KR101851811B1 - 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

알루미늄 합금 압출재로 이루어지는 편평 다혈형의 냉매 통로관의 표면에, Si 분말과 플럭스 분말과 바인더를 혼합한 도료를 도포하고, 알루미늄 합금 베어 핀을 조립하고 납땜 접합하여 이루어지는 알루미늄 합금제 열교환기를 제조하는 방법으로서, 상기 냉매 통로관은, Mn : 0.5%∼1.7%를 함유하고, Si를 0.10% 미만, Cu를 0.10% 미만으로 제한하고, 잔부 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금 압출재에 의해 구성되고, 상기 핀은 Al-Mn-Zn계 합금재를 성형하여 이루어지는 코르게이트 핀이며, 상기 도료는 Si 분말과 Zn을 함유하는 화합물계 플럭스 분말과 Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스 분말과 바인더를 혼합하여 이루어지며, Si 분말의 도포량을 1 g/㎡∼4 g/㎡로 하는 것으로, 납땜 접합에 의해 제조되는 열교환기의 냉매 통로관 심부가 가장 전위가 높고, 냉매 통로관 표면, 핀 접합부 필릿, 핀의 순으로 전위가 낮게 되는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM ALLOY HEAT EXCHANGER}

본 발명은 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법에 관한 것이다.

증발기, 콘덴서 등의 자동차용 열교환기에는, 일반적으로 경량성과 열전도성이 양호한 알루미늄 합금이 사용되고 있다. 이들 열교환기에서는, 예컨대 알루미늄 합금 압출재의 튜브 표면에 불화물계 플럭스를 부착시켜, 핀재 등의 부재를 소정 구조로 조립한 후, 불활성 가스 분위기의 가열로 내에서 납땜 접합하는 방법이 일반적으로 채용되고 있다.

일반적으로, 자동차용 열교환기의 압출 튜브는, 냉매 유로로서 복수의 칸막이에 의해서 구획된 복수의 중공부를 갖는 다혈관(多穴管)이 사용되고 있다. 최근, 환경 부하 저감의 관점에서, 자동차의 연비 향상을 위해 열교환기의 경량화가 요청되고, 이에 따라 튜브의 박육화가 이루어지고 있는데, 그 때문에 한층더 단면적의 감소를 불러와, 압출비(콘테이너 단면적/압출재 단면적)는 수백에서 수천으로 증대되고 있어, 압출성을 고려하여 압출 가공성이 양호한 순알루미늄계 재료가 사용되고 있다.

앞으로 열교환기의 경량화가 한층더 진행됨에 따라 튜브의 박육화가 더욱 진행될 것으로 예상되며, 이 경우, 튜브의 재료 자체의 고강도화가 필요하게 된다. 튜브 재료를 고강도화하기 위해서는, Si, Cu, Mn, Mg 등의 첨가가 유효하지만, 납땜을 하는 재료 중에 Mg가 함유되어 있으면, 가열 과정에서 용융된 불화물계 플럭스가 재료 속의 Mg와 반응하여, MgF₂ 및 KMgF₃ 등의 화합물을 생성하여, 플럭스의 활성도가 저하되어 납땜성이 현저히 저하된다. 또한, Cu를 첨가한 경우는 압출성이 현저히 저하되어, 다이스의 파손이나 생산성 저하를 초래한다. 따라서, 고강도화를 위한 방침은 Si 및 Mn의 첨가에 의존하지 않을 수가 없다.

그러나, Mn, Si를 고농도로 첨가한 합금은 모상(母相) 속에 고용(固溶)된 Mn, Si가 변형 저항을 증대시켜, 예컨대 전술한 압출비가 수백에서 수천에 달하는 다혈관에 있어서는, 종래의 순Al계의 재료에 비해서 압출성이 극단적으로 뒤떨어진다. 이 경우, 압출성이란, 압출에 필요한 램압력이나, 다혈관의 중공부의 칸막이의 결손이 생기지 않는 최대의 압출 속도(한계 압출 속도)를 평가의 지표로 하는 것으로, 램압력이 높은 것일수록 혹은 한계 압출 속도가 낮은 것일수록 압출성이 나쁘다. Mn, Si를 고농도로 첨가한 합금에서는, 종래의 순Al계 재료와 비교하여, 램압력이 상승하여 다이스의 파손이나 마모가 생기기 쉽게 되고, 한계 압출 속도도 저하되기 때문에, 생산성이 저하된다.

압출용 합금의 고강도화, 압출성 향상을 위한 방침으로서, 고강도화를 위해 Si, Mn을 첨가하고, 압출성 향상을 위해 고온의 균질화 처리와 저온의 균질화 처리를 조합시켜 실시함으로써, 모상 속의 용질 원소의 고용량(固溶量)을 감소시켜, 변형저항을 저하시키는 방법이 제창되어 있다. 그러나, 이 경우, 원래의 용질 원소의 첨가량이 많은 만큼, 고강도는 노릴 수 있지만 압출성의 향상, 특히 압출 속도의 향상에는 한계가 있어, 고강도와, 압출성, 즉 생산성을 완전히 양립시키기는 곤란하다.

또한, 자동차 열교환기의 압출 튜브는 냉매 통로관으로서 사용되므로, 사용 중에 부식에 의한 관통이 생긴 경우, 냉매 누설이 발생하여 열교환기로서의 기능을 다할 수 없게 된다. 이 때문에, 종래에는 압출 튜브의 표면에 미리 용사 등에 의해 Zn을 부착시켜 두고서, 납땜에 의해 Zn을 확산시키고, 그때 튜브 표층에 형성된 Zn 확산층이 그것보다 심부에 대하여 희생 양극으로서 작용하여, 판 두께 방향으로의 부식을 억제하여 관통 수명을 연장시키고 있는데, 이 경우, 튜브에는 압출된 후에 Zn 용사 등의 Zn 부착 공정이 필요하게 되고, 또한 그 후에, 납땜에 필요하게 되는 불화물계 플럭스의 도포 공정 혹은 열교환기 코어에 조립된 후에 코어 전체에의 플럭스 도포 공정이 필요하게 되기 때문에, 제조 비용의 상승을 초래하고, 또한, 그 튜브에는 납재가 부여되어 있지 않기 때문에, 조립하는 핀재로서는, 납재가 클래드된 브레이징 핀이 필요하게 되며, 이것도 납재가 클래드되어 있지 않은 베어 핀재를 사용하는 경우와 비교하여 비용을 상승시킨다.

이들 문제를 해결하는 수단으로서, 납재 분말과 Zn 함유 플럭스 분말을 혼합하여 알루미늄 합금 압출 냉매 통로관의 표면에 부착시키는 방법이 제창되어 있다. 이 경우, 납재, Zn, 플럭스 모두를 한 번의 부착 공정으로 동시에 부착할 수 있기 때문에, 비용 저감이 도모되는 것 외에, 조립하는 핀재로서 베어 핀재를 사용할 수도 있기 때문에, 비용 저감을 도모할 수 있다. 그러나, 이 방법에서는, Zn 함유 플럭스를 이용하기 때문에 핀과의 접합부 필릿의 Zn 농도가 높아져, 열교환기의 사용 중에 필릿의 우선 부식이 생겨, 조기에 핀의 박리가 생긴다고 하는 난점이 있다. 핀이 박리된 경우는 열교환기로서의 기능이 손상될 뿐만 아니라, 핀의 전위를 튜브보다 낮게 한 경우에 얻어지는 핀의 희생 양극 효과도 얻어지지 않게 되어, 튜브의 조기 부식 관통을 초래하게 된다. 이것을 방지하기 위해서 Zn을 함유하는 플럭스의 도포량을 저감한 경우는, 납땜에 필요한 플럭스량을 얻을 수 없게 되어, 납땜 불량을 초래하게 된다.

이에 대하여, 플럭스의 총량을 확보하여 납땜성을 유지하는 수법으로서, 납재 분말과 Zn 함유 플럭스 분말과 Zn을 함유하지 않는 플럭스 분말을 혼합하여 알루미늄 합금 압출 냉매 통로관의 표면에 부착시키는 방법이 제창되어 있다. 그러나, 이 방법은 주로 납땜성을 개선하는 것을 목적으로 하는 것이며, 더욱이 부착되는 압출 합금 튜브에 대해서는 내식성에 영향을 미치는 합금의 성분이 규정되어 있지 않고, 실시예에도 합금 성분이 기재되어 있지 않으므로, 내식성에 관한 효과가 불명확하다. 또한, Zn을 함유하지 않는 플럭스의 도포량에 대하여 Zn을 함유하는 플럭스의 도포량의 비율이 지나치게 커, 결과적으로 필릿의 Zn 농도가 높아져 필릿의 우선 부식이 생겨 조기에 핀의 박리가 생기게 된다.

필렛의 우선 부식에 의한 핀의 조기 박리를 방지한다는 관점에서, 필릿의 Zn 고농도화를 억제하기 위해서, 납재 분말과 Zn을 함유하지 않는 플럭스 분말을 혼합하여 알루미늄 합금 압출 냉매 통로관의 표면에 부착시키는 방법도 제창되어 있다. 이 방법은 핀의 전위를 튜브보다 낮게 하여 핀의 희생 양극 효과에 의해 튜브를 방식(防蝕)하는 방법이다. 이 방법에 따르면 필릿의 Zn 농도는 낮게 억제할 수 있어, 필릿의 우선 부식에 의한 핀의 조기 박리를 억제할 수는 있지만, 튜브 자체에 Zn 확산에 의한 희생 양극층이 존재하지 않기 때문에, 핀이 존재하지 않는 부위 혹은 핀으로부터 거리가 떨어져 있는 부위, 예컨대 헤더 근방 등에 있어서는 튜브를 충분히 방식할 수 없다고 하는 문제가 있다.

특히, 튜브의 Si 성분량을 제한하여, 도포한 Si 분말로부터의 Si 확산에 의해 튜브 표층에 AlMnSi 화합물을 석출시키고, 튜브 표층에 Mn 고용도(固溶度)가 낮은 영역 즉 심부보다도 전위가 낮은 영역을 형성시켜, 이것을 희생 양극층으로 하여 튜브를 방식하는 수법에 있어서는, 튜브 표층과 심부의 전위차는 근소하며, 특히 건습이 반복되는 시장 환경에서의 방식은 전적으로 불충분하게 된다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2005-256166호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허공개 2004-330233호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허공개 2006-255755호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허공개 2009-58139호 공보 특허문헌 5 : 일본 특허공개 2009-58167호 공보

본 발명은, 알루미늄제 열교환기, 특히 자동차용 열교환기에 있어서의 상기 종래의 문제를 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은 특히 압출 냉매 통로관의 강도, 압출성 및 내식성을 향상시키고, 또한 생산성 향상과 저비용화를 실현시키기 위한 재료 구성으로 이루어지는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 청구항 1에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 알루미늄 합금 압출재로 이루어지는 편평 다혈형의 냉매 통로관의 표면에, Si 분말과 플럭스 분말과 바인더를 혼합한 도료를 도포하고, 알루미늄 합금 베어 핀을 조립하여 납땜 접합하여 이루어지는 알루미늄 합금제 열교환기를 제조하는 방법으로서, 상기 냉매 통로관은, 질량%로 Mn : 0.5%∼1.7%를 함유하고, Si를 0.10% 미만, Cu를 0.10% 미만으로 제한하고, 잔부 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금 압출재에 의해 구성되고, 상기 핀은 Al-Mn-Zn계 합금재를 성형하여 이루어지는 코르게이트 핀이며, 상기 도료는 Si 분말과 Zn을 함유하는 화합물계 플럭스 분말과 Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스 분말과 바인더를 혼합한 것으로, 도료 속의 각 분말량은, Si 분말이 1 g/㎡∼4 g/㎡, Zn 함유 플럭스가 1 g/㎡∼9 g/㎡, Zn을 함유하지 않는 플럭스가 1 g/㎡∼9 g/㎡, 분말의 합계량이 5 g/㎡∼20 g/㎡이고, 바인더는 도료 전체의 5%∼40%의 양이며, 납땜 접합에 의해 제조되는 열교환기의 냉매 통로관 심부가 가장 전위가 높고, 냉매 통로관 표면, 핀 접합부 필릿, 핀의 순으로 전위가 낮게 되는 것을 특징으로 한다. 이하, 합금 성분치는 질량%로 나타낸다.

청구항 2에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 청구항 1에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재가, Ti : 0.30% 이하, Sr : 0.10% 이하, Zr : 0.30% 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 Si 분말이, 최대 입경이 35 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 청구항 1∼3 중 어느 것에 있어서, 상기 Zn을 함유하는 화합물계 플럭스가 KZnF₃인 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 청구항 1∼4 중 어느 것에 있어서, 상기 Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스의 조성이 플루오로알루민산칼륨인 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 청구항 1∼5 중 어느 것에 있어서, 상기 알루미늄 합금 베어 핀이, Mn : 0.1%∼1.8%, Zn : 0.8%∼3.0%를 함유하고, 잔부 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 청구항 1∼5 중 어느 것에 있어서, 상기 알루미늄 합금 베어 핀은, Mn : 0.1%∼1.8%, Zn : 0.8%∼3.0%를 함유하고, Si : 0.1%∼1.2%, Fe : 0.01%∼0.8%, Mg : 0.05%∼0.5%, Cu : 0.3% 이하, Cr : 0.3% 이하, Zr : 0.3% 이하, Ti : 0.3% 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고, 잔부 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

청구항 8에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 청구항 6 또는 7에 있어서, 상기 알루미늄 합금 베어 핀이, In : 0.001%∼0.10%, Sn : 0.001%∼0.10% 중의 1종 또는 2종을 더 함유하는 것을 특징으로 한다.

청구항 9에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 청구항 1∼8 중 어느 것에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴(鑄塊)를 400℃∼650℃의 온도에서 4시간 이상 유지하는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것을 특징으로 한다.

청구항 10에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 청구항 1∼8 중 어느 것에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재가, 주조 후의 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 400℃∼550℃의 온도로 강온하여 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것을 특징으로 한다.

청구항 11에 의한 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법은, 청구항 1∼8 중 어느 것에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 일단 200℃ 이하까지 온도를 내린 후, 400℃∼550℃의 온도에서 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 알루미늄제 열교환기, 특히 자동차용 열교환기에 있어서, 특히 압출 냉매 통로관의 강도, 압출성 및 내식성을 향상시키고, 또한 생산성 향상과 저비용화를 실현시키기 위한 재료 구성으로 이루어지는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법이 제공된다.

본 발명에 있어서 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재의 합금 조성 및 제조 공정에 관해서 설명한다.

Mn :

냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는 Mn : 0.5%∼1.7%를 함유한다. Mn은 자동차용 열교환기를 납땜 가열 접합한 경우, 모상 속에 고용되어, 종래의 자동차 열교환기용 압출 다혈관 합금인 순알루미늄계 합금과 비교하여 고강도화가 가능하게 된다. Mn 함유량이 0.5% 미만이면 고강도화 효과는 작고, 1.7%를 넘어 함유하면 압출성이 저하된다. Mn의 보다 바람직한 함유량은 0.6%∼1.5%이다.

Mn의 첨가는 동일한 양의 Si 혹은 Cu 혹은 Mg을 첨가한 경우와 비교하여, 압출성, 특히 한계 압출 속도의 저하가 현저하게 작다. 동일한 강도가 되도록 Si 혹은 Cu 혹은 Mg 혹은 Mn을 첨가한 경우를 비교하더라도, 한계 압출 속도의 저하는 Mn을 첨가한 경우가 가장 작으며, Mn은 고강도와 압출성, 즉 생산성을 양립할 수 있는 첨가 성분이다.

Si :

Si는 0.10% 미만으로 제한된다. 그 효과는 다음과 같다. 냉매 통로관 표면에 도포된 Si 분말은, 납땜 가열에 의해 냉매 통로관에 확산되어, 냉매 통로관 합금 속의 Mn과 AlMnSi계 금속간 화합물을 형성하여 석출된다. 이 때문에, 냉매 통로관 합금의 Si 확산층 내에서는 Mn 및 Si의 고용도가 저하되고, Si 확산층보다 깊은 Si 미확산 부위와 비교하여 전위가 낮게 되어, 표면에서부터 Si 확산층 깊이까지는 그보다 깊은 부위에 대하여 희생 양극층으로서 작용하여, 깊이 방향으로의 부식 관통 수명을 향상시킬 수 있다.

Si량이 0.10% 이상이면, 처음부터 합금 속에 AlMnSi계 금속간 화합물이 존재해 버리기 때문에, 합금 속의 Mn 고용도도 저하되어 버린다. 이 경우, 납땜 가열에 의해 표면에 도포된 Si 분말이 합금 속으로 확산되더라도, AlMnSi계 금속간 화합물의 석출은 충분히 이루어지지 않아, 표면에서부터 Si 확산층 깊이까지에 있어서 전위 저하가 생기지 않는다. 이 때문에, 표면에서부터 Si 확산층 깊이까지가 희생 양극층으로서 작용하지 않아, 부식 관통 수명은 향상되지 않는다. Si량을 0.05% 미만으로 제한하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기에서 얻어지는 희생 양극층에서는 환경에 따라서는 방식(防蝕)이 불충분하게 되는 경우가 있는데, 본 발명에서는 Zn 함유 플럭스를 더 도포하기 때문에, 이것에 의한 전위 저하 효과가 상승적으로 작용하여, 보다 효과적으로 방식하는 것이 가능하게 된다.

Cu :

Cu는 0.10% 미만으로 제한된다. 그 효과는 다음과 같다. 우선, Cu의 첨가는, 상기한 것과 같이 Mn과 비교하여 현저히 압출성을 저하시키기 때문에, 이 관점에서도 첨가량은 제한할 필요가 있다. 이어서, 일반적으로 Zn을 첨가하면 전위는 낮게 되고, Cu를 첨가하면 전위는 높게 되는 것이 알려져 있지만, 발명자들은 Zn과 Cu가 공존하는 경우에 관해서, 특히 Zn 함유량이 적은 경우에는 Cu에 의한 전위 상승 효과 쪽이 현저히 작용하는 것을 알아냈다. 본 발명의 경우, Zn을 함유하는 플럭스 분말에 의해 납땜시에 형성되는 Zn 확산층은, 종래의 Zn 용사 등에 의해 납땜시에 형성되는 Zn 확산층과 비교하여 표층 Zn 농도가 낮아진다. 또한 본 발명에 있어서는 Zn을 함유하지 않는 플럭스도 혼합하기 때문에, 표층 Zn 농도는 더욱 낮아진다. 이 때문에, 만일 냉매 통로관에 Cu가 0.10% 이상 함유되어 있는 경우, 상기한 Zn을 함유하는 플럭스 분말에 의해 형성된 Zn 확산층에 의한 전위 저하 효과를, 함유 Cu의 전위 상승 효과가 상쇄해 버려, Zn 확산층이 존재함에도 불구하고, 냉매 통로관 표층의 전위가 낮아지지 않고, 냉매 통로관의 판 두께 방향에 대하여 표층이 낮고 심부가 높게 되는 전위 구배를 형성할 수 없다. 여기서는 냉매 통로관 자체로 표층을 희생 양극으로 하여 심부를 방식하여, 관통 수명을 향상시킬 수 없으며, 또한, 실제로는 도포된 Si 분말에 의해 냉매 통로관 표층에는 Si 확산층이 존재하여, 이 Si 확산층도 표층 전위를 높게 하는 방향으로 작용한다.

또한, Cu 함유량이 많으면, Zn 확산층에 의한 전위 저하 효과보다도 Cu에 의한 전위 상승 효과 쪽이 완전히 지배적으로 되어, 상기한 Si 확산층에 의한 전위 상승 효과와 아울러, 냉매 통로관의 판 두께 방향에서 표층이 높고, 심부가 낮게 되는 전위 구배가 형성된다. 이 경우는 냉매 통로관의 표층에 대하여 심부 쪽이 애노드가 되기 때문에, 보다 조기에 관통에 이르러 버린다. Zn을 함유하는 플럭스 분말의 부착량을 많게 함으로써 표층 Zn 농도를 높게 하는 것도 생각할 수 있지만, 그러면 부착막이 두껍게 되어, 납땜시에 Si 및 플럭스의 용융에 의해 부착 막 두께가 감소하여, 냉매 통로관과 핀 재 사이의 거리가 감소한다. 이것이 코어 전체에 미치기 때문에, 코어의 외부 치수가 줄어들어, 불량으로 되어 버리는 동시에, 핀 접합부의 필릿의 Zn 농도도 높아져, 필릿의 우선 부식에 의한 핀의 조기 박리를 일으켜 버린다.

Cu를 0.10% 미만으로 제한한 경우에는, 상기한 저농도의 Zn 확산층에서도 냉매 통로관의 표층이 낮게 되어, 냉매 통로관 표층을 희생 양극으로서 심부를 방식하기에 충분한, 표층이 낮고 심부가 높게 되는 판 두께 방향의 전위 분포를 형성할 수 있다. Cu량을 0.05% 미만으로 제한하는 것이 보다 바람직하고, 0.03% 미만으로 제한하는 것이 보다 바람직하다.

Ti, Sr, Zr :

냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재에는, 0.30% 이하의 Ti, 0.10% 이하의 Sr, 0.30% 이하의 Zr 중의 1종 또는 2종 이상을 함유시킬 수 있다.

Ti는, 냉매 통로관 속에 Ti의 고농도의 영역과 저농도의 영역을 형성하며, 이들 영역이 두께 방향으로 교대로 층 형상으로 분포되어, Ti가 저농도인 영역은 고농도인 영역에 비해서 우선적으로 부식되기 때문에, 부식 형태가 층 형상으로 되어 두께 방향으로의 부식의 진행이 억제된다. 이에 따라 내공식성(耐孔蝕性) 및 내입계부식성(耐粒界腐蝕性)이 향상된다. 또한, Ti 첨가에 의해 상온 및 고온에서의 강도가 향상된다. Ti 첨가량이 0.30%를 넘으면, 주조시에 거대 정출물(晶出物)이 생성되어, 건전한 냉매 통로관의 제조가 곤란하게 된다.

Sr은, 미리 냉매 통로관의 표면에 도포된 Si 분말이 납땜 가열시에 모재인 Al과 반응하여 Al-Si 합금 액상 납을 생기게 하고, 냉각시에 응고될 때, 정출되는 공정 조직을 미세화하여 분산시킨다. 이에 따라, 재료 표면의 애노드 사이트가 되는 공정 조직이 분산되기 때문에, 부식이 균일하게 분산되어 면 형상의 부식 형태로 되어 내식성이 향상된다. Sr 첨가량이 0.10%를 넘으면, Al-Si-Sr계 화합물이 정출되어 공정 조직이 미세화되지 않는다.

Zr은, 납땜 가열에 의해 냉매 통로관 합금이 재결정되는데, 이때, 재결정 입자를 조대화(粗大化)하여, 모재의 입계 밀도를 저하시킬 수 있다. 이에 따라, 냉매 통로관의 표면에 미리 도포한 Si 분말에 의해 생기는 Al-Si 합금 액상 납이 모재의 결정 입경에 침투하는 것을 억제할 수 있어, 입계에 우선적인 부식이 생기는 것을 억제할 수 있다. Zr 첨가량이 0.30%를 넘으면, 주조시에 거대 정출물이 생성되어 건전한 냉매 통로관의 제조가 곤란하게 된다. Ti, Sr, Zr를 복합 첨가한 경우는, 그 효과도 복합적으로 얻어진다.

제조 공정 (1) :

제조 공정 (1)은, 냉매 통로관을 구성하는 상기한 조성을 갖는 알루미늄 합금 압출재의 주괴에 400℃∼650℃의 온도에서 4시간 이상 유지하는 균질화 처리를 실시한 후, 열간 압출 가공하는 것을 특징으로 한다. 이 처리에 의해, 주조 응고시에 형성되는 조대(粗大)한 정출물을 분해 혹은 입상화(粒狀化)시켜, 주조시에 생긴 편석층 등의 불균일한 조직을 균질화시킬 수 있다. 조대한 정출물이 잔존하고 있거나, 주조시에 형성되는 편석층 등의 불균일 조직이 잔존하고 있으면, 이들이 압출시의 저항이 되어 압출성을 저하시키거나, 압출 후의 제품의 표면 조도 저하를 초래한다. 균질화 처리 온도가 400℃ 미만이면 상기한 반응이 진행되기 어렵다. 균질화 처리 온도가 고온이면 일수록, 이러한 반응은 촉진되지만, 너무 높으면 용융의 우려가 있기 때문에 상한은 650℃로 한다. 보다 바람직한 균질화 처리 온도는 430℃∼620℃이다. 또한, 처리 시간은 긴 쪽이 반응이 진행되기 때문에, 바람직하게는 10시간 이상 처리를 하는 것이 좋다. 그러나 24시간을 넘어 처리를 하더라도 그 이상의 효과는 얻어지기 어렵고 반대로 비경제적이기 때문에, 10∼24시간 처리를 하는 것이 바람직하다.

제조 공정 (2) :

제조 공정 (2)는 고온의 균질화 처리와 저온의 균질화 처리를 조합시켜 실시하는 공정이며, 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 400℃∼550℃의 온도로 강온하여 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 한 후에, 열간 압출 가공하는 것을 특징으로 한다. 이 공정에 의해, 열간 압출성이 더욱 향상되어, 열간 압출시의 알루미늄 찌꺼기의 발생을 저감시키는 것이 가능하게 된다. 알루미늄 찌꺼기란 압출시에 다이스 내에 퇴적된 알루미늄 조각이 어느 정도의 크기가 되었을 때에 다이스로부터 배출되어, 압출된 냉매 통로관의 표면에 부착되는 결함을 말한다. 고온의 제1단 처리는, 550℃∼650℃에서 2시간 이상 유지한다. 이 처리에 의해, 주조 응고시에 형성되는 조대한 정출물을 분해 혹은 입상화뿐만 아니라 적극적으로 재고용(再固溶)시킬 수 있다. 균질화 처리 온도가 550℃ 미만이면 재고용이 진행되기 어렵다. 균질화 처리 온도는 고온이면 고온일수록 상기한 반응은 촉진되지만, 너무 높으면 용융될 우려가 있기 때문에 상한은 650℃로 한다. 보다 바람직한 처리 온도는 580℃∼620℃이다. 또한, 처리 시간은 긴 쪽이 반응이 진행되기 때문에, 바람직하게는 5시간 이상 처리를 하는 것이 좋다. 그러나 24시간을 넘어 처리를 하더라도 그 이상의 효과는 얻어지기 어렵고 반대로 비경제적이기 때문에, 바람직하게는 5∼24시간 처리를 하는 것이 좋다.

상기 고온의 제1단 처리를 행한 후에, 400℃∼550℃의 온도로 강온하여 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행하면, 모상 속에 고용되어 있는 Mn이 석출되어, Mn의 고용도를 저하시킬 수 있고, 그 후의 열간 압출에서의 변형 저항을 저하시켜, 압출성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 400℃ 미만이면 석출량이 적고, 변형 저항을 저하시키는 효과가 불충분하게 된다. 또한, 550℃를 넘는 온도에서는 석출이 생기기 어려워, 이 경우도 변형 저항을 저하시키는 효과가 불충분하게 된다. 처리 시간이 3시간 미만이면, 이러한 석출이 충분히 생기지 않기 때문에, 변형 저항을 저하시키는 효과가 불충분하게 된다. 또한, 처리 시간은 긴 쪽이 반응이 진행되지만, 24시간을 넘어 처리를 하더라도 그 이상의 효과는 얻어지기 어렵고 반대로 비경제적이 된다. 바람직하게는 5∼15시간 처리를 하는 것이 좋다.

제조 공정 (3) :

한편, 상기한 2단 균질화 처리는, 제1단 처리에 의해 충분히 균질 고용된 Mn을 그 후 특정 온도에서 열처리를 행하는 제2단 처리에 의해 석출시키는 것으로, 이들 2 단계의 균질화 처리를 연속적으로 행하는지 여부는 특별히 한정되지 않는다. 즉, 제2단 처리는 제1단 처리 후에 연속해서 행하더라도 좋고, 혹은 제조 공정 (3)으로서, 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 일단 200℃ 이하까지 온도를 내린 후, 400℃∼550℃의 온도에서 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공할 수도 있다.

이어서 Si 분말과 플럭스 분말과 바인더를 혼합한 도료에 관해서 설명한다. 플럭스로서는 Zn을 함유하는 화합물계 플럭스 분말과 Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스 분말을 이용한다.

본 발명에 있어서, 냉매 통로관 압출재의 표면에 Si 분말과 Zn을 함유하는 화합물계 플럭스 분말과 Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스 분말과 바인더의 혼합물을 부착시키는 목적은 다음과 같다. Si 분말은 납땜시에 냉매 통로관의 모재의 Al과 반응하여 Al-Si 납을 생기게 하여, 핀재나 헤더재와 냉매 통로관의 접합을 가능하게 한다. Zn을 함유하는 플럭스는, 납땜시에 플럭스와 Zn로 분해되어, 플럭스는 알루미늄 합금 표면의 산화 피막을 제거하여 납땜을 가능하게 하고, Zn은 냉매 통로관에 확산되어 Zn 확산층을 형성한다. 이에 따라, 냉매 통로관의 표면에서부터 심부에 걸쳐서, 표면이 낮고 심부가 높은 전위 구배를 형성할 수 있어, 표층부를 희생 양극으로 하여 심부를 방식할 수 있다.

Zn을 함유하는 플럭스만을 혼합한 경우에는, 동시에 핀과의 접합부 필릿의 Zn 농도도 높게 해 버려, 필릿의 우선 부식에 의한 핀의 조기 박리가 생긴다. 따라서, 본 발명에서는, 혼합 분말 속의 Zn 비율을 적정하게 저하시켜, 냉매 통로관의 내식성을 확보하고, 또한 필릿의 우선 부식을 억제하기 위해서, Zn을 함유하지 않는 플럭스의 혼합을 필수로 한다. Zn을 함유하지 않는 플럭스 분말은 또한 상기 Zn을 함유하는 플럭스가 납땜시에 분해되어 생성된 것과 마찬가지로 납땜을 가능하게 하는 작용이 있다. 특히, 로(爐) 내의 산소 농도가 높은 등, 납땜 분위기가 나쁜 경우에는, Zn을 함유하는 플럭스가 납땜시에 분해되어 생성된 것만으로는 양적으로 불충분하여, 그것을 보충할 수 있다. 바인더는 상기 혼합 분말을 냉매 통로관에 부착시킬 때에 밀착성을 향상시킬 수 있다.

Si 분말의 최대 입경은 35 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 미세한 분말에 의해 납땜 가열시에 생기는 Al-Si 액상 납의 유동성이 향상되고, 또한 모재에의 침식도 억제된다. 15 ㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. Zn을 함유하는 화합물계 플럭스 분말 및 Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스 분말로서는, 평균 입경으로 5 ㎛ 정도인 것을 사용한다. Zn을 함유하는 화합물계 플럭스 분말은 예컨대 KZnF₃을 사용한다. Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스 분말은 예컨대 KAlF₄나 K₂AlF₅나 K₃AlF₆ 등의 플루오로알루민산칼륨을 사용한다. 바인더는 예컨대 아크릴계수지를 사용한다.

본 발명에서는, Si 분말과 Zn을 함유하는 플럭스 분말과 Zn을 함유하지 않는 플럭스 분말의 3 종류의 분말을 혼합하여 사용하는데, 그 중 Si 분말의 도포량은 1 g/㎡ 이상 4 g/㎡ 이하로 한다. 1 g/㎡ 미만인 경우는 납땜시에 충분한 액상 납이 생성되지 않아 접합 불량을 일으키기 쉽게 된다. 4 g/㎡를 넘으면 혼합 분말 전체에 대한 Zn 함유 및 Zn을 함유하지 않는 플럭스 분말의 비율이 저하되기 때문에, 냉매 통로관으로 확산되는 Zn량이 부족하고, 플럭스량의 저하에 의한 납땜성의 저하가 생긴다. 바람직하게는 2 g/㎡ 이상 4 g/㎡ 이하이다.

Zn을 함유하는 플럭스 분말의 도포량은 1 g/㎡ 이상 9 g/㎡ 이하로 하지만, 1 g/㎡ 미만인 경우는 냉매 통로관으로 확산되는 Zn량이 부족하여, 냉매 통로관의 표층 전위가 심부에 대하여 충분히 낮지 않아 내식성의 저하를 초래하고, 플럭스량이 적기 때문에 납땜성의 저하가 생긴다. 9 g/㎡를 넘어 도포하면, 냉매 통로관으로 확산되는 Zn량은 충분하여 냉매 통로관의 표층 전위가 심부에 대하여 충분히 낮게 되지만, 동시에 핀과의 접합부 필릿의 Zn 농도도 높아져, 필릿의 우선 부식에 의한 핀의 조기 박리가 생긴다. 바람직하게는 3 g/㎡ 이상 7.5 g/㎡ 이하이다.

본 발명에서는, 냉매 통로관의 내식성을 확보하고, 또한 필릿의 고(高)Zn농도화에 의한 우선 부식을 억제하기 위해서, Zn을 함유하지 않는 플럭스 분말을 반드시 혼합하는데, 그때의 Zn을 함유하지 않는 플럭스 분말의 도포량은 1 g/㎡ 이상 9 g/㎡ 이하로 한다. 1 g/㎡ 미만인 경우는 혼합 분말 중의 Zn을 함유하는 플럭스 분말의 비율이 높아져, 필릿의 고Zn농도화에 의한 우선 부식이 생기고, 플럭스의 총량이 적기 때문에 납땜성의 저하가 일어난다. 9 g/㎡를 넘어 도포하면, 혼합 분말 속의 Zn을 함유하는 플럭스 분말의 비율이 낮아져, 냉매 통로관으로 확산되는 Zn량이 부족하여 냉매 통로관의 내식성이 저하된다. 바람직하게는 1.5 g/㎡ 이상 6 g/㎡ 이하이다.

도료 전체에 대한 바인더 비율은, 중량%로 5%∼40%가 바람직하며, 5% 미만이면 부착시킨 혼합물의 박리가 생기기 쉽게 되고, 40%를 넘으면 납땜성이 저하된다. Si 분말과, Zn을 함유하는 화합물계 플럭스 분말과 Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스 분말로 이루어지는 플럭스 분말의 합계 도포량은 5 g/㎡∼20 g/㎡이 적정하다. 5 g/㎡ 미만이면 접합성이 저하되어, 부착되는 Zn량이 부족하다. 20 g/㎡를 넘으면 생성되는 납량이 많아져 핀이나 모재의 용융, 용해를 일으키기 쉽게 된다. 또한 부착량이 20 g/㎡를 넘어 많은 경우는 냉매 통로관과 핀재 사이의 부착막의 두께가 두껍게 되기 때문에, 납땜 가열시에 용융되어 막 두께 감소가 생긴 경우, 코어 전체의 치수 감소를 일으켜 버린다. 한편, 상기한 도료는 롤코트에 의해 냉매 통로관에 도장할 수 있다.

본 발명에 의해 제조되는 열교환기의 냉매 통로관의 심부와 표면, 핀 접합부 필릿 및 핀의 전위 관계에 관해서 설명한다. 본 발명에 의해 제조되는 열교환기에 있어서는, 냉매 통로관 심부와 표면과 핀 접합부 필릿과 핀의 전위의 순열이, 냉매 통로관 심부가 가장 높고, 이어서 냉매 통로관 표면, 핀 접합부 필릿, 핀의 순으로 낮게 되어 있는 것을 특징으로 한다. 냉매 통로관 심부란 표면으로부터의 Zn 확산의 영향을 받지 않는 부분이다. 이에 따라, 냉매 통로관 표면이 심부에 대하여 희생 양극으로서 작용하여, 심부를 음극 방식할 수 있다. 동시에 핀도 냉매 통로관 표면 및 심부에 대하여 희생 양극으로서 작용하여, 냉매 통로관을 방식할 수 있다. 또한, 핀 접합부 필릿이 핀보다 높으며, 열교환기 전체 중에서 가장 낮게 되어 있지 않기 때문에, 필릿의 우선 부식이 억제되어, 핀의 조기 박리를 억제할 수 있다.

본 발명에 의한 냉매 통로관을 이용하여 열교환기를 제조한 경우, 냉매 통로관과 헤더재의 감합부의 납땜 불량을 억제할 수 있다고 하는 효과도 얻을 수 있다. 이 이유는 다음과 같다. 통상 냉매 통로관과 헤더재의 감합부는 주로 헤더재에 부여된 납재에 의해 접합되는데, 냉매 통로관의 표면에도 Si 분말이 부착되어 있어, 납땜시에는 액상 납으로 덮여지기 때문에, 헤더재의 납은 냉매 통로관 표면의 액상 납에 이어져, 자유롭게 유동할 수 있다. 냉매 통로관에는 헤더와 반대쪽에 핀과의 접합부가 있으며, 상기 헤더재의 납은 냉매 통로관 표면을 타고서 표면장력에 의해 핀 접합부로 이끌려진다. 이 때문에, 헤더와 냉매 통로관의 감합부에서는 납이 부족하여, 납땜 불량을 일으킨다. 특히, 종래의 순알루미늄계 합금이나 그것에 Cu를 첨가한 합금의 냉매 통로관을 사용한 경우에 납땜 불량을 일으킨다. 이에 대하여, 냉매 통로관에 본 발명의 합금을 사용한 경우는, 상기 종래 합금 냉매 통로관을 사용한 경우와 동일한 납재량의 헤더재를 사용한 경우라도, 냉매 통로관과 헤더재의 감합부에서의 납땜 불량은 생기지 않는다. 이것은, 본 발명의 냉매 통로관 합금에서는, 표면에 Al-Mn계의 석출물이 존재하기 때문에, 이것이 저항이 되어 종래의 냉매 통로관 합금인 순알루미늄계 합금이나 그것에 Cu를 첨가한 합금과 비교하여 표면에서 액상 납이 새어 퍼지는 성질을 억제할 수 있어, 헤더재의 납이 냉매 통로관 표면을 타고서 핀 접합부로 유입되는 것을 억제할 수 있기 때문이다.

본 발명에서 이용하는 알루미늄 합금 베어 핀재의 조성에 관해서 설명한다.

Mn :

Mn은 핀재의 강도를 높인다. Mn의 바람직한 함유 범위는 0.1%∼1.8%이며, 0.1% 미만이면 그 효과가 작고, 1.8%를 넘으면, 주조시에 거대 정출물이 생성되어 건전한 핀재의 제조가 곤란하게 된다. Mn의 보다 바람직한 함유량은 0.8%∼1.7%의 범위이다.

Zn :

Zn은 핀재의 전위를 낮추도록 기능한다. Zn의 바람직한 함유 범위는 0.8%∼3.0%이며, 0.8% 미만이면 충분한 전위 저하 효과를 기대할 수 없고, 핀 전위가 핀 접합부 필릿보다 높게 되어, 가장 낮은 핀 필릿의 우선 부식이 생겨 핀 박리 내성이 저하된다. 또한, 냉매 통로관보다 높게 된 경우에는, 냉매 통로관에 대하여 캐소드로서 작용하여 냉매 통로관의 내식성이 저하된다. 3.0%를 넘으면, 전위는 충분히 낮게 되지만, 핀재의 자기 내식성이 저하되고, 핀과 핀 접합부 필릿 혹은 냉매 통로관과의 전위차가 커져, 항상 고도전율의 액체에 노출되는 사용 환경에서는, 애노드가 되는 핀재가 조기에 부식 소모되어 버린다. Zn의 보다 바람직한 함유량은 1.0%∼2.5%의 범위이다.

Si, Fe, Cu, Mg, Cr, Zr, Ti, In, Sn :

Si는 핀재의 강도성을 향상시킨다. Si의 바람직한 함유 범위는 0.1%∼1.2%이며, 0.1% 미만이면 그 효과가 작고, 1.2%를 넘으면 핀재의 융점이 저하되어, 납땜 가열시에 국부 용융이 생기기 쉽게 된다. Si의 보다 바람직한 함유량은 0.2%∼0.6%의 범위이다.

Fe는 강도를 향상시킨다. Fe의 바람직한 함유 범위는 0.01%∼0.8%이며, 0.01% 미만이면 그 효과가 작고, 0.8%를 넘으면 Al-Fe계의 높은 화합물의 양이 증가하기 때문에, 핀재의 자기 내식성이 저하된다. Fe의 보다 바람직한 함유량은 0.1%∼0.7%의 범위이다.

Mg는 핀재의 강도를 향상시킨다. Mg의 바람직한 함유 범위는 0.05%∼0.5%이며, 0.05% 미만이면 그 효과가 작고, 0.5%를 넘어 함유하면, 불화물계 플럭스를 이용하여 불활성 가스 분위기 속에서 가열 납땜하는 경우, 납땜시에 Mg가 불화물계 플럭스와 반응하여 Mg의 불화물이 생성되어, 납땜성을 저하하고 납땜부의 외관이 나빠진다. Mg의 보다 바람직한 함유량은 0.05%∼0.3%의 범위이며, 더욱 바람직한 함유량은 0.05%∼0.15%의 범위이다.

Cu는 핀재의 강도를 향상시킨다. Cu의 바람직한 함유 범위는 0.3% 이하이며, 0.3%를 넘어 함유하면 핀재의 전위가 높게 되어, 냉매 통로관의 내식성 및 핀 박리 내성을 해친다. 또한 핀재의 자기 내식성도 저하된다. Cr, Zr은 납땜 후의 결정립 직경을 조대하게 만들어, 납땜 가열 도중에 있어서의 핀재의 비틀림을 저감시키는 효과가 있다. Cr, Zr의 바람직한 함유 범위는 각각 0.3% 이하이며, 0.3%를 넘어 함유하면, 주조시에 거대 정출물이 생성되어, 건전한 핀재의 제조가 곤란하게 된다.

Ti를 첨가함으로써 Ti가 고농도의 영역과 저농도의 영역을 형성하여, 이들 영역이 재료의 두께 방향으로 교대로 층 형상으로 분포하며, Ti가 저농도인 영역은 고농도인 영역에 비해서 우선적으로 부식하기 때문에, 부식 형태가 층 형상으로 되어 두께 방향으로의 부식 진행이 억제된다. 이에 따라 내공식성 및 내입계부식성이 향상된다. 또한, Ti 첨가에 의해 상온 및 고온에서의 강도가 향상된다. Ti의 바람직한 함유 범위는 0.3% 이하이며, 0.3%를 넘어 함유하면, 주조시에 거대 정출물이 생성되어, 건전한 핀재의 제조가 곤란하게 된다.

In, Sn은 미량의 첨가에 의해서 핀재의 전위를 낮게 하여, Zn 첨가와 동일한 효과를 얻을 수 있다. In, Sn의 바람직한 함유량은 각각 0.001%∼0.10%의 범위이며, 0.001% 미만이면 그 효과가 작고, 0.10%를 넘으면 핀재의 자기 내식성이 저하된다.

본 발명에 의한 알루미늄 합금제 열교환기는, 상기한 조성을 갖는 냉매 통로관 및 핀재를 조합시켜 통상의 방법에 따라서 납땜함으로써 제조할 수 있으며, 그 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 냉매 통로관 합금의 균질화 처리에 있어서의 가열 방법이나 가열로의 구조 등에 관해서도 특별히 한정되지 않는다. 또한, 압출에 의해 제조되는 냉매 통로관의 압출 형상에 대해서도 특별히 한정되지 않으며, 그 용도, 예컨대 열교환기의 형상 등에 따라서 압출 형상이 선정된다. 또한, 압출에 있어서는 냉매 통로관용 알루미늄 합금재의 압출성이 양호하기 때문에, 중공(hollow) 형상의 다공 다이를 이용하여 양호하게 압출하는 것도 가능하다. 납땜에 있어서의 분위기나 가열 온도, 시간에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 납땜 방법도 특별히 한정되지 않고, 양호한 내식성을 지니고, 예컨대 엄격한 부식 환경에 있는 자동차에 탑재되더라도 양호한 내구성을 발휘하는 알루미늄 합금제 열교환기를 제조할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 대비하여 설명하고, 본 발명의 효과를 실증한다. 한편, 이들 실시예는 본 발명의 일 실시양태를 나타내는 것이며, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.

실시예 1

냉매 통로관용으로서, 표 1에 나타내는 조성을 갖는 알루미늄 합금 A∼K의 빌릿을 주조하고, 이들 빌릿을 이용하여, 이하의 시험 1, 2, 3을 실시했다.

비교예 1

냉매 통로관용으로서, 표 2에 나타내는 조성을 갖는 알루미늄 합금 L∼T의 빌릿을 주조하고, 이들 빌릿을 이용하여, 이하의 시험 1, 2, 3을 실시했다. 합금 T는 종래 합금으로서 일반적으로 널리 사용되고 있는 것이다.

(시험 1)

빌릿을 600℃에서 10 h 균질화 처리한 후, 다혈관으로 열간 압출 가공했다. 그때, 압출시의 한계 압출 속도비(합금 T의 한계 압출 속도에 대한 상대비)를 조사했다. 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타낸다. 한계 압출 속도비가 1.0을 넘는 것은 압출성 양호(○), 1.0 미만인 것은 압출성 불량(×)으로 평가했다.

(시험 2)

시험 1에서 압출한 다혈관에 대해서 납땜 가열을 실시했다. 가열 조건은 질소 가스 분위기 속에서 평균 50℃/min의 승온 속도로 600℃까지 가열하고, 3분간 유지한 후, 실온까지 온도를 내렸다. 그 후, 상온에서 인장력 시험을 실시했다. 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타낸다. 인장 강도가 합금 T의 인장 강도를 넘는 것은 양호(○)로 하고, 인장 강도가 합금 T의 인장 강도 미만인 것을 불량(×)으로 평가했다.

(시험 3)

합금 C(발명 합금)의 빌릿에 관해서, 표 5 및 표 6에 나타내는 조건으로 균질화 처리를 한 후, 마찬가지로 다혈관으로 열간 압출 가공하여, 한계 속도비(합금 T의 한계 압출 속도에 대한 상대비)를 조사했다. 제1단 균질화 처리 온도에의 승온 속도는 50℃/h, 제1단에서부터 제2단을 연속으로 행하는 경우의 강온 속도는 25℃/h, 제2단 종료 후의 강온 속도는 노외 방냉으로 했다. 그 결과를 표 5 및 표 6에 나타낸다. 한계 압출 속도비가 1.0을 넘는 것은 압출성 양호(○), 1.0 미만인 것은 압출성 불량(×)으로 평가했다.

시험 1∼3의 결과는, 표 3∼6에 나타내는 것과 같이, 본 발명에 따른 합금 A∼K는 종래의 T 합금을 포함하는 비교 합금 L∼T와 비교하여 한계 압출 속도비 및 강도의 양쪽에 있어서 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 합금 C의 빌릿에 대해서, 본 발명의 조건에 따라서 균질화 처리를 한 것은, 모두 종래 합금 T와 비교하여 한계 압출 속도비가 우수한 결과를 얻을 수 있었다.

실시예 2

핀재용으로서, 표 7에 나타내는 조성을 갖는 합금 a∼l의 슬라브를 주조했다. 이들 슬라브를 소정의 균질화 처리, 열간 압연 및 냉간 압연에 의해 0.1 mm 두께의 핀재로 마무리한 후, 핀 피치 3 mm, 핀 높이 7 mm 치수의 코르게이트 가공을 실시했다. 표 9에 나타내는 도포량이 되도록 혼합한 Si 분말과 KZnF₃ 분말과 Zn 비함유 플럭스 분말(Nocolok 플럭스)과 아크릴계 수지 바인더의 혼합물을 표면에 롤코트에 의해 도장한 냉매 통로관과, 상기 코르게이트 가공을 실시한 핀을 표 9에 나타내는 것과 같이 조합하고, 납땜에 의해 열교환기 코어를 제작하여 시험재로 했다. 열교환기 코어(시험재) 제작 상황을 표 9에 나타낸다. 문제점 없이 제작할 수 있었던 것을 양호(○)로 하고, 문제점이 생긴 것을 불량(×)으로 평가했다. 한편, 냉매 통로관의 균질화 처리는 본 발명에 따라서 600℃의 온도에서 10시간 유지함으로써 행하고, 납땜 가열 조건은, 질소 가스 분위기 속에서 평균 50℃/min의 승온 속도로 600℃까지 가열하여, 3분 유지한 후에 실온까지 온도를 내렸다.

비교예 2

핀재용으로서, 표 8에 나타내는 조성을 갖는 합금 m∼x의 슬라브를 주조했다. 이들 슬라브를 실시예 2와 같이 소정의 균질화 처리, 열간 압연 및 냉간 압연에 의해 0.1 mm 두께의 핀재로 마무리한 후, 실시예 2와 같이 코르게이트 가공을 실시했다. 표 10에 나타내는 도포량이 되도록 혼합한 Si 분말과 KZnF₃ 분말과 Zn 비함유 플럭스 분말(Nocolok 플럭스)과 아크릴계 수지 바인더의 혼합물을 표면에 롤코트에 의해 도장한 냉매 통로관과, 상기 코르게이트 가공을 실시한 핀을 표 10에 나타내는 것과 같이 조합하고, 납땜에 의해 열교환기 코어를 제작하여 시험재로 했다. 열교환기 코어(시험재) 제작 상황을 실시예 2와 같이 평가했다. 결과를 표 10에 나타낸다. 한편, 냉매 통로관의 균질화 처리 조건, 납땜 가열 조건은 실시예 2와 동일하게 했다.

이어서, 제작한 열교환기 코어(시험재)를 이용하여 이하의 시험 4, 5, 6을 실시했다. 한편, 코어 제작 시점에서 문제점이 나온 것은 시험 대상 밖으로 했다.

(시험 4)

열교환기 코어(시험재)에 대해서, 헤더와 냉매 통로관의 감합부의 납땜 불량에 의한 누설을 누설 시험에 의해 조사했다. 그 결과를 표 11 및 표 12에 나타낸다. 납땜 불량에 의한 누설이 발생하지 않은 것은 양호(○), 누설이 발생한 것은 불량(×)으로 평가했다.

(시험 5)

열교환기 코어(시험재)의 냉매 통로관 표면과 심부의 전위 및 핀 접합부 필릿과 핀재의 전위를 측정했다. 냉매 통로관 표면과 핀재는 납땜 후 그대로의 표면에 대하여, 냉매 통로관 심부는 표면에서부터 150 ㎛ 깊이까지 면을 깎아, Zn 확산이 미치지 않은 부위에 대하여, 전위를 측정했다. 핀 접합부 필릿에 대해서는 필릿부만을 노출하고, 그 이외의 것을 절연 도료로 마스킹하여 측정했다. 측정은, 초산으로 pH 3으로 조제한 5% NaCl 수용액 속에 24시간 침지하여 행하고, 10시간 이후의 안정된 측정치의 평균을 채용했다. 한편, 참조 전극은 포화 칼로멜 전극을 이용했다. 그 결과를 표 11 및 표 12에 나타낸다. 튜브 심부, 튜브 표면, 핀 접합부 필릿, 핀재의 전위가 이 순서로 높음에서 낮음으로 되고 있는 것은 양호(○), 그렇지 않은 것은 불량(×)으로 평가했다.

(시험 6)

열교환기 코어(시험재)에 대해서, ASTM-G85-Annex A3에 규정되는 SWAAT 시험과 이하에 나타내는 CCT 시험을 각각 1000 h 실시했다. CCT 시험은 초산으로 pH 3으로 조정한 5% 식염수를 시험액으로 하여, 분위기 온도 35℃에서 2시간 분무한 후, 분위기 온도 60℃에서 4시간 건조시키고, 그 후에 95% RH 이상의 상대습도로 분위기 온도 50℃에서 2시간 습윤하는 사이클을 반복했다. 시험 후의 냉매 통로관의 최대 부식 깊이, 핀의 박리 상황 및 핀의 부식 상황을 표 13 및 표 14에 나타낸다. 냉매 통로관의 최대 부식 깊이는, 0.05 mm 이하를 ◎, 0.05 mm를 넘고 0.10 mm 이하를 ○, 0.10 mm를 넘고 0.20 mm 이하를 △, 0.20 mm을 넘는 것을 ×라고 평가했다. 핀의 박리 상황에 대해서는 박리의 유무를 나타냈다. 핀의 부식에 대해서는 거의 없음을 ◎, 경미를 ○, 중간 정도를 △, 현저함을 ×로 평가했다.

시험 4∼7의 결과는, 표 11∼14에 나타내는 것과 같이, 본 발명에 따른 시험재(열교환기 코어) No. 1∼No. 21에 대해서는, 납땜 후의 누설 테스트에서 헤더와 냉매 통로관의 감합부에 누설의 발생은 없었다. 이에 대하여, 시험재 No. 42, 43에서는 각각 순알루미늄계 및 Cu를 함유하는 냉매 통로관을 사용했기 때문에 누설이 발생했다.

본 발명에 따른 시험재(열교환기 코어) No. 1∼No. 21에서는, 냉매 통로관 표면이 심부에 대하여 낮은 전위가 되고, 핀 접합부 필릿의 전위는 냉매 통로관 표면보다도 낮게 되고, 또한 핀재의 전위는 핀 접합부 필릿의 전위보다 낮게 되었다. 이에 대하여, 시험재(열교환기 코어) No. 22∼No. 43에서는, 냉매 통로관 표층부에 충분한 Zn 확산층이 형성되지 않아, 냉매 통로관 표면과 심부에서 충분한 전위차를 얻을 수 없는 경우나, 핀 접합부 필릿의 전위가 가장 낮게 되는 경우나, 핀재 전위가 가장 낮기는 하지만, 냉매 통로관 전위나 핀 접합부 필릿의 전위와 비교하여 현저히 낮게 되는 경우가 생겼다.

SWAAT 시험에서는, 본 발명에 따른 시험재(열교환기 코어) No. 1∼No. 21에 있어서는, 모두 냉매 통로관 표면과 심부에서 충분한 전위차를 얻을 수 있었기 때문에, 최대 부식 깊이는 얕고 우수한 내식성을 보였다. 또한, 핀 접합부 필릿의 전위는 냉매 통로관 표면과 핀재 사이의 값을 보이고, 코어 중에서 가장 낮게 되지 않았기 때문에 필릿의 우선 부식에 의한 핀 박리는 생기지 않았다.

또한, SWAAT 시험에서는 핀의 희생 양극 효과를 얻을 수 있기 때문에, 냉매 통로관 표면과 핀재의 전위차에 의해 핀재의 부식 소모에 차가 생기지만, 본 발명의 열교환기 코어의 경우, 모두 적정한 전위차가 되고 핀재의 부식은 경미했다. 또한, 핀재의 전위는 냉매 통로관 심부의 전위보다 낮게 되고 있으며, 핀재가 캐소드로서 작용하여 냉매 통로관의 부식을 촉진하는 일도 없었다.

이에 대하여, 시험재(열교환기 코어) No. 22∼No. 43에 있어서는, 냉매 통로관 표면과 심부에서 충분한 전위차를 얻을 수 없거나 혹은 핀재의 전위가 냉매 통로관 심부보다 높게 되어 있는 시험재 No. 24, 30, 36의 냉매 통로관의 최대 부식 깊이가 커졌다. 핀 접합부 필릿의 전위가 가장 낮게 되어 있는 시험재 No. 25, 30, 36에 있어서 핀 박리가 생겼다.

또한, Zn량이나 In량이나 Sn량이 많아, 핀재의 전위가 냉매 통로관 표면이나 핀 접합부 필릿의 전위보다도 현저하게 낮게 되는 시험재, Fe량, Cu량이 많아 자기 내식성이 뒤떨어지는 핀재를 이용한 시험재 No. 24, 31, 34, 36, 40, 41에 있어서는 핀재의 부식이 현저했다.

CCT 시험에서는, 건조 과정이 들어가기 때문에, 실제 환경에 가까운 평가가 되지만, 반대로 핀의 희생 양극 효과를 얻기가 어렵다. 그럼에도 불구하고, 본 발명에 따른 시험재(열교환기 코어) No. 1∼No. 21은, 냉매 통로관 표면과 심부에서 충분한 전위차를 얻고 있기 때문에, 냉매 통로관의 최대 부식 깊이는 얕고 SWAAT 시험과 마찬가지로 우수한 내식성을 보였다. 또한, 필릿의 우선 부식에 의한 핀 박리도 생기지 않았다. 핀재의 부식도 거의 보이지 않았다. 이에 대하여, 시험재(열교환기 코어) No. 22∼No. 43에서는, 냉매 통로관의 표면과 심부의 전위차가 불충분한 시험재는 냉매 통로관의 최대 부식 깊이가 깊었다. 핀 박리 및 핀재의 부식에 대해서는 SWAAT 시험의 결과와 같은 경향이었다.

Claims (24)

1. 알루미늄 합금 압출재로 이루어지는 편평 다혈형(flat multi-hole)의 냉매 통로관의 표면에, Si 분말과 플럭스 분말과 바인더를 혼합한 도료를 도포하고, 알루미늄 합금 베어 핀을 조립하고 납땜 접합하여 이루어지는 알루미늄 합금제 열교환기를 제조하는 방법으로서, 상기 냉매 통로관은, 질량%(이하, 합금 성분치는 질량%로 나타냄)로 Mn: 0.6%∼1.7%를 함유하고, Si를 0.10% 미만, Cu를 0.05% 미만으로 제한하고, 잔부 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금 압출재에 의해 구성되고, 상기 알루미늄 합금 베어 핀은 Al-Mn-Zn계 합금재를 성형하여 이루어지는 코르게이트 핀이며, 상기 도료는 Si 분말과 Zn을 함유하는 화합물계 플럭스 분말과 Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스 분말과 바인더를 혼합한 것으로, 도료 속의 각 분말량은, Si 분말이 1 g/㎡∼4 g/㎡, Zn 함유 플럭스가 1 g/㎡∼9 g/㎡, Zn을 함유하지 않는 플럭스가 1 g/㎡∼9 g/㎡, 분말의 합계량이 5 g/㎡∼20 g/㎡이고, 바인더는 도료 전체의 5%∼40%의 양이며, 납땜 접합에 의해 제조되는 열교환기의 냉매 통로관 심부가 가장 전위(electric potential)가 높고, 냉매 통로관 표면, 핀 접합부 필릿, 핀의 순으로 전위가 낮게 되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, Ti: 0.30% 이하, Sr : 0.10% 이하, Zr : 0.30% 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Si 분말은, 최대 입경이 35 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Zn을 함유하는 화합물계 플럭스는 KZnF₃인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스의 조성은 플루오로알루민산칼륨인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 베어 핀은, Mn : 0.1%∼1.8%, Zn : 0.8%∼3.0%를 함유하고, 잔부 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 베어 핀은, Mn : 0.1%∼1.8%, Zn : 0.8%∼3.0%를 함유하고, Si : 0.1%∼1.2%, Fe : 0.01%∼0.8%, Mg : 0.05%∼0.5%, Cu : 0.3% 이하, Cr : 0.3% 이하, Zr : 0.3% 이하, Ti : 0.3% 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하며, 잔부 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 베어 핀은, In : 0.001%∼0.10%, Sn : 0.001%∼0.10% 중의 1종 또는 2종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 베어 핀은, In : 0.001%∼0.10%, Sn : 0.001%∼0.10% 중의 1종 또는 2종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 400℃∼650℃의 온도에서 4시간 이상 유지하는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 400℃∼550℃의 온도로 강온하여 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 일단 200℃ 이하까지 온도를 내린 후, 400℃∼550℃의 온도에서 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Si 분말은, 최대 입경이 35 ㎛ 이하이고, 상기 Zn을 함유하는 화합물계 플럭스는 KZnF₃이며, 상기 Zn을 함유하지 않는 화합물계 플럭스의 조성은 플루오로알루민산칼륨인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 베어 핀은, Mn : 0.1%∼1.8%, Zn : 0.8%∼3.0%를 함유하고, 잔부 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 베어 핀은, Mn : 0.1%∼1.8%, Zn : 0.8%∼3.0%를 함유하고, Si : 0.1%∼1.2%, Fe : 0.01%∼0.8%, Mg : 0.05%∼0.5%, Cu : 0.3% 이하, Cr : 0.3% 이하, Zr : 0.3% 이하, Ti : 0.3% 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하며, 잔부 Al과 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 400℃∼650℃의 온도에서 4시간 이상 유지하는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 400℃∼650℃의 온도에서 4시간 이상 유지하는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 400℃∼650℃의 온도에서 4시간 이상 유지하는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
19. 제13항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 400℃∼550℃의 온도로 강온하여 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
20. 제14항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 400℃∼550℃의 온도로 강온하여 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
21. 제15항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 400℃∼550℃의 온도로 강온하여 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
22. 제13항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 일단 200℃ 이하까지 온도를 내린 후, 400℃∼550℃의 온도에서 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
23. 제14항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 일단 200℃ 이하까지 온도를 내린 후, 400℃∼550℃의 온도에서 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.
24. 제15항에 있어서, 상기 냉매 통로관을 구성하는 알루미늄 합금 압출재는, 주조 후의 주괴를 550℃∼650℃의 온도에서 2시간 이상 유지하는 제1단 열처리와, 그 후 일단 200℃ 이하까지 온도를 내린 후, 400℃∼550℃의 온도에서 3시간 이상 유지하는 제2단 열처리로 이루어지는 균질화 열처리를 행한 후, 열간 압출 가공된 것인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기의 제조 방법.