(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量比で、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．１０％未満を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなり、かつ、前記不可避不純物中のＳｉ、Ｆｅの含有量が、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｆｅ：０．２０％未満であることを特徴とする高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材。
【請求項２】
質量比で、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．１０％未満を含有し、さらにＣｒ：０．０３〜０．１４％未満、Ｚｒ：０．０３〜０．１３％未満の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなり、かつ、前記不可避不純物中のＳｉ、Ｆｅの含有量が、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｆｅ：０．２０％未満であることを特徴とする高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材。
【請求項３】
質量比で、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０．０３超〜０．０９％未満を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなり、かつ、前記不可避不純物中のＳｉ、Ｆｅの含有量が、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｆｅ：０．２０％未満であることを特徴とする高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材。
【請求項４】
質量比で、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０．０３超〜０．０９％未満を含有し、さらにＣｒ：０．０５超〜０．１０％未満、Ｚｒ：０．０５超〜０．１０％未満の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなり、かつ、前記不可避不純物中のＳｉ、Ｆｅの含有量が、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｆｅ：０．２０％未満であることを特徴とする高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材。
【請求項５】
Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒの含有量の合計量が０．２５％以下であることを特徴とする請求項２または４に記載の熱交換器用Ａｌ合金押出材。
【請求項６】
ろう付後の電気伝導度が３７．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出加工によって製造され、高温での使用環境において優れた変形抵抗性を示す熱交換器用Ａｌ合金押出材に関するものであり、特に、２００℃を越える環境で充分な高温強度を有するＡｌ合金押出材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用のラジエータ、オイルクーラ、インタークーラ、エアコン等の熱交換器では、軽量なＡｌ材が多く使われており、押出によって熱交換器用部材を製造する際には、押出性を考慮して純アルミニウム（ＪＩＳ１０５０）や低Ｍｎ含有（０．５％以下）のＡｌ−Ｍｎ系合金等の材料が広く使用されている。
しかし、これらの材料は押出性を重視するあまり、耐食性や強度の点では充分とはいえず、これら特性を改良した材料が提案されている。例えば、特公平３−６０８９６号には、Ｃｕを適量添加するとともに上記材料に比べてＭｎを増量することによって強度を増し、さらに、不純物であるＳｉ、Ｆｅの含有量を低減することによって耐食性を向上させたＡｌ−Ｍｎ−Ｃｕ合金が開示されている。また、特開平８−１６５５３６号には、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ合金にＷ、Ｍｏ、Ｃｏの１種以上を添加することによって、さらに耐食性を向上させた合金が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した熱交換器の用途では、特に腐食が生じやすい環境ではあるものの、使用環境温度は常温付近または高くても１００℃程度であり、高温での変形抵抗等の高温強度は特に要求されていない。ところで、最近、自動車等において特に２００℃を越える高温排気ガスを熱交換器を用いて冷却するという要望が生じてきており、該熱交換器についても自動車等に搭載することから軽量なＡｌ合金製のものが検討されている。しかし、従来、自動車用熱交換器材料として広く使用されている純アルミニウムや低Ｍｎ含有のＡｌ−Ｍｎ系合金では、上記のような高温使用環境においては短時間で変形が生じてしまい使用に耐え得ない。また、強度を向上させるため、Ｍｎを増量し、かつＣｕを添加した特公平３−６０８９６号や特開平８−１６５５３６号に開示されたＡｌ−Ｍｎ−Ｃｕ合金でも、最適な成分である実施例の材料を使用しても高温強度においては満足する結果を得ることができない。また、さらにＭｎ量を増量する等、高温強度を重視した成分設計を行うと、押出性において問題が生じる。
【０００４】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、製造に際し良好な押出性を有するとともに、熱交換器部材として使用する際に２００℃を越えるような高温の使用環境においても優れた変形抵抗性を示す熱交換器用Ａｌ合金押出材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のうち、第１の発明の高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材は、質量比で、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．１０％未満を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなり、かつ、前記不可避不純物中のＳｉ、Ｆｅの含有量が、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｆｅ：０．２０％未満であることを特徴とする。
また、第２の発明の高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材は、質量比で、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．１０％未満を含有し、さらにＣｒ：０．０３〜０．１４％未満、Ｚｒ：０．０３〜０．１３％未満の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなり、かつ、前記不可避不純物中のＳｉ、Ｆｅの含有量が、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｆｅ：０．２０％未満であることを特徴とする。
【０００６】
第３の発明の高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材は、質量比で、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０．０３超〜０．０９％未満を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなり、かつ、前記不可避不純物中のＳｉ、Ｆｅの含有量が、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｆｅ：０．２０％未満であることを特徴とする。
また、第４の発明の高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材は、質量比で、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０．０３超〜０．０９％未満を含有し、さらにＣｒ：０．０５超〜０．１０％未満、Ｚｒ：０．０５超〜０．１０％未満の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなり、かつ、前記不可避不純物中のＳｉ、Ｆｅの含有量が、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｆｅ：０．２０％未満であることを特徴とする。
【０００７】
第５の発明の高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材は、第２または第４の発明において、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒの含有量の合計量が０．２５％以下であることを特徴とする。
【０００８】
第６の発明の高温強度に優れた熱交換器用Ａｌ合金押出材は、第１〜第５の発明のいずれかにおいて、固溶体強化の程度を示すろう付後の電気伝導度が３７．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする。
【０００９】
以下に、本発明の成分および該成分に関する条件規定の理由について説明する。なお、以下の成分含有量はいずれも重量％で表される。
Ｍｎ：０．７〜１．５％
Ｍｎは、Ａｌ素地に固溶して高温強度を向上させる。ただし、０．７％未満では、その効果が充分ではなく、一方、１．５％を越えて含有させると、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅと化合した金属間化合物が晶出し始める。この晶出物は室温強度は向上させるものの、押出性を低下させ、さらには２００℃を越えるような高温では強度を低下させる。したがって、本発明ではＭｎの含有量を０．７〜１．５％の範囲内に定める。なお、同様の理由で下限を０．８％、上限を１．３％とするのが望ましい。
【００１０】
Ｃｕ：０．３〜１．０％
Ｃｕは、素地に固溶して高温強度を向上させ、また電位を貴にして耐食性を向上させる作用がある。この作用を充分に得るためには０．３％以上の含有が必要である。一方、１．０％を越えると押出性を低下させる。したがって、Ｃｕの含有量は０．３〜１．０％の範囲内に定める。なお、同様の理由で下限を０．３５％、上限を０．７５％とするのが望ましい。
【００１１】
Ｓｉ：０．１０％未満
Ｆｅ：０．２０％未満
Ｓｉ、Ｆｅは不可避不純物として含有されるが、Ａｌ、Ｍｎと化合物を形成して、該化合物自身によって高温強度および押出性を低下させるとともに、Ｍｎの固溶量を減少させて高温強度を低下させる。このため、Ｓｉで０．１０％未満、Ｆｅで０．２０％未満を許容含有量とした。なお、同様の理由でさらに、Ｓｉで０．０８％、Ｆｅで０．１７％を許容含有量とするのが望ましい。
【００１２】
Ｔｉ：０．０２〜０．１０％未満
Ｃｒ：０．０３〜０．１４％未満
Ｚｒ：０．０３〜０．１３％未満
これら元素は、適量の含有によって素地に固溶して固溶硬化をもたらして高温強度を向上させる。ただし、その作用としては、Ｔｉが最も有効的であるので、Ｔｉを必須にして、Ｃｒ、Ｚｒの１種以上を所望により含有させる。すなわち、請求項１〜６記載のＡｌ合金押出材において、Ｔｉ：０．０２〜０．１０％未満を含有し、さらに、所望によりＣｒ：０．０３〜０．１４％未満、Ｚｒ：０．０３〜０．１３％未満の１種または２種を含有するものとする。
【００１３】
上記作用を得るためには、Ｔｉで０．０２％以上、Ｃｒで０．０３％以上、Ｚｒで０．０３％以上の含有が必要である。一方、これら元素を過剰に添加すると、それ自身が金属間化合物を形成しやすくなるとともに、ＭｎがＦｅ、ＳｉとともにＡｌと金属間化合物を生成するのを促進して、高温強度および押出性を低下させる。このため、Ｔｉで０．１０％未満、Ｃｒで０．１４％未満、Ｚｒで０．１３％未満を上限とする必要がある。
なお、同様の理由で、Ｔｉの下限を０．０３％超、上限を０．０９％未満、Ｃｒの下限を０．０５％超、上限を０．１０％未満、Ｚｒの下限を０．０５％超、上限を０．１０％未満とするのが望ましい。
なお、Ｔｉと、Ｃｒ、Ｚｒの１種以上とを複合添加する場合には、それぞれがＭｎの金属間化合物生成を助長する作用があるので、上記成分範囲に拘わらず、これら成分の含有量の合計を０．２５％以下に規制するのが望ましく、さらには、０．２０％以下に規制するのが一層望ましい。
【００１４】
成分を適正に定めた本発明の押出材では、高温での高い固溶体強化効果を有しており、優れた高温特性を有するとともに、製造時に良好な押出性を示す。この高温での固溶体強化効果を表す指標としてろう付後の室温での電気伝導度を用いることができる。すなわち、固溶体の強化が大きい合金ほど合金の格子の歪みが大きくなり、電気伝導度が低くなる。したがって、高温での固溶体強化のために適正な合金組成であるか否かは、ろう付後の室温での電気伝導度によって判断できる。充分に高温での固溶体強化効果が得られているものとしては、電気伝導度が３７．０％ＩＡＣＳ以下であるのが望ましい。これが３７．０％ＩＡＣＳを越えると合金組成中の固溶量が不足する。言い換れば、相対的に晶出物の比率が高いことになり、高温強度、押出性の点で不利になる。なお、％ＩＡＣＳは、標準軟銅 （２０℃における比抵抗１７．２４１ｎΩ・ｍ）の導電率を１００％としたときの相対値として表される。
【００１５】
すなわち、本発明によれば、他成分との関係を考慮しつつ各成分を適切な含有量に定めることによって高い比率で固溶体となり、かつ効果的に固溶硬化された材料を得ることができる。この材料は製造に際し、良好な押出性を示すとともに、熱交換器として使用される際にも２００℃を越えるような高温の使用環境で優れた高温特性、例えば高温変形抵抗性を示す。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のＡｌ合金押出材は、上記で規定した成分範囲となるように調整し、常法によって溶製することができる。得られたビレットは、適当な熱処理を施して、熱間での押出に供する。この押出に際しての条件は特に定めるものではなく、適宜の条件で行うことができるが、通常は、５００〜５５０℃に予熱して押出加工する。なお、得られる押出材の形状も熱交換器用部材として適合したものであればよく、特に本発明として特定の形状に限定されるものではない。通常は、熱媒を移動させるチューブ材として成形される。
押出材は、熱交換器の部材として組み込まれ、他の熱交換器用部材、例えばフィン、ヘッダ等とろう付される。ろう付は、常法により行うことができるが、その条件としては、６００〜６１０℃の加熱温度、０．５〜３分の加熱時間によって行い、その後、３〜１０℃／秒の冷却速度で行うのが望ましい。上記条件範囲においては、金属間化合物の晶出や析出物の生成を抑えて固溶体比率の高い組織が確実に得られる。
ろう付により得られた熱交換器は高温での環境に適したものとして使用される。その環境としては特に、２００℃を越える高温環境で特徴を発揮する。なお、使用用途としては、例えば、自動車において発生する高温の排気ガスを冷却する熱交換器が想定されるが、本発明としてはこれに限定されるものではなく、高温での使用が想定される各種の熱交換器として有用に利用可能である。
【００１７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。
表１に示す成分のアルミニウム合金を常法により溶製し、得られたビレットに５９０℃、４時間保持の均質化処理を施した。該ビレットは５３０℃に予熱して、チューブ形状に押出を行った。この押出の際に、可能最大押出速度の方法によって押出性を評価した。なお、可能最大押出速度とは、材料に割れや傷がなく押出が可能な最大速度を意味している。
次に、得られた押出材について、ろう付けをシミュレートした加熱処理（６０５℃×３分加熱、５℃／秒の冷却速度での冷却）を施した後、２０℃の環境で電気伝導度を測定するとともに、常温および高温（２６０℃）で引張試験を行い、これらの試験結果を表２に示した。
【００１８】
【表１】
0003857007.tif 000002
【００１９】
【表２】
0003857007.tif 000003
【００２０】
表２に示されるように、本発明の押出材は高い固溶体比率を有しており、製造に際し良好な押出性を有し、また、高温で高い強度を有している。一方、比較材では押出性または高温強度において劣っており、特に固溶体比率の低い比較材では、押出性、高温強度の両特性において劣っていた。
【００２１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の熱交換器用Ａｌ合金押出材によれば、質量比で、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．１０％未満を含有し、さらに所望によりＣｒ：０．０３〜０．１４％未満、Ｚｒ：０．０３〜０．１３％未満の１種又は２種とを含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなり、かつ、前記不可避不純物中のＳｉ、Ｆｅの含有量が、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｆｅ：０．２０％未満であるので、固溶体比率が高くて、固溶硬化された組織が得られ、よって押出性を損なうことなく、高温での特性に優れた押出材が得られる。その結果、自動車等、軽量であることが要請される用途においても高温での使用環境に耐え得る熱交換器を提供することが可能になる。