JPH04128337A - ろう付け後熱伝導度および犠牲陽極効果にすぐれた熱交換器用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、ラジェータやカーエアコンなどのようにフィ
ンと作動流体通路構成材料とがろう付により接合される
熱交換器のアルミニウム合金フィン材に関し、特に自己
耐食性、ろう付は後の熱伝導度および強度が高く、犠牲
陽極効果にすぐれたアルミニウム合金フィン材に関する
［従来の技術］ 自動車などのラジェータ、エアコン、インタークーラや
オイルクーラなどの熱交換器においては、Ａｌ−Ｃｕ系
合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金など
の作動流体通路構成材料と、アルミニウム系合金のフィ
ン材とがろう付けにより組立てられている。そして、フ
ィン材には、作動流体通路構成材料を防食するために犠
牲陽極効果が要求され、また、ろう付は時に高温加熱に
よって変形したり、ろうが侵食したりしないように優れ
た耐高温座屈性が要求される。ろう付は時の変形やろう
の侵食を防ぐためにはＭｎの添加が有効であり、フィン
材には３００３や３２０３などのＡｌ−Ｍｎ系合金が用
いられる。そして、犠牲陽極効果を付与するためには、
Ａｌ−Ｍｎ合金にＺｎ、Ｓｎ、Ｉｎなどを添加して電気
化学的に卑にする方法（例えば特開昭６２−１２０４５
５号公報参照）が、また、耐高温座屈性（耐高温サグ性
）をさらに向上させるためには、Ｃｒ　ｓ　Ｔ　１　％
　Ｚ　ｒなどを添加する方法（例えば特開昭５０−１１
８９１９号公報参照）が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、近年、熱交換器の軽量化、コストの低減など
の要求が強く、これに対応するためには熱交換器の構成
材料（作動流体通路構成材やフィン材など）を薄肉化す
ることが必要となっている。しかしフィン材を薄肉化す
ると伝熱断面積が小さくなるために、熱交換性能に支障
をきたすという問題が生じている。

この問題を解消するためには、ろう付は後のフィン材の
熱伝導度を高めることが有効であるが、Ａｌ−Ｍｎ系合
金の場合、ろう付は時に高温でＭｎが固溶するため、熱
伝導度の低下が著しい。熱伝導性にすぐれたフィン材と
して、Ｍｎ　：　　０．１〜０．８％、Ｚ　ｒ　：　０
．０２〜０．２％およヒｓｉ：０．１〜０．８％を含む
アルミニウム合金も提案されているが（特開昭６３−２
３２８０号公報参照）、この場合、Ｍｎが少ないために
ろう付は後の強度が低く使用中にフィン倒れや変形が生
じやすい。また、フィン材の電位が卑でないため、犠牲
陽極効果が小さい。またＳ　ｉ　：　０．０３〜０．３
％、Ｆ　ｅ　：　０．０５〜０．６％を含み、Ｚｒ：０
．０１〜０．４％、Ｍ　ｎ　：　０．０１〜０．３％の
１種または２種を含有するアルミニウム合金も提案され
ているが（特開昭６３−４５３５２号公報参照）、この
場合はフィン材の電位が卑でないため、犠牲陽極効果が
小さい。さらに熱伝導度が高い純アルミニウム（１０５
０，１０７０など）にＺｎＳＳｎ。

ＩｎあるいはＣｒ％Ｔｉ５Ｚｒなどを添加したフィン材
を使用する試みも行われているが、この場合、熱伝導度
は高いもののろう付は後の強度が低いためにフィン倒れ
が生じやすく、問題の根本的な解決にはなっていない。

そこで本発明者らは先に（１）　Ｆ　ｅ　：　　０．８
〜１．８％、Ｚ　ｒ　：　０．０５〜０．２０％、Ｚｎ
：０．’ｄ〜２．０％を含む合金（特願平１〜２ＬＨ４
７人（２）Ｆ　ｅ　：　０．８〜１．８％、Ｚ　ｒ　：
　０．０５〜０．２０％、更に１　ｎ　：　０．００５
〜０．１％、Ｓ　ｎ　：　０．０１〜０．１％、Ｇ　ａ
　：　０．０１〜０．２％およびＢｉ：０．０１〜口、
１％のうち１種または２種以上を含む合金（特願平１〜
２１８８４９）、　（３）　　：　Ｆ　ｅ　　０．２〜
１．８％、Ｓｉ二０．２〜０．６％、Ｍｎ　：　　０．
１〜０．３５％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％を含み、
さらにＩ　ｎ　：　０．０５〜０．１％、Ｓ　ｎ　：　
０．０１〜０．１％、Ｇ　ａ　：　０．０１〜０．２％
およびＢ　ｉ　：　０．０１〜０．１％のうち１種また
は２種以上を含み、かつ必要に応じてＺｎ：２，０％以
下、あるいはＣｕ：０．３％以下を含む合金（特願平１
〜２４０５７７、特願平１〜２４２３１９）などを提案
した。これらの合金はろう付後熱伝導度および犠牲陽極
効果にすぐれ、ろう付後の強度もある程度のレベルにあ
るため、フィン材の薄肉化に寄与した。すなわち、−例
においては従来のフィン材０．１１ｍ腸の厚さを０，０
８０口まで薄肉化することか可能となった。しかしなが
ら、これらのフィン材のろう付後の引張強さは８〜１０
ｋｇｆｌ■２程度であるので、更りこ薄肉化を進めると
フィン倒れが生じやすいという問題があった。

他の問題としてはＩ　ｎ　ＳＳ　ｎ　ｓあるいはＧａを
含むフィン材の場合、フィン材を製造してからろう付さ
れるまでの間に自己腐食が生じてしまうという問題があ
った。この自己腐食はフィン材の保管中、輸送中あるい
はろう付前の加工中に生じ、特に高温高湿の気象条件下
で生じゃすいものである。

本発明は以上に示した問題点を解決せんとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、種々のアルミニウム合金について検討を
行い、ＭｎとＳｉとをある特定の範囲で共存させ、さら
にＦｅとＭｇを添加することによって、ろう付後の熱伝
導度と高強度を兼備させうること、およびＩｎ５Ｓｎあ
るいはＧａを添加したフィン材の自己腐食は、フィン材
の製造工程中の加熱の際にこれらの元素がフィン材表面
部に濃縮し、このために生ずること、従ってこの表面濃
縮を一定量以下に抑制すればフィン材の自己腐食が生じ
ないことを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、Ｉ　ｎ　：　　０．００５〜０．
１％（重量％、以下同じ）　、Ｓ　ｎ　：　０．０１〜
０．１％およびＧ　ａ　：　０．０１〜０．２％のうち
１種または２種以上を含み、さらにＦ　ｅ　：　　０．
１〜１．８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ　：　　
０．１〜１．５％、Ｍｇ：０．０５〜０．７％を含み、
あるいはさらにまたＺｎ：２．０％以下、Ｚ　ｒ　：　
０．２５％以下、Ｃｒ　：　０．２５％以下の１種また
は２種以上を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からな
るアルミニウム合金製フィン材であって、 ２［Ｓｉ（Ｘ）］−１，２≦［Ｎｎ　（Ｘ）〕≦２［Ｓ
ｉ　（Ｘ）コ＋０，１であると同時に、フィン材の表面
部におけるＩｎ、ＳｎおよびＧａの最大濃度が各々５％
以下であることを特徴とする自己耐食性、ろう付後熱伝
導度、強度および犠牲陽極効果にすぐれた熱交換器用ア
ルミニウム合金フィン材である。

本発明における各成分の限定理由は次のとおりである。

Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ：フィン材の電位を卑にし、犠牲陽極
効果を付与する。下限未満では効果が十分でなく、上限
を越えると効果が飽和するばかりでなく、自己耐食性、
圧延加工性が劣化する。

Ｆｅ　：　Ｆｅは合金の強度すなわちろう付は前および
ろう付は後の強度を向上させる。さらにＭｎの固溶量を
抑制し、ろう付後熱伝導度を向上させる。０．１％未満
では効果が十分でな（，１，８％を超えると鋳造時に粗
大な晶出物が生成し、板材の製造が困難になる。

Ｓｉ：ＳｉはＡｌ−Ｍｎ−５ｉ系あるいはＡｌ−Ｍｎ−
Ｆｅ−５ｉ系の化合物を生成してＭｎの固溶量を減少さ
せ、熱伝導度を向上させる。その含有量が０．１％未満
では効果が十分でなく、１．０％を越えるとろう何時に
フィン材の溶融が生じる。

Ｍｎ：Ｆｅと同様にろう付は前およびろう付は後の強度
を向上させる。また、耐高温座屈性および成形加工性を
改良する。０．１％未満では効果が十分でなく、１．５
％を越えると熱伝導度が低下する。

また、ＭｎとＳｔはある特定の範囲で共存させて、各々
がろう付中に固溶して熱伝導度を下げることを防止する
必要がある。その範囲は次式で示される。

２［Ｓｉ（Ｘ）］−１，２≦　［Ｍｎ（Ｘ）］≦２［Ｓ
ｉ（Ｘ）］＋０．１すなわち、２［Ｓｉ（Ｘ）］−１，
２〉［Ｍｎ（Ｘ）］の場合はＳｉがフィン母材中に固溶
して熱伝導度を下げ、またＭｎ（Ｘ）］＞２［Ｓｉ　（
Ｘ）］＋０．１の場合はＭｎがフィン母材中に固溶して
熱伝導度を下げるので、２（Ｓｉ（Ｘ）］−１，２≦［
Ｍｎ　（Ｘ）］≦２［Ｓｉ（Ｘ）］＋０．１が満足され
る必要がある。

Ｍｇ　：　Ｍｇはフィンの強度を向上させる。特にＳｉ
と共存することにより時効硬化を生じ、熱伝導度をほと
んど下げることなく、強度を向上させる。０．０５％未
満では効果が十分でない。０．７％を越えるとろう付性
を害する。すなわちフッ化物フラックスろう付の場合は
Ｍｇとフラックスが反応してろう付不良を生じ、また真
空ろう付の場合はＭｇの蒸発量が多くなってろう付炉の
清掃回数が多くなる。

Ｚｎ：Ｚｎはフィン材の電位を卑にし、犠牲陽極効果を
さらに高める。ただし、真空ろう付けを適用する場合に
はろう付は中にＺｎが蒸発し、残留Ｚｎ量が少なくなる
ので、Ｉ　ｎ　ＳＳ　ｎ　ｓまたはＧａと共存させるこ
とが必要である。上限を越えると自己耐食性が劣化した
り、真空ろう付は時の蒸発量が多くなって、ろう付炉の
清掃回数が増したりする。

Ｚｒ５Ｃｒ：耐高温座屈性を向上させる。上限を越える
とろう付後の熱伝導度が低下する。

フィン材表面部におけるＩ　ｎ　ｓ　Ｓ　ｎ　ｓ　Ｇ　
ａの最大濃度：　Ｉ　ｎ　ｓ　Ｓ　ｎあるいはＧａを含
む材料を加熱するとこれらの元素か表面部（表面から約
０．５　μ１１深さまでの範囲）に濃縮する。フィン材
の製造工程においては均質化処理、熱間圧延の予備加熱
、焼鈍などの加熱処理が行われるので、表面濃縮の現象
は避けることができない。

表面濃縮部の最大濃度か５％を越えるとフィン材の自己
耐食性が低下し、フィン材の製造中、保管中あるいは輸
送中などに腐食が生じ、フィン材のコルゲート加工中あ
るいはろう付中に腐食生成物が飛散し、トラブルを生ず
る。したがってＩｎ、ＳｎあるいはＧａの表面の最大濃
度は各々５％以下にする必要がある。

表面の最大濃度を５％以下にする方法は、本発明の規定
するところではないが、いくつかの方法がある。材料の
加熱処理、なかでも最終工程に近い時点での加熱処理（
中間焼鈍や最終焼鈍）の温度が高温になるほどＩｎ、Ｓ
ｎやＧａの濃縮が著しくなるので、これらの焼鈍の温度
を４００℃以下、望ましくは３５０℃以下にすることが
有効である。また、焼鈍温度が高くて５％を越える濃縮
が生ずる場合には、その後酸やアルカリ性の薬品による
エツチングあるいは機械的研磨などにより表面層を除去
する方法も有効である。

Ｉｎ５ＳｎあるいはＧａの表面濃縮はフィン材をろう付
する際にも生ずる。この表面濃縮はそのまま除去されず
に使用されることもあるし、また熱交換器のろう付後ク
ロメート処理および塗装がなされる場合には、クロメー
ト処理中に表面濃縮部は除去されてしまう。表面濃縮が
除去されない場合には、フィン材の表面部の自己耐食性
は劣るが、その濃縮部の厚さは約０．５μｍ以下と極め
て薄いので、熱交換器のフィン材としての性能を阻害す
るものではない。また、フィン材の犠牲陽極効果はフィ
ン材深部のＩｎ。

ＳｎあるいはＧａ量（平均的な量）によって確保され、
極薄い表面層の濃縮には影響されない。

したがって、ろう付後のフィン材表面の濃縮は除去され
てもされなくても性能上何ら変わらない。

その他の元素では本発明合金の効果を損わない範囲でＣ
ｕＳＴｉなどを含んでもよい。ただし、Ｃｕは含有量が
多くなるとフィン材の電位を責にし、犠牲陽極効果を損
ねるので、０．３％以下にする必要がある。またＴｉの
含有量が多くなると熱伝導度が低下するので、０．１％
以下にすることが望ましい。Ｔｉは鋳造時の結晶粒微細
化のために合金元素として添加してもよいし、Ａｌ−Ｔ
ｉ−Ｂ微細化剤として添加してもよいが、上記の範囲内
に抑えることが望ましい。

［実施例］ 実施例１ 第１表に示す合金Ｎ　ｏ、　１〜３３を溶解・鋳造し、
均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍および仕上
げ冷間圧延を行い、０．０７ｍｍ厚さのフィン材を得た
。中間焼鈍の温度は３００℃とした。

得られたフィン材の表面部におけるＩｎ５Ｓｎ。

Ｇａの最大濃度を測定した。すなわち、第１図に示すよ
うに、ＳＩＭＳによりフィン材表面から深さ方向の濃度
分布を測定し、０〜１，５μ腸の範囲におけるピーク値
をもって最大濃度とした。

次に自己腐食性を調べるために、温度４０℃、相対湿度
８０％の恒温恒湿槽中に２１日間放置し、自己腐食発生
の有無を調べた。

次に上記のように製造されたフィン材につき、ろう付時
と同様に５Ｘ　１０’　Ｔｏｒｒ以下の真空中で６００
℃×３分間の加熱処理を行った後、引張試験、電気伝導
度を測定した。一般に金属の熱伝導度と電気伝導度との
間には比例関係があるので、ここでは熱伝導度に代えて
電気伝導度（２５℃）を測定した。また、犠牲陽極効果
を評価するため、ｐＨ３に調整した３％ＮａＣ１水溶液
中に８時間浸漬後、自然電極電位を測定した。

また、フィン材にコルゲート加工を施し、３００３合金
を芯材とし４００４合金を皮材（ろう材）とするプレー
ト材（厚さ０．８ｍｍ）の上に乗せて、真空ろう付けを
行い、ろう付は性を調べた。また、フィンとプレートの
接合部についてＣＡＳＳ試験をＪ　Ｉ　Ｓ　　ＤＯ２０
１に基づき１ケ月間行い、プレートの最大腐食深さの測
定と、フィンの腐食状況を観察した。

結果を第２表に示す。

本発明合金Ｎｏ、１〜１５は、Ｉｎ、ＳｎまたはＧａの
最大濃度が５％以下と小さく、自己腐食も発生していな
い。また、引張強さが１２ｋｇｆ／ａｓ２以上と高く、
電気伝導度も４６％以上と高く（従来材の３００３は３
８％）熱伝導度が高いことを示している。また、ろう付
は性も良好であり、自然電極電位も−７３０から一７８
０ｓＶ　ｖｓＳ　ＣＥの範囲であり電気化学的に卑であ
る。また、ＣＡＳＳ試験後のプレート材の最大腐食深さ
は、０．０５〜０．０８ｍ５と小さく犠牲陽極効果に優
れている。また、フィンの腐食状況も正常である。

一方、比較合金のＮｏ、１Ｂ、１８．２０はＩｎ。

ＳｎまたはＧａ量が少ないために自然電極電位が３００
３合金と同程度まで責になり、プレートの最大腐食深さ
が大きい。すなわち、犠牲陽極効果に劣るものである。

Ｎｏ、１７．１９．２１はＩｎ。

ＳｎまたはＧａ量が多いために表面部の最大濃度が５％
を越え、自己腐食が発生している。またＣＡＳＳ試験後
にもフィンの局部的消耗が顕著である。

Ｎ　ｏ、２２はＦｅ量が少ないために引張強さが低く、
電気伝導度も低い。Ｎｏ、２３はＦｅ量が多いために健
全なフィン材が得られなかった。

Ｎ　ｏ、２４はＳｉ量が少ないため引張強さが低いとと
もに電気伝導度がやや低い。Ｎ　ｏ、２５はＳｉ量が多
いためにろう付時に局部溶融が生じている。

Ｎｏ、２８はＭｎ量が少ないために引張強さが低い。

Ｎｏ、２７はＭｎ量が多いために電気伝導度が低い。

Ｎ　ｏ、２８．２９は２［Ｓｉ（Ｘ）］−１，２≦［Ｍ
ｎ　（Ｘ）］≦２［Ｓｉ（Ｘ）］＋０．１を満足しない
ために、いずれも電気伝導度が低い。

Ｎ　ｏ、３０はＭｇ量が少ないために引張強さが低い。

Ｎ　ｏ、３１はＺｎ量が多いためにフィンの腐食消耗が
顕著である。

Ｎ。

３２． ３３はＺ ｒ量またはＣ ｒ量が多いため に電気伝導度が小さい。

第１表 第２表 第２表つづき 実施例２ 第１表の合金Ｎｏ、２．４．６．１０．　ＩＩ、１３お
よび１５を溶解・鋳造し、均質化処理、熱間圧延、冷間
圧延、中間焼鈍（４１０℃×３ｈ）および仕上げ冷間圧
延を行い、０．０７ｍｍ厚さのフィン材とした。

これを製造法Ｂと呼ぶことにした。一方、上記仕上げ冷
間圧延の後に４０℃の１％ＮａＯＨ水溶液中でエツチン
グし、表面層を除去してフィン材としたものを製造法Ａ
とした。

このようにして得られたフィン材について、実施例１と
同様に表面部におけるＩｎ、ＳｎおよびＧａの最大濃度
を測定し、恒温恒湿試験により自己腐食の発生の有無を
調べた。結果を第３表に示す。

製造法Ａを用いたもの（発明例）はいずれも最大濃度が
５％以下であり、自己腐食が発生していない。製造法Ｂ
を用いたもの（比較例）はＩｎ５ＳｎまたはＧａの最大
濃度が５％を越え、自己腐食が発生している。

第３表 ［発明の効果コ 本発明によると、自己耐食性、ろう何役の熱伝導度、強
度および犠牲陽極効果に優れたフィン材が提供でき、フ
ィン材の薄肉化が可能となり、熱交換器の軽量化、低コ
スト化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図はフィン材表面からの濃度分布の測定結果を示す
グラフである。 特許出願人　住友軽金属工業株式会社 代理人　弁理士　小　松　秀　岳 代理人　弁理士　旭　　　　　宏

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｉｎ：０．００５〜０．１％（重量％、以下同じ
   ）、Ｓｎ：０．０１〜０．１％およびＧａ：０．０１〜
   ０．２％のうち１種または２種以上を含み、さらにＦｅ
   ：０．１〜１．８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：
   ０．１〜１．５％、Ｍｇ：０．０５〜０．７％を含み、
   残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金
   製フィン材であって、 ２［Ｓｉ（％）］−１．２≦［Ｍｎ（％）］≦２［Ｓｉ
   （％）］＋０．１であると同時に、フィン材の表面部に
   おけるＩｎ、ＳｎおよびＧａの最大濃度が各々５％以下
   であることを特徴とする自己耐食性、ろう付後熱伝導度
   、強度および犠牲陽極効果にすぐれた熱交換器用アルミ
   ニウム合金フイン材。
2. （２）Ｉｎ：０．００５〜０．１％（重量％、以下同じ
   ）、Ｓｎ：０．０１〜０．１％およびＧａ：０．０１〜
   ０．２％のうち１種または２種以上を含み、さらにＦｅ
   ：０．１〜１．８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：
   ０．１〜１．５％、Ｍｇ：０．０５〜０．７％さらにま
   たＺｎ：２．０％以下、Ｚｒ：０．２５％以下、Ｃｒ：
   ０．２５％以下の１種または２種以上を含み、残部Ａｌ
   および不可避不純物からなるアルミニウム合金製フィン
   材であって、 ２［Ｓｉ（％）］−１．２≦［Ｍｎ（Ｘ）］≦２［Ｓｉ
   （％）］＋０．１であると同時に、フィン材の表面部に
   おけるＩｎ、ＳｎおよびＧａの最大濃度が各々５％以下
   であることを特徴とする自己耐食性、ろう付後熱伝導度
   、強度および犠牲陽極効果にすぐれた熱交換器用アルミ
   ニウム合金フィン材。