JPH03287738A - 真空ろう付け法により組立てられる熱交換器用フィン材及びその製造方法 - 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） 本発明は真空ろう付け法により組立られる熱交換器用フ
ィン材に係り、より詳細には、特にろう付け後の強度、
ろう付け時の耐座屈性に優れ、フィン材の薄肉化を可能
にする熱交換器用フィン材及びその製造方法、並びに真
空ろう付け法により組立てられた熱交換器フィン材に関
するものである。

（従来の技術） 一般に、ろう付け熱交換器は、プレージングシートより
なるプレート材とチューブとコルゲートフィン材より構
成され、各種のろう付け法により組立てられている。

エバポレータ等の熱交換器においては、フィン材を薄肉
化してコストダウンや軽量化を図ることが検討されてい
るが、ろう付け時の耐座屈性やろう付け後の強度不足等
の問題点も多い。また、ろう付け法により組立てられる
熱交換器のフィン材を犠牲陽極として使用し、チューブ
やプレート材の貫通腐食を抑制することも検討され、一
部実用化されているが、フィン材の板厚が１００μ墓以
下になってくると１強度向上を目的として添加されるＭ
ｇの蒸発量が増大し、充分な強度が得られない。同様に
フィン材を犠牲陽極として作用させるために添加される
Ｚｎについても蒸発量が増大し、充分な犠牲陽極効果が
得られない。

（発明が解決しようとする課題） 犠牲陽極フィン材として用いられているアルミニウム合
金としては、Ａｌ−１，２％Ｍｎ−０，１％Ｓｎ（又は
Ｉｎ）系の合金が知られている（例、特開昭５９−２２
６１４４号など）。しかし、この合金は熱間圧延時に割
れを生じ易く、またスクラップの管理、処理に問題があ
るため、素材コストが上昇する。

また、Ａｌ−１，２％Ｍｎ−１，５％Ｚｎ系合金も検討
されてきた（例、特開昭５６−１４２８４５号など）。

しかし、犠牲陽極効果の不安定と蒸発Ｚｎによる真空ろ
う付け炉の汚染等の問題により実用化するには至ってい
ない。

更に、フィン材の薄肉化に対応していくには、現行製品
についての耐座屈性の改善と、ろう付け後の高強度化が
望まれており、これらの解決がフィン材の薄肉化を推進
する上で不可欠となる。

本発明は、かきる要請に応えるべくなされたものであっ
て、真空ろう付け法により組立てられる熱交換器用フィ
ン材において、耐座屈性とろう付け後の強度を向上でき
、フィン材の薄肉化を可能にする技術を提供することを
目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、これらの問題点に鑑みて、真空ろう付け法
により組立てられる熱交換器のフィン材の組成や製造工
程について鋭意研究を重ねた結果。

プレージンクシートよりなるチューブ材に対して犠牲陽
極的に作用すると共に、耐座屈性とろう付け後の強度も
向上でき、フィン材の薄肉化に対応可能であることを知
見し、ここに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は、Ｍｎ：０．７〜１．１％、Ｓｉ：
０．６〜１．０％、Ｍｇ：０．３〜１．５％、ｚｒ：０
．０１〜０．２％及びＴｉ：０．０５〜０．２％を含み
、必要に応じて更にＺｎ：　０　、５〜３％を含み、残
部が実質的にＡｌよりなることを特徴とする真空ろう付
け法により組立てられる熱交換器用フィン材を要旨とす
るものである。

また、その製造方法は、上記化学成分を有するアルミニ
ウム合金鋳塊を均熱温度が４５０〜５２０℃の範囲で均
熱処理し、熱間圧延終了後、中間焼鈍を行うことなく冷
間圧廷を行い、最終で調質焼鈍を施すことを特徴とする
ものである。

更に、真空ろう付け法により組立てられた熱交換器のフ
ィン材は、上記化学成分を有すると共に、真空ろう付け
後のＭｇ残留量が０．０５〜０．４％の範囲にあること
を特徴とするものであり、或いは真空ろう付け後の平均
結晶粒径が１００〜４００μｍの範囲にあることを特徴
とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） まず、本発明をなすに至った知見について説明する。

真空ろう付け法により組立られる熱交換器のチューブや
タンクを構成するプレージングシートには、一般に、芯
材にはＡｌ２−Ｍｎ系合金の３００３を用い、ろう材に
はＡｌ−３ｉ　−Ｍｇ系合金の４００４や４１０４が使
用されている。

これらのプレージングシートに対し、犠牲陽極的に作用
させるためには、フィン材の孔食電位をプレージングシ
ート表面の孔食電位より３０ｍＶ以上卑にする必要があ
ることが種々の実験輪より判明した。合金元素としてＳ
ｎやＩｎを使用せずにプレージングシートより３０ｍＶ
卑な孔食電位を有するアルミニウム合金として１例えば
純アルミニウムが知られているが、フィン材としての強
度が不十分なため実用的ではない。フィン材として一般
的に用いられているＡｌ−Ｍｎ系合金の３００３は、中
程度の強度を有し、ろう付け性等は良好であるが、プレ
ージングシートとの孔食電位の差は殆どないため、犠牲
陽極効果は得られない。

そこで、Ａｌ−Ｍｎ系合金の孔食電位を卑に移行させる
方法を検討した結果、Ｍｎ固溶量を抑制させることが最
も効果的であることが判明した。

すなわち、具体的には、Ｍｎ添加量の規制、Ｆｅ添加に
よるＭｎのＡＭ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物としての固定、均
熱処現の最適化によるＡＭ−Ｍｎ系化合物の析出等であ
る。

一方、フィン材の板厚が１００μ−以上であれば、この
ような対策は有効であるが、フィン材の薄肉化に対応し
ていくためには、ろう付け後の強度を向上させる必要が
ある。

Ｍｎ量規制による強度低下に対しては、Ｍｇの添加が有
効であり、またサグ性、耐座屈性の向上には再結晶を抑
制させる効果が大きく、電位を責に移行させないＺｒの
添加及びろう付け前の冷間加工率のコントロールが有効
であることが明らかになった。しかしながら、前述の如
く、フィン材の薄肉化が進むとろう付け時のＭｇの蒸発
飛散が大きくなり、Ｍｇの添加のみでは充分なろう付け
後強度が得られないことが判明した。

そこで、ろう付け後の強度を向上させるため、種々の組
成の合金について検討した結果、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系合
金がフィン材としての特性の低下が少なく、Ｍｇが共存
すれば更に強度が向上することが判明した。また、同一
組成の合金で製造条件の影響について検討した結果、Ｍ
ｎの粗大析出物が生成しない低温均熱はど、高強度が得
られ、中間焼鈍を行うＨｌタイプよりＨ２タイプの方が
高強度が得られた。

また、同一組成の合金であれば、ろう付け後の結晶粒径
が小さい程、高強度が得られることも判明した。

以上の知見より明らかなとおり、本発明は、ろう付け後
の強度向上を目的として種々検討し、その結果を基にフ
ィン材に要求される特性の改善を進めた結果、完成され
たものである。

すなわち、ろう付け後の強度を向上させる方法について
は、前述の通りであるが、フィン材にはろう付け時の耐
座屈性やろう付け性、チューブ等に対し少なくとも電気
化学的に卑であること等が要求される。

ろう付け時の耐座屈性を向上させるためには。

板表面よりみた結晶粒径がろう付け後で少なくとも１０
０μｍ以上あることが必要であり、これに対してはＺｒ
の添加や、製造条件のコントロールで対応できる。ろう
付け性の改善についても同様である。反面、結晶粒径が
粗大化すると強度が低下する。ろう付け時の耐座屈性を
維持しながらろう付け後の強度を確保できるろう付け後
における結晶粒径は、１００〜４００μＩの範囲に限定
される。

チューブ材に対する犠牲陽極作用を得るためには、Ｍｎ
の固溶量を極力抑制するのが好ましいが、キャリアガス
を使用するろう付け方法では、Ｚｎを添加することによ
り炉の汚染は生じるものの、残存したＺｎにより犠牲陽
極効果が得られる。

次に本発明における化学成分の限定理由−について述べ
る。

Ｍｎ： Ｍｎはろう付け時及びろう付け後の強度、ろう付け性の
確保に必要な元素であるが、反面、固溶量が増大すると
アルミニウム合金の孔食電位が責に移行するため、固溶
量は極力抑制する必要がある。ろう付け性やろう付け後
の強度維持に必要な最低添加量として０．７％を下限値
とする。一方、Ｆｅ、Ｓｉの添加や製造条件のコントロ
ールにより。

固溶量を抑制し、プレージングシートに対して卑な孔食
電位が得られる上限添加量は１．１％である。

Ｓｉ： Ｓｉはろう付け後の強度を向上させる合金元素として添
加される。しかし、添加量が０．６％未満では充分な強
度が得られず、また１、０％を超えて添加すると強度は
向上するものの融点が低下し、耐座屈性を低下させるの
で好ましくない、したがって、ろう付け性を阻害するこ
となく強度が向上できるＳｉの添加量０．６〜１．０％
の範囲に限定される。

Ｍｇ： Ｍｇはろう付け後の強度を得るために必要であり、フィ
ン材の要求されるろう付け後の強度が、例えば１６　ｋ
ｇ　／　ａｍ”とした場合には、残存Ｍ、量が０．１５
％程度必要になる。ろう付け時の蒸発飛散を勘案すると
、素材への添加量は０．３〜１．５％が必要になる。な
お、Ｍｇが０．３％未満では充分な強度が得られず、ま
た１、５％を超えて含有されるとろう付け性の低下やろ
う材によるフィン材の浸食を招くので好ましくない。

ｚｒ： Ｚｒはフィン材の組織をコントロールし、ろう付け時の
耐座屈性を向上させるのに有効である。

しかし、０．０１％未満ではその効果が不十分であり、
また０、２％を超えると、その効果は飽和し、逆に粗大
金属間化合物が形成され、加工性の低下を招くので好ま
しくない。したがって、Ｚｒ量は０．０１〜０．２％の
範囲とする。

Ｔｉ： ＴｉはＡｌとＴｉＡｌ、系の化合物を作って晶出し、そ
の後の熱間圧延や冷間圧廷時に層状に分散し、ろう付け
時の再結晶粒を圧延方向に沿った偏平にさせる効果があ
る。その結果、強度の低下を抑制し、耐座屈性が向上で
きる。しかし、添加量が０．０５％未満ではそのような
効果が不充分であり、また０、２％を超えると粗大金属
間化合物を生じ、加工性の低下を招くので好ましくない
。

したがって、Ｔｉ量は０．０５〜０．２％の範囲とする
。

Ｚｎ： Ｚｎはフィン材の電位を卑に移行させてフィン材をチュ
ーブ材に対し犠牲陽極的に作用させる効果を有するが、
真空ろう付けにより蒸発飛散する。

しかしながら、フィン材の組成や結晶粒径のコントロー
ルにより、一部残留させることが可能である。残留量は
ろう付け時の真空度により異なる。

ろう付けにより蒸発する量を勘案すると、Ｚｎの添加量
は０．５〜３％の範囲である。０．５％未満では犠牲陽
極効果が不十分であり、また３％を超えると炉の汚染が
促進されるので好ましくない。

なお、Ｚｎの添加は必要に応じて行えばよい。

（製造条件） 次にフィン材の製造条件について説明する。

まず、熱間圧延前の均熱温度を規制したのは、以下の理
由による。

すなわち、耐座屈性やろう付け後の強度はフィン材の組
織に大きく依存し、ろう付け温度直下の温度において再
結晶が完了しており且つ結晶粒サイズが１００μ璽以上
あれば耐座屈性に優れることが判明した。また、ろう付
け後の平均結晶粒が４００μ■を超えると組織をコント
ロールしても強度が大きく低下する。したがって、ろう
付け後におけるフィン材の平均結晶粒は板表面より観察
し、１００〜４００μ墓の範囲になるように素材の製造
条件を確立する必要がある。このような組織を得るため
の製造工程として、熱間圧延前の均熱温度を４５０〜５
２０℃の範囲に規制するものである。

均熱処理後に熱間圧延を行い、冷間圧廷を行うが、冷間
圧廷に伴い中間焼鈍を行わず、冷間圧廷後に最終で調質
焼鈍を行うのは、ろう付け後の強度を向上させるためで
ある。

以下に本発明の実施例を示す。

（実施例） まず、第１表に水化学成分を有するアルミニウム合金に
ついて同表に示す条件の工程により、０１ｏ８鵬■板厚
のアルミニウム合金フィン材（供試材）を製造し、以下
の実験に供した。なお、製造工程は、Ｈ２４材は均熱処
理→熱間圧延→冷間圧廷→最終焼鈍であり、ＨＩ３材は
均熱処理→熱間圧延→冷間圧廷（中間焼鈍を含む）であ
る。

去】１１Ｌ 得られた供試材を第２表に示す２種類の真空度Ａ（２Ｘ
　１０’Ｔｏｒｒ）、Ｂ　（Ｉ　Ｘ　１０’Ｔｏｒｒ、
キャリアガス使用）の真空中で５９５℃Ｘ３ｍ１ｎ加熱
した後、機械的性質の測定を行った。その結果を第２表
に示す。

第２表より明らかなように、同本発明材は何れも、従来
よりフィン材として多用されている３００３合金（Ｎａ
２３）と比較すると、かなり高強度が得られている。ま
た、同一条件で加熱したフィン材の板表面側より観察し
た結晶粒径の平均値、及び湿式化学分析で測定したフィ
ン材中のＭｇの平均含有量も併記したが、本発明材は、
結晶粒径が１００〜４００μ鳳の範囲にあり、Ｍｇ残存
量が０１０５〜０．４％の範囲にあることが確認された
。

失嵐五又 供試材を第１図に示す形状の試験片（１０山、ピッチ５
Ｉｌ園のフィンで、フィン高さ１２１鳳、フィン輻２５
■鳳）にセットし、５Ｘ１０Ｔｏｒｒの真空中で５９５
℃Ｘ３ｍ１ｎ加熱し、座屈量を測定して耐座屈性につい
て評価を行った。その結果を第２表に併記する。

第２表より、本発明材は何れも、従来よりフィン材とし
て多用されている３００３合金と同等乃至同等以上の耐
座屈性が得られていることがわかる。

去ｎ灸 供試材を５Ｘ１０Ｔｏｒｒの真空中で５９５℃Ｘ３　ｗ
ｉｎ加熱した後、電気化学的特性の測定を行った。その
結果を第２表に併記する。

第２表より、本発明材は何れも、従来よりフィン材とし
て多用されている３００３合金に比べ、卑な孔食電位を
示している。したがって、チューブプレージングシート
に対して電気化学的に卑であるため、少なくとも腐食を
促進させることはない。

【以下余白１ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、優れた耐座屈性
とろう付け後強度が得られ、また、チューブプレージン
グシートに対して卑な電位を有しているため、犠牲陽極
作用によるチューブ材の防食効果も期待できる。したが
って、熱交換器のコストダウン、軽量化等、工業上顕著
な効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は耐座屈性試験の試験片の形状を示す説明図であ
る。 １・・・フィン。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｍｎ：０．７〜１．１
   ％、Ｓｉ：０．６〜１．０％、Ｍｇ：０．３〜１．５％
   、Ｚｒ：０．０１〜０．２％及びＴｉ：０．０５〜０．
   ２％を含み、残部が実質的にＡｌよりなることを特徴と
   する真空ろう付け法により組立てられる熱交換器用フィ
   ン材。
2. （２）Ｍｎ：０．７〜１．１％、Ｓｉ：０．６〜１．０
   ％、Ｍｇ：０．３〜１．５％、Ｚｒ：０．０１〜０．２
   ％及びＴｉ：０．０５〜０．２％を含み、更にＺｎ：０
   ．５〜３％を含み、残部が実質的にＡｌよりなることを
   特徴とする真空ろう付け法により組立てられる熱交換器
   用フィン材。
3. （３）熱交換器用フィン材を製造するに当たり、請求項
   １又は２に記載の化学成分を有するアルミニウム合金鋳
   塊を均熱温度が４５０〜５２０℃の範囲で均熱処理し、
   熱間圧延終了後、中間焼鈍を行うことなく冷間圧廷を行
   い、最終で調質焼鈍を施すことを特徴とする真空ろう付
   け法により組立てられる熱交換器用フィン材の製造方法
   。
4. （４）請求項１又は２に記載の化学成分を有し、かつ、
   真空ろう付け後のＭｇ残留量が０．０５〜０．４％の範
   囲にあることを特徴とする真空ろう付け法により組立て
   られた熱交換器のフィン材。
5. （５）請求項１又は２に記載の化学成分を有し、かつ、
   真空ろう付け後の平均結晶粒径が１００〜４００μｍの
   範囲にあることを特徴とする真空ろう付け法により組立
   てられた熱交換器のフィン材。