JP7207936B2 - 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、アルミニウム合金フィン材および熱交換器に関するものである。

熱交換器は、燃費向上や省スペース化の観点から軽量化傾向にあり、そのため使用部材には薄肉高強度化が求められる。特に、熱交換器の構成部材であるフィン材は、使用量が多いことから薄肉高強度化の要求が強い。具体的には、従来、フィン材の板厚は６０μｍ～１００μｍのものが主流であったが、近年では５０μｍ以下までの薄肉化が求められている。
しかし、単純に成分添加量を増加させると高強度化は達成できても、融点（固相線温度）の低下によってろう付時にろう侵食によるフィンの座屈が生じる。また、ろう付後の強度の増加と比例する形でろう付前の素材の強度も増加することで成形性が低下してしまい、所望の形状にフィンを成形することが困難となる。

上記の課題に対し、これまでにも複数の発明が提案されている。
例えば、特許文献１では、ろう付前の結晶粒組織が粗大な再結晶組織であり、かつ、最終圧延率を高くすることで、成形性とろう付時の耐エロージョン性に優れたものとしており、さらに、ろう付前の金属組織における円相当径０．１μｍ以上の第二相粒子の密度を５×１０^４個／ｍｍ^２以上とすることで成形性とろう付後の強度に優れたフィン材が提案されている。

また、特許文献２では、アルミニウム合金溶湯を、連続鋳造圧延法によって板厚２～１２ｍｍの板材に鋳造した後、直ちにコイル状に巻回し、前記コイル状に巻回したアルミニウム合金材を１５℃／時間以上の平均冷却速度で冷却した後、巻回状態を解き、少なくとも２回以上の冷間圧延、及び、少なくとも２回以上の焼鈍を行うことにより、０．１ｍｍ以下の最終板厚とするアルミニウム合金材の製造方法が記載されている。これにより、アルミニウム合金材組織中の晶出物の成長を抑制することができ、また、析出の進行も抑えることができるので、強度特性や耐エロージョン性を向上させることが可能となるとしている。

国際公開第２０１５／１４１６９８号公報 特開２００８－３０８７６１号公報

しかし、特許文献１、２の技術は、下記に示す理由による問題点がある。
特許文献１では、特に厚さが６０μｍ未満の薄肉のフィン材の場合には、粗大な再結晶組織を有すると材料の異方性が大きくなり、フィンの山高さのばらつきが生じやすいなど成形性が低下する問題がある。また０．１μｍ以上の第二相粒子は、特許文献１に記載のとおり、ろう付熱処理時に固溶しにくいものの、ろう付時の粒成長によってさらに粒子径が大きくなる。そして、０．１μｍ以上の粒子は分散強化に寄与しにくいため、高強度が得られにくいという問題がある。

さらに、特許文献１ではＭｎやＳｉの添加量が規定されているものの、ＭｎとＳｉは化合物を形成し、お互いに影響し合う元素であり、個々の添加量を規定しただけでは特性向上に対して不十分である。具体的には、Ｃｕが添加された材料においては、ろう付熱処理後に粒界上にＡｌ－Ｍｎ化合物あるいはＡｌ－Ｍｎ－Ｆｅ化合物が析出し、さらにこれらの析出物を起点としてＣｕを含有する析出物が粒界上に粗大に析出する。Ｃｕは固溶状態で強度に寄与するため、この現象が生じると強度が低下する。また、粒界に析出したＣｕは粒界腐食性を助長するために耐食性が低下するという問題がある。

また、特許文献２では、ろう付前の結晶粒組織の規定がなく、中間焼鈍温度が高温で行われていることを考慮すると、ろう付前に粗大な再結晶組織を有し、成形性が低いと考えられる。さらに、鋳造後、ひずみ負荷なしに一回目の焼鈍が行われ、かつ温度が高い、あるいは時間が短いため、分散粒子の分散が不均一となりやすく、ろう付前の分散粒子の緻密な制御が困難であり、また、分散粒子が粗大に分布することでろう付後の強度が低下する。それを補うためか非常に高価なＳｃが添加されておりコストアップの要因となっている。

本発明は、上記課題を背景としてなされたものであり、成形性、強度、ろう侵食性、および耐久性などに優れ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。

本発明では、フィン材の成分を適正化するとともに、ろう付時の耐ろう侵食性の改善策として所定以上の融点（固相線温度）を有し、かつろう付時の結晶粒径を粗大とすることで、耐ろう侵食性を確保している。また、ろう付前の強度を適正範囲内に調整し、さらに、ろう付前の結晶粒組織を非再結晶組織とすることで、ろう付後に高強度でありながら成形性にも優れたフィンを得ている。
また、各元素の添加量を規定するとともにＭｎとＳｉの添加量比（Ｍｎ／Ｓｉ比）を規定することにより、各添加元素の効果を有効に働かせ、強度と耐食性に優れるフィン材を得ている。

すなわち、本発明の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：１．８～２．５％、Ｓｉ：０．７～１．３％、Ｆｅ：０．０５～０．３％、Ｃｕ：０．１４～０．３０％、Ｚｎ：１．３～３．０％を含有し、含有量においてＭｎ／Ｓｉの比率が１．５～２．９の範囲で、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、固相線温度が６１０℃以上であり、ろう付前の引張強さが２２０～２７０ＭＰａ、ろう付前の結晶粒組織が非再結晶粒組織であり、ろう付相当熱処理後の引張強さが１６０ＭＰａ以上、前記ろう付相当熱処理後の電気伝導度が４０％ＩＡＣＳ以上、前記ろう付相当熱処理後の圧延面の平均結晶粒径が３００μｍ～２０００μｍであり、
前記ろう付相当熱処理は、室温から６００℃までを６分で昇温し、その後、保持せずに１００℃／ｍｉｎで室温まで冷却するものであることを特徴とする。

第２の形態の本発明のアルミニウム合金フィン材は、前記形態の本発明において、ろう付前に母相に分布する第二相粒子のうち、円相当直径４００ｎｍ以下の粒子の平均直径が４０～９０ｎｍの範囲にあり、その数密度が６～１３個／μｍ^２の範囲内であることを特徴とする。

第２の形態の本発明のアルミニウム合金フィン材は、前記形態の本発明において、ろう付後に母相に分布する第二相粒子のうち、円相当直径４００ｎｍ以下の粒子の平均直径が５０～１００ｎｍの範囲にあり、その数密度が、５個／μｍ^２以上であることを特徴とする。

本発明の熱交換器は、前記形態のいずれかに記載のアルミニウム合金フィン材と、アルミニウム材とがろう付されたものである。

以下、本発明における組成等の限定理由について説明する。なお、以下の成分は質量％で示されている。

（１）組成
・Ｍｎ：１．８～２．５％
Ｍｎは、ＳｉやＦｅ等とＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系、あるいはＡｌ－（Ｍｎ、Ｆｅ）－Ｓｉ系の金属間化合物（分散粒子）を生成することで、ろう付後のフィンの強度を向上させる効果を有している。Ｍｎの含有量が１．８％未満であると、その効果が十分発揮されず、Ｍｎの含有量が２．５％を超えると、鋳造時に巨大な金属間化合物が生成されてアルミニウム合金フィンの製造性が大幅に低下する。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の下限を１．９％とするのが望ましく、上限を２．４％とするのが望ましい。

・Ｓｉ：０．７～１．３％
Ｓｉは、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系、あるいはＡｌ－（Ｍｎ、Ｆｅ）－Ｓｉ系金属間化合物（分散粒子）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含有させる。ただし、Ｓｉ含有量が０．７％未満であると、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系、あるいはＡｌ－（Ｍｎ、Ｆｅ）－Ｓｉ系金属間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。Ｓｉ含有量が１．３％を超えると、固相線温度（融点）が低下し、ろう付時に著しいろう侵食が生じやすくなる。このため、Ｓｉの含有量を上記範囲とする。
なお、同様の理由により、Ｓｉの下限を０．８５％とするのが望ましく、上限を１．２％とするのが望ましい。

・Ｆｅ：０．０５～０．３％
Ｆｅは、その含有によって、Ａｌ－（Ｍｎ、Ｆｅ）－Ｓｉ系化合物による分散強化が得られ、ろう付後強度が向上する。Ｆｅの含有量が０．０５未満であると、強度向上効果が十分に得られない。また、高純度地金を使用する必要があり材料製造コストが増加する。 また、Ｆｅの含有量が０．３％を超えると、鋳造時に巨大な金属間化合物が生成してアルミニウム合金フィンの製造性が大幅に低下する。このため、Ｆｅの含有量を上記範囲とする。
なお、同様の理由により、Ｆｅの含有量の下限を０．１５％とするのが望ましく、上限を０．３％とするのが望ましい。

・Ｃｕ：０．１４～０．３０％
Ｃｕは、固溶強化によりろう付後強度を向上させるため含有させる。ただし、Ｃｕの含有量が０．１４％未満であると、その効果が十分に得られない。また、Ｃｕの含有量が０．３０％を超えると、電位を貴にして、フィン材の、チューブ材に対する犠牲陽極効果を低下させ、また、自己耐食性が劣化する。このため、Ｃｕの含有量を上記範囲とする。
なお、同様の理由により、Ｃｕの含有量の下限を０．１８％とするのが望ましく、上限を０．２８％とするのが望ましい。

・Ｚｎ：１．３～３．０％
Ｚｎは、電位を卑にして犠牲陽極効果を得るため含有させる。Ｚｎ含有量が１．３％未満であると、犠牲陽極効果が十分に得られない。Ｚｎ含有量が、３．０％を超えると、電位が卑になりすぎてフィン材単体の自己耐食性が低下するおそれがある。このため、Ｚｎの含有量を上記範囲とする。
なお、同様の理由により、Ｚｎの含有量の下限を１．５％とするのが望ましく、上限を２．８％とするのが望ましい。

・その他不可避不純物
その他本発明合金フィン材に含まれる元素としては、各々０．０５％以下のＭｇ、ＣｒＮｉ、および０．０５％未満のＺｒなどが挙げられるが、これらの合計で許容される上限量は、０．１５％以下とすることが望ましい。
特にＺｒは、導電率が低下するため、上記規制が望ましく、さらに０．０４％以下が一層望ましい。

・Ｍｎ／Ｓｉ（含有量）の比率：１．５～２．９
Ｃｕが０．１４％以上添加された材料においては、ろう付熱処理後に粒界上にＡｌ－Ｍｎ化合物あるいはＡｌ－Ｍｎ－Ｆｅ化合物が析出し、さらにこれらの析出物を起点としてＣｕを含有する析出物が粒界上に粗大に析出する。また、熱交換器が使用中に１５０℃以上の高温に晒された場合には粒内でも同様の現象が生じることがある。Ｃｕは、固溶状態で強度に寄与するため、この現象が生じると、固溶状態のＣｕ量が少なくなって強度が低下する。また、粒界に析出したＣｕは、粒界腐食性を助長するため、耐食性が低下する。一方、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ化合物あるいはＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ－Ｆｅ化合物の場合には、Ｃｕを含む析出物の析出の起点となりにくいため、上記の問題を回避できる。Ｍｎ系析出物がいずれの形態になるかは、含有量におけるＭｎ／Ｓｉ比や材料製造過程における熱処理条件によって決まり、Ｍｎ／Ｓｉ比が２．９超の場合にはＡｌ－Ｍｎ化合物あるいはＡｌ－Ｍｎ－Ｆｅ化合物の形態となる。そのため、本発明ではＭｎ／Ｓｉ比を２．９以下とする。一方、Ｍｎ／Ｓｉ比が１．５未満の場合には過剰Ｓｉによってフィン材の融点が低下してしまうため、Ｍｎ／Ｓｉの下限を１．５とする。
なお、同様の理由で、Ｍｎ／Ｓｉ（含有量）の比率が１．７以上であるのが望ましく、２．６以下であるのが望ましい。

（２）引張強さ
・ろう付前の引張強さ：２２０～２７０ＭＰａ
フィン材をコルゲート成形する際に、ろう付前の強度が高すぎると、形成フィンの形状が不安定になる。例えば、フィンピッチのばらつきが発生する。一方、強度が低いと、材料にコシがないため、成形不良が発生する。このため、ろう付前の引張強さを上記範囲に定める。なお、同様の理由で、ろう付け前の強度を２２０ＭＰａ以上とするのが望ましく、２６０ＭＰａ以下とするのが望ましい。

・ろう付後の引張強さ：１６０ＭＰａ以上、
熱交換器として使用される際の強度保障として、ろう付後の引張強さが１６０ＭＰａ以上であることが必要であり、ろう付後の引張強さを上記範囲とする。
なお、同様の理由で、１６５ＭＰａ以上とするのが望ましい。

（３）電気伝導度
・ろう付後の電気伝導度：４０％ＩＡＣＳ以上
電気伝導度は、熱伝導性の代替特性であり、熱交換器として使用される際の性能保障としてろう付後の電気伝導度が４０％ＩＡＣＳ以上であることが必要である。なお、同様の理由で、さらに、４１％ＩＡＣＳ以上とするのが望ましい。

（４）固相線温度
・固相線温度：６１０℃以上
ろう付では、製品温度を通常、６００℃付近まで加熱するため、固相線温度が低い合金部材を用いるとフィンが溶融して形状を維持するのが困難となる。そのため、固相線温度は６１０℃以上とする必要がある。さらに望ましくは６１３℃以上である。

（５）結晶組織
・ろう付前の結晶粒組織：非再結晶粒組織
薄肉フィン材では、ろう付前の結晶粒組織が粗大な再結晶組織であると材料の異方性が大きくなり、フィンの山高さのばらつきが生じやすいなど成形性が低下する。このため、ろう付前の結晶粒組織を非再結晶粒組織とする。
なお、再結晶組織は、最終圧延前の焼鈍で形成した再結晶粒内に最終圧延で導入された転位がタングルしている組織であり、一方、非再結晶粒組織は、最終圧延前の焼鈍で形成した転位セルあるいは亜結晶内に最終圧延で導入された転位がある組織をいうものとすることができる。

さらに、フィン材の特性を向上させるためには数密度に加えて、分散粒子の分布状態（平均粒径と数密度）を精密に制御するのが望ましい。
・ろう付後の圧延面の平均結晶粒径：３００μｍ～２０００μｍ
ろう付後の圧延面の平均結晶粒径が３００μｍ未満であると、熱交換器をろう付した際にろう侵食を受けやすくなり、２０００μｍを超えると、結晶粒が粗大化しすぎることでろう付後の強度が低下する。このため、ろう付後の圧延面の平均結晶粒径を上記範囲とするのが望ましい。なお、同様の理由で、上記粒径は、３５０μｍ以上であるのが一層望ましく、１８００μｍ以下であるのが一層望ましい。

（６）第二相粒子の分布状態
・ろう付前に母相に分布する第二相粒子のうち、円相当直径４００ｎｍ以下の粒子の平均直径が４０～９０ｎｍ、数密度が６～１３個／μｍ^２
ろう付前の第二相粒子の平均粒子径が４０ｎｍ未満ではろう付前強度が高くなりすぎ、逆に９０ｎｍを超えると強度向上効果が得られず、ろう付前強度が不足する。また、第二相粒子の数密度が６個／μｍ^２未満であると、ろう付後強度が低下し、逆に１３個／μｍ^２を超えていると、素材の強度が高くなりすぎてしまう。このため、第二相粒子の平均直径およびその数密度を上記範囲とするのが望ましい。
なお、分布状態では、円相当径で１５ｎｍ以上のものをカウントしている。

・ろう付後に母相に分布する第二相粒子のうち、円相当直径４００ｎｍ以下の粒子の平均直径が５０～１００ｎｍ、数密度が５個／μｍ^２以上
ろう付後の前記第二相粒子の平均粒子径が５０ｎｍ未満で、また、平均粒子径が１００ｎｍを超え、数密度が５個／μｍ^２未満であると、ろう付後の強度が低下する。このため、第二相粒子の平均直径およびその数密度を上記範囲とするのが望ましい。同様の理由で、平均直径が６０～９０ｎｍ、数密度が６個／μｍ^２以上であることがさらに望ましい。

本発明によれば、耐ろう侵食性、成形性、強度、および耐食性に優れた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。

本発明の一実施形態におけるアルミニウム製自動車用熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施例におけるろう付評価モデルを示す図である

以下、本発明の一実施形態について説明する。
質量％で、Ｚｒ：０．０４％以下、Ｍｎ：１．８～２．５％、Ｓｉ：０．７～１．３％、Ｆｅ：０．０５～０．３％、Ｃｕ：０．１４～０．３０％、Ｚｎ：１．３～３．０％を含有し、Ｍｎ／Ｓｉの比率が１．５～２．９の範囲であり、残部が不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金を用意する。
アルミニウム合金フィン材は、例えば、双ロール鋳造機等の連続鋳造圧延（ＣＣ法）を用いて前記合金を鋳造し、鋳造板を均質化処理、冷間圧延して製造することができる。鋳造時の冷却速度は、５０～４００℃／ｓの範囲になるように調整するのが望ましい。
鋳造時の冷却速度が５０℃／秒よりも遅い場合には、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅなどの元素の母相中への過飽和固溶量が減少して、その後の熱処理で、４００ｎｍ以下の第二相粒子の分散状態を所望の状態に制御することが難しくなる。一方、鋳造時の冷却速度が４００℃／秒を超えると、過飽和固溶量が多くなりすぎてやはり分散状態の制御が困難となる。

得られた鋳造板に、望ましくは、５～３０％の冷間圧延を施した後、１回目の熱処理が施される。冷間圧延によって材料中にひずみが導入されることで、熱処理時の析出が促進され、分散状態の制御が容易となる。その後、１回目の熱処理が施される。１回目の熱処理の保持温度は３５０～５５０℃の範囲、保持時間は３～４０時間とし、第二相粒子を微細かつ、均一・高密度に析出させる。
なお、保持時間が３５０℃未満であると、析出する分散粒子のサイズが微細すぎる。一方、５５０℃超であると析出する分散粒子のサイズが粗大になりすぎる。
また、保持時間が３時間未満であると析出量が不足し、４０時間以上であると、分散粒子が成長してしまい不均一な分布となる。

その後、７０％以上の冷間圧延を施した後に、２回目の熱処理を行う。１回目の熱処理時に第二相粒子が均一・微細に分布していることと、冷間圧延によって導入されたひずみによって、１回目の熱処理時に析出した第二相粒子が均一性を保ったまま、サイズが大きくなることで、特性向上に有用な所望の分散状態が得られる。仮に２回目の熱処理を省いた場合には均一かつ好適な第二相粒子の分布が得られにくいことに加え、調質焼鈍までの冷間圧延率が増大することで、ろう付前の引張強さが増大し、成形性が低下してしまう。
第２回目の保持温度は３７０～５３０℃、保持時間は１～２０時間とするのが望ましい。
保持温度が３７０℃未満であると分散粒子が成長できずサイズが微細となりすぎ、５３０℃超であると析出する分散粒子のサイズが粗大になりすぎる。また、特定の粒子のみが成長しやすくなり不均一な分布となる。
保持時間が１時間未満であると分散粒子が成長しきらないので所望の状態が得られず、２０時間を超えると、分散粒子が成長しすぎて不均一な分布となる。

２回目の熱処理後は、冷間圧延、調質焼鈍、最終の冷間圧延の工程でＨ１ｎ材として製造される。調質焼鈍の温度は、２回目の熱処理までに調整した分散状態を崩さないように、２回目の熱処理温度以下の温度にて実施するのが望ましい。この条件は特に限定されるものでないが、目安として保持温度は２００～５００℃の範囲、保持時間は２～８時間の範囲である。
なお、最終圧延の後に低温の熱処理を加えることでさらにろう付前の強度を低下させることができる。ただし、温度が高すぎると強度低下にともなって伸びが増加し、フィン成形時にバリが発生しやすくなる。また、温度が低すぎると所望の効果が得られない。そのため、温度範囲は１００～２５０℃、時間は１～１０ｈが適当である。
２回目の熱処理後は、圧延率を４０～８０％で冷間圧延するのが望ましい。圧延率が少なすぎると材料に蓄えられるひずみ量が減少し、ろう付時にＨ１ｎ調質のフィンが完全に再結晶しないことで著しいエロージョンを受ける。逆に圧延率が高すぎるとろう付前の強度が高くなりすぎる。
調質焼鈍での保持温度、保持時間は１８０～２５０℃×２～１０時間とするのが望ましい。保持温度が高いと非再結晶組織が得られず、保持温度が低いとろう付前強度が高くなりすぎる。
また、最終冷間での圧延率は５～２０％とするのが望ましい。最終冷間圧延率が５％未満であると圧延が困難となり、２０％を超えると、ろう付前強度が高くなりすぎる。

最終冷間圧延を行うことで、望ましく、板厚を、０．０４～０．０６ｍｍとする。ただし、本発明としては、最終板厚が特定のものに限定されるものではない。
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いる。
特に、フィン材は、ろう付前において、非再結晶粒組織を有し、固相線温度が６１０℃以上である。ろう付前の引張強さは、２２０～２７０ＭＰａを有しており、強度、導電性、および耐食性に優れている。
さらに、ろう付前において、母相に分布する第二相粒子のうち、円相当直径４００ｎｍ以下の粒子の平均直径が４０～９０ｎｍの範囲にあり、その数密度が６～１３個／μｍ^２の範囲内であるのが望ましい。

得られたフィン材は、コルゲート加工などをしてフィンとし、ヘッダー、チューブ、サイドプレート等の熱交換器用のアルミニウム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。なお、フィン材とろう付されるアルミニウム合金材の組成は特に限定されるものではなく、適宜の組成のアルミニウム材を用いることができる。アルミニウム材には、アルミニウム合金材の他に純アルミニウムを含む。
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。

フィン材は、ろう付後において、引張強さが１６０ＭＰａ以上、電気伝導度が４０％ＩＡＣＳ以上、圧延面の平均結晶粒径が３００μｍ～２０００μｍとなっている。これら特性で想定されるろう付条件は、室温から６００℃までを約６分で昇温し、その後、保持せずに１００℃／ｍｉｎで室温まで冷却する熱処理である。なお、本発明としては、ろう付条件が特定のものに限定されるものではなく、適宜設定することができる。
ろう付後に母相に分布する第二相粒子のうち、円相当直径４００ｎｍ以下の粒子の平均直径が５０～１００ｎｍの範囲にあり、その数密度が５個／μｍ^２以上であるのが望ましい。

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。

本実施形態では、従来材以上にＭｎを添加するとともに他成分を適正化し、かつ、ろう付前後の所定サイズ以下の第二相粒子の分布状態を高精度に制御した。具体的には、第二相粒子のサイズについては、ろう付前後の強度に及ぼす第二相粒子のサイズの影響を調査し、第二相粒子のサイズが大きいほどろう付前の強度は低下すること、一方で、ろう付後の強度については、第二相粒子のサイズが微細なほど増加するものの、所定値以下のサイズになるとろう付後の強度はほぼ飽和することを見出した。したがって、所定サイズの第二相粒子を適切に分散させることで、相反関係にあるろう付前強度の低減とろう付後強度の向上を両立している。

表１に示す組成（残部がＡｌと不可避不純物）を有するアルミニウム合金を双ロール鋳造法によって鋳造した。冷却速度は２００℃/秒とした。
得られたアルミニウム合金鋳造板に対し、表２に示すように、冷間圧延、１回目の熱処理、冷間圧延、２回目の熱処理、最終冷間圧延を順次、行った。

２回目の熱処理後は、冷間圧延、調質焼鈍、および最終の冷間圧延を行い、所望の板厚のアルミニウム合金フィン材を得た。最終冷間圧延における最終圧延率を表に示した。
なお、１回目の熱処理後の冷間圧延９８％、２回目の熱処理後の冷間圧延５０％、調質焼鈍２５０℃×５時間後を最終圧延率で圧延した。いくつかの材料については最終圧延後に低温の熱処理を行った。

その後、得られたアルミニウム合金フィン材に対し、以下に示す方法により、引張強さ、結晶粒組織、融点、第二相粒子の分散状態の測定を行った。
また、アルミニウム合金フィン材に対し、以下に示す条件により、ろう付加熱を行い、ろ付加熱後に、引張強さ、電気伝導度、圧延面の結晶粒径、第二相粒子の分散状態の測定を行った。測定結果を表２に示した。
さらに、以下に示す方法により、耐ろう侵食性、コルゲート成形性、耐食性の評価を行い、測定結果および評価結果に基づいて総合評価を行った。
評価結果を表３に示した。

＜ろう付前引張強さ＞
ろう付前に、圧延方向と平行にサンプルを切り出してＪＩＳ１３号Ｂ形状の試験片を作製し、引張試験を実施し、引張強さを測定した。引張速度は３ｍｍ／分とした。

＜ろう付前の結晶粒組織＞
ろう付前において、クロスセクションポリッシャーにて圧延方向平行断面を加工後、ＳＥＭ-ＥＢＳＤにて５０００倍の倍率でＯＩＭ測定し、粒界マップによってサブグレインの有無を判断する。視野面積は１０×２０μm、ステップサイズは０．０５μｍとし、１０視野測定する。測定視野中の５０％を超える範囲がサブグレイン組織であるものを非再結晶組織として判断する。なお、ＥＢＳＤ測定において方位差２°以上の粒界で囲まれた領域をサブグレインと定義する。

＜融点（固相線温度）＞
作製したフィン材について、通常の方法で、ＤＴＡにより固相線温度を測定した。測定時の昇温速度は室温から５００℃までは２０℃／ｍｉｎ、５００～６００℃の範囲は２℃／ｍｉｎとした。リファレンスにはアルミナを用いた。結果を融点の欄に示した。

＜ろう付け前の第二相粒子の分散状態（平均粒子径、数密度）＞
ろう付前において、クロスセクションポリッシャーにて圧延方向平行断面を加工後、ＦＥ－ＳＥＭにて３万倍の倍率で１０視野を観察した。その後、画像解析ソフトを用いて、分散状態を定量化し、平均粒子直径４００ｎｍの粒子について、平均粒子径（μｍ）と数密度（個／μｍ^２）を算出した。

＜ろう付相当熱処理＞
ろう付け相当熱処理では、室温から６００℃までを６分で昇温し、その後、保持せずに１００℃／ｍｉｎで室温まで冷却した。

＜ろう付後引張強さ＞
ろう付後に、圧延方向と平行にサンプルを切り出してＪＩＳ１３号Ｂ形状の試験片を作製し、引張試験を実施し、引張強さを測定した。引張速度は３ｍｍ／分とした。

＜ろう付け後の第二相粒子の分散状態（平均粒子径、数密度）＞
ろう付後において、クロスセクションポリッシャーにて圧延方向平行断面を加工後、ＦＥ－ＳＥＭにて３万倍の倍率で１０視野を観察した。その後、画像解析ソフトを用いて、分散状態を定量化し、平均粒子直径４００ｎｍの粒子について、平均粒子径（μｍ）と数密度（個／μｍ^２）を算出した。

＜ろう付後の圧延面の結晶粒径＞
ろう付後に、圧延面の結晶粒径を実体顕微鏡によって測定した。
測定方法は、作製したフィン材に対してろう付相当熱処理を施した後、ＤＡＳ液に所定時間浸漬し、圧延面の結晶粒組織が明瞭に見えるまでエッチングしたのち、実体顕微鏡によって圧延面の結晶粒組織を観察した。観察倍率は２０倍を基本とし、結晶粒が著しく粗大あるいは微細な場合は結晶粒の大きさによって、観察倍率は適宜変更した。５視野について結晶粒組織を撮影し、圧延方向に対して平行方向に切断法によって結晶粒（μｍ）の大きさを計測した。

＜電気伝導度＞
ろう付け後に、ＪＩＳ Ｈ－０５０５記載の導電率測定方法により、室温にてダブルブリッジ式導電率計にて電気伝導度（％ＩＡＣＳ）を測定した。

＜耐ろう侵食性＞
図２に示すように、フィン１１を、板厚０．２０ｍｍのＪＩＳ Ａ４０４５／Ａ３００３の片面ろう材（ろう材クラッド率は１０％）とし、フィン１１／チューブ１２の継手形状に組み付け後、ろう付を実施した。ろう付したミニコア１０の断面を観察し、座屈やエロージョンの有無を判断した。
板厚を貫通するエロージョンの発生、および座屈の発生が接合箇所の１５％以内のものを○、１５％超のものを×とした。

＜成形性＞
フィンを、幅２０ｍｍ、フィン高さ５ｍｍ、フィンピッチ（山山間）３ｍｍになるようにコルゲート成形機を調整後、各フィン山を５０山分形成し、各山高さを計測し、山高さのばらつきを評価した。山高さが５ｍｍ±１０％以上のフィン山が１０山以上あった場合を×、５～９山の範囲であった場合を△、５山未満であった場合を○と判定した。

＜耐食性＞
図２に示すように、コルゲート加工したフィン１１を、板厚０．２０ｍｍのＪＩＳ Ａ４０４５／Ａ３００３の片面ろう材（ろう材クラッド率は１０％）と、フィン１１／チューブ１２継手形状に組み付け後、ろう付を実施してミニコア１０を作製した。このミニコアをＳＷＡＡＴに３０日間暴露し、チューブに０．１０ｍｍ以上の深さの腐食が発生したものを×、それ未満のものを○と判定した。

＜総合判断＞
電気伝導度４１％ＩＡＣＳ以上、融点６１０℃以上、成形性のみ△、かつ、ろう付後強度１６０ＭＰａ以上であるものを○と判定した。
電気伝導度４１％ＩＡＣＳ以上、融点６１０℃以上、全て○、かつ、ろう付後強度１６０ＭＰａ以上のものを○○とした。
電気伝導度４１％ＩＡＣＳ以上、融点６１０℃以上、全て○、かつ、ろう付後強度１７０ＭＰａ以上のものを○○○とした。
また、いずれかが×、またはろう付後強度１６０ＭＰａ未満のものを×とした。

表３に示されている通り、本発明の規定を満たしている本発明例ではいずれも総合判断が○以上となり、強度、耐ろう侵食性、成形性、耐食性等において良い結果が得られたが、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では良い結果が得られなかった。

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
１０ ミニコア
１１ フィン
１２ チューブ

Claims (4)

1. 質量％で、Ｍｎ：１．８～２．５％、Ｓｉ：０．７～１．３％、Ｆｅ：０．０５～０．３％、Ｃｕ：０．１４～０．３０％、Ｚｎ：１．３～３．０％を含有し、含有量においてＭｎ／Ｓｉの比率が１．５～２．９の範囲で、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、固相線温度が６１０℃以上であり、ろう付前の引張強さが２２０～２７０ＭＰａ、ろう付前の結晶粒組織が非再結晶粒組織であり、ろう付相当熱処理後の引張強さが１６０ＭＰａ以上、前記ろう付相当熱処理後の電気伝導度が４０％ＩＡＣＳ以上、前記ろう付相当熱処理後の圧延面の平均結晶粒径が３００μｍ～２０００μｍであり、
   前記ろう付相当熱処理は、室温から６００℃までを６分で昇温し、その後、保持せずに１００℃／ｍｉｎで室温まで冷却するものであることを特徴とするアルミニウム合金フィン材。
2. ろう付前に母相に分布する第二相粒子のうち、円相当直径４００ｎｍ以下の粒子の平均直径が４０～９０ｎｍの範囲にあり、その数密度が６～１３個／μｍ^２の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金フィン材。
3. 前記ろう付相当熱処理後に母相に分布する第二相粒子のうち、円相当直径４００ｎｍ以下の粒子の平均直径が５０～１００ｎｍの範囲にあり、その数密度が５個／μｍ^２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム合金フィン材。
4. 請求項１～３のいずれかに記載のアルミニウム合金フィン材と、アルミニウム材とがろう付された熱交換器。

Images