JPH06248381A

JPH06248381A - 熱交換器用アルミニウム合金フィン材

Info

Publication number: JPH06248381A
Application number: JP5656593A
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: 1993-02-22
Filing date: 1993-02-22
Publication date: 1994-09-06

Abstract

(57)【要約】【目的】強度と熱伝導性に優れた熱交換器用アルミニ
ウム合金フィン材を提供する。【構成】 (1) ０．２wt％を超え０．８wt％以下のＳ
ｉ、０．０３wt％を超え０．５wt％以下のＦｅ、０．１
wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．０１wt％を超え
２．０wt％以下のＣｏを含有し、残部Ａｌと不可避的不
純物とからな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) ０．２wt％を超え０．８wt％以下のＳｉ、０．０３
wt％を超え０．５wt％以下のＦｅ、０．１wt％を超え
２．０wt％以下のＮｉ、０．０１wt％を超え２．０wt％
以下のＣｏ、０．０１wt％を超え０．２wt％以下のＺｒ
を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなることを
特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高熱伝導性を有する熱
交換器用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
自動車用熱交換器であるラジエーター、ヒーター、コン
デンサー等のフィンとして使用されるアルミニウム合金
フィン材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】自動車用熱交換器の多く
はＡｌおよび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−Ｓｉ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。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、偏平チューブ(1) および薄肉フィ
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】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が検討されており、合金
組成を純アルミニウムに近づけた合金のフィン材が高熱
伝導性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。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこれに鑑
み、ろう付後の強度と熱伝導性が高いフィン材を開発す
るには、Ｓｉおよび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させ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。すなわち、本発明は、ろう付後の
熱伝導性と強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フ
ィン材を開発したものであり、請求項１記載の発明は、
０．２wt％を超え０．８wt％以下のＳｉ、０．０３wt％
を超え０．５wt％以下のＦｅ、０．１wt％を超え２．０
wt％以下のＮｉ、０．０１wt％を超え２．０wt％以下の
Ｃｏを含有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなるこ
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、請求項２記載の発明は、０．２wt％を超え０．８
wt％以下のＳｉ、０．０３wt％を超え０．５wt％以下の
Ｆｅ、０．１wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．０
１wt％を超え２．０wt％以下のＣｏ、０．０１wt％を超
え０．２wt％以下のＺｒを含有し、残部Ａｌと不可避的
不純物とからな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、請求項３記載の発明は、０．
２wt％を超え０．８wt％以下のＳｉ、０．０３wt％を超
え０．５wt％以下のＦｅ、０．１wt％を超え２．０wt％
以下のＮｉ、０．０１wt％を超え２．０wt％以下のＣｏ
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のうちの１種または２
種以上を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなる
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、請求項４記載の発明は、０．２wt％を超え０．
８wt％以下のＳｉ、０．０３wt％を超え２．０wt％以下
のＦｅ、０．１wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．
０１wt％を超え２．０wt％以下のＣｏ、０．０１wt％を
超え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のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａｌと
不可避的不純物とからな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る。

【０００５】

【作用】本発明フィン材の添加元素の役割および合金組
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
を向上させるに加え、特にＦｅやＮｉおよびＣｏと共存
する場合、ＦｅやＮｉおよびＣｏ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０．２wt％以下の場合上
記効果が十分でなく、０．８wt％を超えるとブレージン
グ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。したがって、Ｓｉは０．２wt％を超え０．８wt％
以下とするが、特に０．３〜０．６wt％で安定した特性
を示す。

【０００６】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、分散強化に
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．
０３wt％以下では強度向上効果がなく、０．５wt％を超
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。

【０００７】ＮｉおよびＣｏ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を知見した、本発明における重
要な添加元素である。すなわち、ＮｉおよびＣｏは固溶
硬化により強度を向上させるが、同時にＮｉおよびＣｏ
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およびＣｏ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およびＣｏ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および
Ｃｏ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。ここで、ＮｉとＣｏでは、上記効果
はＮｉの方が大であるが、ＣｏはＦｅ系の金属間化合物
発生の核となり、上記効果を促進する作用を有する。し
たがって、Ｎｉの添加量は０．１wt％以下では効果が十
分でないが、Ｃｏの添加量は０．０１wt％を超えれば効
果がある。また、両者とも、２．０wt％を超えて添加し
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。

【０００８】本発明合金では、さらに０．０１wt％を超
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
下性ならびにフィンへのろうの拡散を防止する働きを有
する。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。

【０００９】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
ちの１種または２種以上を添加することがある。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され
るものであり、それぞれ、上記量を超えて添加した場
合、熱伝導性が低下する。

【００１０】さて、本合金の不可避不純物および上記以
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、Ｐ
ｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｒ、Ｋ、Ｖ等の元素が強度向
上や鋳塊割れ防止や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、添加した場合熱伝導性を低下さ
せるためである。

【００１１】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られ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も構わない。

【００１２】本発明のフィン材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、エパポレータ
ー、オイルクーラー等を挙げることが出来るが、これら
に限定するものではない。

【００１３】また、本発明のフィン材をろう付する方法
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。

【００１４】本発明のフィン材の製造は、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。

【００１５】

【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に示す合金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。
これらのフィン材のろう付加熱後の強度、導電率および
垂下量（突出長さ５０ｍｍ）を測定した。ろう付加熱の
条件は窒素ガス中で６００℃×５分で行った。結果を表
２に示す。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。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】表２から明らかなように従来例および比較
例のフィン材は引張強さと導電率の両者に優れているも
のがないのに対して、本発明例フィン材は引張強さと導
電率に優れた値を示している。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように本発明のフィン材は高
強度で熱伝導性に優れ、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の斜視図。

【符号の説明】

１偏平チューブ２薄肉フィン３ヘッダー４タンク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．２wt％を超え０．８wt％以下のＳ
ｉ、０．０３wt％を超え０．５wt％以下のＦｅ、０．１
wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．０１wt％を超え
２．０wt％以下のＣｏを含有し、残部Ａｌと不可避的不
純物とからな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。
【請求項２】０．２wt％を超え０．８wt％以下のＳ
ｉ、０．０３wt％を超え０．５wt％以下のＦｅ、０．１
wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．０１wt％を超え
２．０wt％以下のＣｏ、０．０１wt％を超え０．２wt％
以下のＺｒを含有し、残部Ａｌと不可避的不純物とから
な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。
【請求項３】０．２wt％を超え０．８wt％以下のＳ
ｉ、０．０３wt％を超え０．５wt％以下のＦｅ、０．１
wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．０１wt％を超え
２．０wt％以下のＣｏ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
のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａｌと不可
避的不純物とからな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。
【請求項４】０．２wt％を超え０．８wt％以下のＳ
ｉ、０．０３wt％を超え０．５wt％以下のＦｅ、０．１
wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．０１wt％を超え
２．０wt％以下のＣｏ、０．０１wt％を超え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のうちの
１種または２種以上を含有し、残部Ａｌと不可避的不純
物とからな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。