JPH06136492A

JPH06136492A - 熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法

Info

Publication number: JPH06136492A
Application number: JP31294892A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Dokou; 武宜土公; Fujio Himuro; 富士雄檜室
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 1994-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】強度と熱伝導性に優れた熱交換器用アルミニ
ウム合金フィン材の製造方法を提供する。【構成】０．００５wt％を超え０．３wt％以下のＳ
ｉ、０．５wt％を超え１．２wt％以下のＦｅを含有し、
さらに０．１wt％を超え１．２wt％以下のＮｉ、０．１
wt％を超え１．２wt％以下のＣｏのうちの１種または２
種を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなるアル
ミニウム合金フィン材を製造するに当たり、熱間圧延後
６０％以上の冷間圧延を行った後に３００〜４６０℃の
温度範囲で焼鈍を行い、さらに１０〜８０％の冷間圧延
を行う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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高熱伝導性を有する熱
交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法に関する
ものであり、さらに詳しくは、特にろう付法によって製
造される自動車用の熱交換器であるラジエーター、ヒー
ター、コンデンサー等のフィンとして使用されるアルミ
ニウム合金フィン材の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】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Ａｌ−Ｓｉ系のろう材が
用いられ、そのためろう付は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、偏平チューブ(1) および薄肉フィ
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が検討されており、合金
組成を純アルミニウムに近づけた合金のフィン材が高熱
伝導性フィンとして提案されている。しかしながら、フ
ィンを薄肉化した場合、フィンの強度が十分でないと熱
交換器の組付け時にフィンが潰れたり、熱交換器として
使用時に破壊してしまうという問題がある。純アルミニ
ウム系合金フィンの場合、強度が不足してしまう欠点を
有しており、高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、高強度化にはＭｎ等
の合金元素の添加が有効であるが、熱交換器を製造する
工程に６００℃付近まで加熱されるブレージングがある
ため、ブレージング加熱中に、合金に添加した元素が再
固溶し、熱伝導の向上を阻害するためである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこれに鑑
み、ろう付け後の強度と熱伝導性が高いフィン材を開発
するには、工業上使用されるアルミニウム合金中に不可
避的に含まれる元素であるＳｉおよびＦｅ量を適正化す
ることが、熱伝導性を向上させるために必要と考えた。
そして、さらに、熱伝導性を低下することなく強度の向
上効果が大きい合金元素を見出し、その元素を添加する
効果が最も発揮される製造工程を開発すれば問題が解決
できると考え、本発明に到った。

【０００５】すなわち、本発明は、ろう付け後の熱伝導
性と強度に優れた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り、請求項１記載の発明
は、０．００５wt％を超え０．３wt％以下のＳｉ、０．
５wt％を超え１．２wt％以下のＦｅを含有し、さらに
０．１wt％を超え１．２wt％以下のＮｉ、０．１wt％を
超え１．２wt％以下のＣｏのうちの１種または２種を含
有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなるアルミニウ
ム合金フィン材を製造するに当たり、熱間圧延後６０％
以上の冷間圧延を行った後に３００〜４６０℃の温度範
囲で焼鈍を行い、さらに１０〜８０％の冷間圧延を行う
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
の製造方法であり、請求項２記載の発明は、０．００５
wt％を超え０．３wt％以下のＳｉ、０．５wt％を超え
１．２wt％以下のＦｅ、０．０３wt％を超え０．２wt％
以下のＺｒを含有し、さらに０．１wt％を超え１．２wt
％以下のＮｉ、０．１wt％を超え１．２wt％以下のＣｏ
のうちの１種または２種を含有し、残部Ａｌと不可避的
不純物とからなるアルミニウム合金フィン材を製造する
に当たり、熱間圧延後６０％以上の冷間圧延を行った後
に３００〜４６０℃の温度範囲で焼鈍を行い、さらに１
０〜８０％の冷間圧延を行う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であり、請求項
３記載の発明は、０．００５wt％を超え０．３wt％以下
のＳｉ、０．５wt％を超え１．２wt％以下のＦｅを含有
し、さらに０．１wt％を超え１．２wt％以下のＮｉ、
０．１wt％を超え１．２wt％以下のＣｏのうちの１種ま
たは２種を含有し、さらに２．０wt％以下のＺｎ、０．
３wt％以下のＩｎ、０．３wt％以下のＳｎ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
からなるアルミニウム合金フィン材を製造するに当た
り、熱間圧延後６０％以上の冷間圧延を行った後に３０
０〜４６０℃の温度範囲で焼鈍を行い、さらに１０〜８
０％の冷間圧延を行う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であり、請求項４記載
の発明は、０．００５wt％を超え０．３wt％以下のＳ
ｉ、０．５wt％を超え１．２wt％以下のＦｅ、０．０３
wt％を超え０．２wt％以下のＺｒを含有し、さらに０．
１wt％を超え１．２wt％以下のＮｉ、０．１wt％を超え
１．２wt％以下のＣｏのうちの１種または２種を含有
し、さらに２．０wt％以下のＺｎ、０．３wt％以下のＩ
ｎ、０．３wt％以下のＳｎ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アルミ
ニウム合金フィン材を製造するに当たり、熱間圧延後６
０％以上の冷間圧延を行った後に３００〜４６０℃の温
度範囲で焼鈍を行い、さらに１０〜８０％の冷間圧延を
行うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィ
ン材の製造方法である。

【０００６】

【作用】まず、本発明の製造方法を使用するアルミニウ
ム合金の添加元素の役割および合金組成の限定理由につ
いて説明する。Ｓｉは、ＦｅやＮｉやＣｏと共存する場
合、ＦｅやＮｉやＣｏ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、ＦｅやＮｉやＣｏの析出を促進す
ることでフィン材中に固溶しているＦｅやＮｉやＣｏの
固溶量を減らすので、熱伝導性を向上させる。Ｓｉが
０．００５wt％以下の場合上記効果が十分でなく、０．
３wt％を超えても、ＦｅやＮｉやＣｏの析出を促進する
作用は変わらないが、逆にＳｉの固溶量が増え、熱伝導
性が低下する。したがって、Ｓｉは０．００５wt％を超
え０．３wt％以下とするが、特に０．０３〜０．２wt％
で安定した特性を示す。

【０００７】Ｆｅは金属間化合物を形成し、強度向上に
寄与する。その量が０．５wt％以下では効果がなく、
１．２wt％を超えると成形性が低下し、フィンのコルゲ
ート成形ができにくくなる。

【０００８】ＮｉおよびＣｏ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。Ｓｉとともにに
添加することで、非常に析出しやすくなるため、熱伝導
性を低下させることなく強度を向上させることができる
元素である。その量が０．１wt％以下では効果が十分で
なく、１．２wt％を超えて添加した場合、成形性が低下
し、フィンのコルゲート成形ができにくくなる。

【０００９】Ｚｒは、ろう付加熱途中に生じるフィンの
再結晶粒を大きくする働きを有する。再結晶粒が小さく
なった場合、ろう付中にフィンにろうが拡散して、フィ
ンが潰れやすくなるので、再結晶粒は大きいほど望まし
い。本合金はＦｅを比較的多量に含有しているため、再
結晶粒が小さくなることがあるが、このような場合にＺ
ｒを添加するとよい。その量が０．０３wt％以下では効
果が十分でなく、０．２wt％を超えて添加しても、効果
は変わりなく、逆に熱伝導性が低下する。

【００１０】本合金ではさらに２．０wt％以下のＺｎ、
０．３wt％以下のＩｎ、０．３wt％以下のＳｎのうちの
１種または２種以上を添加することがある。これらは、
フィン材に犠牲陽極効果を付与するために添加されるも
のであり、それぞれ上記量を超えて添加した場合、熱伝
導性が低下する。

【００１１】本合金の不可避不純物であるが、鋳塊組織
の微細のために添加されるＴｉやＢ等があり、これらの
不可避不純物元素はそれぞれ０．０３wt％以下であれば
添加されていても差し支えない。

【００１２】以上が本発明の製造方法に用いるアルミニ
ウム合金の合金組成の限定理由であるが、本発明では、
これらのアルミニウム合金フィン材を製造するにあた
り、熱間圧延後６０％以上の冷間圧延を行った後に３０
０〜４６０℃の温度範囲で焼鈍を行い、さらに１０〜８
０％の冷間圧延を行うことを特徴とする。以下にこの製
造方法について説明する。

【００１３】本発明フィン材の製造方法は、上記アルミ
ニウム合金を水冷鋳造後、面削、均質化処理、熱間圧
延、冷間圧延・焼鈍の工程で製造する。熱間圧延まで
は、常法により製造すればよく、特に限定しない。熱間
圧延終了後、冷間圧延を行った後に焼鈍を行う。ここ
で、冷間圧延の圧延率は６０％以上とする。これは、次
の工程である焼鈍中に、固溶ＮｉやＣｏの析出を促進さ
せて、熱伝導性の向上を図るためである。焼鈍前の圧延
率が６０％未満の場合、ひずみの蓄積量が足らず、Ｎｉ
やＣｏが十分に析出しない。この場合、冷間圧延は１パ
スで行ってもよく、また数パスかけて行っても差し支え
ない。冷間圧延率の上限は９９％とするのが好ましい。
これは、９９％を超えた冷間圧延率の場合、冷間圧延時
板にコバ割れを生じることがあるためである。

【００１４】焼鈍は通常バッチ式の炉を用いて行い、温
度は３００〜４６０℃であり、時間は０．５〜１２時間
が好ましい範囲である。この焼鈍処理により、ＮｉやＣ
ｏが析出し、熱伝導性が向上するのである。３００℃未
満では再結晶を完了しないため、焼鈍処理として不十分
な上、温度が低いために固溶元素の拡散速度が遅く、Ｎ
ｉやＣｏが十分に析出しない。４６０℃を超えると析出
相の再固溶が逆に進行してしまい、熱伝導性が低下す
る。時間は０．５時間以上が好ましい。０．５時間未満
では、ＮｉやＣｏが十分に析出しない。また、長時間の
処理は経済的に問題があるので上限は１２時間とするの
が好ましい。

【００１５】上記の焼鈍の後に最終冷間圧延を行う。最
終冷間圧延は１０〜８０％とする。最終冷間圧延率が１
０％未満の場合、フィンをろう付加熱したときに再結晶
を生じず、ろうがフィンに拡散しやすくなるためであ
る。８０％を超えるとフィンをろう付加熱したときに微
細な再結晶粒を生じるために、これもろうがフィンに拡
散しやすくなるためである。以上のようなろうの拡散
（垂下性）の点では最終冷間圧延率は２５〜５０％で特
に優れた特性を示す。しかし、コルゲータに合わせてコ
ルゲート性を調整する等の理由で最終冷間圧延をコント
ロールする場合、１０〜８０％の範囲であれば、実用上
問題ない垂下性となる。

【００１６】本発明のフィン材を用いる熱交換器は、自
動車用のラジエーター、コンデンサー、エバポレータ
ー、オイルクーラー等を挙げることが出来るが、これら
に限定するものではない。

【００１７】また、本発明のフィンをろう付する方法は
従来より行われている非腐食性フラックスろう付、フラ
ックスろう付、真空ろう付等、いずれでも可能である。

【００１８】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。〔実施例１〕表１に示す合金組成のアルミニウム合金を
金型鋳造後、面削、均質化処理（６００℃×３ｈ）、熱
間圧延（それぞれ表２の板厚まで）を行った。得られた
熱間圧延板を分割し、表２の製造工程でフィン材を製造
した。フィンの板厚１００μｍである。得られたフィン
材の垂下性、ろう付加熱後の強度と導電率を測定した。
ろう付加熱の条件は窒素ガス中で６００℃×５分で行っ
た。垂下性試験はフィン材を突き出し長さ５０mmの片持
ちでろう付加熱を行ったときの垂下量は測定した。結果
を表３に示す。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５％ＩＡＣＳ向上すると熱交換器
の熱効率は１％程度向上する。ここで従来例合金は熱伝
導性の優れたフィンとして知られているＡｌ−Ｚｒ系合
金と一般的な３００３系合金を示している。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】表３から明らかなように従来および比較例
のフィン材は引張強さと導電率と垂下性のいずれにも優
れているものがないのに対して、本発明の合金範囲のフ
ィン材では、本発明の製造方法をとることで引張強さと
導電率に優れた値を示していることが判る。

【００２３】〔実施例２〕表４に示す合金組成のアルミ
ニウム合金を水冷鋳造（厚さ４００mm）、面削（１０mm
×両面）、熱間圧延への加熱を兼ねた均質化処理（５２
０℃×３ｈ）、熱間圧延（板厚３．５mmまで）を行っ
た。得られた熱間圧延コイルを分割し、表５の製造工程
でフィン材を製造した。フィンの板厚６０μｍである。
得られたフィン材の垂下性、ろう付加熱後の強度と導電
率を測定した。ろう付加熱の条件は窒素ガス中で６００
℃×５分で行った。垂下性試験はフィン材を突き出し長
さ５０mmの片持ちでろう付加熱を行ったときの垂下量を
測定した。結果を表６に示す。

【００２４】

【表４】

【００２５】

【表５】

【００２６】

【表６】

【００２７】表６から明らかなように比較例のフィン材
は引張強さと導電率と垂下性のいずれにも優れているも
のがないのに対して、本発明フィン材は引張強さと導電
率に優れた値を示していることが判る。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明の製造方法によ
るアルミニウム合金フィン材は高強度で熱伝導性に優
れ、工業上で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の斜視図。

【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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．００５wt％を超え０．３wt％以下の
Ｓｉ、０．５wt％を超え１．２wt％以下のＦｅを含有
し、さらに０．１wt％を超え１．２wt％以下のＮｉ、
０．１wt％を超え１．２wt％以下のＣｏのうちの１種ま
たは２種を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからな
るアルミニウム合金フィン材を製造するに当たり、熱間
圧延後６０％以上の冷間圧延を行った後に３００〜４６
０℃の温度範囲で焼鈍を行い、さらに１０〜８０％の冷
間圧延を行う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。
【請求項２】０．００５wt％を超え０．３wt％以下の
Ｓｉ、０．５wt％を超え１．２wt％以下のＦｅ、０．０
３wt％を超え０．２wt％以下のＺｒを含有し、さらに
０．１wt％を超え１．２wt％以下のＮｉ、０．１wt％を
超え１．２wt％以下のＣｏのうちの１種または２種を含
有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなるアルミニウ
ム合金フィン材を製造するに当たり、熱間圧延後６０％
以上の冷間圧延を行った後に３００〜４６０℃の温度範
囲で焼鈍を行い、さらに１０〜８０％の冷間圧延を行う
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。
【請求項３】０．００５wt％を超え０．３wt％以下の
Ｓｉ、０．５wt％を超え１．２wt％以下のＦｅを含有
し、さらに０．１wt％を超え１．２wt％以下のＮｉ、
０．１wt％を超え１．２wt％以下のＣｏのうちの１種ま
たは２種を含有し、さらに２．０wt％以下のＺｎ、０．
３wt％以下のＩｎ、０．３wt％以下のＳｎ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
からなるアルミニウム合金フィン材を製造するに当た
り、熱間圧延後６０％以上の冷間圧延を行った後に３０
０〜４６０℃の温度範囲で焼鈍を行い、さらに１０〜８
０％の冷間圧延を行う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。
【請求項４】０．００５wt％を超え０．３wt％以下の
Ｓｉ、０．５wt％を超え１．２wt％以下のＦｅ、０．０
３wt％を超え０．２wt％以下のＺｒを含有し、さらに
０．１wt％を超え１．２wt％以下のＮｉ、０．１wt％を
超え１．２wt％以下のＣｏのうちの１種または２種を含
有し、さらに２．０wt％以下のＺｎ、０．３wt％以下の
Ｉｎ、０．３wt％以下のＳｎ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アル
ミニウム合金フィン材を製造するに当たり、熱間圧延後
６０％以上の冷間圧延を行った後に３００〜４６０℃の
温度範囲で焼鈍を行い、さらに１０〜８０％の冷間圧延
を行う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。