DE60200818T2

DE60200818T2 - Herstellungsverfahren für einen Wärmetauscher

Info

Publication number: DE60200818T2
Application number: DE60200818T
Authority: DE
Inventors: Hyogo Susono-shi Yasunori; Watanabe Susono-shi Akira; Tohma Susono-shi Ken
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2003053523A; EP1287934A1; DE60200818D1; US20030084569A1; EP1287934B1; PL355368A1; ATE271949T1; US6708869B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (siehe beispielsweise JP-A-11/000790).
Stand der Technik
Als Bauteil einer montierten Anordnung eines Wärmeaustauschers ist bereits ein Rohr bekannt, bei dem durch Aufbringen eines pulverförmigen Lots eine Lotschicht an der Oberfläche einer thermisch aufgesprühten Zn-Schicht ausgebildet ist (aus Patentveröffentlichung No. Heisei 11-790). Beim Löten des Rohrs wird das Lot aufgeschmolzen und auf der thermisch aufgesprühten Zn-Oberfläche verteilt, was bedingt, dass sich Zn gleichmäßig auf der Oberfläche des Rohrs verteilt. Auf diese Weise wird eine gleichförmig verteilte Zn-Schicht an der Oberfläche des Rohrs ausgebildet, wodurch das Rohr eine gute Korrosionsbeständigkeit hat. Wenn das Rohr an ein Kopfteil angesetzt und mit einer Heizeinrichtung verlötet wird, kann es fixiert werden.
Andererseits ist auch eine Technik zur Beschichtung eines Kopfteils mit einem pulverförmigen Lot bekannt (aus Patentveröffentlichung No. Heisei 10-175061). Diese Technik erlaubt den Einsatz eines blanken Werkstoffes (extrudierter Abschnitt) anstelle eines gelöteten Blechs als Kopfteil. Die Druckfestigkeit des Kopfteils kann so verbessert werden.
Jedoch ist kein Wärmeaustauscher bekannt, bei dem die thermisch mit Zink besprühten Rohre und das Kopfteil jeweils mit einer Lotschicht versehen sowie zusammengesetzt und miteinander verlötet sind.
Von den oben genannten Fügeverfahren ist das zuerst genannte Verfahren von geringerer Bedeutung, da die Verbindungsstärke zwischen den Rohren und dem Kopfteil nicht ausreichend ist, was an der Lotschicht des Kopfteils liegt. Andererseits ist das zuletzt genannte Verfahren von größerer Bedeutung, da die Rohre fest mit dem Kopfteil verlötet werden können. Jedoch ist bei dem zuletzt genannten Verfahren in dem Fall, in dem die thermisch aufgesprühte Zn-Schicht auf der Oberfläche des Rohrs ausgebildet ist, eine Schicht mit einer hohen Konzentration an Zn an der Verbindungsstelle mit dem Kopfteil in Längsrichtung des Rohrs 10, wie in 2 dargestellt, erhalten geblieben. Korrosion 13 findet dann vorzugsweise in der Schicht statt, so dass sich das Problem stellt, dass sich ein Durchgangsloch ausbildet, das im Verbindungsbereich 12 zwischen dem Rohr 10 und dem Kopfteil 11 liegt.
Die US-A-5 246 064 zeigt einen zur Verwendung bei einem Kraftfahrzeugkühlsystem dienenden Kondensator ohne thermische Schicht an den äußeren Flächen der Rohre. Die JP 11 000 790 A und die EP-A-0 847 830 (beide angemeldet im Namen der vorliegenden Anmelderin) beschreiben jeweils Wärmeaustauscher und ein Lötpulver aus einer Aluminiumlegierung.
Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung erfolgte in Hinblick auf die oben genannte Situation und in Hinblick auf Nachteile des Standes der Technik. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers bereitzustellen, bei welchem die Rohre und das Kopfteil fest miteinander verbunden sind und der eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Das Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der oben genannten Problemstellung ist in Anspruch 1 definiert. Der nach dem Verfahren hergestellte Wärmeaus tauscher umfasst Rohre aus einer Legierung, die jeweils eine thermisch mit Zn besprühte Schicht, die an der jeweiligen Oberfläche ausgebildet ist, und eine Lotschicht aufweisen, die an der thermisch aufgesprühten Zn-Schicht unter Verwendung eines pulverförmigen Lots aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist, das aus 5 bis 60 Gew.-% Si und im übrigen aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammengesetzt ist, und die mit einem Kopfteil aus Al oder einer Al-Legierung verlötet sind, das eine Lotschicht aufweist, die unter Verwendung eines pulverförmigen Lots aus einer Al-Legierung gebildet ist, das aus 5 bis 60 Gew.-% Si und im übrigen aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Der Wärmeaustauscher kann auch ein Merkmal aufweisen, gemäß dem die Lotschicht der thermisch mit Zn besprühten Rohre und/oder die Lotschicht des Kopfteils ein zugemischtes Flußmittel aufweisen.
Das Flußmittel und das pulverförmige Lot können unter Verwendung eines Bindemittels verbunden werden.
Gemäß der Erfindung beträgt die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots der Lotschicht auf den thermisch mit Zn besprühten Rohren zwischen 0,5 und 100 μm, wohingegen die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots der Lotschicht des Kopfteils zwischen 1 und 200 μm beträgt und die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots der Lotschicht auf dem Kopfteil größer ist als die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots der Lotschicht auf den thermisch mit Zn besprühten Rohren.
Lamellen, die aus einer Zn enthaltenden Al-Legierung gefertigt sind, können zwischen den Rohren angeordnet sein.
Das Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers hat insbesondere die Schritte Herstellung eines pulverförmigen Lots aus einer Al-Legierung, die aus 5 bis 60 Gew.-% Si und im übrigen aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; Separieren desselben in ein feinkörniges Legierungspulver und ein grobkörniges Legierungspulver; Aufbringen des feinkörnigen Legierungspulvers auf die Rohre aus Al oder einer Al-Legierung, die die thermisch aufgesprühte Zn-Schicht aufweisen, die an den Oberflächen ausgebildet ist; Aufbringen des groben Legierungspulvers auf das Kopfteil aus Al oder einer Al-Legierung, und Verlöten der Rohre mit dem Kopfteil, wobei die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots der Lotschicht auf den thermisch mit Zn besprühten Rohren zwischen 0,5 und 100 μm liegt, wohingegen die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots der Lotschicht auf dem Kopfteil zwischen 1 und 200 μm liegt und die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots der Lotschicht auf dem Kopfteil größer ist als die mittlere Teilchengröße des Lots der Lotschicht auf den thermisch mit Zn besprühten Rohren.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Wärmeaustauschers umfasst die Lotschicht der thermisch mit Zn besprühten Rohre und/oder die Lotschicht des Kopfteils ein zugemischtes Flußmittel.
Dieses Flußmittel und das pulverförmige Lot verbinden sich unter Verwendung eines Bindemittels.
Lamellen, die einer Zn umfassenden Al-Legierung gefertigt sind, können zwischen den Rohren angeordnet sein.
Die Lotschicht, die auf dem Kopfteil ausgebildet ist, ermöglicht es, dass die Nähte des Lots in den Verbindungsbereichen mit den Rohren hinreichend ausgebildet sind, und dass sich das Zn in der thermisch aufgesprühten Zn-Schicht schnell verteilt, um die Zn-Konzentrationen auszugleichen. Im Ergebnis wird verhindert, dass in den Verbindungsbereichen Korrosion auftritt, welche Durchgangslöcher bilden könnte. Die Lotschicht, die auf der thermisch aufgesprühten Zn-Schicht der Rohre ausgebildet ist, trägt des Weiteren zur Anbindung an die Lamellen bei und fördert die Diffusion von Zn in die thermisch aufgesprühte Zn-Schicht zur Vereinheitlichung der Zn-Konzentration auf den Oberflächen der Rohre, was einen Vorgang zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit darstellt. Zudem diffundiert Zn auch in das Lot des Kopfteils, um die Korrosionsbeständigkeit in den Verbindungsbereichen zu erhöhen.
Das Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers kann die oben genannte Wirkung liefern, und wenn das hergestellte, pulverförmige Lot zur Verwendung separiert wird, hat dies auch den Effekt, dass das pulverförmige Lot ohne das Auftreten von Abfällen verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detaillierter beschrieben.
[Si-Anteil eines pulverförmigen Lots]
(Sowohl Rohre als auch Kopfteil: 5 bis 60 Gew.-%)
Wenn der Si-Anteil geringer als 5% ist, ist die Funktion als Lot unzureichend. Wenn er mehr als 60% beträgt, wird die Erosion auf dem Basismetall stark, so dass Probleme, wie eine Schwächung, auftreten. Des Weiteren wird, da der Schmelzpunkt des Lots bei 1100°C oder höher liegt, das Aufschmelzen bei der Herstellung des pulverförmigen Lots schwierig. Daher wird der Si-Anteil auf den vorstehend genannten Bereich beschränkt.
[Thermisch aufgesprühte Zn-Schicht der Rohre]
Die thermisch aufgesprühte Zn-Schicht der Rohre verhindert, dass das Si des Lots das Basismetall derart angreift, dass sich Durchgangslöcher ausbilden, so dass folglich die Korrosionsbeständigkeit erhöht ist. Es wird bevorzugt, dass der thermisch aufgesprühte Anteil der thermisch aufgesprühten Zn-Schicht aus den nachfolgend beschriebenen Gründen in einem Bereich zwischen 23 g/m² liegt (noch besser in einem Bereich zwischen 7 und 15 g/m²). Wenn der thermisch aufgesprühte Anteil an Zn geringer als 3 g/m² ist, ist die Zn-Konzentration an der Oberfläche der Abdeckschicht zu gering, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Andererseits wandert, wenn der thermisch aufgesprühte Anteil an Zn größer als 20 g/m² ist, ein großer Anteil an Zn in der Abdeckschicht nach dem Löten in die Übergänge. Somit werden die Übergänge bevorzugt korro diert, was ein Lösen der Rohre von den Lamellen verursacht oder eine Korrosion in den Verbindungsbereichen zwischen den Rohren und dem Kopfteil verursacht oder einen Anstieg der Zn-Konzentration der Abdeckschicht verursacht, wobei die Korrosionsrate deutlich ansteigt.
[Bildung der Lotschicht auf Rohren]
Da das aufgeschmolzene und über die thermisch aufgesprühte Zn-Oberfläche verteilte Lot bewirkt, dass sich Zn gleichmäßig über die Oberfläche der Rohre verteilt, kann eine gleichmäßig verteilte Zn-Schicht auf den Oberflächen der Rohre ausgebildet werden, so dass die Rohre eine gute Korrosionsbeständigkeit vermittelt bekommen. Da die Verbindung zwischen den Lamellen und dem Rohr mittels des pulverförmigen Lots erreicht werden kann, kann für die Lamellen ein blanker Werkstoff eingesetzt werden.
3 zeigt die Zn-Konzentrationen an der Oberfläche eines gelöteten Rohrs für den Fall, dass das Rohr eine thermisch aufgesprühte Zn-Schicht ohne Lotschicht aufweist. Sie zeigt, dass sich die Zn-Konzentrationen von Bereich zu Bereich ändern.
4 zeigt die Zn-Konzentrationen an der Oberfläche eines gelöteten Rohrs für den Fall, dass das Rohr eine Lotschicht hat, die auf einer thermisch aufgesprühten Zn-Schicht ausgebildet ist. Sie zeigt, dass die Zn-Konzentrationen einheitlich sind.
[Durchschnittliche Teilchengröße des pulverförmigen Lots]
(Bei der Lot- schicht der Rohre: 0,5 bis 100 μm)
Wenn die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots in der Lotschicht der Rohre kleiner als 0,5 μm ist, ist das Pulver so feinkörnig, dass es schwer zu handhaben ist, und da die Gesamtoberfläche des Pulvers insgesamt groß wird, wird die Menge an Oxid auf dem Pulver so groß, dass sich die Löteigenschaften verschlechtern. Wenn die mittlere Teilchengröße des Lots größer als 100 μm ist, kann das Lot nicht dünn auf die Rohre aufgetragen werden, und der geringe Abstand zu den Lamellen, die zwischen den Rohren angeordnet sind, schwankt, was es schwierig macht, Schwankungen bei den Abmessungen zu verhindern. Des Weiteren schwankt voraussichtlich die Beschichtungsmenge, was zu dem Problem führt, dass Lötfehler wahrscheinlicher werden. Daher ist es wünschenswert, dass die mittlere Korngröße des pulverförmigen Lots in der Lotschicht der Rohre in einem Bereich zwischen 0,5 und 100 μm liegt, wie in Anspruch 2 beschrieben ist. Es ist insbesondere wünschenswert, dass die untere Grenze bei 1 μm und die obere Grenze bei 50 μm liegt.
[Mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots]
(Bei der Lotschicht des Kopfteils: 1 bis 200 μm)
Wenn die mittlere Teilchengröße des Lots in der Lotschicht des Kopfteils kleiner als 1 μm ist, ist das Pulver so feinkörnig, dass es schwierig wird, das Pulver zu handhaben, und da die Gesamtoberfläche des Pulvers insgesamt groß wird, wird die Menge an Oxid auf dem Pulver so groß, dass sich die Löteigenschaften verschlechtern. Da insbesondere das Kopfteil eine größere Wandstärke als die Rohre hat, ist es beim Löten schwieriger, die Temperatur des Kopfteils als die Temperatur der Rohre zu erhöhen, und die mittlere Teilchengröße beeinflußt die Löteigenschaften in großem Maße. Da sich die Löteigenschaften des Kopfteils verschlechtern, nimmt die Verbindungsfestigkeit zu den Rohren ab, und des weiteren wird Zn nicht hinreichend diffundiert, was lokale Korrosion begründen kann. Hinsichtlich der oberen Grenze der mittleren Teilchengröße des Lots in der Lotschicht des Kopfteils gilt, dass, da es anders als bei den Rohren keinen Grenzwert hinsichtlich der Größe gibt, eine größere Menge als bei den Rohren aufgetragen werden kann. So kann die obere Grenze bei 200 μm liegen. Daher liegt die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots in der Lotschicht des Kopfteils in einem Bereich zwischen 1 und 200 μm. Es ist insbesondere wünschenswert, dass die untere Grenze bei 51 μm und dass die obere Grenze bei 150 μm liegt.
[Mittlerer Teilchengrößenquotient des pulverförmigen Lots]
(Mittlere Teilchengröße der Lotschicht des Kopfteils > mittlere Teilchengröße der Lotschicht der Rohre)
Es ist wünschenswert, dass die Teilchengröße des Lots der Rohre innerhalb des vorgenannten Bereiches kleiner ist und dass die Teilchengröße des pulverförmigen Lots des Kopfteils innerhalb des Bereichs größer ist als oben beschrieben. Wenn die mittlere Teilchengröße des Lots in der Lotschicht des Kopfteils gleich groß oder kleiner als diejenige des pulverförmigen Lots in der Lotschicht der Rohre ist, verzögert sich das Aufschmelzen des Lots auf Seiten des Kopfteils, und das Lot auf Seiten des Rohrs wird lokal an den Verbindungsstellen aufgeschmolzen, so dass der Diffusionsbereich von Zn eingeschränkt ist. In Abhängigkeit von dem Lot auf Seiten des Kopfteils, das spät aufgeschmolzen wird, wird Zn nicht hinreichend diffundiert, und eine lokale Schicht mit einer hohen Zn-Konzentration bleibt zurück. Daher ist das Verhältnis der mittleren Teilchengrößen der beiden so gewählt, dass die mittlere Teilchengröße der Lotschicht des Kopfteils größer als diejenige der Lotschicht der Rohre ist.
[Separierung des pulverförmigen Lots]
Zur Separierung des pulverförmigen Lots können verschiedene Verfahren angewendet werden. Es können solche Verfahren wie Sieben, Luftseparierung oder Nassseparierung angewendet werden. Zur Separierung kann ein pulverförmiges Lot mit einer mittleren Teilchengröße zwischen 0,5 und 200 μm eingesetzt werden. Des Weiteren kann zur Separierung eine Referenzgröße zur Aufteilung des Pulvers in ein feinkörniges Pulver und ein grobkörniges Pulver bezüglich der Referenzgröße gewählt werden. Gemäß einem weiteren Merkmal kann eine Referenzgröße für ein feinkörniges Pulver und eine weitere Referenzgröße für ein grobkörniges Pulver zur Separierung des Pulvers gewählt werden.
Hinsichtlich der Effizienz ist es wünschenswert, bezüglich einer einzigen Referenzgröße zu separieren. Die zur Separierung genutzte Referenzgröße kann zwischen 32 und 100 μm liegen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung, bei der ein Kopfteil, Rohre und Lamellen bei einem Produktionsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt sind;
2 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung, die einen Verbindungsbereich zwischen einem Kopfteil und einem Rohr bei einem herkömmlichen Wärmeaustauscher zeigt;
3 zeigt ein Schaubild, anhand dessen die Konzentrationsverteilung von Zn auf der Oberfläche eines Rohrs nach dem Löten bei einem herkömmlichen Wärmeaustauscher dargestellt ist;
4 zeigt ein Schaubild, anhand dessen die Konzentrationsverteilung von Zn auf der Oberfläche eines Rohrs nach dem Löten bei dem Wärmeaustauscher nach der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Der Wärmeaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung kann für verschiedene Anwendungen genutzt werden, wie beispielsweise bei Kraftfahrzeugen, und ist hinsichtlich seiner Anwendung nicht beschränkt. Wegen des besonderes Aufbaus ist es nur erforderlich, dass es Verbindungsbereiche zwischen einem Kopfteil und Rohren gibt. Die Art der Verbindung und weitere konstruktive Merkmale sind nicht in besonderer Weise beschränkt.
Die Rohre sind aus Al oder einer Al-Legierung hergestellt. Die Bestandteile der Rohre sind nicht in besonderer Weise beschränkt, so dass geeignete Bestandteile ausgewählt werden können. Die Rohre werden üblicherweise durch Strangpressen hergestellt. Jedoch ist das Herstellungsverfahren bei der vorliegenden Erfindung nicht in besonderer Weise beschränkt. Das Kopfteil ist ebenfalls aus Al oder einer Al-Legierung hergestellt. Auch das Herstellungsverfahren für das Kopfteil ist bei der vorliegenden Erfindung nicht in besonderer Weise beschränkt.
Der Wärmeaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst üblicherweise neben den Rohren und den Kopfteilen Lamellen, die zwischen den Rohren angeordnet sind. Die Lamellen können ebenfalls aus Al oder einer Al-Legierung bestehen. Wenn die Lamellen Zn enthalten, kann der Opferanodeneffekt verstärkt werden, so dass die Korrosionsbeständigkeit der Rohre verbessert wird.
An den Rohren gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine thermisch aufgesprühte Zn-Schicht ausgebildet. Die thermisch aufgesprühte Schicht kann nach herkömmlichen Verfahren ausgebildet werden, und der gewünschte Bereich des thermisch aufgesprühten Zn-Anteils entspricht dem oben beschriebenen.
Des Weiteren wird als Deckschicht der thermisch aufgesprühten Zn-Schicht und als Deckschicht des Kopfteils eine Lotschicht gebildet, die aus einem pulverförmigen Lot besteht. Das pulverförmige Lot besteht, wie oben beschrieben, aus 5 bis 60 Gew.-% Si und im übrigen aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Das pulverförmige Lot kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren durch Pulverisierung eines Lots hergestellt und auf eine geeignete Teilchengröße eingestellt werden. Das pulverförmige Lot für die Rohre und dasjenige für das Kopfteil können getrennt hergestellt werden. Es ist jedoch wünschenswert, dass diese durch Separieren eines einzigen, pulverförmigen Lots gewonnen werden. Als Separierverfahren kann in geeigne ter Weise eines der Verfahren Sieben, Luftseparierung, Nassseparierung etc. ausgewählt werden.
Das Aluminiumlegierungspulver kann mit einem Flußmittel vermengt werden, wie es bei der Verwendung als pulverförmiges Lot gewünscht ist. Sie können in einem geeigneten Mischungsverhältnis vermengt werden.
Als Flußmittel kann ein Fluorid-Flußmittel, ein Chlorid-Flußmittel oder dergleichen eingesetzt werden. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Typ des Flußmittels jedoch nicht in besonderer Weise beschränkt.
Wenn das pulverförmige Lot auf die Verbindungsbereiche aufgebracht wird, kann eines von verschiedenen Lösungsmitteln und eines von verschiedenen Bindemitteln zugemengt werden, um die Anlagerung zu erleichtern. Beispiele für das Lösungsmittel umfassen Wasser, Alkohole (insbesondere aliphatische Alkohole mit 1 bis 8 Kohlenstoffeinheiten) etc.
Das Bindemittel kann irgendein Bindemittel sein, wenn es das Pulver ohne Verschlechterung der Eigenschaften der Verbindungsbereiche gut verankern kann. Es kann eine wasserlösliche, hochmolekulare Verbindung mit Carboxylgruppen oder ein Acryl- oder Meta-Acrylharz verwendet werden.
Die oben genannte, pulverförmige Legierung wird in geeigneter Weise vermischt und auf die zu verbindenden Bauteile aufgebracht. Das Verfahren zum Aufbringen ist bei Ausführung der Erfindung nicht in besonderer Weise beschränkt. Beispielsweise kann ein Verfahren, wie Sprühen, Spritzen, Fließbeschichten, Walzenstreichen, Bürstenstreichen oder Tauchen angewendet werden.
Bei dem Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird, wie in 1 dargestellt ist, unter Verwendung des pulverförmigen Lots eine Lotschicht 2 auf der Oberfläche eines Kopfteils 1 ausgebildet. An dererseits wird auf den Oberflächen der Röhre 3 eine thermisch aufgesprühte Zn-Schicht ausgebildet und eine Lotschicht 5 auf der thermisch aufgesprühten Zn-Schicht 4 unter Verwendung des pulverförmigen Lots ausgebildet. Die Rohre 3 werden in die Löcher 1a des Kopfteils 1 eingesteckt, und Heizlamellen 6 werden zwischen den Rohren 3 angeordnet, um eine Baugruppe für einen Wärmeaustauscher aufzubauen. Die Baugruppe wird, um das Lot aufzuschmelzen, unter einer geeigneten Atmosphäre auf eine geeignete Temperatur erhitzt. Es ist wünschenswert, dass in diesem Fall die Heiztemperatur zwischen 580 und 620°C liegt. Wenn die Heiztemperatur geringer als 580°C ist, bleiben das Lot und das Basismetall teilweise fest, was es schwierig macht, ein gutes Lötergebnis zu erzielen. Andererseits tritt bei Temperaturen von mehr als 620°C eine beträchtliche Korrosion auf. Somit ist der genannte Temperaturbereich wünschenswert.
Als Ergebnis des vorstehend genannten Erhitzens, bei dem das Zn der thermisch aufgesprühten Zn-Schicht gleichmäßig verteilt wird, werden die Rohre 3 fest mit dem Kopfteil 1 verlötet und des Weiteren die Lamellen 6 mit den Rohren 3 verbunden. Der so hergestellte Wärmeaustauscher ist im Bereich des Kopfteils, der Rohre und der Lamellen gut verbunden und weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf.
Beispiele
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit Vergleichsbeispielen beschrieben.
Beispiel 1, das nicht durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gedeckt ist
Ein Gußblock aus einer Legierung des Typs JIS A 1070 A1 wurde extrudiert, um stranggepreßte Rohre zu erhalten, und Zink wurde unmittelbar nach dem Schmelzen thermisch auf die stranggepreßten Al-Legierungsrohre gesprüht, um Zn-beschichtete Al-Legierungs-Rohre zu erzeugen, die eine thermisch aufgesprühte Zn-Schicht mit 10 g/m² Material an den Oberflächen haben. Andererseits wurde ein Kopfteil, das aus einer Legierung des Typs JIS A 3003 A1 gefertigt ist und Öffnungen zum Einsetzen der Rohre aufweist, nach einem Strangpreßverfahren hergestellt, und des Weiteren wurden gewellte Lamellen aus einer Legierung des Typs JIS A 3003 A1 hergestellt.
Des weiteren wurde, um einen Lotschlicker zu erzeugen, ein Gewichtsteil eines Flußmittels und ein Gewichtsteil eines Bindemittels mit zehn Gewichtsteilen eines binären Legierungspulvers des Typs A1–12% Si mit einer mittleren Teilchengröße von 20 μm gemischt, das durch Zerstäubung einer geschmolzenen Al-Legierung gewonnen wird. Die mit Zink besprühten Al-Legierungsrohre wurden mit dem Lotschlicker in einer Materialstärke von 50 g/m² überzogen, um thermisch mit Zn besprühte, stranggepreßte Rohre gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Als Vergleichsbeispiel wurden thermisch mit Zn besprühte, stranggepreßte Rohre hergestellt, die nicht mit einem Lot beschichtet sind. Das wie oben beschrieben hergestellte Kopfteil wurde mit 200 g/m² des Lotschlickers überzogen, um eine Lotschicht zu bilden.
Die Rohre wurden in die Öffnungen des Kopfteils eingesetzt, um einen Rahmen eines Wärmeaustauschers herzustellen, und des Weiteren wurden gewellte Lamellen zwischen die Rohre montiert, um einen Aufbau herzustellen, der aus dem Kopfteil, Rohren und den Lamellen besteht. Die hergestellte Anordnung wurde in einen Heizofen gestellt und unter einer Stickstoffgasatmosphäre für drei Minuten bei 600°C in den Heizofen gehalten, um sie zu erwärmen und einen Wärmeaustauscher herzustellen, der ein Kopfteil, Rohre und Lamellen hat, die über Nähte verbunden sind.
Die Korrosionsbeständigkeit der Rohr/Kopfteil-Verbindungsbereiche des hergestellten Wärmeaustauschers wurde gemäß dem CASS-Test (Copper Accelarete Acetic Acid Salt Splay Test) abgeschätzt. Bei dem CASS-Test wird das Salz einer Säure (erwärmt auf 50°C) zusammen mit 0,26 g/l Kupferchlorid bei einer Prüfraumtemperatur von 50°C kontinuierlich (Echtzeit) gegen den Aufbau gesprüht.
Bei dem CASS-Test wird ein Fall, bei dem die Nähte an den Verbindungsbereichen gleichmäßig von den ausgesetzten Oberflächen korrodiert sind, mit "O" ausgedrückt; es wird ein Fall, bei dem die thermisch aufgesprühte Zn-Schicht, die auf den Oberflächen der Rohre verbleibt, vorzugsweise korrodiert, wobei die Korrosion in die Nähte eindringt, mit "Δ" ausgedrückt, und es wird ein Fall, bei dem in Folge von Korrosion Durchgangslöcher in den Nähten ausgebildet werden, mit "X" ausgedrückt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Wie anhand Tabelle 1 zu erkennen ist, zeigte der Wärmeaustauscher mit einer Lotschicht, die an den Oberflächen der Rohre ausgebildet ist, hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit an den Verbindungsstellen mit dem Kopfteil hervorragende Eigenschaften. Andererseits zeigte der Wärmeaustauscher des Vergleichsbeispiels ohne Lotschicht an den Oberflächen der Rohre hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit schlechte Eigenschaften, da an den Verbindungsstellen in kurzer Zeit Korrosion auftrat. [Tabelle 1] Ergebnisse einer Korrosionsbeständigkeitsabschätzung an Rohr-Kopfteil-Verbindungsstellen gemäß CASS
Beispiel 2
Thermisch mit Zn besprühte, stranggepreßte Rohre und ein Kopfteil wurden mit einem Lot überzogen, um Wärmeaustauscher, wie im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschrieben, herzustellen, abgesehen davon, dass das pulverförmige Lot des Lotschlickers gemäß Beispiel 1 zur Separierung in verschiedene, sich hinsichtlich ihrer mittleren Teilchengröße unterscheidende Klassen gesiebt wurden.
Bei den gewonnenen Wärmeaustauschern wurden die Löteigenschaften an den Rohr/Kopfteil-Verbindungsstellen abgeschätzt. Hinsichtlich der Löteigenschaften wird ein Fall, bei dem die Freiräume an den Verbindungsstellen perfekt mit dem Lot befällt werden konnten, mit "0" ausgedrückt, und ein Fall, bei dem die Freiräume unzureichend ausgefüllt wurden, mit "Δ" ausgedrückt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Wie in Tabelle 2 zu erkennen ist, konnten in den Fällen, in denen die mittlere Teilchengröße des auf das Kopfteil applizierten, pulverförmigen Lots größer als die mittlere Teilchengröße des auf die Rohre applizierten, pulverförmigen Lots war, die besten Löteigenschaften erzielt werden. [Tabelle 2] Löteigenschaften der Rohr/Kopfteil-Verbindungsbereiche in Folge unterschiedlicher Teilchengrößen des pulverförmigen Lots
Das Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die in Anspruch 1 definierten Schritte. Daher können die oben genannten Wirkungen erzielt werden, und das Lot kann ohne die Erzeugung von Abfällen genutzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers, umfassend die Schritte Herstellen eines pulverförmigen Lots aus einer Al-Legierung, das aus 5 bis 60 Gew.-% Si und im übrigen aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; Aufbringen eines Legierungspulvers auf Rohre aus Al oder einer Al-Legierung (3), die eine an den Oberflächen ausgebildete, thermisch aufgesprühte Zn-Schicht (4) aufweisen, und Verlöten der Rohre mit dem Kopfteil (1), dadurch gekennzeichnet, dass: a) ein Legierungspulver auf das Kopfteil aus Al oder einer Al-Legierung aufgebracht wird; b) das pulverförmige Lot so separiert wird, dass die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots der Lotschicht (5) auf den thermisch mit Zn besprühten Rohren (3) zwischen 0.5 und 100 μm liegt, wohingegen die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots der Lotschicht (2) auf dem Kopfteil (1) zwischen 1 und 200 μm liegt, und die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Lots der Lotschicht auf dem Kopfteil größer ist als die mittlere Teilchengröße des Lots der Lotschicht auf den thermisch mit Zn besprühten Rohren.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers nach Anspruch 1, wobei die Lotschicht (5) der thermisch mit Zn besprühten Rohre (3) und/oder die Lotschicht des Kopfteils ein zugemischtes Flußmittel umfaßt.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers nach Anspruch 2, wobei das Flußmittel und das pulverförmige Lot unter Verwendung eines Bindemittels binden.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei Lamellen (6), die aus einer Zn umfassenden Al-Legierung gefertigt sind, zwischen den Rohren (3) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers nach Anspruch 2, wobei Lamellen, die aus einer Zn umfassenden Al-Legierung gefertigt sind, zwischen den Rohren (3) angeordnet sind.