JPH05239578A - ろう付け後の強度及び犠牲陽極効果に優れた熱交換器フィン材用アルミニウム合金 - Google Patents

ろう付け後の強度及び犠牲陽極効果に優れた熱交換器フィン材用アルミニウム合金

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JPH05239578A
JPH05239578A JP4127792A JP4127792A JPH05239578A JP H05239578 A JPH05239578 A JP H05239578A JP 4127792 A JP4127792 A JP 4127792A JP 4127792 A JP4127792 A JP 4127792A JP H05239578 A JPH05239578 A JP H05239578A
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JP
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brazing
fin material
strength
sacrificial anode
heat exchanger
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Application number
JP4127792A
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English (en)
Inventor
Shigenori Yamauchi
重徳 山内
Yoshifusa Shiyouji
美房 正路
Yuji Suzuki
祐治 鈴木
Kenji Kato
健志 加藤
Kendou So
建堂 蘇
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ろう付け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を提供
すること。 【構成】 Mn:1.5%を超え、2.2%以下、S
i:0.5〜1.2%、Fe:0.1〜0.6%、M
g:0.05〜1.0%を含み、さらに、In:0.0
05〜0.1%、Sn:0.01〜0.1%、Ga:
0.01〜0.2%のうち一種以上を含み、残部がAl
および不可避不純物である熱交換器フィン材用アルミニ
ウム合金。この合金はさらに、Zn:2.0%以下、Z
r:0.25%以下、Cr:0.25%以下を適宜含有
していてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ラジエータやカーエア
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、ろう付け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。
【0002】
【従来の技術】自動車などのラジエータ、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
け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
け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
62−120455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、C
r、Ti、Zr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。
【0003】
【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し、また製品と
しての熱交換器の強度、耐久性が低下するという問題が
生じている。
【0004】この問題を解消するためには、ろう付け後
のフィン材の熱伝導度と強度を高めることが有効であ
る。
【0005】Al−Mn系合金の場合、ろう付け時に高
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%、Zr:0.02〜0.2%および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63−23260号公報参照)、この場合、M
nが少ないためにろう付け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Si:0.0
3〜0.3%、Fe:0.05〜0.6%を含み、Z
r:0.01〜0.4%、Mn: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Zn、Sn、InあるいはCr、
Ti、Zr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
け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。
【0006】そこで本発明者らはろう付後強度の高いフ
ィン材としてAl−Fe−Si−Mn−Mg系合金にI
n、Sn、Gaなどを添加した合金を提案している(特
願平2−248704)。他にも同様な提案がある(特
開平3−20436)。これらによってある程度の薄肉
化は可能となったが、更に薄肉化を計るにはろう付後強
度を更に高めることが必要である。
【0007】他の問題としてはIn、Sn、あるいはG
a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
件下で生じやすいものである。
【0008】本発明の目的は以上に示した問題点を解決
せんとするものであり、Mn、Siなどの成分を調整す
ることにより、ろう付け後の熱伝導度および強度が高
く、犠牲陽極効果に優れたアルミニウム合金フィン材を
提供することにある。
【0009】
【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とを共
存させてAl−Mn−Si系の化合物を生成させ、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
ず、優れた犠牲陽極効果が長期間持続することを見出
し、本発明を完成した。
【0010】すなわち、本発明の構成は、(1)Mnは
1.5%を超え、2.2%以下、Siは0.5〜1.2
%、Feは0.1〜0.6%、Mgは0.05〜1.0
%を含み、さらにInは0.005〜0.1%、Snは
0.01〜0.1%、Gaは0.01〜0.2%のうち
一種または二種以上を含み、残部がAlおよび不可避不
純物である熱交換器フィン材用アルミニウム合金、
(2)合金の成分として、さらにZnを2.0%以下含
有する上記(1)記載の熱交換器フィン材用アルミニウ
ム合金、(3)合金の成分として、さらに、Zrは0.
25%以下、Crは0.25%以下のうち一種または二
種を含有する上記(1)または(2)記載の熱交換器フ
ィン材用アルミニウム合金である。
【0011】本発明における各成分の限定理由は次のと
おりである。
【0012】Mn:MnはSiと共存させることにより
Al−Mn−Si系の化合物を生成してろう付け前およ
びろう付け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。1.5%以下では効果が
十分でなく、2.2%を越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り、またMnの固溶量
を増加させて熱伝導度が低下する。
【0013】Si:SiはAl−Mn−Si系の化合物
を生成して強度を向上させ、また、Mnの固溶量を減少
させて熱伝導度を向上させる。その含有量が0.5%未
満では効果が十分でなく、1.2%を越えるとろう付時
にフィン材の溶融が生じる。Fe:Feは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く、0.6%を超えると鋳造時に
Al−Mn−Fe系の粗大な晶出物が生成し、板材の製
造が困難になる。
【0014】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。1.0%を越えると
エロージョンの発生等によりろう付性を害する。また、
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M
gの蒸発量が多くなってろう付炉の清掃回数が多くな
る。
【0015】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。
【0016】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け中にZnが蒸発し、残留Zn量
が少なくなるので、In、Sn、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、真空ろう付け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。
【0017】Zr、Cr: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。
【0018】
【実施例】表1に示す合金No.1〜31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。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】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5×10-5Torr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%NaC
l水溶液中に8時間浸漬後、自然電極電位を測定した。
【0022】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0.6mm)の上に乗せて、真
空ろう付けを行い、ろう付け性を調べた。また、フィン
とプレートの接合部についてCASS試験をJIS D
0201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。
【0023】結果を表2に示す。
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】本発明合金No.1〜15は、引張強さが1
4kgf/mm2以上と高く、電気伝導度も43%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、ろう付け性も良好であり、自然
電極電位も−730から−780mVvsSCE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、0.05〜0.09mm
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。また、板材の製造性も問題なく良
好である。
【0027】一方、比較合金のNo.16、18、20は
In、SnまたはGa量が少ないために自然電極電位が
3003合金と同程度まで貴になり、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CASS試験後にフィンの局部的消耗が顕
著である。すなわち、フィンの耐久性、犠牲陽極効果の
長期持続性に劣る。
【0028】No.22はMn量が少ないために引張強さ
が低い。
【0029】No.23はMn量が多いために板材の製造
性が悪く、健全なフィン材が得られなかった。
【0030】No.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も低い。No.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。
【0031】No.26はFe量が少ないために電気伝導
度が低い。
【0032】No.27はFe量が多いために板材の製造
性が悪く、健全なフィン材が得られなかった。
【0033】No.28はMg量が少ないために引張強さ
が低い。
【0034】No.29はMg量が多いためにろう付時に
溶融ろうによるエロージョン(侵食)が生じている。
【0035】No.30はZn量が多いためにフィンの腐
食消耗が顕著である。
【0036】No.31はZr量、Cr量が多いために電
気伝導度が小さい。
【0037】
【発明の効果】本発明によると、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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 健志 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友軽金 属工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 蘇 建堂 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友軽金 属工業株式会社技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mn:1.5%を超え、2.2%以下 Si:0.5〜1.2% Fe:0.1〜0.6% Mg:0.05〜1.0% を含み、さらに In:0.005〜0.1% Sn:0.01〜0.1% Ga:0.01〜0.2% のうち一種または二種以上を含み、残部がAlおよび不
    可避不純物であることを特徴とする熱交換器フィン材用
    アルミニウム合金。
  2. 【請求項2】 合金の成分として、さらにZnを2.0
    %以下含有することを特徴とする請求項1記載の熱交換
    器フィン材用アルミニウム合金。
  3. 【請求項3】 合金の成分として、さらに、 Zr:0.25%以下、 Cr:0.25%以下 のうち一種または二種を含有することを特徴とする請求
    項1または請求項2に記載の熱交換器フィン材用アルミ
    ニウム合金。
JP4127792A 1992-02-27 1992-02-27 ろう付け後の強度及び犠牲陽極効果に優れた熱交換器フィン材用アルミニウム合金 Pending JPH05239578A (ja)

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