JPS58110653A - ろう付アルミニウム製熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐食性の改善されたろう付アルミニウム製熱交
換器に関するものである。

Ａ／合金は一般に耐食性の良好な材料として従来より広
く知られているが、例えば熱交換器のようなろう材構造
体として使用される場合にはろう材がＡｌ母材に対し陰
極的に作用し、Ａ、ＩＦ母材の腐食が電気化学的に促進
される。またろう材中のＳｉがＡｌ母材中に粒界拡散し
、該Ｓｉを核としてＡ４母材に粒界腐食を生じる懸念が
ある。更にろう待時の高温加熱により、母材の耐食性が
低下し、ラジェーターのチューブやタンクの内面の如き
水環境下においてはろう材による腐食促進作用がなくて
も耐食性は不−充分であり、これに対する何らかの改善
が望まれていた。

そこで、このような腐食を防止する方法として（イ）　
ろう材中に特定の元素例えばＺｎ、Ｓｎ、Ｉｎを添加し
、ろう材自体を陽極的に作用させる方法 （ロ）熱交換器におけるフィンや防食クラッド層に、前
記陽極的に作用する特定の元素を添加し、その陽極作用
により他の熱交換機能を有する主構成部材を防食する方
法 （ハ）　８ｉに対するＡｌ母材の耐粒界拡散性を改善強
化する方法 に）Ａｌ母材に第３成分を添加し、母材をろう材との対
比に■いて陰極的に作用させる方法等が提案されている
。

ところが、上記方法中、陽極的に作用する元素を用いる
方法にセいて腋元素としてＺｎを使用した場合は、耐食
性改善の面で一応の効果が得られるが真空ろう付法にお
いてはＺｎの蒸気圧が高いため、ろう待時に蒸発、飛散
して防食効果が減少すると共に炉の汚鍮を招くという問
題があり、一方Ｚｎの代りに５ｅｐｉｎを利用する方法
では蒸発飛散という問題がない反面、アルミニウム合金
として特典な元素であるため、溶解炉の汚染を招き、か
つ、加工性も低いという製造上の難点がある。したがっ
て、Ｚａ　、Ｓｎ　、Ｉｎ等は極力添加量を抑制する必
要がある。

又、前記（ハ）、に）の方法として、例えばプレージン
グシート芯材用材料として汎用されるＪＩＳ３００３材
にＣｒ　、Ｆｅ　、Ｚｒを添加したり、あるいはンーキ
ング等の熱処理条件を変化したりする試みがなされてい
るがこれらは未だ充分満足すべき成果を得るに至ってい
ない。

なお前記３００３材は〜１ｎを強度向上のための主合金
元素とするものであり、一般耐食性は良好であるが、ろ
う付後、即ち高温加熱後においては粒界腐食感受性が着
しく増大し、短期間で腐食に起因する破損事故か発生す
るところから改良が望まれている。

本発明は上述の如き実状に着目してその改善を図るべく
なされたものである。本発明は種々の研究を重ねた結果
主構成部材と副構成部材との孔食電位の差が少なくとも
２０ｍＶ以上あれば、熱交換器としての寿命を決定する
主構成部材が副構成部材によって電気化学的に防食され
実用的な耐食性が著しく向上することが判明した。従来
犠牲陽極層により芯・材を保護する電気防食効果におい
ては７０７２アルミクラツド材にみられるように少なく
とも芯材よりも１００ｍＶ以上率な陽極材を使用する必
要があった。また自然電位は水中に溶解している各種イ
オン溶存酸素などの影響が大きく、さらに高温では電位
が逆転する現象も発生する。したがって自然電位のみで
電気防食上の材料組合せを考える場合には芯材と陽極材
との電位差を大会（するため陽極材に多量のＺｎ　、　
Ｓｎ　、　Ｉｎ等の成分を意図的に添加する必要があっ
た。本発明者らは環境中のＣｌイオン濃度とのみ関係す
る孔食電位ｋＩｌ目した結果値かな孔食電位の差を利用
することにより防食可能であることを見出した。

特にラジェータクーラーのように溶存酸素を少なくかつ
高温−低温の繰返しサイクルの環境下ではアルミ材表面
は不動態化しその腐食挙動は自然電位には殆んど関係な
くむしろ孔食電位によって支配されることが明らかとな
り本発明を完成した。

即ち本発明の目的は、ろう付後におけるそれ自体の粒界
腐食感受性が小さく耐食性に優れかつ積極的に責な孔食
電位を付加したＡ／合金を主構成部材とし、一方前記主
構成部材合金よりも孔食電位の卑なＡ／合金を副構成部
材とする耐食性の良好なろう付Ａ／製熱交換器を提供せ
んとするものである。

ここに前記主構成部材とは、例えば熱交換器の熱交換用
具流体の隔壁となるチューブ、ジェルタンク、エンドプ
レート等のコア材で貫通腐食により熱交換器が致命的損
傷を受ける部材であり、一方副構成部材とは前記の如き
真流体間の隔壁機能を有しないフィンや防食用犠牲陽極
用クラッド層の如く腐食を生じても比較的熱交換器の寿
命に悪影響を及ぼさないと考えられる部材を言う。しか
しこれら主構成部材及び副構成部材は相対的なものであ
り、必ずしも特定されるものではな（、従２て前記各側
に拘束されるものではない。

以下、本発明の内容を更に詳細に説明する。

まず前記主構成部材に使用される材料は０．２〜２．０
％（重量憾の意味、以下同じ）のＣｕを必須成分として
含み、且つ必要によりｚｒ：ｏ、ｏｉ〜０．５％、Ｍｎ
及びＣｒ：夫々０．０５〜０．５１１Ｇのうら１種又は
２種以上を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる
合金であり、一方副構成部材として使用す６材料は、前
記主構成部材を構成する合金に対して孔食電位が少なく
とも２０ｍｖ以上卑なＣｕ：０．２’４以下ノＮＡ／（
ＪＩＳ５　１ＸＸＸ）系、ＡＩ　−Ｍｎ　（ＪＩＳ　　
３ＸＸＸ）　系、ＡＩ−Ｍｇ−８ｉ（ＪＩＳ　　＠ＸＸ
Ｘ）系の合金が適用される。ここでたとｔ４ｆ（ＪＩＳ
　　６ＸＸＸ　）とはＪＩ８６００１の如き６０００番
台の合金を意味する。また必要により上記合金系に少量
のＺｎ、８ｎ、Ｉｎ等を添加して孔食電位を積極的に卑
とした合金を使用することもで會る。

しかして本発明Ｋｍける上記主構成部材成分の配合量及
び一部材の組合せは、本発明の重要な特徴を構成するも
ので、上記条件を外れるものでは本発明の意図する目的
を達成するξとがで会ない。

即らＡｊに対して、Ｃｕが強度を向上させ且つ電位を貴
に移行させることは郷前より公知であるが、Ｃｕの添加
によってＡ１合金の一般耐食性が著しく阻害される為、
耐食性Ａ７合金とする場合はＣｕの添加量を０．４哄糧
度以下に抑えるのが現状である。しかしながらＡ１合余
材料を７ラツクス或いは雰囲気真空ブレージング等で組
立てる場合は、ＡＩ　−Ｓ　ｉ系ろう材を溶融させる為
に５７０〜６１０℃の高温に加熱する必要があるが、前
述の如く比較的多量のＣｕを添加してセ（と、高温加熱
に付した場合でも以後の耐食性を殆んど低下させること
がなく、強度向上成分及び孔食電位向上成分として有効
に作用するからである。

本発明における主構成部材のＣｕ添加範囲はかかる知見
に基づいて決められたものであり、Ｃｕ添加量が０．２
憾未満では母材の孔食電位を充分量にすることができず
、又、強度も所期の目的に対して不充分である。一方Ｃ
ｕ添加量が２．０％を超えて増大すると電位は貴となり
母材強度は向上するが、反面耐食性が低下する傾向を示
すに至る。

従って耐食性を余り低下させることなく、かつ強度と孔
食電位を向上させるに好適な範囲として０゜２〜２．０
憾が選ばれる。

次に、前記Ｃｕ成分の他に必要により更にＺｒ。

Ｍｎ、Ｃｒ　　のうら１種又は２種以上が混入されるが
、ＺｒはＡｄと金属間化合物（＾ｌ＠Ｚｒ　）を形成し
、母材中に微細に分布することによりサブプレインを強
化し、再結晶を抑制する作用を有するため、圧蔦及び押
出加工時に金属組織はファイバー状となりろう付による
高温加熱後も等結晶とならず、加工方向に伸張した偏平
粒となる。その結果ろう待時におけるＳｉの粒界拡散を
抑制し粒界腐食感受性が増大するのを防止する。この効
果は０．０ｉ哄未満ては不充分てありｏ、５憾以上にな
れば効果は飽和し巨大晶出物の生成などにより加工性低
下を招来するのて、その添加混入量は前述の如き０．Ｏ
１〜０．５憾が望ましい。

Ｍｕ　、ＣｒもＺｒ　　と同様、サブプレインを強化し
再結晶を抑制する作用を有し、又母材のしぼり加工性向
上にも効果がある。しかし夫々前記Ｚｒと同じ＜ｏ、ｏ
Ｂ未満ては効果が不充分であり、０．５憾以上になれば
母材の粒界腐食感受性が増大化の傾向を示し好吹しくな
く前記範囲が好適なものとして使用される。

ひるがえって、本発明における副構成部材に右いて、Ｃ
ｕ混入割合を０．２％以下に限定したことは、孔食部位
が責となるのを防止するためであり、主構成部材とのＣ
ｕ含有量の差は０．２％以上であることが望ましい。ま
たこれに用いる基合金系は、それ自体の耐食性、ろう付
性及び強度を考慮すると、純ＡＩ（ＪＩＳ　　ＩＸＸＸ
）系、Ａｌ−Ｍｎ　（ＪＩｓ　　３ＸＸＸ）系Ａ／　−
Ｍｇ−５ｉ（ＪＩＳ　　５ＸＸＸ）、Ａ４−Ｚｎ（ＪＩ
Ｓ　　７ＸＸＸ）系％Ａ／−Ｍｇ（５ＸＸＸ）系が好ま
しく、これらの合金系をベースにＺｎを０．１〜１，５
憾および／またハＳｎ　、　’ｒｎ　（７）　−樵以上
ヲｏ、ｏ　１〜０．　Ｉ　５ｆｌｉ加するものである。

更にＺｎ　、ａｎ　、Ｉｎ以外に積極的に孔食電位を卑
とする添加元巣を加えることも可能である。

Ｚｎ、Ｓｎ　、Ｉｎの下限値未満では所望効果を達成で
きずＺｎが上限値を越えると、真空ブレージング時にｚ
ｎ成分が蒸発・飛散し炉の汚染を招（問題があり、又Ｓ
ｎ、Ｉｎも上限値を越えると合金鋳造時の溶解性や合金
加工性の低下等の２次弊害を招くため好ましくない。

ｔた、他の基台全系としてＡ４−Ｃｕ（ＪＩ５２ＸＸＸ
　）系では電位が責なため、充分な陰極防食効果カ得ｌ
ｐｔ’ＬｆＡ１４５（ＪＩＳ　　４ＸＸＸ）Ｍではろう
待時の高温加熱に耐えることができない。

か（して、上記の如く主構成部材及び副構成部材の各成
分配合を選定することによって耐食性を著しく改善する
。

次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 先ず、第１表に示す各成分組成の合金を準備した。ムｌ
〜８が本発明における主構成部材用合金材であり、Ａ９
〜１１が前記合金材に対する類似比較材、４１２はＪｘ
ｓｓｃｒｏｓ合金である。

なお、表中８ｉ、Ｆｅ、Ｔｉは何れも不純物であり各合
金の表記以外の残部はＡｊである。

上記合金からなる芯材に対しＡｊ−ＩＱ哄５ｉ−１、５
％　Ｍｇよりなるろう材を両面に夫々１５％厚さずつク
ラッドし、１２■板厚のプレージングシートを作成した
。このプレージングシートに第２表に示す組成の０．１
６謹厚のフィンを第１図に示す形状に組み合わせ、真空
（１０〜１０　　°ｒｏｒｒ）中において５９０℃×３
分間の加熱を行ない、供試材を作りこの供試材について
はＪ　Ｉ　８　　Ｈ８６８１に準するＣＡＳＳ試験を行
なった。連続１０００時間後のプレージングシートの最
大侵食深さを第３表に示す。

第１表主構成部材用合金の化学成分（残部は八ｊ）第２
表　ｉｌ構成部材用合金の化学成分（残部はＡｊ）第１
表主構成ｓ（Ｂ、Ｓ）の最大侵食深さく謹）（ＣＡＳＳ
　１００ＯＨ） 第３表からも明らかな様に、本郷明材の腐食は何れも比
較的種度であるが、従来から用いられている３００３芯
材プレージングシート−３００３フインを組合わせたも
のは明らかな貫通腐食を起こしている。

実施例２ 前記実施例１に右ける第１表記戦の芯材番こ対し、同じ
〈実施例１の第２表記載の組成からなるＡ１合金を両面
に夫々ｌＯ哄クラッドし、０．４謹厚のアルクラッド材
を作成し、このアルクラッド材を真空中（１０〜１０＝
丁ｏｒｒ）で５９５℃×３分間の加熱に付して供試材と
し、３哄ＮｍＣ７＋０．１％Ｈ１０ｇ、ｐＨ３の液中に
３０℃で７日間浸漬した。

試験後の断面検鏡による最大侵食深さ、腐食形態は第４
表に示す逼りである。

１１Ｂ４表主構成部材（アルクラッド芯材）の最大侵食
深さく閣） 第４表から明らかなように本発明に係るアルミクラツド
材の腐食は何れもクラッド層で停止しているものの３０
０３芯材には何れの合金をクラッドしても粒界腐食の発
生は避けられなかった。

実施例３ 前記第１表、第２表に示した合金を０．４■厚の板に形
成し、この板を真空中（１０−’−１０−″ｒｏｒｒ）
で５９５℃×３分間加熱し供試材とした。この供試材に
ついてＩＮ−Ｎ鳳Ｃ１、ｐＨ２，２５℃脱気の浴中で１
ＱａＶ／ｗｉｎの線引速度で自然電位よりアノード分極
さ曽、孔食電位の調走を行なった。

結果を第５表に示す。

第５表　各構成部材の孔食電位　　１ｍＶ　ｖｓ　８Ｃ
Ｅ）第５表からも明らかな様に本発明の要件を満たす主
構成部材用合金の孔食電位は何れも副構成部材用合金の
それより２０ｍＶ以上責であることが分かる。

本発明は以上の如く特定配合の合金からなる主構成部材
と副栴成部材との組合わせによって、プレートフィン型
、サーペンタイン乃至コルゲート型或いはシェルアンド
チューブ型等の各種熱交換器の各部材を栖成したもので
あり、各合金部材の相乗的な作用により、また主構成部
材の良好な耐食性と副構成部材の犠牲陽極作用により、
耐食性及び強度・電位の向上をもたらし、腐食に起因す
る破損事故等を阻止し、従来の＾ｌ製熱交換器に比較し
てその性能を大幅ＫａＩし得る仁とＫなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるプレージングシートと
フィンの組合わせ形状を示す概念図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 山　チューブ、シェル、管板或いは流体通路を構成する
   板材や型材等の腐食により熱交換器が致命的損傷を受け
   る熱交換器主構成部材として、Ｃｕ：０．２〜２．０％
   （重量憾の意味、以下同じ）、又４ｔコｔ’ＬトＺｒ：
   　　０．０１〜０．５　％、Ｍｎ：Ｑ、９５〜０．５％
   及びＣｒ　：０．０５〜０．５％の１種以上を含み、且
   つ残部がＡｊ及び不可避不純物よりなる合金を用い、一
   方犠牲陽極用クラッド層やフィンの如く腐食を生じても
   熱交換器の寿命に直接悪影響を与えない熱交換器側構成
   部材として、Ｃｕを０．２％以下に規制すると共に、Ｚ
   ｎ：０．１〜１．５憾、Ｓ　ｎ　：　Ｑ、９１〜０．１
   　％及びＩｎ　：　０．０１〜０．１％の１種以上を含
   み、残部がＡｌ及び不可避不純物よりなる合金を使用し
   てなることを特徴とするろう付アルミニウム製熱交換器
   。