JPH1088267A

JPH1088267A - アルミニウム合金クラッドフィン材および該クラッドフィン材を使用したアルミニウム合金製熱交換器

Info

Publication number: JPH1088267A
Application number: JP26522596A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Toyama; 猛敏外山; Yoshihiro Kinoshita; 義浩木下; Michiyasu Yamamoto; 道泰山本; Yuji Hisatomi; 裕二久富; Yoshifusa Shiyouji; 美房正路; Hiroshi Ikeda; 洋池田
Original assignee: Denso Corp; Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Denso Corp; Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1998-04-07
Anticipated expiration: 2016-09-13
Also published as: JP3859781B2

Abstract

(57)【要約】【課題】クラッドフィン材を0.1mm 未満の厚さに薄肉
化した場合にも、ろうの流動不足、溶融ろうの侵食によ
るフィンの座屈が防止され、ろう付け後の強度、犠牲陽
極効果に優れ、とくに自動車用熱交換器のフィン材とし
て好適なアルミニウム合金クラッドフィン材および該ク
ラッドフィン材を使用する熱交換器を提供する。【解決手段】芯材の両面にろう材をクラッドしてなる
アルミニウム合金クラッドフィン材であって、ろう材が
Ｓｉ:5〜15％、残部Ａｌおよび不可避的不純物からな
り、芯材はＳｉ:0.01 〜1.6 ％、Ｍｎ:0.4〜1.5 ％、Ｆ
ｅ:0.06 〜0.8 ％、Ｚｎ:0.3〜5.0 ％を含有し、残部Ａ
ｌおよび不可避的不純物からなり、クラッドフィン材の
厚さt が0.04mm以上0.1mm 未満、クラッド材中の平均Ｓ
ｉ濃度T _Siと厚さt との関係が7.3 ×T _Si-0.7×t ^-1-
1.0＞0 を満たし、ろう材のクラッド率が片面で平均3
〜30％である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金クラ
ッドフィン材、詳しくは、ろう付けにより製造されるカ
ーエアコンのコンデンサ、エバポレータ、ラジエータ、
ヒーターコア、オイルクーラ、インタークーラなどの自
動車用アルミニウム合金製熱交換器のフィン材として好
適に使用されるアルミニウム合金クラッドフィン材、お
よび当該クラッドフィン材を使用したアルミニウム合金
製熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用アルミニウム製熱交換器は、Ａ
ｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ
系合金により構成される押出偏平多孔管などの作動流体
通路構成部材にアルミニウム合金のフィン材を組合わ
せ、塩化物系フラックスを使用するフラックスろう付
け、フッ化物系のフラックスを使用する不活性ガス雰囲
気ろう付け、あるいは真空ろう付けにより組立てられて
いる。

【０００３】この場合、ろう材を作動流体通路構成部材
に配置する場合もあるが、一般には、フィン材として、
アルミニウム合金の芯材の両面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を
クラッドしたクラッドフィン材が使用されている。アル
ミニウム合金製熱交換器用のフィン材には、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、
溶融ろうの侵食もなく、ろう付け加熱時に変形しない耐
高温座屈性（耐高温サグ性）も要求される。

【０００４】ろう付け時の変形や溶融ろうの侵食を防止
するためには、Ｍｎの添加が有効であることが知られて
おり、クラッドフィン材の芯材用アルミニウム合金とし
て、3003合金、3203合金などＡｌ−Ｍｎ系合金が用いら
れている。犠牲陽極効果を与えるには、Ａｌ−Ｍｎ系合
金にＺｎ、Ｓｎ、Ｉｎなどの元素を添加して電気化学的
に卑にする方法が提案され（特公昭56-12395号公報他)
、耐サグ性をさらに向上させるために、Ｃｒ、Ｔｉ、
Ｚｒなどを添加する方法が提案されている。（特公昭57
-13787号公報他)

【０００５】近年、自動車の軽量化の観点から、自動車
用熱交換器の軽量化が要求され、この要求に対応するた
めにフィン材、作動流体通路構成材料など、熱交換器構
成材料の薄肉化が要請されている。ろう材をクラッドし
てなるフィン材を薄肉化した場合、ろう付け接合部に流
動してくるろうが少なくなり、未接合部が生じ易い。未
接合部の形成を防止するために、フィン材のろう材クラ
ッド率を増加する方法、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材のＳｉ濃度
を高くしてろうの流動量を増加する方法があるが、これ
らの方法では、溶融ろうが多くなり過ぎて、芯材が溶融
ろうにより溶解、侵食され座屈が生じることが少なくな
い。また、ろう付けは、通常、約 600℃の高温で行われ
るため、フィンが変形し易く、ろう付け加熱後の強度が
低くなるため、フィン倒れが生じるという問題もある。

【０００６】発明者らは、上記の問題点を解決して、ア
ルミニウム合金クラッドフィン材の薄肉化を達成するた
めに、薄肉化されたアルミニウム合金クラッドフィン材
おいて、芯材およびろう材の成分組成の組合わせ、厚
さ、クラッド率などと、ろう付け中の溶融ろうの芯材へ
の侵食、フィン材の座屈、耐食性、加工性との関連につ
いて多角的な実験、検討を行った結果、特定組成の芯材
を組合わせ、厚さに応じて材料中の平均Ｓｉ濃度を適正
範囲にし、クラッド率を調整することによって、溶融ろ
うの侵食が防止されるとともに、高温座屈が防止でき、
加工性、耐食性が保持され、犠牲陽極効果が向上するこ
とを見出した。

【０００７】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
ものであり、その目的は、厚さ0.1mm 未満に薄肉化され
たフィン材において、ろうの流動不足および溶融ろうの
侵食による座屈が確実に防止でき、ろう付け加熱後の強
度および犠牲陽極効果に優れた熱交換器用アルミニウム
合金クラッドフィン材を提供することにある。また、当
該アルミニウム合金クラッドフィン材を使用したアルミ
ニウム合金製熱交換器を提供することを本発明の他の目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるアルミニウム合金クラッドフィン材
は、芯材の両面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラッド
してなるアルミニウム合金クラッドフィン材において、
ろう材が、Ｓｉ:5〜15％を含有し、残部Ａｌおよび不可
避的不純物からなるアルミニウム合金で構成され、芯材
が、Ｓｉ:0.01 〜1.6 ％、Ｍｎ:0.4〜1.5 ％、Ｆｅ:0.0
6 〜0.8 ％、Ｚｎ:0.3〜5.0 ％を含有し、残部Ａｌおよ
び不可避的不純物からなるアルミニウム合金で構成さ
れ、クラッドフィン材の厚さｔが0.04mm以上0.1mm 未
満、クラッドフィン材中の平均Ｓｉ濃度Ｔ_Si( ％）とｔ
(mm)との関係が、７．３×Ｔ_Si−０．７×ｔ^-1−１．０
＞０（但し、Ｔ_Si:1.1〜2.7)を満たし、ろう材のクラッ
ド率が片面で平均3 〜30％であることを構成上の特徴と
する。

【０００９】また、本発明によるアルミニウム合金製熱
交換器は、上記のアルミニウム合金クラッドフィン材
と、アルミニウム合金からなる押出偏平多孔管などの流
体通路構成部材を組合わせ、ろう付け一体としてなるこ
とを特徴とする。

【００１０】本発明における合金成分の意義およびその
限定理由について説明すると、ろう材中のＳｉは、ろう
材の融点を低下させ、溶融ろうの流動性を高める効果を
有する。好ましい含有量は5 〜15％の範囲であり、5 ％
未満ではその効果が小さく、15％を越えると融点が急激
に高くなり、製造時の加工性も低下する。Ｓｉのさらに
好ましい含有範囲は7.0 〜13％である。

【００１１】ろう材中には、0.3 ％以下のＣｕ、Ｃｒお
よびＭｎ、0.1 ％以下のＰｂ、ＬｉおよびＣａが含まれ
ていても、本発明の効果を損なうことはない。また、鋳
造組織の微細化のために0.3 ％以下のＴｉ、0.01％以下
のＢ、ろう材中のＳｉ粒子の微細化のために0.1 ％以下
のＳｒ、Ｎａ、電位を低くして犠牲陽極効果を与えるた
めに0.1 ％以下のＩｎ、ＳｎおよびＧａ、表面酸化皮膜
の成長を抑制するために0.1 ％以下のＢｅが添加されて
もよい。但し、Ｆｅは、多量に含まれると自己腐食性が
増加するため0.8 ％以下に制限することが好ましい。ま
た、Ｍｇについては、真空ろう付けの場合、0.3 〜2.0
％含有させてもよいが、フッ化物系のフラックスを使用
してろう付けを行う場合には、ろう付け性を阻害しない
よう0.5％以下に制限することが好ましい。

【００１２】厚さが0.1mm 未満の薄肉フィン材の場合、
ろう付け後の芯材のＳｉ濃度は、ろう付け加熱時にろう
材から芯材へＳｉが拡散するため、ろう付け前の芯材の
Ｓｉ濃度にかかわらず、ほぼ同程度の均一な濃度とな
る。芯材にＳｉを添加すると、ろう付け加熱時、ろう材
から芯材へのＳｉの拡散量が減少し、ろう付け加熱過程
におけるろう材中のＳｉ濃度の減少が少なくなって、ろ
うの流動性が向上する。芯材中のＳｉの好ましい含有量
は0.01〜1.6 ％の範囲であり、0.01％未満の場合には所
期の効果を得ることは可能であるが、高純度のアルミニ
ウム地金を使用しなければならないために製造コストが
増加する。1.6 ％を越えると芯材の結晶粒径が細かくな
って、ろうが芯材中に侵食し易くなり、耐高温座屈性が
低下し、自己腐食性も増加する。芯材中のＳｉのさらに
好ましい含有量は0.1 〜1.0 ％の範囲である。

【００１３】芯材中のＭｎは、芯材の強度を向上させ、
耐高温座屈性を改善するよう機能する。好ましい含有範
囲は0.4 〜1.5 ％であり、0.3 ％未満ではその効果が小
さく、1.5 ％を越えて含有すると、鋳造時に粗大な化合
物が生成し、圧延加工性が害される結果、健全な板材が
得難い。Ｍｎのさらに好ましい含有量は0.8 〜1.2 ％の
範囲である。

【００１４】Ｆｅは、Ｍｎと共存して芯材の強度をさら
に向上させる。Ｆｅの好ましい含有量は0.06〜0.8 ％の
範囲であり、0.06％未満ではその効果が小さく、0.8 ％
を越えると、結晶粒が細かくなって、溶融ろうが芯材中
に侵食し易くなり、耐高温座屈性が低下し、自己腐食性
も増加する。Ｆｅのさらに好ましい含有範囲は0.1 〜〜
0.6 ％である。

【００１５】Ｚｎは、芯材の自然電位を卑にして犠牲陽
極効果を高める効果を有する。好ましい含有量を0.3 〜
5.0 ％であり、0.3 ％以下ではその効果が十分でなく、
5.0％を越えると自己腐食性が増加する。Ｚｎのさらに
好ましい含有量は1.0 〜4.0％の範囲である。

【００１６】芯材中には、0.1 ％以下のＰｂ、Ｌｉ、Ｓ
ｒ、ＣａおよびＮａが含有されていても本発明の効果が
損なわれることはない。また強度を向上させるために0.
3 ％以下のＶ、Ｍｏ、Ｎｉ、鋳造組織の微細化のために
0.3 ％以下のＴｉ、0.01％以下のＢ、酸化防止のために
0.1 ％以下のＢｅを添加することもできる。

【００１７】本発明においては、ろう付け部において十
分なフィレットを形成するために、クラッドフィン材中
のろう材のＳｉ濃度と芯材のＳｉ濃度を混合した平均Ｓ
ｉ濃度Ｔ_Si（％）とクラッドフィン材の全体厚さｔ（m
m) との関係が、７．３×Ｔ_Si−０．７×ｔ^-1−１．０
＞０（但し、Ｔ_Si:1.1〜2.7 ％、ｔ：0.04mm以上0.1mm
未満) を満たしていなければならない。平均Ｓｉ濃度Ｔ
_Siが増加するとフィレットの面積が増加し、フィン材厚
さｔが減少するとフィレット面積は急激に減少する。上
記の関係式が満たされない場合には、厚さが0.10mm未満
のクラッドフィン材において、フィンとチューブ( 流体
通路構成部材) との接合部に十分なフィレットが形成さ
れず接合不良が生じる。

【００１８】Ｔ_Siは、芯材とろう材からなるフィン材中
の全Ｓｉ成分の平均濃度であり、Ｔ_Si＝｛Ｓｂ×２Ｃ＋
Ｓｃ×（１００−２Ｃ）｝／１００（但し、Ｓｂはろう
材のＳｉ濃度（重量％）で、Ｓｂ：5 〜15％、Ｓｃは芯
材のＳｉ濃度（重量％）で、Ｓｃ：0.01〜1.6 ％、Ｃは
片面クラッド率で、Ｃ：3 〜30％）の式により求められ
る。

【００１９】厚さが0.1mm 未満のフィン材において、平
均Ｓｉ濃度Ｔ_Siの好ましい値は1.1〜2.7 ％の範囲であ
り、1.1 ％未満では、溶融ろうが不足して上記の関係式
が満たされず、フィレットが十分に形成されない。2.7
％を越えると、溶融ろうが過多となって、厚さ0.1mm 未
満のフィン材において芯材の溶解、侵食が生じ易くな
る。Ｔ_Siのさらに好ましい範囲は1.3 〜2.5 ％である。

【００２０】ろう材のクラッド率が増加すると、ろうの
流動量が増加する。本発明においては、フィン材の全体
厚さを0.04mm以上0.1mm 未満に規定し、クラッド率を片
面で平均3 〜30％とする。厚さが0.04mm未満では、フィ
ン材自体の強度が不足し、ろう付け加熱時の変形が大き
くなり座屈が生じる。片面の平均クラッド率が3 ％未満
では、芯材に対するろう材の量が少な過ぎて、均一なク
ラッド率を得ることが難しく、クラッドフィン材の製造
が困難となる。30％を越える平均クラッド率では、ろう
の溶融量が多過ぎて、芯材が溶解、侵食され易くなる。
平均クラッド率のさらに好ましい範囲は5 〜20％であ
る。本発明における平均Ｓｉ濃度などに関する前記の限
定は、厚さが0.04mm以上0.1mm 未満のクラッドフィン材
に所期の性能を与えるためになされるものであり、クラ
ッドフィン材の厚さが0.1mm 以上の場合には、Ｔ_Siを適
正範囲に制御しなくともろう付けが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明のアルミニウム合金クラッ
ドフィン材は、芯材およびろう材を構成するアルミニウ
ム合金をそれぞれ溶解、鋳造し、各鋳塊を均質化処理し
たのち、ろう材を構成するアルミニウム合金鋳塊を熱間
圧延して、芯材の鋳塊の両面にクラッドしたクラッド鋳
塊とし、あるいは芯材の鋳塊の両面にろう材を構成する
アルミニウム合金材をクラッドしたクラッド鋳塊を均質
化処理し、クラッド鋳塊を熱間圧延、冷間圧延し、中間
焼鈍を施し、最終冷間圧延を行うことにより製造され、
Ｈ１４調質材として供給される。

【００２２】上記の製造工程により得られた本発明のア
ルミニウム合金クラッドフィン材を、自動車用のラジエ
ータ、ヒータコア、オイルクーラ、インタークーラ、カ
ーエアコンのコンデンサ、エバポレータなどのアルミニ
ウム合金製熱交換器の組立てに使用する場合には、当該
クラッドフィンを流体通路構成部材となるアルミニウム
合金の押出偏平多孔管などと組合わせ、ろう付け炉中に
おいて、通常のフラックスろう付け、フッ化物系フラッ
クスを用いる不活性ガス雰囲気ろう付け、あるいは真空
ろう付けを行うことにより、ろう付け接合する。

【００２３】

【実施例】以下、実施例により、本発明を比較例と対比
して説明する。実施例１芯材およびろう材用アルミニウム合金を、溶解、鋳造
し、常法に従って均質化処理を行ったのち、ろう材鋳塊
を熱間圧延し、得られたろう材板を芯材の鋳塊の両面に
クラッド溶接した。このクラッド鋳塊について、熱間圧
延、中間冷間圧延を行い、中間焼鈍を施したのち、最終
冷間圧延を行い、最終厚さ0.038 〜0.098mm のクラッド
フィン材（Ｈ１４調質材）とした。芯材およびろう材の
組成を表１に、得られたクラッドフィン材の板厚、片側
平均クラッド率、平均Ｓｉ濃度Ｔ_Si、関係式Ａ（７．３
×Ｔ_Si−０．７×ｔ^-1−１．０）の値を表２に示す。

【００２４】

【表１】《表注》No.14 は従来材

【００２５】

【表２】《表注》No.14 は従来材

【００２６】得られたクラッドフィン材にコルゲート加
工を施し、JIS A1050 の押出偏平多穴管の表層部にＺｎ
溶射被覆層を形成した流体通路構成部材、4045合金を皮
材とし3003合金を内側材とし、押出偏平多穴管を挿入す
るための穴をプレス成形した押出２重管からなるタンク
を組合わせて熱交換器形状に組付け、フッ化物系フラッ
クス( 水で濃度3 ％に希釈したもの）を吹き付けて乾燥
させたのち、窒素ガス雰囲気炉内で600 ℃の温度に3 分
間加熱し、ろう付け接合を行った。

【００２７】ろう付け後、得られた熱交換器モデルの熱
効率をJIS D 1618( 自動車用冷房機試験方法）に従って
測定し、その値を単位重量当たりの熱効率に換算して、
従来材No.14 の熱効率を標準(100％）とした場合の熱効
率の向上度を求めた。ついで、熱交換器モデルの断面を
観察し、フィン・チューブ間の接合部のフィレット形成
の有無、芯材の溶融、侵食による座屈の有無を調査し
て、ろう付け性を評価した。また、接合部の一部を取り
出して、２週間のCASS試験(JIS D 0201)を行い、フィン
および管の腐食状況を調査した。

【００２８】その結果、本発明に従う試験材No.1〜13は
いずれも、フィンと管との接触部に十分にろうが流動し
てフィレットが形成され、芯材の溶融、侵食による座屈
もなく、製造時の加工性も良好で圧延割れなどを生じる
ことがなかった。また、腐食試験においても貫通孔を生
じることがなく良好な耐食性を示した。熱交換器コアの
熱効率を表３に示す。表３にみられるように、試験材に
おいては、従来材に比べて5 ％以上の向上が認められ
た。

【００２９】

【表３】

【００３０】比較例１実施例１と同様の工程でクラッドフィン材を製造した。
芯材およびろう材の組成を表４に、クラッドフィン材の
厚さ、片面平均クラッド率、平均Ｓｉ濃度Ｔ_Si、Ａの値
を表５に示す。得られたクラッドフィン材を使用して、
実施例１と同様に熱交換器モデルを作製し、熱効率の向
上度を求めるとともに、熱交換器モデルの断面を観察し
て、ろう付け性を評価し、腐食試験を行った。これらの
評価、試験の結果を表６に示す。なお、表４、表５にお
いて、本発明の条件を外れたものには下線を付した。

【００３１】

【表４】

【００３２】

【表５】《表注》* は目標値

【００３３】

【表６】《表注》腐食試験 ○：フィン材の犠牲陽極効果が良好で管に貫通孔無し ×フィン：フィンの腐食・消耗大 ×管：管に貫通孔発生製造時の加工性 ○：製造が容易 ×：製造が困難

【００３４】表６に示すように、試験材No.15 はフィン
材の厚さが0.04mm未満であるため、フィレット形成がな
くフィンが座屈した。試験材No.16 は、フィンの厚さが
小さく平均Ｓｉ濃度Ｔ_Siが大きいため、フィンの座屈が
生じた。試験材No.17 はクラッド率が高くＴ_Siが大きい
ため、フィンに座屈が生じた。試験材No.18 はクラッド
率が低過ぎるため、圧延工程で割れが生じ、フィン材の
製造が困難であった。試験材No.19 は、ろう材のＳｉ量
が少なく、ろう付け時に流動するろうが少ないため、フ
ィレットが形成されなかった。試験材No.20 は、ろう材
のＳｉ量が多く硬度が高いため、熱間圧延工程におい
て、ろう材と芯材とがクラッドされず、フィン材の製造
が困難であった。

【００３５】試験材No.21 は芯材のＳｉ量が多いため、
フィン材の溶融、溶融ろうによる芯材の侵食が激しく、
フィンに座屈が生じた。試験材No.22 はＴ_Siが低いた
め、フィレットが形成されなかった。試験材No.23 はＴ
_Siが高いためフィンに座屈が生じた。試験材No.24 は関
係式Ａの値が-1.1となるため、フィレットが形成されな
かった。試験材No.25 は芯材のＭｎ量が高いため、圧延
時に割れが生じ、フィン材の製造が困難となった、試験
材No.26 は芯材のＭｎ量が少ないため、強度が不足し、
フィンが座屈した。

【００３６】試験材No.27 は芯材のＦｅ量が少ないた
め、強度が十分出なく、フィンに座屈が生じた。試験材
No.28 は芯材のＦｅ量が多いため、芯材の結晶粒が微細
となり、溶融ろうの侵食によりフィンに座屈が生じた。
試験材No.29 は芯材のＺｎ量が少ないため、フィン材の
電位が高く十分な犠牲陽極効果が得られず、腐食試験に
おいて管に貫通孔が生じた。試験材No.30 は芯材のＺｎ
量が多いため、フィンの自己腐食が激しく、腐食試験に
おけるフィンの腐食・消耗が著しかった。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、フィン材を0.1mm 未満
の厚さに薄肉化した場合にも、ろうの流動性、溶融ろう
の侵食によるフィンの座屈が防止され、ろう付け後の強
度、犠牲陽極効果に優れ、とくに、ラジエータ、ヒータ
コア、オイルクーラ、インタークーラ、カーエアコンの
コンデンサ、エバポレータなど自動車用熱交換器のフィ
ン材として好適に使用できるアルミニウム合金クラッド
フィン材、および該クラッドフィン材を使用したアルミ
ニウム合金製熱交換器が提供される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本道泰愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者久富裕二東京都港区新橋５丁目11番３号住友軽金属工業株式会社内 (72)発明者正路美房東京都港区新橋５丁目11番３号住友軽金属工業株式会社内 (72)発明者池田洋東京都港区新橋５丁目11番３号住友軽金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材の両面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材
をクラッドしてなるアルミニウム合金クラッドフィン材
において、ろう材が、Ｓｉ:5〜15％（重量％、以下同
じ）を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる
アルミニウム合金で構成され、芯材は、Ｓｉ:0.01 〜1.
6 ％、Ｍｎ:0.4〜1.5 ％、Ｆｅ:0.06 〜0.8 ％を含み、
Ｚｎ:0.3〜5.0 ％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不
純物からなるアルミニウム合金で構成され、クラッドフ
ィン材の厚さｔが0.04mm以上0.1mm 未満、クラッドフィ
ン材中の平均Ｓｉ濃度Ｔ_Si（％）とｔ（mm) との関係
が、７．３×Ｔ_Si−０．７×ｔ^-1−１．０＞０（但し、
Ｔ_Si:1.1〜2.7)を満たし、ろう材のクラッド率が片面で
平均3 〜30％であることを特徴とするアルミニウム合金
クラッドフィン材。
【請求項２】アルミニウム合金からなる流体通路構成
部材に、請求項１記載のアルミニウム合金クラッドフィ
ン材を組付け、ろう付け一体としてなることを特徴とす
るアルミニウム合金製熱交換器。