JP2021532985A - 耐食性高強度ろう付けシート - Google Patents
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Abstract
冷却剤側および／またはエア側と冷却剤側の両方の上に腐食保護層が接合された高強度コアを有するろう付けシートを形成するための装置、材料および方法。この材料により、腐食環境での高疲労寿命および高耐用年数を要する自動車用熱交換器などの用途のためのチューブ、ヘッダー、プレートなどの熱交換器構成要素が可能となる。
Description
本発明は、ろう付けシート材料、熱交換器、それらを製造するための方法に関し、より具体的には、熱交換器構成要素に形成され、ろう付けによってアセンブリに一体化されるアルミニウム合金ろう付けシートから熱交換器を作製するために使用される材料に関する。
熱交換器を作製するための様々な装置、材料および方法が公知である。ラジエータ、コンデンサ、ヒーターコア、インタークーラーなどのアルミニウム熱交換器は、主に制御雰囲気ろう付け（ＣＡＢ）および真空ろう付けなどのろう付け技術を使用して組み立てられる。ろう付けプロセスでは、複合ろう付けシートのろう付けライナー層は、例えば炉内などの高温に曝されることによって溶融し、溶加金属として機能して、チューブとヘッダー、チューブとフィンなどなどの熱交換器構成要素間にろう付け接合部を形成する。
熱交換器材料市場の主なトレンドの一つは、耐食性を維持しながら高い強度を必要とするライトゲージへと移行してきている。熱交換器の用途に従来使用される３ｘｘｘアルミニウム合金は、関連する強度制限を有する。Ｍｇはアルミニウム合金を強化する合金元素であることはよく知られているが、Ｍｇはろう付け性に悪影響を与えるため、制御雰囲気ろう付け（ＣＡＢ）を使用してろう付けされた材料への用途は限定される。また、強化のためのＭｇの使用は、Ｍｇ含有合金が高温の使用温度で過時効された際に呈する特性によって制限される。過時効によって、合金内の溶液からＭｇが引き出され、結果として析出物が粗化し、完全に過時効された材料の強度が低下し得る。
Ｃｕは、航空宇宙用途など、高強度を必要とする用途で広く使用されてきた別の合金元素である。熱交換器用途において、高Ｃｕ含有合金を使用するための試みがなされてきた。Ｗａｔａｒｕ ＮａｒｉｔａおよびＡｔｓｕｓｈｉ Ｆｕｋｕｍｏｔｏは、ＣｕとＭｇの比４〜８でのＭｇとの高度なＣｕの添加を開示した（ＵＳ２０１６／０３２６６１４Ａ１）。Ｋｉｍｕｒａらは、高強度を達成するためのＭｇを含む高Ｃｕ合金および内部腐食のための高Ｚｎ含有犠牲層を開示した（ＥＰ３１２４６３１Ａ１）。Ｔｓｕｒｕｎｏらは、高強度用の高Ｃｕ合金（ＥＰ１７５３８８５Ｂ１）を開示した。
既知の方法、材料および装置にもかかわらず、熱交換器を作製するための代替の方法、装置および材料は依然として望ましい。
開示された主題は、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．６重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＺｒ、を有するアルミニウム合金コア、および６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎを有する４ＸＸＸアルミニウム合金ろう付けライナーを有するシート材料に関する。
本開示の別の態様によれば、コアのＺｎは、コアのマトリクスと第二相粒子との間の腐食電位差を変化させる第二相粒子を形成する。
本開示の別の態様によれば、コアのＺｎは、Ｃｕ５Ｚｎ２Ａｌ、Ｃｕ３ＺｎＡｌ３のうちの少なくとも一つ、またはＡｌ−Ｃｕ−Ｚｎ／Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｎ相の別の一つを形成する。
本開示の別の態様によれば、コアは、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．４重量％のＣｕ、０．５〜１．７重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを有する。
本開示の別の態様によれば、コアは、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．４重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを有する。
本開示の別の態様によれば、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、最大０．１６重量％のＺｒを有する水側ライナーをさらに含み、コアが、０．０５〜０．８重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．４重量％のＭｇ、０．１〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含む。
本開示の別の態様によれば、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、最大０．１６重量％のＺｒを有する水側ライナーをさらに含み、コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．３５重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを含む。
本開示の別の態様によれば、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＣｕ、最大１．３重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜１０重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．１重量％のＺｒを有する水側ライナーをさらに含み、コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．４重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含む。
本開示の別の態様によれば、４ＸＸＸアルミニウム合金ろう付けライナーが第一の４ＸＸＸろう付けライナーであり、第一の４ＸＸＸろう付けライナーの遠位のコア上に配置された第二の４ＸＸＸろう付けライナーをさらに含み、第二の４ＸＸＸろう付けライナーが、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎを有し、前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．４重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒを含む。
本開示の別の態様によれば、水側ライナーおよび、コアとろう付けライナーとの間に配置された中間ライナーをさらに含む。
本開示の別の態様によれば、中間ライナーは、最大０．３重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．２５重量％のＺｎ、最大０．２５重量％のＴｉ、および最大０．２５重量％のＺｒを有し、水側ライナーが、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、および最大０．１６重量％のＺｒを有し、前記コアが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、１．０〜２．５重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを有する。
本開示の別の態様によれば、中間ライナーは、最大０．２重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．３〜０．９重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３５重量％のＭｇ、最大０．２重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを有し、水側ライナーが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．２重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜１０重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、および最大０．１重量％のＺｒを有し、前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．０〜２．５重量％のＣｕ、０．５〜１．６重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを有する。
本開示の別の態様によれば、中間ライナーが、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．４重量％のＦｅ、０．２〜０．９重量％のＣｕ、０．５〜１．７重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．１５重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、および０．１〜０．１６重量％のＺｒを有し、水側ライナーが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大０．９重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．４重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜８重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、および最大０．１重量％のＺｒを有し、コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．０〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを有する。
本開示の別の態様によれば、熱交換器が、それを通して流体を伝導できる少なくとも一つのチューブと、チューブと熱伝導性接触する少なくとも一つのフィンと、を含み、チューブが、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．６重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを含むコアを有し、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎを含む４ＸＸＸアルミニウム合金ろう付けライナーを含み、フィンがＺｎ添加を有するアルミニウム合金であって、コアのＺｎがチューブとフィンとの間の腐食電位差を低減させる。
本開示の別の態様によれば、フィン合金は３００３＋Ｚｎ／３００３ｍｏｄであり、Ｚｎの添加は≧０．５重量％である。
本開示の別の態様によれば、最大０．３重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．２５重量％のＺｎ、最大０．２５重量％のＴｉ、および最大０．２５重量％のＺｒを有する中間ライナー、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、および最大０．１６重量％のＺｒを有する水側ライナー、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、１．０〜２．５重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを有するコア、および４ＸＸＸろう付けライナーを有するシート材料を製造するための方法は、中間ライナー、水側ライナー、コアおよびろう付けライナーのためのインゴットを鋳造する工程、中間ライナー、水側ライナー、コアおよびろう付けライナーのためのインゴットを６時間の浸漬時間の間、４００〜５６０℃の範囲の温度で予熱に供する工程、中間ライナー、水側ライナー、コアおよびろう付けライナーのためのインゴットを圧延して積層可能な薄膜を形成する工程、薄膜を複合材に積層する工程、および複合材を圧延してシート材料を形成する工程を含む。
本開示の別の態様によれば、複合材を圧延する工程は、４００〜５２０℃の温度で実施される。
本開示の別の態様によれば、複合材を圧延する工程は、室温で実施される。
本開示の別の態様によれば、複合材を圧延する工程は、中間ゲージへ冷間圧延し、次いで３４０〜４２０℃の範囲の温度で中間アニールし、その後最終ゲージへ冷間圧延することによって実施される。
本開示の別の態様によれば、冷間圧延および中間アニーリングのプロセスは、最終ゲージへの冷間圧延の前に複数回実施される。本開示の別の態様によれば、複合材を圧延する工程は、最終ゲージへ直接冷間圧延し、次いで、１５０〜４２０℃の範囲の温度で最終アニールに供することによって実施される。
本開示をより完全に理解するために、添付の図面と併せて考慮される例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照する。
本開示の一態様は、アルミニウム合金ろう付けシートのコア部分に銅を含むことの利点の認識である。コア中のＣｕはコアの強度の向上をもたらすが、また、コア、ろう付けシート、および、ろう付けシートが使用される熱交換器のその他の部分の耐腐食性に対する影響も有する。本開示の態様は、熱交換器およびＣｕ含有コアを有する材料のシステム腐食特性を強化するアプローチおよび配合物に関する。より具体的には、高Ｃｕ含有合金は、Ａｌ−Ｃｕ粒子、およびＭｇが添加されたＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ粒子などの金属間粒子の形成によって腐食を受けやすい。これらの金属間粒子は、それらを含む合金を強化するが、それらが存在するコアマトリクスに対する腐食電位差を確立し、ガルバニック腐食を促進する。コア材料への高Ｃｕ添加はまた、結果として得られる合金をよりカソード化し、例えば、チューブとフィンとの間のような熱交換器構成要素間の腐食電位差を増大させ得る。フィン材料は、典型的には、熱交換器のチューブおよびエンドプレート材料（ろう付けシートから作られる）に対してアノードであるように設計され、チューブおよびエンドプレートの犠牲保護を提供する。しかし、ろう付けシート材料のコアのＣｕ含有量により腐食電位差が大きくなりすぎと、フィンの腐食が加速し、フィンの早期腐食損傷、チューブのフィンによる腐食保護の低下、チューブへのフィンの組み立てによる機械的完全性の低下、およびそれに伴う熱伝達効率の低下につながる可能性がある。本開示によると、チューブなどの高Ｃｕ含有ろう付け材料構造と隣接するフィンとの間の腐食電位差は、フィン腐食を低減するために調整され得る。
本開示の態様によれば、高Ｃｕ含有量を有するろう付けシートの耐食性は、Ｚｎをコア組成物に加えること、および／または多層構造を利用することを含む、様々な方法によって強化され得る。一実施形態では、中間ライナーは、ろう付けライナーとコアとの間に配置されうる。中間ライナーは、以下でさらに説明するように、異なるタイプであってもよい。随意に、低Ｃｕ含有量および／または４ＸＸＸろう付けライナーを有する水側ライナーは、エアサイドろう付けライナーからコアの反対側に配置されてもよい。また、水側ライナーは、Ｃｕ含有コア中に存在するＺｎに加えて、腐食防止に役立つＺｎを含有してもよい。
本開示の態様によれば、高Ｃｕ含有量を有するろう付けシートの耐食性は、Ｚｎをコア組成物に加えること、および／または多層構造を利用することを含む、様々な方法によって強化され得る。一実施形態では、中間ライナーは、ろう付けライナーとコアとの間に配置されうる。中間ライナーは、以下でさらに説明するように、異なるタイプであってもよい。随意に、低Ｃｕ含有量および／または４ＸＸＸろう付けライナーを有する水側ライナーは、エアサイドろう付けライナーからコアの反対側に配置されてもよい。また、水側ライナーは、Ｃｕ含有コア中に存在するＺｎに加えて、腐食防止に役立つＺｎを含有してもよい。
図１は、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．６重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＺｒの組成を有するアルミニウム合金コア１２を備えたろう付けシート材料１０を示す。図１のろう付けシート１０は、４ＸＸＸ（４０００）シリーズアルミニウム合金のベース組成を有するろう付けライナー１４を含む。例えば、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎの組成を有する。
本開示に開示されているコア、ろう付けライナーおよび中間ライナーのそれぞれの組成物において、組成物は、アルミニウムおよび組成の残部としての不純物とともに列挙されたそれぞれの元素を重量パーセントで表わされたアルミニウム合金である。元素の組成範囲は、本明細書に文字通り表されるように、すべての中間値を含む。例えば、上記の組成において、０．１〜１．２％の範囲のＳｉは、０．１００から１．２００まで０．００１刻みで、０．１、０．１０１、０．１０２、０．１０３、０．１９９など、および０．１２５、０．１５、０．９０１、１．１０１などの全ての中間値を含む。
一例では、図１に示すろう付けシート材料１０は、ターボチャージャーまたはスーパーチャージャー（図示せず）と併せて動作して内燃エンジン（図示せず）に吸気を冷却するエアチャージクーラー／熱交換器ＨＥ（図８に図式的に示す）に適している。エアチャージクーラー自体は、公知であり、市販されている。エアチャージクーラーは、ろう付けシート１０から製造され、ろう付けによって結合される、チューブＴ、エンドプレートＰおよびヘッダーＨＤから形成されうる。コア層１２は、それぞれ、チューブＴ、エンドプレートＰおよびヘッダーＨＤの内面ＩＳ１、ＩＳ２、ＩＳ３を形成し、ろう付けライナー１４は、それぞれ熱交換器ＨＥのチューブＴ、エンドプレートＰおよびヘッダーＨＤの外面ＥＳ１、ＥＳ２、ＥＳ３上にある。外部フィンＥＦおよび内部フィンＩＦとろう付けシート材料１０との相互作用について以下に記載する。エンジン吸気Ｆ１は通常、濾過され、腐食性は高くないが、潮風および湿度の高い気候条件により、吸気の腐食性が高まる可能性がある。用途に応じて、熱交換器への熱交換媒体Ｆ２の外側、例えば、冷却剤、海水、または酸性水分を伴う空気はすべて腐食の可能性を増大させ得る。これらのすべての理由から、ろう付けシート材料は、通常の使用の商業的に許容可能な期間、腐食することなく、空気および／または冷却剤などの適用される内部および外部流体への曝露に耐えうる耐食性でなければならない。さらに、熱交換器ＨＥは、強靭で軽量でなければならない。
上述のように、図１の実施形態のコア１２における０．０５〜１．０の量でＺｎの存在は、コア１２およびろう付けシート１０の腐食電位を調整するために使用され得る。例えば、Ｚｎ添加は、Ｃｕ５Ｚｎ２ＡｌおよびＣｕ３ＺｎＡｌ３相（第二相粒子）、および／または他のＡｌ−Ｃｕ−Ｚｎ／Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｎ相を形成してもよく、これにより、マトリクス（コア１２の残りの部分）と第二相粒子との間の腐食電位差が変化し、ガルバニック腐食の可能性が低減する。
図２は、２．５ｗｔ％のＣｕ合金へのＺｎ添加に対する、重量％でのＺｎレベル（Ｘ軸）に応じて、コア１２の中間位置（中心の厚さの５０％）における推定腐食電位（Ｙ軸）のグラフ１６を示す。図２は、本開示によれば、腐食電位を低減するために、Ｚｎを高Ｃｕ含有コア１２に添加してもよいことを示す。
図１の２層ろう付けシート１０の別の実施形態によれば、アルミニウム合金コア１２は、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．４重量％のＣｕ、０．５〜１．７重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＺｒの組成を有する。
図１の２層ろう付けシート１０の別の実施形態によれば、アルミニウム合金コア１２は、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．４重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒの組成を有する。
図３は、コア２２、ろう付けライナー２４および水側ライナー２６を有する、本開示の別の実施形態によるろう付けシート材料２０を示す。図１に示す実施形態の通り、コア２２は、顕著なＣｕ含有量を有し、コア合金内の腐食電位を調整し、腐食寿命を改善するＺｎ添加を用いる。上述の通り、Ｚｎ添加は、Ｃｕ５Ｚｎ２ＡｌおよびＣｕ３ＺｎＡｌ３相、および／または他のＡｌ−Ｃｕ−Ｚｎ／Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｎ相を形成してもよく、これにより、マトリクスと第二相粒子との間の腐食電位差が変化し、ガルバニック腐食の可能性が低減する。３層ろう付けシート２０のコア２２のＣｕおよびＺｎ含有量は、水側ライナー２６の存在に基づいて調整されてもよく、これは、一実施形態では、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、最大０．１６重量％のＺｒの組成を有する低Ｃｕ含有合金である。３層ろう付けシート２６のこの実施形態では、アルミニウム合金コア２２は、０．０５〜０．８重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．４重量％のＭｇ、０．１〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒの組成を有する。ろう付けライナー２４（エア側）の組成は、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．１重量％のＺｒである。
図３の３層ろう付けシート２０の別の実施形態によると、水側ライナー２６は、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、最大０．１６重量％のＺｒの組成を有する低Ｃｕ含有合金であり、アルミニウム合金コア２２は、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．３５重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＺｒの組成を有する。ろう付けライナー２４の組成は、上記と同じであろう。
図３の３層ろう付けシート２０の別の実施形態によると、水側ライナー２６は、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＣｕ、最大１．３重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜１０重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．１重量％のＺｒの組成を有する低Ｃｕ含有合金であり、アルミニウム合金コア２２は、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．４重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒの組成を有する。ろう付けライナー２４の組成は、上記と同じであろう。
図３の３層ろう付けシート２０の別の実施形態では、水側ライナー２６は、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎの組成を有する４ＸＸＸろう付けライナーに置き換えられ、アルミニウム合金コア２２は、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．４重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒの組成を有する。
図４は、コア３２、ろう付けライナー３４および水側ライナー３６、およびコア３２とろう付けライナー３４との間に配置された中間ライナー３８を有する、本開示の別の実施形態によるろう付けシート材料３０を示す。中間ライナー３８は、限定するものではないが、米国特許第４，６４９，０８７号および第４，８２８，７９４号で特定されるものなどの合金を含む、「長寿命アルミニウム合金」であってもよい。長寿命アルミニウム合金は、コア合金として熱交換器用途に使用されてきた。合金組成物は、高Ｍｎおよび低Ｓｉで設計される。ろう付けプロセスでは、Ｓｉはろう付けライナーからコアに拡散し、これが溶液からＭｎを引き出し、分散構造を有する層を形成する。分散構造を有する層は、溶液中の異なるＭｎレベルのためにコアの残りの部分に対してアノードであり、コアに犠牲腐食保護を提供する。したがって、長寿命コア合金は、腐食環境で良好な腐食寿命を有する。本開示の一実施形態によると、ろう付けシート構造は、高Ｃｕ含有コア３２と組み合わせた中間ライナー３８として長寿命合金の腐食防止特性を利用するように設計され、中間ライナー３８は高強度コア３２のＣｕ含有合金に腐食防止を提供する。
図１および図３に示す実施形態の通り、コア３２はＺｎ添加を用いて、コア合金内の腐食電位を調整し、腐食寿命を改善する。４層ろう付けシート３０のコア３２のＣｕおよびＺｎ含有量は、水側ライナー３６および中間ライナー３８の存在に基づいて調製されうる。４層ろう付けシート３０の一実施形態では、中間ライナー３８は、最大０．３重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．２５重量％のＺｎ、最大０．２５重量％のＴｉ、最大０．２５重量％のＺｒなどの組成を有する。水側ライナー３６は、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、および最大０．１６重量％のＺｒの組成を有する低Ｃｕ含有合金である。アルミニウム合金コア３２は、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．５重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＺｒの組成を有する。ろう付けライナー３４（エア側）の組成は、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２重量％のＭｇ、最大４重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．１重量％のＺｒである。
４層ろう付けシート３０の一実施形態では、中間ライナー３８は、最大０．２重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．３〜０．９重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３５重量％のＭｇ、最大０．２重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒの組成を有する。水側ライナー３６は、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．２重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜１０重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、および最大０．１重量％のＺｒの組成を有する低Ｃｕ含有合金である。アルミニウム合金コア３２は、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．０〜２．５重量％のＣｕ、０．５〜１．６重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒの組成を有する。ろう付けライナー３４（エア側）の組成は、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２重量％のＭｇ、最大４重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．１重量％のＺｒである。
４層ろう付けシート３０の一実施形態では、中間ライナー３８は、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．４重量％のＦｅ、０．２〜０．９重量％のＣｕ、０．５〜１．７重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．１５重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、最大０．１６重量％のＺｒの組成を有する。水側ライナー３６は、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大０．９重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．４重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜８重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．１重量％のＺｒの組成を有する低Ｃｕ含有合金である。アルミニウム合金コア３２は、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．０〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒの組成を有する。ろう付けライナー３４（エア側）の組成は、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大１．８重量％のＭｇ、最大３．５重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．１重量％のＺｒである。
図３のろう付けシート２０の通り、水側ライナー３６は、上述のように４ＸＸＸろう付けライナーで置き換えられ得る。この場合、コア３２および中間ライナー３８の組成は、以下のように調整される：
図５は、ろう付けシート３０の様々な深さ（ｘ軸）における図４のろう付けシート３０のようなろう付けシート３０内の重量％での銅のレベル４２（左Ｙ軸）のグラフ４０である。測定はろう付けライナー３４（深さ／厚さ０〜２４ミクロン）の表面で開始され、中間層３８（２４〜４０ミクロン）を通り、コア３２（４０〜１８０ミクロン）を通って水側ライナー３６（１８０〜２００ミクロン）を通って測定される。示されるように、銅レベルは、ろう付けライナー３４において最小であり（０．０４〜０．２５重量％）、中間ライナー３８を通して上昇し（０．２５〜１．２５重量％）、コア３２の中心においてピークに達し（２．４０重量％）、次いで水側ライナー３６の表面で０．３０重量％に下降する。腐食電位（右Ｙ軸）は、図２で示されるろう付けシートのＣｕの存在にほぼ平行である。より具体的には、腐食電位は、ろう付けライナー３４の表面から始まって最小（約−７４４ｍＶ）であり、中間層３８を通して−７３０ｍＶ〜−６９０ｍＶに上昇し、コア３２の中心で−６４４ｍＶでピークに達し、水側ライナー３６を通って−６９０ｍＶから水側ライナー３６の表面で−７３０ｍＶに下降する。
図５に示すように、本開示の一実施形態では、ろう付けシート３０の腐食特性を改善するアプローチは、低Ｃｕを有する中間ライナー３８を使用することであり、これにより、一方の側のろう付けライナー３４の外表面およびろう付けシート３０のコア３２の他方の側の水側ライナー３６からのＣｕ勾配が確立される。これにより、Ｃｕレベル差に起因するろう付けシート３０の厚さを通した腐食電位差が生じ、コア３２の両側の低Ｃｕレベルがコア３２に腐食保護を提供する。
本開示の一態様は、コア内の高Ｃｕレベル、例えば、１２、２２、３２が、熱伝達を促進するために使用されるろう付け材料１０、２０、３０およびフィンから作製されたチューブなどの熱交換器構成要素間で、腐食電位に大きな差をもたらし得るという認識である。例えば、図８は、チューブＴの外側のフィンＥＦならびにチューブＴの内部のフィンＩＦを有する熱交換器ＨＥを図式的に示す。内部フィンＩＦは、例えば、ヘッダーＨＤの間をチューブＴを通って流れる、圧縮空気などの流体Ｆ１とチューブＴとの間の熱伝達を助ける。外部フィンＥＦは、チューブＴと、例えば雰囲気または冷却剤などの外部流体Ｆ２との間の熱の伝達を助ける。内部フィンＩＦと外部フィンＥＦのチューブＴとの間の接触は、熱伝達を促進し、機械的にチューブＴを構造的に支持する。内部フィンＩＦおよび／または外部フィンＥＦの腐食は、したがって、熱交換器ＨＥの熱交換効率にマイナスの影響を与え、その構造強度および完全性を低下させる。通常は、Ｚｎ添加と共に一般的に使用される３００３＋Ｚｎ／３００３ｍｏｄなどのフィン合金は、チューブ（コア）に犠牲腐食保護を提供するために、チューブにアノードである約０．５重量％のＺｎまたはそれ以上を含む組成物を有する。しかし、チューブを作るために使用されるろう付けシートのコア合金の腐食電位が著しくカソード化しており、チューブとフィンの間の腐食電位差が著しく大きい場合、早期腐食によりフィンが損傷する可能性がある。これは、フィンによってチューブに提供される機械的支持を低下させ、熱交換器アセンブリの機械的完全性を劣化させ、フィン保護の欠如によるチューブ腐食の高いリスクを呈する。本開示によると、コアに加えられるＺｎは、例えばフィンなどの犠牲腐食保護を提供する熱交換器構成要素が重度に腐食せず、結果として生じる熱交換器の完全性が保持されるように、チューブなどの構造を形成するために使用されるろう付けシート４０の腐食電位を低下させるために使用される。
ろう付けシートの調製に使用される機械的および熱的方法
製造方法は、限定するものではないが、高強度コア合金および４ｘｘｘろう付けライナー合金のインゴットを鋳造すること、およびこれらを利用する実施形態については、４層構造用の３ｘｘｘ中間ライナー合金、および／または７ＸＸＸ／３ＸＸＸ＋Ｚｎ水側ライナー合金を鋳造することを含む。一部の実施形態では、インゴットは、ライナーまたは中間ライナーに圧延する前に、最大６時間の浸漬時間、４００℃〜５６０℃の範囲の温度で予熱または均質化に供される。高強度コアインゴットもまた、同様の熱処理に供され得る。一部の実施形態では、インゴットは、圧延前に熱処理に供されない。一部の実施形態では、高強度コアインゴットは、熱間圧延前に熱処理に供されない。
製造方法は、限定するものではないが、高強度コア合金および４ｘｘｘろう付けライナー合金のインゴットを鋳造すること、およびこれらを利用する実施形態については、４層構造用の３ｘｘｘ中間ライナー合金、および／または７ＸＸＸ／３ＸＸＸ＋Ｚｎ水側ライナー合金を鋳造することを含む。一部の実施形態では、インゴットは、ライナーまたは中間ライナーに圧延する前に、最大６時間の浸漬時間、４００℃〜５６０℃の範囲の温度で予熱または均質化に供される。高強度コアインゴットもまた、同様の熱処理に供され得る。一部の実施形態では、インゴットは、圧延前に熱処理に供されない。一部の実施形態では、高強度コアインゴットは、熱間圧延前に熱処理に供されない。
一部の実施形態では、複合材は、熱間圧延の再加熱プロセスに供される３層または４層のいずれかからなる。熱間圧延温度は、４００℃〜５２０℃の範囲である。
一部の実施形態では、複合材は中間ゲージへ冷間圧延され、次いで、３４０℃〜４２０℃の範囲の温度で最大８時間の浸漬時間、中間アニールを通過する。中間アニール後の複合材は、再度、ライトゲージまたは最終ゲージへ冷間圧延される。一部の実施形態では、材料は、二つ以上の中間アニールに供され、次いで、ライトゲージへ圧延され、その後別の中間アニールを供され得る。一部の実施形態では、最終ゲージで材料は、１５０℃〜４２０℃の範囲の温度で最大８時間の浸漬時間、最終部分アニールまたは完全アニールに供される。
一部の実施形態では、複合材は、中間アニールなしで最終ゲージへ直接冷間圧延され、次いで、１５０℃〜４２０℃の範囲の温度で最大８時間の浸漬時間、最終部分アニールまたは完全アニールに供される。
実験結果
様々な組成を有するコア、中間ライナー、および水側ライナーの様々な例が調製された。顕著なＣｕ含有量を有する高強度コア合金の組成を表１に示し、中間ライナーの長寿命合金組成物を表２に示し、水側ライナー組成を表３に示す。
様々な組成を有するコア、中間ライナー、および水側ライナーの様々な例が調製された。顕著なＣｕ含有量を有する高強度コア合金の組成を表１に示し、中間ライナーの長寿命合金組成物を表２に示し、水側ライナー組成を表３に示す。
表４は、表１〜３の列挙されたコア、中間ライナー、および水側ライナーから調製された実験用試料のろう付け前の引張特性を列記する。全ての場合で、４０００シリーズろう付けライナー２４、３４を使用した。
表５は、表４の実験用試料のろう付け後の引張特性を列記する。
表６は、表５から抽出された二つの試料、すなわち試料ＤおよびＬの、ろう付け後の引張特性を列挙する。コア９のＺｎ添加は、ろう付け後の試料の軟化を低減させ、したがって、ろう付け後の強度を改善した。試料Ｄは、ろう付け後＋自然時効条件について低いＵＴＳを示したが、試料Ｌは、同じ製造プロセスおよび同様のろう付け後条件下でＵＴＳ低下を示さなかった。試料Ｄのコア４合金はＺｎを有さなかったが、コア合金９はＺｎを有していたことが違いである。
表４および表５の全ての試料が、外部腐食に対する耐性を示した。中間ライナーは、高強度コア合金に対して良好な腐食保護を提供し、結果として試料は、深部の腐食ピットなしで、４０日間にわたるＳＷＡＡＴを通過した。
図６は、図４に示すような四層ろう付けシート３０の試料Ｈとして表４および表５に記載された組成を有する、ろう付けライナー３４／外面（図４参照）側に４０日間適用したＳＷＡＡＴ腐食試験後のろう付けシート４０を０．１３ｍｍゲージで示す。この点に関して、図６は、例えば、熱交換器ＨＥの外面ＥＳ１、ＥＳ２、ＥＳ３に関連する外部腐食試験を示す（図８参照）。図６では、上面Ｕは外面である。
また、試料は内部腐食に対して良好な耐性を示した。水側ライナーは、冷却剤側の高強度コアに良好な腐食防止効果をもたらした。図７は、試料Ｈとして表４および５に記載された組成を有する、４ヶ月間の内部腐食（ＯＹ）試験後のろう付けシート４０を０．２ｍｍゲージで示す。本試験では、水側ライナー３６側を腐食溶液に曝露させた。図７では、上面Ｕは、水側ライナー３６側である。
本開示は、元素の周期表に現れる元素の標準的な略語、例えば、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｏ（酸素）、Ｓｉ（シリコン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｆｅ（鉄）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｆ（フッ素）、Ｋ（カリウム）、Ｃｓ（セシウム）などを利用する。
図は、本明細書の一部を構成し、本開示の例示的な実施形態を含み、様々な対象物およびその特徴を例示する。加えて、図に示される任意の測定値、仕様等は、例示的であり、限定的ではないことを意図する。従って、本明細書に開示される特定の構造的および機能的詳細は、限定として解釈されるべきではなく、本発明を様々に用いることを当業者に教示するための単に代表的な根拠として解釈されるべきである。
開示された利点および改良点の中で、本発明の他の目的および利点は、添付図面と共に以下の説明から明らかになるであろう。本発明の詳細な実施形態は、本明細書に開示されている。しかしながら、開示された実施形態は、様々な形態で具現化され得る本発明を単に例示するものであることを理解されたい。さらに、本発明の様々な実施形態に関連して得られる各実施例は例示的であり、限定的ではないことが意図される。
明細書および特許請求の範囲全体を通して、以下の用語は、文脈から判断して明らかに他の意味に解釈すべき場合を除いて、本明細書に明示的に関連する意味を取る。本明細書で使用する句「一実施形態では」および「いくつかの実施形態では」は、必ずしも同じ実施形態を指さないが、それを指す場合もある。さらに、本明細書で使用する句「別の実施形態では」および「いくつかの別の実施形態では」は、必ずしも異なる実施形態を指さないが、それを指す場合もある。従って、下記に説明するように、本発明の様々な実施形態を、本発明の主題の範囲と趣旨から逸脱することなく、容易に組合せてもよい。
加えて、本明細書で使用される場合、「または」という用語は包括的な「または」であり、文脈から判断して明らかに他の意味に解釈すべき場合を除き、「および／または」と同等である。「に基づく」という用語は排他的ではなく、文脈から判断して明らかに他の意味に解釈すべき場合を除き、記述されていない追加的な要因に基づくことができる。加えて、本明細書を通して、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の意味は複数の参照を含む。「中に（ｉｎ）」の意味は、「中に（ｉｎ）」および「上に（ｏｎ）」を含む。
本発明の態様を、以下の番号の項を参照して説明する。
１．シート材料であって、
０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．６重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＺｒ、を有するアルミニウム合金コア、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎを有する４ＸＸＸアルミニウム合金ろう付けライナーを含む、シート材料。
０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．６重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＺｒ、を有するアルミニウム合金コア、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎを有する４ＸＸＸアルミニウム合金ろう付けライナーを含む、シート材料。
２．コアのＺｎが、コアのマトリクスと第二相粒子との間の腐食電位差を変化させる第二相粒子を形成する、条項１に記載のシート材料。
３．コアのＺｎが、Ｃｕ５Ｚｎ２Ａｌ、Ｃｕ３ＺｎＡｌ３のうちの少なくとも一つ、またはＡｌ−Ｃｕ−Ｚｎ／Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｎ相の別の一つを形成する、条項１または２に記載のシート材料。
４．コアが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．４重量％のＣｕ、０．５〜１．７重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを含む、条項１〜３のいずれかに記載のシート材料。
５．コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．４重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含む、条項１〜４のいずれかに記載のシート材料。
６．０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、最大０．１６重量％のＺｒを含む水側ライナーをさらに含み、前記コアが、０．０５〜０．８重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．４重量％のＭｇ、０．１〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒを含む、条項１〜５のいずれかに記載のシート材料。
７．０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、最大０．１６重量％のＺｒを含む水側ライナーをさらに含み、前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．３５重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＺｒを含む、条項１〜６のいずれかに記載のシート材料。
８．０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＣｕ、最大１．３重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜１０重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．１重量％のＺｒを含む水側ライナーをさらに含み、前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．４重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒを含む、条項１〜７のいずれかに記載のシート材料。
９．前記４ＸＸＸアルミニウム合金ろう付けライナーが第一の４ＸＸＸろう付けライナーであり、前記第一の４ＸＸＸろう付けライナーの遠位の前記コア上に配置された第二の４ＸＸＸろう付けライナーをさらに含み、前記第二の４ＸＸＸろう付けライナーが、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎを含み、前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．４重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒを含む、条項１〜８のいずれかに記載のシート材料。
１０．水側ライナーおよび前記コアと前記ろう付けライナーとの間に配置された中間ライナーをさらに含む、条項１〜９のいずれかに記載のシート材料。
１１．中間ライナーが、最大０．３重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．２５重量％のＺｎ、最大０．２５重量％のＴｉ、および最大０．２５重量％のＺｒを含み、水側ライナーが、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、および最大０．１６重量％のＺｒを含み、前記コアが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、１．０〜２．５重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを含む、条項１〜１０のいずれかに記載のシート材料。
１２．中間ライナーが、最大０．２重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．３〜０．９重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３５重量％のＭｇ、最大０．２重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含み、水側ライナーが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．２重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜１０重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、および最大０．１重量％のＺｒを含み、前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．５〜２．５重量％のＣｕ、１．０〜１．６重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含む、条項１〜１０のいずれかに記載のシート材料。
１３．中間ライナーが、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．４重量％のＦｅ、０．２〜０．９重量％のＣｕ、０．５〜１．７重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．１５重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、および０．１〜０．１６重量％のＺｒを含み、水側ライナーが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大０．９重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．４重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜８重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、および最大０．１重量％のＺｒを含み、前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．０〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含む、条項１〜１０のいずれかに記載のシート材料。
１４．熱交換器であって、それを通して流体を伝導できる少なくとも一つのチューブと、チューブと熱伝導性接触する少なくとも一つのフィンと、を含み、チューブが、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．６重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを含むコアを有するか、または代替的にコアが条項１〜１３のいずれかに従って製造され、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎを含む４ＸＸＸアルミニウム合金ろう付けライナーを含み、フィンがＺｎ添加を有するアルミニウム合金を含み、コアのＺｎがチューブとフィンとの間の腐食電位差を低減させる、熱交換器。
１５．フィン合金が３００３＋Ｚｎ／３００３ｍｏｄであり、Ｚｎ添加が≧０．５重量％である、条項１４に記載の熱交換器。
１６．最大０．３重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．２５重量％のＺｎ、最大０．２５重量％のＴｉ、および最大０．２５重量％のＺｒを含む中間ライナー、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、および最大０．１６重量％のＺｒを含む水側ライナー、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、１．０〜２．５重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを含むコア、ならびに４ＸＸＸろう付けライナー、または代替的には条項１〜１５のいずれかに従うコア、中間ライナーおよびろう付けライナーを有するシート材料を製造する方法であって、
中間ライナー、水側ライナー、コアおよびろう付けライナーのためのインゴットを鋳造する工程、中間ライナー、水側ライナー、コアおよびろう付けライナーのためのインゴットを、最大６時間の浸漬時間にわたって４００〜５６０℃の範囲の温度の予熱に供する工程、中間ライナー、水側ライナー、コアおよびろう付けライナーのためのインゴットを圧延して積層可能な薄膜を形成する工程、複合材を圧延してシート材料を形成する工程を含む、方法。
中間ライナー、水側ライナー、コアおよびろう付けライナーのためのインゴットを鋳造する工程、中間ライナー、水側ライナー、コアおよびろう付けライナーのためのインゴットを、最大６時間の浸漬時間にわたって４００〜５６０℃の範囲の温度の予熱に供する工程、中間ライナー、水側ライナー、コアおよびろう付けライナーのためのインゴットを圧延して積層可能な薄膜を形成する工程、複合材を圧延してシート材料を形成する工程を含む、方法。
１７．複合材を圧延する工程が、４００〜５２０℃の温度で実施される、項目１６に記載の方法。
１８．複合材を圧延する工程が、室温で実施される、項目１６に記載の方法。
１９．前記複合材を圧延する工程が、中間ゲージへ冷間圧延し、次いで３４０〜４２０℃の範囲の温度で中間アニールし、その後最終ゲージへ冷間圧延することによって実施される、項目１６に記載の方法。
２０．前記複合材を圧延する工程が、最終ゲージへ直接冷間圧延し、次いで、１５０〜４２０℃の範囲の温度で最終アニールに供することによって実施される、項目１６に記載の方法。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例示的なものにすぎず、限定的なものではなく、多くの変更が当業者には明らかになり得ることを理解されたい。さらになお、様々なステップを任意の所望の順序で実行することができる（および任意の所望のステップを追加することができ、および／または任意の所望のステップを排除することができる）。そのような変形および変更の全ては、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。
１０ ろう付けシート
１２ コア層
１４ ろう付けライナー
２０ ろう付けシート
２２ コア
２４ ろう付けライナー
２６ 水側ライナー
３０ ろう付けシート
３２ コア
３４ ろう付けライナー
３６ 水側ライナー
３８ 中間ライナー
１２ コア層
１４ ろう付けライナー
２０ ろう付けシート
２２ コア
２４ ろう付けライナー
２６ 水側ライナー
３０ ろう付けシート
３２ コア
３４ ろう付けライナー
３６ 水側ライナー
３８ 中間ライナー
Claims (20)
- シート材料であって、
０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．６重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＺｒを含むアルミニウム合金コアと、
６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎを含む４ＸＸＸアルミニウム合金ろう付けライナーと、を含む、シート材料。 - 前記コアの前記Ｚｎが、前記コアのマトリクスと第二相粒子との間の腐食電位差を変化させる前記第二相粒子を形成する、請求項１に記載のシート材料。
- 前記コアの前記Ｚｎが、Ｃｕ５Ｚｎ２Ａｌ、Ｃｕ３ＺｎＡｌ３のうちの少なくとも一つ、またはＡｌ−Ｃｕ−Ｚｎ／Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｎ相の別の一つを形成する、請求項２に記載のシート材料。
- 前記コアが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．４重量％のＣｕ、０．５〜１．７重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを含む、請求項２に記載のシート材料。
- 前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．４重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含む、請求項２に記載のシート材料。
- ０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、最大０．１６重量％のＺｒを含む水側ライナーをさらに含み、前記コアが、０．０５〜０．８重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．４重量％のＭｇ、０．１〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒを含む、請求項１に記載のシート材料。
- ０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、最大０．１６重量％のＺｒを含む水側ライナーをさらに含み、前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．３５重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＺｒを含む、請求項１に記載のシート材料。
- ０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＣｕ、最大１．３重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜１０重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．１重量％のＺｒを含む水側ライナーをさらに含み、前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．４重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、最大０．１８重量％のＺｒを含む、請求項１に記載のシート材料。
- 前記４ＸＸＸアルミニウム合金ろう付けライナーが第一の４ＸＸＸろう付けライナーであり、前記第一の４ＸＸＸろう付けライナーの遠位の前記コア上に配置された第二の４ＸＸＸろう付けライナーをさらに含み、前記第二の４ＸＸＸろう付けライナーが、６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎを含み、前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．２〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．４重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含む、請求項１に記載のシート材料。
- 水側ライナーおよび前記コアと前記ろう付けライナーとの間に配置された中間ライナーをさらに含む、請求項１に記載のシート材料。
- 前記中間ライナーが、最大０．３重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．２５重量％のＺｎ、最大０．２５重量％のＴｉ、および最大０．２５重量％のＺｒを含み、
前記水側ライナーが、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、および最大０．１６重量％のＺｒを含み、
前記コアが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、１．０〜２．５重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを含む、請求項１０に記載のシート材料。 - 前記中間ライナーが、最大０．２重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．３〜０．９重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３５重量％のＭｇ、最大０．２重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含み、
前記水側ライナーが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．２重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜１０重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、および最大０．１重量％のＺｒを含み、
前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．０〜２．５重量％のＣｕ、０．５〜１．６重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含む、請求項１０に記載のシート材料。 - 前記中間ライナーが、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．４重量％のＦｅ、０．２〜０．９重量％のＣｕ、０．５〜１．７重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．１５重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、および０．１〜０．１６重量％のＺｒを含み、
前記水側ライナーが、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大０．９重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．４重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＭｇ、０．５〜８重量％のＺｎ、最大０．１重量％のＴｉ、および最大０．１重量％のＺｒを含み、
前記コアが、０．１〜０．８重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、１．０〜２．３重量％のＣｕ、０．５〜１．５重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、０．０５〜０．８重量％のＺｎ、最大０．１８重量％のＴｉ、および最大０．１８重量％のＺｒを含む、請求項１０に記載のシート材料。 - 熱交換器であって、それを通して流体を伝導することができる少なくとも一つのチューブと、前記チューブと熱伝導性接触する少なくとも一つのフィンと、を含み、前記チューブが、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大０．６重量％のＦｅ、１．０〜２．６重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを含むコアを有し、
６〜１３重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、最大０．３重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＭｎ、最大２．０重量％のＭｇ、最大４．０重量％のＺｎを含む４ＸＸＸアルミニウム合金ろう付けライナーを含み、前記フィンが、Ｚｎ添加を有するアルミニウム合金を含み、前記コアの前記Ｚｎが、前記チューブと前記フィンとの間の腐食電位差を低減させる、熱交換器。 - フィン合金が３００３＋Ｚｎ／３００３ｍｏｄであり、Ｚｎ添加が≧０．５重量％である、請求項１４に記載の熱交換器。
- 最大０．３重量％のＳｉ、最大０．５重量％のＦｅ、０．１〜１．０重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＭｇ、最大０．２５重量％のＺｎ、最大０．２５重量％のＴｉ、および最大０．２５重量％のＺｒを含む中間ライナー、０．１〜１．２重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、最大０．２重量％のＣｕ、最大１．５重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．５〜１２重量％のＺｎ、最大０．１６重量％のＴｉ、および最大０．１６重量％のＺｒを含む水側ライナー、０．１〜１．０重量％のＳｉ、最大１．０重量％のＦｅ、１．０〜２．５重量％のＣｕ、０．５〜１．８重量％のＭｎ、最大０．６重量％のＭｇ、０．０５〜１．０重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、および最大０．２重量％のＺｒを含むコア、ならびに４ＸＸＸろう付けライナーを有するシート材料を製造する方法であって、
前記中間ライナー、前記水側ライナー、前記コアおよび前記ろう付けライナーのためのインゴットを鋳造する工程と、
前記中間ライナー、前記水側ライナー、前記コア、および前記ろう付けライナーのための前記インゴットを、４００〜５６０℃の範囲の温度で最大６時間の浸漬時間、予熱に供する工程と、
前記中間ライナー、前記水側ライナー、前記コアおよび前記ろう付けライナーのためのインゴットを圧延して積層可能な薄膜を形成する工程と、
前記薄膜を複合材に積層する工程と、
前記複合材を圧延して前記シート材料を形成する工程と、を含む、方法。 - 前記複合材を圧延する工程が、４００〜５２０℃の温度で実施される、請求項１６に記載の方法。
- 前記複合材を圧延する工程が、室温で実施される、請求項１６に記載の方法。
- 前記複合材を圧延する工程が、中間ゲージへ冷間圧延し、次いで３４０〜４２０℃の範囲の温度で一回以上中間アニールし、その後最終ゲージへ冷間圧延することによって実施される、請求項１６に記載の方法。
- 前記複合材を圧延する工程が、最終ゲージへ直接冷間圧延し、次いで、１５０〜４２０℃の範囲の温度で最終アニールに供することによって実施される、請求項１６に記載の方法。
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