(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉを０．０１〜１．０質量％（以下％と略記する）、Ｆｅを０．１〜２．０％、Ｃｕを０．１〜２．０％、Ｍｎを０．５〜２．０％、Ｔｉを０．２％未満（０％を含む）含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金芯材を５３０℃以上で１５時間以上保持して均質化処理し、芯材の片面または両面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を合わせた後熱間圧延、冷間圧延を行った後、中間焼鈍処理を行い完全に芯材を再結晶させ、ついで１〜１０％の歪みを付与することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法。
【請求項２】
前記均質化処理が、５３０℃以上で１５時間以上保持するのに代えて、５３０℃以上で２時間以上保持した後に冷却し、冷却途中の５００〜５６０℃で１時間以上保持する処理であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法。
【請求項３】
中間焼鈍処理が、３２０〜４５０℃で１時間以上保持する処理であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法。
【請求項４】
中間焼鈍処理が、３０℃／分以上で昇温し、３００〜５５０℃で１〜１８０秒間保持し、その後３０℃／分以上で降温し冷却する処理であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法。
【請求項５】
１〜１０％の歪みを付与後、熱処理を施すことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法。
【請求項６】
１〜１０％の歪み付与後施す熱処理が、２００〜３８０℃で１時間以上保持する処理であることを特徴とする請求項５記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法。
【請求項７】
１〜１０％の歪み付与後施す熱処理が、３０℃／分以上で昇温し、２５０〜４２０℃で１〜１８０秒間保持し、その後３０℃／分以上で冷却する処理であることを特徴とする請求項５記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７に記載のいずれかの製造方法により製造されたことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金複合材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は成形加工後組付けてろう付けされるろう付接合製品用アルミニウム合金複合材に関するものである。さらに詳細には、熱交換器の積層型エバポレータ及び積層型オイルクーラの流体通路を形成する積層板、ラジエータのヘッダープレート等に使用されるアルミニウム合金板等として好適な材料に関する。すなわち、成形加工性に優れ、ろう付に際しては芯材へのろう拡散量が少なく、かつろうの流動性が良好であり、ろう付後の強度、耐食性、加工性に優れたアルミニウム合金複合材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常の、エバポレータ、コンデンサなどの熱交換器のコアは、例えば、図１に示すように、アルミニウム合金芯材の両面にろう材を被覆した複合材（ブレージングシート）を凹凸状にプレス成形加工し、この凹凸状の冷媒通路形状体１の２枚を長さ方向の冷媒通路２が形成されるように重ね合わせ、ろう付けして作製される。図中３はコルゲートフィン、４はろう付接合部、５は上下方向の冷媒通路である。近年、軽量化に伴う材料の板厚減少が進み、冷媒通路２を形成する熱交換器のアルミニウム部材においては強度、耐食性及びろう付性の向上が強く求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記冷媒通路を形成するためのブレージングシートとしてのアルミニウム複合材の芯材には、ろう付時の加熱で、ろう材がアルミニウム合金芯材を侵食するろう拡散が発生する。ろう拡散はろう付部に供給されるべきろうの量を減らすことになるため、ろう切れや熱交換器としての耐圧強度の低下など、ろう付不良が発生する。また、芯材のろう拡散部では、芯材がもつ本来の強度及び耐食性が大幅に低下するため、ろう付加熱後の熱交換器の性能が低下することになる。
このようなろう拡散の抑制方法として、特開２０００−０３８６３１にも示されるように、Ａｌ−Ｍｎ系合金にＣｕやＦｅを適量添加した圧延材料に１〜５％の予歪みを加えて、ろう付時の加熱で適正に再結晶させる方法がある。しかしこの場合、歪みを加えるため加工硬化が起こり、加工性が悪化し、成形時に割れが生じるなどの問題を生じ、まだ満足しうるものではない。
したがって本発明の目的は、ろう付接合製品のブレージング材として用いて、芯材などへのろう材の浸食を防止し、かつ加工性にも優れた熱交換器用アルミニウム合金複合材とその製造方法とを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは芯材などへのろうの侵食を防止し、かつ加工性にも優れた材料を開発すべく鋭意研究を行い以下の知見を得た。すなわち、Ａｌ−Ｍｎ系合金にＣｕやＦｅを適量添加した合金芯材を均質化し、ろう材を合わせ圧延処理した材料に予歪みを加えること、さらには必要に応じて、所定の熱処理を施すことで芯材へのろうの侵食を抑制し、耐食性、強度を確保したままかつ加工性を向上させることを見出し本発明を完成させるに至った。
【０００５】
すなわち本発明は
（１）Ｓｉを０．０１〜１．０質量％（以下％と略記する）、Ｆｅを０．１〜２．０％、Ｃｕを０．１〜２．０％、Ｍｎを０．５〜２．０％、Ｔｉを０．２％未満（０％を含む）含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金芯材を５３０℃以上で１５時間以上保持して均質化処理し、芯材の片面または両面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を合わせた後熱間圧延、冷間圧延を行った後、中間焼鈍処理を行い完全に芯材を再結晶させ、ついで１〜１０％の歪みを付与することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法、
（２）前記均質化処理が、５３０℃以上で１５時間以上保持するのに代えて、５３０℃以上、好ましくは５７０〜６２０℃、で２時間以上保持した後に冷却し、冷却途中の５００〜５６０℃で１時間以上保持する処理であることを特徴とする（１）項記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法、
（３）中間焼鈍処理が、３２０〜４５０℃で１時間以上保持する処理であることを特徴とする（１）又は（２）項記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法、
（４）中間焼鈍処理が、３０℃／分以上で昇温し、３００〜５５０℃で１〜１８０秒間保持し、その後３０℃／分以上で降温し冷却する処理であることを特徴とする（１）又は（２）項記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法、（５）１〜１０％の歪みを付与後、熱処理を施すことを特徴とする（１）、（２）、（３）又は（４）項記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法、（６）１〜１０％の歪み付与後施す熱処理が、２００〜３８０℃で１時間以上保持する処理であることを特徴とする（５）項記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法、
（７）１〜１０％の歪み付与後施す熱処理が、３０℃／分以上で昇温し、２５０〜４２０℃で１〜１８０秒間保持し、その後３０℃／分以上で冷却する処理であることを特徴とする（５）項記載の熱交換器用アルミニウム合金複合材の製造方法、及び
（８）（１）〜（７）項に記載のいずれかの製造方法により製造されたことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金複合材
を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の芯材の合金を構成する成分元素について説明する。
Ｓｉは、ろう拡散を抑制しフィレットを形成するろうの量を多くするし、またろう付後の材料強度を高める作用を有しているので、０．０１〜１．０質量％（以下％と略記する）含有する。下限値未満ではその効果は現れず、上限値を超えるとろう付温度でバーニングと呼ばれる溶融現象を生じる恐れがある。Ｓｉの好ましい含有量は０．１〜０．６％である。
ＦｅおよびＣｕは強度向上と再結晶促進に効果がある。ろう付加熱時に、ろう材が侵食を開始する直前までに再結晶を完了させて、ろうの侵食を抑制する。
Ｆｅの含有量を０．１〜２．０％に規定する理由は、下限値未満ではその効果が十分得られず、上限値を超えると耐食性が低下するためである。Ｆｅの好ましい含有量は０．１〜１．１％、さらに好ましくは０．２〜０．８％である。
【０００７】
Ｃｕの含有量を０．１〜２．０％に規定する理由は、下限値未満ではその効果が十分に得られず、上限値を超えると母材（マトリックス）が溶融する恐れがあるためである。Ｃｕの望ましい含有量は、０．１〜１．１％、さらに好ましくは０．２〜０．８％である。
Ｃｕには、ろうの侵食を促進させる作用があるが、Ｆｅを同時添加することによりその侵食作用が抑制される。
Ｍｎはろう付時にアルミマトリックスに固溶して強度向上に寄与する。その含有量を０．５〜２．０％に規定する理由は、０．５％未満ではその効果が十分に得られず、２．０％を超えると圧延加工性や成形加工性などが低下するためである。Ｍｎの特に好ましい含有量は０．９〜１．６％である。
Ｔｉは耐食性向上に寄与する。その含有量を０．２％未満（０％を含む）に規定する理由は、０．２％以上になるとろう付け時の芯材（アルミニウム合金）の再結晶が抑制されるためである。
【０００８】
次に、本発明の均質化処理の条件を規定した理由を説明する。
ろう付加熱時に発生する芯材へのろう拡散は、ろうが溶融する時の芯材の結晶粒界あるいは亜結晶粒界に沿って進行する。ブレージングシートが完全に焼鈍されている材料の場合は、ろう付け加熱時に芯材の再結晶は起こらないため、ろう拡散は芯材の結晶粒界に沿って起こる。したがって、芯材の結晶粒度が細かいほどろう拡散は発生しやすく、ろう拡散の発生しやすさについては予測が容易である。
一方、ブレージングシートが成形加工により芯材に歪みが加えられた場合、ろう付け加熱時に再結晶粒界あるいは、亜結晶粒界が存在するため部分再結晶が起こる。このとき、再結晶の挙動は芯材中の析出物分布状況に影響されるため、析出物の分布状態が異なるとろう拡散の発生状況は大きく変化し、ろう付け加熱後の強度及び耐食性などの特性がばらつく原因となるのである。このようなろう拡散のばらつきを低減するためには芯材の均質化処理を十分に行い、析出物の分布を安定化するのが効果的である。
【０００９】
均質化条件としては、５３０℃以上で１５時間以上保持して均質化処理をすることが好ましく、鋳造時の冷却過程で発生した析出物を固溶させて芯材の組織を安定化させることが可能である。なお、温度の上限については、芯材が溶融を起こさない範囲で制御する必要がある。また時間の下限については、それ以下であると析出物の固溶が不十分な場合があり、ろう付時のろう拡散発生の一要因となる。時間の上限についても芯材が溶融を起こさない範囲で制御する必要があり、特に制限はないが、経済的に可能な範囲で行うのがよい。また、上記の均質化処理の保持時間は昇温中のアルミニウム合金芯材が５３０℃を超えた時より起算し、降温中のアルミニウム合金芯材が５３０℃以下となるまでの時間を意味する。さらに、ろう拡散がより少ない材料を得るために、均質化処理の条件を５３０℃以上の温度で、２時間以上、好ましくは１５時間以上、より好ましくは５７０〜６２０℃に２時間以上保持した後に冷却し、冷却途中の５００〜５６０℃の温度で１時間以上保持することが有効である。５３０℃以上、好ましくは５７０〜６２０℃では芯材の析出物の固溶が進み、冷却途中５００〜５６０℃で保持することにより析出が促進される。このようにして、芯材の組織がより安定化し、ろう付け加熱時のろう拡散発生を抑えることができる。
【００１０】
本発明による材料は、熱交換器用材料としてろう付前の成形加工性が必要とされるため、中間焼鈍においては芯材が完全に再結晶されなければならない。そのため、中間焼鈍の条件を３２０〜４５０℃で１時間以上保持とするのが好ましい。中間焼鈍において、温度が低すぎたり、また時間が短かすぎたりすると、再結晶が不完全になる可能性がある。また、ただし、焼鈍温度４５０℃以上は不経済であるとともに、結晶粒が粗大に成長し成形加工性を低下させることがある。
さらに成形加工性を向上させるために、中間焼鈍の条件を、３０℃／分以上で昇温し、３００〜５５０℃で１〜１８０秒間保持した後、３０℃／分以上で冷却するとするのが好ましい。このことにより、芯材用アルミニウム合金材の再結晶粒がより均一で細かくなり、加工性が確保される。昇温速度と降温速度のいずれかが遅すぎてもまた保持温度が高すぎてもまた保持時間が長すぎてもアルミニウム合金材の結晶粒は粗大に成長するため好ましくない。保持温度が低すぎたり、保持時間が短すぎると焼鈍中の再結晶が不完全となるため好ましくない。
【００１１】
完全に再結晶した芯材からなるブレージングシートを成形すると、特定の加工歪が付与された部分で不安定なろう拡散が発生する。Ａｌ−Ｍｎ系合金からなる芯材では、前記ろう拡散が発生する歪み量は０〜１％未満の間に存在することが確認された。一方、１％以上の歪み量を加えてろう付け加熱すると、芯材はろう材が溶融する以前の低温域で再結晶を完了するため、結果としてろう付け時のろう拡散は発生しない。そこで、ブレージングシートにろう拡散が発生する歪み量を超えた１％以上の加工歪みを予め付与することで、その後の成形およびろう付加熱でろう拡散が少ない材料を得ることができる。付与する歪み量が１％未満では加工歪の低い部分でろう拡散が発生する。また、付与する歪み量が１０％を超えると材料の成形加工性が低下するため好ましくない。
さらに、熱交換器の中にはエバポレータ用プレート材のように厳しい加工性の要求されるものがある。そこで、このような用途に対応するには前述の歪みを付与した後、必要に応じて熱処理を施すことができる。特に付与する歪み量が１〜３％の場合には、歪み付与後の熱処理を必ずしも行う必要はない。但し、歪み付与後の熱処理を行わない場合、中間焼鈍条件は、３０℃／分以上で昇温し、３００〜５５０℃で１〜１８０秒間保持した後、３０℃／分以上で降温し冷却する方法で行うことが好ましい。一方、付与する歪み量が３〜１０％の場合には、歪み付与後の熱処理を行うのが特に好ましい。
【００１２】
この歪み付与後の熱処理条件は、具体的には２００〜３８０℃の温度で１時間以上保持する熱処理をする、あるいは３０℃／分以上で昇温し、２５０〜４２０℃で１〜１８０秒間保持し、その後３０℃／分以上の降温速度で冷却処理をするなどの方法が加工性を向上させる上で好ましい。これらの範囲外の熱処理条件では加工性の改善が顕著ではないことがある。
本発明の製造方法によるアルミニウム合金複合材は、エバポレータ、ラジエータなどの熱交換器の冷媒通路管などのほか、ヘッダープレートやタンクなどにも使用できる。この他、ヒーターチューブやコンデンサチューブなどにも使用でき、その他本発明の目的と同様であり、好ましくは板厚が０．６ｍｍ以下ならばいかなる部材としても使用できる。
【００１３】
【実施例】
以下実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
芯材として、０．２５％Ｓｉ、０．５％Ｆｅ、０.１５％Ｃｕ、１．１％Ｍｎ、残部Ａｌの組成をもつアルミニウム合金、ろう材としてＪＩＳ  ４０４５合金を金型鋳造により鋳造した。芯材は表１に示す温度と保持時間の条件で均質化処理を行い、面削で厚さ４０ｍｍとした。ろう材は鋳塊を面削、熱間圧延後、芯材の両面に片側のクラッド率１０％で合わせた。前記合わせ材を５００℃まで加熱した後、３．５ｍｍまで熱間圧延し、さらに冷間圧延により厚さ０．５ｍｍの３層クラッド材とした。
上記の冷間圧延材を表１のような中間焼鈍を施して調質Ｏ材とした。さらに、テンションレベラーにより表１の加工率の歪みを付与して、予歪み材を作製した。
【００１４】
先ず、各々の材料について成形性を評価するため、エリクセン試験を行い材料に亀裂が発生するまでの高さを測定した。また、図１の１のような冷媒通路形状体に成形加工し（加工度０〜１５％）、成形加工性を試験した。その結果を表１に併記する。
また、成形加工した冷媒通路形状体を、２枚を重ね合わせてろう付け加熱を行い、図１の２と同様の冷媒通路を有する冷媒通路管を作製した。ろう付けは、フッ化物系フラックスを塗布した後、不活性ガス雰囲気中において６００℃で５分の条件で行った。上記の冷媒通路管の断面よりろう拡散の状態を観察した。さらに、冷媒通路管に対して腐食試験を実施し、腐食試験後の孔食深さを測定した。腐食試験は５％ＮａＣｌ水を４時間噴霧（４０℃，９８％ＲＨ）→４時間乾燥（５５℃，３０％ＲＨ）→４時間湿潤（５０℃，９８％ＲＨ）のサイクルを１ヶ月繰り返して行った。結果を表１に併記する。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１から明らかなように、本発明の条件で製造した材料Ｎｏ．３〜１５はいずれもろうの侵食が少なく、腐食試験後の孔食深さも浅く、良好な耐食性を示した。また、Ｎｏ．１，２，１６〜２８は均質化処理の冷却途中で５４０℃で２時間保持したため、ろう侵食はほとんど見られず、耐食性も優れた結果となった。さらに、Ｎｏ．３〜２８はひずみ付与後に仕上げ焼鈍を行うことでさらに成形性が良好なものとなり、成形加工による割れの発生も見られなかった。一方、本発明以外の条件で均質化処理をして製造した比較例１〜比較例３は加工度が低い部分でろうの侵食が観察され、腐食試験でも貫通孔食が発生した。比較例４は歪を付与していないため、ろうの侵食が観察され腐食試験で貫通孔食が発生した。比較例５は歪付与の加工率が本発明の条件よりも高いため、冷媒通路形状体に成形する際に割れが発生した。
【００１７】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の製造方法により製造したアルミニウム合金複合材は、いずれの加工度においても、ろう拡散が少なく、優れた耐食性と高強度を有する材料となる。また、熱処理条件を制御することで、歪み付与による加工性の低下を防げるため、成形加工が容易な材料となる。
したがって、熱交換器用材料として使用することで、長期にわたる信頼性を確保できるなど、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車用熱交換器（ラジエーター）の部分斜視説明図である。
【符号の説明】
１  ブレージングシートより成形した冷媒を長さ方向に通す冷媒通路形状体
２  長さ方向の冷媒通路
３  コルゲートフィン
４  接合部（平坦部）
５  上下方向の冷媒通路
【図１】
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