(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ：１．５超〜３％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、さらにフィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径が３００〜５００００μｍであって、かつ、フィン材の圧延方向の結晶粒の長さをＬ、圧延方向に垂直でかつ圧延面に平行な方向の結晶粒の長さをＬＴで示すと、ＬＴ／Ｌが０．１２〜１である結晶粒からなるＡｌ合金で構成されていることを特徴とする耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材。
【請求項２】
Ｆｅ：１．５超〜３％を含有し、
さらに、
Ｍｎ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．１〜０．５％、
Ｃｕ：０．０５〜０．７％、
の内の１種または２種以上を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、さらにフィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径が３００〜５００００μｍであって、かつ、フィン材の圧延方向の結晶粒の長さをＬ、圧延方向に垂直でかつ圧延面に平行な方向の結晶粒の長さをＬＴで示すと、ＬＴ／Ｌが０．１２〜１である結晶粒からなるＡｌ合金で構成されていることを特徴とする耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材。
【請求項３】
Ｆｅ：１．５超〜３％、
Ｚｎ：０．５〜３％、
Ｚｒ：０．０５〜０．２％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、さらにフィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径が３００〜５００００μｍであって、かつ、フィン材の圧延方向の結晶粒の長さをＬ、圧延方向に垂直でかつ圧延面に平行な方向の結晶粒の長さをＬＴで示すと、ＬＴ／Ｌが０．１２〜１である結晶粒からなるＡｌ合金で構成されていることを特徴とする耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材。
【請求項４】
Ｆｅ：１．５超〜３％、
Ｚｎ：０．５〜３％、
Ｚｒ：０．０５〜０．２％、
を含有し、さらに、
Ｍｎ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．１〜  ０．５％、
Ｃｕ：０．０５〜０．７％、
の内の１種または２種以上を含有し、
残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、さらにフィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径が３００〜５００００μｍであって、かつ、フィン材の圧延方向の結晶粒の長さをＬ、圧延方向に垂直でかつ圧延面に平行な方向の結晶粒の長さをＬＴで示すと、ＬＴ／Ｌが０．１２〜１である結晶粒からなるＡｌ合金で構成されていることを特徴とする耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材。
【請求項５】
前記フィン材を構成するＡｌ合金は、請求項１、２、３または４記載のＡｌ合金に、さらにＭｇ：０．０５〜０．２％を含有させた組成を有するＡｌ合金であることを特徴とする耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ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】
この発明は、耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に自動車のラジエータなどとして用いられている熱交換器の構造部材であるフィン材は、冷媒通路形成体（例えば、管材）にろう付けして金属的に結合させ、伝熱面積を広くすることにより、熱交換効率の向上を図っている。これらフィン材として通常はＡＡ１０５０合金、ＡＡ３００３合金などが用いられているが、近年、下記のごとき高強度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材も開発されている。
Ｆｅ：１．１〜１．５重量％、Ｓｉ：０．３５〜０．８重量％、Ｍｎ：０．１５〜０．４重量％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有する高強度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材（特開１−２９２９４５号公報参照）、
Ｆｅ：１．１〜１．５重量％、Ｓｉ：０．１〜０．８重量％、Ｍｇ：０．０５〜０．５重量％を含有し、さらにＭｎ：０．１〜０．８重量％、Ｚｒ：０．０２〜０．２重量％のうちの１種または２種を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有する高強度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材（特開１−２９２９５５号公報参照）、
Ｆｅ：１．１〜１．５重量％、Ｓｉ：０．３５〜０．８重量％、Ｚｒ：０．０２〜０．２重量％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有する高強度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材（特開１−２９２９５３号公報参照）。
【０００３】
これら、フィン材は、高強度を有するところから、従来よりも薄いフィン材とすることができ、従ってＡｌ熱交換器の軽量化および小型化を促進し、さらに熱交換器の組立て時の真空ろう付けや実用時に変形を起すことがなく、熱伝導性にも優れているところから熱交換機能を従来よりも向上させるのに大いに貢献している。このフィン材を冷媒通路形成体にろう付けするには、図１の一部拡大断面図に示されるように、フィン材１および冷媒通路形成体２の一部は溶融ろうによって溶解される共にフィン材と冷媒通路形成体の隙間が溶融ろうによって充填されてフィレット３を形成し、このフィレット３によりフィン材１と冷媒通路形成体２の強固な接合がなされている。この場合、フィン材１および冷媒通路形成体２の一部が溶融ろうによって溶解されることをエロージョン（侵食）といい、この侵食された部分をエロージョン部４という。適度な厚さのエロージョン部４の存在はフィン材と冷媒通路形成体の強固な接合に大きく寄与している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車などの燃費の向上から、自動車部品の１つである熱交換器についても軽量化および小型化が求められており、熱交換器のフィン材についてもますます薄肉化されて熱交換器の軽量化および小型化が促進されている。しかし、従来のフィン材は溶融ろうによってエロージョン（侵食）されやすく、このエロージョン（侵食）されやすい薄肉のフィン材を冷媒通路形成体にろう付けすると、フィン材が薄肉であるために、図２の拡大断面図に示されるように、フィン材１の厚さに比べてエロージョン部４が大きくなり、フィレット３に接する部分のフィン材１の肉厚ｔが極端に薄くなって、最悪の場合はエロージョン部４がフィン材１を貫通し、熱交換器のフィン材として必要な耐圧強度および構造を保てなくなるばかりでなく熱交換機能の低下が避けられないという問題が生じてきた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、耐エロージョン性に優れたフィン材を得るべく研究を行なった結果、
（ａ）フィン材のエロージョンは、結晶粒内部と粒界で生じるが、エロージョンによる被害は特にフィン材の結晶粒界で進行するものが圧倒的であるところから、フィン材を構成するＡｌ合金の結晶粒を大きくして結晶粒界の組織中に占める割合を少なくし、フィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径を３００〜５００００μｍにすると一層優れた耐エロージョン性を示す、
（ｂ）一般に、熱交換器のフィン材はＡｌ合金を冷間圧延することにより仕上げられるが、冷間圧延して得られた結晶粒の組織が円形に近いほど優れた耐エロージョン性を示すところから、フィン材の圧延方向の結晶粒の長さをＬ、圧延方向に垂直でかつ圧延面に平行な方向の結晶粒の長さをＬＴで示すと、ＬとＬＴの比（以下、ＬＴ／Ｌで示す）が０．１２〜１であることが好ましい、
（ｃ）フィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径が３００〜５００００μｍとなるように大きくして結晶粒界の占める割合を少なくし、さらに結晶粒の形状を円形に近いＬＴ／Ｌが０．１２〜１の範囲とした熱交換器のフィン材を構成するＡｌ合金は、いかなる構造用のＡｌ合金であってもよいが、従来よりもＦｅ含有量の多いＦｅ：１．５超〜３重量％を含有するＡｌ合金であると、一層優れた耐エロージョン性を示す、などの研究結果が得られたのである。
【０００６】
そして、この発明の耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材を構成するＡｌ合金は、特にＦｅを１．５重量％を越えて含有するＡｌ合金で構成することが好ましく、このＦｅを１．５重量％を越えて含有するＡｌ合金として、
（イ）Ｆｅ：１．５超〜３重量％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有するＡｌ合金、
（ロ）Ｆｅ：１．５超〜３重量％を含有し、さらにＭｎ：０．１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．１〜０．５重量％、Ｃｕ：０．０５〜０．７重量％の内の１種または２種以上を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有するＡｌ合金、
（ハ）Ｆｅ：１．５超〜３重量％、Ｚｎ：０．５〜３重量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有するＡｌ合金、
（ニ）Ｆｅ：１．５超〜３重量％、Ｚｎ：０．５〜３重量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％を含有し、さらにＭｎ：０．１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．１〜０．５重量％、Ｃｕ：０．０５〜０．７重量％の内の１種または２種以上を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有するＡｌ合金、
（ホ）前記（イ）、（ロ）、（ハ）または（ニ）記載のＡｌ合金に、さらにＭｇ：０．０５〜０．２重量％を含有させた組成を有するＡｌ合金、などがある。
【０００７】
従って、この発明は、
（１）Ｆｅ：１．５超〜３重量％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、さらにフィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径が３００〜５００００μｍであって、かつＬＴ／Ｌが０．１２〜１である結晶粒を有するＡｌ合金で構成された耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材、
（２）Ｆｅ：１．５超〜３重量％を含有し、さらにＭｎ：０．１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．１〜０．５重量％、Ｃｕ：０．０５〜０．７重量％の内の１種または２種以上を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、さらにフィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径が３００〜５００００μｍであって、かつＬＴ／Ｌが０．１２〜１である結晶粒を有するＡｌ合金で構成された耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材、
（３）Ｆｅ：１．５超〜３重量％、Ｚｎ：０．５〜３重量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、さらにフィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径が３００〜５００００μｍであって、かつＬＴ／Ｌが０．１２〜１である結晶粒を有するＡｌ合金で構成された耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材、
（４）Ｆｅ：１．５超〜３重量％、Ｚｎ：０．５〜３重量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％を含有し、さらにＭｎ：０．１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．１〜０．５重量％、Ｃｕ：０．０５〜０．７重量％の内の１種または２種以上を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、さらにフィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径が３００〜５００００μｍであって、かつＬＴ／Ｌが０．１２〜１である結晶粒を有するＡｌ合金で構成された耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材、
（５）前記（１）、（２）、（３）または（４）記載のＡｌ合金に、さらにＭｇ：０．０５〜０．２重量％を含有させた組成を有し、さらにフィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒の平均粒径が３００〜５００００μｍであって、かつＬＴ／Ｌが０．１２〜１である結晶粒を有するＡｌ合金で構成された耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材、に特徴を有するものである。
【０００８】
この発明の耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材を製造するには、半連続鋳造して得られたビレットを熱間圧延し、中間焼鈍と冷間圧延を繰り返したのち最終冷間圧延する工程において、最終冷間圧延直前の中間焼鈍を従来よりも長時間中間焼鈍するかまたは従来よりも高温の中間焼鈍を行った後、従来よりも低い圧延率で最終冷間圧延することにより製造することができる。例えば、従来は最終冷間圧延直前の中間焼鈍を３５０〜４００℃に２時間保持の条件で行うＡｌ合金に対して、この発明の耐エロージョン性に優れた熱交換器用Ａｌ合金フィン材を製造するには、最終冷間圧延直前の中間焼鈍を３５０〜４００℃に４時間保持、４００超〜５００℃に３時間保持、または５００超〜６００℃に２時間保持の条件で行い、その後の最終冷間圧延の圧延率を従来の３０〜８０％に対してこの発明の最終冷間圧延の圧延率は５〜２５％で行う。
【０００９】
フィン材を構成するＡｌ合金の結晶粒の平均粒径およびＬＴ／Ｌ、並びにＡｌ合金の内でも、Ｆｅを１．５重量％を越えて含有するＡｌ合金の成分組成範囲を上記の通りに限定した理由を説明する。
【００１０】
（ａ）Ｆｅ
Ｆｅ成分は、ろう付け後素地に微細均一に分散してフィン材の強度を向上させると共に、ろうによるエロージョンを結晶粒内から進行させて耐エロージョン性を向上させ、ろう付け後の固溶度が小さく、素地に固溶しても熱伝導性の低下をさせにくい作用があるが、その含有量が１．５重量％以下では強度的に不十分であるので耐エロージョン性に優れた高熱伝導度および高強度を確保することができず、一方その含有量が３重量％を越えると、自己耐食性が低下すると共に粗大な晶出物を形成しやすくなり、耐エロージョン性と強度を低下させるところから、その含有量を１．５超〜３重量％と定めた。Ｆｅ含有量の一層好ましい範囲は１．７〜２．５重量％である。
【００１１】
（ｂ）Ｚｎ
Ｚｎ成分には、素地に固溶してフィン材を電気化学的に卑にし、冷媒通路形成体（例えば、管材）に対する犠牲陽極効果を向上させる作用があるが、その含有量が０．５重量％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が３重量％を越えると、ろう付け後の固溶度が高くなって熱伝導度を低下させ、自己耐食性が低下することから、その含有量を０．５〜３重量％と定めた。Ｚｎ含有量の一層好ましい範囲は０．８〜２．０重量％である。
【００１２】
（ｃ）Ｚｒ
Ｚｒ成分は、ろう付け後に微細なＡｌ−Ｚｒ金属間化合物を形成して素地に分散し、強度を向上させると共に、耐エロージョン性を向上させ、素地に固溶しても熱伝導性の低下をさせにくい作用があるが、その含有量が０．０５重量％未満では所望の強度向上効果が得られず、一方その含有量が０．２重量％を越えると、熱間および冷間加工性が劣化するようになることから、その含有量を０．０５〜０．２重量％と定めた。Ｚｒ含有量の一層好ましい範囲は０．０８〜０．１５重量％である。
【００１３】
（ｄ）Ｍｎ、ＳｉおよびＣｕ
これら成分は、ＡｌおよびＦｅと共にＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ化合物、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ化合物、Ａｌ−Ｆｅ化合物として素地中に分散し、耐食性と熱伝導率を低下させることがなく、さらにＣｕは素地に固溶してフィン材の強度を著しく向上させる作用があるので必要に応じて添加されるが、その含有量がＭｎ：０．１重量％未満およびＳｉ：０．２重量％未満およびＣｕ：０．０５重量％未満では所望の強度向上効果が得られず、一方その含有量がＭｎにあっては０．５重量％を越えると熱伝導率が著しく低下しまた加工性も低下するので好ましくなく、ＳｉおよびＣｕにあっては０．５重量％を越えると熱伝導率およびろう付け時の耐エロージョン性が低下するようになることから、その含有量をそれぞれＭｎ：０．１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．１〜０．５重量％、Ｃｕ：０．０５〜０．７重量％と定めた。
【００１４】
（ｅ）Ｍｇ
Ｍｇ成分には素地中に固溶して強度を向上させる作用があるので、必要に応じて含有されるが、その含有量が０．０５重量％未満では所望の強度向上効果が得られず、一方その含有量が０．２重量％を越えると、素地に固溶する割合が多くなり、電気化学的に貴になる傾向が現われ、管材に対する犠牲陽極効果が低下し、かつろう付け性を阻害すると共にろう付け時の耐エロージョン性および熱伝導性も低下するようになることから、その含有量を０．０５〜０．２重量％と定めた。
【００１５】
（ｆ）結晶粒の平均粒径および形状
フィン材が優れた耐エロージョン性を有するためには、フィン材を構成するＡｌ合金の結晶粒を大きくして結晶粒界の組織中に占める割合を少なくし、さらに結晶粒の歪みを小さくする必要がある。そのために、フィン材を構成するＡｌ合金の結晶粒の平均粒径を３００μｍ以上とする必要があるが、結晶粒を５００００μｍを越えて大きくすることは困難であるところから、結晶粒の平均粒径を３００〜５００００μｍとし、さらに最終冷間圧延による結晶粒の歪みを少なくするために、最終冷間圧延の圧延率を従来よりも小さくして結晶粒の形状を円形に近い形状にすることが好ましいところからＬＴ／Ｌの値を０．１２以上とする必要がり、したがって、ＬＴ／Ｌ：０．１２〜１に定めた。フィン材を構成するＡｌ合金の結晶粒の平均粒径の一層好ましい範囲は５００〜２００００μｍであり、ＬＴ／Ｌの一層好ましい範囲は０．３〜０．８である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明のＡｌ合金フィン材を実施例により具体的に説明する。
通常の溶解法により、それぞれ表１〜表４に示される成分組成をもったＡｌ合金溶湯を調製し、このＡｌ合金溶湯を半連続鋳造法により鋳造し、鋳塊Ａ〜ｋを製造した。
【００１７】
【表１】
0003876505.tif 000002
【００１８】
【表２】
0003876505.tif 000003
【００１９】
【表３】
0003876505.tif 000004
【００２０】
【表４】
0003876505.tif 000005
【００２１】
これら鋳塊Ａ〜ｋを５００℃で熱間圧延した後、表５〜表８に示される条件の中間焼鈍および通常の冷間圧延を繰り返し施し、最終冷間圧延を表５〜表８に示される圧延率にて厚さ：１００μｍの冷延板とすることにより本発明フィン材１〜３７、比較フィン材１〜２および従来フィン材をそれぞれ製造し、得られた本発明フィン材１〜３７、比較フィン材１〜２および従来フィン材の平均結晶粒径およびＬＴ／Ｌを測定し、その結果を表５〜表８に示した。
【００２２】
一方、心材としてＡｌ−１重量％Ｍｎ−０．１５重量％Ｃｕ（ＡＡ３００３）を用意し、さらにろう材としてＡｌ−７．５重量％Ｓｉ（ＡＡ４３４３）を用意し、心材：ろう材＝８５：１５のクラッド率となるように心材の片面にろう材をクラッドした厚さ：０．３ｍｍのブレージングシートを用意した。このブレージングシートの片面にコルゲート加工を施した本発明フィン材１〜３７、比較フィン材１〜２および従来フィン材を組み付け、これにフラックスを塗布した後、６００℃のＡｒ雰囲気中でろう付けしたのち空冷し、その後断面の観察を行うことにより、ろうによるフィンの最大エロージョン深さ（図１のエロージョン部４の厚さＨ）について測定し、その結果を表５〜表８に示した。
【００２３】
【表５】
0003876505.tif 000006
【００２４】
【表６】
0003876505.tif 000007
【００２５】
【表７】
0003876505.tif 000008
【００２６】
【表８】
0003876505.tif 000009
【００２７】
【発明の効果】
表１〜表８に示される結果から、本発明フィン材１〜３７は従来フィン材と比べて、溶融ろうによるフィンの最大エロージョン深さが小さいところから、本発明フィン材１〜３７は、いずれも一段と耐エロージョン性に優れていることが明らかである。
一方、比較Ａｌ合金フィン材１〜２に見られるように、Ａｌ合金の平均結晶粒径およびＬＴ／Ｌのずれかがこの発明の範囲から外れると（この発明の範囲から外れた値を表７に＊印を付して示した）、最大エロージョン深さが大きくなり過ぎることが明らかである。
【００２８】
上述のように、この発明の熱交換器用Ａｌ合金フィン材は、耐エロージョン性に優れ、この発明のフィン材で作製したＡｌ熱交換器は軽量化および小型化が可能であると共に、熱交換機能の一層の向上に役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  フィン材を冷媒通路形成体にろう付けして得られた接合部の一部拡大断面図である。
【図２】  フィン材を冷媒通路形成体にろう付けして得られた接合部の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１  フィン材、
２  冷媒通路形成体、
３  フィレット、
４  エロージョン部
【図１】
0003876505.tif 000010
【図２】
0003876505.tif 000011