JP3599126B2 - ブレージングシート及び熱交換器に用いられる管 - Google Patents
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【産業上の利用分野】
本発明は、特に自動車用のエバポレータ、コンデンサ、ラジエータ等の熱交換器における管(チューブ、パイプ)を構成する為に用いられるブレージングシートに関するものである。
【0002】
【発明の背景】
アルミニウム又はアルミニウム合金材料(以下、Al材料)からなる熱交換器は、Al材料を用いて作製された押出偏平多穴管(チューブ)やヘッダーパイプ等にろう材が貼り合わされたブレージングシートを用いて作製されたクラッドフィンを組み付け、そしてフラックスをチューブやヘッダーパイプとクラッドフィンとの接合部に供給し、不活性雰囲気下でろう付けすることにより製造されている。
【0003】
あるいは、ろう材がクラッドされたブレージングシートを用いてチューブ等を構成し、これにフィンを組み付け、そしてフラックスを接合部に供給し、不活性雰囲気下でろう付けすることにより製造されている。
ところで、ろう材がクラッドされたブレージングシートを用いてチューブ等を構成するにあたり、ブレージングシートの芯材としてはMnを1〜1.5wt%、Cuを0.05〜0.2wt%含有するAl−Mn−Cu合金が用いられ、ろう材としてSiを7〜10wt%含有するAl−Si合金が用いられている。
【0004】
しかしながら、このようなブレージングシートを用いて電縫手段により構成されたチューブやパイプを構成要素とした熱交換器は、熱交換効率や耐蝕性に改善が求められた。
【0005】
【発明の開示】
前記の問題点についての検討が鋭意押し進められて行った結果、熱交換効率や耐蝕性の問題はブレージングシートの構成を変えることによって解決されることが判って来た。
すなわち、ブレージングシートの芯材に用いたAl−Mn−Cu合金は、含有するMn成分によって熱伝導性が低下していることが判ったのである。特に、Mnを1wt%も含有していると熱伝導性の低下は著しく、熱交換器のチューブやパイプとしての許容量は0.3wt%未満とすることが大事であることが突き止められた。尚、Mnを格別に含有させないようにする訳であるが、Mnは機械的強度を向上させる成分であることから、熱交換器のチューブやパイプを構成する為には、これに代わる成分が必要となる。
【0006】
この点についての検討を鋭意押し進めて行った結果、熱交換効率や耐蝕性の問題を引き起こすことなく、かつ、機械的強度の向上にも寄与する元素としてFeが用いられることを突き止めた。すなわち、Al合金中に含有させたFeは鋳造時にAl3 Fe等の形で晶出し、その後の加工、熱処理によっても殆ど固溶、析出することがない為、圧延等の加工により加工方向に層状に分布する。このような金属組織はろう付け時の高温加熱によっても変化することがない。更に、ろう材から芯材に拡散して来るSiを、例えばAl3 (Fe・Si)の形でトラップし、粒界腐食を抑制する。又、層状に分布した晶出物の存在によって厚さ方向への腐食(孔食)が防止される。このような特長を効果的に発揮させる為、Feの含有量は0.1〜1.0wt%とすることが大事であった。例えば、1.0wt%を越えて多くなり過ぎると、耐蝕性が低下する。逆に、0.1wt%未満の少な過ぎた場合には、機械的強度の向上が得られなかった。
【0007】
又、耐蝕性の問題は芯材の合金組成にのみ起因するのではなく、クラッドされたろう材の側にもあった。すなわち、Feが0.1wt%以上で1.0wt%以下のAl−Fe系合金を芯材として用いた場合に、ろう材として、単に、Al−Si合金を用いたのでは、孔食が発生する。この孔食は、管の場合には、熱媒体が飛散してしまうことになるから、致命的な問題である。そこで、Feを0.1〜1.0wt%含有させたAl合金を芯材として用いた場合に、ろう材として如何なる組成のAl合金を用いれば良いかの検討を鋭意押し進めて行った。この結果、Znをも含有させ、しかもZnは2wt%以上で25wt%以下とし、そしてSiを3wt%以上で11wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金をろう材とした場合には、特定の合金組成からなる芯材との相乗作用によって孔食を効果的に防止できることが見出された。
【0008】
上記知見を基にして本発明が達成されたものであり、熱交換効率や耐蝕性に優れたブレージングシート、及びこのブレージングシートを基にして作製した熱交換器に用いられる管を提供することを目的とする。
この本発明の目的は、Feが0.1wt%以上で1.0wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金材と、
Siが3wt%以上で11wt%以下、Znが2wt%以上で25wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金ろう材
とからなることを特徴とするブレージングシートによって達成される。
【0009】
又、Feが0.1wt%以上で1.0wt%以下、Mnが0.05wt%以上で0.3wt%未満、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金材と、
Siが3wt%以上で11wt%以下、Znが2wt%以上で25wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金ろう材
とからなることを特徴とするブレージングシートによって達成される。
【0010】
又、Feが0.1wt%以上で1.0wt%以下、Cuが0.1wt%以上で0.5wt%未満、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金材と、
Siが3wt%以上で11wt%以下、Znが2wt%以上で25wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金ろう材
とからなることを特徴とするブレージングシートによって達成される。
【0011】
又、Feが0.1wt%以上で1.0wt%以下、Mnが0.05wt%以上で0.3wt%未満、Cuが0.1wt%以上で0.5wt%未満、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金材と、
Siが3wt%以上で11wt%以下、Znが2wt%以上で25wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金ろう材
とからなることを特徴とするブレージングシートによって達成される。
【0012】
尚、上記ブレージングシートにおけるAl合金材は、0.01wt%以上で0.15wt%以下のZr、0.01wt%以上で0.20wt%以下のTi、0.05wt%以上で0.30wt%以下のCrの中から選ばれる一種または二種以上を含むものが好ましい。
又、Al合金材(芯材)におけるFe含有量の好ましい範囲は0.1〜0.5wt%(特に、0.1〜0.4wt%)、Mn含有量の好ましい範囲は0.1〜0.25wt%(特に、0.1〜0.2wt%)、Cu含有量の好ましい範囲は0.1〜0.45wt%(特に、0.1〜0.4wt%)であり、クラッドされるろう材におけるSi含有量の好ましい範囲は5〜11wt%(特に、7〜9wt%)、Zn含有量の好ましい範囲は5〜12wt%(特に、7〜10wt%)である。
【0013】
そして、上記構成のブレージングシートを少なくともAl合金ろう材が表面に露出しているよう管状に成形加工されてなることを特徴とする熱交換器に用いられる管によって達成される。
以下、本発明について詳述する。
先ず、本発明になるブレージングシートの芯材としてMnを含有させない、又は含有させても0.3wt%未満としたのは、熱伝導性を考慮したからである。すなわち、熱交換器の構成要素、例えばチューブとかヘッダーパイプのような管にあっては、内部を熱交換媒体が流通し、熱交換が効率良く行われるようにする為には、管材は熱伝導性の良いことが不可欠である。この観点から、つまり熱伝導度を高める為に、ブレージングシートの芯材としてMnを含有させない、又は含有させても0.3wt%未満とした。Mnを含有する場合に、Mn含有量の好ましい範囲は0.05wt%以上である。Mn含有量の好ましい範囲は0.1〜0.25wt%(特に、0.1〜0.2wt%)である。
【0014】
ところで、Mnは機械的強度を向上させると共に電位を貴にする成分であることから、熱交換器のチューブやパイプを構成する為に用いるには、これに代わる成分が必要となる。この成分として選ばれたのが、Feである。すなわち、Feは機械的強度を向上させることになる。しかも、FeはAlと金属化合物を形成するので、Feを含有させても、熱伝導度の低下が問題にならない。このような特長を奏させる為に含有させるFeの量は0.1〜1.0wt%である。すなわち、Feが0.1wt%未満の少な過ぎた場合には、機械的強度の向上が得られない。しかし、1.0wt%を越えて多くなり過ぎると、耐蝕性が低下する。そして、0.1〜1.0wt%(好ましい含有量は0.1〜0.5wt%、特に0.1〜0.4wt%)の程度であれば、機械的強度の向上が得られ、耐蝕性や熱伝導度の問題が起きない。
【0015】
又、Cuを含有させることによっても機械的強度の向上が期待できる。又、電位を貴にすることになる。かつ、Cuを含有させても、少量であれば、熱伝導度の低下が問題にならない。更に、Cuを含有させることによって延性が改善され、加工性が向上する。従って、Cuも含有させておくことは極めて好ましいことになる。このような特長を奏させる為に含有させるCuの量は0.1〜0.5wt%である。0.5wt%を越えて多くなり過ぎると、粒界腐食が起き始める。そして、0.1〜0.5wt%(好ましい含有量は0.1〜0.2wt%、特に0.1〜0.15wt%)の程度であれば、機械的強度の向上、加工性の向上が得られ、耐蝕性も向上し、熱伝導度の問題が起きない。
【0016】
Zr,Ti,Crは、圧延方向に薄く引き延ばされた結晶粒が熱処理によって粗大化するのを防止する。この粗大化の防止は、芯材内部への孔食を防止することになる。従って、Zr,Ti,Crの群の中から選ばれる一種、又は二種以上を含有させておくことは極めて好ましい。このような特長を奏させる為、Zr含有量の好ましい範囲は0.01〜0.15wt%(特に、0.07〜0.15wt%)、Ti含有量の好ましい範囲は0.01〜0.20wt%(特に、0.07〜0.15wt%)、Cr含有量の好ましい範囲は0.05〜0.30wt%(特に、0.07〜0.15wt%)である。
【0017】
尚、不可避不純物として含まれる場合を除き、Siを含有させないことが好ましい。すなわち、Siを芯材中に含有させていると、孔食が起き易くなり、熱交換器を構成する管の素材としては好ましくないからである。
上記のようなAl合金からなる芯材の表面(片面、又は両面)にクラッドするろう材は、Siが3wt%以上で11wt%以下、Znが2wt%以上で25wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金である。すなわち、Al−Si合金からなるろう材を用いた場合には、孔食が発生してしまう。しかるに、Al−Si−Zn系合金を用いた場合には、Mnを格別には含有させない(含有させても微量)芯材を構成する上記Al合金の構成成分との協同作用により、孔食が効果的に防止される。このような特長を奏させる為、Zn含有量は2〜25wt%(好ましい含有量は5〜12wt%、特に7〜10wt%)とした。又、ろう材としての機能を発揮させる為、Si含有量は3〜11wt%(好ましい含有量は5〜11wt%、特に7〜9wt%)とした。
【0018】
上記芯材とクラッドされるろう材との厚さは、芯材/ろう材が0.95/0.05〜0.85/0.15の程度である。
そして、上記のように構成させたブレージングシートを用いて、例えば図1に示されるようなドロンカップ型熱交換器のチューブやパイプが構成される。
尚、本発明のブレージングシートを用いてフィンとすることも考えられるが、フィンと管とを考えた場合、管の孔食を防止する機能をフィンに担わせることが好ましいことから、本願発明のような耐蝕性に富む電位が高いAl合金をフィンとした場合、一層電位が高いAl合金を用いて管を構成しなければならない。しかるに、現時点では、かかる電位が高いAl合金を工業的に叶うコストでもって得ることは困難であるから、本願発明のブレージングシートは管材とするのが好ましい。
【0019】
【実施例】
〔実施例1〕
下記の表−1に示すAl合金からなる芯材の両面に表−1に示すAl合金からなるろう材をクラッドしたブレージングシートを用意した。尚、このブレージングシートは、ろう材/芯材/ろう材=0.1/0.8/0.1の割合からなる0.40mmの厚さである。
【0020】
そして、このブレージングシートを用いてドロンカップ型熱交換器のチューブを作製し、このチユーブとAl−Mn合金製フィンとをフッ化物系のフラックスを用いて窒素雰囲気下で600℃に5分間保持し、ろう付けした。
得られたものについて、チューブの耐蝕性や熱電導性(電気電導度)を調べると共に、ブレージングシートの機械的強度(引っ張り強さ)を調べたので、その結果を表−2に示す。
【0021】
尚、実施例1−1のブレージングシートでフィンを構成すると共に前記フィンを構成したAl−Mn合金でチューブを構成し、これらのチユーブとフィンとをフッ化物系のフラックスを用いて窒素雰囲気下で600℃に5分間保持し、ろう付けしたものについて、耐蝕性(酸性塩水噴霧試験30日後の孔食深さ、腐食液循環試験30日後の孔食深さ)を調べた処、チューブには貫通孔が形成されていた。
【0022】
〔実施例2〕
表−1に示すAl合金からなる芯材の一面に表−1に示すAl合金からなるろう材をクラッドすると共に芯材の他面にA7072犠牲材をクラッドしたブレージングシートを用意した。尚、このブレージングシートは、ろう材/芯材/犠牲材=0.1/0.8/0.1の割合からなる0.40mmの厚さである。
【0023】
そして、このブレージングシートを用いてドロンカップ型熱交換器のチューブを作製し、このチユーブとAl−Mn合金製フィンとをフッ化物系のフラックスを用いて窒素雰囲気下で600℃に5分間保持し、ろう付けした。
得られたものについて、チューブの耐蝕性や熱電導性(電気電導度)を調べると共に、ブレージングシートの機械的強度(引っ張り強さ)を調べたので、その結果を表−3に示す。
【0024】
〔実施例3〕
表−1に示すAl合金からなる芯材の片面に表−1に示すAl合金からなるろう材をクラッドしたブレージングシートを用意した。尚、このブレージングシートは、ろう材/芯材=0.1/0.9の割合からなる0.40mmの厚さである。
【0025】
そして、このブレージングシートを用いてドロンカップ型熱交換器のチューブを作製し、このチユーブとAl−Mn合金製フィンとをフッ化物系のフラックスを用いて窒素雰囲気下で600℃に5分間保持し、ろう付けした。
得られたものについて、チューブの耐蝕性や熱電導性(電気電導度)を調べると共に、ブレージングシートの機械的強度(引っ張り強さ)を調べたので、その結果を表−4に示す。
【0026】
【0027】
【効果】
熱交換効率や耐蝕性に富み、機械的強度に優れた熱交換器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ドロンカップ型熱交換器の説明図
Claims (6)
- Feが0.1wt%以上で1.0wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金材と、
Siが3wt%以上で11wt%以下、Znが2wt%以上で25wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金ろう材
とからなることを特徴とするブレージングシート。 - Feが0.1wt%以上で1.0wt%以下、Mnが0.05wt%以上で0.3wt%未満、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金材と、
Siが3wt%以上で11wt%以下、Znが2wt%以上で25wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金ろう材
とからなることを特徴とするブレージングシート。 - Feが0.1wt%以上で1.0wt%以下、Cuが0.1wt%以上で0.5wt%未満、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金材と、
Siが3wt%以上で11wt%以下、Znが2wt%以上で25wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金ろう材
とからなることを特徴とするブレージングシート。 - Feが0.1wt%以上で1.0wt%以下、Mnが0.05wt%以上で0.3wt%未満、Cuが0.1wt%以上で0.5wt%未満、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金材と、
Siが3wt%以上で11wt%以下、Znが2wt%以上で25wt%以下、残部がAlと不可避不純物からなるAl合金ろう材
とからなることを特徴とするブレージングシート。 - Al合金材は、0.01wt%以上で0.15wt%以下のZr、0.01wt%以上で0.20wt%以下のTi、0.05wt%以上で0.30wt%以下のCrの中から選ばれる一種または二種以上を含むことを特徴とする請求項1〜請求項4いずれかのブレージングシート。
- 請求項1〜請求項5いずれかのブレージングシートを少なくともAl合金ろう材が表面に露出しているよう管状に成形加工されてなることを特徴とする熱交換器に用いられる管。
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