(57)【要約】【課題】犠牲陽極効果および自己耐食性に優れるとともに、ろう付け加熱時の耐高温座屈性が良好で、ろう付け後の強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供する。【解決手段】Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｓｉ：０．０６％以上０．７％未満、Ｆｅ：０．０６〜０．４％、Ｚｎ：１．１〜４％、Ｔｉ：０．０６〜０．３％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金を心材とし、該心材にアルミニウム合金ろう材をクラッドしてなることを特徴とする。【選択図】      な  し【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ：０．８〜２．０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．０６％以上０．７％未満、Ｆｅ：０．０６〜０．４％、Ｚｎ：１．１〜４％、Ｔｉ：０．０６〜０．３％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金を心材とし、該心材にアルミニウム合金ろう材をクラッドしてなることを特徴とする耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材、詳しくは、自動車用コンデンサ、エバポレータ、ラジエータ、カーヒータのように、フィンと作動流体通路構成部材とがろう付けにより接合される熱交換器に用いられる自己耐食性および犠牲陽極効果に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサ、エバポレータ、ラジエータ、カーヒータ、インタークーラ、オイルクーラなどのアルミニウム合金製自動車用熱交換器は、Ａｌ−Ｃｕ系合金、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とＡｌ−Ｍｎ系合金フィン材をろう付け接合することによって組立てられ、フィン材には、作動流体通路を防食するために、犠牲陽極効果が長時間持続し得る優れた犠牲陽極効果が要求されている。
【０００３】
フィン材としては、Ａｌ−Ｍｎ系合金を心材とし、その両面に、ＪＩＳ  ＢＡ４３４３合金、４０４５合金、４００４合金、４Ｎ４５合金などのＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材がクラッドされたクラッドフィン材が用いられており、犠牲陽極効果を付与するために、心材にＺｎ、Ｓｎ、Ｉｎなどを添加して電気化学的に卑にしたものが提案されている。
【０００４】
また、最近では、車両の軽量化の進行による熱交換器の軽量化の要求に伴って、熱交換器用材料の薄肉化が強く要求されており、フィン材を薄肉化すると、強度面で劣るとともに、フィン材の相対的な表面積が多くなって自己腐食・腐食消耗が早くなるため、強度、耐久性の改善も要求されている。
【０００５】
例えば、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｚｎ０．１〜１．０％、Ｆｅ０．０５〜０．７％、Ｍｇ０．０５〜０．７％、Ｓｎ０．０２〜０．０９％を含有し、さらに選択成分としてＣｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖの１種以上を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる心材にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材をクラッドし、犠牲陽極効果と強度の改善を意図したフィン材（特許文献１参照）が提案されているが、このフィン材は自己耐食性が十分でないという難点があり、Ｍｇを含有するためフッ化物系フラックスを用いるろう付けにおいて、ろう付け性に劣るという問題がある。
【０００６】
Ｍｎ０．０５〜２．５％、Ｓｉ０．１〜１．５％、Ｆｅ０．２〜１．５％、Ｚｒ０．０５〜０．２５％、Ｚｎ０．２〜６．０％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金心材に、Ｓｉ３〜１５％、Ｚｎ６〜１５％を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材をクラッドしたフィン材（特許文献２参照）藻提案されているが、このフィン材においても自己腐食性に劣るという問題点を解消することができない。
【０００７】
また、Ｍｎ０．０５〜２．５％、Ｚｎ２．５〜８％、Ｓｉ０．０２〜１．５％、Ｆｅ０．０５〜２．０％、Ｚｒ０．０５〜０．２５％を含有し、選択成分としてＴｉ、Ｃｒ、Ｖなどの１種以上を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金心材に、Ｚｎを含有しないＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材をクラッドしたフィン材（特許文献３参照）も提案されている。しかしながら、このフィン材においても自己腐食性が劣る場合があり、Ｚｒの添加は、とくにＴｉと共存した場合にはフィンの熱伝導性が低下するという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭７−６０４５号公報（請求項１）
【特許文献２】
特開平１０−８１９３０号公報（請求項１）
【特許文献３】
特開平１０−８１９３１号公報（請求項１、２）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、アルミニウム合金製熱交換器用フィン材における上記従来の問題点を解消し、とくに犠牲陽極効果および自己耐食性に優れたアルミニウム合金フィン材を得るために、Ｚｎを含むＡｌ−Ｍｎ系合金フィン材に着目し、他の合金成分との組合わせおよび含有量と諸特性との関係について試験、検討を重ねた結果、心材に特定量のＺｎとＴｉを含有させることにより、フィン材として必要な強度、伝熱性などの特性を低下させることなく、優れた犠牲陽極効果および自己耐食性を付与させることができることを見出した。
【００１０】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その目的は、犠牲陽極効果および自己耐食性に優れるとともに、ろう付け加熱時の耐高温座屈性が良好で、ろう付け後の強度に優れた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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｓｉ：０．０６％以上０．７％未満、Ｆｅ：０．０６〜０．４％、Ｚｎ：１．１〜４％、Ｔｉ：０．０６〜０．３％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金を心材とし、該心材にアルミニウム合金ろう材をクラッドしてなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のアルミニウム合金フィン材における合金成分の意義およびその限定理由について説明する。
（心材）
Ｍｎは強度を高める効果を有する。好ましい含有量は０．８〜２．０％の範囲であり、０．８％未満ではその効果が十分でなく、２．０％を越えて含有すると、鋳造時に粗大な化合物が生成して圧延加工性が害され、健全なフィン材の製造が困難となる。
【００１３】
Ｓｉは、強度を向上させるよう機能する。好ましい含有量は０．０６％以上０．７％未満の範囲であり、０．０６％未満ではその効果が小さく、０．７％以上では自己耐食性を低下させる。Ｓｉのさらに好ましい含有範囲は０．０６％以上０．５％未満である。
【００１４】
Ｆｅは、強度を向上させるよう機能する。好ましい含有量は０．０６〜０．４％の範囲であり、０．０６％未満ではその効果が小さく、０．４％を越えると自己耐食性を低下させる。
【００１５】
Ｚｎは、フィン材の電位を卑にし犠牲陽極効果を与える。好ましい含有量は１．１〜４％の範囲であり、１．１％未満ではその効果が小さく、４％を越えて含有すると自己耐食性が低下して腐食消耗が激しくなり、犠牲陽極効果の持続性が害される。Ｚｎのさらに好ましい含有範囲は２．０％を越え４％以下である。
【００１６】
Ｔｉは、合金マトリックス中に化合物を均一に分散させてフィン材の自己耐食性を向上させるよう有効に機能する。好ましい含有量は０．０６〜０．３％の範囲であり、０．０６％未満ではその効果が十分でなく、０．３％を越えて含有すると、鋳造時に粗大な化合物が生成して圧延加工性が害され、健全なフィン材の製造が困難となる。Ｔｉのさらに好ましい含有範囲は０．１１〜０．３％である。なお、ＴｉがＺｒと共存すると熱伝導性が害されるので、Ｚｒの含有量は０．０３％以下の範囲に制限することが好ましい。
【００１７】
本発明のアルミニウム合金フィン材において、心材へのＩｎ、Ｓｎ、Ｇａの添加は、犠牲陽極効果をさらに助長するためそれぞれ０．１％以下の範囲で添加することができる。Ｍｇは、フッ化物系フラックスを用いるろう付けにおいて、ろう付け性を低下させるため０．０４％以下に制限することが好ましい。また、Ｃｕは自己耐食性を低下させるため０．１％以下に限定することが好ましい。
【００１８】
（ろう材）
本発明のろう材用アルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材、例えば、ＪＩＳ  ＢＡ４３４３合金（Ａｌ−７．５％Ｓｉ）、４０４５合金（Ａｌ−１０％Ｓｉ）、４０４７合金（Ａｌ−１２％Ｓｉ）、４１０４合金（Ａｌ−１０％Ｓｉ−１．５％Ｍｇ−０．１％Ｂｉ）など、従来公知のろう材用アルミニウム合金が適用される。
【００１９】
本発明のろう材中には、ろう付け性を改善するために、少量、例えばそれぞれ０．１％以下のＢｅ、Ｓｒ、Ｌｉ、Ｎａの１種以上を添加することができ、ろう材の電位を卑にするために、例えばそれぞれ０．１％以下のＩｎ、Ｓｎ、Ｇａを添加することができる。
【００２０】
本発明においては、心材中のＭｎ、Ｓｉの含有によりろう付け後の強度を高め、Ｚｎを含有させることにより電位を卑として犠牲陽極効果を与え、Ｆｅ含有量を制限するとともにＴｉを含有させることにより自己耐食性を向上させ、これら合金元素の相互作用によって、ろう付け後の強度、犠牲陽極効果および自己耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材が得られる。
【００２１】
本発明のアルミニウム合金フィン材は、例えば、心材用合金およびろう材用合金を常法に従って溶解、鋳造して造塊し、得られた鋳塊を均質化処理、必要に応じて熱間圧延して心材用素材、ろう材用素材とし、心材用素材の片面または両面にろう材用素材を重ねて、熱間圧延、冷間圧延を行い、中間焼鈍および仕上げ冷間圧延を経て製造され、通常厚さ０．２ｍｍ以下の板材とする。この板材を所定幅にスリッティングした後、コルゲート加工し、得られたコルゲートフィンをＡｌ−Ｍｎ系合金などからなる作動流体通路用材料（押出多孔偏平管など）と交互に積層して、ろう付け接合することにより熱交換器ユニットとする。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を実証する。なお、これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２３】
実施例１
表１に示す組成を有する心材用アルミニウム合金を半連続鋳造により造塊し、得られた鋳塊を均質化処理後、厚さ２４ｍｍに面削して心材用素材とした。またろう材用素材として、ＪＩＳ  ＢＡ４０４５合金（Ａｌ−１０％Ｓｉ）を同様に造塊、面削し、熱間圧延により厚さ３．０ｍｍとした。
【００２４】
心材用素材の両面にう材用素材を重ね合わせて熱間圧延を行い厚さ２ｍｍのクラッド材とした後、さらに冷間圧延、中間焼鈍を経て、仕上げ冷間圧延を行い、厚さ０．１０ｍｍのクラッドフィン材（Ｈ１４材）とした。
【００２５】
得られたアルミニウム合金フィン材（試験材）について、以下の方法により、ろう付け加熱後の引張性質、自然電極電位を測定し、作動流体通路用材料の押出多孔偏平管と組付け、ろう付けした場合における押出多孔偏平管の最大腐食深さの測定、フィン材の自己耐食性の評価を行った。
【００２６】
ろう付け後の引張性質の測定：アルミニウム合金フィン材（試験材）について、フッ化物系フラックスを用いるろう付け条件と同様、フィン材にフッ化物系フラックス（濃度３％）を塗布した後、窒素ガス雰囲気中で６００℃で５分間加熱し、加熱後の試験材について引張試験を行う。
【００２７】
自然電極電位の測定：上記の加熱後の試験材を、ｐＨ３に調整した３％ＮａＣｌ水溶液に８時間浸漬した後、自然電位を測定し、試験材の犠牲陽極効果を評価する。
【００２８】
最大腐食深さの測定：試験材にコルゲート加工を施し、このコルゲートフィンとＪＩＳ  Ａ１０５０の押出多孔偏平管（外周肉厚０．３ｍｍ）とを組付けて、ミニコア（熱交換器コアのミニチュアモデル）を作製し、ろう付け接合した。ろう付けは、フッ化物系フラックスを用いるろう付け条件と同様、フッ化物系フラックス（濃度３％）を塗布した後、窒素ガス雰囲気中で６００℃で５分間加熱する条件で行った。ろう付け後のミニコアについて、ＪＩＳ  Ｈ８６８１に準拠してＣＡＳＳ試験を３週間実施した後、押出多孔偏平管の最大腐食深さを測定する。
【００２９】
自己耐食性の評価：上記ＣＡＳＳ試験後の試験材（アルミニウム合金フィン材）の腐食状況を調査し、試験材が腐食によって消滅した割合が５０％未満のものは自己腐食性良好（○）、試験材が腐食によって消滅した割合が５０％以上のものは自己腐食性不良（×）と評価した。
【００３０】
測定、評価結果を表２に示す。表２にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１〜８はいずれも、ろう付け後１２０ＭＰａ以上の優れた引張強さを示し、自然電位は−８００ｍＶｖｓＳＣＥ以下と十分に卑であり、ＣＡＳＳ試験後の押出多孔偏平管の最大腐食深さも０．１６〜０．２３ｍｍと浅く、優れた犠牲陽極効果をそなえている。また、ＣＡＳＳ試験後の腐食消耗は少なく良好な自己耐食性を有している。さらに、本発明に従う試験材は、製造性に問題はなく、優れた加工性およびろう付け性を示す。
【００３１】
【表１】
2004156109.tif 000002
【００３２】
【表２】
2004156109.tif 000003
【００３３】
比較例１
表３に示す組成を有する心材用アルミニウム合金を半連続鋳造により造塊し、得られた鋳塊を均質化処理後、厚さ２４ｍｍに面削して心材用素材とした。またろう材用素材として、ＪＩＳ  ＢＡ４０４５合金（Ａｌ−１０％Ｓｉ）を同様に造塊、面削し、熱間圧延により厚さ３．０ｍｍとした。
【００３４】
心材用素材の両面にう材用素材を重ね合わせて熱間圧延を行い厚さ２ｍｍのクラッド材とした後、さらに冷間圧延、中間焼鈍を経て、仕上げ冷間圧延を行い、厚さ０．１０ｍｍのクラッドフィン材（Ｈ１４材）とした。なお、表３において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００３５】
得られたアルミニウム合金フィン材（試験材）について、実施例１と同じ方法により、ろう付け加熱後の引張性質、自然電極電位を測定し、作動流体通路用材料の押出多孔偏平管と組付け、ろう付けした場合における押出多孔偏平管の最大腐食深さの測定、フィン材の自己耐食性の評価を行った。結果を表４に示す。
【００３６】
【表３】
2004156109.tif 000004
【００３７】
【表４】
2004156109.tif 000005
【００３８】
表４に示すように、試験材Ｎｏ．９、１１および１３は、それぞれ心材のＭｎ、ＳｉおよびＦｅの含有量が少ないため引張強さが低い。試験材Ｎｏ．１０および１８は、それぞれ心材のＭｎおよびＴｉの含有量が多いため、圧延が困難となり健全な材料が製造できなかった。試験材Ｎｏ．１２、１４および１６は、それぞれ心材のＳｉ、ＦｅおよびＺｎの含有量が多いため、自己腐食が激しく、ＣＡＳＳ試験後の腐食消耗が顕著となり、犠牲陽極効果の持続性に劣る。
【００３９】
試験材Ｎｏ．１５は、心材のＺｎ量が少ないため自然電位が貴となり、ＣＡＳＳ試験後、押出多孔偏平管に貫通腐食が生じ、犠牲陽極効果が劣っている。試験材Ｎｏ．１７は、心材のＴｉ量が少ないため、自己腐食が激しく、ＣＡＳＳ試験後の腐食消耗が顕著となり、犠牲陽極効果の持続性に劣る。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、犠牲陽極効果および自己耐食性に優れるとともに、ろう付け加熱時の耐高温座屈性が良好で、ろう付け後の強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材が提供される。当該フィン材を適用することによりフィン材の薄肉化が可能となり、アルミニウム合金製熱交換器の軽量化、長寿命化が達成される。