JP4440550B2

JP4440550B2 - Aluminum heat exchanger

Info

Publication number: JP4440550B2
Application number: JP2003025304A
Authority: JP
Inventors: 洋一郎吉田; 貢飯塚; 博己太田; 謙柳川
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004232072A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ろう付け性と耐蝕性に優れ、軽量で高強度のアルミニューム製熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用のラジエータやヒーターコア等に用いられるアルミニューム製熱交換器のチューブ材やヘッダープレート材には、ＪＩＳ３００３等のＡｌ−Ｍｎ系アルミニューム合金を用い、そのヘッダープレートの内面側に犠牲陽極材としてＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系のアルミニューム合金をクラッドし、外面側にはろう材としてＡｌ−Ｓｉ系のアルミニューム合金をクラッドした３層構造のクラッド材が使用されている。
【０００３】
ヘッダープレート用のろう材はそれとチューブとのろう付けを行うものであり、チューブの外表面のろう材はチューブとフィンとのろう付けを行うものである。最近多くの熱交換器は、不活性ガス雰囲気中でフッ化物系フラックスを用いてそのろう付けを行うが、一部には真空ろう付けが行われるものもある。
ヘッダープレートおよびチューブの内面側にクラッドされた犠牲陽極材は、作動流体と接して犠牲陽極効果を発揮し、芯材の孔蝕発生や隙間腐蝕を防ぐものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車の軽量化の観点およびコスト低減の観点から、自動車用熱交換器に用いられるヘッダープレートおよびチューブ並びにフィン材の薄肉化が要求されている。しかしながら、薄肉化によって強度低下をもたらさないため、チューブ材やヘッダープレート材に各種元素を添加して強度を高める試みが行われており、その添加元素としてＣｕ，Ｓｉ，Ｍｎ等の成分を適切な量に調整添加した材料が開発されている。
【０００５】
しかしながら、種々の成分の添加により強度、耐蝕性、ろう付け性等が良好な材料が生まれるが、それにより新たな問題が生じる。即ち、これらの成分を添加すると腐蝕環境における材料の電位が卑な方向へシフトし、特にヘッダープレート材にこれらの材料を使用すると、組合せ使用する薄肉のチューブ材の腐蝕を促進させ、早期に孔開き等の事故に至る場合があった。
そこで本発明者らは各種実験研究を重ねた結果、組み合わせて使用される薄肉チューブ材と、ヘッダープレート並びにフィンとの関係において最適な条件を見つけ出し、その知見に基づいて本発明を完成する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系の高強度アルミニューム合金の芯材（１）の内面側に犠牲陽極材（２）がクラッドされると共に、外面側にろう材（３）がクラッドされ、多数のチューブ挿通孔（４）がその孔縁部を内面側に突出させるようにバーリング加工されて並列されたヘッダプレート（５）と、
芯材がＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系の高強度アルミニューム合金からなり、夫々のチューブ挿通孔（４）に端部が挿通して液密にろう付け固定され、そのヘッダプレート（５）の厚みの半分に満たない肉厚を有する薄肉の多数の偏平チューブ（６）と、
その偏平チューブ（６）の外面にろう付け固定され、前記偏平チューブ（５）より電位が卑なる多数のコルゲートフィン（７）と、を具備し、
そのコルゲートフィン（７）の波の進行方向の端とヘッダプレート（５）との隙間が、そのコルゲートフィン（７）のフィンピッチを越えるように配置され、
前記ろう付け後のヘッダプレート（５）の芯材（１）の電位が、前記偏平チューブ（６）の芯材のそれより５０ｍＶ（５％食塩水中）以内で卑になるように、そのヘッダプレート（５）の芯材のＺｎの量を０．２〜１．０重量％の範囲で混入したことを特徴とするアルミニューム製熱交換器である。
【０００７】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記ヘッダプレート（５）の芯材（１）が重量％で、Ｍｎ：０．６〜２．０％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．０６〜１．２％、Ｚｎ：０．２〜１．０％を含有し、Ｍｇ：０．０４％以下に規制し、残部Ａｌおよび不純物からなり、
そのヘッダプレート（５）にクラッドされた前記犠牲陽極材（２）は、Ｚｎ：１．０〜４．０％、Ｍｇ：０〜１．０％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなり、
そのヘッダプレートにクラッドされた前記ろう材は、Ｓｉ：６〜１４％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなるアルミニューム製熱交換器である。
【０００８】
請求項３に記載の本発明は、請求項２において、
前記犠牲陽極材(2) が、さらにＩｎ：０．００５〜０．１％、Ｓｎ：０．０１〜０．１％のうち１種または２種を含有するアルミニューム製熱交換器である。
【０００９】
請求項４に記載の本発明は、請求項２または請求項３において、
前記ろう材(3) が、さらにＢｉ：０．０１〜０．４％含有するアルミニューム製熱交換器である。
請求項５に記載の本発明は、請求項２〜請求項４のいずれかにおいて、
前記芯材(1) が、さらにＴｉ：０．０６〜０．３５％含有するアルミニューム製熱交換器である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の熱交換器の要部縦断面図であって、図２のＩ部拡大断面図である。図２は同熱交換器の全体的正面図であり、図３はチューブとヘッダープレートとの間に各種電位差を設けた場合、その電位差の値とチューブおよびヘッダープレートの夫々の腐蝕状態を示す実験データーである。
この熱交換器は、いわゆるコルゲートフィン型のアルミニューム製熱交換器である。即ち、多数の偏平チューブ６とコルゲートフィン７とが交互に並列され、夫々の偏平チューブ６の両端がヘッダープレート５のチューブ挿通孔４に貫通固定されたものである。そして、そのヘッダープレート５の周縁にヘッダ本体が接合されヘッダ８を形成している。
【００１１】
ヘッダ８のヘッダ本体およびヘッダープレート５は、夫々従来のヘッダープレートよりも薄肉として板厚が１．２〜１．６ｍｍのものを用い且つ、従来と同様の強度を得る必要からその芯材にＭｎ−Ｃｕ−Ｓｉを有する。即ち、Ｍｎ：０．６〜２．０％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．０６〜１．２％とし、Ｍｇを０〜０．０４％含む。さらにＺｎが０．２〜１．０％の範囲であって且つ、偏平チューブ６との電位差がろう付け後において０〜５０ｍＶ（５％食塩水中）になるようにＺｎ濃度を調節し、さらに好ましくは、Ｔｉ：０．０６〜０．３５％含有し、残部がＡｌおよびと不可避的不純物からなる。
【００１２】
次に、その芯材１の内面側には犠牲陽極材２としてＺｎ：１．０〜４．０％、Ｍｇ：０〜１．０％を含み、好ましくはさらにＩｎ：０．００５〜０．１％、Ｓｎ：０．０１〜０．１％のうちの何れか１種または２種を含有する。
また、芯材１の外面側にはろう材としてＳｉ：６〜１４％を含有し、好ましくはさらにＢｉ：０．０１〜０．４％含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなる。
【００１３】
次に、偏平チューブ６は板厚が０．２〜０．４ｍｍの３層クラッド材からなり、その芯材はヘッダープレート５の芯材１とＺｎを除いて同一とすることができる。
また、その芯材の内表面に被覆される犠牲陽極材２もヘッダープレート５のそれと同一とすることができる。さらには、芯材の外表面に設けられるろう材もヘッダープレート５のそれと同一とすることができる。
しかしながら、ヘッダープレート５の芯材１は、偏平チューブ６の芯材よりも５０ｍＶ以内で、卑であることを条件とする。なお、その理由は後述する。
【００１４】
次に、偏平チューブ６の外表面に接触するコルゲートフィン７は、偏平チューブ６の芯材の電位よりも１００〜１５０ｍＶ卑になるように材料が選ばれる。
そして、このコルゲートフィン７の材質の一例として、ＪＩＳ７０７２アルミニューム合金，ＪＩＳ３００３アルミニューム合金等を用いることができる。
コルゲートフィン７の板厚は、ヘッダープレート５および偏平チューブ６のそれに比べて極めて薄い材料が使われ、図１において、コルゲートフィン７の上端と上部側ヘッダ８のヘッダープレート５の下面との隙間ｔは、コルゲートフィン７のフィンピッチｐの二倍以上、一例として５ｍｍ程度空間を開けて組み立てられる。これは、芯材１の外面側のろう材をそのチューブ挿通孔４と偏平チューブ６との間に優先的に行き渡らせるためのものである。
【００１５】
これは仮に、コルゲートフィン７の上端を芯材１の下面に近接すると、芯材１の外面側のろう材が溶融したとき、コルゲートフィン７側により多く引き込まれ、その分だけ偏平チューブ６とチューブ挿通孔４との間のろう材が少なり、結果としてチューブの付根から漏れを起こすおそれがあるからである。この例では、コルゲートフィン７のフィンピッチが一例として２．５〜３．５ｍｍであり、コルゲートフィン７の上端とヘッダープレート５の下面との間が３．０〜５．０ｍｍである。なお、芯材１に穿設された多数のチューブ挿通孔４の孔縁は、その内面側にバーリング加工されている。
また、コルゲートフィン７の下端と下側のヘッダープレート５との間も、上端と上側のヘッダープレート５と同様に形成されている。
【００１６】
【実験例】
次に、本発明のヘッダープレート５と偏平チューブ６とが、共にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系の高強度アルミニューム合金を用い且つ、ヘッダープレート５の電位を偏平チューブ６のそれより０〜５０ｍＶ卑とした理由につき、下記実験に基づき述べる。
本発明者らは、ヘッダープレート５と偏平チューブ６との間の電位差を０〜１００ｍＶの範囲で各種変化させ、そのときの偏平チューブ６のチューブ挿通部近傍における腐蝕深さと、同様にヘッダープレート５のチューブ挿通孔４の近傍の腐蝕深さとの関係を調べた結果、それが図３の如くなることが判った。
【００１７】
この実験は、ヘッダープレート５のＺｎの混入量を各種変化させ、それによって偏平チューブ６の芯材の電位よりもヘッダープレート５の芯材１の電位が１００ｍＶ以内で卑になるようにして実験を行った。
その結果、偏平チューブ６の中間部における腐蝕はその両端部でより強く発生し、中間部では極めて少なかった。これは中間部にはコルゲートフィン７が高密度で接触固定されているため、コルゲートフィン７の犠牲陽極作用が働くからと推測できる。
【００１８】
また、偏平チューブ６の上下両端ではそのコルゲートフィン７が存在しないため腐蝕が進行するが、その進行の度合いは、ヘッダープレートと偏平チューブとの電位差が０〜５０ｍＶ程度では緩やかにヘッダープレートの犠牲陽極作用が働く。５０ｍＶを越えると急激にヘッダープレート５の犠牲陽極効果が過度に表れ、偏平チューブ６を防蝕する。しかしながら、ヘッダープレート５自体の腐蝕が急激に増加する。
【００１９】
即ち、ヘッダープレート５の外面側腐蝕は、電位差が５０ｍＶを越えたあたりから急にが増大することが判った。
【００２０】
従って、ヘッダープレート５と偏平チューブ６との電位差の最大値は、前者が後者より５０ｍＶを越えない卑の値とすることがよい。また、ヘッダープレートの方が偏平チューブ５より貴になると、より薄肉の偏平チューブに犠牲陽極効果が生じ、腐蝕するので、ヘッダープレート側が常に卑である必要があるから、前者は後者に対して０でない卑とする。
そこで、本発明はヘッダープレートの電位が偏平チューブのそれより５０ｍＶ以内で卑の範囲にあることを条件とする。
【００２１】
次に、ヘッダープレート５の芯材１の各成分範囲を、本発明のように決定した根拠につき説明する。
芯材中のＭｎは強度を向上させると共に、芯材の電位を貴にしてヘッダの内面側の犠牲陽極材２との電位差を大きくして、タンク内流体に対して耐蝕性を高めるように機能する。
Ｍｎの好ましい含有範囲は０．６〜２．０％であり、０．６％未満ではその効果が小さく、２．０％を越えて含有するとその鋳造時に粗大な化合物が生成し、圧延加工性が害される結果、薄い板材が得難いものとなるからである。
【００２２】
次に、芯材１中のＣｕは前記Ｍｎと同様、強度を向上させると共に、芯材の電位を貴にし、内面側の犠牲陽極材２及び外面側のろう材３との電位差を大きくして耐蝕性を高めるように機能する。また、そのＣｕはろう付け加熱時に犠牲陽極材２中およびろう材３中に拡散し、なだらかな濃度勾配を形成する。その結果、芯材側の電位は貴となり、犠牲陽極材２の表面側およびろう材の表面側の電位は卑となって、犠牲陽極材２中およびろう材中になだらかな電位勾配が形成され、腐蝕形態を横拡がりの全面腐蝕型にする。
Ｃｕの好ましい含有量は０．３〜１．０％の範囲であり、これは０．３％未満ではその効果が小さく、１．０％を越えると芯材の耐蝕性が低下し、また融点が低下して、ろう付け時に局部的な溶融が生じ易くなり、好ましくない。
【００２３】
また、芯材１中のＳｉは強度を向上させる効果を有する。Ｓｉの好ましい含有量は０．０６〜１．２％の範囲であり、これは０．０６％未満ではその効果が充分ではなく、１．２％を越えると芯材の耐蝕性を低下させ、また融点が低下して、ろう付け時に局部溶融が生じ易くなるので好ましくない。
【００２４】
さらに芯材１中のＺｎは、芯材を卑に下げる機能を有する。強度向上のためＭｎ−Ｃｕ−Ｓｉを通常のＪＩＳ３００３アルミニューム合金より多く添加した結果、過剰に貴にシフトした電位をＺｎの添加により緩和するものである。
Ｚｎの好ましい含有量は０．２〜１．０％の範囲であり、それが０．２％以下ではその効果が充分ではなく、１．０％を越えると芯材の耐蝕性が低下するので好ましくない。
さらに、このＺｎは上記範囲内で且つ、組み合わせて使用するチューブ材の電位に応じて添加量を調整する必要がある。即ち、ヘッダープレート５の芯材１の電位が偏平チューブ６の芯材のそれよりも０〜５０ｍＶ卑になるように調整する。
【００２５】
ヘッダープレート５の芯材１中のＭｇは、ろう付け性低下の観点から、０．０４％以下に制限するのが好ましい。０．０４％を越えて含有すると、フッ化物系のフラックスを使用する不活性ガス雰囲気のろう付けの場合、Ｍｇがフラックスと反応してＭｇＦ₂等の化合物を生成するため、フラックスの絶対量が不足しろう付け性が低下するので好ましくない。
【００２６】
次に、ヘッダープレート５の芯材中にＴｉを０．０６〜０．３５％の含ませることが好ましい。これは芯材の耐蝕性をより一層向上させる効果を有する。即ち、Ｔｉは濃度の高い領域と低い領域とに分かれ、それが板厚方向に交互に分布して層状となる。そしてＴｉ濃度の低い領域が高い領域に比べて優先的に腐蝕することにより、腐蝕形態が層状となる結果、板厚方向への腐蝕の進行が妨げられ耐孔蝕性が向上する。
Ｔｉの好ましい含有量は０．０６〜０．３５％の範囲であり、０．０６％未満では効果が充分ではなく、０．３５％を越えると鋳造時に粗大な化合物が生成して材料の圧延を疎外し、健全なクラッド材が得難くなるので好ましくない。
【００２７】
次に、ヘッダープレート５の犠牲陽極材２中のＺｎは、犠牲陽極材２の電位を芯材１に対して卑にし、芯材１に対する犠牲陽極効果を保持しクラッド材の腐蝕を全面腐蝕型にして、芯材の孔蝕や隙間腐蝕を防止するように機能する。
Ｚｎの好ましい含有範囲は１．０〜４．０％の範囲であり、その含有量が１．０％未満ではその効果が充分ではなく、４．０％を越えると自己耐蝕性が低下して犠牲陽極材の腐蝕消耗が激しくなり、犠牲陽極効果が長期に持続されない。それと共に４．０％を越えて含有しても、犠牲陽極効果が飽和するので無駄である。
【００２８】
なお、ヘッダープレート５の犠牲陽極材２において、さらにＩｎがＳｎの何れか一方を小量加えることが好ましい。
Ｉｎは犠牲陽極材２の電位を卑にし、芯材１に対して犠牲陽極効果を確実に付与するのに役立つ。Ｉｎの好ましい含有範囲は０．００５〜０．１％の範囲であり、その含有量が０．００５％未満ではその効果が小さく、０．１％を越えて含有すると効果が飽和すると共に、犠牲陽極材２の自己耐蝕性が低下し圧延加工性も劣化するので好ましくない。
Ｓｎは犠牲陽極材２の電位を卑にし、芯材１に対して犠牲陽極効果を確実に付与するために役立つ。Ｓｎの好ましい含有範囲は０．０１〜０．１％の範囲であり、その含有量が０．０１％未満ではその効果が小さく、０．１％を越えて含有すると効果が飽和すると共に、犠牲陽極材２の自己耐蝕性が低下し圧延加工性も劣化するので好ましくない。
【００２９】
犠牲陽極材２中のＭｇは強度の向上に寄与する。
一方フッ化物系のフラックスを使用してろう付けを行う場合、フラックス成分のフッ素と反応してＭｇＦ₂等の化合物を生成するため、フラックスの絶対量を不足してろう付け性が低下するから、Ｍｇを１％以下に規制するのが好ましい。
【００３０】
ヘッダープレート５のろう材中のＳｉはろう材の融点を下げ、ろうの流動性を高める機能をする。
Ｓｉの好ましい含有量は６〜１４％の範囲であり、それがが６％未満ではその効果が充分でなく、１４％を越えるとろう材の融点が高くなり、ろう付け製造時の加工性が低下する。
ヘッダープレート５のろう材のＢｉは、ろう材の表面張力を下げ、ろうの流れ性および拡がり性を改善する。
Ｂｉの好ましい含有量は０．０１〜０．４％の範囲であり、それがが０．０１％未満ではその効果が小さく、０．４％を越えるとその効果が飽和すると共に、ろう材の自己耐蝕性が低下する。
【００３１】
なお、本発明のヘッダープレート５および偏平チューブ６は、芯材，犠牲陽極材及びろう材を構成するアルミニューム合金を、夫々半連続鋳造により造塊し、必要に応じて均質化処理をした後、夫々所定厚さまで熱間圧延する。次いで各材料を組合せ、常法に従って熱間圧延によりクラッド材とし、最終的に所定厚さまで冷間圧延し、必要ににより焼鈍工程を経て製造される。
このようなクラッド材によりヘッダープレート５および偏平チューブ６を形成する。そして、それらのヘッダープレート５および多数の偏平チューブ６ならびにコルゲートフィン７を用いて自動車用ラジエータやヒーターコア等の熱交換器を組立て、炉内で一体にろう付けすることにより熱交換器を完成することができる。
【００３２】
【発明の作用・効果】
本発明のアルミニューム製熱交換器は、夫々Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系の強度の高いアルミニューム合金を芯材とした熱交換器において、コルゲートフィン７の端とヘッダープレート５との隙間がコルゲートフィン７のフィンピッチを越えるように配置され且つ、偏平チューブ６の端部を挿通するチューブ挿通孔４がヘッダープレート５の内面側にバーリング加工され、ヘッダープレート５の芯材１の電位が偏平チューブ６のそれよりも５０ｍＶ以内で卑になるように、そのヘッダープレート５の芯材のＺｎの量を０．２〜１．０重量％の範囲で混入したことを特徴とするものである。
【００３３】
そのため、特にコルゲートフィン７の犠牲陽極効果の影響を受けない、偏平チューブ６とチューブ挿通孔４との接合部において、その偏平チューブ６の付根に腐蝕が起こることを効果的に防止し得ると共に、ヘッダープレート５の芯材１自体の過大な腐蝕をも防止できる。しかも、ヘッダープレートおよび偏平チューブが夫々Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系の強度の高いアルミニューム合金を芯材としたので、材料の薄肉化を実現でき、結果として熱交換器の軽量化を図ることができる。
【００３４】
上記構成において、ヘッダープレート５の芯材１の各成分をＭｎ：０．６〜２．０％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．０６〜１．２％、Ｚｎ：０．２〜１．０％を含有し、Ｍｇ：０．０４％以下に規制し、残部をＡｌおよび不純物からなるものとし、そのヘッダプレート５にクラッドされた犠牲陽極材２は、Ｚｎ：１．０〜４．０％、Ｍｇ：０〜１．０％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなり、そのヘッダプレート５にクラッドされたろう材３は、Ｓｉ：６〜１４％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなるものとすることができる。
このようにすることにより、強度が強く且つ耐蝕性の強いアルミニューム製熱交換器を提供できる。
【００３５】
上記構成において、さらに犠牲陽極材２をＩｎ：０．００５〜０．１％、Ｓｎ：０．０１〜０．１％のうち１種または２種を含有するものとすることができる。このようにすることにより、ヘッダープレート５自体の強度及び耐蝕性をさらに向上することができる。
上記構成において、ろう材にさらにＢｉ：０．０１〜０．４％含有させることができる。これにより、ヘッダープレート５と偏平チューブ６とのろう付けを確実に行うことができる。
さらに上記構成において、ヘッダープレート５の芯材１にＴｉ：０．０６〜０．３５％を含有させることができる。それによって、さらに強度及び耐蝕性の強いアルミニューム製熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器の要部縦断面図であって、図２のＩ部拡大図。
【図２】同熱交換器の正面図。
【図３】ヘッダープレート５と偏平チューブ６との電位差を横軸とし、夫々の一定時間内における腐蝕量を縦軸とした電位差−腐蝕量曲線。
【符号の説明】
１芯材
２犠牲陽極材
３ろう材
３ａろう材
４チューブ挿通孔
５ヘッダープレート
６偏平チューブ
７コルゲートフィン
８ヘッダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchanger made of aluminum that is excellent in brazing and corrosion resistance, is lightweight and has high strength.
[0002]
[Prior art]
Aluminum-Mn aluminum alloy such as JIS3003 is used for the tube material and header plate material of aluminum heat exchangers used for radiators and heater cores for automobiles, and sacrificial anode material on the inner side of the header plate A clad material having a three-layer structure in which an Al—Zn—Mg based aluminum alloy is clad and an Al—Si based aluminum alloy is clad on the outer surface side as a brazing material is used.
[0003]
The brazing material for the header plate is used to braze the tube to the tube, and the brazing material on the outer surface of the tube is used to braze the tube to the fin. Recently, many heat exchangers perform brazing using a fluoride-based flux in an inert gas atmosphere, but some are vacuum brazed.
The sacrificial anode material clad on the inner surface side of the header plate and the tube is in contact with the working fluid and exerts a sacrificial anode effect, and prevents pitting corrosion and crevice corrosion of the core material.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, from the viewpoint of weight reduction and cost reduction of automobiles, it is required to reduce the thickness of header plates and tubes and fin materials used in automobile heat exchangers. However, in order not to bring about a decrease in strength due to thinning, attempts have been made to increase the strength by adding various elements to the tube material and header plate material, and appropriate components such as Cu, Si, Mn and the like are added as the added elements. Materials that are adjusted and added to the amount have been developed.
[0005]
However, the addition of various components produces materials with good strength, corrosion resistance, brazing properties, etc., but this creates new problems. That is, when these components are added, the potential of the material in the corrosive environment shifts to a lower direction. Especially, when these materials are used for the header plate material, the corrosion of the thin-walled tube material used in combination is promoted, and the pores are quickly removed. An accident such as opening could occur.
Therefore, as a result of repeating various experimental studies, the present inventors have found out optimum conditions in relation to the thin tube material used in combination, the header plate, and the fins, and complete the present invention based on the knowledge.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the sacrificial anode material (2) is clad on the inner surface side of the core material (1) of the Al-Cu-Mn high strength aluminum alloy, and the brazing material ( 3) a header plate (5) clad and paralleled by burring so that a plurality of tube insertion holes (4) project the edge of the hole to the inner surface side;
The core material is made of Al-Cu-Mn high strength aluminum alloy, and the end portion is inserted into each tube insertion hole (4) and fixed in a liquid-tight manner. The thickness of the header plate (5) A number of thin, flat tubes (6) having a wall thickness less than half;
A number of corrugated fins (7) fixed to the outer surface of the flat tube (6) by brazing and having a lower potential than the flat tube (5);
The gap between the corrugated fin (7) in the wave traveling direction and the header plate (5) is disposed so as to exceed the fin pitch of the corrugated fin (7).
The potential of the core material (1) of the header plate after the brazing (5), the flat tubes such that it from 50 mV (5% in saline) within at baser of the core material (6), the header plate (5) An aluminum heat exchanger characterized in that the amount of Zn in the core material is mixed in the range of 0.2 to 1.0% by weight.
[0007]
The present invention according to claim 2 is the method according to claim 1,
The core material (1) of the header plate (5) is by weight, Mn: 0.6 to 2.0%, Cu: 0.3 to 1.0%, Si: 0.06 to 1.2%, Containing Zn: 0.2-1.0%, Mg: regulated to 0.04% or less, consisting of the balance Al and impurities,
The sacrificial anode material (2) clad on the header plate (5) contains Zn: 1.0 to 4.0%, Mg: 0 to 1.0%, and the balance is made of Al and impurities.
The brazing material clad on the header plate is an aluminum heat exchanger containing Si: 6 to 14% and the balance being Al and impurities.
[0008]
The present invention described in claim 3 is the method according to claim 2,
The sacrificial anode material (2) is an aluminum heat exchanger further containing one or two of In: 0.005 to 0.1% and Sn: 0.01 to 0.1%.
[0009]
The present invention according to claim 4 provides the method according to claim 2 or claim 3,
The brazing material (3) is an aluminum heat exchanger further containing Bi: 0.01 to 0.4%.
The present invention according to claim 5 provides the method according to any one of claims 2 to 4,
The core material (1) is an aluminum heat exchanger further containing Ti: 0.06 to 0.35%.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part of a heat exchanger according to the present invention, and is an enlarged sectional view of a portion I in FIG. FIG. 2 is an overall front view of the heat exchanger, and FIG. 3 is an experiment showing the value of the potential difference and the corrosion state of the tube and the header plate when various potential differences are provided between the tube and the header plate. It is data.
This heat exchanger is a so-called corrugated fin type aluminum heat exchanger. That is, a large number of flat tubes 6 and corrugated fins 7 are alternately arranged in parallel, and both ends of each flat tube 6 are fixed through the tube insertion holes 4 of the header plate 5. A header body is joined to the periphery of the header plate 5 to form a header 8.
[0011]
The header body and the header plate 5 of the header 8 are thinner than the conventional header plate and have a thickness of 1.2 to 1.6 mm. -Cu-Si. That is, Mn: 0.6 to 2.0%, Cu: 0.3 to 1.0%, Si: 0.06 to 1.2%, and Mg 0 to 0.04%. Furthermore, the Zn concentration is adjusted so that the Zn is in the range of 0.2 to 1.0% and the potential difference from the flat tube 6 is 0 to 50 mV (5% saline) after brazing, and more preferably Contains Ti: 0.06 to 0.35%, and the balance consists of Al and unavoidable impurities.
[0012]
Next, the inner surface side of the core material 1 contains Zn: 1.0 to 4.0% and Mg: 0 to 1.0% as the sacrificial anode material 2, preferably In: 0.005 to 0.00. 1%, Sn: Any one or two of 0.01 to 0.1% are contained.
Further, the outer surface side of the core material 1 contains Si: 6 to 14% as a brazing material, preferably Bi: 0.01 to 0.4%, and the balance is made of Al and inevitable impurities.
[0013]
Next, the flat tube 6 is made of a three-layer clad material having a thickness of 0.2 to 0.4 mm, and the core material can be the same except for the core material 1 of the header plate 5 and Zn.
The sacrificial anode material 2 covered on the inner surface of the core material can also be the same as that of the header plate 5. Furthermore, the brazing material provided on the outer surface of the core material can be the same as that of the header plate 5.
However, it is a condition that the core material 1 of the header plate 5 is base and within 50 mV of the core material of the flat tube 6. The reason will be described later.
[0014]
Next, the material of the corrugated fins 7 that are in contact with the outer surface of the flat tube 6 is selected so as to be 100 to 150 mV lower than the potential of the core material of the flat tube 6.
And as an example of the material of this corrugated fin 7, JIS7072 aluminum alloy, JIS3003 aluminum alloy, etc. can be used.
The plate thickness of the corrugated fin 7 is made of an extremely thin material compared to that of the header plate 5 and the flat tube 6. In FIG. 1, the gap t between the upper end of the corrugated fin 7 and the lower surface of the header plate 5 of the upper header 8 is used. Is assembled with a space of about 5 mm or more as an example, twice or more the fin pitch p of the corrugated fins 7. This is for preferentially spreading the brazing material on the outer surface side of the core material 1 between the tube insertion hole 4 and the flat tube 6.
[0015]
Assuming that the upper end of the corrugated fin 7 is close to the lower surface of the core material 1, when the brazing material on the outer surface side of the core material 1 is melted, the corrugated fin 7 is more drawn, and the flat tube 6 and the tube are correspondingly increased. This is because there is less brazing material between the insertion hole 4 and, as a result, leakage may occur from the root of the tube. In this example, the fin pitch of the corrugated fins 7 is 2.5 to 3.5 mm as an example, and the distance between the upper end of the corrugated fins 7 and the lower surface of the header plate 5 is 3.0 to 5.0 mm. In addition, the hole edge of many tube penetration holes 4 drilled in the core material 1 is burring processed on the inner surface side.
The corrugated fin 7 is also formed between the lower end and the lower header plate 5 in the same manner as the upper end and upper header plate 5.
[0016]
[Experimental example]
Next, the header plate 5 and the flat tube 6 of the present invention both use an Al-Cu-Mn high strength aluminum alloy, and the potential of the header plate 5 is 0-50 mV lower than that of the flat tube 6. The reason will be described based on the following experiment.
The inventors changed the potential difference between the header plate 5 and the flat tube 6 in the range of 0 to 100 mV, and the corrosion depth in the vicinity of the tube insertion portion of the flat tube 6 at that time, as well as the header plate 5. As a result of investigating the relationship with the corrosion depth in the vicinity of the tube insertion hole 4, it was found that it becomes as shown in FIG. 3.
[0017]
In this experiment, the amount of Zn mixed in the header plate 5 was variously changed so that the potential of the core material 1 of the header plate 5 was lower than the potential of the core material of the flat tube 6 within 100 mV. went.
As a result, the corrosion at the middle part of the flat tube 6 occurred more strongly at both end parts, and was very little at the middle part. This is presumably because the corrugated fin 7 is contacted and fixed at a high density in the middle portion, and therefore the sacrificial anodic action of the corrugated fin 7 works.
[0018]
Further, the corrugated fins 7 are not present at the upper and lower ends of the flat tube 6 and the corrosion proceeds. However, when the potential difference between the header plate and the flat tube is about 0 to 50 mV, the sacrificial anode of the header plate is moderated. The action works. If it exceeds 50 mV, the sacrificial anode effect of the header plate 5 suddenly appears excessively, and the flat tube 6 is corroded. However, the corrosion of the header plate 5 itself increases rapidly.
[0019]
That is, it was found that the corrosion on the outer surface side of the header plate 5 suddenly increased from when the potential difference exceeded 50 mV.
[0020]
Therefore, the maximum value of the potential difference between the header plate 5 and the flat tube 6 is preferably a base value in which the former does not exceed 50 mV than the latter. Also, if the header plate is nobler than the flat tube 5, the sacrificial anode effect occurs in the thinner flat tube and corrodes, so the header plate must always be base, so the former is 0 compared to the latter. Not obscene.
Therefore, the present invention is conditioned on the condition that the potential of the header plate is in the base range within 50 mV of that of the flat tube.
[0021]
Next, the basis for determining each component range of the core material 1 of the header plate 5 as in the present invention will be described.
Mn in the core material improves the strength and increases the potential difference with the sacrificial anode material 2 on the inner surface side of the header by making the potential of the core material noble, thereby improving the corrosion resistance against the fluid in the tank. To do.
The preferable content range of Mn is 0.6 to 2.0%. If the content is less than 0.6%, the effect is small, and if the content exceeds 2.0%, a coarse compound is formed at the time of casting, and the rolling processability is reduced. This is because thin plate materials are difficult to obtain.
[0022]
Next, Cu in the core material 1 improves the strength as in the case of Mn, increases the potential of the core material, and increases the potential difference between the sacrificial anode material 2 on the inner surface side and the brazing material 3 on the outer surface side. It functions to increase corrosion resistance. Further, the Cu diffuses into the sacrificial anode material 2 and the brazing material 3 during brazing heating, and forms a gentle concentration gradient. As a result, the potential on the core material side becomes noble, the potential on the surface side of the sacrificial anode material 2 and the surface side of the brazing material becomes base, and a gentle potential gradient is formed in the sacrificial anode material 2 and the brazing material. , Make the corrosion form into a full-surface corrosion type that spreads horizontally.
The preferable content of Cu is in the range of 0.3 to 1.0%. When the content is less than 0.3%, the effect is small. When the content exceeds 1.0%, the corrosion resistance of the core material is lowered, and the melting point is low. , And local melting is likely to occur during brazing, which is not preferable.
[0023]
Further, Si in the core material 1 has an effect of improving the strength. The preferable content of Si is in the range of 0.06 to 1.2%. If the content is less than 0.06%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 1.2%, the corrosion resistance of the core material is reduced. Moreover, since melting | fusing point falls and it becomes easy to produce local melting at the time of brazing, it is not preferable.
[0024]
Furthermore, Zn in the core material 1 has a function of lowering the core material. As a result of adding more Mn-Cu-Si than the usual JIS3003 aluminum alloy for improving the strength, the potential shifted excessively noblely is mitigated by the addition of Zn.
The preferable content of Zn is in the range of 0.2 to 1.0%. If it is 0.2% or less, the effect is not sufficient, and if it exceeds 1.0%, the corrosion resistance of the core material decreases. It is not preferable.
Furthermore, it is necessary to adjust the addition amount of Zn within the above range and according to the potential of the tube material used in combination. That is, adjustment is made so that the potential of the core material 1 of the header plate 5 is 0 to 50 mV lower than that of the core material of the flat tube 6.
[0025]
Mg in the core material 1 of the header plate 5 is preferably limited to 0.04% or less from the viewpoint of lowering brazeability. When the content exceeds 0.04%, in the case of brazing in an inert gas atmosphere using a fluoride-based flux, Mg reacts with the flux to produce a compound such as MgF _2, so the absolute amount of flux is This is not preferable because the brazing property is insufficient.
[0026]
Next, it is preferable to contain 0.06 to 0.35% of Ti in the core material of the header plate 5. This has the effect of further improving the corrosion resistance of the core material. That is, Ti is divided into a high-concentration region and a low-concentration region, which are alternately distributed in the thickness direction to form a layer. Then, by preferentially corroding the low Ti concentration region as compared with the high region, the corrosion form becomes a layered structure. As a result, the progress of the corrosion in the thickness direction is hindered and the pitting resistance is improved.
The preferable content of Ti is in the range of 0.06 to 0.35%, and if it is less than 0.06%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 0.35%, a coarse compound is produced during casting, and the material is rolled. This is not preferable because it is difficult to obtain a sound clad material.
[0027]
Next, Zn in the sacrificial anode material 2 of the header plate 5 makes the potential of the sacrificial anode material 2 lower than that of the core material 1, maintains the sacrificial anode effect on the core material 1, and completely etches the clad material. Thus, it functions to prevent pitting corrosion and crevice corrosion of the core material.
The preferable content range of Zn is 1.0 to 4.0%. If the content is less than 1.0%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 4.0%, the self-corrosion resistance is lowered. Corrosion consumption of the sacrificial anode material becomes intense, and the sacrificial anode effect is not sustained for a long time. At the same time, if the content exceeds 4.0%, the sacrificial anode effect is saturated, which is useless.
[0028]
In addition, in the sacrificial anode material 2 of the header plate 5, it is preferable to add a small amount of any one of In and Sn.
In serves to base the potential of the sacrificial anode material 2 on the base material 1 and to reliably give the sacrificial anode effect to the core material 1. The preferable content range of In is in the range of 0.005 to 0.1%. If the content is less than 0.005%, the effect is small. If the content exceeds 0.1%, the effect is saturated and sacrificed. Since the self-corrosion resistance of the anode material 2 is lowered and rolling workability is also deteriorated, it is not preferable.
Sn serves to base the potential of the sacrificial anode material 2 and to reliably impart the sacrificial anode effect to the core material 1. The preferable content range of Sn is in the range of 0.01 to 0.1%. If the content is less than 0.01%, the effect is small. If the content exceeds 0.1%, the effect is saturated and sacrificed. Since the self-corrosion resistance of the anode material 2 is lowered and rolling workability is also deteriorated, it is not preferable.
[0029]
Mg in the sacrificial anode material 2 contributes to improvement in strength.
On the other hand, when brazing using a fluoride-based flux, it reacts with the fluorine of the flux component to produce a compound such as MgF _2, so the brazing property is reduced due to the lack of the absolute amount of flux. It is preferable to limit Mg to 1% or less.
[0030]
Si in the brazing material of the header plate 5 functions to lower the melting point of the brazing material and to increase the flowability of the brazing material.
The preferable content of Si is in the range of 6 to 14%. If it is less than 6%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 14%, the melting point of the brazing material becomes high, and the workability during brazing production is high. descend.
The Bi of the brazing material of the header plate 5 lowers the surface tension of the brazing material and improves the flowability and spreadability of the brazing material.
The preferable content of Bi is in the range of 0.01 to 0.4%. If it is less than 0.01%, the effect is small, and if it exceeds 0.4%, the effect is saturated, and Self-corrosion resistance is reduced.
[0031]
The header plate 5 and the flat tube 6 of the present invention are obtained by agglomerating aluminum alloys constituting the core material, the sacrificial anode material, and the brazing material by semi-continuous casting, respectively, and homogenizing as necessary. Each is hot-rolled to a predetermined thickness. Next, the respective materials are combined and made into a clad material by hot rolling according to a conventional method, finally cold-rolled to a predetermined thickness, and if necessary, manufactured through an annealing process.
The header plate 5 and the flat tube 6 are formed of such a clad material. Then, a heat exchanger such as an automobile radiator or a heater core is assembled by using the header plate 5, the many flat tubes 6 and the corrugated fins 7, and the heat exchanger is completed by brazing integrally in the furnace. be able to.
[0032]
[Operation and effect of the invention]
The aluminum heat exchanger according to the present invention is a heat exchanger in which an Al-Cu-Mn high strength aluminum alloy is used as a core, and the gap between the end of the corrugated fin 7 and the header plate 5 is corrugated fin. The tube insertion hole 4 that is disposed so as to exceed the fin pitch of 7 and through which the end of the flat tube 6 is inserted is burred on the inner surface side of the header plate 5, and the potential of the core 1 of the header plate 5 is reduced to the flat tube 6. The amount of Zn in the core material of the header plate 5 is mixed in the range of 0.2 to 1.0% by weight so as to be less than 50 mV .
[0033]
Therefore, it is possible to effectively prevent the root of the flat tube 6 from being corroded at the joint portion between the flat tube 6 and the tube insertion hole 4 that is not particularly affected by the sacrificial anode effect of the corrugated fin 7. Excessive corrosion of the core material 1 itself of the header plate 5 can also be prevented. Moreover, since the header plate and the flat tube are each made of an Al-Cu-Mn high-strength aluminum alloy, the material thickness can be reduced, and as a result, the heat exchanger can be reduced in weight. .
[0034]
In the above configuration, each component of the core material 1 of the header plate 5 includes Mn: 0.6 to 2.0%, Cu: 0.3 to 1.0%, Si: 0.06 to 1.2%, Zn: The sacrificial anode material 2 clad on the header plate 5 containing 0.2 to 1.0%, Mg: 0.04% or less, the balance being made of Al and impurities, Zn: 1 0.0 to 4.0%, Mg: 0 to 1.0%, the balance is made of Al and impurities, and the brazing material 3 clad on the header plate 5 contains Si: 6 to 14%, The balance may be made of Al and impurities.
By doing in this way, the aluminum-made heat exchanger with strong intensity | strength and strong corrosion resistance can be provided.
[0035]
The said structure WHEREIN: Furthermore, the sacrificial anode material 2 shall contain 1 type or 2 types in In: 0.005-0.1%, Sn: 0.01-0.1%. By doing in this way, the strength and corrosion resistance of the header plate 5 itself can be further improved.
In the above configuration, the brazing material can further contain Bi: 0.01 to 0.4%. Thereby, brazing with the header plate 5 and the flat tube 6 can be performed reliably.
Furthermore, in the said structure, the core material 1 of the header plate 5 can contain Ti: 0.06-0.35%. Thereby, it is possible to provide an aluminum heat exchanger having higher strength and corrosion resistance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part of a heat exchanger according to the present invention, and is an enlarged view of a portion I in FIG.
FIG. 2 is a front view of the heat exchanger.
FIG. 3 is a potential difference-corrosion amount curve with the horizontal axis representing the potential difference between the header plate 5 and the flat tube 6 and the vertical axis representing the amount of corrosion within a certain period of time.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core material 2 Sacrificial anode material 3 Brazing material 3a Brazing material 4 Tube insertion hole 5 Header plate 6 Flat tube 7 Corrugated fin 8 Header

Claims

A sacrificial anode material (2) is clad on the inner surface side of the core material (1) of an Al-Cu-Mn high strength aluminum alloy, and a brazing material (3) is clad on the outer surface side. A header plate (5) paralleled by burring so that the hole (4) protrudes its edge toward the inner surface;
The core material is made of Al-Cu-Mn high strength aluminum alloy, and the end portion is inserted into each tube insertion hole (4) and fixed in a liquid-tight manner. The thickness of the header plate (5) A number of thin, flat tubes (6) having a wall thickness less than half;
A number of corrugated fins (7) fixed to the outer surface of the flat tube (6) by brazing and having a lower potential than the flat tube (6);
The gap between the corrugated fin (7) in the wave traveling direction and the header plate (5) is disposed so as to exceed the fin pitch of the corrugated fin (7).
The header plate so that the potential of the core material (1) of the header plate (5) after brazing becomes lower than that of the core material of the flat tube (6) within 50 mV (5% saline). (5) A heat exchanger made of aluminum in which the amount of Zn in the core material is mixed in the range of 0.2 to 1.0% by weight.

In claim 1,
The core material (1) of the header plate (5) is by weight, Mn: 0.6 to 2.0%, Cu: 0.3 to 1.0%, Si: 0.06 to 1.2%, Containing Zn: 0.2-1.0%, Mg: regulated to 0.04% or less, consisting of the balance Al and impurities,
The sacrificial anode material (2) clad on the header plate (5) contains Zn: 1.0 to 4.0%, Mg: 0 to 1.0%, and the balance is made of Al and impurities.
The brazing material clad on the header plate (5) contains Si: 6 to 14%, and the balance is an aluminum heat exchanger made of Al and impurities.

In claim 2,
The aluminum heat exchanger in which the sacrificial anode material (2) further contains one or two of In: 0.005 to 0.1% and Sn: 0.01 to 0.1%.

In claim 2 or claim 3,
The aluminum heat exchanger, wherein the brazing material (3) further contains Bi: 0.01 to 0.4%.

In any one of Claims 2-4,
The aluminum heat exchanger, wherein the core material (1) further contains Ti: 0.06 to 0.35%.