JP2001502757A - 発展した電解腐食保護 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 互いに接触している異なる金属において、より貴である金属の露出された表面を、より卑である金属とガルバーニ電位的により適合する金属によって被覆することで電解腐食を縮小する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 発展した電解腐食保護 技術分野 本発明は、主に腐食性の環境からの金属保護に関し、特に銅−アルミニウム熱 交換器を空気中で利用するための保護に関する。 背景技術 電解腐食は、電解質が存在するところで２種類の異なる金属が互いに接触して 、それによってガルバーニ電池対を形成するときに発生する。より貴である金属 （電位列上で高位にある金属）は還元反応をする表面領域を提供し、より卑の金 属（電位列上で低位にある金属）は酸化のプロセスで腐食する。酸化は２つの金 属の界面で最も顕著に起こるが、実際の界面から少し離れた部分でも起こり得る 。海岸地方では、最もありふれた電解質は空気中の塩水である。細かい塩水の霧 は、内陸に海岸から５０マイルの場所まで吹き込む。産業汚染からの二酸化硫黄 もまた、空気中の湿気と結合したときに電解質をつくる。 電解腐食を防止する通常の方法は、様々なタイプの塗料によって、金属の露出 した表面を被覆することであった。多数の理由から、これらの保護被覆の技術で はわずかに限られた成功し か得られていない。被覆剤においての重要な問題は、それらの腐食防止効果が紫 外線や酸性雨のような環境に露出することで低下することである。その他のよく ある問題は、被覆材料が多くの場合に金属の基材によく付着せず、結局剥がれ落 ち、または浸食されて金属基材を露出させることである。さらに、そのような保 護被覆剤は多孔性のものであるため、電解質は基材の表面に浸透して電池対と結 合できる。加えて、ある物品の表面上へ保護被覆を適用することはこれらの性能 に悪影響を及ぼす。 装置の有効寿命を延長しようと、従来の銅―アルミニウム熱交換機を様々な材 料で被覆する試みがなされ、大小いろいろの成功が収められた。これらの被覆材 料は多くの場合に装置の熱伝達能力を減少させ、また粘着性が低く、そして悪い 環境にさらされている全ての領域に浸透することができない。 発明の開示 本発明は主に、発展した電解腐食防止方法を提供する。本発明においては、一 方がもう片方よりも貴である２種類の金属から構成された物品において、より貴 である金属の外側の表面に、卑の金属とガルバーニ電位的に（galvanically）適 合性のある金属が処理されており、電池対の還元反応の発生を防止する保護層を ２つの異なる金属間に形成するようにしている。この発明は、電解質の存在下で ２種類の異なる金属が互いに接触している場合に発生する酸化還元プロセスを顕 著に減らす。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に従って処理された熱交換チューブを備えた、熱交換器の斜視 図である。 最良な発明の実施の形態 以下に詳細に説明するように、銅―アルミニウム熱交換器の電解腐食防止とし て本発明を説明する。しかし、本発明はこの特定の例に限らず、異なる金属が電 解質の存在下で互いに接触している多数の配置に関して利用できることは当業者 にとって明らかだろう。 図１に、一般的に空気調和装置に使用されるタイプのフィン／チューブ熱交換 器１０が例示されている。熱交換器には、冷媒を熱交換器を通して運ぶための１ つあるいは複数の通流回路が備えられている。説明のために、熱交換器１０には 、該熱交換器１０の一端において９０°の曲がりチューブ５によって互いに接続 されている入り口ライン３と出口ライン４からなる１つの通流回路チューブ２が 設けられている。しかし、システムの要求によってさらに回路を加えることが可 能なことは明らかだろう。この装置は、さらに、通流回路の長さに沿って間隔を 開けて配置された部材のように、径方向に配置された板からなる一連のフィン６ を備えている。フィン６は、組立品において１対の端板７，８の間で支持されて おり、チューブ２の延長部の周囲及び間隔を開けて配置されたフィン６の間にガ スが流れるガス流通路を画定している。 上述したように、このタイプの熱交換器は、利用の際、通常は腐食性の環境に さらされている。このタイプの一般的な配置の熱交換器では、通流回路チューブ に銅管が、フィンにアルミニウムが使用される。フィンはチューブと接触してお り、熱伝導によってチューブから熱を取り去り、さらに対流によりチューブ周囲 を流れるガス（通常は空気）に熱が移送されることによってその熱は消費される 。銅は、その良い熱伝導性、腐食への一般的な耐性、修理の容易性のため、チュ ーブ構造に利用される。フィンは、良い熱伝導性、製造の容易性、低コスト性と いう理由から、アルミニウムによって製造される。銅によって全体を構成してい る熱交換器が、アルミニウムによって全体を構成しているものと同様に、電解腐 食を防止するために特定の用途で利用されているが、上述した特性が犠牲となる 。 アルミニウムは、電位列上で銅よりも低位、すなわち卑である。アルミニウム が電解質の存在下で銅と接触すると、酸化あるいは腐食するのはこのためである 。図１に示された構成で、チューブとフィンの界面部分では、ガルバーニ電池対 が形成され、そこでアルミニウムフィンの腐食が起こる。交差部分で腐食が起こ ると、もはやフィンはチューブと接触しなくなり、フィンがチューブから熱を伝 導する能力を失うため、熱交換器の効率は顕著に減少する。 以下のさらに詳細な説明では、本発明に従い、露出されたチューブ２の表面が アルミニウムまたはアルミニウムとガルバーニ電位的により適合できる金属によ って被覆または強化される。 アルミニウム被膜とアルミニウムフィン６の間に電池対は形成されないので、ア ルミニウムは最も良い候補材料である。しかし、亜鉛、スズ、マグネシウム、ガ リウム、カドミウム、鉛のような活性金属もまた電池対の範囲及びフィン材料の 酸化速度を小さくする。 アルミニウムによる銅チューブ２の被覆または表面強化は熱交換機１０の組立 前に完了される。銅へのアルミニウム被覆は周知の方法であり、腐食防止目的の 一般の被覆剤で起こる上述の問題を実質上取り除くために、かなり正確に行うこ とができる。銅にアルミニウムを被せるいくつかのプロセスは産業上公知であり 、本発明でよく検討されている。被覆のプロセスには、溶融メッキ、電気メッキ や、アルミニウム入り塗料やスラリーの塗装、熱間溶射がある。表面強化のプロ セスでは、イオン蒸着法、化学蒸着法、物理蒸着法が利用される。 本発明の重要な点は、通流回路チューブ２の表面全体にアルミニウムを均一に 被覆することである。チューブ表面前処理の可変条件についてよく検討してある プロセスであっても、予熱温度やコーティング組成やコーティング厚さは、本発 明において適当な成果を得るために、慎重に制御しなければならない。露出した チューブ表面の前処理では、確実に被覆材料をチューブへ付着させるために、表 面の酸化層を銅から取り除くことが望ましい。多数の表面前処理プロセスが産業 上公知であり、還元ガスの利用、フラックス、ショットブラスティングがある。 チューブの予熱温度は、銅の溶解を防ぎ、被覆プロセス中の金 属間化合物の成長を抑制するために、２４℃から６００℃の間に調節しなければ ならない。 後で被覆剤に損傷を与えることなく熱交換器を組立て得るように、被覆剤は高 い延性を有するものが望ましい。被覆剤の延性は、被覆剤の組成と被覆膜厚で一 部決定される。上述したように、チューブ材料よりもガルバーニ電位的にフィン 材料と適合性がある金属の組成物はフィン６の酸化速度を小さくし、同時に理想 的な被覆材料はフィン材料と厳密に適合するものである。あるアルミニウム合金 の利用が本発明では考えられており、それらの中には、シリコンと結合したアル ミニウム及び亜鉛と結合したアルミニウムがある。被覆は電解質の浸透を防止す るのに十分なほど、厚くなければならない。しかし、被覆剤は装置の熱交換に悪 影響に与えるため、過度に厚い保護層は避けるべきである。本発明で考えられて いる最適の膜厚の範囲は０．１ミル〜２ミルである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１１月３日（１９９８．１１．３） 【補正内容】 明細書 発明の名称 発展した電解腐食保護 技術分野 本発明は、主に腐食性の環境からの金属保護に関し、特に銅−アルミニウム熱 交換器を空気中で利用するための保護に関する。 背景技術 電解腐食は、電解質が存在するところで２種類の異なる金属が互いに接触して 、それによってガルバーニ電池対を形成するときに発生する。より貴である金属 （電位列上で高位にある金属）は還元反応をする表面領域を提供し、より卑の金 属（電位列上で低位にある金属）は酸化のプロセスで腐食する。酸化は２つの金 属の界面で最も顕著に起こるが、実際の界面から少し離れた部分でも起こり得る 。海岸地方では、最もありふれた電解質は空気中の塩水である。細かい塩水の霧 は、内陸に海岸から５０マイルの場所まで吹き込む。産業汚染からの二酸化硫黄 もまた、空気中の湿気と結合したときに電解質をつくる。 電解腐食を防止する通常の方法は、様々なタイプの塗料によって、金属の露出 した表面を被覆することであった。多数の理由から、これらの保護被覆の技術で はわずかに限られた成功し か得られていない。被覆剤においての重要な問題は、それらの腐食防止効果が紫 外線や酸性雨のような環境に露出することで低下することである。その他のよく ある問題は、被覆材料が多くの場合に金属の基材によく付着せず、結局剥がれ落 ち、または浸食されて金属基材を露出させることである。さらに、そのような保 護被覆剤は多孔性のものであるため、電解質は基材の表面に浸透して電池対と結 合できる。加えて、ある物品の表面上へ保護被覆を適用することはこれらの性能 に悪影響を及ぼす。 装置の有効寿命を延長しようと、従来の銅―アルミニウム熱交換機を様々な材 料で被覆する試みがなされ、大小いろいろの成功が収められた。これらの被覆材 料は多くの場合に装置の熱伝達能力を減少させ、また粘着性が低く、そして悪い 環境にさらされている全ての領域に浸透することができない。 日本の特開昭５３−１３２４４９号公報には、アッセンブリ全体をアルミニウ ムろうのクラッド（clad）によって被覆されている鉄管とアルミニウムフィンと から形成された熱交換器が開示されている。英国特許公開公報ＧＢ２２８４８８ ２Ａでは、望ましくは鉄鋼からなるチューブから形成された、フィン−チューブ 形熱交換器が開示されており、このものではチューブ自体の腐食を防止する腐食 防護層を得るとともにチューブとフィン間の接合性を改善するために、チューブ が金属被覆、特に軟質の可鍛金属被覆剤によって被覆されている。仏国特許公開 公報ＦＲ２１７９３１７Ａでは銅チューブとアルミニウムフィンから作られた熱 交換器が開示されており、上記チューブは溶融 メッキ工程を適用したろう付けによって２０〜５０マイクロメートルの厚さで被 覆されている。特開昭６３−０３４４９５号公報ではアルミニウムフィンと、亜 鉛を含むアルミニウム合金ろうによって炎メッキされたアルミニウム合金のチュ ーブとを有する熱交換器が開示されている。 発明の開示 本発明は主に、発展した電解腐食防止方法を提供する。本発明においては、一 方がもう片方よりも貴である２種類の金属から構成された物品において、より貴 である金属の外側表面に、より貴である金属の卑の金属に対するガルバーニ電位 的（galvanically）な適合性よりも、さらに良いガルバーニ電位的な適合性を卑 の金属に対して有する金属が、組立前に処理されており、かつ卑の金属の電解腐 食を減少させる保護層を、より貴である金属表面上に、かつ卑の金属とより貴で ある金属の間に、形成するようにしている。より貴である金属に最適の金属処理 を適用することで、この発明は、例えば電解質の存在下で熱交換器の銅チューブ に取り付けられたアルミニウムフィンのような、卑の金属の腐食を発生させる酸 化還元プロセスを顕著に減らす。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に従って処理された熱交換チューブを備えた、熱交換器の斜視 図である。 最良な発明の実施の形態 以下に詳細に説明するように、銅―アルミニウム熱交換器の電解腐食防止とし て本発明を説明する。しかし、本発明はこの特定の例に限らず、異なる金属が電 解質の存在下で互いに接触している多数の配置に関して利用できることは当業者 にとって明らかだろう。 図１に、一般的に空気調和装置に使用されるタイプのフィン／チューブ熱交換 器１０が例示されている。熱交換器には、冷媒を熱交換器を通して運ぶための１ つあるいは複数の通流回路が備えられている。説明のために、熱交換器１０には 、該熱交換器１０の一端において９０°の曲がりチューブ５によって互いに接続 されている入り口ライン３と出口ライン４からなる１つの通流回路チューブ２が 設けられている。しかし、システムの要求によってさらに回路を加えることが可 能なことは明らかだろう。この装置は、さらに、通流回路の長さに沿って間隔を 開けて配置された部材のように、径方向に配置された板からなる一連のフィン６ を備えている。フィン６は、組立品において１対の端板７，８の間で支持されて おり、チューブ２の延長部の周囲及び間隔を開けて配置されたフィン６の間にガ スが流れるガス流通路を画定している。 上述したように、このタイプの熱交換器は、利用の際、通常は腐食性の環境に さらされている。このタイプの一般的な配置の熱交換器では、通流回路チューブ に銅管が、フィンにアルミ ニウムが使用される。フィンはチューブと接触しており、熱伝導によってチュー ブから熱を取り去り、さらに対流によりチューブ周囲を流れるガス（通常は空気 ）に熱が移送されることによってその熱は消費される。銅は、その良い熱伝導性 、腐食への一般的な耐性、修理の容易性のため、チューブ構造に利用される。フ ィンは、良い熱伝導性、製造の容易性、低コスト性という理由から、アルミニウ ムによって製造される。銅によって全体を構成している熱交換器が、アルミニウ ムによって全体を構成しているものと同様に、電解腐食を防止するために特定の 用途で利用されているが、上述した特性が犠牲となる。 アルミニウムは、電位列上で銅よりも低位、すなわち卑である。アルミニウム が電解質の存在下で銅と接触すると、酸化あるいは腐食するのはこのためである 。図１に示された構成で、チューブとフィンの界面部分では、ガルバーニ電池対 が形成され、そこでアルミニウムフィンの腐食が起こる。交差部分で腐食が起こ ると、もはやフィンはチューブと接触しなくなり、フィンがチューブから熱を伝 導する能力を失うため、熱交換器の効率は顕著に減少する。 以下のさらに詳細な説明では、本発明に従い、露出されたチューブ２の表面が アルミニウムまたはアルミニウムとガルバーニ電位的により適合できる金属によ って被覆または強化される。アルミニウム被膜とアルミニウムフィン６の間に電 池対は形成されないので、アルミニウムは最も良い候補材料である。しかし、亜 鉛、スズ、マグネシウム、ガリウム、カドミウム、鉛の ような活性金属もまた電池対の範囲及びフィン材料の酸化速度を小さくする。 アルミニウムによる銅チューブ２の被覆または表面強化は熱交換機１０の組立 前に完了される。銅へのアルミニウム被覆は周知の方法であり、腐食防止目的の 一般の被覆剤で起こる上述の問題を実質上取り除くために、かなり正確に行うこ とができる。銅にアルミニウムを被せるいくつかのプロセスは産業上公知であり 、本発明でよく検討されている。被覆のプロセスには、溶融メッキ、電気メッキ や、アルミニウム入り塗料やスラリーの塗装、熱間溶射がある。表面強化のプロ セスでは、イオン蒸着法、化学蒸着法、物理蒸着法が利用される。 本発明の重要な点は、通流回路チューブ２の表面全体にアルミニウムを均一に 被覆することである。チューブ表面前処理の可変条件についてよく検討してある プロセスであっても、予熱温度やコーティング組成やコーティング厚さは、本発 明において適当な成果を得るために、慎重に制御しなければならない。露出した チューブ表面の前処理では、確実に被覆材料をチューブへ付着させるために、表 面の酸化層を銅から取り除くことが望ましい。多数の表面前処理プロセスが産業 上公知であり、還元ガスの利用、フラックス、ショットブラスティングがある。 チューブの予熱温度は、銅の溶解を防ぎ、被覆プロセス中の金属間化合物の成長 を抑制するために、２４℃から６００℃の間に調節しなければならない。 後で被覆剤に損傷を与えることなく熱交換器を組立て得るよ うに、被覆剤は高い延性を有するものが望ましい。被覆剤の延性は、被覆剤の組 成と被覆膜厚で一部決定される。上述したように、チューブ材料よりもガルバー ニ電位的にフィン材料と適合性がある金属の組成物はフィン６の酸化速度を小さ くし、同時に理想的な被覆材料はフィン材料と厳密に適合するものである。ある アルミニウム合金の利用が本発明では考えられており、それらの中には、シリコ ンと結合したアルミニウム及び亜鉛と結合したアルミニウムがある。被覆は電解 質の浸透を防止するのに十分なほど、効果的に厚くなければならない。しかし、 被覆剤は装置の熱交換に悪影響に与えるため、過度に厚い保護層は避けるべきで ある。本発明で考えられている最適の膜厚の範囲は０．１〜２ミル（２．５〜５ １マイクロメートル）である。 請求の範囲 １． 組立品が電解質に露出されているときに、前記組立品において第２のより 貴である金属の構成材料と組み立てられている第１のより卑である金属の構成材 料の電解腐食を減少させる方法であって、組み立てられた前記第１のより卑であ る金属の構成材料が前記第２のより貴である金属の表面と接触する表面を有して いるものにおいて、前記第２のより貴である金属の構成材料の露出した表面に、 前記第２の貴である金属の構成材料の前記第１の卑である金属の構成材料とのガ ルバーニ電位的な適合性よりも、より良いガルバーニ電位的適合性を前記第１の 卑である金属に対してもつ金属を、前記第１の構成材料を前記第２の構成材料に 組み込む前に処理するステップを含み、これによって前記第２のより貴である金 属の構成材料の前記露出した表面上に、かつ前記第１の卑である金属の構成材料 と前記第２のより貴である金属の構成材料との間に保護層を形成することを特徴 とする電解腐食を減少させる方法。 ２． 前記第２のより貴である金属の構成材料は主に銅からなり、前記第１の卑 である金属の構成材料は主にアルミニウムからなり、前記処理金属は、アルミニ ウム、シリコンを含むアルミニウム合金、亜鉛を含むアルミニウム合金、亜鉛、 スズ、マグネシウム、ガリウム、カドミウム、鉛、そ してそれらの組み合わせからなる群から選択した金属を含むことを特徴とする請 求項１記載の方法。 ３． 前記処理ステップは、前記第２の構成材料の前記露出した表面に前記処理 金属層を形成するように、前記第２のより貴である構成材料の前記露出した表面 に前記処理金属を被覆する請求項２記載の方法。 ４． 前記被覆処理は、溶融メッキ工程、電気メッキ工程、塗装工程または拡散 被覆処理であることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５． 外側表面のある少なくとも１つの金属製熱交換チューブと、前記熱交換チ ューブの外側表面に取り付けられた少なくとも１つの金属製フィンとを備えて、 前記少なくとも１つのフィンが前記熱交換チューブの金属よりも卑である金属か ら形成されているとともに、電解質に露出した状態で利用される熱交換器中の前 記フィンの電解腐食を減少させる方法であって、前記のより貴であるチューブの 金属の前記卑のフィンの金属に対するガルバーニ電位的適合性よりも、より良い ガルバーニ電位的適合性を前記卑のフィンの金属に対してもつ金属を、前記少な くとも１つのフィンを前記熱交換チューブの前記外側表面に組み込む前に、前記 熱交換チューブの前記外側表面に処理するステップを含 む電解腐食を減少させる方法。 ６． 前記熱交換チューブの金属は主に銅からなり、前記フィンの金属は主にア ルミニウムからなり、前記処理金属は、アルミニウム、シリコンを含むアルミニ ウム合金、亜鉛を含むアルミニウム合金、亜鉛、スズ、マグネシウム、ガリウム 、カドミウム、鉛、そしてそれらの組み合わせからなる群から選択した金属を含 むことを特徴とする請求項５記載の方法 ７． 前記処理ステップは、前記熱交換チューブの前記外側表面に前記処理金属 の層を形成するように、前記熱交換チューブの前記外側表面に前記処理金属を被 覆する請求項６記載の方法。 ８． 前記被覆処理は、溶融メッキ工程、電気メッキ工程、塗装工程または拡散 被覆処理であることを特徴とする請求項７記載の方法。 ９． 前記処理金属の層は厚さが約０．０００１インチ〜０．００２インチ（２ ．５マイクロメートル〜５１マイクロメートル）の間であることを特徴とする請 求項３，４，７，８のいずれかに記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＭＸ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 第１の構成材料が、第２の構成材料よりも卑の金属で構成され、かつ前記 第１の構成材料が前記第２の金属の表面と接触する表面を有し、前記第２の構成 材料と接触している前記第１の構成材料表面の電解腐食を防止する方法であって 、前記第２の構成材料の露出した表面に卑の金属を処理するステップを含む電解 腐食を防止する方法。 ２． 前記処理ステップは、前記第２の構成材料の露出した表面に卑金属層を形 成するように、前記第２の構成材料の露出した表面に卑金属を被覆する請求項１ 記載の方法。 ３． 前記卑金属層は厚さが約０．０００１インチから０．００２インチの間で あることを特徴とする請求項２記載の方法。 ４． 前記被覆処理は、溶融メッキ工程、電気メッキ工程、塗装工程または拡散 被覆処理であることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５． 前記処理ステップは表面強化工程であることを特徴とする請求項１記載の 方法。 ６． 前記処理ステップは、イオン蒸着、化学蒸着、または物理蒸着であること を特徴とする請求項５記載の方法。 ７． 前記第２の構成材料は主に銅からなり、前記第１の構成材料は主にアルミ ニウムからなり、前記卑金属は主にアルミニウムあるいはシリコンか亜鉛を含む アルミニウム合金からなる請求項１記載の方法。 ８． 前記第２の構成材料は主に銅からなり、前記第１の構成材料は主にアルミ ニウムからなり、前記卑金属は、亜鉛、スズ、マグネシウム、ガリウム、カドミ ウム、鉛、そしてそれらの組み合わせからなる群から選択したアルミニウムより 卑である成分を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。 ９． 請求項１記載の方法に従って製造した熱交換器。 １０． 前記第１の構成材料はアルミニウムからなるフィンであり、前記第２の 構成材料は銅からなるチューブであり、前記卑金属は、アルミニウム、シリコン とアルミニウムの合金、亜鉛とアルミニウムの合金、亜鉛、スズ、マグネシウム 、ガリウム、カドミウム、鉛、それらの組み合わせからなる群から選択した卑金 属であることを特徴とする請求項９記載の熱交換器。