JP2000063970A - アルミニウム合金製熱交換器用押出管 - Google Patents

アルミニウム合金製熱交換器用押出管

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 珪素粉末を含有するフラックスを用いてろう
付けされる自動車用コンデンサーなどの熱交換器を、よ
り少量のフラックスでろう付けできるアルミニウム合金
製押出管を提供する。 【構成】 珪素粉末を含有するフラックスを用いてろう
付けされる、Si0.4〜1.0wt%を含有し残部不可避不純
物とAlからなるアルミニウム合金製熱交換器用押出管。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウム合金製
熱交換器用押出管に係り、珪素粉末を含有するフラック
スを用いてろう付けされる自動車用コンデンサーなどの
熱交換器を、より少量のフラックスでろう付けできるア
ルミニウム合金製押出管に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車用コンデンサーの如き熱交換器は
一般に図1に示すように相対峙するヘッダーパイプ1、
1間に断面的に図2に示すような多穴4を有するアルミ
ニウム合金製押出管2の複数本を接合連通させ、該押出
管2、2の間にアルミニウム合金製板材の波状に加工さ
れたフィン3を介在させたものであって、これらの部材
を珪素粉末を含有するフラックスを用いてろう付したも
のである。このフラックス中に含有されている珪素粉末
はろう付け温度で部材のアルミニウム分と反応して低融
点のAl−Si共晶ろう合金を形成し、各部材をろう付け固
着させるものである。
【0003】上記した図1のような熱交換器は過酷な環
境で使用されるので耐食性に良好であることが求められ
る。即ち熱交換管が腐食して孔があくことは熱媒体が漏
洩することであって致命傷であって、この腐食進行を遅
延させるために、フィンと熱交換管との間で電位差を設
け、フィンの電位を熱交換管のそれよりも卑とし、フィ
ンを犠牲陽極とすることにより管を保護している。
【0004】ところで、上記したような熱交換用押出管
2は前記した図2に示す如く、強度の付与と熱交換性の
向上を目的として断面多穴管とし、押出成形された複雑
な断面をなしているので押出性の良好なことが求めら
れ、このような管としてJIS1050合金にCuを0.4
wt%含有させたアルミニウム合金が使用されている。な
お熱交換管は一般的に所望の化学組成に溶製され鋳造し
た押出素材を均質化処理し、熱間押出し断面多穴の押出
管に加工される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
アルミニウム合金製熱交換用押出管は、珪素粉末を含有
するフラックス量が少量でも十分確実にろう付けされる
ことが好ましいことは言うまでもなく、そのような熱交
換器用押出管が望まれることは明かであるが、斯うした
要請を十分に満足するような製品は未だ得られるに到っ
ていない。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
技術的課題を解決すべく検討を重ねて得られたものであ
って、発明者等はSiを0.6wt%程度含有させたAl−Si合
金押出管は押出性を低下させることなく、しかもろう付
工程のろう生成に際してアルミニウムとの反応に寄与し
ない余分なSiが珪素粉末から管材料内部に拡散すること
を抑制してAl−Si共晶ろうの生成量を多くし、フィレッ
トが大きく形成してろう付けを強固なものとし、フラッ
クスを少量としてろう付けしても十分に目的を達するこ
とができ、しかもフィンと熱交換管との間で適切な電位
差を設けることにより耐食性の優れた熱交換管が得られ
るという知見を得た。
【0007】即ち本発明は珪素粉末を含有するフラック
スを用いてろう付けされるSi:0.4〜1.0wt%を含有
し、残部が不可避的不純物とAlからなるアルミニウム合
金製熱交換器用押出管であって、Siを前記のように多く
含有させることによって部材のアルミニウムと合金化す
る低融点のろう材料が多くなり、ろう付けの確実性を図
り、従って使用するフラックス量を少くすることができ
る。しかも上記のようにSiを多く含有させることによっ
て電位を貴とし、フィンとの電位と相俟って耐食性を良
好なものとさせ、押出性もSiの上限を定めることにより
従来使用されているAl−0.4wt%Cu程度にできる。
【0008】また前記したような基本発明のものに対し
更にCuを0.15wt%以下含有させることによって押出性
をそれ程低下させることなく、電位をさらに貴にし、フ
ィンの電位と相俟って耐食性を一段と良好なものとさせ
る。更にろう付け後フィンとの電位差が50mV以上ある
と少なくとも車輌用熱交換器の実用期間内において管の
耐蝕性を付与することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】上記したような本発明のより具体
的な実施態様について説明すると、フラックスにはLi,
k,Na,Mgなどの塩化物系フラックスと、弗化物系フラ
ックスがあり、塩化物系フラックスはフラックスの融点
を低く配合できて多組成のAl合金が部材として使用でき
好ましいが、ろう付け後の残滓が腐蝕性を有し、そのた
め洗浄工程を必要とし好ましくない。これに対し弗化物
系のフラックスはLiF, NaF, KF, CaF2, AlF3, SiF4等の
弗化物の粉末混合物、もしくはこれらを溶融後粉末とし
たもの、或いは上記弗化物の錯化合物、例えば KAlF4,
K2AlF5, K3AlF6, K2SiF6などの単味若しくは混合物、ま
たはこれらを溶融後粉末としたもの等であって、このよ
うな弗化物系フラックスは何れのものもアルミニウムに
対して塩化物の如き腐食性を持たない。このものの粉末
としての寸法は平均で0.1〜30μm 程度のものであ
り、好ましくは平均で1〜10μm である。
【0010】アルミニウム材と合金化して溶融し、ろう
を形成する珪素粉末は前記フラックスの粉末と混合して
押出管表面に塗布され、フィン等のその他の部品と組合
されろう付される。この場合、珪素粉末の他に30%以
下の亜鉛粉末や20%以下の銅粉末を添加混合して塗布
してもよい。珪素はフラックス粉末との混合物スラリー
の媒体として水を用いた場合に、水との反応がほとんど
無い。珪素粉末の寸法は平均で0.5〜50μm 程度、好
ましくは平均で1〜20μm である。
【0011】フラックス粉末と珪素粉末はドライパウダ
ーまたは水やアルコール等の揮発性液体に懸濁して混合
物のスラリーとする。該混合物の配合は重量比で0.5:
1〜10:1程度で、1:1〜4:1が好ましい。揮発
性液体に懸濁する場合の混合物と揮発性液体の配合比率
は揮発性液体の種類および塗布方法によって適宜選定す
ればよいが、概ね重量比で0.1:1から3:1程度であ
る。
【0012】熱交換器部品にフラックス粉末と珪素粉末
の混合物を塗布する方法は本発明において特に規定され
るものでなく、混合物がドライパウダーのときは静電や
エアスプレー法が、スラリーのときはスプレーや浸漬法
が適用でき、能率的に実施できる。混合物の塗布量とし
ては、押出管表面積に対して3〜50g/m2程度であ
り、珪素粉末約30%の混合物では10〜30g/m2
好ましい。
【0013】本発明における添加元素について説明する
と、Siは0.4〜1.0wt%であり、このSiはフラックス中
の珪素粉末からアルミニウムとのろう(Al−12wt%Si
合金)生成反応に寄与しない余分なSiが管材料内部に拡
散するのを抑制するために添加し、珪素粉末が全部ろう
合金となるようにしてろう付け工程で形成されるろう合
金量を多くする。その結果使用するフラックス量を減少
し、また管の電位を高めフィンとの電位差を大きくして
耐蝕性を付与する。下限値未満ではそれらの効果が少
く、上限値を超えると管の融点が低くなると共に押出性
が低下するので好ましくない。
【0014】Cu:0.15wt%以下。このCuを添加すると管
の電位が更に高くなって、フィンとの電位差が大きくな
るので耐食性が向上し、好ましい。上限値を超えると押
出圧力が高くなって生産性を低下させ好ましくない。
【0015】なお不純物各元素は0.3wt%未満程度であ
れば本発明の効果を低下させることがないので含有して
もよい。但しMgは珪素粉末とアルミニウムとのろう合金
生成反応を阻害するので0.1wt%未満程度に規制すると
よい。
【0016】フィンとの電位差が50mV以上あれば実用
的な期間で管に耐食性を付与することができる。なお本
発明によるものが、鋳造に際して鋳造割れが発生し、ま
たは発生するおそれのあるときは常法により鋳造組織の
微細化剤を添加することによりこれを防止することがで
きる。かかる微細化剤としてはTi:0.05%以下,Bを
併用するときはTi:0.05%以下,B:0.01%以下が
好ましい。
【0017】
【実施例】本発明によるものの具体的な実施例について
説明すると、次の表1に記載の組成を有する押出素材を
610℃×1時間の均質化処理した後、図2に示す如き
12穴断面をもった肉厚0.4mmの管を素材温度400℃
で、また押出速度50m/min で押出加工した。その時
の押出圧力については別に次の表2に示す。またその押
出管を600℃で3分間加熱後に表面から約0.1mm内側
の研削面に対して2.67%AlCl3 液中でのアノード分極
を行い、管内部の孔食電位を測定した結果は表2に併せ
て示す。更に管内部の孔食電位と後述表3に記載の組成
を有するフィン材を600℃で3分間加熱して上記同様
の方法で測定したフィン材表面の孔食電位(−796m
V)との電位差も表2において示した。なお表1中のTi
はAl−5%Ti−1%B合金を用いて添加した。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】つぎに前記表3に記載の組成を有する厚さ
0.08mm,幅21mm,高さ8mmで、フィンピッチ1mm
(1波長の1/2)の波板状フィンを作成し、押出管と
ろう付けしたが、そのフラックスおよびろう付け条件は
以下の如くである。 フラックス:平均粒径10μm の珪素粉末33wt%、 K
AlF4, K2AlF5, K3AlF6の粉末混合物(融点570℃)6
7%を添加濃度18〜30%でイソプロピルアルコール
に懸濁させ、これにバインダーとして熱可塑性アクリル
樹脂を6〜10%添加した。 ろう付け:押出管を前記フラックス懸濁液に漬け、引き
上げた後乾燥させて6〜10g/m2のフラックスを付
け、前記フィンを組み付け、治具で同じ力により締めつ
け600℃×3分窒素雰囲気でろう付けした。なおフィ
ンの山部分と管の接触している部分の合計長さに対する
ろう付けのされている部分の比すなわち、ろう付率が9
8%のときのフラックス量を前記表2に示すが、またフ
ラックス量が8g/m2のときのフィレット長さも表2に
併せて示した。
【0022】また前記したフィレット長さについては試
験体中央の管断面(幅方向中央、長さ20mm)を研磨
し、両面に形成された左右のフィレットについての最短
距離を指すものであることは図3において矢印を以て示
す如くである。またろう付けした熱交換器の耐蝕性を5
000時間の塩水噴霧試験(SST試験)によって評価
し、管に生じた最大腐食深さを顕微鏡焦点深度法で測定
した結果も表2に併せて示した如くである。
【0023】前記した表2の結果によるならば、本発明
の条件に合致し、Siを多く含有する試料番号3,4のも
のは使用するフラックス量が比較例である試料番号1お
よび従来例である試料番号2に比較して少い量で充分な
ろう付率を有しており、確実にろう付けできることは明
かである。またフラックス量を同じとして試験した場合
にフィレット長さが大で生成されるろう合金の多いこと
も明かで、押出圧力が従来例である試料番号2のものよ
り低いことから押出性の良好であることも理解でき、更
にフィンとの電位差を大きく採ることによってSST試
験による最大腐食深さが比較例である試料番号1のもの
より小であって耐蝕性に優れていることも明かである。
【0024】更に、本発明の条件を備えるようにSiを多
く含有し、かつCuを含有する試料番号6,7のものは本
発明例である上述試料番号3,4のものの特性に加え
て、SST試験による最大腐食深さも浅く、耐蝕性の優
れている従来例の試料番号2程度であって、本発明例試
料番号3,4のものより更に耐食性の優れていることが
明かである。
【0025】なお試料番号5,8のものは比較例で、試
料番号5のものはSiを本発明範囲を超えるものであり、
試料番号8のものはCuが本発明の範囲を超えるものであ
るか、これらの両者は共に押出圧力が高く押出性が低下
するものであることが理解される。
【0026】
【発明の効果】以上説明したような本発明によるときは
珪素粉末を含有するフラックスを用いてろう付けするこ
とにより使用するフラックス量を少くしても確実なろう
付けをなすことができ、しかも押出性が良好で、またフ
ィンとの電位差を適当な値とすることが可能であり、耐
食性を良好となし、熱交換器を経済的に提供し、しか
も、耐用期間などにおいて卓越した性能を得しめるもの
であるから工業的にその効果の大きい発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】アルミニウム合金製熱交換器についての代表的
な構成関係を示した正面図である。
【図2】アルミニウム合金製押出管についての部分的な
断面を示した斜面図である。
【図3】図2に示したような押出管に対する波状フィン
のろう付け部についてのフィレット長さの関係を拡大し
て示した説明図である。
【符号の説明】 1 ヘッダーパイプ 2 アルミニウム合金製押出管 3 波状フィン 4 押出管の内穴 5 ろう付けフィレット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 雄庸 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 Fターム(参考) 4E029 AA06 AC07 DA04 EA02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 珪素粉末を含有するフラックスを用いて
    ろう付けされる、Si0.4〜1.0wt%を含有し残部不可避
    不純物とAlからなることを特徴としたアルミニウム合金
    製熱交換器用押出管。
  2. 【請求項2】 更に、Cuを0.15wt%以下含有する請求
    項1に記載のアルミニウム合金製熱交換器用押出管。
  3. 【請求項3】 ろう付け後フィンよりも電位が50mV以
    上貴な請求項1または2の何れか1つに記載のアルミニ
    ウム合金製熱交換器用押出管。
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