JP6046704B2 - 内部保護クラッディングおよびろう付けされたタービュレータを備える熱交換管のための合金 - Google Patents

内部保護クラッディングおよびろう付けされたタービュレータを備える熱交換管のための合金 Download PDF

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Description

本発明は、特にエンジンの冷却または効率最適化、車内空間の暖房または空調に使用される、アルミニウム合金製の熱交換管のためのろう付け用シートの分野に関する。
より詳細には、厳しい腐食性環境に付される熱交換管、例えば、排気ガスの再循環を受け、かつ一般に、熱交換表面積の増大および内部流体の循環の乱流によって熱交換を改善することを目的としたタービュレータが具備されている給気冷却器管に関する。
現在、優れた熱伝導、実施の簡便性および優れた耐食性を確保しながら、特に銅合金と比べて、重量の削減を可能にし、密度が低いことを理由として、自動車向けの熱交換器の製造においてはアルミニウム合金が多く使用されている。
以下で問題にされているアルミニウム合金は全て、別段の言及のないかぎり、「Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ」が定期的に出版する「Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄ Ｓｅｒｉｅｓ」の中で定義されている名称にしたがって呼称されている。
熱交換器は、内部流体の循環のための管、およびフィンもしくはセパレータ、ならびに場合によっては内部流体と外部流体の間の熱伝達を増大させるためのタービュレータを有しており、それらの製造は、機械的組立てによってかまたはろう付けによって行なわれる。
当業者にとってはＣＡＣ（給気冷却器）という呼称で公知である給気冷却器の場合、通常の構成は以下の通りである。すなわち、一般にＡＡ３ｘｘｘ系列のアルミニウム合金製の（一般に管用帯材と呼ばれる）管を構成する芯材用シートは、一般にＡＡ４ｘｘｘ系列のいわゆるろう付け用合金でその外部面および内部面が被覆されている。このろう付け用合金には、芯材の溶融温度よりも低い温度で溶融し、ろう付け熱サイクルを適用することによって、組立てるべきつまりはろう付けすべき二つの材料間の結合、あるいは場合によっては管用帯材の自らへの結合を成し、それによりろう付けもしくは代替的には溶接によって管を閉じることができるという利点がある。
この構成は、図１に示されており、管用帯材の芯材には２という符号が付いており、そのろう付け用合金製の内部クラッディングおよび外部クラッディングには符号１が付されている。異なる複数の管の列の間に位置づけされるセパレータは、クラッディングされていないＡＡ３ｘｘｘ系列の合金で構成されている。同様に、管内に挿入されているタービュレータも、ＡＡ３ｘｘｘ系列の合金製でありクラッディングされていない。管へのセパレータのろう付けは、管の外部面の４ｘｘｘクラッディングによって確保される。管内のタービュレータのろう付けは、管の内部面の４ｘｘｘクラッディングによって確保される。セパレータおよびタービュレータのために使用されるＡＡ３ｘｘｘ合金は、同一のものであってもそうでなくてもよい。管の芯材のために使用されるＡＡ３ｘｘｘ合金は、最も多くの場合、いわゆる「長寿命」合金、すなわち塩分による外部腐食に対する優れた耐性をもつ合金製である。
タービュレータを備えるこのような管の概略図が、図２に表されており、管には１、タービュレータには３、そしてろう付け用合金クラッディングには２の符号が付されている。その一例が、日本ラジエータ株式会社の欧州特許出願公開第０２８３９３７号明細書中に記載されている。
今日、車両の汚染性排出物質を削減することを最終目的として、排気ガスを給気冷却器内に再注入し、そこで清浄空気と混合して吸気口に戻すエンジン設計が存在する。
この構成において、圧縮され得る排気ガスは、冷却器の中で、特に低いｐＨ（３よりも有意に低いものであり得る）を特徴とする極めて厳しい腐食性環境を生み出し得る。
上述のような技術的現状の管の構成の場合、ろう付け作業に際して、ＡＡ４ｘｘｘ系列のクラッディング合金内に含まれるケイ素の大規模な拡散が、管の芯材を構成する芯材合金に向かって発生し、それによってその耐食性能力は劣化する。
当業者にとって公知の解決法は、共圧延の際に、管の芯材合金と、ＡＡ４ｘｘｘ系列のろう付け用合金製のその内部被覆との間にＡＡ１ｘｘｘまたはＡＡ７ｘｘｘ系列の合金製の中間クラッディングを挿入することから成る。
このような構成は、図３に概略的に表され、管の芯材には３、ＡＡ４ｘｘｘ系列の合金製の外部被覆には４、同じくＡＡ４ｘｘｘ系列の合金製の内部被覆には１、そしてＡＡ１ｘｘｘまたはＡＡ７ｘｘｘ系列の合金製の中間被覆には２という符号が付されている。
このような被覆は、ろう付けの際に内部クラッディングから管の芯材に向かうケイ素の拡散を制限することによって、その腐食挙動を改善するように作用する。
典型的にはＡＡ７ｘｘｘ系列の犠牲合金も同様に、中間クラッディング用合金として使用可能である。
これらの「多重クラッディングされた」シートは、当業者にとって公知であり、特に、株式会社神戸製鋼所、神鋼アルコア輸送機材株式会社の特開２００３−０２７１６６号公報、神鋼アルコア輸送機材株式会社の特開２００５−２２４８５１号公報、アルコア社の国際公開第２００６／０４４５００号および国際公開第２００９／１４２６５１号、Ｃｏｒｕｓ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｗａｌｚｐｒｏｄｕｋｔｅ ＧｍｂＨの国際公開第２００７／０４２２０６号、Ｎｏｖｅｌｉｓの米国特許出願公開第２０１０／０１５９２７２号明細書などの中に記載されている。
このタイプの「多重クラッディングされた」シートを、排気ガスが通過する給気冷却器/において使用することは、Ｍｏｄｉｎｅ Ｍｆｇ Ｃｏ．の国際公開第２００８／０６３８５５号中に記載されている。
Ｂｅｈｒ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．の欧州特許出願公開第１７６２８１０号明細書および米国特許出願公開第２００７／００５１５０３号明細書中に記載されている、別の解決法は、管の内部での従来のタイプのろう付けの際に、タービュレータのＡＡ３ｘｘｘ系列の合金製の芯材とＡＡ４ｘｘｘ系列（典型的にはＡＡ４０４５）の合金製のそのクラッディングとの間に、当業者にとって公知の「ブラウンバンド」の生成を促進することからなる。管は、同様に、典型的に両面がＡＡ４ｘｘｘでクラッディングされたＡＡ３ｘｘｘ合金でできている。極めて優先される一実施形態によると、管とタービュレータは実際には同じ材料で構成されている。
しかしながら、このような構成は管の耐食性を幾分か改善できるものの、特に低いｐＨを特徴とする排気ガスの再循環に付される熱交換器向けの場合のように、非常に厳しい外力条件においては、この構成は不充分であることが判明し得る。
他の解決法は、管の内部腐食耐性を改善するために、ろう付け後に表面処理を施すことにある。樹脂ベースの被覆を推奨するＶａｌｅｏ Ｓｙｓｔｅｍｅｓ Ｔｈｅｒｍｉｑｕｅｓの仏国特許出願公開第２９１６５２５号明細書中に記載の解決法がこれである。別の表面処理の例が、国際公開第２０１０／０１９６６４号に記されているが、この場合それは電気セラミック被着である。一方、Ｖａｌｅｏ Ｓｙｓｔｅｍｅｓ Ｔｈｅｒｍｉｑｕｅｓの仏国特許出願公開第２９３００２３号明細書では、これについては、熱交換器全体にベーマイト処理を実施する可能性が言及されている。最後に、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｒｕｃｋの欧州特許出願公開第１９０６１３１号明細書では、管の内部面およびタービュレータに対するＮｉまたはＣｏベースの金属表面処理の適用からなる解決法が記載されている。
最後に、他の解決法は、異なる材料、詳細にはアルミニウムおよびステンレス鋼の組合せを使用することにある。このように、Ｂｅｈｒ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．の国際公開第２００８／０９５５７８号では、タービュレータのためにステンレス鋼を使用し、管はアルミニウムのままとすることを主張しており、一方、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｒｕｃｋの欧州特許出願公開第１９０６１２７号明細書は、タービュレータをステンレス鋼製としたままで、管の内部面でステンレス鋼がクラッディングされたアルミニウム製の管を提案している。
しかしながら、これらの選択肢は、産業上の視点から見て完全に満足のいく実施形態を構成するには費用がかかりすぎることが判明している。
本発明は、先行技術の解決法と比べ、実施の簡便性およびコストの観点から見て少なくとも等価である、ろう付け用シートからの製造条件を可能にするような、使用材料の追加も著しい占有空間または重量の増加も無く、自動車の排気ガスの再循環によって作り出されるような厳しい腐食性環境での挙動を改善するための、ろう付けされたタービュレータを備える熱交換管の実施のための材料、つまりアルミニウム合金製ろう付け用シートの選択を最適化することを目的としている。
本発明の目的は、二枚のろう付け用シートのアセンブリであって、第一のシートは、ＡＡ１ｘｘｘ系列の合金で片面がクラッディングされたＡＡ３ｘｘｘ系列の合金で構成されており、第二のシートは、ＡＡ４ｘｘｘ系列の合金で両面がクラッディングされたＡＡ３ｘｘｘ系列のアルミニウム合金で構成されており、二枚のシートは、典型的には空気である他の流体を随伴してまたは単独で特に自動車の排気ガスが内部を循環する、内部タービュレータを備える閉流路または管を形成するように、ろう付けによって互いに組立てられており、これらのガスまたはこの混合物に曝露される流路の面が、流路を形成する第一のシートの１ｘｘｘ合金で被覆された面であり、第二のシートは内部タービュレータを形成する。
好ましい一実施形態によると、第二のろう付け用シートは、ケイ素４〜１５％と、Ａｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で両面がクラッディングされた、
Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜１．０、Ｃｕ：０．３〜１．０、Ｍｎ：０．３〜２．０、Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｚｎ＜６．０、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜２．０、Ｃｏ＜２．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金で構成されており、前記二枚のシートは、保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって互いに組立てられている。
より一層好ましい一実施形態によると、タービュレータを形成する第二のシートは、ケイ素４〜１５％と、Ａｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で両面がクラッディングされた、
Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜０．５、Ｃｕ：０．３５〜１．０、Ｍｎ：１．０〜２．０、Ｍｇ：０．３５〜０．７、Ｚｎ＜０．２、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜１．０、Ｃｏ＜１．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金で構成されており、前記二枚のシートは、同様に保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって互いに組立てられている。
さらに、流路または管を形成する第一のろう付け用シートには、フィンまたはセパレータが、その外部面に具備されていてよく、フィンまたはセパレータ自体は、ケイ素４〜１５％と、Ａｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも１つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で両面が被覆された、
Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜１．０、Ｃｕ：０．３〜１．０、Ｍｎ：０．３〜２．０、Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｚｎ＜６．０、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜２．０、Ｃｏ＜２．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金製の芯材用シートから製造され、かつ保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって流路または管に組立てられている。
好ましくは、前記フィンまたはセパレータは、ケイ素４〜１５％と、Ａｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で両面が被覆された、
Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜０．５、Ｃｕ：０．３５〜１．０、Ｍｎ：１．０〜２．０、Ｍｇ：０．３５〜０．７、Ｚｎ＜０．２、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜１．０、Ｃｏ＜１．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金製の芯材用シートから製造され、かつ保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって流路または管に組立てられている。
別の変形形態によると、流路または管を形成するろう付け用シートは、前記流路または管の外部面を、ＡＡ４ｘｘｘ系列の合金のクラッディング層で被覆され、この層にはろう付けにより組立てられるフィンまたはセパレータが具備されている。
さらに、流路または管は、ケイ素４〜１５％とＡｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％含むろう付け用アルミニウム合金で外部面がクラッディングされた、
Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜１．０、Ｃｕ：０．３〜１．０、Ｍｎ：０．３〜２．０、Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｚｎ＜６．０、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜２．０、Ｃｏ＜２．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金製の芯材用シートから製造されてよく、かつ、このクラッディング層には、保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けにより組立てられるフィンまたはセパレータが具備されていてよい。
さらに好ましくは、流路または管は、ケイ素４〜１５％とＡｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で外部面がクラッディングされた、
Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜０．５、Ｃｕ：０．３５〜１．０、Ｍｎ：１．０〜２．０、Ｍｇ：０．３５〜０．７、Ｚｎ＜０．２、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜１．０、Ｃｏ＜１．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金製の芯材用シートから製造されていてよく、かつ、この層には、保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けにより組立てられるフィンまたはセパレータが具備されていてよい。
最後に、これらのろう付け用シートは、熱交換器、特に自動車の排気ガスのみが内部を循環するＥＧＲＣ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｏｌｅｒ「排気ガス再循環冷却器」）という呼称で公知のタイプの熱交換器、さらには、外気と自動車排気ガスとの混合物が内部を循環するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ「排気ガス再循環」）ループ式ＣＡＣ（給気冷却器、英語では「Ｃｈａｒｇｅｄ Ａｉｒ Ｃｏｏｌｅｒ」）という呼称で公知のタイプの熱交換器のタービュレータを備える管の構成のために有利に使用され得る。
本発明は、その上、前記ろう付け用シートから製造される、典型的には空気である他の流体を随伴してまたは単独で特に自動車の排気ガスが内部を循環するこのタイプの熱交換管、ならびにこのタイプの管を少なくとも一本含む熱交換器にも関する。
三つの層を有するろう付け用シートを表し、芯材用シートには２という符号が、芯材の各面に存在するろう付け用合金（クラッディング層とも呼ばれる）には１という符号が付されている。 フィンまたはセパレータ（図示せず、管の外側）をろう付けにより管の外部面に組立てることのできる、タービュレータ３を備える管１を概略的に表す。同様にして、タービュレータは、ろう付けにより管の内部面に組立てられる。このために、管の両面は、一般にＡＡ４ｘｘｘ系列のいわゆるろう付け用またはクラッディング用の材料（図中符号２）で被覆される。 図２の管用として使用されているが、ここでは、管の芯材合金とＡＡ４ｘｘｘ系列のろう付け用合金製のその内部被覆との間にＡＡ１ｘｘｘまたはＡＡ７ｘｘｘ系列の合金製の中間クラッディングが挿入されている、ろう付け用シートを概略的に表す。管の芯材には３、ＡＡ４ｘｘｘ系列の合金製外部被覆には４、同じくＡＡ４ｘｘｘ系列の合金製内部被覆には１、そしてＡＡ１ｘｘｘまたはＡＡ７ｘｘｘ系列の合金製中間被覆には２という符号が付されている。 本発明に係るタービュレータ４を備える管１を概略的に表し、ここで前記タービュレータはそれ自体、クラッディングされたろう付け用シートで構成されており、同様に、管１は、管の内部面がＡＡ１ｘｘｘ系列の合金製クラッディング層３で被覆され、外部面がＡＡ４ｘｘｘ系列のろう付け用合金層２で被覆されていることにより、被覆されていないフィンをろう付けによって取付けるようになっている、典型的にはＡＡ３ｘｘｘ系列の合金製の芯材用シートで構成されたろう付け用シートから製造されている。
本発明は、より詳細には特に自動車の排気ガスの再循環を受ける管などの厳しい腐食性環境に付される熱交換管に適応された、タービュレータを有する熱交換器の流路または管を製造するために使用される、ろう付け用シートを構成するアルミニウム合金の適切な選択からなる。
管の内部に位置づけされるタービュレータは、厳密には、内部流体の循環に乱流を起し、外部環境との熱交換を増大させることを目的とする。
このタービュレータは、いずれにせよ本発明の枠内では、典型的に、交換器のフィンまたはセパレータに類似した、長さ方向に波形になったシートからなり、この製造は、「背景技術」の節で喚起された通り、当業者にとって周知のものである。
同様に本発明のために考慮されている要素の枠内で、管もタービュレータも、当業者にとって公知の通常の手段にしたがって、ろう付け用シートを折曲げ加工し、組立てることによって製造される。
タービュレータは、ろう付けにより管の内部に組立てられる。このために、タービュレータを構成するろう付け用シートは、ＡＡ４ｘｘｘ系列のろう付け用合金製のクラッディング層で両面が被覆された、ＡＡ３ｘｘｘ系列の合金製の芯材用シートからなる。
管に関しては、ＡＡ３ｘｘｘ系列の合金製の芯材用シートからなる別のろう付け用シートで構成されており、本発明では、特に、その内部面にクラッディングによる被覆を具備し、この目的でＡＡ１ｘｘｘ系列の合金を選択することからなる。
同様に、この管は、本発明によると、ＡＡ４ｘｘｘ系列の合金製のクラッディング層でその外部面が被覆されることにより、被覆されていないセパレータとも呼ばれるフィンを管の前記外部面にろう付けするのを可能にするか、あるいは場合によっては管そのものに管をろう付けできるようにすることも可能にする。
ろう付け用シートを構成する異なる合金のクラッディングは、典型的には、当業者にとって公知のきわめて一般的な方法の共圧延によって実施されてよい。
その上、本出願人の欧州特許第１６８７４５６号明細書では、Ｎｏｃｏｌｏｋ（登録商標）法の実施のために標準的に使用される炉内で、典型的には窒素および／またはアルゴンの制御された雰囲気（保護雰囲気とも呼ばれる）下でのフラックス無しのろう付けを可能にする、ＡＡ４ｘｘｘ系列のろう付け用合金で片面または両面が被覆された、ＡＡ３ｘｘｘ系列の合金製の芯材用シートタイプのろう付け用シートの組成が記載されている。
このろう付け用シートは、ケイ素４〜１５％と、Ａｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で少なくとも片面が被覆された、
Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜１．０、Ｃｕ：０．３〜１．０、Ｍｎ：０．３〜２．０、Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｚｎ＜６．０、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜２．０、Ｃｏ＜２．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金製の芯材用シートで構成されている。
芯材合金のためにさらに好ましい組成は、
Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜０．５、Ｃｕ：０．３５〜１．０、Ｍｎ：１．０〜２．０、Ｍｇ：０．３５〜０．７、Ｚｎ＜０．２、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜１．０、Ｃｏ＜１．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウム（重量％単位）であり、一つまたは複数の被覆に変更はない。
本発明の二つの好ましい形態によると、タービュレータの製造のために、両面が被覆されたこの第一のタイプのシート、そしてさらに有利には第二のタイプのシートが選定され、こうしてタービュレータを、管の内部に、保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって組立てることができ、したがってコストの著しい節約が可能となり、回路内に残留フラックスが偶発的に随伴されることに関わる問題が発生するリスクはことごとく回避される。
同様にして、両面の同じ被覆構成において、これら二つの合金組成は、フィンまたはセパレータの製造、および、被覆されていない管または流路の外部面へのフラックス無しのろう付けによるそれらの組立て、すなわち前述の好ましい組成にしたがったフィンのＡＡ４ｘｘｘ系列の合金と接触したＡＡ３ｘｘｘ系列の管の芯材合金に直接、組立てるために有利に利用することができる。
当然のことながら、同様に本発明によると、クラッディングによって管または流路の外部をＡＡ４ｘｘｘ系列のろう付け用合金層で被覆することができ、それによりクラッディングされているまたはされていない、標準的なフィンまたはセパレータをろう付けによってそこに組立てることが可能になる。
さらに、前述の組成にしたがった二つのタイプのシートは、有利には、同様にその内部面にＡＡ１ｘｘｘ系列の合金製クラッディング層が被覆され、その外部面にＡＡ４ｘｘｘ系列のろう付け用合金が被覆されることにより、標準的フィンの保護雰囲気下のフラックス無しのろう付けを可能にする、管または流路自体の製造のために使用することができる。
本発明は、当然のことながら、以下の両方のタイプの場合においてきわめて腐食性の高い環境における、このタイプの管を含む熱交換器、そしてより詳細には、自動車の排気ガスのみが内部を循環するＥＧＲＣ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｏｌｅｒ「排気ガス再循環冷却器」）という呼称で当業者にとって公知のタイプの熱交換器、またさらには、外気と自動車の排気ガスとの混合物が内部を循環するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ「排気ガス再循環」）ループ式ＣＡＣ（給気冷却器、英語では「Ｃｈａｒｇｅｄ Ａｉｒ Ｃｏｏｌｅｒ」）という呼称で公知のタイプの熱交換器のために極めて有利である。
本発明は、その詳細について、以下の実施例を用いてより良く理解されるものであるが、これらの実施例は決して限定的なものではない。
複数の、芯材合金３９１６とろう付け用合金ＡＡ４０４５のプレート、ならびに合金ＡＡ１０５０のプレートならびに各合金３９２０および４９４５のプレートを鋳造した。
合金３９１６は、以下の組成（重量％単位）を有していた：
Ｓｉ：０．１８、Ｆｅ：０．１５、Ｃｕ：０．６５、Ｍｎ：１．３５、Ｔｉ：０．０８、他の元素は各々０．０５未満でかつ合計０．１５未満、残りはアルミニウム。
合金３９２０は、以下の組成（重量％単位）を有していた：
Ｓｉ：０．５、Ｆｅ：０．１５、Ｃｕ：０．５、Ｍｎ：１．６５、Ｍｇ；０．５、Ｔｉ：０．０８、他の元素は各々０．０５未満でかつ合計０．１５未満、残りはアルミニウム。
合金４９４５は、さらに０．１５％のＢｉを含む合金ＡＡ４０４５である。
組立部品は、加工の最後に下記の表１に記されたクラッディング百分率（合計厚みの％単位）を得るように、これらのプレートから製造された。
これらの組立部品を、管については０．４０ｍｍ、タービュレータについては０．２０ｍｍの厚みのクラッディングされた帯材を生産するように、熱間圧延、次いで冷間圧延した。これらの帯材を、次に、４５℃／時の速度で温度上昇させた後、２８０℃で２時間、復元処理に付した。
毎分約４０℃の速度での６００℃までの温度上昇段階、６００℃で２分間の維持、そして毎分約５０℃の下降段階を用い、全て毎分８Ｌの流量での窒素掃気下で、表１の参照番号１〜３についてはＮｏｃｏｌｏｋ（登録商標）法にしたがって、そして参照番号４についてはフラックス無しで、タービュレータの備わった管のモデルをろう付けした。
試験対象の構成は、下記の表１に記されている。
構成１は、両面がろう付け用合金ＡＡ４０４５で被覆された芯材合金３９１６製の単一管と合金ＡＡ３００３製のタービュレータに対応する。
構成２は、芯材と内部ろう付け用合金ＡＡ４０４５との間に中間層合金ＡＡ１０５０を追加したことを除いて、同一である。
本発明に係る構成３は、外部がろう付け用合金ＡＡ４０４５で被覆され、内部がろう付け用合金ＡＡ１０５０で被覆された芯材合金３９１６製の管と、両面がろう付け用合金ＡＡ４０４５で被覆された芯材合金３９１６製のタービュレータを使用している。
これら三つの場合について、ろう付けはフラックスを伴ってＮｏｃｏｌｏｋ（登録商標）法にしたがって実施された。
本発明に係る構成４は、外部がろう付け用合金ＡＡ４０４５で被覆され、内部が合金ＡＡ１０５０で被覆された芯材合金３９１６製の管と、両面が上述の最も好ましい組成にしたがったろう付け用合金４９４５（０．１５％のＢｉを含む）で被覆された芯材合金ＡＡ３９２０製のタービュレータを使用している。
この場合、ろう付けは、上述の本出願人の特許にしたがって保護雰囲気下でフラックス無しで、実施された。
Figure 0006046704
低圧ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ「排気ガス再循環」）ループ式ＣＡＣ（給気冷却器）タイプの熱交換器が受ける条件を再現することを目的とする浸漬と出現を交互に行なう腐食試験を用いて、管の耐食性をテストした。使用された試験の詳細な条件は、下記の表２および３の中に記されている。
実際には、試験サイクルは、ステップ１、２、３の２回の反復、およびステップ４、５、６の３回の反復からなり、全体を４，０００回反復する。
Figure 0006046704
Figure 0006046704
硫酸イオンを硫酸の形態で、硝酸イオンを酢酸の形態で、そして塩化物イオンを塩酸の形態で導入した。
試験対象の各構成について、管およびタービュレータの断面金属組織学的観察により、腐食耐性品質を評価した。
３００時間後の採取で実施した特性評価から得た結果は、下記の表４にまとめられている。
Figure 0006046704
構成１および２の管は、管とタービュレータを結合するいくつかのろう付け継手の著しい劣化ならびに穿孔に至る可能性のある重大な腐食を呈している。一方、このタイプの管に結びつけられたクラッディングされていないタービュレータは、ほとんど腐食がない。
反対に、本発明に係る構成３および４は、多くの場合クラッディングに限定された、非常にわずかな管の腐食しかもたらさない。ろう付け継手の腐食も同様に限定されている。一方、このタイプの管に結びつけられたタービュレータは、顕著に腐食されている。しかしながら、この状況は明らかにより有利なものと判断される。
実際、一本の管上のただ一ヶ所の穿孔でも熱交換器の全回路の漏洩をひき起こす。一つのタービュレータ上に一ヶ所の漏洩があっても、交換器の熱交換品質の低下しかひき起こさない。
したがって、タービュレータの無欠性よりも、管の無欠性を維持することの方がより重要であることは、容易に理解される。
１ 管
２ ろう付け用合金層
３ クラッディング層
４ タービュレータ
欧州特許出願公開第０２８３９３７号明細書 特開２００３−０２７１６６号公報 特開２００５−２２４８５１号公報 国際公開第２００８／０６３８５５号 欧州特許出願公開第１７６２８１０号明細書 仏国特許出願公開第２９１６５２５号明細書 欧州特許出願公開第１９０６１３１号明細書 国際公開第２００８／０９５５７８号 欧州特許出願公開第１９０６１２７号明細書

Claims (17)

  1. 二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法であって、
    − 第一のシートは、ＡＡ１ｘｘｘ系列のアルミニウム合金で片面がクラッディングされたＡＡ３ｘｘｘ系列のアルミニウム合金で構成されており、
    − 第二のシートは、ＡＡ４ｘｘｘ系列のアルミニウム合金で両面がクラッディングされたＡＡ３ｘｘｘ系列のアルミニウム合金で構成されており、
    − 二枚のシートは、他の流体を随伴してまたは単独で排気ガスが内部を循環する、内部タービュレータを備える閉流路または管を形成するように、ろう付けによって互いに組立てられており、
    − これらのガスまたはこの混合物に曝露される流路の面が、流路を形成する第一のシートのＡＡ１ｘｘｘ合金で被覆された面であり、第二のシートは内部タービュレータを形成する、
    ことを特徴とする、二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  2. 第二のろう付け用シートが、ケイ素４〜１５％と、Ａｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で両面がクラッディングされた、
    Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜１．０、Ｃｕ：０．３〜１．０、Ｍｎ：０．３〜２．０、Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｚｎ＜６．０、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜２．０、Ｃｏ＜２．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金で構成されており、
    前記二枚のシートが、保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって互いに組立てられていること、
    を特徴とする、請求項１に記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  3. 第二のシートが、ケイ素４〜１５％と、Ａｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で両面がクラッディングされた、
    Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜０．５、Ｃｕ：０．３５〜１．０、Ｍｎ：１．０〜２．０、Ｍｇ：０．３５〜０．７、Ｚｎ＜０．２、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜１．０、Ｃｏ＜１．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金で構成されており、
    前記二枚のシートが、保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって互いに組立てられていること、
    を特徴とする、請求項２に記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  4. アセンブリが、流路を形成する第一のシートの外部面に、フィンまたはセパレータを具備しており、フィンまたはセパレータ自体は、ケイ素４〜１５％と、Ａｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で両面がクラッディングされた、
    Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜１．０、Ｃｕ：０．３〜１．０、Ｍｎ：０．３〜２．０、Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｚｎ＜６．０、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜２．０、Ｃｏ＜２．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金製の芯材用シートから製造され、かつ保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって流路に組立てられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  5. アセンブリが、流路の外部面に、フィンまたはセパレータを具備しており、フィンまたはセパレータ自体は、ケイ素４〜１５％と、Ａｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で両面がクラッディングされた、
    Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜０．５、Ｃｕ：０．３５〜１．０、Ｍｎ：１．０〜２．０、Ｍｇ：０．３５〜０．７、Ｚｎ＜０．２、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜１．０、Ｃｏ＜１．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金製の芯材用シートから製造され、かつ保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって流路に組立てられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  6. 流路が、その外部面を、ＡＡ４ｘｘｘ系列のアルミニウム合金のクラッディング層で被覆され、この層に、ろう付けにより組立てられるフィンまたはセパレータを具備していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  7. 流路が、ケイ素４〜１５％と、Ａｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金で外部面がクラッディングされた、
    Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜１．０、Ｃｕ：０．３〜１．０、Ｍｎ：０．３〜２．０、Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｚｎ＜６．０、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜２．０、Ｃｏ＜２．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金製の芯材用シートから流路が製造され、かつこのクラッディング層に、保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって組立てられるフィンまたはセパレータが具備されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  8. 流路が、ケイ素４〜１５％とＡｇ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｙという元素またはミッシュメタルのうちの少なくとも一つを０．０１〜０．５％とを含むろう付け用アルミニウム合金でその外部面がクラッディングされた、
    Ｓｉ：０．３〜１．０、Ｆｅ＜０．５、Ｃｕ：０．３５〜１．０、Ｍｎ：１．０〜２．０、Ｍｇ：０．３５〜０．７、Ｚｎ＜０．２、Ｔｉ＜０．１、Ｚｒ＜０．３、Ｃｒ＜０．３、Ｎｉ＜１．０、Ｃｏ＜１．０、Ｂｉ＜０．５、Ｙ＜０．５、および各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、そして残りはアルミニウムという組成（重量％単位）を有するアルミニウム合金製の芯材用シートから流路が製造され、かつこのクラッディング層に、保護雰囲気下でフラックス無しのろう付けによって組立てられるフィンまたはセパレータが具備されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  9. 熱交換器の構成中に入ることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  10. 自動車の排気ガスのみが内部を循環するＥＧＲＣ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｏｌｅｒ「排気ガス再循環冷却器」）という呼称で公知のタイプの熱交換器の構成中に入ることを特徴とする、請求項９に記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  11. 外気と自動車の排気ガスとの混合物が内部を循環するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ「排気ガス再循環」）ループ式ＣＡＣ（給気冷却器、英語では「Ｃｈａｒｇｅｄ Ａｉｒ Ｃｏｏｌｅｒ」）という呼称で公知のタイプの熱交換器の構成に入ることを特徴とする、請求項９に記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  12. 請求項１〜８のいずれか一つに記載の製造方法によって得られるろう付け用シートのアセンブリから製造される、他の流体を随伴しまたは単独で排気ガスが内部を循環する熱交換管の製造方法。
  13. 請求項１２に記載の製造方法によって得られる少なくとも一本の管を含むことを特徴とする、熱交換器の製造方法。
  14. 前記排気ガスが自動車からのものであることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  15. 前記他の流体が空気であることを特徴とする、請求項１〜１１、１４のいずれか一つに記載の二枚のろう付け用シートのアセンブリの製造方法。
  16. 前記排気ガスが自動車からのものであることを特徴とする、請求項１２に記載の熱交換管の製造方法。
  17. 前記他の流体が空気であることを特徴とする、請求項１２又は１６に記載の熱交換管の製造方法。
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