JP2004084060A

JP2004084060A - 熱交換器用アルミニウム合金フィン材および該フィン材を組付けてなる熱交換器

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Publication number: JP2004084060A
Application number: JP2003109792A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Toyama; 外山　猛敏; Koji Hirao; 平尾　幸司; Takashi Hattori; 服部　隆; Yuji Hisatomi; 久富　裕二; Yasunaga Ito; 伊藤　泰永; Yoshifusa Shoji; 正路　美房
Original assignee: Denso Corp; Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Denso Corp; Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-04-15
Also published as: GB2390099A; US7018722B2; DE10327755B9; DE10327755A1; GB2390099B; JP4166613B2; GB0314386D0; US20040028940A1; DE10327755B4

Abstract

【課題】チューブ材への接合性および耐粒界腐食性に優れた、厚さが８０μｍ（０．０８ｍｍ）以下の熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供する。
【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材を介して、ろう付けにより製造されるアルミニウム合金製熱交換器に組付けられる厚さが８０μｍ以下のアルミニウム合金ベアフィン材またはブレージングフィン材であって、フィン材またはブレージングフィン材においては芯材のろう付け前の組織が繊維組織であり、ろう付け後の組織の結晶粒径が５０〜２５０μｍであることを特徴とする。ろう付け後のフィン材において、Ｓｉの固溶部分のＳｉ濃度が、フィン材表面で０．８％以上、フィン材の厚さの中央部で０．７％以下であることが望ましい。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器用アルミニウム合金フィン材、詳しくは、ラジエータ、ヒータコア、オイルクーラ、インタークーラ、カーエアコンのコンデンサ、エバポレータ等のように、フィンと作動流体通路の構成材料とをろう付けにより接合するアルミニウム合金製熱交換器用アルミニウム合金フィン材、特に耐粒界腐食性および接合性に優れたアルミニウム合金フィン材、および該フィン材を組付けた熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金製熱交換器は、自動車のラジエータ、ヒータコア、オイルクーラ、インタークーラ、カーエアコンのエバポレータやコンデンサ等の熱交換器として、広く使用されている。アルミニウム合金製熱交換器は、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金等からなる押出偏平管（作動流体通路材）あるいはこれらの合金にろう材をクラッドしたブレージングシートを管状に成形した管にアルミニウム合金のフィン材を組合わせ、ろう材を介して、塩化物系フラックスを使用するフラックスろう付け、フッ化物系フラックスを用いる不活性ガス雰囲気ろう付け、あるいは真空ろう付けにより組み立てられている。
【０００３】
ろう材としては、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が使用され、このろう材は、作動流体通路材側、またはフィン材の片面あるいは両面に配置される。アルミニウム合金製熱交換器のフィン材には、作動流体通路材を防食するために犠牲陽極効果が要求されると共に、ろう付け時の高温加熱による変形防止やろうの浸食防止のために耐高温座屈性（耐高温サグ性）が要求される。
【０００４】
このような要求を満たすために、従来、アルミニウム合金フィン材としては、ＪＩＳＡ３００３、ＪＩＳＡ３２０３等のＡｌ−Ｍｎ系合金が用いられており、さらに、Ａｌ−Ｍｎ系合金にＺｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等を添加して電気化学的に卑にして犠牲陽極効果を付与することが提案され（特許文献１参照）、また、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒを添加して耐サグ性を向上させることも提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
アルミニウム合金フィン材において、コルゲートフィンへの成形性を改善してろう付け性を向上させるために、ろう付け前の組織を繊維組織とすることも提案されている（特許文献３参照）。この手法は、成形性の改善には有効であるが、ろう付け後の結晶粒径が大きくなるとろう付け接合率が低下し、結晶粒径が小さいと座屈が生じるという問題がある。
【０００６】
近年、自動車の一層の軽量化のために、自動車用熱交換器の軽量化の要求がますます要求され、これに対応して熱交換器の構成部材のフィン材、作動流体通路材（チューブ材）等の薄肉化が進行しているが、ろう材をクラッドしたフィン材を薄肉化した場合には、ろう付け接合部に流動してくるろうが少なくなるので、接合部において、ろうの枯渇あるいは溶融過多が生じるという問題がある。
【０００７】
アルミニウム合金製熱交換器において、フィン材は、主に、チューブ材を防食するための犠牲陽極材としての作用を重視するために、フィン材自体が腐食する材料構成が考慮されてきた。しかしながら、構成部材の薄肉化、特に厚さが０．０８ｍｍ以下のアルミニウム合金フィン材を使用する場合、ろう材をクラッドしたブレージングフィン材においては、両面の溶融したろうが板厚方向全域の粒界に浸透し、粒界に卑な成分が生成して、粒界腐食が生じ易くなり、フィン材の粒界腐食が顕著になると熱交換器コアの強度が低下するという問題があり、また、ろう材をクラッドしないベア（裸）フィン材においても、組付けられる管側のろうが管とフィンとのろう付け接合部に浸透することにより粒界腐食が生じ易くなり、フィン材の粒界腐食が顕著になると熱交換器コアの強度が低下するという問題があるため、いずれのフィン材においても、フィン材には、チューブ材を防食するとともに、フィン材自体も耐食性を有することが要求されるようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭５６−１２３９５号公報（請求項）
【特許文献２】
特公昭５７−１３７８７号公報（請求項）
【特許文献３】
特開２００２−１５５３３２号公報（請求項）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、熱交換器用アルミニウム合金フィン材の薄肉化に伴う上記の問題点を解消し且つ上記の改善要求を満足するアルミニウム合金フィン材を得るために、ろう付け接合性、耐食性とくに耐粒界腐食性と合金組成、内部組織等との関連について検討を加えた結果としてなされたものであり、その目的は、チューブ材への接合性および耐粒界腐食性に優れた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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の請求項１による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材を介してろう付けにより製造されるアルミニウム合金製熱交換器に組付けられる厚さが８０μｍ以下のアルミニウム合金フィン材であって、ろう付け前の組織が繊維組織であり、ろう付け後の組織の結晶粒径が５０〜２５０μｍであることを特徴とする。
【００１１】
請求項２による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、請求項１記載のフィン材を芯材とし、その両面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラッドしてなることを特徴とする。
【００１２】
請求項３による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、請求項１のフィン材において、ろう付け後、ろう付け部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度が、フィン材の厚さの中央部で０．７％以下であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、請求項２のフィン材において、ろう付け後、ろう付け部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度が、フィン材表面で０．８％以上、フィン材の厚さの中央部で０．７％以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、請求項１〜４のいずれかに記載のフィン材において、フィン材が、Ｍｎ：０．８〜２．０　％、Ｆｅ：０．０５　〜０．８　％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｃｕ：０．２％以下、Ｚｎ：０．５〜４　％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、請求項１記載のフィン材を芯材とし、その両面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラッドしてなる請求項２または４記載のアルミニウム合金フィン材において、芯材が、Ｍｎ：０．８〜２．０　％、Ｆｅ：０．０５　〜０．８　％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｃｕ：０．２％以下、Ｚｎ：０．５〜４　％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、ろう材が、Ｓｉ：６〜１３％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、該ろう材が芯材の両面に、それぞれ全体厚さの３〜２０％の厚さでクラッドされていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、請求項５において、フィン材中のＣｕが０．０３％以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項８による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、請求項６において、芯材がＣｕ０．０３％以下を含有し、ろう材がＣｕ０．１　％以下を含有することを特徴とする。
【００１８】
請求項９による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、請求項５または７において、フィン材が、さらに、Ｚｒ：０．０５　〜０．３　％、Ｃｒ：０．０５　〜０．３　％の１種または２種を含有することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０いよる熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、請求項６または８において、芯材が、さらに、Ｚｒ：０．０５　〜０．３　％、Ｃｒ：０．０５　〜０．３　％の１種または２種を含有することを特徴とする。
【００２０】
請求項１１による熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、請求項６、８または１０において、ろう材が、さらに、Ｚｎ：０．５〜６　％を含有することを特徴とする。
【００２１】
請求項１２による熱交換器は、請求項１〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金フィン材をろう付けにより組付けてなることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材における（１）内部組織、（２）結晶粒径、（３）Ｓｉ濃度、（４）合金成分について説明する。
（１）内部組織
厚さが８０μｍ（０．０８ｍｍ）以下のフィン材においては、ベア（裸）フィン材およびブレージングフィン材の場合は芯材（以下、フィン基材と総称する）の組織が再結晶組織の場合には、空孔が多い粒界と粒内との間に強度のばらつきが生じ、これに起因してフィン材のコルゲート成形時にＲ部の形状がばらつき、その結果、フィン山高さのばらつきが大きくなって、コアを組付けた時のフィンと冷媒流路用チューブとのクリアランスが大きくなるため、ろう付け接合率が低下するという難点があるが、フィン基材の内部組織を繊維組織とし、前記強度のばらつきの分布を低減することによって、コルゲート成形時の形状のばらつき、フィン山高さのばらつきが少なくなり、接合率が向上する。
【００２３】
（２）結晶粒径
従来、ろう付け加熱後のフィン材の再結晶粒径は、その特性を向上のために、ろうの溶融温度まで再結晶が完了せずに亜結晶粒界に著しいエロージョンが生じることがない限り、大きいほうが良いとされていたが、本発明においては、前記のように、フィン基材の内部組織を繊維組織とするとともに、ろう付け後のフィン基材の組織の結晶粒径を５０〜２５０μｍの範囲に制御することが重要であり、この構成により、ろう付け後のフィンの接合率が著しく向上する。ろう付け後のフィン基材の組織の結晶粒径が５０μｍ未満では、粒界に浸透する溶融ろうの量が多くなりフィンに座屈が生じ、２５０μｍを越えると、ろう付け前の加工歪が回復された状態が高温まで継続し、その間にフィンの変形量が大きくなって、フィン高さが低下し、フィンと冷媒流路用チューブとの接合率が低下する。ろう付け後の芯材の組織の結晶粒径のさらに好ましい範囲は１００〜２００μｍである。
【００２４】
（３）Ｓｉ濃度
ろう付け後のフィン材の表面およびフィン材厚さ中央部のＳｉの固溶部分におけるＳｉ濃度を本発明の範囲に規定することにより、ろう付け後の熱交換器コアの耐粒界腐食性が著しく向上する。すなわち、芯材と芯材にクラッドされたろう材から構成されるブレージングフィン材においては、ろう付け加熱中に、ろう材中のＳｉは芯材の結晶粒界に沿って芯材内に拡散して行くが、フィン材の厚さが０．０８ｍｍ以下と薄くなると、とくに、ろう付け加熱サイクルが遅い場合には、ろう材から芯材へ拡散したＳｉは、ろう付け加熱温度での固溶限まで濃度が上昇し易く、このため、芯材の粒界Ｓｉ濃度は高くなり、その近傍にＳｉ濃度の低い領域が形成され、当該領域は電位的に卑であるため、フィン材に粒界腐食が生じ易くなる。ベアフィン材を使用する場合にも、管との接合部において、管側のろう材により上記ブレージングフィン材の場合と同様な現象が生じる。
【００２５】
ブレージングフィン材においては、ろう付け後のフィン材表面におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度を０．８％以上、フィン材厚さ中央部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度を０．７％以下に規制することにより、フィン材厚さ中央部のＳｉは殆ど粒界に析出しないため、フィン材表面の粒界が優先的に腐食し、その後の内部への腐食の進行は全面腐食として進行するので、フィン材の粒界腐食の発生が抑制される。フィン材の厚さが０．０８ｍｍを越える場合は、ろう材のＳｉが内部まで拡散しないので、粒界腐食のおそれはない。
【００２６】
ベアフィン材においては、ろう付け後の接合部のフィン材厚さ中央部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度を０．７％以下に規制することにより、フィン材厚さ中央部のＳｉは殆ど粒界に析出しないため、フィン材表面の粒界が優先的に腐食し、その後の内部への腐食の進行は全面腐食として進行するので、フィン材の粒界腐食の発生が抑制される。フィン材の厚さが０．０８ｍｍを越える場合は、ろう材のＳｉが内部まで拡散しないので、粒界腐食のおそれはない。
【００２７】
（４）合金成分
以下、本発明における合金成分の意義およびその限定理由について説明する。（フィン基材）
フィン基材中のＭｎは、芯材の強度を向上させ、耐高温座屈性を改善するよう機能する。Ｍｎの好ましい含有範囲は、０．８　％〜２．０　％であり、０．８　％未満ではその効果が小さく、２．０　％を越えて含有すると、鋳造時に粗大な晶出物が生成して圧延加工性が害され、板材の製造が困難となる。Ｍｎのさらに好ましい含有量は１．０　〜１．７　％の範囲である。
【００２８】
フィン基材中のＦｅは、Ｍｎと共存して、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。Ｆｅの好ましい含有量は０．０５〜０．８　％の範囲であり、０．０５％未満ではその効果が十分でなく、０．８　％を越えると、結晶粒が細かくなって、溶融ろうが芯材中に浸食し易くなり、耐高温座屈性が低下し、自己腐食性が増大する。Ｆｅのさらに好ましい含有量は０．０５〜０．３　％の範囲である。
【００２９】
フィン基材中のＳｉは、Ｍｎと結合して微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物を生成し、フィン材の強度を向上させるとともに、Ｍｎの固溶量を減少させて熱伝導度（電気伝導度）を向上させる。Ｓｉの好ましい含有範囲は０．０１％〜１．６　％であり、０．０１％未満ではその効果が十分でなく、１．６　％を越えると、粒界に多く存在して、粒界近傍にＳｉ濃度の低い領域を形成させるため粒界腐食が生じ易くなる。Ｓｉのさらに好ましい含有量は０．１　〜０．９　％の範囲である。
【００３０】
フィン基材中のＣｕ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が、耐粒界腐食性を低下させる。Ｃｕの好ましい含有量は０．２　％以下の範囲であり、０．２　％を越えると、フィン材の電位が貴となってフィンの犠牲陽極効果が低下するとともに、耐粒界腐食性も低下する。Ｃｕのより好ましい含有範囲は０．０３％以下、さらに好ましい含有範囲は０．０１％以下の範囲である。
【００３１】
フィン基材中のＺｎは、芯材の電位を卑にして犠牲陽極効果を高める。Ｚｎの好ましい含有範囲は０．５　％〜４．０　％であり、０．５　％未満ではその効果が小さく、４．０　％を越えて含有すると、芯材自体の自己耐食性が悪くなり、粒界腐食感受性も増加する。Ｚｎのさらに好ましい含有範囲は１．０　〜３．０　％の範囲である。
【００３２】
フィン基材中のＺｒ及びＣｒ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ともに、高温座屈性を改良する。Ｚｒ及びＣｒの好ましい含有範囲は、共に０．０５　　％〜０．３　％であり、０．０５％未満ではその効果が小さく、０．３　％を越えて含有すると、鋳造時に粗大な晶出物が生成して圧延加工性を害し、板材の製造が困難となる。
【００３３】
フィン基材中には、それぞれ０．３　％以下のＩｎ、Ｓｎ、Ｇａが添加されてもよく、これらの元素はいずれもフィン材の熱伝導度をほとんど低下させることなく電位を卑にし、犠牲陽極効果を与える。また、０．１　％以下のＰｂ、Ｌｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａが含有されていても本発明の効果が害されることはない。強度向上のために、それぞれ０．３　％以下のＶ、Ｍｏ、Ｎｉ、鋳造組織の微細化のために、０．３　％以下のＴｉ、０．０１％以下の、酸化防止のために、０．１　％以下のＢを添加することもできる。ろう付け法として真空ろう付けを適用する場合には、芯材の強度向上のために、０．５　％以下のＭｇを含有させることもできる。
【００３４】
（ろう材）
ろう材中のＳｉは、ろう材の融点を下げ、溶融ろうの流動性を高めるよう機能する。Ｓｉの好ましい含有範囲は６　〜１３％であり、６　％未満ではその効果が小さく、１３％を越えると融点が急激に高くなり、製造時の加工性も低下する。Ｓｉのさらに好ましい含有量は７　〜１１％の範囲である。
【００３５】
ろう材中のＺｎは、犠牲陽極効果を高めるよう機能する。Ｚｎの好ましい含有範囲は０．５　〜６　％であり、０．５　％未満ではその効果が小さく、６　％を越えると、製造時の加工性が低下するとともに、自然電位が卑となり自己腐食性が増大する。
【００３６】
ろう材中には、それぞれ０．３　％以下のＣｒ、Ｃｕ、Ｍｎ、それぞれ０．１　％以下のＰｂ、Ｌｉ、Ｃａが含まれていても、本発明の効果が損なわれることはない。鋳造組織の微細化のために、０．３　％以下のＴｉ、０．０１％以下のＢ、ろう材中のＳｉ粒子の微細化のために、それぞれ０．１　％以下のＳｒ、Ｎａ、電位を低くして犠牲陽極効果を与えるために、それぞれ０．１　％以下のＩｎ、Ｓｎ、Ｇａ、表面酸化皮膜の成長を抑制するために、０．１　％以下のＢｅ、ろう材の流動性を向上させるために、０．４　％以下のＢｉを添加することもできる。
【００３７】
ろう材中のＦｅは、多量に含まれると自己腐食が生じ易くなるため、０．８　％以下に制限することが望ましい。また、ろう材中のＭｇは、真空ろう付けを適用する場合には２．０　％以下の範囲で含有させるが、フッ化物系のフラックスを使用する不活性雰囲気ろう付けを適用する場合には、ろう付け性を阻害するため、０．５　％以下に制限するのが好ましい。
【００３８】
ブレージングフィン材におけるろう材のクラッド率は、厚さ８０μｍ（０．０８ｍｍ）以下のフィン材においては、片面で平均３〜２０％とするのが好ましい。片面の平均クラッド率が３％未満では、芯材にクラッドされるろう材の厚さが小さ過ぎて均一なクラッド率が得難く、ろう材をクラッドされたフィン材の製造が困難となる。２０％を越えると、ろうの溶融量が多くなり過ぎ、芯材が溶解、浸食され易くなる。さらに好ましいクラッド率は５〜１５％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は、ベアフィン材の場合には、所定の組成を有するフィン基材用アルミニウム合金を、例えば、半連続鋳造により造塊し、常法に従って均質化処理を行った後、熱間圧延、焼鈍、冷間圧延、あるいは熱間圧延後冷間圧延して、焼鈍、仕上げ冷間圧延を経て製造され、厚さ０．０８ｍｍ（８０μｍ）以下の板材とする。この板材を所定幅にスリッティングした後、コルゲート加工して、例えば、ＪＩＳ３００３合金などのＡｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、両面にそれぞれＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（外側）およびＪＩＳ７０７２合金（内側）をクラッドしてなるブレージングシートを管状に成形したチューブと組合わせて、ろう付け接合することにより熱交換器コアとする。
【００４０】
ブレージングフィン材の場合には、このブレージングフィン材を構成するための所定の組成を有するフィン基材（芯材）用アルミニウム合金およびろう材用アルミニウム合金を、例えば、半連続鋳造により造塊し、常法に従って均質化処理を行った後、ろう材については、さらに熱間圧延を行い、均質化処理後の芯材と熱間圧延後のろう材をクラッドして、熱間圧延、焼鈍、冷間圧延、あるいは熱間圧延後冷間圧延して、焼鈍、仕上げ冷間圧延をを経て製造され、厚さ０．０８ｍｍ（８０μｍ）以下の板材とする。この板材を所定幅にスリッティングした後、コルゲート加工して、作動流体通路材（チューブ材）、例えば、ＪＩＳ３００３合金などのＡｌ−Ｍｎ系合金で構成した偏平管偏平管と交互に積層し、ろう付け接合することにより、熱交換器コアとする。
【００４１】
本発明のアルミニウム合金フィン材においては、ろう付け前のフィン基材の組織を繊維組織とし、ろう付け後におけるフィン基材の組織の結晶粒径を５０〜２５０μｍ、好ましくは１００〜２００μｍに規定することを特徴とするが、これらの組織性状は、前記フィン材の製造工程における製造条件を調整することにより得ることができる。例えば、フィン基材の組織を繊維組織にするには、フィン材製造時の焼鈍処理温度を、フィン基材用アルミニウム合金の再結晶温度より低い温度に調整するとともに冷間圧延の加工度を調整するなどの手法が用いられ、ろう付け後におけるフィン基材の組織の結晶粒径を５０〜２５０μｍの範囲とするためには、中間焼鈍条件と冷間仕上げ圧延の条件を調整するなどの手法が用いられる。例えば、鋳塊を４５０〜６００℃の温度で３ｈ以上均質化処理し、３００〜５００℃の温度で熱間圧延を行い、その後、９０％以上の冷間圧延を行い、２８０℃以下の温度で焼鈍処理を行ったのち、５〜２５％の冷間圧延を行う手法が用いられる。また、ろう付け後のフィン材の表面およびフィン材厚さ中央部のＳｉの固溶部分におけるＳｉ濃度の制御は、ろう付け加熱サイクルを調整するなどの手法が用いられる。例えば、４５０℃以上からろう付け温度（約６００℃）まで昇温し、ろうの凝固温度域まで冷却する一連のろう付け処理時間を１５分以内、好ましくは１０分以内にする手法がある。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１
連続鋳造により、表１に示す組成を有する芯材用アルミニウム合金およびろう材用アルミニウム合金（組合せＮｏ．Ａ〜Ｑ）を造塊して、常法に従って均質化処理し、ろう材用アルミニウム合金鋳塊についてはさらに熱間圧延して、芯材用アルミニウム合金鋳塊の両面にクラッドした後、熱間圧延、ついで冷間圧延を行い、中間焼鈍を施した後、最終冷間圧延を経て、最終的に、表１に示すろう材クラッド率を有する厚さ０．０７ｍｍのクラッドフィン材（Ｈ１４調質材）を製造した。なお、中間焼鈍および冷間仕上げ圧延の条件を調整することにより、芯材の組織およびろう付け加熱後の芯材の再結晶組織の結晶粒径を変化させた。
【００４３】
得られたフィン材について、コルゲート成形加工を行い、表面にＺｎ処理を施した純アルミニウム系の多孔偏平管（５０段）からなるチューブ材に組付けて、予め嵌合部を設けたヘッダタンクおよびサイドプレートと組合わせ、フッ化物系のフラックスを吹き付けた後、６００℃（到達温度）に加熱して不活性雰囲気ろう付けを行った。なお、ろう付け時の加熱サイクルを調整して、ろう付け後のフィン材の表面およびフィン材厚さ中央部のＳｉの固溶部分におけるＳｉ濃度を変化させた。
【００４４】
【表１】

【００４５】
芯材とろう材の組合せＮｏ．Ａ〜Ｑの試験材について、ろう付け接合前の芯材の組織、ろう付け接合後の芯材の組織の結晶粒径、ろう付け後のフィン材表面およびフィン材の厚さ中央部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度、ろう付け接合率、接合部の溶融座屈の有無、耐粒界腐食性、フィン材と接合されたチューブ材の耐孔食性を、以下の方法により評価した。評価結果を表２に示す。
【００４６】
ろう付け加熱前の芯材組織：フィン材の芯材部の表面偏光ミクロ写真から再結晶しているか否かを判断する。
ろう付け接合後の芯材組織の結晶粒径：上記表面偏光ミクロ写真を撮影し、その写真内の結晶粒数を数えて円相当径に換算した値を用いる。
ろう付け後のフィン材表面およびフィン材の厚さ中央部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度：ＥＰＭＡにて、析出物が存在しない部位を選定し、ビーム径１μｍでＳｉ濃度を測定して５点の平均値を求める。
【００４７】
ろう付け接合率：ろう付け加熱後のコルゲートフィンに治具を押し当ててフィンを破断し（接合されていない部分は除去し）、チューブ表面とフィン接合部跡を観察して、全コルゲート数に対して接合していないフィン山の数を数え接合率（〔（未接合フィン山／全コルゲート数）〕×１００（％））を求める。
接合部の溶融座屈の有無：接合部の代表部分を採取して、樹脂に埋め込み、接合部が溶融座屈しているか否かを観察する。
【００４８】
耐粒界腐食性：フィンとチューブを接合してなるコアについて、ＳＷＡＡＴ腐食試験（ＡＳＴＭ　Ｇ８５−８５）を４週間行った後、フィンの上下のチューブをつかんで引張試験を行って破断強度を測定し、その平均強度をフィン材の耐粒界腐食性判断の指標とする。
チューブ材の耐孔食性：上記の腐食試験でチューブに生じた最大孔食深さを測定して評価する。
【００４９】
【表２】

【００５０】
表２にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１〜１７はいずれも、フィンの接合率が９８％以上の優れたろう付け接合性を示し、フィン接合部での座屈を生じることがなく、腐食試験後のフィンの平均引張強度も５０ＭＰａ以上で、チューブの最大孔食深さは０．１ｍｍ未満の優れた耐孔食性を示した。
【００５１】
比較例１
連続鋳造により、表３に示す組成を有する芯材用アルミニウム合金およびろう材用アルミニウム合金（組合せＮｏ．ａ〜ｏ）を造塊して、常法に従って均質化処理し、ろう材用アルミニウム合金鋳塊についてはさらに熱間圧延して、芯材用アルミニウム合金鋳塊の両面にクラッドした後、熱間圧延、ついで冷間圧延を行い、中間焼鈍を施した後、最終冷間圧延を経て、最終的に、表３に示すろう材クラッド率を有する厚さ０．０７ｍｍのクラッドフィン材（Ｈ１４調質材）を製造した。なお、中間焼鈍および冷間仕上げ圧延の条件を調整することにより、芯材の組織およびろう付け加熱後の芯材の再結晶組織の結晶粒径を変化させた。
【００５２】
得られたフィン材について、実施例と同様に、コルゲート成形加工を行い、表面にＺｎ処理を施した純アルミニウム系の多孔偏平管（５０段）からなるチューブ材に組付けて、予め嵌合部を設けたヘッダタンクおよびサイドプレートと組合わせ、フッ化物系のフラックスを吹き付けた後、６００℃（到達温度）に加熱して不活性雰囲気ろう付けを行った。なお、ろう付け時の加熱サイクルを調整して、ろう付け後のフィン材の表面およびフィン材厚さ中央部のＳｉの固溶部分におけるＳｉ濃度を変化させた。
【００５３】
【表３】

【００５４】
芯材とろう材の組合せＮｏ．ａ〜ｏの試験材について、ろう付け接合前の芯材の組織、ろう付け接合後の芯材の組織の結晶粒径、ろう付け後のフィン材表面およびフィン材の厚さ中央部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度、ろう付け接合率、接合部の溶融座屈の有無、耐粒界腐食性、フィン材と接合されたチューブ材の耐孔食性を、実施例１と同じ方法により評価した。評価結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】

【００５６】
表４に示すように、試験材Ｎｏ．１８は、ろう付け後のフィン材厚さ中央部のＳｉ濃度が高いため、粒界腐食が進行しフィンの引張強度が低くなっている。試験材Ｎｏ．１９は、ろう材のクラッド率が低いため、圧延されたフィン材の表面がひび割れし、クラッドフィン材の製造ができなかった。試験材Ｎｏ．２０および２１は、それぞれ芯材のＭｎ量、Ｃｒ量は多いため、鋳造時に粗大な化合物が生じて圧延加工性が害され、健全なフィン材の製造ができなかった。
【００５７】
試験材Ｎｏ．２２は、芯材のＦｅ量が多いため、ろう付け後の芯材の結晶粒径が小さくなり、芯材の結晶粒界に溶融ろうが浸透してフィンに座屈が生じた。試験材Ｎｏ．２３は、芯材のＺｒ量が多いため、鋳造時に粗大な化合物が生成して圧延加工性が害され、健全なフィン材が製造できなかった。試験材Ｎｏ．２４は、芯材のＳｉ量が多いため、ろう付け接合部に局部溶融による座屈が生じた。また、過剰に溶融したＳｉが芯材の結晶粒界で凝固したため、腐食試験後の引張強度が劣っている。
【００５８】
試験材Ｎｏ．２５は、ろう材のクラッド率が高いため、ろうの溶融量が多く芯材が浸食された結果、接合部で座屈が生じた。また芯材のＣｕ量が高いため、粒界腐食が生じ易くなり、フィンの引張強度が著しく劣った。試験材Ｎｏ．２６は、ろう材のＳｉ量が低いため、流動するろうの量が不十分となり接合率が劣っており、腐食試験ができなかった。試験材Ｎｏ．２７は、ろう材のＳｉ量が多いため、圧延加工で材料の切断が生じた。また、芯材のＺｎ量が少ないため、犠牲陽極効果が十分でなく、チューブ材に深い孔食が生じた。
【００５９】
試験材Ｎｏ．２８は、ろう付け後の芯材の結晶粒径が大きいため、コルゲート加工の歪が回復されている状態が高温まで継続してフィンの変形量が大きくなった結果、ろう付け接合性が劣る。また、芯材のＺｎ量が多いため、粒界腐食が生じ易く、腐食試験後のフィンの引張強度が低下している。試験材Ｎｏ．２９は、ろう付け前の芯材の組織が再結晶組織のため、コルゲート成形時のフィンの山高さのばらつきが大きくなり、ろう付け接合率が低い。
【００６０】
試験材Ｎｏ．３０および３１は、ろう付け後のフィン材の表面および厚さ中央部でのＳｉ固溶部分のＳｉ濃度が適切でないため、腐食試験後のフィンの引張強度が劣る。また、試験材Ｎｏ．３２は、ろう付け後のフィン材の厚さ中央部でのＳｉ固溶部分のＳｉ濃度が高いため、腐食試験後のフィンの引張強度が劣る。
【００６１】
実施例２
連続鋳造により、表５に示す組成を有するアルミニウム合金（合金Ｎｏ．２Ａ〜２Ｑ）を造塊して、常法に従って均質化処理し、熱間圧延、ついで冷間圧延を行い、中間焼鈍を施した後、最終冷間圧延を経て、最終的に厚さ０．０７ｍｍのベアフィン材（Ｈ１４調質材）を製造した。なお、中間焼鈍および冷間仕上げ圧延の条件を調整することにより、フィン材の組織およびろう付け加熱後のフィン材の再結晶組織の結晶粒径を変化させた。
【００６２】
得られたフィン材（試験材）について、コルゲート成形加工を行い、３００３合金を芯材とし、その両面にＡｌ−１０％Ｓｉ合金ろう（外側）（クラッド率１０％）および７０７２合金（内側犠牲陽極材）（クラッド率２０％）をクラッドしてなるブレージングシート（厚さ０．２ｍｍ）をロールフォーミングで管状に成形したチューブ材（５０段）に組付けて、予め嵌合部を設けたヘッダタンクおよびサイドプレートと組合わせ、フッ化物系のフラックスを吹き付けた後、６００℃（到達温度）に加熱して不活性雰囲気ろう付けを行った。なお、ろう付け時の加熱サイクルを調整して、ろう付け後のフィン材の厚さ中央部のＳｉの固溶部分におけるＳｉ濃度を変化させた。
【００６３】
【表５】

【００６４】
試験材について、ろう付け前の組織、ろう付け後の組織の結晶粒径、ろう付け後のフィン材の厚さ中央部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度、ろう付け接合率、接合部の溶融座屈の有無、耐粒界腐食性、フィン材と接合されたチューブ材の耐孔食性を、実施例１と同じ方法で評価した。結果を表６に示す。
【００６５】
表６にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．３３〜４９はいずれも、フィンの接合率が９８％以上の優れたろう付け接合性を示し、フィン接合部での座屈を生じることがなく、腐食試験後のフィンの平均引張強度も５０ＭＰａ以上で、チューブの最大孔食深さは０．１ｍｍ未満の優れた耐孔食性を示した。
【００６６】
【表６】

【００６７】
比較例２
連続鋳造により、表７に示す組成を有するアルミニウム合金（合金Ｎｏ．２ａ〜２ｏ）を造塊して、常法に従って均質化処理し、熱間圧延、ついで冷間圧延を行い、中間焼鈍を施した後、最終冷間圧延を経て、最終的に厚さ０．０７ｍｍのベアフィン材（Ｈ１４調質材）を製造した。なお、中間焼鈍および冷間仕上げ圧延の条件を調整することにより、フィン材の組織およびろう付け加熱後のフィン材の再結晶組織の結晶粒径を変化させた。
【００６８】
得られたフィン材（試験材）について、コルゲート成形加工を行い、３００３合金を芯材とし、その両面にＡｌ−１０％Ｓｉ合金ろう（外側）（クラッド率１０％）および７０７２合金（内側犠牲陽極材）（クラッド率２０％）をクラッドしてなるブレージングシート（厚さ０．２ｍｍ）をロールフォーミングで管状に成形したチューブ材（５０段）に組付けて、予め嵌合部を設けたヘッダタンクおよびサイドプレートと組合わせ、フッ化物系のフラックスを吹き付けた後、６００℃（到達温度）に加熱して不活性雰囲気ろう付けを行った。なお、ろう付け時の加熱サイクルを調整して、ろう付け後のフィン材の厚さ中央部のＳｉの固溶部分におけるＳｉ濃度を変化させた。
【００６９】
【表７】

【００７０】
試験材について、ろう付け前の組織、ろう付け後の組織の結晶粒径、ろう付け後のフィン材の厚さ中央部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度、ろう付け接合率、接合部の溶融座屈の有無、耐粒界腐食性、フィン材と接合されたチューブ材の耐孔食性を、実施例１と同じ方法で評価した。結果を表８に示す。
【００７１】
【表８】

【００７２】
表４に示すように、試験材Ｎｏ．５０は、フィン材のＭｎ量が少ないためフィン材としての強度が十分でなく、耐高温座屈性に劣る。試験材Ｎｏ．５１および５２は、それぞれフィン材のＭｎ量およびＣｒ量が多いため、鋳造時に粗大な化合物が生じて圧延加工性が害され、健全なフィン材の製造ができなかった。
【００７３】
試験材Ｎｏ．５３は、フィン材のＦｅ量が多いため、ろう付け後のフィン材の結晶粒径が小さくなり、フィン材の結晶粒界に溶融ろうが浸透してフィンに座屈が生じた。試験材Ｎｏ．５４は、フィン材のＺｒ量が多いため、鋳造時に粗大な化合物が生成して圧延加工性が害され、健全なフィン材が製造できなかった。試験材Ｎｏ．５５は、フィン材のＳｉ量が多いため、ろう付け接合部に局部溶融による座屈が生じた。また、過剰に溶融したＳｉがフィン材の結晶粒界で凝固したため、粒界腐食試験後の引張強度が劣っている。
【００７４】
試験材Ｎｏ．５６は、フィン材のＣｕ量が高いため、粒界腐食が生じ易くなり、フィンの引張強度が著しく劣った。試験材Ｎｏ．５７は、フィン材のＺｎ量が少ないため、犠牲陽極効果が十分でなく、チューブ材に深い孔食が生じた。試験材Ｎｏ．５８は、ろう付け後のフィン材の結晶粒径が大きいため、コルゲート加工の歪が回復されている状態が高温まで継続してフィンの変形量が大きくなった結果、ろう付け接合性が劣る。また、フィン材のＺｎ量が多いため、粒界腐食が生じ易く、腐食試験後のフィンの引張強度が低下している。
【００７５】
試験材Ｎｏ．５９は、ろう付け前のフィン材の組織が再結晶組織のため、コルゲート成形時のフィンの山高さのばらつきが大きくなり、ろう付け接合率が低い。試験材Ｎｏ．６０〜６２は、ろう付け後のフィン材の厚さ中央部でのＳｉ固溶部分のＳｉ濃度が高いため、粒界腐食試験後のフィンの引張強度が劣る。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、チューブ材への接合性および耐粒界腐食性に優れた、厚さが８０μｍ（０．０８ｍｍ）以下の熱交換器用アルミニウム合金フィン材が提供される。当該熱交換器用アルミニウム合金フィン材によれば、フィン材の薄肉化が可能となり、熱交換器の軽量化、長寿命化が達成される。

Claims

Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材を介してろう付けにより製造されるアルミニウム合金製熱交換器に組付けられる厚さが８０μｍ以下のアルミニウム合金フィン材であって、ろう付け前の組織が繊維組織であり、ろう付け後の組織の結晶粒径が５０〜２５０μｍ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１記載のフィン材を芯材とし、その両面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラッドしてな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。
ろう付け後のフィン材において、ろう付け部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度が、フィン材の厚さの中央部で０．７％（質量％、以下同じ）以下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フィン材。
ろう付け後のフィン材において、ろう付け部におけるＳｉの固溶部分のＳｉ濃度が、フィン材表面で０．８％以上、フィン材の厚さの中央部で０．７％以下であることを特徴とする請求項２記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
前記フィン材は、Ｍｎ：０．８〜２．０　％（質量％、以下同じ）、Ｆｅ：０．０５　〜０．８　％、Ｓｉ：１．５％以下（０％を含まず、以下同じ）　、Ｃｕ：０．２％以下、Ｚｎ：０．５〜４　％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする請求項１または３記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
請求項１記載のフィン材を芯材とし、その両面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラッドしてなる請求項２または４記載のフィン材において、芯材は、Ｍｎ：０．８〜２．０　％、Ｆｅ：０．０５　〜０．８　％、Ｓｉ：１．５％以下（０％を含まず、以下同じ）　、Ｃｕ：０．２％以下、Ｚｎ：０．５〜４　％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、ろう材は、Ｓｉ：６〜１３％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、該ろう材が芯材の両面に、それぞれ全体厚さの３〜２０％の厚さでクラッドされてい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。
前記フィン材中のＣｕが０．０３％以下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フィン材。
前記芯材はＣｕ０．０３％以下を含有し、前記ろう材はＣｕ０．１　％以下を含有することを特徴とする請求項６記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
前記フィン材が、さらに、Ｚｒ：０．０５　〜０．３　％、Ｃｒ：０．０５　〜０．３　％の１種または２種を含有することを特徴とする請求項５または７記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
前記芯材が、さらに、Ｚｒ：０．０５　〜０．３　％、Ｃｒ：０．０５　〜０．３　％の１種または２種を含有することを特徴とする請求項６または８記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
前記ろう材が、さらに、Ｚｎ：０．５〜６　％を含有することを特徴とする請求項６、８または１０記載の熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
請求項１〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金フィン材をろう付けにより組付けてなることを特徴とする熱交換器。