CN1305637C - 热交换管 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有较高耐腐蚀性的热交换管。热交换管包括铝合金挤压出的管，以及形成在该铝合金挤压出的管的外表面上的含有硅粉末和含锌焊剂的焊剂层，其中，施加在铝合金挤压出的管上的硅粉末的量不少于1克/平方米且不超过5克/平方米，施加在铝合金挤压出的管上的含锌焊剂的量不少于5克/平方米且不超过20克/平方米。

Description

热交换管
技术领域
本发明涉及一种热交换管，更具体地涉及一种具有较高耐腐蚀性的热交换管。
本发明要求享有于2003年5月6日提交的日本专利申请No.2003-128170的优先权，其内容通过引用结合于本文中。
背景技术
如图2所示，热交换器通常包括一对称为集管5的左、右管体，安装在集管5之间并相互间隔开地平行安装的由铝合金制成的多个管1，以及安装在管1，1之间的散热片6。各管1的内部空间和集管5的内部空间相互连通，以便使介质经由集管5的内部空间和各管1的内部空间而循环，从而实现了经由散热片6的有效热交换。
已经知道可通过热交换管11来构成热交换器的管1，管11通过用含有钎焊材料粉末的焊剂来涂覆铝合金挤压出的管3的表面以形成焊剂层2来制造，管3具有扁平的截面和多个如图1的透视图所示的穿过介质的孔4。还已经知道，可用具有很好的挤压成形工艺加工性的材料(JIS1050)来制造铝合金挤压出的管3，并使用硅粉末、铝硅合金粉末或铝硅锌合金粉末作为包含于焊剂层2中的钎焊材料。
可采用上述传统的热交换管11在下述工艺中制造热交换器，该工艺例如为：将热交换管11相对于相互间隔开一定距离地平行设置的集管5垂直地安装，将热交换管11的端部插入到设于集管5的侧面中的开口(未示出)中，将具有波纹形状的散热片6装配到热交换管11之间，并且将该组件置于加热炉中加热，从而通过位于热交换管11上的钎焊材料的钎焊来将集管5和管1相互间固定在一起，同时通过钎焊将波纹形状的散热片6固定在管1，1之间。
构成热交换器的管1的壁厚制成为比集管5的壁厚更小，以便达到较高的热交换效率。结果，在管和集管以相当的速率被腐蚀的情况下，因腐蚀而可能会首先在管中形成穿孔，从而使介质从中泄漏出去。因此，在热交换器中一个主要的问题是防止管的腐蚀。
为了提高热交换管11的耐腐蚀性，在传统的热交换器中的管表面上形成了含有锌作为主要成分的牺牲阳极层。关于形成牺牲阳极层的工艺，已经知道可以采用锌的热喷涂和用含锌焊剂进行涂覆的工艺。未审查的日本专利申请出版物No.7-227695公开了一种采用含锌焊剂的一个例子。
然而，在通过热喷涂来形成牺牲阳极层时，很难精确地控制由热喷涂所施加的金属量，因而导致了无法在管表面上均匀地形成牺牲阳极层且管的耐腐蚀性得不到提高的问题。
在使用如上述未审查的日本专利申请出版物No.7-227695所介绍的含锌焊剂时，由于在管表面上同时施加焊剂和锌，因此可以认为管的耐腐蚀性得到了提高。然而，实际上很难用普通涂覆方法如浸涂法和辊涂法来实现稳定的涂覆条件，因此很难均匀地施加含锌焊剂。结果，锌在牺牲阳极层中的分布变得不均匀，因而导致了管的耐腐蚀性不足，在锌的浓度较高的部分处会产生优先腐蚀。
发明内容
鉴于上述背景而完成了本发明，本发明的一个目的是提供一种具有较高耐腐蚀性的热交换管。
为了实现上述目的，本发明采用了下述结构。
本发明的热交换管包括铝合金挤压出的管，以及形成在该铝合金挤压出的管的外表面上的含有硅粉末和含锌焊剂的焊剂层，其中施加在铝合金挤压出的管上的硅粉末的量不少于1克/平方米(1g/m2)且不超过5g/m2，施加在铝合金挤压出的管上的含锌焊剂的量不少于5g/m2且不超过20g/m2。
含锌焊剂优选含有至少一种选自ZnF2、ZnCl2和KZnF3的锌化合物。
当使用这种热交换管时，由于施加了硅粉末和含锌焊剂的混合物，因此在钎焊工艺期间硅粉末熔化且转变成钎焊液体，包含于焊剂中的锌在钎焊液体中均匀地扩散且均匀地分布在管表面上。由于锌在液相如钎焊液体中的扩散速度比在固相中的扩散速度高得多，因此管表面中的锌浓度变得非常均匀，从而能够形成均匀的牺牲阳极层并提高热交换管的耐腐蚀性。
硅粉末的最大粒度优选为不大于30微米(μm)和不小于0.1微米。超过30μm的最大粒度导致管的腐蚀深度增加，因而这种情况是不希望发生的。当硅粉末的最大粒度小于0.1μm时，硅颗粒会聚积起来，在这种情况下同样会使管的腐蚀深度增加。因此，最大粒度优选不小于0.1μm。
铝合金挤压出的管优选由含有硅和锰且余量为铝和不可避免的杂质的铝合金制成，其中硅含量为0.5％重量或更大且1.0％重量或更小，而锰含量为0.05％重量或更大且1.2％重量或更小。
附图说明
图1是现有技术的热交换管的透视图。
图2是现有技术的热交换器的透视图。
具体实施方式
下面将详细地介绍本发明的优选实施例。
本发明的热交换管通过在铝合金挤压出的管的外表面上形成含有硅粉末和含锌焊剂的焊剂层来制造。
构成热交换管的铝合金挤压出的管由含有硅和锰且余量为铝和不可避免的杂质的铝合金制成，其中硅含量为0.5％重量或更大且1.0％重量或更小，而锰含量为0.05％重量或更大且1.2％重量或更小。
下面将介绍限制铝合金挤压出的管的组分的原因。硅具有这样的效果，即较大量的硅形成了铝合金挤压出的管中的固溶体，因而使铝合金挤压出的管具有高电位，这样在装配热交换器时便会使在与管钎焊在一起的集管和散热片中产生优先腐蚀，从而抑制了在铝合金挤压出的管中产生深点腐蚀，同时提高了钎焊性能并形成了良好的连接性，因此提高了钎焊后的强度。含量小于0.5％的硅无法达到所需的效果，因此是不合需要的。另一方面，含量大于1.0％的硅降低了合金的熔点，导致了在钎焊期间过度的熔化和较差的挤压成形性能，这也是不合需要的。因此，铝合金挤压出的管中的硅浓度设定在0.5到1.0％的范围内。硅浓度的更优选的范围为0.6到0.8％。
由于锰会使钎焊材料中的扩散更不可能发生，因此锰具有使铝合金挤压出的管具有高电位的效果，这就使得与散热片或集管形成了较高的电位差，从而更有效地形成了散热片或集管的防蚀效果，因此提高了外部耐腐蚀性和钎焊后的强度。含量小于0.05％的锰无法实现使铝合金挤压出的管具有高电位的足够效果，因此是不合需要的。另一方面，含量大于1.2％的锰导致了较差的挤压成形性能，这也是不合需要的。
因此，铝合金挤压出的管中的锰浓度设定在0.05到1.2％的范围内。
形成于管表面上的焊剂层包括含锌焊剂和硅粉末，因此在钎焊后会在管的整个表面上形成熔融钎焊材料层。由于钎焊材料层含有在其中均匀分布的锌，因此钎焊材料层具有与牺牲阳极层相似的效果，使得钎焊材料层受到优先平面腐蚀。因此，可以抑制深点腐蚀并提高耐腐蚀性。
施加在热交换管上的硅粉末的量优选不少于1g/m2且不超过5g/m2。当该量少于1g/m2时，由于钎焊材料的量不足，因此无法达到足够的钎焊强度，并且无法实现锌的充分扩散。当该量超过5g/m2时，管表面中的硅浓度增加，腐蚀速率增加，因此这是不合需要的。
焊剂层至少含有含锌焊剂。除含锌焊剂外，也可包含有不含锌的焊剂。
含锌焊剂优选含有至少一种选自ZnF2、ZnCl2和KZnF3的锌化合物。不含锌的焊剂优选含有至少一种氟化物如LiF、KF、CaF2、AlF3或SiF4，或者含有氟化物如KAlF4或KAlF3的络合物。
在热交换管的焊剂层中含有含锌焊剂时，在钎焊后便在管表面上形成了锌扩散层(钎焊材料层)，这样，锌扩散层用作牺牲阳极层，从而提高了管的耐腐蚀效果。
而且，由于施加了硅粉末和含锌焊剂的混合物，因此在钎焊工艺期间硅粉末熔化且转变成钎焊液体，包含于焊剂中的锌在钎焊液体中均匀地扩散且均匀地分布在管表面上。由于锌在液相如钎焊液体中的扩散速度比在固相中的扩散速度快得多，因此管表面中的锌浓度变得非常均匀，从而能够形成均匀的锌扩散层并提高热交换管的耐腐蚀性。
施加在热交换管上的含锌焊剂的量不少于5g/m2且不超过20g/m2。少于5g/m2的量导致了锌扩散层的形成不充分，不具备足够的耐腐蚀效果，因此是不合需要的。超过20g/m2的量导致了过多的锌集中在散热片与其它部件相连的倒角部分处，这使得连接处具有较高的腐蚀速率，因此也是不合需要的。
通过将热交换器的集管和散热片钎焊到上述热交换管上便可构成热交换器。
也就是说，热交换器由相互间连接在一起的本发明的热交换管、热交换器集管和散热片构成。与结合现有技术所述的热交换器类似，该热交换器包括一对称为“热交换器集管”的左、右管体，安装在热交换器集管之间并相互间隔开地平行安装的多个热交换管，以及安装在热交换管之间的散热片。热交换管的内部空间和热交换器集管的内部空间相互连通，以便使介质经由热交换器集管的内部空间和热交换管的内部空间而循环，从而实现了经由散热片的有效热交换。
示例
通过对由含有0.7％重量的硅和0.5％重量的锰的铝合金制成的坯料进行挤压成形，生产出具有10个冷却介质通过孔、截面为20毫米宽和2毫米高且壁厚为0.20毫米的铝合金挤压出的管。
然而通过将含锌焊剂与硅粉末相混合来制备焊剂混合物。通过喷在预先生产出的铝合金挤压出的管的外表面上来施加焊剂混合物，从而形成了焊剂层。施加在铝合金挤压出的管上的硅粉末和焊剂混合物的量显示于表1中。据此生产出示例1到6和比较示例1到4的热交换管。
在示例1到6的热交换管和比较示例1到4的热交换管上装配由包覆材料(JIS3003或JIS3003/JIS4045)制成的散热片，并将该组件保持于600℃的氮气氛下达3分钟，以便进行钎焊。对其上钎焊有散热片的管进行腐蚀测试(SWAAT，20天)，测量管的最大腐蚀深度。测试结果显示于表1中。
                                    表1
      硅粉末          焊剂 散热片   最大腐蚀深度(μm) 备注
  涂覆量(g/m2)   最大粒度(μm) 组分   涂覆量(g/m2)
  示例1   1   10   KZnF3   5   JIS3003   75   -
  示例2   3   10   KZnF3   10   JIS3003   70   -
  示例3   5   10   KZnF3   15   JIS3003   80   -
  示例4   5   10   KZnF3   20   JIS3003   75   -
  示例5   3   10   ZnCl2+KAlF4   10+10   JIS3003   95   -
示例6 3 35 KZnF3 10 JIS3003 80   腐蚀有些深
  比较示例1 3 10 KAlF4 10 JIS3003 350 -
  比较示例2 3 10 KZnF3+KAlF4 2+10 JIS3003 300 -
  比较示   -   -   ZnF2   10   JIS3003/   175   -
  例3   JIS4045
  比较示例4 - - KZnF3 20   JIS3003/JIS4045 200
如表1所示，在示例1到6中的任一带有散热片的管中，最大腐蚀深度小于100μm，这表示管的腐蚀得到了抑制。示例6显示了其腐蚀有些深，这是因为硅粉末的最大粒度较大。
在比较示例中腐蚀的程度较大，可以推测其原因是在比较示例1中未在焊剂中添加锌，在比较示例2中含锌焊剂(KZnF3)的量较小(2g/m2)，而在比较示例3和4中锌由于未添加硅粉末而分布得不均匀。
如上所详述，在本发明的热交换管中，由于施加了硅粉末和含锌焊剂的混合物，因此在钎焊工艺期间硅粉末熔化且转变成钎焊液体，同时包含于焊剂中的锌在钎焊液体中均匀地扩散且均匀地分布在管表面上。由于锌在液相如钎焊液体中的扩散速度比在固相中的扩散速度快得多，因此管表面中的锌浓度变得非常均匀，从而能够形成均匀的牺牲阳极层并提高热交换管的耐腐蚀性。
由于含锌焊剂的量处于不少于5g/m2且不超过20g/m2的范围内，因此锌就可以在管表面上均匀地分布。
虽然上面已经介绍和显示了本发明的优选实施例，然而应当理解，这些是本发明的代表性说明，不应被视为起限制作用。在不脱离本发明的精神或范围的前提下，可以对本发明进行增添、省略、替换和其它改进。因此，本发明不应被视为由上述介绍所限制，其仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (5)

1.一种热交换管，包括铝合金挤压出的管，以及形成在所述铝合金挤压出的管的外表面上的含有硅粉末和含锌焊剂的焊剂层，其中，
施加在所述铝合金挤压出的管上的所述硅粉末的量不少于1克/平方米且不超过5克/平方米，施加在所述铝合金挤压出的管上的所述含锌焊剂的量不少于5克/平方米且不超过20克/平方米。
2.根据权利要求1所述的热交换管，其特征在于，所述含锌焊剂含有至少一种选自ZnF2、ZnCl2和KZnF3的锌化合物。
3.根据权利要求1或2所述的热交换管，其特征在于，所述硅粉末的最大粒度为不大于30微米、不小于0.1微米。
4.根据权利要求1或2所述的热交换管，其特征在于，所述铝合金挤压出的管含有0.5％重量或更大且1.0％重量或更小的硅、0.05％重量或更大且1.2％重量或更小的锰，余量为铝和不可避免的杂质。
5.根据权利要求3所述的热交换管，其特征在于，所述铝合金挤压出的管含有0.5％重量或更大且1.0％重量或更小的硅、0.05％重量或更大且1.2％重量或更小的锰，余量为铝和不可避免的杂质。
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