JPH0331455A - 熱交換器用アルミニウム合金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、熱伝導性、耐熱性、ろう付け性等に優れた熱
交換器用アルミニウムフィン材の製造方法に関するもの
である。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕一般にろ
う付け接合により組立てられるアルミニウム合金製熱交
換器は、水等の冷媒を通す通路（以下チューブという）
と熱を放散するフィンとからなり、チューブとしては熱
交換器の用途に応じて押出偏平多穴管又はＡｌ−３ｉ系
合金ろう材を皮材としてクラッドしたプレージングシー
トからなるプレス成形プレートや電縫偏平管が用いられ
ている。またフィン材としては第３図に示すような芯材
（６）の両面に皮材（７）をクラッドしたプレージング
シート又は皮材をクラッドしない裸のフィン材（ベア材
）が用いられている。

ろう付けによるアルミニウム合金製熱交換器の具体例と
しては、第４図〜第７図に示す通りである。第４図はド
ロンカップエバポレータであり、プレージングシートか
らなる成形プレート（８）を積層してチューブ（２）を
形成し、これにベア材又はプレージングシートからなる
コルゲートフィン（１）を組合せたものである。第５図
はエバポレータであり、押出偏平多穴管からなるチュー
ブ（２）とプレージングシートからなるコルゲートフィ
ン（１）を組合せたものである。

第６図はコンデンサーであり、押出多穴管からなるチュ
ーブ（２）　とコルゲートフィン（１）を組合せたもの
である。第７図はラジェータであり、片面にＡｌ−３ｉ
系合金ろう材をクラッドしたプレージングシートで製作
した電縫偏平管（管の外側にろう材がくる）からなるチ
ューブ（２）とベア材のフィン（１）とを組合せたもの
である。

これ等熱交換器のチューブとコルゲートフィンは約６０
０℃前後の温度でフラックスろう付け、真空ろう付け、
不活性ガス雰囲気ろう付け等に組立てられている。

このようなろう付け組立てによるアルミニウム合金製熱
交換器においては、フィン材として耐座屈性のよいＡＡ
’−Ｍｎ系合金、例えば３００３合金（Ａｌ−０，０Ｓ
〜２．　Ｏｖｔ％Ｃｕ−１，０〜１．５１１％Ｍｎ合金
）（以下１１％を％と略記）又は３２０３合金（Ａｌ　
−１，０〜１．５％Ｍｎ合金）を芯材とし、その両面に
ＡＡ’−Ｓｉ合金ろう材（Ａｌ−５〜１２％Ｓｉ合金）
又はＡＪ−８ｉ　−Ｍｇ合金ろう材ＣＡｌ−５〜１２％
５ｉ−０．５〜２％Ｍｇ合金）をクラッドした厚さ０．
１〜０．２ｍのプレージングシート又は厚さ０．１〜０
．２ｗｍの前記３００３、３２０’３合金からなるベア
材が使用されている。

一方熱交換器の中でも自動車用熱交換器は、近年重量軽
減と小型化の方向にあり、フィンの薄肉化と共に熱交換
器の性能向上、即ち熱交換率（冷房能力）の向上が求め
られている。したがって薄肉化しても耐高温座屈性が低
下せず、かつ熱伝導性の優れたフィン材の開発が望まれ
ている。しかしながら３００３合金や３２０３合金のよ
うなＡｌ１−Ｍｎ系合金からなるフィン材は、耐座屈性
が優れているものの熱伝導性が必ずしも高いとは言えず
、これがこのフィン材を用いた熱交換器の放熱性を悪く
する原因となっている。

また熱伝導性を向上させるために純アルミニウムに近い
組成の合金からなるフィン材が提案されているが、この
ような合金からなるフィン材では高温座屈性が劣り、実
用上問題がある。

〔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、熱伝導性を向上さ
せ、かつ優れた高温座屈性を有する熱交換器用アルミニ
ウム合金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、Ｆｅθ、０５〜０．６％
、Ｓｉ０．８％以下を含み、残部Ａｌと不可避的不純物
からなるろう付け加熱後の電気比抵抗が３８ｎΩｍ以下
であるアルミニウム合金を、連続鋳造圧延により厚さ２
〜１０閣の板とした後、冷間圧延を行ない、該冷間圧延
の前又は途中でｐＨＩＱ以上のアルカリ溶液により１〜
３００秒間洗浄処理し、冷間圧延の途中２８０〜５５０
℃で中間焼鈍を施した後、圧延率１５〜７０％の最終冷
間圧延を施してて板厚０．０４〜０．２薗のフィン材と
する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、Ｆ　ｅ　０．０５〜
０．６％、Ｓｉ０．８％以下を含み、更にＺｎ２％以下
、Ｉｎ０．３％以下、Ｓｎ０．３％以下。

Ｃａ　０．３％以下、Ｃｕ０．３％以下、Ｍｎ０．２％
以下、Ｍｇ０．５％以下、Ｔｉｅ、１％以下、Ｚｒ０．
２％以下、Ｂｏ、０５％以下、Ｃｒ０．３％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
的不純物からなるろう付け加熱後の電気抵抗が３８ｎΩ
ｍ以下であるアルミニウム合金を、連続鋳造圧延により
厚さ２〜ＩＱｔｍの板とした後、冷間圧延を行ない、該
冷間圧延の前又は途中でｐｉ（１０以上のアルカリ溶液
により１〜３００秒間洗浄処理し、冷間圧延の途中２８
０〜５．５０℃で中間焼鈍を施した後、圧延率１５〜７
０％の最終冷間圧延を施して板厚０．０４〜０．２ａＩ
Ｉｓのフィン材とすることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明において、合金の組成を上記の如く限定したのは
、次の理由によるものである。

Ｆｅの添加は強度を高めると共に、本発明製造方法によ
り、耐垂下性を向上するもので、その含有量を０．０５
〜０．６％と限定したのは、下限未満では上記効果が十
分でなく、上限を越えると成形加工性と熱伝導性を低下
するためである。

Ｓｔの添加はフィンの強度及び成形性を向上するもので
、その含有量を０．１１％以下と限定したのは、これを
越えて添加すると、耐垂下性を低下するためである。

Ｆｅ及びＳｉはフィン材の強度、耐垂下性。

熱伝導性を向上させるのに必須の添加元素であるが、更
にＺｎ以下の添加元素（以下Ａ元素群という）の何れか
１種又は２種以上を添加することにより、フィンの特性
を更に向上させることができるばかりか、下記の効果を
奏する。

即ちＺｎ２％以下、ＩｎｏＪ％以下、　　Ｓｎ０．３％
以下、Ｃａ０．３％以下の添加はフィン材に犠牲陽極効
果を持たせ、Ｃｕ０．３％以下。

Ｍｎ０．２％以下、Ｍｇ０．５％以下の添加はフィンの
強度向上に有効に作用し、Ｔｉ０．１％以下。

Ｚｒ０．２％以下、８０．０５％以下、Ｃｒ０．３％以
下の添加は、フィン材の組織を微細化して、強度の向上
に有効である。しかしてこれ等へ元素群の添加はフィン
材としてろう付け加熱後の電気比抵抗値が３８ｎΩｍ以
下となるように添加量を制限する必要がある。

しかして上記組成からなるフィン材のろう付け加熱後に
おける電気比抵抗値を３８ｎΩｍ以下となるように各添
加元素の添加量を制限したのは、これを越えるように添
加元素を増すとフィン材として機械的特性は向上するも
、逆に熱伝導性を低下するためである。

次に製造工程であるが、本発明では上記組成のアルミニ
ウム合金溶湯を連続鋳造圧延により厚さ２〜１０■とす
る。ここで連続鋳造圧延を行なうのは、添加元素である
ＦｅとＳｉをフィン材中に固溶させるためであり、従来
のＤＣ鋳造と熱間圧延の工程では、熱間圧延中に大部分
のＦｅとＳｉが析出してしまい、フィンの耐垂下性を向
上させることができないためである。また連続鋳造圧延
により厚さ２〜１０ｍ＋＊の板としたのは、厚さ２■未
満では割れが生じ、連続鋳造圧延の生産性を低下し、厚
さ１０＋ｍを越えると凝固時の冷却速度が小さくなり、
十分にＦｅとＳｉを固溶できなくなるためである。ここ
で連続鋳造圧延とは、従来から用いられているハンター
法や３０法等を用い、冷却速度が５０℃／ｓｅｃ以上で
あればよい。

本発明は、上記連続鋳造圧延板を冷間圧延してフィン材
とするものであるが、途中２８０〜５５．０℃で中間焼
鈍し、最終冷間圧延率を１５〜７０％とする。これは最
終冷間圧延率が１５％未満でも、７０％を越えても耐垂
下性が低下するためである。また中間焼鈍を２８０〜５
５０℃で行なうのは、２８０℃未満では十分に再結晶が
進行せず、亜結晶粒界へのＳｉの析出が中間焼鈍中に生
じ、ろう付け加熱時の耐垂下性を極端に低下する。

また５５０℃を越えると連続鋳造圧延で固溶させたＦｅ
とＳｉが析出し、耐垂下性を低下するためである。なお
バッチ方式の中間焼鈍温度は上記の範囲中、特に２８０
〜４００℃の範囲が好ましく又中間焼鈍が、高温での連
続焼鈍の場合は、例えば４３０〜５３０℃で、２０秒前
後が好ましい。

又中間焼鈍の保持時間としては、バッチ焼鈍の場合通常
行なわれている０、５〜６時間程度でよい。

更に本発明は、連続鋳造圧延後、最終冷間圧延前の間に
アルカリ溶液にて洗浄を行なう。これは連続鋳造圧延時
に板材の表面に厚い酸化皮膜が形成され、これが冷間圧
延を行った後に残存し、ろう付け性を低下するためであ
る。アルカリ溶液としてはｐＨＩｏ以上のものを用い、
１〜３００秒間洗浄する。ここで最終冷間圧延前に洗浄
処理を行なうのは、洗浄後に少なくとも１パスの冷間圧
延を行なわないと、フィン表面の凹凸が激しくなり、ろ
う付け性が低下するためである。またアルカリ溶液の濃
度がｐｌ（ｔ（１未満又は処理時間が１秒未満では洗浄
が不十分となり、酸化皮膜を十分に除去することができ
ず、十分なろう付け性が得られない。また処理時間が３
００秒を越えることは生産性の面から好ましくないばか
りか、過度のＡｌが溶解して表面にＡｌ　−Ｆｅ系やＡ
ｊ　−Ｍｎ系の金属間化合物が残り、ろう付け性を低下
させるためである。

尚アルカリ洗浄を行なう温度は、１５〜９０℃の範囲で
十分であり、用いるアルカリとしてはＮａＯＨ，ＫＯＨ
，Ｃａ　（ＯＨ）２等を用いればよい。特に０．３〜１
０％のＮａＯＨを使用し、５〜６０秒の範囲で処理する
ことが望ましい。更に本発明ではアルカリ洗浄後酸洗浄
を続けて行なうことが望ましい。これは酸によるアルカ
リの中和作用により、アルカリ溶液が板面に残り、表面
性状を劣化させるのを防止すると共に、アルカリ洗浄に
より表面に浮きでた晶出相を溶解させてろう付け性の低
下を防止するためである。

〔実施例〕

以下本発明を実施例について説明する。

第１表に示す組成のアルミニウム合金を第２表に示す工
程により、厚さ０．０６＋＋ｓのフィンを作製した。こ
のフィンについて６００℃、１０分の加熱後の電気比抵
抗を測定し、その結果を第２表に示す。またこのフィン
材につい°て垂下試験を行なうと共に、このフィン材を
用いてラジェータを作製し、これについて冷房能力試験
を行ない、更にフィンの座屈状況と接合状況を調べた。

これ等の結果を第３表に示す。

垂下試験は第１図に示すように、幅２２ｍｍのフィン材
（１）を５０ｍ突出させて治具（ｂ）、（ｂ’）により
固定し、大気中６００℃で１０分間加熱し、加熱後の垂
下量（−）を測定した。また冷房能力試験はラジェータ
を作成し、ＩＩ！ｉ　０１６１８　（自動車冷房機試験
方法）に準じて冷房能力試験を行なった。またこのラジ
ェータについて目視によりフィンの座屈状況を判断し、
座屈を起さないものをＯ印、座屈を起こしたものをｘ印
で表わした。更にフィンを剥してチューブとフィンとの
金属的な接合状況を目視により判断し、接合が良好なも
のを○印、接合が劣るものをＸ印で表わした。

ラジェータは第２図に示すように、チューブ（２）を３
００３合金からなる芯材の外側に４３４３合金からなる
皮材を１０％クラッドし、芯材の内側に７０７２合金か
らなる皮材を１０％クラッドした厚さ０．４■の板材に
より形成し、ヘッダー（３）を３００３合金からなる芯
材の外側に４３４３合金からなる皮材はを８％クラッド
し、芯材の内側に７０７２合金からなる皮材を８％クラ
ッドした厚さ１．６鵬の板材により形成し、これに上記
フィン材から切り出したフィン（１）　と組合せ、フッ
化物フラックス５９６を塗布、Ｎ２雰囲気中６００℃で
１０分間加熱して組立てた。尚ヘッダー（３）にはパツ
キン（４）を介して樹脂製タンク（５）を取り付けた 第　　３ 表 第１表乃至第３表から明らかなように本発明製造方法に
よるものは、何れも従来方法と比較し、垂下量が小さく
、接合状態及び耐座屈性が良好で、冷房能力が優れてい
ることが判る。また製造条件が外れる比較方法では、接
合状態又は耐座屈性が劣るばかりか、冷房能力も低いこ
とが判る。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、耐垂下性、熱伝導性及びろ
う付け性に優れたフィン材の製造が可能となり熱交換器
の軽量化及び冷房能力の向上が計れる等、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図はフィン材の垂下試験の説明図、第２図は冷房能
力試験用ラジェータの要部を切欠いて示す斜視図、第３
図はプレージングシートの一例を示す側断面図、第４図
はドロンカップエバポレータの一例を示す側面図、第５
図はエバポレータの一例を示す斜視図、第６図はコンデ
ンサーの一例を示す斜視図、第７図はラジェータの、−
例を示す側面図である。 ａ、フィン材 す、治具 １、フィン ２、チューブ ３、ヘッダー ４、パツキン ５、樹脂製タンク ６、芯材 ７、皮材 ８、成形プレート 第１図 第３図 ７ 第５図 璽 第６図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ０．０５〜０．６ｗｔ％，Ｓｉ０．８ｗｔ％
   以下を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなるろう付
   け加熱後の電気比抵抗が３８ｎΩｍ以下であるアルミニ
   ウム合金を、連続鋳造圧延により厚さ２〜１０ｍｍの板
   とした後、冷間圧延を行ない、該冷間圧延の前又は途中
   でｐＨ１０以上のアルカリ溶液により１〜３００秒間洗
   浄処理し、冷間圧延の途中２８０〜５５０℃で中間焼鈍
   を施した後、圧延率１５〜７０％の最終冷間圧延を施し
   て板厚０．０４〜０．２ｍｍのフィン材とすることを特
   徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方
   法。
2. （２）Ｆｅ０．０５〜０．６ｗｔ％，Ｓｉ０．８ｗｔ％
   以下を含み、更にＺｎ２ｗｔ％以下，Ｉｎ０．３ｗｔ％
   以下，Ｓｎ０．３ｗｔ％以下，Ｃａ０．３ｗｔ％以下，
   Ｃｕ０．３ｗｔ％以下．Ｍｎ０．２ｗｔ％以下，Ｍｇ０
   ．５ｗｔ％以下，Ｔｉ０．１ｗｔ％以下，Ｚｒ０．２ｗ
   ｔ％以下，Ｂ０．０５ｗｔ％以下，Ｃｒ０．３ｗｔ％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ろう付け加熱後の電気比抵抗
   が３８ｎΩｍ以下であるアルミニウム合金を、連続鋳造
   圧延により厚さ２〜１０ｍｍの板とした後、冷間圧延を
   行ない、該冷間圧延の前又は途中でｐＨ１０以上のアル
   カリ溶液により１〜３００秒間洗浄処理し、冷間圧延の
   途中２８０〜５５０℃で中間焼鈍を施した後、圧延率１
   ５〜７０％の最終冷間圧延を施して板厚０．０４〜０．
   ２ｍｍのフィン材とす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の製造方法。