(57)【要約】【課題】ろう付熱処理時のろう付性および耐エロージョン性に優れたラジエーターやヒーターコアなどの自動車用熱交換器を得る。【解決手段】ろう付によりチューブを造管する自動車用アルミニウム合金製熱交換器において、ろう付後のフィン材およびチューブ芯材の完全再結晶粒の板厚方向に垂直な面の平均結晶粒径を共に３００μｍ以上とする。【効果】ろう付熱処理時のろう付性および耐エロージョン性に優れたラジエーターやヒーターコアなどの自動車用熱交換器が得られる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう付によりチューブを造管する自動車用アルミニウム合金製熱交換器において、ろう付後のフィン材およびチューブ芯材の完全再結晶粒の板厚方向に垂直な面の平均結晶粒径が共に３００μｍ以上であることを特徴とするろう付熱処理時のろう付性および耐エロージョン性に優れた自動車用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はろう付によりチューブを造管する自動車熱交換器に関するものであり、特にろう付性や耐エロージョン性に優れる特性を有し、ラジエーターやヒーターコアなどのアルミニウム製熱交換器に適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用のラジエーターやヒーターコアのチューブ材としては、Ａｌ−Ｍｎ系合金からなる芯材の片面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドし、他の片面に犠牲陽極材としてＡｌ−Ｚｎ系合金をクラッドした３層のアルミニウム合金が使用されている。現在、これらのクラッド材は高周波溶接により接合され、チューブとして使用されている。自動車用熱交換器は軽量化および小型化によるコストの低減や高性能化を達成するため材料の薄肉化が要求されており、チューブ材が薄肉化すると現在実施している高周波溶接により造管することが困難となるため、今後はろう付により造管するチューブが主流になる。
【０００３】
ろう付で造管を行う場合、チューブ接合部に十分なろうの供給を図るためチューブのろう材クラッド率やＳｉ添加量を増加させる必要があり、電縫管を使用する場合に比べ、チューブ材やフィン材の耐エロージョン性の向上が必要となる。現在、このようなろう付によりチューブを造管する熱交換器においては特に薄肉材を使用した場合にフィンやチューブにエロージョンが発生するなどの問題が生じており、コアの収縮やチューブのエロージョンによる耐食性や耐久性の低下が問題となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ろう付けにより造管するチューブは図１のように接合部が溝状になっているため、ヘッダープレート接合部からヘッダープレートの溶融ろうがそのチューブの溝を介して多量にチューブ側に流動し、チューブ接合部でエロージョンが発生する問題が起こっている。これは、チューブ材のろうが少ないためチューブ接合部をろうで十分満たせず、ヘッダープレートのろうがチューブ側に流動するためである。チューブにエロージョンが発生すると局部的な板厚減少を引き起こし、耐食性や耐久性などが低下し、ひどい場合にはエロージョンによってチューブに貫通孔が発生することもある。また、ヘッダーからのろうの流動を抑制するには、チューブのろう材クラッド率を向上させ、チューブ接合部を十分ろうで満たすことも有効であるが、チューブのろう材量を増加するとチューブ材のさらなる耐エロージョン性の向上が必要となる。
また、フィン材についてもチューブ材のろう材が増えることで、エロージョンによりフィンが座屈し、コアの収縮が発生する問題が起こる。したがって、フィン材も耐エロージョン性に優れる材料を使用しなければならない。
【０００５】
ろう付時のエロージョンに関しては、材料中の結晶粒界がろうの侵食経路となりやすく、ろう付時の再結晶粒が微細な場合、材料中に結晶粒界が多く存在することとなり、その後のろう溶融によりエロージョンが生じやすくなる。このことからフィン材およびチューブ材の耐エロージョン性を向上させるためには、ろう付加熱時の材料中の再結晶粒を粗大化させる必要がある。
そこで、本発明ではろう付でチューブの造管を行なう熱交換器において、フィン材およびチューブ材に耐エロージョン性に優れる材料を使用することでろう付時に発生するチューブのエロージョンや接合部のろう付不良を改善し、薄肉材を使用してもろう付性に優れる熱交換器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上記の観点から、ろう付熱処理時のろう付性および耐エロージョン性に優れた自動車用熱交換器を得るべく研究を行った結果、請求項１記載の発明は、ろう付によりチューブを造管する自動車用アルミニウム合金製熱交換器において、ろう付後のフィン材およびチューブ芯材の完全再結晶粒の板厚方向に垂直な面の平均結晶粒径が共に３００μｍ以上であることを特徴とする。
【０００７】
次に、本発明におけるフィン材およびチューブ芯材の板厚方向に垂直な面の平均結晶粒径を限定した理由を述べる。
ろう付時にフィン材あるいはチューブ芯材が完全に再結晶せず、圧延時の加工による亜結晶粒が残存すると、耐エロージョン性が低下するため完全に再結晶することが必要となる。また、ろう付け時、芯材の結晶粒界がろうの侵食経路となりやすいため、ろう付時の芯材再結晶粒が微細な場合、材料中に結晶粒界が多く存在することとなり、その後のろう溶融によりエロージョンが生じやすくなる。したがって、フィン材およびチューブ材の耐エロージョン性を向上させるためには、ろう付加熱時のフィン材およびチューブ芯材の再結晶粒を粗大化させる必要があり、本発明ではフィン材およびチューブ芯材の板厚方向に垂直な面の芯材の平均結晶粒径を３００μｍ以上と限定した。この結晶粒径未満では特にろう付によってチューブの造管を行なう熱交換器においては耐エロージョン性の低下が問題となる。また、平均結晶粒径が大きすぎると強度が低下するので上限は１５００μｍ以下が好ましい。
コア全体のろう付性を考えた場合、フィン材とチューブ材どちらか一方が耐エロージョン性に優れていてもその効果は小さく、両方が耐エロージョン性に優れることが必要となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の熱交換器用チューブ材は、以下の製造方法が好ましいが、その製造方法に限定されるものではない。芯材、犠牲陽極材およびろう材を構成するアルミニウム合金を、半連続鋳造により造塊し、芯材および犠牲陽極材については均質化処理を行わずにそれぞれ所定厚さまで圧延するのが好ましい。チューブの芯材に均質化処理を行うと芯材に添加されているＭｎやＳｉなどの固溶元素の析出が促進され、それらの元素の固溶量が低下し、固溶硬化の減少により強度が低下すると共に、材料中の微細な金属間化合物によりろう付時に再結晶が促進され、再結晶粒が微細化し、耐エロージョン性が低下するためである。
その後、各材料を組み合わせ、熱間圧延によりクラッド材とし、クラッド圧延時の仕上がり温度を２００〜３２０℃とするのが好ましい。
熱間圧延およびクラッド圧延時にはソーキングや圧延の熱量が負荷されることにより、晶出物が粗大化し、さらに圧延後の冷却過程において固溶元素の析出を生じるため、前記の理由から耐エロージョン性が低下する。したがって、熱間圧延時の仕上がり温度を低くすることにより、材料に負荷される総熱量を小さくし、熱間圧延時に晶析出物の粗大化を抑制するとともに、圧延後の冷却過程における固溶元素の析出を抑制させるため、仕上がり温度は３２０℃以下が好ましい。なお、仕上がり温度が２００℃以上が好ましいのは、２００℃未満では熱間圧延時にクラックが発生し圧延性が著しく低下し材料作製上問題となるためである。なお、フィン材についても上記の工程を適用することで、ろう付時の再結晶粒の粗大化を図ることが可能となる。
【０００９】
【実施例】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金チューブ材（Ａ）は、芯材（Ａ３００３合金）、犠牲陽極材（Ａ７０７２合金）およびろう材（Ａ４０４５合金）を構成するアルミニウム合金を、半連続鋳造により造塊し、芯材および犠牲陽極材については均質化処理を行わずにそれぞれ所定厚さまで圧延した。その後、犠牲材、芯材、ろう材のクラッド率がそれぞれ１５％、７５％、１０％となるように各材料を組み合わせ、熱間圧延によりクラッド材とし、厚さ約６ｍｍまで熱間圧延後、冷間圧延により約１．３ｍｍまで圧延した後、１回目の中間焼鈍として３６０℃×３ｈｒのバッチ焼鈍を実施した。その後さらに冷間圧延を行い、板厚０．２９ｍｍで２回目の中間焼鈍として３６０℃×３ｈｒのバッチ焼鈍を行い、最終圧延率３０％の冷間加工により板厚０．２０ｍｍのクラッド材を作製した。なお、熱間圧延の仕上がり温度は２００〜３２０℃の範囲となるよう制御を行った。
【００１０】
比較チューブ材（Ｂ）として、上記クラッド材と同様の芯材、犠牲陽極材およびろう材を構成するアルミニウム合金を、半連続鋳造により造塊し、芯材は５９５℃×１２ｈｒの均質化処理を実施後、熱間圧延によりそれぞれ所定厚さまで圧延した。その後、犠牲材、芯材、ろう材のクラッド率がそれぞれ１５％、７５％、１０％となるように各材料を組み合わせ、熱間圧延によりクラッド材とし、厚さ約６ｍｍまで熱間圧延後、冷間圧延により約１．３ｍｍまで圧延した後、１回目の中間焼鈍として３６０℃×３ｈｒのバッチ焼鈍を実施した。その後さらに冷間圧延を行い、板厚０．２９ｍｍで２回目の中間焼鈍として３６０℃×３ｈｒのバッチ焼鈍を行い、最終圧延率３０％の冷間加工により板厚０．２０ｍｍのクラッド材を作製した。なお、熱間圧延の仕上がり温度については特に制御は行わなかったが３３０〜３８０℃の範囲であった。
【００１１】
発明フィン材（ａ）はＡ３００３合金に１．５％Ｚｎを添加したＡｌ合金を半連続鋳造により造塊し、厚さ約６ｍｍまで熱間圧延後、冷間圧延により、約１．３ｍｍまで圧延した後、１回目の中間焼鈍として、５００℃のＣＡＬ焼鈍、さらに冷間圧延後、板厚０．１１ｍｍで２回目の中間焼鈍として３６０℃×３ｈｒのバッチ焼鈍、さらに最終圧下率３３％の冷間加工により板厚：０．０８ｍｍとしたフィン材を使用した。
【００１２】
比較フィン材（ｂ）はＡ３００３合金に１．５％Ｚｎを添加したＡｌ合金を半連続鋳造により造塊し、５５０℃×６〜１２ｈｒの均質化処理を行い、その後、熱間圧延（仕上り温度３３０〜４００℃）により、厚さ約６ｍｍの板とした。さらに冷間圧延により、約１．３ｍｍまで圧延した後、１回目の中間焼鈍として、５００℃のＣＡＬ焼鈍、さらに冷間圧延後、板厚０．１１ｍｍで２回目の中間焼鈍として３６０℃×３ｈｒのバッチ焼鈍、さらに最終圧下率３３％の冷間加工により板厚：０．０８ｍｍとした。
【００１３】
表１に示したチューブ材およびフィン材の組み合わせで熱交換器を作製し、通常のろう付け条件で熱交換器を作製し、各部のろう付け状態を○、×、△で評価した。
ヘッダー／チューブ接合部はろう材量が十分で接合が良好なものを○、ろう材量が不十分であまり接合状態が良好でないものを△、ろう材量が不足し接合が不十分なものを×とした。
チューブのエロージョンは芯材中へのろうの侵食がほとんどない（１０μｍ以下）ものを○、若干ろうの侵食がみられる（１１〜２５μｍ）ものを△、明らかにろうの侵食がみられる（２６μｍ以上）ものを×とした。
フィンのエロージョンはチューブとフィンの接合部においてフィン材中にろうの侵食がほとんどないものを○、ろうの侵食によりフィンが若干座屈したものを△、ろうの侵食によってフィンが溶融し、完全に座屈したものを×とした。
なお、チューブ芯材とフィン材それぞれについてろう付け後の芯材の板厚方向に垂直な面の平均再結晶粒径の測定を行なった。
【００１４】
【表１】
2004017861.tif 000003
【００１５】
【発明の効果】
上述のように、本発明のチューブ材およびフィン材の組み合わせで作製した熱交換器は、特にろう付性および耐エロージョン性に優れることから、ろう付によりチューブを造管する自動車用熱交換器に適用でき、熱交換器の性能向上および軽量化に大いに貢献し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
【符号の説明】
１…チューブ、２…溝
【図１】
2004017861.tif 000004