JPH01247542A - 熱交換器用耐垂下性アルミニウム合金フィン材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は各種の熱交換器のフィンに使用されるアルミニ
ウム合金フィン材に関し、特に高温にさらされる際に変
形し難い熱交換器用アルミニウム合金フィン材に関する
。

（従来の技術） 一般にアルミニウム合金製熱交換器は、自動車のラジェ
ーター、ヒーター及びクーラー用のコンデンサー、エバ
ポレーターなどに広く使用されており、これらの熱交換
器は、水等の温度媒体が流れるチューブあるいはパイプ
に、アルミニウム合金製のフィンをろう付けして組立て
るのが普通であり、この場合のフィンとしては、芯材に
予めろう材をクラッドしたフィン材（プレージングシー
ト）やろう材がクラットされていないベア材が、通常コ
ルゲート加工されて用いられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、熱交換器を組立てる際のろう付けは６０
０℃付近の高温で行われるため、この加熱によってフィ
ンに高温変形が生じ歪や座屈などによりて良好なろう付
け性を確保てきないなどの問題がしばしば発生していた
。特に最近では熱交換器の軽量化及びコストダウンのた
めフィンのより一層の薄肉化が望まれており、ベア材及
びプレージングシートの芯材には高温て変形し難い材料
であることが強く要望されるようになってきた。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは上述した従来のアルミニウム合金フィン材
の問題点を克服するため鋭意研究を重ねた結果、加工を
受けたフィン材のろう付け加熱時の垂下機構として低温
における垂下と高温における垂下が存在し、そのうち低
温における垂下には材料の再結晶温度、及び転位密度が
影響し、また高温における垂下には材料の固相線温度及
び再結晶粒の粒径がそれぞれ影響することを見出し本発
明を完成するに至った。

すなわち本発明は、固相線温度が６２０°Ｃ以上であり
、ろう付け加熱時の再結晶終了温度か３５０〜５５０℃
の範囲にあり、かつ、その再結晶終了後の平均結晶粒径
が３００１Ｌｍ以上となるような冷延調質板かうなるこ
とを特徴とする熱交換器用耐垂下性アルミニウム合金フ
ィン材を提供するものである。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明のアルミニウム合金フィン材の有する固相線温度
は６２０℃以上とする。

一般にフィン材はろう付け時に約６００℃付近に加熱さ
れるが、材料の固相線温度かこの温度より低いものは、
ろう付け時に強度か著しく低下　　　゛し、＃垂下性が
著しく劣化する。固相線温度がろう付け加熱温度より最
低ても２０°Ｃ以上高くなければ、どのように合金組織
をコントロールしても垂下は避けられない、固相線温度
６２０℃以上にするには１例えばＳｉ、Ｚｎなどの固相
線温度を著しく下げる元素の含有量を規制することによ
り実施することができる。

次に本発明においてアルミニウム合金材のろう付け加熱
後の再結晶終了温度３５０〜５５０°Ｃの範囲とする。

ろう付け加熱に際して低温における垂下は再結晶し始め
る温度から始まり、その垂下量は材料中の転位密度が大
きくなるほど大きい。

転位密度の大きい、すなわち再結晶終了温度の低い加工
材は、低温から垂下が始まり、その垂下量は大きくなる
。再結晶終了温度が３５０℃未満では垂下が著しい、ま
た再結晶終了温度が高くなりすぎると再結晶に伴う垂下
と高温における粒界すべりによる垂下が重なって垂下量
が大きくなる。

この温度は５５０℃を越えると著しい。

また本発明のアルミニウム合金フィン材の有する再結晶
終了後の平均結晶粒径は３００ＩＬｍ以上とする。前述
のように、ろう付加熱における垂下には低温における垂
下と高温における垂下があり、高温における垂下は結晶
粒界もしくは亜結晶粒界の粒界すべりによって生じるか
ら、できるだけこれらの粒界面積を減らした方が耐垂下
性が向上する。亜結晶粒界を含めた再結晶終了後の平均
結晶粒径が３００ｐＬｍ未満では高温における垂下が著
しくなる。

なお、本発明のアルミニウム合金フィン材はペアフィン
材、又はプレージングシートの場合は芯材が上記で特定
した固相温度などを有するものである。

以上述べた固相線温度条件、再結晶終了温度条件及び再
結晶終了後の粒径条件は、いずれか一つが満足されなく
てもろう付け加熱における変形（歪、垂下）を確実に防
止することができなくなる。

上述の条件を満足させる本発明のアルミニウム合金フィ
ン材は、合金、成分組成、製造条件を適切に制御するこ
とにより製造することができる。

合金組成はその固相線温度が６２０°Ｃ以上であれば特
に限定されるものではなく、通常のペアフィン材もしく
は合せ材の芯材を用いることができる。好ましくはＡ５
Ｌ−Ｍｎ系合金、Ａ４−Ｍｇ−３ｉ系合金、へ見−Ｚｒ
系合金等である。

本発明のアルミニウム合金フィン材の製造条件は、その
合金組成により若干具なるが通常の均質化条件や冷間圧
延条件、中間焼鈍条件を適切に組み合せることによって
上記条件を満足させた材を製造することができる。

このようにして得られる本発明のフィン材は硬質である
。

なお本発明において再結晶終了温度は、ろう付け時の昇
温において完全に再結晶が終了する温度を意味し、昇温
速度や昇温のパターンによってわずかながら変化するが
、通常においてはフィン材を各温度に投入して１０分間
加熱した場合の軟化曲線から求めることができる。

また１本発明においてフィン材がプレージングシート（
合せ材）の場合、その皮材は特に制限はなく、例えばＪ
ＩＳ　　ＢＡ　　４００４合金やＪＩＳ　　ＢＡ　　４
３４３合金のようなＡ見−５１−Ｍｇ系やＡ１−５ｉ系
のアルミニウム合金を用いることができる。

（作用） 本発明のアルミニウム合金フィン材の固相線温度（融点
）について説明すると、固相線温度は材料の高温におけ
る強度と密接な関係があり、鉄や銅など融点の高いもの
は高温強度が高いため、その材料中の組織状態がいかな
るものであろうと垂下しない、したがって、材料強度向
上のためにアルミニウムに種々の合金元素を添加しても
その結果その材料の固相線温度が下がれば、ろう付け時
の高温（約６００℃付近）状態では著しく強度が低下し
垂下は避けられない０本発明者等は固相線温度が６２０
℃より低下すると、いかなる組織状態にしようとも著し
い垂下がおこり、フィン材として不適であることを確認
した。

しかし、固相線温度か上記の所定値以上であれば実際の
ろう付け加熱において常に垂下か防止されるというわけ
ではなく、上記の条件に加えて加工材の場合材料の再結
晶温度が大きく影響する。

すなわち再結晶温度が低くなると垂下量が大きくなる。

この現象は材料中の転位密度と密接な関係かあり、材料
中の転位密度か大きくなると再結晶温度は下がり、加工
組織から再結晶組織となる際の転位を通した空孔の拡散
等が低温においても生じ、結晶粒界の移動にともなワて
垂下が生じる。

この低温における垂下は、材料か再結晶し始める温度か
ら始まり、再結晶が完了すると一時的に止まる。またこ
の時の垂下量は材料中の転位密度か大きいほど、すなわ
ち再結晶温度が下がるほど大きくなる。したがって垂下
を防止するには再結晶温度を高くする必要がある。さら
に結晶構造に由来する垂下機構には上記の比較的低温域
における垂下のほかに高温域における垂下現象が含まれ
る。これは高温域で材料がすでに再結晶が完了した後て
も起る現象で、このときの垂下量は、ろう付け加熱中の
再結晶粒径が３００　ｐ、ｍより小さい場合に著しく、
再結晶粒径が３００１Ｌｍ以上であればその垂下量はか
なり小さい。

この現象は非常に高温でしかも転位があまり存在しない
状態でおこることから拡散クリープの一種によるものと
考えられる。拡散クリープとは転位に関係なく結晶粒の
面の間で物質が拡散によって移動することによって変形
が生ずるというもので、したがって再結晶粒径が小さい
ものほど、また亜結晶粒界が残っていれば亜結晶粒径が
小さいものほど変形しやすいことになり、これは実際の
現象とうまく一致する。

（実施例） 次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。

実施例１ 第１表に示す組成を有する１０種のアルミニウム合金（
合金符号Ａ−Ｊ）を通常の方法により鋳造し、その鋳塊
を面削後、５２０℃で６時間の均質化処理後、熱間圧延
して厚さ３．５■寵の熱間圧延板とした０次にこの熱間
圧延板に冷間圧延を施した後、４００℃で４時間の中間
焼鈍後、５〜９０％の冷間圧延を施し、厚さ０．１０■
■のフィン材とした。得られたフィン材試料について下
記方法により垂下試験を行うと同時に、再結晶温度、再
結晶粒径（平均結晶粒径で示す）を求めた。結果を第２
表に示す。また各合金について熱分析て固相線温度を測
定した。その結果は第１表に示す。

（垂下試験） 垂下試験はフィン材から幅２２■ｌ、長さ６０■１の試
料（１）を作成し、これを第１図（イ）のように台（２
）上に固定具（３）を用いて長さ５０■の片持ちに保持
し、大気中で３０分間で昇温して６００°Ｃの温度で１
０分間加熱し、加熱後の供試材の先端部の距離を第１図
（ロ）に示すように垂下量として測定した。この垂下量
は小さいほど優れている。

第２表の結果から明らかなように、本発明のアルミニウ
ム合金フィン材（Ｎｏ、１〜７）は垂下量か小さく良好
な耐垂下性を有している。これに対し、比較例フィン材
（Ｎｏ、８〜１４）は垂下量が大きく、＃垂下性に劣る
。

実施例２ 第１表に示す合金符号Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｉの組成を有するア
ルミニウム合金材を用いて芯材とし、その両面にＪＩＳ
　　４３４３合金を皮材として各ｌＯ％の厚みになるよ
うに合せ、熱間圧延して３．５１のクラツド材とした０
次にこのクラツド材に冷間圧延を施した後、４００℃て
４時間の中間焼鈍後、５〜９０％の冷間圧延を施し、厚
さ０．１３■■のプレージングシートフィン材とした。

得られたフィン材試料について真空度ｌＸ１０−４ｔｏ
ｒｒて６００℃に１０分間加熱する垂下試験を実施する
とともに、実施例１と同様にして再結晶終了温度、再結
晶粒径を求めた。結果を第３表に示す。

第３表の結果から明らかなように１本発明のアルミニウ
ム合金を芯材としたプレージングシートのフィン材（Ｎ
ｏ、１５〜１７）は垂下量が小さく耐垂下性に優れる。

これに対し比較例フィン材（Ｎｏ、１８．１９）は耐垂
下性に劣る。

（発明の効果） 本発明によれば、熱交換器フィン材用のベア材あるいは
プレージングシートの芯材として耐垂下性に優れるアル
ミニウム合金フィン材が提供される。したがって、本発
明のアルミニウム合金フィン材により熱交換器の組み立
て時のろう付け加熱の際にフィン材の変形が極めて少な
く、従来よりもさらに製品歩留りを向上させることがで
き、またより一層の薄肉化を可使にし、熱交換器の軽量
化、コストダウンに顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐垂下性を評価するための垂下性試験方法の説
明図である。 符号　１・・・フィン材、２・・・台、３・・・固定具
第１図 （イ） （ロ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．固相線温度が６２０℃以上てあり、ろう付け加熱時
   の再結晶終了温度が３５０〜５５０℃の範囲にあり、か
   つ、その再結晶終了後の平均結晶粒径が３００μｍ以上
   となるような、冷延調質板からなることを特徴とする熱
   交換器用耐垂下性アルミニウム合金フィン材。