KR0139548B1

KR0139548B1 - 열교환기의 제조방법

Info

Publication number: KR0139548B1
Application number: KR1019880700838A
Authority: KR
Inventors: 가즈노리 이시까와; 시게노리 아사미
Original assignee: 구사까베 에쯔지; 후루까와 알루미늄 고교 가부시끼 가이샤
Priority date: 1986-11-17
Filing date: 1987-11-16
Publication date: 1998-07-15
Also published as: KR890700060A; AU7007791A; AU5213193A; EP0292565B1; US4911351A; WO1988003851A1; AU669755B2; EP0292565A1; EP0292565A4; DE3787644T2; AU8274587A; DE3787644D1

Abstract

내용 없음

Description

[발명의 명칭]

열 교환기의 제조방법

[기술분야]

본 발명은 내공식성(pitting corrosion resistance)이 뛰어난 알루미늄제 열 교환기의 제조방법과 Al 부재의 표면층의 Zn 농화처리법(method of concentrating Zn) 및 표면 Zn 농화용(concentrating of surface Zn) Zn 증기의 발생방법(method of generating the vapour of zn)에 관한 것으로, 특히 자용차용 열교환기의 납땜(brazing)에 적용되는 것이다.

[기술배경]

최근, 자동차용 열교환기로서 라디에이터, 에어콘의 증발기, 응축기등에는 경량화를 위해 Al 또는 Al 합금이 폭넓게 사용되게 되었다. 일반적으로, 알루미늄제 열교환기는 Al 또는 Al 합금으로 된 심재(core materiaℓ)의 한면 또는 양면에 이것보다 융점이 낮은 땜납합금, 예를 들어 Al 내지 Si 합금이나 Al 내지 Si 내지 Mg 합금을 대립해 맞춘 브레이징 시이트를 사용하며, 이것을 Al 부재, 예를들면 입출된 다공튜브와 조합하여, 납땜에 의해 대랑 생산되게 하고 있다.

이들 납땜가열에 의해 만들어진 알루미늄제 열교환기는 내식성을 확보하기 위해 다음의 방법을 이용하고 있다.

(1) 납땜가열에 ZnCℓ₂함유 열화물계 플럭스를 사용하게하고, 납땜과 동시에 Al 부재의 표면에 Zn을 석출 확산시켜, 이 확산층의 희생작용(sacrificiaℓ action)으로 Al 부재의 공식을 방지한다. 이 방법은 내공식성이 뛰어나고, 주로 냉각기의 응축기에 이용되고 있다.

(2) Zn, Sn, In 등을 첨가하면 Al 또는 Al 합금을 전기 화학적으로 베이스로 하는 원소를 핀재 또는 땜납재에 첨가하고, 상기 희생작용에 의해 냉매 등의 통로를 구성하는 Al 부재의 공식을 방지한다. 이 방법은 주로 응축기, 증발기, 라이에이터 등에 이용되고 있다.

(3) 표피재로서 Al 내지 Zn 합금이나 Al 내지 Zn 내지 Mg 합금 또는 순수 Al을 사용하고, 이것을 각종 심재에 입히고 표피재의 희생작용으로 심재의 공식발생을 방지한다. 이 방법은 라이에이터의 튜브(용접이음관)나 헤더등, 특히 물측(water side) 의 내공식성향상에 이용되고 있다.

(4) 응축기 튜브에 사용하는 압출 다공관에 미리 Zn 피복, 아연산염 처리, Zn 도금 등에 의해 Zn 피복층을 마련하고, 납땜가열에 의해 Zn 확산층을 형성시켜 압출 다공관의 공식을 방지한다.

알루미늄제 열교환기의 내식성을 확보하는 상기 종래 방법은 각각 하기의 문제가 있으며, 그 개선이 강하게 요망되고 있다.

상기 (1)의 방법은 부식성 플럭스 잔여물(corrosive flux residue)을 발생하기 때문에, 물세정 등의 후처리가 필요하게 되며, 이에 수반하는 배수처리등도 포함하게 되어 제조단가가 높아진다. 상기 (2)의 방법은 핀재의 방식 범위에 제한이 있으며, 그 적용효과는 열교환기 코어 전체에 미치지 않는다. 땜납재에 넣는 방법은 땜납재가 용융하기 때문에, 희생층은 충분히 형성되지 않고, 역으로 땜납재가 용융하기 때문에, 희생층은 충분히 형성되지 않고, 역으로 땜납재가 잔류한 부분에서는 땜납재의 확산과 함계 희생층도 깊게 심재내로 들어가 내공식성을 저하하는 일도 있다. 상기 (3)의 방법은 희생층을 미리 입히지 않으면 안되고, 브레이징 시이트에서는 제조가능하지만, 압축 다공관등에는 적용이 곤란다. 또, 상기 (4)의 방법은 Zn에 의한 처리 때문에 Al 부재의 표면이 이질(heterogeneous)로 되며, 절곡등에 의한 탈락 등의 문제가 있다.

(1)의 방법에 대해서는 그후 불화물계의 비흡습 비부식성 플럭스를 사용한 납땜법이 개발되어 있다. 이 방법은 플럭스에 예를들어 KAlF₄ 내지 K₃AlF₆의 공정조성을 사용하고, 불활성 가스, 주로 N₂를 도입하고, 노점 -40。C 이하, O₂의 분압 1000ppm 이하로 관리된 로중에서 600。C 정도로 가열하여 납땜을 행하는 것으로서(이하, 이와같은 납땜법을 NB 법이라 기술한다), 납땜후의 세정이 불필요하다.

예를들면 알루미늄제 열교환기의 응축기의 경우는, NB 법에서는 제 1a 도에 도시한 바와같은 S 자형으로 크게 꾸불꾸불한 형상으로 벤더 가공한 압출다공관(이하, 튜브재라 약술함) (1)과, 제 1b 도에 도시한 바와같이 콜게이트 가공한 핀재(2)를 제1c 도에 도시한 바와같이 조립해 붙이고, 튜브재(1)의 냉매 출입구에 유니온(3,3')을 부착한후, 누름지그(4)로 고정하여 코어(5)로 하고, 이 코어를 세정한 후 불화물계 플럭스를 전체에 도포하고, 그런후 브레이징로에 송입하여 제 3 도의 b 로 도시하는 온도분포 곡선에 따라 예열 및 가열을하여 핀재와 튜브재를 납땜으로 일체화 한다.

핀재에는 JIS 3003 + 1% Zn 합금으로 된 심재의 양면에 AL 내지 Si 계의 JIS 4343 합금을 땜납재로하여 달아맞춘 브레이징 시이트(두께 0.16 mm)가 사용되고 있다. 그런데, 자동차가 염해지역을 주행하도록 되어 왔었기 때문에, 최근 이 열교환기의 외부 내공식성의 개선이 중요한 과제로 되어 있으며, 특히 상기 NB 법에 있어서는 희생핀의 사용뿐 아니라 다음과 같은 튜브재 자체의 방식처리가 이루어지게 되어 왔다.

(1) 납땜전에 튜브재에 아연산염 처리를 실시해 주므로서, 튜브재 표면에 Zn 을 석출시켜, 납땜 가열에 의해 Zn 을 튜브재중에 확산시킨다.

(2) 불화물계 플럭스중에 Zn을 첨가하고, 납땜 가열시에 플럭스로 부터 Zn을 튜브재중에 확산시킨다.

그러나, 납땜전의 아연산염 처리는 단가가 높게됨과 동시에, 튜브재를 아연산염 처리하기 위해 알칼리 액을 사용하므로서 상기 액이 튜브내부로 침입하는 것을 방지하기 않으면 않되어, 작업상의 난점이 많다.

또, 플럭스중에 Zn 을 첨가하는 방법은 염화물계 플럭스의 경우는 50 내지 60%의 고농도 플럭스를 사용하는 데에 대하여, 불화물계 플럭스의 경우는 그 자신 활성이 강한 10%정도의 저농도 플럭스로서 충분하므로 다량의 Zn 을 공급할 수 없어, 표면 전체에 소망량의 Zn 을 확산시킬 수가 없다.

한편, Al 압출재의 표면에 Zn 증기를 송풍시켜 Zn 피복층을 형성하고, 이것을 납땜 등의 가열에 의해 Al 압출재의 표면에 확산처리하여, 표면층의 희생효과에 의해 내식성을 향상시키는 것이 일본국 특공소 59 내지 31588 호 공보에 개시되어 있다. 이 경우의 Zn 증기의 발생을 550。C 로 유지된 Zn 용탕내에 가스도입관을 삽입하고, N₂가스를 공급하여 버블링 해주므로서 캐리어로 되는 N₂가스중에 Zn 증기를 분산시켜, 보온된 통로를 거쳐 AL 압출형재의 표면에 Zn 증기를 송풍시키고, Al 압출형재의 표면에 Zn 피복층을 형성하고 있다. Zn 피복층의 두께는 Al 압출형재의 압출속도와 가스공급량에 의해 조정된다.

그러나, Al 압출형재에서는 Zn 증기의 송풍도 압출재 내부에서는 용이하지만, 외부에서는 Zn 증기가 주위로 날려버리며, 게다가 대기중에서 산화가 진행되기 때문에 균일한 Zn 층을 단시간에 마련하는 것은 곤란하다. 더욱이, 브레이징 시이트를 사용하는 알루미늄제 열교환기에서는, 브레이징 시이트 소재의 제조시에 Zn 증기 발생 방법으로서, N₂가스를 버블링하기 위해 고압의 N₂가스공급 설비와 Zn 용탕 유지로 배관류가 필요하게 된다.

[발명의 개시]

본 발명은 상기 문제점에 비추어 여러 가지 검토한 결과, NB 납땜법에 의해 간단하고 또한 낮은 단가로써 납땜하는 Al 부재의 표면에 Zn을 확산하고, 내공식성을 개선한 알루미늄제 열교환기의 제조법 및 소재의 단계, 납땜의 단계, 납땜후의 단계등 어떤 경우에도 간단한 방법으로써 납땜에도 영향을 주지 않고 각 부분에 균일하게 Zn을 농화시켜, 내공식성을 향상시킬 수 있는 Al 부재의 표면층의 아연농화 처리법, 나아가서는 납땜과 동시에 Zn 증기의 피복처리와 Zn 확산 처리를 행하기 위해 효율적으로 Zn 증기를 발생시킬 수 있는 Al 부재의 표면 Zn 농화용 Zn 증기발생 방법을 개발한 것이다.

[발명의 개요]

본 발명의 제 1 목적은 불화물계 플럭스를 사용하여, 불활성 가스 분위기의 로내에서 가열 납땜하는 알루미늄제 열교환기의 제조에 있어서, 로내의 430 내지 620。C 의 위치에 Zn을 배치하여 용융 증발시키고, 상기 플럭스를 도포한 핀재와 튜브재의 가열 납땜과 동시에 이들 Al 부재에 Zn 증기를 접촉시켜서 Zn 확산 처리하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법을 제공하는데 있다.

또, 제 2 목적은 상술한 바와같은 열교환기의 제조에 있어서, 불화물계 플럭서를 도포후 건조한 핀재와 플럭스를 도포하지 않은 튜브재를 조립해 붙이고, 불활성 가스중에서 상기 플럭스의 융점보다 낮게, 또한 이들 부재가 가열되어 있는 온도 이상의 온도의 Zn 증기중에 1분이상 유지하고, 그런후 플럭스의 융점보다 높은 온도에서 납땜을 행하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제 3 및 제 4 목적은 각각, 상기 Al 부재의 표면층의 Zn 농화처리 및 표면 Zn 농화를 위한 Zn 증기 발생방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 열교환기의 제 1 제조방법에 있어서는, 열교환기용 Al 부재에 불화물계 플럭스를 도포후, 예열 영역에서 200。C 정도로 가열 건조한다. 다음에, 불활성 가스분위기의 브레이징 영역에서 600。C 로 수분가열(실체온도)하여 납땜을 행할 때, 로내온도가 430 내지 620。C로 되는 위치에 Zn 을 놓고 용융 증발시켜, Al부재의 가열납땜과 동시에, Al 부재를 발생한 Zn 증기와 접촉시켜 Zn 확산처리를 행한다.

Al 내지 Si 계 땜납재는 577。C 부근에서 용융하지만, Zn 의 확산은 표면에 부착한 플럭스의 상황(용융전후)에 관계없이 이보다 저온측으로 진행하고, Al 부재의 납땜과 동시에 Al 부재의 Zn 확산처리가 행해진다. Zn 의 확산상황은 Zn 의 증기발생 상황에 좌우된다.

그리고, 로내의 430 내지 620。C 의 위치에 Zn 을 배치하여 용융 증발시키는 것은, Zn 의 증기발생은 Zn 의 용융온도(430。C) 이상이 아니면 무리이고, 이 온도이상으로 Zn 을 유지할 필요가 있기 때문이다. 한편, 납땜과 동시에 Zn 의 확산 처리를 행하기 위한 상한 온도는 620。C이다. 또, 로내의 불활성 가스 분위기의 산소농도는 1000ppm 이하, 노점은 -30。C 이하로 한다. 이것은, 이 범위내가 아니면 양호한 납땜이 얻어지지 않을 뿐 아니라 Zn 증기의 발생효율이 저하하기 때문이다.

불활성 가스의 유량은 매분당 로의 유효내부 용적의 0.1 내지 1배가 바람직하다. 그 이유는 하한 미만에서는 산소농도와 노점을 상기 범위로 유지할 수가 없으며, 상한을 넘으면 불활성 가스의 소비가 증대하고, 또한 Zn 증기의 발생도 증가하여 확산과잉으로 되어, 내식성을 저하시키기 때문이다.

더우기, Zn 용탕의 표면적은 로의 단위 유효내부용적 (ℓ) 당 0.05 내지 2.5㎠ 가 좋고, 이에 따라 Zn 증기의 발생 및 효율이 양호한 확산처리를 행할 수가 있다.

또한, Al 부재에 균일하게 Zn 을 확산시키는데는 Al 부재와 Zn 증기의 접촉을 균일하게 하는 것이 중요하며, 가스 흐름뿐 아니라 적당히 교반하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2의 제조방법에 있어서, 플럭스가 오직 핀재상에만 피복되는 이유는 튜브재와의 조립 부착후, Zn 증기중에 노출시켜 Zn을 튜브재속에 확산시킬 때에, 튜브재에도 미리 플럭스가 도포되어 있으면, 플럭스가 방어막으로 작용하여 Zn 증기가 튜브재 표면에 부착하는 것을 방지해 버리기 때문이며, 게다가 이들 조립부착 부재를 불활성 가스중에서 가열하여 Zn 증기에 노출시킬 때에 상기 플럭스의 융점보다 낮은 온도에서 실시하는 이유는 튜브재로의 Zn 확산처리중에 핀재에 도포된 플럭스가 용융하여 튜브재 표면을 피복하는 것을 회피하기 때문이다.

또, 불화물계 플럭스의 용융전에 Zn 증기로부터 튜브표면에 Zn 을 효율적으로 부착시키기 위해 Zn 증기의 온도는 튜브재의 가열온도보다 높고, 플럭스의 융점(약 562。C)보다 낮은 550내지 560。C가 최적이며, 유지시간은 1분 미만에서는 Zn의 튜브표면으로의 부착량이 충분하지 않고, 따라서 방식효과도 불충분하다. 또한, 상기 Zn 증기의 온도를 낮게 한 경우는 그것에 따라 유지시간도 길게할 필요가 있다.

더우기, 납땜로내에서 Zn 증기의 발생을 효율적으로 행하기 위하여는 상술한 가열 납땜과 동시에 Zn 의 확산처리를 행하는 제 1 제조방법의 경우와 마찬가지로, 로내의 산소농도를 1000ppm 이하, 노점울 -30。C 이하로 하는 것이 좋고, 불활성가스의 1분당의 유량은 로용적의 0.1 내지 1배가 로내분위기의 유지와 Zn 증기의 발생에 최적이고 경제적이며, 로내의 Zn 용탕의 표면적도 로의 단위용적(ℓ) 당 0.05 내지 2.5㎠ 로 하는 것이 유효하다.

본 발명은 Al 또는 Al 합금부재를 Zn 증기중에서 가열하는 Al 부재 표면층의 일반적인 Zn 농화처리법을 그 제 3 의 목적으로서 제공하는 것이다. 이 방법에 있어서는, Zn 증기는 로중에서 Al 또는 Al 합금부재와 Zn 을 동시에 가열하여 발생시켜도 좋고, 별도의 장치로 Zn 을 가열하여 발생한 Zn증기를 사용해도 좋다. 처리 온도는 Zn 을 용융온도(약420。C) 이상이면 문제가 없고, 온도가 높아지면 표면 농도와 확산깊이도 커진다. 처리시간도 마찬가지로 부재표면의 Zn 확산패턴에 영향을 준다. 처리 분위기는 N₂가스등 불활성 가스중이 바람직하지만, 대기중에서도 Zn 농화는 가능하다. 압력은 대기압 정도로 충분하며, 진공중에서 Zn 증기를 발생시켜도 좋다.

Al 또는 Al 합금부재의 소재 단계에서 Zn 을 확산시키는 데는 열간가공(압연, 압출)시에 Zn 증기를 보유한 로내를 통과하거나, Zn 증기를 노즐로부터 송풍시켜도 좋다. Zn 석출에 의한 표면특성의 변화는 전혀 문제가 없으며, 소재형상의 제약도 없다. 예를 들면, Al 부재의 납땜단계에서 적용시키는 경우에도 납땜로내에 Zn 용탕을 적정량 비치해 두면 된다. 땜납재 표면에도 문제없이 Zn 이 확산한다

Zn 을 용융온도 이상으로 가열하고, 발생하는 Zn 증기중에서 Al 또는 Al 합금부재를 가열하면, Zn 은 Al 또는 Al 합금부재의 내부로 확산하고, 이 부재의 희생효과(sacrificiaℓ effect)를 부여한다. Zn 확산은 표면이 가장 농도가 높은 확산 패턴을 나타내며, 내공식성은 가장 양호하게 된다. Zn 확산은 불화물계의 플럭스를 사용한 납땜에 있어서도 플럭스의 영향을 받지 않는다. 또, Al 또는 Al 합금부재의 납땜후에도 땜납재의 융점보다 낮은 온도에서 본 발명의 처리를 행하므로서, 균일하게 표면에 Zn 을 확산시킬 수가 있다. 예를들면, 진공 납땜에 의해 열교환기 코어를 제조하고, 이 코어에 대해 본 발명의 처리를 하는 경우이다. 게다가, Al 내지 Mg 합금 등에 적용하며, 표면층을 Al 내지 Mg 내지 Zn 합금화하고, 합금의 강도를 향상시킬 수가 있다.

본 발명의 제 4 의 목적인 Al 부재의 표면 Zn 의 농화용 Zn 증기발생 방법은 N₂가스를 캐리어 가스로서 통하게 하는 가열로내에 Zn 을 비치해 두고, Zn 및 로내 분위기 온도를 430。C 이상으로 가열하여 Zn을 용융하며, Zn 용탕으로부터 Zn 증기를 발생시키는 NB 법에 적용되는 것으로서, 그 조건은 가열로의 내용적을 V 리터(이하 ℓ 로 표기함)로 하면, Zn 용탕량을 1 내지 10g/ℓ, Zn 용탕의 표면적을 0.05내지 2.5㎠/ℓ, N₂가스의 유량을 0.05V 내지 Vℓ/min 로 하고, 가열로내의 분위기를 대기압 부근에서 노점을 내지 20。C, 산소농도를 1000ppm 이하로 유지하여 Zn 용탕으로부터 Zn 증기를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

Zn 및 로내 분위기 온도를 430。C 이상으로 가열하는 것은, 대기압의 N₂분위기중에서 Zn을 발생시키는 데는 Zn을 충분한 용융상태로 유지할 필요가 있기 때문이다. Zn의 증발량은 온도가 높을수록 증가하지만, NB 납땜과 동시에 Al 부재의 표면을 Zn 농화처리 하는데는 Zn 및 로내분위기 온도를 430 내지 600。C로 유지하는 것이 바람직하다.

다음에, 증기발생에 사용하는 가열로의 내부용적을 Vℓ라 할 때, Zn 용탕량을 1내지 10g/ℓ 로 한 것은 Zn 용탕량이 1g/ℓ 미만에서는 로내를 Zn 증기로 충만시킬 수가 없고, Zn 증기와 Al부재의 접촉이 불충분하게 되어 적절한 Zn 확산이 얻어지지 않게 되며, 10g/ℓ를 넘으면 Zn 증기가 포화함과 동시에 Al 부재의 Zn 증기처리를 행했을 때 과잉 확산 패턴을 나타내게 되기 때문이다. 또, Zn 용탕의 표면적을 0.05 내지 2.5㎠/ℓ 로 한 것은 0.05㎠/ℓ 미만에서는 로내를 Zn 증기로 충만시킬 수가 없고, 2.5㎠/ℓ를 넘으면 Zn 증기의 소비가 심해지며, 연속적으로 Zn 증기를 발생시키기 위해서는 효율이 나빠지기 때문이다.

게다가, N₂가스 유량을 0.05V 내지 Vℓ/min 로 한 것은, 0.05Vℓ/min 미만에서는 Zn 의 증발이 불충분해지며, 1Vℓ/min를 넘으면 Zn 의 소비가 커지기 때문이다.

NB 납땜시의 N₂유량은 30내지 60㎥/hr(연속로에서 내부용적 약 2000ℓ일때)정도까지 흘러도 문제가 없다. 이것은 별개의 로에서 Zn 증기를 발생시킬 뿐 아니라, NB 납땜로중에 Zn 용탕을 비치하여 Zn 증기를 발생시킬 수도 있다. 또, 가열로내의 분위기를 대기압 부근에서 노점을 -20。C 이하, 산소농도를 1000ppm 이하로 한 것은 Zn 용탕 표면의 산화를 방지하고, 효율적으로 Zn 증기를 발생시키기 위한 것으로, N₂가스에는 액체 N₂를 기화하여 사용한다. NB 납땜에서도 N₂가스가 사용되는 것을 고려하면 N₂가스의 사용이 최적이다.

B납땜로중에 Zn을 비치한 경우에서도 NB 납땜에 필요한 분위기의 조건은 노점 -30。C 이하, 산소농도 1000ppm 이하이므로, Zn을 산화시킴이 없이 증발시킬 수가 있다.

이상과 같은 조건을 유지하면서 Zn 용탕으로부터 Zn 증기를 발생시키므로써, Al 부재 표면으로의 Zn 확산처리가 효율적으로 가능해진다. 또한, Zn 용탕의 초기 산화 피막을 제거하기 위해, Zn을 산으로 세정한 후, 분위기로중에서 용해시키는 것이 효과적이다. 또, 가열로중에서 Zn 용탕표면의 피막을 기계적으로 제거하는 것도 Zn 증기발생율을 높이는데 효과적이다.

[도면의 간단한 설명]

제 1a도, 1b 도 및 1c도는 알루미늄제 열교환기의 코어의 조립부착을 도시하는 것으로서,

제 1a는 벤더 가공한 압출 튜브재의 사시도,

제 1b도는 콜게이트 가공한 핀재의 사시도,

제1c도는 지그로 눌러 조립부착한 코어의 사시도,

제 2도는 연속 분위기로를 도시하는 외관도,

제 3 도는 연속분위기로에서 납땜할 때의 로내의 온도 분포 곡석을 도시하는 그래프이다.

[발명을 실시하기 위한 최적의 실시예]

[실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4]

길이 9m, 머플(muffle) 정면폭 300mm, 높이 100mm, 용적 270ℓ의 연속 분위기로와 건조로를 사용하여, 외부칫수 70x200mm 의 응축기 코어의 납땜을 행하였다. 튜브(1)에는 JIS 1050 합금으로 된 제 1A 도에 도시하는 두께 5mm, 폭 22mm 의 4 내지 구멍 압출형재를 사용하여, 이것을 절곡가공하였다. 또, 핀(2)에는 JIS4343 합금을 땜납재로 하고 JIS3003 합금으로 된 심재의 양면에 피복(판두께0.16mm, 땜납재 피복을 10%)한 브레이징 시이트를 사용하여, 이것을 콜게이트 가공하였다(제 1b 도). 이 튜브(1)와 핀(2) 제 1c 도에 도시한 바와같이 튜브(1) 사이에 핀(2)을 배치하고, 지그(4)로 고정하여 탈지후 5중량% 농도의 불화물계 플럭스를 도포하고, 200。C의 건조로에서 수분을 제거하였다. 이것을 연속 분위기로에 넣어 납땜을 행하였다.

연속 분위기로는 예열부와 납땜부와 냉각부로 구성되며, 예열부는 300。C, 납땜부는 550。C 와 600。C 로 유지하고, 냉각부는 수냉 자켓구조로서 300。C 정도까지 냉각 가능하게 하며, 로내에는 N₂가스를 흐르게 했다. 이렇게 해서 로중에 유지되는 시간을 20분, 납땜부에 15분 유지하고, 납땜부의 550。C 유지부에 표면적 10내지 800㎠ 의 용기에 용융 Zn을 넣은 것을 배치하여, N₂가스용량 20 내지 350ℓ/min 로서 납땜과 동시에 Zn 확산처리를 행하였다. 이들에 대해 Zn 확산상황을 조사함과 동시에 가스(CASS)시험을 500시간 행하였다. 그 결과를 제 1 표에 나타낸다.

Zn 확산상황은 X 선 마이크로 아날라이저(EPMA)에 의해 각 코어 5점을 분석하고, 그 평균치를 나타냈다. 또, 카스시험(CASS test)은 부식 생성물을 제거한 후, 초점 심도법에 의해 최대공식 깊이를 구했다.

제 1 표로 부터 명백한 바와같이, 본 발명된 제 1 내지 9 는 모두 표면 Zn 농도가 2.1 내지 9.5%, Zn 확산깊이 110 내지 160 μm의 Zn 확산 패턴이 튜브표면에 형성되고, 카스시험에 의한 내식시험에 있어서도 뛰어난 내공식성을 나타낸다.

한편, 조건이 다른 비교법 1에서는 Zn 용탕 표면적이 작은 곳에서 부터 표면 Zn 논도가 낮고, 내공식성이 나쁘며, 비교법 2에서는 노점이 높고, 핀재의 납땜이 일부 불충분하였다. 또, 비교법 3은 Zn 용탕 표면적이 크고, 비교법 4는 N유량이 크기 때문에, 모두 표면 Zn 농도가 높과, 확산깊이도 깊으며, 깊은 공식이 발생한다는 것이 밝혀졌다.

[실시예 10 내지 17 및 비교예 5 내지 9]

JIS 3003 합금(0.05 내지 0.2% Cu 내지 1.0 내지 1.5% Mn 내지 Al 합금)의 심재의 양면에 JIS 4343 합금(6.8 내지 8.2% Si 내지 Al 합금) 땜납재를 피복율 10% 로 피복한 판두께 0.16mm 의 브레이징 시이트를 콜게이트 가공하여 핀재(2)를 제작하고, 용제 세정후 불화물계 플럭스의 5% 농도용액중에 침지한 후, 200℃ 의 건조로를 통과하여 건조하고, 표면에 플럭스를 도포하였다. 이 핀재(2)와 JIS 1050 합금(Al 99.5% 이상)을 압출 가공하여 벽두께 0.8mm, 폭 22mm 및 두께 5mm 의 4 내지 구멍 튜브재(1)를 벤더 가공하여 용제세정한 것과를 제 1c 도와 같이 누름지그(4)로 눌러서, 유니온을 부착하지 않은 코어(5)로서 납땜시료에 제공하였다. 이와같은 코어를 이하에 표시하는 바와같은 로중에서 NB법에 의해 납땜시험을 행하였다.

제 2 도에 도시한 바와같이 정면폭 300mm, 정면높이 100mm 및 길이 9m 의 머플(6)(유효 내용적270ℓ)내를 주행하는 순환 메쉬 벨트(7)를 구비하고, 이 벨트(7)의 진행방향의 직전으로부터 벨트(7)상에 실려 배치되어 이 벨트(7)에 의해 반송되는 코어(5)를 예열하는 예열부(8), 이 코어(5)를 납땜하는 브레이징부(9) 및 납땜된 것을 냉각한는 냉각부(10)를 설치한 연속 분위기로(11)의 머플(6)내에 30ℓ/min 의 N가스를 흐르게 하고, 브레이징부(9)안은 600。C로 설정하고, 표면적 50cmm의 Zn 용기(12)내에 Zn 용탕을 넣어 예열부(8)내에 두었다.

이와 같은 연속 분위기로에서 상기 코어의 튜브로의 Zn 증기 확산처리를 행하기 위한 예열부에서의 예열온도와 예열시간과를 제 2 표에 나타난 바와같이 변화시켜 제 3 도의 A 로 도시하는 로내온도 분포곡선으로써 상기 코어를 납땜하고, 각각의 조건에서 얻어진 코어의 튜브재의 표면 Zn 온도와 Zn 확산깊이를 EPMA 로 각각 5개 장소에서 측정하여, 그 결과를 제 2표에 병기하였다. 또한, 납땜시의 로내분위기의 노점은 내지 35。C, 산소농도는 100ppm 이었다. 게다가, 얻어진 코어에 대해 500hr 의 카스시험을 행하고, 그때의 최대 피트깊이를 촛점심도법에 의해 구해, 그 결과를 제 2 표에 병기하였다.

또, 비교를 위해 상기 코어에 플럭스를 전면 도포후, 상기한 연속 분위기로에서 Zn 용탕을 예열부에 두고 제 3 도의 b 로 도시하는 로내온도 분포곡선으로써 600。C에서 납땜을 행하는 방법으로 제작한 코어에 대해, 동일한 시험을 실시하여 그 결과를 제 2 표에 병기하였다.

제 2 표로부터 명백한 바와같이, 본 발명법 제10내지 17에 의한 코어는 표면 Zn 농도가 1내지 2%로 높고, 확산깊이도 100㎛ 정도의 양호한 확산패턴이 얻어지며, 게다가 핀 바로 아래, 즉 납땜부에 있어서의 튜브재 표면에서도 동일한 확산패턴이 인정되었다. 또, 카스시험에 의한 피트깊이도 양호하다는 것이 판명되었다. 한편, 예열시간이 1분이 되지 않는 비교법 5 및 예열 온도가 플럭스 용융온도보다 높은 비교법 6 내지 8은 양호한 확산 패턴이 얻어지지 않고, 게다가 피트 깊이도 본 발명법의 경우보다 2 내지 3 배나 크다는 것이 알려졌다. 또, 전면에 플럭스를 도포한 후, Zn 증기중을 통과하여 납땜한 비교법 9는 확산 Zn 의 농도가 작고 방식 효과가 크게 떨어져 있으며, 튜브표면의 플럭스가 Zn의 부착을 억제하고 있는 것이 밝혀졌다.

또한, 핀에만 플럭스를 도포한 코어를 제 3 도의 b 와 같이 연속적으로 온도 상승시켜 납땜하는 경우라도, 플럭스의 융점(약 562。C) 이하의 온도로 유지되고 있는 로내의 수개장소에 Zn 발생원을 배치하는 것으로도 본 발명법과 동일한 효과가 얻어진다.

[실시예 18]

JIS 1050(순도 99.5 중량 이상의 순 Al)으로 된 자동차 에어컨용 응측기 튜브(외부칫수 : 5 x 22mm, 4내지 구멍, 벽두께 0.8mm)를 500。C 에서 압출 가공하고, 그 직후 Zn 용량을 비치한 N분위기로증 600。C 에서 1분간 유지하여, 튜브를 Zn 증가처리하고, 이것을 벤더 가공하였다. 한편, JIS 3003 상당의 Al 합금을 심재로 하고, 그 양면에 JIS 4343 상당의 땜납재를 10% 피복한 두께 0.16mm, 폭 22mm 의 브레이징 시이트를 20mm 의 높이로 콜게이트 가공하여 핀을 형성하였다. 이것을 상기 벤더 가공한 튜브에 조립 부착하고, 세정 처리한 후, 종래 내공식성이 떨어지는 것으로 되어 있는 비부식성 불화물계 플럭스를 3% 농도로 도포하고, 건조후 N가스중 600。C 에서 3분간 납땜을 행하여 응축기를 제작하였다.

이에 대해 카스시험(720 hr)을 행하여 튜브에 발생하는 최대 공식깊이를 측정하고, 종래 내공식성이 가장 뛰어난 플럭스 납땜제품, 즉 Zn 증기처림함이 없이 벤더 가공한 튜브에 상기 핀을 조립 부착하고, ZnCℓ!2?를 함유한 염화물계 플럭스를 사용하여, 대기중, 600。C에서 3분간 납땜을 행한 후, 플럭스 잔여물을 용탕세정, 산소세정, 물세정으로 제거한 응축기의 튜브재에 발생하는 최대 공식깊이와 비교하였다. 그 결과, 어느것도 0.2mm 이하의 얕은 부식이 발생한 것에 지나지 않고, 본 발명 처리를 실시한 것은 종래의 내식성이 가장 뛰어난 플럭스 땜납제품과 동등한 내식성을 나타냈다.

[실시예 19]

실시예 18과 동일한 핀재와 Zn 증기처리를 행하지 않은 튜브를 사용하고, ZnCℓ를 포함하지 않은 염화물계 플럭스를 사용하여, 대기중 600。C에서 3분간 납땜을 행하였다. 이것을 Zn 용량을 비치한 N분위기로중 500。C에서 10분간 유지하여 Zn 증기처리를 행하고, Zn 확산층을 응축기 코어전체에 형성시켰다. 이것에 대해 실시예 18과 마찬가지로 카스시험(720 hr)을 행하고, 튜브재에 발생하는 최대 공식깊이를 측정하여, 종래 내공식성이 가장 뛰어난 ZnCℓ를 함유한 염화물계 플럭스를 사용한 납땜 제품과 비교하였다. 그 결과, 종래의 내공식성이 가장 뛰어났던 납땜제품의 공식깊이가 0.15mm 인 것에대해, 본 발명의 처리를 실시한 것은 공식깊이가 0.08mm로 작고 내공식성이 뛰어났다.

[실시예 20]

JIS 3003 상당의 심재의 한쪽면에 JIS 4343 상당의 땜납제를 피복한 브레이징 시이트(판두께 0.44mm, 피복율 10%)를 사용하고, 용접 이음 가공에 의해 내측(둘쪽)으로 JIS 3003 으로된 심재가 향하는 튜브(외부칫수 : 두께 2.5mm, 폭 13mm)로 하였다. 동일하게, 땜납재 피복율 7%의 브레이징 시이트(두께 1.6mm)를 헤더 가공(튜브를 찔러넣는 구멍을 뚫고, 수지탱크를 붙인 플랜지, 코오킹을 위한 갈퀴 등을 설치한다) 하였다. 한편, JIS 3003 상당의 핀재(판두께 0.1mm, 폭 16mm)를 10mm 높이의 콜게이트 가공하여 핀을 형성하였다. 상기 튜브, 헤더 및 핀을 조립 부착하고, 비부식성 불화물계 플럭스를 5% 농도로 도포하고, 건조후 N분위기중 600。C에서 3분간 납땜 가열하였다. 이어서, 다른로에서 Zn을 500。C로 가열 용융하여 발생시킨 Zn 증기를 N가스를 캐리어로하여 온도를 저하시킴이 없이 납땜로에 도입하고, 납땜과 동시에 Zn 증기 처리를 실시하여 라디에이터를 제작하였다.

다음에, JIS 3003상당의 심재의 한쪽면에 JIS 4343 상당의 땜납재를 피복(피복율 10%)하고, 다른면에 내식성이 뛰어난 JIS 7072 상당의 피재를 피복(피복율 10%)한 브레이징 시이트(판두께 0.4mm)를 사용하고, 용접이음 가공에 의해 내측(물측)으로 JIS 7072로 된 심재가 향하는 튜브 (외부칫수 : 두께 2.5mm, 폭 13mm)로 하였다. 동일하게, JIS7072 상당의 피재와 JIS4343 상당의 땜납재를 피복한 두께 1.6mm의 브레이징 시이트를 헤더 가공하였다. 또, JIS 3003 상당의 핀재(두께 0.1mm, 폭 16mm)를 10mm 높이로 콜게이트 가공하여 핀을 제작하였다. 이들 튜브, 헤더 및 핀을 조립 부착하고, 상기와 마찬가지로하여 납땜하고, 한 대는 납땜과 동시에 Zn증기 처리하고, 한 대는 Zn증기 처리를 행하지 않았다.

이렇게 해서 제작한 3대의 라디에이터에 각각 수지제탱크를 부착하고, 수도물에 Cu를 10ppm 첨가한 부식액을 내부 순환시켜서 부식시험을 행하였다. 시험은 80。C에서 8시간, 실온에서 16시간을 1 사이클로 하고, 3개월간 행했다. 부식액의 유속은 40ℓ/min로 하였다. 시험 종료후, 본 발명의 처리를 실시한 라디에이터의 튜브재의 최대 공식 깊이는 어느것도 0.07mm였지만, Zn 증기처리를 실시하지 않은 것(내식성이 뛰어난 JIS 7072 상당의 피재를 사용)에서는 최대공식 깊이가 0.15mm로 되어, Zn 증기 처리를 실시하므로써 내공식성이 현저하게 향상됨이 판명되었다.

[실시예 21 내지 31 및 비교예 10 내지 16]

두께 1mm, 폭 50mm, 길이 100mm의 Al 판에 대해, NB 납땜로에 의해 납땜을 행함과 동시에 Al판의 표면에 Zn농화처리를 행하였다. NB 납땜로에는 예열실과 가열실을 설치한 머플형의, 높이 400mm, 폭 600mm, 길이 2000mm, 용적 480ℓ의 로를 사용하고, Al 판에는 불화물계 비부식성 플럭스를 5% 농도로 도포하고, 이것을 10장 모아 치구에 매달아, 200。C로 가열한 건조로에 넣어 수분을 증발시켰다. 이것을 NB납땜로의 550。C로 가열한 예열실에 넣고 5분간 유지후, 600。C로 가열한 가열실로 이동하여, 15분간 유지해주므로서 실체 온도에서 600。C, 3분간의 납땜을 행하였다. 가열후는 재빨리 예열실을 통과하여 대기중으로 취출해 냉각했다.

NB납땜로에는 240ℓ/min의 N가스를 가열실에 도입하고, 예열실을 통과하여 로밖으로 방출하여, 로내 분위기를 노점 내지 35。C, 산소 농도를 100ppm 유지했다. 한편, Zn을 높이 200mm, 폭 300mm, 길이 500mm, 용적 30ℓ의 Zn 증기 발생로내에 두고, N가스를 유동시켜 로내 분위기를 노점 -40 내지 30。C, 산소 농도 100 내지 300ppm 으로하여 500。C로 가열 용융하고, Zn 증기를 발생시켰다. 이렇게 해서 발생한 증기를 550。C에 보온한 배관을 통하여 NB 납땜로의 예열시에 도입하고, NB납땜과 동시에 Al 판의 표면에 Zn 농화처리를 실시하여, Zn 증기발생로의 N유량, Zn용탕량, Zn용탕 표면적을 변화시켰을 때의 Al표면의 Zn 확산거동(표면농도, 확산깊이)을 EPMA 분석에 의해 조사했다. 그 결과를 제 3 표에 나타낸다.

또한, EPMA분석은 10장의 Al판에 대해 각 5점씩 측정하여, 50점의 평균치를 구했다.

제 3표로부터 명백한 바와 같이, 본 발명법 21 내지 31에 의해 Zn 증기를 발생시킨 것은 표면 Zn 농도 2 내지 10%, 확산깊이 100㎛정도의 Zn확산패턴을 나타내며, 내식성이 뛰어난 플럭스 납땜제품과 동등한 내공식성이 얻어진다는 것이 밝혀졌다.

이에 대해, 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 비교법에서는 내공식성이 뛰어난 Zn 확산패턴이 얻어지지 않거나, 또는 Zn 확산깊이가 깊어, Zn의 소비량이 많아지는 문제가 있다. 예를 들면, 비교법 10, 12, 14, 16에서는 충분한 Zn 증기를 발생하지 않으며, 내공식성이 뛰어난 Zn 확산 패턴을 나타내는 데 이르지 않았다. 또, 비교법 11, 13, 15에서는 Zn 증기의 발생이 많고, 확산깊이도 깊어져, Zn 소비량이 많아지거나 공식깊이가 깊어지는 등의 문제가 있다.

[실시예 32 내지 35]

실시예 21과 마찬가지로 NB납땜을 행하였다. 그 때, 예열실(높이 400mm, 폭 600mm, 길이 900mm, 용적 216ℓ)내에 Zn을 비치하여 용융증발시키고, 예열실에서 Al판의 예열과 함께 Al판의 표면에 Zn 농화처리를 실시하고, 실시예 21과 마찬가지로하여 Zn 확산상황을 조사하였다. 그 결과, 제 4표에 나타낸 바와같이 본 발명법 32 내지 35는 모두 양호한 Zn 확산 패턴이 얻어졌다.

[실시예 36 내지 37]

실시예 21과 마찬가지로 NB납땜을 행하였다. 그 때, 예열실(높이 400mm, 폭 600mm, 길이 1100mm, 용적 246ℓ)내에 Zn을 비치하여 용융증발시키고, 가열실에서 Al판의 NB 납땜과 동시에 Al판의 표면에 Zn 농화처리를 실시하고, 실시예 21과 마찬가지로하여 Zn 확산상황을 조사하였다. 그 결과, 제 5표에 나타낸 바와같이 본 발명법 36 및 37은 모두 양호한 Zn 확산 패턴이 얻어졌다.

[산업상의 이용가능성]

이와같이 본 발명에 의하면, 내공식성이 요구되는 열교환기의 비부식성 플러스 납땜에 있어서, 납땜과 동시에 내공식성이 양호한 Zn 확산 패턴을 Al 부재에 용이하게 형성할 수가 있고, 납땜전의 아연산염 처리에 비교하여 작업 공정이 현저히 적으며, 제조단가를 저감할 수가 있다. 또, 튜브재에 플럭스를 도포하지 않고 또한 플럭스의 유동전의 온도에서 Zn 증기 처리를 행하므로써 플럭스 피막의 Zn 부착을 억제하는 작용을 방지하는 것이 가능해지며, 내공식성이 향상됨과 동시에 튜브재를 압출 다공관을 사용하는 응축기 코어나 증발기 코어에 대해서뿐 아니라, 튜브재에 브레이징 시이트를 사용하는 인발컵형 증발기나 용접이음관(브레이징 시이트)을 사용하는 라이에이터 등에도 이용할 수 있는 길이 열렸다.

또한, 간단한 설비에 의해 Al 또는 Al 합금부재의 내공식성을 현저하게 향상하는 ZN 의 희생층을 용이하게 형성할 수 있음과 동시에, 불화물계 내부식성 플럭스를 사용한 NB 납땜에 있어서 Zn 증기의 발생을 용이하게 하여 납땜과 동시에 Zn 확산 처리를 가능하게 하는 등 산업상 극히 현저한 효과를 제공하는 것이다.

Claims

불화물계 플럭스를 사용하여 불활성 가스분위기의 로내에서 가열 납땜하는 알루미늄제 열교환기의 제조방법에 있어서, 로내의 430 내지 620。C의 위치에 Zn을 배치하여 용융 증발시키고, 상기 플럭스로 도포된 핀재 및 튜브를 가열 납땜함과 동시에 이들 Al 부재에 Zn 증기를 접촉시켜서 Zn 확산 처리 하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 불화물계 플럭스를 도포후 건조한 핀재 및 플럭스를 도포하지 않은 튜브재를 조립 부착하고, 불활성 가스중에서 상기 플럭스의 융점보다 낮고, 또한 이들 부재가 가열되어 있는 온도 이상의 온도인 Zn 증기내에서 1분이상 유지하고, 다음에 플럭스의 융점보다 높은 온도에서 납땜을 행하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 로내의 산소 농도를 1000ppm이하, 노점을 -30。C이하, 불활성 가스의 유량을 매분당 로용적의 0.1내지 1배, Zn 용량의 표면적을 로의 단위용적(ℓ)당 0.05 내지 2.5㎠ 로 한 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
Al 또는 Al 합금 부재 혹은 열교환기의 코어를 Zn 증기중에서 가열 처리하는 것을 특징으로 하는 Al 부재의 표면층의 아연농화 처리법.
N₂가스를 캐리어 가스로서 유동시키고, Zn 및 로내분위기 온도를 430。C 이상으로 가열하여 Zn 융용한 가열로의 내부용적을 Vℓ로 할 때, Zn 용탕량을 1내지 10g/ℓ, Zn 용탕의 표면적을 0.05 내지 2.5㎠/ℓ, N₂가스의 유량을 0.05V 내지 Vℓ/min 로하고, 가열로내의 분위기를 대기압 부근에서 노점을 -20。C 이하, 산소 농도를 1000ppm 이하로 유지하여 Zn 용탕으로부터 Zn 증기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 Al 부재의 표면 Zn 농화용 Zn 증기 발생 방법.