JP2607245B2 - 犠牲陽極効果のすぐれた熱交換器用高強度Ａ▲ｌ▼合金製複合薄肉フイン材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、フィン材と管材とをろう付けすることに
より熱交換器を製造するに際して、ろう付け時の加熱に
対してすぐれた耐垂下性を示す高温強度と、ろう付け後
も容易に変形しない室温強度を有し、かつろう付け後の
管材に対してすぐれた犠牲陽極効果を発揮する熱交換器
用Al合金製複合薄肉フィン材に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、Al合金は軽くて熱伝導性にもすぐれ、かつ耐
食性も良好であることから、例えば自動車のラジエータ
などの熱交換器の製造に広く用いられている。

この熱交換器は、例えばAl−Mn系合金を芯材とし、こ
の芯材の片面にAl−Si系合金のろう材をクラッドしたも
のからなるブレージングシートで構成された管材と、Al
−Mn系合金のフィン材とを組合せ、この組合せ体を、真
空中でフラックスなしでろう付けするか、不活性ガスあ
るいは大気中でフラックスを用いてろう付けすることに
よって製造されている。

したがって、熱交換器用Al合金製フィン材には、ろう
付け時におけるろう材の溶融温度以上の加熱に対して変
形しない十分な耐垂下性、すなわち高温強度が要求され
ることは勿論のこと、ろう付け後の熱交換器使用時の風
圧などに対して容易に変形、破断しないことに加えて、
管材に対して十分満足するすぐれた犠牲陽極効果を発揮
することが要求されるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記のAl−Mn系合金製フィン材においては、
これがAl−Mn−Sn系合金製のものであれば、真空中での
ろう付け後でもすぐれた犠牲陽極効果を発揮するが、高
温強度の劣るものであり、またAl−Mn−Zn系合金製のも
のは、不活性ガス雰囲気中、あるいは大気中でろう付け
を行なった場合には、ろう付け後もすぐれた犠牲陽極効
果を示すが、真空ろう付けを適用した場合は、Znは蒸気
圧が高いために、ろう付け中にフィン材中のZnが多く蒸
発してしまい、特に厚さが0.1mm以下の薄肉フィン材で
は、ろう付け後のZn残留量がほとんど零になってしま
い、管材に対する犠牲陽極効果を発揮しないばかりでな
く、Znの蒸発による炉の汚染などの問題があるものであ
り、さらに、上記のいずれのAl−Mn系合金製のものも、
ろう付け後の室温強度が比較的低く、熱交換器使用時に
フィンの変形や破断が起り易く、熱交換性能低下の原因
となっている。

また、一方で熱交換器に対する軽量化およびコスト低
減の要求が強く、フィン材の薄肉化が急務になっている
のが現状である。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、単一
材にて高温および室温強度と犠牲陽極効果を具備したフ
ィン材を製造することはきわめて困難であるとの認識に
立ち、これらの特性を具備したフィン材を複合材にて製
造すべく研究を行なった結果、熱交換器用Al合金製フィ
ン材を、重量％で（以下％は重量％を示す）、 Mn:0.9〜1.5％、Si:1％超〜1.3％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Zr:0.01〜0.15％、Cr:0.01〜0.2％、 V:0.01〜0.2％、Mg:0.1〜１％、 のうちの１種または２種以上を含有し、残りがAlと不可
避不純物からなるAl合金製芯材の両面に、 Sn:0.03〜0.15％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有す
るAl合金製皮材をクラッドした複合材で構成すると、フ
ィン材の厚さを0.1mm以下の薄肉にしたとしても、上記
芯材によってすぐれた高温強度（耐垂下性）とろう付け
後の室温強度が確保され、かつ上記皮材はSnの含有によ
って電気化学的に十分卑になることから、この皮材によ
ってすぐれた犠牲陽極効果が確保されるようになるとい
う知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、以下に芯材および皮材の成分組成を上記の通りに
限定した理由を説明する。

A.芯材 （ａ） MnおよびSi MnとSi成分は、Alと結合してAl−Mn−Si系化合物を形
成し、これが素地中に微細に分散析出することから、高
温および室温での変形抵抗が上がり、もってろう付け時
の耐垂下性（高温強度）および室温強度を向上させる作
用をもつが、その含有量がMn:0.9％未満およびSi:1％以
下では前記作用に所望のすぐれた効果が得られず、一方
Mn:1.5％およびSi:1.3％をそれぞれ越えて含有させても
より一層の向上効果が得られないばかりでなく、溶解鋳
造時に巨大晶を形成して加工性が損なわれるようになる
ことから、その含有量を、それぞれMn:0.9〜1.5％、Si:
1％超〜1.3％と定めた。

（ｂ） Zr,Cr、およびＶ これらの成分には、Alと結合して化合物を形成し、こ
れが素地中に微細に分散析出して芯材の再結晶温度を上
昇させ、もってろう付け加熱時に再結晶粒の粗大化をも
たらし、これによって耐垂下性が向上するようになるの
で、特により一層の耐垂下性が要求される場合に必要に
応じて含有されるが、その含有量が、それぞれZr:0.01
％未満、Cr:0.01％未満、およびV:0.01％未満では所望
の耐垂下性向上効果が得られず、一方その含有量が、そ
れぞれZr:0.15％、Cr:0.2％、およびV:0.2％を越える
と、溶解鋳造時に巨大晶を形成し易くなって加工性が低
下するようになり、かつ耐垂下性により一層の向上効果
も現われないことから、その含有量を、それぞれZr:0.0
1〜0.15％、Cr:0.01〜0.2％、およびV:0.01〜0.2％と定
めた。

（ｃ） Mg Mg成分には、素地に固溶して、電気化学的性質をほと
んど変えない状態で、室温強度を一段と向上させる作用
があるので、特に室温強度が要求される場合に必要に応
じて含有されるが、その含有量が0.1％未満では所望の
室温強度向上効果が得られず、一方その含有量が１％を
越えると、再結晶粒の粗大化が阻止され、この結果耐垂
下性の著しい低下を招くようになることから、その含有
量を0.1〜１％と定めた。

B.皮材のSn Sn成分には、皮材を電気化学的に卑にし、もってすぐ
れた犠牲陽極効果を付与せしめる作用があるが、その含
有量が0.03％未満では所望のすぐれた犠牲陽極効果を確
保することができず、一方その含有量が0.15％を越えて
もより前記作用により一層の向上効果が現われないばか
りでなく、Sn成分は低融点金属であることから、高温強
度の低下を招くようになることから、その含有量を0.03
〜0.15％と定めた。

〔実施例〕

つぎに、この発明の複合薄肉フィン材を実施例により
具体的に説明する。

通常の溶解法によりそれぞれ第１表に示される最終成
分組成をもった本発明芯材用Al合金ａ〜ｋおよび本発明
皮材用Al合金イ、ロを溶製し、鋳造して鋳塊とした後、
通常の条件で均質化処理を施し、ついでこれらのAl合金
鋳塊のうち、本発明芯材用Al合金ａ〜ｋについては、通
常の条件で熱間圧延を施して板厚:8mmの熱延板とし、さ
らに本発明皮材用Al合金イ、ロには、同様に通常の条件
で熱間圧延を施して板厚:5mmの熱延板とした後、冷間圧
延を施して板厚:1mmの冷延板とし、つぎにこのようにし
て成形した板厚:8mmの本発明芯材用Al合金熱延板と、板
厚:1mmの本発明皮材用Al合金冷延板とを第２表に示され
る組 合せにおいて、前記熱延板の両面に前記冷延板を重ね合
わせ、この重ね合せ体に通常の条件で熱間圧延を施して
クラッドして板厚:3mmとし、引続いてこれに適宜中間焼
鈍を加えながら冷間圧延（最終冷間加工率:30％）を施
して板厚:0.08mmの本発明複合フィン材１〜22をそれぞ
れ製造した。

また、比較の目的で、同じく第１表に示される最終成
分組成をもった従来フィン材用Al合金1,2を溶製し、鋳
造し、均質化処理した後、これに通常の条件で熱間圧延
を施して板厚:5mmの熱延板とし、引続いて適宜中間焼鈍
を加えながら冷間圧延（最終冷間加工率:30％）を施す
ことによって板厚:0.08mmの従来単一フィン材1,2を製造
した。

つぎに、この結果得られた各種のフィン材について、
高温強度を評価する目的で耐垂下性試験、ろう付け後の
室温強度を評価する目的で加熱後引張試験、および犠牲
陽極効果を評価する目的で酸性海水噴霧試験をそれぞれ
行なった。

なお、耐垂下性試験は、幅:30mm×長さ:140mm×厚さ:
0.08mmの寸法をもった試片を用い、この試片の長さ方向
の一端から30mmの部分を水平保持した状態で、約10^-4to
rrの真空中、温度:620℃に５分間保持の条件で行ない、
長さ:110mmの自由端の垂下高さを測定した。

また、この場合の耐垂下性試験後の試片を用い、犠牲
陽極効果を評価する目的で、１規定の食塩水中での孔食
電位（飽和カロメル電極基準）を測定した。

また、加熱後引張試験では、試片を、10^-4torrの真空
中、温度:620℃に５分間保持の条件で加熱した後の引張
強さを測定した。

さらに、酸性海水噴霧試験は、第１図に斜視図で示さ
れるように、Mn:1.05％、Cu:0.1％を含有し、残りがAl
と不可避不純物からなる組成を有する厚さ:0.36mmの芯
材の片面に、Si:9.5％、Mg:1.53％を含有し、残りがAl
と不可避不純物からなる組成を有する厚さ:0.04mmのろ
う材をクラッドしてなる幅:20mm×長さ50mm×厚さ:0.4m
mの管材用複合材１上に、コルゲート加工した幅:20mm×
長さ:50mmの試片２を載置し、この状態で真空中、温度:
620℃に５分間保持の条件でろう付け処理を施し、この
結果のろう付け後の組立て体に対して30日間の酸性海水
噴霧を行ない、試験後の管材用複合材１における孔食発
生数および最大孔食深さを測定することによって行なっ
た。これらの結果を第２表に示した。

〔発明の効果〕

第２表に示される結果から、本発明複合フィン材１〜
22は、いずれも従来単一フィン材1,2に比して耐垂下性
（高温強度）およびろう付け後の室温強度にすぐれ、か
つすぐれた犠牲陽極効果を示すことが明らかである。

上述のように、この発明のAl合金製複合薄肉フィン材
は、すぐれた耐垂下性（高温強度）を有しているので、
熱交換器の製造に際して適用されるろう付け処理におい
て“へたり”などの発生がなく、したがって良好なろう
付けを行なうことができるばかりでなく、ろう付け後も
高い室温強度を示し、さらにろう付けされる管材に対し
て電気化学的に十分卑な特性を示すことから、管材に対
して十分な犠牲陽極効果を発揮し、かつ自体がすぐれた
耐食性を具備することと合まって、熱交換器の著しい延
命化を可能にするなどの工業上有用な特性を有するので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸性海水噴霧試験に用いられる組立て体の斜視
図である。 １……管材用複合材、２……試片。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Mn:0.9〜1.5％、Si:1％超〜1.3％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有す
   るAl合金製芯材の両面に、 Sn:0.03〜0.15％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成（以上
   重量％）を有するAl合金製皮材をクラッドしてなり、か
   つ0.1mm以下の厚さを有することを特徴とする犠牲陽極
   効果のすぐれた熱交換器用高強度Al合金製複合薄肉フィ
   ン材。
2. 【請求項２】Mn:0.9〜1.5％、Si:1％超〜1.3％、 を含有し、さらに、 Zr:0.01〜0.15％、Cr:0.01〜0.2％、 V:0.01〜0.2％、 のうちの１種または２種以上を含有し、残りがAlと不可
   避不純物からなる組成を有するAl合金製芯材の両面に、 Sn:0.03〜0.15％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成（以上
   重量％）を有するAl合金製皮材をクラッドしてなり、か
   つ0.1mm以下の厚さを有することを特徴とする犠牲陽極
   効果のすぐれた熱交換器用高強度Al合金製複合薄肉フィ
   ン材。
3. 【請求項３】Mn:0.9〜1.5％、Si:1％超〜1.3％、 を含有し、さらに、 Mg:0.1〜１％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有す
   るAl合金製芯材の両面に、 Sn:0.03〜0.15％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成（以上
   重量％）を有するAl合金製皮材をクラッドしてなり、か
   つ0.1mm以下の厚さを有することを特徴とする犠牲陽極
   効果のすぐれた熱交換器用高強度Al合金製複合薄肉フィ
   ン材。
4. 【請求項４】Mn:0.9〜1.5％、Si:1％超〜1.3％、 を含有し、 Zr:0.01〜0.15％、Cr:0.01〜0.2％、 V:0.01〜0.2％、 のうちの１種または２種以上を含有し、さらに、 Mg:0.1〜１％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有す
   るAl合金製芯材の両面に、 Sn:0.03〜0.15％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成（以上
   重量％）を有するAl合金製皮材をクラッドしてなり、か
   つ0.1mm以下の厚さを有することを特徴とする犠牲陽極
   効果のすぐれた熱交換器用高強度Al合金製複合薄肉フィ
   ン材。