JPS5939491B2 - 耐食性銅合金およびそれを用いた熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐食曲調合金およびそれを用いた熱交換器に関
し、自動車エンジン冷却水用熱交換器。

各種工業用熱交換器等、腐食環境の厳しい条件で使用さ
れる熱交換器に採用し得るものである。

自動車エンジン冷却水用熱交換器（一般にラジェータと
呼ばれている）は従来、銅６５重量％（以下単に％と略
す）および亜鉛３５％力）ら成る黄銅材料により構成さ
れている。

上記熱交換器は自動車の走行時には排気ガス中の有害成
分、海辺地域では塩分の影響を直接に受け、しかも内部
を循環する熱交換媒体と常時液しており、非常に厳しい
腐食条件の下で使用されるものである。

一方、熱交換器は多数のチューブ内に上記熱交換媒体を
循環せしめ、この循環の間にチューブを介して放熱フィ
ンに熱を伝えるため、チューブの薄肉化により熱伝導曲
を向上させることが望ましい。

また、薄肉化により軽量化を図ることも望ましい。

しかし、黄銅製の熱交換器は上記の腐食条件の下で脱亜
鉛腐食と一般に称される腐食を生じるため、上記のチュ
ーブの薄肉化には限界があり、従って熱伝導曲の向上、
軽量化ならびに材料費の節減は多くを望めないのが実情
である。

そこで、本発明は上記の点に鑑み、発明者の鋭意努力の
結果、亜鉛２５％乃至３８％、錫０．０５％乃至０，５
０％、リン０．００５％乃至０．０４０％。

および残部銅とし、かつ結晶粒度を２〜１０μとしたこ
とにより、耐食性を格段に向上できる耐食団合金および
それを用いた熱交換器を提供することを目的とするもの
である。

本発明の耐食性銅合金において、亜鉛（以下Ｚｎと略す
）−銅（以下Ｃｕと略す）、リン（以下Ｐと略す）、お
よび錫（以下Ｓｎと略す）の含有量、ならびに結晶粒度
の限定の根拠を第１図乃至第５図を援用しながら説明す
る。

第１図乃至第５図はいずれも合金素材の腐食度合を、Ｊ
ＩＳＺ２３７１による塩水噴霧試験法を３０日間連続し
て行なった後に求めた結果であるなお、本試験に用いた
合金素材は長さ１００ ｍｍ。

幅２０朋、および厚さ０．５ ｍｍの長方形状を有して
いる。

また、試験時の塩水は温度３５℃のＮ ａ Ｃ１５％水
溶液である。

また、各図中、「最大腐食深さ」とあるのは、合金素材
表面の腐食部位のうちで最も深い腐食を示すものである
。

まず、Ｚｎの量の関係について第１図により説明する。

第１図はＣｕ Ｚｎ系合金の場合の結果であり、合金
中のＺｎの量が３８％を越えると合金中にβ相を多量に
析出し、耐食団ならびｌこ素材の冷間加工酢が悪化する
ことがわかった。

一方、Ｚｎの量が少なくなれば素材の腐食は減少する反
面、Ｃｕの量の増加によりコスト高になるとともに、Ｃ
ｕ−Ｚｎの黄銅特有の優れた諸％曲が得られなくなる。

従って、少なくともＺｎの下限の量は２５％である。

故に、Ｚｎの量は２５％乃至３８％に限定される。

第２図はＣｕ−Ｚｎ−Ｐ系合金の場合のＰの量と素材の
腐食深さとの関係を示し１こ％ＭＪＥ図である。

この第２図において１合金素材のＺｎの量は３５％と一
定であり、Ｃｕの量はＰの量により変動する。

また、合金素材の結晶粒度は１５μである。第２図にお
いて、Ｐの量が０．００５％を境に素材の耐腐食効果が
著しく異なることがわｉ））る。

Ｐの量を多くすると、腐食に対する抵抗囲は増大するが
、０．０４０％を越えると合金を構成する結晶粒界に粒
界腐食を起こす傾向になることが本発明者により確認さ
れた。

従って、Ｐの量は０．００５％乃至０．０４０％に限定
される。

第３図はＣｕ −Ｚ ｎ −Ｐ系合金、Ｃｕ Ｚｎ系
合金の場合において、Ｓｎの量と素材の腐食深さとの関
係を示した’ＭＥ図であり、いずれの合金もＺｎは３５
％と一定、ＣｕはＰの量およびＳｎの量により変動する
。

また、結晶粒度は１５μである。

第３図において、Ｓｎの量が０．０５％ならびに０．５
％を境に素材の耐腐食効果が異なることがわり）る。

また、Ｐが添加されている方がＳｎの添加効果が著しく
よいことがわかる。

従って、ｓｎの量は０．０５％乃至０．５％に限定され
る。

ところで、本発明者は素材の結晶粒度を小さくすると、
腐食深さを小さくできることを見出した。

第４図は素材の結晶粒度と腐食深さとの関係を示した％
曲図である。

なお、同図において、素材の組成はＣｕ６５％−Ｚｎ３
５％である。

第４図においで、素材の結晶粒度が大きくなるに従って
耐食性の劣ることがわかる。

ところで、本発明者によれば、結晶粒度を１０μ以下に
微細化することにより、素材の板厚方向の腐食進行が抑
制され、この方向と直角方向に腐食が進行する傾向にな
ることを剛忍している。

従って自動車エンジン冷却水用熱交換器のチューブのよ
うに板厚方向の腐食が問題になる場合は、その耐食性が
より一層向上し、チューブに貫通穴が生じるまでの寿命
が大幅に延長される。

なお、結晶粒度は小さい方がよいが、２μ未満であると
最終熱処理により再結晶が完了せず、加工組織が残存す
るため、カ）えって耐食性が低下する。

よって、下限は２μが適当である。

第５図は、Ｚｎ３５％−ｐｏ、０２％−３ｎ０．２％−
残部Ｃｕより成る耐食性銅合金において結晶粒度と腐食
深さとの関係を示した％註図である。

第５図より、素材の結晶粒度が小さくなるほど耐食性の
良いことがわかる。

第６図は合金素材の結晶粒度とビッカース硬すとの関係
を示す特曲図である。

なお、素材の組成はＺｎ３５％−Ｐｏ、０２％−８ｎ０
．２％−残部Ｃｕである。

この第６図より明らかなごとく、結晶粒度が小さいほど
素材の硬度が向上することになる。

従って、熱交換器のチューブ材などに使用する場合、薄
肉化による強度低下を防止できる。

本発明ｉｃおいで、結晶粒度は合金材料の焼鈍条件（温
度Ｘ時間）によって調整できる。

本発明における熱交換器の主要構造は第７図のようであ
り、タンク３，６、入口バイブ４．出ロバイブ７、注水
口１０は一般の黄銅製で構成しであるが、熱硬化型樹脂
で一体化したものでも良い。

本発明の耐食曲調合金は特にチューブ１に適用されるが
、上記タンク、パイプ、注水口などに適用しても差支え
ない。

また、銅製のフィン２は図示の波形形状に限らず、板状
でもよく、板状のフィンを用いる場合には、このフィン
とチューブ１とを、チューフッ外径を拡管法で拡大して
機械的に組付けてもよい。

この方法はチューブ１とコアープレート５，９との組付
にも適用できる。

なお、図中８はドレンパイプ、１１は注水キャップ、１
２は取付ブラケットであり、各構成要素１乃至１２（１
１は除く）は周知のはんだ付けにより相互に接合されて
いる。

以下本発明を具体的実施例により詳細に説明する。

Ｃｕを高温度に熱して溶解し、その湯面を酸化防止のた
め木炭粉末で被覆した後、合金元素、即ちＺｎ、ｐ、Ｓ
ｎを添加しくＺｎの量は３５％で一定）、これを金型に
鋳造して表１に示す各組成を持つ鋳塊を得た。

これら各鋳塊を面削した後、４５０°Ｃで１０分〜３０
分間焼鈍して結晶粒度を調整した。

このとき結晶粒度２μ〜１５μの合金を得た。

それぞれの鋳塊から長さ１００ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ
０．５朋の切断片を得、これらをＪ Ｉ Ｓ Ｚ２３７
１に従って３５℃で５％のＮａＣ１１水溶液ｌこよる塩
水噴霧試験にかけ、３０日後の最大腐食深さを測定した
。

また、はんだ何匹はＳｎ ２０％−Ｐｂ８０％から成る
はんだを溶解して３００°Ｃに保持した浴中に表面を清
浄にした厚さｏ、５ｒＩＬ１１Ｌ、幅５ｍｍ。

長さ５０ｒＩｔ１１Ｌの合金素材を降下させ、浴中に２
ｍｍ浸漬した所で１０秒間保持したときに生じる最大ぬ
れ力（素材をはんだ浴中に引き込む力）を検出した。

これらの結果を第１表に示す。

表１から明らカ）なごと＜、／１ｌａＡ〜ＡＩの本発明
合金はいずれも／１６にの従来合金と同等の半田何曲を
示し、かつ従来合金に比べて腐食深さ、穴あき個数は少
ないことがわかる。

また、Ｓｎの添加がないＡＬ〜ＡＱの比較合金、Ｐの添
加がない／Ｉ６Ｒ〜／１６．Ｗの比較合金に比べても腐
食深さ、穴あき個数は少ない。

更にＳｎの添１７Ｘｌ量が少ないＡＪの比較合金は本発
明合金に比べては能的にやや劣っている。

次に表２に示した組成の合金で第７図のチューブ１を作
り、このチューブを用い１こ第７図の構造の熱交換器の
耐食性を前記と同じ塩水噴霧試験によって、比較してみ
た。

即ち、塩水噴霧試験後のチューブ１の穴あき数が試験日
数によってどのように推移するかを調べた。

結果を第８図に示すっなお、第８図は各々２個のデータ
がプロットしである。

第８図から明らかなように１本発明合金を用い１こもの
は穴あき数が極めて少なく、従来のものより耐食性が格
段に向上することが確認できた。

また、結晶粒度の細かい◎のものは耐食准がすこぶるよ
い。

以上詳述したごとく１本発明においては腐食条件の厳し
い条件下におかれても耐食准のすこぶる良好な銅合金を
提供できる。

また、本発明は熱交換器の特にチューブの材料に使用す
ることで耐食性の利点を生かしてチューブの薄肉化を実
現でき。

薄肉化による熱伝導曲の向上した熱交換器を提供できる
とともに、材料節減による低コストで軽量な熱交換器を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図はいずれも本発明合金の説明に供する
％、註図、第７図は本発明熱交換器の一実施例を示す正
面図、第８図は本発明ならびに従来の熱交換器のチュー
ブの穴あき数の推移を示す特注図である。 １・・・・・・チューブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 亜鉛２５重量％乃至３８重量％、錫０．０５重量％
   乃至０．５０重量％、リン０−００５ｔ！％乃至０．０
   ４０重量％、および残部銅から成り、かつ結晶粒度が２
   乃至１０μであることを特徴とする耐食曲調合金。 ２ 熱交換体が流通する多数のチューブを具備し、この
   多数のチューブを、亜鉛２５重量％乃至３８重量％、錫
   ０．０５重量％乃至０，５０重量％、リン０．００５重
   量％乃至０．０４０重量％、および残部銅より成り、カ
   ）つ結晶粒度が２乃至１０μである耐食性銅合金で構成
   しｆコことを特徴とする熱交換器。 ３ 自動車エンジン冷却水用熱交換器として用いられる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の熱交換器
   。