JPH0790444A - 熱交換器用アルミニウム合金フィン材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強度とろう付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】 Ｓｉ０．６〜１．０wt％、Ｃｕ０．１〜０．
４wt％、Ｍｎ０．９〜１．５wt％、Ｚｎ０．８〜２．５
wt％、Ｎｉ０．３〜０．６を含有し、必要に応じてさら
にＭｇ０．００８wt％以下、Ｃｒ０．０３〜０．３wt
％、Ｚｒ０．０３〜０．３wt％、Ｉｎ０．００５〜０．
１wt％、Ｓｎ０．００５〜０．１wt％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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度を有する熱交換
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、熱交換器用の材料の薄肉化が望まれてい
る。そのためには材料強度の向上と熱交換器の熱効率の
向上が必要である。フィン材を薄肉化した場合、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。フィン材の強度向上には、Ｍｇの添加が効
果的であるが、ノコロックろう付工法の場合、Ｍｇとノ
コロックろう付用のフラックスとが反応し、そのためろ
う付性が低下し、フィンの接合が出来にくくなる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこれに鑑
み、ろう付後の強度が高く、ろう付性も良好なフィン材
を開発するには、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＺｎおよびＮｉの
添加量を適正化して強度を向上させ、さらにＭｇの添加
量を減らすか、もしくはＭｇを添加しないことにより、
ろう付性を向上させれば、高強度と良好なろう付性を兼
ね備えたフィン材を開発することができると考え、本発
明に到った。即ち、本発明は、ろう付後の強度とろう付
性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、Ｓｉ０．６〜
１．０wt％、Ｃｕ０．１〜０．４wt％、Ｍｎ０．９〜
１．５wt％、Ｚｎ０．８〜２．５wt％、Ｎｉ０．３〜
０．６wt％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、Ｓｉ０．６〜１．
０wt％、Ｃｕ０．１〜０．４wt％、Ｍｎ０．９〜１．５
wt％、Ｚｎ０．８〜２．５wt％、Ｎｉ０．３〜０．６wt
％を含有し、さらにＭｇ０．００８wt％以下、Ｃｒ０．
０３〜０．３wt％、Ｚｒ０．０３〜０．３wt％、Ｉｎ
０．００５〜０．１wt％、Ｓｎ０．００５〜０．１wt％
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。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。さらに、ＦｅおよびＮｉの析出を促進することで
フィン材中に固溶しているＦｅおよびＮｉの固溶量を減
らすので、熱伝導性を向上させる。Ｓｉが０．６wt％未
満の場合上記強度向上の効果が十分でなく、１．０wt％
を超えても、ＦｅおよびＮｉの析出を促進する作用は変
わらないが、材料の融点が下がり、ろう付加熱中にフィ
ンの溶融が生じる。従って、Ｓｉは０．６〜１．０wt％
とする。

【０００６】Ｃｕは、その添加により強度を向上させ
る。Ｃｕが０．１wt％未満ではその効果が十分ではな
く、０．４wt％を超えると合金の融点が下がり、ろう付
加熱中にフィンの溶融が生じる。従って、Ｃｕは０．１
〜０．４wt％とする。

【０００７】Ｍｎは、その添加により強度を向上させ
る。Ｍｎが０．９wt％未満ではその効果が十分ではな
く、１．５wt％を超えると材料の成形性が低下し、フィ
ンのコルゲート成形ができにくくなる。従って、Ｍｎは
０．９〜１．５wt％とする。

【０００８】Ｚｎは、その添加によりフィン材の電位を
下げ、ろう付された相手部材に対して犠牲陽極効果を持
たせることができる。Ｚｎが０．８wt％未満ではその効
果が十分ではなく、２．５wt％を超えると材料の成形性
が低下し、フィンのコルゲート成形ができにくくなる。
従って、Ｚｎは０．８〜２．５wt％とする。

【０００９】Ｎｉは、微細な金属間化合物を合金中に分
散させ、強度を向上させる。Ｓｉとともに添加すること
で、非常に析出しやすくなるため、熱伝導性を低下させ
ることなく強度を向上させることができる元素である。
その量が０．３wt％未満ではその効果が十分ではなく、
０．６wt％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。

【００１０】本発明アルミニウム合金フィン材ではさら
にＭｇ０．００８wt％以下、Ｃｒ０．０３〜０．３wt
％、Ｚｒ０．０３〜０．３wt％、Ｉｎ０．００５〜０．
１wt％、Ｓｎ０．００５〜０．１wt％のうちの１種また
は２種以上を添加することがある。これらの元素の添加
理由と添加量の限定理由について説明する。

【００１１】Ｍｇは、その添加によりＦｅやＮｉの析出
を促進する作用があるため、少量でも分散強化に寄与す
る金属間化合物を増やし、強度を向上させる。さらに、
ＦｅやＮｉの析出を促進することでフィン材中に固溶し
ているＦｅおよびＮｉの固溶量を減らすので、熱伝導性
を向上させる。しかし、Ｍｇの添加量が０．００８wt％
を超えると、ノコロックろう付工法の場合、Ｍｇとノコ
ロックろう付用のフラックスとが反応し、ろう付性が劣
化して、フィンの接合が安定してできなくなる。従っ
て、Ｍｇは０．００８wt％以下とする。

【００１２】Ｃｒは、その添加により強度を向上させ
る。Ｃｒが０．０３wt％未満ではその効果が十分ではな
く、０．３wt％を超えると成形性が低下し、フィンのコ
ルゲート成形ができにくくなる。従って、Ｃｒは０．０
３〜０．３wt％とする。

【００１３】Ｚｒは、その添加により強度を向上させる
とともに、材料の再結晶粒度を大きくして、ろう付加熱
中の座屈強度を向上させる。Ｚｒが０．０３wt％未満で
はその効果が十分ではなく、０．３wt％を超えると成形
性が低下し、フィンのコルゲート成形ができにくくな
る。従って、Ｚｒは０．０３〜０．３wt％とする。

【００１４】Ｉｎ、Ｓｎはその添加によりフィン材の電
位を下げ、ろう付された相手部材に対して犠牲陽極効果
を持たせることができるもので、Ｚｎの添加だけでは犠
牲陽極効果が不十分な場合に添加される。それぞれ０．
００５wt％未満ではその効果が十分ではなく、０．１wt
％を超えると材料が割れやすくなり、フィンの製造が困
難となる。従って、Ｉｎ、Ｓｎは０．００５〜０．１wt
％とする。

【００１５】本発明アルミニウム合金フィン材中の不可
避不純物としての代表的な元素としてＦｅがある。Ｆｅ
は１．２wt％以下であれば、含有されていても構わな
い。また、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。

【００１６】以上が本発明アルミニウム合金フィン材の
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。

【００１７】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、エバポレータ
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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【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。 （実施例１）表１に示す合金組成のアルミニウム合金フ
ィン材（板厚９０μｍ、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と導電率
を測定した。ろう付加熱の条件はＮ₂ 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。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】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。

【００２４】（実施例２）実施例１で作製した表１に示
す合金組成のアルミニウム合金フィン材をコルゲート成
形し、その成形性を評価した。フィン材をコルゲート成
形する場合、フィンピッチが一定であることが必要であ
る。成形性の悪いフィン材をコルゲート成形すると、フ
ィンピッチを揃える役割をするウォームギアからフィン
山が外れて、フィンピッチが変わることがある。これを
ピッチ飛びと称する。コルゲート成形性はピッチ飛びの
有無で評価し、フィン山５０個に対してピッチ飛びの無
かったものを○、ピッチ飛びのあったものを×とした。
また、このようにしてコルゲート成形したフィンとＢＡ
Ｓ１１１Ｐブレージングシート（芯材３００３合金、ろ
う材４３４３合金、クラッド率１０％、板厚１ｍｍ、Ｏ
材調質）とを図２に示すろう付性評価試験片に組み立
て、この試験片にフッ化カリウム系フラックスの１０％
濃度液を塗布し、Ｎ₂ ガス中で６００℃×５分の加熱を
行い、ろう付した。ろう付性は図２に示すフィレット長
さｌにより評価した。フィレットの長さが大きい程ろう
付性は良好である。結果を表２に併記した。表２から明
らかなように、本発明フィン材は比較例と比較して良好
なコルゲート成形性とろう付性を兼ね備えている。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明熱交換器用アル
ミニウム合金フィン材は高強度で熱伝導性とろう付性に
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。

【図２】ろう付性評価試験片を示す斜視図。

【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 ５ ブレージングシート ６ コルゲートフィン ７ フィレット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 元由 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河アルミニウム工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ０．６〜１．０wt％、Ｃｕ０．１〜
   ０．４wt％、Ｍｎ０．９〜１．５wt％、Ｚｎ０．８〜
   ２．５wt％、Ｎｉ０．３〜０．６wt％を含有し、残部Ａ
   ｌ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. 【請求項２】 Ｓｉ０．６〜１．０wt％、Ｃｕ０．１〜
   ０．４wt％、Ｍｎ０．９〜１．５wt％、Ｚｎ０．８〜
   ２．５wt％、Ｎｉ０．３〜０．６wt％を含有し、さらに
   Ｍｇ０．００８wt％以下、Ｃｒ０．０３〜０．３wt％、
   Ｚｒ０．０３〜０．３wt％、Ｉｎ０．００５〜０．１wt
   ％、Ｓｎ０．００５〜０．１wt％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。