JP7155100B2 - 熱交換器、アルミニウム合金およびアルミニウムストリップの使用、ならびにアルミニウムストリップの製造方法 - Google Patents

熱交換器、アルミニウム合金およびアルミニウムストリップの使用、ならびにアルミニウムストリップの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、アルミニウム合金製の少なくとも１つの交換器チューブと、この交換器チューブと流体連通するように接合される少なくとも１つの構成要素とを有し、この交換器チューブとこの構成要素とは共通の蝋付け接合部を介して互いに接合されている、特に自動車用の、熱交換器に関する。本発明は、更に、蝋付け熱交換器のためのマニホルドまたはチューブシートの製造のための、アルミニウム合金またはこのアルミニウム合金製のコア層を有するアルミニウムストリップの使用、ならびに特に前記使用のための、圧延クラッディングされたアルミニウムストリップの製造方法、に関する。
熱交換器は、１つの媒体流からの熱エネルギーを別の媒体流に伝達する役割を果たす。この目的のために、熱交換器は、稼働中に第１の媒体流がその内部を通って流れるべく設計された少なくとも１つの交換器チューブを有し、前記媒体流は交換器チューブを介して第２の媒体流と熱接触する。このために、稼働中、第２の媒体流は交換器チューブの特に周囲を流れることができる。熱伝達を向上させるために、熱交換器は、一般に、熱伝達のために使用できる大きな表面がもたらされるように構築される。この目的のために、例えば、巻回された交換器チューブ、複数の流路を有する交換器チューブ、および／または複数の交換器チューブを有する交換器チューブ束を使用できる。加えて、または代わりに、熱接触面を更に拡大するために、フィンなどの冷却体を交換器チューブに蝋付けできる。
熱交換器は、少なくとも１つの交換器チューブに加え、稼働中にそこから媒体流が交換チューブに流入する、または交換器チューブからの媒体流がそこに流入する、追加の構成要素を有する。媒体流を交換器チューブ内に導入するために、または交換チューブから出る媒体流を集めるために、交換器チューブの一端に接合される構成要素はそれぞれマニホルドまたはチューブシートとも称される。マニホルドは、特に、熱交換器の複数の交換器チューブを接合するための複数の穿孔を有する、一般にチューブの形態の、周方向に閉じた物体であると理解されたい。チューブシートは、特に、周方向に完全には閉じていない、例えば断面が半チューブの、物体であって、周方向に閉じた物体を形成するために、追加の構成要素によって、例えばプラスチック板によって、補完される物体であると理解されたい。チューブシートも、熱交換器の複数の交換器チューブを接合するための複数の穿孔を有する。
環境の影響による腐食は、特に自動車分野の用途のための、アルミニウム製の蝋付け熱交換器に重大な問題を提起する。
フィン、交換器チューブ、マニホルド、等々の熱交換器の個々の構成要素には、一般に、それぞれの用途のために最適化された、それぞれ異なる化学的組成を有する、したがってそれぞれ異なる腐食電位を有する、合金が使用されるので、熱交換器には結合された流電腐食系（独：galvanisches Korrosionssystem、英：galvanic corrosion system）が存在する。
この状況は、通常、材料選択において考慮され、特に重要な構成要素、例えば肉薄の媒体搬送チューブなど、には比較的貴な腐食電位を有するアルミニウム材料が使用され、他方、熱交換器の稼働にそれほど重要でない構成要素、例えばフィンなど、はより卑な腐食電位を有するアルミニウム材料製である。その結果、熱交換器の比較的重要でない構成要素は使用中に初めに腐食されるので、熱交換器の耐用寿命、すなわち漏れが発生するまでの時間、を大幅に伸ばすことができる。
押し出し成形されたマルチチャンバチューブ、いわゆるＭＰＥ（独：Mehrkammerroehrchen，英：multi-chamber tube）、が、より低温のネットワーク内の冷媒搬送チューブのための空調システムのコンデンサのために広く確立されている。ＭＰＥの製造工程における押し出し成形中の押圧力を制限するために、ＭＰＥ用の一般的なアルミニウム合金は、一般に、他の熱交換器構成要素に共通の、一般にＡｌ－Ｍｎ合金（規格ＥＮ－ＡＷ ３ｘｘｘの合金）系の圧延用合金より、含有する合金元素（例えばＭｎ、Ｓｉ、またはＣｕなど）が著しく少ない。
このことは、ＭＰＥが蝋付けされるマニホルドまたはチューブシートなどのような熱交換器内の構成要素に特に当てはまる。その結果、ＭＰＥの腐食電位は、多くの場合、マニホルドまたはチューブシートの腐食電位より低いので、ＭＰＥは、好ましくは、マニホルドへの蝋付け接合部と第１の空気フィンとの間の領域において腐食する。
ＭＰＥのこの局所的腐食を回避するために、さまざまな対策が公知であり、これら対策は部分的に互いに組み合わされることもある。
したがって、亜鉛含有被覆をＭＰＥに、例えば溶射によって、または亜鉛含有フラックス被覆を施すことによって、施すことが知られている。ＭＰＥの表面に亜鉛を施すと、アルミニウム材料の腐食電位が局所的に下がるので、腐食が好ましくはチューブ表面に平行に側方に拡がる。これにより、局所的腐食、いわゆる点蝕、を防止できるので、熱交換器の耐用寿命が著しく伸びる。
亜鉛含有蝋付け材料をマニホルドまたはチューブシート上に使用することも公知である。これにより、マニホルドまたはチューブシートの表面の腐食電位が著しく下がり、蝋付け後のＭＰＥの腐食電位より理想的に低くなるので、ＭＰＥはマニホルドまたはチューブシートによって陽極防食される。
ただし、上記の対策は、蝋付け熱交換器における亜鉛の分散を制御し難いという欠点を有する。亜鉛は、アルミニウム内での拡散速度が特に高い。一般に６００℃の範囲内の温度での蝋付けプロセス中、この蝋付けプロセスの継続時間に応じて、亜鉛は比較的広い拡散経路を移動し得る。その結果、好ましくないケースにおいては、ＭＰＥとマニホルドの間の、またはＭＰＥと冷却フィンの間の、蝋付け接合部内に亜鉛の高濃度化が発生し得る。その結果、これら蝋付け接合部は熱交換器の最も陽極性の領域、すなわち腐食電位が最も低い領域、になり、ひいては好適に腐食し得るので、熱交換器の大きな性能低下（ＭＰＥと冷却フィンの間の蝋付け接合部の腐食の場合）、または熱交換器の故障（ＭＰＥとマニホルドの間の蝋付け接合部の腐食の場合）さえも引き起こし得る。
熱交換器のこのような性能低下または時期尚早な故障を依然として回避可能にするには、用途ごとに、およびそれぞれの蝋付け条件に応じて、各構成要素内の亜鉛含有量を精確に設定する必要があるであろう。ただし、これは、かなりの手間を要し、標準化された材料の使用を妨げる。
この背景に対して、本発明の目的は、上記の腐食の問題を減らすことができ、できる限り汎用的に使用可能な、蝋付け熱交換器のための材料概念を提供することである。
本発明によると、この目的は、アルミニウム合金製の少なくとも１つの交換器チューブと、この交換器チューブと流体連通するように接合される少なくとも１つの構成要素とを有し、この交換器チューブとこの構成要素とは共通の蝋付け接合部を介して互いに接合され、この交換器チューブに接合されたこの構成要素はアルミニウム合金製のコア層を有し、このアルミニウム合金の組成が、
Ｓｉ：最大０．７重量％、好ましくは０．１０～０．７重量％、特に０．５０～０．７重量％、
Ｆｅ：最大０．７重量％、好ましくは０．１０～０．５０重量％、特に０．１５～０．４０重量％、
Ｃｕ：最大０．１０重量％、好ましくは最大０．０５重量％、特に最大０．０３重量％、
Ｍｎ：０．９～１．５重量％、好ましくは１．２～１．５重量％、
Ｍｇ：最大０．３０重量％、好ましくは０．０１～０．１５重量％、特に０．０１～０．１０重量％、
Ｃｒ：最大０．２５重量％、好ましくは０．１０～０．２０重量％、
Ｚｎ：最大０．５０重量％、好ましくは最大０．２５重量％、特に最大０．１０重量％、
Ｔｉ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｚｒ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
である、特に自動車用の、熱交換器によって少なくとも部分的に達成される。
この場合、交換器チューブは稼働中に第１の媒体流がその中を流れるべく設計されたパイプまたはチューブであり、前記第１の媒体流はこの交換器チューブを介して第２の媒体流と熱接触すると理解されたい。熱交換器は、少なくとも１つの、好ましくは複数の、例えば少なくとも５本の、交換器チューブを有する。
少なくとも１つの構成要素が交換器チューブと流体連通するように接合される。これは、稼働中に交換器チューブ内を流れる媒体流の少なくとも一部がこの構成要素内にも流れるように、この構成要素が交換器チューブの少なくとも一端に接合されることを意味すると理解されたい。この構成要素は、例えば、１つまたは複数の交換器チューブが接合されるマニホルドまたはチューブシートとすることができる。
交換器チューブと構成要素とは、共通の蝋付け接合部を介して互いに接合される。この蝋付け接合部は、特に、硬蝋付け接合部、すなわち、４５０℃を超える蝋付け温度で生成された蝋付け接合部、である。したがって、交換器チューブと構成要素とは蝋付け接合部を介して直接接触するので、交換器チューブと構成要素とは結合された流電腐食系を形成する。
本発明において、上記アルミニウム合金製のコア層を有する構成要素を交換器チューブに接合される構成要素として使用することによって、蝋付け熱交換器に発生する腐食の問題を減らせることが判明した。この構成要素は、特に、上記合金製のコア層とこのコア層にクラッディングされたクラッディング層とを有する構成要素であり得る。ただし、クラッディングされていない構成要素も使用され得る。この場合、用語「コア層」は、クラッディングされた構成要素およびクラッディングされていない構成要素の両方に対して使用される。後者の場合、コア層は、この構成要素の唯一の層でもあり得る。
この合金をコア層のために使用することによって、前記コア層は蝋付けされた状態でより低い腐食電位を有するので、交換器チューブのために、特にＭＰＥのために、一般に使用される殆どの合金より卑である。この構成要素、特にマニホルドまたはチューブシート、のコア層のためのこの合金を交換器チューブ、特にＭＰＥ、の合金と組み合わせることによって、コア層の合金は交換器チューブのための流電防食をもたらす。
したがって、交換器チューブ上の亜鉛含有被覆、またはマニホルドまたはチューブシートなどの構成要素上の亜鉛含有蝋付けクラッディング、の使用を省くこと、または亜鉛の使用量を少なくとも大幅に減らすことができる。
したがって、蝋付けされた状態のコア層の腐食電位は、熱交換器の交換器チューブの腐食電位より好適に低い。
腐食試験（ＡＳＴＭ Ｇ８５、附属書Ａ３による海水酸性化試験（ＳＷＡＡＴ：Sea Water Acidified Test））において、上記合金製のマニホルドまたはチューブシートを使用した蝋付け熱交換器は、腐食電位が適合化されていない市販のコア合金製のマニホルドまたはチューブシートを有する熱交換器より著しく長い耐用寿命を示した。
特に、上記合金を構成要素のコア層のために使用することによって、マニホルドとこれに隣接するフィンとの間の領域における交換器チューブの、特にＭＰＥの、漏れを防止できる。
したがって、上記目的は、本発明によると、以下の組成を有するアルミニウム合金、またはこのアルミニウム合金製のコア層を有するアルミニウムストリップ、を熱交換器、特に上記の熱交換器、の交換器チューブと流体連通するように接合される構成要素、特にマニホルドまたはチューブシート、のために使用することによっても、少なくとも部分的に達成される。
Ｓｉ：最大０．７重量％、好ましくは０．１０～０．７重量％、特に０．５０～０．７重量％、
Ｆｅ：最大０．７重量％、好ましくは０．１０～０．５０重量％、特に０．１５～０．４０重量％、
Ｃｕ：最大０．１０重量％、好ましくは最大０．０５重量％、特に最大０．０３重量％、
Ｍｎ：０．９～１．５重量％、好ましくは１．２～１．５重量％、
Ｍｇ：最大０．３０重量％、好ましくは０．０１～０．１５重量％、特に０．０１～０．１０重量％、
Ｃｒ：最大０．２５重量％、好ましくは０．１０～０．２０重量％、
Ｚｎ：最大０．５０重量％、好ましくは最大０．２５重量％、特に最大０．１０重量％、
Ｔｉ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｚｒ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム。
上記合金は、特に、腐食電位を下げるために通常はかなりの程度まで追加されている合金元素ＺｎおよびＭｇが大幅に省かれていることを特徴とする。代わりに、所望の腐食電位は、合金組成の綿密な調整によって実現されている。
この合金は、特に、強度を増すために、および腐食電位を制御するために、従来の合金に使用されている合金元素である銅が大幅に省かれていることを更に特徴とする。更に、特に、蝋付けされた状態で溶解している合金元素であるマンガンの含有量が最小化されている。これは、特に、合金元素Ｍｎ、Ｓｉ、およびＦｅの含有量の調整と熱間圧延のための予熱および均質化焼鈍の場合の温度制御との組み合わせによっても達成可能である。
強度を増すための元素である銅を省いたにも拘らず、上記合金では、十分な強度値、特に従来の銅含有合金に匹敵する強度値、を依然として実現できる。その結果、上記合金は、押し出し成形されたチューブ（ＭＰＥ）を有する熱交換器（例えばコンデンサ）および圧延アルミニウム板金から成るチューブを有する熱交換器の両方において、これまで使用されてきた合金に容易に取って代わることができる。
更に、合金の組成と製造工程とを注意深く調整することによって、特性の好適な組み合わせ、すなわち、低い腐食電位と同時に良好な強度、がクラッディングされたアルミニウムストリップによって特に良好に実現できることが判明している。
したがって、上記目的は、本発明によると、特に上記の使用のための、アルミニウムストリップの製造方法によっても少なくとも部分的に達成される。本方法は、
－ アルミニウム合金製の圧延用鋳塊をＤＣ法で鋳造するステップであって、前記アルミニウム合金の組成が、
Ｓｉ：最大０．７重量％、好ましくは０．１０～０．７重量％、特に０．５０～０．７重量％、
Ｆｅ：最大０．７重量％、好ましくは０．１０～０．５０重量％、特に０．１５～０．４０重量％、
Ｃｕ：最大０．１０重量％、好ましくは最大０．０５重量％、特に最大０．０３重量％、
Ｍｎ：０．９～１．５重量％、好ましくは１．２～１．５重量％、
Ｍｇ：最大０．３０重量％、好ましくは０．０１～０．１５重量％、特に０．０１～０．１０重量％、
Ｃｒ：最大０．２５重量％、好ましくは０．１０～０．２０重量％、
Ｚｎ：最大０．５０重量％、好ましくは最大０．２５重量％、特に最大０．１０重量％、
Ｔｉ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｚｒ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
であるステップと、
－ 圧延用鋳塊を５４０℃と６２０℃の範囲内、好ましくは５４０℃と６００℃の範囲内、の温度で、目標温度での保持時間が４時間と１２時間の間である、焼鈍処理によって均質化するステップと、
－ 熱延ストリップを形成するために、圧延用鋳塊を特に２．０～１０ｍｍの範囲内、好ましくは３～７ｍｍの範囲内、の熱延ストリップ厚に熱間圧延するステップと、
－ この熱延ストリップを３００℃～４５０℃の範囲内、好ましくは３００℃～４００℃の範囲内、の温度での任意使用の中間焼鈍によって最終厚に冷間圧延するステップであって、冷延ストリップの最終厚は好ましくは０．１～５ｍｍの範囲内、特に好ましくは０．８～３ｍｍの範囲内、特に１．０～２．５ｍｍの範囲内、である、ステップと、
を含む。
本発明の一代替実施形態によると、上記方法は、圧延用鋳塊を均質化せずに行うこともできる。
この製造方法を上記合金と組み合わせると、良好な強度と同時に低い腐食電位を有するコア層を有するアルミニウムストリップがもたらされることが確認された。
圧延用鋳塊は、熱間圧延の前にクラッディング被覆が設けられることが好ましい。これにより、以降の熱間圧延中にクラッディング被覆が圧延用鋳塊の上にクラッディングされる。圧延用鋳塊は、その片面または両面にクラッディング被覆を設けることができる。圧延用鋳塊は、特に、蝋付け用合金のクラッディング被覆を片面に設けることができる。この蝋付け用合金は、例えば、Ｓｉ含有量が７重量％と１２重量％の間であるアルミニウム合金でもよい。適した蝋付け用合金は、例えばＥＮ－ＡＷ ４３４３またはＥＮ－ＡＷ ４０４５である。複数の代替合金、例えばＥＮ－ＡＷ ４１０４など、も可能な真空蝋付けプロセスのために考えられる。
代わりに、または加えて、１つまたは複数の防食層、例えばＥＮ－ＡＷ １０５０またはＥＮ－ＡＷ ７０７２の防食層、を圧延用鋳塊にクラッディングすることもできる。この種の防食層を、例えば、その後の使用中に腐食性媒体に接触する面にクラッディングできる。不適切な冷媒の使用時でも、このような防食層によって防食を保証することもできる。したがって、この実施形態は、冷媒冷却器のために特に適している。このアルミニウムストリップが例えばマニホルドの製造に使用される場合、この防食層はチューブの内側に配置されることが好ましい。
以下においては、上記方法の個々のステップをより詳細に説明する。
最初に、圧延用鋳塊が上記合金から直接チル（ＤＣ）法で鋳造される。ＤＣ法では、圧延用鋳塊を形成するために、好適に冷却された型によって液体金属が鋳造される。次に、得られた圧延用鋳塊が、例えば水を用いて、更に直接冷却される。
圧延用鋳塊の均質化が５４０℃と６２０℃の間、好ましくは５４０℃と６００℃の間、の温度で、目標温度での保持時間が４時間と１２時間の間の焼鈍処理によって行われる。材料の析出条件は、均質化によってほぼ設定される。これは、材料の腐食電位に影響する。
あるいは、蝋付けされた状態で材料のより高い強度を実現するために、圧延用鋳塊の均質化を省くこともできる。
最適な圧延クラッディングのために、コアバーの片面または両面にクラッディング被覆が設けられる。互いに上下に配置された複数の層は、クラッディングパケットとも称される。クラッディング被覆の厚さは、何れの場合も、クラッディングパケットの総厚の５％と２０％の間であることが好ましい。
熱間圧延中、圧延用鋳塊またはクラッディングパケットは、好ましくは２．０～１０ｍｍ、特に３～７ｍｍ、の厚さにそれぞれ圧延される。熱間圧延のために、圧延用鋳塊またはクラッディングパケットは、それぞれ、特に最初に４５０℃と４８０℃の間の温度に予熱され、目標温度で約３～１０時間保持される。設定された析出条件が均質化中に著しく変化することを避けるために、４８０℃より高い予熱温度および１０時間より長い保持時間は回避されるべきである。
冷間圧延中、熱延ストリップは必要な最終厚に、好ましくは０．１ｍｍと５ｍｍの間、特に好ましくは０．８ｍｍと３ｍｍの間、特に１．０ｍｍと２．５ｍｍの間、の厚さに、圧延される。ただし、用途によっては、より薄い、またはより厚い、最終厚も可能、または妥当である。
最終状態において圧延されたままの硬状態、例えばＨ１４（ＤＩＮ ＥＮ ５１５）が求められる場合は、冷延ストリップの再結晶化焼鈍が中間厚で３００℃と４５０℃の間、特に３００℃と４００℃の間、の温度において行われることが好ましい。この中間厚は、必要な最終厚に応じて決まる。材料の機械的強度は、精確な最終圧延圧下率によって設定可能である。例えば状態Ｈ１４の場合、引き渡し状態における強度と二次成形適性との好都合な組み合わせを実現するために、２５％～３０％の範囲内の、例えば３０％の、最終圧延圧下率が妥当である。これに対して、最終圧延圧下率は、蝋付けされた状態での腐食電位には一般にほとんど、または全く影響しない。
軟化焼鈍された状態Ｏ（ＤＩＮ ＥＮ ５１５）の材料のために、軟化焼鈍は、最終厚において３００℃と４５０℃の間、特に３００℃と４００℃の間、の温度で行われることが好ましい。軟化焼鈍された状態の材料のための方法も、圧延用鋳塊の均質化によって実施されることが好ましい。あるいは、状態Ｈ２４（ＤＩＮ ＥＮ ５１５）は、２４０℃と３５０℃の間の温度での最終焼鈍によって設定可能である。特に、熱交換器のアルミニウムストリップ製の構成要素の製造のために、アルミニウムストリップの二次成形適性に高い要件が課せられる場合は、状態Ｏ（Ｏ調質とも呼称する）がアルミニウムストリップの製造工程中に設定されることが好ましい。熱交換器の構成要素としてチューブ、特にマニホルド、を製造するためにアルミニウムストリップを使用する場合は、状態Ｈ２４またはＨ１４が製造工程中に設定されることが好ましい。アルミニウムストリップのこのような状態は、特に、交換器チューブの接合用の長穴の打ち抜きを容易にする。最終または軟化焼鈍などの最後の熱処理は、蝋付け後の腐食電位に大きく影響しないことが判明している。
交換器チューブに接合される構成要素のコア層の、またはその製造に使用されるアルミニウムストリップの、またはこのアルミニウムストリップを製造するための圧延用鋳塊を鋳造するための、アルミニウム合金の組成は、
Ｓｉ：最大０．７重量％、好ましくは０．１０～０．７重量％、特に０．５０～０．７重量％、
Ｆｅ：最大０．７重量％、好ましくは０．１０～０．５０重量％、特に０．１５～０．４０重量％、
Ｃｕ：最大０．１０重量％、好ましくは最大０．０５重量％、特に最大０．０３重量％、
Ｍｎ：０．９～１．５重量％、好ましくは１．２～１．５重量％、
Ｍｇ：最大０．３０重量％、好ましくは０．０１～０．１５重量％、特に０．０１～０．１０重量％、
Ｃｒ：最大０．２５重量％、好ましくは０．１０～０．２０重量％、
Ｚｎ：最大０．５０重量％、好ましくは最大０．２５重量％、特に最大０．１０重量％、
Ｔｉ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｚｒ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
である。
個々の合金成分の重要性について以下に説明する。
珪素は、マンガンと共に、製造工程の過程でいわゆるα相（Ａｌ１５Ｍｎ４Ｓｉ２）の析出相を形成する。これは、マトリックス内に溶解しているマンガンの含有量を減らし、ひいては腐食電位に所望の方向に影響を及ぼし、更に析出硬化によって機械的強度を高める。極端に高い含有量は、合金の融点を過度に下げることになる。したがって、アルミニウム合金のＳｉ含有量は最大０．７重量％である。所望の腐食電位を同時に実現するために、アルミニウム合金のＳｉ含有量は、０．１０～０．７重量％であることが好ましく、０．５０～０．７重量％であることが特に好ましい。
高い鉄含有量は、腐食挙動に悪影響を及ぼし、更に珪素を金属間相の形態で結合するので、珪素とマンガンの間の結合形成の効果は、珪素に関して上で説明したように、制限される。したがって、アルミニウム合金のＦｅ含有量は、最大０．７重量％、好ましくは０．４０重量％、に制限される。アルミニウム合金は、Ｆｅ含有量が０．１０～０．５０重量％、特に０．１５～０．４０重量％、の範囲内であることが好ましい。Ｆｅ含有量が０．１５重量％未満、さらには０．１０重量％未満、であると、使用可能な原料（一次アルミニウムおよびスクラップ）の選択が極めて著しく制限され、ひいては原料コストの上昇を招くことになる。Ｆｅ含有量が０．１０～０．５０重量％、特に０．１５～０．４０重量％、の範囲内であると、良好な腐食挙動と経済効率のための良好な妥協点が見つかる。
銅は、合金の腐食電位をプラスの方向に、ひいては望ましくない方向に、強く推し進める。したがって、アルミニウム合金のＣｕ含有量は、最大０．１０重量％、好ましくは最大０．０５重量％、という不可避微量に制限される。銅は、コア層材料から蝋付け接合部、特に隅肉溶接部、の領域にも拡散してこの領域における腐食を助長するので、合金のＣｕ含有量は最大０．０３重量％に制限されることが更に好ましい。
マンガンは、強度の向上に寄与する。したがって、アルミニウム合金のＭｎ含有量は少なくとも０．９重量％である。ただし、溶解しているマンガン含有量が極端に高いと、腐食電位を望ましくないプラスの方向に推し進めるので、合金のＭｎ含有量は最大１．５重量％である。Ｍｎ含有量は、特に、合金のＳｉ含有量に適合される。したがって、Ｍｎは、均質化焼鈍中、または熱間圧延のための予熱中、それぞれＳｉおよびＡｌと共に金属間析出相を形成する。その結果、溶解しているＭｎ含有量が減り、腐食電位が望ましい方向に推し進められる。したがって、Ｍｎ：Ｓｉの比は、１．７～３、好ましくは２～３、特に２～２．５、の範囲内に設定されることが好ましい。この比は、重量％の割合に基づく。Ｍｎ含有量は、１．２～１．５重量％の範囲内であることが好ましい。この範囲内であると、良好な強度と同時に十分に低い腐食電位が実現される。
マグネシウムは、固溶体の硬化によって強度を高め、腐食電位を卑の方向に、すなわち望ましい方向に、推し進める。ただし、より高いＭｇ含有量は、通常のＣＡＢ蝋付けプロセス（ＣＡＢ：Controlled Atmosphere Brazing）における蝋付け挙動に悪影響を及ぼす。したがって、合金のＭｇ含有量は、最大０．３０重量％、好ましくは最大０．１０重量％、に制限される。他方、コア層の強度および腐食電位は、０．０１～０．１５重量％、特に０．０１～０．１０重量％、の範囲内の少量のＭｇを狙いどおりに追加することによって、蝋付け挙動に悪影響を及ぼさずに、既に設定可能であることが判明している。
クロムは強度を高め、合金において少なくとも部分的に銅の意図的な放出を補う。ただし、より高いＣｒ含有量では、望ましくない粗い金属間鋳造相が析出し得るので、合金のＣｒ含有量は最大０．２５重量％に制限される。Ｃｒ含有量は、０．１０～０．２０重量％であることが好ましい。この範囲内であると、望ましくない鋳造相の著しい析出なしに、強度の良好な向上が実現された。
亜鉛の拡散による上記の腐食の問題のため、合金のＺｎ含有量は最大０．５０重量％、好ましくは最大０．２５重量％、特に好ましくは最大０．１０重量％、に制限される。ただし、亜鉛は腐食電位を卑の方向に強く推し進めるので、腐食電位の微調整のために必要に応じて少量、特に０．０１～０．１０重量％の範囲内で、追加可能である。
ＴｉまたはＺｒは、最大０．２５重量％の含有量まで合金内に含有可能である。Ｔｉおよび／またはＺｒの含有量は、最大０．０５重量％であることが好ましい。
熱交換器、アルミニウム合金またはアルミニウムストリップのそれぞれの使用、およびアルミニウムストリップの製造方法、のさまざまな実施形態を以下に説明する。個々の実施形態は、何れの場合も、熱交換器、アルミニウム合金またはアルミニウムストリップのそれぞれの使用、およびアルミニウムストリップの製造方法、にそれぞれ適用可能である。これら実施形態を互いに組み合わせることもできる。
第１の実施形態によると、アルミニウム合金の組成は、
Ｓｉ：０．５～０．７重量％、
Ｆｅ：０．１５～０．４０重量％、
Ｃｕ：最大０．０５重量％、好ましくは最大０．０３重量％、
Ｍｎ：１．２～１．５重量％、
Ｍｇ：最大０．１０重量％、好ましくは０．０１～０．１０重量％、
Ｃｒ：０．１０～０．２０重量％、
Ｚｎ：最大０．１０重量％、
Ｔｉ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｚｒ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
であることが好ましい。
これにより、良好な強度と同時に十分に低い腐食電位とを有するアルミニウム合金が実現される。
別の実施形態によると、交換器チューブに接合される構成要素はマニホルドまたはチューブシートである。熱交換器において、交換器チューブは一般にマニホルドまたはチューブシートに直接接合されるので、これら構成要素は交換器チューブと直流流電結合された腐食系を形成する。その結果、交換器チューブより低い腐食電位を有するマニホルドまたはチューブシートは、交換器チューブを陽極防食するために極めて適している。
別の実施形態によると、交換器チューブに接合された構成要素は、蝋付けされた状態でカロメル電極（飽和カロメル電極（ＳＣＥ：Saturated Calomel Electrode））に対する腐食電位がＡＳＴＭ Ｇ６９によると－７４０ｍＶ以下である。上記合金では、特にアルミニウムストリップの上記製造方法と組み合わせた場合に、このように低い腐食電位と同時に十分な強度とを有する構成要素の製造が可能であることが判明している。腐食電位が－７４０ｍＶ以下である構成要素は、特に、従来使用されてきた合金、例えばその腐食電位が一般に－６６０ｍＶ～－７２０ｍＶの範囲内である規格ＥＮ－ＡＷ ３００３、ＥＮ－ＡＷ ３００５、またはＥＮ－ＡＷ ３０１７などの合金、より卑である。
別の実施形態によると、交換器チューブは押し出し成形されたマルチチャンバチューブ（ＭＰＥ）である。押し出し成形されたマルチチャンバチューブは、一般にやや低い腐食電位を有するので、腐食に対して特に脆弱である。したがって、構成要素のコア層のために上記合金を使用すると、特にＭＰＥを有する熱交換器のために著しい利点をもたらす。
別の実施形態によると、熱交換器は、３ｘｘｘ系のアルミニウム合金から成る。このような合金の場合、蝋付け後の腐食電位は一般に－７２０ｍＶと－７６０ｍＶの間である。例えば、交換器チューブは、規格ＥＮ－ＡＷ ３１０２のアルミニウム合金で構成可能である。この合金の場合、腐食電位は約－７３５ｍＶ～－７４５ｍＶの範囲内である。この交換器チューブのアルミニウム合金は、特に、以下の組成を有し得る。すなわち、Ｓｉ：≦０．４０重量％、Ｆｅ：≦０．７重量％、Ｃｕ：≦０．１０重量％、Ｍｎ：≦０．０５～０．４０重量％、Ｚｎ：≦０．３０重量％、Ｔｉ：≦０．１０重量％、不純物が個々に≦０．０５、合計で≦０．１５、残りがアルミニウムである。例えばＥＮ－ＡＷ ３１０２などの３ｘｘｘ系合金は、腐食電位が低く、したがって腐食に対して脆弱である。したがって、構成要素のコア層のために上記合金を使用すると、特にこれら合金製の交換器チューブとの組み合わせにおいて、著しい利点をもたらす。
別の実施形態によると、交換器チューブとこれに接合される構成要素との共通の蝋付け接合部の蝋付け材料は、Ｚｎ含有量が最大１．２重量％、好ましくは最大０．５０重量％、更に好ましくは最大０．２０重量％である。Ｚｎを含まない標準的な蝋付け用合金の蝋付け材料、例えばＥＮ－ＡＷ ４０４３、ＥＮ－ＡＷ ４０４５など、または真空蝋付け用にＥＮ－ＡＷ ４１０４、が使用されることが好ましい。標準的な蝋付け材料の合金においては、Ｚｎ含有量が最大０．５０重量％、特に最大０．２０重量％、の値に制限されている。特殊な場合、例えば、超低合金材料製のチューブを使用し、蝋付けされた状態での腐食電位が－７５０ｍＶ以下である場合などは、最大１．２％のＺｎを追加した蝋付け材料の使用が妥当であり得る。
別の実施形態によると、交換器チューブに接合される構成要素は、クラッディングされた蝋付け用合金製の蝋付け材料層を有する。この蝋付け用合金はＳｉ含有量が７～１２重量％およびＺｎ含有量が最大０．５０重量％、特に最大０．２０重量％のアルミニウム合金である。対応する使用の実施形態によると、アルミニウムストリップは、コア層にクラッディングされた蝋付け用合金製の蝋付け材料層を有する。この蝋付け用合金は、Ｓｉ含有量が７～１２重量％およびＺｎ含有量が最大０．５０重量％、好ましくは最大０．２０重量％、のアルミニウム合金である。対応する方法の実施形態によると、このクラッディング被覆は蝋付け用合金から成る。この蝋付け用合金は、Ｓｉ含有量が７～１２重量％およびＺｎ含有量が最大０．５０重量％、好ましくは最大０．２０重量％、のアルミニウム合金である。
交換器チューブの防食は構成要素のコア層によって保証されるので、Ｚｎ含有蝋付け材料の使用、またはＺｎ含有蝋付け材料クラッディング層の使用、を省くことができ、ひいては無制御のＺｎ拡散の問題を回避できる。
熱交換器の更なる実施形態１～７、使用の更なる実施形態８および９、ならびに方法の更なる実施形態１０～１３を以下に説明する。
１．特に自動車用の、熱交換器であって、
－ アルミニウム合金製の少なくとも１つの交換器チューブと、前記交換器チューブに接合されてこれと流体連通する少なくとも１つの構成要素とを備え、
－ 前記交換器チューブと前記構成要素とは、共通の蝋付け接合部を介して互いに接合される、
熱交換器において、
－ 前記交換器チューブに接合された前記構成要素はアルミニウム合金製のコア層を有し、前記アルミニウム合金の組成は、
Ｓｉ：最大０．７０重量％、好ましくは０．５０～０．７０重量％、
Ｆｅ：最大０．７０重量％、好ましくは最大０．４０重量％、特に０．１５～０．４０重量％、
Ｃｕ：最大０．１０重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｍｎ：０．９０～１．５０重量％、好ましくは１．２０～１．５０重量％、
Ｍｇ：最大０．３０重量％、好ましくは最大０．１０重量％、
Ｃｒ：最大０．２５重量％、好ましくは０．１０～０．２０重量％、
Ｚｎ：最大０．５０重量％、好ましくは最大０．１０重量％、
Ｔｉ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｚｒ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
であることを特徴とする、熱交換器。
２．前記交換器チューブに接合される前記構成要素はマニホルドまたはチューブシートであることを特徴とする、実施形態１に記載の熱交換器。
３．前記交換器チューブに接合される前記構成要素の腐食電位は、ＡＳＴＭ Ｇ６９によると－７４０ｍＶまたはそれより卑である、実施形態１または２に記載の熱交換器。
４．前記交換器チューブは押し出し成形されたマルチチャンバチューブである、実施形態１～３の何れか一つに記載の熱交換器。
５．前記交換器チューブは３ｘｘｘ系のアルミニウム合金から成る、実施形態１～４の何れか一つに記載の熱交換器。
６．前記交換器チューブとこれに接合される前記構成要素との共通の前記蝋付け接合部は、Ｚｎ含有量が最大０．２重量％である蝋付け材料を用いて生成された、実施形態１～５の何れか一つに記載の熱交換器。
７．前記交換器チューブに接合される前記構成要素は、クラッディングされた蝋付け用合金製の蝋付け材料層を有し、前記蝋付け用合金は、Ｓｉ含有量が７～１２重量％およびＺｎ含有量が最大０．２重量％のアルミニウム合金である、実施形態１～６の何れか一つによる熱交換器。
８．熱交換器、特に実施形態１～７の何れか１つによる熱交換器、のための構成要素、特にマニホルドまたはチューブシート、の製造のための、アルミニウム合金、またはこのアルミニウム合金製のコア層を有するアルミニウムストリップ、の使用であって、この構成要素は前記熱交換器の交換器チューブと流体連通するように接合されるべく設計され、前記アルミニウム合金の組成が、
Ｓｉ：最大０．７０重量％、好ましくは０．５０～０．７０重量％、
Ｆｅ：最大０．７０重量％、好ましくは最大０．４０重量％、特に０．１５～０．４０重量％、
Ｃｕ：最大０．１０重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｍｎ：０．９０～１．５０重量％、好ましくは１．２０～１．５０重量％、
Ｍｇ：最大０．３０重量％、好ましくは最大０．１０重量％、
Ｃｒ：最大０．２５重量％、好ましくは０．１０～０．２０重量％、
Ｚｎ：最大０．５０重量％、好ましくは最大０．１０重量％、
Ｔｉ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｚｒ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
である、使用。
９．前記アルミニウムストリップは、前記コア層にクラッディングされた蝋付け用合金製の蝋付け材料層を有し、前記蝋付け用合金は、Ｓｉ含有量が７～１２重量％およびＺｎ含有量が最大０．２重量％のアルミニウム合金である、実施形態８による使用。
１０．特に実施形態８または９による使用のための、アルミニウムストリップの製造方法であって、
－ アルミニウム合金から圧延用鋳塊をＤＣ法で鋳造するステップであって、前記アルミニウム合金の組成は、
Ｓｉ：最大０．７０重量％、好ましくは０．５０～０．７０重量％、
Ｆｅ：最大０．７０重量％、好ましくは最大０．４０重量％、特に０．１５～０．４０重量％、
Ｃｕ：最大０．１０重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｍｎ：０．９０～１．５０重量％、好ましくは１．２０～１．５０重量％、
Ｍｇ：最大０．３０重量％、好ましくは最大０．１０重量％、
Ｃｒ：最大０．２５重量％、好ましくは０．１０～０．２０重量％、
Ｚｎ：最大０．５０重量％、好ましくは最大０．１０重量％、
Ｔｉ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
Ｚｒ：最大０．２５重量％、好ましくは最大０．０５重量％、
不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
であるステップと、
－ 前記圧延用鋳塊を５４０℃と６００℃の範囲内の温度で、目標温度での保持時間が４時間と１２時間の間である焼鈍処理によって均質化するステップと、
－ 熱延ストリップ、特に３～７ｍｍの範囲内の厚さの熱延ストリップ、を形成するために、前記圧延用鋳塊を熱間圧延するステップと、
－ ３００℃～４００℃の範囲内の温度での任意使用の中間焼鈍によって前記熱延ストリップを最終厚に冷間圧延するステップであって、前記冷延ストリップの前記最終厚は好ましくは１．０～２．５ｍｍの範囲内であるステップと、
を含む方法。
１１．圧延クラッディングされたアルミニウムストリップを製造するために、熱間圧延前に前記圧延用鋳塊にクラッディング表面が設けられる、実施形態１０による方法。
１２．クラッディング被覆は蝋付け用合金から成り、前記蝋付け用合金はＳｉ含有量が７～１２重量％およびＺｎ含有量が最大０．２重量％のアルミニウム合金である、実施形態１０または１１による方法。
１３．前記クラッディングされた冷延ストリップは最終厚で３００℃と４００℃の範囲内の温度で軟化焼鈍される、または２４０℃と３５０℃の範囲内の温度で最終焼鈍される、実施形態１０～１２の何れか一つによる方法。
熱交換器、使用、および方法の更なる特徴および利点は、添付の図面を参照した複数の例示的実施形態の以下の説明から推測可能である。
熱交換器、ならびにアルミニウム合金またはアルミニウムストリップの使用、の一例示的実施形態を示す。 アルミニウムストリップの製造方法の複数の例示的実施形態を示す。
図１ａおよび図１ｂは、熱交換器、ならびにアルミニウム合金またはアルミニウムストリップの使用、の一例示的実施形態を示す。図１ａは、熱交換器の略側面図を示す。図１ｂは、図１ａに「Ｉｂ」で示されている平面を通る断面図を示す。
熱交換器１０は複数の交換器チューブ１２を有し、交換器チューブ１２の両端部は、何れの場合も、第１のマニホルド１４ならびに第２のマニホルド１６に接合されている。したがって、マニホルド１４、１６は、何れの場合も、交換器チューブ１２に接合された構成要素である。
稼働中、媒体流１８が第１のマニホルド１４に導入され、各交換器チューブ１２に分散され、最後にマニホルド１６を通って再び熱交換器１０の外に流出する。稼働中、第２の媒体流がこれら交換器チューブ１２の領域に向かって流れ、前記第２の媒体流は各交換器チューブ１２の外面に熱接触し、その結果、第１および第２の媒体流の間に熱交換が生じる。この熱交換のために使用可能な表面を拡大するために、複数のフィン２０が交換器チューブ１２の間に配置されている。これらフィン２０は、何れの場合も、交換器チューブ１２に蝋付けされている。
交換器チューブ１２は、押し出し成形された、複数の流路２２を有するマルチチャンバチューブであるので、第１の媒体１８と交換器チューブ１２との間の接触面が拡大され、ひいては熱交換が向上される。交換器チューブ１２は、例えば規格ＥＮ－ＡＷ ３１０２の、低合金アルミニウム合金から成り、ひいては腐食電位がやや低い。
マニホルド１４、１６は、コア層２４とクラッディングされた蝋付け材料層２６とから成る多層構造を有する。また、クラッディングされる別の防食層２８をマニホルド１４、１６の内側に設けることもできる。マニホルド１４、１６は、特に、コア層と、クラッディングされた蝋付け材料層と、場合によっては更にコア層の反対側にクラッディングされた防食層と、を有するクラッディングされたアルミニウムストリップから製造可能である。
交換器チューブ１２はマニホルド１４、１６と硬蝋付けされ、蝋付け材料層２６の材料が蝋付け材料として機能する。蝋付け材料層２６は、特に、Ｓｉ含有量が７～１２重量％のアルミニウム蝋付け用合金とすることができる。
これにより、交換器チューブ１２は、マニホルド１４、１６と結合された流電系を形成する。従来技術からの熱交換器は、交換器チューブの腐食電位が低いため、腐食によって特に強く損なわれ、時期尚早に漏れが生じ得るという問題を引き起こしていた。この問題は、マニホルド１４、１６のコア層２４に使用されるアルミニウム合金の組成が、
Ｓｉ：０．５０～０．７重量％、
Ｆｅ：０．１５～０．４０重量％、
Ｃｕ：最大０．０５重量％、特に最大０．０３重量％、
Ｍｎ：１．２～１．５重量％、
Ｍｇ：最大０．１０重量％、特に０．０１～０．１０重量％、
Ｃｒ：０．１０～０．２０重量％、
Ｚｎ：最大０．１０重量％、
Ｔｉ：最大０．２５重量％、
Ｚｒ：最大０．２５重量％、
不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
である熱交換器１０によって解決される。
この合金組成を使用すると、コア層２４の腐食電位が交換器チューブ１２より低くなるので、前記交換器チューブはマニホルド１４、１６によって陽極防食される。
熱交換器１０が腐食促進環境に、例えば自動車のエンジン室において、暴露される場合、腐食は最初にマニホルド１４および１６を、場合によってはフィン２０をも侵食する一方で、熱交換器の１０の稼働のためにより重要な交換器チューブ１２は低い度合いの腐食しか受けない。その結果、熱交換器１０の耐用寿命を伸ばすことができる。
マニホルド１４、１６による交換器チューブ１２の陽極防食を使用すると、特に、従来技術において交換器チューブの防食として部分的に使用されていたＺｎを含む蝋付け材料の使用を省くこともできる。したがって、蝋付け材料層２６のアルミニウム蝋付け用合金は、Ｚｎ含有量が最大０．５０重量％であることが好ましく、最大０．２０重量％であることが更に好ましい。これにより、制御が困難な熱交換器内のＺｎの拡散を防止できる。
図２は、特に図１ａおよび図１ｂのマニホルド１４、１６の製造に使用可能なアルミニウムストリップの製造方法の一例示的実施形態を示す。
第１のステップ８０において、圧延用鋳塊を形成するために、上記組成の合金がコア層２４のためにＤＣ法で鋳造される。この圧延用鋳塊は、次のステップ８２において、５４０℃と６００℃の範囲内の温度で目標温度での保持時間が４～１２時間で均質化される。本方法の一代替例示的実施形態では、均質化ステップ８２を省くこともできる。
例えば蝋付け材料層および／または防食層でクラッディングされたアルミニウムストリップを製造すると想定される場合は、次のステップ８４において、コア層としての圧延用鋳塊と、このコア層の上または下に配置される１つまたは複数のクラッディング層とからクラッディングパケットが製造される。クラッディング層の厚さは、何れの場合も、クラッディングパケットの総厚の５％と２０％の間であることが好ましい。
圧延用鋳塊またはクラッディングパケットは、次のステップ８６において、特に３～７ｍｍの範囲の厚さに熱間圧延される。圧延用鋳塊またはクラッディングパケットは、熱間圧延の前に、好ましくは４５０～４８０℃の間の温度に、目標温度での保持時間が３～１０時間で、予熱される。
おそらく圧延クラッディングされた熱延ストリップは、次のステップ８８において、好ましくは最終厚１．０～２．５ｍｍに冷間圧延される。中間厚での冷間圧延中の中間ステップ９０において、好ましくは３００℃と４００℃の範囲内の温度で、中間焼鈍（再結晶化焼鈍）を行うことができる。
最終厚への冷間圧延後、次のステップ９２において、最終焼鈍を任意で行うことができる。これにより、３００～４００℃の範囲内の温度での軟化焼鈍によって、軟化焼鈍された状態Ｏの材料を実現できる。あるいは、状態Ｈ２４の材料のために、最終焼鈍を２４０～３５０℃の範囲内の温度で行うこともできる。
複数の試験が実施され、これら試験から上記合金製の構成要素のための低い腐食電位と同時に良好な強度との所望の組み合わせが明らかになった。
Figure 0007155100000001
表１は、これら試験に使用された合金の組成を示す（全ての重量情報は重量％）。表１の合金ＡおよびＢは本発明による合金であり、合金Ａは本発明の好適な一実施形態に相当する。合金Ｃは、熱交換器分野においてコア合金として使用されている比較対象の合金である。合金Ｄ～Ｆは本発明による合金であり、本発明の好適な一実施形態に相当する。更に示されている規格ＥＮ－ＡＷ ４０４５の蝋付け用合金は、試験Ａ、Ｂ、ＣおよびＦにおいて蝋付け材料クラッディング層のために使用された。
試験Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＦでは、図２に示されている方法を用いて圧延クラッディングされたアルミニウムストリップが製造された。合金Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦは、何れの場合も、コア層に使用され、表１で言及した規格ＥＮ－ＡＷ ４０４５の合金は、何れの場合も、蝋付け材料クラッディング被覆のために使用された。試験ＤおよびＥでは、規格ＥＮ－ＡＷ ４３４３の一代替合金が、何れの場合も、蝋付け材料クラッディング被覆のために使用された。試験Ｅでは、１重量％のＺｎが蝋付け用合金に更に追加された。
Ａ～Ｃの場合、断面が３３５ｍｍ×１２５ｍｍの鋳塊を形成するために、何れの場合も、当該合金の６０ｋｇのバッチが製造されてＤＣ鋳造法で鋳造された。Ｄ～Ｆの場合、より大きなバー（断面が約５００ｍｍ×約１５００ｍｍ）を形成するために、何れの場合も、当該合金の数トンのバッチが製造されてＤＣ鋳造法で鋳造された。ストリップ材料を製造するために、蝋付け材料の鋳塊ＥＮ－ＡＷ ４０４５またはＥＮ－ＡＷ ４３４３がそれぞれ最初に総厚の７．５％のクラッディング層のための必要厚に圧延された。合金Ａ、Ｂ、Ｃ、またはＤのコアバーは温度５７５℃で均質化にかけられ、合金ＥおよびＦのコアバーは温度６００℃で均質化にかけられた。どちらも保持時間は６時間であった。その後、予圧延された蝋付け材料被覆によって総厚の７．５％の蝋付け材料被覆を片面に有するクラッディングパケットが製造された。これらクラッディングパケットは、何れの場合も、温度４７０℃で少なくとも３時間の保持時間で予熱され、次に７．０ｍｍの厚さに熱間圧延された。
何れの場合も、その後、最終厚１．５ｍｍ（試験Ａ～ＣおよびＥ）、または１．０ｍｍ（試験Ｄ）、または１．６ｍｍ（試験Ｆ）まで複数回のパスによる冷間圧延が行われた。次に、調質Ｏ状態を設定するための軟化焼鈍が温度３５０℃（コア層が合金ＡおよびＢのストリップの場合）で、または３２０℃（コア層が合金Ｃのストリップの場合）で、または４００℃（コア層が合金Ｄ～Ｆのストリップの場合）で実施された。何れの場合も保持時間は２時間であった。
コア層が合金ＡおよびＢであるストリップから、何れの場合も、中間厚２．１５ｍｍのストリップ区間を３５０℃で保持時間２時間の軟化焼鈍に更にかけ、次に最終圧下圧延率３０％で冷間圧延し、調質状態Ｈ１４の最終厚１．５ｍｍにした。
このように製造された蝋付け材料でクラッディングされたストリップから複数の試料が取られ、蝋付けされた状態での特性を試験するために、何れの場合も、一般的な産業用蝋付けサイクルに相当する蝋付けシミュレーションにかけられた。この目的のために、これら試料は加熱速度０．９℃／ｓで温度６００℃に加熱され、５分の保持時間後、０．９℃／ｓの速度で冷却された。
これらストリップの機械的特性は、これら試料において判定された。機械的特性の測定は、何れの場合も、蝋付けシミュレーションの前および後に、何れの場合も圧延方向に行われた。
以下の表２は、機械的特性の測定結果を示す。第１列は、何れの場合も、コア層の合金組成を示し、第２列は、何れの場合も、当該試料が取られた圧延クラッディングされたストリップの状態を示す。Ｒｐ０．２、Ｒｍ、Ａｇ、およびＡ５０ｍｍは、何れの場合も、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ６８９２－１／Ａ２２４に従って求められた。
Figure 0007155100000002
表２内の結果は、本発明による合金（試料ＡおよびＢならびにＤ～Ｆ）では、標準的な合金（試料Ｃ）に匹敵する強度を実現できることを示している。
腐食試験も各試料に対して実施された。このために、最初に、１モルの中性ＮａＣｌ溶液の電解液内の飽和カロメル電極に対してＡＳＴＭ Ｇ６９に従って電気化学腐食電位が測定された。腐食電位は、何れの場合も、コア層において測定された。
測定結果は、以下の表３に転載されている。この測定は、何れの場合も、上記の蝋付けシミュレーションの前および後に実施された。
Figure 0007155100000003
試料ＡおよびＢならびにＤ～Ｆは、腐食電位として比較的良好な値をもたらしている。Ｍｇ含有量がより低く最大０．１０重量％である提案されるアルミニウム合金（試料ＡおよびＤ～Ｆに対応）は、Ｍｇの割合がより高いことに起因するＣＡＢ蝋付けプロセスにおける蝋付け性の低下を防止できるので好適である。同様に、合金の所望の強度および所望の腐食電位のより良好な設定を可能にするために、Ｍｇの割合は０．０４重量％以上であることが好ましい。比較対象の合金Ｃに相当する試料は、明らかに所望範囲外の腐食電位を示している。
コア合金のために提案されている合金の一利点は、特に、交換器チューブ用の、特にＭＰＥ用の、一般的な合金との流電適合性である。この流電適合性を検証するために、接触腐食の測定がＤＩＮ ５０９１９に従って実施された。これら測定のために、試料Ａ、Ｂ、およびＣを、何れの場合も電解液中で、頻繁に使用される合金ＥＮ－ＡＷ ３１０２製の押し出し成形されたチューブの試料Ｋと接触させた。試験規格ＡＳＴＭ Ｇ８５、附属書Ａ３によるｐＨ値が２．８と３．０の間の酸性化された合成食塩水を電解液として使用した。この測定前に、試料Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＫを何れの場合も上記の蝋付けシミュレーションにかけた。ＥＮ－ＡＷ ３１０２の試料Ｋは、蝋付けシミュレーション状態においてＡＳＴＭ Ｇ６９による腐食電位－７４２ｍＶを有する。
ＤＩＮ ５０９１９による接触腐食測定を試料Ａ、Ｂ、およびＣのクラッディングされていない面で、すなわちコア層で直接、実施した。流電適合性は、何れの場合も、測定された電流の流れの方向に基づき評価された。この場合、適合性が存在するのは、電流の流れが熱交換器の構成要素、例えばチューブシートまたはマニホルド、の試料から交換器チューブ、特にＭＰＥ、の材料に向かう場合である。この場合、構成要素（チューブシート／マニホルド）が溶解し、交換器チューブ（ＭＰＥ）のためにそれ自体を好適に犠牲にする。
接触腐食の測定の場合、試料Ａ（Ｏ調質）と試料Ｋとの組み合わせは、試料Ｋの質量損失が１．６ｇ／ｍ２になり、試料Ｂ（Ｏ調質）と試料Ｋとの組み合わせは、試料Ｋの質量損失が３．９ｇ／ｍ２になった。これに対して、試料Ｃ（Ｏ調質）と試料Ｋとの組み合わせの場合の試料Ｋの質量損失は３４．４ｇ／ｍ２であった。したがって、試料ＡおよびＢは、比較対象の試料Ｃに比べ、試料Ｋとの流電適合性が著しく良好であり、すなわち、試料Ｋの腐食は、試料ＡまたはＢのどちらか一方との組み合わせによって著しく減った。
結論として、上記の試験は、この場合、交換器チューブに接合される構成要素のコア層のために提案されている合金を使用することによって、交換器チューブの陽極防食を実現できるので、熱交換器の耐用寿命が著しく伸びる。対応する各構成要素も十分な強度を有する。

Claims (16)

  1. 熱交換器（１０）であって、
    － アルミニウム合金製の少なくとも１つの交換器チューブ（１２）と、前記交換器チューブ（１２）と流体連通するように接合されるマニホルド（１４、１６）またはチューブシートから成る少なくとも１つの構成要素（１４、１６）とを備え、
    － 前記交換器チューブ（１２）と前記構成要素（１４、１６）とは共通の蝋付け接合部を介して互いに接合される、
    熱交換器（１０）において、
    － 前記交換器チューブ（１２）に接合される前記構成要素（１４、１６）は、アルミニウム合金製のコア層（２４）を有し、前記コア層（２４）に使用される前記アルミニウム合金の組成が、
    Ｓｉ：０．５０～０．７重量％、
    Ｆｅ：０．１５～０．４０重量％、
    Ｃｕ：最大０．０３重量％、
    Ｍｎ：１．２～１．５重量％、
    Ｍｇ：０．０１～０．１０重量％、
    Ｃｒ：０．１０～０．２０重量％、
    Ｚｎ：最大０．１０重量％、
    Ｔｉ：最大０．２５重量％、
    Ｚｒ：最大０．２５重量％、
    不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
    であることを特徴とする、熱交換器。
  2. 前記コア層（２４）の前記アルミニウム合金は、前記Ｓｉ含有量に対する前記Ｍｎ含有量の比が１．７～３の範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
  3. 前記コア層（２４）の前記アルミニウム合金は、前記Ｓｉ含有量に対する前記Ｍｎ含有量の比が２～２．５の範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
  4. 前記交換器チューブ（１２）に接合された前記構成要素（１４、１６）は、飽和カロメル電極に対するＡＳＴＭ Ｇ６９による腐食電位が－７４０ｍＶまたはそれより卑であることを特徴とする、請求項１～３の何れか一項に記載の熱交換器。
  5. 前記交換器チューブ（１２）は押し出し成形されたマルチチャンバチューブであることを特徴とする、請求項１～４の何れか一項に記載の熱交換器。
  6. 前記交換器チューブ（１２）は、３ｘｘｘ系のアルミニウム合金から成ることを特徴とする、請求項１～５の何れか一項に記載の熱交換器。
  7. 前記交換器チューブ（１２）に接合された前記構成要素（１４、２６）は、クラッディングされた蝋付け用合金製の蝋付け材料層（２６）を有し、前記蝋付け用合金は、Ｓｉ含有量が７～１２重量％、Ｚｎ含有量が最大０．５０重量％である、請求項１～６の何れか一項に記載の熱交換器。
  8. 前記交換器チューブ（１２）に接合された前記構成要素（１４、２６）は、クラッディングされた蝋付け用合金製の蝋付け材料層（２６）を有し、前記蝋付け用合金は、Ｓｉ含有量が７～１２重量％、Ｚｎ含有量が最大０．２０重量％である、請求項１～６の何れか一項に記載の熱交換器。
  9. 請求項１～８の何れか一項に記載の熱交換器、のための構成要素を製造するための、コア層（２４）を有するアルミニウムストリップの使用であって、前記構成要素は前記熱交換器の交換器チューブと流体連通するように接合されるべく設計され、前記コア層（２４）に使用される前記アルミニウム合金の組成が、
    Ｓｉ：０．５０～０．７重量％、
    Ｆｅ：０．１５～０．４０重量％、
    Ｃｕ：最大０．０３重量％、
    Ｍｎ：１．２～１．５重量％、
    Ｍｇ：０．０１～０．１０重量％、
    Ｃｒ：０．１０～０．２０重量％、
    Ｚｎ：最大０．１０重量％、
    Ｔｉ：最大０．２５重量％、
    Ｚｒ：最大０．２５重量％、
    不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
    である、使用。
  10. 前記アルミニウムストリップは、前記コア層（２４）にクラッディングされた蝋付け用合金製の蝋付け材料層（２６）を有し、前記蝋付け用合金は、Ｓｉ含有量が７～１２重量％およびＺｎ含有量が最大０．５０重量％のアルミニウム合金である、請求項９に記載の使用。
  11. 前記アルミニウムストリップは、前記コア層（２４）にクラッディングされた蝋付け用合金製の蝋付け材料層（２６）を有し、前記蝋付け用合金は、Ｓｉ含有量が７～１２重量％およびＺｎ含有量が最大０．２０重量％のアルミニウム合金である、請求項９に記載の使用。
  12. 請求項９に記載の使用のための、アルミニウムストリップの製造方法であって、
    － アルミニウム合金から圧延用鋳塊をＤＣ法で鋳造するステップであって、前記アルミニウム合金の組成が、
    Ｓｉ：０．５０～０．７重量％、
    Ｆｅ：０．１５～０．４０重量％、
    Ｃｕ：最大０．０３重量％、
    Ｍｎ：１．２～１．５重量％、
    Ｍｇ：０．０１～０．１０重量％、
    Ｃｒ：０．１０～０．２０重量％、
    Ｚｎ：最大０．１０重量％、
    Ｔｉ：最大０．２５重量％、
    Ｚｒ：最大０．２５重量％、
    不可避不純物がそれぞれ最大０．０５重量％、合計で最大０．１５重量％、残りがアルミニウム、
    であるステップと、
    － 前記圧延用鋳塊を５４０℃と６２０℃の範囲内の温度で目標温度での保持時間が４時間と１２時間の間である焼鈍処理によって均質化するステップと、
    － 熱延ストリップを形成するために、４５０℃と４８０℃の間の温度に予熱され、目標温度で３～１０時間保持された前記圧延用鋳塊を熱間圧延するステップと、
    － ３００℃～４５０℃の範囲内の温度で任意に中間焼鈍を行って、前記熱延ストリップを最終厚に冷間圧延するステップであって、冷延ストリップの前記最終厚は、０．１～５ｍｍの範囲内であるステップと、
    を含む方法。
  13. 圧延クラッディングされたアルミニウムストリップを製造するために、
    － 熱間圧延前に前記圧延用鋳塊にクラッディング被覆が設けられる、
    ことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記クラッディング被覆は蝋付け用合金から成り、前記蝋付け用合金はＳｉ含有量が７～１２重量％およびＺｎ含有量が最大０．５０重量％のアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記クラッディング被覆は蝋付け用合金から成り、前記蝋付け用合金はＳｉ含有量が７～１２重量％およびＺｎ含有量が最大０．２０重量％のアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
  16. 前記クラッディングされた冷延ストリップは、最終厚で３００℃と４５０℃の範囲内の温度で軟化焼鈍される、または２４０℃と３５０℃の範囲内の温度で最終焼鈍されることを特徴とする、請求項１３～１５の何れか一項に記載の方法。
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