JP3256909B2

JP3256909B2 - アルミニウム合金フィン材

Info

Publication number: JP3256909B2
Application number: JP05007393A
Authority: JP
Inventors: 武宜土公; 富士雄檜室
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 2002-02-18
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: JPH06240397A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高熱伝導性のアルミニ
ウム合金フィン材に関するものであり、さらに詳しく
は、特にろう付法によって製造される熱交換器のラジエ
ーター、ヒーター、コンデンサー等のフィンとして使用
されるものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】自動車
用熱交換器の多くはＡｌ及びＡｌ合金が使用されており
ろう付法により製造されている。通常ろう付はＡｌ−Ｓ
ｉ系のろう材が用いられ、そのためろう付は 600℃程度
の高温で行われる。

【０００３】ラジエーター等の熱交換器は例えば図１に
示すように複数本の偏平チューブ（１）の間にコルゲー
ト状に加工した薄肉フィン（２）を一体に形成し、該偏
平チューブ（１）の両端はヘッダー（３）とタンク
（４）とで構成される空間にそれぞれ開口しており、一
方のタンク側の空間から偏平チューブ（１）内を通して
高温冷媒を他方のタンク（４）側の空間に送り、チュー
ブ（１）及びフィン（２）の部分で熱交換して低温にな
った冷媒を再び循環させるものである。

【０００４】とろこで、近年、熱交換器は軽量・小型化
の方向にあり、そのためには熱交換器の熱効率の向上が
必要であり、材料の熱伝導性の向上が望まれている。特
に、フィン材の熱伝導性の向上は検討されており、合金
成分を純アルミニウムに近づけた合金のフィン材が熱伝
導フィンとして提案されている。しかしながら、フィン
を薄肉化した場合、フィンの強度が十分でないと熱交換
器の組付け時にフィンが潰れたり、熱交換器として使用
時に破壊してしまうという問題がある。純アルミニウム
系合金フィンの場合、強度が不足してしまう欠点を有し
ており、高強度で熱伝導性を向上させたフィン材はいま
だ開発されていない。これは、高強度化にはＭｎ等の合
金元素の添加が有効であるが、熱交換器を製造する工程
に 600℃付近まで加熱されるブレージングがあるため、
ブレージング加熱中に、合金に添加した元素が再固溶し
熱伝導性の向上を阻害するためである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこれに鑑
み、ろう付け後の強度と熱伝導性が高いフィン材を開発
するには、Ｓｉ及びＦｅ量を適正化し熱伝導性を向上さ
せ、さらに熱伝導性を低下することなく強度の向上効果
が大きい合金元素を見出せれば問題が解決できると考
え、本発明に到った。

【０００６】即ち、本発明は、ろう付け後の熱伝導性と
強度に優れたフィン材についてなされたものであり、そ
の一つは 0.005wt％を越え 0.3wt％以下のＳｉ、 0.5wt
％を越え 1.5wt％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え 2.0wt％
以下のＮｉ、0.01wt％を越え2.0 wt％以下のＣｏを含有
し、残部アルミニウム及び不可避的不純物からなること
を特徴とするものである。

【０００７】また本発明の他のフィン材は、 0.005wt％
を越え 0.3wt％以下のＳｉ、 0.5wt％を越え 1.5wt％以
下のＦｅ、 0.1wt％を越え 2.0wt％以下のＮｉ、0.01wt
％を越え 2.0wt％以下のＣｏ、0.01wt％を越え 0.2wt％
以下のＺｒを含有し、残部アルミニウム及び不可避的不
純物からなることを特徴とするものである。

【０００８】また本発明の他の一つは、 0.005wt％を越
え 0.3wt％以下のＳｉ、 0.5wt％を越え 1.5wt％以下の
Ｆｅ、 0.1wt％を越え 2.0wt％以下のＮｉ、0.01wt％を
越え2.0 wt％以下のＣｏを含有し、さらに 2.0wt％以下
のＺｎ、 0.3wt％以下のＩｎ、 0.3wt％以下のＳｎのう
ち１種又は２種以上を含有し、残部アルミニウム及び不
可避的不純物からなることを特徴とするものである。

【０００９】また本発明のさらに他の一つは、 0.005wt
％を越え 0.3wt％以下のＳｉ、 0.5wt％を越え 1.5wt％
以下のＦｅ、 0.1wt％を越え 2.0wt％以下のＮｉ、0.01
wt％を越え 2.0wt％以下のＣｏ、0.01wt％を越え 0.2wt
％以下のＺｒを含有し、さらに 2.0wt％以下のＺｎ、
0.3wt％以下のＩｎ、 0.3wt％以下のＳｎのうち１種又
は２種以上を含有し、残部アルミニウム及び不可避的不
純物からなることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明フィン材の添加元素の役割及び合金組成
の限定理由について説明する。Ｓｉは、その添加により
強度を向上させる。Ｓｉそのものが固溶硬化して強度を
向上させるに加え、特に、ＦｅやＮｉ及びＣｏと共存す
る場合、ＦｅやＮｉ及びＣｏの析出を促進する作用を有
するため、分散強化に寄与する金属間化合物を増やし、
強度を向上させる。Ｓｉが 0.005wt％以下の場合上記効
果が十分でなく、 0.3wt％を越えるとＳｉの固溶量が多
くなり熱伝導性が低下する。従って、Ｓｉは 0.005wt％
を越え 0.3wt％以下とするが、特に0.05〜0.2 wt％で安
定した特性を示す。

【００１１】Ｆｅは合金中に一定量固溶硬化し、残りは
金属間化合物として存在する。前者は強度を向上させる
が、熱伝導性を大きく低下させる。後者は、分散硬化に
よりわずかに強度を向上させるが、Ｓｉと金属間化合物
を形成してＳｉ添加による強度向上効果を逆に減じる作
用がある。ここで、Ｆｅ添加量が0.05wt％以下では強度
向上効果が十分でなく、 1.5wt％を越えると成形性が低
下し、フィンのコルゲート成形ができにくくなる。

【００１２】Ｎｉ及びＣｏは、本発明者らが鋭意検討を
行った結果、熱伝導性を低下することなく強度を向上さ
せる効果を有することが判明した、本発明における重要
な添加元素である。即ち、Ｎｉ及びＣｏは固溶硬化によ
り強度を向上させるが、同時にＮｉ及びＣｏの固溶量に
相当するＦｅの固溶量を減じさせる作用を有するのであ
る。ＦｅとＮｉ及びＣｏでは固溶した際に、強度の向上
に対する効果はほぼ同じであるが、熱伝導性の低下はＮ
ｉ及びＣｏの方が格段に少ないのである。そのため、上
記Ｆｅ量を含有した合金にＮｉ及びＣｏを添加すると、
熱伝導性が低下することなく強度が向上するのである。

【００１３】ここで、ＮｉとＣｏでは、上記効果はＮｉ
の方が大であるが、ＣｏはＦｅ系の金属化合物発生の核
となり、上記効果を促進する作用を有する。従って、Ｎ
ｉの添加量は 0.1wt％以下では効果が十分でないが、Ｃ
ｏの添加量は0.01wt％以上で効果がある。また、両者と
も、 2.0wt％越えて添加した場合、成形性が低下し、フ
ィンのコルゲート成形ができにくくなる。

【００１４】本発明合金では、さらに0.01wt％を越え
0.2wt％以下のＺｒを添加する場合がある。Ｚｒはろう
付時に生じる再結晶粒を粗大化し、フィンの垂下性並び
にフィンへのろうの拡散を防止する働きを有する。しか
してＺｒ添加量は0.01wt％以下ではその働きが十分でな
い。しかし、発明者らが調べたところ、Ｚｒは強度を向
上させる働きをほとんど有さず、熱伝導性を低下させる
元素であるのでその添加の上限を 0.2wt％と定めた。

【００１５】本発明合金では、さらに 2.0wt％以下のＺ
ｎ、 0.3wt％以下のＩｎ、 0.3wt％以下のＳｎのうち１
種又は２種以上を添加することがある。これらは、フィ
ン材に犠牲陽極効果を付与するために添加されるもので
あり、それぞれ、上記量を越えて添加した場合、熱伝導
性が低下する。

【００１６】さて、本合金の不可避的不純物及び上記以
外の理由で添加される元素であるが、鋳塊組織の微細化
のために添加されるＴｉやＢ等があり、これらの元素は
それぞれ0.03％以下であれば添加されていても差し支え
ない。また、Ｃｕ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｂ
ｉ，Ｃａ，Ｌｉ，Ｃｒ，Ｋ，Ｖ等の元素が強度向上や鋳
塊割れ防止や成形性向上等の理由で添加される場合、そ
れぞれ0.03wt％以下を必須条件とする。これらの元素
は、いずれも、0.03wt％を越えて添加した場合熱伝導性
を低下させるためである。

【００１７】以上が本発明の合金組成であるが、本発明
フィン材はベア材として用いることが可能であり、ま
た、ブレージングシートフィンの芯材として用いること
も可能である。後者の場合のろう材は従来より使用され
ているろう合金をそのまま使用して構わない。

【００１８】本発明のフィンを用いる熱交換器は、自動
車用のラジエーター、コンデンサー、エバポレーター、
オイルクーラー等を挙げることができるが、これらに限
定するものではない。

【００１９】また、本発明のフィンをろう付する方法は
従来より行われている非腐食性フラックスろう付、フラ
ックスろう付、真空ろう付等、いずれでも可能である。

【００２０】本発明のフィンの製造は、半連続鋳造によ
り鋳塊を製造し、熱間圧延、冷間圧延・焼鈍の工程で製
造可能であり、また、連続鋳造圧延、冷間圧延・焼鈍の
工程でも製造可能である。

【００２１】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。表１に示す組成のアルミニウム合金フィン材（板厚
60μｍ、Ｈ１４調質）を常法により作製した。これらフ
ィン材のろう付加熱後の強度と導電率と５％ＮａＣｌ溶
液中で飽和カロメル電極を用いて自然電位を測定し、そ
れらの結果を表２に示す。なおろう付加熱の条件は窒素
ガス中で 600℃×５分で行った。ここで、導電率は熱伝
導性の指標であり、フィンの導電率が５％ＩＡＣＳ向上
すると熱交換器の熱効率は１％程度向上する。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】表２より従来例のフィン材は引張強さと導
電率の両者に優れているものがないのに対して、本発明
例のフィン材は自然電位は従来のフィン材と同等である
にもかかわらず引張強さと導電率の両方に優れた値を示
していることが判る。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明のフィン材は高強度
で熱伝導性に優れているので、自動車用熱交換器として
好適に使用できる等工業上で顕著な効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジエーターを示す一部断面の斜視図である。

【符号の説明】

１偏平チューブ２フィン３ヘッダー４タンク

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】 0.005wt％を越え 0.3wt％以下のＳｉ、
0.5wt％を越え 1.5wt％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え
2.0wt％以下のＮｉ、0.01wt％を越え 2.0wt％以下のＣ
ｏを含有し、残部アルミニウム及び不可避的不純物から
なることを特徴とするアルミニウム合金フィン材。
【請求項２】 0.005wt％を越え 0.3wt％以下のＳｉ、
0.5wt％を越え 1.5wt％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え
2.0wt％以下のＮｉ、0.01wt％を越え 2.0wt％以下のＣ
ｏ、0.01wt％を越え 0.2wt％以下のＺｒを含有し、残部
アルミニウム及び不可避的不純物からなることを特徴と
するアルミニウム合金フィン材。
【請求項３】 0.005wt％を越え 0.3wt％以下のＳｉ、
0.5wt％を越え 1.5wt％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え
2.0wt％以下のＮｉ、0.01wt％を越え 2.0wt％以下のＣ
ｏを含有し、さらに 2.0wt％以下のＺｎ、 0.3wt％以下
のＩｎ、 0.3wt％以下のＳｎのうち１種又は２種以上を
含有し、残部アルミニウム及び不可避的不純物からなる
ことを特徴とするアルミニウム合金フィン材。
【請求項４】 0.005wt％を越え 0.3wt％以下のＳｉ、
0.5wt％を越え 1.5wt％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え
2.0wt％以下のＮｉ、0.01wt％を越え 2.0wt％以下のＣ
ｏ、0.01wt％を越え 0.2wt％以下のＺｒを含有し、さら
に 2.0wt％以下のＺｎ、 0.3wt％以下のＩｎ、 0.3wt％
以下のＳｎのうち１種又は２種以上を含有し、残部アル
ミニウム及び不可避的不純物からなることを特徴とする
アルミニウム合金フィン材。