JPH1017967A

JPH1017967A - アルミニウム合金製熱交換器用複合材

Info

Publication number: JPH1017967A
Application number: JP16717196A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yoshitomi; 雄二吉冨; Tatsuya Fujiyoshi; 達也藤吉
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【目的】広いpH領域で優れた耐食性を発揮させて、ア
ルミニウム製熱交換器の耐久性向上を図る。【構成】複合材２は、芯材３と、この芯材３の片面に
積層されたろう材４と、上記芯材３の他面に積層された
犠牲材５とから成る。この犠牲材５は、０．７重量％を
越え１．２重量％以下のFeと０．１〜１．５重量％のZn
とを含み、残りを不可避不純物とAlとしたアルミニウム
合金である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係るアルミニウム合金
製熱交換器用複合材は、ラジエータのコア部を構成する
伝熱管が内部を流通する冷却水により腐食するのを防止
する為、この伝熱管を造る為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジンの冷却水を放熱する為
のラジエータは、近年真鍮に代えてアルミニウム合金に
より造る場合が多くなっている。アルミニウム合金は真
鍮に比べて腐食し易く、特に板材の厚さ方向に腐食が進
行する、所謂孔食が発生し易い。この為従来から、アル
ミニウム合金製の芯材の表面に、やはりアルミニウム合
金製で上記芯材よりも電位が卑な犠牲材を積層した複合
材（クラッド材）を使用して、上記孔食の発生防止を図
っている。

【０００３】例えばフィンと交互に組み合わされてラジ
エータのコア部を構成する、図１に示す様な伝熱管１
は、同図に示す様に、３層構造の複合材２により構成し
ている。この複合材２は、芯材３の片面にろう材４を、
同じく芯材３の他面に犠牲材５を、それぞれ積層して成
る。このうちのろう材４は、上記複合材２により伝熱管
１を造った状態でこの伝熱管１の外周面を覆い、この伝
熱管１の外周面と図示しないコルゲート型のフィンとを
ろう付け接合する為に利用する。又、上記犠牲材５は、
上記伝熱管１を造った状態でこの伝熱管１の内周面を覆
い、この伝熱管１内を流れる冷却水により上記複合材２
に、上記孔食が発生するのを防止する。

【０００４】上述の様な複合材２を構成するアルミニウ
ム合金として従来は、芯材３を3003材（JIS H 4000：
０．６重量％以下のSiと、０．７重量％以下のFeと、
０．０５〜０．２０重量％のCuと、１．０〜１．５重量
％のMnと、０．１０重量％以下のZnと、個々が０．０５
重量％以下で合計が０．１５重量％以下の不可避不純物
とを含み、残部をAlとしたもの）とし、ろう材４を4343
材（６．８〜８．２重量％のSiと、０．８重量％以下の
Feと、０．２５重量％以下のCuと、０．１０重量％以下
のMnと、０．２０重量％以下のZnと、個々が０．０５重
量％以下で合計が０．１５重量％以下の不可避不純物と
を含み、残部をAlとしたもの）とし、犠牲材５を7072材
（合計で０．７重量％以下のSi及びFeと、０．１０重量
％以下のCuと、０．１０重量％以下のMnと、０．１０重
量％以下のMgと、０．８〜１．３重量％のZnと、個々が
０．０５重量％以下で合計が０．１５重量％以下の不可
避不純物とを含み、残部をAlとしたもの）としたものを
使用していた。特に、犠牲材５を構成するアルミニウム
合金中のZnの含有率を、０．８５〜１．１５重量％の範
囲に規制していた。

【０００５】この様な３層構造の複合材２により伝熱管
１を造った場合、この伝熱管１の内周面を覆った犠牲材
５が犠牲腐食して、上記伝熱管１内を流れる冷却水によ
りこの伝熱管１に孔食が発生するのを防止する。即ち、
芯材３を構成する3003材よりもZnの含有量が多く、この
3003材よりも電位が卑である7072材が犠牲腐食して、上
記芯材３にまで腐食が及ぶ事を防止し、上記伝熱管１内
を流れる冷却水により、この芯材３に腐食が達する事を
防止する。一方、上記伝熱管１の外周面を覆ったろう材
４は、この伝熱管１と前記フィンとをろう付け接合す
る。尚、このフィンも、上記7072材、或は7N01材、7075
材の如く、芯材３を構成する3003材よりもZnの含有量が
多く、電位が卑なアルミニウム合金を使用する。従っ
て、上記伝熱管１の外周面側からの腐食は、上記フィン
が犠牲腐食する事により、上記芯材３にまで達する事を
防止する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ラジエータのコア部を
構成する伝熱管１内を流れる冷却水は、一般的には弱酸
性乃至は中性である為、この伝熱管１の内周面を覆う犠
牲材５として7072材を使用すれば、十分な耐孔食性を得
られる。これに対して、上記冷却水がアルカリ性になる
と、上記7072材製の犠牲材５による耐孔食性は不十分と
なる。即ち、上記冷却水には不凍液と防錆剤とを兼ねた
ＬＬＣ（ロングライフクーラント）を混入するが、この
ＬＬＣの交換を所定期間内に行なわないと、上記冷却水
がアルカリ性に（最大でpH１０程度にまで）変化する場
合がある。一方、上記犠牲材５を構成する7072材の主た
る構成材料は両性元素である為、上記冷却水がアルカリ
性に変化すると、十分な耐食性を得られなくなる。本発
明はこの様な事情に鑑みて、アルカリ性の液体に対する
耐孔食性も十分に確保できるアルミニウム合金製熱交換
器用複合材を提供する事を目的に発明したものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム合
金製熱交換器用複合材は、前述したアルミニウム合金製
熱交換器用複合材と同様、図１に示す様に、アルミニウ
ム合金製の芯材３と、この芯材３の片面に積層されたア
ルミニウム合金製のろう材４と、上記芯材３の他面に積
層されたアルミニウム合金製の犠牲材５とから成る。上
記芯材３は、やはり前述した従来のアルミニウム合金製
熱交換器用を構成する芯材３と同様に、3003材である、
０．６重量％以下のSiと、０．７重量％以下のFeと、
０．０５〜０．２０重量％のCuと、１．０〜１．５重量
％のMnと、０．１０重量％以下のZnと、個々が０．０５
重量％以下で合計が０．１５重量％以下の不可避不純物
とを含み、残部をAlとしたアルミニウム合金により構成
している。又、上記ろう材４は、前述した4343材（Siの
含有量＝６．８〜８．２重量％）、或は4543材（同じく
５．０〜７．０重量％）、4643材（同じく３．６〜４．
６重量％）、4044材（同じく７．８〜９．２重量％）、
4045材（同じく９．０〜１１．０重量％）、4145材（同
じく９．３〜１０．７重量％）等の様に、Siを多く含む
低融点のアルミニウム合金により構成している。

【０００８】特に、本発明のアルミニウム合金製熱交換
器用複合材では、上記犠牲材５は、０．７重量％を越え
１．２重量％以下のFeと０．１〜１．５重量％のZnとを
含み、残りを不可避不純物とAlとしたものとしている。
尚、このZnの含有量としてより好ましくは、０．３〜
１．５重量％とする。又、上記犠牲材５中に含まれるF
e、Zn、Al以外の元素の最大量は、前述した7072材に準
じて規制する（Fe、Zn、Al以外の元素は、7072材以上に
は含有させない）が、好ましくは可及的僅少に抑える。

【０００９】

【作用】上述の様に構成される本発明のアルミニウム合
金製熱交換器用複合材の場合には、犠牲材５をAl-Fe-Zn
系のアルミニウム合金とし、このアルミニウム合金の構
成材料中の両性元素の比率を抑えているので、上記アル
ミニウム合金製熱交換器用複合材の片面でこの犠牲材５
により覆われている面が、アルカリ性の溶液に曝されて
も、十分な耐食性を得られる。言い換えれば、上記犠牲
材５を構成するアルミニウム合金の電位を、芯材３を構
成するアルミニウム合金（3003材）よりも著しく卑にす
る事により、上記芯材３に腐食（特に孔食）が及ぶ事を
防止する。これと共に、上記犠牲材５を構成するアルミ
ニウム合金中の両性元素の比率を抑える事により、広範
なpH領域で、上記犠牲材５の防食効果を十分に発揮させ
る。

【００１０】即ち、上記犠牲材５を構成するアルミニウ
ム合金中に、０．１〜１．５重量％と比較的多量のZnを
含有させる事により、この犠牲材５の電位を芯材３の電
位よりも著しく卑にして、この芯材３に腐食が及ぶ事
を、長期間に亙り有効に防止する。尚、Znの含有量が
０．１重量％未満の場合には、上記犠牲材５と芯材３と
の電位差が不十分で、この犠牲材５の犠牲腐食による上
記芯材３の防食効果が不十分となる。反対に、Znの含有
量が１．５重量％を越えると、犠牲材５を構成するアル
ミニウム合金中での両性元素の割合が多くなり、アルカ
リ性溶液中での耐食性が不十分となる。そこで、Znの含
有量を０．１〜１．５重量％の範囲に規制して、広いpH
領域で十分な耐食性を発揮できる様にした。Znの含有量
を、前述の様に０．３〜１．５重量％の範囲に規制すれ
ば、より優れた耐食性を得られる。

【００１１】又、上記犠牲材５を構成するアルミニウム
合金中に、０．７重量％を越え１．２重量％以下と、比
較的多量のFeを含有させる事により、上記犠牲材５の表
面にFeAl₃ 等のAl-Fe 系化合物を均一に分散させて、孔
食の発生を抑える。即ち、このAl-Fe 系化合物は、上記
犠牲材５を構成するアルミニウム合金中に均一に分散す
るが、この金属間化合物（Al-Fe 化合物）上には、保護
膜として働くはずのベーマイト層が形成されない。この
結果、上記犠牲材５を構成するアルミニウム合金が腐食
する場合には、Al-Fe 系化合物の周辺部が優先的に同時
溶解する、全面腐食の形態をとり、部分的に板厚方向に
腐食が進行する孔食の発生を著しく抑制する。この結
果、上記芯材３にまで腐食が達する事を有効に防止でき
る。

【００１２】上記犠牲材５を構成するアルミニウム合金
中へのFeの含有量が０．７重量％以下の場合には、上述
の様なAl-Fe 系化合物の割合（生成量）が不十分とな
り、所望の耐食性を得られなくなる。反対に、上記アル
ミニウム合金中へのFeの含有量が１．２重量％を越える
と、上記Al-Fe 系化合物が粗大化し、微細なAl-Fe 系化
合物を上記アルミニウム合金の素地中に均一に分散させ
る事ができず、やはり所望の耐食性を得られなくなる。
そこで、Feの含有量を０．７重量％を越え１．２重量％
以下の範囲に規制した。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の効果を確認する為に行なった
実験に就いて説明する。実験は、犠牲材５を構成する為
のアルミニウム合金として、次の表１に示した７種類の
アルミニウム合金を用意した。これら７種類のアルミニ
ウム合金のうち、実施例１、２（試作合金Ａ、Ｂ）が、
本発明に属するものを、比較例１〜５が、本発明からは
外れるものを、それぞれ示している。又、比較例１〜５
のうちの比較例１〜３（試作合金Ｃ、Ｄ、Ｅ）は、好ま
しいFe及びZnの含有率の範囲を知る為、新たに考え出し
たアルミニウム合金を、比較例４は、純アルミニウム系
としてＪＩＳに規定されている1070材を、比較例５は、
前述の様に従来から使用されている7072材である。

【００１４】

【表１】

【００１５】これら７種類の合金を犠牲材５として使用
し、次の表２に示す様に、芯材３である3003材とろう材
４である4343材と組み合わせて、図１に示す様な複合材
２を構成し、試作材５種類と比較材２種類との、合計７
種類の試料を作成した。

【００１６】

【表２】

【００１７】これら７種類の試料に就いて、ろう材４の
表面に弗化物系のフラックスを塗布した後、ろう付け温
度（凡そ６００℃）にまで加熱し、アルミニウム合金製
熱交換器をろう付けする場合と同様の熱処理を施した。
更に、この熱処理を施した７種類の試料に就いて同じ条
件で腐食試験を施し、上記犠牲材５で覆われた側に発生
する腐食の状態を観察した。上記腐食試験は、ＬＬＣを
水で３０容量％に希釈したものにNaOHを加える事でpHを
１０に調整した溶液に、上記各試料を浸漬する事で行な
った。又、上記腐食試験は、上記溶液を８８℃に加温し
たままの状態で８時間経過させた後、室温で１６時間放
置する行程を１サイクルとして、９０日間（９０サイク
ル）行なった。この様にして行なった腐食試験の結果
を、次の表３に示す。

【００１８】

【表３】

【００１９】上記表３に記載した判定の欄は、犠牲材５
による芯材３の防食効果が十分であるか否かを示したも
のである。この判定は、複合材２の片面で上記犠牲材５
により覆われている面に発生する孔食の深さが、上記犠
牲材５の厚さである５０μｍを越えているか否かにより
行なった。上記孔食の深さが５０μｍ以下の場合には、
上記犠牲材５による芯材３の防食効果が十分であるとし
て、上記判定の欄に『良好』と記載した。反対に、上記
孔食の深さが５０μｍを越えている場合には、上記犠牲
材５による芯材３の防食効果が不十分であるとして、上
記判定の欄に『不良』と記載した。この表３から明らか
な通り、犠牲材５を構成するアルミニウム合金中に０．
７重量％を越え１．２重量％以下のFeと、０．１〜１．
５重量％のZnとを含ませた本発明のアルミニウム合金製
熱交換器用複合材は、アルカリ製溶液中でも優れた耐食
性を発揮する。

【００２０】

【発明の効果】本発明のアルミニウム合金製熱交換器用
複合材は、以上に述べた通り構成され作用するが、広い
pH領域で優れた耐食性を発揮するので、アルミニウム製
熱交換器の耐久性向上に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象となるアルミニウム合金製熱交換
器用複合材により造った伝熱管の部分拡大断面図。

【符号の説明】

１伝熱管２複合材３芯材４ろう材５犠牲材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２８Ｆ 21/08 Ｆ２８Ｆ 21/08 Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム合金製の芯材と、この芯材
の片面に積層されたアルミニウム合金製のろう材と、上
記芯材の他面に積層されたアルミニウム合金製の犠牲材
とから成るアルミニウム合金製熱交換器用複合材であっ
て、上記芯材は０．６重量％以下のSiと、０．７重量％以下
のFeと、０．０５〜０．２０重量％のCuと、１．０〜
１．５重量％のMnと、０．１０重量％以下のZnと、個々
が０．０５重量％以下で合計が０．１５重量％以下の不
可避不純物とを含み、残部をAlとしたものであり、上記ろう材は、Siを多く含む低融点のアルミニウム合金
であり、上記犠牲材は、０．７重量％を越え１．２重量％以下の
Feと０．１〜１．５重量％のZnとを含み、残りを不可避
不純物とAlとしたものであるアルミニウム合金製熱交換
器用複合材。