JP3652719B2

JP3652719B2 - Method for producing anti-corrosion aluminum material for brazing

Info

Publication number: JP3652719B2
Application number: JP14049894A
Authority: JP
Inventors: 正一古田; 富義金井; 正博小島; 真史上田
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: JPH0810983A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えばろう付仕様によって製作される熱交換器の構成部材等として用いられるろう付用アルミニウム材料の製造方法、特に耐食性を要求される部材に好適に用いられるろう付用防食アルミニウム材料の製造方法に関する。
【０００２】
なお、この明細書において、アルミニウムの語はその合金を含む意味で用いられる。
【０００３】
【従来の技術】
アルミニウム材の表面に、溶射によりろう材層を被覆形成してろう付用材料となす技術は既に知られている。しかし、ろう材層を形成しただけではろう付後に耐食性を付与することはできない。
【０００４】
このため、耐食性を付与できるろう付用アルミニウム材料の製造方法として、ろう材層の溶射形成に先立ってまずＺｎまたはＺｎ合金をアルミニウム材の表面に溶射して防食層を形成し、その後にろう材を溶射する方法が提案されている（例えば特開平１−１５７７９４号、特開平２−４６９６９号）。
【０００５】
しかしこの方法では、防食層とろう材層を順次別々に形成するために、溶射装置を前後２段に配置しなければならず、製造ラインが長くなるとか、コスト高につくというような欠点があった。
【０００６】
そこで、溶射材としてＺｎを含有するＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材を用いることにより、ろう材層の形成前のＺｎ溶射を不要とする技術が提案されている（例えば特公昭６３−１１５２号、特開平１−１０７９６１号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材は、Ａｌ−Ｓｉろう材を主成分とするため、溶射時に酸化が進行し易く、このため強固な酸化皮膜が形成されやすく、この酸化皮膜がろう付性を阻害して良好なろう付けを行うことができないという欠点があった。
【０００８】
この発明は、上記のような技術的背景に鑑みてなされたものであって、耐食性を付与できるろう付用アルミニウム材料を、製造ラインの長尺化等を派生することなく溶射法によって簡易に製造でき、しかもろう付性にも優れたろう付用防食アルミニウム材料の製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、アルミニウム材の表面にＺｎ−Ｓｉ系合金線材を溶射することを特徴とするろう付用防食アルミニウム材料の製造方法によって達成される。
【００１０】
溶射材料としてのＺｎ−Ｓｉ系合金線材におけるＳｉ成分は、溶射後においてろう材成分として機能するものである。すなわち、溶射後アルミニウム材の表面に存在している溶射層中のＳｉは、ろう付加熱時にアルミニウム材のＡｌと反応してろう材としてのＡｌ−Ｓｉ合金を形成する。一方、Ｚｎ−Ｓｉ系合金線材に含まれるＺｎ成分は防食効果を付与するものである。而して、アルミニウム材のろう付性、耐食性は、溶射後におけるアルミニウム材表面のＳｉ成分やＺｎ成分の付着量に大きく依存するため、溶射材料としてのＺｎ−Ｓｉ系合金線材そのものの組成はさほど重要ではない。一般的には、Ｓｉ：１８〜７７wt％、残部Ｚｎ及び不可避不純物の組成のものが用いられる。なお、溶射後のアルミニウム材のろう付性、耐食性に影響を与えない限りにおいて、Ｚｎ、Ｓｉの外に他の成分を含有していても良い。
【００１１】
Ｚｎ−Ｓｉ系合金線材の溶射は、従来より使用されているＤＣアーク溶射機等を使用して行えば良い。溶射条件も特に限定されることはなく、一般的な溶射条件を採用すれば良い。また、かかる溶射は、アルミニウム材表面に形成される溶射層の酸化を可及的防止するため、Ｎ₂雰囲気等の非酸化性雰囲気で行うのが良い。
【００１２】
なお、溶射は、コイル状のアルミニウム材を巻きほどきながら、あるいはアルミニウム材が特に押出材の場合には、アルミニウム材を押出機から押出しながら、連続的に溶射するのが生産効率上好ましい。
【００１３】
Ｚｎ−Ｓｉ系合金線材の溶射により、アルミニウム材表面にはＺｎ−Ｓｉ系合金からなる溶射層が形成される。溶射層におけるＺｎ成分の付着量は、６〜１４ｇ／ｍ²とするのが良い。６ｇ／ｍ²未満ではろう付後の耐食性が不十分となる虞れがあり、１４ｇ／ｍ²を越えると初期腐食が激しくかえって耐食性に劣る場合がある。より好ましくは、溶射層におけるＺｎ成分の付着量を８ｇ／ｍ²以上とするのが良く、また１２ｇ／ｍ²以下とするが良い。一方Ｓｉ成分の付着量は、３〜２０ｇ／ｍ²とするのが良い。３ｇ／ｍ²未満ではその後のろう付が不十分となる虞れがあり、２０ｇ／ｍ²を越えるとエロージョンが発生する危険がある。より好ましくは、溶射層におけるＳｉ成分の付着量を４ｇ／ｍ²以上とするのが良く、また７ｇ／ｍ²以下とするが良い。
【００１４】
このような付着量は、溶射材としてのＺｎ−Ｓｉ系合金線材におけるＺｎ、Ｓｉ含有量を考慮して、溶射層の厚さを調整することにより行えば良い。また、溶射層はアルミニウム材の片面にのみ形成しても良いし、図１に示すようにアルミニウム材（２）の上下に溶射ガン（４）（４）を配置して溶射を行うことにより、上下両面に溶射層を形成しても良い。
【００１５】
この発明に用いるアルミニウム材の組成は特に限定されることはなく、用途との関連で要求される種々の材質のものを用いれば良い。また、アルミニウム材の加工方法も特に限定されることはなく、押出材、圧延材、鋳造材その他各種の材料を用いることができる。また、アルミニウム材の断面形状も限定されることはなく、用途との関係で決定される任意の形状に製作すれば良い。
【００１６】
上記により、Ｚｎ−Ｓｉ系合金からなる溶射層を形成されたアルミニウム材料は、その後、ろう付品の構成部材としてろう付に供される。具体的には、被接合部にフラックスを塗布し乾燥したのち、Ｎ₂等の不活性ガス雰囲気中で６００℃前後の温度に加熱される。この加熱による温度上昇の過程で、溶射層中のＺｎ成分がアルミニウム材表面に拡散して防食層が形成される。また、溶射層中のＳｉ成分とアルミニウム材のＡｌとが反応してＡｌ−Ｓｉ合金ろう材を形成し、このろう材を利用してろう付接合が達成される。
【００１７】
【作用】
溶射材としてＺｎ−Ｓｉ系合金線材を用いるから、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材を溶射する場合に較べて溶射時の酸化が抑制され、酸化皮膜の形成が抑制される。従って、ろう付性が阻害される不都合が軽減される。
【００１８】
もとより、防食用のＺｎとろう付用のＳｉを合金としてともに含むＺｎ−Ｓｉ系合金線材を溶射するから、防食層とろう材層を順次別々に形成する必要はない。
【００１９】
【実施例】
ＪＩＳ１１００Ａｌ合金からなる幅１６ｍｍ×高さ３ｍｍ×肉厚０．５ｍｍの多孔偏平押出材（２）を、図１及び図２に示すように、押出機（１）から押出したのち、押出機の出側において、押出材（２）の上下に溶射ガン（４）（４）をコイル方向に傾斜させた状態で配置し、押出材（２）表面に溶射を行った。その後、冷却用水槽（３）で冷却したのち、コイル（６）に連続的に巻き取った。溶射ガン（４）としては、通常のＤＣアーク溶射機によるものを用いた。
【００２０】
上記の構成において、溶射材として表１に示すような各種組成の合金からなる線材（直径１．６ｍｍ）を用いて溶射を行い、押出材（２）の上下両面に溶射層（５）（５）を被覆形成した。
【００２１】
そして、得られたろう付用アルミニウム材料について、溶射層におけるＺｎ成分、Ｓｉ成分、Ａｌ成分を測定した。その結果を表１に示す。
【００２２】
次に、上記により製作した各ろう付用アルミニウム材料を熱交換チューブに用いて、図３および図４に示すいわゆるマルチフロー形のアルミニウム製熱交換器コアにそれぞれ組み立てた。なお、図３および図４に示す熱交換器コアは、水平状態で上下に平行に配置された上記ろう付用アルミニウム材料からなる多数本のチューブ（11）と、隣接するチューブ（11）間に介在配置されたコルゲートフィン（12）と、最外側のコルゲートフィンの外側に配置されたサイドプレート（13）（13）を備えた縦３５０ｍｍ×横５５０ｍｍ×奥行１６ｍｍに形成されたものである。なお、コルゲートフィン（12）としては、ＪＩＳ３００３Ａｌ合金からなる長さ５３０ｍｍ×幅１６ｍｍ×高さ８ｍｍ×肉厚０．１２ｍｍのものを用いた。また、サイドプレート（13）としてはＪＩＳ１１００Ａｌ合金からなる長さ５３０ｍｍ×幅１６ｍｍ×肉厚０．８ｍｍのものを用いた。
【００２３】
次に、上記の各熱交換器コアの組立物に、８２wt％ＫＡｌＦ₄＋１８wt％Ｋ₃ＡｌＦ₆からなる平均粒径１０μｍのフラックスを水に懸濁させた懸濁液（濃度１０％）を塗布し乾燥したのち、Ｏ₂濃度：５０ｐｐｍ、露点：−６０℃のＮ₂ガス雰囲気中にて６００℃×３分加熱し、各構成部材をろう付した。
【００２４】
そして、各熱交換器コアのチューブ（11）について、コルゲートフィン（12）との接合状態を目視観察することにより、ろう付性を評価した。その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

また、ろう付性が良好であった試料Ｎｏ１、２、３、７、８の各熱交換器コアをＣＣＴ腐食試験（複合腐食試験）に供して、１８０サイクル後のチューブの腐食状態を調べたところ、表１に示すとおりであった。
【００２６】
表１の結果からわかるように、比較Ｎｏ９の試料については、ろう付不十分であったが、この理由は強固な酸化皮膜が形成され、これがろう付性を阻害したものと推測される。また、本発明実施品について、溶射層におけるＺｎ成分、Ｓｉ成分の付着量が好適範囲にある場合には、優れたろう付性、優れた耐食性を示し、かつろう付後の外観も良好であることがわかる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、溶射材としてＺｎ−Ｓｉ系合金線材を用いるから、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材を溶射する場合に較べて溶射時の酸化を抑制でき、酸化皮膜の形成を抑制できる。従って、ろう付性が阻害される不都合を軽減することができる。
【００２８】
もとより、防食用のＺｎとろう付用のＳｉを合金としてともに含むＺｎ−Ｓｉ系合金線材を溶射するから、防食層とろう材層を順次別々に形成する必要がなくなり、１台の溶射装置で済む。従って、複数の溶射装置の設置に起因する製造ラインの長尺化やコスト高を派生することなく、防食性能を有するろう付用アルミニウム材料の製造が可能となる。
【００２９】
また、アルミニウム材表面のＺｎ成分の付着量が６〜１４ｇ／ｍ²であり、Ｓｉ成分の付着量が３〜２０ｇ／ｍ²である場合には、さらに優れたろう付性、耐食性を確実に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における溶射工程の概略構成図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】実施例で製作したマルチフロー型アルミニウム熱交換器コアの正面図である。
【図４】図３の熱交換器コアのチューブとコルゲートフィンとを分離して示す斜視図である。
【符号の説明】
２…アルミニウム材（アルミニウム押出材）
５…溶射層[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for producing an aluminum material for brazing used as a component of a heat exchanger manufactured according to brazing specifications, for example, an anticorrosive aluminum material for brazing suitably used for a member requiring corrosion resistance. It relates to a manufacturing method.
[0002]
In this specification, the term aluminum is used to include its alloys.
[0003]
[Prior art]
A technique for forming a brazing material layer by coating a surface of an aluminum material by thermal spraying is already known. However, corrosion resistance cannot be imparted after brazing only by forming a brazing material layer.
[0004]
For this reason, as a method for producing a brazing aluminum material capable of imparting corrosion resistance, prior to thermal spray formation of the brazing material layer, first, a corrosion protection layer is formed by thermally spraying Zn or a Zn alloy on the surface of the aluminum material, and then brazing material Have been proposed (for example, JP-A-1-157794 and JP-A-2-46969).
[0005]
However, in this method, in order to form the anticorrosion layer and the brazing material layer separately separately, the thermal spraying apparatus must be arranged in two stages in the front and rear, and there are disadvantages such as a long production line and high cost. there were.
[0006]
Therefore, a technique has been proposed in which an Al—Si—Zn-based alloy brazing material containing Zn is used as the thermal spraying material, thereby eliminating the need for Zn thermal spraying prior to the formation of the brazing material layer (for example, Japanese Patent Publication No. 63-1152). JP-A-1-107961).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since this Al—Si—Zn-based alloy brazing material is mainly composed of an Al—Si brazing material, oxidation is likely to proceed during thermal spraying, and thus a strong oxide film is likely to be formed. There was a drawback that good brazing could not be performed by inhibiting the stickiness.
[0008]
The present invention has been made in view of the technical background as described above, and can easily produce a brazing aluminum material capable of imparting corrosion resistance by a thermal spraying method without deriving the lengthening of the production line. Further, the present invention provides a method for producing an anticorrosive aluminum material for brazing that is excellent in brazing properties.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by a method for producing an anticorrosive aluminum material for brazing, characterized by spraying a Zn-Si based alloy wire on the surface of an aluminum material.
[0010]
The Si component in the Zn—Si based alloy wire as the thermal spraying material functions as a brazing filler metal component after thermal spraying. In other words, Si in the sprayed layer existing on the surface of the aluminum material after spraying reacts with Al of the aluminum material during brazing heat to form an Al—Si alloy as the brazing material. On the other hand, the Zn component contained in the Zn—Si-based alloy wire imparts an anticorrosive effect. Thus, the brazing property and corrosion resistance of the aluminum material are greatly dependent on the amount of Si component and Zn component deposited on the surface of the aluminum material after thermal spraying, so the composition of the Zn-Si alloy wire itself as the thermal spray material is not much. It does not matter. Generally, Si: 18 to 77 wt%, the balance of Zn and inevitable impurities are used. In addition, other components may be contained in addition to Zn and Si as long as the brazing property and corrosion resistance of the aluminum material after thermal spraying are not affected.
[0011]
The thermal spraying of the Zn—Si based alloy wire may be performed using a conventionally used DC arc sprayer or the like. The spraying conditions are not particularly limited, and general spraying conditions may be adopted. Further, such thermal spraying is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere such as an N ₂ atmosphere in order to prevent oxidation of the thermal spray layer formed on the surface of the aluminum material as much as possible.
[0012]
In terms of production efficiency, it is preferable that the thermal spraying is continuously performed while unwinding the coiled aluminum material, or in particular when the aluminum material is an extruded material, while extruding the aluminum material from the extruder.
[0013]
By spraying the Zn—Si based alloy wire, a sprayed layer made of a Zn—Si based alloy is formed on the surface of the aluminum material. The adhesion amount of the Zn component in the sprayed layer is preferably 6 to 14 g / m ² . If it is less than 6 g / m ² , the corrosion resistance after brazing may be insufficient, and if it exceeds 14 g / m ² , the initial corrosion may be severely changed and the corrosion resistance may be poor. More preferably, the adhesion amount of the Zn component in the sprayed layer is 8 g / m ² or more, and 12 g / m ² or less. On the other hand, the adhesion amount of the Si component is preferably 3 to 20 g / m ² . If it is less than 3 g / m ² , the subsequent brazing may be insufficient, and if it exceeds 20 g / m ² , erosion may occur. More preferably, the adhesion amount of the Si component in the sprayed layer is 4 g / m ² or more, and 7 g / m ² or less.
[0014]
Such an adhesion amount may be determined by adjusting the thickness of the sprayed layer in consideration of the Zn and Si contents in the Zn—Si based alloy wire as the spraying material. Further, the sprayed layer may be formed only on one surface of the aluminum material, or by spraying with the spray guns (4) and (4) disposed above and below the aluminum material (2) as shown in FIG. Thermal spray layers may be formed on the upper and lower surfaces.
[0015]
The composition of the aluminum material used in the present invention is not particularly limited, and various materials that are required in relation to the application may be used. Further, the processing method of the aluminum material is not particularly limited, and an extruded material, a rolled material, a cast material, and other various materials can be used. Further, the cross-sectional shape of the aluminum material is not limited, and the aluminum material may be manufactured in an arbitrary shape determined in relation to the application.
[0016]
By the above, the aluminum material in which the thermal spray layer which consists of a Zn-Si type alloy was formed is used for brazing as a structural member of a brazing article after that. Specifically, after flux is applied to the bonded portion and dried, it is heated to a temperature of around 600 ° C. in an inert gas atmosphere such as N ₂ . In the process of temperature rise by this heating, the Zn component in the sprayed layer is diffused on the surface of the aluminum material to form an anticorrosion layer. Further, the Si component in the sprayed layer reacts with Al of the aluminum material to form an Al—Si alloy brazing material, and brazing joining is achieved using this brazing material.
[0017]
[Action]
Since a Zn—Si based alloy wire is used as the thermal spraying material, oxidation during thermal spraying is suppressed and formation of an oxide film is suppressed as compared with the case of spraying an Al—Si based alloy brazing material. Therefore, the inconvenience that the brazing property is inhibited is reduced.
[0018]
Of course, since the Zn—Si alloy wire containing both the anticorrosion Zn and the brazing Si as an alloy is sprayed, it is not necessary to separately form the anticorrosion layer and the brazing material layer.
[0019]
【Example】
A porous flat extruded material (2) made of JIS 1100 Al alloy having a width of 16 mm, a height of 3 mm and a thickness of 0.5 mm is extruded from the extruder (1) as shown in FIGS. On the side, spray guns (4) and (4) were disposed above and below the extruded material (2) in a state of being inclined in the coil direction, and the surface of the extruded material (2) was sprayed. Then, after cooling with the cooling water tank (3), the coil (6) was continuously wound up. As the spray gun (4), an ordinary DC arc spray machine was used.
[0020]
In said structure, it sprays using the wire (diameter 1.6mm) which consists of an alloy of various compositions as shown in Table 1 as a spraying material, and sprayed layer (5) (5 ) Was coated.
[0021]
And about the obtained aluminum material for brazing, Zn component, Si component, and Al component in a sprayed layer were measured. The results are shown in Table 1.
[0022]
Next, each brazing aluminum material produced as described above was assembled into a so-called multiflow aluminum heat exchanger core shown in FIGS. 3 and 4 using the heat exchange tube. The heat exchanger core shown in FIGS. 3 and 4 has a large number of tubes (11) made of the above brazing aluminum material arranged in parallel in the vertical direction in a horizontal state, and between adjacent tubes (11). The corrugated fin (12) disposed between the outermost corrugated fins and the side plates (13) and (13) disposed outside the outermost corrugated fin are 350 mm long × 550 mm wide × 16 mm deep. In addition, as a corrugated fin (12), the length 530mm x width 16mm x height 8mm x thickness 0.12mm which consists of a JIS3003Al alloy was used. Moreover, as a side plate (13), the thing consisting of length 530mm x width 16mm x thickness 0.8mm which consists of JIS1100Al alloy was used.
[0023]
Next, a suspension (concentration 10%) in which a flux having an average particle diameter of 10 μm composed of 82 wt% KAlF ₄ +18 wt% K ₃ AlF ₆ is suspended in water is applied to each of the above heat exchanger core assemblies. After drying, it was heated in an N ₂ gas atmosphere having an O ₂ concentration of 50 ppm and a dew point of −60 ° C. for 3 minutes at 600 ° C. to braze each component.
[0024]
And about the tube (11) of each heat exchanger core, brazing property was evaluated by observing the joining state with a corrugated fin (12) visually. The results are shown in Table 1.
[0025]
[Table 1]

Further, the heat exchanger cores of samples Nos. 1, 2, 3, 7, and 8 having good brazing properties were subjected to a CCT corrosion test (composite corrosion test), and the corrosion state of the tube after 180 cycles was examined. However, it was as shown in Table 1.
[0026]
As can be seen from the results in Table 1, the sample of Comparative No. 9 was insufficiently brazed, but this was presumed to be because a strong oxide film was formed, which inhibited brazing. Also, for the products of the present invention, when the adhesion amount of the Zn component and Si component in the sprayed layer is in a suitable range, it exhibits excellent brazing properties and excellent corrosion resistance, and the appearance after brazing is also good. I understand.
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the Zn—Si based alloy wire is used as the thermal spraying material, the oxidation during thermal spraying can be suppressed and the formation of the oxide film can be suppressed as compared with the case where the Al—Si based alloy brazing material is sprayed. Therefore, the inconvenience that the brazing property is inhibited can be reduced.
[0028]
Of course, since the Zn-Si alloy wire rod containing Zn for corrosion prevention and Si for brazing as an alloy is sprayed, it is not necessary to separately form the corrosion prevention layer and the brazing material layer one by one. That's it Accordingly, it is possible to produce a brazing aluminum material having anticorrosion performance without deriving the lengthening of the production line and high cost resulting from the installation of a plurality of thermal spraying apparatuses.
[0029]
Moreover, when the adhesion amount of the Zn component on the surface of the aluminum material is 6 to 14 g / m ² and the adhesion amount of the Si component is 3 to 20 g / m ² , further excellent brazing and corrosion resistance are surely realized. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thermal spraying process in an embodiment.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG.
FIG. 3 is a front view of a multiflow aluminum heat exchanger core manufactured in an example.
4 is a perspective view showing a tube and a corrugated fin of the heat exchanger core of FIG. 3 separately.
[Explanation of symbols]
2 ... Aluminum material (Aluminum extruded material)
5 ... Thermal spray layer

Claims

The surface of the aluminum material is sprayed with a Zn—Si based alloy wire composed of Si: 18 to 77 wt %, the balance Zn and inevitable impurities, and the adhesion amount of the Zn component on the surface of the aluminum material is 6 to 14 g / m ² . method for producing a corrosion aluminum material for brazing, wherein the amount of deposition of the Si component is 3 to 20 g / m ^2.

On the surface of the aluminum material, Si: 18 to 77 wt %, The balance Zn and the inevitable impurities are sprayed Zn-Si based alloy wire, the deposited amount of Zn component is 6-14g / m ²² The adhesion amount of Si component is 3 to 20 g / m ²² A corrosion-resistant aluminum material for brazing, characterized in that a sprayed layer is formed.

A brazing method characterized in that the anticorrosive aluminum material for brazing described in claim 2 is used as a constituent member of a brazed product, and a flux is applied to a bonded portion and then heated.