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【発明の名称】 熱交換器用ブレージングフィン材並びに熱交換器及びその製造方法
【発明者】 【氏名】鈴木 祐治

【氏名】久富 裕二

【氏名】長谷川 義治

【氏名】外山 猛敏

【氏名】下谷 昌宏

【要約】 【課題】

【構成】芯材の両面にろう材がクラッドされた熱交換器用ブレージングフィン材であって、該芯材が、マンガンを含有するアルミニウム合金であり、該ろう材が、シリコンを6〜9.5質量%含有するアルミニウム合金であり、該ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径が3μm以下であり、該熱交換器用ブレージングフィン材の板厚が0.06mm以下であること、を特徴とする熱交換器用ブレージングフィン材。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
芯材の両面にろう材がクラッドされた熱交換器用ブレージングフィン材であって、
該芯材が、マンガンを含有するアルミニウム合金であり、
該ろう材が、シリコンを6〜9.5質量%含有するアルミニウム合金であり、
該ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径が3μm以下であり、
該熱交換器用ブレージングフィン材の板厚が0.06mm以下であること、
を特徴とする熱交換器用ブレージングフィン材。
【請求項2】
前記芯材が、1.0〜1.8質量%のマンガン、0.3〜1.0質量%のシリコン、0.05〜0.3質量%の鉄、1.0〜3.0質量%の亜鉛を含有するアルミニウム合金であり、
前記ろう材が、
(a)6〜9.5質量%のシリコンと、
(b)0.01〜0.03質量%のストロンチウム、0.001〜0.02質量%のナトリウム及び0.05〜0.4質量%のアンチモンのうちの1種又は2種以上と、
を含有するアルミニウム合金であること、
を特徴とする請求項1記載の熱交換器用ブレージングフィン材。
【請求項3】
前記芯材が、更に、0.05〜0.3質量%のクロム、0.05〜0.3質量%のチタン及び0.05〜0.3質量%のジルコニウムのうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項2記載の熱交換器用ブレージングフィン材。
【請求項4】
請求項1〜3いずれか1項記載の熱交換器用ブレージングフィン材をコルゲート加工して、コルゲート状のブレージングフィン材を得、次いで、該コルゲート状のブレージングフィン材、作動流体通路材及びヘッダを組み合わせ、450℃以上の温度域で加熱される時間が3〜10分となるろう付け条件で、ろう付けを行い得られることを特徴とする熱交換器。
【請求項5】
ろう付け後の芯材中のアルミニウム結晶粒径が、100μm以上であることを特徴とする請求項4記載の熱交換器。
【請求項6】
請求項1〜3いずれか1項記載の熱交換器用ブレージングフィン材をコルゲート加工して、コルゲート状のブレージングフィン材を得、次いで、該コルゲート状のブレージングフィン材、作動流体通路材及びヘッダを組み合わせ、450℃以上の温度域で加熱される時間が3〜10分となるろう付け条件で、ろう付けを行い、熱交換器を得ること特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、アルミニウム合金製の熱交換器用ブレージングフィン材、詳しくは、ラジエータ、ヒータコア、オイルクーラ、インタークーラ、カーエアコンのコンデンサ、エバポレータ等のように、フィン材と作動流体通路材とを、ろう付けにより接合するアルミニウム合金製の熱交換器用ブレージングフィン材、特にフィン成形時に金型が摩耗し難く、耐粒界腐食性及び接合性に優れた熱交換器用ブレージングフィン材、並びに該熱交換器用ブレージングフィン材を組付けた熱交換器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
アルミニウム合金製の熱交換器は、自動車のラジエータ、ヒータコア、オイルクーラ、インタークーラ、カーエアコンのエバポレータやコンデンサ等の熱交換器として、広く使用されている。アルミニウム合金製の熱交換器は、Al−Cu合金、Al−Mn合金、Al−Mn−Cu合金等からなる押出偏平管(作動流体通路材)又はこれらの合金の片面にろう材がクラッドされたブレージングシートを偏平状に成形した管に、アルミニウム合金製のフィン材又はアルミニウム合金の両面にろう材がクラッドされたブレージングフィン材を組み合わせ、塩化物系フラックスを使用するフラックスろう付け法、フッ化物系フラックスを用いる不活性ガス雰囲気ろう付け法、又は真空ろう付け法により、ろう材を介して両者を接合し、製造されている。
【0003】
該ろう材は、作動流体通路材の片面又はフィン材の両面に配置されており、該ろう材としては、一般に、シリコンを含有するアルミニウム合金からなるろう材が使用されている。
【0004】
ろう材が芯材にクラッドされている熱交換器用ブレージングフィン材においては、ろう付けは、ろう付け加熱により溶融した該ブレージングフィン材にクラッドされている該ろう材が、ろう付け接合部に流動することにより行なわれる。そして、該ろう材中のシリコンは、ろう付け加熱の際に該芯材に拡散するが、シリコンは、該芯材の結晶粒内よりも、結晶粒界に拡散し易いため、結晶粒界近傍に卑な領域が生成することになるので、ろう付け後に、該芯材に粒界腐食が生じ易くなる。
【0005】
該芯材の粒界腐食は、熱交換器コアの強度低下につながるが、ろう材の拡散が、芯材の表層域に留まっていれば、粒界腐食が芯材の中心にまで進行することがないので、熱交換器用ブレージングフィン材の板厚が厚い場合は、熱交換器コアの強度が確保される。
【0006】
ところが、近年、環境問題から自動車のより一層の燃費改善が求められており、自動車用熱交換器についても軽量化の要求がますます強くなってきている。そのため、熱交換器の構成部材であるフィン材、作動流体通路材(チューブ材)等の薄肉化が進められており、板厚が薄いフィン材が要求されるようになってきた。
【0007】
そして、フィン材の厚さを薄くすると、ろう付け時に、ろう材の芯材への拡散が、該芯材の厚み方向全体に起こってしまうので、ろう付け後に、粒界腐食が該芯材の厚み方向全体で発生し、熱交換器コアの強度を確保できないという問題があった。
【0008】
この問題に対し、例えば、特開平2004−84060号公報(特許文献1)では、熱交換器用ブレージングフィン材の芯材のろう付前の組織を繊維組織とし、ろう付後の組織の結晶粒径を50〜250μmとすることにより、更には、芯材及びろう材に含有される金属種及び含有量を特定の範囲とすることにより、ブレージングフィン材の粒界腐食を低減する試みが行なわれてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところが、熱交換器用ブレージングフィン材の板厚を、0.06mm以下と極めて薄くすると、特許文献1の熱交換器用ブレージングフィン材であってもなお、粒界腐食の防止が不十分であるという問題が生じた。
【0010】
また、熱交換器用ブレージングフィン材においては、空気を代表例とした冷却媒体との伝熱効率を高めるために、該熱交換器用ブレージングフィン材の条コイルに、成形金型によりスリット加工及びコルゲート加工することで、表面積を増やしたり乱流を作り出し、熱交換性能を高める工夫がされている。ところが、該熱交換器用ブレージングフィン材を成形金型で成形する場合、ろう材がクラッドされていないフィン材に比べて、金型の摩耗が大きく、金型の寿命が短いという問題もあった。
【0011】
また、熱交換器用ブレージングフィン材の板厚を薄くすると、ろう付け時に、ろう付け接合部に流動してくるろう材が少なくなるので、ろう付け接合部の接合性が悪くなり、あるいは、高温加熱による変形(高温座屈)が起こり易くなる。そのため、熱交換器用ブレージングフィン材には、板厚を薄くしても、ろう付接合部の接合性が良好であること、及び耐高温座屈性に優れることが、他に要求されている。
【0012】
また、従来の熱交換器用ブレージングフィン材では、板厚を0.06mm以下と極めて薄くすると、芯材の粒界腐食の防止が不十分であったために、熱交換器コアの強度の確保が困難であるという問題もあった。
【0013】
従って、本発明の課題は、熱交換器用ブレージングフィン材の板厚を0.06mm以下と極めて薄くしても、芯材の粒界腐食が起こり難く、ろう付接合部の接合性が良好であり、耐高温座屈性に優れ、且つコルゲート加工による金型の摩耗が少ない熱交換器用ブレージングフィン材を提供すること、及び粒界腐食が発生し難いフィン材を有する熱交換器を提供することにある。
【0014】
なお、特開平2003−39194号公報(特許文献2)では、ろう材中の粗大シリコン粒子の最大径が20μm以下であるブレージングシートが開示されている。しかし、特許文献2の課題は、ろう付加工時に、ブレージングシートに溶融穴を発生させないことなので、ろう付け後のブレージングフィン材の粒界腐食を防ぐという本発明とは、対象及び課題が異なる。また、特許文献2は、ブレージングシートの発明であるため、コルゲート加工することは想定されていない。
【0015】
【特許文献1】特開平2004−84060号公報(特許請求の範囲)
【特許文献2】特開平2003−39194号公報(特許請求の範囲)
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、(1)ろう材に含有されるシリコン粒子の粒径を微細にし、且つシリコンの含有量を特定の範囲にすることにより、芯材に粒界腐食が発生し難くなり且つコルゲート加工時の金型の摩耗が少ない熱交換器用ブレージングフィン材が得られること、及び(2)該熱交換器用ブレージングフィン材を用いて、特定のろう付け条件でろう付けすることにより、粒界腐食の少ないフィン材を有する熱交換器が得られること等を見出し、本発明を完成させた。
【0017】
すなわち、本発明(1)は、芯材の両面にろう材がクラッドされた熱交換器用ブレージングフィン材であって、
該芯材が、マンガンを含有するアルミニウム合金であり、
該ろう材が、シリコンを6〜9.5質量%含有するアルミニウム合金であり、
該ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径が3μm以下であり、
該熱交換器用ブレージングフィン材の板厚が0.06mm以下であること、
を特徴とする熱交換器用ブレージングフィン材を提供するものである。
【0018】
また、本発明(2)は、前記本発明(1)記載の熱交換器用ブレージングフィン材をコルゲート加工して、コルゲート状のブレージングフィン材を得、次いで、該コルゲート状のブレージングフィン材、作動流体通路材及びヘッダを組み合わせ、450℃以上の温度域で加熱される時間が3〜10分となるろう付け条件で、ろう付けを行い得られることを特徴とする熱交換器を提供するものである。
【0019】
また、本発明(3)は、前記本発明(1)記載の熱交換器用ブレージングフィン材をコルゲート加工して、コルゲート状のブレージングフィン材を得、次いで、該コルゲート状のブレージングフィン材、作動流体通路材及びヘッダを組み合わせ、450℃以上の温度域で加熱される時間が3〜10分となるろう付け条件で、ろう付けを行い、熱交換器を得ることを特徴とする熱交換器の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、熱交換器用ブレージングフィン材の板厚を0.06mm以下と極めて薄くしても、芯材の粒界腐食が起こり難く、ろう付け接合部の接合性が良好であり、耐高温座屈性に優れ、且つコルゲート加工による金型の摩耗が少ない熱交換器用ブレージングフィン材を提供することができ、また、粒界腐食が少ないフィン材を有する熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
本発明の熱交換器用ブレージングフィン材は、芯材の両面にろう材がクラッドされている。
【0022】
本発明の熱交換器用ブレージングフィン材に係る該芯材は、マンガンを含有するアルミニウム合金である。
【0023】
そして、該芯材が、1.0〜1.8質量%のマンガン、0.3〜1.0質量%のシリコン、0.05〜0.3質量%の鉄、1.0〜3.0質量%の亜鉛を含有するアルミニウム合金であることが、好ましい。
【0024】
該芯材がマンガンを含有することにより、該芯材の強度が高くなる。また、該芯材中のマンガンの含有量が多過ぎると、芯材用の合金鋳塊の鋳造中に粗大な晶出物が生成し易くなる。そのため、該芯材中のマンガンの含有量が1.0〜1.8質量%であることが、該芯材の強度が高く且つ鋳造中に粗大な晶出物が生成し難くなる点で好ましい。
【0025】
該芯材中のシリコンは、マンガンと結合して、アルミニウム−マンガン−シリコンの微細化合物を生成し、該芯材の強度を向上させる。また、該芯中のシリコンの含有量が多過ぎると、該芯材の融点が低くなり過ぎて、ろう付け時にフィン材が溶融又は座屈し易くなる。そのため、該芯材中のシリコンの含有量が0.3〜1.0質量%であることが、該芯材の強度が高く且つろう付け時にフィン材が溶融又は座屈し難くなる点で好ましい。
【0026】
該芯材が鉄を含有することにより、該芯材の強度が高くなる。また、該芯材中の鉄の含有量が多過ぎると、ろう付け後の該芯材中のアルミニウム結晶粒が小さくなり易いので、芯材の粒界腐食が発生し易くなる。そのため、該芯材中の鉄の含有量が0.05〜0.3質量%であることが、該芯材の強度が高く且つ粒界腐食が発生し難い点で好ましい。
【0027】
該芯材が亜鉛を含有することにより、フィン材の犠牲陽極効果が高くなる。また、該芯材の亜鉛の含有量が多過ぎると、フィン材の自己腐食量が多くなる。そのため、該芯材中の亜鉛の含有量が1.0〜3.0質量%であることが、フィン材の犠牲陽極効果が高く且つ自己腐食量が少ない点で好ましい。
【0028】
該芯材は、更に、0.05〜0.3質量%のクロム、0.05〜0.3質量%のチタン及び0.05〜0.3質量%のジルコニウムのうちの1種又は2種以上を含有することが、特に好ましい。なお、芯材が、クロム、チタン及びジルコニウムのうちの2種以上を含有する場合、これらの元素の含有量は、個々の元素の含有量である。
【0029】
該芯材が、クロム、チタン及びジルコニウムのうちの1種又は2種以上を含有することにより、ろう付け後の該芯材中のアルミニウム結晶粒が大きくなるので、芯材の粒界腐食が発生し難い。また、該芯材中のクロム、チタン及びジルコニウムの含有量が多過ぎると、熱交換器用ブレージングフィン材の加工が困難となり易い。そのため、該芯材が、更に、0.05〜0.3質量%のクロム、0.05〜0.3質量%のチタン及び0.05〜0.3質量%のジルコニウムのうちの1種又は2種以上を含有することが、芯材の粒界腐食が発生し難く且つフィン材の加工性が良好となる点で、特に好ましい。
【0030】
また、該芯材が銅を含有すると、ろう付け後に芯材の粒界腐食が発生し易くなるので、該芯材中の銅の含有量が0.1質量%以下であることが、好ましい。
【0031】
また、該芯材が、インジウム、スズ又はガリウムを0.3質量%以下の割合で含有することが、フィン材の熱伝導度が殆ど下がることなく、フィン材の犠牲陽極効果が高くなる点で好ましい。
【0032】
また、該芯材は、該芯材の強度の向上のために、バナジウム、モリブデン又はニッケルを、0.01質量%以下の割合で含有することができる。また、該芯材は、酸化防止のために、ホウ素を0.1質量%以下の割合で含有することができる。また、該芯材は、鉛、リチウム、ストロンチウム、カルシウム又はナトリウムを、それぞれ、0.1質量%以下の割合で含有してもよい。また、真空ろう付けによりろう付けを行なう場合、該芯材は、該芯材の強度の向上のために、マグネシウムを0.5質量%以下の割合で含有することができる。
【0033】
本発明の熱交換器用ブレージングフィン材に係る該ろう材は、6〜9.5質量%のシリコンを含有するアルミニウム合金である。該ろう材中のシリコンは、該ろう材の融点を下げ、溶融したろう材の流動性を高める。そして、該ろう材中のシリコンの含有量が、6質量%未満だと、溶融したろう材の流動性が低くなるため、接合部の接合性が低くなり易く、また、9.5質量%を超えると、該芯材に拡散するシリコンの量が多くなるので、芯材の粒界腐食が発生し易くなる。
【0034】
該ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径は、3μm以下、好ましくは0.2〜3μmである。該ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径が、3μmを超えると、芯材へのシリコンの拡散が多くなるので、芯材の粒界腐食が発生し易くなり、また、熱交換器用ブレージングフィン材のコルゲート加工時に、金型が摩耗し易くなり、また、ろう材の流動性が低くなるので、接合部の接合性が低くなる。
【0035】
該ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径は、例えば、該ろう材の該芯材へのクラッドに用いられる芯材用の合金鋳塊に、ストロンチウム、ナトリウム又はアンチモンを添加し、それらの元素の含有量を選択することにより、所望の値に設定される。
【0036】
該ろう材中のシリコン粒子の粒径範囲は、円相当径で20μm以下、好ましくは0.1〜15μmである。また、該ろう材中のシリコン粒子の正規分布における平均値をμ、標準偏差をσとした時、(μ+3σ)の値が15μm以下であることが好ましく、特に好ましくは4〜10μmである。該ろう材中のシリコン粒子の粒径範囲及び(μ+3σ)の値が、上記範囲にあることにより、芯材の粒界腐食が発生し難くなるという本発明の効果が更に高まる。なお、該ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径、円相当径の粒径範囲及び(μ+3σ)値は、後述するミクロ組織観察により測定される値である。
【0037】
該ろう材は、
(a)6〜9.5質量%のシリコンと、
(b)0.01〜0.03質量%のストロンチウム、0.001〜0.02質量%のナトリウム及び0.05〜0.4質量%のアンチモンのうちの1種又は2種以上と、
を含有するアルミニウム合金であることが、好ましい。
【0038】
該ろう材の該芯材へのクラッドに用いられるろう材用の合金鋳塊が、ストロンチウム、ナトリウム又はアンチモンを含有することにより、芯材にクラッドされた後の該ろう材中のシリコン粒子が微細になる。また、該ろう材中のストロンチウム、ナトリウム又はアンチモンの含有量が多過ぎると、ろう材の流動性が低くなり易いので、接合部の接合性が低くなり易い。そのため、該ろう材が、0.01〜0.03質量%のストロンチウム、0.001〜0.02質量%のナトリウム及び0.05〜0.4質量%のアンチモンのうちの1種又は2種以上とを含有することが、該ろう材中のシリコン粒子が微細であり且つ該ろう材の流動性が高い点で、好ましい。
【0039】
また、該ろう材が鉄を含有すると、芯材の自己腐食が発生し易くなるため、該ろう材の鉄の含有量は、0.8質量%以下であることが好ましい。また、該ろう材は、ろう材用の合金鋳塊の鋳造組織の微細化のために、チタンを0.3質量%以下の割合又はホウ素を0.01質量%以下の割合で含有することができる。また、該ろう材は、犠牲陽性効果を高めるために、インジウム、スズ又はガリウムを0.1質量%以下の割合で含有することができる。また、該ろう材は、表面酸化皮膜の成長を抑制するために、ベリリウムを0.1質量%以下の割合で含有することができる。また、該ろう材は、該ろう材の流動性を向上させるために、ビスマスを0.4質量%以下の割合で含有することができる。また、該ろう材は、クロム、銅、マンガンを、それぞれ、0.3質量%以下の割合で含有してもよく、また、鉛、リチウム、カルシウムを、それぞれ、0.1質量%以下の割合で含有してもよい。また、真空ろう付けによりろう付けを行なう場合、該ろう材は、マグネシウムを2.0質量%以下の割合で含有することができ、また、フッ化物系のフラックスを用いてろう付けを行なう場合、該ろう材は、マグネシウムを0.5質量%以下の割合で含有することができる。
【0040】
なお、本発明において、該芯材又は該ろう材中のマンガン、シリコン、鉄、亜鉛、クロム、チタン、ジルコニウム、ストロンチウム、ナトリウム、アンチモン等の含有量は、各元素の含有量を指す。
【0041】
本発明の熱交換器用ブレージングフィン材は、該芯材の両面に該ろう材をクラッドすることにより得られる。該芯材に該ろう材をクラッドする方法としては、該芯材又は該ろう材中の各元素の組成と同じ組成を有する芯材用の合金鋳塊及びろう材用の合金鋳塊を鋳造し、次いで、該芯材用の合金鋳塊については常法に従って均質化処理を行い、該ろう材用の合金鋳塊については熱間圧延を行い、次いで、均質化処理後の該芯材用の合金鋳塊と該ろう材用の合金鋳塊の熱間圧延物を合わせて、熱間圧延→焼鈍→冷間圧延を順に行い、又は熱間圧延→冷間圧延→焼鈍を順に行い、次いで、仕上げ冷間圧延をする方法が挙げられる。
【0042】
そして、該ろう材用の合金鋳塊が、0.01〜0.03質量%のストロンチウム、0.001〜0.02質量%のナトリウム及び0.05〜0.4質量%のアンチモンのうちの1種又は2種以上とを含有することが、該ろう材中のシリコン粒子が微細になる点で、好ましい。
【0043】
本発明の熱交換器用ブレージングフィン材の板厚は、0.06mm以下、好ましくは0.04〜0.06mmである。
【0044】
本発明の熱交換器用ブレージングフィン材の片面のクラッド率は、平均5〜20%であることが好ましい。該片面のクラッド率が、5%未満だと、芯材にクラッドされるろう材の厚さが少ないので、良好なろう付けフィレットが得られ難くなる。また、該片面のクラッド率が、20%を超えると、均一なクラッド率を得難く、あるいは、ろうの溶融量が多くなるので、芯材が溶解又は浸食され易くなるとともに、芯材へのシリコンの拡散量が多くなるので、芯材の粒界腐食が生じ易くなる。
【0045】
本発明の熱交換器は、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材をコルゲート加工して、コルゲート状の熱交換器用ブレージングフィン材を得、次いで、該コルゲート状の熱交換器用ブレージングフィン材、作動流体通路材及びヘッダを組み合わせ、次いで、ろう付けを行い得られる。
【0046】
そして、該ろう付けにおいて、ろう付け条件を、450℃以上の温度域で加熱される時間が3〜10分、好ましくは5〜7分となるろう付け条件とする。該ろう付けは、該コルゲート状の熱交換器用ブレージングフィン材、作動流体通路材及びヘッダを組み合わせたものを、450℃より低温から加熱して、通常、600℃程度まで昇温した後、450℃より低温まで冷却するので、加熱温度が450℃に達した時点から冷却温度が450℃に達するまでの時間を、3〜10分、好ましくは5〜7分とする。450℃以上の温度域で加熱される時間が3〜10分、好ましくは5〜7分となるろう付け条件でろう付けを行なうことにより、フィン材の粒界腐食が少ない熱交換器が得られる。
【0047】
本発明の熱交換器では、コルゲート加工する前に、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材を、所定幅にスリッティングすることができる。
【0048】
該作動流体通路材は、内部に冷媒を流通するための管であり、例えば、JIS1100合金やJIS3003合金等を扁平管状に押出成形することにより得られる。また、該作動流体通路材は、JIS3003合金等のマンガンを含有するアルミニウム合金の板材を、偏平管に成形することによっても得られる。また、耐貫通腐食性を向上させる目的で、該作動流体通路材の表面に亜鉛溶射しても良いし、表面に亜鉛を含むフラックスを付与しても良いし、あるいは、亜鉛を含有する層を更にクラッドしても良い。
【0049】
本発明の熱交換器は、例えば、該コルゲート状の熱交換器用ブレージングフィン材と該作動流体通路材とを、交互に積層し、更に、ヘッダを組み合わせ、ろう付けすることにより得られ、この場合、該コルゲート状の熱交換器用ブレージングフィン材と該作動流体通路材の積層物のろう付け接合物が、熱交換器コアとなる。
【0050】
本発明の熱交換器において、ろう付け後の芯材中のアルミニウム結晶粒径が、100μm以上、好ましくは100〜3000μmであることが、芯材中の結晶粒界が少なくなるので、芯材の粒界腐食が発生し難くなる点で、好ましい。なお、該ろう付け後の芯材中のアルミニウム結晶粒径は、後述するミクロ組織観察により測定される値である。
【0051】
本発明の熱交換器において、例えば、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材の製造条件を調整することにより、具体的には、例えば、中間焼鈍条件と冷間仕上げ圧延の条件を調整することにより、ろう付け後の芯材の組織のアルミニウム結晶粒径を、100μm以上とすることができる。
【0052】
ブレージングフィン材のろう付けは、製造効率をよくするために、ブレージングフィン材、作動流体通路材及びヘッダ等の組み付け物を、一定の温度勾配で加熱して行なわれるのが通常である。そのため、ろう材が溶融して接合部へ流動する時間が長くなる程、芯材上にろう材が長く留まるので、加熱時間を長くしなければならず、芯材上のろう材の温度が高くなる。そして、芯材上のろう材の温度が高くなる程、ろう材中のシリコンが芯材へ拡散し易くなる。また、ろう材が溶融して接合部へ流動する時間が長くなる程、高温のろう材と芯材が接触している時間が長くなる。そして、高温のろう材と芯材が接触している時間が長くなる程、芯材へ拡散するシリコン量が多くなる。
【0053】
本発明の熱交換器用ブレージングフィン材は、ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径を3μm以下と微細にすることにより、ろう付け昇温時に、シリコン粒子がアルミニウム合金に溶解し易くなるので、ろう材は、短時間で溶融し、高温にならないうちに接合部へ流動する。そのため、ろう材中のシリコンの含有量を、6〜9.5質量%と少なくしても、ろう材の溶融時の流動性を良好にすることができる。これらのことから、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材では、ろう材が、高温にならないうちに、速やかに芯材からなくなり、加えて、ろう材中のシリコンの含有量が少ないため、フィンの芯材に拡散するシリコンの量が少なくなり、芯材の中心にまで拡散するシリコンの量を低減できる。このため、芯材の粒界腐食が発生し難くなる。更に加えて、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材では、ろう材が、高温にならないうちに、速やかに芯材からなくなるため、芯材に拡散するろう材の量が少なくなるので、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材の耐高温座屈性が高くなる。更に加えて、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材では、ろう材の流動性が良好なので、接合部の接合性が良好となる。更に加えて、ろう材中のシリコン粒子が微細であるため、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材によれば、コルゲート加工時の金型の摩耗を少なくすることができる。
【0054】
すなわち、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材は、ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径を3μmとし、且つろう材中のシリコンの含有量を6〜9.5質量%とすることにより、芯材の粒界腐食を発生し難くさせ、耐高温座屈性を高くし、接合部の接合性を良好にし、コルゲート加工時の金型の摩耗を少なくすることができる。
【0055】
一方、ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径が3μmを超えると、ろう付け時にシリコン粒子がアルミニウム合金に溶解し難くなるので、ろう材の溶融が完了するまでの時間が長くなるため、芯材上のろう材の温度が高くなり過ぎ、且つ高温のろう材と芯材が接触している時間も長くなる。そのため、ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径が3μmを超えると、フィンの芯材に拡散するシリコンの量が多くなり、芯材の中心にまで拡散するシリコンの量が多くなる。また、ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径が3μmを超えると、ろう材の流動性を高めるために、ろう材中のシリコンの含有量を多くしなければならないので、フィンの芯材に拡散するシリコンの量が多くなり、芯材の中心にまで拡散するシリコンの量が多くなる。
【0056】
また、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材は、ろう付け時のろう材の流動性が高いので、450℃以上の温度域で加熱される時間が3〜10分と短くしても、ろう付けを確実に行なえる。そして、本発明の熱交換器用ブレージングフィン材を用いて、短時間でろう付けを行うことにより、芯材へのろう材中のシリコンの拡散を少なくすることができるので、芯材の粒界腐食が発生し難い熱交換器を製造することができる。そのため、本発明の熱交換器は、フィン材の粒界腐食に起因する熱交換器コアの強度低下が少なく、信頼性が高い。
【0057】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を実証する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例】
【0058】
(実施例1及び比較例1)
(熱交換器用ブレージングフィン材の製造)
連続鋳造によって表1に示す組成の芯材用の合金鋳塊及び表2に示す組成のろう材用の合金鋳塊を鋳造し、芯材用の合金鋳塊については均質化処理を行った。ろう材用の合金鋳塊については、熱間圧延を施して所定の厚さとし、これを芯材用の合金鋳塊の両面に合わせて熱間圧延し、芯材の両面にろう材がクラッドされているクラッド素材を得た。その後、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延を行い、厚さ0.06mmのブレージングフィン材(実施例No.A〜T、比較例No.a〜p)を得た。クラッド率は10%とした。得られたブレージングフィン材のろう材中のシリコン粒子の平均円相当径、円相当径の粒径範囲及び(μ+3σ)値の測定を、ミクロ組織観察により行なった。また、得られたブレージングフィン材による金型の摩耗性を評価した。その結果を表3及び表5に示す。
【0059】
<ろう材中のシリコン粒子の分析>
ブレージングフィン材の表面を研磨後、1%フッ酸水溶液でエッチングし、画像処理装置を用いて、1mmの面積当りのシリコン粒の分布を測定すること(ミクロ組織観察)により、ろう材中のシリコン粒子の粒子径分布を測定した。この場合のシリコン粒子径の定義としては円相当径を採用した。そして、シリコン粒子の平均円相当径、円相当径の粒径範囲及び(μ+3σ)値を求めた。
【0060】
<ブレージングフィン材による金型の摩耗性の評価>
材質がステンレス鋼SUS304の新品のはさみを使用し、該ブレージングフィン材を繰り返し切断し、400回切断した後の刃先を顕微鏡で拡大観察した。摩耗がない場合を○、摩耗の程度が少ない場合を△、摩耗の程度が大きい場合を×とした。
【0061】
(供試コアの製造)
該ブレージングフィン材をコルゲート成形加工し、表面に亜鉛処理を施した純アルミニウムの多孔偏平管(50段)からなるチューブ(作動流体通路材)に組付けて、予め嵌合部を設けたヘッダタンクおよびサイドプレートと組合わせ、フッ化物系のフラックスを吹き付けた後、600℃(到達温度)に加熱して不活性雰囲気ろう付けを行い、供試コアを得た。この時、450℃以上の温度域で加熱される時間が8分となるろう付け条件で、ろう付けを行なった。ろう付け後の接合率、接合部の接合長さ、接合部の溶融座屈の有無、耐粒界腐食性及びチューブの腐食深さを評価した。その結果を表4及び表6に示す。
【0062】
<接合率>
ろう付け後のコルゲート状のブレージングフィン材に治具を押し当てて、フィン材を破断し、チューブ材表面とブレージングフィン材との接合部跡を観察して、接合されていたフィン山の数を数え、下記式(1):
接合率(%)=(接合されていたフィン山/全コルゲート数)×100 (1)
により、接合率を求めた。
【0063】
<接合長さ>
接合部の代表部分を採取して、樹脂に埋め込み、接合部の接合長さの平均値を測定した。接合長さの平均値が1.0mm以上の場合を○、1.0mm未満の場合を×とした。
【0064】
<接合部の溶融座屈の有無>
接合部の代表部分を採取して、樹脂に埋め込み、接合部が溶融座屈しているか否かを観察した。1箇所も溶融座屈していない場合は○、1箇所でも溶融座屈していた場合は×とした。
【0065】
<耐粒界腐食性>
該供試コアについて、SWAAT腐食試験(ASTM G85−85)を4週間行った後、フィン材の断面組織を観察し、耐粒界腐食性を判断した。粒界腐食が芯材中心部にまで達していなかった場合を○、粒界腐食が一箇所でも芯材中心部にまで達していた場合を×とした。また、フィン全体が腐食して断面組織の観察ができなかった場合を自己腐食性×とした。
【0066】
<チューブの腐食深さ>
上記SWAAT腐食試験後のチューブ表面を実体顕微鏡で観察し、腐食部の腐食深さを、焦点深度法により測定した。
【0067】
また、該ブレージングフィン材の単板を、同じろう付け条件で加熱し、ろう付け加熱後のフィン材の強度及びフィン材中のアルミニウム結晶粒径を測定した。その結果を表4及び表6に示す。
【0068】
<ろう付け加熱後のフィン材の強度>
ろう付け加熱後のフィン材からJIS5号試験片(JIS Z 2201)を作成し、JIS Z 2241に準拠して引張試験を行い、フィン材の強度を測定した。
【0069】
<ろう付け加熱後のフィン材中のアルミニウム結晶粒径>
ろう付け加熱後のフィン材中のアルミニウム結晶粒径の測定を、結晶組織観察方法で行った。先ず、ろう付け加熱後のフィン材の表面を研磨して、ろう材層を除去した、次いで、電解エッチングを行い、偏光顕微鏡でミクロ組織した。ASTMカードを用いて、結晶粒の大きさを測定した。
【0070】
【表1】


【0071】
【表2】


【0072】
【表3】


1)ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径
2)ろう材中のシリコン粒子の円相当径の粒径範囲
【0073】
【表4】


1)ろう付け後のフィン材中のアルミニウム結晶粒径
【0074】
【表5】


1)ろう材中のシリコン粒子の平均円相当径
2)ろう材中のシリコン粒子の円相当径の粒径範囲
【0075】
【表6】


1)ろう付け後のフィン材中のアルミニウム結晶粒径
2)自己腐食が多く、耐粒界腐食性を評価できなかった。
【0076】
実施例No.A〜T
板厚が0.06mmと薄いブレージングフィン材でも、ろう付け後のフィン材の強度が高く、ろう付け性も良好であり、耐粒界腐食性も良好であった。
【0077】
比較例No.a〜p
a:芯材中のマンガンが少ないため、ろう付け後の強度が低かった。
b:芯材中のマンガンが多いため、ブレージングシートが得られなかった。
c:芯材中のシリコンが少ないため、ろう付け後の強度が低かった。
d:芯材中のシリコンが多いため、ろう付け時に溶融座屈が生じ、ろう付け後の芯材の強度が低く、粒界腐食が芯材中心部まで達していた。
e:芯材中の鉄が多いため、ろう付け後の結晶粒が小さく、ろう付け時に溶融座屈が生じ、粒界腐食が芯材中心部まで達していた。
f:芯材中の亜鉛が少ないため、チューブの腐食深さが大きくなっていた。
g:芯材中の亜鉛が多いため、フィンの自己腐食が多くなっていた。
h:芯材中のクロムが多いため、ブレージングシートが得られなかった。
i:芯材中のチタンが多いため、ブレージングシートが得られなかった。
j:芯材中のジルコニウムが多いため、ブレージングシートが得られなかった。
k:ろう材中のシリコンが少ないため、接合率が低く、接合長さも劣っていた。
l:ろう材中のシリコンが多いため、粒界腐食が芯材中心部まで達していた。
m:ろう材中のシリコンの粒子径が大きいため、摩耗が見られた。また、粒界腐食が芯材中心部まで達していた。
n:ろう材中のストロンチウムが多いため、接合率が低く、接合長さも劣っていた。
o:ろう材中のナトリウムが多いため、接合率が低く、接合長さも劣っていた。
p:ろう材中のアンチモンが多いため、接合率が低く、接合長さも劣っていた。
【0078】
(比較例2)
(熱交換器用ブレージングフィン材の製造)
連続鋳造によって表1に示す組成の芯材用の合金鋳塊及び表2に示す組成のろう材用の合金鋳塊を鋳造し、芯材用の合金鋳塊については均質化処理を行った。ろう材用の合金鋳塊については、熱間圧延を施して所定の厚さとし、これを芯材用の合金鋳塊の両面に合わせて熱間圧延し、芯材の両面にろう材がクラッドされているクラッド素材を得た。その後、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延を行い、厚さ0.06mmのブレージングフィン材(比較例No.q〜s)を得た。クラッド率は10%とした。
【0079】
(供試コアの製造)
該ブレージングフィン材をコルゲート成形加工し、表面に亜鉛処理を施した純アルミニウムの多孔偏平管(50段)からなるチューブ(作動流体通路材)に組付けて、予め嵌合部を設けたヘッダタンクおよびサイドプレートと組合わせ、フッ化物系のフラックスを吹き付けた後、600℃(到達温度)に加熱して不活性雰囲気ろう付けを行い、供試コアを得た。この時、450℃以上の温度域で加熱される時間が20分となるろう付け条件で、ろう付けを行なった。ろう付け後の接合率、接合部の接合長さ、接合部の溶融座屈の有無、耐粒界腐食性及びチューブの腐食深さを評価した。その結果を表7に示す。
【0080】
【表7】


【0081】
比較例No.q〜s
いずれも、450℃以上の加熱時間が長いために、粒界腐食が芯材中心部まで達していた。
【出願人】 【識別番号】000002277
【氏名又は名称】住友軽金属工業株式会社
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
【出願日】 平成18年6月30日(2006.6.30)
【代理人】 【識別番号】100098682
【弁理士】
【氏名又は名称】赤塚 賢次

【識別番号】100071663
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 保夫

【識別番号】100131255
【弁理士】
【氏名又は名称】阪田 泰之


【公開番号】 特開2008−6480(P2008−6480A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−180905(P2006−180905)