DE112019000781T5

DE112019000781T5 - Aluminiumlegierungsrippenmaterial für wärmetauscher, verfahren zum herstellen desselben und wärmetauscher

Info

Publication number: DE112019000781T5
Application number: DE112019000781.5T
Authority: DE
Inventors: Dai Yamamoto; Naoki Yamashita; Eiji Itaya
Original assignee: UACJ Corp
Current assignee: UACJ Corp
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-11-05
Also published as: US20210079502A1; CN111936645A; JPWO2019181768A1; WO2019181768A1; JP7219263B2

Abstract

Ein Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher, wobei das Aluminiumlegierungsrippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung besteht, die aufweist: 1,00 bis 1,60 Massen-% an Mn; 0,70 bis 1,20 Massen-% an Si; 0,05 bis 0,50 Massen-% an Fe; 0,05 bis 0,35 Massen-% an Cu und 1, 00 bis 1,80 Massen-% an Zn, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind, bei dem eine Matrix der Aluminiumlegierung eine Faserstruktur aufweist und eine Zugfestigkeit desselben 170 bis 230 MPa ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher mit einer exzellenten Formbarkeit vor einem Hartlöten, exzellenten Hartlöteigenschaften und exzellenten Festigkeitseigenschaften sowie exzellentem Korrosionswiderstand nach einem Hartlöten bereitgestellt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aluminiumlegierungsrippenmaterial, das zur Herstellung von Wärmetauschern verwendet wird, die aus einer Aluminiumlegierung bestehen, ein Verfahren zum Herstellen desselben und einen unter Verwendung desselben hergestellten Wärmetauscher.
HINTERGRUND
Aus Aluminiumlegierung hergestellte Wärmetauscher werden weit verbreitet als Wärmetauscher für Automobile verwendet, beispielsweise als ein Kühler, ein Heizgerät, ein Ölkühler, ein Zwischenkühler und ein Verdampfer und ein Kondensator einer Klimaanalage, sowie als Wärmetauscher wie Ölkühler eines Hydraulikgeräts und industrieller Maschinen. Das Rippenmaterial solcher Aluminiumlegierungswärmetauscher muss für einen Korrosionsschutz eines Rohrmaterials, dessen Innenfläche als ein Durchgang für ein Arbeitsfluid (Kühlmittel) dient, eine Opferanodenwirkung aufweisen, und muss ferner eine Lötverbindungsleistung wie ein Verhindern einer Beulverformung oder einer Erosion durch ein Lötmittel bei hoher Temperatur während eines Hartlöterwärmens beim Herstellen eines Kerns desselben aufweisen.
Als Aluminiumlegierungsrippenmaterialien zum Erfüllen solcher Erfordernisse sind herkömmlicherweise z.B. Rippenmaterialien aus Aluminiumlegierungen mit Mn verwendet worden, beispielsweise Al-Mn-basierte, Al-Mn-Si-basierte und Al-Mn-Si-Cu-basierte Legierungen nach JIS-A3003 und JIS-A3203. Ferner wird zum Verleihen der Opferanodenwirkung ein Verfahren zum Hinzufügen von Zn, Sn, In und dergleichen zu den Aluminiumlegierungsrippenmaterialien verwendet, so dass die Aluminiumlegierungsrippenmaterialien elektrochemisch negativ werden.
In den letzten Jahren besteht im Hinblick auf Energieeinsparungen und Ressourceneinsparungen aufgrund einer benötigten Gewichtsverringerung von Automobilen ebenfalls eine Notwendigkeit einer Dickenverringerung von Komponentenmaterialien von Wärmetauschern für Automobile, und dementsprechend wird eine Dickenverringerung von Rippenmaterialien erwartet. Da sich eine Dickenverringerung von Rippenmaterialien auf eine Steifigkeit eines Wärmetauschers auswirkt, werden Rippenmaterialien mit exzellenter Festigkeit nach einem Hartlöten benötigt, und es sind Aluminiumlegierungen vorgeschlagen worden, die durch Hinzufügen von Fe, Cu und Zn zu JIS-A3003-Legierungen gebildet werden.
Das Patentdokument 1 offenbart ein Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher mit: 1,0 bis 2,0 Massen-% an Mn; 0,5 bis 1,3 Massen-% an Si; 0,1 bis 0,8 Massen-% an Fe; mehr als 0,20 Massen-% und 0,4 Massen-% oder weniger an Cu; und 1,1 Massen-% oder mehr und weniger als 2,0 Massen-% an Zn, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei die Matrix des Aluminiumlegierungsrippenmaterials eine rekristallisierte Struktur aufweist.
Das Patentdokument 2 offenbart ein Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher mit: 1,0% (Massen-%, dasselbe gilt im Folgenden) bis 2,0% an Mn; 0,5% bis 1,3% an Si; 0,1% bis 0,8% an Fe; 0,21 bis 0,5% an Cu und 1,1% bis 5% an Zn, wobei das Gehaltsverhältnis von Mn zu Si (Mn%/Si%) auf 1,0 bis 3,5 eingestellt ist und das Gehaltsverhältnis von Zn zu Cu (Zn%/Cu%) auf 5 bis 15 eingestellt ist. Das Aluminiumlegierungsrippenmaterial weist ferner einen oder mehrere Typen auf, die ausgewählt sind aus 0,05% bis 0,3% an Zr und 0,05% bis 0,3% an Cr, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind, und die Zugfestigkeit desselben beträgt 160 bis 270 MPa.
Das Patentdokument 3 offenbart einen biegefesten Streifen, der hergestellt wird durch a) einen Schritt zum Gießen einer Schmelze mit: 0,3 bis 1,5% an Si; ≤0,5% an Fe, ≤0,3% an Cu; 1,0 bis 2,0% an Mn; ≤0,5% an Mg, bevorzugt ≤0,3%; ≤4,0% an Zn; ≤0,5% an Ni; ≤0,3% jeweiliger Dispersoidbildungselemente aus der Gruppe IVb, Vb oder VIb; und 0,05% oder weniger jeweiliger unvermeidbarer Verunreinigungselemente mit einer Gesamtmenge von 0,15% oder weniger, wobei der Rest Aluminium ist, so dass ein Block erhalten wird, b) einen Schritt zum Vorerwärmen des Blocks bei einer Temperatur von weniger als 550°C, bevorzugt 400 bis 520°C, bevorzugter 450 bis 520°C, und insbesondere 470° oder mehr bis 520°C, zum Bilden von Dispersoidpartikeln, c) einen Schritt zum Heißwalzen zum Erhalten eines Streifens, d) einen Schritt zum Kaltwalzen des in Schritt (c) erhaltenen Streifens mit einer Gesamtverringerung von 90% oder mehr und bevorzugt >95%, was zu einem Streifen mit einem ersten Dehngrenzwert führt, und dann e) einen Schritt zum Wärmebehandeln des Streifens zu dem Lieferzustand zum Weichmachen des Materials durch ein Vergüten ohne Rekristallisierung der Streifenlegierung, derart, dass ein Streifen mit einem zweiten Dehngrenzwert, der 10 bis 50% niedriger, bevorzugt 15 bis 40% niedriger, als der erste Dehngrenzwert ist, der unmittelbar nach dem Kaltwalzen in Schritt (d) erhalten wird, und mit einem 0,2%-Dehngrenzenbereich von 100 bis 200 MPa, bevorzugt 120 bis 180 MPa, und noch bevorzugter 140 bis 180 MPa, erhalten wird. Der biegefeste Streifen weist in dem Lieferzustand eine Dispersoidpartikeldichte in dem Bereich von 1 bis 20×10⁶, bevorzugt 1,3 bis 0,5×10⁶ Partikel/mm², am bevorzugtesten 1,4 bis 7×10⁶ Partikel/mm², von Partikeln mit einem Durchmesser in dem Bereich von 50 bis 400 nm auf.
Druckschriften
Patentdokumente

[Patentdokument 1] Japanische Patentveröffentlichung 2013-40367-A
[Patentdokument 2] Japanische Patentveröffentlichung 2002-161324-A
[Patentdokument 3] Japanische Patentveröffentlichung 2008-190027-A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Allgemein ist ein Rippenmaterial für Wärmetauscher mit einer gewellten Form ausgebildet und wird dann mit einem Rohrmaterial zusammengebaut, so dass beide durch Hartlöten miteinander verbunden werden. Dadurch, dass das mittels Hartlöten verbundene Rippenmaterial dem gesamten Kern eine Steifigkeit verleiht und in äußeren korrodierenden Umgebungen dem Rohrmaterial eine Opferantikorrosionswirkung verleiht, wirkt sich ein Verbindungsversagen erheblich auf eine Festigkeit und einen Korrosionswiderstand des Kerns aus. Es gibt verschiedene Faktoren des Verbindungsversagens, und Beispiele für die Faktoren beinhalten Variationen der Rippenhöhe, wenn die Rippe gewellt ausgebildet ist, und eine Verformung von Rippenoberteilen aufgrund einer Erosion während eines Hartlötens.
In dem Patentdokument 1 wird eine Aluminiumlegierung als ein Rippenmaterial mit hoher Festigkeit vorgeschlagen, in dem Fe, Cu und Zn einer JIS-A3003-Legierung hinzugefügt werden. Es bestehen jedoch Probleme, dass eine Dehnung des Materials abnimmt, da es ein rekristallisiertes Material ist, dass Variationen der Rippenhöhe wahrscheinlicher auftreten, wenn die Rippe mit einer gewellten Form ausgebildet ist, und dass ein Verbindungsversagen wahrscheinlicher auftritt, wenn die Rippe mit einem Rohr zusammengebaut wird und einem Hartlöterwärmen unterzogen wird.
In dem Patentdokument 2 wird ein Hin-Material, das nach einem Zwischenglühen kaltgewalzt wird, in Streifen aufgespalten, während ein Walzöl mit Walzabriebpulver auf der Oberfläche des Materials zurückbleibt. Somit ist es wahrscheinlicher, dass sich das Walzabriebpulver in einer Schlitzmaschine ansammelt, was ein Waschen erfordert und so eine Verringerung einer Verarbeitbarkeit bewirkt.
In dem Patentdokument 3 besteht, wenn der biegefeste Streifen als ein Rippenmaterial, das mit einem Rohrmaterial zu verlöten ist, verwendet wird, ein Problem, dass der Korrosionswiderstand desselben nicht ausreicht.
In Anbetracht dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher mit einer exzellenten Formbarkeit vor einem Hartlöten, exzellenten Hartlöteigenschaften und exzellenten Festigkeitseigenschaften sowie exzellentem Korrosionswiderstand nach einem Hartlöten bereitzustellen.
Lösung des Problems
Zur Lösung der oben beschriebenen Probleme, als Ergebnis von Studien von Beziehungen z.B. zwischen Hartlöteigenschaften, Festigkeitseigenschaften, einer Opferanodenwirkung, chemischen Zusammensetzungen, Kombinationen aus chemischen Zusammensetzungen, Festigkeitseigenschaften von Materialien und inneren Strukturen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass eine Festigkeit nach einem Hartlöten erhöht werden kann, während eine Festigkeit vor einem Hartlöten verringert wird, und ebenfalls zufriedenstellende Hartlöteigenschaften und ein zufriedenstellender Korrosionswiderstand erhalten werden können, indem die Mengen an Si, Cu, Mn und Zn, die hinzuzufügen sind, und die Matrixstruktur des Rippenmaterials optimiert werden, und so wurde die vorliegende Erfindung fertiggestellt.
Genauer gesagt stellt die vorliegende Erfindung (1) ein Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher bereit, wobei das Aluminiumlegierungsrippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung besteht, die aufweist: 1,00 bis 1,60 Massen-% an Mn; 0,70 bis 1,20 Massen-% an Si; 0,05 bis 0,50 Massen-% an Fe; 0,05 bis 0,35 Massen-% an Cu und 1,00 bis 1,80 Massen-% an Zn, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind, bei dem eine Matrix der Aluminiumlegierung eine Faserstruktur aufweist und eine Zugfestigkeit desselben 170 bis 230 MPa ist.
Die vorliegende Erfindung (2) stellt das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher nach (1) bereit, bei dem die Aluminiumlegierung ferner 0,20 Massen-% oder weniger an Zr aufweist.
Die vorliegende Erfindung (3) stellt das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher nach (1) oder (2) bereit, bei dem die Aluminiumlegierung ein H2n-Material (n ist eine ganze Zahl ausgewählt aus 2, 4 und 6) ist.
Die vorliegende Erfindung (4) stellt das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher nach einem von (1) bis (3) bereit, bei dem die Gesamtanzahldichte einer Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und einer Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung nach einem Hartlöten 0,50×10⁶ Partikel/mm² oder mehr ist und eine Korngröße derselben nach einem Hartlöten 40 bis 200 µm ist.
Die vorliegende Erfindung (5) stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher bereit, mit folgenden Schritten: ohne Durchführen einer Homogenisierungsbehandlung, Heißwalzen eines Blocks durch Erwärmen auf 400 bis 500°C zum Starten des Heißwalzens und Abschließen des Heißwalzens bei 350°C oder weniger, wobei der Block aus einer Aluminiumlegierung mit 1,00 bis 1,60 Massen-% an Mn, 0,70 bis 1,20 Massen-% an Si, 0,05 bis 0,50 Massen-% an Fe, 0,05 bis 0,35 Massen-% an Cu und 1,00 bis 1,80 Massen% an Zn besteht, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind; anschließend Kaltwalzen des heißgewalzten Materials in einem oder mehreren Durchgängen oder Kaltwalzen des heißgewalzten Materials in einem oder mehreren Durchgängen und Zwischenglühen, das ein oder mehrere Male zwischen den Durchgängen des Kaltwalzens durchgeführt wird; und anschließend Endglühen des kaltgewalzten Materials.
Die vorliegende Erfindung (6) stellt einen Wärmetauscher bereit, der durch Hartlöten des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher nach einem von (1) bis (5) erhalten wird, bei dem
eine Korngröße einer Aluminiumlegierung, die eine Rippe des Wärmetauschers bildet, 40 bis 200 µm ist und eine Gesamtanzahldichte einer Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und einer Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung 0,50×10⁶ Partikel/mm² oder mehr ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher mit einer exzellenten Formbarkeit vor einem Hartlöten, exzellenten Hartlöteigenschaften und exzellenten Festigkeitseigenschaften sowie exzellentem Korrosionswiderstand nach einem Hartlöten bereitgestellt werden.
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher, wobei das Aluminiumlegierungsrippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, die aufweist: 1,00 bis 1,60 Massen-% an Mn; 0,70 bis 1,20 Massen-% an Si; 0,05 bis 0,50 Massen-% an Fe; 0,05 bis 0,35 Massen-% an Cu und 1,00 bis 1,80 Massen-% an Zn, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind, bei dem
eine Matrix der Aluminiumlegierung eine Faserstruktur aufweist und
eine Zugfestigkeit desselben 170 bis 230 MPa beträgt.
Das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Mit anderen Worten, das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die Aluminiumlegierung gebildet.
Die Aluminiumlegierung des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist Mn auf. Mn bildet zusammen mit Si eine Al-Si-Mn-basierte intermetallische Verbindung, wodurch die Festigkeit des Rippenmaterials vor einem Hartlöten und nach einem Hartlöten erhöht wird und ferner ein Hochtemperaturbeulwiderstand und eine Formbarkeit desselben verbessert werden. Der Mn-Gehalt in der Aluminiumlegierung ist 1,00 bis 1,60 Massen-%. Wenn der Gehalt an Mn in der Aluminiumlegierung in diesem Bereich ist, wird die Festigkeit des Rippenmaterials vor einem Hartlöten und nach einem Hartlöten erhöht, und darüber hinaus werden der Hochtemperaturbeulwiderstand und die Formbarkeit verbessert. Wenn der Gehalt an Mn in der Aluminiumlegierung kleiner als dieser Bereich ist, wird die Wirkung von Mn zu klein. Wenn der Gehalt diesen Bereich überschreitet, wird die Festigkeit vor einem Hartlöten zu hoch, wodurch die Formbarkeit verringert wird, raue Kristallisierungsprodukte während eines Gießens ausgebildet werden und eine Walzverarbeitbarkeit negativ beeinflusst wird. Demzufolge ist es schwierig, ein perfektes Blechmaterial zu erhalten.
Die Aluminiumlegierung des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist Si auf. Si zusammen mit Mn bildet eine Al-Si-Mn-basierte intermetallische Verbindung, und somit kann eine Wirkung einer Erhöhung der Festigkeit des Rippenmaterials vor einem Hartlöten und nach einem Hartlöten erwartet werden. Der Si-Gehalt in der Aluminiumlegierung ist 0,70 bis 1,20 Massen-%. Wenn der Si-Gehalt in der Aluminiumlegierung in diesem Bereich liegt, nimmt die Festigkeit des Rippenmaterials vor einem Hartlöten und nach einem Hartlöten zu. Wenn der Si-Gehalt in der Aluminiumlegierung kleiner als dieser Bereich ist, wird die Wirkung von Si zu klein. Wenn der Gehalt diesen Bereich überschreitet, nimmt der Schmelzpunkt ab, und ein lokales Schmelzen während eines Hartlötens tritt wahrscheinlicher auf.
Die Aluminiumlegierung des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist Fe auf. Fe erhöht die Festigkeit des Rippenmaterials vor einem Hartlöten und nach einem Hartlöten, und verbessert ferner die Formbarkeit desselben. Der Fe-Gehalt in der Aluminiumlegierung ist 0,05 bis 0,50 Massen-%. Wenn der Gehalt an Fe in der Aluminiumlegierung in diesem Bereich liegt, wird die Festigkeit des Rippenmaterials vor einem Hartlöten und nach einem Hartlöten erhöht, und die Formbarkeit wird verbessert. Wenn der Gehalt an Fe in der Aluminiumlegierung kleiner als dieser Bereich ist, wird die Wirkung von Fe zu gering. Wenn der Gehalt diesen Bereich überschreitet, dient Fe als eine Kathode für das Aluminiumbasismaterial, wodurch der Korrosionswiderstand verringert wird.
Die Aluminiumlegierung des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist Cu auf. Cu erhöht die Festigkeit des Rippenmaterials vor einem Hartlöten und nach einem Hartlöten und verbessert ferner die Formbarkeit desselben. Der Cu-Gehalt in der Aluminiumlegierung ist 0,05 bis 0,35 Massen-%. Wenn der Gehalt an Cu in der Aluminiumlegierung in diesem Bereich liegt, wird die Festigkeit des Rippenmaterials vor einem Hartlöten und nach einem Hartlöten erhöht, und die Formbarkeit wird verbessert. Wenn der Cu-Gehalt in der Aluminiumlegierung kleiner als dieser Bereich ist, wird die Wirkung von Cu zu gering. Wenn der Gehalt diesen Bereich überschreitet, ist das Potential des Rippenmaterials positiv, die Opferanodenwirkung wird verringert, und darüber hinaus wird der Schmelzpunkt verringert, und es ist wahrscheinlicher, dass während eines Hartlötens ein lokales Schmelzen auftritt.
Die Aluminiumlegierung des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist Zn auf. Zn macht das Potential des Rippenmaterials negativ, wodurch dem Rohrmaterial eine Opferanodenwirkung verliehen wird. Der Zn-Gehalt in der Aluminiumlegierung ist 1,00 bis 1,80 Massen-%. Wenn der Zn-Gehalt in der Aluminiumlegierung in diesem Bereich liegt, wird die Opferanodenwirkung für das Rohrmaterial erhöht. Wenn der Gehalt an Zn in der Aluminiumlegierung kleiner als dieser Bereich ist, wird die Wirkung von Zn zu gering. Wenn der Gehalt diesen Bereich überschreitet, nimmt eine Zwischenkornkorrosionsanfälligkeit zu, der Schmelzpunkt nimmt ab, und es ist wahrscheinlicher, dass während eines Hartlötens ein lokales Schmelzen auftritt.
Die Aluminiumlegierung des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung kann ferner 0,20 Massen-% oder weniger an Zr aufweisen, je nach Bedarf. Zr erhöht die Festigkeit des Rippenmaterials vor einem Hartlöten und nach einem Hartlöten und erhöht ferner die Korngröße desselben nach einem Hartlöten, so dass der Hochtemperaturbeulwiderstand und die Hartlöteigenschaften verbessert werden. Wenn der Gehalt an Zr in der Aluminiumlegierung in diesem Bereich liegt, wird die Festigkeit des Rippenmaterials vor einem Hartlöten und nach einem Hartlöten erhöht, und darüber hinaus werden der Hochtemperaturbeulwiderstand und die Hartlöteigenschaften verbessert. Wenn der Gehalt an Zr in der Aluminiumlegierung diesen Bereich überschreitet, werden während eines Gießens raue Kristallisierungsprodukte gebildet, was eine Herstellung eines perfekten Blechmaterials erschwert.
Die Matrix der Aluminiumlegierung des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Faserstruktur auf. Wenn die Matrix der Aluminiumlegierung eine Faserstruktur aufweist, wird eine Dehnung desselben vor einem Hartlöten verbessert, und die Formbarkeit wird ebenfalls verbessert. Wenn die Matrix der Aluminiumlegierung eine rekristallisierte Struktur aufweist, nimmt eine Dehnung desselben vor einem Hartlöten ab, und die Formbarkeit verschlechtert sich.
Die Zugfestigkeit (Zugfestigkeit vor einem Hartlöten) des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist 170 bis 230 MPa. Wenn die Zugfestigkeit des Aluminiumlegierungsrippenmaterials vor einem Hartlöten kleiner als dieser Bereich ist, ist es schwierig, die Form desselben nach einem Ausbilden beizubehalten. Wenn die Zugfestigkeit diesen Bereich überschreitet, nimmt ein Rückfedern während eines Ausbildens zu, was es erschwert, eine gewünschte Form zu erzielen.
Die Aluminiumlegierung des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein H2n-Material (n ist eine ganze Zahl ausgewählt aus 2, 4 und 6).
In dem Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Matrix der Aluminiumlegierung eine Faserstruktur auf, und die chemischen Zusammensetzungen in der Aluminiumlegierung sind in den oben beschriebenen Bereichen eingestellt, wodurch die Korngröße desselben nach einem Hartlöten so gesteuert werden kann, dass sie 40 bis 200 µm ist. Wenn die Korngröße der Aluminiumlegierung nach einem Hartlöten 40 bis 200 µm ist, bevorzugt 40 bis 100 µm, werden die Hartlöteigenschaften verbessert, und die Festigkeit wird erhöht, während ein Auftreten einer Erosion verhindert wird. Hierin sind Hartlöterwärmungsbedingungen für ein Hartlöten herkömmliche Hartlöterwärmungsbedingungen bei 580 bis 610°C für 1 bis 10 Minuten.
In dem Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Gehalte an Si und Mn in der Aluminiumlegierung in den oben beschriebenen Bereichen eingestellt, und es wird eine später beschriebene geeignete Wärmebehandlung durchgeführt, wodurch die Gesamtanzahldichte einer Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und einer Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung nach einem Hartlöterwärmen so gesteuert werden kann, dass sie 0,50×10⁶ Stücke/mm² oder mehr beträgt, und bevorzugt 0,60×10⁶ Stücke/mm² oder mehr. Das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist Si und Mn auf, die so spezifiziert sind, dass sie geeignete Gehalte aufweisen, und eine später beschriebene geeignete Wärmebehandlung wird daran durchgeführt, wodurch die Al-Mn-basierte intermetallische Verbindung und die Al-Si-Mn-basierte intermetallische Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Matrix abgeschieden sind. Dies trägt bei zur Verbesserung der Festigkeit des Rippenmaterials aufgrund des Effekts eines Pinnens einer Verarbeitungsbelastung. Die Gesamtanzahldichte der Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und der Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung nach einem Hartlöten ist 0,50×10⁶ Stücke/mm² oder mehr, bevorzugt 0,60×10⁶ Stücke/mm² oder mehr. Wenn der Kreisäquivalenzdurchmesser der abgeschiedenen intermetallischen Verbindungen kleiner als dieser Bereich ist, nimmt der Pinning-Effekt ab. Wenn der Kreisäquivalenzdurchmesser diesen Bereich überschreitet, nimmt der Pinning-Effekt ebenfalls ab. Wenn die Zahldichte der abgeschiedenen intermetallischen Verbindungen kleiner als der oben beschriebene Bereich ist, nimmt die Festigkeit ab.
In dem Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Matrix der Aluminiumlegierung eine Faserstruktur auf, die chemischen Zusammensetzungen in der Aluminiumlegierung sind in den oben beschriebenen Bereichen eingestellt, und eine im Folgenden beschriebene geeignete Wärmebehandlung wird durchgeführt, wodurch die Korngröße derselben nach einem Hartlöten so gesteuert wird, dass sie 40 bis 200 µm beträgt. Ferner sind die Gehalte an Si und Mn in der Aluminiumlegierung in den oben beschriebenen Bereichen eingestellt, und die im Folgenden beschriebene geeignete Wärmebehandlung wird durchgeführt, wodurch die Gesamtanzahldichte der Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und der Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung nach einem Hartlöten auf 0,50×10⁶ Stücke/mm² oder mehr eingestellt wird, und bevorzugt auf 0,60×10⁶ Stücke/mm² oder mehr. Demzufolge kann die Festigkeit nach dem Hartlöten erhöht werden.
In dem Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung nach einem Hartlöten 150 bis 180 MPa.
In dem Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Zn-Gehalt in der Aluminiumlegierung auf 1,00 bis 1,80 Massen-% eingestellt, wodurch ein Selbstkorrosionswiderstand der Rippe verbessert wird.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher mit folgenden Schritten: ohne Durchführen einer Homogenisierungsbehandlung, Heißwalzen eines Blocks durch Erwärmen auf 400 bis 500°C zum Starten des Heißwalzens und Abschließen des Heißwalzens bei 350°C oder weniger, wobei der Block aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, die 1,00 bis 1,60 Massen% an Mn, 0,70 bis 1,20 Massen-% an Si, 0,05 bis 0,50 Massen-% an Fe, 0,05 bis 0,35 Massen-% an Cu und 1,00 bis 1,80 Massen-% an Zn aufweist, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind; anschließend Kaltwalzen des heißgewalzten Materials in einem oder mehreren Durchgängen oder Kaltwalzen des heißgewalzten Materials in einem oder mehreren Durchgängen und Zwischenglühen, das ein oder mehrere Male zwischen den Durchgängen des Kaltwalzens durchgeführt wird; und anschließend Endglühen des kaltgewalzten Materials.
In dem Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung wird gemäß einer bekannten Prozedur ein Block aus einer Aluminiumlegierung mit vorbestimmten chemischen Zusammensetzungen gegossen, ohne dass der Block einer Homogenisierungsbehandlung unterzogen wird, der Block wird heißgewalzt, in einem oder in mehreren Durchgängen kaltgewalzt oder in einem oder in mehreren Durchgängen kaltgewalzt und zwischen den Durchgängen des Kaltwalzens ein oder mehrere Male zwischengeglüht und endgeglüht, wodurch das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher mit einer vorbestimmten Dicke erhalten wird. Beim Heißwalzen wird das Heißwalzen bei 400 bis 500°C zum Durchführen des Heißwalzens gestartet, und das Heißwalzen wird bei 350°C oder weniger abgeschlossen. Nach Durchführen des Heißwalzens wird das Kaltwalzen in einem oder in mehreren Durchgängen durchgeführt, oder das Kaltwalzen wird in einem oder mehreren Durchgängen durchgeführt und zwischen den Durchgängen des Kaltwalzens wird ein oder mehrere Male das Zwischenglühen durchgeführt, und dann wird das Endglühen durchgeführt, so dass das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt kann durch geeignete Auswahl beispielsweise eines Grads einer Verarbeitung beim Kaltverarbeiten, einer Glühtemperatur, eine Glühzeitdauer und einer Kühlgeschwindigkeit nach dem Glühen die Matrix der Aluminiumlegierung, die das Rippenmaterial bildet, eine Faserstruktur aufweisen. Dabei muss, damit die Matrix der Aluminiumlegierung eine Faserstruktur aufweist, die Temperatur des Endglühens niedriger eingestellt sein als die Temperatur, bei der die Aluminiumlegierung nach dem Heißwalzen und dem anschließenden Kaltwalzen beginnt, zu rekristallisieren. Da diese Rekristallisierungsstarttemperatur der Aluminiumlegierung in Abhängigkeit von chemischen Zusammensetzungen der Aluminiumlegierung, einer Temperatur, bei der das Heißwalzen gestartet wird, und einer Temperatur, bei der das Heißwalzen abgeschlossen wird, sowie dem Grad einer Verarbeitung bei dem Kaltwalzen nach dem Heißwalzen variiert, wird die Temperatur des Endglühens entsprechend eingestellt.
Zum Identifizieren der Struktur der Aluminiumlegierung werden ein Polieren und ein Ätzen durchgeführt, so dass Korngrenzen derselben betrachtet werden können, und die Korngrenzen werden mit einem optischen Mikroskop beobachtet, wodurch identifiziert werden kann, ob eine rekristallisierte Struktur oder eine Faserstruktur vorliegt. Wenn die Korngrenzen klar beobachtet werden können und eine gewalzte Struktur, in der eine Struktur, die in einer Faserform ausgebreitet worden ist, nicht beobachtet wird, wird eine rekristallisierte Struktur identifiziert. Wenn die Korngrenzen nicht beobachtet werden können und die gewalzte Struktur beobachtet wird, wird eine Faserstruktur identifiziert. Es gibt einen Fall, in dem eine rekristallisierte Struktur und eine Faserstruktur gemeinsam vorliegen. Der Fall, in dem eine rekristallisierte Struktur und eine Faserstruktur gemeinsam vorliegen, ist jedoch nicht bevorzugt, da die Korngröße nach einem Hartlöten zum Teil zunimmt und Variationen im Hinblick auf mechanische Eigenschaften zunehmen.
Ein Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscher, der durch Hartlöten des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, und
die Korngröße der Aluminiumlegierung, die eine Rippe des Wärmetauschers bildet, ist 40 bis 200 µm, und die Gesamtanzahldichte einer Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und einer Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung ist 0,50×10⁶ Stücke/mm² oder mehr.
Der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Ausbilden des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung in Form einer Rippe, die einen Wärmetauscher bildet, und Zusammenbauen des Rippenmaterials mit anderen Bauteilen wie einem Rohrmaterial und einem Plattenmaterial, die den Wärmetauscher bilden, und Verbinden derselben durch Hartlöten hergestellt. Mit anderen Worten, der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Rippe, die durch Hartlöterwärmen des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung und der anderen Bauteile, beispielsweise das Rohrmaterial und das Plattenmaterial, erhalten wird, auf.
Das Rippenmaterial des Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem das Rippenmaterial des Wärmetauschers hartlöterwärmt worden ist, und besteht somit aus einer Aluminiumlegierung mit: 1,00 bis 1,60 Massen-% an Mn; 0,70 bis 1,20 Massen% an Si; 0,05 bis 0,50 Massen-% an Fe; 0,05 bis 0,35 Massen-% an Cu und 1,00 bis 1,80 Massen-% an Zn, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind.
Die Rippe des Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher hartlöterwärmt worden ist, und weist somit eine hohe Festigkeit auf. Die Zugfestigkeit der Rippe des Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung ist 150 bis 180 MPa.
Als das Rohrmaterial wird ein Rohrmaterial verwendet, das durch Ausbilden eines Zweischichtmaterials bestehend aus einem äußeren Hartlötmaterial und einem Kernmaterial oder eines Drei- oder Vierschichtmaterials mit einem Hartlötmaterial oder einem Opfermaterial auf der Innenfläche des Zweischichtmaterials in Form eines Rohrs, Ausbilden eines Hartlötstreifens durch Anordnen einer inneren Rippe, die aus einer bloßen Rippe oder einer ummantelten Rippe gebildet ist, wobei die innere Rippe in einer Wellenform ausgebildet ist, in dem Rohr, das aus dem Zwei- bis Vierschichtmaterial besteht, Ausbilden eines ringförmigen Rohrs durch Verbinden der seitlichen Endflächen desselben durch Hochfrequenzschweißen und Ausbilden dieses Rohrs in eine flache rohrförmige Form durch Walzen erhalten wird. Als das Rohrmaterial wird ebenfalls ein Rohrmaterial verwendet, das durch teilweise Überlappen von Endabschnitten eines Blechs miteinander oder Biegen eines Teils des Blechs, so dass der Teil als eine innere Säule des Rohrs dient, erhalten wird, so dass das Blech ohne Schweißen mittels Hartlöterwärmen in eine flache Röhrenform gebracht wird.
Alternativ kann ein extrudiertes, flaches und mit mehreren Löchern versehenes Rohr, auf dessen Außenfläche ein Hartlötmaterialpulver wie Si-Pulver ausgebracht wird, durch Hartlöten mit dem Rippenmaterial verbunden werden. In das Hartlötmaterialpulver kann ein Pulver mit einer Flussmittelzusammensetzung, ein Pulver mit einer Opferanodenwirkung oder ein Bindemittel gemischt werden. Als das Plattenmaterial wird bei Bedarf eine Platte verwendet, auf deren Kernmaterial ein Hartlötmaterial oder ein Opferanodenmaterial aufgebracht ist und das eine gewünschte zu verwendende Form aufweist.
Das Kernmaterial eines Hartlötblechs, das als das Rohrmaterial verwendet wird, ist nicht auf ein besonderes beschränkt, solange es für Wärmetauscher verwendet werden kann, und Beispiele beinhalten reines Al, eine Al-Cu-basierte Legierung, eine Al-Mn-basierte Legierung, eine Al-Mn-Cu-basierte Legierung und eine Al-Cu-Mn-Mg-basierte Legierung.
Als die Zusammensetzung des Hartlötmaterials kann eine beliebige Legierung verwendet werden, solange sie einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger als der des Rohrmaterials oder des Plattenmaterials ist. Beispiele dafür beinhalten: Aluminiumlegierungspulver, das Si aufweist, beispielsweise eine Al-Si-basierte Legierung, eine Al-Si-Zn-basierte Legierung und eine Al-Si-Cu-basierte Legierung; und ein Flussmittel, das Si aufweist und während eines Hartlötens ein Hartlötmaterial ausbildet, beispielsweise K₂SiF₆.
Hartlöterwärmungsbedingungen für ein Hartlöten sind nicht besonders beschränkt, solange sie Bedingungen sind, die für ein normales Hartlöterwärmen verwendet werden, und sind beispielsweise normale Hartlöterwärmungsbedingungen bei 580 bis 610°C für 1 bis 10 Minuten. Bezüglich der Kühlgeschwindigkeit nach dem Hartlöten ist die Kühlgeschwindigkeit von 550°C auf 450°C bevorzugt 50 bis 80°C/min. Wenn die Kühlgeschwindigkeit zu gering ist, ist es wahrscheinlicher, dass sich eine Cu-basierte Verbindung entlang Korngrenzen abscheidet, und es ist wahrscheinlicher, dass eine Zwischenkornkorrosion auftritt.
In dem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Korngröße der Aluminiumlegierung, die die Rippe bildet, 40 bis 200 µm, und bevorzugt 40 bis 100 µm. Wenn die Korngröße der Aluminiumlegierung, die die Rippe bildet, in diesem Bereich liegt, nimmt die Festigkeit der Rippe zu.
In dem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Gesamtanzahldichte einer Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und einer Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung, die die Rippe bildet, 0,50×10⁶ Stücke/mm² oder mehr, und bevorzugt 0,60×10⁶ Stücke/mm² oder mehr. Wenn die Gesamtanzahldichte der Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und der Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung, die die Rippe bildet, in diesem Bereich liegt, nimmt die Festigkeit der Rippe zu. Die Obergrenze der Gesamtanzahldichte der Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und der Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung, die die Rippe bildet, ist bevorzugt 8,00×10⁶ Stücke/mm² oder weniger, bevorzugter 5,00×10⁶ Stücke/mm² oder weniger, und besonders bevorzugt 3,00×10⁶ Stücke/mm² oder weniger.
Die Rippe in dem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der das Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher hartlöterwärmt worden ist. Somit ist der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscher, dessen Rippe aus einer Aluminiumlegierung besteht, die aufweist: 1,00 bis 1,60 Massen-% an Mn; 0,70 bis 1,20 Massen-% an Si; 0,05 bis 0,50 Massen-% an Fe; 0,05 bis 0,35 Massen-% an Cu und 1,00 bis 1,80 Massen-% an Zn, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei
die Korngröße der Aluminiumlegierung, die die Rippe bildet, 40 bis 200 µm ist und die Gesamtanzahldichte der Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und der Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung, die die Rippe bildet, 0,50×10⁶ Stücke/mm² oder mehr beträgt.
Wenngleich im Folgenden die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf Beispiele beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die im Folgenden beschriebenen Beispiele beschränkt.
Beispiele
Blöcke mit chemischen Zusammensetzungen wie in Tabelle 1 und Tabelle 2 wurden durch kontinuierliches Gießen gegossen. Ohne Homogenisierungsbehandlung wurden diese Legierungen heißgewalzt, kaltgewalzt und endgeglüht, wodurch Bleche mit einer Dicke von 0,05 mm (H2n-Materialien) präpariert wurden. Zu diesem Zeitpunkt wurden durch Einstellen der Temperatur des Endglühens Strukturen der Aluminiumlegierungsrippenmaterialien eingestellt. Ferner wurden Blechmaterialien, die durch dasselbe Verfahren heißgewalzt worden waren, kaltgewalzt, einem Zwischenglühen bei einer Rekristallisierungsabschlusstemperatur oder darüber unterzogen und dann durch Kaltwalzen fertiggestellt, wodurch Vergleichsmaterialien mit einer Dicke von 0,05 mm (H14-Materialien) präpariert wurden.
An jedem so erhaltenen Aluminiumlegierungsrippenmaterial wurden (1) die Struktur und (2) die Zugfestigkeit ausgewertet. Ferner wurde jedes wie oben beschriebene erhaltene Aluminiumlegierungsrippenmaterial auf 600°C in Stickstoffgas erwärmt, als Erwärmung, die einem Hartlöten entspricht, und danach mit einer Kühlgeschwindigkeit von 60°C/min von 550°C auf 450°C abgekühlt. An jedem so erhaltenen Teststück wurden (3) die Zugfestigkeit nach einem Erwärmen, das einem Hartlöten entspricht, (4) die Korngröße, (5) die Dichte der abgeschiedenen intermetallischen Verbindung und (6) der Korrosionswiderstand ausgewertet. Für jedes wie oben beschriebene erhaltene Aluminiumlegierungsrippenmaterial wurden (7) die Hartlöteigenschaften ausgewertet.
Zustand der Struktur
Eine Oberfläche jedes H2n-Materials wurde poliert und dann geätzt, und der Zustand der Struktur derselben wurde durch Beobachtung der Mikrostruktur mit einem Mikroskop beobachtet. Wenn Körner identifiziert werden konnten, wurde bestimmt, dass das Material eine rekristallisierte Struktur aufwies. Wenn keine Körner deutlich beobachtet werden konnten und eine gewalzte Struktur beobachtet wurde, wurde bestimmt, dass das Material eine Faserstruktur aufwies.
Zugfestigkeit und Bruchdehnung
Nach Ausbilden eines Teststücks gemäß JIS-Nr. 5 wurde ein Zugfestigkeitstest bei Raumtemperatur durchgeführt, und die Zugfestigkeit wurde gemessen. Die resultierenden gebrochenen Teststücke wurden miteinander in Kontakt gebracht, und die Bruchdehnung wurde gemessen.
Zugfestigkeit nach Erwärmen entsprechend einem Hartlöten
An jedem Blechmaterial wurde nach einem Erwärmen, das einem oben beschriebenen Hartlöten entspricht, ein Zugfestigkeitstest durchgeführt, und die Zugfestigkeit wurde gemessen.
Korngröße
Eine Oberfläche jedes Blechmaterials nach einem Erwärmen, das einem oben beschriebenen Hartlöten entspricht, wurde poliert und geätzt, der Zustand der Struktur derselben wurde durch Beobachtung der Mikrostruktur mit einem Mikroskop beobachtet, und die Korngröße wurde durch ein Vergleichsverfahren gemessen.
Dichte der ausgefallenen intermetallischen Verbindung
Jedes Blechmaterial nach einem Erwärmen entsprechend einem oben beschriebenen Hartlöten wurde so geschnitten, dass ein L-ST-Querschnitt sichtbar wurde, eine glatte Oberfläche wurde durch Polieren und Ionenstrahlätzen ausgebildet, und der Querschnitt wurde mit einem FE-SEM bei einer Beschleunigungsspannung von 1 kV beobachtet. Die erhaltenen fotografischen Daten wurden einer Bildanalyse unterzogen, und die Kreisäquivalenzdurchmesser und die Anzahl der jeweiligen Körner wurden gemessen.
Korrosionswiderstand
An jedem Blechmaterial nach einem Erwärmen entsprechend einem oben beschriebenen Hartlöten wurde 24 Stunden lang ein Korrosionstest gemäß SWAAT von ASTM G85-A3 durchgeführt. Das reduzierte Gewicht und die Korrosionsform jedes Rippenmaterials nach dem Test wurden ausgewertet. Einem Material, bei dem eine Selbstkorrosion der Rippe gering war und eine Zwischenkornkorrosion nicht auftrat oder leicht war, wurde „O“ zugewiesen. Einem Material, bei dem eine Selbstkorrosion der Rippe groß war oder eine Zwischenkornkorrosion sichtbar war, wurde „ × “ zugewiesen.
Hartlöteigenschaften

Das Rippenmaterial wurde in eine Wellenform geformt. Ein Blechmaterial (im Folgenden als „Rohrmaterial“ bezeichnet) mit einem Kernmaterial, für das eine JIS-A3003-Legierung verwendet wurde, und einem Hartlötmaterial, für das eine JIS-A4045-Legierung verwendet wurde und das eine Dicke von 0,23 mm aufwies, wurde derart damit zusammengebaut, dass eine Oberfläche des Hartlötmaterials in Kontakt mit den oberen Teilen der Rippen war. Ein fluoridbasiertes Flussmittel mit einer Konzentration von 3% wurde auf eine Oberfläche des Rohrmaterials auf der Seite des Hartlötmaterials aufgebracht, und dann wurde diese Anordnung einem Hartlöterwärmen bei 600°C für 3 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre unterzogen, um einen Minikern eines Wärmetauschers bereitzustellen. An diesem Minikern wurden Verbindungen zwischen dem Rippenmaterial und dem Rohrmaterial visuell geprüft, und die Hartlöteigenschaften derselben wurden basierend auf dem Vorhandensein oder Fehlen von Ausbeulungen und Aufschmelzungen der Rippe bewertet. Wenn weder eine Ausbeulung noch ein Aufschmelzen festgestellt wurde, wurde „○“ zugewiesen. Wenn ein Ausbeulen oder Schmelzen festgestellt wurde, wurde „ × “ zugewiesen.
[Tabelle 1]

Material Nr.	Chemische Zusammensetzung (Massen-%)
Material Nr.	Si	Fe	Cu	Mn	Zn	Zr
1	0,82	0,24	0,14	1,19	1,47	0,00
2	0,80	0,26	0,15	1,15	1,51	0,14
3	1,05	0,20	0,08	1,60	1,40	0,00

[Tabelle 2]

Material Nr.	Chemische Zusammensetzung (Massen-%)
Material Nr.	Si	Fe	Cu	Mn	Zn	Zr
4	0,96	0,20	0,23	1,18	1,98	0,00
5	0,97	0,24	0,22	1,16	1,96	0,14
6	0,89	0,13	0,09	1,63	1,57	0,13
7	0,92	0,16	0,30	1,62	1,72	0,14
8	0,25	0,29	0,10	1,29	1,48	0,00

[Tabelle 3]

Material Nr.	Metallstruktur	Zugfestigkeit vor Hartlöten (MPa)	Dehnung vor Hartlöten (%)	Hartlöt - eigenschaften	Zugfestigkeit nach Hartlöten (MPa)	Korngröße nach Hartlöten (µm)	Anzahldichte von intermetallischer Verbindung (×10⁶ Stücke/mm²)	Korrosionswiderstand
1	F	189	16,2	○	155	65	0,61	○
2	F	206	12,5	○	162	72	0,66	○
3	F	227	5,1	○	153	102	1,08	○
* F: Faserstruktur, R: rekristallisierte Struktur

[Tabelle 4]

Material Nr.	Metallstruktur	Zugfestigkeit vor Hartlöten (MPa)	Dehnung vor Hartlöten (%)	Hartlöt - eigenschaften	Zugfestigkeit nach Hartlöten (MPa)	Korngröße nach Hartlöten (µm)	Anzahldichte von intermetallischer Verbindung (×10⁶ Stücke/mm²)	Korrosionswiderstand
4	F	191	14,3	×	163	62	0,54	×
5	F	207	12,2	×	173	65	0,74	×
6	R	206	1,3	○	138	165	1,12	○
7	R	212	0,7	○	155	180	0,86	○
8	R	172	0,3	○	98	750	0,42	○
* F: Faserstruktur, R: rekristallisierte Struktur

Wie in Tabelle 3 angegeben, waren alle Materialien Nr. 1 bis Nr. 3 H2n-Materialien, die Spezifikationen der vorliegenden Erfindung erfüllten, und die Zugfestigkeit derselben waren 170 bis 230 MPa, und die Dehnungen desselben waren 3% oder mehr. Auch bei einer Erwärmung bei 600°C betrugen die Korngrößen derselben 40 µm oder mehr, es wurde weder ein Schmelzen noch Ausbeulen einer Rippe festgestellt, und die Hartlöteigenschaften derselben waren exzellent. Die Anzahldichten aller intermetallischen Verbindungen mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm nach einem Hartlöten waren 0,50×10⁶ Stücke/mm² oder mehr, und die Zugfestigkeiten derselben waren exzellente Festigkeiten von 150 MPa oder mehr. Hinsichtlich des Korrosionswiderstands wurde in dem SWAAT-Test festgestellt, dass sowohl die Zwischenkornkorrosion als auch die Selbstkorrosion nur leicht auftraten.
Im Gegensatz dazu, da die Materialien Nr. 4 und 5 übermäßig hohe Zn-Gehalte hatten, verringerten sich die Schmelzpunkte derselben, und es trat eine Erosion während eines Hartlötens auf. Somit können die Hartlöteigenschaften derselben nicht als exzellent bezeichnet werden, und die Selbstkorrosionswiderstände waren nicht ausreichend. Die Materialien Nr. 6 bis 8 hatten eine rekristallisierte Struktur, und daher waren die Dehnungen derselben klein und nicht ausreichend. Hinsichtlich des Materials Nr. 8 war die Korngröße desselben nach einem Hartlöten groß, und die Zugfestigkeit nach einem Hartlöten war nicht ausreichend.

Claims

Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher, wobei das Aluminiumlegierungsrippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, die aufweist: 1,00 bis 1,60 Massen-% an Mn; 0,70 bis 1,20 Massen-% an Si; 0,05 bis 0,50 Massen-% an Fe; 0,05 bis 0,35 Massen-% an Cu und 1,00 bis 1,80 Massen-% an Zn, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind, bei dem eine Matrix der Aluminiumlegierung eine Faserstruktur aufweist und eine Zugfestigkeit desselben 170 bis 230 MPa ist.
Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem die Aluminiumlegierung ferner 0,20 Massen-% oder weniger an Zr aufweist.
Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Aluminiumlegierung ein H2n-Material (n ist eine ganze Zahl ausgewählt aus 2, 4 und 6) ist.
Aluminiumlegierungsrippenmaterial für Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Gesamtanzahldichte einer Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und einer Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung nach einem Hartlöten 0,50×10⁶ Partikel/mm² oder mehr beträgt und eine Korngröße derselben nach einem Hartlöten 40 bis 200 µm ist.
Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher, mit folgenden Schritten: ohne Durchführen einer Homogenisierungsbehandlung, Heißwalzen eines Blocks durch Erwärmen auf 400 bis 500°C zum Starten des Heißwalzens und Abschließen des Heißwalzens bei 350°C oder weniger, wobei der Block aus einer Aluminiumlegierung mit 1,00 bis 1,60 Massen-% an Mn, 0,70 bis 1,20 Massen-% an Si, 0,05 bis 0,50 Massen-% an Fe, 0,05 bis 0,35 Massen-% an Cu und 1,00 bis 1,80 Massen-% an Zn hergestellt ist, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen sind; anschließend Kaltwalzen des heißgewalzten Materials in einem oder mehreren Durchgängen oder Kaltwalzen des heißgewalzten Materials in einem oder mehreren Durchgängen und Zwischenglühen, das ein oder mehrere Male zwischen den Durchgängen des Kaltwalzens durchgeführt wird; und anschließend Endglühen des kaltgewalzten Materials.
Wärmetauscher, der durch Hartlöten des Aluminiumlegierungsrippenmaterials für Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 erhalten wird, bei dem eine Korngröße der Aluminiumlegierung, die eine Rippe des Wärmetauschers bildet, 40 bis 200 µm ist und eine Gesamtanzahldichte einer Al-Mn-basierten intermetallischen Verbindung und einer Al-Si-Mn-basierten intermetallischen Verbindung mit einem Kreisäquivalenzdurchmesser von 0,1 bis 1,0 µm in der Aluminiumlegierung 0,50×10⁶ Partikel/mm² oder mehr beträgt.