(57)【要約】【課題】十分なろう付け性、押出性を有すると共に、十分な強度、硬度、耐熱性を備えたアルミニウム合金押出材を提供すること。【解決手段】重量％でＭｎ：１．２％以上２．０％以下、Ｃｕ：０．２５％以上２．０％以下、Ｓｉ：０．３％以上１．０％以下、Ｆｅ：０．１０％以上０．５％以下を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金のビレットに対して４００〜６００℃で４〜６時間の均質化処理を行い、次いで４５０〜５５０℃にて熱間押出して、繊維状組織を有し、押出し後の硬度が５５Ｈｖ以上、引張り強度が１８ｋｇｆ／ｍｍ２以上のろう付け性、機械加工性に優れた高硬度アルミニウム合金押出材を得る。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でＭｎ：１．２％以上２．０％以下、Ｃｕ：０．２５％以上２．０％以下、Ｓｉ：０．３％以上１．０％以下、Ｆｅ：０．１０％以上０．５％以下を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなり、押出し後の組織が繊維状組織を有し、押出し後の硬度が５５Ｈｖ以上、引張り強度が１８ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることを特徴とするろう付け性、機械加工性に優れる高硬度アルミニウム合金押出材。
【請求項２】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒのうち少なくとも一種の元素を０．３％以下含有することを特徴とする請求項１記載のろう付け性、機械加工性に優れる高硬度アルミニウム合金押出し材。
【請求項３】
重量％でＭｎ：１．２％以上１．５％以下、Ｃｕ：０．３％以上１．０％以下、Ｓｉ：０．５％以上１．０％以下、Ｆｅ：０．１０％以上０．３％以下を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１又は２記載のろう付け性、機械加工性に優れる高硬度アルミニウム合金押出材。
【請求項４】
前記押出材が熱交換器用コネクタ製品であること特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のろう付け性、機械加工性に優れる高硬度アルミニウム合金押出材
【請求項５】
６００℃の温度で暴露後も硬度が５５Ｈｖ以上、引張り強さが１８ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項４記載のろう付け性、機械加工性に優れるアルミニウム合金押出材。
【請求項６】
アルミニウム合金のビレットを４００〜６００℃で４〜６時間の均質化処理を行い、４５０〜５５０℃にて熱間押出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のろう付け性、機械加工性に優れる高硬度アルミニウム合金押出材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の熱交換器等に好適な、ろう付け性及び機械加工性に優れた高硬度アルミニウム合金押出材に関し、特に不活性ガス雰囲気中でフッ化物系フラックスを使用してろう付けを行う場合に適したろう付け性及び機械加工性に優れた高硬度アルミニウム合金押出材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金は上記熱交換器用の材料として純Ａｌ系、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系が多く使用されているがそのほとんどがブレージングシートやクラッド材といった圧延材を使用したものである。
【０００３】
また、コネクタ等の部材にはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系のアルミニウム合金、例えばＡ７Ｎ０１、Ａ７００３合金等や、Ａ１−Ｍｎ−Ｍｇ系のＡ３００４合金が使用されている。Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金（例えば、特許文献１参照）についてはろう付け後、高硬度が得られるもののＺｎが融点を下げるために押出時にテアリング等の不良を発生する。
【０００４】
Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金（例えば特許文献２参照）についてはＭｇを多く含むためろう付け性を低下させるという問題が生じる。その他、Ｃｕを多く含むと耐食性が劣ったり、添加元素が多くなると押出時の変形抵抗が増加して生産性に影響を及ぼす。また、その他にも熱交換器のコネクタ用合金が提案されているが（例えば、特許文献３参照）、コネクタの強度の面で未だ不十分である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４９３７４号公報
【特許文献２】
特開２０００−１１９７８４号公報
【特許文献３】
特開平１−２２５７３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Ｚｎ、Ｍｇを含有する従来の熱交換器用のアルミニウム合金の欠点を解消するためになされたものであり、十分なろう付け性、押出性と共に、十分な強度、硬度、耐熱性を備えたアルミニウム合金押出材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、アルミニウム合金の成分として、Ｚｎ、Ｍｇを含有させないようにすることでろう付け性、押出性を確保すると共に、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｉを最適な量比で含有させることによって強度、硬度、耐熱性を確保することができること、更に合金成分によって形成される化合物による再結晶化の遅延によって押出材中に形成される繊維状組織と、Ｍｎ、Ｃｕの固溶強化とによって、高い硬度が維持されることを見出して本発明を完成したものである。
【０００８】
すなわち、本発明は次の構成を有する。
（１）重量％でＭｎ：１．２％以上２．０％以下、Ｃｕ：０．２５％以上２．０％以下、Ｓｉ：０．３％以上１．０％以下、Ｆｅ：０．１０％以上０．５％以下を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなり、押出し後の組織が繊維状組織を有し、押出し後の硬度が５５Ｈｖ以上、引張り強度が１８ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることを特徴とするろう付け性、機械加工性に優れる高硬度アルミニウム合金押出材。
【０００９】
（２）更にＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒのうち少なくとも一種の元素を０．３％以下含有することを特徴とする上記（１）記載のろう付け性、機械加工性に優れる高硬度アルミニウム合金押出し材。
【００１０】
（３）重量％でＭｎ：１．２％以上１．５％以下、Ｃｕ：０．３％以上１．０％以下、Ｓｉ：０．５％以上１．０％以下、Ｆｅ：０．１０％以上０．３％以下を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなることを特徴とする上記（１）又は（２）記載のろう付け性、機械加工性に優れる高硬度アルミニウム合金押出材。
【００１１】
（４）前記押出材が熱交換器用コネクタ製品であること特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のろう付け性、機械加工性に優れる高硬度アルミニウム合金押出材
【００１２】
（５）６００℃の温度で暴露後も硬度が５５Ｈｖ以上、引張り強さが１８ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることを特徴とする上記（４）記載のろう付け性、機械加工性に優れるアルミニウム合金押出材。
【００１３】
（６）アルミニウム合金のビレットを４００〜６００℃で４〜６時間の均質化処理を行い、４５０〜５５０℃にて熱間押出することを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載のろう付け性、機械加工性に優れる高硬度アルミニウム合金押出材の製造方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】まず、本発明のアルミニウム合金押出材を構成する各合金成分の意義及び含有量の限定理由について述べる。
【００１５】
（ａ）Ｍｎ：１．２〜２．０％　（好ましくは１．２〜１．５％）
Ｍｎは強度を得るために重要な元素である。
Ｍｎは、マトリックス中で微細なＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物を析出させることによって合金素材の強度を向上させると共に該化合物の存在により切削性も良好となる。更にＭｎはマトリックス中に固溶することにより再結晶温度を上昇させ、高温硬度を上昇させる。１．２％より少ないと強度が不十分となり、２．０％を超えると、化合物が大きく量も多くなり押出性を著しく劣化させる。押出性を良好にするためには、その含有量は１．５％以下であることが好ましい。
【００１６】
（ｂ）Ｃｕ：０．２５〜２．０％　（好ましくは０．３〜１．０％）
Ｃｕは強度を得るために重要な元素である。
Ｃｕはマトリックスに固溶してろう付け後の強度を向上させる。十分な強度を得るためには０．２５％以上含有させることが必要であり、０．２５％より少ないと、銅の固溶による十分な固溶強化が得られない、逆に２．０％を超えると、融点を低下させてろうによる母材浸食性を助長し、また、ろう付け後にＣｕが粒界析出して粒界腐食を起こしやすいことから２．０％を上限とする。硬度、ろう付け性を良好にするためには、その含有量は０．３％以上１．０％以下であることがより好ましい。
【００１７】
（ｃ）Ｓｉ：０．３〜１．０％　（好ましくは０．５〜１．０％）
Ｓｉは強度、硬度及び押出性を向上させるために重要な元素である。
Ｓｉを含有させるとＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系３元化合物が形成されて、再結晶化を遅延させ、高温でも繊維状組織を安定化させるため、ろう付け時の高温暴露があっても高い硬度を維持することができる。Ｓｉを含有させると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物が形成され、押出性を低下させるＡｌ−Ｍｎ系化合物の形成を防ぐため、押出性を向上させることができる。０．３％より少ないと、強化が不十分となり、逆に１．０％を超えると、融点の低下によるろう付け性の不良、部分溶解によるテアリング問題が発生する。またより高い硬度、押出し性を考慮するならば０．５％以上１．０％以下とするのが好ましい。
【００１８】
（ｄ）Ｆｅ：０．１０〜０．５％　（好ましくは０．１０〜０．３％）
Ｆｅは強度、切削性及び押出性を向上させるために重要な元素である。
ＦｅはＡｌ−Ｍｎ系晶出物の生成を助け、Ａ１６（Ｍｎ，Ｆｅ）で存在し、結晶粒を微細化し、強度を上げると共に、切削性を良好にする効果もある。また、ＭｎのＡｌへの固溶量を下げることにより押出面圧が低下するという効果が得られる。０．１０％より少ないと、不純物として混入するＦｅを避けねばならず、材料費の上昇を招くと共に、強化が不十分となる。０．５％を超えると、化合物が大きく量も多くなり、耐食性、押出性を劣化させる。また、耐食性、押出し性をより良好にするには、その含有量は０．３％以下さらに０．２％以下より好ましくは０．１８％以下であることが好ましい。
【００１９】
（ｅ）Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ：　０．３％以下
Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒは組織を微細化して強度を高めると共に、耐食性を向上させる効果を有する。Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒから選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が０．３％を超えるとアルミニウム合金の押出性が低下するので、その含有量は０．３％以下とする。
【００２０】
次に、本発明のアルミニウム合金押出材を製造するための製造条件について述べる。
（均質化処理条件）
均質化処理条件は、温度を４００〜６００℃、処理時間を４〜６時間とする。
鋳塊の均質化処理温度が６００℃を超えた場合、再結晶抑制の効果を奏さなくなる（押出後の組織が繊維状組織ではなくなる）ため強度が低下する。また、４００℃より低いい場合には、均質化処理による押出前で高硬度が得られない。又、均質化処理時間は４時間未満では押出性が低下し、６時間を超えると再結晶を起こし易く強度が低下する場合がある。
【００２１】
（熱間押出条件）
熱間押出の際の温度条件は４５０〜５５０℃とする。
鋳塊の押出温度が５５０℃を超えると、温度が高すぎるために、押出用金型に負担がかかる。押出温度が４５０℃より低いと、温度が低いために、面圧が大きくなり、更に押出し後の表面状態も荒れる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではないことはもとよりである。
まず、実施例及び比較例の供試材の調製方法及び供試材の評価方法について述べる。
【００２３】
＜供試材の調製方法＞
表１に示す本発明の実施例の供試材は、以下のようにして作製した。また、比較例の供試材も同様にして作製した。
まず表１に示す組成を有するアルミニウム合金を溶解し、ＤＣ鋳造により得られた鋳塊を４５０℃で４．５時間の均質化処理を行った後、５００℃で熱間押出加工して厚さ２０ｍｍ、幅３５ｍｍの角柱状の供試材を得た。
【００２４】
＜供試材の評価方法＞
上記のようにして得た実施例及び比較例の供試材について、次に示すような評価方法を用いてその評価を行った。
【００２５】
〔組織観察〕
６００℃窒素雰囲気中に５分間暴露後１ヶ月放置した供試材から採取した供試材の組織を光学顕微鏡により観察を行った。
なお評価の基準として組織断面を観察し、再結晶組織が確認された場合をＲ、再結晶組織が確認されなかった場合をＦと判断した。
【００２６】
〔硬度測定〕
６００℃窒素雰囲気中に５分間暴露後１ヶ月放置した供試材から採取した供試材表面を鏡面研磨して、マイクロビッカース硬さ計にて、荷重５ｋｇ、時間１５ｓｅｃで硬度測定を行った。
【００２７】
〔引張り強さ試験〕
引張り試験はＪＩＳＺ２２０１に規定する１４Ａ号試験片に準じ、６００℃窒素雰囲気中で、５分間暴露後１ヶ月放置した供試材の両端部をつかみ、試験した。
【００２８】
〔融解開始温度測定〕
融解開始温度測定は、供試材から約５ｍｇ程度切り出し、それらを試料として示差走査熱量測定をおこなった。
【００２９】
〔ろう付け性〕
ろう付け性は供試材とＪＩＳ３００３合金のパイプを組み合わせ、ＪＩＳ４０４５のろう材を接合部に配置し、電気炉で６００℃、３分間のろう付けを行い、接合部の状態及び表面状態より総合的に評価し、○（良好）、×（不良）で評価した。
【００３０】
［押出性］
押出し温度は５００℃で、押出す際の面圧と押出速度および十分な形状が得られているかどうかを総合的に評価し、○（良好）、×（不良）で評価した。
【００３１】
【表１】
2004100017.tif 000002
【００３２】
【表２】
2004100017.tif 000003
＜供試材の評価＞
表２に見られるように、比較例１〜４及び７は硬度が不十分であり、比較例５及び６は部分融解温度が低くろう付け性及び押出し性が悪く、比較例８及び９は押出し性が悪いのに対し、本発明の条件に従う実施例１〜１１はいずれも熱処理後の硬度が５５Ｈｖ以上、引張り強さが１８ｋｇｆ／ｍｍ２以上で、かつ部分融解温度が６２０℃以上で良好なろう付け性及び押出性を示した。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ろう付け後に高硬度を保持し、押出性が良好であり、フッ化物フラックスを使用するろう付けを行った楊合に優れたろう付け性が得られ、特に自動車用熱交換器として使用できるアルミニウム合金押出材およびその製造方法を提供される。本発明のアルミニウム合金押出材は自動車用熱交換器のコネクタなど接続部材用材料として好適に使用でき、熱交換器の生産性の向上が可能となる。