JPH02118047A - 真空ろう付け法により組立てられる熱交換器のフィン材とその製造方法 - Google Patents

真空ろう付け法により組立てられる熱交換器のフィン材とその製造方法

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JPH02118047A
JPH02118047A JP27007188A JP27007188A JPH02118047A JP H02118047 A JPH02118047 A JP H02118047A JP 27007188 A JP27007188 A JP 27007188A JP 27007188 A JP27007188 A JP 27007188A JP H02118047 A JPH02118047 A JP H02118047A
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JP
Japan
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fin material
brazing
sacrificial anode
vacuum brazing
fin
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JP27007188A
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Hideo Fujimoto
日出男 藤本
Masakazu Hirano
平野 政和
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は↓″(空ろう付け法により組立られる熱交換器
のフィン材に係り、特に犠牲陽極効果と、ろう付け時の
1座Jil性に優れ、熱交換器の軽量化を可能にするフ
ィン材とその製造方法に関するものである。 (従来の技術) 一般にカークーラーのエバポレータは、プレージングシ
ートよりなるプレート材とコルゲートフィン材より構成
され、真空ろう付け法により組立てられている。 真空ろう付け法により組立られる熱交換器のチューブや
タンク等を構成するプレージンクシートには、芯材にA
l−Mn系合金3003を用い。 ろう材にAM−8i−Mg系合金4004や4104が
一般的に使用されている。一方、フィン材としては一般
的にAl−Mn系合金3003が用いられている。 ところで、エバポレータ等の熱交換器において、チュー
ブやタンクの貫通腐食を防止するために、フィン材を犠
牲陽極として用いることが検討され、一部実用化されて
いるが1問題点も多い。 すなわち、フィン材として一般的に用いられている30
03合金は強度、ろう付け性等は良好であるものの、プ
レージングシートとの孔食電位の差は殆どないため、゛
犠牲陽極効果は得られない。 そこで、真空ろう付け法により組立られる熱交換器のフ
ィン材を犠牲陽極として使用するため。 フィン材として。 ■真空ろう付け法においても蒸発しないで犠牲陽極効果
の得られるA n  S n系合金の使用、■真空ろう
付け法により蒸発する量を予め予想したA Q −Zn
系合金(Zn1.5%以上)の使用。 が行われている。 (発明が解決しようとする課題) しかし乍ら、このようなフィン材には、以下に示すよう
な問題点がある。 犠牲陽極フィン材として用いられているアルミニウム合
金としてAl−1,2%Mn−0,1%Sn合金等のA
l2−5n系合金が知られているが、本合金は熱間圧延
時に割れを生じ易く、またスクラップの管理、処理に問
題があるため、素材コストが上昇するという問題がある
。 また、Al−1,2%Mn−1,5%Zn合金等のAn
−Zn系合金(特開昭54−80220号、同55−6
5896号、同56−142845号。 同60−211055号)も検討されてきたが、実用化
には至っていない。また、SnとZnを併用したAl−
Zn−3n系合金も提案されているが(特開昭60−8
9540号、同60−215729号等)、同様の問題
がある。 上記のように、フィン材は犠牲陽極効果が求められてい
るほか、薄肉化の要請もあり、このような薄肉化に対応
するには、現行品以上に耐座屈性の改善が望まれている
。 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、真空ろう付け法により組立てられる
熱交換器のフィン材として、アルミニウム合金にとって
特異な添加元素であるSnを含有せずに犠牲陽極効果が
得られ、且つ耐座屈性も向上できるフィン材を提供する
こと、拉びにそのようなフィン材を製造する方法を提供
することを目的とするものである。 (課題を解決するための手段) 本発明者は、前記目的を達成し得るフィン材の組成並び
に製造工程について鋭意研究を重ねた。 前述の如く、真空ろう付け法により組立てられる熱交換
器のチューブやタンクを構成するプレージンクシートに
は、芯材にAl−Mn系合金3003を用い、ろう材に
Al−Si−Mg系合金4004や4104が一般的に
使用されている。 これらのプレージングシートに対し、フィン材を犠牲陽
極的に作用させるためには、フィン材の孔食電位をプレ
ージングシート表面の孔食電位よりも30mV以上卑に
する必要があることが種々の実験により判明した。 この点、合金元素としてSnやZnを使用せずにプレー
ジングシートより30+++V以上卑な孔食電位を有す
るアルミニウム合金としては、例えば純アルミニウムが
知られているが、フィン材としての強度が不十分なため
、実用的でない。 また、フィン材として一般的に用いられているAfl−
Mn系合金3003は、強度ろう付け性等は良好である
が、プレージングシートとの孔食電位の差は殆どないた
め、犠牲陽極効果は得られない。 そこで、本発明者は、従来のフィン材に用いられている
An−Mn系合金の孔食電位を卑に移行させる方法を検
討した結果9Mn固溶陽を抑制させることが最も効果的
であることが判明した。具体的には、Mn添加量の規制
、Fe添加によるMn(7) A Q −Mn −Fe
系化合物としての固定等である。 この場合、Mn添加量の規制により強度が低下するが、
この強度低下に対してはMgの添加が有効であること、
また耐サグ性、耐座屈性の向上には、再結晶を抑制させ
る効果が大きく且つ電位を貴に移行させないZrを添加
すること、最終焼鈍後(ろう付け前)の冷間加工率をコ
ントロールすることが有効であること等が明らかになり
、ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明に係るフィン材は、Mn: 0 。 3〜0.7%、Mg:0.3〜1.5%、Zr:0.0
1〜0.2%及びFe:0.1〜0.6%を含み、必要
に応じて更にZn:0.1〜0.8%を含み、残部がA
lよりなることを特徴とする真空ろう付け法により組立
てられる熱交換器用で犠牲陽極効果とろう付け時の耐座
屈性に優れたフィン材、を要旨とするものである。 また、かへるフィン材の製造方法は、上記化学成分を有
するAl金合金らなるフィン材を製造するに当たり、最
終焼鈍後の冷間加工を加工率10〜40%で行うことを
特徴とするものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 (作用) 前述のように1本発明は、真空ろう付け法により組立て
られる熱交換器のフィン材として、アルミニウム合金に
とって特異な合金元素であるSnを含まず、また真空ろ
う付け時に蒸発飛散し炉の汚染を促進させるZnを規制
しても、プレージングシートよりなるタンクやチューブ
材を犠牲陽極作用により防食することを可能にしたもの
であり。 添加Mnjiの抑制やFe添加等により固溶M n F
Jを規制することにより、従来から使用されているプレ
ージングシートに対し30mV以上卑な孔食電位を得る
と共に、Zr’6f=加や冷間加工率のコントロールに
より耐座屈性を改善し、またMg添加によりフィン材と
しての必要強度を得たものである。 更に、必要量のZnを添加することにより、真空炉のメ
ンテナンスを容易にしたものである。 以下に各添加元素の限定理由について説明する。 Mn: Mnはろう付け時の強度及びろう付け後の強度、ろう付
け性の確保に必要な元素であるが1反面。 固溶量が増大するとアルミニウム合金の孔食電位が貴に
移行するため、固溶量は極力抑制する必要がある。ろう
付け性、ろう付け後の強度を維持するには最低添加量と
して0.3%が必要である。 しかし、Fe添加や製造条件のコントロールによってM
n固溶量を抑制することによりプレージングシートに対
し30mV卑な孔食電位が得られる限度は、0.7%で
ある。したがって、Mniは0゜3〜0.7%の範囲と
する。 Mg: Mgはろう付け後の強度を得るために必要であるが、M
n量を上記範囲(0,3〜0.7%)に規制したため、
0.3〜1.5%の添加が必要である。 Mgが0.3%未満では充分な強度が得られず、また1
、5%を超えて含有するとろう付け性の低下を招くので
好ましくない。 Zr: Zrはフィン材の組織をコントロールし、ろう付け時の
耐座屈性を向上させるのに有効である。 しかし、0.01%未満ではその効果が不十分であり、
また0、2%を超えると効果は飽和し、逆に粗大金属間
化合物が形成され、加工性の低下を招くので+rましく
ない。したがって、Zr:!tは0゜01〜0.2%の
範囲とする。 Fe: FeはMnとAl−Mn−Fe系の化合物を作って析出
し、固溶M n 、lを抑制させるのに有効である。 しかし、0.1%未満では効果が不十分となり、0.6
%を超えて含有すると、A Q −Fe系化合物となっ
て析出して耐食性を低下させ、またアルミニウム合金の
組織を微細化し、耐サグ性、耐座屈性を低下させるので
好ましくない。したがって、F e 、tは0.1〜0
.6%の範囲とする。 なお、Mn固78.!fを極力抑制し、A Q −Fe
系化合物の析出を抑制するのが好ましく、そのためには
上記MnとFeについてM n / F e比を1〜3
の範囲に規制するように含有させるのがよい。 Zn: Znは真空炉のメンテナンスを容易にする作用が認めら
れているので、必要に応じ、適量を添加することができ
る。しかし、0.1%未満ではその効果が不十分であり
、また0、8%を超えると炉の汚染が促進されるため、
添加量は0.1−0゜8%の範囲とする。 次に、フィン材の製造法について説明する。 フィン材は、上記化学成分を有するAl合金から常法に
より製造されるが1本発明の場合、最終焼鈍後の冷間加
工率を規制する必要がある。 すなわち、耐サグ性、耐座屈性はフィン材の組織に大き
く依存し、ろう付け温度直下の温度において、再結晶が
完了しており且つ結晶粒サイズが200μm以上あると
、耐サグ性、耐座屈性に優れることが判明した。このよ
うな組織を得るための製造条件としては、最終焼鈍後の
冷間加工を加工率10〜40%の範囲で行うことが必要
である。 加工率が10%未満では耐サグ性、耐座屈性改善の効果
が得られず、40%を超えると耐サグ性、耐座屈性の向
上効果が少なくなるので好ましくない。勿論、製造工程
は常法によるものでよく、他の製造条件も制限されない
。 なお、本発明のフィン材は、プレージングシートの材質
、構成を特に制限することなく適用でき、また真空ろう
付けの条件も制限されない。 以下に本発明の実施例を示す。 (実施例) 第1表に示す化学成分を有するAn合金から。 同表に示す加工率の冷間加工を含む製造工程により、Q
、1mm板厚のAl合金板を製造し、またこのAM合金
板からフィン材を製造し、準備した。 まず、得られたAl合金板又はフィン材について、機械
的性質、耐サグ性及び耐座屈性を調べた結果を第2表に
示す。 なお、n械的性質については、上記Al合金板を5 X
 I 0−sTorrの真空中で595℃X31Ili
n加熱した後、引張強さを測定した。 耐サグ性については、上記Al合金板試験片を第1図に
示す状態にセットし、5 X 10−sTorrの真空
中で595°CX 3 win加熱し、垂下量を測定し
て評価した。 耐座屈性については、上記フィン材試験片(10山、ピ
ッチ5+am;フィン高さ12■m:フイン幅25mm
)を第2図に示す状態にセットし、荷重350gをかけ
、5 X I Q −’ Torrの真空中で595℃
X3mjn加熱し、座屈量を測定して37価した。 次に、得られたAl合金板について、電気化学的特性を
d11定すると共に犠牲陽極効果を調べた。 その結果を第3表に示す。 なお、′a電気化学的特性ついては、上記Al合金板を
5 X I 0−sTorrの真空中で595℃×3I
11n加熱した後、3.5%NaCQ 、 l)H3、
大気解放、温度25℃の条件にて、孔食電位を41q定
し、またプレージングシートとのガルバニック電流を測
定した。プレージングシートは、JISZ3236に規
定され71BA8PC(芯材3003゜皮材40o4、
板厚0.6mm、クラツド率15%)を用いた。 犠牲陽極効果については、上記Al合金板を第3図に示
す状態に前記プレージングシートと組み合わせ、 5 
X I O−’Torrの真空中で595℃X3 l1
in加熱ろう付けした後、CASS試験により200時
間及び400時間後のプレージングシートの腐食状況(
腐食深さ)を調べ、フィン材のプレージングシートに対
する犠牲陽極効果の確認を行った・ 第2表より、本発明材は何れも、従来よりフィン材とし
て多用されている3003合金(Nα16)と同等以上
の強度を有し、より優れた耐サグ性。 耐座屈性を有していることがわかる。 第3表より、本発明材は何れも、従来よりフィン材とし
て多用されている3003合金(Nn16)に比へ30
mV以」二環な孔食電位を示し、プレージングシートと
のガルバニック電流も大きい値を示していることがわか
る。また、本発明材は犠牲陽極効果が明らかに認められ
、従来材である3゜O3フィン材(Nn16)と比較す
るとプレージングシートの腐食は著しく軽微である。 一方、化学成分が本発明範囲外である従来例N。 17〜N018や、比較例Nα19〜Na 26は、少
なくとも耐座屈性、犠牲陽極効果の何れがが劣っている
。また、本発明範囲内の化学成分を有していても製造条
件が本発明範囲外の比較例Nci27〜Nα28は耐座
屈性が劣っている。
【以下余白】
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、真空ろう付け法
により組qてられる熱交換器のフィン材を、アルミニウ
ム合金にとって特異な添加元素であるSnを含有せずに
化学成分を調整し、製造条件をコントロールして得るの
で、優れた犠牲陽極効果が得られると共にフィン材の耐
座屈性が向上し、更には強度も確保できるため、熱交換
器のコストダウン、軽量化等、工業上顕著な効果が得ら
れるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は耐サグ性評価試験の要領並びに試験片のセット
状態を示す図。 第2図は耐座屈性試験の要領並びにフィン試験片のセッ
ト状態を示す図、 第3図は犠牲陽極効果の確認試験に用いたフィンとプレ
ージングシートの組み合わせ状態を示す図である。 ■・・・耐サグ性評価試験片、2・・・フィン試験片。 3 ・フィン材、4・ プレージングシート。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で(以下、同じ)、Mn:0.3〜0.7
    %、Mg:0.3〜1.5%、Zr:0.01〜0.2
    %及びFe:0.1〜0.6%を含み、残部がAlより
    なることを特徴とする真空ろう付け法により組立てられ
    る熱交換器用で犠牲陽極効果とろう付け時の耐座屈性に
    優れたフィン材。
  2. (2)Mn:0.3〜0.7%、Mg:0.3〜1.5
    %、Zr:0.01〜0.2%及びFe:0.1〜 0
    .6%を含み、更にZn:0.1〜0.8%を含み、残
    部がAlよりなることを特徴とする真空ろう付け法によ
    り組立てられる熱交換器用で犠牲陽極効果とろう付け時
    の耐座屈性に優れたフィン材。
  3. (3)Mn/ Fe比が1〜3の範囲である請求項1又
    は2に記載のフィン材。
  4. (4)請求項1〜3のいずれかに記載の組成を有するA
    l合金からなるフィン材を製造するに当たり、最終焼鈍
    後の冷間加工を加工率10〜40%で行うことを特徴と
    する真空ろう付け法により組立てられる熱交換器用で犠
    牲陽極効果とろう付け時の耐座屈性に優れたフィン材の
    製造方法。
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