(57)【要約】【課題】熱交換器のチューブに使用した際の外面側の耐食性を向上させることができ、粒界腐食性及びろう付け時のエマージョンの劣化を防止することができ、フィンに使用した際の高温座屈変形性を向上することができると共に耐エマージョン性を向上させることができる熱交換器用アルミニウム合金材及び熱交換器を提供する。【解決手段】フィン材又はブレージングシートの芯材は、Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物である組成を有することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金材。
【請求項２】
更に、Ｆｅ：０．０１乃至０．６質量％、Ｃｒ：０．０２乃至０．２０質量％、Ｚｒ：０．０１乃至０．２０質量％、Ｍｇ：０．０１乃至０．２５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．２５質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用アルミニウム合金材。
【請求項３】
Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物である組成を有するアルミニウム合金芯材と、この芯材の片面又は両面に形成されたろう材とを有することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金材。
【請求項４】
Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物である組成を有するアルミニウム合金芯材と、この芯材の片面に形成された皮材とを有することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金材。
【請求項５】
前記芯材の他面に形成されたろう材を有することを特徴とする請求項４に記載の熱交換器用アルミニウム合金材。
【請求項６】
Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物である組成を有するアルミニウム合金芯材と、この芯材の片面に形成された中間層と、前記芯材の他面に形成された第１ろう材と、前記中間層の上に形成された第２ろう材とを有することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金材。
【請求項７】
前記アルミニウム合金芯材は、更に、Ｆｅ：０．０１乃至０．６質量％、Ｃｒ：０．０２乃至０．２０質量％、Ｚｒ：０．０１乃至０．２０質量％、Ｍｇ：０．０１乃至０．２５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．２５質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項３、４又は６に記載の熱交換器用アルミニウム合金材。
【請求項８】
前記請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱交換器用アルミニウム合金材を熱交換部に使用したことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の熱交換器等に使用されるアルミニウム合金材及び熱交換器に関し、特に、このアルミニウム合金材がフィン材として使用された場合の耐サグ性（耐座屈変形性）を改善し、ラジエータ及びヒータコアのチューブ又はヘッダプレート材として使用された場合のチューブ内面側又は冷媒側の耐食性を改善し、更に、エバポレータ及びコンデンサのチューブ又はプレート材として使用された場合のチューブ外面側又は大気側の耐食性を改善することが可能であると共に、ろう材を有する場合にはろう付時の耐エロージョン性（ろうの半液相状態での浸入）が優れていて薄肉化が可能な熱交換器用アルミニウム合金材及び熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱交換器のアルミニウム合金材として、片面にろう材を配置し、又は両面にろう材及び皮材（犠牲材）を配置した種々のブレージングシートが使用されている。そのうち、チューブ部に使用される材料は、特開平１１−６１３０６号公報等に開示されているように、耐食性が必要な冷媒が接触するチューブ内面に、犠牲陽極効果を持たせるためにＺｎを添加したＡｌ−Ｚｎ系合金等からなる皮材を配置し、芯材には強度を向上させるためにＣｕ又はＳｉ等を添加したＡｌ−Ｍｎ系合金を使用し、チューブ外面側にはＡｌ−Ｓｉ系合金等のろう材が配置された全体板厚０．２３乃至０．３ｍｍ程度のブレージングシートが使用されている。また、フィン材においては、特開平９−３１６１４号公報等に、Ｚｒ及びＣｒ等を添加して高温座屈変形性を向上させ、ろう付時のエロージョン（ろう材Ｓｉの浸入）を低減させたブレージングシートが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−６１３０６号公報
【特許文献２】
特開平９−３１６１４号公報
【非特許文献１】
Ｐ．　Ｆｕｒｒｅｒ　ａｎｄ　Ｈ．　Ｗａｒｌｉｍｏｎｔ，「アルミニウム合金の焼鈍挙動および結晶粒度に及ぼす偏析と析出の影響（Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ｂｅｈａｖｉｏｕｓ　ａｎｄ　ｇｒａｉｎ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙｓ）」，軽金属，社団法人軽金属学会，１９９７年，第２７巻，第１０号，ｐ．５１２−５２２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、熱交換器の軽量化要求から、使用されるブレージングシートも板厚の薄い材料が求められ、その板厚は従来よりも薄い０．１３乃至０．２ｍｍ程度のものが必要とされている。このような薄肉材で高強度及び高耐食性を実現することは極めて困難である。例えば、従来のように、高強度化するために芯材にＣｕを添加した材料を薄肉としただけでは、ろう付け時に加熱された際に、皮材（犠牲材）中のＺｎが拡散によりチューブ外面側のろう材の近傍にまで到達することにより、チューブ外面側の耐食性を損ねるという問題があった。
【０００５】
また、ラジエータ、ヒータ、及びエバポレータのチューブ等に使用されるブレージングシートの芯材は、高強度化のためにＣｕ、Ｓｉ等を添加しているが、そうすると、ろう付時の結晶粒径が小さくなる傾向があり、粒界腐食性が劣化するという問題がある。また、上述のように、結晶粒径が小さくなるということは、ろう付時のエロージョンを劣化させる要因となる。
【０００６】
更に、フィン材においても、７０μｍ以下の薄肉化の要求に対し、ろう材及び皮材を有しないベア材により構成されたフィンと、ブレージングシートにより構成されたフィンの双方とも、高温座屈変形性の更に一層の向上が求められ、またろう付時のエロージョンの更に一層の向上が求められている。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、熱交換器のチューブに使用した際の外面側の耐食性を向上させることができ、粒界腐食性及びろう付け時のエマージョンの劣化を防止することができ、フィンに使用した際の高温座屈変形性を向上することができると共に耐エマージョン性を向上させることができる熱交換器用アルミニウム合金材及び熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係る熱交換器用アルミニウム合金材は、Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物である組成を有することを特徴とする。この場合に、更に、Ｆｅ：０．０１乃至０．６質量％、Ｃｒ：０．０２乃至０．２０質量％、Ｚｒ：０．０１乃至０．２０質量％、Ｍｇ：０．０１乃至０．２５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．２５質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することが好ましい。
【０００９】
本願第２発明に係る熱交換器用アルミニウム合金材は、Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有するアルミニウム合金芯材と、この芯材の片面又は両面に形成されたろう材とを有することを特徴とする。
【００１０】
本願第３発明に係る熱交換器用アルミニウム合金材は、Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有するアルミニウム合金芯材と、この芯材の片面に形成された皮材とを有することを特徴とする。
【００１１】
この第３発明に係る熱交換器用アルミニウム合金材において、前記芯材の他面に形成されたろう材を有することができる。
【００１２】
本願第４発明に係る熱交換器用アルミニウム合金材は、Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有するアルミニウム合金芯材と、この芯材の片面に形成された中間層と、前記芯材の他面に形成された第１ろう材と、前記中間層の上に形成された第２ろう材とを有することを特徴とする。
【００１３】
これらの熱交換器用アルミニウム合金材において、前記アルミニウム合金芯材は、更に、Ｆｅ：０．０１乃至０．６質量％、Ｃｒ：０．０２乃至０．２０質量％、Ｚｒ：０．０１乃至０．２０質量％、Ｍｇ：０．０１乃至０．２５質量％及びＴｉ：０．０２乃至０．２５質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することが好ましい。
【００１４】
本願第５発明に係る熱交換器は、これらの熱交換器用アルミニウム合金材を熱交換部に使用したことを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、熱交換器用アルミニウム合金材を、ベアフィンと、ろう材及び皮材等が積層されたアルミニウム合金複合材からなるブレージングシートの芯材とに使用した場合に、この熱交換器用アルミニウム合金材を、Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有するＡｌ−Ｍｎ系合金組成としたので、ろう付加熱昇温時の結晶粒径を粗大化させることができ、これにより、耐食性、耐粒界腐食性、高温座屈変形性、及び耐エロージョンを向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明者等は、Ｍｎ：０．３乃至１．９質量％、Ｉｎ：０．０１乃至０．０８質量％を含有させることにより、ろう付時の結晶粒径を増大させる効果が得られることを見出し、これらの元素の添加により、粒界密度を減少させ、粒界腐食性を向上させ、結晶粒径粗大化により高温座屈変形性を向上させることに特徴がある。
【００１７】
これらの効果は、以下に示すように、芯材又はベアフィン材にＩｎを添加することにより、Ｍｎを含有する芯材又はベアフィン材のろう付時の加熱昇温による結晶粒径粗大化の挙動が、Ｍｎを単独添加した場合の結晶粒径粗大化の挙動に比較して、変化することにより得られる。即ち、Ｍｎを単独添加するよりも、ＩｎとＭｎとを複合添加することにより、結晶粒径の粗大化効果が大きい。
【００１８】
Ａｌ合金材の結晶粒径増大の効果
Ａｌ合金材にＩｎ及びＭｎを複合添加した場合、ろう付昇温時の結晶粒径の粗大化挙動は、Ｍｎ単独添加の場合と比べて、大きくなる。即ち、Ｉｎ及びＭｎを複合添加した場合は、ろう付け昇温時の結晶粒径の粗大化が大きい。Ｉｎ：０．０１質量％未満の場合の結晶粒粗大化は、Ｍｎのみを０．３乃至１．９質量％含有したときの結晶粒粗大化の程度と同等であり、Ｉｎ添加による効果が得られない。一方、Ｉｎを０．０１質量％以上とすることにより、Ｍｎのみ含有したときと比較してろう付加熱時の結晶粒径の粗大化を著しく増大させることができる。
また、Ｉｎが０．０８質量％以上では、芯材の融点が下がるため、ろう付時に局所的にＩｎ偏析領域が生じるため、耐食性が低下する。
【００１９】
これらのことから、Ｉｎの添加量を０．０１乃至０．０８質量％の範囲とすることにより、Ａｌ合金材の結晶粒径をろう付加熱時に粗大化させることができ、粒界密度が減少するため、粒界腐食性が低減され、芯材自体の耐食性が向上し、又は、高温座屈変形性を低減し、エロージョンを抑制できる。Ｍｎの組成範囲については、０．３質量％未満ではＩｎを添加しても結晶粒径粗大化の効果が認められず、１．９質量％以上では、Ａｌ−Ｍｎ系の晶出物が増大するため、カソードサイトが増大するため、耐食性が劣化する。
【００２０】
Ｉｎ添加によりろう付加熱昇温時の結晶粒径粗大化が増大する理由
本発明で、Ｍｎを含有する芯材に更にＩｎを添加することにより、加熱時の結晶粒が粗大化する理由は以下のように推定される。Ｍｎを含有するアルミニウム合金では、Ａｌ−Ｍｎ系、又はＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系析出物が分布するが、小さい析出物は、サブグレイン及び結晶粒界の移動を阻害するピン留め効果があることが知られている（例えば、非特許文献１：Ｐ．　Ｆｕｒｒｅｒ　ａｎｄ　Ｈ．　Ｗａｒｌｉｍｏｎｔ，「アルミニウム合金の焼鈍挙動および結晶粒度に及ぼす偏析と析出の影響（Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ｂｅｈａｖｉｏｕｓ　ａｎｄ　ｇｒａｉｎ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙｓ）」，軽金属，社団法人軽金属学会，１９９７年，第２７巻，第１０号，ｐ．５１２−５２２）。Ｉｎ添加は、Ｍｎと同時に添加した場合、Ｉｎ未添加の場合と比較して、Ａｌ−Ｍｎ系及びＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系等の析出物を、小さく、かつ、均一に分布させる効果が増大するためであると考えられる。このため、この小さい析出物により、結晶粒界移動のピン留め効果が生じるため、ろう付加熱時の結晶粒径粗大化は抑制される。しかし、ろう付の場合、加熱温度は６００℃付近まで上昇するため、ある温度でピン留め効果が一斉に外れるようになった場合に、結晶粒径の粗大化が生じるためと考えられる。
【００２１】
本発明の効果は、上述のように、Ａｌ合金芯材に添加されたＭｎ及びＩｎの相互作用により得られるものであるが、Ａｌ合金芯材には、更に、必要に応じて、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｎ及びその他の元素を添加しても良い。この場合でも、同様の効果が発揮される。例えば、高強度が必要なチューブ材及びヘッダプレート材については、Ｓｉを０．１乃至１．０質量％、Ｃｕを０．３乃至０．１質量％添加することにより、強度を高めることができる。また、フィン材については、Ｉｎ自体が犠牲陽極効果を高める元素であるが、更に、Ｚｎを０．５乃至４．５質量％添加することにより、よりフィン材電位を下げ、チューブ材に対してフィン材の電位を下げることができ、チューブ材よりもフィン材を優先的に腐食させるという犠牲陽極効果を高めることができる。更にまた、Ｆｅ：０．０１乃至０．６質量％、Ｃｒ：０．０２乃至０．２０質量％、Ｚｒ：０．０１乃至０．２０質量％、Ｍｇ：０．０１乃至０．２５質量％を添加すると、強度を高めることができる。また、Ｔｉを０．０２乃至０．２５質量％添加することにより、耐食性を高めることができる。
【００２２】
本発明の熱交換器においては、上述のアルミニウム合金材を、▲１▼ベア材（ろう材及び皮材が積層されていない単体の板）、▲２▼その片面又は両面にろう材が形成されるブレージングシートの芯材、▲３▼片面に皮材（犠牲陽極材）が形成され、又は片面に皮材が形成され、他方の面にろう材が形成されるブレージングシートの芯材として使用するか、又は▲４▼片面に中間層が形成され、他方の面及び中間層の表面にろう材が形成されるブレージングシートの芯材として使用される。そして、ベア材は熱交換器のフィンに使用される。また、ブレージングシートは、ラジエータ及びヒータコアのチューブ又はヘッダプレート材として使用されるか、又はエバポレータ及びコンデンサのチューブ又はプレート材として使用される。この場合に、ブレージングシートを、ラジエータ及びヒータコアのチューブ又はヘッダプレート材に使用した場合には、チューブ内面側又は冷媒が接触する側に、皮材がくるようにする。これにより、チューブ内面側又は冷媒側の耐食性を改善することができる。更に、ブレージングシートをエバポレータ又はコンデンサのチューブ又はプレートとして使用した場合は、チューブ外面側又は大気側に、皮材がくるようにする。これにより、チューブ外面側又は大気側の耐食性を改善することができる。更に、本発明においては、ブレージングシートのろう材が、他の熱交換器構成部材にろう付けされる場合には、ろう付時の耐エロージョン性（ろうの半液相状態での浸入）が向上する。従って、本発明により、熱交換器のフィン材又はチューブ材の薄肉化が可能である。なお、皮材を有しないブレージングシートも、熱交換器のチューブ材、及びヘッダ材等として、使用可能である。
しかし、より耐食性が必要な場合は、皮材を有するブレージングシートを使用して、その皮材を冷媒と接触する側に配置する。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して、本発明の効果について説明する。下記表１に示す組成を有し、厚さが０．２ｍｍのアルミニウム合金材と、厚さが６０μｍのアルミニウム合金材を製作し、いずれも、ろう付条件に相当する温度６００℃で５分間加熱した。そして、厚さが０．２ｍｍの試験材で耐食性をアノード電解試験により評価した。また、同様に、エロージョン性、高温座屈変形性について、ろう付条件相当加熱後の結晶粒径により評価した。なお、表１の実施例２はＳｉを添加し、実施例３はＳｉ、Ｚｎを添加し、実施例４はＳｉ，Ｃｕを添加したものである。比較例５はＭｎが低すぎ、比較例６はＭｎが高過ぎ、比較例７はＩｎが低すぎ、比較例８はＩｎが高すぎる場合である。
【００２４】
「耐食性試験」
ろう付条件、０．２ｔ材で、加熱後、アノード電解試験（３．５質量％ＮａＣｌ水溶液中、２５℃、１ｍＡ／ｃｍ２で１６時間通電）後の腐食深さを測定した。その結果を下記表２に示す。表２の耐食性欄において、○は腐食深さが１００μｍ以下の場合、×は腐食深さが１００μｍを超える場合である。
【００２５】
「結晶粒径」
表面を研磨し、グレイン観察を行った。その結果を下記表２に示す。表２の結晶粒径欄において、○は３００μｍ以上、×は３００μｍ未満の場合である。
【００２６】
「サグ性、高温座屈性」
フィンの高温座屈変形性として、厚さが６０μｍのアルミニウム合金材を使用して、サグ試験法（アルミニウムブレージングハンドブック：軽金属溶接構造協会、平成４年１月１０日発行、ｐ１３３、図４．２０、試験片幅１０ｍｍ、つき出し長さ５０ｍｍ、温度６００℃で５分間加熱した後）により、垂れ下がり量を測定した。その結果を下記表２に示す。表２のサグ性、高温座屈性欄において、○は垂れ下がり量が２０ｍｍ以下の場合、×は垂れ下がり量が２０ｍｍを超える場合である。
【００２７】
【表１】
2004131808.tif 000002
【００２８】
【表２】
2004131808.tif 000003
【００２９】
表２に示すように、芯材にＭｎ及びＩｎを添加することにより、ろう付け加熱後の芯材の結晶粒径が増大し、耐食性、サグ性及び粒界腐食性が優れていた。これに対し、Ｉｎ及びＭｎが本発明の範囲から外れる比較例５乃至８の場合は、耐食性、サグ性及び高温耐座屈性の全てが劣るものであった。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、Ａｌ−Ｍｎ系合金からなる芯材のろう付け加熱昇温時の結晶粒径を粗大化させることにより、高強度且つ高耐食性であると共に、高温座屈変形性及び耐エロージョン性が優れたろう付け用熱交換器用アルミニウム合金材及びそれを使用した熱交換器が得られる。