JPH0598376A - 低温ろう付け用アルミニウム合金犠牲フイン材とその製造方法 - Google Patents

低温ろう付け用アルミニウム合金犠牲フイン材とその製造方法

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JPH0598376A
JPH0598376A JP3283698A JP28369891A JPH0598376A JP H0598376 A JPH0598376 A JP H0598376A JP 3283698 A JP3283698 A JP 3283698A JP 28369891 A JP28369891 A JP 28369891A JP H0598376 A JPH0598376 A JP H0598376A
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heating
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less
specific resistance
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Takenobu Dokou
武宜 土公
Motoyoshi Yamaguchi
元由 山口
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Furukawa Aluminum Co Ltd
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Furukawa Aluminum Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車熱交換器用として用いられる高強度高
熱伝導性の低温ろう付け用アルミニウム合金犠牲フィン
材とその製造方法を提供する。 【構成】 Si0.05〜0.8wt%、Fe0.05〜
0.6wt%、Mn0.6〜1.6wt%を含有し、さらに
Zn0.3〜2.0wt%、In0.03〜0.3wt%、
Sn0.03〜0.3wt%のうちの1種または2種以上
を含有し、必要に応じてさらに各々0.3wt%以下のC
u、Mg、Cr 、Zr、Tiのうちの1種または2種以
上を含有し、残部Alと不可避的不純物とからなり、ろ
う付加熱前の比抵抗値が44nΩm以下であり、かつろ
う付け加熱後の比抵抗値が44nΩm以下であることを
特徴とする低温ろう付け用アルミニウム合金犠牲フィン
材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用熱交換器のフ
ィンとして用いられるアルミニウム合金犠牲フィン材に
関するものであり、さらに詳しくは、500℃以下の温
度でろう付けするためのアルミニウム合金犠牲フィン材
とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】自動車用熱交換器の多くはA
lおよびAl合金を使用してろう付け法により製造され
ている。通常ろう付けはAl−Si系のろう材が用いら
れ、そのためろう付けは600℃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) およびフィン(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。ところで、近年、熱交換器は軽量・小型化の
方向にあり、そのためには熱交換器の熱効率の向上が必
要であり、材料の熱伝導性の向上が望まれている。特
に、フィン材の熱伝導性の向上は検討されており、アル
ミニウム合金の純度を向上させたフィン材が高熱伝導フ
ィンとして提案されている。しかしながら、高純度アル
ミニウムフィン材の場合、強度が不足してしまうという
欠点を有しており、現行フィン材の強度で熱伝導性を向
上させたフィン材はいまだ開発されていない。これは、
強度を従来並みに維持するには合金元素の添加が必要で
あるが、熱交換器製造の最終工程として600℃付近ま
で加熱されるろう付けがあるため、ろう付け加熱中に、
合金に添加した元素が再固溶し熱伝導を阻害するためで
ある。また、チューブ材、タンク材、ヘッダー材等の薄
肉が行われた場合、熱交換器全体としての耐食性のため
にフィン材は十分な犠牲効果が必要とされる。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、ろ
う付け後の強度と熱伝導性が高い犠牲フィン材を開発す
るには、従来の600℃付近でのろう付けではなく、ろ
う付け温度を低温にしたろう付けに適したフィン材を開
発することで問題が解決できると考え、本発明に到っ
た。
【0004】ここで、ろう付け温度を低温にしたろう付
けとは、近年、ろう付けコストの低減という目的から、
ろう付け温度をより低温にしたいという要求が高まって
きたことから開発されたろう付け法であり、ろう付け温
度を低温にすることにより、ろう付け時間の低減、熱量
の低減、ろう付け炉のコスト低減、ろう付け炉の耐久性
の向上等種々の利点が生まれる。現在開発されている低
温でろう付けするろう材としては、融点500℃以下な
ら、例えば純Zn、Zn−0〜28wt%Al、Zn−A
l系、Zn−Cd系、Sn−Zn系、Sn−Pb系等が
ある。但しろう付け後の熱交換器の耐食性を考慮する
と、Zn−Al系のろう材が最も有力である。
【0005】すなわち、本発明は、上記ろう付け法に適
し、ろう付け後の熱伝導性に優れたアルミニウム合金犠
牲フィン材とその製造方法を開発したものであり、請求
項1記載の発明は、Si0.05〜0.8wt%、Fe
0.05〜0.6wt%、Mn0.6〜1.6wt%を含有
し、さらにZn0.3〜2.0wt%、In0.03〜
0.3wt%、Sn0.03〜0.3wt%のうちの1種ま
たは2種以上を含有し残部Alと不可避的不純物とから
なり、ろう付け加熱前の比抵抗値が44nΩm以下であ
り、かつ、ろう付け加熱後の比抵抗値が44nΩm以下
であることを特徴とする低温ろう付け用アルミニウム合
金犠牲フィン材であり、請求項2記載の発明は、Si
0.05〜0.8wt%、Fe0.05〜0.6wt%、M
n0.6〜1.6wt%を含有し、さらにZn0.3〜
2.0wt%、In0.03〜0.3wt%、Sn0.03
〜0.3wt%のうちの1種または2種以上を含有し、ま
たさらに各々0.3wt%以下のCu、Mg、Cr、Z
r、Tiのうちの1種または2種以上を含有し、残部A
lと不可避的不純物とからなり、ろう付け加熱前の比抵
抗値が44nΩm以下であり、かつろう付け加熱後の比
抵抗値が44nΩm以下であることを特徴とする低温ろ
う付け用アルミニウム合金犠牲フィン材である。
【0006】また請求項3記載の発明は、Si0.05
〜0.8wt%、Fe0.05〜0.6wt%、Mn0.6
〜1.6wt%を含有し、さらにZn0.3〜2.0wt
%、In0.03〜0.3wt%、Sn0.03〜0.3
wt%のうちの1種または2種以上を含有し、残部Alと
不可避的不純物とからなる合金鋳塊より、均質化処理、
熱間圧延、冷間圧延、焼鈍の工程にて、フィン材を製造
するにあたり、工程中に380〜500℃の温度で通算
4h以上加熱する工程を含み、かつ、該加熱工程の後に
は500℃を超える温度に加熱しないことを特徴とする
ろう付け加熱前の比抵抗値が44nΩm以下であり、ろ
う付け加熱後の比抵抗値が44nΩmである低温ろう付
け用アルミニウム合金犠牲フィン材の製造方法であり、
請求項4記載の発明は、Si0.05〜0.8wt%、F
e0.05〜0.6wt%、Mn0.6〜1.6wt%を含
有し、さらにZn0.3〜2.0wt%、In0.03〜
0.3wt%、Sn0.03〜0.3wt%のうちの1種ま
たは2種以上を含有し、またさらに各々0.3wt%以下
のCu、Mg、Cr、Zr、Tiのうちの1種または2
種以上を含有し、残部Alと不純物とからなる合金鋳塊
より、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍の工程に
て、フィン材を製造するにあたり、工程中に380〜5
00℃の温度で通算4h以上加熱する工程を含み、か
つ、該加熱工程の後には500℃を超える温度に加熱し
ないことを特徴とするろう付け加熱前の比抵抗値が44
nΩm以下であり、ろう付け加熱後の比抵抗値が44n
Ωmである低温ろう付け用アルミニウム合金犠牲フィン
材の製造方法である。
【0007】
【作用】まず本発明フィン材の合金組成について説明す
る。Siは、強度向上と熱伝導性向上に寄与する。Si
はMnの析出を促進する作用を有するため、分散強化に
寄与する金属間化合物を増やし、強度を向上させる。さ
らに、Mnの析出を促進することでフィン材中の固溶元
素を減らし、熱伝導性を向上させる。Siが0.05%
未満の場合上記効果が十分でなく、0.80%を超える
とろう付け加熱時にろうの拡散が大きくなりろう付け性
が低下する。したがって、Siは0.05%以上0.8
0%以下とするが、特に0.1〜0.6%で安定した特
性を示す。FeはMnとともに金属間化合物を形成し、
強度向上に寄与する。その量が0.05%未満では効果
が十分でなく0.6%を超えると鋳造時に粗大な晶出物
を多く生じ、ろう付け加熱時の芯材の再結晶粒径が小さ
くなり、ろう付け性が低下する。Mnは、微細な金属間
化合物を合金中に分布させ、強度を向上させる。その量
が0.6%未満では効果が十分でなく、1.6%を超え
て添加した場合、熱伝導性が低下し、さらに成形性が低
下し、組付け時のコルゲート加工ができなくなる。Z
n、In、Snはフィン材の電位を卑にし、フィン材に
犠牲効果を付与し、熱交換器の耐食性を高める働きを有
する。その量が、Zn0.3wt%未満、In0.03wt
%未満、Sn0.03wt%未満では犠牲効果が十分でな
く、Znは2.0wt%を超えて、Inは0.3wt%を超
えて、Snは0.3wt%を超えて添加しても効果は変わ
らず、逆にフィン材としての成形性が低下する。したが
って、Zn0.3〜2.0wt%、In0.03〜0.3
wt%、Sn0.03〜0.3wt%のうちの1種または2
種以上含有するように定める。
【0008】本発明フィン材ではさらに0.3wt%以下
のCu、0.3wt%以下のMg、0.3wt%以下のC
r、0.3wt%以下のZr、0.3wt%以下のTiのう
ちの1種または2種以上添加することがある。これらの
元素のうち、CuおよびMgは主に固溶硬化と析出硬化
により強度を向上させる。しかし、Cuはフィン材の電
位を貴にする働きを有するため、0.3wt%を超えて添
加した場合、フィン材の犠牲効果を減じてしまう。Mg
は合金中に固溶状態およびMg2 Siの微細な析出相と
して存在し、強度を向上させる。0.3%を超えて添加
するとフラックスとMgが反応しろう付けができなくな
る。Cr、Zr、Tiは微細な金属間化合物を形成する
ことで合金の強度を向上させる働きを有する。しかし、
それぞれ0.3%を超えて添加した場合成形性が低下
し、組付け中にフィンが割れてしまう。以上が本発明フ
ィン材の成分であるが、鋳塊組織の微細のために添加さ
れるBや強度向上を目的として添加されるNi等、上記
以外の元素はそれぞれ0.05%以下であれば添加して
もさしつかえない。
【0009】本発明フィン材はさらに、ろう付け前の比
抵抗値が44nΩm以下であり、ろう付け加熱後の比抵
抗値が44nΩm以下であることを必要とする。比抵抗
値はフィン材中の固溶元素量を示す指標であり、この値
が小さいほど固溶元素量が少なく、熱伝導性に優れたフ
ィンと言える。ところで、従来は、析出処理等によりろ
う付け前のフィン材中の固溶状態をコントロールしたと
しても、ろう付け加熱中に再固溶現象が生じ、大部分の
元素は固溶状態となり、熱伝導を向上させることはでき
ず、熱伝導性は合金成分のみで決まると考えられてい
た。しかし、本発明者がフィン材のろう付け加熱過程で
の再固溶の進行について調べたところ、従来の600℃
付近では上記現象が生じるが、500℃以下の低温ろう
付けではそのような再固溶現象がほとんど生じないこと
が分かった。本発明はかかる研究をもとになされたもの
である。ろう付け加熱後の比抵抗値が44nΩmを超え
るとフィンの熱伝導性は低下し、ろう付け加熱前の比抵
抗値が44μmを超えると、ろう付け加熱後の比抵抗値
を44nΩm以下にすることは困難である。したがっ
て、フィン材のろう付け加熱前の比抵抗値は44nΩm
以下であり、ろう付け加熱後の比抵抗値は44nΩm以
下と定める。なお、従来のフィン材の比抵抗値はろう付
け加熱後で46nΩm以上である。
【0010】次に、本発明合金フィン材の製造方法につ
いて説明する。本発明の製造方法は、上記組成の鋳塊を
均質化処理、熱間圧延、冷間圧延・焼鈍する工程でフィ
ン材を製造するが、 500℃を超える温度に加熱する工程を有する場合
は、500℃を超える最後の工程の500℃以下に達し
たとき以降および、それ以降の工程において、380℃
〜500℃の温度範囲にて通算4h以上加熱する、 500℃を超える温度に加熱する工程を有さない場合
は、均質化処理以降の工程において、380℃〜500
℃の温度範囲にて通算4h以上加熱する、ことを特徴と
する。ここで、、のいずれでも380℃〜500℃
の温度範囲にて通算4h以上加熱することが本発明の特
徴であるが、この間に固溶元素を析出させ、ろう付け加
熱前の比抵抗値を44nΩm以下にし、さらにろう付け
加熱後の比抵抗値を44nΩm以下とする。ここで、温
度範囲を380〜500℃と定めているのは、380℃
未満の温度では、析出に時間がかかり生産性が低下する
のと、380℃未満では析出する金属間化合物はろう付
け中に再固溶しやすく、熱伝導性の向上のあまり寄与し
ないからである。また、500℃を超えて加熱した場
合、析出による固溶元素低減は望めないばかりか、逆
に、析出粒子の再固溶が生じ、固溶元素量が増加し、熱
伝導性が低下する。したがって、ここでいう温度範囲と
は、製造中のフィン材がその温度にあることで、一定温
度に保持されている必要は全くない。ここで、500℃
を超える温度に加熱する工程を有する場合は、500℃
を超える最後の工程の500℃以下に達したとき以降お
よび、それ以降の工程で上記加熱を行うのは、前述のよ
うに、500℃を超えて加熱すると析出粒子の再固溶が
生じるため、それ以前に析出処理を行っても、十分な効
果が得られないためである。したがって、最後の500
℃を超える工程の冷却過程で380〜500℃の温度範
囲を通過するときの時間から、析出処理の時間は起算
し、通算4h以上とすればよい。なお、500℃を超え
る温度に加熱する工程を有さない場合は、そのような問
題を有さないため、均質化処理以降の全ての工程におい
て、380〜500℃の温度範囲にある時間を通算4h
以上とすればよい。時間を4h以上としたのは、4h未
満では十分な析出量が得られないためである。保持時間
の上限は特に無く、時間は長いほど望ましいが、生産性
を考えると通常24h以下である。さて、本発明の工程
は以上を満たせばよく、鋳塊は通常の水冷鋳造法で作製
する鋳塊を用いればよく、その後の均質化処理は行って
もよいし、行わずに鋳塊を熱間圧延するための加熱処理
のみとしてもよい。熱間圧延は常法により行えばよい
が、熱間圧延を380〜500℃の温度範囲で行うと析
出が促進されやすい。得られた熱間圧延コイルは冷間圧
延を行い、フィン材とするが、途中焼鈍を行い、調質を
調整する。焼鈍は2回以上行っても差しつかえない。以
上が本発明合金フィン材の製造方法であるが、熱交換器
として組み立てる場合、低融点のろう材を被覆した熱交
換器用管材と組合わせて用いるのが最も容易である。こ
の場合、ろうの被覆は溶射法、溶融めっき法、電気めっ
き法、蒸着法等の方法によってもなされるのが普通であ
る。なお、本発明フィンの板厚は120μm以下であ
る。
【0011】
【実施例】以下本発明を実施例により具体的に説明す
る。 〔実施例1〕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、3に示す製造方法記号Aに
より作製した。フィン材の比抵抗値(加熱前)を表4に
示す。得られたフィン材を以下のチューブ材およびヘッ
ダー材と組合せ図1に示すラジエーターを組み立てた。
JISA3003合金を芯材とし、片面にJISA70
72合金を10%の割合でクラッドした板厚0.4mmお
よび1.2mmのコイル状板材を通常の熱間圧着法により
製造した。このコイル状板材を使用し、溶融めっきによ
り、Zn−11wt%Al(融点425℃)ろう材をJI
SA7072クラッド層と反対面に、板厚0.4mmのコ
イル状板材には20μmの厚さでめっきし、1.2mmの
コイル状板材には80μmの厚さにめっきした。板厚
0.4mmのコイル状板材では、電縫管のサイズに合わせ
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、外面をめっき層として幅16.
0、厚さ2.2mmの通液管用の電縫管に加工した。また
板厚1.2mmのコイル状板材では、幅60mmにスリッタ
ーしてヘッダー用の条材とした。組み立てられたラジエ
ーターは脱脂後AlF3 とCsFを基本組成とした弗化
物系フラックスの10%濃度液を塗布し、温度450℃
に保持した露点−40℃の窒素ガス雰囲気の炉中に挿入
してろう付けを行った。また、同時にフィン材を加熱
し、ろう付け加熱後のフィン材の引張強さと比抵抗値を
測定した。ここで、比抵抗値は熱伝導性の指標であり、
フィンの比抵抗値が3nΩm低下すると熱交換器の熱効
率は1%程度向上する。ろう付け後の接合状況を調査し
表4に併記した。さらに、ラジエーターをJISZ23
71に基づく塩水噴霧試験を1000時間実施した。電
縫チューブ材に生じた孔食を従来材同等を○、従来材よ
り劣るものを×として判定した。結果を表4に合わせて
示す。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】
【表4】
【0016】表4から明らかなように本発明合金材試験
No.1〜10はいずれもろう付け加熱後の引張強さが大
きく、また比抵抗値が43nΩm以下と低く、熱伝導性
に優れている。これに対し、Zn、In、Snのいずれ
も含有していない比較合金材試験No.11は耐食性が悪
く、Mn含有量が本発明の範囲より低い比較合金材試験
No.12は引張強さが小さく、Si含有量またはFe含
有量が本発明の範囲より多い比較合金材試験No.14、
15は耐食性が悪いことが判る。
【0017】〔実施例2〕表1の合金No.4の組成のア
ルミニウム合金フィン材(板厚60μm)を表2に示す
各種製造方法により作製した。これらのフィン材を実施
例1と同様なチューブ材およびヘッダー材と組合せてラ
ジエーターを組立てた。フィン材の加熱前の比抵抗値、
加熱後の引張強さと比抵抗値、ラジエーターの接合状
況、塩水噴霧試験結果を実施例1と同様に調査し、その
結果を表5に示す。なお比較の従来法としては、芯材を
JISA3003合金としJISA7072合金とJI
SA4343合金とを熱間圧着した同一構成のブレージ
ングシートを用い、同様のラジエーターを組立て、Al
F3 とKFを基本組成とした弗化物系フラックスの10
%濃度液を塗布し、温度600℃で上記と同様の炉中で
ろう付けした。また、同時にフィン材を加熱し、ろう付
け加熱後のフィン材の引張強さと比抵抗値を測定した。
またラジエーターの接合状況、塩水噴霧試験結果も同様
に調査し表5に併記した。
【0018】
【表5】
【0019】表5から明らかなように本発明法材試験N
o.21〜25は従来材試験No.28と比較して比抵抗
値はやや高いが、引張強さが大きく、接合状況、耐食性
は同等である。これに対し、380〜500℃の温度範
囲での通算加熱時間が本発明製造方法の範囲より少ない
比較法材No.26、27は比抵抗値が高く、熱伝導性が
劣ることが判る。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように本発明フィン材は50
0℃以下の低温でろう付けを行った場合、ろう付け性を
損なうことがなく、高強度で熱伝導性に優れ、犠牲効果
を充分有しており、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】ラジエーターを示す一部断面図の斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 偏平チューブ 2 フィン 3 ヘッダー 4 タンク

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si0.05〜0.8wt%、Fe0.0
    5〜0.6wt%、Mn0.6〜1.6wt%を含有し、さ
    らにZn0.3〜2.0wt%、In0.03〜0.3wt
    %、Sn0.03〜0.3wt%のうちの1種または2種
    以上を含有し残部Alと不可避的不純物とからなり、ろ
    う付け加熱前の比抵抗値が44nΩm以下であり、か
    つ、ろう付け加熱後の比抵抗値が44nΩm以下である
    ことを特徴とする低温ろう付け用アルミニウム合金犠牲
    フィン材。
  2. 【請求項2】 Si0.05〜0.8wt%、Fe0.0
    5〜0.6wt%、Mn0.6〜1.6wt%を含有し、さ
    らにZn0.3〜2.0wt%、In0.03〜0.3wt
    %、Sn0.03〜0.3wt%のうちの1種または2種
    以上を含有し、またさらに各々0.3wt%以下のCu、
    Mg、Cr、Zr、Tiのうちの1種または2種以上を
    含有し、残部Alと不可避的不純物とからなり、ろう付
    け加熱前の比抵抗値が44nΩm以下であり、かつろう
    付け加熱後の比抵抗値が44nΩm以下であることを特
    徴とする低温ろう付け用アルミニウム合金犠牲フィン
    材。
  3. 【請求項3】 Si0.05〜0.8wt%、Fe0.0
    5〜0.6wt%、Mn0.6〜1.6wt%を含有し、さ
    らにZn0.3〜2.0wt%、In0.03〜0.3wt
    %、Sn0.03〜0.3wt%のうちの1種または2種
    以上を含有し、残部Alと不可避的不純物とからなる合
    金鋳塊より、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍の
    工程にて、フィン材を製造するにあたり、工程中に38
    0〜500℃の温度で通算4h以上加熱する工程を含
    み、かつ、該加熱工程の後には500℃を超える温度に
    加熱しないことを特徴とするろう付け加熱前の比抵抗値
    が44nΩm以下であり、ろう付け加熱後の比抵抗値が
    44nΩmである低温ろう付け用アルミニウム合金犠牲
    フィン材の製造方法。
  4. 【請求項4】 Si0.05〜0.8wt%、Fe0.0
    5〜0.6wt%、Mn0.6〜1.6wt%を含有し、さ
    らにZn0.3〜2.0wt%、In0.03〜0.3wt
    %、Sn0.03〜0.3wt%のうちの1種または2種
    以上を含有し、またさらに各々0.3wt%以下のCu、
    Mg、Cr、Zr、Tiのうちの1種または2種以上を
    含有し、残部Alと不純物とからなる合金鋳塊より、均
    質化処理、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍の工程にて、フィ
    ン材を製造するにあたり、工程中に380〜500℃の
    温度で通算4h以上加熱する工程を含み、かつ、該加熱
    工程の後には500℃を超える温度に加熱しないことを
    特徴とするろう付け加熱前の比抵抗値が44nΩm以下
    であり、ろう付け加熱後の比抵抗値が44nΩmである
    低温ろう付け用アルミニウム合金犠牲フィン材の製造方
    法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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