JPH06240396A

JPH06240396A - アルミニウム合金フィン材

Info

Publication number: JPH06240396A
Application number: JP5007293A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Dokou; 武宜土公; Fujio Himuro; 富士雄檜室
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1994-08-30

Abstract

(57)【要約】【構成】 0.005wt％を越え 0.2wt％以下のＳｉ、0.03
wt％を越え 0.5wt％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え 2.0wt
％以下のＮｉを含有し、さらに 2.0wt％以下のＺｎ、
0.3wt％以下のＩｎ、 0.3wt％以下のＳｎのうち１種又
は２種以上を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物から
なるＡｌ合金フィン材。【効果】高強度で高熱伝導性のフィン材が得られ、自
動車の熱交換器用として好適に利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高熱伝導性のアルミニ
ウム合金フィン材に関するものであり、さらに詳しく
は、特にろう付法によって製造される熱交換器のラジエ
ーター、ヒーター、コンデンサー等のフィン材として好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】自動車
用熱交換器の多くはＡｌ及びＡｌ合金が使用されており
ろう付法により製造されている。通常ろう付はＡｌ−Ｓ
ｉ系のろう材が用いられ、そのためろう付は 600℃程度
の高温で行われる。

【０００３】ラジエーター等の熱交換器は例えば図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（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）及びフィン（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。

【０００４】とろこで、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が検討されており、合金
成分を純アルミニウムに近づけた合金のフィン材が熱伝
導フィンとして提案されている。しかしながら、フィン
を薄肉化した場合、フィンの強度が十分でないと熱交換
器の組付け時にフィンが潰れたり、熱交換器として使用
時に破壊してしまうという問題がある。純アルミニウム
系合金フィンの場合、強度が不足してしまう欠点を有し
ており、高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、高強度化にはＭｎ等の合
金元素の添加が有効であるが、熱交換器を製造する工程
に 600℃付近まで加熱されるブレージングがあるため、
ブレージング加熱中に、合金に添加した元素が再固溶し
熱伝導性の向上を阻害するためである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこれに鑑
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、Ｓｉ及びＦｅ量を適正化し熱伝導性を向上さ
せ、さらに熱伝導性を低下することなく強度の向上効果
が大きい合金元素を見出せれば問題が解決できると考
え、本発明に到った。

【０００６】即ち、本発明は、ろう付け後の熱伝導性と
強度に優れたフィン材についてなされたものであり、そ
の一つは 0.005wt％を越え 0.2wt％以下のＳｉ、0.03wt
％を越え 0.5wt％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え 2.0wt％
以下のＮｉを含有し、さらに2.0 wt％以下のＺｎ、 0.3
wt％以下のＩｎ、 0.3wt％以下のＳｎのうち１種又は２
種以上を含有し、残残部アルミニウム及び不可避的不純
物からなることを特徴とするものである。

【０００７】また本発明の他のフィン材は、 0.005wt％
を越え 0.2wt％以下のＳｉ、0.03wt％を越え 0.5wt％以
下のＦｅ、 0.1wt％を越え 2.0wt％以下のＮｉ、0.01wt
％を越え 0.2wt％以下のＺｒを含有し、さらに 2.0wt％
以下のＺｎ、 0.3wt％以下のＩｎ、 0.3wt％以下のＳｎ
のうち１種又は２種以上を含有し、残部アルミニウム及
び不可避的不純物からなることを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【作用】本発明フィン材の添加元素の役割及び合金組成
の限定理由について説明する。Ｓｉは、その添加により
強度を向上させる。Ｓｉそのものが固溶硬化して強度を
向上させるのに加え、特に、ＦｅやＮｉと共存する場
合、ＦｅやＮｉ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。Ｓｉが 0.005wt％以下の場合上記効果が十分でな
く、 0.2wt％を越えるとＳｉの固溶量が多くなり熱伝導
性が低下する。従って、Ｓｉは 0.005wt％を越え 0.2wt
％以下とするが、特に0.05〜0.2 wt％で安定した特性を
示す。

【０００９】Ｆｅは合金中に一定量固溶硬化し、残りは
金属間化合物として存在する。前者は強度を向上させる
が、熱伝導性を大きく低下させる。後者は、分散硬化に
よりわずかに強度を向上させるが、Ｓｉと金属間化合物
を形成してＳｉ添加による強度向上効果を逆に減じる作
用がある。また、後者の金属間化合物が多くなりすぎる
と、ろう付加熱時に生じる再結晶粒が微細化し、フィン
へのろう拡散が大きくなる、ここで、Ｆｅ添加量が0.03
wt％以下では強度向上効果がなく、 0.5wt％を越えると
上記金属間化合物が増えるためろう拡散の問題が生じや
すくなる。

【００１０】Ｎｉは、本発明者らが鋭意検討を行った結
果、熱伝導性を低下することなく強度を向上させる効果
を有することが判明した、本発明における重要な添加元
素である。即ち、Ｎｉは固溶硬化により強度を向上させ
るが、同時にＮｉの固溶量に相当するＦｅの固溶量を減
じさせる作用を有するのである。ＦｅとＮｉでは固溶し
た際に、強度の向上に対する効果はほぼ同じであるが、
熱伝導性の低下はＮｉの方が格段に少ないのである。そ
のため、上記Ｆｅ量を含有した合金にＮｉを添加する
と、熱伝導性が低下することなく強度が向上するのであ
る。Ｎｉの添加量は 0.1wt％以下では効果が十分でな
く、 2.0wt％を越えて添加した場合、成形性が低下し、
フィンのコルゲート成形ができにくくなる。

【００１１】本発明合金ではさらに 2.0wt％以下のＺ
ｎ、 0.3wt％以下のＩｎ、 0.3wt％以下のＳｎのうち１
種又は２種以上を添加する。これらは、フィン材に犠牲
陽極効果を付与するために添加するものであり、それぞ
れ、上記量を越えて添加した場合、熱伝導性が低下す
る。

【００１２】ここで、純アルミニウムにＮｉを添加した
熱交換器用合金として、特開昭57-60046 号公報に示さ
れたものがある。しかし、特開昭57-60046号公報の発明
は熱交換器用合金とはいえ、冷媒通路構成部材をその用
途として考えフィンを意図していないのは、この発明が
耐食性と垂下性を向上させたものであり、フィン材に必
要な犠牲陽極効果（耐食性を悪くする）や熱伝導性に関
する記載がない点及び実施例に示されている板厚がフィ
ン材と比較して非常に大きいことから明らかである。さ
らに、特開昭57-60046号公報の発明には熱伝導性に優れ
たフィン材用の合金としての考え方は一切記載されてお
らず、本発明の根幹となるＦｅ量とＮｉ量との関係を捉
えた記載は一切なされていない。即ち、特開昭57-60046
号公報の発明と本発明とは用途及び考え方において全く
異なるものである。

【００１３】さらに、合金組成について、特開昭57-600
46号公報の発明では合金に犠牲効果を付与するために、
Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎの添加を行っておらず、これらを添加
している本発明とは全く異なるものである。

【００１４】本発明合金では、さらに0.01wt％を越え
0.2wt％以下のＺｒを添加する場合がある。Ｚｒはろう
付時に生じる再結晶粒を粗大化し、フィンの垂下性並び
にフィンへのろうの拡散を防止する働きを有する。しか
してＺｒは0.01wt％以下の添加ではその働きが十分でな
い。しかし、発明者らが調べたところ、Ｚｒは強度を向
上させる働きをほとんど有さず、熱伝導性を低下させる
元素であるのでその添加の上限を 0.2wt％と定めた。

【００１５】さて、本合金の不可避的不純物及び上記以
外の理由で添加される元素であるが、鋳塊組織の微細化
のために添加されるＴｉやＢ等があり、これらの元素は
それぞれ0.03wt％以下であれば添加されていても差し支
えない。また、Ｃｕ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｃｄ，Ｐｂ，
Ｂｉ，Ｃａ，Ｌｉ，Ｃｒ，Ｋ，Ｖ等の元素が強度向上や
鋳塊割れ防止及び成形性向上等の理由で添加される場
合、それぞれ0.03wt％以下を必須条件とする。これらの
元素は、いずれも、0.03wt％を越えて添加した場合熱伝
導性を低下させるためである。

【００１６】以上が本発明の合金組成であるが、本発明
フィン材はベア材として用いることが可能であり、ま
た、ブレージングシートフィンの芯材として用いること
も可能である。後者の場合のろう材は従来より使用され
ているろう合金をそのまま使用して構わない。

【００１７】本発明のフィンを用いる熱交換器は、自動
車用のラジエーター、コンデンサー、エバポレーター、
オイルクーラー等を挙げることができるが、これらに限
定するものではない。

【００１８】また、本発明のフィンをろう付する方法は
従来より行われている非腐食性フラックスろう付、フラ
ックスろう付、真空ろう付等、いずれでも可能である。

【００１９】本発明のフィンの製造は、半連続鋳造によ
り鋳塊を製造し、熱間圧延、冷間圧延・焼鈍の工程で製
造可能であり、また、連続鋳造圧延、冷間圧延・焼鈍の
工程でも製造可能である。

【００２０】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。表１に示す組成のアルミニウム合金フィン材（板厚
60μｍ、Ｈ１４調質）を常法により作製した。そしてこ
れらフィン材のろう付加熱後の強度と導電率と垂下性
（突出長さ50mm）を測定し、その結果を表２に示す。な
おろう付加熱の条件は窒素ガス中で 600℃×５分で行っ
た。ここで、導電率は熱伝導性の指標であり、フィンの
導電率が５％ＩＡＣＳ向上すると熱交換器の熱効率は１
％程度向上する。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】表２から従来及び比較例のフィン材と比較
すると、本発明フィン材は引張強さ、導電率、及び垂下
量のいずれにも優れた値を示していることが明かであ
る。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明のフィン材は高強度
で熱伝導性に優れるので、自動車用熱交換器として好適
に利用できる等工業上で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の斜視図である。

【符号の説明】１偏平チューブ２フィン３ヘッダー４タンク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 0.005wt％を越え 0.2wt％以下のＳｉ、
0.03wt％を越え 0.5wt％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え
2.0wt％以下のＮｉを含有し、さらに 2.0wt％以下のＺ
ｎ、 0.3wt％以下のＩｎ、 0.3wt％以下のＳｎのうち１
種又は２種以上を含有し、残部アルミニウム及び不可避
的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金フ
ィン材。
【請求項２】 0.005wt％を越え 0.2wt％以下のＳｉ、
0.03wt％を越え 0.5wt％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え
2.0wt％以下のＮｉ、0.01wt％を越え 0.2wt％以下のＺ
ｒを含有し、さらに 2.0wt％以下のＺｎ、 0.3wt％以下
のＩｎ、 0.3wt％以下のＳｎのうち１種又は２種以上を
含有し、残部アルミニウム及び不可避的不純物からなる
ことを特徴とするアルミニウム合金フィン材。