KR102228179B1

KR102228179B1 - 브레이징 시트 및 제조 방법

Info

Publication number: KR102228179B1
Application number: KR1020187015100A
Authority: KR
Inventors: 삼파쓰 데시칸; 마 웨이정
Original assignee: 그렌게스 아베
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2021-03-16
Also published as: EP3374123A1; RU2018121040A; BR112018009675A2; WO2017081043A1; JP6813579B2; MX2018005942A; PL3374122T3; MX2018005945A; BR112018009677A8; RU2018121040A3; EP3374122B1; BR112018009675B1; BR112018009675A8; KR102228172B1; US20180333809A1; KR20180086425A; JP2019501283A; PL3374123T3; KR20180085733A; CN108290252A

Abstract

본 발명은 브레이징 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 브레이징 시트는 제1 알루미늄 합금으로 이루어진 코어 층, 상기 코어 층의 한쪽 면에 부착된 제2 알루미늄 합금으로 이루어진 희생 클래딩, 상기 코어 층의 다른쪽 면에 부착된 제3 알루미늄 합금으로 이루어진 브레이즈 클래딩을 포함하고, 상기 제1 알루미늄 합금은: 0.2-1.0 wt%의 Si; 0.15-0.9 wt%의 Fe; 0.2-0.9 wt%의 Cu; 1.0-1.6 wt%의 Mn; ≤0.3 wt%의 Mg; 0.05-0.15 wt%의 Cr; 0.05-0.25 wt%의 Zr; 0.05-0.25 wt%의 Ti; 각 ≤0.05 wt%이면서 총 ≤0.2 wt%인 기타 원소들; 100 wt%가 되기까지의 잔부인 Al로 구성되고, 상기 제2 알루미늄 합금은: 0.45-1.0 wt%의 Si; ≤0.4 wt%의 Fe; ≤0.05 wt%의 Cu; 1.2-1.8 wt%의 Mn; ≤0.10 wt%의 Ti; 1.3-5.5 wt%의 Zn; 0.05-0.20 wt%의 Zr; 각 ≤0.05 wt%이면서 총 ≤0.2 wt%인 기타 원소들; 100 wt%가 되기까지의 잔부인 Al로 구성되고, 상기 제3 알루미늄 합금은 상기 제1 및 제2 알루미늄 합금보다 낮은 융점을 갖는다. 본 발명은 또한 브레이징 열교환기의 제조를 위한 브레이징 시트의 사용법 및 브레이징 시트로부터 제조된 브레이징 열교환기에 관한 것이다.

Description

브레이징 시트 및 제조 방법

본 발명은 박형 게이지(thin gauge)에서 적절한 부식 성능을 갖는 알루미늄 합금 브레이징 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 브레이징 열교환기(brazed heat exchanger)의 제조를 위한 브레이징 시트의 사용법 및 브레이징 시트로부터 제작되는 브레이징 열교환기에 관한 것이다.

라디에이터, 응축기, 증발기 등과 같은 브레이징 알루미늄 열교환기는 일반적으로 자동차 엔진 냉각 또는 공기조화 시스템과 더불어 산업용 냉각 시스템에도 사용된다. 브레이징 알루미늄 열교환기는 일반적으로 각각의 튜브의 양쪽 단부가 헤더에 결합된 다수의 평행 튜브(용접형/폴딩형/다중 챔버형 등)를 포함한다. 튜브에 브레이징된 코루게이티드 핀은 임의의 2개의 인접한 튜브를 분리시키고, 튜브 벽 사이의 열을 주변 공기와 같은 튜브 외부의 기체 매체로 전달한다.

무게를 줄이기 위해, 추세는 더 박형 게이지 재료로 향하고 있으며, 이는 특히 튜브에 대해 내식성에 대한 요구를 증가시킨다.

종래 기술은 튜브의 내면에 덜 귀한 알루미늄 합금(less noble aluminium alloy)의 희생 클래딩(sacrificial cladding)을 사용하는 것을 개시하고 있다. 이러한 클래딩은 일반적으로 부식 전위(corrosion potential)를 낮추기 위해(즉, 음값을 더 크게 만들기 위해) Zn을 함유한다. 이러한 종류의 재료의 개시의 예로는 WO2007/042206 A1, WO2007/131727 A1, WO2010/132018 A1, EP2418042 A1, EP1666190 A1, EP2130934 A1, JP2003268470 A, JP2005232506 A, JP2007216283 A, JP2008127607 A, US8932728 B2, US2010/0291400 A1 및 US2011/0287277 A1이 포함된다.

외부 부식에 대한 보호를 향상시키기 위해, 매우 낮은 함량의 Si를 갖는 이른바 장기 수명 합금(long life alloy)의 코어가 브레이징에서 희생 "브라운 밴드(brown band)"의 형성을 가능하게 해주는 데 사용될 수 있다. 하지만, 이와 같은 저량의 Si를 갖는 합금의 제조에 있어서는, 사용될 수 있는 재활용 스크랩(recycled scrap)의 비율이 제한되고, 이는 지속 가능성(sustainability)의 관점에서 불리하다.

향상된 내식성은 또한 코어와 희생 클래딩 사이에 추가적인 층을 포함시킴으로써 달성될 수 있지만, 그러한 브레이징 시트는 제조하기가 더 복잡해진다.

본 발명의 목적은 브레이징 후에 양쪽 면으로부터의 부식에 대한 적절한 내성을 가지면서도 상당한 양의 스크랩을 포함하는 원료로부터 효율적으로 제조될 수 있는, 브레이징 열교환기 내의 박형 게이지 튜브에 적합한 브레이징 시트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 코어 층(core layer), 코어 층의 한쪽 면에 직접 부착된 희생 클래딩(sacrificial cladding) 및 코어 층의 다른쪽 면에 직접 부착된 브레이즈 클래딩(braze cladding)을 포함하는 브레이징 시트를 제공하는 것이다.

이러한 목적들은 제1 알루미늄 합금으로 이루어진 코어 층, 상기 코어 층의 한쪽 면에 부착된 제2 알루미늄 합금으로 이루어진 희생 클래딩, 상기 코어 층의 다른쪽 면에 부착된 제3 알루미늄 합금으로 이루어진 브레이즈 클래딩을 포함하는 브레이징 시트로서,

상기 제1 알루미늄 합금은: 0.2-1.0 wt%의 Si; 0.15-1.0 wt%의 Fe; 0.2-0.9 wt%의 Cu; 1.0-1.6 wt%의 Mn; ≤0.3 wt%의 Mg; 0.05-0.15 wt%의 Cr; 0.05-0.25 wt%의 Zr; 0.05-0.25 wt%의 Ti; 각 ≤0.05 wt%이면서 총 ≤0.2 wt%인 기타 원소들; 100 wt%가 되기까지의 잔부인 Al로 구성되고,

상기 제2 알루미늄 합금은: 0.45-1.0 wt%의 Si; ≤0.4 wt%의 Fe; ≤0.05 wt%의 Cu; 1.2-1.8 wt%의 Mn; ≤0.10 wt%의 Ti; 1.3-5.5 wt%의 Zn; 0.05-0.20 wt%의 Zr; 각 ≤0.05 wt%이면서 총 ≤0.2 wt%인 기타 원소들; 100 wt%가 되기까지의 잔부인 Al로 구성되고,

상기 제3 알루미늄 합금은 상기 제1 및 제2 알루미늄 합금보다 낮은 융점을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 시트에 의해 달성될 수 있다.

특히, 제3 알루미늄 합금의 액상선 온도(liquidus temperature)는 제1 및 제2 알루미늄 합금의 고상선 온도(solidus temperature)보다 낮다.

기타 원소들은 불순물로서 존재하는 임의의 원소들을 지칭한다. 이러한 원소들은 합금 제조에 사용되는 원료들 내의 불순물들로 인해, 특히 본격적 생산에서의 통상적 관행대로 상당량의 재활용 스크랩(recycled scrap)이 사용될 때, 회피하기 어렵다. 이러한 원소들에는 예를 들어 V, Ni, Sr 등의 하나 이상의 불순물이 포함될 수 있다.

합금 조성물 또는 바람직한 합금 조성물에 대한 임의의 설명에 대해, 백분율에 대한 모든 언급은 달리 표시되지 않는 한 중량 퍼센트(wt%)에 의한다.

여기에 사용되는 용어 "시트(sheet)"는 코일형 스트립도 포함한다.

브레이징 후의 특성은 600 ℃의 온도에서 3분 동안 브레이징된 후의 브레이징 시트 또는 브레이징 시트를 성형함으로써 제조된 물품의 특성을 말한다.

본 발명의 브레이징 시트는 브레이징 시트로 제작되는 튜브의 내면을 형성하는 희생 클래딩을 갖는 튜브 스톡 재료로서 특히 적합하다. 바람직하게는 희생 클래딩 상면 위에는 브레이즈 클래딩이 없다. 즉, 튜브의 내면에는 브레이즈 클래딩이 없다. 브레이징 시트는 바람직하게는 코어, 희생 클래딩 및 브레이즈 클래딩 외에 추가의 층을 갖지 않는 3층 재료이다. 브레이징 시트의 전체 두께는 바람직하게는 0.15 내지 0.6 mm, 더 바람직하게는 0.15 내지 0.25 mm, 가장 바람직하게는 0.18 내지 0.22 mm이다. 바람직하게는, 희생 클래딩은 브레이징 시트의 전체 두께의 3 내지 20 %, 더 바람직하게는 4 내지 15 % 및 가장 바람직하게는 5 내지 12 %를 구성한다. 바람직하게는, 브레이즈 클래딩은 브레이징 시트의 전체 두께의 3 내지 20 %, 가장 바람직하게는 5 내지 15 %를 구성한다.

코어 합금(즉, 제1 알루미늄 합금)의 조성과 희생 클래딩 합금(즉, 제2 알루미늄 합금)의 조성의 특별한 조합은 브레이징 후 브레이징 시트로 제조된 튜브의 양쪽 면으로부터의 부식에 대한 허용가능한 내성이 달성되는 동시에, 높은 비율의 스크랩, 특히 Si 및 Fe를 함유하는 스크랩을 갖는 재료로부터의 제조를 가능하게 해준다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 본 발명의 브레이징 시트는, 코어 합금 내의 Si 및 Mn 함량은 바람직하게는 브레이징에서 어떠한 희생 브라운 밴드(고용체를 통한 브레이즈 클래딩으로부터의 Si의 침투에 의해 형성되는 Mn 및 Si 함유 입자를 포함하는 브레이즈 클래딩에 맞닿은 경계면에 근접한 코어의 영역)도 형성되지 않도록 설정된다는 사실에도 불구하고, 부식에 대해 적절한 보호를 갖는다. 층들 간의 변형 저항성에 있어서의 너무 큰 차이로 인해 야기되는 압연 라인에서의 휨에 대한 위험성의 증가 없이 브레이징 시트를 제조하는 것도 가능하다.

브레이징 후, 코어는 Cr을 포함하는 금속간 입자, 특히 Al, Fe, Mn 및 Cu를 포함하는 입자를 함유한다. 바람직하게는, 브레이징 후, 잔존 브레이즈 클래딩도 Cr을 포함하는 금속간 입자, 특히 Al, Fe, Mn 및 Cu를 포함하는 입자를 함유한다. 상기 언급된 금속간 입자는 바람직하게는 0.5 내지 10 ㎛ 범위의 평균 등가 직경을 갖는다. AlFeCuMn 입자가 부식을 증가시키는 잠재적 차이를 발생시킬 것이 예상될 수 있었을 것이다. 하지만, Cr 함유 입자를 포함하는 본 발명의 재료는 특히 공식(pitting corrosion)에 대한 개선된 내성을 나타낸다는 것이 밝혀졌다.

브레이징 전에, 브레이징 시트는 양호한 성형성을 가져, B 타입 또는 다중 포트(multi-port) 튜브와 같은 다양한 디자인의 브레이징 및/또는 폴딩 튜브가 제작될 수 있다.

코어 합금은 0.2-1.0 wt%, 바람직하게는 >0.2-1.0 wt%(즉, 0.2 wt% 초과치로부터 1.0 wt%까지)의 Si를 포함한다. 가장 바람직하게는 Si의 함량은 0.25-1.0 wt%, 특히 0.3-1.0 wt%이다. 비교적 고량의 Si는 브레이징에서 어떠한 희생 브라운 밴드도 형성되지 않는다는 것을 의미한다. 한편, 합금을 생산하기 위해 Si로 오염된 비교적 고량의 스크랩을 사용하는 것이 가능하다. 이는 적은 일차적 알루미늄이 필요하다는 것을 의미하며, 이것은 지속 가능성(sustainability)의 관점에서 유리하다. 너무 높은 함량의 Si는 용융 온도를 허용불가능한 정도로 저하시킨다.

코어 합금은 0.15-1.0 wt%, 바람직하게는 >0.2-0.7 wt%(즉, 0.2 wt% 초과치로부터 0.7 wt%까지)의 Fe를 포함한다. 특정된 함량의 Fe는 Fe로 오염된 비교적 고량의 스크랩의 사용을 가능하게 해준다. 너무 높은 함량의 Fe는 큰 금속간 입자의 형성을 초래한다.

코어 합금은 0.2-1.0 wt%, 바람직하게는 0.4-0.8 wt%의 Cu를 포함한다. Cu의 존재는 강도를 증가시고, 부식 전위를 증가시킨다. 하지만, 너무 높은 함량의 Cu는 주조 시에 고온 균열에 대한 민감성을 증가시키고, 고상선 온도를 낮추며, 또한 브레이징 후의 입계 부식(intergranular corrosion)에 대한 재료의 민감성을 증가시킬 수 있다.

코어 합금은 1.0-1.6 wt%, 바람직하게는 1.1-1.5 wt%의 Mn을 포함한다. 코어 내의 Mn의 존재는 특히 입자로 존재할 때 강도를 증가시키지만, 고용체 내에서도 어느 정도 강도를 증가시킨다. 코어 내의 충분히 높은 함량의 Mn으로, 브레이징 시트의 제조 시의 예열 및 후속 열간 압연 중에 다수의 입자가 석출될 수 있고, 브레이징 후에 고용체 내의 Mn의 큰 차이로 인해 코어와 희생 클래딩 사이의 실질적인 전위 구배가 얻어질 수 있다. 너무 높은 함량의 Mn은 주조 중에 큰 일차적 입자(primary particle)가 형성되는 것을 유발할 수 있으며, 이는 박형 재료의 제조에 바람직하지 않다.

코어 합금은 ≤0.3 wt%, 바람직하게는 ≤0.2 wt%, 가장 바람직하게는 0.15 wt%, 예를 들어 Mg 0.05-0.15 wt%의 Mg을 포함한다. Mg의 존재는 재료의 강도를 향상시키지만, 너무 높은 함량에서는 특히 Nocoloc™ 방법과 같이 제어 분위기 브레이징(controlled atmosphere brazing)(CAB)에서 플럭스를 사용할 때 브레이징성(brazeability)이 악화된다.

코어 합금은 0.05-0.15 wt%, 바람직하게는 0.06-0.13 wt%의 Cr을 포함한다. Cr은 브레이징 후 코어 내의 금속간 입자뿐만 아니라 바람직하게는 브레이즈 클래딩으로부터의 재응고된 재료에도 포함되는 것으로 밝혀졌다. 금속간 Cr 함유 입자의 존재는 부식에 대한 내성을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 너무 높은 함량의 Cr은 재료의 열간 압연 거동에 악영향을 미치는 바람직하지 않은 거대한 일차적 금속간 입자를 유발한다.

코어 합금은 0.05-0.25 wt%, 바람직하게는 0.06-0.15 wt%의 Zr을 포함한다. Zr의 존재는 매우 미세한 입자의 수를 증가시켜, 브레이징 후의 비교적 큰 연신 결정립(elongated grain)의 성장을 촉진시키며, 이는 내식성에 유리하다. 너무 높은 함량의 Zr은 주조 시에 큰 금속간 입자 형성 및 그에 의한 Zr의 유리한 역할의 손실을 유발한다.

코어 합금은 0.05-0.25 wt%, 바람직하게는 0.06-0.15 wt%의 Ti를 포함한다. Ti의 존재는 순차적 층별 부식(layer-by-layer corrosion)을 조성함으로써 내식성을 향상시킨다. 너무 높은 함량의 Ti는 주조 시에 거대한 금속간 입자 형성을 유발하여, Ti의 역할을 효과적이지 못하게 만든다.

희생 클래딩(즉, 제2 알루미늄 합금)은 1.3-5.5 wt%, 바람직하게는 1.5-5.0 wt%, 가장 바람직하게는 2.0-3.0 wt%의 Zn을 포함한다. 상대적으로 높은 함량의 Zn은 튜브의 내면으로부터의 부식에 대한 보호에 유익하다. 고량의 Zn이 Zn의 코어 내로의 증가된 이동을 야기하고, 외면으로부터의 부식에 보다 민감하게 만들 수 있지만, 본 발명의 브레이징 시트는 여전히 외면으로부터의 부식에 대한 적절한 보호를 갖는다는 것이 밝혀졌다. Zn의 함량이 너무 낮으면, 희생 클래딩이 튜브의 내면으로부터의 부식에 대한 코어의 충분한 보호를 제공하지 못할 것이다. 너무 높은 함량의 Zn은 융점을 낮추고, 잠재적으로 재료를 취성이 더 높아지게 만들어 압연 시의 문제점을 야기할 수 있다. 또한, 부식 속도가 너무 높아질 수 있다.

희생 클래딩는 0.45-1.0 wt%, 바람직하게는 0.55-1.0 wt%, 가장 바람직하게는 0.65-0.90 wt%의 Si를 포함한다. Si의 존재는 Mn과 반응함으로써 클래딩 재료의 강도를 향상시킨다. Si 함량이 너무 낮으면, 형성되는 AlMnSi 분산입자의 수가 강도를 원하는 수준으로 향상시키기에 불충분하다. 또한, 너무 낮은 함량의 Si는 제조에 사용될 수 있는 재활용 스크랩의 양을 감소시킨다. 너무 높은 함량의 Si는 클래딩의 융점을 낮추기 때문에 바람직하지 않다.

희생 클래딩는 ≤0.4 wt%, 바람직하게는 ≤0.3 wt%의 Fe를 포함한다. 소량의 Fe의 존재는 일반적으로 원료에 불순물로서 포함되기 때문에 실제적으로 회피될 수 없다. 너무 높은 함량의 Fe는 희생 클래딩 재료의 낮은 내식성을 초래한다.

희생 클래딩은 ≤0.05 wt%의 Cu를 포함한다. Cu의 허용 가능한 함량은 희생 클래딩 재료의 대규모 공식(extensive pitting)을 회피하기 위해 낮아야 한다.

희생 클래딩는 1.2-1.8 wt%, 바람직하게는 1.4-1.8 wt%의 Mn을 포함한다. Mn의 존재는 클래딩 재료의 강도와 더불어 브레이징 후의 침식 부식(erosion corrosion)에 대한 내성을 향상시킨다. 너무 낮은 함량의 Mn에서는, 입자 유도 강화를 위한 충분한 양의 Mn이 얻어질 수 없고, 향상된 침식 부식 내성을 위한 입자의 수가 너무 적을 것이다. 너무 높은 함량의 Mn에서는, 클래딩 재료의 가공성이 열화되고 너무 큰 금속간 입자가 형성되어 피로 특성에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

희생 클래딩는 0.05-0.20 wt%의 Zr을 포함한다. 희생 클래딩 내의 Zr의 존재는 코어에서와 동일한 목적을 제공한다.

희생 클래딩은 불가피한 불순물로서를 제외하고는 어떠한 Mg도 포함하지 않는다. Mg의 존재는 기계적 특성을 변경시키고, 압연 작업에서 희생 클래딩을 코어에 결합시키는 것을 어렵게 만든다.

브레이즈 클래딩(즉, 제3 합금)의 조성은 융점이 소정의 범위, 바람직하게는 550 내지 615 ℃ 내에 있기만 한다면 중요하지 않다. 바람직하게는, 브레이즈 클래딩은 4-15 wt%, 가장 바람직하게는 6-13 wt%의 Si를 포함하는 알루미늄 합금이다. 웨팅(wetting)을 향상시키기 위한 Bi 및 부식 전위를 조절하기 위한 Zn과 더불어 불가피한 불순물과 같은 소량의 기타 원소들이 선택적으로 존재할 수 있다. 대표적인 브레이즈 클래딩은 예를 들어 4-15 wt%의 Si, ≤0.5 wt%의 Bi, ≤0.25 wt%의 Cu, ≤0.1 wt%의 Mn, ≤0.2 wt%의 Ti, ≤0.8 wt%의 Fe, 각 ≤0.05 wt%이면서 총 ≤0.2 wt%인 기타 원소들 및 잔부인 Al을 포함한다.

합금들의 조성들은 희생 클래딩이 코어보다 덜 귀하도록 설정된다. 조성들은 바람직하게는 코어 합금의 브레이징 후의 부식 전위(ASTM G69에 따라 측정됨)가 희생 클래딩보다 30-150 mV 더 높도록 조절된다.

특정 합금들의 가능한 조합들은 wt%로 0.40-0.70 % Si, 0.10-0.50 % Fe, 0.55-0.85 % Cu, 1.0-1.6 % Mn, ≤0.10 % Mg, ≤0.10 % Zn, 0.05-0.15 % Cr, 0.05-0.15 % Zr, 0.05-0.15 % Ti, 잔부인 Al 및 각 0.05 %이면서 총 0.15 %인 기타 원소들로 구성되는 코어를 포함하고, 상기 코어는 한쪽 면이 전술한 바와 같은 브레이즈 클래딩으로 클래딩되고, 다른쪽 면이 희생 클래딩으로 클래딩되며, 희생 클래딩은:

(a) wt%로 0.65-1.0 % Si, ≤0.40 % Fe, ≤0.05 % Cu, 1.4-1.8 % Mn, ≤0.03 % Mg, 2.3-2.7 % Zn, 0.05-0.20 % Zr, 잔부인 Al 및 각 0.05 %이면서 총 0.15 %인 기타 원소들로 구성된 합금;

(b) wt%로 0.47-0.82 % Si, ≤0.40 % Fe, ≤0.05 % Cu, 1.2-1.6 % Mn, ≤0.02 % Mg, 4.7-5.3 % Zn, 0.05-0.10 % Ti, 잔부인 Al 및 각 0.05 %이면서 총 0.15 %인 기타 원소들로 구성된 합금;

(c) wt%로 0.65-1.0 % Si, ≤0.40 % Fe, ≤0.05 % Cu, 1.4-1.8 % Mn, ≤0.03 % Mg, 1.3-1.7 % Zn, 0.05-0.20 % Zr, 잔부인 Al 및 각 0.05 %이면서 총 0.15 %인 기타 원소들로 구성된 합금;

(d) wt%로 0.50-1.0 % Si, ≤0.40 % Fe, ≤0.05 % Cu, 1.2-1.6 % Mn, ≤0.03 % Mg, 3.8-4.2 % Zn, ≤0.10 % Ti, 잔부인 Al 및 각 0.05 %이면서 총 0.15%인 기타 원소들로 구성된 합금 중의 하나로부터 선택된다.

공급 조건에서의 바람직한 템퍼(temper)는 H14 또는 H24와 같은 변형률 경화 템퍼(strain hardened temper)이다.

본 발명의 브레이징 시트로 제조된 튜브는 임의의 브레이징 열교환기에 사용될 수 있다. 이러한 자동차용 열교환기의 예는 라디에이터, 공기조화 증발기 및 응축기, 캐빈 히터(cabin heater), 차지 에어 쿨러(charge air cooler), 오일 쿨러 및 배터리 쿨러를 포함한다. 다른 예는 고정식 가열 및 냉각 장치에서의 대응하는 작용을 위한 열교환기를 포함한다.

본 발명은 또한 전술한 브레이징 시트의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은:

전술한 바와 같은 제1 합금의 코어 잉곳을 제공하는 단계;

전술한 바와 같은 제2 합금(희생 클래딩을 형성하도록 의도된)으로 코어 잉곳의 한쪽 면을 클래딩하는 단계;

전술한 바와 같은 제3 합금(브레이즈 클래딩을 형성하도록 의도된)으로 코어 잉곳의 다른쪽 면을 클래딩하는 단계;

클래딩된 잉곳을 400 내지 575 ℃, 바람직하게는 450 내지 550 ℃의 온도에서 1 내지 25 시간 동안 예열하는 단계;

바람직하게는 3 내지 10 mm의 두께의 시트를 얻기 위해 예열된 클래딩된 잉곳을 열간 압연하는 단계;

열간 압연에서 얻어진 시트를 바람직하게는 0.15 내지 0.25 mm의 최종 두께로 냉간 압연하는 단계; 및

선택적으로 냉간 압연된 시트를 200 내지 300 ℃의 온도에서 1 내지 10 시간 동안 H24와 같은 소정의 공급 템퍼(delivery temper)로 어닐링하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 하나 이상의 중간 어닐링 단계와 함께 2개 이상의 냉간 압연 단계를 수행하는 것이 가능하다.

잉곳은 임의의 적합한 주조 방법, 바람직하게는 DC 주조(DC casting)에 의해 제공될 수 있다. 열간 압연에서의 두께 감소의 정도는 바람직하게는 95 내지 99 %이다. 냉간 압연에서의 두께 감소 정도는 바람직하게는 90 내지 98 %이다.

합금의 조성 및 최종 생성물의 세부 사항에 대해서는 브레이징 시트의 상기 설명이 참조된다.

본 발명은 또한 브레이징 열교환기의 제조를 위한 본 발명의 브레이징 시트의 사용법에 관한 것이다.

본 발명은 마지막으로 본 발명의 브레이징 시트로부터 튜브를 형성하고, 상기 튜브를 핀 및 열교환기의 다른 부품과 조립한 다음 튜브, 핀 및 다른 부품을 결합시키도록 브레이징함으로써 제조되는 브레이징 열교환기에 관한 것이다.

도 1 내지 도 4는 후술하는 실시예로 제조된 브레이징 재료의 SEM 이미지를 도시한다. 하지만, 이 예는 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

4개의 0.22 mm 게이지 튜브 스톡 재료가 (a) 코어 합금을 코어 합금 잉곳을 DC 주조하는 단계; (b) 9±2.0 %의 클래드 비(clad ratio)를 가지고서 코어 합금의 한쪽 면을 AA4343 브레이즈 합금으로 클래딩하는 단계; (c) 5±1.5 %의 클래드 비를 가지고서 코어의 다른쪽 면을 희생 합금으로 클래딩하는 단계; (d) 샌드위치 조립체를 열간 압연 전에 500 ℃ 범위의 온도에서 15 시간 동안 예열하는 단계; (e) 열간 압연하는 단계; (f) 0.22 mm 게이지까지 냉간 압연하는 단계; 및 (f) 250 ℃에서 3 시간 동안 최종 부분 어닐링하는 단계로 이루어진 공정 루트를 사용하여 제조되었다. 각 재료의 층들의 wt%의 화학 조성을 표 1에 나타내었다.

재료	층	Si	Fe	Cu	Mn	Cr	Zn	Zr	Ti
A(비교예)	코어	0.57	0.28	0.52	1.38	-	0.04	-	0.13
	희생 클래딩(5%)	0.2	0.35	0.01	0.09	-	1.04	-	0.03
	브레이즈 클래딩(7%)	7.9	0.16	-	-	-	0.01	-	-
B(비교예)	코어	0.52	0.28	0.66	1.29	0.1	0.04	0.09	0.11
	희생 클래딩(5%)	0.18	0.35	-	0.07	-	0.99	-	0.03
	브레이즈 클래딩(7%)	7.8	0.19	0.03	0.01	-	0.02	-	-
C(비교예)	코어	0.56	0.29	0.53	1.42	-	0.09	-	0.13
	희생 클래딩(5%)	0.83	0.25	0.03	1.6	-	2.5	0.13	0.03
	브레이즈 클래딩(10%)	8	0.14	-	-	-	0.02	-	-
D(본 발명)	코어	0.55	0.28	0.66	1.28	0.08	0.04	0.08	0.09
	희생 클래딩(5%)	0.83	0.25	0.03	1.58	-	2.5	0.13	0.03
	브레이즈 클래딩(10%)	8	0.14	-	-	-	0.02	-	-

코어 합금은 재료 A 및 C에서와 더불어 재료 B 및 D에서 각각 동일하다. 마찬가지로, 희생 클래딩 합금은 재료 A 및 B에서와 더불어 재료 C 및 D에서 각각 동일하다. 브레이즈 클래딩 합금은 모든 재료에서 동일하다. 정확한 조성에 있어서의 약간의 차이는 합금 생산에서의 불가피한 편차에 기안하며, 최종 재료의 특성을 변화시키지 않다. 마찬가지로, 브레이즈 클래딩의 클래드 비에 있서의 약간의 클래드 비의 약간의 차이는 브레이징 후 재료의 부식 특성을 변화시키지 않는다.

상기 재료들의 쿠폰 샘플(coupon sample)이 실험실 노콜록 브레이징 노(laboratory Nocolok brazing furnace) 내에서 600 ℃에서 3분 동안 브레이징되었다. 브레이징 전, 각 샘플은 NaHCO₃ 용액과 에탄올로 세척되었다. 브레이징 후, 각 재료로부터 10 mm 크기의 디스크 샘플이 절단되어, 상대 전극으로서의 백금 그리드(platinum grid), 기준으로서의 SCE 전극 및 작업 전극으로서의 알루미늄 샘플로 이루어진 3전극 셀 장치(three electrode cell arrangement) 내에 배치되었다. 그런 다음, 샘플들은 사이클릭 볼타메트리 스캐닝(cyclic voltammetry scanning)을 사용하여 그들의 내식성에 대해 조사되었다.

삽입된 샘플과 함께 셀은 먼저 ASTM D1141-98, pH 2.8 ~ 2.9에 따라 SWAAT 용액을 사용하여 세정되었고, 이어서 300 ml의 SWAAT 용액이 재충전되었다. 사이클릭 볼타메트리 스캐닝 이전에, N2 가스가 300 ml/min의 유량으로 20 분 동안 용액을 통해 버블링(bubbling)된 다음, 10 분 동안의 OCP 측정이 이어졌다.

스캐닝은 다음과 같이 수행되었다. -0.05 V 대 OCP로부터 시작하여 0.30V 대 OCP까지 이르는 양의 방향의 분극(polarization)이 이루어지고, 후속적으로 1 mV/s의 스캐닝율(scanning rate)을 사용하여 -0.05 V 대 OCP로 역전되었다. 사이클은 임의의 2개의 연속적인 사이클 사이에 어떠한 시간 간격도 없이 수행되었다. 스캔된 샘플들은 HNO₃ 산에 10 분 동안 침지되고, 탈이온수로 세정되어, 금속 조직 분석에 사용되었다.

10회째 사이클 이후의 각각의 재료의 SEM 이미지들이 도 1-4에서 재현되어 브레이즈 클래딩의 면에서의 부식을 보여준다. 도 1은 재료 A를 나타내고, 도 2는 재료 B를 나타내고, 도 3은 재료 C를 나타내고, 도 4는 재료 D를 나타낸다.

본 발명에 따른 재료 D는 다른 재료들에 비해 덜 깊은 부식공(pit)을 가지고서 보다 균일하게 부식되었다. 이러한 부식은 재료의 침투가 더 오래 걸리기 때문에 덜 심각하다.

Claims

제1 알루미늄 합금으로 이루어진 코어 층, 상기 코어 층의 한쪽 면에 부착된 제2 알루미늄 합금으로 이루어진 희생 클래딩, 상기 코어 층의 다른쪽 면에 부착된 제3 알루미늄 합금으로 이루어진 브레이즈 클래딩을 포함하는 브레이징 시트로서,
상기 제1 알루미늄 합금은:
Si 0.2-1.0 wt%
Fe 0.15-1.0 wt%
Cu 0.2-0.9 wt%
Mn 1.0-1.6 wt%
Mg ≤0.3 wt%
Cr 0.05-0.15 wt%
Zr 0.05-0.25 wt%
Ti 0.05-0.25 wt%
기타 원소들 각 ≤0.05 wt%이면서 총 ≤0.2 wt%
Al 100 wt%가 되기까지의 잔부
로 구성되고;
상기 제2 알루미늄 합금은:
Si 0.45-1.0 wt%
Fe ≤0.4 wt%
Cu ≤0.05 wt%
Mn 1.2-1.8 wt%
Ti ≤0.10 wt%
Zn 1.3-5.5 wt%
Zr 0.05-0.20 wt%
기타 원소들 각 ≤0.05 wt%이면서 총 ≤0.2 wt%
Al 100 wt%가 되기까지의 잔부
로 구성되고;
상기 제3 알루미늄 합금은 상기 제1 및 제2 알루미늄 합금보다 낮은 융점을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 합금은 2.0-3.0 wt%의 Zn을 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1 합금은 >0.20 wt%의 Si를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 3 항에 있어서, 상기 제1 합금은 0.30-1.0 wt%의 Si를 포함하는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1 합금은 >0.2-0.7 wt%의 Fe를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 브레이징 후, 코어, 잔존 브레이즈 클래딩 또는 양자 모두가 Al, Fe, Mn, Cu 및 Cr을 포함하는 금속간 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제3 합금은 4-15 wt%의 Si를 포함하는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 브레이징 시트의 두께는 0.15 내지 0.25 mm인 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 8 항에 있어서, 상기 브레이징 시트의 두께가 0.18 내지 0.22 mm인 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1 합금 내의 Si 및 Mn의 함량은 브레이징에서 어떠한 희생 브라운 밴드도 형성되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 브레이징 시트는 상기 코어, 상기 희생 클래딩 및 상기 브레이즈 클래딩 외에 추가의 층을 갖지 않는 3층 재료인 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 희생 클래딩의 두께는 상기 브레이징 시트의 전체 두께의 3 내지 20 %를 구성하는 것을 특징으로 하는 브레이징 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 브레이징 시트의 제조 방법으로서,
제 1 항에 한정된 바와 같은 제1 합금의 코어 잉곳을 제공하는 단계;
제 1 항에 한정된 제2 합금으로 상기 코어 잉곳의 한쪽 면을 클래딩하는 단계;
제 1 항에 한정된 제3 합금으로 상기 코어 잉곳의 다른쪽 면을 클래딩하는 단계;
상기 클래딩된 잉곳을 400 내지 575 ℃의 온도에서 1 내지 25 시간 동안 예열하는 단계;
시트를 얻기 위해 상기 예열된 클래딩된 잉곳을 열간 압연하는 단계; 및
열간 압연에서 얻어진 시트를 최종 두께로 냉간 압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 브레이징 시트를 브레이징 열교환기의 제조에 사용하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 브레이징 시트로부터 튜브를 형성하고, 상기 튜브를 핀 및 열교환기의 다른 부품과 조립한 다음 브레이징함으로써 제조되는 브레이징 열교환기.