(57)【要約】  １．００〜１．６０質量％のＭｎと、０．７０〜１．２０質量％のＳｉと、０．０５〜０．５０質量％のＦｅと、０．０５〜０．３５質量％のＣｕと、１．００〜１．８０質量％のＺｎと、を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、該アルミニウム合金のマトリックスが繊維状組織であり、引張強さが１７０〜２３０ＭＰａであること、を特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材。  本発明によれば、ろう付け前の成形加工性に優れると共に、ろう付け性に優れ、ろう付け後の強度特性、耐食性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
１．００〜１．６０質量％のＭｎと、０．７０〜１．２０質量％のＳｉと、０．０５〜０．５０質量％のＦｅと、０．０５〜０．３５質量％のＣｕと、１．００〜１．８０質量％のＺｎと、を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、
該アルミニウム合金のマトリックスが繊維状組織であり、
引張強さが１７０〜２３０ＭＰａであること、
を特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
【請求項２】
前記アルミニウム合金が、更に、０．２０質量％以下のＺｒを含有す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フィン材。
【請求項３】
前記アルミニウム合金が、Ｈ２ｎ（ｎは、２、４及び６から選ばれる整数である。）材であることを特徴とする請求項１又は２いずれか１項記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
【請求項４】
ろう付け後のアルミニウム合金中、０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度が０．５０×１０６個／ｍｍ２以上であり、且つ、ろう付け後の結晶粒径が４０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
【請求項５】
１．００〜１．６０質量％のＭｎと、０．７０〜１．２０質量％のＳｉと、０．０５〜０．５０質量％のＦｅと、０．０５〜０．３５質量％のＣｕと、１．００〜１．８０質量％のＺｎと、を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる鋳塊に、均質化処理せずに、４００〜５００℃に加熱して熱間圧延を開始して熱間圧延を行い、３５０℃以下で熱間圧延を終了し、次いで、１回又は複数回のパスで冷間圧延を行うか、あるいは、１回又は複数回のパスの冷間圧延及び冷間圧延のパス間に行う１回以上の中間焼鈍を行い、次いで、最終焼鈍を行うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材をろう付けして得られる熱交換器であり、
該熱交換器のフィンを構成するアルミニウム合金の結晶粒径が４０〜２００μｍであり、該アルミニウム合金中０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度が０．５０×１０６個／ｍｍ２以上であること、を特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金製の熱交換器の製造に用いられるアルミニウム合金フィン材、その製造方法及びそれを用いて製造される熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金製の熱交換器は、ラジエータ、ヒータ、オイルクーラ、インタークーラ及びエアコンのエバポレータやコンデンサ等の自動車用熱交換器あるいは油圧機器や産業機械のオイルクーラ等の熱交換器として、広く使用されている。このアルミニウム合金製熱交換器のフィン材には、内面が作動流体（冷媒）の通路となるチューブ材を防蝕する為の犠牲陽極効果が要求されるとともに、コアを製造するろう付加熱時における高温時の座屈変形やろうの侵食を抑えるなどのろう付接合性が要求されている。【０００３】
このような要求を満たすために、従来より、アルミニウム合金フィン材としては、ＪＩＳ−Ａ３００３、ＪＩＳ−Ａ３２０３等のＡｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ計、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｕ計等のＭｎを含有するアルミニウム合金フィン材が用いられていた。さらに当該アルミニウム合金製フィン材に犠牲陽極効果を付与するために、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等を添加して電気化学的に卑にする手法が用いられていた。【０００４】
近年、自動車の軽量化の要請に伴い、自動車熱交換器においても省エネルギー、省資源の観点から構成材料の薄肉化が要求され、フィン材についても薄肉化が期待されている。フィン材の薄肉化は熱交換器の剛性に影響することから、ろう付け後の強度に優れたフィン材が求められており、ＪＩＳ−Ａ３００３合金にＦｅ、Ｃｕ、Ｚｎを添加したアルミニウム合金が提案されている。【０００５】
特許文献１には、１．０〜２．０質量％のＭｎ、０．５〜１．３質量％のＳｉ、０．１〜０．８質量％のＦｅ、０．２０質量％超え０．４質量％以下のＣｕ、１．１質量％以上２．０質量％未満のＺｎを含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金フィン材であり、アルミニウム合金フィン材のマトリックスが再結晶組織である熱交換器用アルミニウム合金フィン材が開示されている。【０００６】
また、特許文献２には、Ｍｎ：１．０％（質量％、以下同じ）〜２．０％、Ｓｉ：０．５％〜１．３％、Ｆｅ：０．１％〜０．８％、Ｃｕ：０．２１ 〜０．５％、Ｚｎ：１．１％〜５％を含有し、ＭｎとＳｉとの含有比（Ｍｎ％／Ｓｉ％）を１．０〜３．５、ＺｎとＣｕとの含有比（Ｚｎ％／Ｃｕ％）を５〜１５とし、更に、Ｚｒ：０．０５ ％〜０．３％及びＣｒ：０．０５％〜０．３％のうちの１種又は２種を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなり、引張強さが１６０〜２７０ＭＰａである熱交換器用アルミニウム合金フィン材が開示されている。【０００７】
また、特許文献３には、ａ）Ｓｉを０．３〜１．５％、Ｆｅを≦０．５％、 Ｃｕを≦０．３％、Ｍｎを１．０〜２．０％、Ｍｇを≦０．５％、より好ましくは≦０．３％、Ｚｎを≦４．０％、Ｎｉを≦０．５％、ＩＶｂ、Ｖｂ、又はＶＩｂ族由来の分散体形成元素をそれぞれ≦０．３％、及び不可避の不純物元素をそれぞれ０．０５％以下、全体量で０．１５％以下、残部アルミニウムを 含む溶融物を鋳造し、インゴットを得るステップと、ｂ）５５０℃未満、好ましくは４００〜５２０℃、より好ましくは４５０〜５２０℃、特に４７０以上、最高５２０℃の温度でインゴットを予備加熱して、分散質粒子を形成するステップと、ｃ）熱間圧延してストリップを得るステップと、ｄ）ステップ（ｃ）で得られたストリップを全圧下率９０％以上、好ましくは＞９５％で冷間圧延して、第１の耐力値を有するストリップを得るステップと、ｅ）次いで、第２の耐力値が、ステップ（ｄ）の冷間圧延直後に得られた第１の耐力値より１０〜５０％低く、好ましくは１５〜４０％低く、０．２％耐力範囲が１００〜２００ＭＰａ、より好ましくは１２０〜１８０ＭＰａ、最も好ましくは１４０〜１８０ＭＰａにあるストリップが得られるような方法で、ストリップ合金が再結晶することなく、焼戻しすることにより材料を軟らかくするために、送出調質まで熱処理するステップと により製造され、送出調質において、直径が５０〜４００ｎｍの範囲である粒子の分散質粒子密度が１〜２０×１０６、好ましくは１．３〜０．５×１０６、最も好ましくは１．４〜７×１０６粒子／ｍｍ２である耐垂れ性ストリップが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−４０３６７号公報
【特許文献２】特開２００２−１６１３２４号公報
【特許文献３】特開２００８−１９００２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
通常、熱交換器用のフィン材は、コルゲート成形された後、チューブ材と組み合せてろう付け接合される。ろう付け接合されたフィン材はコア全体に剛性を与え、かつ外面腐食環境にてチューブ材に対して犠牲防食効果を発揮するため、接合不良はコア強度、耐食性に大きく影響する。接合不良の要因は種々あるが、コルゲート成形時のフィン高さばらつきや、ろう付け中のエロージョンによるフィントップの変形などが要因として挙げられる。【００１０】
特許文献１では、高強度フィン材としてＪＩＳ−Ａ３００３合金にＦｅ、Ｃｕ、Ｚｎを添加したアルミニウム合金を提案しているものの、再結晶材であるために素材の伸びが小さくなり、コルゲート加工時のフィン高さにばらつきが生じやすく、チューブと組み合せてろう付け加熱した場合に接合不良が起きやすいという問題点があった。【００１１】
また、特許文献２では中間焼鈍後に冷間圧延加工するＨ１ｎ材であり、材料表面に圧延摩耗粉を含んだ圧延油を保持したまま条割されるため、スリッターに圧延摩耗粉が堆積しやすく、洗浄のために作業性を低下させる要因となっていた。【００１２】
特許文献３では、フィン材として用いてチューブ材とろう付けした場合に、耐食性が不十分であるという問題があった。【００１３】
従って、本発明の目的は、ろう付け前の成形加工性に優れると共に、ろう付け性に優れ、ろう付け後の強度特性、耐食性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、ろう付け性、強度特性、犠牲陽極効果と、合金成分、合金成分の組合せ、材料の強度特性、内部組織等との関連に検討を加えた結果、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎ添加量、及びフィン材のマトリックス組織を適正にすることで、ろう付け前強度を下げつつろう付け後強度を高くし、且つ、良好なろう付け性と耐食性を確保することができることを見出し、本発明を完成させた。【００１５】
すなわち、本発明（１）は、１．００〜１．６０質量％のＭｎと、０．７０〜１．２０質量％のＳｉと、０．０５〜０．５０質量％のＦｅと、０．０５〜０．３５質量％のＣｕと、１．００〜１．８０質量％のＺｎと、を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、
該アルミニウム合金のマトリックスが繊維状組織であり、
引張強さが１７０〜２３０ＭＰａであること、
を特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供するものである。【００１６】
また、本発明（２）は、前記アルミニウム合金が、更に、０．２０質量％以下のＺｒを含有することを特徴とする（１）の熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供するものである。【００１７】
また、本発明（３）は、前記アルミニウム合金が、Ｈ２ｎ（ｎは、２、４及び６から選ばれる整数である。）材であることを特徴とする（１）又は（２）いずれかの熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供するものである。【００１８】
また、本発明（４）は、ろう付け後のアルミニウム合金中、０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度が０．５０×１０６個／ｍｍ２以上であり、且つ、ろう付け後の結晶粒径が４０〜２００μｍであることを特徴とする（１）〜（３）いずれかの熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供するものである。【００１９】
また、本発明（５）は、１．００〜１．６０質量％のＭｎと、０．７０〜１．２０質量％のＳｉと、０．０５〜０．５０質量％のＦｅと、０．０５〜０．３５質量％のＣｕと、１．００〜１．８０質量％のＺｎと、を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる鋳塊に、均質化処理せずに、４００〜５００℃に加熱して熱間圧延を開始して熱間圧延を行い、３５０℃以下で熱間圧延を終了し、次いで、１回又は複数回のパスで冷間圧延を行うか、あるいは、１回又は複数回のパスの冷間圧延及び冷間圧延のパス間に行う１回以上の中間焼鈍を行い、次いで、最終焼鈍を行うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法を提供するものである。【００２０】
また、本発明（６）は、（１）〜（５）いずれかの熱交換器用アルミニウム合金フィン材をろう付けして得られる熱交換器であり、
該熱交換器のフィンを構成するアルミニウム合金の結晶粒径が４０〜２００μｍであり、該アルミニウム合金中０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度が０．５０×１０６個／ｍｍ２以上であること、
を特徴とする熱交換器を提供するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ろう付け前の成形加工性に優れると共に、ろう付け性に優れ、ろう付け後の強度特性、耐食性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、１．００〜１．６０質量％のＭｎと、０．７０〜１．２０質量％のＳｉと、０．０５〜０．５０質量％のＦｅと、０．０５〜０．３５質量％のＣｕと、１．００〜１．８０質量％のＺｎと、を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、
該アルミニウム合金のマトリックスが繊維状組織であり、
引張強さが１７０〜２３０ＭＰａであること、
を特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材である。
【００２３】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、アルミニウム合金からなる。つまり、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、アルミニウム合金により構成されている。
【００２４】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材に係るアルミニウム合金は、Ｍｎを含有する。Ｍｎは、Ｓｉと共存することによりＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物を生成して、ろう付け前及びろう付け後のフィン材の強度を高くすると共に、耐高温座屈性及び成形加工性を良好にする。アルミニウム合金中のＭｎ含有量は、１．００〜１．６０質量％である。アルミニウム合金中のＭｎの含有量が、上記範囲にあることにより、ろう付け前及びろう付け後のフィン材の強度を高くすると共に、耐高温座屈性及び成形加工性が良好になる。一方、アルミニウム合金中のＭｎの含有量が、上記範囲未満だと、Ｍｎの効果が小さくなり過ぎ、また、上記範囲を超えると、ろう付け前強度が高くなり過ぎるため、成形加工性が低くなるとともに、鋳造時に粗大な晶出物を生成し、圧延加工性が害される結果、健全な板材が得難い。
【００２５】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材に係るアルミニウム合金は、Ｓｉを含有する。Ｓｉは、Ｍｎと共存することによりＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物を生成して、ろう付け前及びろう付け後のフィン材の強度を高くする効果が期待される。アルミニウム合金中のＳｉ含有量は、０．７０〜１．２０質量％である。アルミニウム合金中のＳｉ含有量が、上記範囲にあることにより、ろう付け前及びろう付け後のフィン材の強度が高くなる。一方、アルミニウム合金中のＳｉ含有量が、上記範囲未満だと、Ｓｉの効果が小さくなり過ぎ、また、上記範囲を超えると、融点が低下しろう付け時に局部溶融が生じ易くなる。
【００２６】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材に係るアルミニウム合金は、Ｆｅを含有する。Ｆｅは、ろう付け前及びろう付け後のフィン材の強度を向上させると共に成形加工性を良好にする。アルミニウム合金中のＦｅ含有量は、０．０５〜０．５０質量％である。アルミニウム合金中のＦｅの含有量が、上記範囲にあることにより、ろう付け前及びろう付け後のフィン材の強度が高くなると共に成形加工性が良好になる。一方、アルミニウム合金中のＦｅの含有量が、上記範囲未満だと、Ｆｅの効果が小さくなり過ぎ、また、上記範囲を超えると、アルミニウム母材に対してカソードとなり耐食性が低くなる。
【００２７】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材に係るアルミニウム合金は、Ｃｕを含有する。Ｃｕは、ろう付け前及びろう付け後のフィン材の強度を高くすると共に成形加工性を良好にする。アルミニウム合金中のＣｕ含有量は、０．０５〜０．３５質量％である。アルミニウム合金中のＣｕの含有量が、上記範囲にあることにより、ろう付け前及びろう付け後のフィン材の強度が高くなると共に成形加工性が良好になる。一方、アルミニウム合金中のＣｕ含有量が、上記範囲未満だと、Ｃｕの効果が小さくなり過ぎ、また、上記範囲を超えると、フィン材の電位を貴にし、犠牲陽極効果が低くなると共に、融点が低くなりろう付け時に局部的な溶融を生じ易くなる。
【００２８】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材に係るアルミニウム合金は、Ｚｎを含有する。Ｚｎは、フィン材の電位を卑にし、チューブ材に対する犠牲陽極効果を付与する。アルミニウム合金中のＺｎ含有量は、１．００〜１．８０質量％である。アルミニウム合金中のＺｎ含有量が、上記範囲にあることにより、チューブ材に対する犠牲陽極効果が高くなる。一方、アルミニウム合金中のＺｎの含有量が、上記範囲未満だと、Ｚｎの効果が小さくなり過ぎ、また、上記範囲を超えると、粒界腐食感受性が高くなり、また、融点が低くなりろう付け時に局部的な溶融を生じ易くなる。
【００２９】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材に係るアルミニウム合金は、必要に応じて、更に、０．２０質量％以下のＺｒを含有してもよい。Ｚｒは、ろう付け前及びろう付け後のフィン材の強度を高くすると共に、ろう付け後の結晶粒径を粗大化し、耐高温座屈性及びろう付け性を高くする。アルミニウム合金中のＺｒが、上記範囲にあることにより、ろう付け前及びろう付け後のフィン材の強度が高くなると共に、耐高温座屈性及びろう付け性が高くなる。アルミニウム合金中のＺｒの含有量が、上記範囲を超えると、鋳造時に粗大な晶出物が生成し、健全な板材の製造が困難になる。
【００３０】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材に係るアルミニウム合金のマトリックスは、繊維状組織である。アルミニウム合金のマトリックスが、繊維状組織であることにより、ろう付け前の伸びが良好となり、成形加工性が高くなる。アルミニウム合金のマトリックスが、再結晶組織の場合、ろう付け前の伸びが小さくなり成形加工性が低くなる。
【００３１】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材の引張強さ（ろう付け前の引張強さ）は、１７０〜２３０ＭＰａである。ろう付け前のアルミニウム合金フィン材の引張強さが、上記範囲未満だと、成形後の形状を維持することが困難となり、また、上記範囲を超えると、成形時のスプリングバックが大きくなり、狙いの形状とするのが難しくなる。
【００３２】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材に係るアルミニウム合金は、Ｈ２ｎ（ｎは、２、４及び６から選ばれる整数である。）材であることを特徴とする。
【００３３】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材では、アルミニウム合金のマトリックスを繊維状組織とすることと、アルミニウム合金中の化学成分の組成を上記範囲とすることにより、ろう付け後の結晶粒径を４０〜２００μｍに制御することができる。そして、ろう付け後のアルミニウム合金の結晶粒径が４０〜２００μｍ、好ましくは４０〜１００μｍであることにより、エロージョンの発生を抑えつつ、ろう付け性が高くなり、且つ、強度が高くなる。なお、ろう付けの際のろう付け加熱条件は、５８０〜６１０℃で１〜１０分間の通常のろう付け加熱条件である。
【００３４】
また、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材では、アルミニウム合金中のＳｉ及びＭｎの含有量を上記範囲とし、以下に述べる適切な熱処理を加えることにより、ろう付け加熱後のアルミニウム合金中の０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度を、０．５０×１０６個／ｍｍ２以上、好ましくは０．６０×１０６個／ｍｍ２以上に制御することができる。本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材では、適切量に規定されているＳｉ及びＭｎを含有し、以下に述べる適切な熱処理を加えることにより、マトリックス中に、０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物が析出し、加工ひずみのピン止め効果により、フィン材の高強度化に寄与する。ろう付け後のアルミニウム合金中、０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度は、０．５０×１０６個／ｍｍ２以上、好ましくは０．６０×１０６個／ｍｍ２以上である。析出する金属間化合物の円相当径が上記範囲未満だと、ピン止め効果が小さくなり、また、上記範囲を超えてもピン止め効果が小さくなる。また、析出する金属間化合物の数密度が上記範囲未満だと、強度が低くなる。
【００３５】
また、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材では、アルミニウム合金のマトリックスを繊維状組織とすることと、アルミニウム合金中の化学成分の組成を上記範囲とし、以下に述べる適切な熱処理を加えることにより、ろう付け後の結晶粒径を４０〜２００μｍに制御することに加えて、アルミニウム合金中のＳｉ及びＭｎの含有量を上記範囲とし、以下に述べる適切な熱処理を加えることにより、ろう付け後のアルミニウム合金中の０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度を、０．５０×１０６個／ｍｍ２以上、好ましくは０．６０×１０６個／ｍｍ２以上とすることにより、ろう付け後の強度を高くすることができる。
【００３６】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材では、ろう付け後のアルミニウム合金の引張強さは、１５０〜１８０ＭＰａである。
【００３７】
また、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材では、アルミニウム合金中のＺｎ含有量を１．００〜１．８０質量％とすることにより、フィンの自己耐食性が高くなる。
【００３８】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法は、１．００〜１．６０質量％のＭｎと、０．７０〜１．２０質量％のＳｉと、０．０５〜０．５０質量％のＦｅと、０．０５〜０．３５質量％のＣｕと、１．００〜１．８０質量％のＺｎと、を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる鋳塊に、均質化処理せずに、４００〜５００℃に加熱して熱間圧延を開始して熱間圧延を行い、３５０℃以下で熱間圧延を終了し、次いで、１回又は複数回のパスで冷間圧延を行うか、あるいは、１回又は複数回のパスの冷間圧延及び冷間圧延のパス間に行う１回以上の中間焼鈍を行い、次いで、最終焼鈍を行うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法である。
【００３９】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法では、常法に従い、所定の化学組成のアルミニウム合金の鋳塊を鋳造し、鋳塊には均質化処理を施すことなく、熱間圧延、１回又は複数回のパスの冷間圧延、あるいは、１回又は複数回のパスの冷間圧延と冷間圧延のパス間に行う１回以上の中間焼鈍、及び最終焼鈍を行い、所定の厚さの熱交換器用アルミニウム合金フィン材を得る。熱間圧延では、４００〜５００℃で熱間圧延を開始して熱間圧延を行い、３５０℃以下で熱間圧延を終了する。熱間圧延を行った後は、１回又は複数回のパスの冷間圧延を行うか、あるいは、１回又は複数回のパスの冷間圧延と冷間圧延のパス間に行う１回以上の中間焼鈍とを行い、次いで、最終焼鈍を行い、熱交換器用アルミニウム合金フィン材を得る。このとき、冷間加工における加工度、焼鈍温度及び焼鈍時間と焼鈍後の冷却速度等を、適宜選択することにより、フィン材を構成するアルミニウム合金のマトリックスを、繊維状組織とすることができる。ただし、アルミニウム合金のマトリックスを繊維状組織とするには、熱間圧延に続く冷間圧延後のアルミニウム合金の再結晶開始温度より最終焼鈍温度を低くする必要がある。アルミニウム合金の再結晶開始温度は、アルミニウム合金の成分、熱間圧延開始温度及び熱間圧延終了温度、熱間圧延後の冷間圧延における加工度により変化するため、それに応じた最終焼鈍温度にする。
【００４０】
アルミニウム合金の組織の判別であるが、結晶粒界が観察できるような研磨及びエッチング処理を行い、光学顕微鏡で観察することで、再結晶組織か繊維状組織かどうかを判別することができる。結晶粒界が明瞭に観察でき、組織が繊維状に延ばされた圧延組織が観察されない場合は再結晶組織であり、一方、結晶粒界が明瞭に観察されず、圧延組織が観察される場合は繊維状組織と判別される。再結晶組織と繊維状組織が混在する場合があるが、再結晶組織と繊維状組織が混在する場合は、部分的にろう付け後結晶粒径が大きくなり、機械的性質のばらつきが大きくなるため好ましくない。
【００４１】
本発明の熱交換器は、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材をろう付けして得られる熱交換器であり、
該熱交換器のフィンを構成するアルミニウム合金の結晶粒径が４０〜２００μｍであり、該アルミニウム合金中０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度が０．５０×１０６個／ｍｍ２以上であること、
を特徴とする熱交換器である。
【００４２】
本発明の熱交換器は、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材を、熱交換器を構成するフィンの形状に成形し、チューブ材やプレート材など他の熱交換器を構成する部材と組合せ、ろう付け接合することにより製造されたものである。つまり、本発明の熱交換器は、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材がろう付け加熱されることにより得られるフィンと、チューブ材やプレート材など他の熱交換器を構成する部材と、を有する。
【００４３】
本発明の熱交換器に係るフィン材は、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材がろう付け加熱されたものなので、１．００〜１．６０質量％のＭｎと、０．７０〜１．２０質量％のＳｉと、０．０５〜０．５０質量％のＦｅと、０．０５〜０．３５質量％のＣｕと、１．００〜１．８０質量％のＺｎと、を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる。
【００４４】
本発明の熱交換器に係るフィンは、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材がろう付け加熱されたものなので、強度が高い。本発明の熱交換器に係るフィンの引張強さは、１５０〜１８０ＭＰａである。
【００４５】
チューブ材としては、外面側のろう材と芯材からなる２層材、あるいは、その内面側に、ろう材又は犠材が配置されている３〜４層材をチューブの形状に成形したもの、これらの２〜４層材からなるチューブ内に、コルゲート成形されたベアフィン又はクラッドフィンからなるインナーフィンを配置してブレージング条を成形し、側端面を高周波溶接して円管とし、ロール成形により偏平なチューブ形状としたものが用いられる。また、チューブ材としては、板の端側の一部を重ね合わせたり、板の一部をチューブの内柱になるように折り曲げたりすることにより、溶接することなく、ろう付け加熱により偏平チューブ形状としたものも用いられる。
【００４６】
また、押出偏平多穴チューブの外表面にＳｉ粉末などのろう材粉末を塗装し、フィン材とろう付接合することもできる。ろう材粉末にはフラックス成分を有する粉末や犠牲陽極効果を有する粉末、バインダーを混合させることができる、プレート材としては、芯材に必要に応じてろう材や犠牲陽極材がクラッドされた板が用いられ、所望の形状に成形加工されて用いられる。
【００４７】
チューブ材として用いられるブレージングシートの芯材は、熱交換器用として用いられるものであれば、特に限定されるものではないが、純Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金等が挙げられる。
【００４８】
また、ろう材成分は、チューブ材やプレート材よりも低い融点を有していれば、いずれの合金を用いてもよく、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金等のＳｉを含むアルミニウム合金粉末等、Ｋ２ＳｉＦ６などのＳｉを含有しろう付け時にろう材を生成するフラックス等が挙げられる。
【００４９】
ろう付けの際のろう付け加熱条件は、通常のろう付け加熱で用いられる条件であれば、特に制限されないが、例えば、５８０〜６１０℃で１〜１０分間の通常のろう付け加熱条件である。また、ろう付け後の冷却速度であるが、５５０℃から４５０℃までの冷却速度を５０〜８０℃／分とすることが好ましい。遅くなりすぎるとＣｕ系析出物が粒界に沿って析出しやすくなり、粒界腐食が生じ易くなる。
【００５０】
本発明の熱交換器では、フィンを構成するアルミニウム合金の結晶粒径が４０〜２００μｍ、好ましくは４０〜１００μｍである。フィンを構成するアルミニウム合金の結晶粒径が上記範囲にあることにより、フィンの強度が高くなる。
【００５１】
本発明の熱交換器では、フィンを構成するアルミニウム合金中の０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度が０．５０×１０６個／ｍｍ２以上、好ましくは０．６０×１０６個／ｍｍ２以上である。フィンを構成するアルミニウム合金中の０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度が上記範囲にあることにより、フィンの強度が高くなる。フィンを構成するアルミニウム合金中の０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度の上限値は、好ましくは８．００×１０６個／ｍｍ２以下、より好ましくは５．００×１０６個／ｍｍ２以下、特に好ましくは３．００×１０６個／ｍｍ２以下である。
【００５２】
本発明の熱交換器中のフィンは、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材がろう付け加熱されたものなので、本発明の熱交換器は、フィンが、１．００〜１．６０質量％のＭｎと、０．７０〜１．２０質量％のＳｉと、０．０５〜０．５０質量％のＦｅと、０．０５〜０．３５質量％のＣｕと、１．００〜１．８０質量％のＺｎと、を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、
フィンを構成するアルミニウム合金の結晶粒径が４０〜２００μｍであり、フィンを構成するアルミニウム合金中の０．１〜１．０μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物及びＡｌ-Ｓｉ−Ｍｎ系金属間化合物の合計の数密度が０．５０×１０６個／ｍｍ２以上であること、
を特徴とする熱交換器である。
【００５３】
以下に、実施例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００５４】
連続鋳造によって、表１及び表２に示す組成の鋳塊を鋳造した。これらの合金に均質化処理を施さず、熱間圧延、冷間圧延、最終焼鈍を経て厚さ０．０５ｍｍの板（Ｈ２ｎ材）を作製した。このとき、最終焼鈍温度の調整により、アルミニウム合金フィン材の組織を調整した。また、同じ手法にて熱間圧延した板材を冷間圧延し、再結晶完了温度以上で中間焼鈍した後、仕上げ冷間圧延を経て厚さ０．０５ｍｍ（Ｈ１４材）も、比較材として作製した。
上記によって得られたアルミニウム合金フィン材について、以下の方法に従って、（１）組織、（２）引張強さ及び破断伸びを評価した。また、上記によって得られたアルミニウム合金フィン材について、ろう付け相当加熱としてフィン材を窒素ガス中で６００℃に加熱し、その後５５０℃から４５０℃まで６０℃／分の冷却速度で冷却し、得られた試験片について、（３）ろう付け相当加熱後の引張強さ、（４）結晶粒径、（５）金属間化合物の析出密度、（６）耐食性を評価した。また、上記によって得られたアルミニウム合金フィン材について、（７）ろう付け性を評価した。【００５５】
（１）組織状況
Ｈ２ｎ素材の表面を研磨した後エッチングし、ミクロ組織を顕微鏡で観察することにより、組織状況を観察した。結晶粒が判別できる場合は再結晶組織と判定し、結晶粒が明確に観察されず圧延組織が観察される場合は繊維状組織と判定した。【００５６】
（２）引張強さおよび破断伸び
ＪＩＳ５号試験片を成形した後、常温で引張試験を行い、引張強さを測定した。また、破断後の試験片を突き合わせ、破断伸びを測定した。【００５７】
（３）ろう付け相当加熱後の引張強さ
上記ろう付け相当加熱後の板材について、引張試験を行い、引張強さを測定した。【００５８】
（４）結晶粒径
上記ろう付け相当加熱後の表面を研磨した後エッチングし、ミクロ組織を顕微鏡で観察することにより、組織状況を観察し、比較法にて結晶粒径を測定した。【００５９】
（５）金属間化合物の析出密度
上記ろう付け相当加熱後の板材をＬ−ＳＴ断面が見えるように切り出し、研磨およびイオンミリングにて平滑面を作製し、ＦＥ−ＳＥＭにて加速電圧１ｋＶにて断面観察した。得られた写真データを画像解析し、各粒子の円相当径及び個数を測定した。【００６０】
（６）耐食性
上記ろう付け相当加熱後の板材について、ＡＳＴＭ  Ｇ８５−Ａ３のＳＷＡＡＴに準拠した腐食試験を２４時間行った。試験後のフィン材の重量減少量および腐食形態を評価した。フィンの自己腐食が少なくかつ粒界腐食が発生していない、あるいは軽微なものを○、フィンの自己腐食が大きい、あるいは粒界腐食が顕著なものを×とした。【００６１】
（７）ろう付け性
フィン材をコルゲート成形し、ＪＩＳ−Ａ３００３合金を心材とし、ＪＩＳ−Ａ４０４５合金をろう材とする厚さ０．２３ｍｍの板材（以降、チューブ材と称す）を、ろう材面がフィントップと接するよう組み付けて、チューブ材のろう材側表面に濃度３％のフッ化物系フラックスを塗布した後、窒素ガス雰囲気中６００℃で３分間ろう付け加熱を行い、熱交換器のミニコアを作製した。このミニコアについて、フィン材とチューブ材との接合部を目視で観察して、フィンの座屈および溶融の有無からろう付け性を評価した。座屈も溶融も無かった場合を○、座屈又は溶融が有った場合を×とした。【００６２】
【表１】
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【００６３】
【表２】
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【００６４】
【表３】
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【００６５】
【表４】
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【００６６】
表３に示すように、本発明の規定を満たすＮｏ．１からＮｏ．３はいずれもＨ２ｎ材であり、引張強さ１７０〜２３０ＭＰａ、伸びは３％以上であった。６００℃加熱時でも結晶粒径は４０μｍ以上であり、フィン溶融、座屈は認められず、ろう付け性は良好であった。また、ろう付け後の円相当径０．１〜１．０μｍを有する金属間化合物の数密度はいずれも０．５０×１０６個／ｍｍ２以上であり、引張強さは１５０ＭＰａ以上の優れた強度を示した。耐食性においても、ＳＷＡＡＴ試験で粒界腐食、自己腐食ともに軽微であることを示した。【００６７】
これに対し、Ｎｏ．４および５はＺｎ含有量が高過ぎるため、融点が低下してろう付け時にエロージョンが発生し良好なろう付け性とは言えず、また自己耐食性が十分ではない。Ｎｏ．６〜８は素材が再結晶組織であるため、伸びが小さく十分ではない。また、Ｎｏ．８はろう付け後の結晶粒径が大きく、ろう付け後引張強さが十分ではない。
【国際調査報告】
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