JP2627305B2

JP2627305B2 - Ａｉ製熱交換器

Info

Publication number: JP2627305B2
Application number: JP13007888A
Authority: JP
Inventors: 建当摩
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1988-05-30
Publication date: 1997-07-02
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JPH01299789A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、少なくとも真空ろう付けによって管とフィ
ンとが接合されるAl製熱交換器に関するものである。

〔従来技術〕

従来より、Al製熱交換器は真空ろう付け法によって広
く製造されていた。この場合、管もしくはフィンのいず
れか一方の部材の外面に被覆されるろう材として、通常
Si:7〜13％、Mg:1.0〜2.0％を含有し、残りがAlと不可
避不純物からなる組成（以上重量％。以下も成分組成に
かかる％は同じ）を有するAl合金が用いられていた。ろ
う材に含有されるMgは、その蒸発によって、炉中の高真
空を確保することとろう材自体の酸化皮膜を破壊するこ
とがねらいである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、ろう材中のMgの蒸発は、その大半がろうの溶
融時に起こるので、ろう溶融温度以下での炉中の真空度
は必ずしも高くなく、この時点で形成される比較的厚い
酸化皮膜のためにろう付け不良が起こることがしばしば
あった。また、ろう溶融温度以上では必要以上のMgが蒸
発するために炉の汚染が著しかった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上のような観点からなされたものであり、
本発明はろう付け性にすぐれ、かつ強度の高い熱交換器
用構成材料について種々検討した結果、以下の事実を見
出だした。

（１）Al−Mn合金にMgを含有さたAl−Mn−Mg系合金は高
温時における耐垂下性（以下単に耐垂下性という）が著
しく劣化するが、Al−Mn−Si合金にMgを含有させたAl−
Mn−Si−Mg系合金は耐垂下性を劣化させることなく常温
強度を著しく向上させることができる。

（２）フィンに上記のAl−Mn−Si−Mg系合金を用いる
と、ａ）ろう付け炉中において、フィンのMgの蒸発がろう溶
融前の低い温度から生じる。

ｂ）MgのO₂、H₂O、のゲッター効果により、ろう溶融前
に既に高真空が確保され、よってろう付け性が向上す
る。

ｃ）フィンの中心部のMgはろう溶融後も残留するため、
これが室温強度に寄与する。

（３）従って、管に被覆するろう材に含有させるMgは、
ろう材自体の酸化皮膜を破壊させるに足りればよいた
め、ａ）その含有量は著しく減少させることができる。

ｂ）ろう溶融時に、必要以上のMgが蒸発しないため、炉
の汚染を低減することができる。

本発明は上記知見にもとずいてなされたもので、以下
に本発明の熱交換器における管とフィンの成分組成を上
記の通りに限定した理由を説明する。

A.管＜ろう材＞（ａ）Si Si成分は、Al合金の融点を低下させるというろう材と
しての基本的性質を付与するために含有されるが、6.5
％未満あるいは12％を越えて含有されると所望の融点降
下が得られないことから、その含有量を6.5〜12％と定
めた。

（ｂ）Mg Mg成分は、これがろう付け時にろう材中から蒸発する
ことにより、ろう材表面の酸化皮膜を破壊させ、よって
ろう付け性を向上させることに寄与するが、0.1％未満
では上記効果が不十分であり、一方、0.9％を越えると
炉を著しく汚染することから、その含有量を0.1〜0.9％
と定めた。

＜芯材＞従来一般に使用されているものと同様、上記の成分を
有する。

B.フィン（ａ）Mn、Si これらの成分は、特に高温熱処理によってAlとAl−Mn
−Si系微細化合物とを形成し、高温および室温強度を向
上させる。Mn:0.8％、Si:0.7％未満では上記効果が不十
分であり、一方、Mn:1.5％、Si:1.3％を越えて含有され
てもさらに一層の改善効果がないばかりか、特にSiは融
点を下げるようになることから、それぞれの含有量をM
n:0.8〜1.5％、Si:0.7〜1.3％と定めた。

（ｂ）Mg Mg成分は、ろう付け時にその蒸発によって炉中の真空
度を上げるとともにフィンに室温強度を付与する。特に
Siと共存させることにより中間焼鈍でMg−Si系化合物を
形成し、固溶Mgが著しく少なくなることから、耐垂下性
の低下を防止する。0.05％未満では上記効果が十分でな
く、一方、1.0％を越えて含有されると蒸発量が多くな
り炉を汚染することから、その含有量を0.05〜1.0％と
定めた。

（ｃ）Zn Zn成分は、フィンの電位を下げ、管に対して犠牲陽極
効果を付与するが、2.1％未満では上記効果が不十分で
あり、一方、4.0％を越えて含有してもさらに改善効果
がないばかりか加工性を低下させることから、その含有
量を2.1％〜4.0％と定めた。

（ｄ）Zr Zr成分は、高温強度を上げ耐垂下性に寄与するが、0.
03％未満では上記効果が不十分であり一方、0.15％を越
えると材料の加工性が低下することから、その含有量を
0.03〜0.15％と定めた。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例にもとずいてさらに詳しく説明
する。

通常の溶解鋳造法により、それぞれ第１表に示される
本発明フィン用Al合金１〜３、比較フィン用Al合金４、
５、管の芯材用Al合金イ〜ハ、本発明管のろう材用Al合
金ａ〜ｃ、比較管のろう材用Al合金ｄを溶製し、鋳塊と
した後、通常の条件で均質化熱処理を施した。

なお、第１表には記載を省略したが、上記Al合金はそ
れぞれ下記の不可避不純物を含むものであった。

フィン用Al合金…Cu:0.02％以下。

管の芯材用Al合金…Zn:0.01％以下。

管のろう材用Al合金…Mn、Zn、Zr:いずれも0.01％以
下。Cu:0.02％以下。

ついでこの鋳塊を面削の後、熱間圧延をして、管の芯
材用Al合金については9mm厚の板とし、フィン用Al合金
と管のろう材用Al合金については3mm厚の板とした。

ついで前記フィン用Al合金板と管のろう材用Al合金板
については冷間圧延をして、前者は0.13mm、後者は1mm
の薄板とした。

続いて、第２表に示す組み合わせによって、前記9mm
厚の管の芯材用Al合金板の片面に1mm厚の管のろう材用A
l合金薄板を熱間圧延によってクラッドし、さらにこの
クラッド板を冷間圧延して0.5mm厚の管材用クラッド薄
板を得た。また、前記0.13mm厚のフィン用Al合金薄板
は、中間焼鈍を施した後、冷間圧延をして0.10mm厚とし
た。

次に、上記によって得られたフィン用Al合金薄板と管
材用Al合金クラッド薄板から試片を取り出し、、それぞ
れ下記のとおり試験を行ってその結果を第２表に示し
た。

（１）管とフィンとのろう付け性試験管材用Al合金クラッド薄板は15×50mmに切り出し、一
方、フィン用Al合金薄板はまず 15×100mmに切り出し、これを長さが50mmとなるように1
0mmピッチでジグザグ状に屈曲さた。

続いて、前記の管材用Al合金試片のろう材側に前記フ
ィン用Al合金試片を組合せ、１×10^-4Torrの真空雰囲気
中で600×５分保持の熱処理を施してろう付けを行っ
た。その後フィレット（ろう付け部のろうの溜まり）の
形成状態でろう付け性を評価した。表中、○は良好、△
は不十分、×は形成なしを示す。

（２）フィンの耐垂下性試験フィン用Al合金薄板を30×130mmの大きさに切り出
し、この長手方向の一端から100mmまでの部分を水平に
保持し、残りの30mmの部分を自由端とした状態で、１×
10^-4Torrの真空雰囲気中で600℃×５分間保持の熱処理
を施した後、試片の自由端の垂下高さを測定した。

（３）フィンの引張試験フィン用Al合金薄板から引張試験片を切り出し、１×
10^-4Torrの真空雰囲気中で、ろう付け温度に相当する60
0℃×５分間の熱処理を施した後引張試験を行い測定し
た。

（４）管の耐食性試験前記（１）項のろう付け性試験における試験体を用
い、1ppmのCu²⁺イオンを含有する温度:40℃の水道水に3
0日間浸漬の水道水浸漬試験を行い、管の芯材における
最大孔食深さを測定した。

（５）炉の汚染度観察管とフィンとの組合せ毎に一定量のろう付けを行い、
炉内のMgの蒸発による汚染度を観察した。表中、○は汚
染が少なく、×は汚染が多い状態を示す。

〔発明の効果〕

第２表から明らかなように、本発明になる管とフィン
とを組合せて真空ろう付けしたAl製熱交換器では、管と
フィンとのろう付け性が優れているとともに、フィンの
耐垂下性と室温強度並びに管の耐食性が優れている。ま
た炉内の汚染は著しく改善された。

これに比べて、比較Al製熱交換器ではいずれも前記特
性のうちの一つ以上が不良であった。

以上のことから、本発明のAl製熱交換器は管とフィン
とのろう付け性とフィンの耐垂下性に優れているので、
製品の生産性と歩留りが向上するとともに、フィンの室
温強度が高く、管の耐食性に優れているので熱交換器そ
のものの寿命を著しく延ばすことができた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２８Ｆ 21/08 Ｆ２８Ｆ 21/08 Ａ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材の外面にろう材を被覆してなる管とフ
ィンとを真空ろう付けによって接合した熱交換器におい
て、前記管の芯材をMn:0.8〜1.5％、Cu:0.05〜0.60％を
含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有する
Al合金で構成し、前記管のろう材をSi:6.5〜12％、Mg:
0.1〜0.9％を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる
組成を有するAl合金で構成し、前記フィンをMn:0.8〜1.
5％、Si:0.7〜1.3％、Mg:0.05〜1.0％、Zn:2.1〜4.0％
を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）を有するAl合金で構成したことを特徴とするAl
製熱交換器
【請求項２】芯材の外面にろう材を被覆してなる管とフ
ィンとを真空ろう付けによって接合した熱交換器におい
て、前記管の芯材をMn:0.8〜1.5％、Cu:0.05〜0.60％、
Si:0.4〜1.3％を含有し、残りがAlと不可避不純物から
なる組成を有するAl合金で構成し、前記管のろう材をS
i:6.5〜12％、Mg:0.1〜0.9％を含有し、残りがAlと不可
避不純物からなる組成を有するAl合金で構成し、前記フ
ィンをMn:0.8〜1.5％、Si:0.7〜1.3％、Mg:0.05〜1.0
％、Zn:2.1〜4.0％を含有し、残りがAlと不可避不純物
からなる組成（以上重量％）を有するAl合金で構成した
ことを特徴とするAl製熱交換器
【請求項３】芯材の外面にろう材を被覆してなる管とフ
ィンとを真空ろう付けによって接合した熱交換器におい
て、前記管の芯材をMn:0.8〜1.5％、Cu:0.05〜0.60％、
Si:0.4〜1.3％、Mg:0.05〜0.40％を含有し、残りがAlと
不可避不純物からなる組成を有するAl合金で構成し、前
記管のろう材をSi:6.5〜12％、Mg:0.1〜0.9％を含有
し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有するAl合
金で構成し、前記フィンをMn:0.8〜1.5％、Si:0.7〜1.3
％、Mg:0.05〜1.0％、Zn:2.1〜4.0％を含有し、残りがA
lと不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有するA
l合金で構成したことを特徴とするAl製熱交換器
【請求項４】管の芯材を構成するAl合金の組成成分とし
て、さらにZr:0.03〜0.15％を含有することを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載のAl製熱交換器
【請求項５】フィンを構成するAl合金の組成成分とし
て、さらにZr:0.03〜0.15％を含有することを特徴とす
る請求項１〜４のいずれかに記載のAl製熱交換器