JPH04154930A - 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
熱交換器用のアルミニウム合金フィン材に関し、特に自
己耐食性にすぐれ、ろう付は後の熱伝導度が高く、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
オイルクーラなと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の添加か有効であり、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、ＳｎＳ　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６２−１２０４
５５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、Ｔｉ５Ｚｒな
どを添加する方法（例えば特開昭５０−１１８９１９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％およびＳ　ｉ　：　０．１〜０．８％を
含むアルミニウム合金も提案されているが（特公昭６３
−２３２８０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（＋
０５０．１０７０など）にＺｎ、５ｎｓＩｎあるいはＣ
ｒ、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。

この問題を解決するために、本発明者らは、先に、 （１）Ｆ　ｅ　：　０．８〜１．８％、Ｚ　ｒ　：　０
．０５〜０．２０％、Ｚ　ｎ　：　０．３〜２．０％を
含む合金（特願平１〜＝　６− （２）Ｆ　　ｅ　　：　　０．８〜１．８％、　Ｚ　　
ｒ　　：　　０．０５〜０．２０％、更にＩ　ｎ　：　
　０．００５〜０．１％、Ｓ　ｎ　：　０．０１〜０．
１％、Ｇ　ａ　：　０．０１〜０．２％およびＢｉ：０
．０１〜０．１％のうち１種または２種以上を含む合金
（特願平１〜２１８６４９） （３）　Ｆ　ｅ　Ｏ，２〜１．８％、Ｓ　ｉ　：　０．
２〜０．［１％、Ｍｎ　：　０．１〜０．３５％、Ｚ　
ｒ　：　０．０５〜０．２０％を含み、さらにＩ　ｎ　
：　０．００５〜０．１％、Ｓｎ：Ｑ、０１〜　Ｑ、１
％、Ｇ　ａ　：　０．０１〜Ｏ，’２％およびＢ　ｉ　
：　０．０１〜０．１％のうち１種または２種を含み、
かつ必要に応じてＺ　ｎ　：　２．０％以下、あるいは
Ｃｕ　：　０．’ａ％以下を含む合金（特願平１〜２４
０５７７、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０．１１１１１ｍの厚さを０．０８
ｎＩＩまで薄肉化することが可能となった。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
ｋｇｆｌＩＩＩ１１２程度であるので、更に薄肉化を進
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Ｉｎ、Ｓｎｓ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何
面の加工中に生じ、特に高温高湿の気象条件下で生じや
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、Ａｌ−Ｆｅ系合金にＳＬとＭｇを同時添加するこ
とによって、ろう付後の熱伝導度と高強度を兼備させう
ろこと、およびＩｎ、Ｓｎ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、従う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
％、Ｓ　ｎ　：　０．０１〜０．１％およびＧ　ａ　：
　ｏ、ｏｔ〜ｏ、２％のうち１種または２種以上を含み
、更にＦｅ：０．８〜１．８％、Ｓ　Ｌ　：　　０．１
〜１．０％、Ｍｇ：０．０５〜０．７％を含み、更に、
Ｚ　ｒ　二〇、０５〜０．２５％、Ｃｒ　：　０．０５
〜０．２５％およびＭ　ｎ　：　０．０５〜０．２５％
のうち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、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熱交
換器用アルミニウム合金フィン材であり、さらには、上
記組成に、Ｚ　ｎ　：　２．０％以下並びにＣｕ　：　
０．３％以下の１種または２種を加えたものである。

本発明における各成分の限定理由は次のとおりである。

Ｉｎｓ　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。０．８％未満では効果
が十分てなく、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はフィンの強度を向上させる。特にＭｇ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。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
う何時にフィン祠の溶融が生じる。

Ｍｇ：Ｍｇはフィンの強度を向上させる。特にＳｔ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。

Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ：ろう何時のろうの浸食に対する抵抗
性を高める。下限未満では効果が充分でなく、上限を越
えると、ろう付後の熱伝導度が低下する。

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Ｚｎｆｆ１が少
なくなるので、Ｉｎ５Ｓｎ、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。

Ｃｕ　：　Ｃｕはろう付後のフィンの強度を向上させる
。上限を越えると電位が貴になり、犠牲陽極効果か損な
われる。

フィン材表面部におけるＩｎ、Ｓｎ、Ｇａの最大濃度：
Ｉｎ、ＳｎあるいはＧａを含む材料を加熱するとこれら
の元素が表面部（表面から約０．５　μｍ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、焼鈍なとの加熱処理が行わ
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
るいはろう骨中に腐食生成物が飛散し、トラブルを生ず
る。従って、Ｉｎ５Ｓｎ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（
中間焼鈍や最終位鈍）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Ｇ　ａ　ｆｌ　（平均的な量）によって確
−１３〜 保され、極く薄い表面層の濃縮には影響されない。従っ
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Ｔ
ｉなどを含んでもよい。たたし、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
か望ましい。

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−Ｔｉ−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］ 以下、実施例によって、本発明を具体的に説明する。

実施例１ 第１表に示す合金Ｎｏ、１〜２５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ＳＩＭＳ（Ｓｅｅｏｎｄａｒｙ　Ｉｏ
ｎ　Ｍａｓｓ　５ｐｅｃｔ　ｒｏｓｅｏｐｙ）により測
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〜
１．５μｍ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。

第１表 次に、上記のように製造されたフィン材につき、ろう何
時と同様に５Ｘ　１０’　Ｔｏｒｒ以下の真空中で５９
Ｑ’ＣＸ　３分間の加熱処理を行った後、引張強さ、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、ｐＨ８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０．８ａｍ）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ＪＩＳＤＯ２吋に基づき
１ケ月間行い、プレートの最大腐食深さの１３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、１〜９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ｌＯｋｇｆ／ｍｍ’　（９８ＭＰａ
）以上と高く、電気伝導度も４９％以上と高く（従来材
の３００３は３８％）、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−
７８０から一８８０■ＶｖｓＳＣＥ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、
０．０５〜０．０７ｍｍ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、ＩＯはＩｎ５ＳｎおよびＧａｍ
が少ないために自然電極電位が３００３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、１１．１２
．１３はＩ　ｎ　ＳＳ　ｎまたはＧａｍ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ＣＡＳ　Ｓ試験後にもフィンの局部的消耗が顕著
である。

−１９＝ Ｎｏ、１４はＦｅ量が少ないために引張強さが低い。

Ｎｏ、１５はＦｅ量が多いために健全なフィン拐が得ら
れなかった。

Ｎｏ、１［ｉはＳｉ量か少ないために引張強さが低い。

Ｎ　ｏ、］７はＳｉ量か多いためにろう付時に溶融が生
じている。

Ｎｏ、Ｉ８はＭ　ｇ　Ｑか少ないために引張強さが低い
。

Ｎｏ、Ｉ９はＭ　ｇ　Ｅｌが多いためにろう付時に溶融
が生している。

Ｎｏ、２０はＺｒ、ＣｒおよびＭ　ｎ　Ｑが少ないため
に、ろうの侵食が生じている。

Ｎ　ｏ、２Ｌ　２２．２３はＺｒ量、Ｃｒ量またはＭｎ
量か多いために、電気伝導度が小さい。

Ｎｏ、２４はＺｎ量が多いために、ＣＡＳＳ試験におい
てフィンの消耗が激しい。

Ｎｏ、２５はＣｕ量か多いために、自然電極電位が貴に
なり、プレートの腐食深さが大きい。

　２０　一 実施例２ 第１表の合金Ｎｏ、３．５．６および７を溶解・鋳造１
７、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍（４２
０℃×３ｈ）および仕上げ冷間圧延を行い、０．０７１
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％Ｎ　
ａ　ＯＨ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。

第３表 製造法人を用いたもの（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Ｉｎ、Ｓｎ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。

［発明の効果〕 本発明によると、自己耐食性、ろう付後の熱伝導度、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図は本発明におけるＩ　ｎ、５ｎＳＧａの表面濃度
の態様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 (4)

【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種又は２種以上を含み、更に、 Ｆｅ：０．８〜１．８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍ
   ｇ：０．０５〜０．７％を含み、更に、Ｚｒ：０．０５
   〜０．２５％、Ｃｒ：０．０５〜０．２５％及びＭｎ：
   ０．０５〜０．２５％のうち１種又は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、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
   特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
2. （２）　Ｉｎ：０．００５〜０．１％、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、更にＦｅ：０．８〜１．８％、
   Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｇ：０．０５〜０．７％、
   Ｚｎ：２．０％以下を含み、更にＺｒ：０．０５〜０．
   ２５％、Ｃｒ：０．０５〜０．２５％およびＭｎ：０．
   ０５〜０．２５％のうち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、フィン材の表面部におけるＩｎ、Ｓ
   ｎおよびＧａの最大濃度が各々５％以下であることを特
   徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
3. （３）　Ｉｎ：０．００５〜０．１％、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、更に、Ｆｅ：０．８〜１．８％
   、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｇ：０．０５〜０．７％
   、Ｃｕ：０．３％以下を含み、更に、Ｚｒ：０．０５〜
   ０．２５％、Ｃｒ：０．０５〜０．２５％及びＭｎ：０
   ．０５〜０．２５％のうち１種又は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、フィン材の表面部におけるＩｎ、Ｓ
   ｎおよびＧａの最大濃度が各々５％以下であることを特
   徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
4. （４）　Ｉｎ：０．００５〜０．１％、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、更に、Ｆｅ：０．８〜１．８％
   、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｇ：０．０５〜０．７％
   、Ｚｎ：２．０％以下、Ｃｕ：０．３％以下を含み、更
   に、Ｚｒ：０．０５〜０．２５％、Ｃｒ：０．０５〜０
   ．２５％及びＭｎ：０．０５〜０．２５％のうち１種又
   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、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
   ことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材
   。