JP2000212666A - 耐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金押出し管 - Google Patents

耐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金押出し管

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JP2000212666A
JP2000212666A JP11015094A JP1509499A JP2000212666A JP 2000212666 A JP2000212666 A JP 2000212666A JP 11015094 A JP11015094 A JP 11015094A JP 1509499 A JP1509499 A JP 1509499A JP 2000212666 A JP2000212666 A JP 2000212666A
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aluminum alloy
heat exchanger
extruded tube
alloy extruded
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Masakazu Edo
正和 江戸
Shu Kuroda
周 黒田
Ken Toma
建 当摩
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MA Aluminum Corp
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Mitsubishi Aluminum Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器などのチューブ材として用いる弱酸
性からアルカリ性に渡る広範囲pHに対する耐食性に優
れた高強度押出し管を提供する。 【解決手段】 Fe:0.6越え〜1.5%、Mn:
0.5越え〜1.2%を含有し、残りがAlおよび不可
避不純物からなる組成のAl合金に、さらにCu:0.
05〜0.7%、Si:0.1〜1.0%の内の1種ま
たは2種を含有し、さらにTi:0.01〜0.25
%、Zr:0.01〜0.25%の内の1種または2種
を含有する組成のAl合金からなる耐食性に優れた熱交
換器用高強度アルミニウム合金押出し管。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、耐食性、特にア
ルカリ環境下から酸性環境下に渡る広範囲pH領域での
耐食性に優れた熱交換器などの構造用部材として用いる
高強度アルミニウム合金押出し管に関するものであり、
特にLLC(ロングライフクーラント)を含む冷却水を
冷媒として使用する自動車用のラジエータ、ヒーターコ
ア、オイルクーラーなどの熱交換器の構造部材として使
用可能な耐食性に優れた高強度アルミニウム合金押出し
管に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車のラジエーターやヒーター
コアのチューブとして、重量%で(以下、%は重量%を
示す)、Fe:0.03〜0.6%、Si:0.01〜
1.10%、Cu:0.1〜1.0%、Mn:0.1〜
0.5%を含有し、さらに、必要に応じて、Ti:0.
3%以下、Zr:0.3%以下の内の1種または2種を
含有する組成のAl合金からなる耐食性に優れた熱交換
器用アルミニウム合金押出し管は知られており、この熱
交換器用アルミニウム合金押出し管は88℃のASTM
人工水(Cl- :100ppm,SO4 2-:100pp
m,CO2 :100ppmを含む酸性水溶液)に対して
優れた耐食性を有するとされている(特開平5−320
798号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、冷媒と
して水に不凍液と防錆剤からなるLLC(ロングライフ
クーラント)を添加した冷却水が使用されているが、こ
のLLCが粗悪品であると冷却水がpH9以上のアルカ
リ性になることが分かっており、前記従来の熱交換器用
アルミニウム合金押出し管は、前記粗悪なLLC(ロン
グライフクーラント)を含む冷却水を使うような環境で
は孔食が進行して早期に貫通孔が発生するために熱交換
器の構成部材としては適さない。したがって、従来と同
じ弱酸性の水道水もしくは雨水を冷却水として使用でき
るだけでなく、粗悪なLLCを含むアルカリ性の冷却水
を冷媒としても使うことのできる(すなわち、弱酸性溶
液からアルカリ性溶液に渡る広範囲pH領域の水溶液に
対して優れた耐食性を示す)熱交換器用アルミニウム合
金押出し管が求められている。さらに、近年、冷却水の
循環を早めて熱交換効率の一層の向上を計っており、冷
却水の循環を早くすると、熱交換器のチューブに従来よ
りも一層高圧力がかかり、したがって、従来よりも一層
高強度の熱交換器用アルミニウム合金押出し管が求めら
れている。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
弱酸性溶液からアルカリ性溶液に渡る広範囲pH領域の
水溶液に対して従来よりも一層耐食性に優れかつ高強度
のアルミニウム合金押出し管を得るべく研究を行った結
果、(イ)従来のFe含有量よりも多いFe:0.6越
え〜1.5%を含有させ、さらにMnを0.5越え〜
1.2%を含有させたAl合金は、押出し加工が可能で
あり、このAl合金を押出し加工して得られた押出し管
は、高強度を有し、弱酸性溶液からアルカリ性溶液まで
の広い範囲のpH領域の水溶液に対して耐食性が一層向
上する、(ロ)Fe:0.6越え〜1.5%を含有さ
せ、さらにMnを0.5越え〜1.2%を含有させたA
l合金に、さらにSi:0.1〜1.0%、Cu:0.
05〜0.7%の内の1種または2種を含有を含有させ
ることが一層好ましい、(ハ)前記(イ)〜(ロ)のA
l合金に、さらにTi:0.01〜0.25%、Zr:
0.01〜0.25%の内の1種または2種を含有を含
有させると、押出し温度での変形抵抗を小さくし、押出
し性を向上させると共にろう付け後に微細な金属間化合
物として素地中に分散し、強度を向上させる作用を有す
る、という知見を得たのである。
【0005】この発明は、かかる知見に基づいて成され
たものであって、(1)重量%で、Fe:0.6越え〜
1.5%、Mn:0.5越え〜1.2%を含有し、残り
がAlおよび不可避不純物からなる組成のAl合金から
なる耐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金
押出し管、(2)重量%で、Fe:0.6越え〜1.5
%、Mn:0.5越え〜1.2%を含有し、さらにS
i:0.1〜1.0%、Cu:0.05〜0.7%の内
の1種または2種を含有し、残りがAlおよび不可避不
純物からなる組成のAl合金からなる耐食性に優れた熱
交換器用高強度アルミニウム合金押出し管、(3)前記
(1)または(2)記載のAl合金に、さらにTi:
0.01〜0.25%、Zr:0.01〜0.25%の
内の1種または2種を含有する組成のAl合金からなる
耐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金押出
し管、に特徴を有するものである。
【0006】前記(1)、(2)または(3)記載のア
ルミニウム合金押出し管の外表面にZnを溶射して被覆
管を作製し、この被覆管を熱交換器のチューブ材として
使用することができる。したがって、この発明は、
(4)前記(1)、(2)または(3)記載のアルミニ
ウム合金押出し管の外表面にZnを溶射してなる耐食性
に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金押出し管、
に特徴を有するものである。
【0007】前記(1)、(2)または(3)記載のア
ルミニウム合金押出し管の外表面に粉末ろう材を塗布し
て被覆管を作製し、この被覆管を熱交換器のチューブ材
として使用することができる。したがって、この発明
は、(5)前記(1)、(2)または(3)記載のアル
ミニウム合金押出し管の外表面に粉末ろう材を塗布して
なる耐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金
押出し管、に特徴を有するものである。
【0008】前記(4)記載のアルミニウム合金押出し
管の外表面にZnを被覆してなる耐食性に優れた熱交換
器用高強度アルミニウム合金押出し管、または前記
(5)記載のアルミニウム合金押出し管の外表面に粉末
ろう材を塗布してなる耐食性に優れた熱交換器用高強度
アルミニウム合金押出し管は、いずれもフィンと、ヘッ
ダープレートをろう付けにより接合して耐食性に優れた
熱交換器を製造することができる。
【0009】この発明の耐食性に優れた熱交換器用高強
度アルミニウム合金押出し管の成分組成を上述のごとく
限定した理由を述べる。
【0010】Fe:Feは、素地中にAl−Fe金属間
化合物として、またMnあるいはMn、Siが共存する
場合はAl−Mn−Fe金属間化合物あるいはAl−M
n−Fe−Si金属間化合物として晶出または析出して
ろう付け後の強度を向上させ、またこれら金属間化合物
を微細に均一に分散させるために、これらが孔食の発生
源となり、面食の腐食形態となって耐食性を向上させる
ところから含有させるが、その含有量が0.6%以下で
は所望の効果が得られず、一方、1.5%を越えると耐
食性および押出し性が低下し、さらに押出し加工時に表
面肌荒れや形状不良を発生させるので好ましくない。し
たがって、Feの含有量は、0.6越え〜1.5%に定
めた。Feの含有量の一層好ましい範囲は0.7〜1.
0%である。
【0011】Mn:Mnは、金属間化合物として晶出ま
たは析出してろう付け後の強度を向上させ、Siが共存
する場合はAl−Mn−Si金属間化合物として晶出ま
たは析出してろう付け後の強度を向上させ、さらにチュ
ーブの電位を貴にするためにフィンとの電位差を大きく
取れてフィンの防食効果をより有効にし、外部耐食性を
向上させる作用を有するが、その含有量が0.5%以下
では所望の効果が得られず、一方、1.2%を越えて含
有すると粗大なAl−Mn金属間化合物となって素地中
に分散し、高温での変形抵抗を大きくするために押出し
性を著しくて低下させるので好ましくない。したがっ
て、Mnの含有量を0.5越え〜1.2%に定めた。M
nの含有量の一層好ましい範囲は0.6〜1.0%であ
る。
【0012】Si、Cu:これら成分は、共にマトリッ
クスに固溶してろう付け後の強度を向上させる作用を有
し、Siはさらに押出し加工温度での変形抵抗を小さく
して押出し性を向上させる作用を有し、またCuはチュ
ーブの電位を貴にするためにフィンとの電位差を大きく
取れてフィンの防食効果をより有効にすることにより外
部耐食性を向上させるので必要に応じて添加するが、S
iの含有量が0.1%未満、Cuの含有量が0.05%
未満では所望の効果が得られず、一方、Siの含有量が
1.0%を越えて含有すると融点を低下させてろう付け
時に材料の溶融を招き、さらに押出し性および耐食性を
低下させ、またCuの含有量が0.7%を越えて含有す
ると腐食速度が早くなり、孔食が深さ方向に成長しやす
くなって耐食性が低下するので好ましくない。したがっ
て、Siの含有量を0.1〜1.0%に定め、Cuの含
有量を0.05〜0.7%に定めた。Cuの含有量の一
層好ましい範囲は0.05〜0.5%であり、Siの含
有量の一層好ましい範囲は0.3〜0.7%である。
【0013】Ti、Zr:これら成分は、押出し温度で
の変形抵抗を小さくし、押出し性を向上させると共にろ
う付け後に微細な金属間化合物として素地中に分散し、
強度を向上させる作用を有するので必要に応じて添加す
るが、その含有量が0.01%未満では所望の効果が得
られず、一方、0.25%を越えても更なる効果が期待
できない。したがって、Ti:0.01〜0.25%
(一層好ましくは0.05〜0.2%)、Zr:0.0
1〜0.25(一層好ましくは0.05〜0.2%)%
に定めた。
【0014】
【発明の実施の形態】表1〜表5に示す成分組成のAl
合金を溶解し、鋳造して直径:400mmのビレットを
製造し、このビレットを580℃、12時間保持の条件
で均質化処理を行い、この均質化処理を行ったビレット
を温度:450℃で押出し加工することにより幅:17
mm、高さ:3mm、肉厚:0.5mmの寸法を有し、
内部が3つの支柱壁により仕切られて4個の通路を形成
した偏平形状の本発明押出し管1〜32、比較押出し管
1〜4および従来押出し管1〜2を作製した。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【表3】
【0018】
【表4】
【0019】
【表5】
【0020】これら表1〜表5に示される成分組成の本
発明押出し管1〜32、比較押出し管1〜4および従来
押出し管1〜2を用いて熱交換器用高強度のチューブを
作製したのち、このチューブを600℃に3分間保持し
た後、冷却速度:100℃/min.で室温まで冷却す
るろう付けを想定した熱処理を施し、その後、下記の条
件の腐食試験を行った。
【0021】腐食試験1 Cl- :170ppm,SO4 2-:50ppm,F
3+:20ppm,Cu2+:1ppmを含むpH:3.
0の水溶液を用意し、この水溶液を自動車用熱交換器の
冷却水と想定して、前記本発明押出し管1〜32、比較
押出し管1〜4および従来押出し管1〜2で作製したチ
ューブに、温度:80℃の前記水溶液を流速:1m/s
ec.で8時間循環させたのち室温で16時間保持する
と云う温度サイクル操作を30日間行い、30日間経過
後のチューブ内部の孔食の最大腐食深さを測定し、その
測定結果を表6〜表9に示した。
【0022】腐食試験2 Cl- :170ppm,SO4 2-:50ppm,F
3+:20ppm,Cu2+:1ppmを含む水溶液をN
aOHでpH11に調整した水溶液を用意し、この水溶
液を自動車用熱交換器の冷却水と想定して、前記本発明
押出し管1〜32、比較押出し管1〜4および従来押出
し管1〜2で作製したチューブに、温度:80℃の前記
水溶液を流速:1m/sec.で8時間循環させたのち
室温で16時間保持すると云う温度サイクル操作を60
日間行い、60日間経過後のチューブ内部の孔食の最大
腐食深さを測定し、その測定結果を表6〜表9に示し
た。
【0023】強度試験 前記本発明押出し管1〜32、比較押出し管1〜4およ
び従来押出し管1〜2で作製したチューブを600℃に
3分間保持した後、冷却速度:100℃/min.で室
温まで冷却するろう付けを想定した熱処理を施し、その
後、室温で引張試験を行って引張強度を測定し、その測
定結果を表6〜表9に示した。
【0024】
【表6】
【0025】
【表7】
【0026】
【表8】
【0027】
【表9】
【0028】表6〜表9に示される結果から、本発明押
出し管1〜32は、従来押出し管1〜2に比べて、腐食
試験2のアルカリ水溶液中での表面からの最大腐食深さ
が極めて小さいところから、アルカリ水溶液中での耐食
性に優れていることが分かる。また、構成成分の内の少
なくとも1種の含有量がこの発明の範囲から外れている
比較押出し管1〜4は耐食性または強度などの特性が劣
ることも分かる。
【0029】
【発明の効果】上述のように、この発明の押出し管は耐
食性に優れているため、この発明の押出し管を用いて作
製した熱交換器は、広範囲のpHの冷却水を使用しても
貫通することなく長期間使用することができ、産業上優
れた効果をもたらすものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 当摩 建 静岡県裾野市平松85番地 三菱アルミニウ ム株式会社技術開発センター内 Fターム(参考) 4D075 CA33 DA18 DA20 DB07 DC16 EA02 EA37 4E029 AA06 4K031 AA01 AB02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 Fe:0.6越え〜1.5%、 Mn:0.5越え〜1.2%、を含有し、残りがAlお
    よび不可避不純物からなる組成のAl合金からなること
    を特徴とする耐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニ
    ウム合金押出し管。
  2. 【請求項2】 重量%で、 Fe:0.6越え〜1.5%、 Mn:0.5越え〜1.2%、を含有し、さらに、 Si:0.1〜1.0%、 Cu:0.05〜0.7%、の内の1種または2種を含
    有する組成のAl合金からなることを特徴とする耐食性
    に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金押出し管。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のAl合金に、さ
    らに、 Ti:0.01〜0.25%、 Zr:0.01〜0.25%、の内の1種または2種を
    含有する組成のAl合金からなることを特徴とする耐食
    性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム合金押出し
    管。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3記載のアルミニウ
    ム合金押出し管の外表面にZnを溶射してなることを特
    徴とする耐食性に優れた熱交換器用高強度アルミニウム
    合金押出し管。
  5. 【請求項5】 請求項1、2または3記載のアルミニウ
    ム合金押出し管の外表面に粉末ろう材を塗布してなるこ
    とを特徴とする耐食性に優れた熱交換器用高強度アルミ
    ニウム合金押出し管。
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