JP4284515B2 - 熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクおよびこのヘッダータンクを用いた熱交換器 - Google Patents
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(イ)従来のMn:0.8〜1.3%、Si:0.8超〜1.2%、Cu:0.03〜0.09%、Ti:0.15〜0.20%を含有し、必要に応じて、Zr:0.01〜0.05%を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管からなるヘッダータンクと、Mn:0.1〜0.2%、Cu:0.4〜0.5%を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金押出管をチューブとは、電位の差が小さく、そのためにヘッダータンクの腐食が進行している間にチューブも少量ではあるが腐食するようになり、チューブの肉厚はヘッダータンクの肉厚に比べて極めて薄いところから、チューブに発生した孔食が貫通孔となって熱交換器が寿命となることが多い、
(ロ)かかる熱交換器の寿命を一層改善するには、従来のMn:0.8〜1.3%、Si:0.8超〜1.2%、Cu:0.03〜0.09%、Ti:0.15〜0.20%を含有し、必要に応じて、Zr:0.01〜0.05%を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管からなるヘッダータンクにおいてCu:0.03〜0.09%をZn:0.2〜0.8%で置換することにより、Mn:0.1〜0.2%、Cu:0.4〜0.5%を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金押出管からなるチューブに比べて電位的に一層卑にし、このヘッダータンクに塗布するろう材粉末をSi:7.5〜30%、Zn:0.5〜10%を含有し、残部がAlおよび不可避不純物からなる組成を有するAl−Si−Zn系合金ろう材粉末を使用して作製した熱交換器で耐食性テストを行なった結果、これらを組み合わせた熱交換器はチューブに発生する孔食が長時間経過しても貫通孔に至らず、熱交換器の寿命が一層向上する、という研究結果が得られたのである。
(1)Mn:0.8〜1.3%、Si:0.8超〜1.2%、Zn:0.2〜0.8%、Ti:0.15〜0.20%を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管からなる熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンク、
(2)Mn:0.8〜1.3%、Si:0.8超〜1.2%、Zn:0.2〜0.8%、Ti:0.15〜0.20%、Zr:0.01〜0.05%を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管からなる熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンク、
(3)前記(1)または(2)記載の熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクにおいて、少なくともチューブを差し込むためのスロットが設けられた外表面にSi:7.5〜30%、Zn:0.5〜10%を含有し、残部がAlおよび不可避不純物からなる組成を有するAl−Si−Zn系合金ろう材粉末とフラックスおよびバインダーを含有するろう材組成物を塗布してなる熱交換器用ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク、
(4)Mn:0.1〜0.2%、Cu:0.4〜0.5%を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成を有する熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを、前記(1)もしくは(2)記載の熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクまたは前記(3)記載の熱交換器用ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンクに差し込んだ構造を有する熱交換器、
に特徴を有するものである。
A.ヘッダータンクの成分組成
Mn:
Mnは金属間化合物として素地に晶出または析出し、ろう付け後の強度を向上させる作用を有するが、その含有量が0.8%未満では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、Mnを1.3%より多く含有させると、粗大なAl−Mn系金属間化合物として素地中に分散し、高温での変形抵抗を大きくするために押出性を著しく低下させて生産性を阻害するので好ましくない。したがって、ヘッダータンクに含まれるMnは0.8〜1.3%に定めた。Mn含有量の一層好ましい範囲は1.1〜1.3%である。
Si:
Siを多く固溶させることで電位を貴にし、ろう材部を優先的に腐食させることで深い孔食の発生を抑制させ、またろう付け性を向上させると共に良好な接合部を形成してろう付け後の強度を向上させる作用を有するが、その含有量が0.8%以下では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、Siを1.2%より多く含有させると、合金の融点を低下させてろう付け時の過剰な溶融を招き、さらに押出性を低下させると共にヘッダータンクの電位がチューブに対して貴になり、チューブの耐食性を阻害するので好ましくない。したがって、Siは0.8超〜1.2%に定めた。Si含有量の一層好ましい範囲は0.9〜1.1%である。
Zn:
Znは電位を卑にする作用を有するが、その含有量が0.2%未満では電位を卑にする効果が得られないので好ましくなく、一方、Znを0.8%より多く含有させると、腐食速度が速くなりヘッダータンクの耐食性を阻害するので好ましくない。したがってZnの含有量は0.2〜0.8%に定めた。Zn含有量の一層好ましい範囲は0.3〜0.7%である。
Tiは押出成形時に素地中に層状に分布し、Ti濃度が低い部分は高い部分に比べて電位が卑になるため優先的に腐食が進行し、腐食形態が層状となり、深い孔食の発生が抑制されるために耐食性が向上し、また金属間化合物として晶出または析出して強度を向上させる作用を有するので添加するが、その含有量が0.15%未満では所望の効果が得られず、一方、0.20%を越えて含有すると、巨大な金属間化合物が生成しやすくなるために押出加工性が低下するので好ましくない。したがって、Ti:0.15〜0.20%(一層好ましくは0.16〜0.18%)に定めた。
Zrはろう付け時に発生する結晶粒を偏平にし、腐食形態を層状にし、耐食性を向上させるとともに、金属間化合物として晶出または析出して強度を向上させる作用を有するので必要に応じて添加するが、その含有量が0.01%未満では所望の効果が得られず、一方、0.05%を越えて含有すると、巨大な金属間化合物が生成しやすくなるために押出加工性が低下するので好ましくない。したがって、Zr:0.01〜0.05%に定めた。
B.ろう材組成物に含まれるろう材粉末の成分組成
Si:
Si含有量はヘッダータンクに拡散し、液相ろう量に影響するが、その含有量が7.5%未満では液相ろうの不足によるろう付け不良となるので好ましくなく、一方、Siを30%より多く含有させると、ヘッダータンクの著しいエロージョン発生が起こるので好ましくない。したがって、Siは7.5〜30%に定めた。Si含有量の一層好ましい範囲は9〜20%である。
Znは、ヘッダータンクに拡散して犠牲陽極層を形成するが、その含有量が0.5%未満では犠牲陽極層の効果が低下するので好ましくなく、一方、10%を越えて含有すると、チューブとヘッダータンクの接合部におけるフィレット耐食性が低下するので好ましくない。したがって、Zn:0.5〜10%に定めた。Zn含有量の一層好ましい範囲は0.8〜5%である。
C:チューブの成分組成
Mn:
Mnは金属間化合物として素地に晶出または析出し、ろう付け後の強度を向上させる作用を有するが、その含有量が0.1%未満では十分な強度が得られないので好ましくなく、一方、Mnを0.2%より多く含有させると、粗大なAl−Mn系金属間化合物として素地中に分散し、高温での変形抵抗を大きくするために押出性を著しく低下させて生産性を阻害するので好ましくない。したがって、ヘッダータンクに含まれるMnは0.1〜0.2%に定めた。
Cu:
Cuは電位を貴にし、さらに素地に固溶してろう付け後の強度を向上させる作用を有するが、その含有量が0.4%未満では強度向上効果が得られないので好ましくなく、一方、Cuを0.5%より多く含有させると、粒界腐食によりチューブの耐食性を阻害するので好ましくない。したがって、Cuは0.4〜0.5%に定めた。
なお、表1において*印をつけて示したヘッダータンクj〜lはこの発明の条件から外れている成分組成を有する中空パイプからなり、ヘッダータンクmは先の特許文献1に示されたヘッダータンクbの中空パイプであり、これら中空パイプの引張り強さ、耐力及び伸びを測定し、この測定値を表1に示すことによりヘッダータンクの強度を評価した。
表1に示される成分組成のヘッダータンクに表2に示される成分組成のろう材粉末を含むスラリー状ペーストのろう材組成物をろう材粉末換算で100g/m2塗布してろう材組成物層を有するろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンクを作製し、これらろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンクのスロットに表3に示される成分組成のチューブX〜Yを装入し、さらにチューブとチューブの間に前記コルゲートフィンを挿入して窒素雰囲気中、温度:600℃、3分間保持の条件で加熱することにより図3に示される構造の発明熱交換器1〜13、比較熱交換器1〜6および従来熱交換器を作製した。
2 ろう材組成物層
3 押出管
4 押出管
5 ヘッダータンク
6 フィン
7 スロット
8 ろう付け接合部
55 ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク
55´ ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク
Claims (4)
- 質量%で(以下、%は質量%を示す)、Mn:0.8〜1.3%、Si:0.8超〜1.2%、Zn:0.2〜0.8%、Ti:0.15〜0.20%を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管からなることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンク。
- Mn:0.8〜1.3%、Si:0.8超〜1.2%、Zn:0.2〜0.8%、Ti:0.15〜0.20%、Zr:0.01〜0.05%を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管からなることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンク。
- 請求項1または2記載の熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクにおいて、少なくともチューブを差し込むためのスロットが設けられた外表面にSi:7.5〜30%、Zn:0.5〜10%を含有し、残部がAlおよび不可避不純物からなる組成を有するAl−Si−Zn系合金ろう材粉末とフラックスおよびバインダーを含有するろう材組成物を塗布してなることを特徴とする熱交換器用ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク。
- Mn:0.1〜0.2%、Cu:0.4〜0.5%を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成を有する熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを、請求項1もしくは2記載の熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクまたは請求項3記載の熱交換器用ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンクに差し込んだ構造を有することを特徴とする熱交換器。
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