JPH11309566A - 耐食性に優れた熱交換器の製造方法 - Google Patents

耐食性に優れた熱交換器の製造方法

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JPH11309566A
JPH11309566A JP10113205A JP11320598A JPH11309566A JP H11309566 A JPH11309566 A JP H11309566A JP 10113205 A JP10113205 A JP 10113205A JP 11320598 A JP11320598 A JP 11320598A JP H11309566 A JPH11309566 A JP H11309566A
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JP
Japan
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tube
corrosion resistance
heat exchanger
brazing
weight
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JP10113205A
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English (en)
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Yasunori Hiyougo
靖憲 兵庫
Hiroto Momozaki
博人 桃崎
Ken Toma
建 当摩
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MA Aluminum Corp
Original Assignee
Mitsubishi Aluminum Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器の耐食性を改善する。 【解決手段】 Cu:0.05〜0.20%を含有する
チューブを、Si:5〜60%、Zn:5〜30%を含
有する粉末ろうでろう付する。相手材となるフィンに
は、Mn:0.5〜1.8%、Zn:0.50〜3.0
%を含有させる。 【効果】 チューブの表層部から深部に向けて勾配
の大きな電位勾配層が形成され、深さ方向への腐食進行
が抑制されて耐食性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、特にチューブに
おける耐食性を向上させた、耐食性に優れた熱交換器の
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車等に用いられる熱交換器では、そ
のチューブを通して作動流体が移動しており、このチュ
ーブにおいて腐食が進行すると液漏れ等が起こるため、
特にチューブにおいて優れた耐食性が要求されている。
従来、上記チューブの耐食性を改善する方法として、チ
ューブの表面に比較的卑であるZnを拡散させてチュー
ブ表面にZn濃度勾配層を形成する方法が知られてい
る。このような濃度勾配は、チューブ表面から深さ方向
に電位勾配を生じさせるので、腐食は面状に進行して深
さ方向への腐食の進行が抑制され、その結果、チューブ
の耐食性が向上する。
【0003】上記のようなZnの拡散は、チューブをヘ
ッダやフィンにろう付する際に使用するろう材、特に粉
末ろう材にZnを含有させることにより実現することが
できる。すなわちろう材に含まれるZn成分は、ろう付
加熱によって溶融し、ろうとして流動する他、チューブ
の表面からその深さ方向に拡散してチューブ表面部にZ
n拡散層を形成する。粉末ろう材は、被ろう付材の形状
の制約が少なく配置が容易であるので、上記方法によれ
ば、複雑な形状部分やブレージングシートでは形成困難
な接合部においても、確実かつ容易にZn拡散層を形成
することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法によ
ってチューブ表層部に電位勾配を持たせても、厳しい腐
食環境においては、しばしばチューブに貫通孔が発生す
るという問題があり、耐食性としては十分なものとは言
えなかった。さらに、現在の熱交換器は軽量化、小型化
が望まれており、そのためにはチューブの薄肉化が不可
欠であり、チューブの薄肉化においては、耐食性に対す
る要求は一層厳しいものになる。そこで、チューブの表
面と深部における電位差をより大きくして耐食性を改善
する方法が考えられる。そのためには、より多くのZn
を含んだ粉末ろうでろう付して、チューブ表面のZn濃
度を増加させて表面の電位を低下させ、よってチューブ
に大きな電位勾配を持たせることが必要である。しか
し、ろう付中にZnの多くはチューブの表面部から面方
向に移動してフィレット部へ濃縮するため、チューブ表
面でのZn濃度の増加は小さく、期待した大きな電位勾
配を得ることは困難である。しかも、フィレット部に濃
縮したZnは、フィレット部の電位を大幅に低下させる
のでフィレット部の耐食性が低下してフィンの脱落等を
引き起こすため、ろう材におけるZnの増量にも限度が
ある。本発明は、上記事情を背景としてなされたもので
あり、チューブの耐食性を十分に向上させることができ
る熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の耐食性に優れた熱交換器の製造方法のうち
第1の発明は、Cu:0.05〜0.20重量%を含有
し、残部がAlと不可避不純物からなるチューブを、S
i:5〜60重量%、Zn:5〜30重量%を含有し、
残部がAlと不可避不純物からなる粉末ろうを用いてろ
う付することを特徴とする。第2の発明の耐食性に優れ
た熱交換器の製造方法は、第1の発明において、チュー
ブには、さらに、Mn:0.01〜0.10重量%を含
有することを特徴とする。第3の発明の耐食性に優れた
熱交換器の製造方法は、第1または第2の発明におい
て、Mn:0.5〜1.8重量%、Zn:0.50〜
3.0重量%を含有し、残部がAlと不可避不純物から
なるフインと前記チューブとを前記粉末ろうを用いてろ
う付することを特徴とする。
【0006】本発明で製造目的となる熱交換器として
は、前述したように自動車用のものが挙げられるが、本
発明としては特に使用用途が限定されるものではない。
また、この熱交換器は、チューブ以外に、通常、ヘッダ
ー、フィン等により構成されるており、これらは通常、
アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されてい
る。ただし、本願発明では、チューブ以外の構成要素が
上記に限定されるものではない。また、これら部材、特
にチューブは通常は押出材として得られるが、それぞれ
の製造方法が特に限定されるものでもない。次に、本願
発明で限定したチューブ等の成分限定理由を以下に説明
する。
【0007】(チューブ) Cu:0.05〜0.20重量% チューブにCuを含有させることにより、チューブ自体
の電位を上昇させることができ、これによりチューブ深
部での電位がより高く(貴)なるため、Znが拡散する
表面部との間で大きな電位勾配を形成し十分な耐食性を
得ることが可能になる。ただし、Cuの含有量が0.0
5%未満の場合は、チューブ深部での電位上昇が不十分
となって表面部との間で十分な電位勾配を形成すること
ができず、逆に0.20%を越える場合は、チューブが
貴になり過ぎるため、チューブ表面でのZnによる電位
降下分がCuによる電位上昇分によってキャンセルさ
れ、大きな電位勾配を得ることができなくなる。したが
って、Cuの含有量は上記範囲に限定する。なお、同様
の理由で、Cuの下限を0.07%とするのが望まし
く、上限を0.10%とするのが望ましい。
【0008】Mn:0.01〜0.10重量% Mnをチューブに含有させると、Mnがろう付後に微細
な金属間化合物として分散し、チューブの強度を向上さ
せる作用があり、チューブの薄肉化が可能となる。この
ため、Mnを0.01%以上含有させる必要がある。一
方、過剰に含有させると、金属間化合物が過剰に生成さ
れて押出性等が低下してチューブ生産性が低下するの
で、上限を0.10%とする。なお、同様の理由で下限
を0.03%、上限を0.08%とするのが望ましい。
【0009】(粉末ろう材) Si:5〜60重量% 粉末ろう材のSi含有は、ろう材の融点を下げてろう付
を可能にするため含有させる。このためには5重量%以
上の含有が必要であり、5%未満ではろう付性(接合
性)が低下する。一方、60重量%を超えると、チュー
ブでの著しいエロージョンが発生して接合部材の強度低
下を招いたり、腐食による貫通孔が発生し易くなったり
して、強度面、耐食面において問題が生ずる。したがっ
て、Siの含有量は上記範囲内とする。なお、同様の理
由で上限は50%とするのが望ましい。
【0010】さらに、ろう材を過共晶としてチューブ表
面での適度な侵食を意図する場合には、Siの含有量は
15%超とする。過共晶のろう材は、Siが過剰となっ
ているのでろう付時にそのSiがチューブに拡散流入
し、チューブの融点を低下させその一部を適度に溶融
(侵食)する。この溶融したチューブの一部が塗布され
ていた粉末ろうとともに流動し、接合部の隙間充填やフ
ィレットの形成をする。すなわち、チューブ表面の一部
もろうとすることで接合に必要なろう材量を確保するた
め粉末ろう材の塗布量を低減させることができる。上記
作用を十分に得るためにはSi量を20%以上とするの
が望ましく、さらには25%以上とするのが一層望まし
い。
【0011】Zn:5〜30重量% Znはろう付時にチューブ表面から拡散流入し、表層部
にZn拡散層を形成して、深部との間で電位勾配を形成
する。これにより、深さ方向への腐食の進行を抑制して
チューブの耐食性を向上させる。このためには5%以上
のZn含有が必要であり、5%未満ではチューブ表面に
十分な電位勾配が得られず孔食が発生しやすい。一方、
過度にZnを含有させると、Znが濃縮しやすいフィレ
ットでのZn濃度が高くなってフィレットの腐食が助長
されてフィン脱落による接合不良等を招くので、Zn濃
度は30%を上限とする。なお、同様の理由で下限を1
0%、上限を25%とするのが望ましい。
【0012】(フィン) Zn:0.50〜3.0重量% フィンの電位を下げて犠牲陽極効果によりチューブ深部
への腐食の進行を一層抑制するため、所望によりフィン
にZnを0.50%以上含有させる。一方、Znを過度
に含有すると強度の低下やエロージョンを招くため上限
を3.0%とする。なお、同様の理由で下限を0.8
%、上限を2.0%とするのが望ましい。 Mn:0.5〜1.8重量% Mnは、フィンのエロージョンを抑制するため、所望に
より上記Znとともにフィンに含有させる。この作用を
得るためには0.5%以上の含有が必要であり、一方、
1.8%を超えると、多量に晶出または析出した金属間
化合物により圧延性(加工性)が低下するため上限を
1.8%とする。なお、同様の理由で下限を0.8%、
上限を1.5%とするのが望ましい。
【0013】本発明方法では、上記したチューブ等を適
宜、組み付けて上記粉末ろう材を用いてろう付を行う。
なお、ろう付の条件については特に限定されるものでは
なく、例えば常法によりろう付作業を行うことができ
る。ろう付の結果、チューブ等により構成される部材が
接合され、所定の熱交換器が得られる。この熱交換器に
おいては、チューブに材料を貴にする適量のCuが含有
されているとともにろう付によってチューブ表層部にZ
n拡散層が形成されている。これにより、チューブには
表層から深部に向けて大きな勾配を有する電位勾配層が
形成される。この電位勾配層は、チューブの表面側に生
じた腐食を面腐食状態にして腐食が深さ方向に進行する
のを抑制し、特に耐食性が必要とされるチューブの耐食
性を改善し、よって熱交換器の耐食性を向上させる。
【0014】
【実施例】表1に、本実施例に使用する押出偏平チュー
ブNo.1〜6(厚さ400μm)とフィンNo.1、
2(板厚100μm)の合金組成を示す。なお、チュー
ブNo.1〜4は、本発明の範囲内であり、一方、チュ
ーブNo.5はCuが不足し、No.6はCuが過量で
本発明の範囲外にあるものである。また、フィンNo.
1は従来材で本発明の規定範囲外であり、一方、フィン
No.2は本発明の規定範囲内のものである。
【0015】
【表1】
【0016】上記押出偏平チューブNo.1〜6に、A
1−30%Si−20%Zn粉末ろう(平均粒径30μ
m)5重量部とフラックス(平均粒径20μm)1重量
部とバインダー、分散媒からなるろう付用組成物を塗布
(粉末ろう塗布量:20g/m)し、これらチューブ
を表2に示す組合わせでフィンと組付けて、窒素雰囲気
中にて600℃×5min加熱するろう付を行い、熱交
換器を製造した。得られた熱交換器については、耐食性
試験(CASS1500時間)を行った。具体的には、
上記熱交換器に対し、酸性塩水に塩化第2銅を0.26
g/l含む試験液(液温50℃)を試験室温度50℃に
て連続噴霧(1500時間)し、チューブ表面での腐食
深さを測定するとともに腐食状態を観察し、その結果を
表2に示した。なお、上記腐食試験とは別途に、チュー
ブNo.2、4相当材については、チューブ単体にてろ
う付相当熱処理を施した後、引張試験を行うことにより
強度を測定した。その結果、チューブNo.2の強度は
100MPaであるのに対し、チューブNo.4の強度
は120MPaであり、Mnを含有するチューブNo.
4において強度の向上効果が認められた、
【0017】
【表2】
【0018】表2に示すように、本発明の範囲内のチュ
ーブおよびろう材を用いてろう付を行うと、腐食形態は
面状になって最大腐食深さも浅くなっており、深さ方向
への腐食の進行が抑制されている。また、これらの中
で、フィンの成分を本発明の規定範囲内としたもので
は、最大腐食深さがさらに浅くなっており、フィンに適
量のZnを含有させることによりチューブでの深さ方向
への腐食の進行が一層抑制されていることが分かる。一
方、本発明の範囲外のチューブを用いたものでは、フィ
ンの成分に拘わらず、深さ方向に腐食が進行してチュー
ブに貫通孔が発生した。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱交換器
の製造方法によれば、Cu:0.05〜0.20%を含
有し、残部がAlと不可避不純物からなるチューブを、
Si:5〜60%、Zn:5〜30%を含有し、残部が
Alと不可避不純物からなる粉末ろうを用いてろう付す
るので、チューブに表層部から深部に至る迄勾配の大き
な電位勾配層が形成され、深さ方向への腐食の進行を効
果的に抑制して耐食性を向上させる効果がある。また、
これによりチューブの薄肉化が可能になり、熱交換器の
軽量化を図ることも容易になる。
【0020】さらに、上記チューブに、Mn:0.01
〜0.10%を含有させれば、チューブの強度が向上
し、耐食性の向上と相まってチューブの薄肉化が一層可
能になる。また、上記チューブをろう付する際に、フィ
ンとしてMn:0.5〜1.8重量%、Zn:0.50
〜3.0重量%を含有し、残部がAlと不可避不純物か
らなるものを用いれば、犠牲陽極効果によりチューブの
耐食性が一層向上する効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F28F 21/08 F28F 21/08 B

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cu:0.05〜0.20重量%を含有
    し、残部がAlと不可避不純物からなるチューブを、S
    i:5〜60重量%、Zn:5〜30重量%を含有し、
    残部がAlと不可避不純物からなる粉末ろうを用いてろ
    う付することを特徴とする耐食性に優れた熱交換器の製
    造方法
  2. 【請求項2】 チューブには、さらに、Mn:0.01
    〜0.10重量%を含有することを特徴とする請求項1
    記載の耐食性に優れた熱交換器の製造方法
  3. 【請求項3】 Mn:0.5〜1.8重量%、Zn:
    0.50〜3.0重量%を含有し、残部がAlと不可避
    不純物からなるフインと前記チューブとを前記粉末ろう
    を用いてろう付することを特徴とする請求項1または2
    に記載の耐食性に優れた熱交換器の製造方法
JP10113205A 1998-04-23 1998-04-23 耐食性に優れた熱交換器の製造方法 Pending JPH11309566A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014097511A (ja) * 2012-11-13 2014-05-29 Showa Denko Kk 熱交換器の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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