JP6496545B2 - ろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材 - Google Patents
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Description
この発明は、自動車用の熱交換器などに好適に用いることができるろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材に関する。
従来、自動車用ラジエータ、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合金材が多く使われている。熱交換器の構成部材のひとつであるフィン材にもＡｌ合金材が用いられている。このような熱交換器用フィン材として、強度、高導電性などの特性が要求されている。
例えば、特許文献１では、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉを適量含有し、結晶粒径を調整することで成形性、ろう付け性などを改善したフィン材が提案されており、特許文献２では、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅを適量含有し、Ｆｅ／Ｍｎ比を規定することで強度、耐食性、熱伝導性などを改善したフィン材が提案されている。また、特許文献３では、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚｎを適量含有し、Ｍｎ、Ｓｉ量相互の関係を規定し、さらに金属間化合物を規定することで高強度、高熱伝導性を改善したフィン材が提案されている。
例えば、特許文献１では、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉを適量含有し、結晶粒径を調整することで成形性、ろう付け性などを改善したフィン材が提案されており、特許文献２では、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅを適量含有し、Ｆｅ／Ｍｎ比を規定することで強度、耐食性、熱伝導性などを改善したフィン材が提案されている。また、特許文献３では、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚｎを適量含有し、Ｍｎ、Ｓｉ量相互の関係を規定し、さらに金属間化合物を規定することで高強度、高熱伝導性を改善したフィン材が提案されている。
自動車用などの熱交換器用フィン材では、特にろう付後の高強度、高導電性が求められているが、従来のＤＣ（半連続鋳造）製法では、鋳造時の凝固速度が遅いため、高強度を狙って各種添加元素量を増加させると過飽和固溶により導電率が低下するトレードオフの関係にある。このため、強度、導電性の両方が格別に優れたフィン材を得るに至っていない。
また、最近では熱交換器として組み付けられた後のろう付加熱過程におけるフィン材の強度変化特性が非常に重要であることが分かってきている。つまり、ろう付加熱過程において、フィン材がチューブ材に対して、低温領域で軟化すると、フィンの強度が低下して座屈を生じ、局部的にろう付不良（フィンの未接着）が生じる。一方でチューブ材に対して、高温領域まで軟化しないと、相対的にフィンの強度が高いために、接合体であるチューブを変形させてしまう問題がある。このように、近年ではＤＣ製法において、ろう付後の高強度と高導電牲を満足しつつ、なお且つ熱交換器としてのろう付性に優れるフィン材が求められている。
また、最近では熱交換器として組み付けられた後のろう付加熱過程におけるフィン材の強度変化特性が非常に重要であることが分かってきている。つまり、ろう付加熱過程において、フィン材がチューブ材に対して、低温領域で軟化すると、フィンの強度が低下して座屈を生じ、局部的にろう付不良（フィンの未接着）が生じる。一方でチューブ材に対して、高温領域まで軟化しないと、相対的にフィンの強度が高いために、接合体であるチューブを変形させてしまう問題がある。このように、近年ではＤＣ製法において、ろう付後の高強度と高導電牲を満足しつつ、なお且つ熱交換器としてのろう付性に優れるフィン材が求められている。
本願発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ろう付後の強度と導電牲に優れたろう付性に優れる熱交換器用のアルミニウム合金フィン材が提供することを基本的な目的とする。
すなわち、本発明のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材のうち、第１の本発明は、質量％で、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｃｕ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｆｅ：０．１〜０．５％、Ｚｎ：１．０〜３．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物の組成のアルミニウム合金フィン材であって、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材をろう付け対象とし、ろう付加熱において、前記アルミニウム合金フィン材の耐力（ＹＳｆｉｎ）と前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材の耐力（ＹＳｔｕｂｅ）とが、同一温度での耐力の比（ＹＳｆｉｎ／ＹＳｔｕｂｅ）において、加熱温度が２５０℃〜５００℃の範囲で常に０．７≦（ＹＳｆｉｎ／ＹＳｔｕｂｅ）≦１．７の範囲であり、
前記アルミニウム合金フィン材が、常温において、ろう付後の引張強さが１４０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上であり、
前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材が、常温において、ろう付後の引張強さが１５０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
前記アルミニウム合金フィン材が、常温において、ろう付後の引張強さが１４０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上であり、
前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材が、常温において、ろう付後の引張強さが１５０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
第２の本発明のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、前記第１の本発明において、さらに質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｇ：０．０１〜０．２０％のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする。
第３の本発明のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、前記第１または第２の本発明において、前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、質量％で、Ｍｎ：１．０〜１．８％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．３０〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜０．５％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする。
第４の本発明のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｇ：０．０１〜０．５０％のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする。
第５の本発明のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材がチューブ材の芯材であることを特徴とする。
第６の本発明のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、板厚が８０μｍ以下である。
第７の本発明のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、前記第１〜第６の本発明のいずれかにおいて、前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、板厚が２５０μｍ以下であることを特徴とする。
以下に、本発明における成分などの限定理由を説明する。なお、以下の成分量はいずれも質量％で示される。
Ｍｎ：１．０〜２．０％
Ｍｎは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために含有する。ただし、１．０％未満であると、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、２．０％を越えると、鋳造性、圧延性などにおいて製造性を悪化させる。このためＭｎ含有量を１．０〜２．０％とする。なお、同様の理由で下限を１．５％、上限を１．８％とするのが望ましい。
Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを必須の成分として含む。Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉのみで構成されていてもよく、これにＦｅを含んでいてもよい。以下も同様である。
Ｍｎは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために含有する。ただし、１．０％未満であると、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、２．０％を越えると、鋳造性、圧延性などにおいて製造性を悪化させる。このためＭｎ含有量を１．０〜２．０％とする。なお、同様の理由で下限を１．５％、上限を１．８％とするのが望ましい。
Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを必須の成分として含む。Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉのみで構成されていてもよく、これにＦｅを含んでいてもよい。以下も同様である。
Ｃｕ：０．０１〜０．２０％
Ｃｕは、ろう付け後の強度向上に寄与する。ただし、０．０１％未満の含有では、強度向上の効果が小さく、一方、０．２０％を超えて含有すると、鋳造性が低下して製造性が悪化し、また、融点が低下してろう付け性が低下する。このため、Ｃｕ含有量は、０．０１〜０．２０％とする。なお、同様の理由で下限を０．０５％、上限を０．１５％とするのが望ましい。
Ｃｕは、ろう付け後の強度向上に寄与する。ただし、０．０１％未満の含有では、強度向上の効果が小さく、一方、０．２０％を超えて含有すると、鋳造性が低下して製造性が悪化し、また、融点が低下してろう付け性が低下する。このため、Ｃｕ含有量は、０．０１〜０．２０％とする。なお、同様の理由で下限を０．０５％、上限を０．１５％とするのが望ましい。
Ｓｉ：０．５〜１．５％
Ｓｉは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために含有する。ただし、０．５％未満の含有では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、１．５０％を超えて含有すると、融点が低下してろう付け性が低下する。このため、Ｓｉ含有量を０．５〜１．５０％とする。なお、同様の理由で下限を１．００％、上限を１．２０％とするのが望ましい。
Ｓｉは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために含有する。ただし、０．５％未満の含有では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、１．５０％を超えて含有すると、融点が低下してろう付け性が低下する。このため、Ｓｉ含有量を０．５〜１．５０％とする。なお、同様の理由で下限を１．００％、上限を１．２０％とするのが望ましい。
Ｆｅ：０．１〜０．５％
Ｆｅは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を向上させる効果がある。ただし、０．５％を超えて含有すると、鋳造性、圧延性などにおいて製造性を悪化させ、耐食性が低下する。このため、Ｆｅ含有量は、０．１〜０．５％以下とする。また、上記効果を得るため、Ｆｅ含有量は０．２〜０．４％とするのが望ましい。
Ｆｅは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を向上させる効果がある。ただし、０．５％を超えて含有すると、鋳造性、圧延性などにおいて製造性を悪化させ、耐食性が低下する。このため、Ｆｅ含有量は、０．１〜０．５％以下とする。また、上記効果を得るため、Ｆｅ含有量は０．２〜０．４％とするのが望ましい。
Ｚｎ：１．０〜３．０％
Ｚｎは、アルミニウム合金の電位を卑にする作用があり、犠牲陽極効果を得て耐食性を向上させるために含有する。ただし、１．０％未満の含有では、所望の耐食性向上効果が得られない。一方、３．０％を超えて含有すると融点が低下し、ろう付加熱時に局部溶融が発生する。このため、Ｚｎ含有量を１．０〜３．０％とする。なお、同様の理由で下限を１．５％、上限を２．５％とするのが望ましい。
Ｚｎは、アルミニウム合金の電位を卑にする作用があり、犠牲陽極効果を得て耐食性を向上させるために含有する。ただし、１．０％未満の含有では、所望の耐食性向上効果が得られない。一方、３．０％を超えて含有すると融点が低下し、ろう付加熱時に局部溶融が発生する。このため、Ｚｎ含有量を１．０〜３．０％とする。なお、同様の理由で下限を１．５％、上限を２．５％とするのが望ましい。
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｇ：０．０１〜０．２０％のうち、１種または２種以上
Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｇは金属間化合物を形成し、分散強化および固溶強化により強度が向上するので、所望により１種以上を含有する。ただし、それぞれ含有量が下限未満であると、分散強化および固溶強化への影響が小さく、強度が向上する効果が小さい。Ｔｉ、Ｃｒがそれぞれの上限を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性が低下する。また、Ｍｇは、上限を超えるとろう付性を低下させる。
したがって、それぞれの含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由でＴｉ、Ｃｒ、Ｍｇ：下限０．０３％、上限０．１５％とするのが望ましい。
Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｇは金属間化合物を形成し、分散強化および固溶強化により強度が向上するので、所望により１種以上を含有する。ただし、それぞれ含有量が下限未満であると、分散強化および固溶強化への影響が小さく、強度が向上する効果が小さい。Ｔｉ、Ｃｒがそれぞれの上限を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性が低下する。また、Ｍｇは、上限を超えるとろう付性を低下させる。
したがって、それぞれの含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由でＴｉ、Ｃｒ、Ｍｇ：下限０．０３％、上限０．１５％とするのが望ましい。
板厚：８０μｍ以下
フィン材の厚さが薄いことにより、ろう付け時の強度が課題になり、本願発明の効果が顕著になる。
フィン材の厚さが薄いことにより、ろう付け時の強度が課題になり、本願発明の効果が顕著になる。
ろう付後に、引張強さ１４０ＭＰａ以上、耐力５０ＭＰａ以上
熱交換器使用時に十分な耐久強度を得るために上記引張強さ、耐力を規定する。
部材の薄肉化に伴い、高強度材が求められている。フィン材のろう付後強度が低いと車載搭載時に熱交換器に負荷される繰り返しの振動や冷却水の膨張、圧縮により、フィン破断が生じやすくなる。このような破断部ではフィンのチューブ膨張、圧縮を抑制する効果が得られず、チューブは太鼓状に膨張して、早期の破断つまり内部冷却水の漏れにつながる。これまでの実績ではフィン板厚が８０μｍ以下となった場合でもろう付後の引張強さが１４０ＭＰａ以上有していれば、市場でのフィン破断を大幅に軽減できることが分かっている。
耐力は弾性限度を示しており、ろう付後の耐力が低い場合、車載搭載時の繰り返し振動により、フィン破断に至らなくても、塑性変形を生じて原形を留めず、複数段のフィンが変形する事でコア収縮が生じる。フィン板厚が８０μｍ以下となった場合でもろう付後の耐力５０ＭＰａ以上有していれば、上記影響を軽減できることが分かっている。
熱交換器使用時に十分な耐久強度を得るために上記引張強さ、耐力を規定する。
部材の薄肉化に伴い、高強度材が求められている。フィン材のろう付後強度が低いと車載搭載時に熱交換器に負荷される繰り返しの振動や冷却水の膨張、圧縮により、フィン破断が生じやすくなる。このような破断部ではフィンのチューブ膨張、圧縮を抑制する効果が得られず、チューブは太鼓状に膨張して、早期の破断つまり内部冷却水の漏れにつながる。これまでの実績ではフィン板厚が８０μｍ以下となった場合でもろう付後の引張強さが１４０ＭＰａ以上有していれば、市場でのフィン破断を大幅に軽減できることが分かっている。
耐力は弾性限度を示しており、ろう付後の耐力が低い場合、車載搭載時の繰り返し振動により、フィン破断に至らなくても、塑性変形を生じて原形を留めず、複数段のフィンが変形する事でコア収縮が生じる。フィン板厚が８０μｍ以下となった場合でもろう付後の耐力５０ＭＰａ以上有していれば、上記影響を軽減できることが分かっている。
Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材
本発明のろう付け対象となるＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、成分が特定のものに限定されるものではないが、好適には質量％で、Ｍｎ：１．０〜１．８％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．３０〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜０．５％を含有し、さらに、所望によりＴｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｇ：０．０１〜０．５０％のうち、１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するものが挙げられる。以下にその理由を説明する。
Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、チューブ材やヘッダー材が例示される。
Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、単材でもよく、また、少なくともろう付け側にろう材がクラッドされたクラッド材によって提供されるものであってもよい。
本発明のろう付け対象となるＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、成分が特定のものに限定されるものではないが、好適には質量％で、Ｍｎ：１．０〜１．８％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．３０〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜０．５％を含有し、さらに、所望によりＴｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｇ：０．０１〜０．５０％のうち、１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するものが挙げられる。以下にその理由を説明する。
Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、チューブ材やヘッダー材が例示される。
Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、単材でもよく、また、少なくともろう付け側にろう材がクラッドされたクラッド材によって提供されるものであってもよい。
Ｍｎ：１．０〜１．８％
Ｍｎは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために含有する。ただし、１．０％未満であると、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、１．８％を越えると、鋳造性、圧延性などにおいて製造性を悪化させる。このためＭｎ含有量を１．０〜１．８％とする。なお、同様の理由で下限を１．３％、上限を１．６％とするのが望ましい。
Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを必須の成分として含む。Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉのみで構成されていてもよく、これにＦｅを含んでいてもよい。以下も同様である。
Ｍｎは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために含有する。ただし、１．０％未満であると、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、１．８％を越えると、鋳造性、圧延性などにおいて製造性を悪化させる。このためＭｎ含有量を１．０〜１．８％とする。なお、同様の理由で下限を１．３％、上限を１．６％とするのが望ましい。
Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを必須の成分として含む。Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉのみで構成されていてもよく、これにＦｅを含んでいてもよい。以下も同様である。
Ｃｕ：０．３０〜１．０％
Ｃｕは、ろう付け後の強度向上に寄与する。ただし、０．３％未満の含有では、強度向上の効果が小さく、一方、１．０％を超えて含有すると、鋳造性などが低下して製造性が悪化し、また、融点が低下してろう付け性が低下する。このため、Ｃｕ含有量は、０．３〜１．０％とする。なお、同様の理由で下限を０．５％、上限を０．８％とするのが望ましい。
Ｃｕは、ろう付け後の強度向上に寄与する。ただし、０．３％未満の含有では、強度向上の効果が小さく、一方、１．０％を超えて含有すると、鋳造性などが低下して製造性が悪化し、また、融点が低下してろう付け性が低下する。このため、Ｃｕ含有量は、０．３〜１．０％とする。なお、同様の理由で下限を０．５％、上限を０．８％とするのが望ましい。
Ｓｉ：０．３０〜１．０％
Ｓｉは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために含有する。ただし、０．３０％未満の含有では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、１．０％を超えて含有すると、融点が低下してろう付け性が低下する。このため、Ｓｉ含有量を０．３０〜１．０％とする。なお、同様の理由で下限を０．５％、上限を０．７％とするのが望ましい。
Ｓｉは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を得るために含有する。ただし、０．３０％未満の含有では、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系金属間化合物による分散強化の効果が小さく、所望のろう付後強度が得られない。一方、１．０％を超えて含有すると、融点が低下してろう付け性が低下する。このため、Ｓｉ含有量を０．３０〜１．０％とする。なお、同様の理由で下限を０．５％、上限を０．７％とするのが望ましい。
Ｆｅ：０．１〜０．５％
Ｆｅは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を向上させる効果がある。ただし、０．５％を超えて含有すると、鋳造性、圧延性などにおいて製造性を悪化させ、耐食性が低下する。このため、Ｆｅ含有量は、０．５％以下とする。また、上記効果を得るため、Ｆｅ含有量は下限を０．１％、上限を０．３％とするのが望ましい。
Ｆｅは、Ａｌ−（Ｍｎ、Ｆｅ）−Ｓｉ系粒子を析出させ、分散強化によるろう付後の強度を向上させる効果がある。ただし、０．５％を超えて含有すると、鋳造性、圧延性などにおいて製造性を悪化させ、耐食性が低下する。このため、Ｆｅ含有量は、０．５％以下とする。また、上記効果を得るため、Ｆｅ含有量は下限を０．１％、上限を０．３％とするのが望ましい。
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｇ：０．０１〜０．５０％のうち、１種または２種以上
Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｇは金属間化合物を形成し、分散強化および固溶強化により強度が向上するので、所望により１種以上を含有する。ただし、それぞれ含有量が下限未満であると、分散強化および固溶強化への影響が小さく、強度が向上する効果が小さい。Ｔｉ、Ｃｒがそれぞれの上限を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性が低下する。また、Ｍｇは、上限を超えるとろう付性を低下させる。
したがって、それぞれの含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由でＴｉ、Ｃｒ、Ｍｇ：下限０．０３％、上限０．１５％とするのが望ましい。
Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｇは金属間化合物を形成し、分散強化および固溶強化により強度が向上するので、所望により１種以上を含有する。ただし、それぞれ含有量が下限未満であると、分散強化および固溶強化への影響が小さく、強度が向上する効果が小さい。Ｔｉ、Ｃｒがそれぞれの上限を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性が低下する。また、Ｍｇは、上限を超えるとろう付性を低下させる。
したがって、それぞれの含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由でＴｉ、Ｃｒ、Ｍｇ：下限０．０３％、上限０．１５％とするのが望ましい。
ろう付後の引張強さが１５０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上、板厚が２５０μｍ以下
部材の薄肉化に伴い、高強度材が求められている。チューブ材のろう付後強度が低いと車両搭載時に熱交換器に負荷される繰り返しの振動や冷却水の膨張、圧縮により、チューブ破断が生じやすくなる。このような破断部では、チューブは太鼓状に膨張して、早期の破断つまり内部冷却水の漏れにつながる。これまでの実績ではチューブ板厚が２５０μｍ以下となった場合でもろう付後の引張強さ１５０ＭＰａ以上有していれば、市場でのチューブ破断を大幅に軽減できることが分かっている。
耐力は弾性限度を示しており、ろう付後の耐力が低い場合、車両搭載時の繰り返し振動により、チューブ破断に至らなくても、塑性変形を生じて原形を留めず、複数段のチューブが変形する事でコア収縮が生じる。チューブ板厚が２５０μｍ以下となった場合でもろう付後の耐力が５０ＭＰａ以上有していれば、上記影響を軽減できることが分かっている。
部材の薄肉化に伴い、高強度材が求められている。チューブ材のろう付後強度が低いと車両搭載時に熱交換器に負荷される繰り返しの振動や冷却水の膨張、圧縮により、チューブ破断が生じやすくなる。このような破断部では、チューブは太鼓状に膨張して、早期の破断つまり内部冷却水の漏れにつながる。これまでの実績ではチューブ板厚が２５０μｍ以下となった場合でもろう付後の引張強さ１５０ＭＰａ以上有していれば、市場でのチューブ破断を大幅に軽減できることが分かっている。
耐力は弾性限度を示しており、ろう付後の耐力が低い場合、車両搭載時の繰り返し振動により、チューブ破断に至らなくても、塑性変形を生じて原形を留めず、複数段のチューブが変形する事でコア収縮が生じる。チューブ板厚が２５０μｍ以下となった場合でもろう付後の耐力が５０ＭＰａ以上有していれば、上記影響を軽減できることが分かっている。
加熱温度が２５０℃〜５００℃の範囲で常に０．７≦（ＹＳｆｉｎ／ＹＳｔｕｂｅ）≦１．７
当該フィン材と被接合部材に関して、ろう付加熱時に各温度での強度差が上記範囲内に収まることで、フィン材の座屈あるいは被接合部材の変形を抑制でき優れたろう付材料が得られる。
当該フィン材と被接合部材に関して、ろう付加熱時に各温度での強度差が上記範囲内に収まることで、フィン材の座屈あるいは被接合部材の変形を抑制でき優れたろう付材料が得られる。
以上説明したように、本発明によれば、ろう付け後の高強度、高導電率が両立し、かつ、ろう付け加熱時の強度変化が適正化されて良好なろう付けが可能になる効果がある。
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本発明のフィン材は、例えば常法の工程を利用して製造することができるが、添加元素の固溶度を制御する工程を含むのが望ましい。
アルミニウム合金は、本発明組成に調製して溶製することができる。該溶製は半連続鋳造法によって行うことができる。
得られたアルミニウム合金鋳塊に対しては、均質化処理を施さないか、所定条件で均質化処理を行う。すなわち、均質化処理は、温度３５０〜４５０℃、保持時間３〜１２時間が望ましい。
その後、熱間圧延、冷間圧延などを経て、例えば板厚８０μｍ以下の薄板状フィン材とする。本発明では、上記のように半連続鋳造法の適用が可能であるが、ＣＣ鋳造法（連続鋳造圧延法）の適用を排除するものではなく、連続鋳造法の後、冷間圧延を行ってもよい。
本発明のフィン材は、例えば常法の工程を利用して製造することができるが、添加元素の固溶度を制御する工程を含むのが望ましい。
アルミニウム合金は、本発明組成に調製して溶製することができる。該溶製は半連続鋳造法によって行うことができる。
得られたアルミニウム合金鋳塊に対しては、均質化処理を施さないか、所定条件で均質化処理を行う。すなわち、均質化処理は、温度３５０〜４５０℃、保持時間３〜１２時間が望ましい。
その後、熱間圧延、冷間圧延などを経て、例えば板厚８０μｍ以下の薄板状フィン材とする。本発明では、上記のように半連続鋳造法の適用が可能であるが、ＣＣ鋳造法（連続鋳造圧延法）の適用を排除するものではなく、連続鋳造法の後、冷間圧延を行ってもよい。
上記冷間圧延によって得られるフィン材は、その後、必要に応じてコルゲート加工などが施される。コルゲート加工は、回転する２つの金型の間を通すことによって行うことができ、良好に加工を行うことができ、優れた成形性を示す。
フィン材は単材として用いてもよく、ろう材とクラッドしたブレージングシートとして用いてもよい。ブレージングシートでは、一面にＡｌ−Ｓｉ系などのろう材をクラッドし、他面に犠牲陽極材などをクラッドしたものとしてもよい。
フィン材は単材として用いてもよく、ろう材とクラッドしたブレージングシートとして用いてもよい。ブレージングシートでは、一面にＡｌ−Ｓｉ系などのろう材をクラッドし、他面に犠牲陽極材などをクラッドしたものとしてもよい。
上記で得られたフィン材は、熱交換器のろう付け対象部材として、Ａｌ−Ｍｎ系合金材（チューブやヘッダーなど）と組み合わせて組み付け体とされる。
なお、相手部材の材料組成や製造方法は特に限定されるものではないが、例えばＭｎ：１．０〜１．８％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．３０〜１．０％、Ｆｅ：０．３０％以下を含有し、さらに、所望によりＴｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｇ：０．０１〜０．５０％のうち、１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するものが挙げられる。該Ａｌ−Ｍｎ系合金材は、厚さ２５０μｍ以下が好適例とされる。
なお、相手部材の材料組成や製造方法は特に限定されるものではないが、例えばＭｎ：１．０〜１．８％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．３０〜１．０％、Ｆｅ：０．３０％以下を含有し、さらに、所望によりＴｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｇ：０．０１〜０．５０％のうち、１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するものが挙げられる。該Ａｌ−Ｍｎ系合金材は、厚さ２５０μｍ以下が好適例とされる。
上記組み付け体は、ろう付に供される。この際に組み付け体は、接合面に押圧力が加わるように適度な押圧を行ってもよい。
なお、本発明としては、ろう付における条件（ろう付温度、雰囲気、フラックスの使用の有無、ろう材の種別など）は特に限定されるものではない。ろう付けの際の温度管理としては、例えば、昇温速度１０〜１００℃／ｍｉｎ、保持温度５９０〜６１０℃、保持時間１〜１０ｍｉｎ、冷却速度１０〜１００℃／ｍｉｎなどの条件で行うことができる。
上記ろう付け条件内において、本発明における耐力の条件を満たすものは、本発明の範囲内となり得るものである。
なお、本発明としては、ろう付における条件（ろう付温度、雰囲気、フラックスの使用の有無、ろう材の種別など）は特に限定されるものではない。ろう付けの際の温度管理としては、例えば、昇温速度１０〜１００℃／ｍｉｎ、保持温度５９０〜６１０℃、保持時間１〜１０ｍｉｎ、冷却速度１０〜１００℃／ｍｉｎなどの条件で行うことができる。
上記ろう付け条件内において、本発明における耐力の条件を満たすものは、本発明の範囲内となり得るものである。
上記ろう付けに際しては、加熱温度が２５０℃〜５００℃の範囲で常に０．７≦（ＹＳｆｉｎ／ＹＳｔｕｂｅ）≦１．７の範囲を満たしている。
上記加熱温度では、それぞれの材料は、上記耐力を維持するか、高温に連れて強度が低下する。
上記加熱温度では、それぞれの材料は、上記耐力を維持するか、高温に連れて強度が低下する。
そして、本実施形態のフィン材は、ろう付後において、引張強さが１４０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上の特性を有しているのが望ましい。
また、ろう付け対象となるＡｌ−Ｍｎ系合金材は、ろう付後の引張強さが１５０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上の特性を有しているのが望ましい。
また、ろう付け対象となるＡｌ−Ｍｎ系合金材は、ろう付後の引張強さが１５０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上の特性を有しているのが望ましい。
上記で作製された熱交換器は、自動車などの用途に使用される。該熱交換器のフィン部は、上記で得られたフィン材を使用しているので、薄肉化されつつも高強度と高導電性を兼ね備えたものとなっている。
以下に、本発明の実施例を説明する。
表１に示す組成（残部Ａｌ＋不可避不純物）を有するフィン材およびＡｌ−Ｍｎ系合金を、ＤＣ法（半連続鋳造法）により溶解、鋳造した。なお、スラブの冷却速度は、０．５〜３．５℃／秒であった。さらに、得られた鋳塊に対し、表１に示す条件にて均質化処理を行い、その後、同様に表１に示す条件にて均熱を行い熱間圧延、その後冷間圧延を行った。なおＡｌ−Ｍｎ系合金に関しては片面側にろう材としてＡｌ−１０％Ｓｉ合金をクラッド率１０％になるように熱間貼り合わせ圧延を行った。
冷間圧延工程では、いずれも７５％以上で冷間圧延を行った後、３５０℃にて中間焼鈍を行い、その後圧延率４０％の最終圧延を行い、フィン材は板厚０．０６ｍｍ、ろう材を貼り合わせたＡｌ−Ｍｎ系合金（チューブ材）は０．２５ｍｍで、質別Ｈ１４の供試材を得た。
表１に示す組成（残部Ａｌ＋不可避不純物）を有するフィン材およびＡｌ−Ｍｎ系合金を、ＤＣ法（半連続鋳造法）により溶解、鋳造した。なお、スラブの冷却速度は、０．５〜３．５℃／秒であった。さらに、得られた鋳塊に対し、表１に示す条件にて均質化処理を行い、その後、同様に表１に示す条件にて均熱を行い熱間圧延、その後冷間圧延を行った。なおＡｌ−Ｍｎ系合金に関しては片面側にろう材としてＡｌ−１０％Ｓｉ合金をクラッド率１０％になるように熱間貼り合わせ圧延を行った。
冷間圧延工程では、いずれも７５％以上で冷間圧延を行った後、３５０℃にて中間焼鈍を行い、その後圧延率４０％の最終圧延を行い、フィン材は板厚０．０６ｍｍ、ろう材を貼り合わせたＡｌ−Ｍｎ系合金（チューブ材）は０．２５ｍｍで、質別Ｈ１４の供試材を得た。
前記フィン材およびチューブ材を下記の条件にてろう付け相当熱処理を行い、加熱後のフィン材について、以下の評価試験を行った。評価結果を表１に示す。
（ろう付処理）
室温から６００℃まで平均昇温速度４０℃／分で昇温し、６００℃で３分保持後、１００℃／分の降温速度で降温冷却する熱処理の条件でろう付相当加熱を行った。
室温から６００℃まで平均昇温速度４０℃／分で昇温し、６００℃で３分保持後、１００℃／分の降温速度で降温冷却する熱処理の条件でろう付相当加熱を行った。
（ろう付後強度）
作製した前記フィン材に、ろう付相当の熱処理を施した。その後、圧延方向と平行にサンプルを切り出して、常温で引張試験を実施し、引張強さと耐力を測定した。引張速度は３ｍｍ／分とした。
作製した前記フィン材に、ろう付相当の熱処理を施した。その後、圧延方向と平行にサンプルを切り出して、常温で引張試験を実施し、引張強さと耐力を測定した。引張速度は３ｍｍ／分とした。
（ろう付加熱途中の耐力）
ろう付加熱を想定して常温から２５０℃〜５００℃の間の温度まで一定の速度１００℃／分で昇温し、各温度（２５０℃、２６０℃、２７０℃、・・・５００℃：１０℃おき）に到達後、各温度で高温引張試験を実施し、耐力を測定した。引張速度は１５ｍｍ／分とした。表１に、アルミニウム合金フィン材の耐力値とＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材の耐力値の比を示す。
ろう付加熱を想定して常温から２５０℃〜５００℃の間の温度まで一定の速度１００℃／分で昇温し、各温度（２５０℃、２６０℃、２７０℃、・・・５００℃：１０℃おき）に到達後、各温度で高温引張試験を実施し、耐力を測定した。引張速度は１５ｍｍ／分とした。表１に、アルミニウム合金フィン材の耐力値とＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材の耐力値の比を示す。
Claims (7)
- 質量％で、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｃｕ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｆｅ：０．１〜０．５％、Ｚｎ：１．０〜３．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物の組成のアルミニウム合金フィン材であって、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材をろう付け対象とし、ろう付加熱において、前記アルミニウム合金フィン材の耐力（ＹＳｆｉｎ）と前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材の耐力（ＹＳｔｕｂｅ）とが、同一温度での耐力の比（ＹＳｆｉｎ／ＹＳｔｕｂｅ）において、加熱温度が２５０℃〜５００℃の範囲で常に０．７≦（ＹＳｆｉｎ／ＹＳｔｕｂｅ）≦１．７の範囲であり、
前記アルミニウム合金フィン材が、常温において、ろう付後の引張強さが１４０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上であり、
前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材が、常温において、ろう付後の引張強さが１５０ＭＰａ以上、耐力が５０ＭＰａ以上であることを特徴とするろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。 - さらに質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｇ：０．０１〜０．２０％のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
- 前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、質量％で、Ｍｎ：１．０〜１．８％、Ｃｕ：０．３０〜１．０％、Ｓｉ：０．３０〜１．０％、Ｆｅ：０．１〜０．５％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする請求項１または２に記載のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
- 前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｇ：０．０１〜０．５０％のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項３に記載のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
- 前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材がチューブ材の芯材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
- 板厚が８０μｍ以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
- 前記Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金材は、板厚が２５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のろう付性に優れる熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
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