JPH04247841A - 低温ろう付け用アルミニウム合金フィン材とその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高熱伝導アルミニウム
フィン材に関するものであり、さらに詳しくは、　５０
０℃以下の低温でろう付けするために好適なフィン材に
関するもので、特に自動車用の熱交換器のラジエーター
，ヒーター，コンデンサー等のフィンとして使用される
ものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】自動
車用熱交換器としてラジエーターの一例を示すと、図１
に示すように複数本の偏平チューブ（１）　の間にコル
ゲート状に加工した薄肉フィン（２）　を一体に形成し
、該偏平チューブ（１）　の両端はヘッダープレート（
３）　とタンク（４）とで構成される空間にそれぞれ開
口しており、一方のタンク側の空間から偏平チューブ（
１）　内を通して高温冷媒を他方のタンク（４）　側の
空間に送り、チューブ（１）　およびフィン（２）　の
部分で熱交換して低温になった冷媒を再び循環させるも
のである。

【０００３】そしてこれら熱交換器の多くはＡｌおよび
Ａｌ合金が使用されおりろう付け法により製造されてい
るが、通常ろう付けはＡｌ−Ｓｉ系のろう材が用いられ
、そのためろう付けはろう材の融点以上の温度である　
６００℃程度の高温で行われる。

【０００４】ところで近年熱交換器は軽量・小型化の方
向にあり、そのためには熱交換器の熱効率の向上が必要
であり、材料の熱伝導性の向上が望まれている。特にフ
ィン材の熱伝導性の向上は検討されており、アルミニウ
ム合金の純度を向上させたフィン材が熱伝導フィンとし
て提案されている。しかしながら高純度アルミニウムフ
ィンの場合強度が不足してしまう欠点を有しており、現
行フィン材の強度で熱伝導性を向上させたフィン材はい
まだ開発されていない。これは強度を従来並に維持する
には合金元素の添加が必要であるにもかかわらず、上記
のように製品の最終工程として　６００℃付近まで加熱
されるろう付けがあるため、そのろう付け加熱中に合金
に添加した元素が再固溶し熱伝導を阻害するからである
。

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、ろ
う付け後の強度と熱伝導性が高いフィン材を開発するに
は、従来のろう付け条件ではなく、ろう付け温度を低温
にしたろう付けに適したフィン材を開発することで問題
が解決できると考え、本発明に到った。

【０００６】ここで、ろう付け温度を低温にしたろう付
けとは、近年ろう付けコストの低減から、ろう付け温度
をより低温にしたいという要求が高まってきたことから
開発されたろう付け法である。このようにろう付け温度
を低温にすることにより、ろう付け時間の低減、熱量の
低減、ろう付け炉のコスト低減、ろう付け炉の耐久性向
上等種々の利点が生まれるものである。なお現在開発さ
れている低温でろう付けするろう材としては、融点　５
００℃以下のものは例えば純Ｚｎ，Ｚｎ−０〜２８ｗｔ
％Ａｌ，Ｚｎ−Ａｌ系，Ｚｎ−Ｃｄ系，Ｓｎ−Ｚｎ系，
Ｓｎ−Ｐｂ系等がある。但しろう付け後の熱交換器の耐
食性を考慮すると、Ｚｎ−Ａｌ系のろう材が最も有力で
ある。

【０００７】すなわち本発明は上記　５００℃以下の低
温ろう付け法に適し、ろう付け後の熱伝導性に優れたフ
ィン材およびその製造方法についてなされたものであり
、Ｓｉ　０．０５　〜０．８　ｗｔ％（以下ｗｔ％を単
に％と記す），Ｆｅ　０．０５　〜０．６　％，Ｍｎ　
０．６〜１．６　％を含有し、必要に応じて　０．３％
以下のＣｕ，　０．３％以下のＭｇ，　０．３％以下の
Ｃｒ，　０．３％以下のＺｒ，　０．３％以下のＴｉを
１種または２種以上含有し、残部アルミニウムよりなり
、ろう付け前の比抵抗値が　４３ｎΩｍ　以下でありろ
う付け加熱後の比抵抗値が　４３ｎΩｍ　以下であるこ
とを特徴とするものである。

【０００８】また本発明の製造方法はＳｉ　０．０５　
〜０．８　％，Ｆｅ　０．０５　〜０．６　％，Ｍｎ　
０．６〜１．６　％を含有し、必要に応じて　０．３％
以下のＣｕ，　０．３％以下のＭｇ，　０．３％以下の
Ｃｒ，　０．３％以下のＺｒ，　０．３％以下のＴｉを
１種または２種以上含有し、残部アルミニウムよりなる
アルミニウム合金鋳塊を均質化処理、熱間圧延、冷間圧
延・焼鈍の工程にて製造するにあたり、次の■又は■の
いずれかの加熱処理を行なうことを特徴とするものであ
る。 ■　５００℃を越える温度に加熱する工程を有する場合
は　５００℃を越える最後の工程の　５００℃以下に達
したとき以降および、それ以降の工程において、　３８
０℃〜５００　℃の温度範囲にて通算４時間以上の加熱
処理。 ■　５００℃を越える温度に加熱する工程を有さない場
合は、均質化処理以降の工程において、　３８０℃〜５
００　℃の温度範囲にて通算４時間以上の加熱処理。

【０００９】

【作用】先ず本発明のフィン材はＳｉ　０．０５　〜０
．８　％，Ｆｅ　０．０５　〜０．６　％，Ｍｎ　０．
６〜１．６　％を含有し、必要に応じて　０．３％以下
のＣｕ，　０．３％以下のＭｇ，　０．３％以下のＣｒ
，　０．３％以下のＺｒ，　０．３％以下のＴｉを１種
または２種以上含有したアルミニウム合金である。そこ
で各添加元素の役割を以下に述べる。

【００１０】Ｓｉは、強度向上と熱伝導性向上に寄与す
る。即ちＳｉはＭｎの析出を促進する作用を有するため
、分散強化に寄与する金属間化合物を増やし、強度を向
上させる。さらに、Ｍｎの析出を促進することでフィン
材中の固溶元素を減らし、熱伝導性を向上させる。そし
てＳｉ含有量を０．０５〜０．８　％としたのは、Ｓｉ
が０．０５％未満の場合上記効果が十分でなく、　０．
８％を越えるとろう付け加熱時にろうの拡散が大きくな
りろう付け性が低下するからである。したがって、Ｓｉ
　は０．０５％以上　０．８％以下とするが、特に　０
．１〜０．６　％で安定した特性を示す。

【００１１】またＦｅはＭｎとともに金属間化合物を形
成し、強度向上に寄与する。そしてその量が０．０５％
未満では効果が十分でなく、　０．６％を越えると鋳造
時に粗大な晶出物を多く生じ、ろう付け加熱時の芯材の
再結晶粒径が小さくなり、ろう付け性が低下してしまう
。

【００１２】またＭｎ　は、微細な金属間化合物を合金
中に分布させ、強度を向上させるが、その量が　０．６
％未満では効果が十分でなく、　１．６％を越えて添加
した場合、熱伝導性が低下し、さらに成形性が低下し組
付け時のコルゲート加工ができなくなってしまう。

【００１３】本合金ではさらに　０．３％以下のＣｕ，
　０．３％以下のＭｇ，　０．３％以下のＣｒ　，０．
３％以下のＺｒ，　０．３％以下のＴｉを１種または２
種以上添加することがある。

【００１４】そしてこれらの元素のうち、ＣｕおよびＭ
ｇは主に固溶硬化と析出硬化により強度を向上させる。 しかしＣｕはフィン材の電位を貴にする働きを有するた
め、０．３％を越えて添加した場合、フィン材の犠牲効
果を減じてしまう。またＭｇは合金中に固溶状態および
Ｍｇ２　Ｓｉの微細な析出相として存在し、強度を向上
させるが、　０．３％を越えて添加するとフラックスと
Ｍｇが反応しろう付けができなくなってしまう。

【００１５】またＣｒ，Ｚｒ，Ｔｉは微細な金属間化合
物を形成することで合金の強度を向上させる働きを有す
る。しかし、それぞれ　０．３％を越えて添加した場合
成形性が低下し、組付け中にフィンが割れてしまう。

【００１６】以上が本発明合金の成分であるが、鋳塊組
織の微細化のために添加されるＢや強度向上を目的とし
て添加されるＮｉ等、及び上記以外の元素はそれぞれ０
．０５％以下であれば添加してもさしつかえない。

【００１７】また本発明のフィン材はさらに、ろう付け
前の比抵抗値が　４３ｎΩｍ　以下であり、ろう付け加
熱後の比抵抗値が　４３ｎΩｍ　以下であることを必要
とする。この比抵抗値はフィン材中の固溶元素量を示す
指標であり、この値が小さいほど固溶元素量が少なく、
熱伝導性に優れたフィンと言える。

【００１８】ところで、従来の熱交換器の製造において
は、析出処理等によりろう付け前のフィン材中の固溶状
態をコントロールしたとしてもろう付け加熱中に再固溶
現象が生じ、大部分の元素は固溶状態となり、熱伝導を
向上させることはできず、熱伝導性は合金成分のみで決
まると考えられていた。しかし、本発明者がフィン材の
ろう付け加熱過程での再固溶の進行について調べたとこ
ろ、従来のろう付け温度である　６００℃付近では上記
現象が生じるが、　５００℃以下の低温ろう付けではそ
のような再固溶現象がほとんど生じないことが分かった
。即ち本発明はかかる研究をもとになされたものである
。

【００１９】即ちろう付け加熱後の比抵抗値が　４３ｎ
Ωｍ　を越えるとフィンの熱伝導性は低下し、ろう付け
前の比抵抗値が　４３ｎΩｍ　を越えると、ろう付け加
熱後の比抵抗値を４３ｎΩｍ　以下にすることは困難で
ある。したがって、フィン材のろう付け前の比抵抗値は
　４３ｎΩｍ　以下とし、ろう付け加熱後の比抵抗値は
　４３ｎΩｍ　以下と定める。なお、従来のフィン材の
比抵抗値はろう付け加熱後で全て　４６ｎΩｍ　以上で
ある。

【００２０】次に本発明合金フィン材の製造方法につい
て説明する。該フィン材は鋳塊を均質化処理、熱間圧延
、冷間圧延・焼鈍する通常の工程で実施するが、その過
程で次のいずれかの処理を行なうものである。即ち、■
　５００℃を越える温度に加熱する工程を有する場合は
　５００℃を越える最後の工程の　５００℃以下に達し
たとき以降および、それ以降の工程において、　３８０
℃〜５００　℃の温度範囲にて通算４時間以上の加熱処
理する、または■　５００℃を越える温度に加熱する工
程を有さない場合は、均質化処理以降の工程において、
　３８０℃〜５００　℃の温度範囲にて通算４時間以上
の加熱する。

【００２１】ここで上記■，■のいずれでも　３８０℃
〜５００　℃の温度範囲にて通算４時間以上加熱するこ
とが本発明の特徴であるが、これはこの間に固溶元素を
析出させ、ろう付け前の比抵抗値を　４３ｎΩｍ　以下
にし、さらにろう付け加熱後の比抵抗値を　４３ｎΩｍ
　以下とすることが目的である。ここで、温度範囲を　
３８０℃〜５００　℃と定めているのは、　３８０℃未
満の温度では、析出に時間がかかり生産性が低下するの
と、　３８０℃未満で析出する金属間化合物はろう付け
中に再固溶しやすく、熱伝導性の向上にあまり寄与しな
いからである。また、　５００℃を越えて加熱した場合
、析出による固溶元素低減は望めないばかりか、逆に、
析出粒子の再固溶が生じ、固溶元素量が増加し、熱伝導
性が低下する。したがって、こでいう温度範囲とは、製
造中のフィン材がその温度にあることで、一定温度に保
持されている必要は全くなく、例えばこの温度範囲を通
過している状態であってもよい。

【００２２】ここで　５００℃を越える温度に加熱する
工程を有する場合は、　５００℃を越える最後の工程の
　５００℃以下に達したとき以降および、それ以降の工
程で上記加熱を行なうのは、前述のように、　５００℃
を越えて加熱すると析出粒子の再固溶が生じるため、そ
れ以前に析出処理を行っても、十分な効果が得られない
ためである。したがって、最後の　５００℃を越える工
程の冷却過程で　３８０℃〜５００　℃の温度範囲を通
過するときの時間から、析出処理の時間を起算し、通算
４時間以上とすればよい。

【００２３】また　５００℃を越える温度に加熱する工
程を有さない場合は、上記の問題を有さないため、均質
化処理以降のいずれかの工程において、　３８０℃〜５
００　℃の温度範囲にある時間を通算４時間以上とすれ
ばよい。

【００２４】なお時間を４時間以上としたのは、４時間
未満では十分な析出量が得られないためである。そして
保持時間の上限は特に無く、時間は長いほど望ましいが
、生産性を考えると通常２４時間以下である。

【００２５】さて、本発明の工程は以上を満たせばよく
、また鋳塊は通常のＤＣ鋳造法で作製する鋳塊を用い、
その後の均質化処理は行なってもよいし、行なわずに鋳
塊を熱間圧延するための加熱処理のみとしてもよい。さ
らに熱間圧延は常法により行なえばよいが、熱間圧延を
　３８０℃〜５００　℃の温度範囲で行なうと析出が促
進されやすい。そして得られた熱間圧延コイルは冷間圧
延を行ない、フィン材とするが、途中で焼鈍を行ない、
調質を調整する。焼鈍は２回以上行なっても差しつかえ
ない。

【００２６】以上が本発明合金フィン材の製造方法であ
るが、これを用いて熱交換器を製作する場合、上記低融
点のろう材を被覆した熱交換器用管材と組み合わせて用
いるのが最も容易である。この場合、ろう材の被覆は溶
射法、溶融めっき法、電気めっき法、蒸着法等の方法に
よってもなされるのが普通である。

【００２７】なお、本発明フィン材の板厚は通常　１２
０μｍ以下である。

【００２８】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００２９】表１に示す組成のＡｌ合金をＤＣ鋳造法に
より　４００ｍｍ厚の鋳塊とし、面削を実施した。その
後表２及び表３に示す各条件で均質化処理、熱間圧延及
び冷間圧延・焼鈍の本発明製造法を実施して得られた板
厚６０μｍのフィン材を本発明フィン材Ｎｏ．１，２，
４，５，７，８とし、同じく本発明製造法以外の製造法
を実施して得られた板厚６０μｍのフィン材を比較フィ
ン材Ｎｏ．３，６，９，１０，１１，１２とした。

【００３０】これらフィン材について、先ず下記のろう
付け加熱前に比抵抗値を測定し、その結果を表４に示し
た。

【００３１】次にこれらフィン材のうち本発明フィン材
の全部と比較フィン材Ｎｏ．３，６，９，１１について
は、以下の（ａ）　のように製作した低温ろう付け用の
チューブ材及びヘッダープレート材（以下チューブ材等
Ａと記す）と組み合わせ、また比較フィン材Ｎｏ．１０
とＮｏ．１２については、以下の（ｂ）　のように製作
した従来の約　６００℃ろう付け用のチューブ材及びヘ
ッダープレート材（以下チューブ材等Ｂ）と組み合わせ
て図１に示すラジエーターを組み立てた。そしてこれら
ろう付け試験用ラジエーターを脱脂後ＡｌＦ３　とＣｓ
Ｆとを基本組成とした弗化物系フラックスの１０％濃度
液を塗布し、チューブ材等Ａを用いたラジエーターにつ
いては、　４５０℃に保持した露点−４０℃の窒素ガス
雰囲気の炉中にてろう付けし、一方、チューブ材等Ｂを
用いたラジエーターについては、ＡｌＦ３　とＫＦとを
基本組成としたフラックスを用い炉の温度を　６００℃
にして他は同一条件の炉中にてろう付けした。そしてろ
う付け後の各ラジエーターについて接合状況を調査し、
その結果を表５に示した。

【００３２】また同時に各フィン材の単体を、それを適
用したラジエーターに対する上記の４５０℃又は　６０
０℃ろう付け時に、同時にろう付け炉中で加熱し、それ
らフィン材についてろう付け加熱後の比抵抗値と引張強
さを測定してその結果を表４に併記した。

【００３３】（ａ）　表２及び表３に示す本発明フィン
材Ｎｏ．１，２，４，５，７，８及び比較フィン材Ｎｏ
．３，６，９，１１に対しては、次のような低温ろう付
け用チューブ材等Ａを作製した。即ちＪＩＳ　Ａ　３０
０３（Ａｌ−０．１５％Ｃｕ−１．１　％Ｍｎ）合金を
芯材とし、片面に犠牲材としてＪＩＳ　Ａ　７０７２（
Ａｌ−１％Ｚｎ）合金を板厚の１０％の割合でクラッド
した板厚　０．４ｍｍおよび　１．２ｍｍのコイル状板
材を通常の熱間圧着法により製造した。次に溶融めっき
によりＺｎ−１１％Ａｌ（融点　４２５℃）ろう材を、
上記コイル状板材のＪＩＳ　Ａ　７０７２クラッド層と
反対面に、板厚　０．４ｍｍのコイル状板材には２０μ
ｍの厚さでめっきし、　１．２ｍｍのコイル状板材には
８０μｍの厚さにめっきした。そして板厚　０．４ｍｍ
のコイル状板材では、図１の偏平チューブ（１）　のサ
イズに合わせスリッターして幅３５．０ｍｍの条材にし
た。この条材を電縫管製造装置を用い、外面をめっき層
として幅１６．０、厚さ　２．２ｍｍの通液管用の上記
偏平チューブ（１）　に加工した。また板厚　１．２ｍ
ｍのコイル状板材では、幅６０ｍｍにスリッターして図
１のヘッダープレート（３）　用の条材とした。

【００３４】（ｂ）　表２及び表３に示す比較フィン材
Ｎｏ．１０及びＮｏ．１２に対しては、次のような約　
６００℃ろう付け用チューブ材Ｂ等を作製した。即ちＪ
ＩＳ　Ａ　３００３合金を芯材とし、その片面に犠牲材
としてＪＩＳ　Ａ　７０７２合金を、反対面にろう材と
して従来のＪＩＳ　Ａ　４３４３（Ａｌ−７．５　％Ｓ
ｉ）合金を熱間圧着した（ａ）　と同一構成の板厚　０
．４ｍｍと　１．２ｍｍのコイル状板材を製造し、　０
．４ｍｍ板厚の板材は偏平チューブに、かつ　１．２ｍ
ｍ板厚の板材はヘッダープレートに加工した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】表４より、本発明に係る組成を有するＡｌ
合金を本発明製造法で製作した本発明フィン材Ｎｏ．１
，２，４，５，７，８はいずれもろう付け加熱前後にお
ける比抵抗値は　４２ｎΩｍ　以下であって熱交換器用
フィンとして満足すべき熱伝導性を有していることが判
る。また引張強さも大きい。

【００４０】これに対して本発明に係る組成を有するＡ
ｌ合金でありながら、本発明製造法以外の製造法で製作
した比較フィン材Ｎｏ．３，６，９，１０は、いずれも
引張強さは本発明フィン材と同等であるが、ろう付け加
熱前後における比抵抗値が　４５ｎΩｍ　以上であって
熱伝導性は劣る。また本発明に係る組成から外れるＡｌ
合金を用いて本発明製造法により製作した比較フィン材
Ｎｏ．１１，１２は、いずれもろう付け加熱前後の比抵
抗値は小さくて熱伝導性は良好であるが、引張強さが劣
っている。

【００４１】

【表５】

【００４２】表５から明らかなように本発明フィン材を
用いたものは、ろう付け加熱温度が低いにもかかわらず
良好な接合状況を得られることが判る。

【００４３】

【発明の効果】このように本発明によれば、　５００℃
以下の低温でろう付けを行なった場合でも、ろう付け性
を損なうことなく、高強度で熱伝導性の良好なフィン材
が得られる等工業上顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジエーターを示す一部断面斜視図である。

【符号の説明】

１　　偏平チューブ ２　　フィン ３　　ヘッダープレート ４　　タンク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｓｉ　０．０５　〜０．８　ｗｔ％，
   Ｆｅ　０．０５〜０．６　ｗｔ％，Ｍｎ　０．６〜１．
   ６　ｗｔ％を含有し、またはこれにさらに　０．３ｗｔ
   ％以下のＣｕ、　０．３ｗｔ％以下のＭｇ、　０．３ｗ
   ｔ％以下のＣｒ、　０．３ｗｔ％以下のＺｒ、　０．３
   ｗｔ％以下のＴｉを１種または２種以上含有し、残部ア
   ルミニウムよりなり、ろう付け加熱前の比抵抗値が　４
   ３ｎΩｍ　以下であり、ろう付け加熱後の比抵抗値が　
   ４３ｎΩｍ　以下であることを特徴とする　５００℃以
   下の温度でのろう付けに用いられるアルミニウム合金フ
   ィン材。
2. 【請求項２】　　Ｓｉ　０．０５　〜０．８　ｗｔ％，
   Ｆｅ　０．０５〜０．６　ｗｔ％，Ｍｎ　０．６〜１．
   ６　ｗｔ％を含有し、またはこれにさらに　０．３ｗｔ
   ％以下のＣｕ、　０．３ｗｔ％以下のＭｇ、　０．３ｗ
   ｔ％以下のＣｒ、　０．３ｗｔ％以下のＺｒ、　０．３
   ｗｔ％以下のＴｉを１種または２種以上含有し、残部ア
   ルミニウムよりなるアルミニウム合金鋳塊を均質化処理
   、熱間圧延、冷間圧延・焼鈍の工程にて製造するにあた
   り、次の■もしくは■のいずれかの加熱処理を行なうこ
   と、を特徴とする低温ろう付け用アルミニウム合金フィ
   ン材の製造方法。 ■　５００℃を越える温度に加熱する工程を有する場合
   は　５００℃を越える最後の工程の　５００℃以下に達
   したとき以降および、それ以降の工程において、　３８
   ０℃〜５００　℃の温度範囲にて通算４時間以上の加熱
   処理。 ■　５００℃を越える温度に加熱する工程を有さない場
   合は、均質化処理以降の工程において、　３８０℃〜５
   ００　℃の温度範囲にて通算４時間以上の加熱処理。