JPH10298687A

JPH10298687A - アルミニウム合金高熱伝導性フィン材

Info

Publication number: JPH10298687A
Application number: JP12328798A
Authority: JP
Inventors: Fujio Himuro; 富士雄檜室; Takenobu Dokou; 武宜土公
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 1992-08-20
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1998-11-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ろう付け法で製造される自動車用熱交換器に
使用される高強度で熱伝導性に優れるアルミニウム合金
フィン材を提供する。【解決手段】 0.3wt％を越え 0.8wt％以下のＳｉ、0.5
wt％を越え1.5wt％以下のＦｅ、0.1wt％を越え 2.0wt％
以下のＮｉを含有し、残部アルミニウム及び不可避的不
純物からなるアルミニウム合金フィン材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高熱伝導アルミニ
ウムフィン材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】

【従来の技術及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及び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−Ｓ
ｉ系のろう材が用いられ、そのためにろう付は600℃程
度の高温で行われる。

【０００３】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。

【０００４】とろこで、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
成分を純アルミニウムに近づけた合金のフィン材が熱伝
導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。即ち純アルミニ
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。

【０００５】

【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フィン材を開発するに
は、Ｓｉ及びＦｅ量を適正化し熱伝導性を向上させ、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
い合金元素を見出せれば問題が解決できると考え、本発
明に到った。

【０００６】即ち、本発明は、ろう付け後の熱伝導性と
強度に優れたフィン材を提供するものであり、その一つ
は0.3wt％を越え0.8wt％以下のＳｉ、0.5wt％を越え1.5
wt％以下のＦｅ、0.1wt％を越え2.0wt％以下のＮｉを含
有し、残部アルミニウム及び不可避的不純物とからなる
ことを特徴とするものである。

【０００７】また本発明の他のフィン材は、0.3wt％を
越え 0.8wt％以下のＳｉ、0.5wt％を越え1.5wt％以下の
Ｆｅ、0.1wt％を越え2.0wt％以下のＮｉ、0.01wt％を越
え0.2wt％以下のＺｒを含有し、残部アルミニウム及び
不可避的不純物とからなることを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【作用】本発明フィン材の添加元素の役割及び合金組成
の限定理由について説明する。Ｓｉは、その添加により
強度を向上させる。Ｓｉそのものが固溶硬化して強度を
向上させるに加え、特に、ＦｅやＮｉと共存する場合、
ＦｅやＮｉ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及びＮｉの析出を促進することでフィ
ン材中に固溶しているＦｅ及びＮｉの固溶量を減らすの
で、熱伝導性を向上させる。Ｓｉが0.3wt％以下の場合
は強度向上への効果が十分でなく、0.8wt％を越えると
ブレージング加熱時にろうの拡散が大きくなり、ろう付
性が低下する。従って、Ｓｉは0.3wt％を越え0.8wt％以
下とするが、特に0.4〜0.6wt％で安定した特性を示す。

【０００９】Ｆｅは合金中に一定量固溶硬化し、残りは
金属間化合物として存在する。前者は強度を向上させる
が、熱伝導性を大きく低下させる。後者は、分散強化に
よりわずかに強度を向上させるが、Ｓｉと金属間化合物
を形成してＳｉ添加による強度向上効果を逆に減じる作
用がある。ここで、Ｆｅ添加量が 0.5wt％以下では強度
向上効果が十分でなく、1.5wt％を越えると成形性が低
下し、フィンのコルゲート成形ができにくくなる。

【００１０】Ｎｉは、本発明者らが鋭意検討を行った結
果、熱伝導性を低下することなく強度を向上させる効果
を有することが判明した、本発明における重要な添加元
素である。即ち、Ｎｉは固溶硬化により強度を向上させ
るが、同時にＮｉの固溶量に相当するＦｅの固溶量を減
じさせる作用を有するのである。ＦｅとＮｉでは固溶し
た際に、強度の向上に対する効果はほぼ同じであるが、
熱伝導性の低下はＮｉの方が格段に少ないのである。そ
のため、上記Ｆｅ量を含有した合金にＮｉを添加する
と、熱伝導性が低下することなく強度が向上するのであ
る。そしてＮｉの添加量が0.1wt％以下では効果が十分
でなく、2.0wt％を越えて添加した場合、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。

【００１１】ここで、純アルミニウムにＮｉを添加した
熱交換器用合金として、特開昭57-60046号公報に示され
たものがある。しかし、特開昭57-60046号公報の発明は
熱交換器用合金とはいえ、冷媒通路構成部材をその用途
として考えフィンを意図していないのは、この発明が耐
食性と垂下性を向上させたものであり、フィン材に必要
な犠牲陽極効果（耐食性を悪くする）や熱伝導性に関す
る記載がない点及び実施例に示されている板厚がフィン
材と比較して非常に大きいことから明らかである。

【００１２】さらに、特開昭57-60046号公報の発明には
熱伝導性に優れたフィン材用の合金としての考え方は一
切記載されておらず、本発明の根幹となるＦｅ量とＮｉ
量との関係を捉えた記載は一切なされていない。即ち、
特開昭57-60046号公報の発明と本発明とは用途及び考え
方において全く異なるものである。

【００１３】さらに、合金組成について、特開昭57-600
46号公報の発明ではＳｉ及びＦｅは不純物元素と考えて
おり、これらを積極的な添加元素として考えて添加して
いる本発明とは全く異なるものである。

【００１４】本発明では、さらに0.01wt％を越え0.2wt
％以下のＺｒを添加する場合がある。Ｚｒはろう付時に
生じる再結晶粒を粗大化し、フィンの垂下性並びにフィ
ンへのろうの拡散を防止する働きを有する。本合金はＦ
ｅを比較的多量に含有しているため、再結晶粒が細かく
なることがあるが、このような場合にＺｒを添加すると
よい。しかしてＺｒの0.01wt％以下の添加ではその働き
が十分でない。しかし、発明者らが調べたところ、Ｚｒ
は強度を向上させる働きをほとんど有さず、熱伝導性を
低下させる元素であるのでその上限は0.2wt％と定め
た。

【００１５】さて、本合金の不可避的不純物及び上記以
外の理由で添加される元素であるが、鋳塊組織の微細化
のために添加されるＴｉやＢ等があり、これらの元素は
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。また、Ｃｕ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｃｄ，Ｐｂ，
Ｂｉ，Ｃａ，Ｌｉ，Ｃｒ，Ｋ，Ｖ等の元素が、強度向上
や鋳塊割れ防止及び成形性向上等の理由で添加される場
合、それぞれ0.03wt％以下を必須条件とする。これらの
元素は、いずれも、0.03wt％を越えて添加した場合熱伝
導性を低下させるためである。

【００１６】以上が本発明の合金組成であるが、本発明
フィン材はベア材として用いることが可能であり、ま
た、ブレージングシートフィンの芯材として用いること
も可能である。後者の場合のろう材は従来より使用され
ているろう合金をそのまま使用して構わない。

【００１７】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できるが、これら
に限定するものではない。

【００１８】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。

【００１９】本発明のフィンの製造は、半連続鋳造によ
り鋳塊を製造し、熱間圧延、冷間圧延・焼鈍の工程で製
造可能であり、また、連続鋳造圧延、冷間圧延・焼鈍の
工程でも製造可能である。

【００２０】

【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に示す組成のアルミニウム合金フィン材（板厚
60μｍ、Ｈ１４調質）を常法により作製した。そしてこ
れらフィン材のろう付加熱後の強度と導電率を測定し、
その結果を表２に示す。なおろう付加熱の条件は窒素ガ
ス中で600℃×５分で行った。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５％ＩＡＣＳ向上す
ると熱交換器の熱効率は１％程度向上する。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】表２から明らかなように、従来例及び比較
例のフィン材は引張強さと導電率の両者に優れているも
のがないのに対して、本発明フィン材は引張強さと導電
率共に優れた値を示している。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明のフィン材は高強度
で熱伝導性に優れ、特に自動車用熱交換器の品質を大き
く向上させ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】

【図１】ラジエーターを示す一部断面の斜視図である。

【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

【特許請求の範囲】

【請求項１】 0.3wt％を越え0.8wt％以下のＳｉ、0.5w
t％を越え1.5wt％以下のＦｅ、0.1wt％を越え2.0wt％以
下のＮｉを含有し、残部アルミニウム及び不可避的不純
物からなることを特徴とするアルミニウム合金フィン
材。
【請求項２】 0.3wt％を越え0.8wt％以下のＳｉ、0.5w
t％を越え1.5wt％以下のＦｅ、0.1wt％を越え2.0wt％以
下のＮｉ、0.01wt％を越え0.2wt％以下のＺｒを含有
し、残部アルミニウム及び不可避的不純物からなること
を特徴とするアルミニウム合金フィン材。