JPH10130862A - 真空ろう付け品の防食処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム合金製真空ろう付け品の耐食
性を向上させる。 【解決手段】 Ａｌ−Ｓｉ系合金材を含む真空ろう付け
品表面に、侵食作用を伴う前処理を行うことなくベーマ
イト処理を施す。 【効果】 ろう付け品表面に欠陥のない均質な皮膜が
形成され、耐食性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空ろう付け法によ
り製造される熱交換器等に対する防食処理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金製熱交換器は、一般に
その使用環境のために耐食性に優れていることが必要と
されており、その成分や製造方法に対する工夫が要求さ
れる。例えば、熱交換器の製造方法としては一般にろう
付け法が採用されているが、ろう付け法として大気圧ろ
う付け法を採用する場合には、Ｚｎを含有するアルミニ
ウム合金材を使用してＺｎ拡散層を形成し、この拡散層
による犠牲陽極効果を利用して防食を図っている。しか
し、真空ろう付け法ではろう付け中にＺｎが蒸発してし
まうため同様の効果を得ることはできず、材料自体によ
る防食は困難であると考えられている。したがって他の
方法による防食が望まれており、例えば、ろう付け後に
ろう付け品の表面に酸化皮膜を形成することにより耐食
性を高める方法が考えられる。この方法としては、一般
にアルマイト法、クロメート法、ベーマイト法が知られ
ている。しかし、一般に、ろう付け表面に酸化皮膜を形
成させることによる防食はなされていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、真空ろう付で
製作されるアルミニウム合金製熱交換器には、Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金をろう材としてクラッドした材料が多く使用さ
れているところ、この合金表面やろう付け部に前記した
各種の方法によって酸化皮膜を形成しても十分な耐食性
が得られず、しばしば孔食が起こるという問題がある。
これは、上記合金やろう付け部では、真空ろう付けによ
ってろう付け表面にＳｉが晶出して表面に露出してお
り、この合金表面に酸化皮膜を形成する処理を行って
も、Ｓｉの露出部分には酸化皮膜が形成されず、したが
って、Ｓｉ粒子界面では皮膜欠陥が生じ良好な耐食性を
有する皮膜が得られないためである。この欠陥部分では
露出したＳｉ粒子界面とそれ以外のアルミニウム（共晶
α層）間とで局部電池を形成して孔食が進行してしま
う。このため、真空ろう付けで製作されるアルミニウム
合金製熱交換器には、上記酸化皮膜の形成も有効な防食
方法としては活用されていないのが現状である。以上の
ように真空ろう付け法により製作された熱交換器は、一
般に防食処理されず、腐食性の大気環境にさらされる場
合、外部が腐食する。また、製品内部に封入された冷媒
とアルミニウム表面との反応でガスが発生し、熱交換に
有効な面積が奪われ性能が低下する等の問題がある。

【０００４】本発明は上記事情を背景としてなされたも
のであり、Ａｌ−Ｓｉ系合金を用いた熱交換器等の真空
ろう付品の耐食性を有効に高める防食処理方法を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来、真空
ろう付品に試みた酸化皮膜の形成につき再度研究を進め
たところ、十分な耐食性が得られないのは、皮膜形成に
際し当然必要として行われている侵食性の前処理が影響
していることを見出した。すなわち、真空ろう付けした
ままのろう付け品は、現象的にはＳｉ粒子が表面に晶出
しているものの、よりミクロ的に観察すれば、その極表
面層には極薄いアルミニウム層や酸化皮膜が残存してお
り、完全にＳｉ粒子が露出しているものとは異なってい
る。ところが、酸化皮膜の形成の前処理として行う侵食
性の脱脂やエッチングに際し、アルミニウム合金の表面
が溶解するため、Ｓｉ粒子表面の薄層のアルミニウム層
等も溶解し、Ｓｉ粒子表面が正に露出してしまう。この
ろう付品に酸化皮膜を形成しても前述したようにＳｉ粒
子表面には皮膜が形成されないため不完全な皮膜しか形
成されず、十分な耐食性が得られないことになる。

【０００６】ところで、酸化皮膜の形成に先立って行わ
れる侵食性の前処理は、表面の粗面化や付着物の除去の
ために行われ、最終的には皮膜の密着性を上げ、皮膜の
欠陥をなくすことを目的としており、酸化皮膜の形成に
は不可欠のものとされている。しかし、本発明者は、上
記真空ろう付け品では、これとは逆に侵食性の前処理を
施さないことにより、Ｓｉ粒子表面のアルミニウム層や
酸化皮膜を利用することにより良好な化成皮膜が得られ
ることを初めて見出し、本発明をするに至ったものであ
る。

【０００７】すなわち、本発明の真空ろう付け品の防食
処理方法は、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるアルミニウム合
金材を含む真空ろう付け品表面に、侵食作用を伴う前処
理を行うことなくベーマイト処理を施すことを特徴とす
る。

【０００８】本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるアル
ミニウム合金材をろう材等として少なくとも一部に含ん
でいればよく、その他に他成分の部材を含むものであっ
てもよい。なお、Ａｌ−Ｓｉ系合金の成分は、これら成
分を主成分として含むものであれば特に限定されない
が、ろう材として使用される場合には、Ｓｉを：８〜１
３．０％を含み、残部がＡｌからなる合金を例示でき、
その他に合金成分を含むものであってもよい。特に真空
ろう付けではろう材としてＭｇを含有するものが一般に
使用されるので、Ａｌ−ＳＩ−Ｍｇ系合金を代表例とし
て示すこともできる。具体的には、上記Ｓｉ以外に、Ｍ
ｇ：０．２０〜２．０％を含み、不純物がＦｅ：０．８
％以下、Ｃｕ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．１０％以
下、Ｚｎ：０．２０％以下、Ｔｉ：０．２０％以下であ
るものが挙げられる。なお、本発明の処理対象として
は、良好な耐食性が要求され、また形状も複雑化しやす
い熱交換器が好適であるが、本発明としては特に処理対
象が限定されるものではない。

【０００９】また、本発明としては、ろう付け品をその
ままベーマイト処理に供する他に、無侵食性の前処理を
行うことが可能である。この無侵食性の前処理として
は、素地の溶解を伴わない洗剤による洗浄や水洗が挙げ
られる。したがって、無侵食であれば油脂物を取り除く
ために脱脂を行うのが望ましい。なお、侵食性の前処理
としては機械研磨、化学溶解、電解が挙げられる。これ
らはいずれも素地の溶解を伴うため、本発明では避ける
ことが必要である。したがってエッチングを伴う脱脂を
行うことは不可である。

【００１０】さらに、本発明で行うベーマイト処理は常
法により行うことが可能であり、本発明としては特にそ
の条件は限定されない。例えば、９０〜１００℃の弱ア
ルカリ水（ｐＨ７〜１２、望ましくは脱イオン水）に２
０〜３０分浸漬して行う。なお、ベーマイト処理後は後
処理として加圧蒸気処理を行うのが望ましく、例えば、
３〜５ｋｇ／ｃｍ²の加圧蒸気水に１０〜３０分晒す。
これにより皮膜の耐食性が大幅に向上する。 なお、本発明で皮膜の生成方法としてベーマイト処理を
採用したのは、（１）アルマイト処理等の電解処理は、
電極の用意などの点で複雑形状品に不向きであること （２）クロメート処理は、処理後の薬液の除去が必要で
あり、複雑形状品では入り組んだ部位に薬液が残存しや
すく耐食性を劣化させやすいこと （３）ベーマイト処理は、得られる皮膜の密着性がよ
く、侵食性の前処理を行わない本発明に適していること
による。

【００１１】本発明によれば、真空ろう付後のろう付け
品表面付近にＳｉが晶出していてもその極表面にはアル
ミニウムや酸化皮膜の層が残存しているので、これをベ
ーマイト処理することによりＳｉ晶出部分を含めて欠陥
のない化成皮膜が得られる。これにより、孔食等の発生
がなく、耐食性に優れたろう付け品が得られる。

【００１２】

【発明の実施形態】Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材を
Ａｌ−Ｍｎ系合金からなる心材にクラッドしてブレージ
ングシートとし、これを所定形状に成形して熱交換器形
状に組み立てる。なお、この実施形態では、ろう材と心
材とをブレージングシートとして提供したが、ろう材の
供給方法はこれに限定されるものではなく、置きろう等
適宜の方法を選択することができる。上記熱交換器は、
真空炉内に配置し、該容器内を真空引きして所定温度、
所定時間で加熱してろう付けする。なお、容器内の圧力
は適宜選定可能であり、ろう付け時の温度、時間も材料
の種別、形状、寸法等により適宜選択することができ
る。

【００１３】真空ろう付けされたろう付け品は、そのま
ま、又は浸食作用を伴わない洗浄、脱脂等の前処理を行
ってベーマイト処理に供する。ベーマイト処理では、例
えば、高温の水にろう付け品を所定時間浸漬し、その表
面に化成皮膜を形成する。なお、化成皮膜の膜厚は適宜
選定可能である。また、皮膜の形成箇所もろう付け品の
全面に行う必要はなく、所望の面に行うものであればよ
い。このようにして防食処理を行った熱交換器は、優れ
た耐食性を発揮する。以下に、さらに具体的な実施例を
説明する。

【００１４】

【実施例】表１に示す成分のろう材１ａを芯材１ｂの両
面にクラッドしたブレージングシート１（２ｍｍ厚、ろ
う材２０％、心材８０％）を用意し、該ブレージングシ
ート１の片面に放熱フィン２、他面に水冷媒用通路３ａ
を有するＪＩＳ Ａ６０００系アルミ合金ブロック３を
当てて熱交換器用の組立体を得た。これを１．０×１０
^-5Ｔｏｒｒに減圧した真空炉内に収容し、炉内で５９０
℃、１０分の加熱を行って真空ろう付けし、ろう付け品
すなわち熱交換器４を得た。このろう付け品に対し、未
処理、脱脂のみ、脱脂＋エッチング処理のいずれかを行
い、熱交換器４の内面にベーマイト処理に供した。な
お、脱脂は、無侵食の処理であり、具体的には５％界面
活性剤５０℃×３分により行い、エッチングは５％Ｎａ
ＯＨ４５℃×３０秒により行った。

【００１５】

【表１】

【００１６】ベーマイト処理では、処理液として、ｐＨ
１０のイオン交換水（トリエタノールアミン０．３％重
量含有）を使用し、温度、時間を変えて、膜厚：０．５
〜２．０μｍの化成皮膜を形成した。また、比較例の一
部として上記熱交換器にクロメート処理したもののとア
ルマイト処理したものを用意した。上記各熱交換器にお
いて冷媒としてイオン交換水を使用して３ヶ月間のシミ
ュレーション試験を行った。具体的には、図３に示すよ
うに、内面に上記表面処理を施した熱交換器４の一部に
ヒータ電源５により定電圧制御したダミーヒータ６を取
り付け、熱電対７によりヒータ温度を測定する。この温
度は、温度記録計８に記録される。また、外気温の温度
は、外気温測定計９で測定する。

【００１７】試験に際し、上記ヒータ６に通電するとと
もに熱交換器４に冷媒を流すと、熱交換器４の作用によ
りヒータ６は冷却される。試験開始後のヒータ温度と外
気温との温度差（△Ｔ１）を基準とし、３ヵ月間連続で
経時変化試験した後のヒータ温度と外気温の温度差（△
Ｔ２）を開始後の温度差（△Ｔ１）と比較し性能を評価
する。すなわち、 （△Ｔ２−△Ｔ１）／△Ｔ１×１００＝性能低下率
（％） で示される。この実施例の熱交換器はＩＣ基盤を冷却す
るためのものであり、基盤自体の発熱が過度となり、誤
作動等の不具合を生じないよう６０℃程度にまで冷却さ
せることを目的としている。よって試験でＩＣ基盤の代
わりに使用したダミーヒータをより冷やすものがよりよ
い熱交換器である。つまりヒータ温度と外気温（２５
℃）との温度差が小さい方が性能が良い。△Ｔ２が△Ｔ
１よりも大きくなった場合は経時変化により性能低下
し、ヒーターを冷却させることができなくなったという
ことと考えられる。

【００１８】上記の性能低下率の算出を例示する。 ヒーター設定温度 １００℃ 外気温 ２０℃ 開始時ヒーター温度 ６０℃ ３ヵ月後ヒーター温度 ７０℃ △Ｔ１＝６０℃−２０℃＝４０℃ △Ｔ２＝７０℃−２０℃＝５０℃ とすれば、性能低下は、（５０−４０）／４０×１００
＝２５％性能低下として示されることになる。この方法
により、上記実施例において冷媒による腐食で発生した
ガスによる熱交換器の冷却性能低下を測定し、その結果
を表２に示した。

【００１９】

【表２】

【００２０】表２から明らかなように、本発明の防食処
理を施した熱交換器では、性能の低下は全くないのに対
し、前処理としてエッチングを行った比較例では、皮膜
を形成しているにも拘わらず明らかな性能の低下が見ら
れた。また、クロメート処理したものでは、処理後に薬
液の除去に手間が掛かり、また、一部に残存した薬液の
影響と思われる腐食が発見された。また、アルマイト処
理では、熱交換器の形状に合わせた電極の用意にコスト
が掛かり、作業にも手間がかかるという問題があった。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の真空ろう付
け品の防食処理方法によれば、Ａｌ−Ｓｉ系合金からな
るアルミニウム合金材を含む真空ろう付け品表面に、侵
食作用を伴う前処理を行うことなくベーマイト処理を施
すので、ろう付け品表面に欠陥のない均質な化成皮膜が
形成され、耐食性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に使用する熱交換器の断面
図である。

【図２】 同じく実施例における試験装置を示す概略図
である。

【符号の説明】

１ ブレージングシート １ａ ろう材 １ｂ 芯材 ２ 放熱フィン ３ アルミニウム合金ブロック ３ａ 水冷媒通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるアルミニウム
   合金材を含む真空ろう付け品表面に、侵食作用を伴う前
   処理を行うことなくベーマイト処理を施すことを特徴と
   する真空ろう付け品の防食処理方法