JP4484510B2

JP4484510B2 - アルミニウム管の製造方法

Info

Publication number: JP4484510B2
Application number: JP2003432531A
Authority: JP
Inventors: 一幸高橋
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2004218083A

Description

この発明はアルミニウム管の製造方法に関し、さらに詳しくは、たとえばフロン系冷媒を使用するカーエアコンのコンデンサやエバポレータ、ＣＯ_２冷媒を使用するカーエアコンのガスクーラやエバポレータ、自動車用オイルクーラ、自動車用ラジエータなどとして使用される熱交換器の入口管および出口管や、圧縮機、コンデンサおよびエバポレータを備えかつフロン系冷媒を使用する冷凍サイクルからなるカーエアコンの圧縮機、コンデンサおよびエバポレータ間の配管や、圧縮機、ガスクーラ、中間熱交換器、膨張弁およびエバポレータを備えかつＣＯ_２冷媒を使用する冷凍サイクルからなるカーエアコンの圧縮機、ガスクーラ、中間熱交換器、膨張弁およびエバポレータ間の配管として用いられるアルミニウム管の製造方法に関する。

この明細書および請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。なお、当然のことながら、元素記号で表現された金属には、その合金は含まれない。

たとえば、フロン系冷媒を使用する冷凍サイクルからなるカーエアコン用コンデンサとして、互いに間隔をおいて平行に配置された１対のアルミニウム製ヘッダと、両端がそれぞれ両ヘッダに接続された並列状のアルミニウム製偏平状熱交換管と、隣り合う熱交換管の間の通風間隙に配置されるとともに、両熱交換管にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィンと、一方のヘッダに接続されたアルミニウム製入口管と、他方のヘッダに接続されたアルミニウム製出口管とを備えたものは知られている。

従来、上記コンデンサの入口管および出口管としては、JIS Ａ１１００や、JIS Ａ３００３や、Ｍｎを１．０〜１．５wt％を含有するとともにＭｇを０．２wt％以上でかつ０．６wt％未満含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金などにより形成されていた（特許文献１参照）。

また、カーエアコンにおける圧縮機、コンデンサおよびエバポレータ間の配管として用いられるアルミニウム管として、従来、Ｍｎ０．３〜１．５質量％、Ｃｕ０．２０質量％以下、Ｔｉ０．０６〜０．３０質量％、Ｆｅ０．０１〜０．２０質量％、Ｓｉ０．０１〜０．２０質量％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金で形成され、この合金のマトリックス中に存在するＳｉ系化合物、Ｆｅ系化合物およびＭｎ系化合物のうち粒子径が０．５μｍ以上の化合物が、１ｍｍ^２当たり２×１０^４個以下であるものが知られている（特許文献２参照）。

ところで、上述したようなカーエアコンにおけるコンデンサやエバポレータの熱交換管、入口管および出口管、ならびにカーエアコンにおけるアルミニウム製配管においては、耐食性を向上させる目的で、従来から表面にクロメート処理が施されていたが、その処理作業が面倒であった。また、Ｃｒ^６＋は有害物質であり、廃液処理が面倒であった。したがって、コンデンサやエバポレータの熱交換管、入口管、出口管ならびに配管の製造作業が面倒であるという問題があった。しかも、ヨーロッパにおいては、近い将来Ｃｒ^６＋の使用が禁止されることになっている。

そこで、上記コンデンサやエバポレータの熱交換管については、有害なＣｒ^６＋を使用するクロメート処理に代わる耐孔食性処理や、耐孔食性を有するものが種々検討されている。

しかしながら、上記入口管および出口管や配管については、簡単かつ安価に製造でき、しかも十分な耐孔食性を有するものが見出されていないのが現状である。もちろん、特許文献１に記載された入口管および出口管や、特許文献２に記載された配管においても、クロメート処理を施さない場合には耐孔食性は期待できない。
特公平３−２２４５９号公報特開２００２−１８０１７１号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、簡単かつ安価に製造でき、しかも十分な耐孔食性を有するアルミニウム管の製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)Ｍｎ０．９０〜１．５０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金で形成された管素材を、大気雰囲気中または不活性ガス雰囲気中において５５０〜６００℃に加熱して１０〜６００分間保持し、ついで冷却することを特徴とするアルミニウム管の製造方法。

上記1)のアルミニウム管の製造方法において、Ｍｎは耐孔食性を向上させるとともに強度を向上させるという効果を奏するが、その含有量が０．９０質量％未満では上記効果が得られず、１．５０質量％を越えると強度向上の効果が飽和する一方、熱間加工時の変形抵抗が増大し、管素材を成形する際の加工性、たとえば押出加工性が低下する。したがって、管素材を形成する合金のＭｎ含有量は０．９０〜１．５０質量％とすべきであるが、１．０〜１．２質量％であることが好ましい。

上記1)のアルミニウム管の製造方法において、管素材を所定温度に加熱して所定時間保持すると、管素材を形成する合金中のＭｎおよび不可避不純物がマトリックス中に固溶することにより、腐食発生の核となる材料中の晶出物、析出物が減少して耐食性が向上し、その結果導電率が低下して製造されたアルミニウム管の耐孔食性が向上する。ここで、加熱温度を５５０〜６００℃とするのは、５５０℃未満であるとＭｎおよび不可避不純物のマトリックス中への固溶が不十分であり、６００℃を越えても経済的に効率が悪くなるだけで、Ｍｎおよび不可避不純物のマトリックス中への固溶効果が向上しないからである。また、加熱保持時間を１０〜６００分間とするのは、１０分間未満であるとＭｎおよび不可避不純物のマトリックス中への固溶が不十分であり、６００分間を越えても経済的に効率が悪くなるだけで、Ｍｎおよび不可避不純物のマトリックス中への固溶効果が向上しないからである。

2)管素材を形成する合金に不可避不純物としてＣｕが含まれており、このＣｕの含有量が０．０５質量％以下である上記1)記載のアルミニウム管の製造方法。

3)管素材を形成する合金に不可避不純物としてＦｅが含まれており、このＦｅの含有量が０．２５質量％以下である上記1)または2)記載のアルミニウム管の製造方法。

4)管素材を形成する合金に不可避不純物としてＳｉが含まれており、このＳｉの含有量が０．２５質量％以下である上記1)〜3)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管の製造方法。

5)加熱の際の昇温速度が２０〜１３０℃／分である上記1)〜4)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管の製造方法。

上記5)のアルミニウム管の製造方法において、加熱の際の昇温速度を２０〜１３０℃／分としたのは、この昇温速度が２０℃／分未満であると経済的に効率が悪く、１３０℃／分を越えると同時に加熱する他のアルミニウム管のような他製品の温度上昇にばらつきが生じるおそれがあるからである。

6)加熱後の冷却速度が４７℃／分以上である上記1)〜5)のうちのいずれかに記載のアルミニウム管の製造方法。

上記6)のアルミニウム管の製造方法において、加熱後の冷却速度を４７℃／分以上にしたのは、この冷却速度が４７℃／分未満であるとマトリックス中に固溶したＭｎおよび不可避不純物の再析出が起こり、耐食性が低下するおそれがあるからである。

上記1)のアルミニウム管の製造方法によれば、導電率が３０〜４３％IACSのアルミニウム管を製造することができるから、クロメート処理を施すことなく、孔食の発生を防止することができる。しかも、管素材がＭｎ０．９０〜１．５０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金で形成されているので、強度が向上するとともに優れた加工性が確保される。しかも、大気雰囲気中または不活性ガス雰囲気中において所定温度に加熱して所定時間保持し、ついで冷却するだけで製造することができるので、簡単かつ安価に製造することができる。上記2)〜4)のアルミニウム管の製造方法によれば、耐孔食性が一層向上したアルミニウム管を比較的簡単かつ安価に製造することができる。

上記5)および6)のアルミニウム管の製造方法によれば、経済的効率が優れているとともに、製造されるアルミニウム管の耐孔食性を確実に確保することができる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１はこの発明の方法により製造されたアルミニウム管が入口管および出口管として用いられているカーエアコン用コンデンサを示す。

図１において、フロン系冷媒を使用するカーエアコンに用いられるコンデンサ(1)は、互いに間隔をおいて平行に配置された１対のアルミニウム製ヘッダ(2)(3)と、両端がそれぞれ両ヘッダ(2)(3)に接続された並列状のアルミニウム押出形材製偏平状冷媒流通管(4)（熱交換管）と、隣り合う冷媒流通管(4)の間の通風間隙に配置されるとともに、両冷媒流通管(4)にろう付されたアルミニウムブレージングシート製コルゲートフィン(5)と、第１ヘッダ(2)の周壁上端部に溶接されたアルミニウム押出形材製入口管(6)と、第２ヘッダ(3)の周壁下端部に溶接されたアルミニウム押出形材製出口管(7)と、第１ヘッダ(2)の中程より上方位置の内部に設けられた第１仕切板(8)と、第２ヘッダ(3)の中程より下方位置の内部に設けられた第２仕切板(9)とを備えている。なお、冷媒流通管(4)としては、電縫管からなるものが用いられてもよい。

入口管(6)と第１仕切板(8)の間の冷媒流通管(4)の本数、第１仕切板(8)と第２仕切板(9)の間の冷媒流通管(4)の本数、第２仕切板(9)と出口管(7)の間の冷媒流通管(4)の本数がそれぞれ上から順次減少されて通路群を構成しており、入口管(6)から流入した気相の冷媒が、出口管(7)より液相となって流出するまでに、コンデンサ(1)内を各通路群単位に蛇行状に流れるようになされている。

入口管(6)および出口管(7)は、それぞれＭｎ０．９０〜１．５０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金で形成されており、導電率が３０〜４３％IACSとなっている。
入口管(6)および出口管(7)を形成する合金に不可避不純物としてＣｕが含まれている場合、この不可避不純物としてのＣｕ含有量は０．０５質量％以下であることが好ましい。また、入口管(6)および出口管(7)を形成する合金に不可避不純物としてＦｅが含まれている場合、不可避不純物としてのＦｅ含有量は０．２５質量％以下であることが好ましい。さらに、入口管(6)および出口管(7)を形成する合金に不可避不純物としてＳｉが含まれている場合、不可避不純物としてのＳｉ含有量が０．２５質量％以下であることが好ましい。

入口管(6)および出口管(7)は、たとえば次のようにして製造される。

すなわち、上述したような合金を用いて入口管素材および出口管素材を押出成形した後、これらの管素材を、大気雰囲気中または不活性ガス雰囲気中において５５０〜６００℃に加熱して１０〜６００分間保持し、ついで冷却する。ここで、加熱の際の昇温速度は２０〜１３０℃／分であり、加熱後の冷却速度は４７℃／分以上である。こうして、入口管(6)および出口管(7)が製造される。

管素材を所定温度に加熱して所定時間保持すると、管素材を形成する合金中のＭｎおよび不可避不純物がマトリックス中に固溶することにより、腐食発生の核となる材料中の晶出物、析出物が減少して耐食性が向上し、その結果導電率が低下して製造されたアルミニウム管の耐孔食性が向上する。

上述した実施形態においては、この発明の方法により製造されたアルミニウム管は、フロン系冷媒を使用する冷凍サイクルからなるカーエアコンのコンデンサの入口管および出口管として用いられているが、前記カーエアコンのエバポレータの入口管および出口管として用いられることもある。さらに、この発明の方法により製造されたアルミニウム管は、自動車用オイルクーラ、自動車用ラジエータなどとして使用される熱交換器の入口管および出口管として用いられることもある。

また、この発明の方法により製造されたアルミニウム管は、圧縮機、コンデンサおよびエバポレータを備えかつフロン系冷媒を使用する冷凍サイクルからなるカーエアコンの圧縮機、コンデンサおよびエバポレータ間の配管や、圧縮機、ガスクーラ、中間熱交換器、膨張弁およびエバポレータを備えかつＣＯ_２冷媒を使用する冷凍サイクルからなるカーエアコンの圧縮機、ガスクーラ、中間熱交換器、膨張弁およびエバポレータ間の配管として用いられることがある。

さらに、この発明の方法により製造されたアルミニウム管は、圧縮機、ガスクーラ、中間熱交換器、膨張弁およびエバポレータを備えかつＣＯ_２冷媒を使用する冷凍サイクルからなるカーエアコンのガスクーラやエバポレータの入口管および出口管として用いられることもある。

以下、この発明の具体的実施例を比較例とともに説明する。

実施例１〜４
表１に示す組成を有する４種類の合金を用いて、外径９．５３ｍｍ、周壁の肉厚１．０ｍｍの管素材をそれぞれ押出成形した。

ついで、これらの管素材を、炉内温が５００℃に設定されている予熱炉内に入れて１０分間保持した後、炉内温が６０１℃に設定されている本加熱炉内に入れ、管素材の実体温度が６００℃に３分間保持された時点で、窒素ガスにより管素材の実体温度が５７０℃になるまで冷却し、その後本加熱炉から取り出した。加熱の際の昇温速度は３０℃／分、冷却速度は６０℃／分である。上記加熱パターンを図２に示す。

このようにして製造された管の導電率を測定した。その結果も表１に示す。

そして、各管にそれぞれSWAAT９６０hr試験を施してその腐食状況を調べた結果、各管における最大腐食深さは表１に示す通りであった。さらに、各管における腐食の発生状況、すなわち腐食の深さおよび腐食の個数は表２に示す通りであった。

比較例１〜４
表１に示す組成を有する４種類の合金を用いて、外径９．５３ｍｍ、周壁の肉厚１．０ｍｍの管素材をそれぞれ押出成形し、各管素材に加熱処理を施すことなく、それぞれSWAAT９６０hr試験を施してその腐食状況を調べた結果、周壁を貫通した孔食が発生していた。

この発明の方法により製造されたアルミニウム管を入口管および出口管として備えており、かつフロン系冷媒を使用するカーエアコンに用いられるコンデンサを示す斜視図である。実施例１〜４の加熱パターンを示す図である。

(6)：入口管
(7)：出口管

Claims

Ｍｎ０．９０〜１．５０質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金で形成された管素材を、大気雰囲気中または不活性ガス雰囲気中において５５０〜６００℃に加熱して１０〜６００分間保持し、ついで冷却することを特徴とするアルミニウム管の製造方法。
管素材を形成する合金に不可避不純物としてＣｕが含まれており、このＣｕの含有量が０．０５質量％以下である請求項１記載のアルミニウム管の製造方法。
管素材を形成する合金に不可避不純物としてＦｅが含まれており、このＦｅの含有量が０．２５質量％以下である請求項１または２記載のアルミニウム管の製造方法。
管素材を形成する合金に不可避不純物としてＳｉが含まれており、このＳｉの含有量が０．２５質量％以下である請求項１〜３のうちのいずれかに記載のアルミニウム管の製造方法。
加熱の際の昇温速度が２０〜１３０℃／分である請求項１〜４のうちのいずれかに記載のアルミニウム管の製造方法。
加熱後の冷却速度が４７℃／分以上である請求項１〜５のうちのいずれかに記載のアルミニウム管の製造方法。