JP2004202579A - アルミニウム合金ろう材、ろう付用材料、それを用いたろう付品およびその製造方法、ならびにろう付用熱交換チューブ、それを用いた熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 犠牲腐食によるろう付用防食熱交換チューブにおいて、フィンの剥がれを抑制するとともに、腐食深さを抑制し、優れた耐食性を有する熱交換器を製造する。
【解決手段】 ろう付用熱交換チューブＳとフィン４とが、前記ろう付用熱交換チューブＳのろう材層１１を介してろう付されてなることを特徴とする熱交換器１０であって、前記ろう付層１１は、Ｓｉ：６〜１５質量％、Ｚｎ：１〜２０質量％を含有し、さらにＣｕ：０．３〜０．６質量％、Ｍｎ：０．３〜１．５質量％の少なくとも一方を含有し、残部がアルミニウムおよび不純物からなるアルミニウム合金ろう材の溶射によって形成されている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、アルミニウム合金ろう材、ろう付用材料、このろう付用材料を用いたろう付品およびその製造方法、さらには、例えば自動車用、家庭用、業務用のエアコンにおける凝縮器、蒸発器の他、ラジエータ等として使用されるアルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換器に用いられ、耐食性を要求される熱交換チューブ、この熱交換チューブを用いた熱交換器、および熱交換器の製造方法に関する。

自動車用のラジエーター、クーラーのコンデンサまたはエバポレータとして用いられる交換器として、アルミニウム製の偏平型の熱交換チューブとコルゲートフィンとが交互に積層配置された状態でろう付け一体化された熱交換器コア部を有するものが周知である。

このような熱交換器の製造において、フィレットの優先腐食によるチューブの腐食抑制や、熱交換チューブの表層部にＺｎ拡散層を形成し、表層部の犠牲腐食によって熱交換器の耐食性向上を図ることは周知の技術である。例えば、熱交換チューブの表面にＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材を溶射してろう付用材料を作製し、このろう付用材料とフィンとを組み付けてろう付することにより、フィンの接合およびＺｎ拡散層の形成を行う方法がある（例えば、特許文献１〜３）。

また、オイルクーラー用パイプにおいては、低融点ろう材としてＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金が用いられることもある（例えば特許文献４）。
特開昭５９−１０４６７号公報（第３頁左下欄第４表、第９〜１２行） 特許第２５１５５６１号公報（請求項１等） 特開平７−１７４４８２号公報（請求項１等） 特開平１０−２６５８８１号公報（請求項３等）

上述のＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材を用いたＺｎの多いろう材もしくはＺｎ溶射チューブではフィレットの優先腐食によるフィンの剥がれが発生するが、剥がれ時期を遅らせることができれば熱交換器全体の耐食性が向上すると考えられる。また、現行の熱交換器では、Ｚｎ拡散層によるチューブの腐食深さが深いため、近年の薄肉化されたチューブでは十分な残肉を確保することが困難となっている。

また、上記特許文献４のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金を用いるろう材では、合金の融点を下げ、ろう流れ性を向上するために多量（０．７〜８．０ｗｔ％）に含有されるＣｕによって粒界腐食が発生するため、耐食性に難点があった。

さらに、粒界腐食型の腐食形態を示さない場合でも、０．７質量％を越えるＣｕの添加は、孔食型の腐食形態を伴う自己耐食性の低下が問題となるため、特に前述したような薄肉チューブへの適用は不適当である。

このような欠点は、熱交換器だけでなく他のろう付品のろう付接合においても同様に生じるものである。

本発明は、上述した技術背景に鑑み、犠牲腐食によるろう付用防食材料において、他の接合部材の剥がれを抑制し得るとともに、腐食深さを抑制し得るアルミニウム合金ろう材、このアルミニウム合金ろう材を用いたろう付用材料、それを用いたろう付品およびその製造方法、ならびにろう付用熱交換チューブ、それを用いた熱交換器およびその製造方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のアルミニウム合金ろう材は下記（１）〜（５）の構成を有するものである。
（１） Ｓｉ：６〜１５質量％、Ｚｎ：１〜２０質量％を含有し、さらにＣｕ：０．３〜０．６質量％、Ｍｎ：０．３〜１．５質量％の少なくとも一方を含有し残部がアルミニウムおよび不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金ろう材。
（２） Ｓｉ含有量が６〜１２．５質量％である前項１に記載のアルミニウム合金ろう材。
（３） Ｚｎ含有量が２〜７質量％である前項１または２に記載のアルミニウム合金ろう材。
（４） Ｃｕ含有量が０．４〜０．６質量％である前項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金ろう材。
（５） Ｍｎ含有量が０．３〜１質量％である前項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金ろう材。

本発明のろう付用材料、ろう付品、およびろう付品の製造方法は、下記（６）〜（９）の構成を有するものである。
（６） アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面にろう材層が形成されてなるろう付用材料であって、
前記ろう材層が前項１〜５のいずれか１項に記載されたアルミニウム合金ろう材の溶射層によって構成されていることを特徴とするろう付用材料。
（７） 前項６に記載のろう付用材料と他の接合部材とが、前記ろう付用材料のろう材層を介してろう付されてなることを特徴とするろう付品。
（８） 前項１〜５のいずれか１項に記載されたアルミニウム合金ろう材を、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に溶射し、ろう材層を形成してろう付用材料を準備する工程と、
前記ろう付用材料と他の接合部材とを組み合わせて加熱することにより、前記ろう材層を介して前記２つの接合部材をろう付接合する工程と、
を含むことを特徴とするろう付品の製造方法。
（９） 前記ろう付接合する工程は、常圧下で行う前項８に記載のろう付品の製造方法。

本発明のろう付用熱交換チューブは下記（１０）〜（１５）の構成を有するものである。
（１０） アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる熱交換チューブの表面にろう材層が形成されてなるろう付用材料であって、
前記ろう材層が前項１〜５のいずれか１項に記載されたアルミニウム合金ろう材の溶射層によって構成されていることを特徴とするろう付用熱交換チューブ。
（１１） 前記熱交換チューブはＪＩＳ Ａ１０００系合金からなる前項１０に記載のろう付用熱交換チューブ。
（１２） 前記熱交換チューブはＪＩＳ Ａ３００３合金からなる前項１０に記載のろう付用熱交換チューブ。
（１３） 前記熱交換チューブは、Ｃｕ：０．２質量％を超え０．６質量％以下およびＭｎ：０．１５〜２質量％を含有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金からなる前項１０に記載のろう付用熱交換チューブ。
（１４） 前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金において、Ｃｕ含有量が０．２５〜０．５質量％、Ｍｎ含有量が０．１５〜０．４質量％である前項１３に記載のろう付用熱交換チューブ。
（１５） 前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金において、Ｃｕ含有量が０．２５〜０．５質量％、Ｍｎ含有量が０．６〜１．５質量％である前項１３に記載のろう付用熱交換チューブ。

本発明の熱交換器は下記（１６）〜（２２）の構成を有するものである。
（１６） 前項１０に記載のろう付用熱交換チューブとフィンとが、前記ろう付用熱交換チューブのろう材層を介してろう付されてなることを特徴とする熱交換器。
（１７） 前記ろう付用熱交換チューブの熱交換チューブはＪＩＳ Ａ１０００系合金からなる前項１６に記載の熱交換器。
（１８） 前記ろう付用熱交換チューブの熱交換チューブはＪＩＳ Ａ３００３系合金からなる前項１６に記載の熱交換器。
（１９） 前記ろう付用熱交換チューブの熱交換チューブは、Ｃｕ：０．２質量％を超え０．６質量％以下およびＭｎ：０．１５〜２質量％を含有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金からなる前項１６に記載の熱交換器。
（２０） 前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金において、Ｃｕ含有量が０．２５〜０．５質量％、Ｍｎ含有量が０．１５〜０．４質量％である前項１９に記載の熱交換器。
（２１） 前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金において、Ｃｕ含有量が０．２５〜０．５質量％、Ｍｎ含有量が０．６〜１．５質量％である前項１９に記載の熱交換器。
（２２） 前記フィンはＪＩＳ Ａ３０００系合金からなる前項１６〜２１のいずれか１項に記載の熱交換器。

本発明の熱交換器の製造方法は下記（２３）〜（２５）の構成を有するものである。
（２３） 前項１〜５のいずれか１項に記載されたアルミニウム合金ろう材をアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる熱交換チューブの表面に溶射してろう材層を形成することによりろう付用熱交換チューブを準備する工程と、
前記ろう付用熱交換チューブとフィンとを組み合わせて加熱することにより、前記ろう材層を介して前記ろう付用熱交換チューブとフィンをろう付接合する工程と、
を含むことを特徴とする熱交換器の製造方法。
（２４） 前記ろう付用熱交換チューブを準備する工程において、押出により熱交換チューブを成形し、続いてアルミニウム合金ろう材を溶射する前項２３に記載の熱交換器の製造方法。
（２５） 前記ろう付接合する工程は、常圧下で行う前項２３または２４に記載の熱交換器の製造方法。

第１の発明によれば、Ｃｕ、Ｍｎがフィレットの電位を貴として接合部材との電位を近接させ、フィレットの過剰な腐食を抑制し、かつ接合部材に形成されるＺｎ犠牲腐食層による腐食深さを浅くすることができ、ひいては孔食を発生させないようにするために求められる接合部材の所要肉厚の薄肉化をはかることができ、ろう付品の軽量化をはかりつつ耐食性を向上しうるアルミニウム用合金ろう材となし得る。

第２の発明によれば、特にろう付性の優れたアルミニウム合金ろう材となし得る。

第３の発明によれば、適正量のＺｎ拡散層が形成されて特に耐食性に優れたアルミニウム合金ろう材となし得る。

第４の発明によれば、過剰な腐食を抑制して特に耐食性に優れたアルミニウム合金ろう材となし得る。

第５の発明によれば、過剰な腐食を抑制して特に耐食性に優れたアルミニウム合金ろう材となし得る。

第６の発明によれば、Ｃｕ、Ｍｎの添加によりフィレットの電位が貴となってフィレットと接合部材との電位が近接する結果、フィレットの過剰な腐食が抑制されるとともに、基材の表面に形成されるＺｎ犠牲腐食層による腐食深さを浅くすることができ、耐食性の優れたろう付用材料となし得る。

第７の発明によれば、ろう付用材料と他の接合部材とが良好に接合され、かつ耐食性に優れたろう付品となし得る。

第８の発明によれば、ろう付用材料と他の接合部材とが良好に接合され、かつ耐食性に優れたろう付品を製造することができる。

第９の発明によれば、基材の表面にＺｎ犠牲腐食層を良好に形成できる。

第１０の発明によれば、Ｃｕ、Ｍｎの添加によりフィレットの電位が貴となってフィレットと接合部材との電位が近接する結果、フィレットの過剰な腐食が抑制されるとともに、熱交換チューブの表面に形成されるＺｎ犠牲腐食層による腐食深さを浅くすることができ、ひいてはチューブ肉厚の薄肉化を可能とし、軽量で耐食性の優れたろう付用熱交換チューブとなし得る。

第１１の発明によれば、特に耐食性の優れたろう付用熱交換チューブとなし得る。

第１２の発明によれば、さらに耐食性の優れたろう付用熱交換チューブとなし得る。

第１３の発明によれば、さらに耐食性の優れたろう付用熱交換チューブとなし得る。

第１４の発明によれば、耐食性および押出成形性の優れたろう付用熱交換チューブとなし得る。

第１５の発明によれば、耐食性および高温強度の優れたろう付用熱交換チューブとなし得る。

第１６の発明によれば、ろう付用熱交換チューブとフィンとが良好に接合され、かつ耐食性に優れた熱交換器となし得る。

第１７の発明によれば、特に耐食性に優れた熱交換器となし得る。

第１８の発明によれば、さらに耐食性に優れた熱交換器となし得る。

第１９の発明によれば、さらに耐食性に優れた熱交換器となし得る。

第２０の発明によれば、耐食性に優れた熱交換器となし得、かつチューブの製造効率および形状精度が良く、ひいては熱交換器においても製造効率および形状精度が良好となる。

第２１の発明によれば、耐食性および高温強度に優れた熱交換器となし得る。

第２２の発明によれば、熱交換チューブとフィンとが良好に接合されて耐食性に優れた熱交換器となし得る。

第２３の発明によれば、ろう付用熱交換チューブとフィンとが良好に接合され、かつ耐食性に優れた熱交換器を製造することができる。

第２４の発明によれば、熱交換チューブの準備工程において、チューブとろう材層との密着性に優れたろう付用熱交換チューブを効率良く製作でき、ひいては耐食性に優れた熱交換器を効率よく製造できる。

第２５の発明によれば、熱交換チューブの表面にＺｎ犠牲腐食層を良好に形成できる。

本発明のアルミニウム合金ろう材は、各種ろう付用材料またはろう付品の製造に用いて最終的にろう付品の耐食性を向上させるものである。従って、本発明のアルミニウム合金ろう材の説明はろう付品の説明とともに行う。

上述のろう付用材料の一例としては、自動車用、家庭用、業務用のエアコンにおける凝縮器、蒸発器の他、ラジエータ等として使用されるアルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換器に用いられ、フィンとろう付される熱交換チューブを挙げることができる。以下の説明においては、「ろう付用材料またはろう付用熱交換チューブ」「基材または熱交換チューブ」「ろう付品または熱交換器」はそれぞれ「ろう付用材料等」「基材等」「ろう付品等」と省略し、また主としてろう付用材料がろう付用熱交換チューブであり、ろう付品が熱交換器である場合を例にとって説明するが、ろう付用材料、ろう付品の種類はこれに限定されるものではない。

本発明のろう付用材料等において、基材等の表面に本発明のアルミニウム合金ろう材が溶射されて接合に必要なろう材層が付与されている。そして、このろう付用材料等を用いてろう付品等を製造することが可能となる。

前記ろう付用材料等について、図１および図２に示す熱交換器の構成材料である熱交換チューブ(3)を例に挙げて図面を参照しつつ説明する。

前記熱交換器では、熱交換チューブ(3)の厚さ方向の両面にフィン(4)がろう付され、熱交換チューブ(3)として、熱交換チューブ(3)の外周面に溶射によるろう材層(11)が形成された本発明のろう付用熱交換チューブ（Ｓ）が用いられている。また、図３は、前記ろう付用熱交換チューブ（Ｓ）とフィン(4)とをろう付加熱し、フィレット(12)が形成されてこれらが接合された状態を模式的に示す要部断面図であり、(13)はＺｎ拡散層を示している。

前記ろう材層(11)は本発明のアルミニウム合金ろう材によるものであり、その組成は、Ｓｉ：６〜１５質量％、Ｚｎ：１〜２０質量％を含有し、さらにＣｕ：０．３〜０．６wt％、Ｍｎ：０．３〜１．５質量％の少なくとも一方を含有し、残部がアルミニウムおよび不純物からなる。

前記アルミニウム合金ろう材において、Ｓｉは合金の融点を下げて接合用金属として機能させるものであるが、６質量％未満あるいは１５質量％を越えるとろう付性が低下するため６〜１５質量％とする。好ましいＳｉ含有量は６〜１２．５質量％である。

Ｚｎは、ろう付加熱により、熱交換チューブ(3)の表層部に拡散して犠牲防食のためのＺｎ拡散層(13)を形成し、ろう付後の耐食性を向上させる役割を果たす。Ｚｎが１質量％未満ではＺｎの絶対量が不足して十分な防食効果が得られない。一方、２０質量％を超えるとろう付加熱によって形成されるフィレット(12)の耐食性が悪化して、接合相手材例えば熱交換チューブ(3)と接合されるフィン(4)の剥がれの原因ともなるため、１〜２０質量％とする。好ましいＺｎの含有量は２〜７質量％である。

ＣｕおよびＭｎは、いずれもろう材の腐食電位を貴とする元素である。図４に示すように、これらの元素が添加されないろう材を用いる従来の熱交換器では、フィレットの腐食電位（Ｅ２）がフィンよりも卑であるため、フィレットの腐食が激しくフィンが剥がれやすい。これに対し、本発明では、Ｃｕ、Ｍｎの添加によってフィレット(12)の腐食電位（Ｅ１）を貴方向に変動させ、フィレット(12)の腐食電位をフィン(4)に近似させることによってフィレット(12)の過剰な腐食を抑制し、ひいてはフィン(4)の剥がれを防止するものである。また、犠牲腐食による腐食深さを浅くする効果がある。上記効果を奏するには、Ｃｕ、Ｍｎのいずれか一方が添加されていれば良く、両方を添加しても良い。Ｃｕ含有量は０．３質量％未満では上記効果に乏しく、０．６質量％を越えると粒界腐食が発生して耐食性が低下するため、０．３〜０．６質量％とする。好ましいＣｕ含有量は０．４〜０．５５質量％である。また、Ｍｎ含有量は０．３質量％未満では上記効果に乏しく、１．５質量％を越えると巨大な金属間化合物が生成し、耐食性が悪化するため、０．３〜１．５質量％とする。好ましいＭｎ含有量は０．４〜１質量％である。

Ａｌはろう材のマトリックスとして含有されるものである。また、ろう付性を阻害しない範囲の不純物の含有は許容される。主たる不純物元素はＦｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ等である。

なお、本発明のアルミニウム合金ろう材はその形状は何ら限定されず、鋳塊、押出材、引抜材、圧延材、箔、粉末等の全てのものが本発明に含まれる。

熱交換チューブ(3)を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金の材質は特に限定されることはなく、各種のアルミニウムまたはアルミニウム合金等を用いればよい。例えば、ＪＩＳ（日本工業規格） Ａ１０００系合金、ＪＩＳ Ａ３００３合金（Ｃｕ含有量が０．０５〜０．２質量％、Ｍｎ含有量が１〜１．５質量％）を推奨できる。また、ＪＩＳ Ａ３００３合金よりもＣｕおよびＭｎを多く含むＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金を用いることも好ましく、これらの３種類の合金製のチューブを推奨できる。

上述した３種類の合金のうち、ＪＩＳ Ａ１０００系合金では従来よりチューブ材料として多く用いられているＪＩＳ Ａ１１００合金を特に推奨できる。

また、ＪＩＳ Ａ３００３合金またはＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金を推奨する理由は、ＣｕおよびＭｎを含有する熱交換チューブ(3)を用いることにより、フィレット(12)にＣｕおよびＭｎが拡散して腐食電位が貴となり、フィレット(12)の耐食性を向上させる効果が得られるためである。前記効果はＣｕ含有量およびＭｎ含有量がＪＩＳ Ａ３００３合金よりも多量になっても得られ、あるいはさらに向上する。このため、本発明のろう付用熱交換チューブ（Ｓ）は、熱交換チューブ(3)の材料としてＪＩＳ Ａ３００３合金とともに、さらに多くのＣｕおよびＭｎを含有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金を推奨するものである。

前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金の具体的組成は、Ｃｕ：０．２質量％を超え０．６質量％以下およびＭｎ：０．１５〜２質量％を含有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金である。Ｃｕ含有量が０．６質量％を超えるとチューブ(3)に粒界腐食が発生しやすくなるため、その上限値を０．６質量％とする。また、Ｍｎ含有量が２質量％を超えると粗大な金属間化合物が生成により成形性が低下するため、上限値を２質量％とする。

さらに、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金組成において、Ｃｕ含有量が０．２５〜０．５質量％、Ｍｎ含有量が０．１５〜０．４質量％であることが好ましい。Ｃｕ含有量およびＭｎ含有量がこれらの範囲内にあるとき、フィレットの電位を貴とする効果を奏する上に、良好な押出性が得られる。このため、押出によるチューブ製造において、製造効率が良く、かつ形状精度の優れたチューブを製造できる。

また、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金組成において、Ｃｕ含有量が０．２５〜０．５質量％、Ｍｎ含有量が０．６〜１．５質量％であることも好ましい。Ｃｕ含有量およびＭｎ含有量がこれらの範囲内にあるとき、フィレットの電位を貴とする効果を奏する上に、優れた高温度強度が得られ、熱交換チューブの耐久性、ひいては熱交換器の耐久性を高め得る。

前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金における残部組成は、例えばアルミニウムおよび不純物である。ただし、前記効果を阻害しない限り他元素の添加が許容される。

また、フィン(4)を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金の材質も特に限定されることはなく、各種のアルミニウムまたはアルミニウム合金等を用いればよい。フィン(4)材料としては、ＪＩＳ Ａ３０００系合金（Ａｌ−Ｍｎ系合金）を推奨でき、Ａｌ−１．２質量％Ｍｎ−１質量％Ｚｎ合金を例示できる。

ろう付用熱交換チューブ（Ｓ）において、ろう材層(11)は溶射によって形成される。ろう材層(11)は、熱交換チューブ(3)の全外周面に形成されている必要はなくろう付予定位置に形成されていれば良い。ろう材層が全外周面に形成されていなくても、溶融したろうが全周面にまわって均一なＺｎ拡散層が形成される。

溶射方法は周知手段によって適宜行うことができる。例えば図５においては、所要断面形状の熱交換チューブ(3)を押出成形する押出成形装置(20)の出側に溶射ガン(21)を配置し、チューブ(3)の成形とろう材層の付与を連続して行う方法を例示している。この方法によれば、ろう付用熱交換チューブ（Ｓ）の生産効率性が良く、また押出直後で未だ冷却されていないチューブ(3)への溶射であるから、ろう材層(11)の密着性が良好である。また、溶射に供するアルミニウム合金ろう材は溶射装置に適したものを適宜選択すれば良く、線材や粉末を例示できる。

次に、ろう付品の一例としての図１および図２に示すパラレルフロータイプの熱交換器の製造方法について説明する。

図１において、(1)(2)はヘッダー、(3)はアルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換チューブ、(4)はコルゲート状フィン、(5)は熱交換媒体の導入口、(6)は熱交換媒体の導出口、(8)および(9)はサイドプレート、(10)は熱交換器コア部である。

まず、図２に示すように、熱交換チューブ(3)の外周面にろう材層(11)が付与されたろう付用熱交換チューブ（Ｓ）を複数本準備した後、これらの熱交換チューブ(3)の両端部を、ヘッダー(1)(2)の長さ方向に形成されたチューブ挿入孔に挿入し、次いでコルゲート状フィン(4)を各熱交換チューブ(3)(3)間に組み付けて熱交換器コア部(10)を有する熱交換器組立体を製作する。

次いで、必要に応じてフラックスを供給したのち加熱する。この加熱により、ろう材層(11)が溶融して、熱交換チューブ(3)とコルゲート状フィン(4)との間にフィレット(12)が形成されこれら(3)(4)が良好にろう付接合される。製作された熱交換器コア部(10)においては、前記フィレット(12)の腐食電位がフィン(4)に近似しているため、フィレット(12)の優先腐食によるフィン(4)の剥がれが抑制される。また、ろう付と同時にＺｎが熱交換チューブ(3)の表層部に均一に拡散してＺｎ拡散層(13)が形成され、このＺｎ拡散層(13)により熱交換チューブ(3)自体の耐食性が向上し、ひいては熱交換器全体の耐食性が向上する。

ろう付条件は常法に従えば良いが、常圧下のろう付を推奨できる。真空ろう付ではろう材箔中のＺｎが蒸発するため、十分にＺｎ拡散層が形成されず、優れた耐食性が得られない。

３種類の熱交換チューブにろう材層を付与したろう付用熱交換チューブを製作するとともに、これらのろう付用熱交換チューブとフィンとをコア組みしてろう付し、ろう付品について評価した。熱交換チューブ材料として、製造例１ではＪＩＳ Ａ１１００合金を用い、製造例２ではＪＩＳ Ａ３００３合金を用い、製造例３では数種のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金を用いた。
〔製造例１〕
表１に示すNo.１〜２８のろう付用熱交換チューブを製作した。

ろう材層を形成するための溶射用線材として、表１に示す種々のアルミニウム合金ろう材、またはＺｎを用いた。なお、アルミニウム合金ろう材に含有されるＺｎは溶射によって減量するため、表１のろう材層の欄には溶射用線材の組成ではなく、溶射によって形成されたろう材層、即ち、ろう付に供されるアルミニウム合金ろう材組成を示した。また、これらのアルミニウム合金ろう材の残部組成はアルミニウムおよび不純物である。

ろう付用熱交換チューブの製作は、図５に示す押出成形装置(20)およびこの押出成形装置(20)の出側に配置したアーク溶射機の溶射ガン(21)(21)によって行った。まず、前記押出成形装置(20)において、ＪＩＳ Ａ１１００合金ビレットから高さ３mm×幅１６mm×肉厚０．５mmの偏平形状の多孔管(3)（図２参照）を押出成形した。続いて、押出直後の多孔管(3)の両面に、窒素雰囲気中で溶射ガン(21)(21)から前記溶射用線材を溶射し、多孔管(3)の外周面全体にろう材層(11)を形成し、さらに水冷してコイル(22)に巻いた。この一連の工程によって長尺のろう付用熱交換チューブを製作した。また、No.１〜２７のろう付用熱交換チューブにおける溶射量は５０ｇ／ｍ²とした。また、No.２８のＺｎ溶射チューブにおける溶射量は１０ｇ／ｍ²とした。

次に、長尺のろう付用熱交換チューブを長さ２５０mmに切断し、図２に示す多数のろう付用熱交換チューブ（Ｓ）を製作し、ろう付試験を行った。
〈ろう付試験〉
ろう付用熱交換チューブ（Ｓ）をＡｌ−１．２質量％Ｍｎ−１質量％Ｚｎ合金からなるフィン(4)とともに、マルチフロー形の熱交換器コアに組み立てた後に、フッ化物系フラックスを水に懸濁させたフラックス液に浸漬塗布して乾燥させた。そして、常圧、Ｎ₂ガス雰囲気下、６００℃で１０分間加熱してろう付した。

製作したろう付品について、下記の基準でろう付性を評価した。
〈ろう付性〉
◎：エロージョンなし、フィン−チューブ接合率９５％以上
○：エロージョン小、フィン−チューブ接合率９５％以上
△：エロージョン小、フィン−チューブ接合率８０％以上、９５％未満
×：エロージョン大、フィン−チューブ接合率８０％未満
これらの結果を表１に併せて示す。

さらに、各ろう付品について、下記に示す条件のＣＣＴ腐食試験（複合サイクル腐食試験）およびＳＷＡＡＴ腐食試験に供し、フィン剥がれの状態、チューブの腐食深さ（μｍ）に基づいて耐食性を下記の基準で評価した。なお、No.２６、２７はろう付不良であったため腐食試験を行うには至らなかった。

〈ＣＣＴ腐食試験〉
腐食試験液として５％ＮａＣｌ水溶液を用いた。

前記腐食試験液噴霧１時間→乾燥２時間→湿潤２１時間を１サイクルとし、１８０サイクル繰り返した。

〈ＳＷＡＡＴ腐食試験〉
腐食液として、ＡＳＴＭ（American Society For Testing and Materials）規格による人工海水と酢酸の混合液（ｐＨ２．８〜３）を用いた。

前記腐食試験液噴霧０．５時間→１．５時間を１サイクルとし、このサイクルを９６０時間実施した。

〈フィンの剥がれ状態〉
◎：ＳＷＡＡＴ試験後、フィン残存率９０％以上
○：ＳＷＡＡＴ試験後、フィン残存率６０％以上、９０％未満
△：ＳＷＡＡＴ試験後、フィン残存率３０％以上、６０％未満
×：ＳＷＡＡＴ試験後、フィン残存率３０％未満
〈腐食深さ〉
ＣＣＴ腐食試験後およびＳＷＡＡＴ腐食試験後のチューブの表裏両面を観察し、焦点深度法により腐食深さを測定した。観察対象は、各腐食試験について長さ２５０mmのチューブ９本とし、最も深い腐食深さを各例のチューブにおける腐食深さとした。

これらの結果を表１に併せて示す。

表１の結果より、所定のアルミニウム合金ろう材を用いた各実施例のろう付品は優れた耐食性を有することを確認できた。
〔製造例２〕
熱交換チューブの材料を表２に示す組成のＪＩＳ Ａ３００３合金とし、製造例１と同じ方法で扁平形状の多孔管(3)を押出成形し、続いて押出直後の多孔管(3)の両面に溶射用線材を溶射してろう材層(11)を形成し、さらに水冷してコイル(22)に巻いた。この一連の工程によって長尺のろう付用熱交換チューブを製作した。溶射によって形成されたろう材層(11)の組成は表３のNo.３１〜３８に示すとおりである。また、各ろう付用熱交換チューブにおける溶射量は５０ｇ／ｍ²とした。

次に、製造例１と同様に、長さ２５０mmに切断したろう付用熱交換チューブ（Ｓ）とフィン(4)とをコア組みし、同じ条件でろう付した。

製作したろう付品について、製造例１と同じ基準でろう付性を評価した。

さらに、各ろう付品について、製造例１と同様にＣＣＴ腐食試験（複合サイクル腐食試験）およびＳＷＡＡＴ腐食試験に供し、腐食試験後のフィン剥がれの状態、チューブの腐食深さ（μｍ）を評価した。

これらの結果を表３に併せて示す。

表３の結果より、各実施例のろう付品は優れた耐食性を有することを確認できた。
〔製造例３〕
熱交換チューブの材料を表４のNo.４１〜４９に示す組成のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ合金を用い、製造例１と同じ方法で扁平形状の多孔管(3)を押出成形し、続いて押出直後の多孔管(3)の両面に溶射用線材を溶射してろう材層(11)を形成し、さらに水冷してコイル(22)に巻いた。この一連の工程によって長尺のろう付用熱交換チューブを製作した。各No.において同じ溶射用線材を用い、溶射によって形成されたろう材層(11)の組成は、Ｓｉ：１０質量％、Ｚｎ：５質量％、Ｃｕ：０．４質量％、残部Ａｌおよび不純物である。各ろう付用熱交換チューブにおける溶射量は５０ｇ／ｍ²とした。

次に、製造例１と同様に、長さ２５０mmに切断したろう付用熱交換チューブ（Ｓ）とフィン(4)とをコア組みし、同じ条件でろう付した。

製作したろう付品について、製造例１と同じ基準でろう付性を評価した。

さらに、各ろう付品について、製造例１と同様にＣＣＴ腐食試験（複合サイクル腐食試験）およびＳＷＡＡＴ腐食試験に供し、腐食試験後のフィン剥がれの状態、チューブの腐食深さ（μｍ）を評価した。

これらの結果を表４に併せて示す。

表４の結果より、各実施例のろう付品は優れた耐食性を有することを確認できた。

ここに用いられた用語および表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではなく、ここに示されかつ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、この発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。

この発明のアルミニウム合金ろう材は、犠牲腐食によるろう付用防食材料に用いた場合に腐食深さが抑制されるものであるから、熱交換器をはじめとして耐食性が要求されるアルミニウムろう付品の製造に広く利用できる。

この発明の一実施形態に係る熱交換器の正面図である。 同じく熱交換器のコア部の要部を示す斜視図である。 この発明の熱交換器において、チューブとフィンの接合状態を示す模式的断面図である。 熱交換器における腐食電位を示すグラフである。 この発明のろう付用材料の製造方法を示す模式図である。

符号の説明

Ｓ…ろう付用熱交換チューブ（ろう付用材料）
３…熱交換チューブ（基材）
４…フィン
10…コア部
11…ろう材層（溶射層）
12…フィレット
13…Ｚｎ拡散層
21…溶射ガン

Claims (25)

1. Ｓｉ：６〜１５質量％、Ｚｎ：１〜２０質量％を含有し、さらにＣｕ：０．３〜０．６質量％、Ｍｎ：０．３〜１．５質量％の少なくとも一方を含有し、残部がアルミニウムおよび不純物からなることを特徴とすることを特徴とするアルミニウム合金ろう材。
2. Ｓｉ含有量が６〜１２．５質量％である請求項１に記載のアルミニウム合金ろう材。
3. Ｚｎ含有量が２〜７質量％である請求項１または２に記載のアルミニウム合金ろう材。
4. Ｃｕ含有量が０．４〜０．６質量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金ろう材。
5. Ｍｎ含有量が０．３〜１質量％である請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金ろう材。
6. アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面にろう材層が形成されてなるろう付用材料であって、
   前記ろう材層が請求項１〜５のいずれか１項に記載されたアルミニウム合金ろう材の溶射層によって構成されていることを特徴とするろう付用材料。
7. 請求項６に記載のろう付用材料と他の接合部材とが、前記ろう付用材料のろう材層を介してろう付されてなることを特徴とするろう付品。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載されたアルミニウム合金ろう材を、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に溶射し、ろう材層を形成してろう付用材料を準備する工程と、
   前記ろう付用材料と他の接合部材とを組み合わせて加熱することにより、前記ろう材層を介して前記２つの接合部材をろう付接合する工程と、
   を含むことを特徴とするろう付品の製造方法。
9. 前記ろう付接合する工程は、常圧下で行う請求項８に記載のろう付品の製造方法。
10. アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる熱交換チューブの表面にろう材層が形成されてなるろう付用材料であって、
    前記ろう材層が請求項１〜５のいずれか１項に記載されたアルミニウム合金ろう材の溶射層によって構成されていることを特徴とするろう付用熱交換チューブ。
11. 前記熱交換チューブはＪＩＳ Ａ１０００系合金からなる請求項１０に記載のろう付用熱交換チューブ。
12. 前記熱交換チューブはＪＩＳ Ａ３００３合金からなる請求項１０に記載のろう付用熱交換チューブ。
13. 前記熱交換チューブは、Ｃｕ：０．２質量％を超え０．６質量％以下およびＭｎ：０．１５〜２質量％を含有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金からなる請求項１０に記載のろう付用熱交換チューブ。
14. 前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金において、Ｃｕ含有量が０．２５〜０．５質量％、Ｍｎ含有量が０．１５〜０．４質量％である請求項１３に記載のろう付用熱交換チューブ。
15. 前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金において、Ｃｕ含有量が０．２５〜０．５質量％、Ｍｎ含有量が０．６〜１．５質量％である請求項１３に記載のろう付用熱交換チューブ。
16. 請求項１０に記載のろう付用熱交換チューブとフィンとが、前記ろう付用熱交換チューブのろう材層を介してろう付されてなることを特徴とする熱交換器。
17. 前記ろう付用熱交換チューブの熱交換チューブはＪＩＳ Ａ１０００系合金からなる請求項１６に記載の熱交換器。
18. 前記ろう付用熱交換チューブの熱交換チューブはＪＩＳ Ａ３００３系合金からなる請求項１６に記載の熱交換器。
19. 前記ろう付用熱交換チューブの熱交換チューブは、Ｃｕ：０．２質量％を超え０．６質量％以下およびＭｎ：０．１５〜２質量％を含有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金からなる請求項１６に記載の熱交換器。
20. 前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金において、Ｃｕ含有量が０．２５〜０．５質量％、Ｍｎ含有量が０．１５〜０．４質量％である請求項１９に記載の熱交換器。
21. 前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系合金において、Ｃｕ含有量が０．２５〜０．５質量％、Ｍｎ含有量が０．６〜１．５質量％である請求項１９に記載の熱交換器。
22. 前記フィンはＪＩＳ Ａ３０００系合金からなる請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の熱交換器。
23. 請求項１〜５のいずれか１項に記載されたアルミニウム合金ろう材をアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる熱交換チューブの表面に溶射してろう材層を形成することによりろう付用熱交換チューブを準備する工程と、
    前記ろう付用熱交換チューブとフィンとを組み合わせて加熱することにより、前記ろう材層を介して前記ろう付用熱交換チューブとフィンをろう付接合する工程と、
    を含むことを特徴とする熱交換器の製造方法。
24. 前記ろう付用熱交換チューブを準備する工程において、押出により熱交換チューブを成形し、続いてアルミニウム合金ろう材を溶射する請求項２３に記載の熱交換器の製造方法。
25. 前記ろう付接合する工程は、常圧下で行う請求項２３または２４に記載の熱交換器の製造方法。
    

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