JPS5989999A

JPS5989999A - アルミニウム合金製熱交換器

Info

Publication number: JPS5989999A
Application number: JP57185258A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawase; 川瀬　寛; Motoyoshi Yamaguchi; 山口　元由
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1982-10-21
Filing date: 1982-10-21
Publication date: 1984-05-24
Also published as: JPS6153639B2

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】本発明はアルミニウム製熱交換器に関するもので、特に
冷却循環水と接触する部分、すなわち管板部分の耐（孔
）食性を向上せしめたものである。

従来、アルミニウム製熱交換器、例えば自動車用ラジェ
ーターは第１図に示ずように直立する平列状の多数の水
管（１）の両端に、管板（２＋　（２’）と、各水管の
間に多数のフィン（３）とザイドブラケット（４）を組
利け、同時に真空ブレージングを行ない接合したコアー
と樹脂からなるタンク（５）（５′）を第１図のＡ−Ａ
断面図である第２図のように機械的に締結して作られる
。

このような熱交換器のフィンにはＪ　Ｉ　Ｓ　３００３
（Ａｌ−Ｍ口合金）ＪＩＳ　５００５（Ａｌ−Ｍｇ合全
）又は、これらにＺｎ、Ｓｎ　　等を添加した犠牲陽極
フィンを使用し、水管あるいは管板の外面を防食してい
る。

管板は、ＡＡ　６９５１　（ｈｌ−Ｍｇ　−ｓ；合金）
を芯材とし、冷却水側には、Ｚｎ　０．８〜１．３　ｗ
ｔ％（以下ｗｔ％を単に係と略記）を含むアルミニウム
合金、例えばＪＩＳ　７０７２（ＡＩ−Ｚ１１合金）を
皮材（第２図（６））としてクラッドし、他面にはろう
材（第２図（力）としてＪＩＳ　４０４５（Ａｌ−８ｉ
合金）、Ｊ　Ｉ　８４００４（Ａｅ　−Ｓｉ−Ｍｇ）あ
るいはＡＡ４　＋　０４　（Ａｄ−８ｉ　−Ｍｇ−１３
ｉ）をクラッドしたもので、これをプレス成形して外表
面にろう材を有する管板を形成し、フィン及び水管と共
にブレージングにより接合ｌ−ている。これら接合コア
ーと樹脂のタンク（５）をＱ　ＩＪング（８）を介して
機械的に締結することによって、熱交換器を製造するも
のである。

前記の管板に用いた複合板は腐食性の冷却水に晒した場
合、芯材に比べて電位の低い皮材が優先的に腐食して芯
材を防食する作用、即ち陰極防食効果を有する。

このような複合板を用いて熱交換器を製造するためには
、従来フラックスを用いて大気中でブレージングを行な
うか、又は溶融フラックス中でブレージングを行なって
いる。

しかし、これらの方法は塩化物、弗化物系のフラックス
を用いるため、その排液処理など公害上の問題かあり、
またブレージング後にフラックスを完全に除去する必要
かあるなど、工程上も複雑でコスト上昇に大きな影響な
与える。

これに′＆み近年真空中でブレージングする方法が開発
され、盛んに行なわれるようになった。

しかしながら真空中でブレージングを行なうと、管板を
形成する複合板の皮材に含まれているＺｌｌが真空中へ
蒸発し、皮材のＺｌ＋濃度か極端に減少（８０％以上）
するため、陰極防食効果がほとんどなくなり、自動車用
ラジェーターのように腐食環境の厳しい雰囲気、特に腐
食抑制剤（インヒビクー）によって管理されていない冷
却水に晒されると、孔食か芯材にまで達し、遂には管板
に貫通孔を生ずる欠点があった。しかも芯材として用い
ているＡＡ６９５１は、主成分であるＭｇとＳＩか、粒
界に化合物として析出し易く、これらか粒界腐食感受性
を高めるため、上記の孔食を促進さぜるなどの欠点もあ
る。

本発明はこれに鑑み種／２研究の結果、アルミニウムに
微量のＣａを添加した合金が、ＪＩＳ７０７２　（ｋｌ
−Ｚｎ合舎）に替って皮材となった場合、真空ブレージ
ングによっても何んら変化な（、Ｃａも蒸発ぜず優れた
犠牲陽極層となりうろことを知見した。更に芯材を構成
するＡＡ６９５１の（：ｕ、Ｍｎを増しＭｇを減らし、
またＣｒ％ｚｒ、　’ｌ’ｉの１種又は２種以」二を微
量添υ■することで粒界腐食感受性を低め、前記皮相と
複合させることによって耐食性に優れた複合板を見出し
、こσ）複合板を管板として用いることにより、耐食性
の優れたアルミニウム製熱交換器を開発したものである
。

即ち、本発明熱交換器は複数個のｉＦ−列伏水管の両端
に数句けた水室の管板を外表面にろう材を有するアルミ
ニウム複合板で形成し、水管の間に多数のアルミニウム
製コルゲートフィンを数句けて真空ブレージングにより
ろう付接合した熱交換器において、管板をＣＬＩｏ、２
〜０．８％、Ｍｎｏ、１〜ｏ、ｓ％、Ｍｇ０．１〜０．
５％、Ｓｉ０．１〜０．６％を必須とし、（：ｒ　Ｏ，
０１〜０．３　％、Ｚｒ　Ｏ，０１’−０，３％、Ｔ１
０．旧０．３％　の１種又は２種以」二と残部Ａ４およ
び通常の不純物からなるアルミニウム合金を芯材とし、
その片面にろう材な設け、他面にＣａＯ，００５〜０．
２係、ＦｅとＳＩの合計が０．５係　以下、残部アルミ
ニウムからなるアルミニウム合金（以下Ａｌ−Ｃａ合金
と略記）を皮材として設けた複合板で形成し、氷室の内
面側を皮相としたことを特徴とするものである。

複合板はＡＡ６９５１を改良したアルミニウム合金（以
下Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ−Ｍｇ−８ｉ合金と略記）を芯材と
し、その片面にＡｌ−８ｉ合金、ｆｉ、ｌ　−Ｓｌ−Ｍ
ｇ合金等のろう利、例えばＡｌ−１０係Ｓｉ　−１，５
％Ｍｇ合全又はこれＫＢｉ　を微量添加したろう材をク
ラットし、他面Ｋ　Ａｌ−Ｃａ　　合金材をクラッドし
たものである。この複合板をプレス成形により、第２図
に示すように水管（１）の両端に取り付けて、外面にろ
う付（力、内面にＡｌ−Ｃａ合金月（６）を有する管板
とし、真空ブレージング後に、樹脂製タンク（５）とＯ
リングを介して機械的に締結するもので、冷却水が通る
氷室の内面が皮拐で゛あるＡ、ｅ　−Ｃａ合全全層なる
ようにしたものである。

Ａ、ｅ　−Ｃａ合金のＣａは、真空ブレージングにより
蒸発し、炉内を汚染することなく、アルミニウムに含ま
」しる不町避の不純物のＦｅ及びＳｌと化合物を作り、
マトリックスを高純化して合金の電位を下げる作用をな
す。

しかしてＣ，Ｉ含有量を０．００５〜０．２係、アルミ
ニウムに含まれる不町避の不純物Ｆｐと８１の合計含有
量を０．５％　以下と限定したのはＣａ含有量か０．０
０５％未満ではアルミニウムて不純物として含まれるｐ
ｃ及びＳｌと完全に結びつくには少なすぎ、芯材に対す
る電位か陰極防食効果を発揮する程十分に低くならず、
０．２係　を越えるとＦｅ及び豹と結びつかない過剰の
ＣａかＡｌと化合物な作り、塑性加工性を低下させてし
まう。

またＦｅと８１の合計含有量か０．５係を越えると、Ｆ
ｅ及び３ｉか単体又はＡ１．と化合物としてマトリック
ス中に晶出し、芯材に対する電位が十分低くならないと
共にそれ自体の耐食性も低下するためである。

一方芯利な構成するＡ６　　Ｃｕ−Ｍｎ　　Ｍｇ−８ｉ
　　合金のＣｕとＭｌｌは芯材の電位な高める作用と、
芯材に必要な強度を伺与するもので、ＣｕＯ，２〜０．
８係、Ｍｎ　Ｏ，１〜０．８　％　　としたのは、いず
れも上限を越えると電位上昇効果は飽和してしまうばか
りでなく、塑性加工性を低下させてしまう。特にＣ１ｌ
の増加ば自己腐食を増大して好ましくない。

一方ＣＩｌとＭｎが、それぞれ０．２．０．］、４％満
では芯材の電位を、十分に高めることは出来ない。

ＭｇとＳｌはＭｇ２Ｓｉの化合物を作り、芯材の強度を
高める効果がある。特にブレージング加熱後、一般の冷
却な行なっても焼入れの効果があり、樹脂タンクにかし
めろ場合に必要な強度（引張強さで＋５ｋｇ／−以上）
が得られるもので、ＭｇＯ，１〜０．５％、Ｓｉ　０．
１〜０．６　％　　としたのは、両者とも上限な越える
と芯材の融点が低下してしまい、ろう伺性が損なわれる
ばかりでなく、Ｍｇ２Ｓｉの化合物が多量に粒界に析出
し、粒界腐食が起こり易くなる。一方ＭｇとＳｌが、そ
れぞれ０．１％未満では、樹脂タンクにかしめる際、必
要とする強度か得られない。

Ｃｒ、　Ｔｉ、　Ｚｒは、本発明の芯材であるｌ！　−
Ｃｕ　−Ｍｎ　−Ｍｇ　　Ｓ　’　　合金製造上、鋳塊
の結晶粒を１ｊ１１．細化し、使用時の加工性あるいは
強度、耐食性に効果的作用をなすもので、添加量をＣｒ
Ｏ，ＯＩ〜０．３係、Ｔｉ　Ｏ，０１〜０．３　％、Ｚ
ｌｏｏ、０１〜０．３　％　ノ範囲に限定した理由は、
それぞれ０．３％を越えて添加しても上記の効果は飽和
するばかりでなく、巨大な金属間化合物ケ形成し、塑性
加Ｉに性を低下させてしまう。またＯ、Ｏ］、％未満で
は」二記の効果か得られず、特に耐食性を低下させてし
まう。

この複合板の全板厚に対するＡｅ−Ｃａ合全金利皮粉比
率、すなわちクラツド比については特に限定するもので
はないが、板厚の変化によって２〜２０％とする。

また、他面にはろう材を設けるが、真空ブレージング用
としてはＡＩ　　Ｓｌ−Ｍｇ系（Ｊ　Ｉ　Ｓ　４００４
、ＪＩＳ４ＮＯ４など）あルイハＡｌ−Ｓｉ　−Ｍｇ　
−Ｂｉ系（ＡＡ４１０７Ｉなど）が最適で、その皮覆率
は、板厚によって５〜１５チとすることか望ましい。

本発明熱交換器は以上の構成からなり、第１図に示すよ
うに、本発明用の複合板によって加工した管板（第１図
−２）とチューブ（１）フィン（３）とを組み合せてＩ
　Ｘ　Ｉ　（１”〜Ｉ　Ｘ　１０−５Ｔｏｒｒの真空中
で５８０〜６００℃の温度に加熱する真空ブレージング
により接合したコアーを、樹脂タンク（５）に機械的に
かしめることによって得られるものである。

以下本発明の実施例について説明する。

実施例１第１表に示ず組成のＡｌ−Ｃａ合金（皮相）とＡ６−Ｃ
ｕ−Ｍｎ−Ｍｇ−８ｉ合金（芯材）からなる板厚１．０
ｍｍの熱交換器の管板用複合板（皮相のクラット比１０
係、皮相の層０．１　ｍｍ　）を試作し、これを真空ブ
レージングを想定して５　Ｘ　１０−”　Ｔｏｒｒの真
空中で６００℃の温度に１０分間加熱した後、次の各試
験を行なった。また比較のため、従来例として、Ａ　６
９５　Ｊ　（Ａｊａ−０，２５Ｃｕ−０，６Ｍｇ−〇、
４Ｓｉ合金）を芯材とし、Ａ　７０７２（Ａｌ−１，１
Ｚｎ合余）を皮相とする管板用複合板について同様の加
熱処理を行なった後、次の各試験を行なった。これ等の
結果を第２表に示した。

■　２５°０．５％食塩水中で飽和せ永電極を基準とし
て皮相と芯材の電位を測定した。

■　曲げあるいはエリクセン試験機によって加工性を検
８」シた。

■　引張強さく　ｋｇ／　ｍｒ！　）を測定した。＋ｓ
ｋｇ／ｍｉ以上がｉ・ｌ脂タンクのかしめに対して有効
である。

■　芯材の裏面をポリエステルテープてノールし、水道
水＋１ＯＮ〕…Ｃ１ｌ　　　の腐食液中に浸漬し、液の
温度を８０℃、８時間保持した後、室温に１６時間放置
するザイクルを２ケ月間繰返して、皮相面の最大孔食深
さを測定した。

第２表 ○△× 良；ゴ悪第２表から明らかなように本発明に使用する複合板は何
れも芯材の電位に比較して皮材の電位が５０〜ｌ　１０
　ｍｖと十分に低く、最大孔食深さＱ、　］　ｍｍで、
皮材の厚さく０．］’ｉｍ）で止まっており、従来用複
合板隘２７と比較し、はるがて優れていることか判る。

また加工性は良好で、ろう付後の引張強さも’　５　ｋ
ｇ／　ｍｉ以上で、樹脂タンクとのかしめ性も優れてい
る。

これに対して、皮材のｃａが０．００５％未満あるいは
０．２％を越える比較材Ｎλ１６、Ｎ１１７ある（・は
Ｆｅ　＋３ｉの含有量か０．７係と多い比較相当１８は
何れも皮材の電位が十分低くなく、孔食深さか０．３ｍ
ｍ以北と皮相の厚さを通し、芯利に達していることが判
る。

また芯材のＣＬｌ、Ｍ＋１がそれぞれ０．２．０．１未
満の比較４４１＋　９は芯材の電位が低（なって、孔食
深さが０．２５ｍｍと皮材な貫通しているし、Ｃｌ、　
ＭＩ＋が何れも０．８％を越えた比較材Ｎｔ２０は、耐
食性は良好であるが加工性が低下している。更に芯材の
Ｍｇ、Ｓｉが何れも０．１未満、あるいは何れかか０．
１未満の比較相隔２１、陥２５、Ｎλ２６は、ろ５イ；
１後の強度が１５ｋｇ／ｍｉ未満で、樹脂タンクとのか
しめ性か劣る。またＭｇ、Ｓｉかそれぞれ０．５係、０
．６係　を越えた比較月Ｎｎ　２２はろう伺性が悪く、
しかも粒界腐食が起こり易く、耐食性か低下する（　０
．３　ｍｍ　）。

〜の何れかである。

実施例２第３表に示す組成の芯材と皮相を用い、芯材の片面に皮
材をクラッド（クラット１０％）Ｌ、その他面にＡｌ−
１０％５ｉ−１，５％Ｍｇ−０，０８％Ｂｉ合金（４１
０４）からなるろう相なりラッド（クラット比１５係）
した板）’ｌ　Ｉ−２ｍｍの管板用の複合板を作り、熱
交換器の内側に皮相を有する様に管板を作り、第１図に
示すようにコルゲートフィンと水管とを一体に組立て、
５　Ｘ　ｌ　０−５Ｔｏｒｒの真空中でブレージング（
６００”Ｃ５１５分）を行／、ｌ：い、熱交換器コアー
愛作成した。

次に、このコアーを樹脂タンクに０リングを介して第２
図の如く締結し、ラジェーターを作成　し　プこ。

このラジェーター内に腐食液（水道水−１−１０１）Ｉ
）Ｉｌｌ　Ｃｕ″４−）を８０〜１００℃の温度で８時
間循環させ、残り１６時間は放冷というザイクルを６ケ
月間繰収した後、管板内側（皮材面）に発生した孔食の
深さを測定した。その結果を、ろう伺性、樹脂タンクと
のがしめ性ともに第３表に併記した。

第３表から明らかな如く、本発明熱交換器は何れも最大
孔食深さは皮材内（ｏ、１２ｍｍ）で止まっており、陰
極防食効果に優れていることか判る。またろう伺性、樹
脂タンクとのかしめ性も良好で゛あった。

これに対して従来熱交換器及び本発明の範囲より外れる
比較用熱交換器は何れも、最大孔食深さか皮相を通して
芯材に達していて陰極防食効果が認められないばかりで
なく、ろう刊性、かしめ性に劣るものもあった。

このように本発明熱交換器は真空ブレージングにより接
合した後も、優れた陰極防食効果を有し、熱交換器の耐
孔食性を向上し、耐用年数を著しく向−１−シ得る顕著
な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルミニウム製熱交換器の一例を示す説明図、
第２図は第１図のＡ−Ａ断面図で・ある。１　水管、２・管板、３・・・フィン、４・・ザイドブ
ラケソト、５，５′・・樹脂タンク、６　皮材、７　・
ろう利、８・・０リンク°。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

複数個の平列状水管とその両端に取付けた氷室の管板を
、外表面にろう月を有するアルミニウム複合板で形成し
、水管の間に多数のアルミニウム製コルゲートフィンを
数個けて真空ブレージングによりろう個接合した熱交換
器において、管板をＣＬＩ　０．２〜０．８　ＳＶＬ％
、Ｍｕ　０．１〜０．８　ｗｔ％、ＭｇＯ，］〜Ｑ、５
ｗｔ係、ＳｉＯ，１〜Ｑ、５ｗｔ係を必須とし、Ｃｒ　
Ｏ，０１〜（１，３ｗｔ％、Ｚｒ　Ｏ，０１〜０．３　
ｗｔ％、Ｔｉ　Ｏ，０１〜Ｑ、３ｗｔ％　　の１種又は
２種以上と残部Ａｌおよび通常の不純物からなるアルミ
ニウム合金を芯利とし、その片面にろう拐を設け、他面
にＣａＯ，００５〜０．２　ｗＬ％、ｐ’ｅとＳｌの金
側がＱ、５ｗｔ％　以下、残部アルミニウムからなるア
ルミニウム合金を皮相として設けた複合板で形成し、氷
室の内面側を皮拐としたことを特徴とするアルミニウム
合金製熱交換器。