KR19990028645A - 알루미늄 합금제 열교환기 - Google Patents

알루미늄 합금제 열교환기 Download PDF

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KR19990028645A
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Abstract

라디에이터부(10)와 오일 냉각기부(11)를 조합한, 브레이징공법에 의해 일체로 조립된 알루미늄 합금제 열교환기로서, 오일 냉각기부를 덮어 밀폐하는 냉매탱크(13)를 알루미늄 합금제로 하고, 오일 냉각기부에 사용되고 상기 탱크내에서 납땜되는 브레이징시트의 납땜재로, 7.0 wt%를 넘고 l2.0 wt% 이하인 Si, 0.05 wt%를 넘고 0.5 wt% 이하인 Fe, 0.4 wt%를 넘고 8.0 wt% 이하인 Cu, 0.5 wt%를 넘고 lO.O wt% 이하인 Zn을 함유하고, 잔부 알루미늄과 불가피한 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 사용하여, 냉매탱크를 라디에이터부 및 오일 냉각기부와 일체로 브레이징재의 납땜에 의하여 조립한 알루미늄 합금제 열교환기가 개시되어 있다. 상기 알루미늄합금제 열교환기는, 수지탱크의 대신에 알루미늄재를 사용하여, 리사이클이 용이하고, 내식성이 우수하며, 탱크코킹의 공정이 불필요하다.

Description

알루미늄 합금제 열교환기
라디에이터와 오일 냉각기를 조합한 열교환기는, 예컨대 도 4에 사시도로 나타내는 바와 같이, 라디에이터코어부(10)와 오일 냉각기부(11)〔브레이징시트(8)를 맞추어 형성된 오일통로(7)를 도면상 간략화하여 나타냄〕를 조립한 후, 이것을 탱크(6)와 기계적으로 조립하여 제조되어 있다.
여기서 라디에이터는, 사시도에서 나타낸 도 5로부터 명백하듯이 편평한 튜브(3), 얇은핀(1), 사이드 써포트(l2) 및 헤더(4)로 이루어지는 라디에이터코어부(l0)와 탱크(6)로 구성된다. 이것은, 복수개의 편평한 튜브(3) 사이에 콜게이트형상으로 가공한 얇은핀(1)을 일체로 형성하고, 해당 편평한 튜브(3)의 양끝단은 헤더(4)와 탱크(6)로 구성되는 공간(2)에 각각 개구하고 있으며, 한쪽 탱크측의 공간으로부터 편평한 튜브(3)내를 통해서 고온냉매를 다른쪽 탱크(6)측의 공간(2)으로 보내고, 튜브(3)및 핀(1)의 부분에서 열교환하여 저온이 된 냉매를 다시 순환시키는 것이다.
이러한 라디에이터부의 조립은, 튜브재 및 헤더재는 예컨대 JIS 3003합금을 심재로 하고, 해당 심재의 안쪽, 즉 냉매에 항상 닿고 있는 측에는 내장재(內張材)로서 JIS 7072합금을, 그리고, 해당 심재의 외측에는, 통상 JIS 4045등의 납재료를 클래드한 브레이징시트를 이용하여, 콜게이트가공한 핀등의 다른 부재와 함께 브레이징에 의해 일체로 제조되어 있다.
오일 냉각기부(11)는, 브레이징시트(8)를 합쳐서 형성된 오일통로(7)가 탱크(2)측의 공간을 통하여, 통로(7)를 흐르는 고온의 오일이 공간(2)을 지나는 냉매액으로 냉각되는 것이다. 이러한 오일통로에는, 심재로 JIS 3003합금등이 사용되며, 해당 심재의 외측, 즉 냉매액에 상시 닿고 있는 측에서는 외장재로서 JIS 7072합금등을, 그리고, 해당 심재의 안쪽에는, 통상 JIS 4045등의 납재를 클래드한 브레이징시트가 사용되고, 통상, 600℃부근의 온도로 가열하여 납땜하는 브레이징에 의해 제조된다.
이와 같이, 라디에이터부 및 오일 냉각기부의 어느것이나 600℃부근의 온도로 가열하여 납땜하는 브레이징에 의해 조립되지만, 브레이징공법으로서는, 플럭스브레이징법, 비부식성의 플럭스를 사용한 비부식 플럭스브레이징법등이 행하여진다.
그러나, 탱크(6)는, 종래부터 통상, 수지재료로 형성되어 있고, 탱크의 설치는, 브레이징공법에 의한 라디에이터부 및 오일 냉각기부의 조립과 별도의 공정으로 행해야하므로, 공정이 하나 부가된다는 난점이 있었다. 또한, 이러한 열교환기에서는, 수지 탱크(6)와 헤더(4)의 체결부는 수지패킹(5)등을 통해 강력히 코킹할 필요가 있지만, 수지패킹(5)과 헤더(4)와의 경계에서 간극부식이 발생하기 쉽다는 결점이 있다.
또한, 근래에, 지구자원의 유효이용의 견지로부터 리싸이클문제가 주목받고 있다. 자동차용의 열교환기는 해체시에 벗기고, 알루미늄 합금으로서 용해된다. 그러나, 도 4에 나타내는 바와 같이 탱크(6)로서 수지 탱크를 갖고 있으면, 해체시에 이것을 일부러 떼어낼 필요가 있어, 리싸이클 처리의 난관이 되어 있다.
따라서 탱크도 알루미늄 합금제로 하고, 동시에 브레이징공법에 의해 조립하는 것이 바람직하다. 그러나, 오일 냉각기부는 납땜후에 탱크에 덮힌 상태로 납땜이 행해진다. 따라서 이 부분의 납땜이 불완전한 경우, 보수를 할 수 없다. 그 때문에, 완전히 납땜을 행할 필요가 있는데, 이것은 다음과 같은 이유에 의해, 종래에는 곤란하였다. 즉, 오일 냉각기부분이 탱크에 덮여 있기 때문에 납땜시에 온도가 충분히 오르기 어려워서, 납땜불량을 일으키기 쉬웠다. 또한, 납땜불량이 생기지 않도록 충분히 승온하여 가열하면, 라디에이터부에 대한 납땜온도가 너무 높아지게 되어, 라디에이터 튜브나 핀에 납확산이 생기는 문제점이 생긴다. 또한 오일 냉각기에서는 납땜부분이 냉매액에 닿아있기 때문에 납땜부분과 심재부분과의 전위차에 의한 국부적인 부식이 생기기쉽고, 종래의 브레이징공법에 의한 납땜으로는 이 문제를 해결할 수 없었다.
따라서 본 발명은, 수지 탱크의 대신에 알루미늄재를 사용하여, 리사이클이 용이하고, 내식성이 뛰어나며, 코킹 공정이 불필요한 알루미늄 합금제 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 유리한 점은, 첨부한 도면과 동시에 고려함으로써, 하기의 기재로부터 보다 분명해질 것이다.
본 발명은, 알루미늄 합금제 열교환기에 관한 것이며, 더욱 자세하게는, 알루미늄 합금 브레이징시트를 이용하여 제조된 라디에이터와 오일 냉각기의 일체형 열교환기에 관한 것이다.
도 1은 라디에이터와 오일 냉각기를 일체로 한 본 발명의 열교환기의 1 실시형태를 나타내는 일부단면의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 알루미늄 합금제 열교환기의 다른 실시형태의 오일 냉각기부를 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 알루미늄 합금제 열교환기의 또 다른 실시형태의 오일 냉각기부의 설명도이다.
도 4는 라디에이터와 오일 냉각기를 조합한, 종래의 열교환기의 사시도이다.
도 5는 종래의 라디에이터의 사시도이다.
본 발명의 상기 목적은, 이하의 구성인 알루미늄 합금제 열교환기에 의해 달성되었다.
즉 본 발명은,
(1) 라디에이터부와 오일 냉각기부를 조합한, 브레이징공법에 의해 일체로 조립된 알루미늄 합금제 열교환기로서, 오일 냉각기부를 덮어 밀폐하는 냉매 탱크를 알루미늄 합금제로 하고, 오일 냉각기부에 사용되고 상기 탱크내에서 납땜되는 브레이징시트의 납땜재로서, 7.0 wt%를 넘고 l2.0 wt% 이하인 Si, 0.05 wt%를 넘고 0.5 wt% 이하인 Fe, 0.4 wt%를 넘고 8.0 wt% 이하인 Cu, 0.5 wt%를 넘고 lO.O wt% 이하인 Zn을 함유하고, 잔부 알루미늄과 불가피한 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 사용하여, 냉매 탱크를 라디에이터부 및 오일 냉각기부와 일체로 브레이징재의 납땜에 의하여 조립한 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기, 및
(2) 라디에이터부와 오일 냉각기부를 조합한, 브레이징공법에 의해 일체로 조립된 알루미늄 합금제 열교환기로서, 오일 냉각기부를 덮어 밀폐하는 냉매 탱크를 알루미늄 합금제로 하고, 오일 냉각기부에 사용되며 상기 탱크내에서 납땜되는 브레이징시트의 납재로, 7.0 wt%를 넘고 12.0 wt% 이하인 Si, 0.05 wt%를 넘고 0.5 wt% 이하인 Fe, 0.4wt%를 넘고 8.0 wt%이하인 Cu, 0.5 wt%를 넘고 10.0 wt% 이하인 Zn을 함유하고, 0.002wt%를 넘고 0.3 wt%이하인 In, 0.002 wt%을 넘고 0.3 wt% 이하인 Sn중 1종 또는 2종을 함유하며, 잔부 알루미늄과 불가피한불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 사용하여, 냉매 탱크를 라디에이터부 및 오일 냉각기부와 일체에 브레이징재의 납땜에 의하여 조립한 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명에 있어서, 라디에이터부와 오일 냉각기부는, 1단의 브레이징으로, 일체로 조합되어 있다.
이하에 본 발명을, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의, 라디에이터와 오일 냉각기를 일체로 한 열교환기인 알루미늄 합금제 열교환기의 1실시형태(2중관형 납땜방식)이고 도 4의 수지 탱크(6)대신에 알루미늄합금의 브레이징시트를 사용한 탱크(13)로 하여, 라디에이터코어부의 헤더(4)와 탱크 (13)와의 조립을 한번의 납땜부가열에 의해 행하도록 한 것이다. 따라서 종래와 같은 패킹(5)은 불필요하게 된다. 본 발명에서는 탱크을 알루미늄 합금으로 하고 있고, 브레이징공법에 의한 납땜접합이기때문에, 탱크와 헤더와의 빈틈부식이 생기지 않을 뿐아니라, 폐자재로서 회수된 때에 탱크를 떼는 일없이 알루미늄 합금으로서 리싸이클할 수 있다. 또한, 전부를 한번에 납땜일체화하기 때문에, 탱크의 코킹공정이 불필요하다. 또 도 1에 있어서, 도 4와 동일부호는 같은 것을 가리킨다.
본 발명은 이러한 일체형의 열교환기로서, 오일 냉각기에 사용하는 브레이징시트〔예컨대 상기 도 1의 브레이징시트(8)〕의 납재합금에, 7.0 wt%를 넘고 12.0 wt% 이하인 Si, 0.05 wt%을 넘고, 0.5 wt% 이하인 Fe, 0.4 wt%를 넘고 8.0 wt% 이하인 Cu, 0.5 wt%를 넘고 10.0 wt% 이하인 Zn을 함유하며, 잔부 알루미늄과 불가피한 불순물로 이루어지는 알루미늄합금 또는 여기에 다시 0.002 wt%을 넘고 0.3 wt% 이하인 In, 0.002 wt%을 넘고 0.3 wt% 이하인 Sn중 1종 또는 2종을 함유한 저온납땜용 알루미늄 합금을 사용하고 있다. 이 납합금은 일본국 특개평7-90442호 등에서 저온납땜용 합금으로서 제안되어 있는 합금이지만, 본 제조방법으로 이러한 특정 조성 납재 합금을 클래드한 브레이징시트를 쓰는 이유를 이하에 설명한다.
상기 납재 합금에 있어서, Si는 합금의 융점을 내린다. 그 양이 7.0 wt%이하에서는 충분하게 융점이 저하되지 않고, 그 양이 12.0 wt%를 넘으면 반대로 융점이 오르기 때문에, 납땜성이 저하한다. 특히, 납땜의 흐름성을 고려하면 8.0∼11.0 wt%의 첨가량이 바람직하다.
Fe는 납이 용융후 응고할때의 결정입자를 미세화하여, 필레트의 강도를 높이는 기능을 갖지만, 그 양이 0.05 wt% 이하에서는 충분히 효과를 발휘하지 못한다. 또한, Fe는 응고시에 금속간화합물을 형성하고, 이것이 부식의 기점이 된다. 그 때문에, Fe량은 결정입자가 미세화 효과와 부식성과의 밸런스로부터 그 상한을 0.5 wt %라고 정하였으나, 0.2 wt% 이하가 내식성의 점에서 바람직하다.
Cu는 합금의 융점을 내려, 납땜의 흐름성을 향상시킨다. 또한 Cu는 납땜재의 외부내식성을 높이는 기능을 갖는다. 오일 냉각기는 납땜된 부분이 직접 냉매액과 접촉하기 때문에 외부내식성이 요구되기 때문이다. 여기서, 내식성의 점에서는, 0.4 wt% 이하인 Cu 량으로서는 효과가 충분하지 않다. 또한, 안정된 납땜성을 확보하기위해서는, 1.0 wt%을 넘는 Cu 첨가량이 바람직하다. 또한, Cu의 양이 8.0 wt%를 넘으면 납의 전위가 너무 높아져, 냉매통로구성부재가 우선적으로 부식하게 되어, 내식성이 저하할 뿐만 아니라, 합금의 압연가공성이 저하하여, 열교환기용 브레이징시트에 이용하는 납으로서는 알맞지 않게 된다. 따라서, Cu는 1.0 wt%을 넘고 8.0 wt% 이하로 하지만, 압연성을 고려하면 4.0 wt% 이하를 첨가하는 것이 보다 바람직하고, 특히 1.0∼3.5 wt%로 안정된 특성을 보인다.
Zn의 첨가는 합금의 융점을 내려, 납땜성을 안정시킨다. 또한 본 발명과 같이 Cu를 첨가한 납합금에서는, 납의 전위가 심의 전위보다 높아져, 외부부식이 피트형상으로 진행하여, 그 속도가 빠르다는 문제가 있다. 본 발명에 있어서의 Zn의 첨가는 납의 전위를 내리고, 납의 전위를 심재합금의 전위에 근접하게 하여, 내식성을 향상시킨다. 그러나, 그 양이 0.5 wt% 이하에서는 효과가 충분하지 않고, 그 양이 10.0 wt%을 넘으면 납의 자기내식성이 저하할 뿐 아니라, 합금의 압연가공성이 저하하여, 열교환기용 브레이징시트에 이용하는 납으로서는 알맞지 않게 된다. 이상이 본 발명의 범위이지만, 본 합금은, 납의 흐름성을 고려하면 2.0 wt%을 넘는 Zn 첨가량이 바람직하고, 압연성을 고려하면 6.0 wt%이하, 더욱 바람직하게는 5.0 wt% 이하인 Zn 첨가량이 바람직하다.
In 및 Sn은 납재의 전위를 낮게 하여 냉매통로 구성부재의 내식성을 향상시킨다. Zn의 효과를 돕는 의미로 첨가한다. 그 양이 0.002 wt% 이하에서는 효과가 충분하지 않고, 그 양이 0.3 wt%를 넘으면 합금의 압연가공성이 저하한다.
불가피한 불순물로서, 다른 원소도 각각 0.30 wt% 이하라면 함유해도 좋으나, 0.05 wt% 이하가 바람직하다. 여기서, 대표적인 불가피한 불순물로서는, 브레이징시트에 종종 첨가되는 경우가 있는 Ni, Cr, Zr, Ti, Mg 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기(1) 및 (2)의 열교환기에 사용한, 브레이징시트의 납재(이하, 제 1 및 제 2의 납땜재라 함)대신에 하기의 납재(제 3∼제 6의 납땜재)를 이용할 수 도 있다. 상기의 제 1∼제 2의 납재는 납땜 온도 570℃를 넘고 585℃이하에서 사용할 수가 있다.
이하, 이것을 설명한다.
본 발명의 A1합금제 열교환기용의 제 3의 납재는, Si : 7.0 wt%을 넘고 12.0 wt% 이하, Cu : 0.4 wt%를 넘고 8.0 wt%이하, Fe : 0.05 wt%를 넘고 0.5 wt% 이하를 함유하고, 또한 Zn : 0.5 wt%을 넘고 6.0 wt%이하, In : 0.3 wt% 이하(바람직하게는 0.01∼0.3 wt%), Sn :
0.3 wt% 이하(바람직하게는 0.01∼0.3 wt%)인 1종 또는 2종이상을 함유하고, 또한,
Li : 1.0 wt% 이하(바람직하게는 0.1∼0.5 wt%), Na : 0.2 wt% 이하(바람직하게는 0.003∼0.1 wt%), K : 0.2 wt% 이하(바람직하게는 0.003∼0.1 wt%), Ca : 0.2 wt%이하(바람직하게는 0.003∼0.1 wt%), Sr : 0.2 wt% 이하(바람직하게는 0.003∼0.1 wt%), Ba : 0.2 wt% 이하(바람직하게는 0.003∼0.1 wt%), Bi : 0.5 wt% 이하(바람직하게는 0.1∼0.3 wt%), Be : 0.2 wt%이하(바람직하게는 0.003∼0.1 wt%), Ni : 0.6 wt% 이하(바람직하게는 0.05∼0.3 wt%), Cr : 0.2 wt% 이하(바람직하게는 0.003∼0.1 wt%), Ti : 0.2 wt% 이하(바람직하게는 0.003∼0.1 wt%), Zr : 0.2 wt%이하(바람직하게는 0.003∼0.1 wt%), V : 0.2 wt% 이하(바람직하게는 0.003∼0.1 wt%), Ga : 1.0 wt% 이하(바람직하게는 0.3∼0.9 wt%), Ge : 2.0 wt% 이하(바람직하게는 0.2∼1.9 wt%)중의 1종 또는 2종 이상을 함유하여, 잔부가 A1와 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 A1합금납땜재이며, 또한 본 발명의 A1 합금제 열교환기용인 제 4의 납땜재는 상기 조성의 합금에, 또한 Mn : 0.05 wt%을 넘고 1.2 wt%이하를 함유한 것을 특징으로 하는 A1합금납재이다.
다음에 본 발명의 A1 합금제 열교환기용의 제 5의 납땜재는, Si : 7.0 wt%를 넘고 12.0wt%이하, Cu : 0.4wt%를 넘고 8.0wt%이하, Fe : 0.05wt%를 넘고 0.5wt%이하를 함유하고, 또한, Ga : 1.0wt%이하, Ge : 2.0 wt%이하 중 1종 또는 2종을 함유하고, 또한,
Li, Na, K, Ca, Sr, Ba, Bi, Be, Ni, Cr, Ti, Zr, V 중 1종 또는 2종이상을, Li : 1.0 wt%이하, Bi : 0.5 wt%이하, Ni : 0.6 wt%이하, Na, K, Ca, Sr, Ba, Be, Cr, Ti, Zr, V : 0.2 wt% 이하의 양을 함유하고, 잔부가 A1과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 A1합금납재이다.
또한 본 발명의 A1합금제 열교환기용의 제 6의 납재는 상기 조성의 합금에, 또한 Mn:0.05 wt%을 넘고 1.2 wt% 이하를 함유한 것을 특징으로 하는 A1합금납재이다.
제 4∼제 6의 납재에 있어서, Ga, Ge, Li, Na, K, Ca, Sr, Ba, Bi, Be, Ni, Cr, Ti, Zr, V가 바람직한 함유량은 상기 제 3 납재와 마찬가지다.
제 3∼제 6의 납재합금조성에 있어서의 기술적 의의 및 작용을 서술하면, 제 1 및 제 2 납재와 같은 성분은, 그것에 관하여 서술한 바와 마찬가지다.
Ga, Ge의 첨가는, 납의 전위를 낮추고, 이 희생양극효과에 의해 냉매통로 구성부재의 내식성을 향상시킨다. Ga, Ge의 첨가는, Cu를 첨가한 납의 전위를 내리고, 납땜재의 전위를 심재합금의 전위에 근접시키고, 내식성을 향상시킨다. Zn, In, Sn의 효과를 돕는 의미로 첨가하거나, 또는 이들 대신 첨가할 수가 있다.
그 양이 Ga에서는 1.0 wt%, Ge에서는 2.0 wt%을 넘으면 납의 자기내식성이 저하하여, 합금의 압연가공성이 저하하는 경우가 있다.
Li, Na, K, Ca, Ba, Sr, Be, Bi는 A1합금납재의 표면에 무른 산화물 또는 저융점의 화합물을 형성하여, 산화피막의 파괴를 용이하게 함으로써, 납의 흐름성을 개선하여, 납땜성을 향상시킨다. Li에서는 1.0 wt%, Bi에서는 0.5 wt%, Na, K, Ca, Sr, Ba, Be에서는 각각 0.2 wt%을 넘으면, 합금의 압연가공성이 저하하는 경우가 있다.
Mn, Ni, Cr, Ti, Zr, V는 납이 용융후 응고할 때에 금속간화합물을 형성하여, 납땜의 강도를 높이는 기능을 갖는다. 그러나, Mn은 0.05 wt% 이하에서는 효과가 충분하지 않는 경우가 있고, 또한, Mn에서는 1.2 wt%, Ni에서는 0.6 wt%, Cr, Ti, Zr, V에서는 각각 0.2 wt%을 넘으면, 합금의 압연성이 저하하는 경우가 있다.
본 발명에 있어서 제 1∼제 2의 납재와 마찬가지로 제 3∼제 6의 A1합금제 열교환기용납재는, 납땜온도를 570℃를 넘고, 585℃ 이하로 하는 것이 가능하다. 이것은 라디에이터와 오일 냉각기를 일체로 조립한 열교환기용 납재로서 적당하다.
이상이 본 발명에 사용하는 오일 냉각기의 브레이징시트의 납재합금의 성분을 한정하는 이유이지만, 심재합금은, 특별하게 한정하지 않는다. 통상, 브레이징시트용으로서 사용하고 있는 알루미늄합금을 사용하면 좋다. 그러나, 내식성 향상을 위해 납땜재의 Zn량과 Cu량을 조정하여, 납땜재와 심재와의 전위(자연전위)차를 100mV 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 브레이징시트는 필요하다면, 희생재를 피복한 3층구조의 브레이징시트로 하여도 좋다. 브레이징시트에 있어서의 납재의 클래드율은 통상의 것과 특별히 다르지 않고, 그 양에 제한은 없다. 납땜에 의한 접합이 충분히 행하여지는 만큼의 납재가 클래드되어 있으면 좋다.
본 발명의 A1합금제 열교환기에 있어서, 라디에이터 및 탱크용의 알루미늄 합금에 있어서는 특히 한정하지 않는다. 통상 사용되고 있는 알루미늄 합금 및 알루미늄 합금브레이징시트 및 본 발명의 오일 냉각기에 사용하는 납재를 사용한 브레이징시트의 어느 것도 이용할 수가 있다.
여기서, 본 발명으로 채용할 수 있는 납땜조건은 라디에이터가 불량없이 납땜할 수 있는 통상의 조건으로 좋다. 즉, 플럭스 브레이징법, 비부식성의 플럭스를 쓴 비부식 플럭스 브레이징법 등이면 좋으며, 특히 한정하는 것은 아니다. 납땜전의 조립, 세정, 경우에 따라 플럭스도포 등은 통상대로 행하면 된다.
본 발명에 있어서, 라디에이터와 오일 냉각기의 일체형인 것 이외는 알루미늄 합금제열교환기의 형태에는 특히 제한은 없고, 여러종류의 형태로 할 수 있다. 그 예를 도 2 및 도 3에 나타냈다. 도 2는 오일 냉각기부가 내관, 외관을 가지고 이루어지는 2중관 타입의 것이다. 동 도면에 있어서 라디에이터 코어부는 기본적으로는 도 1의 것과 같은 것이면 되기 때문에 생략하고 있다. 동 도면에 있어서, (14)는 관형상 오일 냉각기이고, 내측 파이프(15)와 외측 파이프(16)로 이루어진다. (19)는 알루미늄 합금제 탱크를 나타낸다. 도 1과 동일 부호는 같은 것을 나타낸다. (17)은 파이프, (18)은 커넥터를 나타낸다. 동 도면에 나타낸 바와 같이 알루미늄 합금제 탱크(19)는 브레이징시트로 이루어지고, 헤더 플레이트(4)에 일체로 납땜되어 있다. 여기서 아웃 파이프(16)의 안쪽을 상기의 본 발명에 관한 특정한 조성의 납재로 한다. 도 3은, 또한 다른 예의 오일 냉각기부를 나타내는 것이며 다판식인 것이다. 그림중 (20)은 오일 냉각기, (21)은 인너 핀, (22)는 튜브플레이트, (23)은 브레이징시트로 이루어지는 알루미늄 합금제 탱크이고, 도 3에 있어서 도 2와 동일 부호는 같은 것을 가리킨다. 도면 중, 튜브플레이트(22)가 안측에 본 발명에 관한 특정한 납재를 클래드한 브레이징시트로 이루어진다. 동 도면에 있어서 탱크(23)는 헤더 플레이트(4)에 일체로 납땜되어 있다.
이하에 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이하의 실시예에 한정되지 않은 것은 말할 것도 없다.
(실시예 1)
우선, 여기서는 제 1과 제 2의 납재에 관해서의 실시예를 나타낸다.
도 1의 구성의 라디에이터, 오일 냉각기 일체형으로 탱크재가 알루미늄 합금 브레이징시트로 이루어지는 열교환기를 600℃×5분의 가열조건으로 제조하였다. 패킹은 사용하고 있지 않다. 라디에이터용의 재료를 표1에 나타낸다. 라디에이터의 튜브는 전봉(電縫)가공에 의해, 표1의 튜브재를 튜브로 하였다. 또한, 오일 냉각기용의 재료는 이하의 구성의 브레이징시트를 사용하였다. 그 구성은, 심재로 A1-0.5wt% Si-0.3wt% Fe-0.5wt% Cu-1.1wt% Mn합금을 사용하고, 심재의 외측에 희생재로서 A1-2wt% Zn 합금을, 심재의 안쪽에 표2의 납합금을 사용하고, 또한 이것을 각각 전체 판두께의 10% 클래드한 판두께 0.6 mm의 O조질(調質)의 판재를 프레스성형한 것이다.
얻어진 열교환기로부터 오일 냉각기부분을 잘라내어, 누출시험 및 내식시험을 행하였다.
부 재 구 성 판두께 조질
튜브재(3층) 납염재 : 4045 합금 10%심재 : Al-0.5wt%Si-0.3wt%Fe-0.5%Cu-1.1wt%Mn 0.25mm H14재
핀 재(베어) Al-0.2wt%Si-0.2wt%Fe-0.1wt%Cu-1wt%Mn-1wt%Zn 0.07mm H14재
헤더재(2층) 납땜재 : 4045 합금 7%심재 : 3003 합금 1.5mm 0재
사이드서포트재(2)층 납땜재 : 4045 합금 7%심재 : 3003 합금 1.5mm 0재
탱크재(2층) 납땜재 : 4045 합금 7%심재 : 3003 합금 1.5mm 0재
번 호 Si Fe Cu Zn In Su Al
발명예 A 1 10.2 0.08 2.5 3.9 - - 남 음
B 1 9.2 0.12 0.7 1.1 - - 남 음
C 1 9.9 0.09 1.6 2.2 - - 남 음
D 1 10.1 0.10 3.8 4.3 - - 남 음
E 1 8.5 0.09 2.6 2.5 0.02 - 남 음
F 1 10.5 0.28 2.4 4.6 - 0.02 남 음
비교예 G 1 10.0 0.07 - 3.0 - - 남 음
H 1 5.6 0.15 1.5 3.4 - - 남 음
I 1 9.9 0.08 2.6 0.2 - - 남 음
종래예 J 1 8.5 0.41 - - - - 남 음
K 1 10.1 0.42 - - - - 남 음
(wt%)
내식성 시험은, 오일탱크로부터 누설불량이 없는 부분을 잘라내고, 끝단부를 마스킹하여 Cu2-이온을 농도 10ppm 으로 되도록 첨가한 수돗물중에 5개월간 침적하고, 80℃×8시간과 실온×16시간의 사이클 부식시험을 행하고, 납땜부 주변의 부식의 발생상황을 단면관찰하여 조사하였다.
이것의 결과를 표 3에 나타낸다.
번 호 오일냉각기누설시험결과 부식시험결과
발명예∧실시예∨ A 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 없음
B 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 없음
C 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 없음
D 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 없음
E 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 없음
F 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 없음
비교예 G 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 발생
H 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 없음
I 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 발생
종래예 J 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 발생
K 1 누설불량 없음 관통구멍 부식 발생
실시예 A1 ∼ F1 에서는 오일냉각기부가 헤더탱크로 덮여있으므로 납땜시의 도달온도는 600℃ 보다 낮고, 570∼586℃ 이지만, 이 부분에는 저온용 납땜재를 사용하고 있으므로, 오일냉각기의 납땜이 좋게 가능하며, 누설불량이 발생하지 않는다. 또한, 실시예에서는 어느 것도 납땜합금과 심재합금의 전위차가 100mV 이내이다. 그 때문에, 부식시험에 있어서도 관통구멍 부식이 발생하지 않는다.
이것에 대하여, Si 양이 본 발명의 범위보다 적은 비교예 H1 및, Cu 와 Zn을 포함하지 않는 종래예 J1, K1 에서는 오일냉각기부의 납땜이 완전하게 가능하지 않고, 누설시험에서 누설부가 인지되었다.
또한, 본 발명의 Cu 및 Zn 의 범위를 벗어나고 있는 비교예 G1, I1 및 종래예 J1, K1 에서는 심재와 전위차가 100mV를 넘고 있다. 그 때문에, 부식시험에서 관통구멍 부식이 발생하고 있다.
(실시예 2)
여기에서는, 제 3 이 납땜재로부터 제 6 의 납땜재에 대한 실시예를 나타낸다.
표 4 및 표 5에 나타내는 조성의 납땜합금을, 심재(Al-0.27 wt% Si-0.42wt% Fe-1.1wt% Mn-0.52wt% Cu 합금)의 한쪽면에 클래드하고, 판두께 0.50mm 인 브레이징 시이트를 작성하였다. 브레이징 시이트의 조질은 H14 이며, 납땜의 클래드율은 10% 이다.
번호 Al 합금납땜재의 조성
Si Cu Fe Zn In Sn Ga Ge Mn Al
본발명예 A2 10.4 2.25 0.19 4.05 - - - - - Li 0.19 남음
B2 10.4 2.25 0.19 4.05 - - - - - Li 0.47 남음
C2 10.4 2.25 0.19 4.05 - - - - - Li 0.83 남음
D2 10.4 2.25 0.19 4.05 0.21 - - - - Na 0.05 남음
E2 10.4 2.25 0.19 4.05 - 0.18 - - - K 0.04 남음
F2 10.4 2.25 0.19 4.05 - - 0.87 - - Ca 0.05 남음
G2 10.4 2.25 0.19 4.05 - - - 0.65 - Sr 0.03 남음
H2 10.4 2.25 0.19 - 0.15 - 0.70 1.52 - Ba 0.04 남음
I2 10.4 2.25 0.19 4.05 - - - - - Bi 0.09 남음
J2 10.4 2.25 0.19 2.04 0.04 0.03 - - - Bi 0.21 남음
K2 10.4 2.25 0.19 4.05 - - - 0.24 - Be 0.09 남음
L2 10.4 2.25 0.19 2.04 - - 0.49 - - Ni 0.10 남음
M2 10.4 2.25 0.19 1.45 - - 0.75 - - Cr 0.04 남음
N2 10.4 2.25 0.19 2.04 - - - 0.31 - Ti 0.08 남음
번호 Al 합금납땜재의 조성
Si Cu Fe Zn In Sn Ga Ge Mn Al
본발명예 O2 10.4 2.25 0.19 2.04 - - - 0.66 - Zr 0.05 남음
P2 10.4 2.25 0.19 1.67 - - - 1.52 - V 0.09 남음
Q2 10.4 2.25 0.19 - - - 0.87 - - Li 0.22 남음
R2 10.4 2.25 0.19 - - - - 0.66 - Ca 0.15 남음
S2 10.4 2.25 0.19 4.05 - - - - 0.30 Li 0.53 남음
T2 10.4 2.25 0.19 4.05 - - - - 0.61 Sr 0.19 남음
U2 10.4 2.25 0.19 - - - 0.81 - 0.30 Li 0.72 남음
V2 10.4 2.25 0.19 - - - - 1.85 0.81 Be 0.17 남음
비교예 a 5.3 0.91 0.28 2.30 남음
b 10.4 - 0.19 4.30 남음
상기의 브레이징시이트에 대하여, 표 6 및 표 7 에 나타낸 납땜온도로 가열하고, 하기의 납땜시험을 행하였다.
아래판을 브레이징 시이트로 하고, 윗판을 판두께 0.5 mm 인 Al-1.2wt% Si-0.25wt% Fe-0.4wt% Cu-1.1wt% Mn 합금-H14 로 하고, T 조인츠로서 조립하고, 불화칼륨계 플럭스를 10% 의 농도로 함유하는 액을 도포하고, N2가스중에서 가열하여 납땜하고, 각 50개의 T 조인트를 만들었다. 외관관찰에 의하여, T 조인트의 갈라짐의 발생개수를 조사하였다. 또한, 납땜부의 강도시험으로서, 바르게 납땜되어 있던 T 조인트에 대한 인장시험을 행하고, 파단위치를 조사하였다.
이하의 결과를 표 6 및 표 7에 기재하였다.
번호 납땜온도(℃) 납땜후의 특성
납땜성 필레트강도
납땜갈라짐이 발생한 T조인트의 수 T조인트의 파단 위치
본발명예 A2 575 없슴 납땜재 ×
B2 575 없슴 납땜재 ×
C2 575 없슴 납땜재 ×
D2 575 없슴 납땜재 ×
E2 575 없슴 납땜재 ×
F2 575 없슴 납땜재 ×
G2 575 없슴 납땜재 ×
H2 575 없슴 납땜재 ×
I2 575 없슴 납땜재 ×
J2 575 없슴 납땜재 ×
K2 575 없슴 납땜재 ×
L2 575 5 모재 ○
M2 575 3 모재 ○
N2 575 2 모재 ○
(주) * 납땜성의 기준
합격 : 납땜갈라짐이 발생한 T 조인트의 수 ≤6
불합격: 납땜갈라짐이 발생한 T 조인트의 수 >6
** 필레트 강도
○ : T 조인트 모재파단
× : T 조인트 납땜부 파단
번호 납땜온도(℃) 납땜후의 특성
납땜성 필레트강도
납땜갈라짐이 발생한 T조인트의 수 T조인트의 파단위치
본발명예 O2 575 6 모재 ○
P2 575 4 모재 ○
Q2 575 없슴 납땜재 ×
R2 575 없슴 납땜재 ×
S2 575 없슴 납땜재 ×
T2 575 없슴 납땜재 ×
U2 575 없슴 납땜재 ×
V2 575 없슴 납땜재 ×
비교예 a 575 50 납땜 불가능하므로시험불가능함
b 575 50 납땜 불가능하므로시험불가능함
(주) * 납땜성의 기준
합격 : 납땜갈라짐이 발생한 T 조인트의 수 ≤6
불합격: 납땜갈라짐이 발생한 T 조인트의 수 >6
** 필레트 강도
○ : T 조인트 모재파단
× : T 조인트 납땜부 파단
표 6 및 표 7로부터, 본 발명예 A2 ∼ V2 에 의하면, 종래보다 저온인 575℃에서도 양호한 납땜성을 나타냄을 알 수 있었다. 따라서, 이 납땜재에 의하면, 오일냉각기부가 탱크에 덮여있는 납땜시 온도가 충분히 상승하기 어려운 경우에도 납땜불량이 일어나지 않고, 라디에이터부와 오일냉각기부를 일체형으로 조합한 알루미늄합금제 열교환기를 양호하게 조립하는 것이 가능하다.
본 발명에 의해 제조된 열교환기는 수지탱크를 사용하지 않기 때문에, 리사이클이 용이하고, 내식성에 뛰어나며, 탱크코킹의 공정이 불필요하다는 특징을 갖는다.
본 발명을 그 실시태양과 함께 설명하였지만, 본 발명자 등은 특히 지정하지않은 본 발명을 설명등의 세부에 있어서도 한정하는 것은 아니며, 첨부의 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하지 않고 폭넓게 해석되어야 하는 것으로 생각한다.

Claims (10)

  1. 라디에이터부와 오일 냉각기부를 조합한, 브레이징공법에 의해 일체로 조립된 알루미늄 합금제 열교환기로서, 오일 냉각기부를 덮어 밀폐하는 냉매 탱크를 알루미늄 합금제로 하고, 오일 냉각기부에 사용되고 상기 탱크내에서 납땜되는 브레이징시트의 납땜재로서, 7.0 wt%를 넘고 l2.0 wt% 이하인 Si, 0.05 wt%를 넘고 0.5 wt% 이하인 Fe, 0.4 wt%를 넘고 8.0 wt% 이하인 Cu, 0.5 wt%를 넘고 lO.O wt% 이하인 Zn을 함유하며, 나머지 알루미늄과 불가피한 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 사용하여, 냉매 탱크를 라디에이터부 및 오일 냉각기부와 일체로 브레이징재의 납땜에 의하여 조립한 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서, 패킹을 사용하지 않고, 냉매 탱크로부터 라디에이터부의 헤더 플레이트에 일체로 납땜되어 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서, 열교환기가 2중관형 납땜 타입의 열교환기, 내외 2중관 타입의 열교환기 또는 다판식 열교환기인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기.
  4. 라디에이터부와 오일 냉각기부를 조합한, 브레이징공법에 의해 일체로 조립된 알루미늄 합금제 열교환기로서, 오일 냉각기부를 덮어 밀폐하는 냉매 탱크를 알루미늄 합금제로 하고, 오일 냉각기부에 사용되며 상기 탱크내에서 납땜되는 브레이징시트의 납땜재로, 7.0 wt%를 넘고 12.0 wt% 이하인 Si, 0.05 wt%를 넘고 0.5 wt% 이하인 Fe, 0.4 wt%를 넘고 8.0 wt%이하인 Cu, 0.5 wt%를 넘고 10.0 wt% 이하인 Zn을 함유하며, 0.002 wt%를 넘고 0.3 wt%이하인 In, 0.002 wt%을 넘고 0.3 wt% 이하인 Sn중 1종 또는 2종을 함유하고, 나머지부 알루미늄과 불가피한 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 사용하여, 냉매 탱크를 라디에이터부 및 오일 냉각기부와 일체로 브레이징재의 납땜에 의하여 조립한 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기.
  5. 제 4 항에 있어서, 패킹을 사용하지 않고, 냉매 탱크로부터 라디에이터부의 헤더 플레이트에 일체로 납땜되어 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기.
  6. 제 4 항에 있어서, 열교환기가 2중관형 납땜 타입의 열교환기, 내외 2중관 타입의 열교환기 또는 다판식 열교환기인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기.
  7. 청구의 범위 제 1 항에 기재된 납땜재 대신에, Si : 7.0 wt%를 넘고 12.0 wt%이하, Cu : 0.4 wt%를 넘고 8.0 wt%이하, Fe : 0.05 wt%를 넘고 0.5 wt%이하를 함유하며, 또 Zn : 0.5 wt%를 넘고 6.0 wt% 이하, In : 0.3 wt%이하, Sn : 0.3 wt%이하인 1종 또는 2종이상을 함유하고, 또한,
    Li : 1.0 wt%이하, Na : 0.2 wt%이하, K : 0.2 wt%이하, Ca : 0.2 wt%이하, Sr : 0.2 wt%이하, Ba : 0.2 wt%이하, Bi : 0.5 wt%이하, Be : 0.2 wt%이하, Ni : 0.6 wt%이하, Cr : 0.2 wt%이하, Ti : 0.2 wt%이하, Zr : 0.2 wt%이하, V : 0.2 wt%이하, Ga : 1.0 wt%이하, Ge : 2.0 wt%이하 중 l종 또는 2종이상을 함유하며, 나머지부 알루미늄과 불가피한 불순물과로 이루어지는 알루미늄 합금을 납땜재로 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기.
  8. 청구의 범위 제 1 항에 기재된 납땜재 대신에, Si : 7.0 wt%를 넘고 12.0 wt%이하, Cu : 0.4 wt%를 넘고 8.0 wt%이하, Fe : 0.05 wt%를 넘고 0.5 wt%이하, Mn : 0.05 wt%를 넘고 1.2 wt% 이하를 함유하며, 또 Zn : 0.5 wt%를 넘고 6.0 wt% 이하, In : 0.3 wt%이하, Sn : 0.3 wt%이하인 1종 또는 2종이상을 함유하고, 또한
    Li : 1.0 wt%이하, Na : 0.2 wt%이하, K : 0.2 wt%이하, Ca : 0.2 wt%이하, Sr : 0.2 wt%이하, Ba : 0.2 wt%이하, Bi :0.5 wt%이하, Be : 0.2 wt%이하, Ni : 0.6 wt%이하, Cr : 0.2 wt%이하, Ti : 0.2 wt%이하, Zr : 0.2 wt%이하, V : 0.2 wt%이하, Ga : 1.0 wt%이하, Ge : 2.0 wt%이하 중 l종 또는 2종이상을 함유하며, 나머지부 알루미늄과 불가피한 불순물과로 이루어지는 알루미늄 합금을 납땜재로 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기.
  9. 청구의 범위 제 1 항에 기재된 납땜재 대신에, Si : 7.0 wt%를 넘고 12.0 wt%이하, Cu : 0.4 wt%를 넘고 8.0 wt%이하, Fe : 0.05 wt%를 넘고 0.5 wt%이하를 함유하며, 또 Ga : 1.0 wt%이하, Ge : 2.0 wt%이하 중 1종 또는 2종을 함유하고, 또한,
    Li : 1.0 wt%이하, Na : 0.2 wt%이하, K : 0.2 wt%이하, Ca : 0.2 wt%이하, Sr : 0.2 wt%이하, Ba : 0.2 wt%이하, Bi : 0.5 wt%이하, Be : 0.2 wt%이하, Ni : 0.6 wt%이하, Cr : 0.2 wt%이하, Ti : 0.2 wt%이하, Zr : 0.2 wt%이하, V : 0.2 wt%이하 중 l종 또는 2종이상을 함유하며, 나머지부 알루미늄과 불가피한 불순물과로 이루어지는 알루미늄 합금을 납땜재로 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기.
  10. 청구의 범위 제 1 항에 기재된 납땜재 대신에, Si : 7.0 wt%를 넘고 12.0 wt%이하, Cu : 0.4 wt%를 넘고 8.0 wt%이하, Fe : 0.05 wt%를 넘고 0.5 wt%이하, Mn : 0.05 wt%를 넘고 1.2 wt%이하를 함유하며, 또 Ga : 1.0 wt%이하, Ge : 2.0 wt%이하 중 1종 또는 2종을 함유하고, 또한,
    Li : 1.0 wt%이하, Na : 0.2 wt%이하, K : 0.2 wt%이하, Ca : 0.2 wt%이하, Sr : 0.2 wt%이하, Ba : 0.2 wt%이하, Bi :0.5 wt%이하, Be : 0.2 wt%이하, Ni : 0.6 wt%이하, Cr : 0.2 wt%이하, Ti : 0.2 wt%이하, Zr : 0.2 wt%이하, V : 0.2 wt%이하 중 l종 또는 2종이상을 함유하며, 나머지부 알루미늄과 불가피한 불순물과로 이루어지는 알루미늄 합금을 납땜재로 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기.
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