(57)【要約】【課題】低温時にマグネシウムをＭｇ２Ｓｉの形で固定し昇温時に酸化され難く、高温時にはマグネシウムが母地に固溶しアルミニウム酸化物を還元可能なアルミニウム合金を提供すると共に、そのアルミニウム合金を使用して接合信頼性の高いアルミニウム製の熱交換器を提供することを目的とする。【解決手段】  冷却水などの第１冷媒が流れる冷媒流通路２を複数有した第１プレート３と、空気などの第２冷媒が流れる冷媒流通路４を有した第２プレート５と、これら第１プレート３と第２プレート５を交互に複数積層してなる上下面に積層される、溝加工のされていない平板形状の上プレート６と下プレート７とを拡散接合によって接合一体化した熱交換器１において、常温でＭｇをほぼ全てＭｇ２Ｓｉにし得る量のＳｉを添加してなる、Ｍｇを含むアルミニウム合金を熱交換器構成部品として使用する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇを含むアルミニウム合金において、
常温でＭｇをほぼ全てＭｇ２Ｓｉにし得る量のＳｉを添加してなる
ことを特徴とするアルミニウム合金。
【請求項２】
Ｍｇを含むアルミニウム合金からなる熱交換器構成部品（３、５、６、７）を拡散接合して製造されるアルミニウム製の熱交換器（１）であって、
前記アルミニウム合金は、常温でＭｇをほぼ全てＭｇ２Ｓｉにし得る量のＳｉを添加してなる
ことを特徴とするアルミニウム製の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金及びこのアルミニウム合金を用いたアルミニウム製の熱交換器に関し、詳細には、拡散接合に用いて好適なアルミニウム合金及びアルミニウム製の熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車の熱交換器は、ろう材を用いたろう接法によって、熱交換器構成部品同士を接合して組み立てている。しかし、内部構造が複雑な熱交換器をろう接法によって組み立てようとすると、ろう材による目詰まりやエロージョンが発生する。そこで、これらの問題を解決するために、所望の真空雰囲気中で熱交換器構成部品同士を加熱加圧することで接合一体化する拡散接合方法により熱交換器を製造する試みがなされている。
【０００３】
しかしながら、この拡散接合法でアルミニウム合金を接合する場合には、接合面には強固なアルミナ表面酸化皮膜が存在することから、この皮膜がアルミニウム合金同士の接合を妨害する。アルミナ表面酸化皮膜を除去するには、物理的方法或いは化学的方法がある。
【０００４】
化学的方法の一例としては、例えば、高真空中（１０-５Ｔｏｏｒ）で拡散接合を行い、その際にアルミニウム合金中に含まれるマグネシウム（Ｍｇ）でアルミニウム合金面間のアルミナ表面酸化皮膜を還元する方法が挙げられる（例えば、特許文献１、２など参照）。
【０００５】
かかる方法において、ある時間内に接合面間のアルミナ表面皮膜を還元するには、アルミニウム合金中のマグネシウム量として、最低限の必要濃度があり（最低限の必要濃度が存在し）、その下限は約０．２重量％である。マグネシウムによるアルミナの還元反応は、次の２式で示される。
【０００６】
Ａｌ２Ｏ３＋３／４Ｍｇ→３／４ＭｇＡｌ２Ｏ４＋１／２Ａｌ…（１）式
Ａｌ２Ｏ３＋３Ｍｇ→３ＭｇＯ＋２Ａｌ…                  （２）式
アルミニウム合金中のマグネシウム量の増加によって、反応(2)式が支配的となる。いずれの反応もアルミニウム合金の融点以下の接合温度でも進行する。（１）式の反応では接合面間の酸化皮膜は球状の反応生成物ＭｇＡｌ２Ｏ４  が生成する。その結果、金属接合部が増加して接合強さが大幅に向上する。アルミニウム合金中のマグネシウムが２重量％以上となると、高真空で接合したとしても、（２）式の反応が優勢になり、接合面間の表面酸化皮膜は、アルミナ中にマグネシヤが混在するようになり、合金中のマグネシウム量の増加とともに、このマグネシヤが増加する。接合表面にマグネシヤが存在すると、拡散接合が不可能となる。
【０００７】
つまり、アルミニウム合金のマグネシウムでアルミナ表面酸化皮膜を還元する条件としては、拡散接合雰囲気を高真空（１０-５Ｔｏｏｒ）とし、且つ、マグネシウム濃度を０．２〜２重量％とする必要がある。
【特許文献１】特開昭６３−２２０９８７号公報（第１頁から第３頁）
【特許文献２】特公平５−６２０３４号公報（第１頁から第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、拡散接合を行う炉中の雰囲気は良好でも実際の製品では拡散接合用治具の熱容量が大きく且つアルミニウムの輻射性能が低いので、真空炉中では昇温が遅くなる。
【０００９】
一般に金属の酸化物は低温の方が安定であるが、低温では反応速度が小さく酸化膜の生成による問題は少ない。ところがアルミニウムに比べて非常に酸化されやすいマグネシウムを含む合金では昇温時間が長いとこれが問題になる。
【００１０】
低温側での加熱時間が長いと、Ｍｇを含むアルミニウム合金は、前記したようにＭｇＯの酸化皮膜が成長し、その後の拡散接合性を阻害する。つまり、アルミニウム表面の酸化を防ぐために含有したＭｇが炉の昇温が遅いために、昇温途中でＭｇＯとなって拡散接合性に悪影響を与えてしまう。
【００１１】
そこで、本発明は、低温時にマグネシウムが酸化され難く、高温時にはマグネシウムによりアルミニウム酸化物を還元できるアルミニウム合金を提供すると共に、そのアルミニウム合金を使用して接合信頼性の高いアルミニウム製の熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、Ｍｇを含むアルミニウム合金において、常温でＭｇをほぼ全てＭｇ２Ｓｉにし得る量のＳｉを添加してなることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、Ｍｇを含むアルミニウム合金からなる熱交換器構成部品を拡散接合して製造されるアルミニウム製の熱交換器であって、前記アルミニウム合金は、常温でＭｇをほぼ全てＭｇ２Ｓｉにし得る量のＳｉを添加してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、Ｍｇを含むアルミニウム合金に常温でＭｇをほぼ全てＭｇ２Ｓｉにし得る量のＳｉを添加しているので、低温時ではＭｇはＭｇ２Ｓｉとなって凝集析出し母地のマグネシウム濃度は低下し、酸化され難くなり、拡散接合時の高温時ではＭｇ２Ｓｉは分解して固溶体のＭｇとなり、通常のＭｇ固溶体合金と同様に表面酸化皮膜のアルミナを還元して拡散接合に有効に働く。したがって、本発明のアルミニウム合金によれば、昇温時に酸化されにくく、高温時に表面の酸化アルミニウムを有効に還元出来る。
【００１５】
請求項２の発明によれば、常温でＭｇをほぼ全てＭｇ２Ｓｉにし得る量のＳｉを添加してなるＭｇを含んだアルミニウム合金からなる熱交換器構成部品を拡散接合して熱交換器が製造されているので、接合界面に酸化皮膜が形成され難いことから接合強度の高い熱交換器となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
本発明者等は、鋭意研究の結果、Ｍｇを含むアルミニウム合金に常温でＭｇをほぼ全てＭｇ２Ｓｉにし得る量のＳｉを添加することで、低温時のＭｇの酸化（ＭｇＯの形成）を防止する一方で、高温時のアルミニウム表面の酸化（アルミナ表面酸化皮膜の形成）を防止し得ることを知見した。
【００１８】
本実施の形態では、アルミニウム合金を拡散接合した場合の昇温途中でのＭｇの酸化を、アルミニウム合金にＳｉを添加して化合物（Ｍｇ２Ｓｉ）とすることで抑制する。具体的には、常温でＭｇをほぼ全てＭｇ２Ｓｉにし得る量のＳｉをアルミニウム合金に添加する。
【００１９】
アルミニウム合金中に含まれるＭｇの性質としては、ＭｇはＳｉと共存するとＭｇ２Ｓｉを形成する。図１のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉの２元系状態図に示すように、母材中で溶解度を持ち低温ではＭｇ２Ｓｉを分離析出するが、高温では固溶体になる。
【００２０】
つまり、Ｍｇに当量のＳｉを添加したアルミニウム合金では、低温時ではＭｇはＭｇ２Ｓｉで固定されていて酸化され難いが、拡散接合する高温時にはＭｇ２Ｓｉは母地に固溶して固溶体のＭｇとなり、通常のＭｇ固溶体合金と同様に表面酸化皮膜のアルミナを還元して拡散接合に有効に働く。要するに、本実施の形態のアルミニウム合金によれば、拡散接合前の低温時ではＭｇ２Ｓｉに固定され酸化し難く、拡散接合時の高温時ではＭｇ２Ｓｉが分解しＭｇになるのでアルミニウム表面の酸化を防止することができる。
【００２１】
図２は接合温度比と継手効率を示すグラフである。ここで言う接合温度比は接合温度とその合金の固相線温度の絶対温度表示の比で、接合効率は常温での接合継ぎ手強度と母材の強度の比である。アルミニウム合金にそのマグネシウム濃度に対するＭｇ２Ｓｉの当量以上のＳｉを添加した場合の方が、Ｓｉを添加しない場合に比べて、接合温度が低くても継手効率が高いことが判る。
【００２２】
「実施例」
次に、本発明のアルミニウム合金からなる熱交換器構成部品を拡散接合して製造された熱交換器の一実施例を説明する。図３は、アルミニウム合金からなる熱交換器構成部品を拡散接合して製造される熱交換器を示し、図３（Ａ）は各熱交換器構成部品を示す斜視図、図３（Ｂ）は組み立てられた熱交換器の斜視図である。
【００２３】
本実施例の熱交換器１は、冷却水などの第１冷媒が長手方向（図３中矢印Ｘで示す方向）に流れる冷媒流通路２を複数有した第１プレート３と、空気などの第２冷媒が短手方向（図３中矢印Ｙで示す方向）に流れる冷媒流通路４を有した第２プレート５と、これら第１プレート３と第２プレート５を交互に複数積層してなる上下面に積層される、溝加工のされていない平板形状の上プレート６と下プレート７とからなる。
【００２４】
これら第１プレート３、第２プレート５、上プレート６及び下プレート７には、例えば互いの接合部にＪＩＳ規格の３００３合金に０．２〜０．６重量％のマグネシウムと、常温でＭｇをほぼ全てＭｇ２Ｓｉにし得る量のＳｉを添加してなるアルミニウム合金が使用される。基となる３００３合金は、成形性、溶接性及び耐食性に優れ、１０００番系合金に比べて強度が高く熱交換器には多用されている。
【００２５】
第１プレート３と第２プレート５の長手方向両端部には、第１冷媒が流入するタンク８を構成するリング部８Ａ、８Ｂが形成されている。上プレート６及び下プレート７にも同様に第１冷媒流入用のリング部が形成されている。これら各プレートに形成されたリング部８Ａ、８Ｂが複数積層されることで、円筒形状のタンク８、８が構成される。
【００２６】
そして、これら第１プレート３、第２プレート５、上プレート６及び下プレート７を積層してなる積層プレート体９は、真空雰囲気中で加熱加圧して拡散接合することによって熱交換器１とされる。図４は、拡散接合装置の一例を示す模式図である。
【００２７】
積層プレート体９は、真空炉１０内に配置された台座１１の上に積層され、その上に押え板１２を介して荷重付与手段（油圧プレスなど）１３で当該積層プレート体９に対して所定の荷重Ｗを掛けながら、加熱手段（ヒータ）１４で加熱して接合を行う。
【００２８】
このようにして拡散接合を行ったときに、真空炉１０内が前記台座１１や押え板１２などの治具の熱容量が大きくアルミニウムの輻射性能低下によって昇温が遅くなっても、ＭｇはＳｉによってＭｇ２Ｓｉになることから母地中の濃度は低下する為酸化され難く、また、高温となった場合にはＭｇ２Ｓｉが分解してＭｇになるからアルミニウム表面の酸化物を還元することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉの２元系状態図である。
【図２】接合温度比と継手効率（常温に戻したときの引張強度）を示すグラフである。
【図３】図３は、アルミニウム合金からなる熱交換器構成部品を拡散接合して製造される熱交換器を示し、図３（Ａ）は各熱交換器構成部品を示す斜視図、図３（Ｂ）は組み立てられた熱交換器の斜視図である。
【図４】図４は、拡散接合装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…熱交換器
２，４…冷媒流通路
３…第１プレート（熱交換器構成部品）
５…第２プレート（熱交換器構成部品）
６…上プレート（熱交換器構成部品）
７…下プレート（熱交換器構成部品）
８…タンク
１０…真空炉
１３…荷重付与手段
１４…加熱手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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