WO2019189427A1 - 排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器 - Google Patents

排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器 Download PDF

Info

Publication number
WO2019189427A1
WO2019189427A1 PCT/JP2019/013300 JP2019013300W WO2019189427A1 WO 2019189427 A1 WO2019189427 A1 WO 2019189427A1 JP 2019013300 W JP2019013300 W JP 2019013300W WO 2019189427 A1 WO2019189427 A1 WO 2019189427A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mass
less
tube
exhaust gas
brazing
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/013300
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
良行 大谷
知浩 小路
敦志 福元
幸貴 西山
池田 亨
貴弘 篠田
Original Assignee
株式会社Uacj
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Uacj, 株式会社デンソー filed Critical 株式会社Uacj
Priority to US17/042,365 priority Critical patent/US20210025663A1/en
Priority to CN201980023595.3A priority patent/CN111936646A/zh
Priority to DE112019001034.4T priority patent/DE112019001034T5/de
Publication of WO2019189427A1 publication Critical patent/WO2019189427A1/ja

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286Al as the principal constituent
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0012Brazing heat exchangers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286Al as the principal constituent
    • B23K35/288Al as the principal constituent with Sn or Zn
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/02Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/10Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/12Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/14Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/12Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/16Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with magnesium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/12Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/18Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with zinc
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10Aluminium or alloys thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas recirculation system for recirculating exhaust gas of an internal combustion engine such as a diesel engine or a gasoline engine mounted on a vehicle, and is made of an aluminum alloy for an exhaust gas recirculation system for cooling the exhaust gas by heat exchange. It relates to a heat exchanger.
  • Aluminum (Al) alloy is lightweight and has excellent thermal conductivity, high corrosion resistance can be realized by appropriate treatment, and efficient joining is possible by brazing using a brazing sheet. Has been heavily used as a heat exchanger material.
  • the EGR system incorporates an EGR cooler in order to increase the gas density by lowering the temperature of the hot exhaust gas and to reduce engine loss and prevent knocking.
  • This EGR cooler material has high-temperature strength because high-temperature combustion gas circulates, and when the combustion gas containing high concentrations of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, etc. produced by combustion is cooled.
  • Stainless steel is mainly used as the material for the EGR cooler because corrosion resistance against the strongly acidic condensed water to be generated is required.
  • the tube Since the tube is for the purpose of circulating a fluid such as a refrigerant, if a leak due to pitting corrosion occurs, it becomes a fatal wound as a heat exchanger.
  • an anticorrosion method for the core material by the sacrificial anticorrosion effect of the Al—Zn layer by forming an Al—Zn layer on the tube surface by a method such as clad rolling for example, Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • Zn or the like is added to the external fin material in order to give the external fin a slight sacrificial effect.
  • a three-way catalyst is a catalytic device that uses platinum, palladium, and rhodium, which oxidizes hydrocarbons, which are harmful substances in exhaust gas, into water and carbon dioxide, oxidizes carbon monoxide into carbon dioxide, and nitrogen. The oxide is removed simultaneously by reducing it to nitrogen.
  • a diesel engine provided with an EGR system it is installed to inject urea water into an exhaust gas path to cause a chemical reaction between ammonia and nitrogen oxides generated by hydrolysis and reduce them to nitrogen and water. Due to the influence of the urea SCR system, ammonia may be mixed in the exhaust gas.
  • ammonium ions may be contained in the condensed water of the exhaust gas, and there is a problem that the aluminum alloy member is corroded by the ammonium ions. If the ammonium ion contained in the condensed water of the exhaust gas is less than 100 ppm, the corrosion promoting effect on the aluminum alloy member is slight, but if the ammonium ion contained in the condensed water of the exhaust gas becomes 100 ppm or more, it is made of aluminum alloy. The effect of promoting corrosion on the member becomes noticeable.
  • an object of the present invention is an aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system having fins brazed and joined in a passage through which exhaust gas circulates, wherein ammonium is contained in condensed water of exhaust gas.
  • an aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system having a slow corrosion rate and a long life in the environment.
  • the present invention (1) is a heat exchanger that is installed in an exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine in which the concentration of ammonium ions in exhaust gas condensed water is 100 ppm or more, and cools the exhaust gas. At least 0.05 mass% to 1.50 mass% Si, 0.05 mass% to 3.00 mass% Cu, and 0.40 mass% to 2.00 mass% Mn are contained.
  • An aluminum alloy core material comprising the balance Al and unavoidable impurities, and an aluminum alloy comprising 2.00% by mass to 6.00% by mass Zn and comprising the balance Al and unavoidable impurities,
  • An aluminum alloy core material comprising the balance Al and inevitable impurities, and an aluminum alloy comprising 3.00 mass% to 13.00 mass% Si and the balance Al and inevitable impurities Obtained by brazing a fin material having a first brazing material clad on one side of the core material and a second brazing material clad on the other surface of the core material And The surface area S b (mm 2 ) of the brazing material of the fin material inside the tube relative to the surface area S a (mm 2 ) of the sacrificial anticorrosive material of the tube material inside the tube (the first brazing material and the second brazing material)
  • the present invention provides an aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system, characterized in that the ratio ((S b / S a ) ⁇ 100) of the total surface area of the brazing filler metal is less than 200%.
  • the core material of the fin material further comprises Mg of 0.05% by mass to 0.50% by mass and Fe of 0.10% by mass to 1.00% by mass.
  • the sacrificial anticorrosive material of the tube material further comprises 0.05% by mass to 2.00% by mass of Mn, 0.05% by mass to 0.50% by mass of Mg, 0.10% by mass to 1.00% by mass Fe, 0.05% by mass to 1.00% by mass Ni, 0.05% by mass to 0.50% by mass Si, 0.05% by mass More than 0.30 mass% In, 0.05 mass% or more and 0.30 mass% or less Sn, 0.05 mass% or more and 0.30 mass% or less Ti, 0.05 mass% or more and 0.30 mass% or less % Or less of V, 0.05% by mass or more and 0.30% by mass or less of Cr, and 0.05% by mass or more and 0.30% by mass or less of Zr.
  • the tube material is clad on the surface opposite to the surface of the tube material on which the sacrificial anticorrosive material is clad, and is 3.00 mass% or more and 13.00 mass% or less.
  • the present invention (5) is for the exhaust gas recirculation system according to (4), wherein the brazing material of the tube material further contains Zn of 1.00% by mass or more and 3.00% by mass or less.
  • An aluminum alloy heat exchanger is provided.
  • the core material of the tube material further comprises 0.05 mass% or more and 0.50 mass% or less of Mg, 0.10 mass% or more and 1.00 mass% or less of Fe,. 05 mass% to 1.00 mass% Ni, 0.05 mass% to 0.30 mass% Cr, 0.05 mass% to 0.30 mass% Zr, 0.05 mass% to 0 mass% 6.
  • An aluminum alloy heat exchanger for the described exhaust gas recirculation system is provided.
  • an aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system having fins brazed and joined in a path through which exhaust gas flows, wherein the ammonium environment contains ammonium ions in the condensed water of the exhaust gas.
  • An aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system of the present invention is installed in an exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine in which the concentration of ammonium ions in exhaust gas condensed water is 100 ppm or more, and heat for cooling the exhaust gas.
  • An exchange At least 0.05 mass% to 1.50 mass% Si, 0.05 mass% to 3.00 mass% Cu, and 0.40 mass% to 2.00 mass% Mn are contained.
  • An aluminum alloy core material comprising the balance Al and unavoidable impurities, and an aluminum alloy comprising 2.00% by mass to 6.00% by mass Zn and comprising the balance Al and unavoidable impurities,
  • An aluminum alloy core material comprising the balance Al and inevitable impurities, and an aluminum alloy comprising 3.00 mass% to 13.00 mass% Si and the balance Al and inevitable impurities Obtained by brazing a fin material having a first brazing material clad on one side of the core material and a second brazing material clad on the other surface of the core material And The surface area S b (mm 2 ) of the brazing material of the fin material inside the tube relative to the surface area S a (mm 2 ) of the sacrificial anticorrosive material of the tube material inside the tube (the first brazing material and the second brazing material) The ratio of the total surface area of the brazing material) ((S b / S a ) ⁇ 100) is less than 200%, This is an aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system.
  • An aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system is a heat exchanger that is installed in an exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine mounted on a vehicle and cools the exhaust gas of the internal combustion engine by heat exchange. Yes, among exhaust gas recirculation systems for internal combustion engines, it is installed in exhaust gas recirculation systems for internal combustion engines where the concentration of ammonium ions in the condensed water of the exhaust gas is 100 ppm or more.
  • the aluminum alloy heat exchanger for the exhaust gas recirculation system of the present invention is made of an aluminum alloy, a tube provided with a sacrificial anticorrosive material on the side through which the exhaust gas passes, and an aluminum alloy, on the sacrificial anticorrosive material surface of the tube And fins that are brazed.
  • an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine in which the concentration of ammonium ions in exhaust gas condensate is 100 ppm or more is “when the internal combustion engine is operating, the concentration of ammonium ions in exhaust gas condensate is 100 ppm or more.
  • An exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine in which the concentration of ammonium ions in the condensed water of the exhaust gas is always 100 ppm or more during operation of the internal combustion engine. It does not mean that.
  • the aluminum alloy heat exchanger for exhaust gas recirculation system of the present invention when the temperature of the three-way catalyst installed in the exhaust gas path is high, the condensed water of the exhaust gas The ammonium concentration is usually several ppm or less. Further, when the concentration of ammonium ions in the condensed water of the exhaust gas is less than 100 ppm, the degree of corrosion promotion of the aluminum alloy heat exchanger is slight, and there is no particular problem.
  • An aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system is made of an aluminum alloy, and a tube material having a sacrificial anticorrosive material is formed so that the inside contacting the exhaust gas becomes a sacrificial anticorrosive material, and aluminum Forming a fin material having a first brazing material clad on one side of a core material made of an alloy and a second brazing material clad on the other surface of the core material into a fin shape; It is manufactured by placing the molded fin material on the sacrificial anticorrosive surface of the molded tube material, brazing and heating, and brazing and bonding the fin material to the sacrificial anticorrosive surface of the tube material. .
  • the cathode reaction is active in the brazing part in an environment where the ammonium ion concentration is 100 ppm or more. We found that corrosion is significantly increased. Then, it has been found that the life of the heat exchanger can be extended by reducing the ratio of the brazing portion on the surface serving as the exhaust gas flow path.
  • the braze forms a joint fillet, but the area where the joint fillet is exposed on the surface that serves as an exhaust gas flow path is not large, and most of the braze remains on the surface of the clad fin. It has been found that by making the surface area of the fin material relative to the surface area of the food material lower than a certain ratio, the ratio of the brazing portion is reduced, and the life of the heat exchanger can be extended.
  • the surface area S b (mm 2 ) of the brazing material of the fin material inside the tube relative to the surface area S a (mm 2 ) of the sacrificial anticorrosive material of the tube material inside the tube of the heat exchanger (first)
  • the ratio ((S b / S a ) ⁇ 100) of the total surface area of the first brazing material and the second brazing material is less than 200%, preferably 100% or more and less than 200%, particularly preferably 120 to 170%.
  • the surface area S a (mm 2 ) of the sacrificial anticorrosive material of the tube material and the surface area S b (mm 2 ) of the brazing material of the fin material are slightly increased by the formation of the fillet portion by brazing heating, but heat exchange Since the ratio with respect to the entire surface area inside the vessel is about 5%, it can be used as the ratio of the surface area of the material before brazing heating.
  • the aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system of the present invention is an aluminum alloy heat exchanger obtained by brazing a tube material and a fin material.
  • the tube material according to the aluminum alloy heat exchanger for the exhaust gas recirculation system of the present invention is at least 0.05 mass% to 1.50 mass% Si, 0.05 mass% to 3.00 mass%. Cu, and 0.40 mass% or more and 2.00 mass% or less of Mn, the balance of aluminum and the inevitable impurities of aluminum alloy core, and 2.00 mass% or more and 6.00 mass% or less of Zn And a sacrificial anticorrosive material that is made of an aluminum alloy that contains Al and unavoidable impurities and is clad on the inner surface of the core material that serves as an exhaust gas flow path. That is, the tube material is a clad material in which a core material is clad with at least a sacrificial anticorrosive material.
  • the core material of the tube material is 0.05 mass% to 1.50 mass% Si, 0.05 mass% to 3.00 mass% Cu, and 0.40 mass% to 2.00 mass% Mn. It is an aluminum alloy containing the balance Al and inevitable impurities.
  • the Si content of the core material of the tube material is 0.05% by mass or more and 1.50% by mass or less, preferably 0.40% by mass or more and 0.80% by mass or less.
  • the strength of the tube after brazing is increased by forming a solid solution of Si in the matrix or forming an Al—Mn—Si intermetallic compound.
  • the addition of Si makes the potential of the core material noble and increases the potential difference between the core material and the sacrificial anticorrosive material, thereby increasing the corrosion resistance of the tube.
  • the Si content of the core material of the tube material is less than the above range, the effect of adding Si cannot be obtained, and if it exceeds the above range, corrosion resistance may be lowered due to Si crystallized independently. At the same time, the melting point of the alloy becomes low, causing the tube material to melt during brazing.
  • the Cu content of the core material of the tube material is 0.05% by mass or more and 3.00% by mass or less, preferably 0.30% by mass or more and 0.80% by mass or less.
  • the potential of aluminum becomes noble and the sacrificial anticorrosive effect of the sacrificial anticorrosive material becomes high.
  • the Cu content of the core material of the tube material is less than the above range, the effect of addition of the Cu cannot be obtained.
  • the core material of the tube material is caused by heat history and brazing additional heat during material production.
  • a Cu-based intermetallic compound is deposited therein, and this Cu-based intermetallic compound promotes the cathode reaction, so that the corrosion rate of the sacrificial anticorrosive material increases.
  • the Mn content of the core material of the tube material is 0.40 mass% or more and 2.00 mass% or less, preferably 0.80 mass% or more and 1.60 mass% or less.
  • Mn crystallizes or precipitates as an Al—Mn-based intermetallic compound, thereby increasing the strength of the tube after the brazing addition heat. Since the Mn-based intermetallic compound takes in Fe, the effect of inhibiting corrosion resistance by Fe as an inevitable impurity is suppressed.
  • the Mn content of the core material of the tube material is less than the above range, the effect of adding Mn cannot be obtained, and if it exceeds the above range, a huge intermetallic compound is crystallized, and the productivity of the tube is improved. May be disturbed.
  • the core material of the tube material may further comprise 0.05 mass% to 0.50 mass% Mg, 0.10 mass% to 1.00 mass% Fe, 0.05 mass% to 1 mass as necessary. 0.000 mass% or less Ni, 0.05 mass% or more and 0.30 mass% or less Cr, 0.05 mass% or more and 0.30 mass% or less Zr, 0.05 mass% or more and 0.30 mass% or less One or more selected from the group consisting of Ti and 0.05% by mass to 0.30% by mass V may be contained.
  • the Mg content of the core material of the tube material is 0.05% by mass or more and 0.50% by mass or less, preferably 0.10% by mass or more and 0.30% by mass or less. .
  • the corrosion resistance, particularly the pitting corrosion resistance of the tube is increased.
  • the Mg content of the core material of the tube material is less than the above range, the effect of adding the Mg cannot be obtained, and if it exceeds the above range, brazing may be inhibited.
  • the Fe content of the core material of the tube material is 0.10% by mass or more and 1.00% by mass or less.
  • the Fe content of the core material of the tube material is in the above range, corrosion is dispersed and the penetration life is improved.
  • the Fe content of the core material of the tube material is less than the above range, the effect of adding the Fe cannot be obtained, and if it exceeds the above range, the corrosion rate of the tube increases remarkably.
  • the Ni content of the core material of the tube material is 0.05% by mass or more and 1.00% by mass or less.
  • the corrosion is dispersed and the penetration life is improved.
  • the Ni content of the core material of the tube material is less than the above range, the effect of adding Ni cannot be obtained, and if it exceeds the above range, the corrosion rate of the tube increases remarkably.
  • the Ti content of the core material of the tube material is 0.05% by mass or more and 0.30% by mass or less, preferably 0.10% by mass or more and 0.20% by mass or less.
  • the core material of the tube material contains Zr
  • the Zr content of the core material of the tube material is 0.05% by mass or more and 0.30% by mass or less, preferably 0.10% by mass or more and 0.20% by mass or less.
  • the core material of the tube material contains Cr
  • the Cr content of the core material of the tube material is 0.05% by mass or more and 0.30% by mass or less, preferably 0.10% by mass or more and 0.20% by mass or less.
  • the V content of the core material of the tube material is 0.05% by mass or more and 0.30% by mass or less, preferably 0.10% by mass or more and 0.20% by mass or less.
  • Ti, Zr, Cr, and V of the core material of the tube material contribute to the improvement of the corrosion resistance, particularly the pitting corrosion resistance of the tube.
  • Ti, Zr, Cr, and V added to the core material of the tube are divided into a high concentration region and a low concentration region, and they are alternately distributed in the thickness direction of the material.
  • the low-concentration region corrodes preferentially over the high-concentration region, and the corrosion form becomes layered.
  • the corrosion along the plate thickness direction of the material is partially slowed, and the progress of the corrosion is suppressed as a whole, and the pitting corrosion resistance of the tube is improved. If the content of Ti, Zr, Cr or V of the core material of the tube material is less than the above range, the effect of adding Ti, Zr, Cr or V cannot be obtained, and if it exceeds the above range, it is coarse during casting. Compound may be produced, and the manufacturability of the tube may be hindered.
  • the sacrificial anticorrosive material of the tube material contains 2.00% by mass to 6.00% by mass of Zn, and is made of an aluminum alloy composed of the balance Al and unavoidable impurities, and the inner surface of the core material, that is, exhaust gas flows. It is clad on the side.
  • the Zn content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 2.00% by mass to 6.00% by mass, preferably 2.20% by mass to 3.00% by mass.
  • the Zn content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is in the above range, the pitting potential is lowered and the function as the sacrificial anticorrosive material is enhanced.
  • the Zn content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is less than the above range, the effect of adding Zn cannot be obtained, and if it exceeds the above range, it may be cracked by casting.
  • the sacrificial anticorrosive material for the tube material may further comprise 0.05 mass% or more and 2.00 mass% or less of Mn, 0.05 mass% or more and 0.50 mass% or less of Mg, or 0.10 mass%, if necessary.
  • the Mn content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.05% by mass or more and 2.00% by mass or less, preferably 0.20% by mass or more and 1.00% by mass. % Or less. Since the Mn content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is in the above range, Mn forms an Al-Mn intermetallic compound and takes in Fe, so that the corrosion resistance inhibiting effect by Fe as an inevitable impurity is suppressed.
  • the Mn content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is less than the above range, the effect of adding the Mn cannot be obtained, and if it exceeds the above range, a huge intermetallic compound crystallizes and the tube is produced. Sex may be impaired.
  • the Mg content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.05% by mass or more and 0.50% by mass or less, preferably 0.10% by mass or more and 0.30% by mass. % Or less.
  • the corrosion resistance, particularly the pitting corrosion resistance of the tube is improved.
  • the Mg content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is less than the above range, the effect of adding the Mg cannot be obtained, and if it exceeds the above range, brazing may be inhibited.
  • the Fe content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.10% by mass or more and 1.00% by mass or less.
  • the corrosion is dispersed and the penetration life is improved.
  • the Fe content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is less than the above range, the effect of adding the Fe cannot be obtained.
  • the Ni content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.05% by mass or more and 1.00% by mass or less.
  • the corrosion is dispersed and the penetration life is improved.
  • the Ni content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is less than the above range, the effect of adding Ni cannot be obtained, and if the Ni content exceeds the above range, the corrosion rate of the sacrificial anticorrosive material increases remarkably.
  • the Si content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.05% by mass or more and 0.50% by mass or less.
  • Si content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is in the above range, Si is dissolved in the matrix and the strength is increased.
  • the Si content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is less than the above range, the effect of adding the Si cannot be obtained, and if it exceeds the above range, the corrosion resistance of the sacrificial anticorrosive material may be lowered.
  • the In content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.05% by mass or more and 0.30% by mass or less.
  • the In content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is in the above range, the pitting corrosion potential is lowered and the function as the sacrificial anticorrosive material is enhanced.
  • the In content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is less than the above range, the effect of adding the In cannot be obtained, and if it exceeds the above range, the corrosion rate of the sacrificial anticorrosive material is remarkably increased.
  • the Sn content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.05% by mass or more and 0.30% by mass or less.
  • the pitting potential is lowered and the function as the sacrificial anticorrosive material is enhanced.
  • the Sn content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is less than the above range, the effect of adding the Sn cannot be obtained, and if it exceeds the above range, the corrosion rate of the sacrificial anticorrosive material increases remarkably.
  • the Ti content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.05 mass% or more and 0.30 mass% or less, preferably 0.10 mass% or more and 0.20 mass%. % Or less.
  • the sacrificial anticorrosive material of the tube material contains Zr
  • the Zr content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.05 mass% or more and 0.30 mass% or less, preferably 0.10 mass% or more and 0.20 mass%. % Or less.
  • the Cr content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.05 mass% or more and 0.30 mass% or less, preferably 0.10 mass% or more and 0.20 mass%. % Or less.
  • the V content of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is 0.05 mass% or more and 0.30 mass% or less, preferably 0.10 mass% or more and 0.20 mass%. % Or less.
  • the sacrificial anticorrosive material Ti, Zr, Cr and V of the tube material contributes to the improvement of the corrosion resistance, particularly the pitting corrosion resistance of the sacrificial anticorrosive material.
  • Ti, Zr, Cr, and V added to the aluminum alloy are divided into a high concentration region and a low concentration region, and they are alternately distributed in the thickness direction of the material.
  • the low-concentration region corrodes preferentially over the high-concentration region, and the corrosion form becomes layered.
  • the corrosion along the plate thickness direction of the material is partially slowed, the progress of the corrosion is suppressed as a whole, and the pitting corrosion resistance of the sacrificial anticorrosive material is improved.
  • the content of Ti, Zr, Cr or V of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is less than the above range, the effect of adding Ti, Zr, Cr or V cannot be obtained, and if it exceeds the above range, casting Occasionally coarse compounds are produced, which may impair tube manufacturability.
  • the tube material contains 3.00% by mass or more and 13.00% by mass or less of Si, and is composed of the balance Al and unavoidable impurities, and will be clad on the surface opposite to the surface on which the sacrificial anticorrosive material is clad. You may have material. That is, the tube material may be clad with the brazing material on the surface opposite to the surface on which the sacrificial anode material of the core material is clad. When the tube material has a brazing material, the Si content of the brazing material of the tube material is 3.00 mass% or more and 13.00 mass% or less. When the Si content of the brazing material of the tube material is in the above range, it functions as a brazing material.
  • the brazing material clad on the surface opposite to the surface on which the sacrificial anticorrosive material of the tube material is clad may contain 1.00% by mass or more and 3.00% by mass or less of Zn as necessary. .
  • the first brazing material is clad on one surface of the core material, and the second brazing material is clad on the other surface of the core material.
  • the aluminum alloy heat exchanger for the exhaust gas recirculation system according to the present invention is obtained by brazing a fin material to the sacrificial anticorrosive material surface of the tube material which is the tube inner surface side through which the exhaust gas flows. is there.
  • the core material of the fin material contains 0.05 mass to 1.50 mass% of Si, and 0.40 mass% to 2.00 mass% of Mn, with the balance being Al and inevitable impurities. Consists of.
  • the Si content of the core material of the fin material is 0.05% by mass or more and 1.50% by mass or less, preferably 0.40% by mass or more and 0.80% by mass or less.
  • Si content of the core material of the fin material is in the above range, Si is dissolved in the matrix or an Al—Mn—Si intermetallic compound is formed, and the strength of the fin after brazing is increased.
  • the Si content of the core material of the fin material is less than the above range, the effect of adding the Si cannot be obtained, and if it exceeds the above range, the corrosion resistance of the sacrificial anticorrosive material of the tube due to Si crystallized alone. The melting point of the alloy becomes too low and the fin material is melted during brazing.
  • the Mn content of the core material of the fin material is 0.40% by mass or more and 2.00% by mass or less, preferably 0.80% by mass or more and 1.60% by mass or less.
  • Mn crystallizes or precipitates as an Al—Mn intermetallic compound, and the strength of the fin after heat of brazing is improved, and the strength of the fin is increased.
  • the Al—Mn-based intermetallic compound takes in Fe, the effect of inhibiting corrosion resistance by Fe as an inevitable impurity is suppressed.
  • the Mn content of the core material of the fin material is less than the above range, the addition effect of the Mn cannot be obtained, and if it exceeds the above range, a huge intermetallic compound crystallizes, and the fin productivity is low. May be disturbed.
  • the core material of the fin material is further selected from the group consisting of 0.05% by mass to 0.50% by mass Mg and 0.10% by mass to 1.00% by mass Fe as necessary. You may contain 1 or more types.
  • the Mg content of the core material of the fin material is 0.05% by mass or more and 0.50% by mass or less, preferably 0.10% by mass or more and 0.30% by mass or less. .
  • the corrosion resistance, particularly the pitting corrosion resistance of the tube is increased.
  • the Mg content of the core material of the fin material is less than the above range, the effect of adding the Mg cannot be obtained, and if it exceeds the above range, brazing may be inhibited.
  • the Fe content of the core material of the fin material is 0.10% by mass or more and 1.00% by mass or less.
  • the corrosion is dispersed, and as a result, the penetration life of the tube is improved.
  • the Fe content of the core material of the fin material is less than the above range, the effect of adding the Fe cannot be obtained, and if it exceeds the above range, the corrosion rate of the fin is remarkably increased.
  • Both the first brazing filler metal and the second brazing filler metal are made of an aluminum alloy containing 3.00 mass% or more and 13.00 mass% or less of Si and the balance Al and inevitable impurities.
  • Si content of the first brazing filler metal and the second brazing filler metal is in the above range, it functions as a brazing filler metal.
  • the Si content of the brazing material of the fin material is less than the above range, the effect of adding the Si cannot be obtained. If the Si content exceeds the above range, a huge intermetallic compound crystallizes, and the fin material is produced. Sex may be impaired.
  • the tube material and the fin material used for brazing are a tube material molded into the shape of the tube and a fin material molded into the shape of the fin, and a molded product of the tube material before brazing and It refers to a molded product of fin material.
  • the surface of the sacrificial anticorrosive material of the tube material may have a portion that does not become the inside of the tube depending on the way of molding and brazing.
  • the sacrificial material to be brazed The part of the anticorrosive material does not correspond to the inside of the tube material.
  • the tube material and the fin material according to the aluminum alloy heat exchanger for the exhaust gas recirculation system of the present invention are clad materials, and the clad material production method is not particularly limited, and a normal method is adopted. However, for example, the following method is preferable.
  • a sacrificial anticorrosive material of a predetermined alloy composition and a core material ingot are produced by semi-continuous casting.
  • a brazing material ingot is also produced, and both sides of the ingot are produced.
  • the two layers of the sacrificial anticorrosive material and the core material or the three layers of the sacrificial anticorrosive material, the core material and the brazing material are overlapped.
  • preheating is performed at 400 to 550 ° C. for 1 to 10 hours, and the plate thickness is reduced to about 5 mm by hot rolling. Further, cold rolling and final annealing at 300 to 450 ° C.
  • the clad rate of the sacrificial anticorrosive material of the tube material is preferably 3 to 25%, particularly preferably 5 to 20%.
  • the cladding rate of the brazing material of the tube material is preferably 5 to 20%, particularly preferably 8 to 15%.
  • a core material and a brazing material ingot of a predetermined alloy composition are produced by semi-continuous casting, and both sides of the ingot are faced and three layers of brazing material-core material-brazing material are stacked. Match.
  • preheating is performed at 400 to 550 ° C. for 1 to 10 hours, and the plate thickness is reduced to about 5 mm by hot rolling.
  • cold rolling and final annealing at 300 to 450 ° C. for 1 to 10 hours are performed to obtain a clad material having a thickness of about 0.3 mm.
  • the clad rate of the brazing material of the fin material is preferably 5 to 20%, particularly preferably 8 to 15%.
  • the aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system of the present invention is manufactured by combining various members including a tube material and a fin material and brazing them.
  • the aluminum alloy heat exchanger for an exhaust gas recirculation system of the present invention has at least a part of a member in which a fin material is disposed and joined to a sacrificial anticorrosive material surface of a tube material.
  • the brazing heat addition method and the brazing heat treatment conditions are not particularly limited, but a brazing method using a fluoride-based non-corrosive flux in an inert gas atmosphere is suitably used as the brazing method.
  • the time required for the heating and cooling steps from 400 ° C. until the brazing solidification is completed in the brazing operation is not particularly limited. 40 minutes is preferred. Further, the time for maintaining at 580 ° C. or higher is preferably 3 to 20 minutes.
  • Examples, comparative examples and reference examples ⁇ Production of tube material>
  • Aluminum alloy ingots for tube materials, sacrificial anticorrosive materials and brazing materials having the compositions shown in Tables 1 to 3 were cast by semi-continuous casting, respectively, and subjected to chamfering, and homogenized at 520 ° C. for 6 hours. Processed.
  • the combinations shown in Table 5 when the sacrificial anticorrosive ingot is overlaid on one side of the core material ingot and the brazing material is also clad, the ingot for brazing material is overlaid on the opposite side, Produced.
  • the thicknesses of the sacrificial anticorrosive material and the brazing material were adjusted so that the clad rate was 10%.
  • the stacked ingots were heat-treated up to 520 ° C. before the hot rolling forming process and immediately hot rolled to obtain a two-layer or three-layer clad plate having a thickness of 3.5 mm.
  • the obtained clad plate was cold-rolled to 0.30 mm and then annealed at 500 ° C. for 2 hours.
  • a two-layer or three-layer tube material having an overall thickness of 0.30 mm and a sacrificial anticorrosive material clad rate of 10% was produced.
  • the stacked ingots were heat-treated up to 520 ° C. before the hot rolling forming process, and immediately hot rolled to obtain a three-layer clad plate having a thickness of 3.5 mm. Further, cold rolling and final annealing at 390 to 450 ° C. for 4 hours were performed to produce a three-layer fin material having a thickness of about 0.1 mm.
  • the fin material obtained above was slit into a width of 16 mm, corrugated, and formed into a fin shape for a heat exchanger.
  • the tube material was cut into a width of 16 mm and a length of 70 mm to prepare a tube material test piece, and KF-AlF-based flux (KAlF 4 or the like) powder was applied to the sacrificial anticorrosive material surface of the tube material test piece.
  • KF-AlF-based flux KF-AlF-based flux (KAlF 4 or the like) powder was applied to the sacrificial anticorrosive material surface of the tube material test piece.
  • the corrugated fin material was sandwiched between two tube material test pieces so that the sacrificial anticorrosive surface was on the fin side, and brazing heating was performed at 600 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere.
  • the surface area of the fin material of the test sample for evaluation is changed, and the surface area S b of the fin material relative to the surface area S a (mm 2 ) of the sacrificial anticorrosive material of the tube material. (Mm 2 ) was adjusted. After brazing and heating, it was cooled to room temperature, and a test sample for evaluation was produced.
  • Tubes and fins were cut out from the test sample for evaluation, and portions other than the measurement surface were masked with epoxy resin. These were used as test materials, and as a pretreatment, the surfaces of the test materials were cleaned by immersing in a 5% NaOH aqueous solution at 60 ° C. for 30 seconds and in a 30% HNO 3 aqueous solution for 60 seconds. Next, acetic acid was added to a 5% NaCl aqueous solution to adjust the pH to 3, and nitrogen was deaerated for 30 minutes to prepare a measurement solution. A tube or fin was immersed in the measurement solution at 25 ° C., and the anodic polarization curve was measured using a potentiostat. In the polarization curve, the potential at which the current suddenly increased was defined as the pitting potential. The results are shown in Table 5.
  • test sample for evaluation was sprayed for 2 hours (spraying amount 1 to 2 ml / 80 cm 2 / h) using an aqueous solution of pH 4.8 to which 500 ppm of ammonium, 6 ppm of hydrochloric acid, 10 ppm of sulfuric acid, 10 ppm of nitric acid, 1000 ppm of acetic acid and 1000 ppm of formic acid were added.
  • the temperature in the test tank was 50 ° C., and the test time was 3000 hours.
  • the corrosion products are removed with concentrated nitric acid, the depth of the corrosion holes generated on the sacrificial anticorrosive material surface is measured by the focal depth method, the maximum one is the corrosion depth, and the maximum corrosion depth is less than 100 ⁇ m Was determined to be good, and 100 ⁇ m or more was determined to be defective.
  • the results are shown in Table 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Prevention Of Electric Corrosion (AREA)

Abstract

0.05~1.50質量%のSi、0.05~3.00質量%のCu、及び0.40~2.00質量%のMnを含有する心材と、2.00~6.00質量%のZnを含有し、該心材の内側面にクラッドされている犠牲防食材と、を有するチューブ材と、0.05~1.50質量%のSi、及び0.40~2.00質量%のMnを含有する心材と、3.00~13.00質量%のSiを含有し、該心材の両面にクラッドされているろう材と、を有するフィン材を、ろう付けすることにより得られたものであり、犠牲防食材の表面積S(mm)に対する該フィン材の表面積S(mm)の割合を、200%未満とする排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器。 本発明によれば、排気ガスの凝縮水にアンモニウムが含まれるアンモニウム環境において、腐食速度が遅く、長寿命を有する排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器を提供することができる。

Description

排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器
 本発明は、車両に搭載されているディーゼルエンジン、ガソリンエンジンといった内燃機関の排気ガスを再循環する排気再循環システムにおいて、排気ガスを熱交換により冷却するための排気再循環システム用のアルミニウム合金製熱交換器に関する。
 アルミニウム(Al)合金は軽量で熱伝導性に優れていること、適切な処理により高耐食性が実現できること、及びブレージングシートを利用したろう付けによって効率的な接合が可能であることから、自動車用などの熱交換器用材料として重用されてきた。
 近年、自動車の高性能化或いは環境対応として、エンジンの燃焼ガス(排気ガス)の一部を吸気側に導き、吸気ガスに混合することで燃費の向上を図るとともに燃焼温度を低下させてNOxの排出を低減するため、排気再循環装置(EGRシステム)が導入されている。
 EGRシステムには、高温の排ガスの温度を下げることによりガス密度を高め、エンジンの損失低減とノッキングを防止するためEGRクーラが組み込まれている。このEGRクーラ用の材料には、高温の燃焼ガスが流通するため耐高温強度を有し、燃焼により生成された塩酸、硝酸、硫酸等が高濃度に含まれている燃焼ガスを冷却した際に生成する強酸性の凝縮水に対する耐食性が求められるため、EGRクーラ用の材料としては、ステンレス鋼が主として用いられている。
 しかし、さらなる燃費向上のためには、重いステンレス鋼製のEGRクーラを軽量のアルミニウム合金製にしたいとの要望は強く、これに対応できるアルミニウム合金材料技術が要求されている。
 アルミニウム合金製の自動車用熱交換器の一形態としては、ろう材、心材、犠牲防食層をクラッドした3層ブレージングシートを成形加工したチューブと、単層の外部フィン材をコルゲート成形した外部フィンとを組み合わせ、ろう付け接合したものが現用されている。
 チューブは冷媒などの流体を流通させる目的のものであるから、孔食によるリークが生じると熱交換器としては致命傷となる。
 そこで、チューブの孔食を抑制する有力な防食手法としては、クラッド圧延等の方法でチューブ表面にAl-Zn層を形成することによって、Al-Zn層による犠牲防食効果による心材の防食方法が一般に採用されている(例えば、特許文献1、特許文献2)。また、外部フィンに若干の犠牲効果を持たせるために、Zn等を外部フィン材に添加することもチューブの耐食性確保の目的で実施されている。
特開2014-177694号公報 特開2014-178101号公報
 ここで、EGRシステムが設けられているガソリンエンジンでは、排気ガス経路中に設置される三元触媒の温度が低温のときには、NO還元時にアンモニアが生成し、排気ガス中に混入してしまうことがある。三元触媒とは、プラチナ、パラジウム、ロジウムを使用した触媒装置であり、排ガス中に含まれる有害物質である炭化水素を水と二酸化炭素に酸化し、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、窒素酸化物を窒素に還元することにより、同時に除去するものである。また、EGRシステムが設けられているディーゼルエンジンでは、排気ガス経路中に尿素水を噴射させて加水分解により生成したアンモニアと窒素酸化物を化学反応させて窒素と水に還元させるために設置される尿素SCRシステムの影響で、排気ガス中にアンモニアが混入してしまうことがある。
 そのため、内燃機関の排気再循環システムでは、排気ガスの凝縮水にアンモニウムイオンが含まれることがあり、このアンモニウムイオンにより、アルミニウム合金製の部材が腐食してしまうという問題があった。排気ガスの凝縮水に含まれるアンモニウムイオンが100ppm未満では、アルミニウム合金製の部材に及ぼす腐食促進効果は軽微であるが、排気ガスの凝縮水に含まれるアンモニウムイオンが100ppm以上になるとアルミニウム合金製の部材に及ぼす腐食促進効果が顕著に現れるようになる。
 従って、本発明の目的は、排気ガスが流通する経路内にろう付け接合されたフィンを有する排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器であって、排気ガスの凝縮水にアンモニウムが含まれるアンモニウム環境において、腐食速度が遅く、長寿命を有する排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器を提供することである。
 上記課題は、以下の本発明により解決される。
 すなわち、本発明(1)は、排気ガスの凝縮水のアンモニウムイオン濃度が100ppm以上となる内燃機関の排気再循環システムに設置され、該排気ガスを冷却するための熱交換器であり、
 少なくとも、0.05質量%以上1.50質量%以下のSi、0.05質量%以上3.00質量%以下のCu、及び0.40質量%以上2.00質量%以下のMnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の心材と、2.00質量%以上6.00質量%以下のZnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、該心材の内側面にクラッドされている犠牲防食材と、を有するチューブ材と、0.05質量%以上1.50質量%以下のSi、及び0.40質量%以上2.00質量%以下のMnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の心材と、3.00質量%以上13.00質量%以下のSiを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、該心材の一方の面にクラッドされている第一ろう材及び該心材の他方の面にクラッドされている第二ろう材と、を有するフィン材を、ろう付けすることにより得られたものであり、
 チューブの内側となる該チューブ材の犠牲防食材の表面積S(mm)に対するチューブの内側にある該フィン材のろう材の表面積S(mm)(該第一ろう材及び該第二ろう材の合計表面積)の割合((S/S)×100)を、200%未満とすること、を特徴とする排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器を提供するものである。
 また、本発明(2)は、前記フィン材の心材が、更に、0.05質量%以上0.50質量%以下のMg、及び0.10質量%以上1.00質量%以下のFeからなる群から選択される1種以上を含有することを特徴とする(1)の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器を提供するものである。
 また、本発明(3)は、前記チューブ材の犠牲防食材が、更に、0.05質量%以上2.00質量%以下のMn、0.05質量%以上0.50質量%以下のMg、0.10質量%以上1.00質量%以下のFe、0.05質量%以上1.00質量%以下のNi、0.05質量%以上0.50質量%以下のSi、0.05質量%以上0.30質量%以下のIn、0.05質量%以上0.30質量%以下のSn、0.05質量%以上0.30質量%以下のTi、0.05質量%以上0.30質量%以下のV、0.05質量%以上0.30質量%以下のCr、及び0.05質量%以上0.30質量%以下のZrからなる群から選択される1種以上を含有することを特徴とする(1)又は(2)いずれかの排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器を提供するものである。
 また、本発明(4)は、前記チューブ材は、前記チューブ材の犠牲防食材がクラッドされている面とは反対の面にクラッドされている、3.00質量%以上13.00質量%以下のSiを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるろう材を有することを特徴とする(1)~(3)いずれかの排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器を提供するものである。
 また、本発明(5)は、前記チューブ材のろう材が、更に、1.00質量%以上3.00質量%以下のZnを含有することを特徴とする(4)の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器を提供するものである。
 また、本発明(6)は、前記チューブ材の心材が、更に、0.05質量%以上0.50質量%以下のMg、0.10質量%以上1.00質量%以下のFe、0.05質量%以上1.00質量%以下のNi、0.05質量%以上0.30質量%以下のCr、0.05質量%以上0.30質量%以下のZr、0.05質量%以上0.30質量%以下のTi、及び0.05質量%以上0.30質量%以下のVからなる群から選択される1種以上を含有することを特徴とする請求項1~5いずれか1項記載の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器を提供するものである。
 本発明によれば、排気ガスが流通する経路内にろう付け接合されたフィンを有する排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器であって、排気ガスの凝縮水にアンモニウムイオンが含まれるアンモニウム環境において、腐食速度が遅く、長寿命を有する排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器を提供することができる。
 本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器は、排気ガスの凝縮水のアンモニウムイオン濃度が100ppm以上となる内燃機関の排気再循環システムに設置され、該排気ガスを冷却するための熱交換器であり、
 少なくとも、0.05質量%以上1.50質量%以下のSi、0.05質量%以上3.00質量%以下のCu、及び0.40質量%以上2.00質量%以下のMnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の心材と、2.00質量%以上6.00質量%以下のZnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、該心材の内側面にクラッドされている犠牲防食材と、を有するチューブ材と、0.05質量%以上1.50質量%以下のSi、及び0.40質量%以上2.00質量%以下のMnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の心材と、3.00質量%以上13.00質量%以下のSiを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、該心材の一方の面にクラッドされている第一ろう材及び該心材の他方の面にクラッドされている第二ろう材と、を有するフィン材を、ろう付けすることにより得られたものであり、
 チューブの内側となる該チューブ材の犠牲防食材の表面積S(mm)に対するチューブの内側にある該フィン材のろう材の表面積S(mm)(該第一ろう材及び該第二ろう材の合計表面積)の割合((S/S)×100)を、200%未満とすること、
を特徴とする排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器である。
 本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器は、車両に搭載されている内燃機関の排気再循環システムに設置され、内燃機関の排気ガスを熱交換により冷却するための熱交換器であり、内燃機関の排気再循環システムのうち、排気ガスの凝縮水のアンモニウムイオン濃度が100ppm以上となる内燃機関の排気再循環システムに設置される。そして、本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器は、アルミニウム合金からなり、排気ガスが通過する側に犠牲防食材を備えるチューブと、アルミニウム合金からなり、チューブの犠牲防食材面にろう付けされているフィンと、を有する。本発明において、排気ガスの凝縮水のアンモニウムイオン濃度が100ppm以上となる内燃機関の排気再循環システムとは、「内燃機関の運転中に、排気ガスの凝縮水のアンモニウムイオン濃度が100ppm以上となるときがある内燃機関の排気再循環システム。」との意味であり、「内燃機関の運転中は、常に排気ガスの凝縮水のアンモニウムイオン濃度が100ppm以上となる内燃機関の排気再循環システム。」との意味ではない。なお、本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器が設置される排気再循環システムにおいて、排気ガス経路中に設置される三元触媒の温度が高温のときには、排気ガスの凝縮水のアンモニウム濃度は、通常、数ppm以下である。また、排気ガスの凝縮水のアンモニウムイオン濃度が100ppm未満では、アルミニウム合金製熱交換器の腐食促進の程度は軽微であり、特に問題となることはない。
 本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器は、アルミニム合金からなり、犠牲防食材を有するチューブ材を、排気ガスに接触する内側が犠牲防食材となるように成形し、且つ、アルミニウム合金からなる心材の一方の面にクラッドされている第一ろう材及び該心材の他方の面にクラッドされている第二ろう材と、を有するフィン材を、フィンの形状に成形し、次いで、成形されたチューブ材の犠牲防食材面に、成形されたフィン材を配置して、ろう付け加熱し、チューブ材の犠牲防食材面にフィン材をろう付け接合することにより製造されたものである。
 本発明者らは、内燃機関の排気再循環システム用のアルミニウム合金製熱交換器では、アンモニウムイオン濃度が100ppm以上となる環境において、ろう部分でカソード反応が活発になるため、ろう部分の存在により、腐食が著しく増大されることを見出した。そして、排気ガス流通経路となる表面において、ろう部分の割合を減らせば、熱交換器の長寿命化を達成できることを見出した。ろうは、接合フィレットを形成するが、接合フィレットが排気ガス流通経路となる表面に露出する面積は大きくなく、ろうのほとんどはクラッドフィン表面に残存するため、チューブの内側となるチューブ材の犠牲防食材の表面積に対するフィン材の表面積を、一定割合より低くすることにより、結果的に、ろう部分の割合を減らすことになり、熱交換器の長寿命化を達成できることを見出した。
 そこで、本発明では、熱交換器のチューブの内側となるチューブ材の犠牲防食材の表面積S(mm)に対するチューブの内側にあるフィン材のろう材の表面積S(mm)(第一ろう材及び第二ろう材の合計表面積)の割合((S/S)×100)を、200%未満、好ましくは100%以上200%未満、特に好ましくは120~170%とする。なお、チューブ材の犠牲防食材の表面積S(mm)、フィン材のろう材の表面積S(mm)はろう付け加熱によるフィレット部形成により少しろう材の表面積が広がるものの、熱交換器の内側の表面積全体に対する割合がおおむね5%程度であるため、ろう付け加熱前の材料での表面積の割合として差し支えない。
 本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器は、チューブ材とフィン材をろう付けすることに得られるアルミニウム合金製熱交換器である。
 本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器に係るチューブ材は、少なくとも、0.05質量%以上1.50質量%以下のSi、0.05質量%以上3.00質量%以下のCu、及び0.40質量%以上2.00質量%以下のMnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の心材と、2.00質量%以上6.00質量%以下のZnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、排気ガス流通経路となる心材の内側面にクラッドされている犠牲防食材と、を有する。つまり、チューブ材は、心材に、少なくとも犠牲防食材がクラッドされているクラッド材である。
 チューブ材の心材は、0.05質量以上1.50質量%以下のSi、0.05質量%以上3.00質量%以下のCu、及び0.40質量%以上2.00質量%以下のMnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金である。
 チューブ材の心材のSi含有量は、0.05質量%以上1.50質量%以下、好ましくは0.40質量%以上0.80質量%以下である。チューブ材の心材のSi含有量が、上記範囲にあることにより、Siがマトリックスに固溶したり、Al-Mn-Si系金属間化合物を生成することによって、ろう付後のチューブの強度が高くなり、更には、Siの添加により、心材の電位が貴になり、心材と犠牲防食材の電位差が大きくなるので、チューブの耐食性が高くなる。一方、チューブ材の心材のSi含有量が、上記範囲未満だと、上記Siの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、単独で晶出したSiにより耐食性が低くなるおそれがあると共に、合金の融点が低くなりろう付時にチューブ材料の溶融を招いてしまう。
 チューブ材の心材のCu含有量は、0.05質量%以上3.00質量%以下、好ましくは0.30質量%以上0.80質量%以下である。チューブ材の心材のCu含有量が、上記範囲にあることにより、アルミニウムの電位が貴になり、犠牲防食材の犠牲防食効果が高くなる。チューブ材の心材のCu含有量が、上記範囲未満だと、上記Cuの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、材料製造時の熱履歴およびろう付加熱によって、チューブ材の心材中にCu系金属間化合物が析出し、このCu系金属間化合物がカソード反応を促進させるため、犠牲防食材の腐食速度が増大してしまう。
 チューブ材の心材のMn含有量は、0.40質量%以上2.00質量%以下、好ましくは0.80質量%以上1.60質量%以下である。チューブ材の心材のMn含有量が、上記範囲にあることにより、MnがAl-Mn系金属間化合物として晶出又は析出して、ろう付加熱後のチューブの強度を高くし、また、Al-Mn系金属間化合物は、Feを取り込むために、不可避不純物としてのFeによる耐食性阻害効果が抑制される。一方、チューブ材の心材のMn含有量が、上記範囲未満だと、上記Mnの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、巨大な金属間化合物が晶出し、チューブの製造性が阻害されるおそれがある。
 チューブ材の心材は、必要に応じて、更に、0.05質量%以上0.50質量%以下のMg、0.10質量%以上1.00質量%以下のFe、0.05質量%以上1.00質量%以下のNi、0.05質量%以上0.30質量%以下のCr、0.05質量%以上0.30質量%以下のZr、0.05質量%以上0.30質量%以下のTi、及び0.05質量%以上0.30質量%以下のVからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。
 チューブ材の心材がMgを含有する場合、チューブ材の心材のMg含有量は、0.05質量%以上0.50質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.30質量%以下である。チューブ材の心材のMg含有量が、上記範囲にあることにより、耐食性、特にチューブの耐孔食性が高くなる。一方、チューブ材の心材のMg含有量が、上記範囲未満だと、上記Mgの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、ろう付が阻害されることがある。
 チューブ材の心材がFeを含有する場合、チューブ材の心材のFe含有量は、0.10質量%以上1.00質量%以下である。チューブ材の心材のFe含有量が、上記範囲にあることにより、腐食が分散し、貫通寿命が向上する。一方、チューブ材の心材のFe含有量が、上記範囲未満だと、上記Feの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、チューブの腐食速度の増大が著しくなる。
 チューブ材の心材がNiを含有する場合、チューブ材の心材のNi含有量は、0.05質量%以上1.00質量%以下である。チューブ材の心材のNi含有量が、上記範囲にあることにより、腐食が分散し、貫通寿命が向上する。一方、チューブ材の心材のNi含有量が、上記範囲未満だと、上記Niの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、チューブの腐食速度の増大が著しくなる。
 チューブ材の心材がTiを含有する場合、チューブ材の心材のTi含有量は、0.05質量%以上0.30質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.20質量%以下である。チューブ材の心材がZrを含有する場合、チューブ材の心材のZr含有量は、0.05質量%以上0.30質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.20質量%以下である。チューブ材の心材がCrを含有する場合、チューブ材の心材のCr含有量は、0.05質量%以上0.30質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.20質量%以下である。チューブ材の心材がVを含有する場合、チューブ材の心材のV含有量は、0.05質量%以上0.30質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.20質量%以下である。チューブ材の心材のTi、Zr、Cr及びVは、耐食性、特にチューブの耐孔食性の向上に寄与する。チューブの心材中に添加されたTi、Zr、Cr、Vは、その濃度の高い領域と濃度の低い領域とに分かれ、それらが材料の板厚方向に沿って交互に積層状に分布する。ここで、濃度の低い領域は、濃度の高い領域よりも優先的に腐食することにより腐食形態が層状となる。その結果、材料の板厚方向に沿った腐食に部分的に遅速が生じ、全体として腐食の進行が抑制されてチューブの耐孔食性が向上する。チューブ材の心材のTi、Zr、Cr又はVの含有量が、上記範囲未満だと、上記Ti、Zr、Cr又はVの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、鋳造時に粗大な化合物が生成されて、チューブの製造性が阻害される場合がある。
 チューブ材の犠牲防食材は、2.00質量%以上6.00質量%以下のZnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、心材の内側面、すなわち、排気ガスが流れる側にクラッドされている。
 チューブ材の犠牲防食材のZn含有量は、2.00質量%以上6.00質量%以下、好ましくは2.20質量%以上3.00質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材のZn含有量が、上記範囲にあることにより、孔食電位が低くなり、犠牲防食材としての働きが高くなる。一方、チューブ材の犠牲防食材のZn含有量が、上記範囲未満だと、上記Znの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、鋳造で割れる可能性がある。
 チューブ材の犠牲防食材は、必要に応じて、更に、0.05質量%以上2.00質量%以下のMn、0.05質量%以上0.50質量%以下のMg、0.10質量%以上1.00質量%以下のFe、0.05質量%以上1.00質量%以下のNi、0.05質量%以上0.50質量%以下のSi、0.05質量%以上0.30質量%以下のIn、0.05質量%以上0.30質量%以下のSn、0.05質量%以上0.30質量%以下のTi、0.05質量%以上0.30質量%以下のV、0.05質量%以上0.30質量%以下のCr、及び0.05質量%以上0.30質量%以下のZrからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。
 チューブ材の犠牲防食材がMnを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のMn含有量は、0.05質量%以上2.00質量%以下、好ましくは0.20質量%以上1.00質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材のMn含有量が、上記範囲にあることにより、MnがAl-Mn系金属間化合物を形成し、Feを取り込むために、不可避不純物としてのFeによる耐食性阻害効果が抑制される。一方、チューブ材の犠牲防食材のMn含有量が、上記範囲未満だと、上記Mnの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、巨大な金属間化合物が晶出し、チューブの製造性が阻害されるおそれがある。
 チューブ材の犠牲防食材がMgを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のMg含有量は、0.05質量%以上0.50質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.30質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材のMg含有量が、上記範囲にあることにより、耐食性、特にチューブの耐孔食性が向上する。一方、チューブ材の犠牲防食材のMg含有量が、上記範囲未満だと、上記Mgの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、ろう付が阻害される場合がある。
 チューブ材の犠牲防食材がFeを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のFe含有量は、0.10質量%以上1.00質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材のFe含有量が、上記範囲にあることにより、腐食が分散し、貫通寿命が向上する。一方、チューブ材の犠牲防食材のFe含有量が、上記範囲未満だと、上記Feの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、犠牲防食材の腐食速度の増大が著しくなる。
 チューブ材の犠牲防食材がNiを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のNi含有量は、0.05質量%以上1.00質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材のNi含有量が、上記範囲にあることにより、腐食が分散し、貫通寿命が向上する。一方、チューブ材の犠牲防食材のNi含有量が、上記範囲未満だと、上記Niの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、犠牲防食材の腐食速度の増大が著しくなる。
 チューブ材の犠牲防食材がSiを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のSi含有量は、0.05質量%以上0.50質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材のSi含有量が、上記範囲にあることにより、Siがマトリックスに固溶して、強度が高くなる。一方、チューブ材の犠牲防食材のSi含有量が、上記範囲未満だと、上記Siの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、犠牲防食材の耐食性が低くなるおそれがある。
 チューブ材の犠牲防食材がInを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のIn含有量は、0.05質量%以上0.30質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材のIn含有量が、上記範囲にあることにより、孔食電位が低くなり、犠牲防食材としての働きが高くなる。一方、チューブ材の犠牲防食材のIn含有量が、上記範囲未満だと、上記Inの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、犠牲防食材の腐食速度が著しく増大する。
 チューブ材の犠牲防食材がSnを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のSn含有量は、0.05質量%以上0.30質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材のSn含有量が、上記範囲にあることにより、孔食電位が低くなり、犠牲防食材としての働きが高くなる。一方、チューブ材の犠牲防食材のSn含有量が、上記範囲未満だと、上記Snの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、犠牲防食材の腐食速度が著しく増大する。
 チューブ材の犠牲防食材がTiを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のTi含有量は、0.05質量%以上0.30質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.20質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材がZrを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のZr含有量は、0.05質量%以上0.30質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.20質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材がCrを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のCr含有量は、0.05質量%以上0.30質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.20質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材がVを含有する場合、チューブ材の犠牲防食材のV含有量は、0.05質量%以上0.30質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.20質量%以下である。チューブ材の犠牲防食材のTi、Zr、Cr及びVは、耐食性、特に犠牲防食材の耐孔食性の向上に寄与する。アルミニウム合金中に添加されたTi、Zr、Cr、Vは、その濃度の高い領域と濃度の低い領域とに分かれ、それらが材料の板厚方向に沿って交互に積層状に分布する。ここで、濃度の低い領域は、濃度の高い領域よりも優先的に腐食することにより腐食形態が層状となる。その結果、材料の板厚方向に沿った腐食に部分的に遅速が生じ、全体として腐食の進行が抑制されて犠牲防食材の耐孔食性が向上する。チューブ材の犠牲防食材のTi、Zr、Cr又はVの含有量が、上記範囲未満だと、上記Ti、Zr、Cr又はVの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、鋳造時に粗大な化合物が生成されて、チューブの製造性が阻害される場合がある。
 チューブ材は、3.00質量%以上13.00質量%以下のSiを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなり、犠牲防食材がクラッドされている面とは反対面にクラッドされているろう材を有していてもよい。つまり、チューブ材は、心材の犠牲陽極材がクラッドされている面とは反対の面に、ろう材がクラッドされていてもよい。チューブ材がろう材を有する場合、チューブ材のろう材のSi含有量は、3.00質量%以上13.00質量%以下である。チューブ材のろう材のSi含有量が、上記範囲にあることにより、ろう材として機能する。一方、チューブ材のろう材のSi含有量が、上記範囲未満だと、上記Siの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、巨大な金属間化合物が晶出し、製造性が阻害されるおそれがある。チューブ材の犠牲防食材がクラッドされている面とは反対面にクラッドされているろう材は、必要に応じて、1.00質量%以上3.00質量%以下のZnを含有することができる。チューブ材の犠牲防食材がクラッドされている面とは反対面にクラッドされているろう材のZn含有量が、上記範囲にあることにより、犠牲防食材として機能する。一方、チューブ材の犠牲防食材のZn含有量が、上記範囲を超えると、ろう材の腐食速度が早くなる。
 本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器に係るフィン材は、心材の一方の面に第一ろう材がクラッドされ、且つ、心材の他方の面に第二ろう材がクラッドされている3層クラッド材である。そして、本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器は、排気ガスの流通するチューブ内面側となるチューブ材の犠牲防食材面にフィン材がろう付けされることにより得られたものである。
 フィン材の心材は、0.05質量以上1.50質量%以下のSi、及び0.40質量%以上2.00質量%のMnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の心材からなる。
 フィン材の心材のSi含有量は、0.05質量%以上1.50質量%以下、好ましくは0.40質量%以上0.80質量%以下である。フィン材の心材のSi含有量が、上記範囲にあることにより、Siがマトリックスに固溶したり、Al-Mn-Si系金属間化合物が生成し、ろう付後のフィンの強度が高くなる。一方、フィン材の心材のSi含有量が、上記範囲未満だと、上記Siの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、単独で晶出したSiによりチューブの犠牲防食材の耐食性が低くなるおそれがあると共に、合金の融点が低くなり過ぎてろう付時にフィン材料の溶融を招いてしまう。
 フィン材の心材のMn含有量は、0.40質量%以上2.00質量%以下、好ましくは0.80質量%以上1.60質量%以下である。フィン材の心材のMn含有量が、上記範囲にあることにより、MnがAl-Mn系金属間化合物として晶出又は析出して、ろう付加熱後のフィンの強度が向上し、フィンの強度が高くなり、また、Al-Mn系金属間化合物は、Feを取り込むために、不可避不純物としてのFeによる耐食性阻害効果が抑制される。一方、フィン材の心材のMn含有量が、上記範囲未満だと、上記Mnの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、巨大な金属間化合物が晶出し、フィンの製造性が阻害されるおそれがある。
 フィン材の心材は、必要に応じて、更に、0.05質量%以上0.50質量%以下のMg、及び0.10質量%以上1.00質量%以下のFeからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。
 フィン材の心材がMgを含有する場合、フィン材の心材のMg含有量は、0.05質量%以上0.50質量%以下、好ましくは0.10質量%以上0.30質量%以下である。フィン材の心材のMg含有量が、上記範囲にあることにより、耐食性、特にチューブの耐孔食性が高くなる。一方、フィン材の心材のMg含有量が、上記範囲未満だと、上記Mgの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、ろう付が阻害されることがある。
 フィン材の心材がFeを含有する場合、フィン材の心材のFe含有量は、0.10質量%以上1.00質量%以下である。フィン材の心材のFe含有量が、上記範囲にあることにより、腐食が分散し、結果としてチューブの貫通寿命が向上する。一方、フィン材の心材のFe含有量が、上記範囲未満だと、上記Feの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、フィンの腐食速度の増大が著しくなる。
 フィン材の第一ろう材及び第二ろう材は、いずれも、3.00質量以上13.00質量%以下のSiを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる。フィン材の第一ろう材及び第二ろう材のSi含有量が、上記範囲にあることにより、ろう材として機能する。一方、フィン材のろう材のSi含有量が、上記範囲未満だと、上記Siの添加効果が得られず、また、上記範囲を超えると、巨大な金属間化合物が晶出し、フィン材の製造性が阻害されるおそれがある。
 本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器では、ろう付けに供されるチューブ材の犠牲防食材の表面のうち、チューブの内側となるチューブ材の犠牲防食材の表面積S(mm)に対するろう付けに供されるフィン材のろう材の表面のうち、チューブの内側にあるフィン材のろう材の表面積S(mm)(第一ろう材及び第二ろう材の合計表面積)の割合((S/S)×100)は、200%未満、好ましくは100%以上200%未満、特に好ましくは120~170%である。なお、ろう付けに供されるチューブ材及びフィン材とは、チューブの形状に成形されたチューブ材及びフィンの形状に成形されたフィン材であり、ろう付けされる前のチューブ材の成形物及びフィン材の成形物を指す。また、チューブ材の犠牲防食材の面には、成形及びろう付けの仕方により、チューブの内側とならない部分が存在することがある。本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器では、ろう付けに供されるチューブ材の成形物において、チューブ材の犠牲防食材のうち、ろう付けによりチューブの内側とならない部分を除き、チューブの内側となる部分の犠牲防食材の面の表面積を、チューブの内側となるチューブ材の犠牲防食材の表面積Sとする。例えば、チューブ材の両端の一部を外側に折り曲げ、折り曲げた部分の犠牲防食材面同士をろう付けして、チューブを作製する場合、ろう付けされる犠牲防食材の部分は、チューブの内側には該当しない。また、チューブ材の一端近傍の犠牲防食材の面を、チューブ材の他端近傍の犠牲防食材の面とは反対側の面とろう付けして、チューブを作製する場合、ろう付けされる犠牲防食材の部分は、チューブ材の内側には該当しない。
 本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器に係るチューブ材及びフィン材は、クラッド材であり、クラッド材の製造方法については、通常の方法が採用され、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す方法が好ましい。
 チューブ材の場合、先ず、半連続鋳造により、所定の合金組成の犠牲防食材、心材の鋳塊を作製し、ろう材もクラッドする場合は、ろう材の鋳塊も作製し、鋳塊の両面を面削して、犠牲防食材と心材の2層又は犠牲防食材と心材とろう材の3層を重ね合わせる。次いで、400~550℃で1~10時間の予備加熱を行い、熱間圧延により板厚を5mm程度まで減少させる。さらに、冷間圧延および300~450℃で1~10時間の最終焼鈍を行って、厚さ0.3mm程度のクラッド材とする。チューブ材の犠牲防食材のクラッド率は、好ましくは3~25%、特に好ましくは5~20%である。チューブ材のろう材のクラッド率は、好ましくは5~20%、特に好ましくは8~15%である。
 フィン材の場合、先ず、半連続鋳造により、所定の合金組成の心材、ろう材の鋳塊を作製し、鋳塊の両面を面削して、ろう材-心材-ろう材の3層を重ね合わせる。次いで、400~550℃で1~10時間の予備加熱を行い、熱間圧延により板厚を5mm程度まで減少させる。さらに、冷間圧延および300~450℃で1~10時間の最終焼鈍を行って、厚さ0.3mm程度のクラッド材とする。フィン材のろう材のクラッド率は、好ましくは5~20%、特に好ましくは8~15%である。
(ろう付加熱条件)
 本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器は、チューブ材及びフィン材を含む種々の部材を組み合わせ、これらをろう付けして製造される。そして、本発明の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器は、チューブ材の犠牲防食材面にフィン材が配置され接合された部材を少なくとも一部に有するものである。
 ろう付加熱方法、ろう付加熱条件は、特に限定されないが、ろう付け方法としては、不活性ガス雰囲気中でふっ化物系非腐食性フラックスを用いるろう付け法が好適に用いられる。ろう付加熱条件として、ろう付け操作における、400℃からろう付け温度に達してろう凝固が終了するに至るまでの加熱工程と冷却工程に要する時間は、特に限定されるものではないが、7~40分が好適である。さらに、580℃以上に保持される時間は3~20分が好適である。
 以下に、実施例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には、上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
(実施例、比較例及び参考例)
<チューブ材の作製>
 表1~3に示す組成のチューブ材用の心材、犠牲防食材及びろう材用のアルミニウム合金鋳塊を、半連続鋳造法によりそれぞれ鋳造し、面削を施し、520℃、6時間の均質化処理を行った。
 次いで、表5に示す組合せで、心材用鋳塊の片面に犠牲防食材用鋳塊を重ね、ろう材もクラッドする場合には、反対面にろう材用鋳塊を重ね、重ねた鋳塊を作製した。なお、犠牲防食材およびろう材の厚さは、クラッド率がそれぞれ10%となるように調整した。
 次いで、重ねた鋳塊を熱間圧延成形工程前に520℃まで加熱処理し、直ちに熱間圧延し、厚さ3.5mmの2層又は3層クラッド板とした。次いで、得られたクラッド板を0.30mmまで冷間圧延した後、500℃で2時間焼鈍した。以上の工程により、全体厚さが0.30mm、犠牲防食材層クラッド率10%の2層又は3層のチューブ材を作製した。
<フィン材作製>
 表3及び表4に示すフィン材用のろう材及び心材用のアルミニウム合金鋳塊を、半連続鋳造法によりそれぞれ鋳造し、面削を施し、520℃で6時間の均質化処理を行った。
 次いで、表5に示す組み合わせで、心材用鋳塊の両面にろう材用鋳塊を重ねた鋳塊を作製した。なお、ろう材の厚さは、クラッド率がそれぞれ10%となるように調整した。
 次いで、重ねた鋳塊を熱間圧延成形工程前に520℃まで加熱処理し、直ちに熱間圧延し、厚さ3.5mmの3層クラッド板とした。さらに、冷間圧延及び390~450℃で4時間の最終焼鈍を行って、厚さ0.1mm程度の3層のフィン材を作製した。
<評価用試験サンプルの作製>
 上記で得られたフィン材を幅16mmにスリットし、コルゲート加工し、熱交換器用のフィン形状に成形した。
 次いで、チューブ材を幅16mm、長さ70mmに切断して、チューブ材試験片を作製し、チューブ材試験片の犠牲防食材面にKF-AlF系のフラックス(KAlF等)粉末を塗布した。
 次いで、コルゲート成形したフィン材を、犠牲防食材面がフィン側になるようにして、2枚のチューブ材試験片ではさみ、窒素雰囲気中で、600℃で3分間のろう付け加熱を実施した。このとき、コルゲート成形したフィンのフィンピッチを調整することで、評価用試験サンプルのフィン材の表面積を変化させ、チューブ材の犠牲防食材の表面積S(mm)に対するフィン材の表面積S(mm)を調整した。ろう付け加熱後、室温まで冷却し、評価用試験サンプルを作製した。
(孔食電位の測定)
 評価用試験サンプルから、チューブ及びフィンを切り出し、測定面以外をエポキシ樹脂によりマスキングした。これらを供試材とし、前処理として、60℃の5%NaOH水溶液に30秒浸漬、30%HNO水溶液に60秒浸漬し、供試材の表面を洗浄した。次いで、5%NaCl水溶液に酢酸を添加してpH3とし、30分間窒素脱気して、測定用溶液を作製した。25℃の測定用溶液に、チューブ又はフィンを、浸漬し、ポテンショスタットを用いてアノード分極曲線を測定した。分極曲線において、急激に電流の上昇する電位を孔食電位とした。その結果を表5に示す。
(耐食性)
 評価用試験サンプルを、アンモニウム500ppm、塩酸6ppm、硫酸10ppm、硝酸10ppm、酢酸1000ppm、ギ酸1000ppmを添加したpH4.8の水溶液を噴霧液として、噴霧2時間(噴霧量1~2ml/80cm/h)、乾燥2時間(相対湿度20~30%)、湿潤2時間(相対湿度95%以上)のサイクル腐食試験に供した。試験槽内の温度を50℃、試験時間を3000時間とした。試験終了後、濃硝酸によって腐食生成物を除去し、犠牲防食材面に発生した腐食孔の深さを焦点深度法により測定し、最大のものを腐食深さとし、最大の腐食深さが100μm未満であったものを良好、100μm以上となったものを不良とした。その結果を表5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
1)表面積割合(Sb/Sa)×100(%):チューブ材の犠牲防食材の表面積S(mm)に対するフィン材の表面積S(mm)(両面のろう材の合計表面積)の割合((S/S)×100)(%)
 実施例は、いずれもチューブ材あるいはフィン材の製造性に問題はなく、ろう付け性も良好であり、サイクル腐食試験後の耐食性に優れていた。
 比較例7、14は、チューブ材又はフィン材の製造途中に溶融又は割れが発生したため、その後の評価が行えなかった。
 比較例3、5、12は、ろう付け時にチューブ又はフィンが溶融してしまったため、その後の評価を中止した。
比較例1、2、4、6、8~11、13は、耐食性が悪かった。

Claims (6)

  1.  排気ガスの凝縮水のアンモニウムイオン濃度が100ppm以上となる内燃機関の排気再循環システムに設置され、該排気ガスを冷却するための熱交換器であり、
     少なくとも、0.05質量%以上1.50質量%以下のSi、0.05質量%以上3.00質量%以下のCu、及び0.40質量%以上2.00質量%以下のMnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の心材と、2.00質量%以上6.00質量%以下のZnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、該心材の内側面にクラッドされている犠牲防食材と、を有するチューブ材と、0.05質量%以上1.50質量%以下のSi、及び0.40質量%以上2.00質量%以下のMnを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の心材と、3.00質量%以上13.00質量%以下のSiを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、該心材の一方の面にクラッドされている第一ろう材及び該心材の他方の面にクラッドされている第二ろう材と、を有するフィン材を、ろう付けすることにより得られたものであり、
     チューブの内側となる該チューブ材の犠牲防食材の表面積S(mm)に対するチューブの内側にある該フィン材のろう材の表面積S(mm)(該第一ろう材及び該第二ろう材の合計表面積)の割合((S/S)×100)を、200%未満とすること、を特徴とする排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器。
  2.  前記フィン材の心材が、更に、0.05質量%以上0.50質量%以下のMg、及び0.10質量%以上1.00質量%以下のFeからなる群から選択される1種以上を含有することを特徴とする請求項1記載の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器。
  3.  前記チューブ材の犠牲防食材が、更に、0.05質量%以上2.00質量%以下のMn、0.05質量%以上0.50質量%以下のMg、0.10質量%以上1.00質量%以下のFe、0.05質量%以上1.00質量%以下のNi、0.05質量%以上0.50質量%以下のSi、0.05質量%以上0.30質量%以下のIn、0.05質量%以上0.30質量%以下のSn、0.05質量%以上0.30質量%以下のTi、0.05質量%以上0.30質量%以下のV、0.05質量%以上0.30質量%以下のCr、及び0.05質量%以上0.30質量%以下のZrからなる群から選択される1種以上を含有することを特徴とする請求項1又は2いずれか1項記載の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器。
  4.  前記チューブ材は、前記チューブ材の犠牲防食材がクラッドされている面とは反対の面にクラッドされている、3.00質量%以上13.00質量%以下のSiを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるろう材を有することを特徴とする請求項1~3いずれか1項記載の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器。
  5.  前記チューブ材のろう材が、更に、1.00質量%以上3.00質量%以下のZnを含有することを特徴とする請求項4記載の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器。
  6.  前記チューブ材の心材が、更に、0.05質量%以上0.50質量%以下のMg、0.10質量%以上1.00質量%以下のFe、0.05質量%以上1.00質量%以下のNi、0.05質量%以上0.30質量%以下のCr、0.05質量%以上0.30質量%以下のZr、0.05質量%以上0.30質量%以下のTi、及び0.05質量%以上0.30質量%以下のVからなる群から選択される1種以上を含有することを特徴とする請求項1~5いずれか1項記載の排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器。
PCT/JP2019/013300 2018-03-29 2019-03-27 排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器 WO2019189427A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/042,365 US20210025663A1 (en) 2018-03-29 2019-03-27 Aluminum alloy heat exchanger for exhaust gas recirculation system
CN201980023595.3A CN111936646A (zh) 2018-03-29 2019-03-27 尾气再循环系统用铝合金制换热器
DE112019001034.4T DE112019001034T5 (de) 2018-03-29 2019-03-27 Aluminiumlegierungswärmetauscher für ein abgasrückführungssystem

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-063775 2018-03-29
JP2018063775A JP6932102B2 (ja) 2018-03-29 2018-03-29 排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019189427A1 true WO2019189427A1 (ja) 2019-10-03

Family

ID=68062083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/013300 WO2019189427A1 (ja) 2018-03-29 2019-03-27 排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210025663A1 (ja)
JP (1) JP6932102B2 (ja)
CN (1) CN111936646A (ja)
DE (1) DE112019001034T5 (ja)
WO (1) WO2019189427A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024048723A1 (ja) * 2022-08-31 2024-03-07 Maアルミニウム株式会社 アルミニウム合金ブレージングシート
JP7557658B2 (ja) 2022-08-31 2024-09-27 Maアルミニウム株式会社 アルミニウム合金ブレージングシート

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6871990B2 (ja) * 2019-10-09 2021-05-19 株式会社Uacj アルミニウム合金板及びその製造方法
CN112760531A (zh) * 2020-12-25 2021-05-07 山东德瑞防腐材料有限公司 一种耐腐蚀铝合金牺牲阳极及其制备方法
CN114473286B (zh) * 2021-12-30 2022-12-20 西安理工大学 铝-钢复合板cmt熔钎焊用药芯焊丝及制备与焊接方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014178101A (ja) * 2013-02-18 2014-09-25 Calsonic Kansei Corp 強酸環境下での耐食性に優れるアルミニウム合金製熱交換器
JP2014177694A (ja) * 2013-02-18 2014-09-25 Calsonic Kansei Corp 強酸環境下での耐食性に優れるアルミニウム合金製熱交換器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001087888A (ja) * 1999-09-22 2001-04-03 Toyo Radiator Co Ltd 耐熱性熱交換器用ブレージングシート
JP4111456B1 (ja) * 2006-12-27 2008-07-02 株式会社神戸製鋼所 熱交換器用アルミニウム合金ブレージングシート
CN101676667B (zh) * 2008-09-02 2015-08-19 康奈可关精株式会社 铝合金制热交换器及其制造方法
US20110240280A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Aluminum alloy brazing sheet and heat exchanger
JP6860968B2 (ja) * 2015-09-25 2021-04-21 三菱アルミニウム株式会社 熱交換器用アルミニウム合金チューブと熱交換器及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014178101A (ja) * 2013-02-18 2014-09-25 Calsonic Kansei Corp 強酸環境下での耐食性に優れるアルミニウム合金製熱交換器
JP2014177694A (ja) * 2013-02-18 2014-09-25 Calsonic Kansei Corp 強酸環境下での耐食性に優れるアルミニウム合金製熱交換器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024048723A1 (ja) * 2022-08-31 2024-03-07 Maアルミニウム株式会社 アルミニウム合金ブレージングシート
JP7557658B2 (ja) 2022-08-31 2024-09-27 Maアルミニウム株式会社 アルミニウム合金ブレージングシート

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019173114A (ja) 2019-10-10
DE112019001034T5 (de) 2020-11-12
JP6932102B2 (ja) 2021-09-08
CN111936646A (zh) 2020-11-13
US20210025663A1 (en) 2021-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019189427A1 (ja) 排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器
JP5462583B2 (ja) Egrクーラ用フェライト系ステンレス鋼板
JP5873343B2 (ja) 高耐食性アルミニウム合金ブレージングシート、ならびに、これを用いた自動車用熱交換器の流路形成部品
KR101703464B1 (ko) 브레이징성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판, 열 교환기, 열 교환기용 페라이트계 스테인리스 강판, 페라이트계 스테인리스강, 연료 공급계 부재용 페라이트계 스테인리스강 및 연료 공급계 부품
JP5856878B2 (ja) 排熱回収器用フェライト系ステンレス鋼および排熱回収器
JP6895787B2 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼、ろう付け構造体、ろう付け構造部品および排気ガス熱交換部品
KR20160119255A (ko) Egr 쿨러용 페라이트계 스테인리스강 및 egr 쿨러
JP6351206B2 (ja) 高耐食性アルミニウム合金ブレージングシート及び自動車用熱交換器の流路形成部品
JP6932101B2 (ja) 排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器
JP6174892B2 (ja) アルミニウム合金製熱交換器及びその製造方法
JP4263160B2 (ja) アルミニウム合金クラッド材並びにそれを用いた熱交換器用チューブ及び熱交換器
WO2019189428A1 (ja) 排気再循環システム用アルミニウム合金製熱交換器
KR101889441B1 (ko) 내식성이 향상된 이지알 쿨러의 가스튜브용 알루미늄 합금 소재
JP5469323B2 (ja) 耐食性に優れた自動車用熱交換器
JP2933382B2 (ja) 熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金クラッド材
JP2014015665A (ja) アルミニウム合金複合材および熱交換器
JP2018083979A (ja) 熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼およびNiろう付け接合熱交換器部材
JP6871045B2 (ja) ろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼およびNiろう付け接合部材
US11149696B2 (en) Gas tube for EGR cooler having improved anti-corrosive characteristics
JP3194767B2 (ja) アルミニウム製熱交換器用チューブ材

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19775040

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19775040

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1