DE3507956A1

DE3507956A1 - Aluminium und aluminiumlegierung fuer kuehlrippen und waermeaustauscher unter ihrer verwendung

Info

Publication number: DE3507956A1
Application number: DE19853507956
Authority: DE
Inventors: Toshio Gunma Aoki; Kazunori Nikko Tochigi Ishikawa; Hiroshi Imaichi Tochigi Kawase; Mikio Koisuka; Tooru Isesake Gunma Yamaguchi
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; Sanden Corp
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; Sanden Corp
Priority date: 1984-03-06
Filing date: 1985-03-06
Publication date: 1985-10-10
Also published as: AU582139B2; DE3507956C2; AU3903385A; US4749627A

Description

Aluminium und Aluminiumlegierung für Kühlrippen und Wärmeaustauscher unter ihrer Verwendung.

Die Erfindung betrifft Aluminium und Aluminiumlegierungen für Kühlrippen und einen Wärmeaustauscher, der derartige Kühlrippen durch Löten bzw. Hartlöten eingearbeitet enthält; die Erfindung betrifft insbesondere Aluminium und Aluminiumlegierungen für Kühlrippen, deren gewünschte Eigenschaften, insbesondere z.B. deren Wärmeleitfähigkeit, außerordentlich verbessert sind und derart die Wirkung oder Kühlkapazität eines Wärmeaustauschers erhöhen; die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines derartigen Aluminiums bzw. einer derartigen Aluminiumlegierung für einen Wärmeaustauscher.

Ein Wärmeaustauscher mit Kühlrippen aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, die durch Löten eingearbeitet sind (nachstehend als "Aluminium-Wärmeaustauscher" bezeichnet) wurde auf den verschiedenen Gebieten, beispielsweise in Automobilen und Flugzeugen, weitgehend eingesetzt. Ein derartiger Wärmeaustauscher umfaßt im all-

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gemeinen eine Durchflußvorrichtung zum Durchströmen mit einem Kühlmittel, wie z.B. einem Fluorkohlenwasserstoff (Freon von Du Pont & Co., Inc.) oder Wasser (wobei die Durchflußvorrichtung nachstehend als "Rohr" bezeichnet wird) und Kühlrippen für die Wärmeabstrahlung bzw. den Wärmeaustausch. Als Rohr verwendet man ein extrudiertes perforiertes Rohr flacher Form oder ein flaches nahtgeschweißtes Rohr aus einem Löt-Flachmaterial (brazing sheet), das eine Al-Si-Lötmasse aufplattiert trägt, je nach der Verwendung des Wärmeaustauschers. Ferner sind auch die Kühlrippen aus einem Löt-Flachmaterial 3 gebildet, das einen Kern 1 und eine Al-Si-Lötmasse 2, die auf beide Oberflächen des Kerns 1 wie in Fig. 1 aufplattiert ist, oder nur den Kern umfaßt.

Eine Ausführungsform des Wärmeaustauschers mit Kühlrippen aus Aluminium oder Aluminiumlegierung ist in Fig. 2 gezeigt. Insbesondere zeigen die Figuren 2A und 2B einen Verdampfer bzw. einen Kondensator, von denen beide ein flaches extrudiertes perforiertes Rohr 4 und Kühlrippen 5 aus einem Löt-Flachmaterial 3 wie in Fig. 1 umfassen. Die Fig. 2C zeigt einen Kühler, der ein flaches nahtgeschweißtes Rohr 6 aus einem Löt-Flachmaterial, das eine Al-Si-Lötmasse auf seiner äußeren Oberfläche aufplattiert trägt, und nichtplattierte Kühlrippen 7 umfaßt. Derartige Wärmeaustauscher, wie sie oben beschrieben sind, werden zusammengesetzt, indem man das Rohr und die gewellten Kühlrippen durch Flußlöten, Vakuumlöten oder Löten in einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von etwa 600 ⁰C miteinander verbindet, wobei man die Lötmasse verwendet., die vorher auf das Rohr aufplattiert wurde.

Bei einem derartigen Aluminium-Wärmeaustauscher, der durch Löten wie beschrieben hergestellt wurde, stellte

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man die Kühlrippen bisher typischerweise her, indem man ein metallenes Flachmaterial von 0,1 bis 0,2 mm Dicke aus einer Al-Mn-Legierung mit einer guten Kriechbeständigkeit bzw. Absack- oder Durchsackbeständigkeit bei hoher Temperatur verwendete, wie z.B. AA 3003-Legierung (von Aluminum Association U.S.A.) (Al, 0,05 bis 0,20 % Cu und 1,0 bis 1,5 % Mm) oder AA 3203-Legierung (Al, 1,0 bis 1,5 % Mn). Wahlweise dazu stellte man die Kühlrippen aus einem metallenen Flachmaterial von 0,1 bis 0,2 mm Dicke her, das einen Kern aus einer derartigen Al-Mn-Legierung, wie sie oben beschrieben ist, und eine Lötmasse aus Al-Si-Legierung (Al, 5 bis 12 % Si) oder Al-Si-Mg-Legierung (Al, 5 bis 12 % Si, 0,5 bis 2 % Mg) umfaßte, die auf beide Oberflächen des Kerns aufplattiert war.

Jedoch sind die Kühlrippen aus Al-Mn-Legierung, wie z. B. aus AA 3003-Legierung oder AA-3203-Legierung in ihrer Wärmeleitfähigkeit etwas schlechter, obwohl sie eine gute Durchsackbeständigkeit aufweisen, was eine verschlechterte Wärmestrahlung bzw. Wärmeabgabe des Wärmeaustauschers ergibt, bei dem man derartige Kühlrippen verwendet.

In letzter Zeit werden Gewichtseinsparung und Verkleinerung der Größe bei Wärmeaustauschern insbesondere für Automobile gewünscht. Ferner wird nicht nur die Bildung von Kühlrippen geringerer Dicke sondern auch die Leistungsverbesserung eines Wärmeaustauschers oder eine Verbesserung seiner Wirksamkeit (z.B. seiner Kühlkapazität) in der Technik verlangt.

Demgemäß war es höchst wünschenswert, Kühlrippen für Wärmeaustauscher zu entwickeln, die eine ausreichende

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Wärmeleitfähigkeit aufweisen, bei denen kein Absacken oder Verformen der Kühlrippen während der Befestigung durch Löten bewirkt wird, und bei denen -die sogenannte sakrifizielle Anodenwirkung (Anodenaufopferungseffekt; sacrificial anode effect) verbessert wird, die wirksam die Korrosion des Rohrs eines Wärmeaustauschers verhütet.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Es wurde festgestellt, daß man bei Verwendung eines Aluminiums, dessen Gehalt an Fe und Si unterhalb eines vorbestimmten Niveaus eingestellt oder einreguliert wurde, für Kühlbleche die Wärmeleitfähigkeit für Kühlbleche bedeutsam verbessern kann und daß man durch Zugabe von Zr und/ oder Cr oder mindestens einem der Bestandteile der aus Zn, Sn und In bestehenden Gruppe zum Aluminium innerhalb eines vorbestimmten Bereiches den Kühlblechen eine zufriedenstellende Durchsackbeständigkeit verleihen kann und eine verbesserte sakrifizielle Anodenwirkung erzielen kann.

Die Erfindung betrifft ein Kühlrippenmaterial, das aus einem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet wird, deren Gehalt an Fe und Si derart eingestellt wird, das er 0,2 % oder weniger bzw. 0,1 % oder weniger beträgt. Ferner betrifft die Erfindung einen Wärmeaustauscher unter Verwendung des Kühlrippenmaterials.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kühlrippenmaterial für einen Wärmeaustauscher vorzusehen, das das Absakken und/oder die Verformung der Kühlrippen während eines Lötvorgangs verhindern kann, indem die sogenannte Durchsackbestandigkeit des Materials verbessert ist und es eine bemerkenswert verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist.

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Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kühlrippenmaterial vorzusehen, das sowohl eine ausgezeichnete sakrifizielle Anodenwirkung als auch eine verbesserte Absackbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeaustauscher geringer Größe und geringen Gewichtes vorzusehen, der zwar dünnere Kühlrippen aufweist, jedoch eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit zeigt und eine verbesserte Wirksamkeit von Wärmeaustausch oder Wärmeabstrahlung erzielt.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeaustauscher vorzusehen, der Energie oder Rohstoffe spart, indem er aus dünnen und leichten Kühlrippen und einem Rohr mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit zusammengesetzt ist.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung sind einerseits klar ersichtlich und andererseits nachstehend näher beschrieben.

In der Beschreibung und in den Patentansprüchen sind die Prozent- und Verhältniszahlen auf Gewichtsbasis bezogen und die Temperaturen in Celsiusgraden zu verstehen, soweit nichts anderes angegeben ist.

Nachstehend wird d-ie Erfindung durch Zeichnungen näher erläutert, wobei

- Figur 1 die Darstellung eines Vertikalschnittes durch ein Beispiel für ein Löt-Flachmaterial ist, das man für Kühlrippen gemäß der Erfindung verwendet;

- Figur 2 eine schematische Darstellung ist, die einen Aluminium-Wärmeaustauscher zeigt, wobei Figur 2 (A) einen Verdampfer zeigt, Figur 2 (B) einen Kondensator zeigt und Figur 3 (C) einen Kühler zeigt; und

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- Figur 3 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Vorrichtung zur Durchführung eines Tests der Durchsackbeständigkeit ist.

Aluminium und Aluminiumlegierungen für Kühlrippen von Wärmeaustauschern gemäß der Erfindung umfassen die nachstehenden Zusammensetzungen:

(1) Aluminium für Kühlrippen eines Wärmeaustauschers mit einem Gehalt an 0,2 % oder weniger Fe, 0,1 % oder weniger Si und der Ausgleichsmenge bis 100 % an Al und unvermeidbaren Verunreinigungen (nachstehend als "erste Zusammensetzung" bezeichnet);

(2) Aluminiumlegierung für die Kühlrippen eines Wärmeaustauschers mit einem Gehalt an 0,2 % oder weniger Fe, 0,1 % oder weniger an Si und mindestens einem der Bestandteile der aus 0,01 bis 0,3 % Zr und 0,01 bis 0,3 % Cr bestehenden Gruppe und der Ausgleichsmenge auf 100 % aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen (nachstehend als "zweite Zusammensetzung" bezeichnet);

(3) Aluminiumlegierung für die Kühlrippen eines Wärmeaustauschers mit einem Gehalt an 0,2 % oder weniger Fe, 0,1 % oder weniger Si und mindestens einem Bestandteil aus der aus 0,2 bis 2,0 % Zn, 0,01 bis 0,1 % Sn und 0,01 bis 0,1 % In bestehenden Gruppe und der Ausgleichsmenge auf 100 % aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen (nachstehend als "dritte Zusammensetzung" bezeichnet); und

(4) Aluminiumlegierung für Kühlrippen eines Wärmeaustauschers mit einem Gjehalt an 0,2 % oder weniger Fe, 0,1 % oder weniger Si, mindestens einem der Bestandteile aus der aus 0,01 bis 0,3 % Zr und 0,01 bis 0,3 % Cr bestehenden Gruppe und mindestens einem Bestandteil aus der aus 0,2 bis 2,0 % Zn, 0,01 bis 0,1 % Sn und 0,01 bis 0,1 % In bestehenden Gruppe und der Ausgleichsmenge auf 100 % an Al und unvermeidbaren Verunreinigungen (nachstehend als "vierte Zusammensetzung" bezeichnet).

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Nachstehend werden die Zusammensetzung des Aluminiums und der Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung näher beschrieben.

(a) Fe und Si:

Die Begrenzung des Eisengehaltes auf 0,20 % oder weniger und des Siliziumgehaltes auf 0,10 % oder weniger im Aluminium und in den Aluminiumlegierungen gemäß der Erfindung ermöglichen, daß die Aluminiummasse eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist und eine ausgezeichnete Durchsackbeständigkeit während eines Lötvorgangs zeigt. Eine derartige Begrenzung des Gehalts an Eisen und Silizium ermöglicht ferner, daß der Kern eines Kühlrippenmaterials, das aus einem Löt-Flachmaterial gebildet ist, eine gesteigerte Größe der umkristallisierten Teilchen gerade vor dem Löten aufweist. Dadurch kann die Diffusion des Si, das in der Lötmasse enthalten ist, zur Teilchengrenze der Kernmasse wirksam herabgesetzt werden und dadurch den Kühlrippen eine verbesserte Absackbeständigkeit verliehen werden. Wenn der Gehalt an Fe und Si den beschriebenen Bereich übersteigt, werden die Wärmeleitfähigkeit und die Absackbeständigkeit der Kühlrippen verschlechtert.

(b) Zr und Cr:

Eine Aluminiumlegierung, die man durch Zugabe mindestens eines der Bestandteile der aus 0,01 bis 0,3 % Zr und 0,01 bis 0,3 % Cr bestehenden Gruppe zum Aluminium erhalten hat, dessen Gehalt, an Fe und Si auf den genannten Bereich beschränkt ist, weist eine noch weiter verbesserte Absackbeständigkeit auf, während eine gute Wärmeleitfähigkeit aufrecht erhalten wird. Ein Gehalt an Zr und Cr von weniger als 0,01 % erlaubt keine verbesserte Absackbeständigkeit der Aluminiumlegierung, während ein Gehalt von mehr

als 0,3 % eine Kristallisierung der intermetallischen Verbindung in großem Ausmaß verursacht, wodurch die plastische Verarbeitbarkeit und die Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumlegierung verschlechtert werden. Die Zugabe von Zr und/oder Cr ermöglicht, daß die Auskristallisierungstemperatur hoch genug ist, die Diffusion des Si in der Lötmasse gerade vor dem Löten genug herabzusetzen und dadurch das Absacken der Kühlrippen wirksam zu verhindern, die daraus gebildet sind.

(c) Zn, Sn und In:

Bei einer Aluminiumlegierung, die man durch Zugaben mindestens eines der Bestandteile der aus 0,2 bis 2,0 % Zn, 0,01 bis 0,1 % Sn und 0,01 bis 0,1 % In bestehenden Gruppe zu dem Aluminium erhalten hat, dessen Gehalt an Fe und Si wie beschrieben begrenzt ist und das die beschriebenen Mengen an Zr und/oder Cr außerdem zugesetzt enthält, zeigt eine ausgezeichnete sakrifizielle Anodenwirkung, während eine ausreichende zufriedenstellende Wärmeleitfähigkeit aufrechterhalten wird. Ein Gehalt an Zn, Sn oder In unterhalb des beschriebenen Bereichs, läßt die Legierung nicht die gewünschte sakrifizielle Anodenwirkung zeigen, während ein Gehalt oberhalb des beschriebenen Bereichs eine Verschlechterung der plastischen Verarbeitbarkeit und der Wärmeleitfähigkeit der Legierung bewirkt.

Gemäß der Erfindung bewirken unvermeidbare Verunreinigungen wie z.B. Cu, T-i, Mn keinerlei Nachteile, wenn ihr Gehalt dem von Aluminiumbarren mit einem Aluminiumgehalt von mehr als 99 % entspricht (0,02 % oder weniger Cu, 0,03 % Ti und 0,03 % Mn).

Derartiges Aluminium und derartige Aluminiumlegierungen, wie sie oben beschrieben sind, für Kühlrippen formte man

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zu einem halbstarren Flachmaterial (z.B. H-14-Temper-Flachmaterial), das man entweder ohne irgendeinen Belag oder in Form eines Löt-Flachmaterials verwendet, welches eine Lötmasse auf seinen beiden Oberflächen aufplattiert trägt. Das Flachmaterial wird im allgemeinen in einer Dicke von etwa O, 1 bis 0,2 mm und einer Breite von etwa 20 bis 100 mm hergestellt.

Die erste und dritte Zusammensetzung gemäß der Erfindung sind zur Herstellung von Kühlrippen (mit einer Breite von etwa 100 mm) für einen Verdampfer geeignet, wie er in Fig. 2A gezeigt ist. Die zweite und vierte Zusammensetzung gemäß der Erfindung sind für die Herstellung von Kühlrippen (mit einer Breite von etwa 20 bis 40 mm) sowohl für einen Kondensator, wie er in Figur 2B gezeigt ist, oder einen Kühler, wie er in Figur 2C gezeigt ist, als auch für einen Verdampfer geeignet, wie er in Figur 2A gezeigt ist.

Die Herstellung eines Flachmaterials unter Verwendung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Methode begrenzt und kann mit einer beliebigen üblichen Methode durchgeführt werden. Beispielsweise kann man die Herstellung mit einer Methode durchführen, wobei man stufenweise einen Barren aus Aluminium oder Aluminiumlegierung herstellt, der die genannten Bestandteile enthält, den Barren längere Zeit auf einer bestimmten Temperatur hält bzw. einer Imprägnierungsbehandlung unterwirft, heißwalzt und danach kaltwalzt und eine gewalzte Masse herstellt, die gewalzte Masse einem zwischenstuflichen Tempern gegebenenfalls unterwirft und schließlich die Masse zu einem halbsteifen Flachmaterial als Produkt formt.

Nachstehend wird ein Wärmeaustauscher, der unter Verwendung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung hergestellt wurde, näher beschrieben.

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Die beschriebene vierte Zusammensetzung ist besonders für einen Wärmeaustauscher geeignet. Beispielsweise weist ein bevorzugter Wärmeaustauscher einen Aufbau wie in Figur 2 auf, worin Kühlrippen 5 aus einem Löt-Flachmaterial gebildet wurden, das einen Kern aus einer Aluminiumlegierung mit einem Gehalt an 0,2 % oder weniger Fe, 0,1 % oder weniger Si, 0,01 bis 0,3 % Zr, 0,05 bis 1,0 % Zn und der Ausgleichsmenge bis 100 % an Al und unvermeidbaren Verunreinigungen und eine Al-Si-Plattierung darauf aufgebracht umfaßt, und worin ein Rohr 4 aus einer Aluminiumlegierung mit einem edleren Potential als jenes der Kühlrippen gebildet und mit den Kühlrippen verbunden wurde.

Bei der Herstellung des Wärmeaustauschers ist die Plattierung 2, die auf beide Oberflächen des Kerns 1 im Löt-Flachmaterial 3 aufplattiert ist, aus welcher die Kühlrippen gebildet sind, (a) beispielsweise eine Al-Si-Legierung, wie z.B. Aluminium mit 7,5 % Si (AA 4343) oder Aluminium mit 10 % Si (AA 4045), wenn man das Löten in nichtoxidierender Atmosphäre oder typisches Löten durchführt, und (b) beispielsweise eine Al-Si-Mg-Legierung, wie z.B. Aluminium mit 10 % Si und 1,5 % Mg (AA 4004) oder Aluminium mit 10 % Si, 1,5 % Mg und 0,1 % Bi (AA 4104), wenn man das Löten in einer Vakuumatmosphäre durchführt.

Das Löt-Flachmaterial, das man vorzugsweise verwendet, weist eine Dicke von 0,13 bis 0,2 mm auf und ist wellig geformt. Ein derartiges Löt-Flachmaterial kann man mit irgendeiner üblichen Methode herstellen.

Das Rohr des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung ist aus einer Aluminiumlegierung gebildet, das ein edleres Potential als jenes der Kühlrippen hat. Aluminiumlegierungen, die zur Verwendung für das Rohr geeignet sind, sind bei-

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spielsweise jene, die als AA 1050, AA 1100 und AA 3003 definiert sind. Erfindungsgemäß verwendet man vorzugsweise eine Aluminiumlegierung, die reinem Aluminium ähnelt, wie z.B. AA 1050 oder AA 1100, um die Wirksamkeit des ganzen Wärmeaustauschers zu verbessern, weil die Legierung eine zufriedenstellende Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Die Breite der Kühlrippen variiert man je nach der Verwendung des Austauschers gemäß der Erfindung, für den man die Kühlrippen verwendet, und ist nicht auf einen speziellen Bereich begrenzt. Beispielsweise beträgt die Breite etwa 100 mm bei einem Verdampfer und etwa 18 bis 50 mm bei einem Kondensator.

Den Kern des Wärmeaustauschers, der aus dem Rohr und den gewellten Kühlrippen besteht, baut man durch Löten in einer Vakuumatmosphäre, durch Flußlöten oder durch ein anderes geeignetes Löten auf. Hinsichtlich der Löteigenschaften und der Kosten führt man den Aufbau vorzugsweise durch Löten bei einer Temperatur von etwa 600 bis 610 C in einer N_?-Atmosphäre durch, wobei man eine geringe Menge an Kaliumfluoraluminat-Komplexsalz verwendet.

Der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung kann gemäß einer üblichen Methode des Standes der Technik aufgebaut sein, mit Ausnahme der beschriebenen Kombination der Kühlrippen und des Rohrs. In Figur 2 bezeichnen die Nummern 10 bis 11 Rohre für den Ztilauf und den Auslauf, die an den jeweiligen beiden Enden des Rohrs vorgesehen sind. Ferner zeigt ein Pfeil die Flußrichtung des Kühlmittels an.

Die Bewertung der Wärmeleitfähigkeit der Kühlrippen gemäß der Erfindung kann folgendermaßen durchgeführt werden:

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(1) Die Wärmeleitfähigkeit wird auf der Basis der gemessenen elektrischen Leitfähigkeit berechnet, weil die Wärmeleitfähigkeit eines Materials im allgemeinen der elektrischen Leitfähigkeit proportional ist.

(2) Die Wärmeleitfähigkeit wird auf der Basis der gemessenen Wirksamkeit oder Kühlkapazität eines Wärmeaustauschers berechnet, der unter Verwendung von Kühlrippen aufgebaut wurde, die aus einem Flachmaterial hergestellt wui— den, wie es oben beschrieben ist.

Ferner wurden die Wärmeaustauschereigenschaften des Wärmeaustauschers auf ähnliche Weise berechnet.

Nachstehend wird die Erfindung durch Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1:

Aluminium und Aluminiumlegierungen stellte man her, indem man die in der nachstehenden Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen gemäß einer üblichen Schmelzmethode schmolz und jeweils einen Barren aus jeder der geschmolzenen Zusammensetzungen durch Wasserkühlung herstellte. Das Aluminium und die Aluminiumlegierungen gemäß Tabelle 1 enthielten jeweils 0,04 % oder weniger Cu, 0,03 % oder weniger Ti und 0,03 % oder weniger Mn (1,1 % in der üblichen Legierung) als unvermeidbare Verunreinigungen.

Danach unterwarf man die derart hergestellten Barren einer Temperaturbehandlung bei einer Temperatur von 550 C 3 Stunden lang, schliff ihre beiden Oberflächen und plattierte ein Flachmaterial aus 4045-Lötmasse (Al-Si-Legierung

Tabelle

Probe Nr.	^A	τ 1	C h	Fe	*e m i ε*	ehe Z u ε	Cr	a m m e η s e	Zn	t ζ u η g (%)	In	Al
		2	0,05	Si	Zr	-	Mn	-	Sn	-	Ausgleich
		3	0,10	0,05	-	-	-	-	■ -	-	η
		4	0,20	0,08	-	-	-	-	-	-	Il
		5	0,15	0,10	-	> _	-	-	-	-	rr
		6	0,15	0,08	0,02	-	-	-	-	-	ff
		7	0,15	0,08	O,1C		-	-	-	-	fr
1)		8	0,15	0,08	0,25	0,15	-	-	-	-	rr
	9	0,05	0,08	-	-	-	0,6	-	-	rr
	10	0,10	0,05	-	-	-	-	0,04	0,05	fr
	11	0,10	0,08	-	-	-	1,1	0,005	-	fr
B²⁾	12	0,02	0,08	-	-	-	-	-	-	rr
	13	0,15	0,10	-	-	-	1,0	0,05	-	fr
	14	0,15	0,08	0,10	0,15	-	0,5	-	-	ff
	15	0,15	0,08	-	-	-	-	0,04	-	fr
c³⁾	16	0,15	0,08	0,10	-	-	-	0,05	0,05	ir
17	0,25	0,08	0,10	-	-	-	0,05	-	fr
18	0,40	0,15	-	-	-	-	-	-	fr
19	0,15	0,30	-	-	-	3	-	-	rr
20	0,15	0,08	-	-	-	-	-	-	rr
21	0,15	0,08	-	-	-	-	0,3	-	fr
22	0,3	0,08		-	-	-	-	-	fr
23 (3203)	0,6	0,15	-	-	-	-	-	-	rr
0,6	0,30	-	-	-	-	-	-	rr
0,2	-	1,1

Bemerkungen zu den Tabellen:

1. A: Legierungen gemäß der Erfindung

2. B: Vergleichslegierungen

3. C: Legierung des Standes der Technik

Diese Angaben gelten auch entsprechend für die weiteren Tabellen.

mit 0,9 % Si) auf beide Oberflächen der Barren auf. Dann erwärmte man sie auf eine Temperatur von 500 C, walzte sie warm und stellte eine plattierte Platte von 5 mm Dicke her. Danach unterwarf man die plattierte Platte dem Kaltwalzen und stellte als Zwischenprodukt ein plattiertes Flachmaterial von 0,2 mm Dicke her, das man danach einem zwischenstufliehen Tempern bei einer Temperatur von 360 C 2 h lang unterwarf, danach kaltwalzte und als Endprodukt ein plattiertes Flachmaterial für Kühlrippen erhielt, das eine Dicke von 0,16 mm aufwies (mit einem Plattierungsverhältnis der Lötmasse auf einer Oberfläche von 10 %).

Man stellte jeweils eine Probe aus jedem der Endprodukte von plattiertem Flachmaterial her und verwendete sie zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit und der Durchsackbeständigkeit bzw. Beständigkeit gegen Erweichung. Die Ei— gebnisse sind in d-er nachstehenden Tabelle 2 gezeigt.

Die elektrische Leitfähigkeit ist in Tabelle 2 auf die von reinem Kupfer bezogen (100 %). Die Messung des Durchsakkurxgsgrades führte man durch, indem man ein Muster von mm Breite und 50 mm Länge erwärmte, das an seinem einen Ende 30 mm vorstand und am anderen Ende an einer Haltevorrichtung befestigt war, wie in Figur 3 gezeigt ist, und

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den Durchsackungsgrad des freien Endes entsprechend der Erwärmung maß. In Tabelle 2 bedeutet das Symbol (o) , daß der Durchsackungsgrad 2 mm oder weniger betrug, das Symbol o, daß er mehr als 2 mm und bis zu 5 mm betrug, und das Symbol χ bedeutet, daß er mehr als 5 mm betrug.

Ferner stellte man Kühlrippenmaterialien her, die nur aus einer Kernmasse gebildet waren und keine AA 4045-Lötmasse aufplattiert trugen, und maß die elektrische Leitfähigkeit und die Durchsackbeständigkeit jedes der Materialien. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 3 gezeigt.

Beispiel 2:

Die Flachmaterialien aus Aluminium und Aluminiumlegierungen von Beispiel 1 (Probe Nr. 1 bis 15 (gemäß der Erfindung) und 23 (Stand der Technik)) verwendete man zur Herstellung eines Verdampfers mit gewellten Kühlrippen, wie er in Figur 2A gezeigt ist. Die Breite der Kühlrippen betrug 100 mm, das Rohr war ein extrudiertes Rohr aus reinem Al 1050, das 20 Durchgänge bzw. Öffnungen aufwies und eine Wandstärke von 0,8 mm hatte, und das Löten führte man durch, indem man ein Fluorid-Flußmittel in einer Inertgasatmosphäre verwendete.

Bezüglich des derart hergestellten Verdampfers maß man die Kühlkapazität des Kerns, die Durchsackbeständigkeit der Kühlrippen und die-Maximaltiefe des Lochfraßes am Rohr mit einem Korrosionstest. Einen Test, der die Kühlkapazität betraf, führte man mit den Proben Nr. 1, 3, 5, 7, 8, 11, 13, 15 und 23 des Kühlrippenmaterials durch.

Die Tests und ihre Kriterien sind nachstehend beschrieben:

TABELLE

Probe

Nr.

Elektrische Leitfähigkeit des plattierten Kühlrippenmaterials Durchsackbeständigkeit des plattierten Kühlrippenmaterials (Durchsackungsgrad)

1 2 3

56 55 54 O O O

4 5 6 7

52

51 50 51

8 9 10 11

54 53 52 54 O O

O O

12 13 14 15

52 53 51 52

16 17 18 19 20 21 22

52

51 45

52

51 X X X

23 (3203)

40

* Die Legierung konnte nicht hergestellt werden

-X-

Tabelle

Probe Nr.

Elektrische Leitfähigkeit des nicht plattierten Kühlrippenmaterials (%) Durchsackbeständigkeit des nicht plattierten Kühlrippenmaterials (Durchsackungsgrad)

1 2 3

62 61 60

O O

4 5 6 7

58 57 56 57

8 9 10 11

60 59 58 60 O O

O O

12 13 14 15

58 59 57 58

16 17 18 19 20 21 22

58 57 51

58 57 X X X

X X

23 (3203)

46

Die Legierung konnte nicht hergestellt werden.

1. Kühlkapazitättest:

Den Test führte man gemäß den Vorschriften von JIS D 1618 durch, die die Testbedingungen für einen Autokühler festlegen .

2. Test der Durchsackungsbestandigkext von Kühlrippen:

Unter der Annahme, daß kein Lötfehler zwischen der Kühlrippe und dem extrudierten Rohr während des Lötens auftrat, verglich man den Abstand (22 mm) des gebogenen Rohrs vor dem Löten mit dem nach dem Löten. "0" in der nachstehenden Tabelle 4 bedeutet, daß der Abstand des Rohres 0,3 mm oder weniger abnahm.

TABELLE 4

	JVr.	Testergebnis unter Verwendung eines Wärmeaustauscherkerns.	Durchsackbeständigkeit der Kühlrippen	Zeit bis zum Leck werden unter Druck bzw. Maximaltiefe des Lochfraßes am Rohr
Probe	1 2 3	Verbesserung der Kühlkapazität im Vergleich zu Probe Nr. 23	O O O	0,52 ram 0,48 nun 0,47 mm
A	4 5 6 7	4,0% 3,5%	O O O O	0,50 mm 0,45 mm 0,48 mm 0,48 mm
C	8 9 10 11	3% 3%	OO OO	0,21 mm 0,23 mm 0,25 mm 0,19 mm
12 13 14 15	3% 3,5%	O O O O	0,25 mm 0,18 mm 0,19 mm 0,18 mm
23 (3203)	3% 3%	O	500 h
Standard I

3. Korrosionstest:

Man führte einen CASS-Test (Kupfer-beschleunigter Essigsauresalzsprühtest) 720 Stunden (1 Monat) unter den Bedingungen durch, daß man dem Kern N_o-Gas unter einem Druck

ρ
von 14,7 Bar (15 kg/cm ) zuführte und die Zeit bis zum Leckwerden unter Druck verglich. Trat kein Leckwerden unter Druck auf, verglich man die Maximaltiefe des Lochfraßes am Rohr.

Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle 4 gezeigt. Beispiel 3:

Die Proben 4 bis 7, 12 bis 15 und 23 der Flachmaterialien aus Aluminiumlegierung von Beispiel 1 verwendete man, um einen Kondensator herzustellen, wie er in Figur 2B gezeigt ist. Die Kühlrippenbreite des Kondensators betrug 22 mm; sein Rohr war aus reinem Aluminium Al 1050 durch Extrudieren gebildet worden, wies 4 Durchgänge auf und hatte eine Wandstärke von 0,8 mm; das Löten führte man durch, indem man ein Fluorid-Flußmittel in einer Inertgasatmosphäre verwendete. Die Durchsackbeständigkeit der Kühlrippen jedes der derart hergestellten Kondensatoren untersuchte man mit der Methode von Beispiel 2. Man führte einen Test der Kühlkapazität an aen Proben Nr. 4, 6, 12, 14 und 23 durch.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.

TABELLE 5

Probe Nr. ρ	4	Testergebnis unter Verwendung des Wärmeaustauscherkerns	Durchsackbeständigkeit der Kühlrippen
	5	Verbesserung der Kühl
	6	kapazität bezogen auf
	7	Probe Nr. 23
	12	3 %
	13	-
	14	3 %
JV	15	—
Ά	23	3 %
	(3203)	-
	3 %
	-
C	(Standard)
		O
	O
	O
	O
O
O
O
O
O

Wie aus den Tabellen 1 bis 5 ersichtlich ist, kann das Aluminium der ersten Zusammensetzung gemäß der Erfindung ein Kühlrippenmaterial liefern, das kein Absacken und/oder keine Deformierung der Kühlrippen während des Lötens der Kühlrippen bewirkt, und das in seiner Wärmeleitfähigkeit und Durchsackbeständigkeit bedeutend verbessert ist. Damit kann man einen Wärmeaustauscher erzielen, der eine verbesserte Wärmeabstrahlung aufweist und von geringer Größe und leichtem Gewicht ist.

Ferner kann man mit den Aluminiumlegierungen der zweiten bis vierten Zusammensetzung gemäß der Erfindung ein Kühlrippenmaterial erzielen, das^j nicht nur eine zufriedenstellende Wärmeleitfähigkeit, sondern auch eine verbesserte Durchsackbeständigkeit und sakrifizielle Anodenwirkung aufweist, wodurch die Herstellung von Kühlrippen mit einer viel geringeren Wandstärke ermöglicht wird. Dadurch erhält

man einen Wärmeaustauscher von geringer Größe und leichtem Gewicht, der eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und eine verbesserte Wärmeabstrahlung aufweist.

Beispiel 4:

Aluminiumlegierungen mit den Zusammensetzungen, wie sie in der nachstehenden Tabelle 6 angeführt sind, goß man gemäß einer üblichen Schmelzmethode zu Barren. Danach stellte man eine Kernmasse, die gewalzt werden sollte, aus jedem der Barren auf übliche Weise her. Die Aluminiumlegierungen enthielten jeweils als unvermeidbare Verunreinigungen 0,02 % oder weniger Cu (0,15 % Cu in Probe Nr. 22), 0,03 % oder weniger Ti und 0,03 % oder weniger Mn (1,1 % Mn in den Proben Nr. 21 und 22).

Danach plattierte man ein Flachmaterial aus AA 4045-Legierung (Al mit 10 % Si) auf beide Oberflächen jedes der Kerne mit einem Plattierungsverhältnis von 10 % je Oberfläche auf, unterwarf den plattierten Kern dem Warmwalzen, Kaltwalzen, zwischenstufliehen Tempern und weiterem Kaltwalzen und stellte ein Löt-Flachmaterial (halbstarr) von 0,16 mm Dicke für Kühlrippen her. Ein Muster jedes der Löt-Flachmaterialien mit einer Dicke von 0,16 mm und einer Breite von 100 mm erwärmte man bei einer Löttemperatur von 600 C 3 Minuten lang und maß danach die elektrische Leitfähigkeit (IACS %), um die thermische Leitfähigkeit zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.

Danach unterwarf man derartige Muster von Kühlrippenmaterialien jeweils der Korrosion und verband sie mit einem flachen perforieren Rohr, das man aus einer Legierung AA 1050 mit einer Wandstärke von 0,8 mm und einer Breite von 100 mm durch Heiß-Extrudieren hergestellt und in Zickzackform gebogen hatte, wie in Figur 2A gezeigt ist. Die Zusam-

Tabelle 6

Wärmeaus	1	Zusammensetzung	Si' '	der Legierung	Zn	des	Elektrische	Testerqebnis	unter Verwendung des Wärmeaustauscherkerns	Maximale Lochfraß	Kühlkapazität	451	(3930)	CO cn	_t	I 1
tauscher	2	Kühlrippenkerns	0,08	(%)	0,5		Leitfähigkeit	Durchsackbestän	tiefe des Rohrs (mm)	kJ/h (kcal/h)	577	(3960)	CD
fir.	3	Fe	0,08	Zr	0,5	Al	oer Kunlnppe (IACS, %)	digkeit der Kühlrippe	0,01	16	744	(4000)	CD	' · >^l
	4	0,20	0,08	0,08	0,5	usgl.	52	gut	0,01	16	577	(3960)	cn
	5	0,10	0,10	0,08	0,5 j	usgl.	53	gut	0,01	16	744	(4000)	CJJ
	6	0,05	0,05	0,08	0,5 I	usgl.	54	gut	0,01	16	744	(4000)
	7	0,15	0,08	0,08	0,5	usgl.	53	gut	0,01	16	577	(3960)
	8	0,15	0,08	0,08	0,5	usgl.	54	gut	0,01	16	493	(3940)
	9	0,15	0,08	0,01	0,5	usgl.	54	gut	0,01	16	409	(3920)
A	10	0,15	0,08	0,05	0,5	usgl.	53	gut	0,01	16	744	(4000)
	11	0,15	0,08	0,2	0,05	usgl.	51	gut	0,01	16	163	(4100)	. ' ) '
	12	0,15	0,08	Ό,3	0,10	usgl.	50	gut	0,10	16	744	(4000)
	13	0,15	0,08	0,08	0,8	usgl.	55	gut	0,08	17	409	(3920)	; '
	14	0,15	0,08	0,08	1,0	Ausgl.	55	gut	0,01	16	488	(3700)
	15	0,15	0,08	0,08	0,5	Ausgl.	54	gut	0,01	16	488	(3700)
	16	0,15	0,15	0,08	0,5	Ausgl.	50	gut	0,01	15	070	(3600)
	17	0,50	0,20	0,08	0,5	\usgl.	45	gut	0,01	15	493	(3940)
	18	0,20	0,08	0,08	0,5	\usgl.	45	gut	0,01	15	279	(3650)
	19	0,50	0,08	0,08	0,5	Ausgl.	44	gut	0,01	16	535	(3950)
B	20	0,20	0,08	0,005	0,0	Ausgl.	52	schlecht	0,01	15	279	(3650)
	21 22	0,20	0,08	0,4	2,0	Ausgl.	44	gut	0,50-	16	070 070	(3600) (3600)
	0,15	0,30 0,30	0,08	Cu ο,ι	\usgl.	53	gut	0,01	15
	0,15	0,08	\usgl.	44	gut	0,75 0,80	15 15
C	0,60 0,60	*f,l* Mn 1,1	\usgl. Ausgl.	40 40	gut gut

menstellung hielt man mit einer Haltevorrichtung fest und unterwarf sie dem Löten bei einer Temperatur von 610 C in einer Np-Atmosphäre unter Verwendung einer geringen Men ge von Kaliumfluoraluminat-Komplexsalz (KAlF₄-K₃AlF ) als Flußmittel zur Herstellung eines Verdampfers, wie er in Figur 1A gezeigt ist.

Man führte einen Durchsackbestandigkeitstest durch und untersuchte die Durchsackbeständigkeit der Kühlrippe während des Lötens. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.

Schlecht" in Tabelle 6 bedeutet, daß sich die Kühlrippen in einem Ausmaß verformt hatten, daß sie sich für den Gebrauch nicht mehr eigneten.

Einen Test der Wärmeaustauschereigenschaften oder der Kühl-

kapazität führte man mit einem Luftstrom von 350 m /h gemäß den Bedingungen von JIS D 1618 durch, der die Durchführung eines Tests für einen Autokühler festlegt.

Die Korrosionsbeständigkeit bewertete man, indem man einen CASS-Test 720 Stunden durchführte und die Tiefe des Lochfraßes maß, der am Rohr eintrat. Die Maximaltiefe des Lochfraßes ist in Tabelle 6 gezeigt, wobei angenommen wird, daß der Kern eine gute Korrosionsbeständigkeit aufwies, wenn die Maximaltiefe des Lochfraßes 0,1 mm oder weniger betrug. Man prüfte auch Wärmeaustauscher B zum Vergleich und übliche Wärmeaustauscher C auf gleiche Weise und die Ergebnisse sind auch in Tabelle 6 gezeigt.

Wie aus den Ergebnissen der Tabelle 6 ersichtlich ist, beträgt bei einem Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung (Proben Nr. 1 bis 7) die elektrische Leitfähigkeit der Kühlrippen 50 % oder mehr, bezogen auf reines Kupfer, und ist um 25 % und mehr im Vergleich zu jener eines üblichen

Wärmeaustauschers verbessert (Proben Nr. 21 und 22). Fei— ner hat der Kern eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung eine Kühlkapazität von 16 325 kJ/h (3900 kcal/h) oder mehr, was eine Verbesserung von etwa 9 % oder mehr im Vergleich zu einem üblichen Wärmeaustauscher darstellt. Ferner sei darauf hingewiesen, daß bei dem Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung die Kühlrippen eine verbesserte Durchsackbeständigkeit und eine zufriedenstellende sakrifiziel-Ie Anodenwirkung auf das Rohr zeigten, was sich aus der Tatsache ergibt, daß die Maximaltiefe des Lochfraßes am Rohr auf 0,1 mm oder weniger herabgesetzt wird. Das bedeutet, daß der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung eine Haltbarkeit aufweist, die jene von üblichen Wärmeaustauschern mehrfach übersteigt.

Ferner zeigt Tabelle 6, daß der Wärmeaustauscher, der zum Vergleich herangezogen wurde, jenem gemäß der Erfindung allgemein unterlegen ist. Insbesondere beträgt bei den Proben Nr. 14 bis 16, 18 und 20 die elektrische Leitfähigkeit der Kühlrippen weniger als 50 %, bezogen auf jene von reinem Kupfer, und die Kühlkapanzität unterscheidet sich kaum von jener eines üblichen Wärmeaustauschers. Ein Durchsakken der Kühlrippen trat bei Probe Nr. 17 auf und ein tiefer Lochfraß am Rohr wurde bei Probe Nr. 19 beobachtet.

Demgemäß sei darauf hingewiesen, daß der Aluminiumlegierung-Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung nicht nur ausgezeichnete Wärmeaus-tauschereigenschaften sondern auch eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegen Lochfraß aufweist, wobei die Durchsackbeständigkeit der Kühlrippen aufrecht erhalten wird. Demgemäß ist er zur Verwendung als ein Wärmeaustauscher geeignet, der Rohstoffe und Energie spart.

Nachtrag zu Seite 2 (Zeilen 7 und 19) und Seite 22 (Zeile 29):

Unter "perforiertes Rohr" wird ein Rohr mit einer oder mehreren Eintrittsöffnungen und einer oder mehreren Austrittsöffnungen oder ein Bündel derartiger Rohre oder ein Rohr mit ein oder mehreren Passagen verstanden.

- 3ο -Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Aluminiummaterial für die Kühlrippen eines Wärmeaustauschers, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,2 Gew.-% oder weniger Fe, 0,1 Gew.-% oder weniger Si, wobei die Ausgleichsmenge bis 100 Gew.-% aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

2. Aluminiumlegierung für die Kühlrippen eines Wärmeaustauschers, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,2 Gew.-% oder weniger Fe, 0,1 Gew.-% oder weniger Si und mindestens einen der Bestandteile 0,01 bis 0,3 Gew.-% Zr und 0,01 bis 0,3 Gew.-% Cr, wobei die Ausgleichsmenge bis 100 Gew.-% aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

3. Aluminiumlegierung für die Kühlrippen eines Wäremaustauschers, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,2 Gew.-% oder weniger Fe, 0,1 Gew.-% oder weniger Si und mindestens einen der Bestandteile 0,02 bis 2,0 Gew.-%

-2-

Zn, 0,01 bis 0,1 Gew.-% Sn und 0,01 bis 0,1 Gew.-% In, wobei die Ausgleichsmenge bis 100 Gew.-% aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

4. Aluminiumlegierung für die Kühlrippen eines Wärmeaustauschers, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,2 Gew.-% oder weniger Fe, 0,1 Gew.-% oder weniger Si, mindestens einen der Bestandteile 0,01 bis 0,3 Gew.-% Zr und 0,01 bis 0,3 Gew.-% Cr und mindestens einen der Bestandteile 0,2 bis 2,0 Gew.-% Zn, 0,01 bis 0,1 Gew.-% Sn und 0,01 bis 0,1 Gew.-% In, wobei die Ausgleichsmenge bis 100 Gew.-% aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

5. Aluminiumlegierung-Wärmeaustauscher , gekennzeichnet

- durch Kühlrippen, die aus einem Löt-Flachmaterial gebildet sind, das einen Kern und eine Plattierung aus einer Al-Si-Legierung umfaßt, die auf den Kern aufplattiert ist, wobei der Kern aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist, die 0,2 Gew.-% oder weniger Fe, 0,1 Gew.-% oder weniger Si, mindestens einen der Bestandteile 0,01 bis 0,3 Gew.-% Zr und 0,01 bis 0,3 Gew.-% Cr und mindestens einen der Bestandteile 0,2 bis 2,0 Gew.-% Zn, 0,01 bis 0,1 Gew.-% Sn und 0,01 bis 0,1 Gew.-% In enthält, wobei die Ausgleichsmenge bis 100 Gew.-% aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; und

- ein Rohr, das aus .einer Aluminiumlegierung gebildet ist, welche ein edleres Potential als jene der Kühlrippen aufweist, wobei das Rohr mit den Kühlrippen verbunden ist.

6. Aluminiumlegierung-Wärmeaustauscher , gekennzeichnet durch

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Kühlrippen, die aus einem Löt-Flachmaterial gebildet sind, welches einen Kern und eine Plattierung aus einer Al-Si-Legierung umfaßt, die auf den Kern aufplattiert ist, wobei der Kern aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist, welche 0,2 Gew.-% oder weniger Fe, 0,1 Gew.-% Si oder weniger, 0,01 bis 0,3 Gew.-% Zr und 0,05 bis 1,0 Gew.-% Zn umfaßt, wobei die Ausgleichsmenge bis 100 Gew.-% aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreingigungen besteht; und

ein Rohr, das aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist, welches ein edleres Potential als jenes der Kühlrippen aufweist, wobei das Rohr mit den Kühlrippenverbunden ist.