JP2016003357A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】耐食性に優れた熱交換器に関する。
【解決手段】チューブとアウターフィンとをろう付けにより接合部を形成し組み合わせた熱交換器であって、チューブが、芯材と、芯材の一方の面でありチューブ外周面に形成されたろう材と、芯材の他方の面でありチューブ内周面に形成された犠牲材と、からなり、芯材が、Ｍｎを１．２質量％〜１．８質量％、Ｓｉを０．４質量％〜１．３質量％、Ｆｅを０．２１質量％〜０．５質量％、Ｃｕを０．５質量％〜１．３質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなり、ろう材が、Ｓｉを６．０質量％〜１１．０質量％、Ｚｎを０．１質量％〜５．０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなり、接合部におけるろう材と、芯材と、アウターフィンとの孔食電位の順列が、芯材、接合部におけるろう材、アウターフィンの順で卑となっていることを特徴とする熱交換器。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に関するものである。

従来から、自動車用の熱交換器として、アルミニウム製のものが知られている。このような熱交換器には、例えばアウターフィン、チューブ、ヘッダープレート、サイドサポートなどの部材が使用されている。また、自動車用の熱交換器は、一般に、フッ化物系フラックスを用い、６００℃前後の温度で行なわれるろう付け処理によって、上記の各部材が一度に接合されて製品とされている。

熱交換器用の部材として用いられるチューブやヘッダープレートには、ブレージングシートが用いられている。このようなブレージングシートとしては、例えば、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅを規定の範囲含有させたアルミニウム合金芯材で構成される芯材の一方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材を貼り合わせ、他方の面に、芯材より電気化学的に卑なアルミニウム合金からなる犠牲材（内張材）を貼り合せてなるものなどがある（例えば特許文献１、特許文献２）。内張材は芯材よりも電気化学的に卑な材料とすることにより、犠牲陽極材として芯材の腐食を防止することができる。

また、耐食性に優れた熱交換器としては、ブレージングシートの芯材のＣｕ濃度を適切に定めて、このブレージングシートを用いて形成された偏平中空体外面の最表面からの孔食電位の変化を表す電位勾配を所定の値としたものが提案されている（特許文献３）。

特開平９−２９５０８９号公報 特開２０１２−１１７１０７号公報 特許第４４３９９３０号公報

ところで、熱交換器チューブ材に使用されるブレージングシートは、熱交換器の小型化、高性能化のため、さらなる材料の薄肉化が要求されている。しかしながら、上述した従来技術では、薄肉化に見合う強度向上には不足であり、逆に合金元素を増加させたのでは、材料強度の向上に背反して鋳造性の悪化が問題となりやすい。
また、材料を薄肉化した場合、犠牲材に添加されたＺｎの芯材内部への拡散及び芯材に添加されたＣｕの犠牲材内部への拡散が進行することにより、犠牲材と芯材間の電位勾配が減少し、チューブ内周面の耐食性が低下する。加えて、芯材に添加されたＣｕのろう材側への拡散も同様に進行し、チューブ外周面側の耐食性が低下する。特に外周面側の耐食性はアウターフィンとの接合部（フィレット）へＣｕが濃縮することで孔食電位が貴となりチューブに貫通孔が発生する原因となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れる熱交換器を提供することを目的とする。

本発明の熱交換器は、チューブとアウターフィンとをろう付けにより接合部を形成し組み合わせた熱交換器であって、前記チューブが、芯材と、前記芯材の一方の面であり前記チューブ外周面に形成されたろう材と、前記芯材の他方の面であり前記チューブ内周面に形成された犠牲材と、からなり、前記芯材が、Ｍｎを１．２質量％〜１．８質量％、Ｓｉを０．４質量％〜１．３質量％、Ｆｅを０．２１質量％〜０．５質量％、Ｃｕを０．５質量％〜１．３質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、前記ろう材が、Ｓｉを６．０質量％〜１１．０質量％、Ｚｎを０．１質量％〜５．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、前記接合部におけるろう材と、前記芯材と、前記アウターフィンとの孔食電位の順列が、前記芯材、前記接合部におけるろう材、前記アウターフィンの順で卑となっていることを特徴とする。

また、本発明の熱交換器は、前記犠牲材が、Ｚｎを４．０質量％〜７．０質量％、Ｍｎを１．０質量％〜１．８質量％、Ｓｉを０．２質量％〜１．２質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることが好ましい。

また、本発明の熱交換器は、前記アウターフィンが、Ｚｎを０．５質量％〜３．５質量％含有するアルミニウム合金からなることが好ましい。

また、本発明の熱交換器は、前記アウターフィンの孔食電位が−８３０ｍＶ以上−７５０ｍＶ以下であり、前記アウターフィンと前記接合部のろう材との孔食電位差が、３０ｍＶ以上であることが好ましい。

また、本発明の熱交換器は、前記アウターフィンと前記芯材との孔食電位差が、１２０ｍＶ以上２２０ｍＶ以下であることが好ましい。

本発明の熱交換器は、上記の組成を有する犠牲材及び芯材を用いる事で、チューブを薄肉化し例えばその板厚を０．２ｍｍ未満としても、十分な強度を得ることができる。
また、ろう材へＺｎを添加することでチューブ単体での外周面側の電位勾配（孔食電位の勾配）を確保し、耐食性を向上させることができる。
加えて、アウターフィン、並びにチューブのろう材、及び芯材の孔食電位のバランスを適正化することで、アウターフィンによる犠牲陽極効果を高め、チューブを薄肉化した場合であっても、耐食性に優れる熱交換器を提供できる。

本発明の一実施形態である熱交換器に採用されるブレージングシートの断面図を示す。 図１に示すブレージングシートを用いて形成したチューブを示す。 本発明の一実施形態である熱交換器の斜視図を示す。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

＜ブレージングシート＞
図１は本実施形態の熱交換器２０（図３参照）に用いられるブレージングシート１の断面図を示すものである。このブレージングシート１はアルミニウム合金からなる芯材１ａと、この芯材１ａの一面側に被着（クラッド圧着）された層状のろう材１ｂと、芯材１ａの他面側に被着（クラッド圧着）された層状の犠牲材１ｃとを主体として構成されている。

被着（クラッド圧着）は、一般に熱間圧延により行われる。その後、さらに冷間圧延を行うことで所望の厚さのアルミニウム合金ブレージングシート１が得られる。クラッド材の構成は、例えば、犠牲材１ｃ：芯材１ａ：ろう材１ｂ＝１５％：７５％：１０％とすることができる。ただし、上記クラッド材の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、犠牲材１ｃのクラッド率を１７％や２０％にしてもよい。
また、本実施形態の熱交換器２０に採用されるブレージングシート１は、その厚さが、０．２ｍｍ未満であっても良い。これにより、軽量かつ安価な熱交換器２０を構成することができる。

＜チューブ＞
図２に示すように、前記ブレージングシート１を成形ロール等により犠牲材１ｃを内側、ろう材１ｂを外側として両端部１Ａ、１Ａを内側に曲げ、犠牲材１ｃに端部１Ａ、１Ａを突き合わせるようにして内柱１０Ａを設けてＢ型に成形加工しチューブ形状とすることができる。この状態で加熱しろう材１ｂを溶融させることで、端部１Ａ、１Ａをろう付けし偏平薄型のチューブ１０を形成することができる。

＜熱交換器＞
図２に示す構造のチューブ１０を用いて、例えば図３に示す熱交換器２０を構成することができる。
熱交換器２０は、例えば自動車のラジエータ等に用いられる構造とされ、チューブ１０と、ヘッダー（ヘッダープレート）２１と、アウターフィン２２と、サイドサポート２３とから概略構成されている。
ヘッダー２１とチューブ１０とは、ヘッダー２１の下面に複数整列形成されたスロット（差込孔）２１ａに各チューブ１０の端部を差し込み、差込部分の周りに配置したろう材１ｂを用いて両者を相互にろう付けすることで組み立てられている。また、チューブ１０とアウターフィン２２は、チューブ１０を構成するブレージングシート１に設けられたろう材１ｂを用いて、両者を相互にろう付けすることで組み立てられている。
なお、チューブ１０を形成する際のブレージングシート１の端部１Ａ、１Ａのろう付け（図２参照）、ヘッダー２１とチューブ１０、チューブ１０とアウターフィン２２のろう付けは同時に行うことができる。

次に、本実施形態のおけるアウターフィン２２、並びにチューブ１０の芯材１ａ、ろう材１ｂ、及び犠牲材１ｃの組成について説明する。

＜アウターフィン＞
次に、アウターフィン２２について説明する。
チューブ１０に接合されるアウターフィン２２は、０．５質量％〜３．５質量％のＺｎを添加したアルミニウム合金から形成することが好ましい。アウターフィン２２を構成するアルミニウム合金は、Ｚｎ以外にＭｎ：０．５〜２．０質量％、Ｓｉ：０．１〜１．０質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％質量％、Ｚｒ：０．３質量％以下、Ｔｉ：０．３質量％以下から選択される少なくとも1種を含有していても良い（例えば、ＪＩＳ３００３）。また、その他に不可避不純物を含んでいても良い。
アウターフィン２２は、上記組成を有するアルミニウム合金を常法により溶製し、熱間圧延工程、冷間圧延工程などを経て、波形形状に加工される。なお、アウターフィン２２の製造方法は、特に限定をされるものではなく、既知の製法を適宜採用することができる。

アウターフィン２２の孔食電位は、−８３０ｍＶ以上−７５０ｍＶ以下であることが望ましい。アウターフィン２２の孔食電位を−７５０ｍＶ超とすると、ろう付け後のチューブ１０のろう材１ｂが示す孔食電位に対し、アウターフィン２２の孔食電位を十分に卑とすることができず、アウターフィン２２による犠牲陽極効果が不十分となる虞がある。また、アウターフィン２２の孔食電位を−８３０ｍＶ未満とすると、アウターフィン２２の腐食速度が増加し、早期にアウターフィンが腐食することで充分な犠牲防食効果が得られない。
アウターフィン２２の孔食電位は、アウターフィン２２を構成するアルミニウム合金のＺｎ含有量により調整することができる。以下、アウターフィン２２に含まれるＺｎの含有量の範囲について詳しく説明する。

［成分］
［Ｚｎ：０．５質量％〜３．５質量％］
Ｚｎは、孔食電位を卑にする作用があり、アウターフィン２２に添加した場合、ろう材１ｂに対して電位差（孔食電位差）を確保することが可能となり、耐食性に有効な孔食電位勾配ができることで、耐食性を向上させ、腐食深さを低減する効果がある。しかし、Ｚｎ量が０．５質量％未満ではその効果が充分に発揮されず、３．５質量％を超えると、孔食電位が著しく卑となり、腐食速度が増加することでアウターフィンが早期に腐食する。

＜チューブの芯材＞
チューブ１０の芯材１ａは、Ｍｎを１．２質量％〜１．８質量％、Ｓｉを０．４質量％〜１．３質量％、Ｆｅを０．２１質量％〜０．５質量％、Ｃｕを０．５質量％〜１．３質量％含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物のアルミニウム合金からなる。
以下、チューブ１０の芯材１ａを構成するアルミニウム合金の各構成元素の含有量の範囲について詳しく説明する。

［成分］
［Ｍｎ：１．２質量％〜１．８質量％］
Ｍｎはマトリックス中にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物を微細に形成し、材料強度を高める効果がある。しかし、Ｍｎ量が１．２質量％未満ではその効果が充分に発揮されず、１．８質量％を超えると鋳造時に巨大な金属間化合物を生成するため材料の成形性が低下する。なお、同様の理由から下限を１．４質量％、上限を１．８質量％とすることが望ましく、さらには下限を１．５質量％、上限を１．７５質量％にすることがより望ましい。

［Ｓｉ：０．４〜１．３質量％］
Ｓｉはマトリックス中にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物を微細に形成し、材料強度を高める効果がある。しかし、Ｓｉ量が０．４質量％未満ではその効果が充分に発揮されず、１．３質量％を超えると材料の融点が低下する。なお同様の理由から下限を０．６質量％、上限を１．２質量％とすることが望ましく、さらには下限を０．７質量％、上限を１．１質量％にすることがより望ましい。

［Ｆｅ：０．２１〜０．５質量％］
Ｆｅはマトリックス中にＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物を微細に形成し、材料強度を高める効果や、ろう付け熱処理後の結晶粒を微細化することにより、ろう付け後の強度を向上させる効果がある。しかし、Ｆｅ量が０．２１質量％未満ではその効果が充分に発揮されず、０．５質量％を超えると耐食性が劣化したり、鋳造時に巨大な金属間化合物を生成して材料の成形性が低下する。なお、同様の理由により下限を０．２５質量％、上限を０．４５質量％とすることが望ましく、さらには、下限を０．２８質量％、上限を０．４０質量％とすることがより望ましい。

［Ｃｕ：０．５質量％〜１．３質量％］
Ｃｕはマトリックス中に固溶し、材料の強度を高める効果や、芯材１ａに添加した場合、芯材１ａの孔食電位を貴として犠牲材１ｃとの孔食電位差が大きくなるため、耐食性を向上させる効果がある。
しかし、Ｃｕ量が０．５質量％未満ではその効果が充分に発揮されず、１．３質量％を超えると材料の融点が低下する。なお、同様の理由により下限を０．６質量％、上限を１．２質量％とすることが望ましく、さらには、下限を０．７質量％、上限を１．１質量％とすることがより望ましい。

＜チューブのろう材＞
チューブ１０のろう材１ｂは、Ｓｉを６．０質量％〜１１．０質量％、Ｚｎを０．１質量％〜５．０質量％含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物のアルミニウム合金からなる。
以下、チューブ１０のろう材１ｂを構成するアルミニウム合金の各構成元素の含有量の範囲について詳しく説明する。

［成分］
［Ｓｉ：６．０質量％〜１１．０質量％］
ろう材１ｂ中に含まれるＳｉは融点を下げると共に流動性を付与する成分であり、その含有量が６質量％未満では所望の効果が不十分であり、一方、１１質量％を越えて含有すると流動性が高まりすぎて好ましくない。したがって、ろう材１ｂ中の好ましいＳｉの含有量は６．０質量％〜１１．０質量％が好ましい。

［Ｚｎ：０．１質量％〜５．０質量％］
Ｚｎは、孔食電位を卑にする作用があり、ろう材１ｂに添加した場合、芯材１ａとの孔食電位差が大きくなり、耐食性に有効な電位勾配ができることで、耐食性を向上させ、腐食深さを低減する効果がある。しかし、Ｚｎ量が０．１質量％未満ではその効果が充分に発揮されず、５．０質量％を超えると、ろう材１ｂの孔食電位が卑となりすぎて、アウターフィン２２との孔食電位差を確保することができなくなる。

＜チューブの犠牲材＞
チューブ１０の犠牲材１ｃは、Ｚｎを４．０質量％〜７．０質量％、Ｍｎを１．０質量％〜１．８質量％、Ｓｉを０．２質量％〜１．２質量％含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物のアルミニウム合金からなることが好ましい。
以下、チューブ１０の犠牲材１ｃを構成するアルミニウム合金の各構成元素の限定理由について説明する。

［成分］
［Ｚｎ：４．０〜７．０質量％］
Ｚｎは孔食電位を卑にする作用があり、犠牲材１ｃに添加した場合、芯材１ａとの孔食電位差が大きくなり、耐食性に有効な電位勾配ができることで、ブレージングシート１（即ちチューブ１０）の耐食性を向上させ、腐食深さを低減する効果がある。しかし、Ｚｎ量が４．０質量％未満ではその効果が充分に発揮されず、７．０質量％を超えると腐食速度が速くなりすぎることで犠牲材１ｃが早期に消失し、腐食深さが増加する。なお、同様の理由により、下限を４．５質量％、上限を７．０質量％とすることが望ましく、さらには下限を４．８質量％、上限を６．８質量％とすることがより望ましい。

［Ｍｎ：１．０〜１．８質量％］
Ｍｎはマトリックス中にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物を微細に形成し、材料強度を高める効果がある。しかし、Ｍｎ量が１．０質量％未満ではその効果が充分に発揮されず、１．８質量％を超えると鋳造時に巨大な金属間化合物を生成するため材料の成形性が低下する。なお、同様の理由から下限を１．２質量％、上限を１．８質量％とすることが望ましく、さらには下限を１．３質量％、上限を１．７質量％にすることがより望ましい。

［Ｓｉ：０．２〜１．２質量％］
Ｓｉはマトリックス中にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物を微細に形成し、材料強度を高める効果がある。しかし、Ｓｉ量が０．２質量％未満ではその効果が充分に発揮されず、１．２質量％を超えると材料の融点が低下する。なお同様の理由から下限を０．２質量％、上限を１．２質量％とすることが望ましく、さらには下限を０．４質量％、上限を１．０質量％にすることがより望ましい。

＜孔食電位の順列＞
従来から、チューブ１０の内周面において、耐食性を高めるために、犠牲材１ｃの孔食電位を芯材１ａの孔食電位に対し卑とすることが知られている。しかしながら、チューブ１０の外周面においては、チューブ１０とアウターフィン２２のろう付けの過程において、芯材１ａに添加されたＣｕがろう材１ｂへ拡散し、アウターフィン２２との接合部３０（フィレット）へＣｕが濃縮することで孔食電位が貴となり、チューブ１０に貫通孔が発生する問題があった。

本実施形態の熱交換器２０においては、ろう付け後において、チューブ１０とアウターフィン２２との接合部３０におけるろう材１ｂと、前記芯材１ａと、前記アウターフィンとの孔食電位の順列が、前記芯材１ａ、前記接合部におけるろう材１ｂ、前記アウターフィンの順で卑となっている。
これによって、アウターフィン２２にチューブ１０に対する犠牲陽極効果を与え、チューブ１０の耐食性を高め、貫通孔が発生することを防ぐことができる。

より具体的には、アウターフィン２２と接合部３０のろう材１ｂとの電位差が、３０ｍＶ以上であることが望ましい。また、アウターフィン２２と芯材１ａとの電位差が、１２０ｍＶ以上２２０ｍＶ以下であることが望ましい。これにより、耐食性を高い熱交換器２０を作製することができる。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜試料の作製＞
半連続鋳造により芯材用アルミニウム合金、犠牲材用アルミニウム合金、及びろう材用合金を鋳造した。なお、芯材用アルミニウム合金、犠牲材用アルミニウム合金、ろう材用アルミニウム合金の組成については、後段にまとめて示す。
得られた芯材は５８５℃で８ｈｒの均質化処理を行なった。この均質化処理の条件は一例であり、温度：５５０〜６００℃、保持時間：８〜１６ｈの範囲から選択することができる。犠牲材及びろう材については均質化処理を行わない。

次に、芯材の一方の面に犠牲材を、さらに他方の面にろう材を組み合わせて熱間圧延し、クラッド材とし、さらに冷間圧延を行った。その後、中間焼鈍を３３０℃で６ｈｒ行い、所定の圧延率とした最終の冷間圧延により厚さ０．１８ｍｍのＨ１４調質のクラッド材（試料）を作製した。クラッド材の構成は、犠牲材：芯材：ろう材（厚さ）＝１５％：７５％：１０％とした。ただし、中間焼鈍は、温度：２００〜３８０℃、保持時間：１〜６ｈの範囲から選択することができる。

以上の工程を経て、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１９のブレージングシートを作製した。以下の表１にサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１９のブレージングシートの芯材、ろう材、犠牲材の組成を示す。なお、表１において、表記された元素の残部は、Ａｌ及び不可避不純物である。

表１に示すブレージングシートの各サンプルの特徴について説明する。
サンプルＮｏ．１、２は、芯材のＳｉの含有量を調整し、それぞれ好ましい範囲の上限、下限としたものである。サンプルＮｏ．３、４は、ろう材のＳｉの含有量を調整し、それぞれ好ましい範囲の上限、下限としたものである。サンプルＮｏ．５、６は、ろう材のＺｎの含有量を調整し、それぞれ好ましい範囲の上限、下限としたものである。サンプルＮｏ．７、８は、犠牲材のＳｉの含有量を調整し、それぞれ好ましい範囲の上限、下限としたものである。サンプルＮｏ．９、１０は、犠牲材のＺｎの含有量を調整し、それぞれ好ましい範囲の上限、下限としたものである。サンプルＮｏ．１１は、芯材、ろう材、犠牲材を構成するＡｌと不可避不純物以外の構成元素を好ましい範囲の中で、中程の含有量としたものである。

サンプルＮｏ．１２、１３は、芯材のＳｉの含有量を調整し、それぞれ好ましい範囲の上限超、下限未満としたものである。サンプルＮｏ．１４、１５は、ろう材のＳｉの含有量を調整し、それぞれ好ましい範囲の上限超、下限未満としたものである。サンプルＮｏ．１６、１７は、ろう材のＺｎの含有量を調整し、それぞれ好ましい範囲の上限超、下限未満としたものである。サンプルＮｏ．１８、１９は、犠牲材のＳｉの含有量を調整し、それぞれ好ましい範囲の上限超、下限未満としたものである。

次に、ブレージングシートを成形ロールを用いてチューブに加工し、さらに表２に示す組成のサンプルＮｏ．Ａ〜Ｎｏ．Eのアウターフィンと、板厚１．２ｍｍのヘッダープレート（図３のヘッダー２１）と組み合わせて熱交換器を作製した。ろう付けは熱交換器へ外部からフッ化物フラックスを塗布した後、高純度窒素ガス雰囲気中に保持して６００℃×３分のろう付け相当熱処理（室温から６００℃まで昇温時間は５〜７分）を施すことで行った。なお、ヘッダープレートとしては、犠牲材がＪＩＳ７０７２、芯材がＪＩＳ３００３＋０．５％Ｃｕ、ろう材がＪＩＳ４３４３であり、犠牲材１０％、ろう材１０％のクラッド率のブレージングシートを用いた。

表２に示すアウターフィンの各サンプルの特徴について説明する。
サンプルＮｏ．Ａは、アウターフィンのＺｎの含有量を調整し好ましい範囲の上限超としたものである。サンプルＮｏ．Ｂは、アウターフィンのＺｎの含有量を調整し好ましい範囲の上限としたものである。サンプルＮｏ．Ｃは、アウターフィンのＺｎの含有量を調整し好ましい範囲の中程としたものである。サンプルＮｏ．Ｄは、アウターフィンのＺｎの含有量を調整し好ましい範囲の下限としたものである。サンプルＮｏ．Ｅは、アウターフィンのＺｎの含有量を調整し好ましい範囲の下限未満としたものである。

＜評価＞
以上の手順で作製した、ろう付け品に対して、孔食電位、耐食性、耐久性をそれぞれ測定した。孔食電位、耐食性、熱交換器耐久性の測定方法を以下に示す。また、測定結果を表３に示す。

「孔食電位」
アノード分極測定を実施し、アウターフィンとろう材の接合部、並びにアウターフィンと芯材の孔食電位を測定した。アノード分極には飽和カロメル電極を用い、窒素ガスの吹き込みにより脱気した４０℃の２．６７％ＡｌＣｌ_３溶液中で電位掃引速度０．５ｍＶ／ｓで測定した。
表３においては、孔食電位の順列として、芯材、接合部におけるろう材、アウターフィンの順で卑となっている場合を○、それ以外を×とした。

「耐食性」（外部耐食性測定試験）
アウターフィンとチューブをろう付熱処理により組み合わせた熱交換器（ミニコア）について、ＡＳＴＭ Ｇ８５−Ａ３で規定されているＳＷＡＡＴ試験を５００時間実施し、５００時間経過後のチューブ材の最大腐食深さを測定した。
表３においては、耐食性として、チューブ材の最大腐食深さが４０μｍ以下の場合を◎、４１μｍ以上７０μｍ以下の場合を○、７１μｍ以上の場合を×とした。

「耐久性」（熱交換器耐久性試験）
作製した熱交換器に０．５ｋＰａと１５０ｋＰａの繰り返し加圧試験を実施し、部材に破断が発生するまでの回数を測定した。
表３においては、耐久性として、部材破断までの繰り返し回数が１５万回以上であった場合を◎、１０万回以上１５万回未満であった場合を○、１０万回未満であった場合を×とした。

＜考察＞
表３に示すように、熱交換器サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ１３の実施例のサンプルは、耐食性、耐久性ともに好ましい結果となった。
これに対して、熱交換器サンプルＮｏ．１４〜Ｎｏ．２３の比較例のサンプルは、ろう付接合不良などの製造上の不具合を生じたり、耐食性、耐久性が低下したりなどの欠点を有している。

熱交換器サンプルＮｏ．１４のサンプルは、ろう付け時の加熱で、チューブ芯材が溶融し、接合ができなかった。このサンプルは、チューブの芯材に含まれるＳｉ量が過剰であったために芯材の融点が低下したと考えられる。
熱交換器サンプルＮｏ．１５のサンプルは、耐久性に劣る結果となった。このサンプルは、チューブの芯材に含まれるＳｉ量が少ないものであるため、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物が十分に形成されず、強度が低下したと考えられる。

熱交換器サンプルＮｏ．１６のサンプルは、フィンへろう材が侵食して座屈が生じた。このサンプルは、チューブのろう材にＳｉが過剰に含まれていたため、ろう材の流動性が高まりすぎたためと考えられる。
熱交換サンプルＮｏ．１７のサンプルは、チューブとフィンとが接合されなかった。このサンプルは、チューブのろう材のＳｉ量が少ないものであるため、ろう材の流動性が不足したため、接合不良が生じたと考えられる。

熱交換サンプルＮｏ．１８のサンプルは、耐食性に劣る結果となった。また、芯材、接合部におけるろう材、アウターフィン孔食電位の順列が好ましいものとなっていなかった。このサンプルは、チューブのろう材にＺｎが過剰に含まれていたため、ろう材の孔食電位が卑となりすぎて、アウターフィンとの孔食電位差を確保することができなかったため、孔食電位の順列が好ましい状態とならず、犠牲陽極効果を得ることができなかったためであると考えられる。
熱交換サンプルＮｏ．１９のサンプルは、耐食性に劣る結果となった。また、芯材、接合部におけるろう材、アウターフィン孔食電位の順列が好ましいものとなっていなかった。このサンプルは、チューブのろう材のＺｎ量が不足していたことで、ろう材の孔食電位を卑とする効果が不十分となり、孔食電位の順列が好ましい状態とならず、犠牲陽極効果を得ることができなかったためであると考えられる。

熱交換サンプルＮｏ．２０のサンプルは、ろう付け時にチューブの犠牲材が溶融してしまった。このサンプルは、チューブの犠牲材に含まれるＳｉ量が過剰であったため、犠牲材の融点が低下したと考えられる。
熱交換サンプルＮｏ．２１のサンプルは、耐久性に劣る結果となった。このサンプルは、チューブの犠牲材に含まれるＳｉ量が少ないものであるため、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物が十分に形成されず、強度が低下したと考えられる。

熱交換サンプルＮｏ．２２のサンプルは、耐食性に劣る結果となった。また、芯材、接合部におけるろう材、アウターフィン孔食電位の順列が好ましいものとなっていなかった。加えてアウターフィンの孔食電位が著しく低くなっていた。これは、アウターフィンに含まれるＺｎ量が過剰であったためと考えられる。アウターフィンの孔食電位が低すぎると、アウターフィンの腐食速度が増加し、早期にアウターフィンが腐食することで充分な犠牲防食効果が得られない。これによって、耐食性が低下したと考えられる。
熱交換サンプルＮｏ．２３のサンプルは、耐食性に劣る結果となった。また、芯材、接合部におけるろう材、アウターフィン孔食電位の順列が好ましいものとなっていなかった。加えてアウターフィンの孔食電位が著しく高くなっていた。これは、アウターフィンに含まれるＺｎ量が不足していたためと考えられる。アウターフィンの孔食電位が高すぎると、ろう付け後のチューブのろう材が示す孔食電位に対し、アウターフィンの孔食電位を十分に卑とすることができず、アウターフィン２２による犠牲陽極効果が不十分となる。これによって耐食性が低下したと考えられる。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１…ブレージングシート、１Ａ…端部、１ａ…芯材、１ｂ…ろう材、１ｃ…犠牲材、１０…チューブ、１０Ａ…内柱、２０…熱交換器、２１…ヘッダー、２２…アウターフィン、２３…サイドサポート、３０…接合部

Claims (5)

1. チューブとアウターフィンとをろう付けにより接合部を形成し組み合わせた熱交換器であって、
   前記チューブが、芯材と、前記芯材の一方の面であり前記チューブ外周面に形成されたろう材と、前記芯材の他方の面であり前記チューブ内周面に形成された犠牲材と、からなり、
   前記芯材が、Ｍｎを１．２質量％〜１．８質量％、Ｓｉを０．４質量％〜１．３質量％、Ｆｅを０．２１質量％〜０．５質量％、Ｃｕを０．５質量％〜１．３質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、
   前記ろう材が、Ｓｉを６．０質量％〜１１．０質量％、Ｚｎを０．１質量％〜５．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、
   前記接合部におけるろう材と、前記芯材と、前記アウターフィンとの孔食電位の順列が、前記芯材、前記接合部におけるろう材、前記アウターフィンの順で卑となっていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記犠牲材が、Ｚｎを４．０質量％〜７．０質量％、Ｍｎを１．０質量％〜１．８質量％、Ｓｉを０．２質量％〜１．２質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記アウターフィンが、Ｚｎを０．５質量％〜３．５質量％含有するアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記アウターフィンの孔食電位が−８３０ｍＶ以上−７５０ｍＶ以下であり、
   前記アウターフィンと前記接合部のろう材との孔食電位差が、３０ｍＶ以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の熱交換器。
5. 前記アウターフィンと前記芯材との孔食電位差が、１２０ｍＶ以上２２０ｍＶ以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の熱交換器。

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