JPH02305946A - 熱交換器用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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、アルミニウム合金製熱交換器に用いられるフ
ィン材の製造方法に関し、特に作動流体通路材（管材ま
たは形材）にフィン材をろう付けによって熱交換器に組
み立てる場合に、ろう付は時の加熱に対して優れた耐高
温座屈性を示すと共に、ろう付は後作動流体通路材に対
する犠牲陽極効果及び熱伝導性に優れたアルミニウム合
金フィン材の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、アルミニウム合金製熱交換器は、自動車などのラ
ジェータ、エアコン、インタークーラーやオイルクーラ
ーなどの熱交換器として使用されている。

アルミニウム合金製熱交換器は、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａ
ｌ−Ｍｎ系合金、Ａ　１−　Ｍ　ｎ　−Ｃｕ系合金など
の作動流体通路構成材料（管あるいは形材が使用される
）に、作動流体通路構成材料に比較して電気化学的に卑
な合金のフィン材が、ろう付けにより組み立てられてい
る。これはフィン材の犠牲陽極効果を利用して作動流体
通路構成材料を防食するためである。また、フィン材は
、ろう付は時の高温加熱によって、その強度が著しく低
下し、変形するため、この加熱によって変形しないよう
に優れた耐高温座屈性が要求される。したがって、アル
ミニウム合金フィン材には、従来からＡｌ−Ｍｎ系の合
金が用いられ、これに上記特性を加味するために種々の
元素が添加されているものが提案されている。例えば、
■電気化学的に卑にするためにＺｎ、ＳｎＳ　Ｉｎなど
が添加されているもの（特開昭８２−１２０４５５号）
、■ろう付は時の耐高温サグ性（耐高温座屈性）を向上
させるために、Ｃｒ５ＴｉＳＺｒなどを添加するもの（
特開昭５０−１１８９１９号ン、■また、Ｚ　ｎ、Ｃｒ
ｓ　　Ｚ　ｒｓＦｅｓ　Ｓ　１％Ｃｕ、Ｍｇを添加して
、それぞれの元素のもつ効果を引き出そうとするもの（
特開昭８２−１９８３４８号）、などが提案されている
。

［発明が解決しようとする課題］ 従来使用され、または提案されてきた、上記Ａｌ−Ｍｎ
系合金フィン材は、種々の元素を添加するものであり、
いずれもコストアップにつながるものである。しかし、
最近は軽量化とかコスト低減などの要求が強く、これに
対応するためには構成材料を薄肉化したり、安価な材料
が要求されるようになった。しかし、ここでフィン材を
薄肉化すると、断面積が小さくなるので、通路材との熱
伝導効率が低下し、熱交換器の性能が劣化するため、従
来よりも高い熱伝導性を有する材料が必要となってくる
。また、薄肉化すると熱交換器への組立時のろう付は温
度により、変形（座屈）がおこり、フィンが正しく通路
材に取り付かなくなる、というような欠点が生じる。

本発明の目的は、優れた耐高温座屈性、犠牲陽極性およ
び熱伝導性を有するアルミニウム合金フィン材を安価に
製造する方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、Ａｌ−Ｍｎ−Ｚｎ系合金の熱伝導性、高
温座屈性および犠牲陽極性について、組成および製造条
件について種々研究を重ねた結果、最適なＦｅおよびＳ
ｌを含有させてＭｎ系化合物（Ａ　ｌ−Ｍｎ５Ａ　Ｉ　
−Ｍｎ−Ｆ　ｅ。

Ａｌ　−Ｍｎ−Ｓ　ｔＳＡｌ　−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓ　ｉな
どの化合物）の析出を調整することにより、前記３性能
についてバランスのとれた優れた性能を有するフィン材
を得ることができ、本発明を完成した。すなわち、本発
明の要旨は、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｚ　ｎ　：　　
０．５〜２．０％、Ｆｅ：０．２〜１．０％、Ｓｉ：０
．３〜１．０％を含有し、さらに必要に応じＣｒ　：　
０．０５〜０．２０％、Ｚ　ｒ　：　０．０５〜０．２
０％、Ｔ　ｉ　：　０．０５〜０．２０％、Ｖ　：　０
．０５〜０．２０％のうち１８または２種以上を含有し
、残部が不可避的不純物およびＡ１からなる合金の鋳塊
を、４００〜５８０℃で均質化処理し、４００〜５４０
℃で熱間圧延した後、冷間圧延と中間焼鈍を施し、さら
に１０〜５０％の圧下率で冷間仕上げ圧延を行う、熱交
換器用フィン材の製造方法である。

［作　用］ 次に本発明が上記の通り、その合金の成分組成範囲を限
定した理由について説明する。

Ｍｎ Ｍｎはフィン材の強度向上、耐高温座屈性の改良のため
に０．５〜１．５％含有させる。その含有量が０，５％
未満では、その効果が十分でなく、１．５％を越えると
効果が飽和し、熱伝導性を劣化させる。　　２ Ｍｎ Ｚｎは、フィン材を電気化学的に卑にして犠牲陽極効果
を付与するために０．５〜２．０％含有させる。その含
有量が０１，５％未満では効果が十分でなく２．０％を
越えると効果が飽和するばかりてなく、自己耐食性が劣
化する。

Ｆｅ Ｆｅは、Ｍｎの固溶量を減少させて、合金の熱伝導度を
向上させるために０，２〜１．０％含有させる。その含
有量が０．２％未満では効果が十分でなく、１．０％を
越えるとフィン材の成形加工性と自己耐食性を劣化させ
る。

ｔ ＳｉはＡｌ−Ｍｎ−３ＬあるいはＡ　１−Ｍｎ−Ｆｅ−
５ｉ系化合物を生成してＭｎの固溶量を減少させ、Ａｌ
−Ｍｎ−Ｚｎ−Ｆｅ合金の熱電導率を向上させる。その
含有率が０．３％未満ではその効果が十分でなく、１．
０％を越えると逆に熱伝導率が低下する。

Ｃｒ５Ｚｒ、Ｔｉ５Ｖ ＣｒＳＺｒ、Ｔｉ５Ｖはいずれも耐高温座屈性を改善す
るために０．０５〜０．２０％含有させる。

その含有量が０．０５％未満ではその効果が十分でなく
　、０．２０％を越えると熱伝導率が低下する。

次に製造条件を限定した理由について説明する。

上記のような組成の合金は、溶解−鋳造−均質化処理→
熱間圧延−冷間圧延→中間焼鈍呻最終冷間圧延の工程に
より製造される。但し、均質化処理と熱間圧延前の加熱
は、兼ねてもよい。

また、中間焼鈍は、１回に限らず２回以上実施してもよ
い。これらの工程に於て均質化処理、熱間圧延および最
終冷間圧延は、次の条件で行わなければならない。

均質化処理温度または熱間圧延前の加熱温度均質化処理
または熱間圧延前に行う加熱は、高い耐高温座屈性を得
るために４００〜５８０℃の温度範囲で行い、Ｍｎ系化
合物を十分析出させることが必要である。その温度が４
００℃未満ではＭｎ系化合物の析出が十分でないため、
ろう付は時の加熱によりフィン材の再結晶粒が微細にな
るため、ろう材からのＳｉの拡散が促進され、耐高温座
屈性が劣化する。また、５８０℃を越えるとＭｎ系化合
物の粒径が大きくなるため、ろう付は時の加熱により、
再結晶粒が微細となり耐高温座屈性が劣化する。

最終冷間圧延 本発明は最終の冷間圧延率を適切にすることによって、
ろう付は時の温度でフィン材が再結晶を起こし、ろう材
中のＳｉをフィン材に拡散させないようにして、耐高温
座屈性を高めようとするものであり、１０〜５０％の圧
下率が必要である。その値が１０％未満ではろう付は時
に再結晶が生じず、ろう材中のＳｉがフィン材中に拡散
し、高温座屈が生じやすくなる。また、５０％を越える
と、ろう付は時の再結晶粒が微細になり、耐高温座屈性
が劣化する。

［実施例］ 第１表に示す組成の合金Ｎ０９１〜３７を溶解・鋳造し
、第１表に示す製造条件で試験材を作成した。なお、熱
間圧延で厚さ　２ｍｍとした後、焼鈍と冷間圧延を繰り
返し、所定の最終冷間圧延により厚さ０．１０ｍｍの裸
フィン材を得た。得られたフィン材に弗化物系フラック
スを塗布し、窒素ガス中で６００℃、３分間の加熱処理
を行った後、熱伝導度を評価するため電気伝導度（電気
伝導度と熱伝導度との間に比較関係がある。）を測定し
た。また、犠牲陽極効果を評価するため、酢酸でｐＨ３
に調整した３％ＮａＣ１溶液中で１時間浸漬後、自然電
極電位を測定した。

また、フィン材から幅２２ａ＋ｍ　Ｘ長さ　１２Ｏｎ＋
ｍの板を切り出し、第１図に示す片持ち梁成垂下試験機
で、ろう材、のある場合（ａ）、ろう材のない場合（ｂ
）について、垂下量測定を行った。図中、Ａはフィン材
、Ｂはろう材（０，０２５ｔＸ　２２Ｗ　ｘ　ＩＮｇｖ
）　、Ｐは固定治具、ａは試験片長さく１２０ｍｍ）、
ｂは試験長さく８０ｕ＋＋）　、Ｓは垂下量を示す。垂
下試験における加熱は窒素ガス中でｅｏｏ”ｃ、３分間
とした。

次にフィン材にコルゲート加工を施し、３ｏｏ３合金を
芯材とし、その両側に４０４５合金をクラッドしたプレ
ート材と組み合わせて、弗化物フラックスろう付けを行
い（雰囲気、温度、保持時間は上記と同じ）、組合せコ
アを作成した。こノコアをＣＡＳＳ試験（Ｊ　Ｉ　Ｓ　
　ＤＯ２０１）　＋１：［試し、１ケ月後の腐食状況を
調べた。それらの結果を第１表に示す。

本発明に係わる合金Ｎｏ、１〜２２材は、電気伝導度が
４２％以上と高く熱伝導度が高いことを示し、垂下量は
１８ｍｍ以下と低く耐高温座屈性が優れており、自然電
極電位も−８００から一８６０ｍＶの範囲であり電気化
学的に卑である。また、ＣＡＳＳ試−験後のプレート材
の腐食深さは、０．１２ｍｍ以下と小さく、またフィン
の腐食状況も正常である。これに対し、比較材のＮ　ｏ
、２３は、Ｍｎ含有量が（１，３１％と低く、垂下量が
２５ｍ１Ｉｌおよび２６）と大きく、高温座屈性が劣る
ものである。

Ｎ　ｏ、２４はＺｎ含有量が０．３０％と低く、自然電
極電極か一７３０ａ＋Ｖと電気化学的に貴となり、ＣＡ
ＳＳ試験でプレート材の最大腐食深さが０，２４ｍｍと
大きくなった。

Ｎｏ、２５はＺｎ含有量が２．４０％と高く、ＣＡＳＳ
試験でフィンの腐食が多く、消耗が顕著であった。

Ｎｏ、２６はＦｅ含有量が０．０７％と低く、電気伝導
度が３７％と低く熱伝導性に劣るものであった。

Ｎ　ｏ、２７はＦｅ含有量が１．９０％と高く、ＣＡＳ
Ｓ試験でフィンの局部的な腐食が多く、局部的消耗が顕
著であった。

Ｎ　ｏ、２８はＳｉ含有量が１．６０％と高く、電気伝
導度が３４％と低く熱伝導性に劣るものであり、また、
ＣＡＳ　Ｓ試験でフィンの局部的な腐食が。

多く、局部的消耗が顕著であった。Ｎ　ｏ、２９はＣｒ
含有量が０，３０％と高く、電気伝導度が３５％と低く
熱伝導性に劣るものであった。

Ｎｏ、３０はＺｒ含有量が０．３０％と高く、電気伝導
度が３７％と低く熱伝導性に劣るものであった。

Ｎｏ、３１はＴｉ含有量が０．２９％と高く、電気伝導
度が３５％と低く熱伝導性に劣るものであった。

Ｎｏ、３２はＶ含有量が０．２９％と高く、電気伝導度
が３５％と低く熱伝導性に劣るものであった。

Ｎｏ、３３は均質化処理温度が３５０℃および熱間圧延
温度が３７０℃といずれも低く、垂下量が２３Ｉおよび
２４ａｖと大きく、高温座屈性が劣るものである。

Ｎ　ｏ、３４は均質化処理温度が６００℃と高く、垂下
量が３０ｎ＋ｍおよび３０ｍｍと大きく、高温座屈性が
劣るものである。

Ｎ　ｏ、３５は熱間圧延温度が６００℃と高く、垂下量
が２８ｍａ＋および３Ｌｎｕｎと大きく、高温座屈性が
劣るものである。

Ｎ　ｏ、３６は最終冷間圧延率が３％と低く、ろう材が
存在するときの垂下量が３０ＩＩｌｌ！１となり、高温
座屈性が劣るものである。

Ｎｏ、３７は最終冷間圧延率が６５％と高く、垂下量が
３０ｍｍおよび３２■と大きく、高温座屈性が劣るもの
である。

〔発明の効果］ 適量なＦｅおよびＳｉを含有させ、更に適切な製造方法
によりＭｎ系化合物を調整したアルミニウム合金とする
ことにより、犠牲陽極効果と同時に耐高温座屈性および
熱伝導性に優れたフィン材を提供することができ、熱交
換器のフィンを薄肉化することが可能となり、熱交換器
の軽量化、コスト低減に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は片持ち梁成垂下試験の説明図で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）Ｍｎ：０．５〜１．５％（重量％、以下同じ）
   、Ｚｎ：０．５〜２．０％、Ｆｅ：０．２〜１．０％、
   Ｓｉ：０．３〜１．０％を含有し、残部が不可避的不純
   物およびＡｌからなる合金の鋳塊を、４００〜５８０℃
   で均質化処理し、４００〜５８０℃の範囲に加熱して熱
   間圧延した後、冷間圧延し、さらに中間焼鈍を施し、１
   ０〜５０％の圧下率で冷間仕上げ圧延を行うことを特徴
   とする熱交換器用フィン材の製造方法。
2. 　（２）Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｚｎ：０．５〜２．
   ０％、Ｆｅ：０．２〜１．０％、Ｓｉ：０．３〜１．０
   ％を含有し、更にＣｒ：０．０５〜０．２０％、Ｚｒ：
   ０．０５〜０．２０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、
   Ｖ：０．０５〜０．２０％のうち１種または２種以上を
   含有し、残部が不可避的不純物およびＡｌからなる合金
   の鋳塊を、４００〜５８０℃で均質化処理し、４００〜
   ５８０℃の範囲に加熱して熱間圧延した後、冷間圧延し
   、さらに中間焼鈍を施し、１０〜５０％の圧下率で冷間
   仕上げ圧延を行うことを特徴とする熱交換器用フィン材
   の製造方法。