JP5030487B2 - クラッド材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
前記芯材が、Mn:0.8〜2質量%、Mg:0.2〜1.5質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記外皮層が、Zn:0.01〜4質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記中間層が、Mn:0.8〜2質量%、Zn:0.35〜3質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記内皮層が、Al−Si系合金ろう材で構成されていることを特徴とするクラッド材。
前記扁平チューブおよびヘッダーの少なくとも一方に、前項10に記載された熱交換器用管体が用いられていることを特徴とする熱交換器。
前記扁平チューブおよびヘッダーの少なくとも一方として前項10に記載された熱交換器用管体を用い、前記扁平チューブとフィン、および前記扁平チューブとヘッダーをフッ化物系フラックスを用いてろう付することを特徴とする熱交換器の製造方法。
芯材(10)は、Mn:0.8〜2質量%およびMg:0.2〜1.5質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金(以下、「芯材合金」と称する)で構成される。
外皮層(11)は、Zn:0.01〜4質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金(以下、「外皮層合金」と称する)で構成される。
中間層(12)は、Mn:0.8〜2質量%、Zn:0.35〜3質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金(以下、「中間層合金」と称する)で構成される。
内皮層は、Al−Si系合金ろう材(以下、「内皮層合金」と称する)で構成される。
〔クラッド材の作製〕
扁平チューブ材料として、後掲の表1および表2に示す構成のクラッド材を作製した。
表1および表2の各クラッド材について、ろう付相当の熱処理(窒素ガス雰囲気中、600℃で5分間加熱)を行った後に、室温(25℃)および高温(180℃)における引張強さ、および中間層(12)の平均結晶粒径を測定した。これらの測定結果を表1および表2に示す。
各クラッド材を用いて、図3に参照される扁平チューブ(3)を作製するとともに、扁平チューブ(3)とアウターフィン(21)のろう付試験を行った。
各ろう付品について、下記の調査方法Aにより扁平チューブの粒界腐食感受性を調査して耐食性を評価した。さらに、芯材合金におけるTiの添加効果を調査するために、調査方法Bにおいて上記調査方法Aよりも粒界腐食が起こりやすい条件を形成し、厳しく粒界腐食感受性を調査した。なお、比較例1、21のろう付品については、ろう付性が悪かったために耐食性を評価するには至らなかった。 これらの評価結果を表1および表2に示す。
ろう付品に対し、ASTM−G85−A3に規定されたSWAAT腐食試験を実施し、試験後の腐食状況により下記の基準で耐食性を評価した。試験条件は、ASTM D1141による人工海水に酢酸を添加してpH3に調製した腐食試験液を用い、腐食試験液を0.5時間噴霧−湿潤1.5時間を1サイクルとし、このサイクルを480時間実施するものとした。
◎:表面に粒界腐食が発生しないもの
○:表面に粒界腐食がわずかに発生するものの、腐食の深さが深くないものであり、熱交換器としての耐食性を満足するもの
ろう付品を180℃で24時間保持した後、上記調査方法Aと同じ条件でSWAAT腐食サイクル試験を実施し、試験後の腐食状況により下記の基準で耐食性を評価した。なお、180℃の高温保持はCO2冷媒の熱交換器の使用環境を想定したものである。
◎:表面に粒界腐食が発生しないもの
○:粒界腐食がほとんど発生しないもの
△:粒界腐食が顕著でないもの
表1および表2の結果より、芯材と内皮層の間に所定厚さの中間層を形成した各実施例のクラッド材は、同一厚さで中間層の無い比較例1、21のクラッド材と同等の強度を有するものであることを確認した。また、中間層に所定量のFeを添加することによってろう材による侵食を防止しつつ強度を向上させることができた。
表2の実施例24および実施例29の4層構成のクラッド材(1)の作製に際し、中間焼鈍の条件のみを変えて表3の実施例51〜60に示すクラッド材を作製した。
〔クラッド材の作製〕
本発明のクラッド材(1)で熱交換器用のヘッダーを製作する場合、上述したチューブよりも総厚の厚いクラッド材を用いることが好ましく、総厚が厚くなると芯材(10)のみならず中間層(12)も厚く設定することができる。このため、中間層(12)の強度向上、ひいてはクラッド材の強度向上を目的としてFe濃度を高くしたことで結晶粒が細かくなっても、中間層(12)の厚さによって内皮層(13)のろう材による侵食を十分に防ぐことができる。
チューブ用クラッド材と同様に、ろう付相当の熱処理(窒素ガス雰囲気中、600℃で5分間加熱)を行った後に、室温(25℃)および高温(180℃)における引張強さ、および中間層(12)の平均結晶粒径を測定した。
◎:Siによる中間層への侵食がほとんどないもの
○:Siによる中間層への侵食がわずかにあるもの
△:Siによる中間層への侵食が芯材に達していないもの
これらの評価結果を表4に示す。
各クラッド材を用いて、図9に参照されるヘッダー(22)を作製するとともに、このヘッダー(22)に扁平チューブ(3)およびアウターフィン(21)を組み付けてろう付試験を行った。
2、3、5、7、30…扁平チューブ(熱交換器用管体)
20…熱交換器
21…アウターフィン(フィン)
22…ヘッダー(熱交換器用管体)
Claims (24)
- 芯材の一面側に外皮層を有し、他面側に中間層を介して内皮層を有するクラッド材であって、
前記芯材が、Mn:0.8〜2質量%、Mg:0.2〜1.5質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記外皮層が、Zn:0.01〜4質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記中間層が、Mn:0.8〜2質量%、Zn:0.35〜3質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記内皮層が、Al−Si系合金ろう材で構成されていることを特徴とするクラッド材。 - 芯材を構成するアルミニウム合金中に0.5質量%以下のCuを含む請求項1に記載のクラッド材。
- 芯材を構成するアルミニウム合金中に0.03〜0.25質量%以下のTiを含む請求項1または2に記載のクラッド材。
- 中間層を構成するアルミニウム合金中に0.5質量%以下のCuを含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のクラッド材。
- 中間層を構成するアルミニウム合金中に0.8質量%以下のFeを含む請求項1〜4のいずれか1項に記載のクラッド材。
- 外皮層を構成するアルミニウム合金中のMn濃度が0.1質量%以下、Cu濃度が0.2質量%以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載のクラッド材。
- 中間層の厚さが10〜70μmである請求項1〜6のいずれか1項に記載のクラッド材。
- 外皮層の厚さが10〜100μmである請求項1〜7のいずれか1項に記載のクラッド材。
- ろう付後の中間層における平均結晶粒径が20〜300μmである請求項1〜8のいずれか1項に記載のクラッド材。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載されたクラッド材が、外皮層を外側にした管状であることを特徴とする熱交換器用管体。
- 請求項10に記載された熱交換器用管体を用いたことを特徴とする扁平チューブ。
- 管体を構成するクラッド材の中間層を構成するアルミニウム合金中のFe濃度が0.3質量%以下である請求項11に記載の扁平チューブ。
- 請求項10に記載された熱交換器用管体を用いたことを特徴とするヘッダー。
- 管体を構成するクラッド材の中間層を構成するアルミニウム合金中のFe濃度が0.3〜0.8質量%である請求項13に記載のヘッダー。
- 管体を構成するクラッド材において、内皮層の厚さが70〜300μmである請求項13または14に記載のヘッダー。
- Mn:0.8〜2質量%、Mg:0.2〜1.5質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成された芯材の一面側に、Zn:0.01〜4質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成された外皮層を重ね、他面側に、Mn:0.8〜2質量%、Zn:0.35〜3質量%を含み、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成された中間層を介して、Al−Si系合金ろう材で構成された内皮層を重ねて熱間でクラッド圧延し、クラッド圧延後で冷間圧延前、またはクラッド圧延後の冷間圧延の任意のパス間に中間焼鈍を施すことを特徴とするクラッド材の製造方法。
- 前記中間焼鈍を450℃以下の温度で行う請求項16に記載のクラッド材の製造方法。
- 前記中間焼鈍を6時間以下の処理時間で行う請求項16または17に記載のクラッド材の製造方法。
- 複数の扁平チューブと、これらの扁平チューブの間に介設されたフィンとがろう付され、前記複数の扁平チューブと、これらの扁平チューブの端部に連結されたヘッダーとがろう付された熱交換器において、
前記扁平チューブおよびヘッダーの少なくとも一方に、請求項10に記載された熱交換器用管体が用いられていることを特徴とする熱交換器。 - 複数の扁平チューブの間にフィンが介設されるとともに、前記複数の扁平チューブの端部にヘッダーが連結された熱交換器の製造に際し、
前記扁平チューブおよびヘッダーの少なくとも一方として請求項10に記載された熱交換器用管体を用い、前記扁平チューブとフィン、および前記扁平チューブとヘッダーをフッ化物系フラックスを用いてろう付することを特徴とする熱交換器の製造方法。 - 前記扁平チューブに塗布するフッ化物系フラックスの塗布量が2g/m2以上である請求項20に記載の熱交換器の製造方法。
- 前記扁平チューブの内側に、外側よりも多い量のフッ化物系フラックスを塗布する請求項21に記載の熱交換器の製造方法。
- 前記扁平チューブの内側におけるフッ化物系フラックスの塗布量は3〜30g/m2である請求項22に記載の熱交換器の製造方法。
- 前記ヘッダーに塗布するフッ化物系フラックスの塗布量が4g/m2以上である請求項20〜23のいずれか1項に記載の熱交換器の製造方法。
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