JP3674053B2

JP3674053B2 - ロウ付け用フラックス、熱交換器、及び熱交換器の製造法

Info

Publication number: JP3674053B2
Application number: JP19939794A
Authority: JP
Inventors: 雅代加藤; 淳福田; 義治長谷川; 道泰山本; 健二根倉
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1994-08-24
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2020-07-20
Also published as: AU8166194A; EP0659519A1; EP0659519B1; AU682419B2; DE69428337T2; JPH07227695A; DE69428337D1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルミニウム、或いはアルミニウム合金のロウ付けに有用なフラックス、該フラックスを使用してロウ付けされた熱交換器、及び該熱交換器の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウム、或いはアルミニウム合金からなる熱交換器を製造するに際して、非腐食性であるという利点から，ＫＦ−ＡｌＦ₃系などのフッ化物系フラックスを使用してロウ付けする場合がある。
フッ化物系フラックスを使用してロウ付けする場合、特にアルミニウム、或いはアルミニウム合金からなる熱交換器のチューブには、孔食防止のために亜鉛溶射を実施し、また、チューブよりも犠牲腐食効果に基づき電位的に卑となるような材料をフィンに採用してきている。
【０００３】
しかしながら、亜鉛溶射されたチューブを用いた場合、ロウ付け接合部の電位を、フィンよりも電位的に貴とすることが、実際上困難であることから、ロウ付け接合部において、選択腐食が、発生することがある。特に、腐食環境の厳しい地域では、選択腐食によってフィンが、脱落するということも見受けられている。しかし、亜鉛溶射されてないチューブを用いた場合、フィンとの接合部以外のチューブ部分に発生する孔食を防止することは、非常に困難である。
【０００４】
例えば、特開昭６１−２９３６９９号公報は、ＫＦ−ＺｎＦ₂系のフラックスを用いて、アルミニウム系の材料表面に、亜鉛拡散層を形成し、これによって、ロウ付け接合部に選択腐食が発生することのない、即ち信頼性の高い熱交換器を提供しようとする技術の開示である。
ところが、実際上の工業用ロウ付け雰囲気炉では、上記の開示技術は、ロウ付け性が悪いために不適当であり、上述の問題は、未だに解決されてない状況にある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記の如き状況を鑑みて、チューブに発生する孔食を抑制でき、またチューブとフィンとのロウ付け接合部に選択腐食を発生することのない信頼性の高い、そしてまた工業上実用性の高い、アルミニウム、あるいはアルミニウム合金のロウ付けに有用なフラックス、該フラックスを使用してロウ付けされた熱交換器、及び該熱交換器の製造法を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するための一手段として、請求項１、即ち、単体化合物表示で、ＫＦ／ＺｎＦ₂／ＡｌＦ₃の重量比を表したとき、５０／１０／４０（ｄ点），４６／４０／１４（ｐ点），３２／４０／２８（ｓ点），３５／３０／３５（ｊ点）に位置づけられる多角形ｄｐｓｊによって囲まれた組成範囲である組成物であることを特徴とするアルミニウム系材料用ロウ付けフラックスを採用するものである。
【０００７】
また、請求項２、即ち、アルミニウム合金製の内部を被熱交換流体が流れるチューブと、被熱交換流体と空気との熱交換を促進させるために前記チューブ間に設けられ、しかもアルミニウム合金製の芯材及びアルミニウム合金製の外張材及びアルミニウム合金製の内張材とからなり、前記芯材の両側に前記外張材と前記内張材とをクラッドしたブレージングシートで作製されたフィンとから少なくとも構成され、しかも、少なくとも前記チューブと前記フィンとが、ＫＦ／ＺｎＦ₂／ＡｌＦ₃の重量比を表したとき、５０／１０／４０（ｄ点），４６／４０／１４（ｐ点），３２／４０／２８（ｓ点），３５／３０／３５（ｊ点）に位置づけられる多角形ｄｐｓｊによって囲まれた組成範囲である組成物であるアルミニウム系材料用ロウ付けフラックスを用いてロウ付けされたことを特徴とする熱交換器を採用するものである。
【０００８】
さらには、請求項３、即ち、アルミニウム合金製の内部を被熱交換流体が流れるチューブと、被熱交換流体と空気との熱交換を促進させるために前記チューブ間に設けられ、しかもアルミニウム合金製の芯材及びアルミニウム合金製の外張材及びアルミニウム合金製の内張材とからなり、前記芯材の両側に前記外張材と前記内張材とをクラッドしたブレージングシートで作製されたフィンとから少なくとも構成された熱交換器の、少なくとも前記チューブと前記フィンとをロウ付けする際に、ＫＦ／ＺｎＦ₂／ＡｌＦ₃の重量比を表したとき、５０／１０／４０（ｄ点），４６／４０／１４（ｐ点），３２／４０／２８（ｓ点），３５／３０／３５（ｊ点）に位置づけられる多角形ｄｐｓｊによって囲まれた組成範囲である組成物であるアルミニウム系材料用ロウ付けフラックスを用いてロウ付けする工程を備えたことを特徴とする熱交換器の製造方法を採用するものである。
【０００９】
【作用】
上記構成を手段として採用することにより、請求項１で、アルミニウム系材料表面にロウ付け時に亜鉛拡散層の形成より、ロウ付け接合部の電位を、フィンよりも電位的に貴とすることができるので、ロウ付け接合部において、選択腐食の発生を抑制できる。また、フィンとの接合部以外のチューブ部分に発生する孔食も抑制できる。そしてさらには、工業的生産に対応が可能となる。また、請求項２及び３で、ロウ付け接合部の電位をフィンよりも電位的に貴とすることができ、そして、ロウ付け接合部において選択腐食の発生を抑制でき、さらにはフィンとの接合部以外のチューブ部分に発生する孔食も抑制できるようになる。
【００１０】
【発明の効果】
これより、チューブに発生する孔食を抑制でき、またチューブとフィンとのロウ付け接合部に選択腐食を発生することのない、即ち信頼性の高い、そしてまた工業上実用性の高い、アルミニウム、あるいはアルミニウム合金のロウ付けに有用なフラックス、該フラックスを使用してロウ付けされた熱交換器、及び該熱交換器の製造法を提供することができる。
【００１１】
【実施例】
（第１実施例）
以下、図に記した一実施例を参照しながら説明する。
図１は、本発明の熱交換器の１つであるコンデンサの実施例について記したものある。図において、（ア）は、本発明の一実施例であるコンデンサの概略全体図であり、１は、コンデンサ、３は、チューブ、４は、フィンである（尚、図においてフィンは一部のチューブ間に設けられているが、総てのチューブ間に設けられていてもよい）。（イ）は、（ア）に記したコンデンサ１の一部の断面概略斜視図を記したものであり、（ウ）は、（イ）の断面概略斜視図の一部分を拡大したものである。ここで、前記チューブ３は折り曲げ加工を行い、空間部７を形成し、またシーム溶接してチューブとし、前記チューブ３内部を冷却水等が還流できる構造としてある。そして、前記フィン４は、芯材４１の両側を内張材４２と外張材４３とによって積層されたクラッド材からなり、該フィン４のジグザグ状に折り曲げられた凸部４４でロウ付けされている。尚、６は、ロウである。
【００１２】
先ず、本発明者らが、上記問題点について鋭意検討してきたフラックスについて、以下に詳細する。本発明のロウ付け用のフラックスは、ｘ％ＫＦ，ｙ％ＺｎＦ₂・４Ｈ₂Ｏ，（１００−ｘ−ｙ）％ＡｌＦ₃・３Ｈ₂Ｏの混合割合からなる混合物を１００ｇ用意し、水を加えてよく混練することにより混合物とした。その後、１００℃で２時間乾燥し、得られた固化物を粉砕することによって本発明にかかるフラックスを得た。
【００１３】
次に、ロウ付け性を評価するために以下の評価を実施した。前記チューブ３は、Ａｌ−０．５％Ｃｕからなる合金である。また前記フィン４は、前記芯材４１であるＡｌ−１．２％Ｍｎ−１．５％Ｚｎからなる合金）と、前記内張材４２であるＡｌ−７．５％Ｓｉからなる合金（Ａ４３４３）と、前記外張材４３であるＡｌ−７．５％Ｓｉからなる合金（Ａ４３４３）とからなり、しかも前記芯材４１の両側に前記内張材４２と前記外張材４３とをクラッドして作製された複合材（ブレージングシート）であり、ジグザグに折り曲げられた薄板材である。これら部品に使用する材料を用いて、逆Ｔ字型テストピース１２を作製した（図３参照）。図において、チューブ材料用の板９は、大きさ３×２ｃｍであり、またフィン材料用の板１０は、大きさ３×２ｃｍである。前記チューブ材料用の板９及び前記フィン材料用の板１０を有機溶剤にて脱脂した後に、前記フィン材料の板１０を、水１００ｇに対して上記の粉末上フラックス２５ｇを添加して作製した水溶液中に浸漬し、そして乾燥した（フラックス付着量２〜５ｇ／ｍ²）。そして、フラックスの付着した前記フィン材料の板１０に対してφ１．６ｍｍのＳＵＳ３０４のクリアランス１１を設けて前記チューブ材料用の板９組付け、被ロウ付け体とした。該被ロウ付け体を窒素雰囲気炉にて６１０℃にて１１ｍｉｎ間加熱してロウ付けを行ない、前記逆Ｔ字型テストピース１２を作製した。尚、ロウ付けには通常の工業炉を用い、雰囲気は露点−４０℃、酸素濃度３０〜５０ｐｐｍとした。又、比較として、従来のフラックスを用いた逆Ｔ字型テストピースついても、同様に実施した。また、ロウ付け性の評価方法として隙間充填長さと、亜鉛の前記チューブ材料用の板９への拡散層の厚さである亜鉛拡散層厚さを採択して評価を実施した。
【００１４】
次にロウ付け性の結果について記す。図４は、ｘ％ＫＦ，ｙ％ＺｎＦ₂，（１００−ｘ−ｙ）％ＡｌＦ₃の混合割合からなる混合物ＫＦ−ＺｎＦ₂−ＡｌＦ₃の試作領域を記した図である。図に示したＮｏ．は、実施番号である。尚、実施番号ａ〜ｓは、本発明の組成領域を得るための試作物であり、Ａ，Ｂは、比較のための従来組成物である。各実施Ｎｏ．に対応して、図５にはフラックスのロウ付け性を隙間充填長さ（単位：ｍｍ）を、又、図６に亜鉛拡散層厚さを記す。尚、亜鉛拡散層厚さは、ロウ付け後の逆Ｔ字型テストピースをＥＰＭＡによって深さ方向の亜鉛拡散距離（単位：μｍ）を表したものである。ここで、熱交換器として十分なロウ付け強度を得るためには、隙間充填長さが、１０ｍｍ以上必要であり、また、ロウ付け接合部に選択腐食が発生しないためには７０μｍ以上必要である。この事から、本発明を満足するフラックス組成は、図７に記した実施番号ｄ，ｐ，ｓ，ｊによって囲まれる領域のＫＦ−ＺｎＦ₂−ＡｌＦ₃である。ここで、実施番号ｄ，ｐ，ｓ，ｊの組成をＫＦ／ＺｎＦ₂／ＡｌＦ₃として表１に記す。
【００１５】
これより、本発明のフラックスは、実際上の工業用ロウ付け雰囲気炉で使用可能な実用性の高い、しかも亜鉛拡散層を形成できる亜鉛拡散性を兼ね備えた物であると言える。尚、上記実施例においては、単体化合物での例を示したが、５０／１０／４０（ｄ点），４６／４０／１４（ｐ点），３２／４０／２８（ｓ点），３５／３０／３５（ｊ点）に位置づけられる多角形ｄｐｓｊによって囲まれた組成範囲に相当する組成物であれば、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００１６】
【表１】

以上に記した本発明より成るフラックスを用いて前記熱交換器１を試作した。前記チューブ３は、Ａｌ−０．５％Ｃｕからなる合金である。また前記フィン４は、前記芯材４１であるＡｌ−１．２％Ｍｎ−１．５％Ｚｎからなる合金と、前記内張材４２であるＡｌ−７．５％Ｓｉからなる合金（Ａ４３４３）と、前記外張材４３であるＡｌ−７．５％Ｓｉからなる合金（Ａ４３４３）とからなり、しかも前記芯材４１の両側に前記内張材４２と前記外張材４３とをクラッドして作製された複合材（ブレージングシート）であり、ジグザグに折り曲げられた薄板材である前記チューブ３を所定の形状に折り曲げ加工し、その間隙にジグザグに折り曲げられた薄板材である前記フィン４を挿入して仮組付け品とした。そして、水９５０ｇに本発明のフラックス５０ｇを添加したフラックス含有水溶液を作製し、前記仮組付け品にエアガンによって、フラックス付着量が２〜５ｇになるようにフラックス含有水溶液を吹きつけ乾燥した（図２にフラックス付着後の熱交換器１の一部断面拡大図を記す）。そして、窒素雰囲気炉にて６１０℃にて１１ｍｉｎ間加熱してロウ付けを行ない、前記熱交換器１を作製した。尚、ロウ付けには通常の工業炉を用い、雰囲気は露点−４０℃、酸素濃度３０〜５０ｐｐｍとした。尚、チューブ３に亜鉛溶射したものと、従来のフラックスを比較のために、使用して熱交換器１を試作した。以上のように試作した熱交換器１を構成するチューブ３とフィン４の各材料の自然電極電位の測定を実施した。電極をＡｇ／ＡｇＣｌ，電解液を５％ＮａＣｌ水溶液（ｐＨ７）として実施した結果を表２に記す。
【００１７】
【表２】

この評価結果から、 Al-1.2%Mn-1.5%Zn の自然電極電位は、亜鉛溶射の無い Al-0.5%Cuよりも卑であるが、亜鉛溶射の有る Al-0.5%Cuよりも貴である。また、Al-0.5%Cu 亜鉛溶射無し自然電極電位と Al-1.2%Mn-1.5%Zn亜鉛溶射無し自然電極電位との中間の大きさに、本発明のフラックスにてロウ付けした Al-0.5%Cuの自然電極電位が位置づけされるように、本発明のフラックスを選定することが可能である。即ち、チューブ表面の亜鉛拡散層の自然電極電位が、チューブ自然電極電位とフィン自然電極電位との間の大きさになるように、本発明によって調整することができるようになる。従って、本発明のフラックスを適用してロウ付けされた熱交換器の場合、ロウ付け接合部の電位を、フィンよりも電位的に貴とすることができ、ロウ付け接合部における選択腐食の発生を防止できるようになる。特に、腐食環境の厳しい地域では、選択腐食によってフィンが、脱落するということも見受けられているが、本発明の適応によって脱落の回避が可能となる。
【００１８】
又、次に腐食試験の結果について記す。腐食試験は、ＪＩＳ８６８１で規定されているＣＡＳＳ試験法に則って行われた。その結果を表３に記す。
表３において、「剥がれ無し」は、ロウ付け部でのチューブとフィンの剥がれがなくロウ付け状態が依然として良好であることを示しており、「剥がれ有り」は、ロウ付け部でのチューブとフィンの剥がれが認められ、ロウ付け状態が既に悪化していることを示している。また、「孔食」は、フィンのロウ付けされていない部分のチューブに発生した孔食の深さを示したものである。
【００１９】
【表３】

ＣＡＳＳ試験２４０時間後において、「亜鉛溶射有り」のチューブを使用後、従来組成のフラックスを用いてロウ付けしたものは、フィンの剥がれが発生したが、「亜鉛溶射無し」のチューブを使用し、本発明のフラックス及び従来組成のフラックスを用いてロウ付けしたものは、フィンの剥がれが発生しなかった。また、「亜鉛溶射無し」のチューブを使用し、従来組成のフラックスを用いてロウ付けしたものは、フィン接合のないチューブの部分の「孔食」は、０．４ｍｍであったが、「亜鉛溶射無し」のチューブを使用し、本発明のフラックスのフラックスを用いてロウ付けしたもの、及び「亜鉛溶射有り」のチューブを使用し、従来組成のフラックスを用いてロウ付けしたものは、フィン接合のないチューブの部分の「孔食」は、０．１ｍｍ以下であった。
【００２０】
従来亜鉛溶射されてないチューブを用いた場合、フィンの剥がれが発生せずして、フィンとの接合部以外のチューブ部分に発生する孔食を防止することは、非常に困難であると言われてきたが、本発明によって亜鉛溶射されてないチューブを用いてもフィンの剥がれを発生せずに、フィンとの接合部以外のチューブ部分に発生する孔食を抑制することが可能となった。
【００２１】
これより、チューブに発生する孔食を抑制でき、またチューブとフィンとのロウ付け接合部に選択腐食を発生することのない信頼性の高い、そしてまた工業上実用性の高い、アルミニウム、あるいはアルミニウム合金のロウ付けに有用なフラックス、該フラックスを使用してロウ付けされた熱交換器、及び該熱交換器の製造法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ア）は、本発明の熱交換器の１つであるコンデンサの概略図である。
（イ）は、本発明の熱交換器の１つであるコンデンサの一部の断面概略斜視図を記した図である。
（ウ）は、本発明の熱交換器の１つであるコンデンサの一部の断面概略斜視図の一部分を拡大した図である。
【図２】フラックス付着後の本発明の熱交換器の一部断面拡大図を記したものである。
【図３】ロウ付け性を評価するための逆Ｔ字型テストピース及び隙間充填長さを説明するための図である。
【図４】フラックスの組成と実施番号の関係を記した図である。
【図５】隙間充填長さの評価結果を記した図である。
【図６】亜鉛拡散層厚さの評価結果を記した図である。
【図７】本発明のフラックスの組成範囲を記した図である。
【符号の説明】
１熱交換器
３チューブ
４フィン
４１芯材
４２内張材
４３外張材
４４凸部
６ロウ付け部
６’ ロウ付け部
７空間部
８フラックス
８’ フラックス
９チューブ材料用の板
１０フィン材料用の板
１１クリアランス
１２逆Ｔ字型テストピース

Claims

単体化合物表示で、ＫＦ／ＺｎＦ₂／ＡｌＦ₃ の３元系よりなる成分において、各成分の重量比を表したとき、５０／１０／４０（ｄ点），４６／４０／１４（ｐ点），３２／４０／２８（ｓ点），３５／３０／３５（ｊ点）に位置づけられる多角形ｄｐｓｊによって囲まれた組成範囲である組成物であることを特徴とするアルミニウム系材料用ロウ付けフラックス。
アルミニウム合金製の内部を被熱交換流体が流れるチューブと、被熱交換流体と空気との熱交換を促進させるために前記チューブ間に設けられ、しかもアルミニウム合金製の芯材及びアルミニウム合金製の外張材及びアルミニウム合金製の内張材とからなり、前記芯材の両側に前記外張材と前記内張材とをクラッドしたブレージングシートで作製されたフィンとから少なくとも構成され、しかも、少なくとも前記チューブと前記フィンとが、ＫＦ／ＺｎＦ₂／ＡｌＦ₃ の３元系よりなる成分において、各成分の重量比を表したとき、５０／１０／４０（ｄ点），４６／４０／１４（ｐ点），３２／４０／２８（ｓ点），３５／３０／３５（ｊ点）に位置づけられる多角形ｄｐｓｊによって囲まれた組成範囲である組成物であるアルミニウム系材料用ロウ付けフラックスを用いてロウ付けされたことを特徴とする熱交換器。
アルミニウム合金製の内部を被熱交換流体が流れるチューブと、被熱交換流体と空気との熱交換を促進させるために前記チューブ間に設けられ、しかもアルミニウム合金製の芯材及びアルミニウム合金製の外張材及びアルミニウム合金製の内張材とからなり、前記芯材の両側に前記外張材と前記内張材とをクラッドしたブレージングシートで作製されたフィンとから少なくとも構成された熱交換器の、少なくとも前記チューブと前記フィンとをロウ付けする際に、ＫＦ／ＺｎＦ₂／ＡｌＦ₃ の３元系よりなる成分において、各成分の重量比を表したとき、５０／１０／４０（ｄ点），４６／４０／１４（ｐ点），３２／４０／２８（ｓ点），３５／３０／３５（ｊ点）に位置づけられる多角形ｄｐｓｊによって囲まれた組成範囲である組成物であるアルミニウム系材料用ロウ付けフラックスを用いてロウ付けする工程を備えたことを特徴とする熱交換器の製造方法。