(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ：１．０〜２．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５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合金で構成したことを特徴とする耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材。
【請求項２】
Ｆｅ：１．０〜２．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５重量％を含有し、さらに、
Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％、
Ｚｎ：０．５〜２．０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合金で構成したことを特徴とする耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材。
【請求項３】
Ｆｅ：１．０〜２．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５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合金で構成したことを特徴とする耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材。
【請求項４】
Ｆｅ：１．０〜２．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５重量％を含有し、さらに、
Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％、
Ｚｎ：０．５〜２．０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合金で構成したことを特徴とする耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載のＡｌ合金を溶解し、得られた溶湯を鋳造する時の冷却速度：１５℃／ｓｅｃ〜１０００℃／ｓｅｃで冷却してインゴットを製造し、このインゴットを繰り返し冷間圧延して所定の厚さのフィン材とすることを特徴とする耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法により製造したことを特徴とする耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用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高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材、特にろう付け工法により製造される自動車用熱交換器の耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有するＡｌ合金フィン材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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Ａｌ−Ｓｉ系ろう材により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。前記フィン材にはＡＡ１０５０合金やＡＡ３００３合金が用いられており、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材にはＡＡ４３４３合金が用いられている。
【０００３】
フィン材を冷媒通路形成体にろう付けする際に、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】
前述のように、フィン材１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、Ｆｅ：０．１〜３重量％を含有し、さらに必要に応じてＺｎ：０．１〜１．５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、超急冷組織を有する高強度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材が開発されており、この熱交換器用Ａｌ合金フィン材は従来のフィン材よりも強度が優れていると言われている（特公平６−５３９０４号公報参照）。
【０００５】
このフィン材は、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が促進され、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、犠牲陽極作用の備えているところから熱交換機能を長期に渡って維持させるのに大いに貢献している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のフィン材は、高強度を有するところから従来よりも薄肉化が可能となったが、熱伝導率が不足し、さらにフィン材を冷媒通路形成体にろう付けする際にフィン材が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、図２の拡大断面図に示されるように、エロージョン部４が大きくなってフィレット３に接する部分のフィン材１の肉厚ｔが極端に薄くなり、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。
【０００７】
【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、高強度および高熱伝導度を有し、さらに従来よりもエロージョン（侵食）しにくい特性（以下、耐エロージョン性と言う）を有するフィン材を得るべく研究を行なった結果、
（イ）Ｆｅ：１．０〜２．５重量％と共にＣｅ：０．００５〜０．５重量％を含有するＡｌ合金で構成したフィン材は、高強度および高熱伝導度を有すると共に優れた耐エロージョン性を示す、
（ロ）Ｆｅ：１．０〜２．５重量％と共にＣｅ：０．００５〜０．５重量％を含有し、さらにＺｒ：０．０５〜０．２０重量％およびＺｎ：０．５〜２．０重量％を含有するＡｌ合金で構成したフィン材は、高強度および高熱伝導度を有すると共に優れた耐エロージョン性を示す、
（ハ）Ｆｅ：１．０〜２．５重量％と共にＣｅ：０．００５〜０．５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種以上を含有するＡｌ合金で構成したフィン材は、高強度および高熱伝導度を有すると共に優れた耐エロージョン性を示す、
（ニ）前記（ロ）記載のＡｌ合金に、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種以上を含有するＡｌ合金で構成したフィン材は、高強度および高熱伝導度を有すると共に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。
【０００８】
この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたものであって、
（１）Ｆｅ：１．０〜２．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５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合金で構成した耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材、
（２）Ｆｅ：１．０〜２．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５重量％を含有し、さらに、
Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％、
Ｚｎ：０．５〜２．０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合金で構成した耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材、
（３）Ｆｅ：１．０〜２．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５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合金で構成した耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材、
（４）Ｆｅ：１．０〜２．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５重量％を含有し、さらに、
Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％、
Ｚｎ：０．５〜２．０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合金で構成した耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材、に特徴を有するものである。
【０００９】
さらに、本発明者等は、フィン材の耐エロージョン性について研究していたところ、フィン材のエロージョン（侵食）は従来は結晶粒界で優先的に進行していたが、結晶粒内でエロージョンが起きるようにした方が耐エロージョン性が著しく改善され、そのためには、ろうが溶融する直前までフィン材の結晶粒内に添加元素が過飽和固溶していることおよび晶出物が微細でその量が少ないことが必要であり、このような組織にするには、Ａｌ合金のインゴットを鋳造時の冷却速度が１５℃／ｓｅｃ〜１０００℃／ｓｅｃ範囲内で冷却して得られたインゴットを熱間圧延せずに中間焼鈍および冷間圧延を繰り返し施して所定の厚さのフィン材とすることにより得られることが分かった。
【００１０】
したがって、この発明の耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材は、前記（１）、（２）、（３）または（４）記載のＡｌ合金を溶解し、得られた溶湯を鋳造と同時に冷却速度：１５℃／ｓｅｃ〜１０００℃／ｓｅｃで冷却してインゴットを製造し、このインゴットを繰り返し冷間圧延して所定の厚さのフィン材とすることにより得られる。Ａｌ合金の種類によって冷間圧延を繰り返す間に加工硬化して冷間圧延が不可能になる場合は中間焼鈍を付加して冷間圧延を繰り返すことが好ましい。
【００１１】
この発明の製造方法で得られた晶出物の量が少ないアルミニウム熱交換器用Ａｌ合金フィン材は、ろうが溶融する直前まで結晶粒内において元素が過飽和に固溶しているために耐エロージョン性が向上し、ろう付け後の冷却過程で過飽和に固溶した元素が微細に均一に析出分散することによりろう付け後のフィン材の強度が高くなり、フィン材中に固溶する元素も少なくなって熱伝導率も高くなると考えられる。
【００１２】
フィン材を構成するＡｌ合金の成分組成範囲およびインゴットの鋳造時の冷却速度を上記の通りに限定した理由を説明する。
【００１３】
（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１．０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強度および高熱伝導度を確保することができず、一方その含有量が２．５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１．０〜２．５重量％と定めた。Ｆｅ含有量の一層好ましい範囲は１．５〜２．３重量％である。
【００１４】
（ｂ）Ｃｅ
Ｃｅ成分は、鋳造時の晶出物を微細にし、ろう付け時の耐エロージョン性を向上させ、ろう付け時に過飽和に固溶した溶質元素をその冷却時において析出を促進し、熱伝導度と共に強度を向上させる作用を有するが、その含有量が０．００５重量％未満では所望の効果が得られず、一方その含有量が０．５重量％を越えると、自己耐食性が低下し、加工性が低下するので好ましくない。従って、その含有量を０．００５〜０．５重量％と定めた。Ｃｅ含有量の一層好ましい範囲は０．０５〜０．３重量％である。
【００１５】
（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ので必要に応じて添加されるが、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、冷間加工性が劣化してこの発明の製造方法ではフィン材に成形することができなくなることから、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０．１〜０．１５重量％である。
【００１６】
（ｄ）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ので必要に応じて添加されるが、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２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０．５〜２重量％と定めた。Ｚｎ含有量の一層好ましい範囲は１〜１．５重量％である。
【００１７】
（ｅ）Ｍｎ、ＳｉおよびＣｕ
Ｍｎ成分はＡｌ−Ｍｎ（Ｆｅ，Ｓｉ）系化合物を形成することにより強度を向上させ、Ｓｉ成分はＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物を形成することにより強度を向上させ、さらにＣｕ成分は素地中に固溶して強度を向上させるところから、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：０．１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およびＳｉ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、Ｃｕにあっては０．７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。
【００１８】
（ｆ）インゴット鋳造時の冷却速度
フィン材が優れた耐エロージョン性を有するためには、晶出物の量を減らし、ろうが溶融する直前までフィン材の結晶粒内に添加元素が過飽和固溶しており、ろう付け後の冷却過程で過飽和に固溶したＦｅを微細均一に析出分散させる必要があり、そのためには、インゴット鋳造時の冷却速度が大きいほど好ましく、インゴット鋳造時の冷却速度は１５℃／ｓｅｃ．以上であることが必要である。しかし、インゴット鋳造時の冷却速度は１０００℃／ｓｅｃ．が限界であるから、インゴット鋳造時の冷却速度は１５〜１０００℃／ｓｅｃ．に定めた。インゴット鋳造時の冷却速度の一層好ましい範囲は２０〜２００℃／ｓｅｃ．である。
【００１９】
【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合金溶湯を幅：２００mm×長さ：５００mm×厚さ：６mmの寸法をもった金型に鋳造し、ただちに冷却水量を変えることにより表５〜表８に示される冷却速度で冷却し、インゴットを製造した。このインゴットを冷間圧延を繰り返し施して厚さ：１００μｍの冷延板とすることにより本発明フィン材１〜３３、比較フィン材１〜７および従来フィン材をそれぞれ製造した。
【００２０】
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１〜３３、比較フィン材１〜７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、ろう付け熱処理し、その後断面の観察を行うことにより、溶融ろうによるフィン材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。
【００２１】
さらに、本発明フィン材１〜３３、比較フィン材１〜７および従来フィン材からなる引張り試験片を作製し、これら試験片を高純度窒素ガス中、温度：６００℃、５分間保持したのち、冷却速度：１００℃／ｍｉｎ．で常温まで冷却するろう付け相当熱処理を施し、引張試験を行なうことにより引張り強さを測定し、その結果を表５〜表８に示した。
さらに、熱伝導率は電気伝導度に置き換えて評価できるので、本発明フィン材１〜３３、比較フィン材１〜７および従来フィン材にろう付け相当熱処理を施した後、ダブルブリッジ法により求め、その結果を表５〜表８に示した。
【００２２】
【表１】
0003916020.tif 000002
【００２３】
【表２】
0003916020.tif 000003
【００２４】
【表３】
0003916020.tif 000004
【００２５】
【表４】
0003916020.tif 000005
【００２６】
【表５】
0003916020.tif 000006
【００２７】
【表６】
0003916020.tif 000007
【００２８】
【表７】
0003916020.tif 000008
【００２９】
【表８】
0003916020.tif 000009
【００３０】
【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１〜３３は従来フィン材と比べて、ろう付け相当熱処理後の引張り強さおよび電気伝導度が優れており、さらに溶融ろうによるフィン材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１〜３３は、いずれも従来フィン材に比して耐エロージョン性に優れかつ高強度および高熱伝導度をもつことが明らかである。
【００３１】
一方、比較Ａｌ合金フィン材１〜７に見られるように、Ａｌ合金の構成成分のうちのいずれかの成分含有量がこの発明の範囲から外れると（表４においてこの発明の範囲から外れた成分組成の値に＊印が付されている）、上記の特性のうちの少なくともいずれかの特性が劣ったものになることが明らかである。
【００３２】
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かつ高強度および高熱伝導度を有するので、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】
0003916020.tif 000010
【図２】
0003916020.tif 000011