TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG:
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Die Erfindung betrifft ein Lötblech, welches zur
Herstellung eines Produkts mit einem Fluiddurchgang, das
möglicherweise eine Aluminiumlegierung korrodieren kann,
wie Fahrzeugkühler und Heizkerne, und genauer betrifft sie
ein Lötblech aus Aluminiumlegierung für einen gelöteten
Wärmetauscher, das die Korrosionsbeständigkeit des durch
Löten hergestellten Produkts verbessert und die
Lebensdauer des Wärmetauschers verlängert.
STAND DER TECHNIK:
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Bei einem Wärmetauscher mit Fluiddurchgang, wie einem
Fahrzeugkühler und einem Heizkern, wird eine aus einem
Lötblech aus Aluminiumlegierung geformtes
nahtgeschweisstes Rohr in ein Flachrohr geformt und
verwendet.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung, die ein
Beispiel für eine Wärmetauscherstruktur zeigt.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst einen Wärmetauscher (1)
einen Scheidetank (2), eine Kerneinheit (3) und einen
Fluidsammeltank (4). Der Scheidetank (2) weist ein
geteiltes Inneres im Zentrum auf, um den Tank (2)
longitudinal in zwei Kammern zu teilen, einen Fluideinlass
(5) zur Zufuhr des Fluids in eine Kammer (2a) und einen
Fluidauslass (6) zum Abführen des Fluids aus der anderen
Kammer (2b) oben am Tank (2).
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Eine Vielzahl von flachen Lochern (nicht gezeigt), werden
parallel unten am Scheidetank (2) bereitgestellt und die
therminalen Bereiche (7a) einer Vielzahl von Röhren (7)
mit dem gleichen Querschnittsformat wie die Löcher werden
zu den Löchern ausgerichtet und mit diesen verlötet. Daher
stellen die Flachröhren (7) eine Verlängerung des
Scheidetanks (2) nach unten, wobei sie parallel verlaufen,
bereit. Weiterhin wird eine Vielzahl von Kühlrippen (8),
die aus einem Blechmaterial gebildet sind und in eine
gewellte Form gebracht wurden, zwischen der Vielzahl an
Flachröhren (7) angeordnet, so dass ihre Teile in Kontakt
mit den Flachröhren (7) stehen.
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Weiterhin ist der Fluidsammeltank (4), der eine Vielzahl
an Löchern (nicht gezeigt), ähnlich denen des Scheidetanks
(2) hat, an den anderen Enden (7b) der Flachröhren (7)
vorhanden, und diese Enden (7b) der Röhren (7) sind mit
den Löchern des Tanks (4) ausgerichtet und verlötet.
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Wie oben beschrieben, sind die Flachröhren (7) aus
abgeflachten nahtverschweissten Röhren, gebildet aus
Lötblechen, geformt. Ein für eine solche nahtverschweisste
Röhre verwendbares Lötblech ist z. B. beschrieben in JP-OS
Hei 2-50934, das ein Lötmaterial auf beiden Seiten eines
Kernmaterials bereitstellt; in JP-OS Sho 59-74284, worin
eine Opferanode auf der Oberfläche eines Kernmaterials auf
der Seite des Fluiddurchgangs und ein Lötmaterial auf der
gegenüberliegenden Seite der Opferanode vorhanden ist, in
JP-OS Hei 4-36600, wo eine Opferanode auf der Oberfläche
eines Kernmaterials auf der Seite des Fluiddurchgangs und
eine Zwischenschicht und eine Lötschicht nacheinander auf
der gegenüberliegenden Seite bereitgestellt werden.
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Im allgemeinen werden Legierungen wie in JIS (japanischer
Industriestandard) A3003 genannt als Kernmaterial
verwendet, eine auf Al-Si basierende Legierung oder eine
auf Al-Si-Mg basierende Legierung wird als Lötmaterial
verwendet, und eine auf Al-Zn basierende Legierung oder
eine auf Al-Zn-Mg basierende Legierung, wie Legierungen,
die in JIS 7072 genannt sind, werden als Opferanode oder
als Zwischenschicht verwendet.
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In dem oben beschriebenen Wärmetauscher (1) wird ein
Kühlmedium oder Erwärmungsmedium (Fluid) in die Kammer
(2a) durch den Fluideinlass (5) eingeführt, das Fluid
passiert innen die Flachröhren (7), die mit der Kammer
(2a) in Verbindung stehen, und geht in den Fluidsammeltank
(4). Anschliessend fliesst das Fluid in den
Fluidsammeltank (4) und geht über in die Flachröhren (7),
die mit der Kammer (2b) in Verbindung stehen. Dann fliesst
das Fluid durch die Flachröhren (7) zu der Kammer (2b) in
den Scheidetank (2) und wird aus der Kammer (2b) durch den
Fluidauslass (6) geführt. Wenn z. B. heisses Wasser
verwendet wird, findet ein Wärmeaustausch mit der Luft
ausserhalb des Wärmetauschers (1) statt, wenn das Wasser
durch die Flachröhren (7) läuft, und die
Heisswassertemperatur erniedrigt sich, während sich die
Lufttemperatur aussen erhöht.
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Im Bereich von Fahrzeugwärmetauschern besteht ein
Bedürfnis zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und der
Kostenreduktion von Wärmetauschern im Hinblick auf die
Reduktion des Gewichts und der Grosse in den letzten
Jahren. Daher wurden Entwicklungen gemacht, um die Grosse,
das Gewicht und die Kosten zu reduzieren, indem die
Materialdicke verringert wird und die Struktur des
Wärmetauschers verändert wird.
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Allerdings ist es im Fall eines Wärmetauschers (1), wie er
in Fig. 1 gezeigt ist, nicht möglich, die Röhren irgendwo
dazwischen zu biegen, da die Flachröhren (7) aus
nahtverschweissten Röhren geformt sind. Daher ist es
notwendig, Flachröhren (7) in gerader Form zu verwenden,
und deshalb ist es unausweichlich, eine Struktur
bereitzustellen, bei der sich der Tank auf beiden Seiten
der Röhren (7) befindet, da aber das Volumenverhältnis der
Tanks (2) und (4) gegenüber dem Gesamtvolumen des
Wärmetauschers (1), wie in Fig. 1 gezeigt, gross ist, ist
die Grössenreduktion des Wärmetauschers, wie gezeigt,
begrenzt. Entsprechend wurde ein Wärmetauscher
vorgeschlagen, in dem die Fluiddurchgänge gebildet sind
durch Bilden eines Lötblechs, das ein Lötmaterial an
beiden externen Oberflächen eines Kernmaterials aufweist
oder einer laminierten Platte, gebildet aus einem
Kernmaterial und einer Zwischenschicht, um einen
Fluiddurchgang bereitzustellen, und Laminieren der
geformten Platte und Löten an vorherbestimmten Punkten, um
Flachröhren herzustellen (JP-OSen Hei 1-208432 und Hei
65582).
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Wie oben beschrieben, kann durch Verwendung des Lötblechs,
bei dem sich das Lötmaterial auf beiden Seiten befindet,
ein Wärmetauscher mit gekrümmtem Fluiddurchgang
hergestellt werden. Daher wird ein Fluidsammeltank nicht
benötigt und der Wärmetauscher kann schmal, leicht und
billig sein.
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Die Lötbleche, wie sie in den JP-OSen Hei 2-08432 und Hei
5-65582 offenbart sind, haben allerdings keine
ausreichende Korrosionsbeständigkeit, um in Bereichen
verwendet zu werden, wo eine Aluminiumlegierung stark
korrodiert, wie bei Fahrzeugkühlern und Wärmekernen. Daher
besteht ein Bedarf nach einem Lötblech aus Aluminium,
welches hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweist.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen
Probleme gemacht und stellt ein Lötblech aus einer
Aluminiumlegierung bereit, welches die
Korrosionsbeständigkeit weiter verbessern und die
Lebensdauer des Wärmetauschers verlängern kann.
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Das erfindungsgemässe Lötblech einer Aluminiumlegierung
umfasst ein Kernmaterial, gebildet aus einem Blechmaterial
aus einer Aluminiumlegierung, einer Zwischenschicht, die
auf mindestens einer Seite des Kernmaterials vorgesehen
ist, und einem Lötmaterial aus einer Aluminiumlegierung,
das auf beiden externen Seiten des laminierten Blechs,
gebildet aus dem Kernmaterial und der Zwischenschicht,
vorgesehen ist,
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wobei das Kernmaterial 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mn enthält, und
der Rest Al und unvermeidliche Verunreinigungen sind, und
die unvermeidlichen Verunreinigungen sind beschränkt auf
0,6 Gew.-% oder weniger Si und 0,7 Gew.-% oder weniger Fe;
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die Zwischenschicht besteht aus Aluminium und
unvermeidlichen Verunreinigungen, die unvermeidlichen
Verunreinigungen sind begrenzt auf eine Gesamtmenge von
1,0 Gew.-% oder weniger, eine Dicke von 70 um oder mehr und
eine Korngrösse von 50 um oder mehr, und die
Rekristallisierungstemperatur beim Löten ist kleiner als
die Schmelztemperatur des Lötmaterials; und
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das Lötmaterial enthält 7 bis 15 Gew.-% Si und der Rest
sind Aluminium und unvermeidliche Verunreinigungen.
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Das Kernmaterial kann weiter 0,05 bis 1,2 Gew.-% Cu
enthalten. Weiterhin kann das Kernmaterial 0,05 bis
1,2 Gew.-% Zn enthalten.
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Die Zwischenschicht kann weiterhin 0,05 bis 0,3 Gew.-% Zr
enthalten. Die Zwischenschicht kann ebenfalls 0,06 bis
5,0 Gew.-% Zn enthalten. Weiterhin kann die Zwischenschicht
0,05 bis 0,6 Gew.-% Mn enthalten. Wenn der Mn-Gehalt im
Kernmaterial als [Mn]c in Gew.-% bestimmt wird und der Mn-
Gehalt in der Zwischenschicht als [Mn]m in Gew.-%, wird
bevorzugt, dass der mathematische Ausdruck ([Mn]c-[Mn]m)
0,3 Gew.-% oder mehr ist.
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Weiterhin kann das Lötmaterial 0,05 bis 5,0 Gew.-% Zn
enthalten. Das Lötmaterial kann als gelöteter
Wärmetauscher verwendet werden.
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Die Rekristallisierungstemperatur der Zwischenschicht kann
niedriger als die Schmelztemperatur des Lötmaterials
eingestellt werden, indem die chemischen Komponenten, die
in der Zwischenschicht enthalten sind, und ihre Mengen auf
die oben genannten, bevorzugten Bereiche beschränkt werden
und durch thermische Behandlung des Ingots, erhalten durch
Diffusionsglühgiessen bei 400 bis 600ºC für 4 Stunden oder
mehr.
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Als Ergebnis der Experimente und Studien, die von den
Erfindern durchgeführt wurden, um die oben beschriebenen
Probleme zu beheben, wurde eine Zwischenschicht als
Opferanode zwischen einem Kernmaterial einer
Aluminiumlegierung und einem Lötmaterial gebracht, die
Gehalte der chemischen Verbindungen wurden auf spezielle
geeignete Mengen gebracht und die Dicke und Korngrösse der
Zwischenschicht wurde spezifiziert. Somit wurde gefunden,
das die Korrosionsbeständigkeit durch ein vierlagiges oder
fünflagiges Lötblech weiter verbessert werden kann. Wenn
z. B. ein dreilagiges Lötblech mit einem Lötmaterial auf
beiden Seiten des Kernmaterials verwendet wird, sich
nämlich keine Zwischenschicht zwischen dem Kernmaterial
und dem Lötmaterial befindet, kann eine Korrosion wie
folgt geschehen.
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Zuerst geht Si, enthalten im Lötmaterial, beim Löten in
das Kernmaterial über, oder eutektisches Si wird
hergestellt, das von einer Korngrenze stammt. Das
eingedrungene Si und das eutektische Si haben ein höheres
Potential als die danebenliegende α-Al-Schicht und das
Kernmaterial. Daher korrodiert die α-Al-Schicht neben dem
eutektischen Si, wenn es in Kontakt mit einem Fluid
(heisses Wasser oder dergleichen), das Korrosion
hervorrufen kann, kommt, so dass ein Korrosionsweg zu dem
Kernmaterial gebildet wird und das Kernmaterial
korrodiert. Da Si in die Korngrenze des Kernmaterials
eingedrungen ist, korrodiert die Korngrenze stark. Daher
stellt das Eindringen von Si in das Kernmaterial ein
Problem dar, da es eutektisches Material tief in der
Dickenrichtung des Lötblechs herstellen kann, und Löcher,
die durch das Lötblech führen, schnell gebildet werden,
wodurch die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert wird.
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WO-A-84/00129 offenbart ein mehrschichtiges Lötblech aus
Aluminiumlegierung, umfassend einen Kern (eine
Aluminiumlegierung mit hohem Mn-Anteil, wie Legierungen
der 3.000er Serie), zwei Zwischenschichten (eine für jede
Oberfläche des Lötblechs), die den Kern mit einer äusseren
Plattierungsschicht (einem hohen Silicium-Aluminium-
Legierungsblech, wie einer 4004- oder 4104-Legierung)
verbindet. Die Zwischenschicht hat einen Si-Gehalt
zwischen 6,8 und 8,2 Gew.-%, bis zu 0,2 Gew.-% Zn, der Rest
ist Al mit anderen Legierungselementen bis zu 1,3%.
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Unter diesen Umständen haben die Erfinder gefunden, dass,
wenn die Zwischenschicht als Opferanode zwischen dem
Kernmaterial und dem Lötmaterial liegt und vollkommen als
Opferanode arbeitet, es notwendig ist, das Eindringen des
eutektischen Si in die Zwischenschicht zu verhindern und
zu kontrollieren, dass der Bereich, in dem das eutektische
Si nicht eingedrungen ist, eine vorherbestimmte Dicke oder
grösser aufweist.
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Daher werden in der vorliegenden Erfindung die Dicke der
Zwischenschicht, die Menge an unvermeidlichen
Verunreinigungen, wie von Fe und Si in der
Zwischenschicht, und die Korngrösse spezifiziert und die
Rekristallisierungstemperatur der Zwischenschicht wird
reguliert, so dass sie niedriger ist als die
Schmelztemperatur des Lötmaterials. Somit wird das
eutektische Si davon abgehalten, in die Zwischenschicht,
die als Opferanode zwischen dem Kernmaterial und dem
Lötmaterial vorhanden ist, einzudringen und eine Region,
in der das eutektische Si nicht eingedrungen ist, wird
gebildet, so dass die Zwischenschicht vollkommen als
Opferanode arbeitet. Da das eutektische Si beim Löten
nicht das Kernmaterial erreicht, wird kein Korrosionsweg
zwischen dem Lötmaterial und dem Kernmaterial ausgebildet.
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Im folgenden wird das Lötmaterial aus einer
Aluminiumlegierung für einen gelöteten Wärmetaucher gemäss
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zuerst werden
Gründe zur Begrenzung der Zusammensetzungen und chemischen
Komponenten, die in dem Kernmaterial enthalten sind,
beschrieben.
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Mn: 0,5 bis 1,5 Gew.-%:
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Mn ist ein Element, das die Stärke des Kernmaterials
erhöht, ein höheres Potential verleiht und die
Korrosionsbeständigkeit verbessert. Wenn der Mn-Gehalt im
Kernmaterial weniger als 0,5 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht des Kernmaterials, ist, wird der
Verstärkungseffekt erniedrigt und der
Potentialerhöhungseffekt erniedrigt, so dass die
Korrosionsbeständigkeit des Kernmaterials selbst
erniedrigt ist. Da der Potentialunterschied der
Zwischenschicht klein wird, wird es schwierig, dass die
Zwischenschicht vollständig als Opferanode arbeitet, was
zu einem Abbau der Korrosionsbeständigkeit führt. Wenn
andererseits der Mn-Gehalt im Kernmaterial 1,5 Gew.-%
überschreitet, werden grobkörnige Verbindungen hergestellt
und die Materialverarbeitbarkeit ist verschlechtert.
Selbst wenn mehr als 1,5 Gew.-% Mn zu dem Kernmaterial
zugegeben werden, wird der Effekt der Potentialerhöhung
nicht weiter verbessert. Daher wurde der Mn-Gehalt des
Kernmaterials auf 0,5 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht des Kernmaterials bestimmt.
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Cu: 0,05 bis 1,2 Gew.-%:
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Cu ist eine Lösung in einer Matrix und weist Effekte der
Verbesserung der Stärke des Kernmaterials und der
Herstellung eines hohen Potentials auf. Wenn der
Kupfergehalt im Kernmaterial kleiner als 0,05 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht des Kernmaterials ist,
werden seine Effekte möglicherweise in Abhängigkeit von
dem Potentialgleichgewicht mit der Zwischenschicht nicht
vollständig erhalten, und die Korrosionsbeständigkeit
könnte verringert sein. Wenn andererseits der Kupfergehalt
des Kernmaterials 1,2 Gew.-% überschreitet, ist die
Materialbearbeitbarkeit verschlechtert und es tritt
Erosion auf, dadurch dass das Kernmaterial durch das
Lötmaterial erodiert wird. Daher ist der Kupfergehalt im
Kernmaterial bevorzugt 0,05 bis 1,2 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht des Kernmaterials.
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Zn: 0,05 bis 1,2 Gew.-%:
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Zn ist ein Element, das das Potential erniedrigen und zum
Kernmaterial gegeben werden kann, um das
Potentialgleichgewicht mit der Zwischenschicht bei der
Erfindung zu kontrollieren. Mit anderen Worten, wenn die
Potentialdifferenz zwischen der Zwischenschicht und dem
Kernmaterial zu gross ist, korrodiert die Zwischenschicht
und wird zu einem frühen Zeitpunkt verbraucht, so dass die
ihre Korrosionsbeständigkeit verschlechtert ist und die
Lebensdauer des Wärmetauschers verkürzt wird. Wenn der Zn-
Gehalt im Kernmaterial kleiner als 0,05 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht des Kernmaterials, ist, tendiert die
Potentialdifferenz zwischen der Zwischenschicht und dem
Kernmaterial dazu, gross zu sein, und Korrosion kann zu
einem frühen Zeitpunkt voranschreiten, in Abhängigkeit von
dem Potentialgleichgewicht mit der Zwischenschicht. Wenn
andererseits der Zn-Gehalt des Kernmaterials 1,2 Gew.-%
überschreitet, wird die Potentialdifferenz zwischen dem
Kernmaterial und der Zwischenschicht klein, so dass das
Kernmaterial ein kleineres Potential hat, somit wird die
Korrosionsbeständigkeit verschlechtert und die Lebensdauer
des Wärmetauchers verkürzt. Daher ist der Zn-Gehalt im
Kernmaterial bevorzugt 0,05 bis 1,2 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht des Kernmaterials.
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Si: 0,6 Gew.-% oder weniger:
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Si ist eine unvermeidliche, im Kernmaterial enthaltene
Verunreinigung. Wenn der Si-Gehalt als unvermeidliche
Verunreinigung im Kernmaterial 0,6 Gew.-% überschreitet,
ist die Korrosionsanfälligkeit an den Korngrenzen hoch und
die Korrosionsbeständigkeit ist verschlechtert. Daher ist
der Si-Gehalt als unvermeidliche Verunreinigung des
Kernmaterials auf 0,6 Gew.-% oder weniger beschränkt.
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Fe: 0,7 Gew.-% oder weniger:
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Fe ist eine unvermeidliche, im Kernmaterial enthaltene
Verunreinigung. Wenn sich der Fe-Gehalt als unvermeidliche
Verunreinigung im Kernmaterial erhöht, wird ein Pitting
hervorgerufen und die Korrosionsbeständigkeit ist
verschlechtert. Daher ist es wünschenswert, dass der Fe-
Gehalt so niedrig wie möglich verringert wird, wenn der
Fe-Gehalt im Kernmaterial 0,7 Gew.-% oder weniger ist, ist
dies akzeptabel. Entsprechend ist der Fe-Gehalt als
unvermeidliche Verunreinigung im Kernmaterial auf
0,7 Gew.-% oder weniger beschränkt.
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Im folgenden werden die Gründe für die Begrenzung der
Zusammensetzungen und der chemischen Komponenten, die in
der Zwischenschicht enthalten sind, und der Dicke der
Zwischenschicht und Gründe für die Begrenzung der
Korngrösse beschrieben.
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Gesamtmenge der unvermeidlichen Verunreinigungen:
1,0 Gew.-% oder weniger:
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Wenn die Menge an unvermeidlichen Verunreinigungen, wie Si
und Fe, die in der Zwischenschicht enthalten sind,
zunimmt, wird die Korrosionsanfälligkeit hoch und die
Korrosionsbeständigkeit der Zwischenschicht ist
verschlechtert. Da die Zwischenschicht früh korrodiert und
verbraucht wird, sind die Korrosionsbeständigkeit des
Produkts und die Lebensdauer des Wärmetauschers verkürzt.
Da die Korngrösse dazu tendiert, sehr fein zu sein,
erreicht das eutektische Si des Lötmaterials ausserdem das
Kernmaterial während des Lötens. Dann bildet sich schnell
ein Korrosionsweg zwischen dem Lötmaterial und dem
Kernmaterial und die Korrosionsbeständigkeit ist
verschlechtert und die Lebensdauer des Wärmetauschers ist
verkürzt. Daher ist die Gesamtmenge an unvermeidlichen
Verunreinigungen in der Zwischenschicht auf 1,2 Gew.-% oder
weniger bestimmt.
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Zr: 0,05 bis 0,3 Gew.-%:
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Zr hat die Effekte des Verhinderns der Rekristallisierung
während des Lötens und des Vergrösserns der Korngrösse.
Wenn eine entsprechende Menge an Zr zu der Zwischenschicht
gegeben wird, wird daher das eutektische Si daran
gehindert, in die Zwischenschicht zu gehen und die
Korrosionsbeständigkeit ist verbessert. Wenn der Zr-Gehalt
in der Zwischenschicht kleiner als 0,05 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Zwischenschicht, ist, wird der
Durchmesser der Kristallkörner fein im Hinblick auf die
Ausgeglichenheit zwischen dem Fe-Gehalt in der
Zwischenschicht und dem Diffusionsglühen bei der
Hitzebehandlung. Wenn andererseits der Zr-Gehalt in der
Zwischenschicht 0,3 Gew.-% überschreitet, werden grobe
Verbindungen gebildet und Formbarkeit ist verschlechtert.
Daher ist der Zr-Gehalt der Zwischenschicht bevorzugt 0,05
bis 0,3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Zwischenschicht.
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Zn: 0,05 bis 5 Gew.-%:
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Zn ist ein Element, das einen Effekt auf die Erhöhung des
Potentials hat. Bei der vorliegenden Erfindung kann zur
Kontrolle der Potentialausgeglichenheit mit dem
Kernmaterial Zn zu der Zwischenschicht zugegeben werden.
In anderen Worten, wenn die Potentialdifferenz zwischen
der Zwischenschicht und dem Kernmaterial zu klein ist,
wirkt die Zwischenschicht nicht als Opferanode und das
Kernmaterial wird korrodiert. Daher ist die
Korrosionsbeständigkeit verschlechtert und die Lebensdauer
des Wärmetauschers verkürzt. Wenn die Potentialdifferenz
zwischen der Zwischenschicht und dem Kernmaterial zu gross
ist, korrodiert die Zwischenschicht schnell und wird
schnell verbraucht und die Korrosionsbeständigkeit ist
verschlechtert und die Lebensdauer des Wärmetauschers ist
verkürzt.
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Wenn der Zn-Gehalt in der Zwischenschicht kleiner als
0,05 Gew.-% ist, tendiert die Potentialdifferenz zwischen
der Zwischenschicht und dem Kernmaterial dazu, zu gering
zu sein und die Zwischenschicht kann in Abhängigkeit von
der Potentialausgeglichenheit mit dem Kernmaterial nicht
vollständig als Opferanode arbeiten. Wenn andererseits der
Zn-Gehalt in der Zwischenschicht 5,0 Gew.-% überschreitet,
wird die Stärke und Härte der Zwischenschicht sehr gross
und ihre Walzeigenschaften und Formbarkeit bezüglich des
Kernmaterials verändern sich stark. Daher wird das Walzen
und Formen schwierig, die Potentialdifferenz zwischen dem
Kernmaterial und der Zwischenschicht wird sehr gross, die
Zwischenschicht korrodiert schnell und wird schnell
verbraucht und die Korrosionsbeständigkeit ist
verschlechtert. Daher ist der Zn-Gehalt in der
Zwischenschicht bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Zwischenschicht.
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Mn: 0,05 bis 0,6 Gew.-%; [Mn]c-[Mn]m: 0,3 Gew.-% oder mehr:
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Mn kann zusammen mit Zn zu der Zwischenschicht gegeben
werden, um die Potentialbalance mit dem Kernmaterial zu
regulieren. Wenn der Mn-Gehalt in der Zwischenschicht
kleiner als 0,5 Gew.-% ist, tendiert die Potentialdifferenz
zwischen der Zwischenschicht und dem Kernmaterial dazu,
gross zu werden und die Zwischenschicht wird schnell
korrodiert und verbraucht in Abhängigkeit von der
Potentialbalance mit dem Kernmaterial, und die
Korrosionsbeständigkeit ist verschlechtert. Wenn
andererseits der Mn-Gehalt in der Zwischenschicht
0,6 Gew.-% überschreitet, wird eine Potentialdifferenz
zwischen der Zwischenschicht und dem Kernmaterial klein
und die Zwischenschicht wirkt nicht vollständig als
Opferanode. Daher tendiert das Kernmaterial dazu, zu
korrodieren und die Korrosionsbeständigkeit ist
verschlechtert.
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Wenn angenommen wird, dass der Mn-Gehalt im Kernmaterial
[Mn]c in Gew.-% ist und der Mn-Gehalt in der
Zwischenschicht [Mn]m in Gew.-% ist, und sie nicht den
mathematischen Ausdruck [Mn]c-[Mn]m ≥ 0,3 erfüllen, wird
die Potentialdifferenz zwischen der Zwischenschicht und
dem Kernmaterial klein und das Kernmaterial tendiert zur
Korrosion und die Korrosionsbeständigkeit ist
verschlechtert. Daher ist der Mn-Gehalt in der
Zwischenschicht bevorzugt 0,05 bis 0,6 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Zwischenschicht, und wenn angenommen
wird, dass der Mn-Gehalt im Kernmaterial [Mn]c in Gew.-%
und der Mn-Gehalt in der Zwischenschicht [Mn]m in Gew.-%
ist, wird bevorzugt, dass [Mn]c-[Mn]m 0,3 Gew.-% oder mehr
ist.
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Dicke der Zwischenschicht: 70 um oder mehr,
Rekristallisierungstemperatur: kleiner als die
Schmelztemperatur des Lötmaterials, Korngrösse: 50 um oder
mehr.
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Um die Korrosionsbeständigkeit des Elements zu verbessern,
ist es notwendig, dass die in der Zwischenschicht
enthaltenen chemischen Komponenten und die enthaltenen
Mengen, die oben beschriebenen, bevorzugten Bereiche
treffen, und dass die Zwischenschichtdicke, die
Rekristallisierungstemperatur und die Korngrösse
entsprechend gewählt werden. Wenn die Zwischenschicht eine
Dicke von weniger als 70 um hat, die
Rekristallisierungstemperatur während des Lötens gleich
der Schmelztemperatur oder grösser als die des
Lötmaterials ist, oder die Korngrösse kleiner als 50 um
ist, tendiert das eutektische Si des Lötmaterials dazu, in
die Zwischenschicht einzudringen, das eutektische Si
erreicht das Kernmaterial, um Korrosionswege zu bilden,
die Korrosionsbeständigkeit des Elements ist
verschlechtert und die Lebenszeit des Wärmetauschers ist
verkürzt. Daher wurde die Dicke der Zwischenschicht auf
70 um oder mehr, die Korngrösse auf 50 um oder grösser und
die Rekristallisierungstemperatur auf kleiner als die
Schmelztemperatur des Lötmaterials bestimmt.
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Die Rekristallisierungstemperatur kann durch Limitieren
der in der Zwischenschicht enthaltenen chemischen
Komponenten und ihren Gehalten in den oben beschriebenen
bevorzugten Bereichen reguliert werden durch Anwenden
einer Diffusionsglühen-Hitzebehandlung des Ingots,
erhalten durch Giessen bei z. B. 400 bis 600ºC für 4
Stunden oder mehr.
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Im folgenden wird eine kurze Beschreibung der im
Lötmaterial enthaltenen chemischen Komponenten angegeben
sowie Gründe für die Begrenzung der Zusammensetzungen
dargelegt.
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Si: 7 bis 15 Gew.-%:
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Da Si zusammen mit Al vorkommt und einen niedrigen
Schmelzpunkt hat, stellt es eine Basiskomponente für ein
Lötmaterial mit guter Fliesseigenschaft dar. Wenn der Si-
Gehalt des Lötmaterials kleiner als 7 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht des Lötmaterials ist, wird der
Schmelzpunkt hoch und die vorherbestimmte Fluidität kann
nicht erzielt werden und die Löteigenschaften sind
verschlechtert. Wenn andererseits der Si-Gehalt im
Lötmaterial 15 Gew.-% überschreitet, wird der Schmelzpunkt
hoch und die vorbestimmte Fluidität kann nicht erhalten
werden. Weiterhin ist dies nicht wünschenswert, da grobe
primäre Si-Kristalle hergestellt werden und die
Verarbeitbarkeit davon betroffen ist. Daher ist der Si-
Gehalt im Lötmaterial auf 7 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht des Lötmaterials bestimmt.
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Zn: 0,05 bis 5,0 Gew.-%:
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Zn ist ein Element, das einen Effekt auf die Erniedrigung
des Potentials hat und kann zum Lötmaterial zugegeben
werden, um die Potentialbalance mit der Zwischenschicht in
der Erfindung zu regulieren. Mit anderen Worten, wenn die
Potentialdifferenz zwischen der Zwischenschicht und dem
Kernmaterial zu gross ist, korrodieren die Zwischenschicht
und das Kernmaterial schnell und werden schnell
verbraucht, die Korrosionsbeständigkeit des Elements ist
verschlechtert und die Lebensdauer des Wärmetauschers ist
verkürzt. Wenn der Zn-Gehalt im Lötmaterial kleiner als
0,05 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Lötmaterials
ist, wird die Potentialdifferenz zwischen der
Zwischenschicht und dem Lötmaterial gross und die
Zwischenschicht kann schnell korrodieren und schnell
verbraucht werden, in Abhängigkeit von der
Potentialbalance mit der Zwischenschicht. wenn
andererseits der Zn-Gehalt im Lötmaterial 5,0 Gew.-%
überschreitet, werden die Stärke und Härte des
Lötmaterials gross, die Walz- und Verformbarkeit zwischen
dem Kernmaterial und der Zwischenschicht werden schwierig
und das Walzen und Formen werden schwierig. Da die
Selbstkorrosion und die Verbrauchsgeschwindigkeit des
Lötmaterials erhöht ist, ist weiterhin die
Korrosionsbeständigkeit des Elements verschlechtert und
die Lebensdauer des Wärmetauschers verkürzt. Daher ist der
Zn-Gehalt im Lötmaterial bevorzugt 0,05 bis 5,0 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht des Lötmaterials.
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Erfindungsgemässe Ausführungsformen für das Lötblech aus
Aluminiumlegierung für einen gelöteten Wärmetauscher
werden im Vergleich mit Vergleichsausführungsformen
beschrieben. Zuerst wurden Ingots einer Aluminiumlegierung
als Kernmaterial, Aluminium oder Aluminiumlegierung als
Zwischenschicht und eine Aluminiumlegierung als
Lötmaterial mit verschiedenen chemischen Komponenten und
Zusammensetzungen hergestellt und sie wurden in
verschiedenen Kombinationen verarbeitet, um plattierte
Materialien mit etwa 0,4 mm herzustellen. Für alle
Lötmaterialien wurde eine Plattierungsrate von 10%
bestimmt. Die chemischen Komponenten und Zusammensetzungen
der Aluminiumlegierung für das Kernmaterial, für das
Aluminium oder die Aluminiumlegierung für die
Zwischenschicht und die Aluminiumlegierung für das
Lötmaterial sind in den Tabellen 1, 2 und 3 gezeigt.
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Dann wurde das erhaltene plattierte Material zu kurzen
Streifen von 100 mm Breite und 200 mm Länge geschnitten.
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Ein kommerziell erhältliches, nicht-korrosives Flussmittel
wurde mit 5 g/m² auf die gesamte Oberfläche der Streifen
aufgetragen. Anschliessend wurden die Streifen vertikal in
ihre Longitudinalrichtung suspendiert, auf 600ºC in einer
Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von 200 ppm
oder weniger erhitzt und für 3 Minuten auf 600ºC gehalten,
um die Hitzebehandlung für das Löten durchzuführen.
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Anschliessend wurde das erhaltene hitzebehandelte
Lötmaterial in rechteckige Stücke von 50 mm Breite und
60 mm Länge geschnitten und eine viereckige Fläche zu
einem 5 mm-Punkt vom Ende der Korrosionsbeständigkeits-
Testoberflache zum Zentrum und die gesamte Rückseite
wurden mit einem Klebeband verklebt, um die
Korrosionsbeständigkeits-Teststücke herzustellen.
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Die Korrosionsbeständigkeits-Teststücke wurden in ein OY-
Wasser (eine wässrige Lösung von 159 Gew.ppm von Cl,
60 Gew.ppm SO&sub4;, 1 Gew.ppm Cu und 30 Gew.ppm Fe) getaucht
und bei 80ºC für 8 Stunden und bei Raumtemperatur für 16
Stunden stehen gelassen. Dieses Verfahren wurde für 3
Monate wiederholt. Der Querschnitt eines korrodierten
Teils wurde mit einem Mikroskop untersucht und die
Korrosionstiefe wurde gemessen, um die
Korrosionsbeständigkeit zu untersuchen.
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Nach Erhitzen des plattierten Materials auf 550ºC und
Halten für 3 Minuten wurde ein Querschnitt des
hitzebehandelten plattierten Materials mit einem
Mikrophotografen untersucht, um die Korngrösse zu messen.
Weiterhin wurde das hitzebehandelte Lötmaterial einer
Atmosphäre, die vorher mit Stickstoff entgast worden war,
ausgesetzt und das Pittingpotential wurde mit einer
Sweepinggeschwindigkeit von 10 mV/min in einer wässrigen
3%-igen NaCl-Lösung gemessen.
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Kombinationen von Kernmaterial, Zwischenschicht und
Lötmaterial, wie sie in dieser Ausführungsform verwendet
wurden, sind in den Tabellen 4 bis 6 gezeigt und die
Untersuchungsergebnisse und die gemessenen Ergebnisse sind
in den Tabellen 7 bis 9 zu sehen. Der
Korrosionsbeständigkeits-Untersuchungsblock zeigt die
maximale Korrosionstiefe.
TABELLE 1
TABELLE 2
TABELLE 3
TABELLE 4
TABELLE 5
TABELLE 6
TABELLE 7
TABELLE 8
TABELLE 9
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Wie in den Tabellen 1 bis 6 gezeigt, zeigen alle
Ausführungsformen 1 bis 29, dass die Korrosion bei der
Zwischenschicht gestoppt hat, was auf eine bemerkenswerte
Korrosionsbeständigkeit hindeutet. Wie in den Tabellen 1
bis 3 und 7 bis 9 gezeigt, weist andererseits die
Vergleichsausführungsform Nr. 30 einen Mn-Gehalt im
Kernmaterial auf, das niedriger als das erfindungsgemässe
untere Limit ist, die Potentialdifferenz zwischen dem
Kernmaterial und der Zwischenschicht ist klein und die
Korrosionsbeständigkeit ist verschlechtert. Die
Vergleichsausführungsformen 31 und 32 hatten Mn- oder Cu-
Gehalte im Kernmaterial, die die obere erfindungsgemässe
Begrenzung überschritten, Walzbarkeit und Verformung des
Bleches waren verschlechtert und ein gutes Blech konnte
nicht erhalten werden.
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Die Vergleichsausführungsform Nr. 33 hatte eine Zn-Gehalt
im Kernbereich, der den erfindungsgemässen. Bereich
übertraf, und die Korrosionsbeständigkeit war
verschlechtert. Die Vergleichsausführungsformen Nrn. 34
und 35 hatten einen Si- oder Fe-Gehalt im Kernmaterial,
der das obere Limit des erfindungsgemässen Bereichs
übertraf, die Korrosionsbeständigkeit war extrem
verschlechtert und ein korrodierter Teil ging beim
Korrosionsbeständigkeitstest durch das Blech hindurch.
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Die Vergleichsausführungsform Nr. 36 hatte einen Zr-Gehalt
in der Zwischenschicht, der das obere Limit des
erfindungsgemässen Bereichs übertraf, die Walzbarkeit und
das Verformen des Blechs waren verschlechtert und ein
gutes Blech konnte nicht erhalten werden. Die
Vergleichsausführungsform Nr. 37 hatte einen Zn-Gehalt in
der Zwischenschicht, der das obere Limit des
erfindungsgemässen Bereichs übertraf, die Walzbarkeit und
die Bearbeitbarkeit waren verschlechtert und ein gutes
Blech konnte nicht erhalten werden.
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Die Vergleichsausführungsform Nr. 38 hatte einen Mn-Gehalt
in der Zwischenschicht, der das obere Limit des
erfindungsgemässen Bereichs übertraf, die
Korrosionsbeständigkeit war extrem verschlechtert und ein
korrodierter Teil ging beim Korrosionsbeständigkeitstest
durch das Blech hindurch. Bei der
Vergleichsausführungsform Nr. 39 hatte das
Ausgangsaluminium, das zur Herstellung des
Legierungsingots für die Zwischenschicht verwendet wurde,
eine Reinheit, die kleiner war als das untere Limit des
erfindungsgemässen Bereichs, der Gehalt an Si und Fe, die
unvermeidliche Verunreinigungen in der Zwischenschicht
darstellen, waren erhöht, die Korrosionsbeständigkeit war
extrem verschlechtert und beim
Korrosionsbeständigkeitstest ging ein korrodierter Teil
durch das Blech hindurch.
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Bei der Vergleichsausführungsform Nr. 40 übertraf der Zn-
Gehalt im Lötmaterial das obere Limit des
erfindungsgemässen Bereichs, die Walzbarkeit bei der
Herstellung des Blechs war verschlechtert und ein gutes
Blech konnte nicht erhalten werden. Die
Vergleichsausführungsformen Nr. 41 und 42 hatten einen Si-
Gehalt im Lötmaterial, der ausserhalb des
erfindungsgemässen Bereichs lag, die Fluidität des
Lötmaterials war herabgesetzt und ein Löten konnte nicht
durchgeführt werden.
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Die Vergleichsausführungsform 43 hatte eine
Zwischenschicht mit einer kleineren Dicke als das untere
Limit des erfindungsgemässen Bereichs, die
Korrosionsbeständigkeit war extrem verschlechtert und beim
Korrosionsbeständigkeitstest ging ein korrodierter Teil
durch das Blech hindurch. Die Vergleichsausführungsform
Nr. 44 hatte Gehalte an chemischen Komponenten im
Kernmaterial und im Lötmaterial, die ausserhalb des
erfindungsgemässen Bereichs lagen, eine Zwischenschicht
wurde nicht verwendet, die Korrosionsbeständigkeit war
extrem verschlechtert und beim
Korrosionsbeständigkeitstest ging ein korrodierter Teil
durch das Blech hindurch.
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Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäss ein gelöteter
Wärmetauscher mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit
erhalten werden, wenn die chemischen Komponenten und die
Zusammensetzungen des Kernmaterials, der Zwischenschicht
und des Lötmaterials bestimmt sind auf entsprechende
Mengen, die Zwischenschichtdicke und -korngrösse
entsprechend spezifiziert sind und die
Rekristallisierungstemperatur reguliert ist, so dass sie
niedriger ist als die Schmelztemperatur des Lötmaterials.