JPS6237758B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、管体にフイン材を真空ろう付けす
ることによつて製造されたAl合金製熱交換器に
関するものである。 従来、一般に、例えばオートバイや自動車など
のラジエータ、クーラのコンデンサ、さらにエバ
ポレイタなどの熱交換器は、AlおよびAl合金の
単層または複層のクラツド材からなるフイン材
を、例えばAl―Mn系合金の管体本体の片面にAl
―Si系合金ろう材をクラツドしたものからなるブ
レージングシートで構成された管体に、真空中で
ろう付けすることによつて製造されている。 このような従来Al合金製熱交換器の管体に、
例えば水道水や、特にCuなどの重金属イオンを
含有する流体を流通させた場合、孔食が発生し易
く、この孔食が進行すると、管体内の流体が外部
に浸出したり、外部の液体または気体が管体内に
侵入したりするようになつて実用に供し得なくな
ることから、近年、管体として、Al―Si系合金の
ろう材属と、Al―Mn系合金の外側層と、これよ
り電気化学的に卑なAl―Zn系合金の内側層とか
らなる３層クラツド材が使用されるようになり、
前記内側層を優先的に腐食させて外側層をよく防
食し、もつて管体にすぐれた耐孔食性を付与する
試みもなされている。 しかしながら、このように管体として、３層ク
ラツド材を使用しても、前記管体にフイン材を真
空ろう付けしてAl合金製熱交換器を製造するに
際して、前記管体が真空ろう付け時の高温にさら
されると、前記管体の内側層中のZnが優先的に
雰囲気中に蒸発し、しかもこのZnの蒸発は管体
内側層表面で起るので、ろう付け後の管体内側層
中のZn含有量が減少するばかりでなく、特に管
体内側層表面のZn含有量はほとんど零に等しく
なるまで低下し、かつその表面より深くなるにつ
れてZn濃度が高くなるなど、防食上望ましくな
いZn濃度分布を呈するようになり、このような
場合には著しい局部腐食が発生することが多く、
しばしば貫通孔を生ずるものであつた。 この発明は、上述のような観点から、特にAl
―Si系合金のろう材層と、Al―Mn系合金の外側
層と、Al―Mn―Zn系合金の内側層とからなる３
層クラツド材で構成された管体に、AlおよびAl
合金の単層あるいは複層のクラツド材からなるフ
イン材を、真空ろう付けすることによつて製造さ
れた従来Al合金製熱交換器のもつ問題点を解決
したAl合金製熱交換器を提供するもので、Al合
金製熱交換器における管体を、Al―Si系合金のろ
う材層と、Al―Mn系合金の外側層と、Al―Mn―
Zn系合金の中間層と、純AlまたはAl―Mg合金の
内側層との４層クラツド材で構成し、かつ外側
層、中間層、内側層の順に電気化学的により卑と
することによつて、真空ろう付け時の高温にさら
さらても、前記中間層よりのZnの蒸発を前記内
側層によつて抑制し、かつ電気化学的により卑な
内側層よりの優先的溶出によつて前記管体にすぐ
れた耐孔食性を付与し、もつて使用寿命の著しい
延命化をはかつたAl合金製熱交換器に特徴を有
するものである。 また、この発明の熱交換器の管体外側層を構成
するAl―Mn系合金としては、Mn：0.4〜1.5重量
％を含有し、さらに必要に応じてCrおよびZrの
うちの１種または２種：0.01〜0.3重量％を含有
し、Alおよび不可避不純物：残りからなる組成
をもつものが望ましく、また同じく中間層を構成
するAl―Mn―Zn系合金としては、Mn：0.4〜1.5
重量％、Zn：0.3〜3.0重量％を含有し、さらに必
要に応じてCrおよびZrのうちの１種または２
種：0.01〜0.3重量％を含有し、Alおよび不可避
不純物：残りからなる組成をもつものが、さらに
同じく内側層を構成するAl―Mg合金としては、
Mg：0.1〜2.5重量％、Alおよび不可避不純物：
残りからなる組成をもつものがそれぞれ望まし
い。 なお、この発明の熱交換器の管体を構成する外
側層、中間層、および内側層において、それぞれ
のAl合金の望ましい成分組成を上記の通りに限
定したのは以下に示す理由によるものであるが、
外側層および中間層に関し、同一成分は同一理由
により限定したので、以下に成分ごとに説明する
ことにする。 (a) Mn Mnの含有によつて耐食性および高温加熱時の
耐垂下性が改善されるようになるが、その含有量
が0.4％未満では、所望の改善効果が得られず、
一方1.5％を越えて含有させても、より一層の改
善効果が現われないばかりでなく、塑性加工性が
低下するようになることから、その含有量を0.4
〜1.5％とした。 (b) CrおよびZr これらの成分には薄板の耐垂下性をより一層向
上させる均等的作用があるので、特にすぐれた耐
垂下性が要求される場合に必要に応じて含有され
るが、その含有量が0.01％未満では前記作用に所
望の向上効果が得られず、一方0.3％を越えて含
有させると、耐食性および塑性加工性が低下する
ようになることから、その含有量を0.01〜0.3％
とした。 (c) Zn Znは、外側層のAl―Mn系合金に比して中間層
を電気化学的により卑とし、もつて中間層の犠牲
陽極効果によつて外側層を防食するために含有さ
れるが、その含有量が0.3％未満では、高温加熱
を伴う真空ろう付け時に、中間層より内側層およ
び外側層への拡散並びに内側層へ拡散したZnの
内側層表面からの蒸発が起るために、中間層中に
残留するZn含有量が0.1％以下となつてしまい十
分な犠牲陽極効果を発揮することができなくなる
ことから、0.3％以上の含有が必要であるが、3.0
％を越えて含有させると、内側層および外側層へ
のZn拡散並びに内側層表面よりの拡散Znの蒸発
が著しくなる結果、外側層、中間層、および内側
層の電気化学的により卑な順位がくずれる場合も
あり、局部腐食を形成しやすいZn濃度分布とな
るばかりでなく、蒸発したZnによつて高温加熱
炉が汚染されるようになることから、その含有量
を0.3〜3.0％とした。 (d) Mg Al―Mn―Zn系合金で構成される中間層に比し
て電気化学的により卑で、かつ耐食性にすぐれた
材料として純AlおよびAl―Mg合金が特定される
が、Al―Mg合金は、純Alに比して、よりすぐれ
た耐食性、並びに拡散Znの蒸発を抑制する特性
をもつている。しかし、Mgの含有量が0.1％未満
では、所望の特性改善効果が得られず、一方2.5
％を越えて含有させると、変形抵抗が大きくなつ
てクラツド材の製造を困難ならしめるばかりでな
く、真空ろう付け時の高温加熱中に多量蒸発する
ようになつて炉の汚染を促進することから、内側
層を構成するAl―Mg合金のMg含有量を0.1〜2.5
％とした。 なお、この発明にかかる管体の内側層に関し
て、その層厚は、ろう付け温度および時間、中間
層中のZn含有量などを考慮して選定する必要が
あるが、Zn蒸発抑制および初期侵食深さなどの
観点から、通常管体の全体厚さの３〜20％程度と
するのが適当である。 つぎに、この発明の熱交換器を実施例により説
明する。

【表】 まず、通常の溶解法によつてそれぞれ第１表に
示される成分組成をもつたAlおよびAl合金１〜
９、並びにSi：9.50％、Mg：1.51％、Alおよび
不可避不純物：残りからなるろう材層形成用Al
合金を溶製し、鋳塊に鋳造した。なお、これら
AlおよびAl合金１〜９、並びにろう材層形成用
Al合金は、それぞれ不可避不純物として、Mn：
0.01％以下、Mg：0.01％以下、Zn：0.01％以下、
Si：0.10〜0.13％、Fe：0.21〜0.25％、および
Cu：0.01〜0.03％を含有した。 ついで、これら鋳塊に通常の条件にて熱間圧延
を施して板厚８mmとし、このうち合金４〜９およ
びろう材層形成用Al合金については、さらに冷
間圧延を施して板厚１mmとした。 つぎに、このように調整した外側層用Al合金
１〜３の厚板のそれぞれの上下面に、第２表に示
される組合せにしたがつて中間層および内側層用
AlおよびAl合金４〜９のそれぞれ、並びにろう
材層形成用Al合金を重ね合わせ、通常の条件に
て熱間圧延することによつて板厚１mmとし、さら
に中間焼鈍を施した後、冷間圧延により板厚0.4
mmとすることによつて、この発明の熱交換器の管
体用４層クラツド材（以下本発明管体用クラツド
材とい

【表】 う）１〜８、および同様に比較のための従来管体
用３層クラツド材（以下従来管体用クラツド材と
いう）をそれぞれ製造した。 この結果得られた本発明管体用クラツド材１〜
８および従来管体用クラツド材より幅50mm×長さ
80mmの寸法をもつた試験片をそれぞれ切り出し、
これらの試験片に、真空ろう付け処理と実質的に
同一の条件での加熱処理、すなわち圧力：約
10^-4torrの真空中で温度620℃に３分間保持の加
熱処理を施し、さらに本発明管体用クラツド材
３，４の試験片に対しては、大気中、温度550℃
に10分間保持のZn拡散熱処理を施した。なお、
上記本発明管体用クラツド材３の試験片に関し
て、その断面におけるZn拡散熱処理前のZn濃度
分布を第１図に、また同じくZn拡散熱処理後の
Zn濃度分布を第２図にそれぞれ示した。第１図
および第２図に示される結果から、内側層を設け
ることによつて中間層中に含有するZnの蒸発が
著しく抑制されるようになるため、中間層におけ
るZnの残留量はきわめて高く、かつZn拡散熱処
理を施すことによつて内側層表面にもZnが含有
されるようになり、防食上きわめて理想的なZn
濃度分布となることが明らかである。 引続いて、上記のように加熱処理、あるいはさ
らにZn拡散熱処理を施した試験片のそれぞれに
ついて、その内側層面を残して絶縁塗装した後、
500時間のCASS試験と、10ppmのCuイオンを含
有する30℃の水道水中に500時間浸漬の水道水浸
漬試験とを行ない、試験後の孔食数と最大孔食深
さをそれぞれ測定した。この測定結果を第２表に
合せて示した。 第２表に示される結果から、本発明管体用クラ
ツド材１〜８は、いずれも従来管体用クラツド材
に比してすぐれた耐孔食性を示し、特にZn拡散
熱処理を施した本発明管体用クラツド材３および
４は顕著な耐孔食性を示し、侵食が内側層で完全
に止まつていることが明らかである。 上述のように、この発明のAl合金製熱交換器
においては、管体が４層クラツド材で構成されて
いるので、熱交換器製造の真空ろう付け時に、中
間層を構成するAl―Mn―Zn系合金よりのZnの蒸
発が内側層によつて抑制され、かつ外側層より中
間層の方が、また中間層より内側層の方が電気化
学的に卑である配列となつているので、これを実
用に供した場合には内側層より順次に優先溶出し
て、よく犠牲陽極効果を発揮することから、管体
の使用寿命の著しい延命化、とりもなおさず熱交
換器の使用寿命の延命化をはかることができるな
ど工業上有用な効果をもたらすのである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明管体用クラツド材
３に関して、その断面におけるZn拡散熱処理前
（第１図）およびZn拡散熱処理後（第２図）のZn
濃度分布を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ AlおよびAl合金の単層あるいは複層のクラ
   ツド材からなるフイン材を、Al合金の管体本体
   の片面にAl―Si系合金のろう材をクラツドしたも
   のからなるブレージングシートで構成された管体
   に、真空ろう付けすることにより製造されたAl
   合金製熱交換器において、上記管体を、Al―Si系
   合金のろう材層と、Al―Mn系合金の外側層と、
   Al―Mn―Zn系合金の中間層と、純AlまたはAl―
   Mg合金の内側層との４層クラツド材で構成し、
   かつ外側層、中間層、および内側層の順に電気化
   学的により卑としたことを特徴とするAl合金製
   熱交換器。 ２ 上記管体における外側層を、Mn：0.4〜1.5
   重量％、Alおよび不可避不純物：残りからなる
   組成を有するAl―Mn合金で構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のAl合金製熱
   交換器。 ３ 上記管体における外側層を、Mn：0.4〜1.5
   重量％、CrおよびZrのうちの１種または２種：
   0.01〜0.3重量％、Alおよび不可避不純物：残り
   からなる組成を有するAl―Mn系合金で構成した
   ことを特徴とする上記特許請求の範囲第１項記載
   のAl合金製熱交換器。 ４ 上記管体における中間層を、Mn：0.4〜1.5
   重量％、Zn：0.3〜3.0重量％、Alおよび不可避不
   純物：残りからなる組成を有するAl―Mn―Zn合
   金で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項、第２項、または第３項記載のAl合金製熱
   交換器。 ５ 上記管体における中間層を、Mn：0.4〜1.5
   重量％、Zn：0.3〜3.0重量％、CrおよびZrのうち
   の１種または２種：0.01〜0.3重量％、Alおよび
   不可避不純物：残りからなる組成を有するAl―
   Mn―Zn系合金で構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項、第２項、または第３項記載の
   Al合金製熱交換器。 ６ 上記管体における内側層を、Mg：0.1〜2.5
   重量％、Alおよび不可避不純物：残りからなる
   組成を有するAl―Mg合金で構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、
   第４項、または第５項記載のAl合金製熱交換
   器。