JPH06322494A

JPH06322494A - 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: JPH06322494A
Application number: JP13299093A
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: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1994-11-22
Anticipated expiration: 2018-03-10
Also published as: JP3384835B2

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】０．３wt％を超え０．８wt％以下のＳｉ、
０．１wt％を超え１．５wt％以下のＦｅを含有し、さら
に０．１wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．１wt％
を超え２．０wt％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、直接鋳造圧延に
て厚さ２０ｍｍ以下の板材を作製し、この板材に冷間圧
延を行った後に３００〜５５０℃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、０．３wt％を超え０．８wt％以下のＳｉ、０．１wt
％を超え１．５wt％以下のＦｅを含有し、さらに０．１
wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．１wt％を超え
２．０wt％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、直接鋳造圧延にて厚
さ２０ｍｍ以下の板材を作製し、この板材に冷間圧延を
行った後に３００〜５５０℃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、０．３wt％を超え０．８wt
％以下のＳｉ、０．１wt％を超え１．５wt％以下のＦ
ｅ、０．０３wt％を超え０．２wt％以下のＺｒを含有
し、さらに０．１wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、
０．１wt％を超え２．０wt％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、直接
鋳造圧延にて厚さ２０ｍｍ以下の板材を作製し、この板
材に冷間圧延を行った後に３００〜５５０℃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３記載の発明は、０．３wt％を
超え０．８wt％以下のＳｉ、０．１wt％を超え１．５wt
％以下のＦｅを含有し、さらに０．１wt％を超え２．０
wt％以下のＮｉ、０．１wt％を超え２．０wt％以下のＣ
ｏ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、直接鋳造圧延にて厚さ２０ｍｍ以下
の板材を作製し、この板材に冷間圧延を行った後に３０
０〜５５０℃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、０．３wt％を超え０．８wt％以下のＳｉ、
０．１wt％を超え１．５wt％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２．０wt％以下のＮｉ、０．１wt％を超え２．
０wt％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、直接鋳造圧延にて
厚さ２０ｍｍ以下の板材を作製し、この板材に冷間圧延
を行った後に３００〜５５０℃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。さらにＳ
ｉ自体の固溶硬化により強度を向上させる。Ｓｉが０．
３wt％以下の場合上記効果の中で特に固溶硬化による強
度向上が十分でない。０．８wt％を超えた場合、強度を
向上させる効果が急激に低下し、強度の向上が望めない
ばかりか、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０．３wt％を超え０．８wt％以
下とするが、特に０．４〜０．６wt％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０．１wt％以下では効果がなく、
１．５wt％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、２．０wt％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】本合金の不可避的不純物であるが、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
の不可避的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、直接鋳造圧延にて板厚２０ｍｍ以下の板材を作製
し、この板材に冷間圧延を行った後に３００〜５５０℃
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。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
ニウム合金を直接鋳造圧延、冷間圧延および焼鈍の工程
で製造する。直接鋳造圧延は、ハンター法や３Ｃ法等の
従来より知られている方法で行えばよい。ここで、直接
鋳造圧延で製造する板厚の上限を２０ｍｍとしたのは、
２０ｍｍを超えると鋳造時の急冷効果が小さく、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｃｏから生じる金属間化合物が粗大化し、フィン
の耐垂下性の向上効果が減じるためである。板厚の下限
は特に定めないが、製造設備上の限界から２ｍｍ程度ま
でとする。直接鋳造圧延で製造した板（コイル）は、ま
ず冷間圧延を行う。冷間圧延はフィン材の最終冷間圧延
率が１０〜８０％の範囲内になるような板厚まで行う。
ここでの冷間圧延は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。

【００１４】冷間圧延後焼鈍を行う。焼鈍はバッチ式の
炉または連続式の炉を用いて行う。バッチ式の炉の場
合、温度は３００〜４６０℃であり、時間は０．５〜１
２時間が好ましい範囲である。この焼鈍処理により、直
接鋳造圧延により過飽和に固溶したＮｉやＣｏが析出
し、析出したＮｉ、Ｃｏがろう付加熱時に再結晶粒を粗
大化させて、耐垂下性を向上させるのである。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
分である。４６０℃を超えると析出相の粗大化が生じて
しまい、垂下性の向上に効果がない。時間は０．５時間
未満では、焼鈍処理として不十分な上、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。連続式の
炉を用いる場合、温度は４２０〜５５０℃であり、時間
は１〜６０秒が好ましい範囲である。連続焼鈍の場合、
短時間の加熱で焼鈍ができるのが特徴であり、このよう
に短時間の加熱のため、直接鋳造圧延により過飽和に固
溶したＮｉやＣｏをそのまま過飽和に固溶したままで焼
鈍を完了させることができる。したがって直接鋳造圧延
により過飽和に固溶したＮｉやＣｏがそのまま過飽和に
フィン中に残り、ろう付加熱に供せられるので、このよ
うな固溶元素の働きにより、耐垂下性は向上する。４２
０℃未満では再結晶を完了しないため、焼鈍処理として
不十分である。５５０℃を超えても効果は変わらないが
燃料費が増加する。時間は１秒未満では、焼鈍処理とし
て不十分である。また、このような高い温度で長時間の
処理を行うことは経済上効率が悪い上に、固溶したＮｉ
やＣｏが粗大に析出し、耐垂下性を低下させるので上限
は６０秒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。表１に示す合金組成のアルミニウム合金を厚さ８ｍ
ｍまで直接鋳造圧延後、冷間圧延を行い、その後表２に
示す製造工程でフィン材を製造した。フィン材の板厚は
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
金を用い、水冷鋳造、面削、均質化処理、熱間圧延の通
常の製造方法にて、厚さ３．５ｍｍの熱間圧延コイルと
したものを、冷間圧延した後、表２の製造工程で焼鈍、
冷間圧延したものである。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】表３から明らかなように従来例および比較
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】

【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】０．３wt％を超え０．８wt％以下のＳ
ｉ、０．１wt％を超え１．５wt％以下のＦｅを含有し、
さらに０．１wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．１
wt％を超え２．０wt％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、直接鋳造圧
延にて厚さ２０ｍｍ以下の板材を作製し、この板材に冷
間圧延を行った後に３００〜５５０℃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】０．３wt％を超え０．８wt％以下のＳ
ｉ、０．１wt％を超え１．５wt％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２．０wt％以下のＮｉ、０．１wt％を超え
２．０wt％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、直接鋳造圧延にて厚
さ２０ｍｍ以下の板材を作製し、この板材に冷間圧延を
行った後に３００〜５５０℃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】０．３wt％を超え０．８wt％以下のＳ
ｉ、０．１wt％を超え１．５wt％以下のＦｅを含有し、
さらに０．１wt％を超え２．０wt％以下のＮｉ、０．１
wt％を超え２．０wt％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、直接
鋳造圧延にて厚さ２０ｍｍ以下の板材を作製し、この板
材に冷間圧延を行った後に３００〜５５０℃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４】０．３wt％を超え０．８wt％以下のＳ
ｉ、０．１wt％を超え１．５wt％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２．０wt％以下のＮｉ、０．１wt％を超え
２．０wt％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、直接鋳造圧延
にて厚さ２０ｍｍ以下の板材を作製し、この板材に冷間
圧延を行った後に３００〜５５０℃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。