JPH06228693A - アルミニウム合金高熱伝導性フィン材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度で熱伝導性に優れたアルミニウム合金
フィン材を提供する。 【構成】 0.005wt％を越え 0.3wt％以下のＳｉ、 0.5
wt％を越え 1.5wt％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え 2.0wt
％以下のＮｉを含有し、またはさらに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。

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、それらはろう付け法により製造されている。通常、
ろう付けはＡｌ−Ｓｉ系のろう材が用いられ、そのため
ろう付けは 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】ところで、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が検討されており、例え
ば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。

【０００５】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。即ち上記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。

【０００６】これに対して高強度化にはＭｎ等の合金元
素の添加が有効であるが、この場合も熱交換器を製造す
る工程としてろう付けのために 600℃付近まで加熱され
るブレージング工程があるため、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
害するという不具合があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、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量を適正化して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
きい合金元素を見い出したことにより上記問題を解決し
たものである。

【０００８】即ち、本発明は、ろう付け後の熱伝導性と
強度に優れたアルミニウム合金フィン材についてなされ
たものであり、 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を含有し、またはさらに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。

【０００９】また本発明の他のフィン材としては、 0.0
05wt％を越え 0.3wt％以下のＳｉ、0.5wt％を越え 1.5w
t％以下のＦｅ、 0.1wt％を越え 2.0wt％以下のＮｉを
含有し、さらに 2.0wt％以下のＺｎ、 0.3wt％以下のＩ
ｎ、 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】さらにまた本発明の他のフィン材として
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 0.2wt％以下のＺｒを含有し、
さらに 2.0wt％以下のＺｎ、0.3 wt％以下のＩｎ、 0.3
wt％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。

【００１１】

【作用】次に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。

【００１２】Ｓｉは、その添加により強度を向上させ
る。これは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と共存する場合、ＦｅやＮ
ｉ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
Ｓｉはその添加量が減るとフィンの電位を卑にし、フィ
ン材の犠牲効果を向上させる。したがって、Ｓｉ添加の
上限は 0.3wt％を越えないものとする。他方Ｓｉの添加
量が 0.3wt％を越えるとＳｉの固溶量が多くなって熱伝
導性が低下してしまい、またＳｉが 0.005wt％以下で
は、高純度な地金を使用してフィンを製造する必要があ
り、コスト面で不適である。したがって、Ｓｉは 0.005
wt％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。

【００１３】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。即ち、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。

【００１４】Ｎｉ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は固溶硬化により強度を向上させ
るが、同時にＮｉ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ものである。ＦｅとＮｉ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Ｎｉ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。Ｎｉの添加量は 0.1wt％以下では効果が十分で
なく、 2.0wt％を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。

【００１５】ここで、純アルミニウムにＮｉを添加した
熱交換器用合金として、特開昭57-60046 号公報に示さ
れたものがある。しかし、特開昭57-60046号公報の発明
は熱交換器用合金とはいえ、冷媒通路構成部材をその用
途として考えフィンを意図していない。これはこの発明
が耐食性と垂下性を向上させたものであり、フィン材に
必要な犠牲陽極効果（耐食性を悪くする）や熱伝導性に
関する記載がない点及び実施例に示されている板厚がフ
ィン材と比較して非常に大きいことから明らかである。
さらに、特開昭57-60046号公報の発明には熱伝導性に優
れたフィン材用の合金としての考え方は一切記載されて
おらず、本発明の根幹となるＦｅ量とＮｉ量との関係を
捉えた記載は一切なされていない。即ち、特開昭57-600
46号公報の発明と本発明とは用途及び技術思想において
全く異なるものである。さらに、合金組成について、特
開昭57-60046号公報の発明ではＳｉ及びＦｅは不純物元
素と考えており、これらを積極的な添加元素として考え
て添加している本発明とは全く異なるものである。

【００１６】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
付け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。本
合金はＦｅを比較的多量に含有しているため、再結晶粒
が細かくなることがあるが、このような場合にＺｒを添
加するとよい。この際Ｚｒの添加量が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量の上限は
0.2wt％と定めた。

【００１７】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、上記の量を越えて添加した場合、熱伝
導性が低下する。

【００１８】さて、本発明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については、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，Ｐ
ｂ，Ｂｉ，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0.03％以下を必須条件とする。これらの元
素は、いずれも、添加した場合熱伝導性を低下させるた
めである。

【００１９】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られ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。

【００２０】本発明のフィン材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。また、本発明のフィン材をろ
う付けする方法は従来より行われている非腐食性フラッ
クスろう付け、フラックスろう付け、真空ろう付け等、
いずれでも可能である。本発明のフィン材の製造は、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。そしてこ
れらフィン材のろう付け加熱後の強度と導電率と５％Ｎ
ａＣｌ溶液中で飽和カロメル電極を用い自然電位を測定
した。なお上記ろう付け加熱は窒素ガス中で 600℃×５
分で行ったものである。これらの結果を表２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。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】表２より従来及び比較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、本発明フィン材は引張強さと導電率が共に優れた値
を示している。

【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、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

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年３月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】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。即ち、Ｆｅ添加量が０．５ｗｔ％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。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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 0.2wt％以下のＺ
   ｒ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。
3. 【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を含有し、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。
4. 【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 0.2wt％以下のＺ
   ｒ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。