DE3514332C2

DE3514332C2 -

Info

Publication number: DE3514332C2
Application number: DE3514332A
Authority: DE
Inventors: Kiyoaki Nishikawa; Ryoichi Kanagawa Jp Nobuyoshi
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1984-06-14
Filing date: 1985-04-19
Publication date: 1988-12-22
Also published as: US4592891A; CA1248779A; NL8501204A; DE3514332A1

Description

Wärmeaustauscherrippen in Kraftfahrzeugkühlern sind mit Kühlerrohren verbunden und dienen der Ableitung der Wärme von durch die Kühlerrohre strömendem, erhitztem Kühlmittel an die Atmosphäre. Zu den für Wärmeaustauscherrippen notwendigen Eigenschaften gehören insbesondere Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Im Hinblick darauf hat man in den letzten Jahren für die Herstellung von Wärmeaustauscherrippen zinnhaltiges Kupfer verwendet. Einerseits haben sich jedoch die Umweltbedingungen mit der Zunahme der Konzentration an SO₂-Gas und Abgasemissionen in die Luft, dem Kontakt mit salzbeladener Luft im Küstenbereich, dem schädlichen Einfluß von Streusalz auf den Straßen und anderen schädlichen Faktoren verschlechtert. Andererseits besteht in jüngster Zeit in der Kraftfahrzeugindustrie verstärkt die Tendenz, im Hinblick auf eine Senkung des Fahrzeuggewichts dünnere Wärmeaustauscherrippen vorzusehen, bei denen jedoch bereits eine geringfügige Korrosion zu verschlechterten Kühlerkennwerten, insbesondere verminderter Wärmeabstrahlung, und damit zu einer Verkürzung der Kühlerlebensdauer führen kann. Unter diesen erschwerten Bedingungen sind die derzeit für die Herstellung von Wärmeaustauscherrippen benutzten zinnhaltigen Kupferbleche gegenüber Korrosionsangriffen recht empfindlich.

Es ist ein insbesondere für die Gehäuse von Batterien oder Trockenelementen bestimmter metallischer Verbundwerkstoff bekannt (DE-OS 21 08 433), der einen aus einem Blech einer Eisenbasislegierung bestehenden Kern aufweist, welcher auf seiner einen Seite eine Kupferlegierung aus 0,5 bis 2,0% Kobalt, 0 bis 0,03% Blei und Kupfer als Rest sowie auf seiner anderen Seite eine Schicht aus einer Legierung, wie Messing, Kupfernickel oder Neusilber, trägt. Des weiteren ist eine Stranggußkokille bekannt (US-PS 40 15 982), die aus einer Kupferlegierung aus bis zu 1% Eisen, Nickel, Kobalt, Phosphor, Silizium, Zinn, Blei und/oder Arsen, 0 bis 15,5% Zink und Kupfer als Rest gefertigt ist. Darüberhinaus ist es bekannt (E. Brunhuber, "Schmelz- und Legierungstechnik von Kupferwerkstoffen", 1968, Seiten 115 bis 122), daß technische Kupferwerkstoffe Beimengungen von z. B. bis zu 0,01% Aluminium, 0,1% Arsen, bis 0,01% Beryllium, 0,2 bis 0,3% Eisen, bis 0,02% Magnesium, bis 0,1% Mangan, Nickel, bis 0,02% Phosphor, Silicium, bis 0,2% Zinn und bis 0,5% Zink enthalten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, der die Herstellung von Wärmeaustauscherrippen mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupferlegierung aus 0,005 bis 0,1 Gew.-% Blei, 0,01 bis 1,0 Gew.-% Kobalt und Kupfer als Rest mit unvermeidbaren Verunreinigungen für die Herstellung von Wärmeaustauscherrippen, insbesondere in Kraftfahrzeugkühlern, gelöst.

Die erfindungsgemäße Verwendung führt zu Wärmeaustauscherrippen von guter Wärmeleitfähigkeit, die sich durch eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.

Die Korrosionsbeständigkeit der Wärmeaustauscherrippen läßt sich noch steigern, wenn in weiterer Ausgestaltung für den Zweck nach Anspruch 1 eine Legierung verwendet wird, die zusätzlich jeweils 0,01 bis 1,0 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente Aluminium, Zinn, Magnesium, Nickel, Tellur, Indium, Cadmium, Arsen, Mangan, Chrom, Titan, Silicium, Zink, Beryllium, Eisen und Phosphor enthält.

Bei der verwendeten Kupferlegierung liegt der Bleigehalt im Bereich von 0,005 bis 0,1 Gew.-%, weil ein Gehalt von weniger als 0,005 Gew.-% Blei die Korrosionsfestigkeit der Wärmeaustauscherrippen nicht wirkungsvoll verbessert, während der Effekt der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit eine Sättigung bei mehr als 0,1 Gew.-% erfährt und weil Warmsprödigkeit und andere Mängel Probleme im Fertigungsverfahren verursachen können.

Der Kobaltgehalt liegt im Bereich von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, weil bei einem unterhalb dieses Bereichs liegenden Gehalt nur eine geringe Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit zu beobachten ist, während bei einem Kobaltgehalt oberhalb dieses Bereiches die Verbesserungswirkung bezüglich der Korrosions- und Wärmebeständigkeit in die Sättigung geht und die Wärmeleitfähigkeit der Legierung vermindert wird.

Die verwendete Kupferlegierung muß sowohl Blei als auch Kobalt in den genannten Mengen enthalten, weil das eine oder das andere Element allein die Korrosionsbeständigkeit nicht wesentlich verbessern würde. Erst durch den kombinierten Zusatz beider Legierungselemente wird eine ausgeprägte Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit erzielt.

Die für eine weitere Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit verwendeten Legierungsbestandteile Al, Sn, Mg, Ni, Te, In, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Fe und P sind in einer Menge von mindestens jeweils 0,01 Gew.-% vorzusehen, weil andernfalls keine merkliche Steigerung der Korrosionsbeständigkeit erreicht wird. Bei einer Zugabe von mehr als jeweils 1,0 Gew.-% gehen die Verbesserung der Korrosions- und Wärmebeständigkeit in die Sättigung, während die Wärmeleitfähigkeit vermindert wird.

Die kombinierte Zugabe von Pb, Co und einem oder mehreren der Elemente Al, Sn, Mg, Ni, Te, In, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Fe und P verleiht der erhaltenen Legierung eine weitaus größere Korrosionsbeständigkeit als der Zusatz nur eines dieser Elemente.

Weil die Wärmeleitfähigkeit der Legierung abnimmt, wenn die Gesamtmenge aller der genannten Zusatzelemente ansteigt, ist vorzugsweise dafür gesorgt, daß die Gesamtzusatzmenge 1,5 Gew.-% nicht übersteigt, um die gewünschte Wärmeabfuhr über die Kühlerrippen zu gewährleisten.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Legierungen mit entsprechend Tabelle 1 verschiedenen Zusammensetzungen wurden durch Schmelzen der Komponenten hergestellt. Nach einem Warmwalzen wurden die Werkstücke zu 0,4 mm dicken Blechen kaltgewalzt, wobei zwischenzeitig eine zweckentsprechende Wärmebehandlung erfolgte.

Weil Untersuchungen zeigten, daß die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und das Vorhandensein von Salz Faktoren sind, die für die atmosphärische Korrosion von Kühlerrippen weitgehend verantwortlich sind, wurden zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit der Versuchslegierungen die folgenden Versuchsverfahren benutzt.

Jedes Versuchsstück wurde einer Atmosphäre bei einer Temperatur von 70°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90% 15 Tage lang ausgesetzt. Künstliches Seewasser mit der in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzung wurde während der Versuchsdauer auf zweckentsprechende Weise versprüht. Das Versuchsstück wurde dann abgebeizt, und der Gewichtsverlust vor und nach dem Versuch gemessen. Der Gewichtsverlust wurde in die Gewichtsverminderung pro dm² pro Tag umgewandelt. Dieser Wert wurde als Korrosionsgeschwindigkeit betrachtet.

Was die Wärmebeständigkeit anbelangt, wurde jedes Versuchsblech nach Kaltwalzen auf 50% der endgültigen Querschnittsabnahme auf verschiedene Temperaturen erhitzt und auf jeder Temperatur 30 min lang gehalten. Die Temperatur, bei welcher das kaltgewalzte Blech eine Abnahme der Härte auf 80% des Anfangswertes zeigte, wurde als Erweichungstemperatur definiert. Die Wärmeleitfähigkeit wurde in Form der damit in Beziehung stehenden elektrischen Leitfähigkeit ermittelt.

Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengestellt. Aus der Tabelle folgt, daß im Vergleich zu den Legierungen, die nur Blei und Kobalt enthielten (Nrn. 1 bis 10) und einer konventionellen Legierung (Nr. 11), die erfindungsgemäß verwendeten Versuchslegierungen (Nrn. 12 bis 21) ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufwiesen.

Die Verwendung nach der Erfindung führt also zu Wärmetauscherrippen, insbesondere in Kraftfahrzeugkühlern, von hervorragender Korrosionsbeständigkeit und gleichzeitig ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit.

Tabelle 1

g/l NaCl23 Na₂SO₄ · 10 H₂O 8 MgCl₂ · 6 H₂O11 CaCl₂ 2,2 KBr 0,9 KCl 0,2

Tabelle 3

Beispiel 2

Dieses Beispiel veranschaulicht eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, die dadurch erzielt wird, daß dem Pb-Co-Cu-System eines oder mehrere der Elemente Al, Sn, Mg, Ni, Te, In, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Fe und P zugesetzt werden. Es wurden Versuchsbleche aus Legierungen mit verschiedenen Zusammensetzungen gemäß Tabelle 4 auf die gleiche Weise hergestellt wie im Beispiel 1. Obwohl es sich bei der Legierung 3 um eine erfindungsgemäß zu verwendende Pb-Co-Cu-Legierung handelt, ist sie hier für Vergleichszwecke als Vergleichslegierung aufgeführt. Die konventionelle Legierung 8 ist die gleiche wie die konventionelle Legierung 11 des Beispiels 1. In der Tabelle 5 sind die Versuchsergebnisse zusammengestellt. Die Versuchsverfahren waren die gleichen, wie im Beispiel 1 erläutert, mit der Ausnahme, daß die Versuchsdauer von 15 Tagen auf 25 Tage verlängert wurde. Aus der Tabelle ergibt sich, daß die erfindungsgemäß verwendeten Versuchslegierungen (Nrn. 9 bis 29), denen kombiniert Pb, Co und eines oder mehrere der Elemente Al, Sn, Mg, Ni, Te, In,, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Fe und P zugesetzt wurden, zu einer weit besseren Korrosionsbeständigkeit führten als die Vergleichslegierungen 1 bis 7 und eine konventionelle Legierung 8.

Tabelle 5

Claims

1. Verwendung einer korrosionsbeständigen Kupferlegierung aus 0,005 bis 0,1 Gew.-% Blei, 0,01 bis 1,0 Gew.-% Kobalt und Kupfer als Rest mit unvermeidbaren Verunreinigungen für die Herstellung von Wärmeaustauscherrippen, insbesondere in Kraftfahrzeugkühlern.

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, die zusätzlich jeweils 0,01 bis 1,0 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente Aluminium, Zinn, Magnesium, Nickel, Tellur, Indium, Cadmium, Arsen, Mangan, Chrom, Titan, Silicium, Zink, Beryllium, Eisen und Phosphor enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.