JPH02129347A - アルミニウムフィン材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミニウムフィン材、特に積層型エバポレー
ターやラジェーター用のベアのアルミニウムフィン材及
びサーペンタインタイプのエバポレーターやコンデンサ
ー用の表面にろう材をクラッドしたプレージングシート
からなるアルミニウムフィン材の製造方法に関するもの
で、特にフィン薄肉化のため強度及び耐サグ性を改善す
るものである。

〔従来の技術〕

積層型エバポレーターは第２図に示すように、フィン（
１）と冷媒通路（３）、（３’）を形成するプレージン
グシートからなる通路構成シート（２）（２′）を交互
に積層し、真空ろう付けにより接合したもので、フィン
材には板厚０．１ｍｍ前後のものが用いられ、通路構成
シートには板厚０．６ｍｍ前後のプレージングシートが
用いられている。

このようなエバポレーターでは、フィン材にＩＷ（％（
以下ｗ１％を％と略記）程度のＭｎを含有するＡ１−Ｍ
ｎ−Ｚｎ−３ｎ系又はＡｌ−Ｍｎ−Ｚｎ−１ｎ系合金や
ｌ！−０，４％Ｍｎ系合金を用いている。これは冷媒通
路を形成するのにＪＩＳ　３００３合金を芯材とし、そ
の表面にＪＩＳ　４００４合金ろう材をクラッドしたプ
レージングシートを用い、これを外部腐食から防食する
ため、フィン材を犠牲陽極として使用することを目的と
したものである。

エバポレーターは真空ろう付けにより接合されるため、
フィン材にＺｎを添加しただけではろう付は中にＺｎが
蒸発し、犠牲フィンとしての効果が期待できないため、
ＳｎやＩｎを添加したり、含有Ｍｎ量の低減を行なって
いる。

即ちＡ１−Ｍｎ−Ｚｎ−８ｎ系やＡｌ−Ｍｎ−Ｚｎ−Ｉ
ｎ系合金ではＺｎ、Ｓｎ、Ｉｎの添加によりフィン材の
電位を冷媒通路を構成するプレージングシートの電位よ
り卑とし、Ａｌ−０，４％Ｍｎ系合金では電位を資化さ
せるＭｎ添加量をθ、３〜０．４％に制限して電位を卑
としている。

サーペンタイン型のコンデンサーは、第３図に示すよう
に蛇行状に折曲げた押出多穴管（４）の間にフィン（１
）を取付け、押出多穴管（４）の両端にコネクター（５
）、　（５’）を取付け、真空ろう付けにより接合した
もので、フィン材には厚さ０．１６ｍｍ前後のものを用
い、押出多穴管には厚さ５ｍｍ、幅２２　ｍｍ　、肉厚
］、Ｏｍｍのものが用いられている。このようなコンデ
ンサーではフィン材に上記Ａ１−Ｍｎ−Ｚｎ−３ｎ系や
Ａｌ−Ｍｎ−Ｚｎ−１ｎ系合金を芯材とし、その両面に
Ａｆｉ−Ｓｉ−’Ｍｇ系合金ろう材をクラッドしたプレ
ージングシートを用いている。これは押出多穴管にＪＩ
Ｓ　３００３合金、Ａ１−Ｃｕ系合金、ＡｌＭ　ｎ　−
Ｃ’　ｕ系合金を用い、この場合もフィン材がチューブ
材に対して犠牲的に作用し、冷媒通路となる押出多穴管
の腐食を防止している。

〔発明が解決しようとする課題〕

積層型エバポレーター用のベアのフィン材においては上
記Ａ１−Ｍｎ−Ｚｎ−３ｎ系やＡ１−Ｍｎ−Ｚｎ−Ｉｎ
系ではＳｎやＩｎを添加するためコスト高となり、Ｚｎ
は多量に添加すると、真空ろう付けにおいてろう付は炉
内を汚染する問題がある。またＡｌ−０，４％Ｍｎ系合
金は前者に比較し強度が低く、薄肉化には難点がある。

即ちろう付は加熱時に積層したコアを上下から治具で加
圧した場合、フィン材が座屈し、冷媒通路を構成するプ
レージングシートのろう付けが不完全となり、気密性を
保つことができなくなる場合がある。サーペンタイン型
エバポレーター用のプレージングシートからなるフィン
の場合もＳｎやＩｎの添加によりコスト高となったり、
Ｚｎ蒸発等の問題があった。

最近積層型エバポレーターの通路構成部材にＡ１−Ｍｎ
−Ｃｕ系合金を芯材とするプレージングシートが開発さ
れ、ろう材が犠牲材として作用することにより、フィン
材にＳｎやＩｎを添加して電位差を大きくする必要もな
くなり、これに適応するフィン材の開発が望まれている
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、Ａｌ−Ｍ　ｎ　−
Ｃｕ系合金を芯材とするプレージングシートからなる通
路構成部材を用いる積層型エバポレーターやラジェータ
ー及びＡ１−Ｃｕ系合金押出多穴管を用いるサーペンタ
イン型エバポレーターやコンデンサー用の低コスト、高
強度。

耐サグ性のアルミニウムフィン材の製造方法を開発した
ものである。

即ち、本発明製造方法の一つは、Ｓｉ０．６％以下、Ｆ
ｅＯ，３％以下，Ｃｕ０．１５％以下、Ｍｎ０．５〜１
．５％、Ｚｎ［１，５％以下を含み、残部Ａｌと不可避
的不純物からなるＡ１合金鋳塊を、４２０〜５６０℃で
１〜２４時間均質化処理した後、熱間圧延を行い、その
後冷間圧延を行うにあたり、少なくとも１回の中間焼鈍
を行い、最後の中間焼鈍前の圧延率を２０％以上とし、
最後の中間焼鈍から最終板厚とするまでの間に、２０〜
７０％の圧延率で最終冷間圧延を行うことを特徴とする
ものである。

また本発明フィン材の一つは、５ｉＯ０６％以下、Ｆｅ
Ｏ，３％以下，Ｃｕ０．１５％以下、Ｍｎ０．５〜１゜
５％、Ｚｎ０．５％以下を含み、残部Ａｌと不可避的不
純物からなるＡ１合金鋳塊を、４２０〜５６０℃で１〜
２４時間均質化処理した後、両面にＡｌ　Ｓｉ系又はＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材をクラッドして熱間圧延を
行い、その後冷間圧延を行うにあたり、少なくとも１回
の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍前の圧延率を２０％
以上とし、最後の中間焼鈍から最終板厚とするまでの間
に、２０〜７０％の圧延率で最終冷間圧延を行うことを
特徴とするものである。

また本発明製造方法の他の一つは、Ｓｉ０．６％以下、
Ｆｅ９４％以下，Ｃｕ０．１５％以下。

Ｍｎ０．５〜１．５％、Ｚｎ０．５％以下を含み、更に
Ｍ　ｇ　０．５％以下、Ｃｒ０．１５％以下、ＺｒＯ，
３％以下、Ｔｉ０．３％以下の範囲内で何れか１種又は
２種以上を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなるＡ
１合金鋳塊を、４２０〜５６０℃で１〜２４時間均質化
処理した後、両面にＡｌ−８ｉ系又はＡｊｉ−３ｔ　−
Ｍｇ系合金ろう材をクラッドして熱間圧延を行い、その
後冷間圧延を行うにあたり、少なくとも１回の中間焼鈍
を行い、最後の中間焼鈍前の圧延率を２０％以上とし、
最後の中間焼鈍から最終板厚とするまでの間に、２０〜
７０％の圧延率で最終冷間圧延を行うことを特徴とする
ものである。

〔作　用〕

本発明製造方法において、合金組成を上記範囲に限定し
たのは次の理由によるものである。

Ｓｉ、Ｆｅ及びＭｎはＡ１−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の微細
な析出物を生じ、ろう付は加熱時の高温強度と耐サグ性
を向上させる。しかしてＳｉ含有量を０．６％以下と限
定したのは、０．６％を越えて含有せしめると、合金の
融点を下げ高温強度を低下するためである。またＦｅ含
有量をＯＪ％以下と限定したのは、０．３％を越えて含
有せしめるとＡ１−Ｍｎ−Ｆｅ系の粗大析出物を生成し
、再結晶粒度が小さくなって高温での耐サグ性を著しく
低下するためである。

またＭｎ含有量を０．５〜１．５％と限定したのは、０
，５％未満では効果がなく、１．５％を越えて含有せし
めると、巨大品出物を発生し、フィンとしての加工性及
び成形性を低下するためである。

Ｃｕは強度向上のために添加するもので、その含有量を
０．５％以下と限定したのは、０．５％を越えて含有せ
しめると、フィン材の電位を貴とし、犠牲作用を低下さ
せるためである。Ｚｎは真空ろう付は時に、Ａ１−Ｓｉ
　−Ｍｇ系合金ろう材から蒸発するＭｇとフィン中から
蒸発するＺｎと反応し、Ｍｇ−Ｚｎ化合物を形成し、炉
壁に固着した際に、その除去がＭｇのみの固着のときと
比較して容易となるばかりか、真空ろう付は加熱後に若
干残留し、フィンに犠牲作用を与える。しかしてその含
有量を０．５％以下と限定したのは、０．５％を越えて
含有せしめると真空ろう付は炉の汚染が顕著となるため
である。

Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉの何れか１種又は２種以上を添
加するのは、合金の強度を向上させるためで、その含有
量をＭｇ０．５％以下、Ｃｒ０．３％以下、ＺｒＯ，３
％以下、Ｔｉ０．３％以下と限定したのは、Ｍｇ含有量
が０．５％を越えるとフィン表面に強固な皮膜を形成し
、ろう付は性を低下させ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉの含有量が
０．３％を越えると巨大化合物を形成し、塑性加工性を
低下させるためである。

本発明製造方法は、上記組成の合金を用い、４２０〜５
６０℃で１〜２４時間均質化処理した後、ベアのフィン
材とする場合には熱間圧延し、その後冷間圧延を行うに
あたり、少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間
焼鈍の前の圧延率を２０％以上とし、最後の中間焼鈍か
ら最終板厚とするまでの間に、２０〜７０％の圧延率で
最終冷間圧延を行う。また上記組成の合金を芯材とする
プレージングシートからなるフィン材とする場合は、上
記均質化処理後に、両面にＡ７−８ｉ系又はＡｌ−Ｓｉ
　−Ｍｇ系合金ろう材をクラッドし、これを同様にして
熱間圧延後、少くとも１回の中間焼鈍を含む冷間圧延を
行う。

ろう材のクラッドは５〜２０％のクラツド率でＡｌ−Ｓ
ｉ系又はＡ１−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材をクラッドする
。肖ろう付は時にフィン材表面のろう材が溶融し、芯材
厚さを減少させ、なおかつ芯材成分を溶出させ、芯材の
浸食が起る場合には、上記Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎの含有量を
コントロールすることにより、グレンサイズを粗大化し
てこれを抑制し、ろう付は時の座屈を防止するとよい。

しかして、Ａ１合金鋳塊を４２θ〜５６０℃で１〜２４
時間均熱処理するのは、鋳造時に固溶しているＭｎ、Ｆ
ｅ、Ｓｉを微細な金属間化合物として析出させるためり
、フィン材マトリックスに析出したＡ１−Ｆｅ−Ｍｎ系
やＡ１−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系粒子は耐ザク性を向上する
。しかして均熱処理が４２０℃未満では鋳造時の偏析の
均質化が十分でなく、５６０℃を超えると析出物の粗大
化が起り、耐ザク性の向上が得られない。

また均熱処理の保持時間を１〜２４時間としたのは、１
時間未満では微細な析出物が十分に形成されず、耐ザク
性が低下し、２４時間を超える加熱保持は析出物を粗大
化し、耐ザク性を低下させるためである。均熱処理は熱
間圧延のための加熱処理として行ってもよ（、鋳塊のみ
均熱化処理し、例えばその両面にろう材を配し、再加熱
して熱間圧延を行ってもよい。熱間圧延後の冷間圧延は
、少くとも１回中間焼鈍を含み、中間焼鈍は常法通り、
３２０〜４５０℃で０，５〜６時間処理するものが望ま
しく、金属組織のバラツキをなくすため、１回以上行う
。しかして最後の中間焼鈍前の冷間圧延率を２０％以上
としたのは、完全に再結晶させるためであり、圧延率２
０％未満では完全に再結晶させることができず、耐ザク
性を低下する。また最後の中間焼鈍から最終板厚までの
冷間圧延率を２０〜７０％としたのは、コルゲート性を
向上し、常温での強度を高め、ろう付けのための治具締
付けによる変形を防止し、耐ザク性を向上するためであ
る。

しかして圧延率が２θ％未満では常温での強度が得られ
ないばかりか、ろう付は加熱中に再結晶が完了せず、ろ
う材がフィン材（クラッドフィン材では芯材）のサブバ
ンダリーを拡散し、フィン材の耐ザク性を低下させる。

また７０％を超えるとろう付は時に微細に再結晶するた
め耐ザク性を低下する。

以上本発明製造方法になるフィン材はＣｕを含有する電
位が責な通路構成材（プレージングシートからなる電縫
管や押出管）と組み合せて使用することにより、その犠
牲作用が十分に発揮され、従来のＺｎ蒸発によるフィン
材の犠牲作用低下が起り、薄肉化が困難であったが、本
発明製造方法によるフィン材によれば、高価なＳｎやＩ
ｎを用いることなく薄肉化を可能にするものである。

以下本発明を実施例について説明する。

〔実施例〕

第１表に示す組成の合金を鋳造し、ベアのフィン材とプ
レージングシートからなるフィン材の芯材に用い、次の
ようにしてベアのフィン材とプレージングシートからな
るフィン材を作製した。

ベアのフィン材 鋳塊の両面を面側して均質化処理を施した後、熱間圧延
により厚さ３．５ｍｍとした。しかる後、冷間圧延を中
間焼鈍を加え、これに最終冷間圧延を行って厚さ０．ｌ
５ｍｍのベアフィン材を作製した。均質化処理、熱間圧
延、中間焼鈍、最後の中間焼鈍前の冷間圧延率及び最終
冷間圧延等の条件を第２表に示す。

プレージングシートからなるフィン材 鋳塊の両面を面側して均質化処理を施した後、その両面
にクラツド率が片面で１５％となるように月８４００４
合金ろう材の熱間圧延板をクラッドし、３層材の状態で
熱間合せ圧延を行って厚さ３．５ｍ＋＋とじた。これに
冷間圧延と中間焼鈍を行った後、最終冷間圧延により厚
さ０．ｌ６ｍｍのプレージングシートからなるフィン材
を作製した。

製造条件はベアのフィン材と同様（第２表）とした。

このようにして作製したベアのフィン材とプレージング
シートからなるフィン材について常温強度、ろう付は加
熱後の強度、耐ザク性、耐食性を調べ、現行の従来材と
比較した。その結果を第３表に示す。

常温強度及びろう付は後の強度は、それぞれＪＩＳ　Ｓ
号引張試験片に仕上げた後、常温材について強度を測定
し、ろう付は後の強度については５　Ｘ　１０−’Ｔｏ
ｕｒの真空中６００℃で３分間のろう付は加熱を施した
後測定した。

耐ザク性は幅２０ｍｍ、長さ７０賦に切断し、その一端
を治具で固定して５０ｍｍの長さに付き出し、この状態
で５　Ｘ　１０−’Ｔａｒ「真空中６００℃に３分間加
熱（ろう付加熱）し、突き出した先端の垂下量（サグ量
）を測定した。耐サグ性はベアのフィン材については、
第１図に示すようにピッチ５−１高さ２０−のコルゲー
ト加工したフィン材（１）とＡ、ｉ！−１％Ｍ　ｎ　−
０，５％Ｃｕ合金を芯材とし、その両面に月５４００４
合金ろう材を各々１５％のクラツド率でクラッドした板
厚０．６ｍｍのプレージングシート（６）とを組み合せ
、図には示していないが治具で固定し、５　Ｘ　Ｉｎ−
’Ｔｏｒ＋の真空中、６００℃で３分間加熱ろう付けし
てミニコアを作製し、プレージングシートの接合面の裏
面をシール、７２０時間のＣＡＳＳ試験を行ってプレー
ジングシートのフィンとの接合面のピット深さを測定し
た。ま またプレージングシートからなるフィン材については、
ベアのフィン材同様コルゲート加工を施し、Ａｊ！−０
，５％Ｃｕ合金からなる０８ｍｍの板と第１図に示すよ
うに組合せ、治具で固定し、５　Ｘ　１０−’Ｔｏｕｒ
の真空中６００℃３分間加熱ろう付けしてミニコアを作
製し、ベアのフィン材の場合と同様にして７２０時間の
ＣＡＳＳ試験を行い、Ａ、１０．５％Ｃｕ合合板のフィ
ンとの接合面のピット深さを測定した。

第 表 第１表及至第３表から明らかなように本発明方法Ｎα１
〜１０によるものは高価なＳｎ’ＰＩｎを用いることな
く、従来のＳｎ人材と同等又はそれ以上の強度、耐サグ
性及び犠牲作用を有することが判る。

これに対し、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇの含有量が多い比較合金
を用いた比較方法ＮαＩ５．１６．２０では耐サグ性が
劣り、Ｃｕ含有量の多い比較方法Ｎα１７では犠牲作用
が劣る。またＭｎ含有量の少ない比較方法Ｎα１８．２
２では強度が低く、治具締付時にコルゲートファインが
変形した。更に合金組成が本発明方法の範囲内であって
も、その製造工程が外れる比較方法Ｎα１１・〜１４で
は耐ザク性が劣る。

以上本発明製造方法になるフィン材の真空ろう付げにつ
いて説明したが、これに限定するものではな（、非腐食
性のフッ化物系フラックスを使用する不活性ガス中ろう
付けに用いても同様の効果を示し、その他のろう付けに
ついても対応できる大きなメリットがある。

〔発明の効果〕

本発明製造方法によれば、得られたフィン材は電位の既
存冷媒通路部材と組み合せて使用することにより、真空
ろう付けにおいてＺｎ蒸発が少なく、炉の汚染が軽減さ
れるばかりか、ろう材から蒸発するＭｇのメンテナンス
が楽になる。また高価なＳｎやＩｎ人材料を使用せずと
も、得られたコアは優れた耐食性を示し、材料コストを
低減する。更にフィン材の薄肉化も、ろう付は前後の強
度向上により、実現を可能にする等、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】

第１図はテスト用のミニコアを示す側面図、第２図は積
層型エバポレーターの一例を一部切欠いて示す斜視図、
第３図はサーペンタイン型コンデンサーの一例を示す側
面図である。 １、フィン ２．２’、通路構成シート ３．３’、冷媒通路 ４、押出多穴管 ５．５’、　　コネクター ６、板材 第１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｓｉ０．６１％以下，Ｆｅ０．３ｗｔ％以下，
   Ｃｕ０．１５ｗｔ％以下，Ｍｎ０．５〜１．５ｗｔ％，
   Ｚｎ０．５ｗｔ％以下を含み、残部Ａｌと不可避的不純
   物からなるＡｌ合金鋳塊を、４２０〜５６０℃で１〜２
   ４時間均質化処理した後、熱間圧延を行い、その後冷間
   圧延を行うにあたり、少なくとも１回の中間焼鈍を行い
   、最後の中間焼鈍前の圧延率を２０％以上とし、最後の
   中間焼鈍から最終板厚とするまでの間に、２０〜７０％
   の圧延率で最終冷間圧延を行うことを特徴とするアルミ
   ニウムフィン材の製造方法。
2. （２）　Ｓｉ０．６ｗｔ％以下，Ｆｅ０．３ｗｔ％以下
   ，Ｃｕ０．１５ｗｔ％以下，Ｍｎ０．５〜１．５ｗｔ％
   ，Ｚｎ０．５ｗｔ％以下を含み、残部Ａｌと不可避的不
   純物からなるＡｌ合金鋳塊を、４２０〜５６０℃で１〜
   ２４時間均質化処理した後、両面にＡｌ−Ｓｉ系又はＡ
   ｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材をクラッドして熱間圧延を
   行い、その後冷間圧延を行うにあたり、少なくとも１回
   の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍前の圧延率を２０％
   以上とし、最後の中間焼鈍から最終板厚とするまでの間
   に、２０〜７０％の圧延率で最終冷間圧延を行うことを
   特徴とするアルミニウムフィン材の製造方法。
3. （３）　Ｓｉ０．６ｗｔ％以下，Ｆｅ０．３ｗｔ％以下
   ，Ｃｕ０．１５ｗｔ％以下，Ｍｎ０．５〜１．５ｗｔ％
   ，Ｚｎ０．５ｗｔ％以下を含み、更にＭｇ０．５ｗｔ％
   以下，Ｃｒ０．１５ｗｔ％以下，Ｚｒ０．３ｗｔ％以下
   ，Ｔｉ０．３ｗｔ％以下の範囲内で何れか１種又は２種
   以上を含み、残部Ａ１と不可避的不純物からなるＡｌ合
   金鋳塊を、４２０〜５６０℃で１〜２４時間均質化処理
   した後、熱間圧延を行い、その後冷間圧延を行うにあた
   り、少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍
   前の圧延率を２０％以上とし、最後の中間焼鈍から最終
   板厚とするまでの間に、２０〜７０％の圧延率で最終冷
   間圧延を行うことを特徴とするアルミニウムフィン材の
   製造方法。
4. （４）　Ｓｉ０．６ｗｔ％以下，Ｆｅ０．３ｗｔ％以下
   ，Ｃｕ０．１５ｗｔ％以下，Ｍｎ０．５〜１．５ｗｔ％
   ，Ｚｎ０．５ｗｔ％以下を含み、更にＭｇ　０．５ｗｔ
   ％以下，Ｃｒ０．１５ｗｔ％以下，Ｚｒ０．３ｗｔ％以
   下，Ｔｉ０．３ｗｔ％以下の範囲内で何れか１種又は２
   種以上を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなるＡｌ
   合金鋳塊を、４２０〜５６０℃で１〜２４時間均質化処
   理した後、両面にＡ１−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系
   合金ろう材をクラッドして熱間圧延を行い、その後冷間
   圧延を行うにあたり、少なくとも１回の中間焼鈍を行い
   、最後の中間焼鈍前の圧延率を２０％以上とし、最後の
   中間焼鈍から最終板厚とするまでの間に、２０〜７０％
   の圧延率で最終冷間圧延を行うことを特徴とするアルミ
   ニウムフィン材の製造方法。