-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für einen
Kühlzyklus,
insbesondere eine Ventilvorrichtung, die ein Aluminiumlegierungsmaterial
verwendet, das in der interganulären
bzw. interkristallinen Korrosionsbeständigkeit ausgezeichnet ist.
-
EP-A-0
943 878 offenbart ein Expansionsventil, umfassend einen Ventilkörper, ein
Ventilmittel zum Einstellen der Durchflussrate eines zu einem Verdampfer
zu überführenden
Kühlmittels,
und ein Leistungselementteil zum Antreiben des Ventilmittels gemäß der Temperatur
des vom Verdampfer zu einem Verdichter überführten Kühlmittels, wobei der Ventilkörper vorstehende
Teile umfasst, die einteilig mit der Seitenfläche des Ventilkörpers ausgebildet
sind.
DE 24 58 201 offenbart
ein korrosionsbeständiges
Verbundmaterial, das aus Al-Legierungen besteht. DE-A-198 32 489
offenbart Knetlegierungen der Legierungsfamilie Al-Mg-Si.
-
Eine
Ventilvorrichtung, wie ein Magnetventil und ein thermostatisches
Expansionsventil, wurde für
einen Kühlzyklus
von beispielsweise einer Fahrzeugklimaanlage verwendet. Die Ventilvorrichtung
weist herkömmlicherweise
einen Hauptkörper
auf, der hauptsächlich
aus einem Aluminiumlegierungsmaterial besteht.
-
Als
Aluminiumlegierungsmaterial, das für den Ventilhauptkörper verwendet
wird, wurde ein extrudiertes Material der Legierung JIS 6262 aufgrund
seiner zuverlässigen
Bearbeitbarkeit verwendet. Dieses Material muss jedoch einer Alumitbehandlung
unterzogen werden, um seine Korrosionsbeständigkeit für die Verwendung eines solchen
Zwecks zu erhöhen,
was ein Problem von hohen Produktionskosten verursacht hat.
-
Um
die Alumitbehandlung zu beseitigen, kann eine Legierung JIS 6063,
die in der Korrosionsbeständigkeit
und Bearbeitbarkeit ausgezeichnet ist, anstelle der 6262-Legierung, die in
der Korrosionsbeständigkeit mangelhaft
ist, für
die Ventilvorrichtung verwendet werden. Wenn die Ventilvorrichtung,
beispielsweise ein thermostatisches Expansionsventil, welches die
6063-Legierung verwendet, in einem Motorraum mit einer starken korrosiven
Umgebung untergebracht ist, wobei das Ventil mit einem Element aus
einem anderen Metall, wie rostfreiem Stahl und Messing, kombiniert
ist, besteht jedoch eine Möglichkeit,
dass eine elektrolytische Korrosion aufgrund einer Potenzialdifferenz
zwischen der 6063-Legierung und dem anderen Metall eine interkristalline
Korrosion in der 6063-Legierung verursacht, die in einem gewöhnlichen
Fall in der 6063-Legierung selten verursacht wird. Das heißt, die
Korrosion findet an den Korngrenzen bevorzugt gegenüber den
anderen Teilen der Legierung statt. Wenn eine solche interkristalline
Korrosion an einer Innenoberflächenschicht
von Kühlmitteldurchlässen und
dergleichen, die in dem thermostatischen Expansionsventil ausgebildet
sind, auftritt, werden die Kristallkörner in der korrodierten Oberflächenschicht
wahrscheinlich gelockert und schließlich von der Oberflächenschicht
getrennt. Mit zunehmendem Korrosionsverlust bricht die ursprüngliche
Oberflächenschicht
weg, was einen Leckdurchgang ergibt, durch den das Kühlmittel
aus den Kühlmitteldurchlässen austritt.
Daher war es erwünscht,
das Problem des Kühlmittelaustritts
durch Unterdrücken
der interkristallinen Korrosion des Aluminiumlegierungsmaterials
zu verhindern.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorstehend erwähnten Problems
durchgeführt
und es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Ventilvorrichtung mit im Wesentlichen keinem oder einem äußerst verringerten
Kühlmittelaustritt
unter Verwendung eines Aluminiumlegierungsmaterials, das in der
interkristallinen Korrosionsbeständigkeit
ausgezeichnet ist, ohne Alumitbehandlung bereitzustellen.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Ventilvorrichtung bereitgestellt, welche eines
mit einem Durchlass geformten Hauptkörper, damit ein Kühlmittel
hindurchfließen
kann; und ein im Durchlass angeordnetes Ventilelement umfasst. Der
Hauptkörperumfasst
eine Aluminiumlegierung, die 0,2 bis 1,5 Gew.-% Si; 0,2 bis 1,5
Gew.-% Mg; 0,001 bis 0,2 Gew.-% Ti; mindestens 0,1 Gew.-% Mn, Zr
oder beide; und Al und unvermeidliche Verunreinigungen enthält. Das
Aluminiumlegierungsmaterial weist eine Faserstruktur auf, wobei
der Kühlmitteldurchlass
eine Innenoberfläche
aufweist, welche im Wesentlichen parallel zu einer Faserrichtung
der Faserstruktur ist, oder wobei jedes Kristallkorn des Aluminiumlegierungsmaterials
ein Aspektverhältnis
bzw. Längen-Dicken-Verhältnis (eine
Kornlänge/eine
Korndicke) von 10 oder mehr aufweist.
-
Es
ist bevorzugt; dass der Höchstgehalt
an Mn und Zr, der im Aluminiumlegierungsmaterial enthalten ist,
1,0 Gew.-% bzw. 0,5 Gew.-% beträgt.
-
Die
Ventilvorrichtung kann ein thermostatisches Expansionsventil oder
ein Magnetventil sein. Im Fall des thermostatischen Expansionsventils
wird der Hauptkörper
mit einem ersten Durchlass für
ein Kühlmittel
in flüssiger
Phase; einem zweiten Durchlass für
ein Kühlmittel
in Gasphase, das durch Verdampfen des Kühlmittels in flüssiger Phase
erhalten wird; und einer Auslassöffnung,
die im ersten Durchlass vorgesehen ist und zum adiabatischen Expandieren
des Kühlmittels
in der flüssigen
Phase angepasst ist, ausgebildet und das Ventilelement wird nahe
der Auslassöffnung
vorgesehen.
-
Es
ist bevorzugt, dass jedes Kristallkorn des Aluminiumlegierungsmaterials
ein Aspektverhältnis
bzw. Längen-Dicken-Verhältnis (eine
Kornlänge/eine
Korndicke) von 10 oder mehr aufweist.
-
Der
Kühlmitteldurchlass
kann eine Innenoberfläche
aufweisen, die zu einer Faserrichtung der Faserstruktur im Wesentlichen
parallel ist. Eine Faserrichtung bedeutet eine langgestreckte Richtung
(d.h. eine Richtung der Kornlänge)
der Kristallkörner,
die die Faserstruktur bilden.
-
Das
Aluminiumlegierungsmaterial ist vorzugsweise ein extrudiertes Material.
In diesem Fall kann ein Aluminiumlegierungsblock vor der Extrusion
bei 450 bis 550°C
homogenisiert werden. Bei der Extrusion des Blocks sind die bevorzugte
Extrusionstemperatur und Extrusionsrate 470 bis 550°C bzw. weniger
als 40 m/min.
-
1 ist
eine Schnittansicht, die ein thermostatisches Expansionsventil zusammen
mit einem Kühlzyklussystem
zeigt;
-
2 ist
eine Seitenansicht eines thermostatischen Expansionsventils, ohne
eine interne Struktur zu zeigen;
-
3 ist
ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines Korrosionstyp-Bestimmungstests;
-
4 ist
eine optische Mikrophotographie einer Mikrostruktur des Teststücks mit
interkristalliner Korrosion in Beispiel 11; und
-
5 ist
eine optische Mikrophotographie einer Mikrostruktur des Teststücks mit
Lockfraßkorrosion
in Beispiel 3.
-
Mit
Bezug auf 1 und 2 wird ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung
nachstehend beschrieben.
-
1 ist
ein Diagramm, das ein thermostatisches Expansionsventil zeigt, das
in der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
Nr. Hei10-267470 offenbart ist. Wie in der Figur gezeigt, ist das
Ventil in ein Kühlzyklussystem
beispielsweise einer Fahrzeugklimaanlage eingebaut. Das Kühlzyklussystem
weist eine Kühlmittelleitung 2 auf,
die sich von einem Kühlmittelauslass
eines Kondensators 3 zu einem Kühlmitteleinlass eines Verdampfers 5 durch
einen Auffangbehälter 4 und
einen ersten Durchlass des Ventils erstreckt und von einem Kühlmittelauslass
des Verdampfers 5 zu einem Kühlmitteleinlass des Kondensators 3 durch
einen zweiten Durchlass 7 des Ventils und einen Verdichter 9 zurückkehrt.
-
Das
thermostatische Expansionsventil weist einen Hauptkörper 1 in
Form eines fast rechteckigen Parallelepipeds auf. Der Hauptkörper 1 ist
mit dem ersten Durchlass 6 und dem zweiten Durchlass 7,
die übereinander
in Abstand angeordnet sind und von denen jeder einen Teil der Kühlmittelleitung 2 des
Kühlmittelzyklussystems
bildet, ausgebildet. Der erste Durchlass 6 fügt sich
zwischen den Kühlmitteleinlass
des Verdampfers 5 und einen Kühlmittelauslass des Auffangbehälters 4 ein
und der zweite Durchlass 7 fügt sich zwischen den Kühlmittelauslass
des Verdampfers 5 und einen Kühlmitteleinlass des Verdichters 9 ein.
Im ersten Durchlass 6 ist eine Auslassöffnung 8 zum adiabatischen
Expandieren eines Kühlmittels
in flüssiger
Phase, das vom Kühlmittelauslass
des Auffangbehälters 4 geliefert
wird, ausgebildet. Die Mittellinie der Auslassöffnung 8 liegt entlang
der Länge
des Hauptkörpers 1.
Ein Ventilsitz ist am Einlass der Auslassöffnung 8 ausgebildet.
Nahe der Auslassöffnung 8 ist
ein Ventilelement 10a durch ein Stützelement 10b abgestützt. Das
Ventilelement 10a wird durch ein Aktivierungsmittel 11,
wie eine Druckschraubenfeder, über
das Stützelement 10b nach
oben gedrückt.
-
Der
erste Durchlass 6 weist einen Kühlmitteleinlass 6a,
durch den das Kühlmittel
in flüssiger
Phase vom Auffangbehälter 4 eingeführt wird,
und einen Kühlmittelauslass 6b,
durch den das Kühlmittel
zum Verdampfer 5 geliefert wird, auf. Der Hauptkörper 1 ist
mit dem Kühlmitteleinlass 6a und
einer Ventilkammer 12, die miteinander in Verbindung stehen,
versehen. Die Ventilkammer 12, eine Kammer mit einem Boden,
bildet einen Teil des ersten Durchlasses und ist koaxial mit der
Mittellinie der Auslassöffnung 8 ausgebildet
und durch einen Stopfen 13 verschlossen. Am oberen Ende
des Hauptkörpers 1 ist
ein Ventiltreiber 14 mit einem Temperaturfühlelement
zum Antreiben des Ventilelements 10a mit Schrauben befestigt.
Der Ventiltreiber 14 weist ein durch Druck aktiviertes
Gehäuse 18 auf,
dessen Innenraum in zwei durch Druck aktivierte Räume (16 und 17)
durch eine Membran 15, einer auf dem anderen, unterteilt
ist. Der untere durch Druck aktivierte Raum 17 im durch
Druck aktivierten Gehäuse 18 steht
mit dem zweiten Durchlass 7 über ein Ausgleichsloch 19 in
Verbindung, welches koaxial mit der Mittellinie der Auslassöffnung 8 ausgebildet
ist.
-
Ein
Kühlmittelgas
(Kühlmittel
in Gasphase), das durch den Verdampfer 5 geströmt ist,
strömt
durch den zweiten Durchlass 7 und ein Druck des Kühlmittelgases
ergibt eine Last am unteren durch Druck aktivierten Raum 17 durch
das Ausgleichsloch 19. Eine Ventilantriebsstange 21,
die sich von der unteren Oberfläche der
Membran bzw. Diaphragma 15 durch den Durchlass 7 zur
Auslassöffnung 8 im
ersten Durchlass 6 hinab erstreckt, ist durch das Ausgleichsloch 19 hindurch
koaxial mit diesem angeordnet. Die Ventilantriebsstange 21 weist
einen Anschlag 22 an deren Oberseite auf, um mit der unteren
Oberfläche
der Membran in Kontakt zu kommen. Die Ventilantriebsstange ist durch
Innenoberflächen
des unteren durch Druck aktivierten Raums 17 des durch
Druck aktivierten Gehäuses 18,
welches die Ventilantriebsvorrichtung 14 bildet, und eine
Trennwand zwischen dem ersten Durchlass 6 und dem zweiten
Durchlass 7 im Hauptkörper 1 abgestützt, um
vertikal entlang ihrer Länge
zu gleiten, und ihr unteres Ende kommt mit dem Ventilelement 10a in
Kontakt. Um einen Austritt des Kühlmittels
zwischen dem ersten und dem zweiten Durchlass 6 und 7 zu
verhindern, ist außerdem ein
Dichtungselement 23 an einem Teil der äußeren Oberfläche der
Ventilantriebsstange 21 montiert, welches in ein Stangengleitführungsloch,
das in der Trennwand ausgebildet ist, passt.
-
Ein
bekanntes wärmeempfindliches
Fluid zum Antreiben der Membran füllt den oberen durch Druck aktivierten
Raum 16 des durch Druck aktivierten Gehäuses 18 und Wärme des
Kühlmittelgases,
das aus dem Verdampfer 5 ausgelassen wird und durch den
zweiten Durchlass 7 strömt,
wird durch die Ventilantriebsstange 21, die als Temperaturfühlstange
dient, welche dem zweiten Durchlass 7 und dem Ausgleichsloch 19 in
Verbindung mit dem zweiten Durchlass 7 ausgesetzt ist,
und die Membran 15 auf das wärmeempfindliche Fluid übertragen.
Eine Bezugsziffer 24 kennzeichnet ein Füllrohr für wärmeempfindliches Fluid, das
nach dem Füllen geschlossen
wird.
-
Das
wärmeempfindliche
Fluid zum Antreiben der Membran im oberen durch Druck aktivierten
Raum 16 wird durch die in diesen übertragene Wärme vergast.
Der erhöhte
Druck aufgrund der Vergasung ergibt eine Last auf der oberen Oberfläche der
Membran 15. Die Membran 15 verschiebt sich gemäß einem
Unterschied zwischen den gegebenen Lasten auf deren oberer und unterer
Oberfläche
nach oben oder unten. Eine solche vertikale Verschiebung der Membran 15 wird
durch die Ventilantriebsstange 21 auf das Ventilelement 10a übertragen,
um das Ventilelement 10a zum Ventilsitz der Auslassöffnung 8 hin
oder von diesem weg zu bewegen. Dies ermöglicht die Regulierung der
Durchflussrate des durch die Auslassöffnung 8 strömenden Kühlmittels.
-
Wie
in 2 gezeigt, weist der Hauptkörper 1 zwei Schraubenlöcher 25 zum
Verbin den dieses Expansionsventils mit seinen entsprechenden Elementen
auf.
-
Der
Hauptkörper 1 des
thermostatischen Expansionsventils mit der obigen Struktur wird
durch maschinelle bzw. spanabhebende Bearbeitung eines Aluminiumlegierungsmaterials
hergestellt. Es ist erforderlich, den ersten Durchlass 6 mit
der Auslassöffnung 8,
einer Ventilkammer 12 und dergleichen in Verbindung mit diesem
maschinell zu bearbeiten. Im Gegensatz dazu ist die maschinelle
Bearbeitung nur eines geraden Durchgangslochs erforderlich, um den
zweiten Durchlass 7 zu bilden. Dies liegt daran, dass der
zweite Durchlass 7 nur eine Funktion zum Leiten des Gasphasen-Kühlmittels,
das vom Verdampfer 5 zum Verdichter 26 zurückkehrt,
durch diesen hindurch aufweist. Es ist auch leicht, jeweils zwei
Schraubenlöcher 25 nur
zum Durchführen
einer Schraube durch diese auszubilden.
-
Der
Hauptkörper
besteht hauptsächlich
aus dem Aluminiumlegierungsmaterial, das die folgenden Zusammensetzungen
enthält.
-
Si: 0,2 bis 1,5 Gew.-%
und Mp: 0,2 bis 1,5 Gew.-%
-
Si
und Mg weisen eine Wirkung der Verbesserung einer Festigkeit und
Bearbeitbarkeit (Schneidfähigkeit)
der Aluminiumlegierung auf, die sich aus der Ausscheidung von Mg2Si ergibt. Wenn jedoch die Aluminiumlegierung
weniger als 0,2 Gew.-% Si oder Mg aufweist, kann die vorstehend
erwähnte
Wirkung nicht ausreichend erhalten werden. Wenn die Aluminiumlegierung
andererseits mehr als 1,5 Gew.-% Si oder Mg aufweist, wird die Produktivität bei der
Extrusion der Legierung erheblich gesenkt. Folglich liegen bevorzugte
Anteile an Si und Mg jeweils im Bereich von 0,2 bis 1,5 Gew.-%.
-
Ti: 0,001 bis 0,2 Gew.-%
-
Titan
hat eine Wirkung der Verfeinerung der Kristallkörner in der Gussstruktur der
Aluminiumlegierung. Wenn jedoch die Aluminiumlegierung weniger als
0,001 Gew.% Ti aufweist, kann die Kornverteinerungswirkung nicht
ausreichend erhalten werden. Wenn der Ti-Anteil andererseits 0,2
Gew.-% übersteigt,
kann die Kornverfeinerungswirkung von Ti nicht weiter zunehmen.
Außerdem
senkt ein solcher großer
Ti- Anteil die Produktivität bei der
Extrusion der Aluminiumlegierung beträchtlich. Folglich liegt der
bevorzugte Anteil an Ti im Bereich von 0,001 bis 0,2 Gew.-%.
-
Mn, Zr oder beide von
Mn und Zr: 0,1 Gew.-% oder mehr
-
Mn
und/oder Zr werden zur Aluminiumlegierung gegeben, um dem resultierenden
Material, wie dem extrudierten Material, eine Faserstruktur zu verleihen.
Wenn entweder Mn oder Zr in einem Anteil von weniger als 0,1 Gew.-%
zugegeben wird, oder die beiden in einem Gesamtgehalt von weniger
als 0,1 Gew.-% zugegeben werden, kann jedoch die Faserstruktur in
dem resultierenden Aluminiumlegierungsmaterial nicht wirksam ausgebildet
werden. Wenn der Mn-Anteil andererseits 1,0 Gew.-% übersteigt
oder der Zr-Anteil 0,5 Gew.-% übersteigt,
weist die Aluminiumlegierung eine verringerte Produktivität bei deren
Extrusion auf. Überdies
weist die extrudierte Aluminiumlegierung eine höhere Empfindlichkeit gegen
Härtung
auf, was zu einer geringen Härtungsfähigkeit
derselben führt.
Die geringe Härtungsfähigkeit
verringert die Festigkeit (Dehngrenze) und die Bearbeitbarkeit des
Aluminiumlegierungsmaterials. Zusammengefasst sind im Fall der Zugabe
von entweder Mn oder Zr jeweilige Anteile an Mn und Zr vorzugsweise
0,1 Gew.-% oder mehr, und bevorzugter sind Mn- und Zr-Anteile 0,1
bis 1,0 Gew.-% bzw. 0,1 bis 0,5 Gew.-%. Im anderen Fall der Zugabe
von sowohl Mn als auch Zr ist die Summe des Mn- und Zr-Anteils vorzugsweise
0,1 Gew.-% oder mehr und bevorzugter 0,1 bis 1,5 Gew.-%. In diesem
Fall sind die Mn- und Zr-Anteile 1,0% oder weniger bzw. 0,5% oder
weniger.
-
Von
den Gesichtspunkten der Faserstrukturbildung, der Empfindlichkeit
gegen Härten
und der Produktivität
bei der Extrusion der Aluminiumlegierung sind ferner bevorzugte
Anteile an Mn und Zr 0,1 bis 0,8 Gew.-% bzw. 0,1 bis 0,3 Gew.-%
im Fall der Zugabe von entweder Mn oder Zr; und eine weitere bevorzugte
Summe des Mn- und Zr-Anteils ist 0,1 bis 0,8 Gew.-% (in diesem Fall
sind die Anteile an Mn und Zr 0,8% oder weniger bzw. 0,3% oder weniger)
im Fall der Zugabe von sowohl Mn als auch Zr. Außerdem sind bevorzugte Anteile an
Mn und Zr 0,3 bis 0,6% bzw. 0,1 bis 0,3% im Fall der Zugabe von
entweder Mn oder Zr; und eine noch weiter bevorzugte Summe des Mn-
und Zr-Anteils ist 0,3 bis 0,6 Gew.-% (in diesem Fall sind die Anteile
an Mn und Zr 0,6% oder weniger bzw. 0,3% oder weniger) im Fall der
Zugabe von sowohl Mn als auch Zr.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist das Aluminiumlegierungsmaterial für den Hauptkörper der Ventilvorrichtung
eine Struktur auf, in der jedes Kristallkorn derselben entlang einer
festgelegten Richtung langgestreckt ist, sodass es ein Aspektverhältnis bzw.
Längen-Dicken-Verhältnis von
L (eine Kornlänge)/ST (eine
Korndicke) von 10 oder mehr aufweist. Nachstehend wird eine solche
Legierungsstruktur als "Faserstruktur" bezeichnet und die
Kornlängenrichtung
der Faserstruktur wird als "Faserrichtung" bezeichnet. Das
Aluminiumlegierungsmaterial mit einer solchen Struktur wird aus
der Aluminiumlegierung mit den vorstehend erwähnten Zusammensetzungen durch
beispielsweise das folgende Verfahren hergestellt.
-
Mn
und Zr werden zu einer Aluminiumlegierung, umfassend Mg, Si und
Ti, in den obigen Zusammensetzungsbereichen, zugegeben, um die Legierung
mit Mn-, Zr-Zugabe
herzustellen. Dann wird die Legierung geschmolzen und gegossen,
um einen Block zu erhalten, gefolgt von einer Heißextrusion
und dann Presshärten
(d.h. Abschrecken der extrudierten Aluminiumlegierung unmittelbar
nach der Extrusion). Aufgrund der Extrusion und dergleichen unter
vorbestimmten Bedingungen kann ein extrudiertes Aluminiumlegierungsmaterial mit
der Faserstruktur, deren Kristallkörner entlang der extrudierten
Richtung langgestreckt sind, erhalten werden.
-
Der
erfindungsgemäße Ventilhauptkörper wird
durch maschinelle Bearbeitung des Aluminiumlegierungsmaterials mit
der Faserstruktur hergestellt. Bei der maschinellen Bearbeitung
ist es bevorzugt, den Kühlmitteldurchlass,
dessen Innenoberfläche
zur Faserrichtung im Wesentlichen parallel ist, auszubilden. Der
in 1 gezeigte Hauptkörper weist beispielsweise vorzugsweise
eine horizontale Faserrichtung, das heißt, eine horizontale extrudierte
Richtung, auf. Dies liegt daran, dass, wenn eine interkristalline
Korrosion an der Innenoberfläche
auftritt, verhindert werden kann, dass sich die Korrosion in die
Tiefe entlang der Korndickenrichtung ausbreitet, welche zur Faserrichtung
senkrecht ist. Dies ermöglicht
das Zurückdrängen der
Lockerheit der Durchlass-Innenoberflächenschicht, was zu einem Effekt
der Minimierung des Kühlmittelaustritts
führt.
-
Um
den Effekt zu realisieren, muss das Aluminiumlegierungsmaterial
der vorliegen den Erfindung die Faserstruktur aufweisen, das heißt, eine
Struktur, in der jedes Kristallkorn ein Aspektverhältnis bzw.
Längen-Dicken-Verhältnis von
L (eine Kornlänge)/ST
(eine Korndicke) von 10 oder mehr aufweist. Dies liegt daran, dass,
wenn das Aspektverhältnis
bzw. Längen-Dicken-Verhältnis der
Legierungsstruktur geringer als 10 ist, es leichter ist, dass sich
die interkristalline Korrosion in der Korndickenrichtung ausbreitet,
was zu einer schlechten interkristallinen Korrosionsbeständigkeit
führt.
Es sollte beachtet werden, dass die Kornlänge des Aspektverhältnis bzw.
Längen-Dicken-Verhältnisses
L eine Kornlänge
entlang der Faserrichtung (d.h. der extrudierten Richtung im Fall
des extrudierten Materials) bedeutet; und die Korndicke ST eine
Korndicke senkrecht zur Faserrichtung bedeutet.
-
Die
bevorzugten Bedingungen zur Herstellung des Aluminiumlegierungsmaterials
mit einer solchen Faserstruktur durch eine Extrusion werden nachstehend
beschrieben.
-
Es
ist bevorzugt, den Aluminiumlegierungsblock vor der Extrusion zu
homogenisieren. Die Homogenisierungsbehandlung wird wünschenswerterweise
bei 450 bis 550°C
für 4 bis
24 h durchgeführt.
Wenn die Homogenisierungstemperatur niedriger als 450°C ist, können sich
Mn und/oder Zr nicht ausreichend ausscheiden und dies erschwert
daher die Faserstrukturbildung. Im Fall, dass andererseits die Homogenisierungstemperatur
höher ist
als 550°C,
weist jede Ausscheidung von Mn und/oder Zr an den Korngrenzen wahrscheinlich eine
relativ große
Abmessung auf, was auch die Faserstrukturbildung verhindert. In
beiden Fällen,
dass die Homogenisierungstemperatur innerhalb der vorstehend beschriebenen
unerwünschten
Temperaturbereiche liegt, weist das resultierende extrudierte Aluminiumlegierungsmaterial
wahrscheinlich eine rekristallisierte Struktur mit einem Aspektverhältnis bzw.
Längen-Dicken-Verhältnis von
weniger als 10 auf.
-
Außerdem ist
eine bevorzugte Extrusionstemperatur der Aluminiumlegierung 470
bis 550°C.
Wenn die Extrusionstemperatur niedriger als 470°C, das heißt, niedriger als die Homogenisierungstemperatur,
ist, kann die extrudierte Aluminiumlegierung nicht in Luft oder
Wasser abgeschreckt werden, was zu schlechten mechanischen Eigenschaften
führt.
Wenn die Extrusionstemperatur andererseits höher ist als 550°C, wird jede
Größe der Mn-
und/oder Zr-Ausscheidung erhöht.
Solche großen
Ausscheidun gen verhindern wahrscheinlich die Bildung einer Faserstruktur
darin, was stattdessen zur Bildung einer rekristallisierten Struktur
führt.
-
Bei
der Extrusion des Aluminiumlegierungsblocks ist die bevorzugte Extrusionsrate
40 m/min oder weniger. Wenn sie bei einer hohen Rate jenseits 40
m/min extrudiert wird, wird wahrscheinlich nur die Oberfläche der
extrudierten Legierung erhitzt. Somit steigt die Oberflächentemperatur
zu hoch, um die Kristallkörner
ausreichend langzustrecken, wodurch sich eine rekristallisierte
Struktur zum Oberflächenteil
der extrudierten Legierung ergibt. Außerdem führt eine solche hohe Extrusionsrate
zu einer schlechten Maßgenauigkeit
der extrudierten Legierung, sodass eine Maßgenauigkeit des erhaltenen
extrudierten Produkts verringert wird. Wenn die Extrusionsrate andererseits
zu niedrig ist, sind, obwohl die Faserstruktur ausgebildet werden
kann, die Herstellungskosten hinsichtlich der industriellen Produktion
zu hoch. Daher ist die Extrusionsrate wünschenswerterweise 10 m/min
oder mehr.
-
Die
vorliegende Erfindung wird wirksam auf beliebige andere Arten von
Ventilvorrichtungen angewendet, die einen Kühlmitteldurchlass darin aufweisen,
wie ein Magnetventil. Außerdem
ist das in der vorliegenden Erfindung verwendete Aluminiumlegierungsmaterial
nicht auf das in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte
extrudierte Material begrenzt.
-
Wie
vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden
Erfindung das herkömmliche
Problem des Kühlmittelaustritts
in der Ventilvorrichtung, welches sich durch eine interkristalline
Korrosion einer 6063-Legierung, die keines von Mn und Zr enthält, ergibt,
gelöst
werden. Das heißt,
die 6063-Legierung weist eine grobe gleichachsige Kornstruktur (eine
rekristallisierte Struktur) auf, und wenn sie für das obige thermostatische
Expansionsventil verwendet wird, tritt die interkristalline Korrosion
wahrscheinlich an einer Legierungsoberfläche auf und breitet sich leicht
in die Tiefe aus, was zur Lockerung der Kristallkörner und
zu deren Trennung von der korrodierten Oberflächenschicht führt. Mit
Zunahme des Korrosionsverlusts kann die Oberflächenschicht wegbrechen, sodass
sich ein Leckweg für
das Kühlmittel
ergibt. Im Gegensatz dazu weist das erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsmaterial
die vorstehend beschriebene Faserstruktur auf, indem vorbestimmte
Mengen an Mn und/oder Zr zu diesem gegeben werden, und daher werden
seine Kristallkörner
erheblich verfeinert und langgestreckt, um die interkristalline
Korrosion zu unterdrükken
und statt dessen eine Lochfraßkorrosion zu
verursachen. Die Lochfraßkorrosion
lockert die Kristallkörner
und trennt sie selten von der Legierungsoberflächenschicht. Folglich ist der
Korrosionsverlust aufgrund der Lochfraßkorrosion im Vergleich zum
Fall der interkristallinen Korrosion äußerst klein, um die ursprüngliche
Oberflächenschicht
vollständig
beizubehalten. Mit der Verwendung des erfindungsgemäßen Legierungsmaterials
kann daher eine Ventilvorrichtung, wie ein thermostatisches Expansionsventil,
mit im Wesentlichen keinem oder einem äußerst verringerten Kühlmittelaustritt erhalten
werden.
-
[Beispiel]
-
Beispiele
eines Aluminiumlegierungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung
werden durch Vergleich mit Vergleichsbeispielen im folgenden beschrieben.
-
Auf
Al-Mg-Si basierende Aluminiumlegierungen mit den in Tabelle 1 gezeigten
chemischen Zusammensetzungen wurden durch ein gewöhnliches
Verfahren geschmolzen und durch halbkontinuierliches Gießen zu Barren
mit einem Durchmesser von 200 mm gegossen. Jeder Barren wurde bei
500°C für 6 Stunden homogenisiert
und dann bei 500°C
zu einem quadratischen Stab mit einem Querschnitt von 20 mm × 50 mm heißextrudiert.
Die Extrusion wurde mit einer Rate von 20 m/min durchgeführt. Der
extrudierte Stab wurde unmittelbar nach der Extrusion Wasserkühlungs-Presshärten unterzogen,
gefolgt von einer Alterungsbehandlung, um einen Probenstab zu erhalten.
Es sollte beachtet werden, dass in Beispiel 11 eine 6063-Legierung als
auf Al-Mg-Si basierende Aluminiumlegierung verwendet wird.
-
Jeder
erhaltene Probenstab wird dann der folgenden Härtemessung und dem Korrosionstyp-Bestimmungstest
unterzogen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
-
Härtemessung:
Ein zu einer Extrusionsachse jedes Probenstabes senkrechter Querschnitt
wurde mit einem Schmirgelpapier (#2400) geschliffen und eine Querschnittshärte wurde
mit einem Mikro-Vickers-Härtemesser
gemäß JIS 2244
Standard (gegebene Last auf dem Querschnitt: 19,6 N) gemessen.
-
Korrosionstyp-Bestimmungstest:
Beide Oberflächen
von jedem Probenstab wurden vermahlen, bis der Probenstab eine Dicke
von 10 mm aufweist, und mit Aceton entfettet, um ein Korrosionsteststück herzustellen.
Das Teststück
wurde dann wie folgt einem Korrosionstyp-Bestimmungstest unterzogen:
Das Teststück wurde
abgesehen von einem Verbindungsteil a und einem Testteil b (20 mm × 50 mm × 10 mm)
mit Band versiegelt, wie in 3 gezeigt;
und dann wurde die untere Hälfte
des versiegelten Teils c des Probenstabes in eine Testflüssigkeit
eingetaucht, um durch Anlegen eines Stroms zwischen einer Elektrode
d und dem Probenstab einen Korrosionstest durchzuführen. Als
Testflüssigkeit
wurde 5%ige NaCl-Flüssigkeit
verwendet. Der Test wurde unter den Bedingungen einer Flüssigkeitsmenge
pro Einheitsfläche
von 150 cm3/cm2,
einer Testtemperatur von Raumtemperatur und einer Stromdichte von
4 mA/cm2 durchgeführt und er wurde 24 h fortgesetzt.
Nach dem Korrosionstest wurde der Testteil b entlang einer zur Extrusionsrichtung
senkrechten Richtung geschnitten, um die Querschnittsstruktur unter
Verwendung eines Stereomikroskops zum Bestimmen seines Korrosionstyps
zu beobachten.
-
-
Wie
in Tabelle 1 gezeigt, tritt die Lochfraßkorrosion an Teststücken der
Beispiele 1 bis 8 auf, die die vorbestimmten Anteile an Mn und/oder
Zr enthalten, wohingegen interkristalline Korrosion an jenen von
Beispielen 9 bis 11 auftritt, die Mn oder Zr in weniger als den
vorbestimmten Anteilen enthalten. Außerdem hatte jedes Teststück von Beispielen
1 bis 8 eine Faserstruktur, wohingegen jenes von Beispielen 9 bis
11 eine rekristallisierte Struktur hatte.
-
4 zeigt
eine Mikrophotographie des Teststücks von Beispiel 11 mit einer
interkristallinen Korrosion. Wie aus 4 zu sehen
ist, korrodieren die Korngrenzen von seiner Oberfläche in die
Tiefe bevorzugt gegenüber
den anderen Teilen, sodass sich eine korrodierte Oberflächenschicht
ergibt. In dieser Schicht werden Kristallkörner, die von den korrodierten
Grenzen umgeben sind, gelockert und von der Teststückoberfläche getrennt,
wodurch der Korrosionsverlust erhöht wird. Folglich kann die
korrodierte Oberfläche
aufgrund des Verlusts von fast allen ursprünglichen Körnern, die die Schicht bilden,
nicht bleiben wie sie war.
-
Im
Gegensatz dazu zeigt 5 eine Mikrophotographie des
Teststücks
von Beispiel 5 mit Lochfraßkorrosion.
Wie aus 5 zu sehen ist, trennen sich
weniger Kristallkörner
von der Teststückoberfläche selbst innerhalb
eines Lochfraßkorrosionsbereichs,
wodurch der Korrosionsverlust verringert wird. Folglich kann die ursprüngliche
Teststückoberfläche dadurch,
dass die ursprünglichen
Kristallkörner
an der Teststückoberfläche bleiben,
bleiben, wie sie war.
-
Wie
aus Tabelle 1 ersichtlich, weist außerdem jeder Probenstab der
Beispiele 1 bis 8 eine Härte
im Wesentlichen auf demselben Niveau wie jenem von Beispiel 11 (d.h.
6063-Legierung) auf. Er weist auch ausgezeichnete Festigkeit und
Bearbeitbarkeit auf, die jenen der 6063-Legierung vergleichbar sind.
-
In
den Beispielen 12 bis 19 wurden weitere Probenstäbe und ihre Teststücke jeweils
unter Verwendung derselben Legierungszusammensetzungen wie jenen
in den ersteren Beispielen hergestellt, wie in Tabelle 2 gezeigt.
Die Bedingungen der Homogenisierung und Extrusion für die jeweiligen
Probenstäbe
sind auch in Tabelle 2 gezeigt.
-
Jeder
Probenstab wurde dann in einer Ebene, die die Extrusionsrichtung
einschloss, zur Beobachtung seiner Mikrostruktur unter Verwendung
eines steroskopischen Mi kroskops geschnitten, gefolgt von einer
Aspektverhältnis-
bzw. Längen-Dicken-Verhältnismessung
der Mikrostruktur. Anschließend
wurde ein Teststück aus
dem Probenstab hergestellt und dem Korrosionstyp-Bestimmungstest
in derselben Weise wie in den ersteren Beispielen unterzogen. Die
Ergebnisse sind auch in Tabelle 2 gezeigt.
-
-
Die
extrudierten Materialien der vorstehend beschriebenen Erfindungsbeispiele
(Nrn. 1–8
und 12–15) können effektiv
auf eine Ventilvorrichtung für
ein Kühlzyklussystem,
wie ein Magnetventil und ein thermostatisches Expansionsventil,
insbesondere auf einen Hauptkörper
der Ventilvorrichtung, in dem ein Kühlmitteldurchlass ausgebildet
ist, angewendet werden. Ein solcher Hauptkörper weist eine ausgezeichnete
interkristalline Korrosionsbeständigkeit
zusätzlich
zu einer zufriedenstellend hohen Festigkeit auf, was zum Verhindern des
vorstehend erwähnten
Kühlmittelaustritts
führt.
-
Wie
vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung das festgelegte Aluminiumlegierungsmaterial, das die 6063-Legierung
ersetzt, aufgrund seiner ausgezeichneten interkristallinen Korrosionsbeständigkeit
für eine
Ventilvorrichtung verwendet, die in ein Kühlzyklussystem eingebaut ist.
Dies kann den Austritt eines Kühlmittels
verhindern, das durch einen in der Ventilvorrichtung ausgebildeten
Kühlmitteldurchlass
strömt.
