形態によれば、強度、導電性、耐食性、およびろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材および熱交換器を得ることができる。

以下に本発明の実施例について説明する。
表１に示す成分（残部Ａｌと不可避不純物）となるように調整した溶湯からアルミニウム合金鋳塊あるいは鋳造板を作製した。得られた鋳塊あるいは鋳造板に対して、表２に示すように、昇温速度を２５～７５℃／時、保持温度を３５０～４８０℃、保持時間を１～１０時間、冷却速度を２０～５０℃／時とした均質化処理を行い、その後、ＤＣ法では熱間圧延、冷間圧延の順に、ＣＣ法では、冷間圧延を行った。
冷間圧延の途中では、圧延率が６０％以上となった後に中間焼鈍を行った。中間焼鈍およびその後の冷間圧延については、実施例１～４５、比較例１～１７、２０、２２、２４～３７では、繊維状結晶組織を得るために２００～３００℃で６時間保持する中間焼鈍を行い、その後、表２に示す圧延率（１０～２５％）で冷間圧延を行った。比較例１８、１９、２１、２３では、再結晶組織を得るために３５０℃で６時間保持する中間焼鈍を行った後に、表２に示す圧延率（２５～４０％）で冷間圧延を行った。これにより、表３に示す板厚のＨ１４調質のフィン材を作製した。
得られたフィン材に対し、以下の測定を行った。結果を表３、４に示す。また、一部の供試材では、顕微鏡写真を図２に示した。

１．ろう付加熱前
得られたフィン材の供試材に対し、固相線温度、常温での引張強さ、常温での０．２％耐力、円相当径が０．０１～０．１０μｍの第二相粒子の個数密度、結晶組織を測定した。測定方法は以下の通りである。なお、測定結果は表３に示した。

（固相線温度）
示差熱分析装置（ＤＴＡ）を用いて、フィン材の固相線温度を測定した。

（ろう付前の常温強度）
圧延方向と平行にサンプルを切り出してＪＩＳ１３Ｂ形状の試験片を作製し、引張速度５ｍｍ／分の条件で、常温で引張試験を実施し、試験片の引張強さおよび０．２％耐力を測定した。

（金属間化合物の分布状態）
フィン材の供試材について、第二相粒子（円相当径が０．０１～０．１０μｍ）の個数密度（個／ｍｍ^２）を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定した。測定方法は、ろう付前は素材に４００℃×１５秒のソルトバス焼鈍を行って変形ひずみを除去して化合物を観察しやすくした後、通常の方法で機械研磨、および電解研磨を行って薄膜を作製し、透過型電子顕微鏡を用いて、５００００倍で写真を撮影した。写真撮影は各５視野について行い、写真の画像解析によって第二相粒子のサイズおよび個数密度を計測した。

２．ろう付加熱中
ろう付加熱中のフィン材の強度を想定して、４００～５５０℃における０．２％耐力を測定した。また、フィン材の再結晶温度の測定も行った。測定方法は以下の通りである。なお、測定結果は表３に示した。

（ろう付加熱中の０．２％耐力）
ろう付前のフィン材から圧延方向と平行にサンプルを切り出し、ＪＩＳ５号形状に機械加工して試験片を作製し、予備加熱をした恒温槽内に試験片を投入した後、試験片が４００℃、４５０℃、および５５０℃の各温度に達した直後から高温引張試験を実施した。高温引張試験の引張速度は１ｍｍ／分とし、高温における０．２％耐力を測定した。

（再結晶温度）
ろう付加熱を想定して常温から６００℃まで一定の速度（１００℃／分）で昇温し、所定の各温度に到達後、常温まで冷却した。冷却後にサンプル表面を観察し、表面積３００ｍｍ^２のフィン材表面の８０％以上が再結晶する温度を再結晶温度とした。

３．ろう付後
フィン材に対してろう付相当の熱処理を行い、加熱後のフィン材について、常温で、引張強さ、０．２％耐力、導電率、平均結晶粒径、電位、腐食減量、腐食電流密度、円相当径が１．０μｍ以上のＡｌ－Ｆｅ系晶出物の個数密度、円相当径が０．０１～０．１０μｍの第二相粒子の個数密度、円相当径が０．０５μｍ以上のＡｌ－Ｃｕ系第二相粒子の個数密度を算出した。
さらに、ろう付性の評価を行うために、フィン材をコルゲート成形して他の部材と組み合わせてろう付熱処理を行い、接合箇所を観察してフィン接合率を算出した。ろう付熱処理条件および各項目の測定方法・評価方法は以下の通りである。なお、測定結果は表４に示した。

（ろう付熱処理条件）
室温から６００℃まで平均昇温速度５０℃／分で昇温し、６００℃で３分間保持後、１００℃／分の降温速度で降温冷却する熱処理の条件にて、ろう付相当熱処理を行った。

（ろう付後の引張強さ、０．２％耐力）
ろう付相当の熱処理をした試料から圧延方向と平行にサンプルを切り出し、ＪＩＳ１３Ｂ形状の試験片を作製した。試験片に対して常温で引張試験を実施し、引張強さおよび０．２％耐力を測定した。引張速度は５ｍｍ／分とした。

（導電率）
ＪＩＳ Ｈ０５０５記載の導電率測定方法により、ダブルブリッジ導電率計にて導電率の測定を行った。

（平均結晶粒径）
ろう付相当熱処理を施した供試材に対して、塩酸、フッ酸、硝酸の混合液にてサンプル表面をエッチングして結晶粒を露出させ、表面の写真を撮影し、撮影された表面結晶粒組織写真を用いて、直線切断法により平均結晶粒径を測定した。

（電 位）
上記のろう付相当熱処理を施したフィン材から電位測定用のサンプルを切り出し、サンプルを、５０℃に加熱した５％ＮａＯＨ溶液に３０秒浸漬し、その後、３０％ＨＮＯ_３溶液中に６０秒浸漬し、さらに、水道水、イオン交換水で洗浄し、乾燥させずにそのまま２５℃の５％ＮａＣｌ溶液（酢酸にてｐＨ３に調整）に６０分浸漬後の電位を測定した。参照電極には、銀‐塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を使用した。

（腐食減量）
ＪＩＳ Ｚ２３７１準拠の方法で中性塩水噴霧試験（ＮＮＳ：ｎｅｕｔｒａｌ ｓａｌｔ ｓｐｒａｙ ｔｅｓｔ）を実施した。フィン材から、１２０ｍｍ×４０ｍｍのサンプルを切出し、１条件につき３本のサンプルを腐食環境中へ投入し、試験前後の重量差から腐食減量を求めた。試験液は５％ＮａＣｌ、試験液のｐＨは６．５－７．２の範囲とし、試験槽温度は３５±２℃で行った。

（腐食電流密度）
ろう付相当熱処理を施した供試材に対して、１５ｍｍ×６０ｍｍの試験片を作製した。作製した試験片について、測定面積の１ｃｍ^２を暴露し、それ以外はマスキングで保護し、電位測定と同様の前処理（５０℃に加熱した５％ＮａＯＨ溶液に３０秒浸漬し、その後、３０％ＨＮＯ３溶液中に６０秒浸漬し、さらに、水道水、イオン交換水で洗浄）を行った後、分極測定を実施した。分極測定は、２５℃の５％ＮａＣｌ溶液（酢酸にてｐＨ３に調整）中に試験片を５分浸漬し自然電位が安定した後、掃引速度０．５ｍＶ／ｓで電位を上昇させてアノード分極測定を実施し、アノード分極曲線を得た。
また、自然電位から電位を同掃引速度で下降させてカソード分極測定を実施し、カソード分極曲線を得た。アノード分極曲線およびカソード分極曲線の交点における電流密度を腐食電流密度とした。

（金属間化合物の分布状態）
ろう付相当熱処理を施した供試材に対して、Ａｌ－Ｆｅ系晶出物（円相当径が１．０μｍ以上）、Ａｌ－Ｃｕ系の第二相粒子（円相当径が０．０５μｍ以上）、Ａｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系およびＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の第二相粒子（円相当径が０．０１～０．１０μｍ）の個数密度（個／ｍｍ^２）を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定した。測定方法は、通常の方法で機械研磨、および電解研磨を行って薄膜を作製し、透過型電子顕微鏡を用いて、Ａｌ－Ｆｅ系晶出物については３０００倍、Ａｌ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系およびＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の第二相粒子については５００００倍でそれぞれ写真を撮影した。写真撮影は各５視野について行い、写真の画像解析によって金属間化合物のサイズおよび個数密度を計測した。

（フィン接合率）
作製したフィン材をコルゲート成形し、他部材（ヘッダープレート、チューブ、サイドプレート）と組み合わせて型組み後、フラックスを塗布してろう付して縦５０ｃｍ×横５０ｃｍの熱交換器を作製した。その後、熱交換器のフィンとチューブとの接合箇所を観察し、不良接合箇所の数を求め、良好なフィンの接合率として、（１－（不良接合箇所／全接合箇所））×１００（％）を算出した。接合率９５％以上を○（良好な接合状態）、９０～９５％を△（必要十分な接合状態）、９０％以下を×（接合不良）として評価した。

表１～表４に示すように、本発明で規定する成分組成および特性を有する実施例１～４５はいずれも強度、導電性、耐食性、およびろう付性（フィン接合率）において優れていたのに対し、本発明の規定のいずれか一つ以上を満たしていない比較例１～３７では、強度、導電性、耐食性、ろう付性等のいずれか一つ以上において良い結果が得られなかった。

上記実施例および比較例について、関係式（ｉ）について各成分に応じた分布を図３に示し、関係式（ｉｉ）について各成分に応じた分布を図４に示した。
関係式（ｉ）については、実施例６、１７、２４、２７、２９、３０、３５、３６と比較例の一部が算出値が２．１未満であり、表３、４に示すように、ろう付途中の高温での０．２％耐力、常温での引張強さと０．２％耐力が低く、フィン接合率が低下する傾向にあった。また、実施例３、１５、１８、２１、３１と比較例の一部は、同じく関係式（ｉ）の算出値が３．４を超えており、ろう付前の引張強さ、０．２％耐力が高く、フィンの成形が困難になる場合や、固相線温度が低い、腐食減量が多いフィン材であった。
関係式（ｉｉ）については、実施例３、４、１７、１８、２０、３３、４２、４５と比較例の一部が、算出値が０．２未満であり、表３、４に示すように、フィン材の電位がより好ましい範囲にはなかった。

１ 熱交換器
２ ヘッダー
３ チューブ
４ フィン
５ サイドプレート

Claims (12)

1. 質量％で、Ｍｎ：１．２～２．０％、Ｓｉ：０．５～１．３％、Ｃｕ：０．００１～０．０５％未満、Ｆｅ：０．１～０．５％、Ｚｎ：０．５～２．５％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金からなり、
   ろう付加熱後において、常温で、引張強さが１４０ＭＰａ以上、０．２％耐力が５０ＭＰａ以上、導電率が４２％ＩＡＣＳ以上、電位が－８００ｍＶ以上－７１０ｍＶ以下、中性塩水噴霧試験で１６週間後の腐食減量が１２０ｍｇ/ｄｍ^２以下であり、
   前記ろう付が、室温から６００℃まで平均昇温速度５０℃／分で昇温し、６００℃で３分間保持後、１００℃／分の降温速度で降温冷却する条件で行われるものであり、
   前記電位が、２５℃の５％ＮａＣｌ溶液（酢酸にてｐＨ３に調整）に６０分浸漬後、参照電極として銀‐塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を使用して測定するものであることを特徴とする強度、導電性、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
2. 前記アルミニウム合金が、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１～０．２０％、Ｃｒ：０．０１～０．２０％、Ｍｇ：０．０１～０．２０％、Ｚｒ：０．０１～０．２０％のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の強度、導電性、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
3. 前記アルミニウム合金が、関係式（ｉ）… ２．１≦［Ｍｎ含有量（質量％）］＋［Ｓｉ含有量（質量％）］＋７．５＊［Ｃｕ含有量（質量％）］≦３．４、かつ、関係式（ｉｉ）… ［Ｚｎ含有量（質量％）］－１８．８＊［Ｃｕ含有量（質量％）］≧０．２を満たす組成を有することを特徴とする請求項１または２に記載の強度、導電率、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
4. 前記ろう付加熱後の平均結晶粒径が１００μｍ以上２０００μｍ未満であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の強度、導電性、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
5. ４００～５５０℃の範囲における各温度で０．２％耐力が１５～４０ＭＰａの範囲内であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の強度、導電性、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
6. ろう付加熱前において、円相当径で０．０１～０．１０μｍのＡｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の第二相粒子の個数密度が１．０×１０^５個/ｍｍ^２以上であり、金属組織が、結晶粒の平均縦横比が７．０以上である繊維状の結晶粒組織であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の強度、導電性、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
7. 前記ろう付加熱後において、円相当径が０．０１～０．１０μｍのＡｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系およびＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の第二相粒子が合計量で１．０×１０^４個/ｍｍ^２以上、円相当径で１．０μｍ以上のＡｌ－Ｆｅ系の晶出物の個数密度が１．０×１０^４個／ｍｍ^２以下、円相当径で０．０５μｍ以上のＡｌ－Ｃｕ系の第二相粒子が１．０×１０^３個/ｍｍ^２以下で存在することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の強度、導電性、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
8. 板厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の強度、導電性、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
9. 腐食電流密度が０．０５ｍＡ/ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の強度、導電性、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
10. ろう付加熱前において、常温の引張強さが２５０ＭＰａ以下、常温の０．２％耐力が２３０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の強度、導電性、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
11. ろう付加熱前において、再結晶完了温度が４５０℃以下であることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の強度、導電性、耐食性、およびろう付特性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材を備えることを特徴とする熱交換器。

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