JP2000034532A

JP2000034532A - アルミニウム合金製熱交換器用複合材

Info

Publication number: JP2000034532A
Application number: JP10200097A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Fujiyoshi; 達也藤吉
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2000-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】アルカリ性の液体に対する耐孔食性も十分に
確保できる複合材８を得る。【解決手段】芯材９の片面に犠牲材１０を積層して成
る。この犠牲材１０は、０．１重量％を越え２．０重量
％未満のNiと、４．０重量％を越え１０．０重量％未満
のZnと、０．１重量％を越え１．０重量％未満のFeとを
含み、残りを不可避不純物とAlとしたものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係るアルミニウム
合金製熱交換器用複合材は、ラジエータやヒータコアの
コア部を構成する伝熱管が、内部を流通する冷却水によ
り腐食するのを防止する為、この伝熱管を造る為に利用
する。

【０００２】

【従来の技術】例えばラジエータ等として使用される熱
交換器として従来から、例えば図１に示す様な構造のも
のが知られている。この熱交換器１は、間隔をあけて配
置した１対のタンク２ａ、２ｂ同士を、複数の伝熱管
３、３により連通している。隣り合う伝熱管３、３の外
面同士の間にはフィン４、４を、一方のタンク２ａには
入口管５を、他方のタンク２ｂには出口管６を、それぞ
れ設けている。

【０００３】冷却水の放熱等を行なう場合には、入口管
５を通じて一方のタンク２ａに送り込んだ冷却水等を、
複数の伝熱管３、３を通じて他方のタンク２ｂに向けて
送る。各伝熱管３、３を流れる間に上記冷却水等は、伝
熱管３、３とフィン４、４とから構成されるコア部７を
通過する空気との間で熱交換を行なって冷却され、上記
他方のタンク２ｂに設けられた出口管６から、再びエン
ジン等に向けて送り出される。

【０００４】上述の様に構成し使用する熱交換器１は、
近年真鍮に代えてアルミニウム合金により造る場合が多
くなっている。アルミニウム合金は真鍮に比べて腐食し
易く、特に板材の厚さ方向に腐食が進行する、所謂孔食
が発生し易い。この為従来から、アルミニウム合金製の
芯材の表面に、やはりアルミニウム合金製で上記芯材よ
りも電位が卑な犠牲材を積層した複合材（クラッド材）
を使用して、上記孔食の発生防止を図っている。

【０００５】例えばフィン４、４と交互に組み合わされ
て上記コア部７を構成する伝熱管３、３は、図２に示す
様に、３層構造の複合材８により構成している。この複
合材８は、芯材９の片面に犠牲材１０を、同じく芯材９
の他面にろう材１１を、それぞれ積層して成る。このう
ちの犠牲材１０は、上記伝熱管３を造った状態でこの伝
熱管３の内周面を覆い、この伝熱管３内を流れる冷却水
により上記複合材８に、上記孔食が発生するのを防止す
る。又、上記ろう材１１は、上記複合材８により伝熱管
３を造った状態でこの伝熱管３の外周面を覆い、この伝
熱管３の外周面と、図１に示したコルゲート型のフィン
４、４とをろう付け接合する為に利用する。

【０００６】上述の様な複合材８を構成するアルミニウ
ム合金として従来は、芯材９を3003材（JIS H 4000：
０．６重量％以下のSiと、０．７重量％以下のFeと、
０．０５〜０．２０重量％のCuと、１．０〜１．５重量
％のMnと、０．１０重量％以下のZnと、個々が０．０５
重量％以下で合計が０．１５重量％以下の不可避不純物
とを含み、残部をAlとしたもの）とし、犠牲材１０を70
72材（合計で０．７重量％以下のSi及びFeと、０．１０
重量％以下のCuと、０．１０重量％以下のMnと、０．１
０重量％以下のMgと、０．８〜１．３重量％のZnと、個
々が０．０５重量％以下で合計が０．１５重量％以下の
不可避不純物とを含み、残部をAlとしたもの）とし、ろ
う材１１を4343材（６．８〜８．２重量％のSiと、０．
８重量％以下のFeと、０．２５重量％以下のCuと、０．
１０重量％以下のMnと、０．２０重量％以下のZnと、個
々が０．０５重量％以下で合計が０．１５重量％以下の
不可避不純物とを含み、残部をAlとしたもの）としたも
のを使用していた。特に、犠牲材１０を構成するアルミ
ニウム合金中のZnの含有率を、０．８５〜１．１５重量
％の範囲に規制していた。

【０００７】この様な３層構造の複合材８により伝熱管
３を造った場合、この伝熱管３の内周面を覆った犠牲材
１０が犠牲腐食して、上記伝熱管３内を流れる冷却水に
よりこの伝熱管３に孔食が発生するのを防止する。即
ち、芯材９を構成する3003材よりもZnの含有量が多く、
この3003材よりも電位が卑である7072材が犠牲腐食し
て、上記芯材９にまで腐食が及ぶ事を防止し、上記伝熱
管３内を流れる冷却水により、この芯材９に腐食が達す
る事を防止する。一方、上記伝熱管３の外周面を覆った
ろう材１１は、この伝熱管３と前記フィン４、４とをろ
う付け接合する。尚、これら各フィン４、４も、上記70
72材、或は7N01材、7075材の如く、芯材９を構成する30
03材よりもZnの含有量が多く、電位が卑なアルミニウム
合金を使用する。従って、上記伝熱管３の外周面側から
の腐食は、上記フィン４、４が犠牲腐食する事により、
上記芯材９にまで達する事を防止する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ラジエータのコア部を
構成する伝熱管３内を流れる冷却水は、一般的には中性
である為、この伝熱管３の内周面を覆う犠牲材１０とし
て7072材を使用すれば、十分な耐孔食性を得られる場合
が多い。これに対して、上記冷却水がアルカリ性になる
と、上記7072材製の犠牲材１０による耐孔食性は不十分
となる。即ち、上記冷却水には不凍液と防錆剤とを兼ね
たＬＬＣ（ロングライフクーラント）を混入するが、こ
のＬＬＣの交換を所定期間内に行なわないと、上記冷却
水がアルカリ性に（最大でpH１０程度にまで）変化する
場合がある。一方、上記犠牲材１０を構成する7072材の
主たる構成材料は両性元素である為、上記冷却水がアル
カリ性に変化すると、十分な耐食性を得られなくなる。
本発明はこの様な事情に鑑みて、アルカリ性の液体に対
する耐孔食性も十分に確保でき、しかもフィンとのろう
付け性を損なう事のない、アルミニウム合金製熱交換器
用複合材を提供する事を目的に発明したものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム合
金製熱交換器用複合材は、前述した従来のアルミニウム
合金製熱交換器用複合材と同様、図２に示す様に、アル
ミニウム合金製の芯材９と、この芯材９の片面に積層さ
れたアルミニウム合金製の犠牲材１０とから成る。特
に、本発明のアルミニウム合金製熱交換器用複合材で
は、この犠牲材１０は、０．１重量％を越え２．０重量
％未満のNiと、４．０重量％を越え１０．０重量％未満
のZnと、０．１重量％を越え１．０重量％未満のFeとを
含み、残りを不可避不純物とAlとしたものである。

【００１０】又、好ましくは、０．００５重量％を越え
１．０重量％未満のInと、０．００５重量％を越え１．
０重量％未満のSnと、０．１重量％を越え４．０重量％
未満のMgとのうちから選択される１種又は２種以上を添
加する。又、好ましくは、Niの含有量を０．５重量％を
越え１．０重量％未満とし、Ｚｎの含有量を５．０重量
％を越え８．０重量％未満とし、Ｆｅの含有量を０．２
重量％を越え０．５重量％未満とする。更に、必要に応
じて、上記芯材９の他面に、Siを多く含むアルミニウム
合金で、融点が芯材９及び犠牲材１０よりも低いろう材
１１を積層する。

【００１１】上記芯材９は、前述した従来のアルミニウ
ム合金製熱交換器用複合材を構成する芯材９（図２）と
同様に、3003材等、必要とする強度を有するアルミニウ
ム合金を使用する。但し、必要とする強度、耐蝕性を確
保する為、Si、Fe、Cu、Mn、Zn等の添加量を、3003材の
範囲を超えて調整しても良い。又、上記ろう材１１は、
4543材（同じく５．０〜７．０重量％）、4643材（同じ
く３．６〜４．６重量％）、4044材（同じく７．８〜
９．２重量％）、4145材（同じく９．３〜１０．７重量
％）等の様に、Siを多く含む低融点のアルミニウム合金
により構成する。

【００１２】

【作用】上述の様に構成する本発明のアルミニウム合金
製熱交換器用複合材の場合には、犠牲材１０をAl-Ni-Zn
-Fe 系のアルミニウム合金とし、このアルミニウム合金
の構成材料中の両性元素の比率を抑えているので、上記
アルミニウム合金製熱交換器用複合材の片面でこの犠牲
材１０により覆われている面が、アルカリ性の溶液に曝
されても、十分な耐食性を得られる。言い換えれば、上
記犠牲材１０を構成するアルミニウム合金の電位を、芯
材９を構成するアルミニウム合金（3003材）よりも著し
く卑にする事により、上記芯材９に腐食（特に孔食）が
及ぶ事を防止する。これと共に、上記犠牲材１０を構成
するアルミニウム合金中の両性元素の比率を抑える事に
より、広範なpH領域で、上記犠牲材１０の防食効果を十
分に発揮させる。しかも、フィンを構成する、他のアル
ミニウム合金材とのろう付け性を十分に確保できる。

【００１３】即ち、上記犠牲材１０を構成するアルミニ
ウム合金中に、４．０重量％を越え１０．０重量％未満
と、比較的多量のZnを含有させる事により、この犠牲材
１０の電位を芯材９の電位よりも著しく卑にして、この
芯材９に腐食が及ぶ事を、長期間に亙り有効に防止す
る。尚、Znの含有量が４．０重量％以下の場合には、上
記犠牲材１０と芯材９との電位差が不十分で、この犠牲
材１０の犠牲腐食による上記芯材９の防食効果が不十分
となる。反対に、Znの含有量が１０．０重量％以上にな
ると、犠牲材１０を構成するアルミニウム合金中での両
性元素の割合が多くなり、アルカリ性溶液中での耐食性
が不十分となる。又、上記犠牲材１０の自己腐蝕速度が
速くなり過ぎて、この犠牲材１０が早期に滅失し、芯材
９の防蝕を図れなくなる。そこで、Znの含有量を４．０
重量％を越え１０．０重量％未満の範囲に規制して、広
いpH領域で十分な耐食性を発揮できる様にした。Znの含
有量を、前述の様に５．０重量％を越え８．０重量％未
満の範囲に規制すれば、より優れた耐食性を得られる。

【００１４】又、上記犠牲材１０を構成するアルミニウ
ム合金中に、０．１重量％を越え２．０重量％未満のNi
と、０．１重量％を越え１．０重量％未満のFeとを含有
させる事により、上記犠牲材１０の表面にFeAl₃ 等のAl
-Fe 系化合物やAl-Ni 系化合物等を均一に分散させて、
孔食の発生を抑える。即ち、このAl-Fe 系化合物やAl-N
i 系化合物等は、上記犠牲材１０を構成するアルミニウ
ム合金中に均一に分散するが、この金属間化合物（Al-F
e 系化合物やAl-Ni 系化合物）上には、保護膜として働
くはずのベーマイト層が形成されない。この結果、上記
犠牲材１０を構成するアルミニウム合金が腐食する場合
には、Al-Fe 系化合物やAl-Ni 系化合物の周辺部が優先
的に同時溶解する、全面腐食の形態をとり、部分的に板
厚方向に腐食が進行する孔食の発生を著しく抑制する。
この結果、上記芯材９にまで腐食が達する事を有効に防
止できる。

【００１５】上記犠牲材１０を構成するアルミニウム合
金中へのNi及びFeの含有量が０．１重量％以下の場合に
は、上述の様なAl-Fe 系化合物の割合（生成量）が不十
分となり、所望の耐食性を得られなくなる。反対に、上
記アルミニウム合金中へのNiの含有量が２．０重量％以
上になったり、Feの含有量が１．０重量％以上になる
と、上記Al-Fe 系化合物等が粗大化し、微細なAl-Fe 系
化合物等を上記アルミニウム合金の素地中に均一に分散
させる事ができず、やはり所望の耐食性を得られなくな
る。そこで、Niに含有量を０．１重量％を越え２．０重
量％未満とし、Feの含有量を０．１重量％を越え１．０
重量％未満とした。Niの含有量を０．５重量％を越え
１．０重量％未満とし、Feの含有量を０．２重量％を越
え０．５重量％未満とすれば、より優れた耐食性を得ら
れる。

【００１６】更に、In、Sn、Mgは、それぞれZnと同様
に、犠牲材１０の電位を卑にして、芯材９の防蝕を図る
役目を有する。In及びSnの添加量が０．００５重量％以
下の場合、Mgの添加量が０．１重量％以下の場合には、
添加する事による効果を得られない。反対に、In及びSn
の添加量が１．０重量％以上の場合、Mgの添加量が４．
０重量％以上の場合には、上記犠牲材１０の電位が卑に
なり過ぎて上記犠牲材１０の自己腐蝕速度が速くなり過
ぎ、この犠牲材１０が早期に滅失し、芯材９の防蝕を図
れなくなる。又、ろう付け時にこの犠牲材１０中のＭｇ
がろう材１１側にまで拡散し、ろう付け性が悪化する。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の効果を確認する為に行なった
実験に就いて説明する。実験は、犠牲材１０を構成する
為のアルミニウム合金として、次の表１に示した２２種
類のアルミニウム合金を用意した。これら２２種類のア
ルミニウム合金のうち、実施例１〜１２が、本発明に属
するものを、比較例１〜１０が、本発明からは外れるも
のを、それぞれ示している。又、比較例１〜１０のうち
の比較例１〜９は、好ましいNi、Fe、Znの含有率の範囲
を知る為、新たに考え出したアルミニウム合金を、比較
例１０は、従来から使用されている7072材である。

【００１８】

【表１】

【００１９】これら２２種類の合金を犠牲材１０として
使用し、芯材９及びろう材１１と組み合わせて、図２に
示す様な複合材８を構成し、合計２２種類の試料を作成
した。芯材９としては、Mnを１．２重量％、Cuを０．５
重量％含むアルミニウム合金を、ろう材１１としては、
Siを７．５重量％含むアルミニウム合金を、それぞれ使
用した。各試料は、厚さが０．３mm、１辺が５０mmの正
方形の平板とした。上記犠牲材１０及びろう材１１のク
ラッド率は、それぞれ１０％（それぞれ０．０３mm厚）
とした。これら２２種類の試料に就いて、ろう材１１の
表面に弗化物系のフラックスを３g/m²の割合で塗布した
後、コルゲート型のフィン４（図１）と組み合わせ、凡
そ６００℃で３分間加熱して、上記各試料とフィン４を
ろう付けした。このろう付け作業の結果、フィン４と試
料との接触長さのうちの９５％以上にフィレットが形成
されたものを、ろう付け性良好とした。更に、これら各
２２種類の試料に就いて同じ条件で腐食試験を施し、上
記犠牲材１０で覆われた側に発生する腐食の状態を観察
した。上記腐食試験は、ＬＬＣを水で３０容量％に希釈
したものにNaOHを加える事でpHを１１に調整した溶液
に、上記各試料を浸漬する事で行なった。又、上記腐食
試験は、上記溶液を８８℃に加温したままの状態で１０
m/s の流速で流す試験を１週間連続して行なった。この
様にして行なった腐食試験の結果、孔食の最大深さが試
験片の板厚の１／２以下（０．１５mm以下）のものを、
耐蝕性良好とした。

【００２０】尚、前述したろう付け性に就いても、上述
した耐蝕性に就いても、良好なものを○として、不良な
ものを×として、それぞれ前記表１に記載した。この表
１から明らかな通り、本発明のアルミニウム合金製熱交
換器用複合材は、アルカリ性溶液中でも優れた耐食性を
発揮する。しかも、フィン４とのろう付け性も良好であ
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明のアルミニウム合金製熱交換器用
複合材は、以上に述べた通り構成され作用するが、広い
pH領域で優れた耐食性を発揮するので、アルミニウム合
金製熱交換器の耐久性向上に寄与できる。又、ろう付け
性が良好である為、十分な強度及び熱交換性能を有する
アルミニウム製熱交換器を得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミニウム合金製熱交換器の１例を示す略正
面図。

【図２】本発明の対象となるアルミニウム合金製熱交換
器用複合材により造った伝熱管の部分拡大断面図。

【符号の説明】

１熱交換器２ａ、２ｂタンク３伝熱管４フィン５入口管６出口管７コア部８複合材９芯材１０犠牲材１１ろう材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｆ 13/00 Ｃ２３Ｆ 13/00 ＰＦ２８Ｆ 19/06 Ｆ２８Ｆ 19/06 ＢＦターム(参考） 4F100 AB01B AB02B AB09B AB10A AB10B AB10C AB11C AB16B AB17 AB18B AB21B AB31A AB31B AB31C BA02 BA03 BA07 BA10B BA10C CB10C GB51 JA04C JB02 JJ01 JK01 JL00 YY00B 4K060 AA02 BA13 BA19 EA04 EB05 FA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム合金製の芯材と、この芯材
の片面に積層されたアルミニウム合金製の犠牲材とから
成るアルミニウム合金製熱交換器用複合材であって、こ
の犠牲材は、０．１重量％を越え２．０重量％未満のNi
と、４．０重量％を越え１０．０重量％未満のZnと、
０．１重量％を越え１．０重量％未満のFeとを含み、残
りを不可避不純物とAlとしたものであるアルミニウム合
金製熱交換器用複合材。
【請求項２】０．００５重量％を越え１．０重量％未
満のInと、０．００５重量％を越え１．０重量％未満の
Snと、０．１重量％を越え４．０重量％未満のMgとのう
ちから選択される１種又は２種以上を添加した、請求項
１に記載したアルミニウム合金製熱交換器用複合材。
【請求項３】 Niの含有量が０．５重量％を越え１．０
重量％未満であり、Znの含有量が５．０重量％を越え
８．０重量％未満であり、Feの含有量が０．２重量％を
越え０．５重量％未満である、請求項１〜２の何れかに
記載したアルミニウム合金製熱交換器用複合材。
【請求項４】芯材の他面に、Siを多く含むアルミニウ
ム合金で、融点が芯材及び犠牲材よりも低いろう材を積
層している、請求項１〜３の何れかに記載したアルミニ
ウム合金製熱交換器用複合材。