JPH059673A

JPH059673A - 熱伝導性に優れたアルミニウム合金フイン材の製造方法

Info

Publication number: JPH059673A
Application number: JP18955491A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Dokou; 武宜土公
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1993-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】熱交換器用フィン材のろう付性、耐高温座屈
性、熱伝導性を改良する。【構成】フィン材のアルミニウム合金としてＺｒ：0.03
〜0.3 wt％、Ｓｉ：0.03〜0.3 wt％でかつＺｒ＋Ｓｉが
0.5wt％以下、Ｆｅ：0.03〜1.0 wt％、Ａｌと前記Ｆｅ
の含有量の和が99.5 wt ％以上で、残部が不可避的不純
物からなるアルミニウム合金を用いる。この合金を用い
て熱間圧延後、冷間圧延及び焼鈍を行い、熱交換器用フ
ィン材を製造するに当り、熱間圧延において１２０ｍｍ
から仕上げ板厚系での圧延を８パス以上のパス数で行
い、最終冷間圧延率が２０〜８５％となる板厚で３２０
〜４５０℃で中間焼鈍を行って特に熱伝導性の優れるア
ルミニウム合金フィン材を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱伝導性に優れたアル
ミニウム合金フィン材に関するものであり、特にブレー
ジングによって製造される自動車用の熱交換器のラジエ
ーター、ヒーター、コンデンサー等のフィンとして使用
されるものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】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Ａ
ｌ−Ｓｉ系のろう材が用いられ、そのためろう付は６０
０℃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、チューブ（１）及びフィン（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、そのために材料の薄肉化が望まれてい
る。しかし、従来の材料で薄肉化を行った場合、材料の
肉厚が薄くなると、熱伝導性が不足してしまう。そのた
め、フィン材の熱伝導性の向上が検討されているが十分
な成果は得られていない。これは、熱伝導性を向上させ
たフィン材においては、製品の最終工程として６００℃
付近まで加熱されるブレージング中にろうがフィン材に
拡散したり、フィンがつぶれたりするためである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、ろ
う付け中にろうの拡散が生じず、また高温座屈性に優
れ、熱伝導性が高いフィン材の製造方法についてなされ
たものである。すなわち、本発明はＺｒ：0.03〜0.3 wt
％、Ｓｉ：0.03〜0.3 wt％でかつＺｒとＳｉ含有量の和
が0.5 wt％以下、Ｆｅ：0.03〜1.0 wt％、ＡｌとＦｅの
含有量の和が99.5wt ％以上で、残部が不可避的不純物
からなるアルミニウム合金鋳塊を熱間圧延後、冷間圧延
及び焼鈍を行い、熱交換器用フィン材を製造するに当
り、熱間圧延において板厚１２０ｍｍから熱間圧延終了
板厚までの圧延を８パス以上のパス数で行い、最終冷間
圧延率が２０〜８５％となる板厚において、温度３２０
〜４５０℃で中間焼鈍を行うことを特徴とする熱伝導性
に優れたアルミニウム合金フィン材の製造方法を提供す
るものである。

【０００５】まず、本発明のフィン材の製造に用いられ
るアルミニウム合金鋳塊の組成について説明する。本発
明に用いるアルミニウム合金はＺｒ：0.03〜0.3 wt％、
Ｓｉ：0.03〜0.3wt％でかつＺｒとＳｉの含有量の和が
0.5wt％以下、Ｆｅ：0.03〜1.0wt％、ＡｌとＦｅの含有
量の和が99.5 wt ％以上で、残部が不可避的不純物から
なるものである。

【０００６】Ｚｒは成形されたフィン材の合金組織中に
非常に微細なＺｒ系金属間化合物の分散粒子として存在
し、５００℃以下のろう付け加熱中にフィン材に粗大な
再結晶粒が生じることでフィンが軟化することを防止す
る。すなわち、その分散粒子は亜結晶粒を微細かつ安定
化させ、転位をピン止めする。このような作用によりろ
う付け加熱中に圧延方向に伸長した粗大な再結晶粒を生
じ、ろう付け加熱中のろう拡散及び高温座屈性の低下を
防止する。Ｚｒが0.03wt％未満では上記作用が不十分で
あり、0.30wt％を越えて添加すると合金の鋳造時に割れ
が生じ、フィン材を作製することができなくなる。した
がって、Ｚｒの含有量は0.03〜0.3 wt％と定める。

【０００７】ＳｉはＺｒ系化合物の析出を促進し、フィ
ン材の強度を高める作用を有する。しかし、その量が0.
03wt％未満ではその作用が不十分であり、 0.3wt％を越
えると固溶Ｓｉがフィン中に存在するようになり熱伝導
性が低下する。したがって、Ｓｉを添加する場合、 0.3
wt％以下とする。Ｚｒ及びＳｉは前記のごとく添加する
が、しかしその含有量の和が 0.5wt％を越えると熱伝導
性が低下する。このためＺｒ、Ｓｉの添加量は、その合
計が 0.5wt％以下となるようにする。また本発明に係る
Ａｌ合金は、Ａｌと前記Ｆｅの含有量の和が99.5wt％以
上となるようにする。この和が99.5wt％未満では、熱伝
導性が低下するためである。

【０００８】Ｆｅは熱伝導性をそこなわずにフィン材の
強度を高める効果を有する。これはＦｅはＦｅ系の金属
間化合物の析出状態で大部分が存在するためである。し
かし、その量が0.03wt％未満では効果が十分ではなく、
1.0 wt％を越えると成形性が低下しコルゲート加工がで
きなくなる。したがって、Ｆｅの含有量は0.03〜1.0wt
％と定める。

【０００９】なお、本発明に係るＡｌ合金において、通
常Ａｌ地金からくるか又はある種の目的で微量添加する
Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ等は各々0.15
wt％未満であれば本発明の目的を損なわない。したがっ
てこれらの元素は、本発明においては不可避的不純物と
して扱う。

【００１０】次に、本発明のＡｌ合金フィン材の製造方
法について説明する。本発明製造工程は、上記のアルミ
ニウム合金からフィン材を成形するに当りＺｒ系化合物
を微細、かつ、密に分布するための方法であり、鋳塊を
熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍し、熱交換器用フィン材を
製造するに当り、熱間圧延において、中間板厚１２０ｍ
ｍから熱間圧延終了板厚までの圧延を８パス以上のパス
数で行い、最終冷間圧延率が２０〜８５％となる板厚
で、温度３２０〜４５０℃で中間焼鈍を行うことを特徴
とする。すなわち、本フィン材の製造方法は、Ｚｒ系金
属間化合物の析出相粒子を微細かつ密に分布させ、ろう
付け加熱時の再結晶の進行を防止し、軟化を防ぐことに
特徴がある。

【００１１】本発明に用いる合金鋳塊は通常のＤＣ鋳造
法で製造すればよい。ＤＣ鋳造法による鋳塊は本発明の
合金元素を十分に溶質元素として固溶される。均質化処
理は熱間圧延のための加熱をかねて行えばよくその温度
は通常４５０℃〜６００℃程度である。

【００１２】熱間圧延は、熱間圧延の中間板厚１２０ｍ
ｍから熱間圧延の終了板厚までの圧延を８パス以上のパ
ス数で行う。すなわち、熱間圧延工程中にＺｒ系及びＦ
ｅ系の金属間化合物の析出が生じるが、析出の大部分は
熱間圧延パスの加工中に動的に生じ、本発明はこのこと
に基づき熱間圧延中に前記の微細な析出相を生じるよう
にしたのである。本発明では１２０ｍｍから熱間圧延終
了板厚までの熱間圧延の圧延パスを８パス以上と定め
る。なお、ここでいう１２０ｍｍとは熱間圧延板厚の中
間板厚であって上記８パス以上と定めた開始板厚であ
る。１２０ｍｍ以降圧延終了板厚までの熱間圧延は従来
は５パスまたは６パスで行われているが、８パス未満の
場合、圧延パス数が少なく析出量が少なく、また析出相
が０．０２μｍまで成長せずに、強度向上の効果が不十
分である。１２０ｍｍ以下、圧延終了板厚での温度は通
常の３５０〜４４０℃が推奨される。これは、この間に
Ｚｒ系、Ｆｅ系金属間化合物の動的析出が進行しやすい
ためである。熱間圧延の終了板厚は、本発明の冷間圧延
条件を実施できる板厚であればよく、特に定めないが、
通常２ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。なお、熱間圧延は熱
間粗圧延、熱間仕上げ圧延と異なった２種の圧延機で行
ってもよく、また１つの圧延機で行ってもよい。

【００１３】熱間圧延後には冷間圧延・焼鈍を行って所
定の製品板厚（例えば0.06mm）にするが、最終冷間圧延
率を２０〜８５％と定める。最終冷間圧延率が２０％未
満の場合及び８０％を越える場合、ろう付け加熱中に芯
材にろうが拡散したり、耐高温座屈性が低下する。した
がって、最終冷間圧延率は２０〜８５％とするが、最終
冷間圧延前の焼鈍はバッチ式に行い、焼鈍温度は３２０
〜４５０℃とする。焼鈍は転位が存在した状態で行われ
るので、均質化処理よりも速やかに拡散が進行する。し
たがって、焼鈍時に微細な前記粒子を析出させるが、３
２０℃未満では析出しにくく、４５０℃を越えると粒子
の粗大化が生じてしまう。焼鈍の保持期間は通常の０．
５〜６時間程度である。なお、最終冷間圧延率の条件さ
え満たせば、焼鈍は冷間圧延途中で２回以上行っても差
しつかえない。

【００１４】

【実施例】以下に実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。

【００１５】表１に示す組成のアルミニウム合金フィン
材（板厚６０μｍ）を表２及び表３に示す製造方法で作
製した。フィン材は均質化処理、熱間処理、焼鈍条件等
を変化させた。なお板厚１２０mmまでの熱間圧延は、通
常の熱間圧延条件で行い、板厚１２０mmから熱間圧延終
了板厚までの圧延パス数は表２及び表３の通りであり、
圧延温度は４４０℃〜３５０℃であった。得られたフィ
ン材を以下のチューブ材及びヘッダー材と組合せ、図１
に示すラジエーターを組み立てた。チューブ材は、JIS
A 3003合金を芯材とし、片面（チューブの内側となる）
にJIS A 7072合金をもう片面（チューブの外側となる）
にJIS A 4343合金をそれぞれ１０％の割合でクラッドし
た板厚０．４ｍｍのコイル状板材を通常の方法により製
造した。コイル状板材は電縫管のサイズに会わせスリッ
ターして３５．０ｍｍの条材にした。この条材を電縫管
製造装置を用い、幅１６．０ｍｍ、厚さ２．２ｍｍの通
液管用の電縫管に加工した。また、同一の構成の板厚
１．２ｍｍのコイル状板材を作製し、幅６０ｍｍにスリ
ッターしてヘッダー用の条材とした。

【００１６】組み立てられたラジエーターは、弗化物系
フラックスの１０％濃度液を塗布し、Ｎ₂ ガス中で６０
０℃×５ｍｉｎの条件で加熱を行い、ろう付けした。得
られたラジエーターのフィンの潰れ具合を目視で判断
し、またフィンとチューブとの接合部でのフィンへのろ
うの拡散程度をミクロ組織観察で評価した。また、同時
にフィン材のみを加熱し、ろう付け加熱後のフィン材の
導電率を測定した。これらの結果を表４に示した。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
ＩＡＣＳで１０％向上すると熱交換器の熱交換率は２％
程度向上する。

【００１７】表４の結果から明らかなようにろう付後の
フィンの潰れ具合やろうの拡散は、本発明法による材料
（Ｎo.１、２、３、５、６、８、１０）を用いたラジエ
ーターでは良好で、従来法によるブレージングシート
（Ｎo.１２）を用いた標準品と同等であるが、ろう付け
加熱後の導電率は、従来例（Ｎo.１２）より格段に優れ
ていることがわかる。また本発明法によるフィン材は、
フィンの潰れ、ろうの拡散、導電率のすべてにおいて優
れているが、比較例によるフィン材（Ｎo.４、７、９、
１１）は、いずれかの特性が劣っていることがわかる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明法によるフィン材
は、ろう付け性、耐高温座屈性、熱伝導性のいずれの特
性においても優れ、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】ラジエーターの一部を切欠して示す斜視図であ
る。

【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

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】Ｚｒ：0.03〜0.3 wt％、Ｓｉ：0.03〜0.
3 wt％でかつＺｒとＳｉ含有量の和が0.5 wt％以下、Ｆ
ｅ：0.03〜1.0 wt％、Ａｌと前記Ｆｅの含有量の和が9
9.5 wt ％以上で、残部が不可避的不純物からなるアル
ミニウム合金鋳塊を熱間圧延後、冷間圧延及び焼鈍を行
い、熱交換器用フィン材を製造するに当り、熱間圧延に
おいて板厚１２０ｍｍから熱間圧延終了板厚までの圧延
を８パス以上のパス数で行い、最終冷間圧延率が２０〜
８５％となる板厚において、温度３２０〜４５０℃で中
間焼鈍を行うことを特徴とする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。