(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０６〜０．２５重量％の鉄、０．０５〜０．１５重量％の珪素、０．７０重量％までの銅、０．０３〜０．１０重量％のマンガン、０．０２〜０．２０重量％のジルコニウム、０．１８重量％までのクロム、０．７０重量％までの亜鉛、０．００５〜０．０２重量％のチタン（結晶微細化剤として）、０．０２重量％までの偶発不純物、および残部としてのアルミニウムからなり、高い耐腐食性および高い押出適性を示すアルミニウムベースの合金。
【請求項２】
前記鉄含有率が０．０６〜０．１５重量％の間の範囲である、請求項１に記載の合金。
【請求項３】
前記マンガン含有率が０．０３〜０．０８重量％の間の範囲である、請求項２に記載の合金。
【請求項４】
前記ジルコニウム含有率が０．１０〜０．１８重量％の間の範囲である、請求項３に記載の合金。
【請求項５】
前記クロム含有率が０．１０〜０．１８重量％の間の範囲である、請求項４に記載の合金。
【請求項６】
前記亜鉛含有率が０．１０〜０．１８重量％の間の範囲である、請求項５に記載の合金。
【請求項７】
前記銅含有率が０．０１重量％未満の範囲である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、改善されたアルミニウム合金に関し、更に詳しくは、制御された量の規定された化合物を含有し、高い押出適性と高い耐腐食性を合わせ持つことにより特徴づけられるアルミニウム合金に関する。
自動車産業において、アルミニウム合金は、比較的高い強度と小さい重量を合わせ持つこの合金の押出適性のゆえに、多くの用途において、特に管材料向けに用いられている。
熱交換器または空調凝縮器用のアルミニウム合金は特に有用である。この用途において、合金は、優れた強度、十分な耐腐食性および良好な押出適性を備えなければならない。
この用途において用いられる代表的な合金はＡＡ３１０２である。この合金は、一般に、約０．４３重量％のＦｅ、０．１２重量％のＳｉおよび０．２５重量％のＭｎを含有する。
【０００２】
ＷＯ９７／４６７２６号公報には、０．０３重量％までの銅、０．０５〜０．１２重量％の間の珪素、０．１〜０．５重量％の間のマンガン、０．０３〜０．３０重量％の間のチタン、０．０６〜１．０重量％の間の亜鉛、０．０１重量％未満のマグネシウム、０．５０重量％までの鉄、０．０１重量％未満のニッケル、および０．５０重量％までのクロムを含有するアルミニウム合金が記載されている。
【０００３】
ＷＯ９７／４６７２６号公報において、耐腐食性に及ぼすＣｒの良い効果がないことが主張されている。同じ特許においてマンガンのより少ないレベルは０．１重量％であるということも注意されるべきである。
ＷＯ９１・１４７９４号公報によれば、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｖ及びＣｒを含む多数の元素が不純物として存在し、元素当たりの最大量は０．０５重量％である。第５頁の表において、例えば不純物の全量が０．０４１重量％で、Ｚｒがほんの０．００１重量％のみ存在することが示される。不純物の全量が０．１５重量％に増加すると、Ｚｒの存在しうる最大量は０．００３６５８５重量％になる。明らかにある種の不純物は、ＺｎやＣｒのように、局部的に０．０５重量％まで存在するかもしれないが,それらの全てではない。
米国特許４７４９６２７号公報によれば、Ｍｎは不純物として０．０３重量％の量まで存在するかもしれない。
Ｄ２による合金はフィン素材としての使用を意図されており、その押し出し適性については何も説明がない。表６から明らかなように、耐腐食性は合金中に存在する高い量のＺｎのためであり、本発明の合金Ａ−Ｅによってeludicateされたように,異なった元素のバランスした存在の結果ではないことが明らかとなる（１０、１１及び１９を参照）。
【０００４】
従って、本発明の目的は、現時点での商業的に使用できるアルミニウム合金の強度を維持しながら優れた耐腐食性と改善された押出適性を示すアルミニウム合金組成物を提供することである。こうした理由のため、本発明によるアルミニウム合金は、制御された量の鉄、珪素、マンガン、ジルコニウム、クロムおよび亜鉛を含む。
本発明の更なる目的は、熱交換器の管材料または押出品用に適するアルミニウムベースの合金を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、腐食、例えば塩水にされされる熱交換器用フィン素材として、または箔包装用途において用いるのに適するアルミニウムベースの合金を提供することである。
【０００５】
これらの目的および利点は、約０．０６〜０．２５重量％の鉄、０．０５〜０．１５重量％の珪素、０．７０重量％までの銅、０．１０重量％までのマンガン、０．０２〜０．２０重量％のジルコニウム、０．１８重量％までのクロム、０．７０重量％までの亜鉛、結晶微細化工程のための０．００５〜０．０２重量％のチタン、０．０２重量％までの偶発不純物、および残部としてのアルミニウムからなり、また高い耐腐食性、良好な押出適性および許容可能な引張強度を示すアルミニウムベースの合金によって得られる。
【０００６】
好ましくは、本発明による合金の鉄含有率は、約０．０６〜０．１５重量％の間である。こうすると、耐腐食性および押出適性は最適である。鉄の含有率が高くなるにつれて両方の特性が実質的に低下するからである。
耐腐食性を最適にするため、ジルコニウム含有率は、好ましくは０．１０〜０．１８重量％の間である。この範囲において、合金の押出適性は、ジルコニウムの量のいかなる変化によっても実用的には影響されない。
好ましくは、クロム含有率も０．１０〜０．１８重量％の間である。この範囲内で、クロムの含有率の増加は耐腐食性を高め、押出適性は若干低下するが、それでもなお許容範囲内である。
【０００７】
亜鉛は、低濃度においてさえも、ＡＡ６０００合金の陽極処理（anodizing）特性に悪影響を及ぼす。亜鉛のこの汚染作用を考慮して、合金をよりリサイクル可能にし、鋳造室（cast house）内でコストを節減するために、亜鉛のレベルを低く維持するべきである。他の点では、亜鉛は少なくとも０．７重量％まで耐腐食性に良い影響を及ぼすが、上述した理由のために、亜鉛の量は０．１０〜０．１８重量％の間が好ましい。
【０００８】
銅は０．５重量％まで存在してもよいが、可能な最善の押出適性とするために０．０１重量％未満の銅含有率とすることが好ましい。場合によって、腐食電位を制御し、製品をより少ない電気的陰性にし、異種金属接触腐食による製品侵触を避けるために、合金に銅を添加することが必要である。銅は、添加された銅の％ごとに数百ｍＶの腐食電位を増加させるが、同時に押出適性を実質的に低下させることが見出された。
【０００９】
本発明はまた、本発明によるアルミニウム合金に基づく、押出によって得られるアルミニウム製品に関する。
通常、鋳造後、合金は、高温、例えば、５５０〜６１０℃で３〜１０時間にわたり熱処理によって均質化される。こうした熱処理によって、押出適性は若干改善されるが、耐腐食性には悪影響を受けることが見出された。
本発明によれば、このアルミニウム製品は、鋳造後のアルミニウム合金の熱処理のみが押出直前に行う予熱であることを特徴とする。
こうした予熱は、押出適性および耐腐食性に関する合金の特性がほとんど影響されないように、均質化ステップよりも低い温度で行われ、数分を要するだけである。
【００１０】
知られている先行技術の合金と比べた本発明のアルミニウムベースの合金に関連した改善を実証する努力の中で、機械的特性、耐腐食性および押出適性に関連した特性を研究した。
以下の説明は、その特性を研究するために用いた技術およびその研究の結果の考察を詳述している。
【００１１】
本発明による多くの合金を調製した。それらの合金を以下の表１中に「合金Ａ〜Ｅ」で記載している。表１において、これらの合金の組成を重量％で示し、これらの各合金が０．０２重量％までの偶発不純物を含有しうることを考慮している。表１において、従来の３１０２合金の組成も示している。
これらのすべての合金を従来の方法で調製した。合金の調製後のビレットの押出に先だって、４６０〜４９０℃の間の温度に予熱した。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
本発明による合金によって得られる改善を評価するために、多くの試験を実施し、その結果を表２に示している。
【００１４】
【表２】
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【００１５】
これらの合金の特性の研究のために、一組のビレットを鋳造し、それらの組成を電子分光法によって測定した。この分析のために、ＢＡＩＲＤ  ＶＡＣＵＵＭ製の機器を利用し、用いた標準は、ペジネー（Ｐｅｃｈｉｎｅｙ）によって供給されたものである。
押出適性は、ダイ力および最大力として示した最大押出力に関連付けられる。これらのパラメータは、プレス上に取り付けられた圧力変換器によって記録し、これらの値を直接読み取った。
【００１６】
これらの合金の耐腐食性を決定するために、いわゆるＳＷＡＡＴ−試験を利用する。試験サンプルは、壁厚０．４ｍｍの押出チューブであった。交互に３０分の噴霧期間および９８％の湿度での９０分浸漬期間によるＡＳＴＭ規格Ｇ８５−８５付属書Ａ３に準拠してこの試験を行った。電解質は、ｐＨ２．８〜３．０に酢酸で酸性化され、組成はＡＳＴＭ規格Ｄ１１４４に準拠している人工海水である。温度は４９℃に維持する。Ｌｉｅｂｉｓｃｈ  ＫＴＳ−２０００塩噴霧室の中で試験を行った。
【００１７】
腐食挙動の進行を試験するために、異なる材料からのサンプルを３日ごとに噴霧室から採取した。次に、この材料を水中ですすぎ、その後、１０バールの圧力を加えて漏れを試験した。例えば、３５日後にサンプルに穴があいたことが判明した場合、比較サンプルを噴霧室に入れ、最初の検査前に３５日にわたりそのままにして、結果を確認した。ＳＷＡＡＴの欄において、穴があく前の日数を示している。
ここに記載した試験は、自動車業界で一般に利用されており、合格性能は２０日より多い日数として決められている。
【００１８】
機械的特性の試験は、Ｚｗｅｃｋ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ（Ｍｏｄｕｌｅ  １６７５００）で  欧州規格に準拠して実施した。試験において、試験全体を通してＥ−モジュールを７００００Ｎ／ｍｍ2に固定した。試験の速度は一定で、Ｒｐ０．２に達するまで毎秒１０Ｎ／ｍｍ2であったが、一方で、Ｒｐ０．２から破壊までの試験速度は４０％Ｌｏ／ｍｉｎであった。ここでＬｏは初期ゲージ長さである。
【００１９】
表２の結果によると、機械的特性、ダイ力および最大力から見た押出適性の両方、および耐腐食性が合金に依存していることが示されている。先ず、合金Ａ〜Ｅの耐腐食性は、３１０２合金に比べて優れている。押出適性は、３１０２合金に概ね同程度であり、同じことは機械的特性にもいえる。合金Ｃ、ＤおよびＥのＳＷＡＡＴデータを分析すると、Ｃｒ、ＺｒおよびＺｎが存在する時（合金Ｃ）に最善の組合せが現れることが分かる。
【００２０】
Ｃｒを含有しない合金ＥおよびＺｎを含有しない合金Ａは、２０日の合格限界よりはるかに良い結果を与えるが、耐腐食性は、合金Ｂ、ＣおよびＤより大幅に劣る。これは、耐腐食性を最適化するためにＣｒおよびＺｎの両方が長寿命合金中に存在するべきであることを明確に示している。さらに、合金ＣおよびＤからの結果を比較すると、Ｚｒの重要性が分かる。Ｚｒ含有率を増加させると、著しく腐食挙動を改善する。
【００２１】
従って、最適条件および特に耐腐食性は、元素Ｃｒ、Ｚｒ、ＭｎおよびＺｎの正しい組合せの結果であることが強調されるべきである。
押出適性は、異なる合金元素の少量の添加によって影響される。ＣｒおよびＺｒを導入することにより、ダイ力および最大力は増加する（すなわち、押出適性は低下する）ことが分かる。他方、亜鉛は、いかなる大きさにおいても押出適性に影響を及ぼさず、そのことは、それ自体よく知られている。
極限引張強度および降伏強度から見た機械的特性は、Ｃｒを添加する時、大幅に改善されることが分かる。この場合、新しい合金は３１０２合金の特性に匹敵する。
【００２２】
コイルの異なった位置で採取したサンプルで腐食試験を行った。約１０のサンプルをコイルの全く最初（ビレットの最前部から）から、１０サンプルをコイルの中間部分（ビレットの中間部分）から、および１０サンプルをコイルの終わり（ビレットの終端部分）から採取した。各サンプルは約５０ｃｍの長さであった。結果は極めて一貫していた。これは、使用した押出パラメータの場合、１つのビレットの押出しの間に、押出速度と材料流れに関連した耐腐食性に影響を及ぼすことはないということを意味している。
【００２３】
異なった合金元素の効果を評価するために追加の研究を行った。それも添付した図１〜６に示している。
図１〜５において、ｘ軸は、重量％で示した合金剤の含有率を表しているのに対して、ｙ軸は、異なる特性の相対的表現である。正方形の点は、ＭＰａで表わした極限引張強度を表すために用い、黒三角形の点は、キロトンで表わした代表的な測定値としてダイ力を用いた押出適性を表すために用い、白三角形の点は、日数で示したＳＷＡＡＴ試験結果を表すために用いている。
【００２４】
図１で示した通り、耐腐食性は、Ｆｅ含有率の増加につれて大幅に低下する（Ｓｉ含有率を０．０８重量％の同じレベルに維持）。この影響は、Ｆｅ含有率が０．２〜０．３重量％の範囲で特に起きる。同時に、押出適性は、Ｆｅ含有率の増加につれて大幅に低下する。押出適性の２〜３％の低下（通過圧力の２〜３％増加として表現される）が押出工場のために許容できない増加であることは注意されるべきである。他の点では、Ｆｅ含有率の増加は引張強度の増加をもたらす。
【００２５】
図２において明らかになる通り、Ｍｎの０．３重量％未満において、Ｍｎの含有率のいかなる変化も実用的には耐腐食性に影響を及ぼさない（ＦｅおよびＳｉ含有率をそれぞれ０．１５重量％および０．０８重量％に維持）。Ｍｎ含有率の増加は押出適性の低下をもたらし、容易に、許容できない押出適性の原因になる。他の点では、機械的特性は、Ｍｎ含有率の増加につれて改善する。
【００２６】
Ｆｅ、ＳｉおよびＭｎを０．１５、０．０８および０．０８重量％の一定レベルに維持する場合、０．０７から０．１５重量％へのＺｒ含有率の増加は、図３に示した通り耐腐食性の改善をもたらす。同時に、押出適性は若干低下するのみであるのに対して、引張強度は増加する。
【００２７】
Ｆｅ、ＳｉおよびＭｎを図４と同じレベルで維持しながらＣｒ含有率を０．０８から０．１２重量％に変化させる効果は、耐腐食性が向上し、押出適性が若干低下し、機械的特性が多少向上することである。これを図４に示している。
【００２８】
Ｆｅ、ＳｉおよびＭｎをそれぞれ０．１５、０．０８および０．０８重量％の同じレベルに維持しながらのＺｎの影響を図５に示している。この図において、チタン（Ｔｉ）も０．１５重量％の一定レベルで存在する（チタンとジルコニウムは、前の表２に示した結果において裏付けられる通り、同じように耐腐食性に影響を及ぼすと考えられる）。
Ｚｎの効果は、押出適性および機械的特性に対して実用的にはゼロであるが、耐腐食性は、Ｚｎ含有率の増加につれて向上する。
【００２９】
Ｃｕの使用は任意であり、合金の実際の用途に依存する。図６において、押出適性および腐食電位に及ぼすＣｕ含有率の影響を表す線図を示している。Ｘ軸は重量％でＣｕの量を示しているのに対して、左Ｙ軸はｋＮで表現された押出力であり、右Ｙ軸はＡＳＴＭ  Ｇ６９によるｍＶで表現された腐食電位である。グラフ中の上の線は、腐食電位の上昇であるのに対して、下の線は押出力の上昇である。
このグラフから、Ｃｕ含有率の減少は、押出適性の向上をもたらすのに対して、１重量％のＣｕの増加は、腐食電位を１００ｍＶだけより少ない陰性にする。
銅は、裸のチューブの固有耐腐食性に悪い影響を及ぼし、押出適性に悪い方に影響を及ぼすので、通常、可能な最小量の銅を含む合金を用いることが好ましい。
【００３０】
しかし、熱交換機のチューブなどの押出製品を亜鉛を含有しないクラッドのヘッダーなどの別の製品に接続しなければならない状況において、チューブがヘッダー材料よりも貴（より少ない陰性）になるように押出製品の腐食電位を修正することがＣｕの添加によって可能である。これは、異種金属接触腐食に起因するチューブのいかなる侵触も抑制する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明による合金の特性に及ぼすＦｅ含有率の影響を示している。
【図２】  図２は、本発明による合金の特性に及ぼすＭｎ含有率の影響を示している。
【図３】  図３は、本発明による合金の特性に及ぼすＺｒ含有率の影響を示している。
【図４】  図４は、本発明による合金の特性に及ぼすＣｒ含有率の影響を示している。
【図５】  図５は、本発明による合金の特性に及ぼすＺｎ含有率の影響を示している。
【図６】  図６は、本発明による合金の特性に及ぼすＣｎ含有率の影響を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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