CN101287957A - 铝制热交换管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种由包括0.9mass％到1.50mass％的Mn并且剩余的为Al和不可避免的杂质的合金制成的铝制热交换管(4)，该管的导电率为30％到43％IACS。该管(4)通过在大气或惰性气体气氛内在550℃到600℃下将由包括0.9mass％到1.50mass％的Mn并且剩余的为Al和不可避免的杂质的合金制成的管坯保持加热10到600分钟并随后冷却而制成。该管可容易和便宜地制造并且可实现令人满意的对点蚀的抗耐性。

Description

铝制热交换管及其制造方法
相关申请的交叉参考
本申请是根据35U.S.C.§111(a)提出的申请，并根据35U.S.C.§119(e)(1)要求享有按照35U.S.C.§111(b)于2004年7月1日的提交的临时申请No.60/584,135的申请日权益。
技术领域
本发明涉及铝制热交换管以及生产该管的方法，更具体地涉及例如用于热交换器例如其中使用含氯氟烃的汽车空调装置内的冷凝器或蒸发器的铝制热交换管，以及其中使用CO2等超临界制冷剂的汽车空调装置内的气体冷却器或蒸发器，和一种用于制造这种管的方法。
文中以及所附权利要求内使用的术语“铝”除了纯铝之外还包括铝合金。由原子符号表示的金属不包括其合金。
背景技术
已知这样的冷凝器用于其中使用含氯氟烃的汽车空调装置，该冷凝器包括：相互间隔开地平行设置的一对铝制集管；平行设置的铝制扁平热交换管，每个热交换管的相对端接合到各个集管；设置在各相邻对热交换管之间的空气通道间隙内并接合到该对热交换管的波状铝翅片；接合到一个集管的铝制入口管；和接合到另一个集管的铝制出口管。
上述冷凝器的热交换管通常由例如包括0.2wt％到10wt％的Cu并且余下的为Al和不可避免的杂质的合金制成(见公报JP-B No.60-22278)。
用于汽车空调装置的冷凝器的热交换管的表面迄今为止受到铬酸盐处理从而提高耐蚀性，但是该处理需要繁重的工作。由于Cr6+是有害的物质，所以该处理产生的废液使得必须进行麻烦的处理以便处置。因此，该热交换管存在制造需要进行繁重的工作的问题。另外，在不久的将来欧洲将禁止使用Cr6+。
但是，上述公报内公开的热交换管对点蚀没有抗耐性，除非对管进行铬酸盐处理。
尽管在钎焊之前通过热喷涂而不是铬酸盐处理在热交换管的外周向面上形成锌层以提高管的耐点蚀性是可行的，但是此方法也具有繁重并且成本高的问题。
本发明的一个目标是克服上述问题并提供一种铝制热交换管，该热交换管可容易且便宜地制造并且具有令人满意的对点蚀的抗耐性，以及一种用于制造该管的方法。
发明内容
为了实现上述目的，本发明包括以下模式。
1)一种由包括0.9mass％到1.50mass％的Mn并且剩余的为Al和不可避免的杂质的合金制成的铝制热交换管，该管的导电率为30％到43％IACS。
对于根据段落1)的铝制热交换管，Mn可有效地提高对点蚀的抗耐性并使强度提高，但是如果Mn的含量小于0.9mass％，则实现不了这种效果。如果该含量大于1.50mass％，使强度提高的效果稳定(即不再提高)，而热加工会遇到增大的变形阻力，并且将制成铝制热交换管的材料的可加工性例如可挤压性变差。因此，用于制造铝制热交换管的合金的Mn含量应为0.90mass％到1.50mass％。Mn含量优选地为1.0mass％到1.2mass％。
如果根据段落1)的管的导电率小于30％IACS，这表明Mn含量不足，这会导致强度较低。当导电率高于43％IACS时，Mn和不可避免的杂质难以在基质内形成令人满意的固溶体，从而导致耐蚀性较低。因此，用于制造铝制热交换管的合金的导电率应为30％到43％IACS，优选地为33％到37％IACS。
2)根据段落1)的铝制热交换管，其中不可避免的杂质包括Cu，并且Cu含量至多为0.05mass％。
对于根据段落2)的铝制热交换管，不可避免的杂质Cu即使存在非常少的量仍可能损害管的抗点蚀性。因此，Cu含量最多为0.05mass％。
3)根据段落1)的铝制热交换管，其中不可避免的杂质包括Fe，并且Fe含量至多为0.25mass％。
对于根据段落3)的铝制热交换管，不可避免的杂质Fe尽管不如Cu有影响，但是仍可能会损害管的抗点蚀性。因此，Fe含量最多为0.25mass％。
4)根据段落1)的铝制热交换管，其中不可避免的杂质包括Si，并且Si含量至多为0.25mass％。
对于根据段落4)的铝制热交换管，不可避免的杂质Si类似于Fe会使管的抗点蚀性降低。因此，Si含量最多为0.25mass％。
5)一种用于制造铝制热交换管的方法，其特征在于，在大气或惰性气体气氛内在550℃到600℃下将由包括0.9mass％到1.50mass％的Mn并且剩余的为Al和不可避免的杂质的合金制成的管坯保持加热10到600分钟并随后冷却。
对于用于制造铝制热交换管的根据段落5)的方法，管坯在预定的温度下被保持加热特定的一段时间，因此制成管坯的合金内的Mn和不可避免的杂质在基质内形成固溶体，从而减小了会导致腐蚀的用作材料内的晶核的晶体和沉淀物的量，从而提高了耐蚀性并导致较低的导电率，以提高制成的铝制热交换管的耐点蚀性。使用的加热温度为550℃到600℃，这是因为如果温度低于550℃，则Mn和不可避免的杂质在基质内不能充分形成固溶体，而且还因为超过600℃的温度经济效果不合算，难以提高在基质内形成Mn和不可避免的杂质的固溶体的效果。坯体被保持加热10到600分钟，这是因为如果此时间段小于10分钟，Mn和不可避免的杂质将不能充分溶解在固体基质内，而超过600分钟的时间段仅会导致经济效果较差，并且难以提高在基质内形成Mn和不可避免的杂质的固溶体的效果。
6)根据段落5)的用于制造铝制热交换管的方法，其中制造管坯的合金中的不可避免的杂质中包括Cu，并且Cu的含量至多为0.05mass％。
7)根据段落5)的用于制造铝制热交换管的方法，其中制造管坯的合金中的不可避免的杂质中包括Fe，并且Fe的含量至多为0.25mass％。
8)根据段落5)的用于制造铝制热交换管的方法，其中制造管坯的合金中的不可避免的杂质中包括Si，并且Si的含量至多为0.25mass％。
9)根据段落5)的用于制造铝制热交换管的方法，其中温度以20到130℃/min的速率升高以便加热坯体。
在根据段落9)的管制造方法内，温度以20到130℃/min的速率升高以便加热坯体，这是因为低于20℃/min的速率经济上不合算，而如果速率超过130℃/min，则同时要加热的其它铝制品的温度升高速率会变化。
10)根据段落5)的用于制造铝制热交换管的方法，其中坯体在加热之后以至少47℃/min的速率冷却。
在段落10)的管制造方法内，加热之后的冷却速率至少为47℃/min，这是因为如果冷却速率小于47℃/min，则形成基质内的固溶体的Mn和不可避免的杂质将重新析出，从而可能使耐蚀性变差。
11)一种包括根据段落1)到4)中任一项的铝制热交换管的热交换器。
12)一种制冷循环，该循环包括压缩器、冷凝器和蒸发器，并且在该制冷循环中使用含氯氟烃，该冷凝器为根据段落11)的热交换器。
13)一种其中装有根据段落12)的制冷循环作为汽车空调装置的车辆。
14)一种超临界制冷循环，该制冷循环包括压缩器、气体冷却器、蒸发器和用于使流出气体冷却器的制冷剂和流出蒸发器的制冷剂发生热交换的中间热交换器，并且该制冷循环中使用超临界制冷剂，该气体冷却器包括根据段落11)的热交换器。
15)一种其中装有根据段落14)的制冷循环作为汽车空调装置的车辆。
根据段落1)的铝制热交换管的导电率为30％到43％IACS，因此可防止其发生点蚀而无需铬酸盐处理或锌热喷涂。由于管由包括0.9mass％到1.50mass％的Mn并且剩余的为Al和不可避免的杂质的合金制成，所以可通过令人满意的可加工性制造强度提高的管。该管可仅通过在大气或惰性气体气氛内在预定的温度下将坯体保持加热特定的一段时间，并随后冷却该坯体而制造，因此可容易和便宜地制造。
根据段落2)到4)的铝制热交换管的耐点蚀性也提高。
所述的铝制热交换管可通过根据段落5)的方法以低成本较容易地制造。
根据段落6)到8)的管制造方法可分别以低成本较容易地制造段落2)到4)内所述的铝制热交换管。
根据段落9)到10)的管制造方法可确保经济效果高地提供具有可靠的耐点蚀性的铝制热交换管。
附图说明
图1是示出包括本发明的铝制热交换管并可用于其中使用含氯氟烃制冷剂的汽车空调装置的冷凝器的透视图；
图2是示出示例1到4的加热温度分布图的曲线图。
具体实施方式
下文将参照附图说明本发明的实施例。
图1示出适用于汽车空调装置并包括根据本发明的铝制热交换管的冷凝器。
参照图1，用于其中使用含氯氟烃制冷剂的汽车空调装置的冷凝器1包括：一对铝制且相互间隔开地平行设置的第一和第二集管2、3；平行设置的扁平热交换管4，每个热交换管均由铝压出型材制成且其相对端接合到对应的集管2、3；由铝钎焊板材制成的波状翅片5，每个翅片设置在各相邻对热交换管4之间的空气通道间隙内且钎焊在该对热交换管4上；由铝压出型材制成且焊接在第一集管2的周向壁的上端部上的入口管6；由铝压出型材制成且焊接在第二集管3的周向壁的下端部上的出口管7；设置在第一集管2内在该集管中部上方的第一隔板8；以及设置在第二集管3内在该集管中部下方的第二隔板9。
设置在第一隔板8上方的热交换管4的数量、设置在第一隔板8和第二隔板9之间的热交换管4的数量、以及设置在第二隔板9下方的热交换管4的数量自上而下依次减小以形成通道组。以气相通过入口管6流入的制冷剂在以液相从出口管7流出之前，Z字形地流过冷凝器1内的作为单元的通道组。
热交换管4由包括0.90mass％到1.50mass％的Mn并且剩余的为Al和不可避免的杂质的合金制成，该管的导电率为30％到43％IACS。尽管未示出，但是每个热交换管4均具有平行设置的多条制冷剂通路。
在构成热交换管4的合金包括的不可避免的杂质为Cu的情况下，不可避免的杂质Cu的含量优选地至多为0.05mass％。当构成热交换管4的合金包括的不可避免的杂质为Fe的情况下，不可避免的杂质Fe的含量优选地至多为0.25mass％。此外，当构成热交换管4的合金包括的不可避免的杂质为Si时，不可避免的杂质Si的含量优选地至多为0.25mass％。
例如按以下方式制造热交换管4。
将上述合金挤压成管坯。在大气或在惰性气体气氛内在550℃到600℃的温度下将管坯加热10到600分钟并随后冷却。为了加热管坯，温度优选地以20到130℃/min的速率升高，并且在加热之后，优选地以至少47℃/min的速率冷却管坯。这样，制造出热交换管4。
当管坯在预定的温度下被保持加热指定的一段时间时，构成管坯的合金内的Mn以及不可避免的杂质形成基质内的固溶体，从而减小了会导致腐蚀的用作材料内的晶核的晶体和沉淀物的量，从而提高了耐蚀性并导致较低的导电率，以提高制成的铝制热交换管的耐点蚀性。
在制造冷凝器1时，可在将集管2、3钎焊在热交换管4上并且将管4钎焊在波状翅片5上的同时制造热交换管4。
根据本实施例，本发明的铝制热交换管用于车辆空调装置内使用的冷凝器，其中该空调装置是其中使用含氯氟烃的制冷循环。该管可选择地可用于车辆空调装置内使用的蒸发器。
本发明的热交换管还可用于车辆空调装置，即用于包括压缩器、气体冷却器、蒸发器、和用于使流出气体冷却器的制冷剂和流出蒸发器的制冷剂发生热交换的中间热交换器的制冷循环，并且其中使用CO2等超临界制冷剂，以用作气体冷却器或蒸发器的管。
下面将参照特定示例和比较示例说明本发明。
示例1-4
使用四种合金挤压出热交换管用的坯体，该坏体的宽度为16mm、高度(厚度)为2mm、制冷剂通路的数量为18个、并且周向壁的厚度为0.3mm，该四种合金各自的组成在表1内示出。
表1
Figure A20058002137200101
随后，将管坯放置在内部温度设定为500℃的预热炉内，在其中保持10分钟，此后将管坯放置在内部温度设定为601℃的主加热炉内从而基本在600℃的温度下保持3分钟，使用氮气将管坯基本冷却到570℃。然后从炉中取出管坏。用于加热的温度以30℃/min的速率升高，并且管坯以60℃/min的速率冷却。图2示出加热温度分布图。
检查这样制造的热交换管的导电率。表1还示出(检查的)结果。
对热交换管进行SWAAT 960-hr试验并检查腐蚀。表1示出管的最大腐蚀深度。表2示出在热交换管内形成的腐蚀的状态，即腐蚀深度和腐蚀缺陷的数量。
表2
Figure A20058002137200111
比较示例1-4
使用四种合金挤压出热交换管用的坯体，该坏体的宽度为16mm、高度(厚度)为2mm、制冷剂通路的数量为18个、并且周向壁的厚度为0.3mm，该四种合金各自的组成在表1内示出。对管坯进行SWAAT 960-hr试验而没有进行加热处理，此后检查得到的腐蚀。发现管坯具有延伸通过周向壁的厚度的凹坑。
工业实用性
本发明的铝制热交换管例如适用于热交换器，例如其中使用含氯氟烃制冷剂的汽车空调装置内的冷凝器或蒸发器，以及其中使用CO2等超临界制冷剂的汽车空调装置内的气体冷却器或蒸发器。

Claims (15)

1.一种由包括0.9mass％到1.50mass％的Mn并且剩余的为Al和不可避免的杂质的合金制成的铝制热交换管，该管的导电率为30％到43％IACS。
2.根据权利要求1的铝制热交换管，其特征在于，该不可避免的杂质包括Cu，并且Cu含量至多为0.05mass％。
3.根据权利要求1的铝制热交换管，其特征在于，该不可避免的杂质包括Fe，并且Fe含量至多为0.25mass％。
4.根据权利要求1的铝制热交换管，其特征在于，该不可避免的杂质包括Si，并且Si含量至多为0.25mass％。
5.一种用于制造铝制热交换管的方法，其特征在于，在大气或惰性气体气氛内在550℃到600℃下将由包括0.9mass％到1.50mass％的Mn并且剩余的为Al和不可避免的杂质的合金制成的管坯保持加热10到600分钟并随后冷却。
6.根据权利要求5的用于制造铝制热交换管的方法，其特征在于，制造管坯的合金中的不可避免的杂质中包括Cu，并且Cu的含量至多为0.05mass％。
7.根据权利要求5的用于制造铝制热交换管的方法，其特征在于，制造管坯的合金中的不可避免的杂质中包括Fe，并且Fe的含量至多为0.25mass％。
8.根据权利要求5的用于制造铝制热交换管的方法，其特征在于，制造管坯的合金中的不可避免的杂质中包括Si，并且Si的含量至多为0.25mass％。
9.根据权利要求5的用于制造铝制热交换管的方法，其特征在于，温度以20℃/min到130℃/min的速率升高以便加热坯体。
10.根据权利要求5的用于制造铝制热交换管的方法，其特征在于，该坯体在加热之后以至少47℃/min的速率冷却。
11.一种包括根据权利要求1到4中任一项的铝制热交换管的热交换器。
12.一种制冷循环，该制冷循环包括压缩器、冷凝器和蒸发器，并且在该制冷循环中使用含氯氟烃的制冷剂，该冷凝器为根据权利要求11的热交换器。
13.一种其中装有根据权利要求12的制冷循环作为汽车空调装置的车辆。
14.一种超临界制冷循环，该制冷循环包括压缩器、气体冷却器、蒸发器和用于使流出气体冷却器的制冷剂和流出蒸发器的制冷剂发生热交换的中间热交换器，并且该制冷循环中使用超临界制冷剂，该气体冷却器包括根据权利要求11的热交换器。
15.一种其中装有根据权利要求14的制冷循环作为汽车空调装置的车辆。
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