(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．８〜１．６質量％のＭｎ、０．６〜１．４質量％のＳｉ及び０．５〜４．０質量％のＺｎを含有し、Ｆｅの含有量が０．１質量％以下に制限され、Ｍｇの含有量が０．０２質量％以下に制限されており、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなり、マトリックス内における円相当径０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物の数密度が２．５個／μｍ２以上であり、マトリックス内における円相当径０．４μｍを超える金属間化合物の数密度が１００００個／ｍｍ２以下であり、導電率が５５．０％ＩＡＣＳ以上である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。
【請求項２】
更に、０．３０質量％以下のＣｕ、０．４０質量％以下のＣｒ、０．２５質量％以下のＺｒ、０．１０質量％以下のＶ、０．１０質量％以下のＩｎ及び０．１０質量％以下のＳｎのうちのいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
【請求項３】
６００℃で３分間の加熱試験後の導電率が４７．０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項１又は２いずれか１項記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
【請求項４】
６００℃で３分間の加熱試験後の引張強さが１２０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
【請求項５】
半連続鋳造により、０．８〜１．６質量％のＭｎ、０．６〜１．４質量％のＳｉ及び０．５〜４．０質量％のＺｎを含有し、Ｆｅの含有量が０．１質量％以下に制限され、Ｍｇの含有量が０．０２質量％以下に制限されており、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を得、次いで、４００〜４８０℃で４〜２４時間、該アルミニウム合金鋳塊の均質化処理を行い、次いで、圧延終了温度が４００〜４８０℃となるように、均質化処理材を熱間粗圧延し、次いで、熱間粗圧延材を熱間仕上げ圧延し、次いで、熱間仕上げ圧延材を冷間圧延するか、又は熱間仕上げ圧延材を冷間圧延し、中間焼鈍を行った後、冷間仕上げ圧延して、マトリックス内における円相当径０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物の数密度が２．５個／μｍ２以上であり、マトリックス内における円相当径０．４μｍを超える金属間化合物の数密度が１００００個／ｍｍ２以下であり、導電率が５５．０％ＩＡＣＳ以上であるアルミニウム合金フィン材を得るアルミニウム合金フィン材作製工程を有する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６】
半連続鋳造により、０．８〜１．６質量％のＭｎ、０．６〜１．４質量％のＳｉ及び０．５〜４．０質量％のＺｎを含有し、Ｆｅの含有量が０．１質量％以下に制限され、Ｍｇの含有量が０．０２質量％以下に制限されており、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を得、次いで、４００〜４８０℃で４〜２４時間、該アルミニウム合金鋳塊の均質化処理を行い、次いで、圧延終了温度が４００〜４８０℃となるように、均質化処理材を熱間粗圧延し、次いで、熱間粗圧延材を熱間仕上げ圧延し、次いで、熱間仕上げ圧延材を冷間圧延するか、又は熱間仕上げ圧延材を冷間圧延し、中間焼鈍を行った後、冷間仕上げ圧延して、マトリックス内における円相当径０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物の数密度が２．５個／μｍ２以上であり、マトリックス内における円相当径０．４μｍを超える金属間化合物の数密度が１００００個／ｍｍ２以下であり、導電率が５５．０％ＩＡＣＳ以上であるアルミニウム合金フィン材を得るアルミニウム合金フィン材作製工程と、
該アルミニウム合金フィン材、冷媒流路管、ヘッダ材及びタンク材の一体物を組み立てた後、５９０〜６２０℃で１〜１０分間加熱して、該一体物をろう付けするろう付け加熱工程と、
を有すること特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車用コンデンサ、エバポレーター、ラジエーター、ヒータ、インタークーラー、オイルクーラー等のように、作動流体通路構成部材（チューブ材）とベアフィン材とが、ろう付けにより接合される熱交換器に用いられているアルミニウム合金フィン材であり、ろう付け後の熱伝導度と強度が高い熱交換器用のアルミニウム合金フィン材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のラジエータ、エアコン、インタークーラ、オイルクーラーなどの熱交換器は、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金などからなる作動流体通路構成材料（冷媒通路構成材料）と、Ａｌ−Ｍｎ系合金フィン材とを、ろう付けすることにより製造されている。フィン材には、作動流体通路構成材料を防食するために、犠牲陽極効果が要求されるとともに、ろう付け時の高温加熱により変形したり、ろうが浸透したりしないような優れた耐高温座屈性が要求される。
【０００３】
フィン材として、Ａｌ−Ｍｎ系合金が使用されるのは、Ｍｎがろう付け時の変形やろうの浸食を防ぐのに有効に作用するためである。そして、犠牲陽極効果を付与するために、この合金に、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎなどを添加して、電気化学的に卑にする方法（特開昭６２−１２０４５５号公報：特許文献１）があり、耐高温座屈性をさらに向上させるためには、Ａｌ−Ｍｎ系合金にＣｒ、Ｔｉ、Ｚｒなどを添加する方法（特開昭５０−１１８９１９号公報：特許文献２）がある。
【０００４】
最近では、熱交換器の小型化の要求が益々強くなっているため、フィンの熱交換性能の向上が必要となっている。また、更なる軽量化及びコスト低減のためは、薄肉化が必要となるが、そのためには、高強度の材料が必要である。これらの課題を併せて解決するために、高い熱伝導度と強度を兼ね備えたフィン材の開発が望まれている。
【０００５】
例えば、特開昭６３−２３２２６０号公報（特許文献３）には、従来のＡｌ−Ｍｎ系合金では、ろう付け時の加熱によりＭｎが固溶するために、熱伝導度が低下するという問題を解決するために、Ｍｎ含有量を０．８質量％以下に制限し、Ｚｒを０．０２〜０．２％、Ｓｉを０．１〜０．８％含有したアルミニウム合金が開示されている。
【０００６】
また、特開平１１−２６９５８９号公報（特許文献４）には、Ｍｎ及びＳｉを含有するフィン材のＭｎ／Ｓｉ比を規定することにより、ろう付け後の熱伝導度と強度が高く、犠牲陽極効果に優れたフィン材を提供することが開示されている。
【０００７】
また、特開２０００−１１９７８３号公報（特許文献５）には、Ｍｎ、Ｓｉ及びＺｎを含み、均質化処理を行わずに中間焼鈍条件及び最終冷間圧延条件を適切にして、０．３μｍ以下の金属間化合物を多くし、３μｍ以上の金属間化合物を少なくすることにより、元板強度と高温耐座屈性を改善したフィン材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−１２０４５５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開昭５０−１１８９１９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開昭６３−２３２２６０号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】特開平１１−２６９５８９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献５】特開２０００−１１９７８３号公報（特許請求の範囲）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献３のアルミニウム合金では、高い熱伝導度を示すが、Ｍｎが少ないために、ろう付け後の強度が不十分であり、また、電位が十分に卑でないために、犠牲陽極効果が小さかった。
【００１０】
また、熱伝導度が高い純アルミニウムに、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎを含有させて、犠牲陽極効果を付与したり、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒなどを添加して、耐高温座屈性を改善する試みも行われているが、これらの合金は、熱伝導性に優れているものの、ろう付け後の強度が十分ではない。
【００１１】
また、特許文献４のフィン材では、フィン材の薄肉化を達成するためには、熱伝導性が不十分なため、より一層の熱伝導性の向上が必要である。
【００１２】
また、特許文献５のフィン材は、均質化処理が行われていないため、熱伝導性が劣っている
【００１３】
従って、本発明の目的は、熱交換器のアルミニウム合金フィンの薄肉化の要求を満足させるために、ろう付け後において高い強度と高い熱伝導度を有する熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、強度特性、伝熱性能、犠牲陽極効果及びろう付け性に対する合金成分の影響、合金成分の組み合わせ効果、製造工程について、鋭意検討した結果、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１５】
すなわち、本発明（１）は、０．８〜１．６質量％のＭｎ、０．６〜１．４質量％のＳｉ及び０．５〜４．０質量％のＺｎを含有し、Ｆｅの含有量が０．１質量％以下に制限され、Ｍｇの含有量が０．０２質量％以下に制限されており、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなり、マトリックス内における円相当径０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物の数密度が２．５個／μｍ２以上であり、マトリックス内における円相当径０．４μｍを超える金属間化合物の数密度が１００００個／ｍｍ２以下であり、導電率が５５．０％ＩＡＣＳ以上である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を提供するものである。
【００１６】
また、本発明（２）は、更に、０．３０質量％以下のＣｕ、０．４０質量％以下のＣｒ、０．２５質量％以下のＺｒ、０．１０質量％以下のＶ、０．１０質量％以下のＩｎ及び０．１０質量％以下のＳｎのうちのいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする本発明（１）の熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供するものである。
【００１７】
また、本発明（３）は、半連続鋳造により、０．８〜１．６質量％のＭｎ、０．６〜１．４質量％のＳｉ及び０．５〜４．０質量％のＺｎを含有し、Ｆｅの含有量が０．１質量％以下に制限され、Ｍｇの含有量が０．０２質量％以下に制限されており、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を得、次いで、４００〜４８０℃で４〜２４時間、該アルミニウム合金鋳塊の均質化処理を行い、次いで、圧延終了温度が４００〜４８０℃となるように、均質化処理材を熱間粗圧延し、次いで、熱間粗圧延材を熱間仕上げ圧延し、次いで、熱間仕上げ圧延材を冷間圧延するか、又は熱間仕上げ圧延材を冷間圧延し、中間焼鈍を行った後、冷間仕上げ圧延して、マトリックス内における円相当径０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物の数密度が２．５個／μｍ２以上であり、マトリックス内における円相当径０．４μｍを超える金属間化合物の数密度が１００００個／ｍｍ２以下であり、導電率が５５．０％ＩＡＣＳ以上であるアルミニウム合金フィン材を得るアルミニウム合金フィン材作製工程を有する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を提供するものである。
【００１８】
また、本発明（４）は、半連続鋳造により、０．８〜１．６質量％のＭｎ、０．６〜１．４質量％のＳｉ及び０．５〜４．０質量％のＺｎを含有し、Ｆｅの含有量が０．１質量％以下に制限され、Ｍｇの含有量が０．０２質量％以下に制限されており、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を得、次いで、４００〜４８０℃で４〜２４時間、該アルミニウム合金鋳塊の均質化処理を行い、次いで、圧延終了温度が４００〜４８０℃となるように、均質化処理材を熱間粗圧延し、次いで、熱間粗圧延材を熱間仕上げ圧延し、次いで、熱間仕上げ圧延材を冷間圧延するか、又は熱間仕上げ圧延材を冷間圧延し、中間焼鈍を行った後、冷間仕上げ圧延して、マトリックス内における円相当径０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物の数密度が２．５個／μｍ２以上であり、マトリックス内における円相当径０．４μｍを超える金属間化合物の数密度が１００００個／ｍｍ２以下であり、導電率が５５．０％ＩＡＣＳ以上であるアルミニウム合金フィン材を得るアルミニウム合金フィン材作製工程と、
該アルミニウム合金フィン材、冷媒流路管、ヘッダ材及びタンク材の一体物を組み立てた後、５９０〜６２０℃で１〜１０分間加熱して、該一体物をろう付けするろう付け加熱工程と、
を有すること特徴とする熱交換器の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、熱交換器の製造に用いられるアルミニウム合金フィン材であって、ろう付け後において高い強度と高い熱伝導度を有する熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供することができる。そのため、本発明によれば、熱交換器のフィンの板厚を薄くすることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のアルミニウム合金フィンは、０．８〜１．６質量％のＭｎ、０．６〜１．４質量％のＳｉ及び０．５〜４．０質量％のＺｎを含有し、Ｆｅの含有量が０．１質量％以下に制限され、Ｍｇの含有量が０．０２質量％以下に制限されており、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなり、マトリックス内における円相当径０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物の数密度が２．５個／μｍ２以上であり、マトリックス内における円相当径０．４μｍを超える金属間化合物の数密度が１００００個／ｍｍ２以下であり、導電率が５５．０％ＩＡＣＳ以上である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である。
【００２１】
本発明のアルミニウム合金フィン材は、アルミニウム合金からなるフィン材、つまり、アルミニウム合金製のフィン材である。
【００２２】
本発明のアルミニウム合金フィン材に係るアルミニウム合金のＭｎ含有量は、０．８〜１．６質量％、好ましくは１．０〜１．３質量％である。Ｍｎは、ＳｉとともにＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の化合物を生成し、ろう付け前及びろう付け後の強度を高くし、耐高温座屈性を高くする。そのため、アルミニウム合金のＭｎ含有量が、上記範囲にあることにより、ろう付け前及びろう付け後の強度及び耐高温座屈性が高くなる。一方、アルミニウム合金のＭｎ含有量が、上記範囲未満だと、上記効果が不十分となり、また、上記範囲を超えると、鋳造時に粗大な晶出物が生成して、板厚が薄いフィン材の強度が低くなるほか、Ｍｎの固溶量が多くなるために、熱伝導度が低くなる。
【００２３】
アルミニウム合金のＳｉの含有量は、０．６〜１．４質量％、好ましくは１．０〜１．３質量％である。Ｓｉは、ＭｎとともにＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の化合物を生成し、強度を高くするとともに、Ｍｎの固溶量を減少させて熱伝導度を高くする。そのため、アルミニウム合金のＳｉ含有量が、上記範囲にあることにより、強度及び熱伝導度が高くなる。一方、アルミニウム合金のＳｉ含有量が、上記範囲未満だと、上記効果が不十分となり、また、上記範囲を超えると、Ｓｉの固溶量が多くなり過ぎるために、熱伝導度が低くなる。
【００２４】
アルミニウム合金のＺｎの含有量は、０．５〜４．０質量％、好ましくは０．５〜２．０質量％である。アルミニウム合金のＺｎ含有量が、上記範囲にあることにより、犠牲陽極効果が高くなる。一方、アルミニウム合金のＺｎ含有量が、上記範囲未満だと、上記効果が不十分となり、また、上記範囲を超えると、材料の自己腐食性が劣化してしまう。
【００２５】
アルミニウム合金にＦｅが固溶すると熱伝導度が低くなるため、Ｆｅの含有量は少ないほうが好ましい。また、Ｆｅの含有量が多いと、鋳造時に粗大な晶出物が生成して、板厚が薄いフィン材の強度が低くなる。そのため、本発明では、アルミニウム合金のＦｅの含有量は、０．１質量％以下に制限される。Ｆｅの含有量は、０．０７質量％以下に制限されることがより好ましい。
【００２６】
アルミニウム合金のＭｇの含有量が、０．０２質量％を超えると、ろう付け性が著しく低くなる。そのため、本発明では、アルミニウム合金のＭｇの含有量は、０．０２質量％以下に制限される。
【００２７】
本発明のアルミニウム合金フィンに係るアルミニウム合金は、更に、０．３０質量％以下のＣｕ、０．４０質量％以下のＣｒ、０．２５質量％以下のＺｒ、０．１０質量％以下のＶ、０．１０質量％以下のＩｎ及び０．１０質量％以下のＳｎのうちのいずれか１種又は２種以上を含有することができる。
【００２８】
Ｃｕは、フィンの強度の向上に寄与するが、アルミニウム合金のＣｕの含有量が０．３０質量％を超えると、フィンの電位を貴とし、犠牲陽極効果を損ねるおそれがある。そのため、アルミニウム合金のＣｕの含有量は、０．３０質量％以下が好ましい。
【００２９】
Ｃｒは、フィンの強度を向上させ、耐高温座屈性を高くするが、アルミニウム合金のＣｒの含有量が０．４０質量％を超えると、ろう付け後のフィンの熱伝導度が低くなる。そのため、アルミニウム合金のＣｒの含有量は、０．４０質量％以下が好ましい。
【００３０】
Ｚｒは、フィンの強度を向上させ、耐高温座屈性を高くするが、アルミニウム合金のＣｒの含有量が０．２５質量％を超えると、ろう付け後のフィン材の熱伝導度が低くなる。そのため、アルミニウム合金のＺｒの含有量は、０．２５質量％以下が好ましい。
【００３１】
Ｖは、フィンの強度を向上させ、耐高温座屈性を高くするが、アルミニウム合金のＶの含有量が０．１０質量％を超えると、ろう付け後のフィン材の熱伝導度が低くなる。そのため、アルミニウム合金のＶの含有量は、０．１０質量％以下が好ましい。
【００３２】
Ｉｎは、フィンの電位を卑にし、微量に添加することで犠牲陽極効果の向上に寄与するが、アルミニウム合金のＩｎの含有量が０．１０質量％を超えると、材料の自己腐食性が劣化する。そのため、アルミニウム合金のＩｎの含有量は、０．１０質量％以下が好ましい。
【００３３】
Ｓｎは、フィンの電位を卑にし、微量に添加することで犠牲陽極効果の向上に寄与するが、アルミニウム合金のＳｎの含有量が０．１０質量％を超えると、材料の自己腐食性が劣化する。そのため、アルミニウム合金のＳｎの含有量は、０．１０質量％以下が好ましい。
【００３４】
ろう付け加熱後のフィンを構成するアルミニウム合金のマトリックス内に存在する円相当径０．０２５〜０．４μｍの微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物は、フィンの強度を高くする。そして、円相当径０．０２５〜０．４μｍの微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物は、ろう付け加熱の際に再固溶して減少するので、ろう付け加熱前のアルミニウム合金のマトリックス内に存在する円相当径が０．０２５〜０．４μｍのＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の数密度が、２．５個／μｍ２未満だと、フィンの強度を高くする効果が少なくなることに加え、Ｍｎの固溶量が増加して、熱伝導度が低くなる。また、アルミニウム合金のマトリックス内に、円相当径が０．４μｍを超える粗大なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が存在し、その数密度が多過ぎると、粗大な金属間化合物が起点となる破断が起こり、ろう付け後の引張強さが低くなってしまう。特に、板厚が薄いフィン材の場合に、顕著である。また、アルミニウム合金のマトリックス内に存在する円相当径が０．４μｍを超えるＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物は、ろう付け加熱時の再結晶を促進させる。そして、ろう付け加熱前のアルミニウム合金のマトリックス内に存在する円相当径が０．４μｍを超えるＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の数密度が、１００００個／ｍｍ２を超えると、粗大な金属間化合物が起点となる破断が起こり易くなるため、ろう付け後の引張強さが低くなる。
【００３５】
これらのことから、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材に係るアルミニウム合金のマトリックス内に存在する円相当径０．０２５〜０．４μｍの微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の数密度は、２．５個／μｍ２以上であり、且つ、アルミニウム合金のマトリックス内に存在する円相当径０．４μｍを超えるＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の数密度は、１００００個／ｍｍ２以下である。そして、アルミニウム合金のマトリックス内に存在する円相当径０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物の数密度は、好ましくは２．７個／μｍ２以上であり、特に好ましくは３．０〜５．０個／μｍ２である。また、アルミニウム合金のマトリックス内に存在する円相当径０．４μｍを超える金属間化合物の密度は、好ましくは８５００個／ｍｍ２以下である。なお、本発明において、金属間化合物の数密度は、１０視野以上の走査型電子顕微鏡写真を用いた画像解析により、総面積が０．５ｍｍ２以上で測定される平均密度である。
【００３６】
本発明のアルミニウム合金フィン材の導電率は、５５．０％ＩＡＣＳ以上、好ましくは５６．０〜６１．０％ＩＡＣＳである。アルミニウム合金フィン材の導電率が上記範囲にあることにより、ろう付け加熱後のフィンの熱伝導性が高くなる。
【００３７】
本発明のアルミニウム合金フィン材を６００℃で３分間の加熱試験を行った後の導電率は、４７．０％ＩＡＣＳ以上、好ましくは４７．５〜５３．０％ＩＡＣＳである。そのため、本発明のアルミニウム合金フィン材は、通常のろう付け加熱条件である５９０〜６２０℃で１〜１０分間の加熱条件でろう付け加熱された後の熱伝導性が高い。なお、熱伝導度は、導電率との間に、相関関係があるので、導電率を測定することにより、熱伝導度を把握することができる。
【００３８】
本発明のアルミニウム合金フィン材を６００℃で３分間の加熱試験を行った後の引張強さは、好ましくは１２０ＭＰａ以上、特に好ましくは１２５ＭＰａ以上、より好ましくは１３０〜１５０ＭＰａである。そのため、本発明のアルミニウム合金フィン材は、通常のろう付け加熱条件である５９０〜６２０℃で１〜１０分間の加熱条件でろう付け加熱された後の強度が高い。
【００３９】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材では、化学組成、アルミニウム合金フィン材のマトリックス内の円相当径０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物の数密度、円相当径０．４μｍを超える金属間化合物の数密度、及び導電率が、上記範囲にあるので、通常のろう付け加熱条件である５９０〜６２０℃で１〜１０分間のろう付け加熱条件でろう付け加熱された後のフィンの熱伝導度が高く且つ強度が高くなり、犠牲陽極効果及びろう付け性も優れたものとなる。そのため、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材を用いることにより、熱交換器のフィンの薄肉化が可能となる。
【００４０】
本発明のアルミニウム合金フィン材は、板厚が０．１２ｍｍ以下、好ましくは０．０３〜０．１２ｍｍの板厚が薄いフィンの場合に、高い強度と高い熱伝導度を有し、犠牲陽極効果に優れるという本発明の効果が顕著に現れる。
【００４１】
また、加工に供されるアルミニウム合金フィン材、特に、コルゲート加工に供されるアルミニウム合金フィン材のアルミニウム合金のマトリックス内に、円相当径０．４μｍを超える粗大なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が多く存在すると、フィン材の板厚が薄い場合に、粗大な金属化合物が起点となる破断が起こり易くなるため、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなる。そのため、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、コルゲート加工され且つマトリックス内における円相当径０．４μｍを超えるＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の数密度が、１００００個／ｍｍ２以下、好ましくは８５００個／ｍｍ２以下であることにより、ろう付け加熱された後の引張強さが高くなる。
【００４２】
なお、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材を、プレートフィンとして用いることもできる。
【００４３】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、以下に示す本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法により、好適に製造される。なお、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、製造方法によって限定されるものではない。
【００４４】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法は、半連続鋳造により、Ｍｎ含有量が０．８〜１．６質量％、Ｓｉ含有量が０．６〜１．４質量％、Ｚｎ含有量が０．５〜４．０質量％、Ｆｅの含有量が０．１質量％以下、Ｍｇの含有量が０．０２質量％以下であるアルミニウム合金鋳塊を得、次いで、４００〜４８０℃で４〜２４時間、該アルミニウム合金鋳塊の均質化処理を行い、次いで、圧延終了温度が４００〜４８０℃となるように、均質化処理材を熱間粗圧延し、次いで、熱間粗圧延材を熱間仕上げ圧延し、次いで、熱間仕上げ圧延材を冷間圧延するか、又は熱間仕上げ圧延材を冷間圧延し、中間焼鈍を行った後、冷間仕上げ圧延して、アルミニウム合金フィン材を得るアルミニウム合金フィン材作製工程を有する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。
【００４５】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法は、半連続鋳造と、均質化処理と、熱間粗圧延と、熱間仕上げ圧延と、冷間圧延、あるいは、冷間圧延、中間焼鈍及び冷間仕上げ圧延と、を行い、アルミニウム合金フィン材を得るアルミニウム合金フィン材作製工程を有する。
【００４６】
アルミニウム合金フィン材作製工程では、先ず、半連続鋳造によりアルミニウム合金鋳塊を得る。半連続鋳造の方法は、特に制限されず、適宜、半連続鋳造を行うことができる。
【００４７】
半連続鋳造では、Ｍｎ含有量が０．８〜１．６質量％、好ましくは１．０〜１．３質量、Ｓｉ含有量が０．６〜１．４質量％、好ましくは１．０〜１．３質量％、Ｚｎ含有量が０．５〜４．０質量％、好ましくは０．５〜２．０質量％、Ｆｅの含有量が０．１質量％以下、Ｍｇの含有量が０．０２質量％以下となるアルミニウム合金鋳塊が得られるように、化学成分の添加量を調節する。
【００４８】
また、半連続鋳造では、アルミニウム合金鋳塊が、更に、０．３０質量％以下のＣｕ、０．４０質量％以下のＣｒ、０．２５質量％以下のＺｒ、０．１０質量％以下のＶ、０．１０質量％以下のＩｎ及び０．１０質量％以下のＳｎのうちのいずれか１種又は２種以上を含有するように、化学成分の添加量を調節することができる。
【００４９】
次いで、半連続鋳塊により得られたアルミニウム合金鋳塊を、４００〜４８０℃で４〜２４時間の条件で、均質化処理する。均質化処理では、鋳塊の溶質原子の成分偏析を取り除くと共に、ろう付け後の強度に寄与する微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を析出させ、熱伝導性を低くする固溶Ｍｎの固溶量を減少させる。均質化処理温度は、４００〜４８０℃、好ましくは４２０〜４７０℃である。均質化処理温度が上記範囲にあることにより、均質化効果を得ると共に、微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物（円相当径が０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物）を析出させ、且つ、粗大なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物（円相当径が０．４μｍを超える金属間化合物）を析出し難くすることができる。一方、均質化処理温度が、上記範囲未満だと、十分な均質化効果が得られないことに加え、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が十分に析出しない。また、均質化処理温度が、上記範囲を超えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が粗大化してしまい、強度を高くすることができない。均質化処理時間は、４〜２４時間、好ましくは６〜２４時間である。均質化処理時間が上記範囲にあることにより、均質化効果を得ると共に、微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を析出させ、且つ、粗大なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を析出し難くすることができる。均質化処理時間が、上記範囲未満だと、十分な均質化効果が得られないことに加え、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が十分に析出しない。また、均質化時間が、上記範囲を超えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が粗大化してしまい、強度を高くすることができない。なお、均質化処理では、均質化処理温度に応じて、微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物（円相当径が０．０２５〜０．４μｍの金属間化合物）及び粗大なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物（円相当径が０．４μｍを超える金属間化合物）の数密度が所定の範囲となるように、均質化処理時間を適宜選択することができる。
【００５０】
次いで、均質化処理を行い得られる均質化処理材を、圧延終了温度が４００〜４８０℃となるように、好ましくは４２０〜４７０℃となるように、熱間粗圧延する。熱間粗圧延では、圧延終了温度が上記範囲となるように、温度制御をしながら、熱間粗圧延することにより、微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を析出させ、且つ、粗大なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を析出し難くすることができる。熱間粗圧延の圧延終了温度が、上記範囲未満だと、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が十分に形成されない。また、熱間粗圧延の圧延終了温度が、上記範囲を超えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が粗大化してしまい、強度を高くすることができず、また、板厚が薄いフィン材の場合、粗大な金属化合物が起点となる破断が起こり易くなるため、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなる。なお、熱間粗圧延とは、熱間において厚さ５０ｍｍ以下まで圧延する工程を意味する。また、圧延終了温度とは、熱間粗圧延が完了し、続く熱間仕上げ圧延が開始される時の温度を指す。
【００５１】
次いで、熱間粗圧延を行い得られる熱間粗圧延材を、熱間仕上げ圧延する。熱間仕上げ圧延の終了温度は、適宜選択されるが、好ましくは３００℃以下、特に好ましくは２２０〜２８０℃である。熱間仕上げ圧延の終了温度が、上記範囲を超えると、熱間仕上げ圧延後の冷却中に再結晶し易くなり、そのために、強度が低下し易くなる。なお、熱間仕上げ圧延とは、熱間粗圧延に続いて行われ、熱間で厚さ８ｍｍ以下まで圧延する工程である。また、熱間仕上げ圧延の終了温度とは、熱間仕上げ圧延が完了した時の温度を指す。
【００５２】
次いで、熱間仕上げ圧延を行い得られる熱間仕上げ圧延材を、冷間圧延するか、あるいは、熱間仕上げ圧延材を冷間圧延し、中間焼鈍を行った後、冷間仕上げ圧延する。中間焼鈍は、板厚が薄いフィン材を得る場合に、冷間圧延の途中で、加工硬化により、加工し難くなったときに、加工し易くするために行われる。その場合の中間焼鈍温度は、好ましくは３００〜４７０℃、特に好ましくは３４０〜４２０℃である。熱間仕上げ圧延材を、冷間圧延することにより、熱交換器用アルミニウム合金フィン材を得る場合、熱間仕上げ圧延材を、冷間で、所定の厚みとなるまで圧延し、熱交換器用アルミニウム合金フィン材を得る。また、熱間仕上げ圧延材を冷間圧延し、中間焼鈍を行った後、冷間仕上げ圧延する場合、先ず、熱間仕上げ圧延材を、ある程度の厚さまで冷間で圧延した後、中間焼鈍を行い、次いで、冷間で、所定の厚さとなるまで圧延し、アルミニウム合金フィン材を得る。
【００５３】
本発明の熱交換器の製造方法は、半連続鋳造により、Ｍｎ含有量が０．８〜１．６質量％、Ｓｉ含有量が０．６〜１．４質量％、Ｚｎ含有量が０．５〜４．０質量％、Ｆｅの含有量が０．１質量％以下、Ｍｇの含有量が０．０２質量％以下であるアルミニウム合金鋳塊を得、次いで、４００〜４８０℃で４〜２４時間、該アルミニウム合金鋳塊の均質化処理を行い、次いで、圧延終了温度が４００〜４８０℃となるように、均質化処理材を熱間粗圧延し、次いで、熱間粗圧延材を熱間仕上げ圧延し、次いで、熱間仕上げ圧延材を冷間圧延するか、又は熱間仕上げ圧延材を冷間圧延し、中間焼鈍を行った後、冷間仕上げ圧延して、アルミニウム合金フィン材を得るアルミニウム合金フィン材作製工程と、
該アルミニウム合金フィン材、冷媒通路管、ヘッダ材及びタンク材の一体物を組み立てた後、５９０〜６２０℃で１〜１０分間加熱して、該一体物をろう付けするろう付け加熱工程と、
を有することを特徴とする熱交換器の製造方法である。
【００５４】
本発明の熱交換器の製造方法は、アルミニウム合金フィン材作製工程と、ろう付け加熱工程と、を有する。
【００５５】
本発明の熱交換器の製造方法に係るアルミニウム合金フィン材作製工程は、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法に係るアルミニウム合金フィン材作製工程と同様である。
【００５６】
本発明の熱交換器の製造方法に係るろう付け加熱工程は、アルミニウム合金フィン材作製工程を行い得られるアルミニウム合金フィン材が、熱交換器のフィンの形状に成形されたフィン材と、冷媒流路管と、ヘッダ材と、タンク材と、その他必要に応じて組み付けられる必要部材と、が組み立てられた一体物を、ろう付け加熱する工程である。例えば、アルミニウム合金フィン材作製工程を行い得られるアルミニウム合金フィン材を、コルゲート成形し、次いで、コルゲート成形されたアルミニウム合金フィン材と扁平状に成形された冷媒通路管（チューブ材）とを交互に積層し、更に、冷媒通路管の端部をヘッダ材及びタンク材に接続し、必要に応じて、他の必要部材を組み付けること等により、アルミニウム合金フィン材、冷媒通路管、ヘッダ材及びタンク材の一体物を組み立てた後、一体物をろう付け加熱することにより、ろう付け加熱工程を行う。
【００５７】
ろう付け加熱工程において、ろう付け加熱前に、アルミニウム合金フィン材と共に組み付けられる冷媒通路管、ヘッダ材及びタンク材並びに必要に応じて組み付けられる他の必要部材は、通常、熱交換器用の冷媒通路管、ヘッダ材及びタンク材並びに他の必要部材として用いられるものであれば、特に制限されない。
【００５８】
ろう付け加熱工程では、少なくとも、アルミニウム合金フィン材、冷媒通路管、ヘッダ材及びタンク材が組み付けられている一体物を、窒素ガス等の不活性雰囲気中、５９０〜６２０℃で１〜１０分間ろう付け加熱を行う。アルミニウム合金フィン材と冷媒通路管とを接合させるためのろう付けは、外面にろう材がクラッドされている冷媒通路管を用いることや、Ｓｉ粉末又はＡｌ−Ｓｉ合金粉末を冷媒通路管の外側面に塗装し、ろう付け加熱することにより行われる。アルミニウム合金の表面は、緻密な酸化皮膜で覆われているため、この酸化皮膜を破壊して、ろう付け性を向上させるために、フッ化物系のフラックスが塗布されることが、一般的である。フラックスの塗布は、ろう付け加熱前に、組み立てた一体物に、粉末のフラックスをそのまま散布したり、あるいは、水に懸濁させたフラックスを散布したり、冷媒流路管に塗装することにより行われる。
【００５９】
そして、本発明の熱交換器の製造方法では、ろう付け加熱工程を行うことにより、熱交換器が得られる。
【００６０】
本発明の熱交換器の製造方法では、アルミニウム合金フィン材作製工程で、上述した特定の化学組成を有するアルミニウム合金鋳塊を原材料に用いて、上述した特定の条件で均質化処理及び熱間粗圧延を行うことにより、好ましくは、更に上述した特定の条件で熱間仕上げ圧延を行うことにより、上述したろう付け加熱条件でろう付け加熱した後の導電率が高く且つ強度が高いアルミニウム合金フィン材が得られるので、本発明の熱交換器の製造方法では、アルミニウム合金フィン材作製工程を行い得られるアルミニウム合金フィン材を、上述したろう付け加熱条件で加熱し、ろう付けすることにより、導電率が高く且つ強度が高いフィンを有する熱交換器が得られる。
【００６１】
以下に、本発明の実施例を示すが、これにより本発明が制限されるものではない。
【実施例】
【００６２】
（実施例）
表１に示す成分組成を有する各アルミニウム合金を常法により溶解し、半連続鋳造により造塊し、得られた各鋳塊を、均質化処理、熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延、冷間圧延、中間焼鈍、冷間仕上げ圧延を行い、板厚が０．０７ｍｍのフィン材（ろう付け加熱前）を得た。なお、均質化処理、熱間粗圧延及び熱間仕上げ圧延の条件は、表２に示す通りであり、また、中間焼鈍の処理温度は３５０℃であった。
次いで、得られたフィン材（ろう付け加熱前）について、フッ化物系フラックスを塗布した後、ろう付け条件と同様に、窒素ガス雰囲気中、６００℃で３分間のろう付け加熱試験を行い、ろう付け加熱試験後のフィン材を得た。得られたろう付け加熱試験後のフィン材について、各種機械的性質及び材料組織の評価を行った。その結果を表３に示す。
【００６３】
（強度）
ろう付け加熱試験後のフィン材を成形して、ＪＩＳ５号の試験片を作成し、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に従って、引張強さを測定し、その引張強さを強度の判断基準とした。ろう付け加熱試験後のフィン材の引張強さが１２０ＭＰａ以上の場合を、良好とした。
（熱伝導度）
ＪＩＳ  Ｈ０５０５に従って、ろう付け加熱試験前のフィン材及びろう付け加熱試験後のフィン材の導電率を測定し、その導電率で熱伝導度を判断した。ろう付け加熱試験後のフィンの導電率が４７．０％ＩＡＣＳ以上の場合を、良好とした。
（材料組織の評価）
ろう付け加熱試験前のフィン材を、ペーパー研磨及びバフ研磨により鏡面仕上げした後、電界放電型電子銃を備えた走査型電子顕微鏡により、加速電圧１０ｋＶにて５００倍もしくは５０００倍で観察し、電子顕微鏡写真を得、得られた写真を画像解析して、金属間化合物の粒径及び数密度を測定した。なお、画像解析には、１０視野以上の写真を用い、画像解析の総面積を０．５ｍｍ２以上とした。
【００６４】
（比較例）
表４に示す成分組成を有する各アルミニウム合金を常法により溶解し、半連続鋳造により造塊し、得られた各鋳塊を、均質化処理、熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延、冷間圧延、中間焼鈍、冷間仕上げ圧延を行い、板厚が０．０７ｍｍのフィン材（ろう付け加熱前）を得た。なお、均質化処理、熱間粗圧延及び熱間仕上げ圧延の条件は、表５に示す通りであり、また、中間焼鈍の処理温度は３５０℃であった。
次いで、得られたフィン材（ろう付け加熱前）について、フッ化物系フラックスを塗布した後、ろう付け条件と同様に、窒素ガス雰囲気中、６００℃で３分間の加熱を行い、ろう付け加熱試験後のフィン材を得た。得られたろう付け加熱試験後のフィン材について、各種機械的性質及び材料組織の評価を行った。その結果を表６に示す。
【００６５】
比較例１はＭｎの含有量が低いため、０．０２５〜０．４μｍのＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の数が少なり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。
比較例２はＭｎの含有量が高いため、固溶Ｍｎ量が多くなり、導電率が低くなった。また、粗大な化合物粒子が多くなり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。
比較例３はＳｉの含有量が低いため、０．０２５〜０．４μｍのＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の数が少なり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。また、Ｓｉが少ないために固溶Ｍｎ量が多くなり、導電率が低くなった。
比較例４はＳｉの含有量が高いため、固溶Ｓｉ量が多くなり、導電率が低くなった。また、粗大な化合物粒子が多くなり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。
比較例５はＦｅの含有量が高いため、固溶Ｆｅ量が増えて導電率が低くなった。また、粗大な化合物粒子が多くなり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。
比較例６はＣｕの含有量が高いため、固溶Ｃｕ量が多くなり、導電率が低くなった。
比較例７はＣｒの含有量が高いため、固溶Ｃｒ量が多くなり、導電率が低くなった。
比較例８はＺｒの含有量が高いため、固溶Ｚｒ量が多くなり、導電率が低くなった。
比較例９はＶの含有量が高いため、固溶Ｖ量が多くなり、導電率が低くなった。
比較例１０は均質化処理温度が低いため、０．０２５〜０．４μｍのＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の数が少なり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。また、固溶Ｍｎ量が多くなり、導電率が低くなった。
比較例１１は均質化処理温度が高いため、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子が粗大化し、０．０２５〜０．４μｍのＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の数が少なくなり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。
比較例１２は均質化処理時間が短いため、０．０２５〜０．４μｍのＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の数が少なくなり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。また、固溶Ｍｎ量が多くなり、導電率が低くなった。
比較例１３は均質化処理時間が長いため、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子が粗大化し、０．０２５〜０．４μｍのＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の数が少なくなるとともに、４．０μｍを超えるＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の数が多くなり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。
比較例１４は熱間粗圧延の終了温度が低いため、０．０２５〜０．４μｍのＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の数が少なくなり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。また、固溶Ｍｎ量が多くなり、導電率が低くなった。
比較例１５は熱間粗圧延の終了温度が高いため、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子が粗大化し、０．０２５〜０．４μｍのＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の数が少なくなるとともに、４．０μｍを越えるＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の数が多くなり、ろう付け加熱された後の引張強さが低くなった。
【００６６】
【表１】
0005925022.tif 000002
【００６７】
【表２】
0005925022.tif 000003
【００６８】
【表３】
0005925022.tif 000004
【００６９】
【表４】
0005925022.tif 000005
【００７０】
【表５】
0005925022.tif 000006
【００７１】
【表６】
0005925022.tif 000007