JP6022910B2 - 金属接合体及びこれを用いた熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、自然電位の異なる金属材同士を接合した耐食性に優れた金属接合体、ならびに、これを用いた熱交換器に関する。

従来の異種金属の接合体として、特許文献１には、接合部に焼付塗装を施した後に熱収縮チューブによって被覆したものが記載されている。特許文献２には、接合部を熱硬化性接着剤で接合した後に熱収縮チューブによって被覆したものが記載されている。特許文献３、４には、接合部をシリコン系接着剤で接合した後に熱収縮チューブによって被覆したものが記載されている。これらの特許文献に記載される接合体では、熱収縮チューブによって接合部を被覆することによって防食性を向上させている。また、特許文献４には、犠牲層を設けた金属の接合構造に関する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１〜３の接合体では、焼付塗装や接着剤層によって覆われていない金属部分に腐食が発生して貫通に至る問題があった。また、特許文献４の接合体では、犠牲層が優先的に腐食するために接着剤層に覆われていない金属部分において貫通には至らないものの、接着剤層との界面の犠牲層も優先的に腐食するため、接合部まで水分が達することで著しい異種金属接触腐食が発生し接合部において貫通に至る問題があった。

また、特許文献５に記載されるように、従来、上記異種金属の接合体は、熱交換器本体と冷媒が流通する配管との接合体として用いられている。しかしながら、特許文献１〜４において挙げた問題が解決されておらず、外部からの腐食に対する有効な対策が取られていないのが実情であった。

特開昭６１−２１４９４号公報 特開昭６３−３０６９７号公報 特開２００９−１０３２５３号公報 特開２０１０−４８４０３号公報 特開２０１１−２０２６７２号公報

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、金属材自体及び接合部において優れた耐食性を示す、自然電位の異なる金属材同士の金属接合体を提供することを目的とする。

異種金属に限らず自然電位の異なる金属材同士の金属接合体においては、接合部を樹脂層で覆うことにより、外部からの金属接触腐食が防止可能となる。通常、自然電位の低い方の金属に犠牲層を設けることで、樹脂層に覆われていない当該金属の部分における耐食性を飛躍的に向上させることができる。一方、樹脂層に覆われている接合部においても、引用文献５において説明したように、樹脂層との界面の犠牲層が優先的に腐食することにより防食効果が発揮される。しかしながら、腐食原因となる水分が樹脂層の端部から侵入して接合部にまで達する場合には、接合部において貫通に至るような著しい金属接触腐食が発生する。

本発明者らは、このような接合部における金属接触腐食の有効な防止方法を検討した。その結果、接合部の長手方向に沿って連続的に犠牲層を設けた場合には、樹脂層端部から侵入した水分が連続する犠牲層と樹脂層との間を長手方向に沿って接合面に向かって浸入する。その結果、接合面付近において著しい金属接触腐食が発生することが判明した。

そこで、このような水分の浸入による金属接触腐食の防止について更に検討を加え、接合部における自然電位が低い金属材に設けられた犠牲層を、長手方向に沿った一部において周方向の全体にわたって存在させないことによって、金属接触腐食を防止できることを見出した。すなわち、樹脂層と自然電位が低い金属材との間に存在する犠牲層に、長手方向に沿った一部において周方向の全体にわたって分断された非連続部分を設け、この非連続部分において、樹脂層が自然電位の低い金属材の外面に接しつつこれを覆う構造とするものである。このような構造とすることにより、樹脂層との界面の犠牲層の優先腐食を接合面付近に達する前に遮断することが可能となる。その結果、自然電位が低い金属材の樹脂層に覆われていない部分、ならびに、当該金属材の樹脂層に覆われた接合部における耐食性の向上を両立できる。

すなわち、本発明は請求項１において、一方の金属材と、当該一方の金属材より高い自然電位を有する他方の金属材とを接合した金属接合体であって、前記一方の金属材は、その外面を覆い、かつ、当該一方の金属材より低い自然電位を有する犠牲層を備え、当該金属接合体の接合部の外面には樹脂層が設けられており、当該樹脂層と前記一方の金属材との間に存在する前記犠牲層が、金属接合体の長手方向の一部において周方向の全体にわたって分断された非連続部分を有し、当該非連続部分において、前記樹脂層が前記一方の金属材の外面に接しつつこれを覆っていることを特徴とする金属接合体とした。

本発明は請求項２では請求項１において、前記一方の金属材が、Ｓｉ：０．０２〜０．８０ｍａｓｓ％（以下、「ｍａｓｓ％」を単に「％」と記載する）、Ｃｕ：０．０５〜０．８０％、Ｍｎ：０．２０〜２．００％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金からなるものとした。また、本発明は請求項３では請求項２において、前記Ａｌ合金が、Ｆｅ：０．８０％以下、Ｍｇ：０．２０％以下及びＺｎ：０．３０％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を更に含有するものとした。更に、本発明は請求項４では請求項２又は３において、前記Ａｌ合金が、Ｔｉ：０．３０％以下、Ｃｒ：０．３０％以下及びＺｒ：０．３０％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を更に含有するものとした。

本発明は請求項５では請求項１〜４のいずれか一項において、前記犠牲層が、Ｚｎ：０．５〜１０．０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ−Ｚｎ系合金からなるものとした。また、本発明は請求項６では請求項１〜４のいずれか一項において、前記犠牲層が、５〜２５ｇ／ｍ^２のＺｎ溶射層からなるものとした。

本発明は請求項７では請求項１〜６のいずれか一項において、前記他方の金属材がＣｕ材からなるものとした。また、本発明は請求項８では請求項１〜６のいずれか一項において、前記他方の金属材がステンレス材からなるものとした。

本発明は請求項９では請求項１〜８のいずれか一項において、前記樹脂層がシリコン系接着剤を含むものとした。また、本発明は請求項１０では請求項１〜９のいずれか一項において、前記樹脂層の外面が保護材で覆われているものとした。

本発明は請求項１１では請求項１〜１０のいずれか一項において、金属接合体を、前記他方の金属材からなる管状部材と、前記一方の金属材からなる管状部材とを、当該一方の金属材からなる管状部材の先端部分を他方の金属材からなる管状部材の管内に挿入して接合したもの、又は、前記一方の金属材からなる管状部材と他方の金属材からなる管状部材の先端同士を突き合わせて接合したものとした。

本発明は請求項１２では、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金属接合体を用いたことを特徴とする熱交換器とした。更に、本発明は請求項１３では請求項１２において、前記他方の金属材からなり冷媒の内部流路を備えた冷却体と、前記一方の金属材からなり前記冷却体の入口部と出口部に接続された管状部材とを含む金属接合体を備えるものとした。

本発明に係る金属接合体では、自然電位の低い金属材にその外面を覆う更に自然電位の低い犠牲層が設けられている。この犠牲層の犠牲防食作用によって、この金属材の厚さ方向への腐食の進行が抑制され、この金属材自体の貫通寿命を大幅に向上できる。更に、金属接合体の接合部の外面に設けられた樹脂層が、前記自然電位の低い金属材の外面の一部において、周方向の全体にわたって外面に接しつつこれを覆う構造とした。これにより、樹脂層と自然電位が低い金属材との間に存在する犠牲層が長手方向において、周方向の全体にわたって分断された非連続部分を有することになる。その結果、樹脂層との界面の犠牲層における優先腐食が早期に接合部まで達するのを防止でき、接合部の耐食性をも著しく向上できる。

本発明に係る金属接合体を熱交換器の冷媒流路に用いた例を示し、中空内部流路の入口部に管材を挿入する前の状態を示す斜視図である。 本発明に係る金属接合体を熱交換器の冷媒流路に用いた例を示し、中空内部流路の入口部に管材を挿入・拡管した状態を示す斜視図である。 本発明に係る金属接合体を熱交換器の冷媒流路に用いた例を示し、中空内部流路の入口部に管材を挿入・拡管した後に樹脂層を接合部に形成した状態を示す斜視図である。

１．金属接合体の構造
本発明に係る金属接合体は、一方の金属材と、これより高い自然電位を有する他方の金属材同士を接合したものである。一方の金属材は、その外面を覆い、かつ、当該一方の金属材よりも低い自然電位を有する犠牲層を備える。また、金属接合体の接合部の外面には樹脂層が設けられている。この樹脂層と一方の金属材との間に存在する犠牲層は、金属接合体の長手方向の一部において周方向の全体にわたって分断された非連続部分を有し、この非連続部分において、樹脂層が一方の金属材の外面に接しつつこれを覆っている。

２．一方の金属材
自然電位の異なる材料を接触させた場合、自然電位の高い材料の腐食が抑制され、これよりも自然電位の低い材料の腐食が促進される、所謂、異種金属接触腐食が発生する。自然電位の低い金属材に自然電位が更に低い犠牲層を配置することで、犠牲層を優先腐食させることができる。これにより、自然電位の低い金属材の厚さ方向への腐食が抑制され、貫通寿命を大幅に向上できる。通常の大気で発生する腐食は、海塩粒子等が材料表面に付着、吸水することにより液膜下で進行する。この環境における腐食のされ易さを示す序列は、海水中の自然電位の序列と一致する。海水中の自然電位とは例えば、ＵＨＬＩＧ’Ｓ
ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ ＨＡＮＤＢＯＯＫ ＴＨＩＲＤ ＥＤＩＴＩＯＮ、ｐ．８４（ＩＳＢＮ ９７８−０−４７０−０８０３２−０）に記載されている。

本発明に係る金属接合体に用いる一方の金属材は、他方の金属材よりも低い自然電位を有する。このような一方の金属材の種類は特に限定されるものではないが、Ａｌ材が好適に用いられる。Ａｌ（アルミニウム）材とは、Ａｌ合金材又は純Ａｌ材である。

Ａｌ合金材の材質としては、Ｓｉ、Ｃｕ及びＭｎを必須元素とし、Ｓｉ：０．０２〜０．８０％、Ｃｕ：０．０５〜０．８０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金が好ましい。上記成分のＡｌ合金としては、Ａ３００３合金がその代表として挙げられる。

Ｓｉは、マトリックス中に固溶したり、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を生成することによって、この金属材の強度を向上させる元素である。また、この金属材を例えば心材に用いる場合、Ｓｉを添加することにより心材の電位を貴にして心材と犠牲層との電位差を大きくする働きが発揮され、これにより外部耐食性が向上する。これらのＳｉ添加の効果を得るためには、Ｓｉ含有量を０．０２％以上とするのが好ましい。一方、過剰のＳｉが含有されると、耐食性を低下させるおそれがある。この過剰なＳｉによる悪影響を回避するためには、Ｓｉ含有量を０．８０％以下とするのが好ましい。以上のように、一方の金属材のＳｉ含有量は、０．０２〜０．８０％とするのが好ましい。なお、このＳｉ含有量は、０．１０〜０．６０％とするのが更に好ましい。

この金属材を例えば心材に用いる場合、Ｃｕを含有させることにより、心材としての金属材の電位を貴にして犠牲防食効果を高める働きを発揮する。この効果を十分に得るためには、Ｃｕ含有量を０．０５％以上とするのが好ましい。一方、材料製造時の熱履歴によって金属材中にＣｕ系金属間化合物が析出する。このＣｕ系金属間化合物はカソード反応を促進させるため、腐食速度が増大する。このような腐蝕速度の増大を防止するには、Ｃｕ含有量を０．８０％以下とするのが好ましい。以上のように、この金属材のＣｕ含有量は、０．０５〜０．８０％とするのが好ましい。なお、このＣｕ含有量は、０．１０〜０．６０％とするのが更に好ましい。

Ｍｎは、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物として晶出又は析出して、この金属材の強度を向上させる元素である。また、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物はＦｅを取り込むために、不可避不純物であるＦｅによる耐食性阻害効果を抑制する働きを有する。これらの効果を得るためには、Ｍｎ含有量を０．２０％以上とするのが好ましい。一方、Ｍｎ含有量が２．００％を超えると、巨大な金属間化合物が晶出して製造性を阻害するおそれがある。以上のように、この金属材のＭｎ含有量は、０．２０〜２．００％とするのが好ましい。なお、このＭｎ含有量は、０．６０〜１．５０％とするのが更に好ましい。

この金属材には、選択的添加元素として、Ｆｅ：０．８０％以下、Ｍｇ：０．２０％以下及びＺｎ：０．３０％以下から選択される１種又は２種以上を含有させるのが好ましい。これら元素の含有量は、Ｆｅ：０．０５〜０．８０％、Ｍｇ：０．０２〜０．２０％、Ｚｎ：０．０２〜０．３０％とするのが更に好ましい。Ｆｅ含有量が０．８０％を超える場合は、粗大なＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が晶出し、腐食速度を増大させる要因となる。また、Ｍｇ含有量が０．２０％を超える場合は、Ｍｇ系化合物の優先溶解による粒界腐食発生の可能性が高まる。更に、Ｚｎ含有量が０．３０％を超える場合は、腐食速度が増大し過ぎて、早期に貫通の発生する可能性がある。

この金属材には更なる選択的添加元素として、Ｔｉ：０．３０％以下、Ｃｒ：０．３０％以下及びＺｒ：０．３０％以下から選択される１種又は２種以上を含有させるのが好ましい。これらの元素は、鋳塊組織を均一微細化する効果を奏する。しかしながら、これら各元素の含有量が０．３０％を超えると巨大金属間化合物が形成されたり、押出性が低下したりする。これら元素の含有量は、Ｔｉ：０．０５〜０．３０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０％とするのが更に好ましい。

この金属材は、上記必須元素及び選択的添加元素の他に不可避的不純物を、各々０．０５％以下、全体で０．１５％以下含有していてもよい。

３．犠牲層
本発明に係る金属接合体の自然電位が低い一方の金属材の外面には、犠牲層が設けられる。このような犠牲層には、Ａ７０７２のようなＡｌ−Ｚｎ系合金又はＺｎ溶射層を設けたＡｌ材が好適に用いられる。ＺｎはＡｌ−Ｚｎ系合金やＺｎ溶射層を設けたＡｌ材の孔食電位を卑化させる働きを有し、犠牲層としての作用が発揮される。

犠牲層にＡｌ−Ｚｎ系合金を用いる場合には、Ａｌ材の心材の外表面にＡｌ−Ｚｎ系合金皮材を合わせたクラッド材料とするのが好ましい。Ａｌ−Ｚｎ系合金のＺｎ含有量が０．５％未満では心材との電位差が不十分で十分な犠牲防食効果が得られない。一方、Ｚｎ含有量が１０．０％を超えると、自己耐食性が低下する。従って、Ｚｎ含有量は０．５〜１０．０％の範囲とするのが好ましい。このＺｎ含有量は、０．７〜５．０％の範囲とするのが更に好ましい。

Ｚｎ溶射層を設けたＡｌ材を犠牲層に用いる場合に、Ｚｎ溶射量が５ｇ／ｍ^２未満のような少量過ぎると、Ａｌ材表面にＺｎを均一に付着させるのが困難となる。一方、Ｚｎ溶射量が２５ｇ／ｍ^２を超えるような多量過ぎると、例えばＺｎの拡散熱処理後におけるＺｎ量が多くなり過ぎてしまい腐食速度の増大を招く。そのため、Ｚｎ溶射量は５〜２５ｇ／ｍ^２とするのが好ましく、７〜１５ｇ／ｍ^２とするのが更に好ましい。

上記のＡｌクラッド材料やＺｎ溶射Ａｌ材を犠牲層に用いる場合には、Ｚｎ分布の調整を目的として拡散熱処理を施すのが好ましい。拡散熱処理の条件は４００〜５５０℃の温度で３０分〜１０時間とするのが好ましい。この条件は、４５０〜５２０℃の温度で
３０分〜３時間とするのが更に好ましい。処理温度が４００℃未満であったり、処理時間が３０分未満の場合には、Ｚｎの拡散が十分ではなく、犠牲防食層としての厚さが不十分であり、早期に犠牲防食層が消失してしまうことがある。一方、処理温度が５５０℃を超えたり、処理時間が１０時間を超える場合には、Ｚｎが拡散し過ぎて表面のＺｎ濃度が低くなり過ぎるために、犠牲防食層としての作用を発揮できなくなることがある。また、自然電位の高い他方の金属にも、犠牲層を配置してもよい。この犠牲層には、例えばＡｌ又はＡｌ合金や、Ｚｎ又はＺｎ合金等を使用することができる。

４．他方の金属材
本発明に係る金属接合体に用いる他方の金属材は、上記一方の金属材よりも高い自然電位を有するものであればその種類は特に限定されるものではないが、Ｃｕ材とステンレス材が好適に用いられる。Ｃｕ（銅）材とは、Ｃｕ合金材又は純Ｃｕ材である。Ｃｕ合金材としては、Ｃ１２２０が好適に用いられる。また、ステンレス材としてはＳＵＳ３０４等を好適に用いることができる。

この他方の金属材の貫通寿命の向上を図るために、この金属材の外面にこれも自然電位の低い犠牲層を設けてもよい。この犠牲層の自然電位は、上記一方の金属よりも低いことが望ましい。このような犠牲層には、Ａｌ合金やＺｎ合金等が用いられる。

５．樹脂層
本発明に係る金属接合体においては、接合部の外面に樹脂層が設けられている。この樹脂層は、犠牲層の非連続部分において一方の金属材の外面に接しつつこれを覆っている。このような樹脂層により、接合部付近に水滴が付着した場合においても高い防水性能が発揮され、接合部における金属接触腐食の発生を防止できる。

通常、金属は水分が存在すると腐食するため、樹脂層と金属材との界面に水分が浸入した場合には金属材が腐食するおそれがある。この際、金属材の樹脂層側の外面に犠牲層が設けられていると、犠牲防食作用によってこの犠牲層が優先的に腐食する。すなわち、樹脂層の端部から侵入した水分によって、樹脂層と金属材との間の犠牲層が樹脂層端部から接合部に向かって優先腐食していく。その結果、接合部が貫通に至るような金属接触腐食が発生する。

このような金属接触腐食を防止するためには、犠牲層の非連続部分において一方の金属材の外面を樹脂層で直接覆うことが必要である。これにより、樹脂層と金属との間の犠牲層の非連続部分において、犠牲層の優先腐食を接合面付近に達する前に遮断することができる。犠牲層の非連続部分の長手方向に沿った長さは、０．５ｍｍ以上とするのが好ましい。なお、一方の金属材がＡｌ材であり、犠牲層が外面から前記Ａｌ材の心材に向かってＺｎ濃度勾配を有している場合には、犠牲層の非連続部分において樹脂層に直接覆われる前記Ａｌ材のＺｎ濃度は、０．２％以下とするのが好ましい。

本発明に用いる樹脂層には、接着剤層、フィルム層、塗膜層などを用いることができる。材質としては、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂などを用いることができる。また、金属材や犠牲層との強固な密着性を得る観点から、接着剤層を用いるのが好ましい。端部からの水分の侵入と長手方向に沿った水分の浸入を低減可能な吸水性を有し、かつ、接着性も有するシリコン系接着剤層が好ましい。

６．保護材
本発明に係る金属接合体の樹脂層の外面は、保護材で覆われているのが好ましい。保護材は、樹脂層の外面の少なくとも一部を覆っていればよい。このような保護材としては、熱収縮チューブが好適に用いられる。熱収縮チューブの材質としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの撥水性ポリマーが好ましい。撥水性の熱収縮チューブを用いることにより、樹脂層を介した金属材への水の浸入を抑制して、外部からの耐腐食性を更に向上できる。

７．金属接合体の接合形態
本発明に係る金属接合体の接合形態は特に制限されるものではないが、例えば、管状部材同士の接合、板状部材同士の接合、中空部材同士の接合、管状部材と板状部材との接合、管状部材と中空部材との接合、板状部材と中空部材との接合、管状部材と中空部材と板状部材との接合等が挙げられる。ここで、中空部材とは、中空部が形成されるように板状部材を加工したものをいう。

上記接合形態の具体例としては、例えば、金属材から構成される一方の管状部材と、これより自然電位の高い金属材で構成した他方の管状部材を用意し、一方の管状部材の先端部分を他方の管状部材の管内に挿入して接合した金属接合体が挙げられる。管状部材の先端部分は管状部材の入口部に挿入・拡管されて、例えばカシメ接合される。この具体例に代えて、一方及び他方の両管状部材の先端同士を突き合わせて接合した金属接合体としてもよい。この場合には、両管状部材の先端同士の突き合わせ部は、例えば溶接により接合される。

これらの具体例では、心材としての管状部材の外面には、管状部材よりも自然電位の低い犠牲層設けられる。また、両管状部材の接合部の外面には、樹脂層が設けられる。この樹脂層は、管状部材の外面の一部において、周方向の全体にわたって外面に接しつつこれを覆う。すなわち、樹脂層と管状部材との間に存在する犠牲層は、長手方向において周方向の全体にわたって分断された非連続部分を有する。樹脂層の外面の大部分は、熱収縮チューブからなる保護材で覆われる。

このような構造の金属接合体は、犠牲層の非連続部分によって犠牲層の優先腐食が接合面付近に達する前に遮断される。これにより、非連続部分から接合面に至る管状部材における腐食が効果的に防止される。

８．接合方法
本発明に係る金属接合体の接合方法は特に限定されるものではないが、上述のカシメ接合や溶接の他に、共晶接合、フラッシュパット接合、磨耗拡散接合、ろう付等の金属材同士を直接接触させて接合する方法を用いることができる。

９．金属接合体の用途例
本発明に係る金属接合体は、熱交換器として好適に用いることができる。このような熱交換器は、上記接合形態における管状部材と中空部材との接合体に該当する。図１〜３に示すように、この熱交換器１は、例えば、冷媒（不図示）の内部流路３１を備えた金属材からなる冷却体３と、この金属材より低い自然電位を有する金属材からなり冷却体３の入口部５と出口部９に接続される管状部材２とを含む金属接合体１を備える（図１〜３には、管状部材２が入口部５にのみ接続される場合を示す）。管状部材２の外面には不図示の犠牲層が設けられている。この犠牲層は、長手方向において周方向の全体にわたって分断された非連続部分７を有する。内部流路３１には、複数の仕切板３２によって仕切られた狭い流通路３３が形成されている。内部流路３１は、その周囲を放熱空間３４によって囲まれている。冷却体３の入口部５から流入する冷媒が流通路３３を通過する際に、冷媒の熱が放熱空間３４に放熱されて熱交換が行われる。放熱された冷媒は、冷却体３の出口部９から流出する。なお、図３において、６は接合部の外面に設けられた樹脂層であり、犠牲層の非連続部分７において管状部材２の外面に接しつつこれを覆っている。

図１は、管状部材２が冷却体３の入口部５に差し込まれる前の状態を示す。図２は、管状部材２が冷却体３の入口部５に挿入・拡管されてカシメ接合された状態を示す。次いで、図３に示すように、管状部材２の接合部付近の外面にわたって樹脂層が設けられる。樹脂層６は、犠牲層の非連続部分７において管状部材２の外面に接しつつこれを覆っている。樹脂層６は、樹脂塗料を塗布して乾燥することによって形成される。図３に示す状態の接合部は、上述の接合形態の具体例に示すような構造である（但し、図３では、上記具体例の他方の管状部材に該当するものが冷却体３となり、保護材は設けられていない）。

このような熱交換器は、例えば、自動車用のインバータ冷却器、蒸気圧縮ヒートポンプサイクルによる冷凍冷蔵庫、エアコン、給湯器等のシステムの一部として用いられる。

以下に、実施に基づいて本発明の実施の形態を具体的に説明する。

実施例１（本発明例１〜７及び比較例１〜６）
上述のようにして、図１〜３に示す熱交換器１を作製した。自然電位の高い金属材からなる冷却体３には、厚さ１．０ｍｍの銅合金Ｃ１２２０と、厚さ０．７ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用い、幅８ｃｍ、長さ１０ｃｍ、高さ２ｃｍの箱状体に成形した。また、Ａｌ合金又はステンレス鋼を用いて、外径３ｃｍと長さ２０ｃｍを有する自然電位の低い金属材からなる管状部材２（心材）を成形した。また、この管状部材２の外面を覆う犠牲層には、Ａｌ−Ｚｎ系合金とＺｎ溶射層を設けたＡｌ材又は純Ｚｎ材を用いた。Ａｌ−Ｚｎ系合金の犠牲層では、クラッド率を１０％とした。また、Ｚｎ溶射層の犠牲層では、Ｚｎ溶射量を１〜４０ｇ／ｍ^２とした。犠牲層を設けた管状部材２の全体肉厚は、１．０ｍｍとした。最後に、接合部付近の外面にわたって接着性樹脂塗料を塗布し、２００℃で６０分間乾燥して厚さ０．５ｍｍの樹脂接着層６を形成した。

本発明例１〜７及び比較例５、６において、犠牲層の非連続部分は、接合部側の端面から５ｍｍの点を始点として接合面とは反対側の長手方向に沿った長さ３ｍｍの部分とした。比較例１〜４では、犠牲層の非連続部分を設けなかった（すなわち、樹脂層６が、心材である管状部材２の外面の一部において、周方向の全体にわたってこの外面に直接接しつつこれを覆う部分を設けなかった）。また、本発明例６及び比較例４では、樹脂層６の外面を熱収縮チューブ（住友電工ファインポリマー株式会社製、スミチューブ）で覆って収縮させた。以上のようにして、熱交換器１の試料を作製した。

用いた材料の海水中電位を表１に示す。また、用いたＡｌ合金の合金組成を表２に示す。更に、冷却体、二層クラッド管（管状部材と犠牲層）、樹脂層及び熱収縮チューブの組み合わせ、樹脂層と心材との直接接触の有無を表３に示す。

耐食性評価として、ＡＳＴＭ Ｇ８５に準じたＳＷＡＡＴを１５００時間行った。試験後に腐食生成物を除去し、試料における貫通孔の有無とその位置を確認した。結果を表４に示す。

本発明例１〜７では、貫通孔が発生せず耐食性に優れていた。比較例１〜４では、犠牲層の不連続部分を設けず、樹脂層が自然電位の低い金属材である管状部材の心材を直接覆っていなかった。その結果、接合部近傍に腐食が達して金属腐食が起こり、接合部近傍の管状部材に貫通孔が発生した。比較例５では、管状部材に犠牲層を設けなかったため、樹脂接着層に覆われていない管状部材に貫通孔が発生した。比較例６では、管状部材にこれより自然電位の貴な犠牲層を設けたため、樹脂接着層に覆われていない管状部材に貫通孔が発生した。

実施例２（本発明例８〜５２）
表５に示す合金を用いて、外径３ｃｍと長さ２０ｃｍを有する自然電位の低い金属材からなる管状部材（心材）を成形した。この外面に、表６に示す合金の犠牲層を５％のクラッド率で設けた。このようにして、全体肉厚１ｍｍ、犠牲層厚さ５０μｍの二層クラッド管を作製した。犠牲層が、表６に示すＡＺ５〜８の場合には、管状部材を押出し、抽伸後にショットブラスト処理した。次いで、Ｚｎの溶射後に４５０℃で２時間のＺｎ拡散熱処理を行ない、表６に示すＺｎ溶射量のＺｎ拡散層を形成した。犠牲層を設けた管状部材２の全体肉厚は、１．０ｍｍとした。次いで、接合部側の端面から３ｍｍの点を始点として接合面とは反対側の長手方向に沿った長さ５ｍｍの幅で犠牲層を切削加工により除去した。以上のようにして、管状部材とその外面の犠牲層からなる二層クラッド管を作製した。

表６には、犠牲層にＡｌ−Ｚｎ系合金を用いた場合の犠牲層中のＺｎ濃度（ＡＺ１はＡｌ−Ｚｎ系合金ではないので、Ｚｎを含有しない）、Ｚｎ溶射量、ならびに、材料の海水中電位を示す。

一方、自然電位の高い金属材として、肉厚１ｍｍの銅合金Ｃ１２２０からなる管状部材を作製した。この管状部材には犠牲層を設けなかった。

上記二層クラッド管と、これより自然電位の高い管状部材とを共晶接合（条件：６００℃、３０秒保持）により接合し、接合部を洗浄した。次いで、接合部付近の外周面にわたって接着性樹脂塗料を塗布し、２００℃で６０分間乾燥して厚さ０．５ｍｍの樹脂層を形成した。更に、本発明例５２以外では、樹脂層の外面を熱収縮チューブ（住友電工ファインポリマー株式会社製、スミチューブ）で覆って収縮させた。このようにして、金属接合体の試料を作製した。自然電位の高い管状部材、二層クラッド管（管状部材と犠牲層）及び樹脂層の組み合わせを表７に示す。

以上のようにして作製した試料について、耐食性、製造性及び強度を下記のようにして評価した。

（耐食性評価）
耐食性を、ＡＳＴＭ Ｇ８５に準じたＳＷＡＡＴを１５００時間行った後に腐食生成物を除去した二層クラッド管の腐食深さから評価した。腐食深さが８０μｍ未満の場合を優良（◎）、腐食深さが８０〜２００μｍの場合を良好（○）、腐食深さが２００〜５００μｍの場合を可（△）とした。結果を表８に示す。

（製造性評価）
製造性を、割れ発生による不良品を除いた歩留まりから評価した。歩留まりが９０％以上の場合を良好（○）、歩留まりが７０〜９０％の場合を可（△）とした。結果を表８に示す。

（強度評価）
強度評価を、接合部を含む試料の引張試験で行った。荷重を二層クラッド管の断面積で除することで引張強度とした。引張強度が１２０Ｎ／ｍｍ^２以上の場合を優良（◎）、１００〜１２０Ｎ／ｍｍ^２の場合を良好（○）、８０〜１００Ｎ／ｍｍ^２の場合を可（△）とした。結果を表８に示す。

（総合評価）
耐食性評価、製造性評価及び強度評価が◎と○から構成されている場合には、総合評価を優良（◎）とした。耐食性評価、製造性評価及び強度評価が○から構成されている場合には、総合評価を良好（○）とした。耐食性評価、製造性評価及び強度評価に△が含まれている場合には、総合評価を可（△）とした。結果を表８に示す。

本発明例８、１０、１１、１４、１５、１８、１９、２２、２３、２５、２６、２８、２９、３１、３２、３４、３５、３７、３８、４１、４４、４５、５０及び５１では、総合評価が優良（◎）又は良好（○）であった。

本発明例９では、二層クラッド管の管状部材のＳｉ含有量が低かったために、強度が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。本発明例１２では、二層クラッド管の管状部材のＳｉ含有量が高かったために、耐食性と製造性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明例１７では、二層クラッド管の管状部材のＣｕ含有量が低かったために、強度が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。本発明例２０では、二層クラッド管の管状部材のＣｕ含有量が高かったために、耐食性と製造性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明例２１では、二層クラッド管の管状部材のＭｎ含有量が低かったために、強度が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。本発明例２４では、二層クラッド管の管状部材のＭｎ含有量が高かったために、耐食性と製造性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明例３０では、二層クラッド管の管状部材のＴｉ含有量が高かったために、製造性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。
本発明例３６では、二層クラッド管の管状部材のＣｒ含有量が高かったために、製造性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。
本発明例３９では、二層クラッド管の管状部材のＺｒ含有量が高かったために、製造性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明例１３では、二層クラッド管の管状部材のＦｅ含有量が低かったために、製造性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。本発明例１６では、二層クラッド管の管状部材のＦｅ含有量が高かったために、耐食性と製造性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明例２７では、二層クラッド管の管状部材のＭｇ含有量が高かったために、耐食性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明例３３では、二層クラッド管の管状部材のＺｎ含有量が高かったために、耐食性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明例４０では、Ａｌ−Ｚｎ系合金犠牲層にＺｎが含有されていなかったために、耐食性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明例４２では、Ａｌ−Ｚｎ系合金犠牲層のＺｎ含有量が高かったために、耐食性と製造性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明例４３では、犠牲層のＺｎ溶射量が少なかったために、耐食性と製造性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。本発明例４６では、犠牲層のＺｎ溶射量が多かったために、耐食性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明例４７〜４９では、樹脂層としてシリコン系樹脂層を用いなかったため、耐食性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。
本発明例５２では、保護材として熱収縮チューブを用いなかったため、耐食性が若干劣って可となった。その結果、総合評価も可となった。

本発明により、金属材自体及び接合部において優れた耐食性を示す自然電位の異なる金属材同士の金属接合体が得られる。

１・・・熱交換器
２・・・管状部材
３・・・冷却体
３１・・・内部流路
３２・・・仕切板
３３・・・流通路
３４・・・放熱空間
５・・・入口部
６・・・樹脂層
７・・・非連続部分
９・・・出口部

Claims (13)

1. 一方の金属材と、当該一方の金属材より高い自然電位を有する他方の金属材とを接合した金属接合体であって、前記一方の金属材は、その外面を覆い、かつ、当該一方の金属材より低い自然電位を有する犠牲層を備え、当該金属接合体の接合部の外面には樹脂層が設けられており、当該樹脂層と前記一方の金属材との間に存在する前記犠牲層が、金属接合体の長手方向の一部において周方向の全体にわたって分断された非連続部分を有し、当該非連続部分において、前記樹脂層が前記一方の金属材の外面に接しつつこれを覆っていることを特徴とする金属接合体。
2. 前記一方の金属材が、Ｓｉ：０．０２〜０．８０ｍａｓｓ％（以下ｍａｓｓ％を％と記載）、Ｃｕ：０．０５〜０．８０％、Ｍｎ：０．２０〜２．００％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金からなる、請求項１に記載の金属接合体。
3. 前記Ａｌ合金が、Ｆｅ：０．８０％以下、Ｍｇ：０．２０％以下及びＺｎ：０．３０％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を更に含有する、請求項２に記載の金属接合体。
4. 前記Ａｌ合金が、Ｔｉ：０．３０％以下、Ｃｒ：０．３０％以下及びＺｒ：０．３０％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を更に含有する、請求項２又は３に記載の金属接合体。
5. 前記犠牲層が、Ｚｎ：０．５〜１０．０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ−Ｚｎ系合金からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属接合体。
6. 前記犠牲層が５〜２５ｇ／ｍ^２のＺｎ溶射層からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属接合体。
7. 前記他方の金属材がＣｕ材からなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属接合体。
8. 前記他方の金属材がステンレス材からなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属接合体。
9. 前記樹脂層がシリコン系接着剤を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の金属接合体。
10. 前記樹脂層の外面が保護材で覆われている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の金属接合体。
11. 前記他方の金属材からなる管状部材と、前記一方の金属材からなる管状部材とを、当該一方の金属材からなる管状部材の先端部分を他方の金属材からなる管状部材の管内に挿入して接合し、又は、前記一方の金属材からなる管状部材と他方の金属材からなる管状部材の先端同士を突き合わせて接合した、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の金属接合体。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金属接合体を用いたことを特徴とする熱交換器。
13. 前記他方の金属材からなり冷媒の内部流路を備えた冷却体と、前記一方の金属材からなり前記冷却体の入口部と出口部に接続された管状部材とを含む金属接合体を備える、請求項１２に記載の熱交換器。

Images