(57)【要約】【課題】Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の存在状態の規定により、ろう付加熱後の析出強化及び固溶強化によって高強度を有するアルミニウム合金材及びアルミニウム合金クラッド材を提供する。【解決手段】Ｓｉ：０．０２〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：１．０〜２．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が１．０×１０６個／ｍｍ２以上であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金材及びその製造方法【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：０．０２〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：１．０〜２．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が１．０×１０６個／ｍｍ２以上であ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】
前記アルミニウム合金が、Ｍｇ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＣｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有する、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】
請求項１又は２に記載の熱交換器用アルミニウム合金材の製造方法であって、前記アルミニウム合金を鋳造する鋳造工程と、鋳造した鋳塊を熱間圧延する熱間圧延工程と、熱間圧延板を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方において冷間圧延板を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間圧延工程において、熱間圧延板の温度が５００〜４００℃の温度域における板厚減少率を９０％以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金材の製造方法。
【請求項４】
アルミニウム合金の心材と、当該心材の片面又は両面にクラッドされたろう材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Ｓｉ：０．０２〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：１．０〜２．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記ろう材が、Ｓｉ：２．５〜１２．５ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記心材において、０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が１．０×１０６個／ｍｍ２以上であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項５】
前記心材が、Ｍｇ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＣｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有する、請求項４に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項６】
前記ろう材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項４又は５に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項７】
前記ろう材が、Ｎａ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項４〜６のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用及びろう材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する鋳造工程と、鋳造したろう材の鋳塊を所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の片面又は両面に熱間圧延により所定の厚さとしたろう材をクラッドするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、クラッド材の温度が５００℃〜４００℃の温度域における板厚減少率を９０％以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
【請求項９】
アルミニウム合金の心材と、当該心材の一方の面にクラッドされたろう材と、他方の面にクラッドされた犠牲陽極材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Ｓｉ：０．０２〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：１．０〜２．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記ろう材が、Ｓｉ：２．５〜１２．５ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記犠牲陽極材が、６００℃で３分間のろう付相当加熱後に心材よりも自然電位が卑となるアルミニウム合金からなり、前記心材の０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が１．０×１０６個／ｍｍ２以上であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項１０】
前記心材が、Ｍｇ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＣｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有する、請求項９に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項１１】
前記ろう材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項９又は１０に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項１２】
前記ろう材が、Ｎａ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、ろう材用及び犠牲陽極材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する鋳造工程と、鋳造したろう材及び犠牲陽極材の鋳塊をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に熱間圧延により所定の厚さとしたろう材をクラッドし、心材鋳塊の他方の面に熱間圧延により所定の厚さとした犠牲陽極材をクラッドするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方において冷間圧延板を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、クラッド材の温度が５００〜４００℃の温度域における板厚減少率を９０％以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
【請求項１４】
前記心材の片面又は両面にクラッドされたろう材と心材との間に中間層材が更にクラッドされており、前記中間層材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる、請求項４〜７のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項１５】
前記心材の一方の面にクラッドされたろう材と心材との間に中間層材が更にクラッドされており、前記中間層材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項１６】
前記中間層材が、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種または２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項１４または１５に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項１７】
請求項１４又は１６に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、ろう材用及び中間層材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する鋳造工程と、鋳造したろう材及び中間層材の鋳塊をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の片面又は両面に熱間圧延により所定の厚さとした中間層材をクラッドし、クラッドした中間層材の心材側ではない面に熱間圧延により所定の厚さとしたろう材をクラッドするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する一回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、クラッド材の温度が５００〜４００℃の温度域における板厚減少率を９０％以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
【請求項１８】
請求項１５又は１６に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、ろう材用、犠牲陽極材及び中間層材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する鋳造工程と、鋳造したろう材、犠牲陽極材及び中間層材の鋳塊をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に熱間圧延により所定の厚さとした中間層材をクラッドし、クラッドした中間層材の心材側ではない面に熱間圧延により所定の厚さとしたろう材をクラッドし、心材鋳塊の他方の面に熱間圧延により所定の厚さとした犠牲陽極材をクラッドするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、クラッド材の温度が５００〜４００℃の温度域における板厚減少率を９０％以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジエータなどの熱交換器における冷媒や高温圧縮空気の通路構造材として好適に使用される高強度のアルミニウム合金材及びその製造方法、ならびに、熱交換器用アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラジエータなどの熱交換器は、例えば図１に示すように、偏平状に形成された複数本のチューブ１の間にコルゲート状に加工した薄肉のフィン２が配置された構造を有する。チューブ１とフィン２とはろう付けで接合されている。チューブ１の両端はヘッダー３とタンク４とで構成される空間にそれぞれ開口している。熱交換器では、高温の冷媒をチューブ１を介して一方のタンクから他方のタンクに送り、チューブ１及びフィン２で熱交換して低温になった冷媒を循環させる。
【０００３】
このような熱交換器のチューブには通常、心材と、犠牲陽極効果を有する内貼材と、ろう材とを備えたブレージングシートが用いられる。心材としては、例えばＪＩＳ３００３（Ａｌ−０．１５ｍａｓｓ％Ｃｕ−１．１ｍａｓｓ％Ｍｎ）合金が用いられる。心材の内側、すなわち冷媒に常時触れている側には内貼材として、ＪＩＳ７０７２（Ａｌ−１ｍａｓｓ％Ｚｎ）合金が用いられる。また、心材の外側には、ろう材として通常ＪＩＳ４０４５（Ａｌ−１０ｍａｓｓ％Ｓｉ）合金などが用いられる。チューブは、コルゲート状に加工したフィン等の他の部材と共にろう付により一体的に接合されている。ろう付法としては、フラックスろう付法、非腐食性フラックスを用いたノコロックろう付法などが挙げられ、ろう付は各部材を６００℃付近の温度に加熱することにより行われる。
【０００４】
近年、熱交換器の軽量化のために、チューブ用のアルミニウム材の薄肉化が求められており、それに伴い高強度化が求められている。従来の高強度化の材料設計思想は、主にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系析出物を微細に分散させ、分散強化により材料を強化するというものである。そこで、高強度化のために、心材におけるＳｉ含有量を増加する方法が用いられていた。しかしながら、心材のＳｉ含有量を増加すると、融点が大幅に低下する。ろう付けは６００℃付近の温度まで加熱されるため、炉内の温度のばらつきを考慮すると、Ｓｉの含有量を大幅に増加することは材料の溶融が生じ易くなるため望ましくない。このため、チューブ材の高強度化は頭打ちの状態であった。
【０００５】
これに対して、特許文献１には、Ｃｕを含有する心材の片面に、ＺｎとＭｇを含有する犠牲陽極材をクラッドしたブレージングシートが記載されている。ブレージングシートの犠牲陽極材と心材との界面から心材内へ３０μｍの深さまでの部分において、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｎ系析出物を分散させて強度を高めているが、チューブ材全体での強度向上には効果が小さい。
【０００６】
また、特許文献２には、心材のＣｕ含有量を増やすことにより、ろう付加熱後のＣｕ固溶量を増加させると共に、犠牲陽極材から拡散したＭｇが心材でＭｇ２Ｓｉの時効析出を促し、ろう付加熱後の強度向上を図ったアルミニウム合金製ブレージングシートが記載されている。しかしながら、心材にＣｕを多量に添加すると、Ｍｎと化合物を生成してＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系化合物が析出するため、多くのＣｕを含有させてもろう付加熱後において高強度が得られない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−９５７４９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９００４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ろう付加熱後に高強度を示すアルミニウム合金材及びその製造方法、ならびに、アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明者らは、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の存在状態を規定することにより、ろう付加熱後の析出強化及び固溶強化を最大限に利用することを可能とし、高強度を示すアルミニウム合金材が得られることを見出した。
【００１０】
第１発明は請求項１において、Ｓｉ：０．０２〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：１．０〜２．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が１．０×１０６個／ｍｍ２以上であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金材とした。
【００１１】
本発明は請求項２では請求項１において、前記アルミニウム合金が、Ｍｇ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＣｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するものとした。
【００１２】
本発明は請求項３では請求項１又は２に記載の熱交換器用アルミニウム合金材の製造方法であって、前記アルミニウム合金を鋳造する鋳造工程と、鋳造した鋳塊を熱間圧延する熱間圧延工程と、熱間圧延板を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方において冷間圧延板を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間圧延工程において、熱間圧延板の温度が５００〜４００℃の温度域における板厚減少率を９０％以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金材の製造方法とした。
【００１３】
第２発明の第１形態は請求項４において、アルミニウム合金の心材と、当該心材の片面又は両面にクラッドされたろう材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Ｓｉ：０．０２〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：１．０〜２．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記ろう材が、Ｓｉ：２．５〜１２．５ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記心材において、０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が１．０×１０６個／ｍｍ２以上であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材とした。
【００１４】
本発明は請求項５では請求項４において、前記心材が、Ｍｇ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＣｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するものとした。
【００１５】
本発明は請求項６では請求項４又は５において、前記ろう材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。
【００１６】
本発明は請求項７では請求項４〜６のいずれか一項において、前記ろう材が、Ｎａ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。
【００１７】
本発明は請求項８では請求項４〜７のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用及びろう材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する鋳造工程と、鋳造したろう材の鋳塊を所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の片面又は両面に熱間圧延により所定の厚さとしたろう材をクラッドするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、クラッド材の温度が５００℃〜４００℃の温度域における板厚減少率を９０％以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法とした。
【００１８】
第２発明の第２形態は請求項９において、アルミニウム合金の心材と、当該心材の一方の面にクラッドされたろう材と、他方の面にクラッドされた犠牲陽極材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Ｓｉ：０．０２〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：１．０〜２．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記ろう材が、Ｓｉ：２．５〜１２．５ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記犠牲陽極材が、６００℃で３分間のろう付相当加熱後に心材よりも自然電位が卑となるアルミニウム合金からなり、前記心材の０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が１．０×１０６個／ｍｍ２以上であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材とした。
【００１９】
本発明は請求項１０では請求項９において、前記心材が、Ｍｇ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＣｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するものとした。
【００２０】
本発明は請求項１１では請求項９又は１０において、前記ろう材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。
【００２１】
本発明は請求項１２では請求項９〜１１のいずれか一項において、前記ろう材が、Ｎａ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。
【００２２】
本発明は請求項１３では請求項９〜１２のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、ろう材用及び犠牲陽極材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する鋳造工程と、鋳造したろう材及び犠牲陽極材の鋳塊をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に熱間圧延により所定の厚さとしたろう材をクラッドし、心材鋳塊の他方の面に熱間圧延により所定の厚さとした犠牲陽極材をクラッドするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方において冷間圧延板を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、クラッド材の温度が５００〜４００℃の温度域における板厚減少率を９０％以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法とした。
【００２３】
第２発明の第３形態は第１形態である請求項４〜７のいずれか一項において、前記心材の片面又は両面にクラッドされたろう材と心材との間に中間層材が更にクラッドされており、前記中間層材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなるものとした。
【００２４】
第２発明の第４形態は第２形態である請求項９〜１２のいずれか一項において、前記心材の一方の面にクラッドされたろう材と心材との間に中間層材が更にクラッドされており、前記中間層材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなるものとした。
【００２５】
本発明は請求項１６では請求項１４又は１５において、前記中間層材が、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％から選択される１種または２種以上を更に含有するものとした。
【００２６】
本発明は請求項１７では請求項１４又は１６に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、ろう材用及び中間層材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する鋳造工程と、鋳造したろう材及び中間層材の鋳塊をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の片面又は両面に熱間圧延により所定の厚さとした中間層材をクラッドし、クラッドした中間層材の心材側ではない面に熱間圧延により所定の厚さとしたろう材をクラッドするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する一回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、クラッド材の温度が５００〜４００℃の温度域における板厚減少率を９０％以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法とした。
【００２７】
本発明は請求項１８では請求項１５又は１６に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、ろう材用、犠牲陽極材及び中間層材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する鋳造工程と、鋳造したろう材、犠牲陽極材及び中間層材の鋳塊をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に熱間圧延により所定の厚さとした中間層材をクラッドし、クラッドした中間層材の心材側ではない面に熱間圧延により所定の厚さとしたろう材をクラッドし、心材鋳塊の他方の面に熱間圧延により所定の厚さとした犠牲陽極材をクラッドするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、クラッド材の温度が５００〜４００℃の温度域における板厚減少率を９０％以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッド材の製造方法とした。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るアルミニウム合金材及びアルミニウム合金クラッド材は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の存在状態の規定によるところの、ろう付加熱後の析出強化及び固溶強化によって高強度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の熱交換器の一部を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る高強度を有するアルミニウム材及びアルミニウムクラッド材について具体的に説明する。なお、以下において合金組成については、「ｍａｓｓ％（質量％）」を単に「％」と記す。
【００３１】
１．本発明の構成について
本発明の第１発明は、例えばフィンとして用いてろう材を有するチューブなどと組み合わせる場合には、心材のみからなるベア材のアルミニウム合金材とすることができる。また、第２発明の第１形態は、例えばチューブとして用いて単層のベアフィンと組み合わせる場合や、フィンとして用いてろう材を有していないチューブと組み合わせる場合には、第１発明に係るアルミニウム合金材を心材とし、この片面又は両面にろう材をクラッドした２層又は３層のアルミニウム合金クラッド材とすることができる。更に、第２発明の第２形態は、例えば内面に腐食性の冷却水を流通させるラジエータなどのチューブとして用いる場合には、第１発明に係るアルミニウム合金材を心材とし、この一方の面にろう材をクラッドし、他方の面に犠牲陽極材をクラッドした３層のアルミニウム合金クラッド材とすることができる。また、第２発明の第３形態として、第１形態において心材の片面又は両面のろう材と心材との間に中間層を配置して、３層又は５層のアルミニウム合金クラッド材とすることができる。更にまた、第２発明の第４形態として、第２形態において心材の一方の面のろう材と心材との間に中間層を配置して、４層のアルミニウム合金クラッド材とすることができる。
【００３２】
２．合金組成と金属組織について
従来の熱交換器用アルミニウム合金材では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系の微細な金属間化合物を高密度に析出させることにより、材料の強化を図っていた。本発明の技術的思想において、より高強度化を図るためには更にＳｉを添加する必要があるが、Ｓｉ含有量が多いとアルミニウム合金材の融点が大幅に低下してしまう。このため、ろう付加熱を行う必要がある熱交換器用アルミニウム合金材としては、現状以上のＳｉ含有量の増加は望ましくない。
【００３３】
これに対して本発明者らは、アルミニウム合金材のＳｉ含有量を低下させ、Ｃｕ含有量を増加させ、これによってＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物を高密度に析出させることにより、より強度の高い材料が得られることを見出した。ＣｕもＳｉと同様にアルミニウム合金材の融点を低下させる作用を有するが、その影響はＳｉほど大きくない。このため、Ｓｉ含有量を抑制し、Ｃｕ含有量を増加したアルミニウム合金材を開発した。
【００３４】
Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物を高密度に析出させるためには、Ｓｉの含有量を抑制することが望ましい。Ｓｉ含有量が多い場合には、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物が析出し、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の析出量が低下するからである。Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物と母相の界面エネルギーは、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物と母相の界面エネルギーと比較して大きい。その結果、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物が析出すると、化合物密度が低下するおそれがある。このため、Ｓｉ含有量は低く規制する必要がある。
【００３５】
また、このＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物は、主に熱間圧延中に動的析出する。このため、高密度にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物を析出させるためには、熱間圧延における５００〜４００℃における加工度を規定する必要があることを見出した。
【００３６】
３．合金組成について
以下において、上記アルミニウム合金材、ならびに、アルミニウム合金クラッド材の心材、ろう材、犠牲陽極材及び中間層材の合金組成について説明する。
【００３７】
３−１．アルミニウム合金材及びアルミニウム合金クラッド材の心材
本発明に係るアルミニウム合金材及びアルミニウム合金クラッド材の心材は、必須元素としてＳｉ：０．０２〜０．４０％、Ｃｕ：１．０〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる。このアルミニウム合金材は、選択的添加元素としてＭｇ：０．１〜１．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｖ：０．０５〜０．２０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％及びＣｒ：０．０５〜０．２０％から選択される１種又は２種以上を更に含有してもよい。また、このアルミニウム合金材及びアルミニウム合金クラッド材の心材は、上記必須元素及び選択的添加元素の他にＣａ、Ｎｉ、Ｓｎなどの不可避的不純物を、各々０．０５％以下、全体で０．１５％以下含有していてもよい。
【００３８】
ＳｉはＭｎと反応して、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物を形成し、分散強化により材料の強度を向上させ、或いは、アルミニウム母相中に固溶して固溶強化により強度を向上させる。しかしながら、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物は比較的粗大であり、比較的微細なＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の析出密度を減少させる。このため、Ｓｉ含有量を０．４０％以下とする。一方、Ｓｉ含有量が０．０２％未満では高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高となる。従って、Ｓｉ含有量を０．０２〜０．４０％に規定する。好ましいＳｉ含有量は、０．０２〜０．３０％である。
【００３９】
ＣｕはＭｎと反応して、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物を形成する。また、Ａｌと反応しＡｌ２Ｃｕを形成する。Ａｌ２Ｃｕはろう付後に、時効析出することにより材料の強度を向上させる。Ｃｕ含有量が１．０％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｕ含有量が２．５％を超えると、アルミニウム合金材の融点が低下する虞がある。また、Ａｌ２Ｃｕが粒界に析出し易くなり、粒界近傍とマトリックスの電位が卑になるために粒界腐食が生じ易くなる。従って、Ｃｕ含有量を１．０〜２．５％に規定する。好ましいＣｕ含有量は１．５〜２．５％である。
【００４０】
ＭｎはＳｉ、Ｃｕと反応して、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物を形成する。これらの金属間化合物は晶出又は析出して、分散強化により材料の強度を向上させる。Ｍｎ含有量が０．５％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎ含有量が２．０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、成形性を低下させる。従って、Ｍｎ含有量を０．５〜２．０％に規定する。好ましいＭｎ含有量は、１．０〜２．０％である。
【００４１】
ＭｇはＣｕと共にＡｌ２ＣｕＭｇを形成し、材料の強度を向上させるので含有させても良い。Ｍｇ含有量が０．１％未満では上記効果が得られない。一方、Ｍｇ含有量が１．０％を超えるとろう付が困難となる。従って、Ｍｇ含有量を０．１〜１．０％に規定する。好ましいＭｇ含有量は、０．１〜０．８％である。
【００４２】
Ｔｉは、固溶強化により材料の強度を向上させるので含有させても良い。Ｔｉ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｔｉ含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｔｉ含有量は０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＴｉ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００４３】
Ｃｒは、固溶強化により材料の強度を向上させるので含有させても良い。Ｃｒ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｃｒ含有量は０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＣｒ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００４４】
Ｚｒは、固溶強化により材料の強度を向上させるので含有させても良い。Ｚｒ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｚｒ含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、従って、Ｚｒ含有量は０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＺｒ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００４５】
Ｖは、固溶強化により材料の強度を向上させるので含有させても良い。Ｖ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｖ含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｖ含有量は０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＶ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００４６】
これらＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＶは、アルミニウム合金材及びアルミニウム合金クラッド材の心材中に必要により少なくとも１種が添加されていればよい。
【００４７】
３−２．アルミニウム合金クラッド材のろう材
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材のろう材は、必須元素としてＳｉ：２．５〜１２．５％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる。このろう材は、第１の選択的添加元素としてＺｎ：０．５〜８．０％、Ｃｕ：０．０５〜２．５０％、Ｍｎ：０．０５〜２．００％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０％及びＶ：０．０５〜０．２０％から選択される１種又は２種以上を更に含有してもよい。更に、第２の選択的添加元素としてＮａ：０．００１〜０．０５０％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０％から選択される１種又は２種を更に含有してもよい。また、このアルミニウム合金クラッド材のろう材は、上記必須元素及び選択的添加元素の他にＣａ、Ｎｉ、Ｓｎなどの不可避的不純物を、各々０．０５％以下、全体で０．１５％以下含有していてもよい。
【００４８】
Ｓｉを添加することによりろう材の融点が低下して液相を生じさせ、これによってろう付を可能にする。Ｓｉ含有量が２．５％未満では、生じる液相が僅かでありろう付不良が発生し易くなる。一方、Ｓｉ含有量が１２．５％を超えると、このろう材をチューブ材に用いた場合に、フィンなどの相手材へ拡散するＳｉ量が過剰となり、相手材の溶融が発生してしまう。従って、Ｓｉ含有量を２．５〜１２．５％に規定する。好ましいＳｉ含有量は、４．０〜１２．０％である。
【００４９】
Ｆｅは、Ａｌ−Ｆｅ系やＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し易いために、ろう付に有効となるＳｉ量を低下させてろう付性の低下を招く。Ｆｅ含有量が０．０５％未満では、高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高を招く。一方、Ｆｅ含有量が１．２０％を超えると、ろう付に有効となるＳｉ量を低下させてろう付が不十分となる。従って、Ｆｅ含有量を０．０５〜１．２０％に規定する。好ましいＦｅ含有量は、０．０５〜１．００％である。
【００５０】
Ｚｎは孔食電位を卑にすることができ、心材との間に電位差を形成することで犠牲防食効果により耐食性を向上することができるので含有させても良い。Ｚｎ含有量が０．５％未満では犠牲防食効果による耐食性向上の効果が十分に得られない。一方、Ｚｎ含有量が８．０％を超えると、腐食速度が速くなり早期に犠牲防食層が消失して耐食性が低下する。従って、Ｚｎ含有量を０．５〜８．０％に規定する。好ましいＺｎ含有量は、０．５〜７．０％である。
【００５１】
Ｃｕは、固溶強化によりろう材の強度を向上させるので含有させても良い。Ｃｕ含有量が０．０５％未満では上記効果が不十分となる。一方、Ｃｕ含有量が２．５０％を超えると鋳造時におけるアルミニウム合金の割れ発生の虞が高くなる。従って、Ｃｕ含有量を０．０５〜２．５０％に規定する。好ましいＣｕ含有量は、０．２０〜２．５０％である。
【００５２】
Ｍｎは、ろう材の強度と耐食性を向上させるので含有させても良い。Ｍｎ含有量が０．０５％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎ含有量が２．００％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、加工性を低下させる。従って、Ｍｎ含有量を０．０５〜２．００％に規定する。好ましいＭｎ含有量は、０．０５〜１．５０％である。
【００５３】
Ｔｉは、固溶強化によりろう材の強度を向上させるので含有させても良い。Ｔｉ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｔｉ含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｔｉ含有量を０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＴｉ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００５４】
Ｃｒは、固溶強化によりろう材の強度を向上させるので含有させても良い。Ｃｒ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｃｒの含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｃｒ含有量を０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＣｒ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００５５】
Ｚｒは、固溶強化によりろう材の強度を向上させるので含有させても良い。Ｚｒ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｚｒの含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｚｒ含有量を０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＺｒ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００５６】
Ｖは、固溶強化によりろう材の強度を向上させるので含有させても良い。Ｖ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｖの含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｖ含有量を０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＶ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００５７】
Ｎａ、Ｓｒは、ろう材中のＳｉ粒子を微細化する効果を発揮する。Ｎａ、Ｓｒの含有量がそれぞれ０．００１％未満では上記効果が十分に得られない。一方、Ｎａ、Ｓｒの含有量がそれぞれ０．０５０％を超えるとろう材表面の酸化皮膜が厚くなり、ろう付性を低下させる。従って、Ｎａ、Ｓｒの含有量は共に０．００１〜０．０５０％に規定する。好ましいＮａ、Ｓｒの含有量は、それぞれ０．００５〜０．０５０％である。
【００５８】
３−３．アルミニウム合金クラッド材の犠牲陽極材
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材の犠牲陽極材は、６００℃で３分間のろう付相当加熱後に心材よりも自然電位が卑となるアルミニウム合金からなる。本発明においては、心材のＣｕ含有量が高いことにより心材は自然電位が貴であるため、１０００系合金、３０００系合金、５０００系合金、６０００系合金、７０００系合金であれば犠牲陽極材としての作用を発揮する。なお、自然電位は５％ＮａＣｌに１ｍＬ／Ｌの酢酸を加えた溶液に浸漬して測定し、測定開始２４時間後の電位とした。なお、参照電極には銀／塩化銀電極を使用した。
【００５９】
３−４．アルミニウム合金クラッド材の中間層材
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材の中間層材は、心材とろう材の間に配置される。中間層材は、ろう付によってＺｎの拡散領域を形成させ、犠牲防食機能を発現させ耐食性を向上させる作用を有する。本発明に係るアルミニウム合金材の中間層材は、必須元素としてＺｎ：０．５〜８．０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｆｅ：０．０５〜２．００％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる。この中間層材は、選択的添加元素としてＭｎ：０．０５〜２．００％、Ｎｉ：０．０５〜２．００％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０％及びＶ：０．０５〜０．２０％から選択される１種又は２種以上を更に含有してもよい。また、このアルミニウム合金クラッド材の中間層材は、上記必須元素及び選択的添加元素の他にＣａ、Ｓｎなどの不可避的不純物を、各々０．０５％以下、全体で０．１５％以下含有していてもよい。
【００６０】
Ｚｎは孔食電位を卑にすることができ、心材との電位差を形成することで犠牲防食効果により耐食性を向上することができる。Ｚｎ含有量が０．５％未満では、犠牲防食効果による耐食性向上の効果が十分に得られない。一方、Ｚｎ含有量が８．０％を超えると、腐食速度が速くなり早期に犠牲防食層が消失して耐食性が低下する。従って、Ｚｎ含有量を０．５〜８．０％に規定する。好ましいＺｎ含有量は、０．５〜７．０％である。
【００６１】
ＳｉはＦｅと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、またＭｎを同時に含有している場合にはＦｅ、Ｍｎと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化により中間層材の強度を向上させ、或いは、アルミニウム母相中に固溶して固容強化により中間層材の強度を向上させる。一方で、Ｓｉは犠牲防食層の電位を貴にするため、犠牲防食効果を阻害して耐食性を低下させる。Ｓｉ含有量が０．０５％未満では、高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高となる。一方、Ｓｉ含有量が１．５０％を超えると中間層材の孔食電位が貴になって犠牲防食効果を失わせ、耐食性が低下する。従って、Ｓｉ含有量を０．０５〜１．５０％に規定する。好ましいＳｉ含有量は、０．０５〜１．４０％である。
【００６２】
ＦｅはＳｉと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、またＭｎを同時に含有している場合にはＳｉ、Ｍｎと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化により中間層材の強度を向上させる。Ｆｅ含有量が０．０５％未満では、高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高となる。一方、Ｆｅ含有量が２．００％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、成形性を低下させる。従って、Ｆｅ含有量を０．０５〜２．００％に規定する。好ましいＦｅ含有量は、０．０５〜１．５０％である。
【００６３】
Ｍｎは、中間層材の強度と耐食性を向上させるので含有させても良い。Ｍｎ含有量が０．０５％未満では上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎの含有量が２．００％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、成形性を低下させる。従って、Ｍｎ含有量を０．０５〜２．００％に規定する。好ましいＭｎ含有量は、０．０５〜１．５０％である。
【００６４】
ＮｉはＡｌ−Ｎｉ系、或いは、Ｆｅと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ系の金属間化合物を形成する。これらの金属間化合物はアルミニウムのマトリックスより腐食電位が大きく貴であるため、腐食カソードサイトとして作用する。そのため、これらの金属間化合物が中間層材に分散していると、腐食の起点が分散する。その結果、深さ方向への腐食が進行し難くなり、耐食性が向上するので含有させても良い。Ｎｉの含有量が０．０５％未満では上記効果が十分に得られない。一方、Ｎｉの含有量が２．００％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、成形性を低下させる。従って、Ｎｉ含有量を０．０５〜２．００％に規定する。好ましいＮｉ含有量は、０．０５〜１．８０％である。
【００６５】
Ｔｉは、固溶強化により中間層材の強度を向上させるので含有させても良い。Ｔｉ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｔｉ含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｔｉ含有量を０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＴｉ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００６６】
Ｃｒは、固溶強化により中間層材の強度を向上させるので含有させても良い。Ｃｒ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｃｒ含有量を０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＣｒ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００６７】
Ｚｒは、固溶強化により中間層材の強度を向上させるので含有させても良い。Ｚｒ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｚｒ含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｚｒ含有量を０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＺｒ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００６８】
Ｖは、固溶強化により中間層材の強度を向上させるので含有させても良い。Ｖ含有量が０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、Ｖ含有量が０．２０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物を形成し易くなり、成形性が低下する。従って、Ｖ含有量を０．０５〜０．２０％に規定する。好ましいＶ含有量は、０．０５〜０．１５％である。
【００６９】
４．金属組織
本発明に係るアルミニウム合金材及びアルミニウム合金クラッド材では、０．１〜１．０μｍの円相当径（円相当直径）を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が１．０×１０６個／ｍｍ２以上であることを特徴とする。以下に、この金属間化合物の円相当径の範囲を０．１〜１．０μｍに限定する理由について説明する。
【００７０】
金属間化合物をアルミニウム合金材中に微細に分散すると、分散強化により強度が向上することが知られている。また、この金属間化合物はろう付加熱時の入熱により、母材に一定量固溶する。金属間化合物が微細であれば、ろう付時の固溶量の増加量も増加することが判明し、それによって固溶強化による高強度化が更に向上する。Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の円相当径が０．１μｍ未満では、ろう付加熱中においてこの金属間化合物の殆ど全てが固溶してしまうため、ろう付加熱後における分散強化の寄与が有効に得られない。一方、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の円相当径が１．０μｍを超えると、ろう付加熱時の固溶量の増加量が減少し、これまた固溶強化の寄与が有効に得られない。従って、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の円相当径の範囲を０．１〜１．０μｍに限定するものである。この円相当径の好ましい範囲は、０．２〜１．０μｍである。
【００７１】
次に、数密度について説明する。０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度を１．０×１０６個／ｍｍ２以上としたのは、これ未満では、ろう付加熱時の固溶量の十分な増加量が得られず、固溶強化の寄与が有効に図れないからである。この数密度は、好ましくは２．０×１０６個／ｍｍ２以上である。なお、この数密度の上限値は、用いるアルミニウム合金の組成や製造方法に依存するが、本発明では、２．０×１０７個／ｍｍ２である。
【００７２】
５．アルミニウム合金材の製造方法
５−１．各製造工程
本発明に係る第１発明のアルミニウム合金材の製造方法は、アルミニウム合金を鋳造する鋳造工程と、鋳造した鋳塊を熱間圧延する熱間圧延工程と、熱間圧延板を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方において冷間圧延板を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含む。なお、鋳造した鋳塊を均質化処理する均質化処理工程を追加することも可能である。
【００７３】
本発明に係る第２発明のアルミニウム合金クラッド材の製造方法は、心材用、ならびに、必要な各皮材（ろう材、犠牲陽極材及び中間層材）用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する鋳造工程と、鋳造した各皮材の鋳塊をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する熱間圧延工程と、心材と熱間圧延により所定厚さとした皮材とをクラッドするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含む。なお、第２の形態において、鋳造した心材用鋳塊については、均質化処理する均質化処理工程を追加することも可能である。
【００７４】
ここで、第２発明においては、第１発明に係るアルミニウム合金材を心材とし、この片面又は両面にろう材をクラッドした第１形態のものと、第１発明に係るアルミニウム合金材を心材とし、この一方の面にろう材をクラッドし、他方の面に犠牲陽極材をクラッドした第２形態のものと、第１形態において心材の片面又は両面のろう材と心材との間に中間層を配置した第３形態のものと、第２形態において心材の一方の面のろう材と心材との間に中間層を配置した第４形態のものがある。
【００７５】
第１発明に係るアルミニウム合金材においてはろう付前の金属組織を、また、第２発明に係るアルミニウム合金クラッド材においては、ろう付前の心材の金属組織をそれぞれ制御することにより、優れたろう付加熱後の強度が達成される。本発明者らは鋭意研究の結果、金属組織の制御に及ぼす影響が最も大きい製造工程は、熱間圧延工程であることを見出した。以下において、この工程における制御方法について詳述する。なお、熱間圧延工程以外の各工程については、一般的に実施されている条件を採用することができる。
【００７６】
５−２．熱間圧延工程
本発明に係るアルミニウム合金材及びアルミニウム合金クラッド材の製造方法では、熱間圧延工程に特徴を有する。この熱間圧延工程においては、熱間圧延板が５００〜４００℃の温度範囲内における板厚減少率（圧下率）を９０％以上に規定する。この理由を以下に説明する。
【００７７】
Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物は熱間圧延中に生成するが、その際の核生成サイトとなるものは、熱間圧延中において熱間圧延板に加えられた加工ひずみである。Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物は、４００〜５００℃、好ましくは４００〜４９０℃の温度域で核生成する。このため、熱間圧延時に５００〜４００℃の温度域において、圧下率が９０％以上の加工を加えることにより、核生成サイトが非常に多い状態でＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の核生成が進行し、目的とする微細で高密度なＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物が得られる。熱間圧延時の５００〜４００℃の温度域での圧下率が９０％未満の場合には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の核生成サイトが不足し、０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度を１．０×１０６個／ｍｍ２以上とすることができない。なお、上記圧下率は、好ましくは９２％以上である。また、この圧下率の上限値は合金組成や圧延装置によって決まるが、本発明では９９％とする。
【００７８】
５−３．その他の工程
上述のように、熱間圧延工程以外の工程については通常の条件を採用することができる。鋳造工程では、半連続鋳造法や連続鋳造法が採用される。均質化処理工程では、４００
〜６００℃で、５〜１５時間の加熱処理条件が好ましい。冷間圧延工程においては、最終圧下率を１０〜９８％とするのが好ましい。焼鈍工程では、保持温度到達時までの昇温速度を２０〜６０℃／ｈ、保持段階における保持温度を２５０〜４５０℃、保持時間を１〜８時間とするのが好ましい。なお、本発明に係るアルミニウム合金クラッド材において、皮材であるろう材、犠牲陽極材材、中間層材の片面クラッド率は、３〜２５％とするのが好ましい。
【実施例】
【００７９】
次に、本発明例と比較例に基づいて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【００８０】
表１に示す合金組成を有する心材合金、表２に示す合金組成を有するろう材合金、表３に示す合金組成を有する犠牲陽極材合金、ならびに、表４に示す合金組成を有する中間層材合金をそれぞれＤＣ鋳造により鋳造した。心材合金については、Ａ２合金以外には５６０℃で５時間の均質化処理を施し、Ａ２合金は均質化処理を省略した。その後、各々の鋳塊両面を面削して仕上げた。面削後の鋳塊厚さは、いずれも４００ｍｍとした。ろう材、犠牲陽極材及び中間層材については、最終板厚でクラッド率１０％となるよう計算し、それに必要な合わせ時の厚さとなるよう、４８０℃で３時間の加熱に供した後に熱間圧延工程に供した。なお、表１〜４において、「−」は検出限界未満であることを示す。
【００８１】
【表１】
2017171996.tif 000003
【００８２】
【表２】
2017171996.tif 000004
【００８３】
【表３】
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【００８４】
【表４】
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【００８５】
これらの合金を用い、アルミニウム合金材のみの１層構造＜第１発明＞；皮材１（ろう材）／心材の２層構造＜第２発明の第１形態＞；皮材１（ろう材）／心材／皮材２（ろう材）の３層構造＜第２発明の第１形態＞；皮材１（ろう材）／心材／皮材２（犠牲陽極材）の３層構造＜第２発明の第２形態＞；皮材１（ろう材）／皮材２（中間層材）／心材／皮材３（ろう材）の４層構造＜第２発明の第３形態＞；皮材１（ろう材）／皮材２（中間層材）／心材／皮材３（犠牲陽極材）の４層構造＜第２発明の第４形態＞；皮材１（ろう材）／皮材２（中間層材）／心材／皮材３（中間層材）／皮材４（ろう材）の５層構造＜第２発明の第３形態＞；のいずれかの組み合わせで、クラッド工程にかけた。これらを、４８０℃で３時間の加熱に供した後に、厚さ３ｍｍまで熱間クラッド圧延工程にかけた。熱間クラッド圧延以降の詳細条件を表５に示す。工程組合せ１：冷間圧延工程→最終焼鈍の順、工程組合せ２：冷間圧延→中間焼鈍→最終冷間圧延→最終焼鈍の順のいずれかで、最終板厚０．２ｍｍの圧延板としてアルミニウム合金材とアルミニウム合金クラッド材の試料を作製した。なお、それぞれの試料における層の組み合わせを表６〜９に示す。
【００８６】
【表５】
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【００８７】
【表６】
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【００８８】
【表７】
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【００８９】
【表８】
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【００９０】
【表９】
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【００９１】
上記試料を下記の各評価に供した結果を、表６〜９に示す。
【００９２】
（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度）
０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度は、試料のＳＥＭ観察を行うことで測定した。各供試材について３視野の観察を行い、それぞれの視野のＳＥＭ像をＡ像くん（旭化成エンジニアリング社）により画像解析することで、ろう付加熱前におけるＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度を求めた。表に示す数密度は、各３視野より求めた数値の算術平均値である。
【００９３】
（成形性）
各試料より、ＪＩＳ５号試験片を切り出した。本試験片に対し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１：２０１１に準拠した引張試験を行った。このときの伸びが２％以上を成形性が良好「○」としを、それ未満を不良「×」とした。
【００９４】
（ろう付加熱後強度）
各試料よりＪＩＳ５号試験片を切り出した。これに対し、６００℃で３分間のろう付相当の加熱を行った後、２５℃にて１週間の自然時効を行い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１：２０１１に準拠した引張試験を行った。Ｍｇを含有しない心材のみの単層材の場合、引張強度が２００ＭＰａ以上を良好「○」とし、それ未満を不良「×」とした。また、心材にＭｇを含有しないクラッド材の場合、引張強度が１８０ＭＰａ以上を良好「○」とし、それ未満を不良「×」とした。一方、Ｍｇを含有する心材のみの単層材の場合、引張強度が２７０ＭＰａ以上を良好「○」とし、それ未満を不良「×」とし。また、心材にＭｇを含有するクラッド材の場合、引張強度が２５０ＭＰａ以上を良好「○」とし、それ未満を不良「×」とした。
【００９５】
（ろう付性）
厚さ０．０７ｍｍ、調質Ｈ１４、心材合金成分は３００３合金に１．０％のＺｎを添加した成分であり、心材のみのベア材又は両面にＡ４０４５合金を１０％クラッドしたクラッド材をフィン材として用意し、これらをコルゲート成形して熱交換器フィンとした。上記試料のうち、心材のみのベア材に対してはクラッド材のフィンを、それ以外のものに対してはろう材面にベア材のフィンを組み合わせ、５％のフッ化物フラックス水溶液中に浸漬し、６００℃で３分間のろう付加熱に供して、ミニコア試料を作製した。このミニコア試料のフィン接合率が９５％以上であり、且つ、試料及びフィンに溶融が生じていない場合をろう付性が良好（○）とし、一方、（１）フィン接合率が９５％未満の場合と、（２）試料及びフィンの少なくともいずれかに溶融が生じた場合とにおいて、（１）及び（２）、或いは、（１）又は（２）をろう付性が不良（×）とした。
【００９６】
（内部耐食性の評価）
犠牲陽極材面、或いは、中間層材の上にクラッドされたろう材面における内部耐食性評価を行った。この内部耐食性評価は、第２発明の第２〜４形態の試料について行なったものである。各試験を単板にて６００℃で３分間のろう付相当の加熱に供し、評価対象ではない側の面を絶縁樹脂によってマスキングしたものを、腐食性試験サンプルとした。このサンプルについて、水系冷媒環境を模擬した循環サイクル試験を行った。Ｃｌ−：１９５ｐｐｍ、ＳＯ４２−：６０ｐｐｍ、Ｃｕ２＋：１ｐｐｍ、Ｆｅ２＋：３０ｐｐｍを含有し温度８８℃の水溶液を各サンプルの試験片の試験面に対して比液量６ｍＬ／Ｃｍ２、流速２ｍ／秒で８時間流通し、その後、試験片を１６時間放置した。このような加熱流通と放置からなるサイクルを３ヶ月間行った。循環サイクル試験後において、試験片の表面の腐食生成物を除去し腐食深さを測定した。測定箇所は各試験片において１０箇所とし、それらの最大値をもって腐食深さとした。腐食深さが９０μｍ以下の場合を○（良好）とし、腐食深さが９０μｍを超える場合と貫通した場合及び粒界腐食が観察された場合を×（不良）とした。なお、腐食深さが９０μｍを超える場合は心材と犠牲陽極材表面の電位差（心材-犠牲陽極材）を併記した。
【００９７】
（外部耐食性の評価）
心材面、ならびに、心材の上にクラッドされたろう材面に対して、外部耐食性の評価を行った。この外部耐食性評価は、第１発明、ならびに、第２発明の第１形態の試料について行なったものである。ろう付性の評価同様、厚さ０．０７ｍｍ、調質Ｈ１４、心材合金成分は３００３合金に１．０％のＺｎを添加した成分であり、心材のみのベア材又は両面にＡ４０４５合金を１０％クラッドしたクラッド材をフィン材として用意し、これらをコルゲート成形して熱交換器フィンとした。上記材料のうち、心材面にはクラッドフィンを、ろう材面にはベアフィンを組み合わせ、５％のフッ化物フラックス水溶液中に浸漬し、６００℃で３分間のろう付加熱に供して、ミニコア試料を作製した。このサンプルを、ＪＩＳ−Ｈ８５０２に基づいて５００時間のＣＡＳＳ試験に供した。その結果、５００時間で評価材に貫通が生じない場合を○（合格）とし、貫通が生じた場合及び粒界腐食が観察された場合を×（不合格）とした。
【００９８】
本発明例１〜２８、８７〜９０では、本発明で規定する条件を満たしており、ろう付性、成形性、ろう付後強度及び耐食性のいずれも合格であった。
【００９９】
これに対し、比較例２９及び３９では、心材のＳｉ含有量が多すぎたため、心材におけるＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が小さくなり、ろう付後強度が不合格であった。また、心材の固相線温度が低下し、ろう付性が不合格であった。
【０１００】
比較例３０及び４０では、心材のＣｕ含有量が少なすぎたため、心材におけるＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が小さくなり、ろう付後強度が不合格であった。
【０１０１】
比較例３１及び４１では、心材のＣｕ含有量が多すぎたため、心材の固相線温度が低下し、ろう付性が不合格であった。また、粒界腐食感受性が向上し、内部耐食性が不合格であった。
【０１０２】
比較例３２及び４２では、心材のＭｎ含有量が少なすぎたため、心材におけるＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が小さくなり、ろう付後強度が不合格であった。
【０１０３】
比較例３３〜３８及び４３〜４８では、心材のＭｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＶ含有量が多すぎたため、鋳造時に粗大な金属間化合物が生成し、成形性が不合格であった。
【０１０４】
比較例４９では、心材のＭｇ含有量が少なすぎたため、ろう付後強度が不合格であった。
【０１０５】
比較例５０では、心材のＭｇ含有量が多すぎたため、ろう付性が不合格であった。
【０１０６】
比較例５１及び６１では、ろう材のＳｉ含有量が少なすぎたため、ろう付性が不合格であった。
【０１０７】
比較例５２及び６２では、ろう材のＳｉ含有量が多すぎたため、ろう材に粗大な金属間化合物が生成し、成形性が不合格であった。
【０１０８】
比較例５３及び６３では、ろう材のＦｅ含有量が多すぎたため、ろう材に粗大な金属間化合物が生成し、成形性が不合格であった。
【０１０９】
比較例５４及び６４では、ろう材のＣｕ含有量が多すぎたため、ろう材の電位が貴になり、内部耐食性が不合格であった。
【０１１０】
比較例５５及び６５では、ろう材のＭｎ含有量が多すぎたため、ろう材に粗大な金属間化合物が生成し、成形性が不合格であった。
【０１１１】
比較例５６及び６６では、ろう材のＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＶ含有量が多すぎたため、鋳造時に粗大な金属間化合物が生成し、成形性が不合格であった。
【０１１２】
比較例５７、５９、６７、６９では、ろう材のＮａ含有量が多すぎたため、ろう材表面の酸化皮膜の厚さが厚くなり、ろう付性が不合格であった。
【０１１３】
比較例５８、５９、６８、６９では、ろう材のＳｒ含有量が多すぎたため、ろう材表面の酸化皮膜の厚さが厚くなり、ろう付性が不合格であった。
【０１１４】
比較例６０及び７０では、ろう材のＺｎ含有量が多すぎたため、腐食速度が速くなり、内部耐食性が不合格であった。
【０１１５】
比較例７１及び７７では、中間層材のＳｉ含有量が多すぎたため、中間層の電位が貴になりすぎ、内部耐食性が不合格であった。また、中間層材の固相線温度が低下し、ろう付性が不合格であった。
【０１１６】
比較例７２及び７８では、中間層材のＦｅ含有量が多すぎたため、鋳造中に粗大な金属間化合物が生成し、成形性が不合格であった。
【０１１７】
比較例７３及び７９では、中間層材のＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＶ含有量が多すぎたため、鋳造時に粗大な金属間化合物が生成し、成形性が不合格であった。
【０１１８】
比較例７４及び８０では、中間層材のＺｎ含有量が多すぎたため、腐食速度が速くなり、内部耐食性が不合格であった。
【０１１９】
比較例７５及び８１では、中間層材のＮｉ含有量が多すぎたため、鋳造中に粗大な金属間化合物が生成し、成形性が不合格であった。
【０１２０】
比較例７６及び８２では、中間層材のＭｎ含有量が多すぎたため、鋳造中に粗大な金属間化合物が生成し、成形性が不合格であった。
【０１２１】
比較例８３〜８６では、犠牲陽極材の電位が心材より貴であるため、内部耐食性が不合格であった。
【０１２２】
比較例９１及び９２では、熱間圧延材が５００〜４００℃である間の圧下率が少なすぎたため、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の数密度が低下し、ろう付後強度が不合格であった。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明により、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系金属間化合物の存在状態の規定によるところの、ろう付加熱後の析出強化及び固溶強化によって高強度を有するアルミニウム合金材及びアルミニウム合金クラッド材が得られる。
【符号の説明】
【０１２４】
１・・・チューブ
２・・・フィン
３・・・ヘッダー
４・・・タンク
【図１】
2017171996.tif 000012