JP3759441B2 - 熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金押出チューブ及びその製造方法並びに熱交換器 - Google Patents
熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金押出チューブ及びその製造方法並びに熱交換器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3759441B2 JP3759441B2 JP2001313139A JP2001313139A JP3759441B2 JP 3759441 B2 JP3759441 B2 JP 3759441B2 JP 2001313139 A JP2001313139 A JP 2001313139A JP 2001313139 A JP2001313139 A JP 2001313139A JP 3759441 B2 JP3759441 B2 JP 3759441B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tube
- heat exchanger
- corrosion resistance
- aluminum alloy
- extruded tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
- F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
- F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
- F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
- F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
- F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
- F28D1/05383—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
- F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
- F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Extrusion Of Metal (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にコンデンサなどの自動車用アルミニウム合金製熱交換器に使用されるアルミニウム合金押出管あるいはヘッダーパイプなどの押出材として、高強度かつ優れた耐食性を有するアルミニウム合金押出チューブおよびその製造方法、並びにそれらを使用して製造された熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の自動車用熱交換器としては、ヘッダーパイプと称される左右一対の管体の間に多数の偏平チューブを互いに平行に所定の間隔でヘッダーパイプと直角に架設し、扁平チューブの端部をヘッダーパイプの側面に接続してヘッダーパイプの内部空間と各チューブ内部空間とを連通させ、複数のチューブ間にフィン部材を配して熱交換性を高めた構成が広く知られている。この種の熱交換器は、ヘッダーパイプおよび各チューブの内部を冷媒が循環し、各チューブ間に配されたフィンを介して効率良く熱交換できるようになっている。
これらの熱交換器は、チューブとフィン部材をろう付けすることにより製造されるが、チューブに押出材を使用する場合は、チューブ側にろう材層がないため、あらかじめＡｌ合金芯材の両面にＡｌ−Ｓｉ系合金などのろう材層をクラッドしたフィン部材が一般的に用いられており、このフィン部材のろう材層によりチューブとフィン部材の接合が行われている。
このような熱交換器の使用部材は、軽量化のために年々薄肉化される傾向にあり、特にチューブ材では薄肉化によりさらなる強度アップおよび耐食性の向上が求められてきており、高い強度と耐食性を兼ね備えていることが必要となる。
【０００３】
自動車用熱交換器の中でも、コンデンサは熱交換効率の関係から車両の最前部に取り付けられているため、厳しい腐食環境に曝されやすい。特に海岸などの空気中に塩分を含む環境や、空気中に腐食性のガスを含む工業地帯、あるいは塩化物を主体とした融雪剤を散布する地域などの過酷な腐食形態となることが知られており、上記のような環境では特に腐食が促進され、短期間でチューブに貫通孔が発生し冷媒が漏れることで熱交換器の機能が失われる場合がある。また、前記構成の熱交換器において、ろう付けフィレット部（ろう材が溶融凝固した部分）とその周辺のチューブの耐食性を高めるために、フィン部材のＡｌ合金芯材にＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ等の電位を卑化する元素を添加してフィン部材の電位を他の部分よりも卑とすることにより、いわゆる犠牲陽極フィンを構成し、これによって仮に腐食環境に曝された場合であっても、フィン部材を積極的に腐食させてチューブは腐食しないようにし、チューブの耐食性を確保してチューブ内を流れる冷却媒体の漏洩が生じないようにすることがなされている。
ところが、特定の腐食環境あるいは腐食条件においては、フィン部材の犠牲陽極防食効果が十分に発揮されず、フィン部材のみによる防食機構では十分な耐食性が得られないことが分かっている。そこで、現在、これらの熱交換器には押出チューブ表面にＺｎ溶射を行い、チューブ内部とチューブ表面との間に電位差を設け、チューブ表面に犠牲陽極層を形成させることで、チューブに深い孔食が発生するのを抑制し、耐食性の向上を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の如く薄肉化の要求により、押出材にはさらなる強度アップおよび耐食性の向上が求められており、現行材より強度と耐食性がともに優れる材料の開発が望まれている。犠牲陽極フィンを使用した熱交換器にあっては、チューブやろう付け部よりもフィン部材が優先的に腐食することによってチューブやヘッダーパイプの腐食を防止するようになっているが、フィン部材の腐食速度が速く、比較的早期にフィン部材の一部が失われることがあると、チューブの耐食性や熱交換効率の低下などを引き起こしやすいという問題があった。
また、フィン部材のみの犠牲陽極防食機構では耐食性が不十分なため、チューブ表面にＺｎ溶射を行い、チューブ表面に犠牲陽極層を形成することにより耐食性の改善を行っている。しかし、ヘッダー部などはＺｎ溶射ができないため、材料自体の耐食性の向上が非常に重要であり、耐食性に優れ、さらに高強度の押出材の開発が望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、高強度でありかつ押出成形性が良好で、さらにチューブ表面にＺｎ溶射層を形成しなくとも優れた耐食性を得ることができるアルミニウム合金押出チューブおよびその製造方法、並びにこれを用いた熱交換器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、重量％でＣｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０３％以下を含み、残部がＡｌと不可避不純物からなり、高強度、高耐食の特性を併せ持つ熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを提供する。
【０００７】
本発明者は、ＡｌにＴｉを含有させることで、押し出し成型時に材料中にＴｉ濃度が高い部分と低い部分が層状に形成され、Ｔｉ濃度が低い部分は高い部分に比べ電位が卑になり、優先的に腐食が進行するため腐食形態が層状となり、深い孔食の発生が抑制され耐食性を向上させること、さらにＺｒを添加することで、より腐食形態が層状となり非常に耐食性が向上することを見出した。以上のようにＴｉ、Ｚｒの相互作用により、深い孔食の発生が抑制され、アルミニウム合金押出チューブの耐食性が著しく向上することを発見した。
さらに、Ｃｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｒを添加することで材料強度を向上させた。通常、Ｃｕを添加すると腐食速度が増加し、耐食性は低下するが、Ｃｕ等の添加元素を上記範囲とすると、耐食性をほとんど低下させることなく強度を向上させることができることを本発明者は知見した。また、Ｍｇの添加もろう付け性を低下させるためあまり好ましくないが、本発明の記載範囲であれば、フラックス塗布量の制御によりろう付け性を大きく低下させることなくろう付けが可能で、かつ材料強度を向上させることが確認された。従って、強度および耐食性ともに優れた押出チューブとして本発明では上記成分範囲を定めた。
【０００８】
以下、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを構成する各成分の含有範囲とその作用について説明する。
【０００９】
Ｃｕ（０．０３％〜０．４％）：Ｃｕは、材料の強度を向上させる作用を有する。また、チューブの電位を貴にするため、フィンの犠牲陽極効果を有効に働かせる効果を有する。前記範囲の上限値を越える含有量では、チューブの腐食が速くなり耐食性が低下する。また、前記範囲の下限値未満では強度を向上させる効果が十分に得られない。Ｃｕ含有量のより好ましい範囲としては、０．１〜０．３％であり、このような範囲とすることで、強度と耐食性を兼ね備えたチューブを構成することができる。
【００１０】
Ｔｉ（０．０３％〜０．５％）：Ｔｉを添加すると鋳造時にＴｉ濃度（固溶度）が高い部分と低い部分が形成され、このＴｉ分布が押出成型時に材料中に層状に分布する。Ｔｉ濃度が低い部分は高い部分に比べ電位が卑になるため優先的に腐食が進行し、腐食形態が層状となり、深い孔食の発生が抑制されるため耐食性が向上する。また、材料の強度を向上させる効果もある。前記範囲の上限値を越える量のＴｉを含む場合、合金の融点が上昇して鋳造時に溶け残りが発生したり、巨大な金属間化合物が生成しやすくなるため、材料の押出加工性を低下させる。また、前記範囲の下限値未満では耐食性を向上させる効果が十分に得られない。Ｔｉ含有量のより好ましい範囲としては、０．１〜０．２％の範囲である。
【００１１】
Ｚｒ（０．０１〜０．３％）：Ｚｒは、Ｔｉの層状腐食を促進させて耐食性を向上させる効果を有するとともに、材料強度を向上させる効果を有する。前記範囲の上限値を越えるＺｒを含む場合、Ｔｉ−Ｚｒ系の巨大金属間化合物が生成して材料の押出加工性が低下する。また、前記範囲の下限値未満では、耐食性を向上させる効果が十分に得られない。Ｚｒ含有量の最適な範囲は、０．０５〜０．１５％の範囲である。
【００１２】
Ｍｇ（０．０１〜０．３％）：ろう付け時に材料中に固溶し、その後析出することで材料の強度を向上させる。また、Ｓｉが存在する場合には、Ｍｇ2Ｓｉの析出物を生成し、Ｍｇ単独の場合よりさらに強度が向上する。前記範囲の上限値を越える場合には、フラックスの効果を阻害し、ろう付け性を著しく低下させる。ろう付け性を阻害しない範囲のＭｇ添加量は０．１％までだが、それ以上添加してもフラックス塗布量を増量すればろう付け性をある程度改善することが可能である。また、前記範囲の下限値未満では、材料強度を向上させる効果が十分に得られない。Ｍｇ含有量の最適な範囲は、０．０１〜０．１％の範囲であり、Ｍｇ含有量をこの範囲とすることで、高強度でろう付け性に優れたアルミニウム合金押出チューブを構成することができる。
【００１３】
Ｍｎ（０．０３％以下）：ＭｎはＡｌとの金属間化合物を形成して金属組織中に晶出又は析出し、ろう付け後の強度を向上させる効果を有する。さらに、アルミニウム合金チューブの電位をフィン部材に対して貴にするため、フィン部材との電位差を大きくすることができ、フィン部材の犠牲陽極効果をより有効に作用させて耐食性を向上させる。前記範囲の上限値を超える場合には、Ａｌ−Ｍｎ系化合物として材料中に分散し、高温での変形抵抗が大きくなるため、押出加工性を著しく低下させる。偏平多穴管のようにチューブ形状が複雑な場合はＭｎ添加量は少なくする方が好ましい。
【００１４】
さらに、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブにおいては、Ｆｅ：０．１５〜１．０％及び／又はＳｉ：０．３〜１．０％を含む組成とすることもできる。以下に、Ｆｅ及びＳｉの作用と含有範囲について説明する。
【００１５】
Ｆｅ（０．１５〜１．０％）：ＦｅもＭｎと同様にＡｌとの金属間化合物を形成して金属組織中に晶出又は析出し、さらにろう付け後の結晶粒を細かくする作用によりろう付け後の強度を向上させる効果を有する。前記範囲の上限値を超える含有量では、粗大なＡｌ−Ｆｅ系化合物として材料中に分散するため、高温での変形抵抗が上昇し、押出加工性を著しく低下させる。また、上記範囲の下限値未満では、上述の効果が得られない。
【００１６】
Ｓｉ（０．３〜１．０％）：Ｓｉは材料中に固溶あるいは析出物として微細に分布され、ろう付け後の強度を向上させる効果を有する。さらに、固溶したＳｉはフィン部材に対してチューブの電位を貴にするため、フィン部材との電位差が大きくとれ、フィン部材の犠牲陽極効果を有効に働かせることができ、チューブの耐食性を向上させることができる。また、チューブのろう付け性を向上させる効果も有する。Ｓｉは上記範囲の上限値を越える含有量では、材料の融点が低下するため押出時に局所融解が生じたり、高温強度の低下によりチューブの変形が起こりやすい。また、粒界腐食の発生により耐食性が低下するおそれもある。また、前記範囲の下限値未満では、上記ろう付け強度の向上効果が十分に得られない。
【００１７】
また、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブは、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄの希土類元素のうち１種または２種以上を含有し、その総量（Ｃｅ＋Ｌａ＋Ｎｄ）が重量％で０．００５〜０．２％の範囲とされた構成としても良い。以下にこれの希土類元素を含有した場合の作用とその含有範囲について説明する。
【００１８】
Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｂ（総量０．００５〜０．２％）：これらの希土類元素は、Ａｌ−Ｘ系（Ｘ＝Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｂ）、あるいはＦｅが含まれる場合には、Ａｌ−Ｆｅ−Ｘ系の晶析出物を形成し、これらの晶析出物が素地中に微細均一に分布することで材料の強度を向上させる効果を有する。含有量が前記範囲の上限値を越える場合には、粗大な金属間化合物が生成し、押出加工性及び切削加工性が低下する。また、前記範囲の下限値未満では、材料の強度を向上させる効果が不十分なものとなる。
これらＣｅ，Ｌａ，Ｎｂは、それぞれの純金属を必要量添加することもできるが、これら希土類元素の混合物として算出されるミッシュメタルを添加しても良い。このミッシュメタルは、前記元素の純金属よりも割安であり、アルミニウム合金押出チューブのコスト削減に非常に有効である。ミッシュメタルには、前記Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｂ以外の元素として数％のＰｒやごく微量のＰｂ，Ｐ，Ｓ等が含まれることがあるが、これらの不純物が含まれることによる本発明のアルミニウム合金押出チューブへの影響は殆ど無い。従って、実用的にはミッシュメタルの添加量を制御することで、極めて容易に希土類元素の総量を調整することができる。尚、ミッシュメタルの典型的な組成は、Ｃｅ：約５０％、Ｌａ：約２５％、Ｎｄ：約１０％である。
【００１９】
次に、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法は、先のいずれかに記載の合金組成のビレットを鋳造し、その後均質化処理を実施せずに押出成形することを特徴とする。
【００２０】
すなわち、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法は、重量％で、Ｃｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０３％以下、Ｚｒ：０．０１〜０．３％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなる合金組成のビレットを鋳造し、その後均質化処理を実施せずに押出成形するものである。
【００２１】
また、本発明においては、重量％で、Ｃｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０３％以下、Ｚｒ：０．０１〜０．３％を含有し、Ｆｅ：０．１５〜１．０％、Ｓｉ：０．３〜１．０％のうち１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなる合金組成のビレットを鋳造し、その後均質化処理を実施せずに押出成形することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法も適用することができる。
【００２２】
あるいはまた、本発明においては、重量％で、Ｃｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０３％以下、Ｚｒ：０．０１〜０．３％を含有し、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｄの希土類元素のうち１種又は２種以上を、その総量が重量％で０．００５〜０．２％となるように含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなる合金組成のビレットを鋳造し、その後均質化処理を実施せずに押出成形することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法も適用可能である。
【００２３】
上記熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法の特徴的な点は、合金ビレットの鋳造後、従来実施されていた均質化処理を施すことなく鋳造ままで押出成形を行うことにある。均質化処理は、鋳造凝固時に偏析した元素あるいは金属間化合物を安定化（均一化）させるために、通常はほぼ全ての材料で実施されている。本発明に係るアルミニウム合金においては、Ｔｉ及びＺｒの材料中の不均一分布により腐食形態を層状にすることで耐食性の向上を図っている。このＴｉ及びＺｒの不均一分布は鋳造時に形成されるため、その後均質化処理を行うと前記Ｔｉ，Ｚｒの不均一分布が若干解消され、層状腐食の効果が弱まり、押出材の耐食性が低下することが分かった。本発明に係る合金組成を備えたアルミニウム合金においては、均質化処理をしなくとも押出加工性や特性上の問題は発生しないことが本発明者らにより確認されており、耐食性向上の面から、本発明に係る製造方法では、均質化処理を実施せずに押出成形を行うこととした。
【００２４】
次に、本発明に係る熱交換器は、先のいずれかに記載の本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブと、該アルミニウム合金押出チューブにろう付けされたフィン部材とを備えたことを特徴とする。係る構成とすることで、高強度で耐食性に優れる熱交換器を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。図１は本発明に係る熱交換器の一例を示すもので、この例の熱交換器Ａは、左右に離間して配置されて上下方向に伸びるヘッダーパイプ１、２と、これらのヘッダーパイプ１、２の間に相互の間に間隙をあけて互いに平行に、かつ、ヘッダーパイプ１、２に対して直角に接合された複数のチューブ３と、チューブ３にそれぞれろう付けされた波形の複数のフィン部材４を主体として構成されている。前記ヘッダーパイプ１、２とチューブ３とフィン部材４は、それぞれ熱伝導性に優れたＡｌまたはＡｌ合金から構成されているが、これらの中でチューブ３は本発明に係るＡｌ合金押出チューブから構成され、フィン部材４は、Ａｌ合金の芯材４ａと、この芯材４ａの表面と裏面を覆って設けられたＡｌ合金からなるろう材層４ｂとからなるブレージングシートをフィン状に加工することで構成されている。
【００２６】
前記チューブ３は、Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｚｒを添加したＡｌ合金押出チューブから形成され、各添加元素の含有量は、重量％でＣｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０３％以下とされる。前記フィン部材４の芯材４ａは、例えばＭｎとＳｉとＦｅとＺｒとＺｎを添加したＡｌ合金から形成される。また、前述のチューブ３の組成に加えて、Ｆｅ及び／又はＳｉを、重量％で０.１５％≦Ｆｅ≦１．０％、０.３％≦Ｓｉ≦１．０％の割合で添加してもよい。あるいはまた、前記のいずれかの組成に加えて、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｂから選ばれる１種又は２種以上の希土類元素を、その総量が重量％で０．００５〜０．２％の範囲となるように加えても良い。これらの元素をさらに添加することによる効果は、上記（課題を解決するための手段）の項で述べた通りである。
【００２７】
次に、フィン部材４の折曲部４Ａとチューブ３のろう付け部を図２に拡大して示すが、フィン部材４の折曲部４Ａがチューブ３の外周部に当接され、この当接部まわりの、例えばＳｉとＺｎを添加したＡｌ合金からなるろう材層４ｂが、ろう付け時の熱により溶融凝固されて折曲部分４Ａの先端部周りを覆ってろう付け部６が形成され、このろう付け部６においてろう材が拡がった部分がフィレット部６ａとされ、このフィレット部６ａにはＺｎの濃縮部が形成されている。前記ろう付け部６のフィレット部６ａとその周囲部分の構造において、フィレット部６ａとろう材層４ｂと芯材４ａとチューブ３の順に次第に電気化学的に貴になるように各部材が設けられている。
【００２８】
上記構成の熱交換器に用いられているチューブ３は、所定の組成を有するＡｌ合金のビレットを鋳造し、このビレットに均質化処理を実施せずに押出成形することで製造することができる。このようにビレットへの均質化処理を実施しないのは、ビレット鋳造時に金属組織中に形成されるＴｉ及びＺｒの不均一分布を保持するためである。均質化処理を行うと、この不均一分布が解消されて、チューブの耐食性が低下するため好ましくない。
図２に示すチューブ３の表面には、溶射によりＺｎからなる層を形成しても良い。このようにして形成されたＺｎ層は、チューブ３の表面と内部とに電位差を生じさせてチューブ３の表面に犠牲陽極層を形成する。これにより、深い孔食がチューブ３に生じるのを効果的に防止することができる。
また、前記チューブ３の表面に、Ｓｉ粉末、あるいはＡｌ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系の粉末ろう材を含有するフラックスを塗布することもできる。このような構成とすることで、フィン部材４とチューブ３あるいはヘッダーパイプ１，２を一括的にろう付け接合して製造することができるので、熱交換器Ａの製造コストを低減することができる。特に、Ｓｉ粉末は安価で塗布量が少なくてすむため、幅広い使用が期待できる。従来、Ｓｉ粉末やＡｌ−Ｓｉ粉末をろう材として使用する場合、押出チューブの耐食性が問題となっていたが、本発明に係る合金組成を備えた押出チューブは、優れた耐食性を備えているので、これらの粉末を含むフラックスをも用いる場合にも、腐食の心配がない。
【００２９】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について比較例あるいは従来例と対比して説明する。
（実施例１）
本例では、表１に示す合金組成を有するアルミニウム合金の直径８インチ（２０３．２ｍｍ）のビレットを、常法に基づき溶解鋳造を行って作製した。次いで、このビレットを押出成形して、成形直後に水冷することにより、図３に示す多穴のアルミニウム合金押出チューブ１３を作製した。図３に示す押出チューブ１３は、複数の仕切壁１３Ａにより内部を区画されており、この区画された空間が冷媒流路である通孔１３Ｂとされている。本例では、押出チューブ１３として幅２０ｍｍ、高さ２ｍｍ、肉厚０．４ｍｍであり、通孔１３Ｂが２４個形成されたものを作製した。
次に、ＪＩＳ３００３合金を芯材とし、ＪＩＳ４０４５合金を芯材の両面にクラッドした板厚０．１ｍｍの板材を、高さ１０ｍｍ、フィンピッチ３ｍｍのコルゲート状に加工してフィン部材を作製した。そして、上記押出チューブ１３及びフィン部材を脱脂後、ステンレスワイヤで拘束してフッ化フラックスを均一に塗布した後、１００℃で５分間加熱乾燥して、これを窒素ガス雰囲気中で６００℃×３分間加熱するろう付け熱処理にてろう付けし、評価用の模擬コアを作製した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
以上の工程により得られた本発明材（Ｎｏ．１〜１４）及び比較材（Ｎｏ．１５〜２４）について、以下の評価を行った。その結果を表２に示す。
まず、押出加工性の評価は、押出成形後の押出チューブの断面形状を観察することにより行った。この観察において、割れやくびれ等の異常が無く、良好な断面形状が得られたものには、○（良好）を付し、異常が見られたものには×（不良）を付して評価した。
次に、フィン部材と押出チューブとのろう付け性の評価は、押出チューブとフィン部材との接合を確認することにより行い、その接合部におけるろう付け状態を○（良好）、×（不良）とに分類して表２に併記する。
次に、耐食性の評価は、上記のコアに対し、塩水噴霧４時間→乾燥２時間→湿潤２時間の乾湿サイクルを付加するサイクル試験を行い、この腐食サイクル試験条件に５００時間暴露して腐食させた後、押出チューブに生じた孔食の最大腐食深さを測定することにより行った。
次に、材料強度の評価は、断面積及び断面形状を同じくした押出チューブを一定長さに切断し、窒素ガス雰囲気中で６００℃×３分間加熱するろう付け相当の熱処理を行った後に、引張試験を行って機械的性質を測定し、この引張強さを比較することにより行った。
【００３２】
【表２】
【００３３】
表２に示すように、本発明の要件を満たすＮｏ．１〜１４の本発明材は、本発明の要件を満たさないＮｏ．１５〜２４の比較材に比して、強度が高く、かつ押出加工性、ろう付け性も良好であり、その腐食形態が層状あるいは面状であるために孔食の深さが浅く、優れた耐食性を有していた。一方、比較材においては、その腐食形態が孔食型であるために、深い孔食が形成されて短期間に貫通孔が発生し、特性は明らかに劣っていた。また、貫通孔が発生しなかったもの（Ｎｏ．１５，１８〜２１）についても、引張強さが９０ＭＰａ未満で強度不足となるか、またはろう付け性や押出加工性に劣るものであった。
【００３４】
（実施例２）
本例では、本発明に係る製造方法における均質化処理の有無による耐食性への影響をより明らかにするために、表１に示す試料Ｎｏ．２の組成のアルミニウム合金のビレットを作製後、均質化処理を行った後に押出成形を行ったコアを作製した。このコアと、Ｎｏ．２のコアについて、上記実施例１と同様に押出加工性と、耐食性の評価を行った。その結果を表３に示す。表３に示すように、均質化処理を行った後に押出成形を行ったコアは、均質化処理を実施しない以外は同等の構成のＮｏ．２のコアに比して耐食性に劣る結果となった。これは、均質化処理によりＴｉ及びＺｒの不均一分布が一部解消され、深い孔食が生じ易くなったためであると考えられる。
【００３５】
【表３】
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、重量％で、Ｃｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．３〜０．３％。Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなる構成とされた本発明のアルミニウム合金押出チューブは、高強度で耐食性に優れており、また押出加工性及びろう付け性にも優れていることから、コンデンサなどの押出チューブを使用する自動車の熱交換器に好適に使用することができ、熱交換器の寿命や品質向上に大いに貢献し得るものである。
次に、本発明に係る製造方法によれば、上記優れた強度を耐食性を兼ね備えたアルミニウム合金押出チューブを、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る熱交換器の一例を示す構成図である。
【図２】 図２は、図１に示すチューブ及びフィン部材を拡大して示す図である。
【図３】 図３は、本発明に係る多穴の押出チューブの一例における断面図である。
【符号の説明】
Ａ 熱交換器
１，２ ヘッダーパイプ
１３ チューブ（アルミニウム合金押出チューブ）
４ フィン部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にコンデンサなどの自動車用アルミニウム合金製熱交換器に使用されるアルミニウム合金押出管あるいはヘッダーパイプなどの押出材として、高強度かつ優れた耐食性を有するアルミニウム合金押出チューブおよびその製造方法、並びにそれらを使用して製造された熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の自動車用熱交換器としては、ヘッダーパイプと称される左右一対の管体の間に多数の偏平チューブを互いに平行に所定の間隔でヘッダーパイプと直角に架設し、扁平チューブの端部をヘッダーパイプの側面に接続してヘッダーパイプの内部空間と各チューブ内部空間とを連通させ、複数のチューブ間にフィン部材を配して熱交換性を高めた構成が広く知られている。この種の熱交換器は、ヘッダーパイプおよび各チューブの内部を冷媒が循環し、各チューブ間に配されたフィンを介して効率良く熱交換できるようになっている。
これらの熱交換器は、チューブとフィン部材をろう付けすることにより製造されるが、チューブに押出材を使用する場合は、チューブ側にろう材層がないため、あらかじめＡｌ合金芯材の両面にＡｌ−Ｓｉ系合金などのろう材層をクラッドしたフィン部材が一般的に用いられており、このフィン部材のろう材層によりチューブとフィン部材の接合が行われている。
このような熱交換器の使用部材は、軽量化のために年々薄肉化される傾向にあり、特にチューブ材では薄肉化によりさらなる強度アップおよび耐食性の向上が求められてきており、高い強度と耐食性を兼ね備えていることが必要となる。
【０００３】
自動車用熱交換器の中でも、コンデンサは熱交換効率の関係から車両の最前部に取り付けられているため、厳しい腐食環境に曝されやすい。特に海岸などの空気中に塩分を含む環境や、空気中に腐食性のガスを含む工業地帯、あるいは塩化物を主体とした融雪剤を散布する地域などの過酷な腐食形態となることが知られており、上記のような環境では特に腐食が促進され、短期間でチューブに貫通孔が発生し冷媒が漏れることで熱交換器の機能が失われる場合がある。また、前記構成の熱交換器において、ろう付けフィレット部（ろう材が溶融凝固した部分）とその周辺のチューブの耐食性を高めるために、フィン部材のＡｌ合金芯材にＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ等の電位を卑化する元素を添加してフィン部材の電位を他の部分よりも卑とすることにより、いわゆる犠牲陽極フィンを構成し、これによって仮に腐食環境に曝された場合であっても、フィン部材を積極的に腐食させてチューブは腐食しないようにし、チューブの耐食性を確保してチューブ内を流れる冷却媒体の漏洩が生じないようにすることがなされている。
ところが、特定の腐食環境あるいは腐食条件においては、フィン部材の犠牲陽極防食効果が十分に発揮されず、フィン部材のみによる防食機構では十分な耐食性が得られないことが分かっている。そこで、現在、これらの熱交換器には押出チューブ表面にＺｎ溶射を行い、チューブ内部とチューブ表面との間に電位差を設け、チューブ表面に犠牲陽極層を形成させることで、チューブに深い孔食が発生するのを抑制し、耐食性の向上を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の如く薄肉化の要求により、押出材にはさらなる強度アップおよび耐食性の向上が求められており、現行材より強度と耐食性がともに優れる材料の開発が望まれている。犠牲陽極フィンを使用した熱交換器にあっては、チューブやろう付け部よりもフィン部材が優先的に腐食することによってチューブやヘッダーパイプの腐食を防止するようになっているが、フィン部材の腐食速度が速く、比較的早期にフィン部材の一部が失われることがあると、チューブの耐食性や熱交換効率の低下などを引き起こしやすいという問題があった。
また、フィン部材のみの犠牲陽極防食機構では耐食性が不十分なため、チューブ表面にＺｎ溶射を行い、チューブ表面に犠牲陽極層を形成することにより耐食性の改善を行っている。しかし、ヘッダー部などはＺｎ溶射ができないため、材料自体の耐食性の向上が非常に重要であり、耐食性に優れ、さらに高強度の押出材の開発が望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、高強度でありかつ押出成形性が良好で、さらにチューブ表面にＺｎ溶射層を形成しなくとも優れた耐食性を得ることができるアルミニウム合金押出チューブおよびその製造方法、並びにこれを用いた熱交換器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、重量％でＣｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０３％以下を含み、残部がＡｌと不可避不純物からなり、高強度、高耐食の特性を併せ持つ熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを提供する。
【０００７】
本発明者は、ＡｌにＴｉを含有させることで、押し出し成型時に材料中にＴｉ濃度が高い部分と低い部分が層状に形成され、Ｔｉ濃度が低い部分は高い部分に比べ電位が卑になり、優先的に腐食が進行するため腐食形態が層状となり、深い孔食の発生が抑制され耐食性を向上させること、さらにＺｒを添加することで、より腐食形態が層状となり非常に耐食性が向上することを見出した。以上のようにＴｉ、Ｚｒの相互作用により、深い孔食の発生が抑制され、アルミニウム合金押出チューブの耐食性が著しく向上することを発見した。
さらに、Ｃｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｒを添加することで材料強度を向上させた。通常、Ｃｕを添加すると腐食速度が増加し、耐食性は低下するが、Ｃｕ等の添加元素を上記範囲とすると、耐食性をほとんど低下させることなく強度を向上させることができることを本発明者は知見した。また、Ｍｇの添加もろう付け性を低下させるためあまり好ましくないが、本発明の記載範囲であれば、フラックス塗布量の制御によりろう付け性を大きく低下させることなくろう付けが可能で、かつ材料強度を向上させることが確認された。従って、強度および耐食性ともに優れた押出チューブとして本発明では上記成分範囲を定めた。
【０００８】
以下、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを構成する各成分の含有範囲とその作用について説明する。
【０００９】
Ｃｕ（０．０３％〜０．４％）：Ｃｕは、材料の強度を向上させる作用を有する。また、チューブの電位を貴にするため、フィンの犠牲陽極効果を有効に働かせる効果を有する。前記範囲の上限値を越える含有量では、チューブの腐食が速くなり耐食性が低下する。また、前記範囲の下限値未満では強度を向上させる効果が十分に得られない。Ｃｕ含有量のより好ましい範囲としては、０．１〜０．３％であり、このような範囲とすることで、強度と耐食性を兼ね備えたチューブを構成することができる。
【００１０】
Ｔｉ（０．０３％〜０．５％）：Ｔｉを添加すると鋳造時にＴｉ濃度（固溶度）が高い部分と低い部分が形成され、このＴｉ分布が押出成型時に材料中に層状に分布する。Ｔｉ濃度が低い部分は高い部分に比べ電位が卑になるため優先的に腐食が進行し、腐食形態が層状となり、深い孔食の発生が抑制されるため耐食性が向上する。また、材料の強度を向上させる効果もある。前記範囲の上限値を越える量のＴｉを含む場合、合金の融点が上昇して鋳造時に溶け残りが発生したり、巨大な金属間化合物が生成しやすくなるため、材料の押出加工性を低下させる。また、前記範囲の下限値未満では耐食性を向上させる効果が十分に得られない。Ｔｉ含有量のより好ましい範囲としては、０．１〜０．２％の範囲である。
【００１１】
Ｚｒ（０．０１〜０．３％）：Ｚｒは、Ｔｉの層状腐食を促進させて耐食性を向上させる効果を有するとともに、材料強度を向上させる効果を有する。前記範囲の上限値を越えるＺｒを含む場合、Ｔｉ−Ｚｒ系の巨大金属間化合物が生成して材料の押出加工性が低下する。また、前記範囲の下限値未満では、耐食性を向上させる効果が十分に得られない。Ｚｒ含有量の最適な範囲は、０．０５〜０．１５％の範囲である。
【００１２】
Ｍｇ（０．０１〜０．３％）：ろう付け時に材料中に固溶し、その後析出することで材料の強度を向上させる。また、Ｓｉが存在する場合には、Ｍｇ2Ｓｉの析出物を生成し、Ｍｇ単独の場合よりさらに強度が向上する。前記範囲の上限値を越える場合には、フラックスの効果を阻害し、ろう付け性を著しく低下させる。ろう付け性を阻害しない範囲のＭｇ添加量は０．１％までだが、それ以上添加してもフラックス塗布量を増量すればろう付け性をある程度改善することが可能である。また、前記範囲の下限値未満では、材料強度を向上させる効果が十分に得られない。Ｍｇ含有量の最適な範囲は、０．０１〜０．１％の範囲であり、Ｍｇ含有量をこの範囲とすることで、高強度でろう付け性に優れたアルミニウム合金押出チューブを構成することができる。
【００１３】
Ｍｎ（０．０３％以下）：ＭｎはＡｌとの金属間化合物を形成して金属組織中に晶出又は析出し、ろう付け後の強度を向上させる効果を有する。さらに、アルミニウム合金チューブの電位をフィン部材に対して貴にするため、フィン部材との電位差を大きくすることができ、フィン部材の犠牲陽極効果をより有効に作用させて耐食性を向上させる。前記範囲の上限値を超える場合には、Ａｌ−Ｍｎ系化合物として材料中に分散し、高温での変形抵抗が大きくなるため、押出加工性を著しく低下させる。偏平多穴管のようにチューブ形状が複雑な場合はＭｎ添加量は少なくする方が好ましい。
【００１４】
さらに、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブにおいては、Ｆｅ：０．１５〜１．０％及び／又はＳｉ：０．３〜１．０％を含む組成とすることもできる。以下に、Ｆｅ及びＳｉの作用と含有範囲について説明する。
【００１５】
Ｆｅ（０．１５〜１．０％）：ＦｅもＭｎと同様にＡｌとの金属間化合物を形成して金属組織中に晶出又は析出し、さらにろう付け後の結晶粒を細かくする作用によりろう付け後の強度を向上させる効果を有する。前記範囲の上限値を超える含有量では、粗大なＡｌ−Ｆｅ系化合物として材料中に分散するため、高温での変形抵抗が上昇し、押出加工性を著しく低下させる。また、上記範囲の下限値未満では、上述の効果が得られない。
【００１６】
Ｓｉ（０．３〜１．０％）：Ｓｉは材料中に固溶あるいは析出物として微細に分布され、ろう付け後の強度を向上させる効果を有する。さらに、固溶したＳｉはフィン部材に対してチューブの電位を貴にするため、フィン部材との電位差が大きくとれ、フィン部材の犠牲陽極効果を有効に働かせることができ、チューブの耐食性を向上させることができる。また、チューブのろう付け性を向上させる効果も有する。Ｓｉは上記範囲の上限値を越える含有量では、材料の融点が低下するため押出時に局所融解が生じたり、高温強度の低下によりチューブの変形が起こりやすい。また、粒界腐食の発生により耐食性が低下するおそれもある。また、前記範囲の下限値未満では、上記ろう付け強度の向上効果が十分に得られない。
【００１７】
また、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブは、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄの希土類元素のうち１種または２種以上を含有し、その総量（Ｃｅ＋Ｌａ＋Ｎｄ）が重量％で０．００５〜０．２％の範囲とされた構成としても良い。以下にこれの希土類元素を含有した場合の作用とその含有範囲について説明する。
【００１８】
Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｂ（総量０．００５〜０．２％）：これらの希土類元素は、Ａｌ−Ｘ系（Ｘ＝Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｂ）、あるいはＦｅが含まれる場合には、Ａｌ−Ｆｅ−Ｘ系の晶析出物を形成し、これらの晶析出物が素地中に微細均一に分布することで材料の強度を向上させる効果を有する。含有量が前記範囲の上限値を越える場合には、粗大な金属間化合物が生成し、押出加工性及び切削加工性が低下する。また、前記範囲の下限値未満では、材料の強度を向上させる効果が不十分なものとなる。
これらＣｅ，Ｌａ，Ｎｂは、それぞれの純金属を必要量添加することもできるが、これら希土類元素の混合物として算出されるミッシュメタルを添加しても良い。このミッシュメタルは、前記元素の純金属よりも割安であり、アルミニウム合金押出チューブのコスト削減に非常に有効である。ミッシュメタルには、前記Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｂ以外の元素として数％のＰｒやごく微量のＰｂ，Ｐ，Ｓ等が含まれることがあるが、これらの不純物が含まれることによる本発明のアルミニウム合金押出チューブへの影響は殆ど無い。従って、実用的にはミッシュメタルの添加量を制御することで、極めて容易に希土類元素の総量を調整することができる。尚、ミッシュメタルの典型的な組成は、Ｃｅ：約５０％、Ｌａ：約２５％、Ｎｄ：約１０％である。
【００１９】
次に、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法は、先のいずれかに記載の合金組成のビレットを鋳造し、その後均質化処理を実施せずに押出成形することを特徴とする。
【００２０】
すなわち、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法は、重量％で、Ｃｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０３％以下、Ｚｒ：０．０１〜０．３％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなる合金組成のビレットを鋳造し、その後均質化処理を実施せずに押出成形するものである。
【００２１】
また、本発明においては、重量％で、Ｃｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０３％以下、Ｚｒ：０．０１〜０．３％を含有し、Ｆｅ：０．１５〜１．０％、Ｓｉ：０．３〜１．０％のうち１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなる合金組成のビレットを鋳造し、その後均質化処理を実施せずに押出成形することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法も適用することができる。
【００２２】
あるいはまた、本発明においては、重量％で、Ｃｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０３％以下、Ｚｒ：０．０１〜０．３％を含有し、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｄの希土類元素のうち１種又は２種以上を、その総量が重量％で０．００５〜０．２％となるように含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなる合金組成のビレットを鋳造し、その後均質化処理を実施せずに押出成形することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法も適用可能である。
【００２３】
上記熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法の特徴的な点は、合金ビレットの鋳造後、従来実施されていた均質化処理を施すことなく鋳造ままで押出成形を行うことにある。均質化処理は、鋳造凝固時に偏析した元素あるいは金属間化合物を安定化（均一化）させるために、通常はほぼ全ての材料で実施されている。本発明に係るアルミニウム合金においては、Ｔｉ及びＺｒの材料中の不均一分布により腐食形態を層状にすることで耐食性の向上を図っている。このＴｉ及びＺｒの不均一分布は鋳造時に形成されるため、その後均質化処理を行うと前記Ｔｉ，Ｚｒの不均一分布が若干解消され、層状腐食の効果が弱まり、押出材の耐食性が低下することが分かった。本発明に係る合金組成を備えたアルミニウム合金においては、均質化処理をしなくとも押出加工性や特性上の問題は発生しないことが本発明者らにより確認されており、耐食性向上の面から、本発明に係る製造方法では、均質化処理を実施せずに押出成形を行うこととした。
【００２４】
次に、本発明に係る熱交換器は、先のいずれかに記載の本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブと、該アルミニウム合金押出チューブにろう付けされたフィン部材とを備えたことを特徴とする。係る構成とすることで、高強度で耐食性に優れる熱交換器を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。図１は本発明に係る熱交換器の一例を示すもので、この例の熱交換器Ａは、左右に離間して配置されて上下方向に伸びるヘッダーパイプ１、２と、これらのヘッダーパイプ１、２の間に相互の間に間隙をあけて互いに平行に、かつ、ヘッダーパイプ１、２に対して直角に接合された複数のチューブ３と、チューブ３にそれぞれろう付けされた波形の複数のフィン部材４を主体として構成されている。前記ヘッダーパイプ１、２とチューブ３とフィン部材４は、それぞれ熱伝導性に優れたＡｌまたはＡｌ合金から構成されているが、これらの中でチューブ３は本発明に係るＡｌ合金押出チューブから構成され、フィン部材４は、Ａｌ合金の芯材４ａと、この芯材４ａの表面と裏面を覆って設けられたＡｌ合金からなるろう材層４ｂとからなるブレージングシートをフィン状に加工することで構成されている。
【００２６】
前記チューブ３は、Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｚｒを添加したＡｌ合金押出チューブから形成され、各添加元素の含有量は、重量％でＣｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０３％以下とされる。前記フィン部材４の芯材４ａは、例えばＭｎとＳｉとＦｅとＺｒとＺｎを添加したＡｌ合金から形成される。また、前述のチューブ３の組成に加えて、Ｆｅ及び／又はＳｉを、重量％で０.１５％≦Ｆｅ≦１．０％、０.３％≦Ｓｉ≦１．０％の割合で添加してもよい。あるいはまた、前記のいずれかの組成に加えて、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｂから選ばれる１種又は２種以上の希土類元素を、その総量が重量％で０．００５〜０．２％の範囲となるように加えても良い。これらの元素をさらに添加することによる効果は、上記（課題を解決するための手段）の項で述べた通りである。
【００２７】
次に、フィン部材４の折曲部４Ａとチューブ３のろう付け部を図２に拡大して示すが、フィン部材４の折曲部４Ａがチューブ３の外周部に当接され、この当接部まわりの、例えばＳｉとＺｎを添加したＡｌ合金からなるろう材層４ｂが、ろう付け時の熱により溶融凝固されて折曲部分４Ａの先端部周りを覆ってろう付け部６が形成され、このろう付け部６においてろう材が拡がった部分がフィレット部６ａとされ、このフィレット部６ａにはＺｎの濃縮部が形成されている。前記ろう付け部６のフィレット部６ａとその周囲部分の構造において、フィレット部６ａとろう材層４ｂと芯材４ａとチューブ３の順に次第に電気化学的に貴になるように各部材が設けられている。
【００２８】
上記構成の熱交換器に用いられているチューブ３は、所定の組成を有するＡｌ合金のビレットを鋳造し、このビレットに均質化処理を実施せずに押出成形することで製造することができる。このようにビレットへの均質化処理を実施しないのは、ビレット鋳造時に金属組織中に形成されるＴｉ及びＺｒの不均一分布を保持するためである。均質化処理を行うと、この不均一分布が解消されて、チューブの耐食性が低下するため好ましくない。
図２に示すチューブ３の表面には、溶射によりＺｎからなる層を形成しても良い。このようにして形成されたＺｎ層は、チューブ３の表面と内部とに電位差を生じさせてチューブ３の表面に犠牲陽極層を形成する。これにより、深い孔食がチューブ３に生じるのを効果的に防止することができる。
また、前記チューブ３の表面に、Ｓｉ粉末、あるいはＡｌ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系の粉末ろう材を含有するフラックスを塗布することもできる。このような構成とすることで、フィン部材４とチューブ３あるいはヘッダーパイプ１，２を一括的にろう付け接合して製造することができるので、熱交換器Ａの製造コストを低減することができる。特に、Ｓｉ粉末は安価で塗布量が少なくてすむため、幅広い使用が期待できる。従来、Ｓｉ粉末やＡｌ−Ｓｉ粉末をろう材として使用する場合、押出チューブの耐食性が問題となっていたが、本発明に係る合金組成を備えた押出チューブは、優れた耐食性を備えているので、これらの粉末を含むフラックスをも用いる場合にも、腐食の心配がない。
【００２９】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について比較例あるいは従来例と対比して説明する。
（実施例１）
本例では、表１に示す合金組成を有するアルミニウム合金の直径８インチ（２０３．２ｍｍ）のビレットを、常法に基づき溶解鋳造を行って作製した。次いで、このビレットを押出成形して、成形直後に水冷することにより、図３に示す多穴のアルミニウム合金押出チューブ１３を作製した。図３に示す押出チューブ１３は、複数の仕切壁１３Ａにより内部を区画されており、この区画された空間が冷媒流路である通孔１３Ｂとされている。本例では、押出チューブ１３として幅２０ｍｍ、高さ２ｍｍ、肉厚０．４ｍｍであり、通孔１３Ｂが２４個形成されたものを作製した。
次に、ＪＩＳ３００３合金を芯材とし、ＪＩＳ４０４５合金を芯材の両面にクラッドした板厚０．１ｍｍの板材を、高さ１０ｍｍ、フィンピッチ３ｍｍのコルゲート状に加工してフィン部材を作製した。そして、上記押出チューブ１３及びフィン部材を脱脂後、ステンレスワイヤで拘束してフッ化フラックスを均一に塗布した後、１００℃で５分間加熱乾燥して、これを窒素ガス雰囲気中で６００℃×３分間加熱するろう付け熱処理にてろう付けし、評価用の模擬コアを作製した。
【００３０】
【表１】
以上の工程により得られた本発明材（Ｎｏ．１〜１４）及び比較材（Ｎｏ．１５〜２４）について、以下の評価を行った。その結果を表２に示す。
まず、押出加工性の評価は、押出成形後の押出チューブの断面形状を観察することにより行った。この観察において、割れやくびれ等の異常が無く、良好な断面形状が得られたものには、○（良好）を付し、異常が見られたものには×（不良）を付して評価した。
次に、フィン部材と押出チューブとのろう付け性の評価は、押出チューブとフィン部材との接合を確認することにより行い、その接合部におけるろう付け状態を○（良好）、×（不良）とに分類して表２に併記する。
次に、耐食性の評価は、上記のコアに対し、塩水噴霧４時間→乾燥２時間→湿潤２時間の乾湿サイクルを付加するサイクル試験を行い、この腐食サイクル試験条件に５００時間暴露して腐食させた後、押出チューブに生じた孔食の最大腐食深さを測定することにより行った。
次に、材料強度の評価は、断面積及び断面形状を同じくした押出チューブを一定長さに切断し、窒素ガス雰囲気中で６００℃×３分間加熱するろう付け相当の熱処理を行った後に、引張試験を行って機械的性質を測定し、この引張強さを比較することにより行った。
【００３２】
【表２】
表２に示すように、本発明の要件を満たすＮｏ．１〜１４の本発明材は、本発明の要件を満たさないＮｏ．１５〜２４の比較材に比して、強度が高く、かつ押出加工性、ろう付け性も良好であり、その腐食形態が層状あるいは面状であるために孔食の深さが浅く、優れた耐食性を有していた。一方、比較材においては、その腐食形態が孔食型であるために、深い孔食が形成されて短期間に貫通孔が発生し、特性は明らかに劣っていた。また、貫通孔が発生しなかったもの（Ｎｏ．１５，１８〜２１）についても、引張強さが９０ＭＰａ未満で強度不足となるか、またはろう付け性や押出加工性に劣るものであった。
【００３４】
（実施例２）
本例では、本発明に係る製造方法における均質化処理の有無による耐食性への影響をより明らかにするために、表１に示す試料Ｎｏ．２の組成のアルミニウム合金のビレットを作製後、均質化処理を行った後に押出成形を行ったコアを作製した。このコアと、Ｎｏ．２のコアについて、上記実施例１と同様に押出加工性と、耐食性の評価を行った。その結果を表３に示す。表３に示すように、均質化処理を行った後に押出成形を行ったコアは、均質化処理を実施しない以外は同等の構成のＮｏ．２のコアに比して耐食性に劣る結果となった。これは、均質化処理によりＴｉ及びＺｒの不均一分布が一部解消され、深い孔食が生じ易くなったためであると考えられる。
【００３５】
【表３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、重量％で、Ｃｕ：０．０３〜０．４％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、Ｍｇ：０．３〜０．３％。Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなる構成とされた本発明のアルミニウム合金押出チューブは、高強度で耐食性に優れており、また押出加工性及びろう付け性にも優れていることから、コンデンサなどの押出チューブを使用する自動車の熱交換器に好適に使用することができ、熱交換器の寿命や品質向上に大いに貢献し得るものである。
次に、本発明に係る製造方法によれば、上記優れた強度を耐食性を兼ね備えたアルミニウム合金押出チューブを、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る熱交換器の一例を示す構成図である。
【図２】 図２は、図１に示すチューブ及びフィン部材を拡大して示す図である。
【図３】 図３は、本発明に係る多穴の押出チューブの一例における断面図である。
【符号の説明】
Ａ 熱交換器
１，２ ヘッダーパイプ
１３ チューブ（アルミニウム合金押出チューブ）
４ フィン部材
Claims (5)
- 重量％で、
Ｃｕ：０．０３〜０．４％、
Ｔｉ：０．０３〜０．５％、
Ｍｇ：０．０１〜０．３％、
Ｍｎ：０．０３％以下、
Ｚｒ：０．０１〜０．３％を含有し、
残部がＡｌと不可避不純物とからなることを特徴とする高強度で耐食性に優れる熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。 - 重量％で、Ｆｅ：０．１５〜１．０％、Ｓｉ：０．３％〜１．０％のうち、１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度で耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
- Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄの希土類元素のうち１種または２種以上を含有し、その総量（Ｃｅ＋Ｌａ＋Ｎｄ）が重量％で０．００５〜０．２％の範囲とされたことを特徴とする請求項１又は２に記載の高強度で耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の合金組成のビレットを鋳造し、
その後均質化処理を実施せずに押出成形することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブと、該アルミニウム合金押出チューブにろう付けされたフィン部材とを備えたことを特徴とする高強度高耐食性の熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001313139A JP3759441B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | 熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金押出チューブ及びその製造方法並びに熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001313139A JP3759441B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | 熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金押出チューブ及びその製造方法並びに熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003119533A JP2003119533A (ja) | 2003-04-23 |
| JP3759441B2 true JP3759441B2 (ja) | 2006-03-22 |
Family
ID=19131679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001313139A Expired - Fee Related JP3759441B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | 熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金押出チューブ及びその製造方法並びに熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3759441B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE533223C2 (sv) * | 2008-10-08 | 2010-07-27 | Sapa Heat Transfer Ab | Metod för formning av header-tank tillverkad i aluminium |
| KR101198324B1 (ko) | 2010-07-07 | 2012-11-06 | 한국전기연구원 | 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 그 제조방법 |
| KR101198323B1 (ko) | 2010-07-07 | 2012-11-06 | 한국전기연구원 | 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 그 제조방법 |
| US11230964B2 (en) * | 2020-04-20 | 2022-01-25 | Caterpillar Inc. | Machine system having cooler with pack seal and header assembly for same |
| CN114310189B (zh) * | 2022-01-08 | 2023-06-16 | 亚太轻合金(南通)科技有限公司 | 一种薄壁多曲面铝管的制备工艺 |
-
2001
- 2001-10-10 JP JP2001313139A patent/JP3759441B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003119533A (ja) | 2003-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5750237B2 (ja) | アルミニウム合金製熱交換器の製造方法 | |
| JP4822277B2 (ja) | ろう付性と耐食性に優れた熱交換器管用アルミニウム合金ブレージングシートおよび耐食性に優れた熱交換器管 | |
| CN108699637B (zh) | 铝合金钎焊片的制造方法 | |
| WO2010150727A1 (ja) | アルミニウム合金製熱交換器および該熱交換器に使用する冷媒通路管の製造方法 | |
| JP2013155404A (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 | |
| JP3756439B2 (ja) | 熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金押出材及びその製造方法並びに熱交換器 | |
| CA2510759C (en) | Aluminum alloy tube and fin assembly for heat exchangers having improved corrosion resistance after brazing | |
| JP2015014035A (ja) | 熱交換器用ブレージングシート及びその製造方法 | |
| JP5192718B2 (ja) | 強度、犠牲陽極効果、および耐食性に優れるフィン材および熱交換器 | |
| JP3759441B2 (ja) | 熱交換器用高強度高耐食性アルミニウム合金押出チューブ及びその製造方法並びに熱交換器 | |
| WO2010150728A1 (ja) | アルミニウム合金製熱交換器および該熱交換器に使用する冷媒通路管の製造方法 | |
| JP2004017116A (ja) | ろう付造管チューブ用アルミニウム合金ブレージングシートおよびその製造方法 | |
| JPS6248743B2 (ja) | ||
| JP6738667B2 (ja) | 大気環境における耐食性に優れるアルミニウム合金製熱交換器及びアルミニウム合金製熱交換器の製造方法 | |
| JP2000212668A (ja) | 耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出し管 | |
| JPH1088265A (ja) | ろう付け後の強度および犠牲陽極効果に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材 | |
| JP3859781B2 (ja) | アルミニウム合金クラッドフィン材および該クラッドフィン材を使用したアルミニウム合金製熱交換器 | |
| JP5019797B2 (ja) | 犠牲陽極材およびアルミニウム合金複合材 | |
| JP3876180B2 (ja) | アルミニウム合金三層クラッド材 | |
| JP4596618B2 (ja) | 熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材及び熱交換器用防食アルミニウム合金 | |
| JP3876179B2 (ja) | アルミニウム合金三層構造クラッド材 | |
| JP2002275565A (ja) | 熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクおよびこのヘッダータンクを用いた熱交換器 | |
| JP2000212667A (ja) | 耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出し管 | |
| JP2691069B2 (ja) | 耐食性及び伝熱性にすぐれた熱交換器 | |
| JP2017155308A (ja) | 熱交換器用アルミニウム合金製ブレージングフィン材及びそれを用いたアルミニウム製熱交換器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040910 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050908 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051220 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051228 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100113 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110113 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |