JPS60263098A - アルミニウム合金製熱交換器 - Google Patents

アルミニウム合金製熱交換器

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JPS60263098A
JPS60263098A JP11943784A JP11943784A JPS60263098A JP S60263098 A JPS60263098 A JP S60263098A JP 11943784 A JP11943784 A JP 11943784A JP 11943784 A JP11943784 A JP 11943784A JP S60263098 A JPS60263098 A JP S60263098A
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JP
Japan
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aluminum alloy
heat exchanger
brazing
aluminum
impurities
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JP11943784A
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English (en)
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Kikuro Toyose
豊瀬 喜久郎
Hideo Fujimoto
日出男 藤本
Masao Takemoto
竹本 政男
Shoji Wada
和田 昭二
Tatsuya Fujiyoshi
藤吉 達也
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NIPPON RADIATOR CO Ltd
Kobe Steel Ltd
Marelli Corp
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NIPPON RADIATOR CO Ltd
Nihon Radiator Co Ltd
Kobe Steel Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/089Coatings, claddings or bonding layers made from metals or metal alloys
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 I産業上の利用分野1 本発明はアルミニウム合金製熱交換器に関し、さらに詳
しくは、Znの蒸気圧より高い圧力下においてろう付す
る、水系熱媒体を用いる熱交換器であって、水系熱媒体
との接触面に芯材との対比において優れた陰極防蝕効果
と、それ自体の自己腐蝕速度を者しく抑制した犠牲陽極
層を有し、ろう材やフィン材か接する外面大気側におい
ても電気化学的に芯材を防蝕することにより内外面とも
者しく耐蝕性を向上させたアルミニウム合金製熱交換器
に関する。
1従来技術] 一般にアルミニウム合金は耐蝕性良好な材料として広く
知られているが、例えば、熱又換器のようなろう付構造
体として使用される場合には、ろう材がA1母材に対し
て、陰極的に作用し、電気化学的にAI母材の腐蝕が促
進される。
また、ろう材中のSiの拡散によりAI母材の耐蝕性低
下を招来する。
さらに、ラヂエーターのチューブやヘラグー内面のよう
に水系熱媒体と接して使用される用途においては、ろう
材による腐蝕促進作用がなくとも耐蝕性が不充分な場合
がある。
1発明が解決しようとする問題点1 本発明は上記に説明した熱交換器用のアルミニウムおよ
びアルミニウム合金の腐蝕についての実状に着目し、耐
蝕性を者しく改善するためになされたものであり、即ち
、ろう付後におけるそれ自体の耐蝕性に優れ、がっ、相
対的に責な電位を有するアルミニウム合金を芯材とし、
水系熱媒体と接する面に芯材との対比において電気化学
的に卑な電位を有し、かつ、それ自体の自己腐蝕速度を
抑制したZn含有アルミニウム合金を被覆し、必要に応
じて対面大気側にも芯材に対して犠牲陽極作用を有する
Zn含有At Si系ろう材を被覆した複合材を、チュ
ーブ、タンク、ヘッダープレート等の熱交換器用真流体
間の隔壁として用い、さらに、フィン材にも嵩流体間隔
壁用複合材に対して犠牲陽極効果を有するZn含有純A
1、AI−M8、Al−Mn、Al−Mg−Si系合金
を用いた各熱交換器部材を、アルミニウム合金中に含ま
れるZnがあまり飛散しない圧力のもとてろう付により
組立てることにより、内外面とも耐蝕性良好なろう付ア
ルミニウム合金製熱交換器を提供するものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明に系るアルミニウム合金製熱交換器は、(1)熱
交換用異流体間の隔壁として、Cu0,2〜1.0wt
% を含有し、さらに、 Cr O,05−0,5wt%、Zr O,05−0,
5iuL%、T i O,05−0,5wt% のうちから選んだ1種または2種以上 を含有し、残部A1および不純物からなるアルミニウム
合金を芯材とし、かつ、 水系熱媒体と接する面に、 Zn O,1−1,0wt%、Mn 0.05−0.3
wt%を含有し、かつ、 Mu/Fe= 1.5以上 である、残部A1および不純物からなるアルミニツム合
金を被覆した複合材と、 フィン材として、 Zn O,3−2,5wt% を含有するアルミニウム合金とが、1O−2Torr以
上の圧力でろう付接合されていることを特徴とするアル
ミニウム合金望熱交換器を第1の発明とし、 (2)熱交換器用真流体間の隔壁として、Cu O,2
−1,01lIt%、M n O,05−0,5tll
t%を含有し、さらに、 Cr O,05J、5uu%、Zr O,05−0,5
u+L%、Ti 0.05J、5wt% のうちから選んだ1種または2種以」。
を含有し、残部A1および不純物からなるアルミニウム
合金を芯材とし、 水系熱媒体と接する面に、 Zn O,1−1,0wt%、Mn 0.0505−0
J%を含有し、かつ、 hin/Fe= 1.5以上 である、残部A1およ1不純物からなるアルミニウム合
金を被覆した複合材と、 フィン材として、 Zn 0J−2,5+uL% を含有するアルミニウム合金とが、10−’ i” o
rr以上の圧力でろう付接合されていることを特徴とす
るアルミニ914合金製熱交換器を第2の発明とする2
つの発明よりなるものである。
本発明に係るアルミニウム合金製熱交換器について以下
詳細に説明する。
先ず、本発明に係るアルミニウム合金製熱交換器におけ
る熱交換用人流体間隔壁として用いる複合材の芯材の含
有成分および成分割合について説明する。
Cuは強度を向上させる、がっ、電位を貴に移向させる
元素であるが、アルミニウム合金にCuが含有されると
一般耐蝕性は大きく阻害されるので、耐蝕性が要求され
るアルミニウム合金の場合にはCuの含有は0.2nt
%の含有が限度であった。
しかしながら、ろう付時に570〜6 ] (+ ’C
の高温加熱を受けることにより耐蝕性を殆んど低下させ
ることなく、強度向上、電位向上元素として多く含有さ
せることができるのがわかった。そして、Cu含有量が
0.2iut%未満では電位を必要、かつ、充分に貴と
することができず、また、強度ら所期の目的に対し不充
分であり、また、Cu含有量が1.0+ut%を越えて
含有されると電位は貴となり、強度も向上するが、ろう
付による高温加熱を施しても耐蝕性低下を防止すること
はできない。従って、耐蝕性を低下させることなく、カ
リ、強度と電位を向上させるためには、Cu含有量は0
.2〜1、Ou+t%とする。
N411はサブグレインを強化してろう付時の再結晶を
抑制する元素であり、従って、ろう付時においてら結晶
粒は圧延り向に伸長された偏平であり、ろう材のSiの
粒界拡散防止に有効であり、また、同時に電位を貴にす
る作用かあり、含有量が0.05u+t%未満ではこれ
らの効果は不充分であり、また、0,5u+t%を越え
て含有されると巨大化合物を生成して加工性を低下し、
かつ、耐蝕性低下を招くようになる。よって、N411
含有量は0.05〜0.5Ill1%とする。
Cr、 Zr、]゛1はN111と同様にサブグレイン
を強化してろう付時の再結晶を抑制する作用があり、ろ
う付時においても結晶粒は圧延方向に伸長された偏平で
あり、ろう材からの81の粒界拡散防止に有効である。
同時に電位を貨にする作用があり、含有量か夫々0.0
5+++t%未満て゛はこのような効果は不充分であ°
)、また、0,51Ilt%を越える含有量では巨大化
合物を生成し、加工性が低下すると共に耐蝕性の低下を
招く。よって、Cr、 Zr、 Tiの夫々の含有量は
0.05〜0.5+++t%とする。
次に、水系熱媒体と接する面に被覆される犠牲陽極材と
してのアルミニウム合金の含有成分および成分割合につ
いて説明する。
Znはアルミニウム合金の電位を卑に移向する元素であ
り、犠牲陽極用合金として知られている7072合金は
Z、 nを1社%含有する合金であって、Zn含有量の
増大により電位は卑に移向し、犠牲陽極材として特性は
向上するが、耐蝕性は低下し、Cu含有により電位を貴
にした芯材との対比において充分な犠牲陽極作用を有し
かつ、自己腐蝕速度を増大しない範囲とする必要がある
よって、Zn含有量は0.1〜1.0とする。
N111は不純物として不可避的に含まれるFeをA1
6(MnFe)化合物として固定し耐蝕性向上に有効な
元素であり、即ち、不純物としてのFeはAl3Fe、
Al6Feとして晶出し、アルミニウムマトリックスに
対して有効カソードとして作用するため、アルミニウム
合金の腐蝕を促進上この系の合金中にM nが共存する
とAls’MnFe)化合物を生じ、ぞして、A16(
MnFe)の有効カソードとしての作用はMn/Feの
比によって大きく異なり、M n /’ Fe = 1
.5以−七になれば上記化合物の有効カソードとしての
作用が著しく抑制されるのでアルミニラl、合金の耐蝕
性は向上する。Mn含有量か0.05u+tj%未満て
゛は不可避的に混入してくるFeの有効カソードとして
の作用を光分iこ抑制できす、また、0.34を越えて
含有されるとhll】は電位を貴に移向させる元素でも
あるため芯材を防蝕するのに必要なl:4か増大するた
め好ましくない。
従って、\Ir+含有量jよ0.05〜0.3u+t%
とし、さらに、へin/Fcの比は1.5以上とする。
そして、この水系熱媒体と接する面に被覆する犠牲陽極
材としてのアルミニウム合金の被覆書11合は、強度お
よび防蝕寿命等の点で5 = 2 (1%とするのが好
ましい。
さらに、必要によりZn 1.5u+t%を含有するA
lSi糸ろう村を被覆してもよく、ZnはAl−3i系
ろう材の電位を卑に移向させ、ろう材を芯材に対して犠
牲陽極的に作用させるのに有効であるが、芯材電位との
対比において、ろう付後のろう材電位を卑にすればよく
、充分に青な電位を有する芯材に対してはろう材にZn
を含まなくともよく、そして、ろう材中のZn含有量が
]、51Ilt%を越えるとろう材自体の耐蝕性低化、
ろう付性低下およびろう付時のZllの蒸発等を防止す
ることができないので、ろう材中のZ、n含有量は]、
5+ut%以下とする。
熱交換異部体間の隔壁として使用する上記説明した複合
材と組合せて使用「るフィン材について説明する。
フィン材はZn0.3〜2.5wt%含有する純アルミ
ニウム系<JIS IXXX>、A I−M n系<J
IS3XX×〉、AI−M、系<、IIS 5XXX>
、AI M6 SiJ<JIS exxx>合金が用い
られる。これし)の合金は、フィン材の目的とする強度
および電位等により選択されるが、何れの合金において
もも7.n含有量がO,hL%未満では有効な犠牲陽極
効果が得られず、また、2.5iut%を越えて含有さ
れるとろう付時のサグ性が低下する。よって、Zn含有
量は0.3〜2.5wt%とする。
なお、<、]IISIXXX>系合金とは1100合金
のように1000系番の合金を意味し、フィン材として
、<IXXX>系、<3.XXX>系、<5XXX>系
および<6XXX>系合金を使用する理由は、<] X
 X X>系合金は電位は最も卑となるが強度か低いた
めに、あまり強度が要求されない用途には最適であり、
<3XXX>系合金、<5XXX>系合金は中程度の強
度が要求される場合、<6XXX>系合金は析出硬化型
でろう付時に急冷される場合においては最ら強度か′得
られるからである。
その辿の合金系、例えば、<2XXX>系合金ではCL
Iを含有するため犠牲陽極フィンとしζは不可で゛あi
)、<4XXX>系合金ではA1−強度共晶を生成する
ためろう付温度に耐えられない。
上記に説明したような各部材のろう付時の圧力をI O
−’1orr以上で行なうのがよく、その理由は、本発
明に係るアルミニウム合金關熱交喚器は各構成部材の電
位バランスをCuとZIliYより調整しているため、
例えば、10−5Torr圧力化で真空ろう付性により
ろう付される場合には、Znは蒸発飛散し、有効な電位
バランスが保持でトなくなる。
従って、Znの蒸発が無視できる程度の圧力としてI 
0−2Torr以−11のろう付圧力とした。このよう
に10−’Torr以上の圧力があれば雰囲気ろう付性
或いは非腐蝕性の7ラツクス等を用いた7ラツクスろう
付性によりろう付しても差支えない。
本発明に係るアルミニウム合金製熱父換器の実施例を説
明する。
1実施例1 第1表に示す芯材用アルミニウム合金、第2!;。
に示す水系熱媒体と接する面の犠牲陽極材のアルミニウ
ム合金おるび第3表に示1ろう材用アルミニウム合金を
溶製し、鋳造加工後、第5表に小す組合せにより、0.
4m1n板厚の複合材を作成した。
なお、ろう材および水系熱媒体と接する面の犠f11陽
極材のアルミニウム合金の被覆率は10%とした。
また、第4表に示すフィン材アルミニウム合金を溶製後
、gt造し、0.15mII+@野まで圧延した後、フ
ルデート加工を施してフィン材とした。
実施例1 第5表に示した複合材とフィン材とを第1図に示す形状
にろう付し、ろう(;I状況、フィン座屈性を調査した
その結果を第6表に示すか、この第6表から明らかなよ
うに、本発明に係るアルミニウム合金製熱交換器の範l
川内で・あれば、ろうI=i性には問題がないが、ろう
材およびフィン材にZn754いとろう付性、座屈性か
共に低下している。
実施例2 第5表に示したろっ付後の複合材の水係然媒1本と接触
する面の犠牲陽極材のアルミニウム年金について、Cl
 loooppm+cu 10円)111の液中におけ
る腐蝕試験を天地した。88°CX3時間p室温×16
時間の温度サイクルの下で28日浸漬した後の腐蝕状況
を第6表に示す。本発明に係るアルミニウム合金製熱交
換器は阿れも良好な耐蝕性を示した。
実施例:) 第5表に示した複合材とフィン材のろうf・1部をCA
SS試験1試験1侍00 第6表に示す通りである。
畝 6 去 fwL%) [発明の効果] 以上説明したように、本発明に係るアルミニウム合金製
熱交換器は上記の構成を有しているが呟熱交換器として
の寿命を左右する熱交換器用穴流体隔壁の複合材の芯材
か良好な耐蝕性を示しかつ、その他の部材の犠牲陽極作
用による防蝕により従来のアルミニウム合金製熱交換器
に比較して、大幅にその耐蝕性を向上させるという効果
か得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るアルミニウム合金製熱交換器にお
ける複合材とフィン材とのろう骨構造を示す概略断面図
である。 1・・芯材、2・・水系熱媒体と接するアルミニウム合
金の犠牲陽極材、3・・フィン材、・′1・・ろう材。 特許出願人 株式会社 神戸製鋼所 外1名号1図 48

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)熱又換用異流体開の隔壁として、Cu O,2−
    1,0wt% を含有し、さらに、 Cr O,05−0,5wt%、Zr O,05−0,
    5nL%、Ti O,05〜0.5111L% のうちから選んだ1種または2種以上 を含有し、残部AIおよび不純物からなるアルミニウム
    合金を芯材とし、かつ、 水系熱媒体と接する面に、 Zn O,1−1,0w1%、Nip O,05−0,
    3wt%を含有し、がっ、 Mn/Fe” 1.5以上 である、残部A1および不純物からなるアルミニウム合
    金を被覆した複合材と、 フィン材として、 Zn O,3−2,5+++t% を含有するアルミニウム合金とが、] 0−2Torr
    以上の圧力でろう付接合されていることを特徴とするア
    ルミニウム合金製熱交換器。
  2. (2)熱交換器用異部体間の隔壁として、Cu O,2
    −1,0+ut%、Mn 0.05−0.5wt%を含
    有し、さらに、 Cr O,05−0,5wt%、Z r 0.05−0
    .5wt%、Tie、05〜0.5u+t% のうちから選んだ1種または2種以」二を含有し、残部
    A1および不純物からなるアルミニウム合金を芯材とし
    、 水系熱媒体と接する面に、 Zn O,1−]、Owt%、Mn 0.05−0.:
    ht%を含有し、かつ、 Mn/Fe= 1.5以上 である、残部A1および不純物からなるアルミニウム合
    金を被覆した複合材と、 フィン材として、 Zn O,3−2,5u+L% を含有するアルミニツム合金とが、10−2Torr以
    上の圧力でろう付接合されていることを特徴とするアル
    ミニウム合金製熱交換器。
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