JPH0688695A - アルミ製熱交換器用複合チューブとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 溶接により成形したＡｌ又はＡｌ合金製チュ
ーブの表面の少なくとも一部に、半田としてＭｇ： 0.1
〜1.5 wt％、Ｓｎ： 1.5〜10wt％、Ａｌ： 0.005〜７wt
％を含有し、又はさらにＣｕ：０〜５wt％、Ｔｉ：０〜
0.5 wt％のうち１種又は２種を含有し、残部Ｚｎと不可
避的不純物からなるＺｎ基合金を被覆したアルミ製熱交
換器用複合チューブ。 【効果】 アルミ製熱交換器のろう付け工程における接
合温度を低くすることができ、またＺｎ基合金がチュー
ブ材に比し電気化学的に卑であってチューブ材に対し犠
牲作用を有するため、チューブの穴あき腐食に対する長
期信頼性を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミ製熱交換器用複
合チューブとその製造方法に関するもので、特に溶接に
より成形したチューブを用いるアルミ製熱交換器におい
て、ろう付け工程における接合温度を低くし、長期にわ
たる信頼性を確保すると共に、コスト低減を計ったもの
である。

【０００２】

【従来の技術】アルミ又はアルミ合金製の熱交換器の構
造は複雑であるため、一般的にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材
をクラッドしたブレージングシートを組立品の構成部品
の一部に使用し、芯材の融点直下である約 600℃に昇温
し、ノコロックろう付け法、真空ろう付け法等の炉中ろ
う付け法により、構成部品同士を接合することにより一
体化している。例えばチューブに電縫管を用いる熱交換
器においては、チューブの穴あき腐食を防ぐために、チ
ューブ材をブレージングシートとしている。一方、冷間
又は熱間押し出しにより成形したチューブを用いる熱交
換器においては、チューブにブレージングシートを使用
できないため、フィン材をブレージングシートとして、
チューブの穴あき腐食を防止する目的でチューブ表面に
Ｚｎを溶射した後ろう付けをしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般にアルミ製熱交換
器は、ブレージングシートの形でＡｌ−Ｓｉ系合金ろう
材を用いてろう付けされるため、接合温度が約 600℃と
高く、さらにこの温度はろう材以外の材料の融点に接近
しているため、厳密な温度制御が不可欠である。また真
空、あるいは不活性ガス雰囲気に保持する必要があるこ
とから、設備費、ランニングコストが高いという問題が
ある。

【０００４】また上記電縫管チューブの場合には皮材に
使用されるろう材の融点により、芯材に使用される材料
も制約を受けている。更にクラッド材を使用するため、
これらの屑の転回による再利用が実質的にできないとい
う問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み種々
検討の結果、アルミ系材料の接合をより低温で行え、コ
スト低減と長期にわたる信頼性を確保できるアルミ製熱
交換器用複合チューブ、特に電縫管チューブのように溶
接により成形されるチューブとその製造方法を開発した
ものである。

【０００６】即ち本発明複合チューブは、溶接により成
形したＡｌ又はＡｌ合金製チューブの少なくとも一部
に、半田としてＭｇ： 0.1〜1.5 wt％（以下wt％を％と
略記）、Ｓｎ： 1.5〜10％、Ａｌ： 0.005〜７％を含有
し、又はさらにＣｕ：０〜５％、Ｔｉ：０〜0.5 ％のう
ち１種又は２種を含有し、残部Ｚｎと不可避的不純物か
らなるＺｎ基合金を被覆したことを特徴とする。

【０００７】また本発明複合チューブの製造方法は、溶
接により成形したＡｌ又はＡｌ合金製チューブの表面の
少なくとも一部に、半田としてＭｇ： 0.1〜1.5 ％、Ｓ
ｎ：1.5 〜10％、Ａｌ： 0.005〜７％を含有し、又はさ
らにＣｕ：０〜５％、Ｔｉ：０〜0.5 ％のうち１種又は
２種を含有し、残部Ｚｎと不可避的不純物からなるＺｎ
基合金を 420℃以上 510℃以下の温度で被覆することを
特徴とし、Ｚｎ基合金をフラックス、超音波又はこれら
を併用する溶融メッキにより被覆する。

【０００８】

【作用】本発明は上記のごとく、溶接により形成したＡ
ｌ又はＡｌ合金製チューブの表面の少なくとも一部に、
半田としてＺｎ基合金を被覆した複合チューブを用いる
ことによりチューブと熱的に接合する必要のある部品に
従来の接合温度の高いブレージングシートを必要とせ
ず、より低温での接合が可能となる。このため例えばフ
ィン材にＪＩＳ５０００系の比較的低い液相点を持つ高
強度Ａｌ−Ｍｇ系合金材料の使用も可能であり、さらに
接合部品の薄肉化も可能となる。そしてチューブ表面に
半田として被覆したＺｎ基合金が、チューブ材に対して
犠牲陽極層として作用するため、チューブの穴あき腐食
を防止でき、長期にわたる信頼性を確保することが可能
となる。

【０００９】半田として被覆するＺｎ基合金としては、
Ｍｇ： 0.1〜1.5 ％、Ｓｎ： 1.5〜10％、Ａｌ： 0.005
〜７％を含有し、又はさらにＣｕ：０〜５％、Ｔｉ：０
〜0.5 ％のうち１種又は２種を含有し、残部Ｚｎと不可
避的不純物からなるＺｎ基合金を用いる。本発明におい
て接合に用いるＺｎ基合金の適用は、上記のように接合
部位や部材に被覆して用いる。そしてこの被覆法として
は、フラックスを用いる溶融めっき、あるいは超音波を
併用する溶融めっき等が経済的にも有利である。また被
処理材をジンケート処理した後溶融メッキしても良い。

【００１０】次に本発明に係るＺｎ基合金への元素の添
加理由と添加量の限定理由について説明する。一般にＭ
ｇはＺｎ合金の粒界腐食を防止する目的で添加される
が、本発明のＺｎ合金にＭｇを添加することで腐食量が
極めて少なくなることを見いだした。またＭｇの添加に
よりＺｎ合金の融点が低下する。しかしながら、Ｍｇ
0.1％未満では耐食性改善の効果が少なく、またＭｇ 1.
5％を越えて添加すると耐食性改善効果は見られるが、
Ｚｎ合金の酸化が激しくなり半田付け性が著しく低下す
るため、半田付け作業が困難となる。したがって、Ｍｇ
添加量は 0.1〜1.5 ％の範囲内とするが、0.25〜0.75％
の添加量とするのがより好ましい。

【００１１】Ｓｎの添加はＺｎ合金の融点の低下、アル
ミとの濡れ性の改善、接合性の改善に効果的である。し
かしながら、 1.5％未満ではこれらの効果はなく、また
10％を越えて添加しても濡れ性の改善は認められず、接
合強度が弱くなってしまう。したがって、Ｓｎ添加量は
1.5〜10％の範囲内とする。

【００１２】Ａｌの添加は、溶融Ｚｎの酸化を防止し作
業性を改善すると共に、融点を下げる効果がみられる。
しかしながら、 0.005％未満の添加では酸化防止の効果
がみられず、７％を越えて添加すると融点が上昇し、Ｚ
ｎ基合金の濡れ性を劣化させ、接合作業性を悪くする。
したがって、Ａｌの添加量は 0.005〜７％の範囲内とす
る。

【００１３】Ｃｕの添加はＺｎ基合金とＡｌとの濡れ
性、強度を改善するためであり、Ｃｕの添加量を５％以
下としたのは、５％を越えると融点が上がりすぎて接合
作業性を悪くするためである。

【００１４】Ｔｉの添加はＺｎ合金の酸化防止、Ａｌと
の濡れ性改善、及び色合いの変化を防止するためであ
り、Ｔｉの添加量を 0.5％以下としたのは、 0.5％を越
えると融点が上がりすぎて接合作業性を悪くするためで
ある。

【００１５】またＺｎ基合金半田の被覆温度を 420℃以
上 510℃以下としたのは以下の理由による。即ち本Ｚｎ
基合金の融点は概ね 390℃以上であり、 420℃未満では
Ｚｎ基合金の広がり性、濡れ性が確保できず、本Ｚｎ基
合金半田を介在させての他部材との健全な接合ができに
くい為である。また 510℃を越えると、オーバーヒート
となり、他部材との接合部にブローホール等の欠陥がで
き易くなると共に必要以上の加熱はエネルギーコスト的
にも不利となるためである。

【００１６】また本発明チューブを用いて他の熱交換器
用部品と組み合わせ、これらを上記Ｚｎ基合金により半
田接合する際の温度は上記被覆処理温度と同程度でよ
い。

【００１７】

【実施例】本発明を以下の実施例に基づき説明する。Ｊ
ＩＳ１１００合金（Ａｌ−0.12％Ｃｕ）を用いて溶接に
より多穴チューブを形成し、該チューブを表１に示す組
成のＺｎ基合金を溶融して 480℃に保持した溶融メッキ
槽に浸漬し、超音波を併用して該チューブの外側に約30
〜40μｍの厚さでＺｎ基合金半田を被覆し、アルミ製熱
交換器用複合チューブを作製した。この複合チューブの
複数枚の間にコルゲート加工を施したＪＩＳ３００３合
金（Ａｌ−0.15％Ｃｕ− 1.2％Ｍｎ）らかなるフィン材
をはさみ、炉内で 450℃に加熱して接合し、図１に示す
ラジエータコアを組み立てた。図において（１）はチュ
ーブ、（２）はフィンを示す。

【００１８】従来例としてはチューブに上記ＪＩＳ１１
００合金を芯材とするブレージングシート（皮材はＪＩ
Ｓ４０４５（Ａｌ−10％Ｓｉ）合金ろう材）を使用する
従来法により同様のラジエータコアを組み立て、 600℃
に加熱して接合した。

【００１９】これらのラジエータコアについて、フィン
とチューブとの接合状態を目視にて観察し、また以下の
腐食試験を施して、それらの結果を表１に併記した。即
ち得られたラジエータコアに塩水噴霧試験を 500時間行
い、腐食試験後のラジエータコアに対してフィンとチュ
ーブの剥離具合を観察した。

【００２０】

【表１】 ＊１ Ａ：接合良好、Ｂ：接合可、Ｃ：接合不可 ＊２ Ａ：剥がれ部無し、Ｂ：一部剥がれ、Ｃ：剥がれ
箇所多数

【００２１】表１によると、本発明例のＮo.１〜８では
従来例のろう付け法に比べて 150℃低い 450℃でろう付
けが可能であり、さらに半田付け性が良好で、腐食試験
後の強度が高くなっている。本発明の範囲外である比較
例Ｎo.９〜13では半田付け性が悪く腐食試験後にフィン
とチューブの剥離が発生しているのがわかる。以上本発
明による複合チューブをアルミ製ラジエータコアに適用
した例について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、溶接により形成したチューブを用いるア
ルミ又はアルミ製熱交換器一般に適用できるものである
ことは言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】このように本発明によれば、アルミ製熱
交換器のろう付け工程における接合温度を低くすること
ができ、またＺｎ基合金がチューブに比し電気化学的に
卑であってチューブ材に対し犠牲作用を有するため、チ
ューブ材の穴あき腐食に対する長期信頼性を確保するこ
とができる等、工業上顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジエータコアの一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ チューブ ２ フィン材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接により成形したＡｌ又はＡｌ合金製
   チューブの表面の少なくとも一部に、半田としてＭｇ：
   0.1〜1.5 wt％、Ｓｎ： 1.5〜10wt％、Ａｌ： 0.005〜
   ７wt％を含有し、又はさらにＣｕ：０〜５wt％、Ｔｉ：
   ０〜0.5 wt％のうち１種又は２種を含有し、残部Ｚｎと
   不可避的不純物からなるＺｎ基合金を被覆したことを特
   徴とするアルミ製熱交換器用複合チューブ。
2. 【請求項２】 溶接により成形したＡｌ又はＡｌ合金製
   チューブの表面の少なくとも一部に、半田としてＭｇ：
   0.1〜1.5 wt％、Ｓｎ： 1.5〜10wt％、Ａｌ： 0.005〜
   ７wt％を含有し、又はさらにＣｕ：０〜５wt％、Ｔｉ：
   ０〜 0.5wt％のうち１種又は２種を含有し、残部Ｚｎと
   不可避的不純物からなるＺｎ基合金を420 ℃以上 510℃
   以下の温度で被覆することを特徴とするアルミ製熱交換
   器用複合チューブの製造方法。