JPH11269588A - 熱交換器用高耐食アルミニウム複合材とそれを用いた熱交換器用チューブ材 - Google Patents

熱交換器用高耐食アルミニウム複合材とそれを用いた熱交換器用チューブ材

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JPH11269588A
JPH11269588A JP7022498A JP7022498A JPH11269588A JP H11269588 A JPH11269588 A JP H11269588A JP 7022498 A JP7022498 A JP 7022498A JP 7022498 A JP7022498 A JP 7022498A JP H11269588 A JPH11269588 A JP H11269588A
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JP
Japan
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weight
heat exchanger
alloy
lining material
resistant aluminum
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JP7022498A
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Yutaka Yanagawa
裕 柳川
Yoshiaki Ogiwara
▲吉▼章 荻原
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐食性に優れる熱交換器用アルミニウム複合材
を得ること。 【解決手段】Al合金製の芯材と、その一方の面側にZ
n1.0〜2.0重量%、Mn0.05〜0.5重量%
を含有し残部アルミニウムと不可避的不純物からなるア
ルミニウム合金製の内張材と、他方面側にAl−Si合
金製のろう材とが備わり、内張材表面粗さが中心線平均
粗さ(Ra)で0.1〜0.25μmである、熱交換器
用高耐食アルミニウム複合材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用の熱交換
器に用いられる耐食性に優れたアルミニウム合金複合材
に関し、特に冷媒通路となるチューブに好適なものに関
する。
【0002】
【従来の技術】ラジエーター等の熱交換器は、例えば複
数本のチューブ(冷媒通路になる)の間にコルゲート状
に加工したフィンを形成し、そのチューブの両端にヘッ
ダープレートを取り付けた構造になっている。また、熱
間または温間で管状に押し出し成形した偏平状のチュー
ブを蛇行状に折り曲げ、その隣接するチューブ同士の間
にフィンを取り付けた構造のものも多く用いられてい
る。
【0003】近年はアルミニウム製の熱交換器が用いら
れることも多く、この場合、チューブやフィン、その他
ヘッダー等がアルミニウム材で構成される。通常、これ
らの組み立てはろう付け法によってなされており、フィ
ンやチューブにブレージングシートを適用する場合も多
い。従来、フィンには例えばJIS3003合金やそれ
にZn等を添加した材料等が用いられていた。
【0004】チューブとしては複合材が用いられること
が多い。例えば、冷媒が常時触れるようになっているチ
ューブ内側となる芯材の一方の面側には内張材として例
えばJIS7072合金やそれにMg等を更に添加した
合金等を芯材にクラッドし、芯材の他方の面にはJIS
4045合金等のろう材をクラッドした板状の複合材で
ある。この板状の複合材をロール成形後、電縫溶接等に
よって、ろう材が外側になるようにチューブを組み立て
る。
【0005】フィンや内張材に含まれるZnは犠牲防蝕
効果を与えることを意図したものである。これらのろう
付け時に、Znが芯材側に拡散し、形成されたZn拡散
層が孔食のチューブの深さ方向への進行を抑制するよう
になる。このため耐孔食性に優れた熱交換器が得られ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年は自動車用に代表
される熱交換器の軽量化や小型化がより強く望まれるよ
うになっている。そのためチューブ等の板厚減少に加
え、熱交換器の高機能化に伴うチューブ内部の液流速が
高速化される傾向にある。チューブ内部の液の速度が速
くなると、上述した内張材による耐食効果が低下してし
まうことがある。その現象はエロージョンコロージョン
と呼ばれている。その対策として、内張材の材料表面の
硬度を高める方法が知られている。その硬度を高めるた
めには、内張材にMn等を添加する方法が有力視されて
いるが、過剰にMnを添加すると内張材の犠牲防蝕効果
が低下してしまう、という問題があった。そこで、液流
速が速い場合でもエロージョンコロージョンが起きにく
いチューブ材の開発が望まれていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題に鑑
み、優れた耐食性を有する熱交換器用のアルミニウム合
金複合材を開発するよう鋭意研究開発を行った結果得ら
れたものである。即ち、本発明の熱交換器用高耐食アル
ミニウム複合材は、Al合金製の芯材と、その一方の面
側にZn1.0〜2.0重量%、Mn0.05〜0.5
重量%を含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純
物からなる内張材をクラッドし、前記内張材の中心線平
均粗さ(Ra)が0.1〜0.25μmである、という
ものである。またAl合金製の芯材と、その一方の面側
にZn1.0〜2.0重量%、Mn0.05〜0.5重
量%を含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物
からなる内張材をクラッドし、前記内張材の中心線平均
粗さ(Ra)が0.1〜0.25μm、最大表面粗さR
maxがRaの10倍以下である熱交換器用高耐食アル
ミニウム複合材を提案する。更にこれらの熱交換器用高
耐食アルミニウム複合材において、その芯材の他方面側
にAl−Si合金製のろう材をクラッドした場合も提案
する。
【0008】前記芯材は、Si0.3〜1.2重量%、
Cu0.3〜1.0重量%、Mn0.5〜2.0重量
%、Mg0.05重量%以下を含有し、残部アルミニウ
ムおよび不可避的不純物からなるAl合金製であると良
い。
【0009】上述した熱交換器用高耐食アルミニウム複
合材は、冷間圧延後に、ロールにより前記クラッド材の
内張材表面粗さ(Ra)を0.1〜0.25μmとした
ものである場合を提案する。
【0010】これらの熱交換器用高耐食アルミニウム複
合材は、特に熱交換器用チューブ材に適用すると良い。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の熱交換器用高耐食アルミ
ニウム合金複合材を構成する内張材と芯材、更にろう材
の成分等について説明する。先ず内張材に1.0〜2.
0重量%含まれるZnは、内張材を芯材に対して電位的
に卑になるようにさせて犠牲防食効果を持たせるために
必要である。その含有量であるが、1.0重量%未満で
は犠牲防食効果が不十分であり、一方2.0重量%を超
えると内張材自体の腐蝕速度が速くなってしまい、犠牲
防食効果の持続期間が短くなってしまう。
【0012】内張材に含有させるMnは、それを添加す
ることで、内張材の強度を高めると共に、その表面を硬
くしてエロージョンコロージョンの進行速度を遅くする
効果がある。その含有量であるが、0.05重量%未満
では強度向上および表面硬度の向上に不十分であり、エ
ロージョンコロージョンの抑制が不足する。また0.5
重量%を超えて含有させると、内張材の電位が貴とな
り、犠牲防食効果が損なわれてしまう。
【0013】上記内張材を製造して、それを芯材にクラ
ッドするが、その際、通常の圧延では、内張材の表面粗
さが、中心線平均粗さ(Ra)にして0.07〜0.6
μm程度となるが、本発明ではエロージョンコロージョ
ン抑制の観点により内張材の中心線平均粗さ(Ra)を
0.1〜0.25μmとした。こうすることによりエロ
ージョンコロージョンが効果的に抑制できる。
【0014】この中心線平均粗さ(Ra)が大きいと、
内張材表面の凹凸が大きくて液流による局所的な渦が発
生して、その部分の腐蝕が加速されてしまう。従ってな
るべく内張材の表面は平滑なことが望まれるが、実用的
には中心線平均粗さ(Ra)が0.1μm程度で十分で
ある。それより小さくしても効果の向上が飽和してき
て、製造コスト等の観点も含めると効果は薄い。適切な
内張材の表面粗さは、中心線平均粗さ(Ra)にして、
0.1〜0.25μmである。0.25μmを超える
と、上述したように液流による局所的な渦が発生して、
耐食性が不十分になる。また0.1μm未満にしても効
果が飽和し、工業的に、効率的とはいえない。
【0015】芯材の組成は特に限定されないが、特にS
i0.3〜1.2重量%、Cu0.3〜1.0重量%、
Mn0.5〜2.0重量%、Mg0.05重量%以下を
含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなるA
l合金製であると望ましい。Siは0.3重量%未満で
は、強度向上に効果が少ない。一方、1.2重量%を超
えると単体Siの発生により局部的な腐蝕が進みやすく
なり、深い孔食が生じやすくなってしまう。このためS
iは0.3〜1.2重量%が望ましい。
【0016】Cuは内張材と芯材との電位差を確保させ
て犠牲防食効果を得るために必要である。また芯材の強
度を向上させる。その含有量は0.3〜1.0重量%が
望ましい。0.3重量%未満では犠牲防食効果と強度向
上の効果に乏しく、1.0重量%を超えるとチューブ成
形における電縫加工時に溶接割れが起きやすくなってし
まう。
【0017】Mnは芯材の強度向上に寄与する。その含
有量は0.5〜2.0重量%が望ましい。0.5重量%
未満ではその効果に乏しく、2.0重量%を超えると加
工性が大きく低下するからである。
【0018】Mgは芯材の強度向上に効果が大きい元素
であるが、その望ましい含有量は0.05重量%以下で
ある。現在、アルミニウム製熱交換器の組み立てにおい
て一般的に行われているのはノコロックろう付け法であ
るが、Mgの含有量が0.05重量%を超えると、その
ノコロックろう付け時にフラックスとMgとが反応し、
その結果ろう付け不良を起こすことが多くなるからであ
る。
【0019】ろう材については、通常のろう材を適宜適
用すれば良い。例えばAl−Si系のJIS4343、
JIS4045、JIS4004等である。また、上述
の芯材、内張材、ろう材の複合は、例えば圧延によるク
ラッド法によって行えば良い。更に前記熱交換器用高耐
食アルミニウム複合材の表面粗さの制御は、圧延とは別
にロール加工で表面粗さを制御することも可能である。
【0020】以上の説明においては、熱交換器のチュー
ブ材を例に述べたが、本発明の熱交換器用高耐食アルミ
ニウム合金複合材は、その他、ヘッダープレート等に適
用しても有効である。この場合も優れた耐食性が実現す
る。
【0021】
【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。表1に記す合金組成の芯材、内張材、およびJIS
4045合金のろう材を用意した。内張材は鋳造および
面削した後、450℃の均質化処理を施してから熱間圧
延により5mm厚にし、ろう材は鋳造および面削した後
に熱間圧延により厚さ5mmにし、芯材は面削により4
0mm厚にした。芯材を挟むようにこれらを重ねて熱間
圧延して、厚さ3.5mmのクラッド材とした。更に冷
間圧延により厚さ0.4mmとした後、340℃×2時
間の中間焼鈍を施した。その後、更にロール表面の粗度
が種々異なる圧延ロールを用いて、厚さ0.3mmまで
冷間圧延した。この最後の圧延は、内張材表面の粗度を
調節するために行ったものである。
【0022】以上のようにして得られた複合材の内張材
表面の中心線平均粗さ(Ra)をJIS−B601に基
づいて測定した。また最大表面粗さ(Rmax)も測定
した。耐食性の評価として、Cl- を300ppm、S
4 2-を100ppm、Cu 2+を10ppm含む腐食液
を内張材表面に連続して吹きつけた。その吹きつけ速度
は内張材表面で10m/秒程度になるように調整した。
腐食液の吹きつけ試験は1週間連続で行い、その後、表
面を調査して最大孔食深さを測定した。中心線平均粗さ
および最大孔食深さの測定結果を表1に併記する。
【0023】
【表1】
【0024】表1を見れば判るように、本発明例No.
1〜10はいずれも最大孔食深さが100μm以下であ
る。本発明例No.11、12はRmaxがRaの10
倍を超えているが、最大孔食深さは150μmと抑えら
れている。一方、比較例No.13〜17は内張材の組
成においてSiまたはMnが適量でない上、Raは0.
25μmを、Rmaxは4.00μmを超えるものにな
っており、エロージョンコロージョンによる腐食が顕著
に現れている。このためこれらの孔食は貫通或いは非常
に深いものになってしまっている。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明の熱交換器用高耐食
アルミニウム複合材は、高い耐食性を有し、これを熱交
換器用チューブ材等に用いれば、耐久性に優れる熱交換
器を得ることができる。このように本発明は産業上顕著
な貢献をなすものである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B23K 35/28 310 B23K 35/28 310B F28F 19/06 F28F 19/06 B

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al合金製の芯材と、その一方の面側に
    Zn1.0〜2.0重量%、Mn0.05〜0.5重量
    %を含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物か
    らなる内張材をクラッドし、前記内張材の中心線平均粗
    さ(Ra)が0.1〜0.25μmである熱交換器用高
    耐食アルミニウム複合材。
  2. 【請求項2】 Al合金製の芯材と、その一方の面側に
    Zn1.0〜2.0重量%、Mn0.05〜0.5重量
    %を含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物か
    らなる内張材をクラッドし、前記内張材の中心線平均粗
    さ(Ra)が0.1〜0.25μm、最大表面粗さRm
    axがRaの10倍以下である熱交換器用高耐食アルミ
    ニウム複合材。
  3. 【請求項3】 Al合金製の芯材と、その一方の面側に
    Zn1.0〜2.0重量%、Mn0.05〜0.5重量
    %を含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物か
    らなる内張材をクラッドし、前記内張材の中心線平均粗
    さ(Ra)が0.1〜0.25μmであり、更に前記芯
    材の他方面側にAl−Si合金製のろう材をクラッドし
    た熱交換器用高耐食アルミニウム複合材。
  4. 【請求項4】 Al合金製の芯材と、その一方の面側に
    Zn1.0〜2.0重量%、Mn0.05〜0.5重量
    %を含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物か
    らなる内張材をクラッドし、前記内張材の中心線平均粗
    さ(Ra)が0.1〜0.25μm、最大表面粗さRm
    axがRaの10倍以下であり、更に前記芯材の他方面
    側にAl−Si合金製のろう材をクラッドした熱交換器
    用高耐食アルミニウム複合材。
  5. 【請求項5】 前記芯材が、Si0.3〜1.2重量
    %、Cu0.3〜1.0重量%、Mn0.5〜2.0重
    量%、Mg0.05重量%以下を含有し、残部アルミニ
    ウムおよび不可避的不純物からなるAl合金製である請
    求項1〜4のいずれかに記載の熱交換器用高耐食アルミ
    ニウム複合材。
  6. 【請求項6】 冷間圧延後に、ロールにより前記クラッ
    ド材の内張材表面粗さ(Ra)が0.1〜0.25μm
    とする請求項1〜5のいずれかに記載の熱交換器用高耐
    食アルミニウム複合材。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の複合材
    を用いた熱交換器用チューブ材。
JP7022498A 1998-03-19 1998-03-19 熱交換器用高耐食アルミニウム複合材とそれを用いた熱交換器用チューブ材 Pending JPH11269588A (ja)

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