JP3256907B2 - 熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法 - Google Patents
熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法Info
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Description
交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法に関する
ものであり、さらに詳しくは、特にろう付法によって製
造される自動車用の熱交換器であるラジエーター、ヒー
ター、コンデンサー等のフィンとして使用されるアルミ
ニウム合金フィン材の製造方法に関するものである。
はAlおよび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−Si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。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、偏平チューブ(1) および薄肉フィ
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。
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が検討されており、合金
組成を純アルミニウムに近づけた合金のフィン材が高熱
伝導性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、熱伝導の向上を阻害するためである。
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、工業上使用されるアルミニウム合金中に不可
避的に含まれる元素であるSiおよびFe量を適正化す
ることが、熱伝導性を向上させるために必要と考えた。
そして、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し、その元素を添加する
効果が最も発揮される製造工程を開発すれば問題が解決
できると考え、本発明に到った。
性と強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材
の製造方法を開発したものであり、請求項1記載の発明
は、0.005wt%を超え0.3wt%以下のSi、0.
5wt%を超え1.2wt%以下のFeを含有し、さらに
0.1wt%を超え1.2wt%以下のNi、0.1wt%を
超え1.2wt%以下のCoのうちの1種または2種を含
有し、残部Alと不可避的不純物とからなるアルミニウ
ム合金フィン材を製造するに当たり、直接鋳造圧延にて
厚さ20mm以下の板材を作製し、この板材に冷間圧延
を行った後に300〜550℃の温度範囲で焼鈍を行
い、さらに10〜80%の冷間圧延を行うことを特徴と
する熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法で
あり、請求項2記載の発明は、0.005wt%を超え
0.3wt%以下のSi、0.5wt%を超え1.2wt%以
下のFe、0.03wt%を超え0.2wt%以下のZrを
含有し、さらに0.1wt%を超え1.2wt%以下のN
i、0.1wt%を超え1.2wt%以下のCoのうちの1
種または2種を含有し、残部Alと不可避的不純物とか
らなるアルミニウム合金フィン材を製造するに当たり、
直接鋳造圧延にて厚さ20mm以下の板材を作製し、こ
の板材に冷間圧延を行った後に300〜550℃の温度
範囲で焼鈍を行い、さらに10〜80%の冷間圧延を行
うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン
材の製造方法であり、請求項3記載の発明は、0.00
5wt%を超え0.3wt%以下のSi、0.5wt%を超え
1.2wt%以下のFeを含有し、さらに0.1wt%を超
え1.2wt%以下のNi、0.1wt%を超え1.2wt%
以下のCoのうちの1種または2種を含有し、さらに
2.0wt%以下のZn、0.3wt%以下のIn、0.3
wt%以下のSnのうちの1種または2種以上を含有し、
残部Alと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金
フィン材を製造するに当たり、直接鋳造圧延にて厚さ2
0mm以下の板材を作製し、この板材に冷間圧延を行っ
た後に300〜550℃の温度範囲で焼鈍を行い、さら
に10〜80%の冷間圧延を行う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の製造方法であり、請
求項4記載の発明は、0.005wt%を超え0.3wt%
以下のSi、0.5wt%を超え1.2wt%以下のFe、
0.03wt%を超え0.2wt%以下のZrを含有し、さ
らに0.1wt%を超え1.2wt%以下のNi、0.1wt
%を超え1.2wt%以下のCoのうちの1種または2種
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のうちの1種または2
種以上を含有し、残部Alと不可避的不純物とからなる
アルミニウム合金フィン材を製造するに当たり、直接鋳
造圧延にて厚さ20mm以下の板材を作製し、この板材
に冷間圧延を行った後に300〜550℃の温度範囲で
焼鈍を行い、さらに10〜80%の冷間圧延を行うこと
を特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製
造方法である。
ム合金の添加元素の役割および合金組成の限定理由につ
いて説明する。Siは、FeやNiやCoと共存する場
合、FeやNiや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。さらに、FeやNiやCoの析出を促進す
ることでフィン材中に固溶しているFeやNiやCoの
固溶量を減らすので、熱伝導性を向上させる。Siが
0.005wt%以下の場合上記効果が十分でなく、0.
3wt%を超えても、FeやNiやCoの析出を促進する
作用は変わらないが、逆にSiの固溶量が増え、熱伝導
性が低下する。さらに、Siはフィンの電位を上げて犠
牲効果を低下させる働きを有するのでその量は少ないほ
ど望ましい。したがって、Siは0.005wt%を超え
0.3wt%以下とするが、特に0.03〜0.2wt%で
安定した特性を示す。
寄与する。その量が0.5wt%以下では効果がなく、
1.2wt%を超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。
合金中に分布させ、強度を向上させる。Siとともにに
添加することで、非常に析出しやすくなるため、熱伝導
性を低下させることなく強度を向上させることができる
元素である。その量が0.1wt%以下では効果が十分で
なく、1.2wt%を超えて添加した場合、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。
再結晶粒を大きくする働きを有する。再結晶粒が小さく
なった場合、ろう付中にフィンにろうが拡散して、フィ
ンが潰れやすくなるので、再結晶粒は大きいほど望まし
い。本合金はFeを比較的多量に含有しているため、再
結晶粒が小さくなることがあるが、このような場合にZ
rを添加するとよい。その量が0.03wt%以下では効
果が十分でなく、0.2wt%を超えて添加しても、効果
は変わりなく、逆に熱伝導性が低下する。
0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうちの
1種または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、それぞれ上記量を超えて添加した場合、熱伝
導性が低下する。
織の微細のために添加されるTiやB等があり、これら
の不可避的不純物元素はそれぞれ0.03wt%以下であ
れば添加されていても差し支えない。
ウム合金の合金組成の限定理由であるが、本発明では、
これらのアルミニウム合金フィン材を製造するにあた
り、直接鋳造圧延にて板厚20mm以下の板材を作製
し、この板材に冷間圧延を行った後に300〜550℃
の温度範囲で焼鈍を行い、さらに10〜80%の冷間圧
延を行うことを特徴とする。以下にこの製造方法につい
て説明する。
ニウム合金を直接鋳造圧延、冷間圧延および焼鈍の工程
で製造する。直接鋳造圧延は、ハンター法や3C法等の
従来より知られている方法で行えばよい。ここで、直接
鋳造圧延で製造する板厚の上限を20mmとしたのは、
20mmを超えると鋳造時の急冷効果が小さく、Fe、
Ni、Coから生じる金属間化合物が粗大化し、フィン
の耐垂下性の向上効果が減じるためである。板厚の下限
は特に定めないが、製造設備上の限界から2mm程度ま
でとする。直接鋳造圧延で製造した板(コイル)は、ま
ず冷間圧延を行う。冷間圧延はフィン材の最終冷間圧延
率が10〜80%の範囲内になるような板厚まで行う。
ここでの冷間圧延は1パスで行ってもよく、また数パス
かけて行っても差し支えない。
炉または連続式の炉を用いて行う。バッチ式の炉の場
合、温度は300〜460℃であり、時間は0.5〜1
2時間が好ましい範囲である。この焼鈍処理により、直
接鋳造圧延により過飽和に固溶したNiやCoが析出
し、析出したNi、Coがろう付加熱時に再結晶粒を粗
大化させて、耐垂下性を向上させるのである。300℃
未満では再結晶を完了しないため、焼鈍処理として不十
分である。460℃を超えると析出相の粗大化が生じて
しまい、垂下性の向上に効果がない。時間は0.5時間
未満では、焼鈍処理として不十分な上、NiやCoが十
分に析出しない。また、長時間の処理は経済的に問題が
あるので上限は12時間とするのが好ましい。連続式の
炉を用いる場合、温度は420〜550℃であり、時間
は1〜60秒が好ましい範囲である。連続焼鈍の場合、
短時間の加熱で焼鈍ができるのが特徴であり、このよう
に短時間の加熱のため、直接鋳造圧延により過飽和に固
溶したNiやCoをそのまま過飽和に固溶したままで焼
鈍を完了させることができる。したがって直接鋳造圧延
により過飽和に固溶したNiやCoがそのまま過飽和に
フィン中に残り、ろう付加熱に供せられるので、このよ
うな固溶元素の働きにより、耐垂下性は向上する。42
0℃未満では再結晶を完了しないため、焼鈍処理として
不十分である。550℃を超えても効果は変わらないが
燃料費が増加する。時間は1秒未満では、焼鈍処理とし
て不十分である。また、このような高い温度で長時間の
処理を行うことは経済上効率が悪い上に、固溶したNi
やCoが粗大に析出し、耐垂下性を低下させるので上限
は60秒とするのが好ましい。
終冷間圧延は10〜80%とする。最終冷間圧延率が1
0%未満の場合、フィンをろう付加熱したときに再結晶
を生じず、ろうがフィンに拡散しやすくなるためであ
る。80%を超えるとフィンをろう付加熱したときに微
細な再結晶粒を生じるために、これもろうがフィンに拡
散しやすくなるためである。以上のようなろうの拡散
(垂下性)の点では最終冷間圧延率は25〜50%で特
に優れた特性を示す。しかし、コルゲータに合わせてコ
ルゲート性を調整する等の理由で最終冷間圧延をコント
ロールする場合、10〜80%の範囲であれば、実用上
問題ない垂下性となる。
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出来るが、これら
に限定するものではない。
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。
る。表1に示す合金組成のアルミニウム合金を厚さ8m
mまで直接鋳造圧延後、冷間圧延を行い、その後表2に
示す製造工程でフィン材を製造した。フィン材の板厚は
60μmである。得られたフィン材の垂下性、ろう付加
熱後の強度と導電率を測定した。ろう付加熱の条件は窒
素ガス中で600℃×5分で行った。垂下性試験はフィ
ン材を突き出し長さ50mmの片持ちでろう付加熱を行っ
たときの垂下量を測定した。結果を表3に示す。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。ここで従来例は熱伝導性の優れたフィンとして
知られているAl−Zr系合金と一般的な3003系合
金を用い、水冷鋳造、面削、均質化処理、熱間圧延の通
常の製造方法にて、厚さ3.5mmの熱間圧延コイルと
したものを、冷間圧延した後、表2の製造工程で焼鈍、
冷間圧延したものである。
例のフィン材は引張強さと導電率と垂下性のいずれにも
優れているものがないのに対して、本発明の合金範囲の
フィン材では、本発明の製造方法をとることで引張強さ
と導電率に優れた値を示していることが判る。
るアルミニウム合金フィン材は高強度で熱伝導性に優
れ、工業上で顕著な効果を奏するものである。
Claims (4)
- 【請求項1】 0.005wt%を超え0.3wt%以下の
Si、0.5wt%を超え1.2wt%以下のFeを含有
し、さらに0.1wt%を超え1.2wt%以下のNi、
0.1wt%を超え1.2wt%以下のCoのうちの1種ま
たは2種を含有し、残部Alと不可避的不純物とからな
るアルミニウム合金フィン材を製造するに当たり、直接
鋳造圧延にて厚さ20mm以下の板材を作製し、この板
材に冷間圧延を行った後に300〜550℃の温度範囲
で焼鈍を行い、さらに10〜80%の冷間圧延を行うこ
とを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材の
製造方法。 - 【請求項2】 0.005wt%を超え0.3wt%以下の
Si、0.5wt%を超え1.2wt%以下のFe、0.0
3wt%を超え0.2wt%以下のZrを含有し、さらに
0.1wt%を超え1.2wt%以下のNi、0.1wt%を
超え1.2wt%以下のCoのうちの1種または2種を含
有し、残部Alと不可避的不純物とからなるアルミニウ
ム合金フィン材を製造するに当たり、直接鋳造圧延にて
厚さ20mm以下の板材を作製し、この板材に冷間圧延
を行った後に300〜550℃の温度範囲で焼鈍を行
い、さらに10〜80%の冷間圧延を行うことを特徴と
する熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法。 - 【請求項3】 0.005wt%を超え0.3wt%以下の
Si、0.5wt%を超え1.2wt%以下のFeを含有
し、さらに0.1wt%を超え1.2wt%以下のNi、
0.1wt%を超え1.2wt%以下のCoのうちの1種ま
たは2種を含有し、さらに2.0wt%以下のZn、0.
3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうちの1種
または2種以上を含有し、残部Alと不可避的不純物と
からなるアルミニウム合金フィン材を製造するに当た
り、直接鋳造圧延にて厚さ20mm以下の板材を作製
し、この板材に冷間圧延を行った後に300〜550℃
の温度範囲で焼鈍を行い、さらに10〜80%の冷間圧
延を行うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金
フィン材の製造方法。 - 【請求項4】 0.005wt%を超え0.3wt%以下の
Si、0.5wt%を超え1.2wt%以下のFe、0.0
3wt%を超え0.2wt%以下のZrを含有し、さらに
0.1wt%を超え1.2wt%以下のNi、0.1wt%を
超え1.2wt%以下のCoのうちの1種または2種を含
有し、さらに2.0wt%以下のZn、0.3wt%以下の
In、0.3wt%以下のSnのうちの1種または2種以
上を含有し、残部Alと不可避的不純物とからなるアル
ミニウム合金フィン材を製造するに当たり、直接鋳造圧
延にて厚さ20mm以下の板材を作製し、この板材に冷
間圧延を行った後に300〜550℃の温度範囲で焼鈍
を行い、さらに10〜80%の冷間圧延を行うことを特
徴とする熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方
法。
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JP35202492A JP3256907B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法 |
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JP35202492A JP3256907B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP35202492A Expired - Fee Related JP3256907B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法 |
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1992
- 1992-12-08 JP JP35202492A patent/JP3256907B2/ja not_active Expired - Fee Related
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