(57)【要約】フィン用素材を製造するためのアルミニウム合金であって、重量パーセントで：Ｓｉ≦１．２、Ｍｎ≦０．０５、Ｍｇ≦０．０５、Ｆｅ≦２．０、０．５≦Ｎｉ≦１．５、０．０５≦Ｃｕ≦１．０、０．５≦Ｚｎ≦４．０および／または０．１≦Ｓｎ≦２．０および／または０．０１≦Ｉｎ≦０．５、Ｖ≦０．４０および／またはＴｉ＜０．０ｌおよび／またはＣｒ＜０．０１および／またはＺｒ＜０．０１、他の元素各々０．０５まで、全部で０．１５まで、Ａｌ残部の組成を有するアルミニウム合金。【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィン用素材を製造するためのアルミニウム合金であって、重量パーセントで：
Ｓｉ≦１．２
Ｍｎ≦０．０５
Ｍｇ≦０．０５
Ｆｅ≦２．０
０．５≦Ｎｉ≦１．５
０．０５≦Ｃｕ≦１．０
０．５≦Ｚｎ≦４．０および／または０．１≦Ｓｎ≦２．０および／または０．０１≦Ｉｎ≦０．５
Ｖ≦０．４０および／またはＴｉ＜０．０ｌおよび／またはＣｒ＜０．０１および／またはＺｒ＜０．０１
他の元素  各々０．０５まで、そして全部で０．１５まで
Ａｌ  残部
の組成を有するアルミニウム合金。
【請求項２】
Ｓｉが０．４％〜０．８％の範囲内にある請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
Ｍｎが≦０．０３％である請求項１あるいは２に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
Ｍｎが≦０．０１％である請求項３に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
Ｍｇが≦０．０３％である請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
Ｍｇが≦０．０１％である請求項５に記載のアルミニウム合金。
【請求項７】
Ｆｅが０．３％〜１．６％の範囲内、好ましくは０．７％〜１．３％の範囲内にある請求項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
Ｎｉが０．８％〜１．２％の範囲内にある請求項１〜７のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
Ｃｕが０．１％〜０．８％の範囲内、好ましくは０．１％〜０．６％の範囲内にある請求項１〜８のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１０】
Ｚｎが１．０％〜３．０％の範囲内にあり、そして／またはＳｎが０．１％〜１．０％の範囲内にあり、そして／またはＩｎが０．０１％〜０．０５％の範囲内にある請求項１〜９のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１１】
ＩｎおよびＳｎが存在しない請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１２】
Ｖ＜０．０１％である請求項１〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１３】
前記フィン用素材が少なくとも２６ＭＳ／ｍ（４５％ＩＡＣＳ）、好ましくは少なくとも２９ＭＳ／ｍ（５０％ＩＡＣＳ）のろう付け後熱伝導性を有する請求項１〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金からできているフィン用素材。
【請求項１４】
前記フィン用素材がＳＣＥに対して−７５０ｍＶと−９５０ｍＶ（ＡＳＴＭ  Ｇ６９）の間の、好ましくはＳＣＥに対して−７５０ｍＶと−８５０ｍＶ（ＡＳＴＭ  Ｇ６９）の間の腐食電位を有する請求項１３に記載のフィン用素材。
【請求項１５】
前記フィン用素材が１３５と１５５ＭＰａの間のろう付け後極限引っ張り強さを有する請求項１３あるいは１４に記載のフィン用素材。
【請求項１６】
前記フィン用素材が＞５０ＭＰａの０．２％オフセット耐力を有する請求項１３、１４あるいは１５に記載のフィン用素材。
【請求項１７】
前記フィン用素材を少なくとも片側で前記フィン用素材よりも低い融点を有するクラッド層によりクラッドした請求項１３−１６の一つに記載のフィン用素材。
【請求項１８】
請求項１−１２のいずれか一つに記載のアルミニウム合金でできているフィンを有するろう付けされた熱交換器。
【請求項１９】
請求項１３−１７のいずれか一つに記載のフィン用素材でできているフィンを有するろう付けされた熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィン用素材を製造するためのアルミニウム合金に関する。フィン用素材は熱交換器装置で使用される。フィン用素材は、例えば熱交換器からの熱を除去しなければならないコルゲート型フィンの製造に使用される。更に、本発明は、本発明によるアルミニウム合金からできているフィン用素材と、この合金からできているフィンを有するろう付けされた熱交換器とに関する。更に、本発明は、このフィン用素材合金とこのろう付けされた熱交換器を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術において、アルミニウム合金は、強度、重量、熱伝導率、ろう付け性、耐食性および成形性の望ましい組み合わせのために、熱交換器用途におけるフィンに使用される。
【０００３】
所望の形状に形成されたアルミニウム合金シートを積み重ねて、流体通路または管を形成すること、そして流体通路の間にアルミニウム合金フィンをろう付けして固定することにより、アルミニウムから熱交換器を加工することができる。流体通路の製造に使用されるアルミニウム合金シートおよび／またはフィンに使用されるアルミニウム合金には低融点のクラッド層が設けられている。合金クラッドシートとフィンの間の接合は、シートおよび／またはフィン材料のクラッド材料または溶加材料を融解することにより得られる。ろう付け方法としては、通常の真空ろう付けまたは制御大気圧ろう付けが使用される。流体通路の耐食性を改善するためには、フィン材料が犠牲陽極効果を有するように、流体通路材料に対して電気化学的に陽極性（貴でない）であるフィン材料が使用される。
【０００４】
フィン材料を製造するためのアルミニウム合金の例が（特許文献１）に示されている。この合金は重量パーセントで次の組成を有する：
Ｓｉ  ０．７−１２
Ｍｎ  ０．７−１．２
Ｍｇ  ０．３５まで
Ｆｅ  ０．８まで
Ｚｎ  ３．０まで
Ｎｉ  ｌ．５まで
Ｃｕ  ０．５まで
Ｔｉ  ０．２０まで
Ｉｎ  ０．２０まで
Ｚｒ  ０．２５まで
Ｖ    ０．２５まで
Ｃｒ  ０．２５まで
他の元素  各々０．０５まで、そして全体で０．１５まで
Ａｌ  残部。
この開示されている合金は、同一の用途に対する慣用の合金を超える改善されたろう付け後０．２％降伏強度（０．２％オフセット耐力または０．２％ＰＳとも呼ばれる）を有すると述べられている。
【特許文献１】
国際特許出願番号ＷＯ０１／３６６９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、熱交換器に使用可能であり、そして改善された熱伝導率を有するフィン用素材を製造するためのアルミニウム合金を提供することである。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、フィン用素材製造用の慣用のアルミニウム合金の強度と少なくとも同程度の良好な強度を有するこのようなアルミニウム合金を提供することである。
【０００７】
本発明の更にもう一つの目的は、フィン用素材製造用の慣用のアルミニウム合金の腐食電位と少なくとも同程度の卑である腐食電位を有するこのようなアルミニウム合金を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの局面においては、これらの目的の一つ以上は、フィン用素材を製造するためのアルミニウム合金であって、重量パーセントで：
Ｓｉ≦１．２
Ｍｎ≦０．０５
Ｍｇ≦０．０５
Ｆｅ≦２．０
０．５≦Ｎｉ≦１．５
０．０５≦Ｃｕ≦１．０
０．５≦Ｚｎ≦４．０および／または０．１≦Ｓｎ≦２．０および／または０．０１≦Ｉｎ≦０．５
Ｖ≦０．４０および／またはＴｉ＜０．０１および／またはＣｒ＜０．０１および／またはＺｒ＜０．０１
他の元素  各々０．０５まで、そして全部で０．１５まで
Ａｌ  残部
の組成を有するアルミニウム合金により達成される。
【０００９】
このアルミニウム合金は極めて良好な熱伝導率を有し、それによりこのアルミニウム合金からできているフィンの熱交換性能を改善する。更には、このアルミニウム合金は、引っ張り強さなどのろう付け後の条件における満足な機械的性質と腐食電位を有する。
【００１０】
このアルミニウム合金は、熱交換器用のフィン用素材として主に意図されているが、管板などの熱交換器の他の部品、または他の用途にこれを使用してもよい。
熱交換器市場は、特に自動車業界において、強度、熱伝導性、成形性、ろう付け性および腐食電位を包含するフィン素材合金用の性質のバランスを要求する。これらの性質の一つを改善し、他の性質を現状のまま保たなければならない場合には、しばしばこの組成中の合金化元素の多くを相互に変更しなければならない。
【００１１】
本発明の場合には、ある合金化元素含量の注意深い選択によって合金中の固溶体を減少させることにより、この合金の熱伝導性を改善することができることが明らかとなったことが本発明のメリットである。この結果、本発明によるアルミニウム合金中の合金化元素の次の限定が得られた。すべてのパーセントは重量によるものである。
【００１２】
Ｓｉは本発明による合金中の重要な合金化元素であり；Ｓｉは固溶体硬化と沈澱硬化によりこの合金の強度を改善すると期待される。この合金中の固溶体は必要とされる熱伝導性によってできるだけ低くなければならないために、Ｓｉの量は１．２％以上であってはならない。Ｓｉの量が多過ぎる場合には、多量のＳｉが固溶体中に残り、低熱伝導性を生じる。Ｓｉの更に好ましい範囲は０．４〜０．８％である。この範囲内で強度と伝導性の必要とされる組み合わせが最良に達成される。
【００１３】
Ｍｎはフィン用素材製造用の慣用の合金中の重要な合金化元素である。Ｍｎは、通常、強度のために添加される。本発明による合金においては、Ｍｎ含量は、合金中の固溶体の量を低減するように極めて低く保たれる。好ましくは、Ｍｎは≦０．０３％であり、更に好ましくはＭｎは≦０．０１％であり、それによりできるだけ熱伝導性を改善する。Ｍｎは存在しなくともよい。
【００１４】
Ｍｇはこの合金の強度を著しく増加させるが、フラックス材料と相互作用する傾向があるために、制御された大気圧ろう付け性に悪影響を及ぼす。この理由によって、Ｍｇ含量は、最大０．０５％の、好ましくはＭｇ≦０．０３％の、そして更に好ましくはＭｇ≦０．０１％を有して、Ｍｇ含量をできるだけ低く保つ。Ｍｇは存在しなくともよい。
【００１５】
Ｆｅはすべての既知のアルミニウム合金中に存在する合金化元素である。Ｆｅはろう付け後強度のために添加される。これはＡｌ、ＮｉおよびＳｉと沈殿を形成すると想像される。Ａｌ中のＦｅの固溶性は極めて低く；それゆえ、Ｆｅを使用して、熱伝導性を落とさずに強度を改善することができる。好ましくは、成形性を落とさずに好ましい強度を得るように、Ｆｅは０．３％〜１．６％の範囲内、更に好ましくは０．７％〜１．３％の範囲内にある。
【００１６】
Ｎｉは、また、この合金のろう付け後の強度を改善するために存在する。Ｆｅと同様に、Ａｌ中のＮｉの固溶性は極めて低く；それゆえ、Ｎｉを使用して、熱伝導性を落とさずに強度を改善することができる。しかしながら、Ｎｉ含量が＞２％である場合は、成形性は低くなり過ぎる。Ｎｉは、好ましくは０．８〜１．２％の範囲内に存在するが、これは、この範囲内で強度と成形性の最良の組み合わせが見られるためである。
【００１７】
Ｃｕはこの合金のろう付け後強度を改善するために、本発明による合金中に存在する。必要とされる強度を得るように、Ｃｕの量は、好ましくは０．１％〜０．８％の範囲に、更に好ましくは０．１％〜０．６％の範囲に限定される。しかしながら、Ｃｕはこの合金の腐食電位を増大させると考えられるが、フィン材料が犠牲陽極として挙動できるように腐食電位は低くなければならない。この理由によって、元素Ｚｎ、ＳｎまたはＩｎの少なくとも一つが存在しなければならない。
【００１８】
Ｚｎ、ＳｎまたはＩｎ、またはこれら３つの元素の組み合わせはこの合金の腐食電位に及ぼすＣｕの影響に逆作用するために存在する。それゆえ、Ｚｎと比較してＳｎと特にＩｎの強い影響を考慮に入れて、これらの元素の量はゼロ以上でなければならない。Ｚｎ、ＳｎおよびＩｎの量は必要より多くあってはならず、それゆえ、好ましくは、Ｚｎは１．０％〜３．０％の範囲内にあり、そして／またはＳｎは０．１％〜１．０％の範囲内にあり、そして／またはＩｎは０．０１％〜０．０５％の範囲内にある。好ましくは、Ｚｎのみが存在するが、Ｓｎおよび／またはＩｎによりＺｎを（一部）置き換えることができる。
【００１９】
Ｔｉ、Ｖ、ＣｒおよびＺｒは、この合金の熱伝導性にマイナスの影響を及ぼすために、できるだけこれを避けるべきである。好ましくは、これらの元素は各々０．０１％以下である。
【００２０】
このアルミニウム中に存在するすべての元素は、この合金の熱伝導性に有害であると予測される。それゆえ、不純物および意図的に添加される元素の両方は、できるだけ低くなければならないが、所望の性質を得るのに必要とされる限り意図的に添加される元素が添加される。
【００２１】
本発明の第２の局面においては、少なくとも２６ＭＳ／ｍ（４５％ＩＡＣＳ）、好ましくは少なくとも２９ＭＳ／ｍ（５０％ＩＡＣＳ）のろう付け後熱伝導性を有する、上記に特定したようなアルミニウム合金からできているフィン用素材が提供される。熱交換器用の慣用のフィン用素材に比較して、４５％ＩＡＣＳ以上の熱伝導性は良好であり、５０％ＩＡＣＳ以上の熱伝導性は極めて良好である。
【００２２】
好ましくは、このフィン用素材はＳＣＥに対して−７５０ｍＶと−９５０ｍＶ（ＡＳＴＭ  Ｇ６９）の間の、更に好ましくはＳＣＥに対して−７５０ｍＶと−８５０ｍＶ（ＡＳＴＭ  Ｇ６９）の間の腐食電位を有する。表示ＳＣＥは、電圧（ｍＶでの）を飽和カロメル電極に対して測定したことを意味する。腐食電位についてのこれらの値は、このフィン用素材を熱交換器で使用する場合に良好な犠牲陽極効果を与える。
【００２３】
好ましい態様によれば、このフィン用素材は、１３５と１５５ＭＰａの間のろう付け後のＵＴＳ（極限引っ張り強さ）および／または＞５０ＭＰａの０．２％ＰＳを有する。この強度はフィン用素材の通常の使用には充分に大きい。
【００２４】
本発明の第３の局面によれば、本発明の第１の局面によるアルミニウム合金でできているフィンを有するか、あるいは本発明の第２の局面によるフィン用素材でできているフィンを有するろう付けされた熱交換器が提供される。
【実施例】
【００２５】
非限定的な実施例と比較例により本発明によるアルミニウム合金とフィン用素材を説明する。
【００２６】
工業的規模のＤＣ鋳造における固化速度に匹敵する範囲の固化速度により実験室規模で９つの合金を鋳造した。これらの合金は実験室規模で製造されるが、種々の標準の工業的規模のＤＣ鋳造と連続アルミニウム鋳造法を用い、続いて熱および／または冷ロール掛けを行うことにより、本発明によるアルミニウム合金を工業的規模で製造することができる。
【００２７】
この９つの合金実施例の化学組成を表１に示し、ろう付けシミュレーション後の一部の関連する性質を表２に示す。
【００２８】
【表１】
2005504890.tif 000002
【００２９】
【表２】
2005504890.tif 000003
【００３０】
表１に特定したような９つの異なる化学組成物を鋳造し、のこぎりで８０ｍｍの厚さの片に切断し、その後５４０℃以下の温度に予備加熱し、この合金を均質化しなかった。引き続いて、５４０℃以下の温度で熱ロール掛けし、０．１５ｍｍの厚さまで冷ロール掛けした。インターアニーリング後、この片を０．１ｍｍの厚さまで冷ロール掛けした。
【００３１】
表１の合金１〜４において、Ｔｉ、Ｖ、ＣｒまたはＺｒは存在しない。当業界で既知であるように、この合金中に存在するＺｎをＳｎおよび／またはＩｎにより（一部）置き換えることができる。
【００３２】
見て判るように、合金４〜９は本発明による合金範囲には適合しない比較例である。Ｍｎの量が多過ぎる。合金６、７および８中にはそれぞれＺｒ、ＴｉおよびＶの添加も存在する。合金１、２および３に比較して合金４および５のＭｎ量が増加しているという事実にも拘わらず、強度は著しく増加しない。これはＮｉの減少に帰せられる。合金６、７および８は、Ｚｒ、ＴｉまたはＶの添加物が存在する場合には、合金４および５のＮｉ量により高強度を得ることができることを示す。しかしながら、合金４〜９中のＭｎ、Ｚｒ、ＴｉまたはＶの添加物により、これらの合金の熱伝導性は比較的小さい。
【００３３】
本発明による組成を有する３つの合金１、２および３は、高い熱伝導性、充分に高い強度と犠牲陽極効果を得るのに必要とされる範囲内の腐食電位を明らかに有する。
【国際公開パンフレット】
2005504890.tif 000004
2005504890.tif 000005
2005504890.tif 000006
2005504890.tif 000007
2005504890.tif 000008
2005504890.tif 000009
2005504890.tif 000010
2005504890.tif 000011
2005504890.tif 000012
2005504890.tif 000013
2005504890.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月12日(2003.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィン用素材を製造するためのアルミニウム合金であって、重量パーセントで：
Ｓｉ≦１．２
Ｍｎ≦０．０５
Ｍｇ≦０．０５
Ｆｅ≦２．０
０．５≦Ｎｉ≦１．５
０．０５≦Ｃｕ≦１．０
１．０≦Ｚｎ≦３．０および／または０．１≦Ｓｎ≦１．０および／または０．０１≦Ｉｎ≦０．０５
Ｖ≦０．４０および／またはＴｉ＜０．０ｌおよび／またはＣｒ＜０．０１および／またはＺｒ＜０．０１
他の元素  各々０．０５まで、そして全部で０．１５まで
Ａｌ  残部
の組成を有するアルミニウム合金。
【請求項２】
Ｓｉが０．４％〜０．８％の範囲内にある請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
Ｍｎが≦０．０３％である請求項１あるいは２に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
Ｍｎが≦０．０１％である請求項３に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
Ｍｇが≦０．０３％である請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
Ｍｇが≦０．０１％である請求項５に記載のアルミニウム合金。
【請求項７】
Ｆｅが０．３％〜１．６％の範囲内、好ましくは０．７％〜１．３％の範囲内にある請求項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
Ｎｉが０．８％〜１．２％の範囲内にある請求項１〜７のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
Ｃｕが０．１％〜０．８％の範囲内、好ましくは０．１％〜０．６％の範囲内にある請求項１〜８のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１０】
ＩｎおよびＳｎが存在しない請求項１〜９のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１１】
Ｖ＜０．０１％である請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１２】
前記フィン用素材が少なくとも２６ＭＳ／ｍ（４５％ＩＡＣＳ）、好ましくは少なくとも２９ＭＳ／ｍ（５０％ＩＡＣＳ）のろう付け後熱伝導性を有する請求項１〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金からできているフィン用素材。
【請求項１３】
前記フィン用素材がＳＣＥに対して−７５０ｍＶと−９５０ｍＶ（ＡＳＴＭ  Ｇ６９）の間の、好ましくはＳＣＥに対して−７５０ｍＶと−８５０ｍＶ（ＡＳＴＭ  Ｇ６９）の間の腐食電位を有する請求項１２に記載のフィン用素材。
【請求項１４】
前記フィン用素材が１３５と１５５ＭＰａの間のろう付け後極限引っ張り強さを有する請求項１２あるいは１３に記載のフィン用素材。
【請求項１５】
前記フィン用素材が＞５０ＭＰａの０．２％オフセット耐力を有する請求項１２、１３あるいは１４に記載のフィン用素材。
【請求項１６】
前記フィン用素材を少なくとも片側で前記フィン用素材よりも低い融点を有するクラッド層によりクラッドした請求項１２−１５の一つに記載のフィン用素材。
【請求項１７】
請求項１−１１のいずれか一つに記載のアルミニウム合金でできているフィンを有するろう付けされた熱交換器。
【請求項１８】
請求項１２−１６のいずれか一つに記載のフィン用素材でできているフィンを有するろう付けされた熱交換器。
【国際調査報告】
2005504890.tif 000015
2005504890.tif 000016
2005504890.tif 000017