(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎ：５．０〜１５．０質量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム製熱交換器用フィン材とＡｌまたはＡｌ合金製熱交換器用チューブとを、Ｚｎを含有し、かつ合計Ｚｎ含有量（質量％）が前記フィン材のＺｎ含有量（質量％）の２／３以下であるＡｌ合金粉末ろう材を用いてろう付して、Ｚｎ濃度がフィン＞フィレット＞チューブの順になっているアルミニウム製熱交換器を製造することを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【請求項２】
前記アルミニウム製熱交換器用フィン材は、組成成分として、さらにＭｎ：０．５〜２．０質量％を含有することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【請求項３】
前記アルミニウム製熱交換器用フィン材は、組成成分として、さらにＺｒ：０．０５〜０．２質量％を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【請求項４】
前記アルミニウム製熱交換器用フィン材は、組成成分として、さらにＦｅ：０．５〜２．０質量％を含有することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【請求項５】
前記アルミニウム製熱交換器用フィン材は、組成成分として、さらにＦｅ：０．５〜２．０質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【請求項６】
前記アルミニウム製熱交換器用フィン材は、不純物中のＳｉ、Ｃｕの一方又は両方を、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｃｕ：０．５質量％以下に規制したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【請求項７】
前記Ａｌ合金粉末ろう材は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｃｕから選択される単体粉末ろうまたは２種以上の混合粉末ろう材からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【請求項８】
粉末ろう材にフラックスを混合してろう付することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム製熱交換器の一部を構成するフィン材と、該フィン材を用いたアルミニウム製熱交換器の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウム製熱交換器の製造方法として、Ａｌ−Ｓｉ等のろう材を粉末化し、この粉末ろう材を熱交換器用部材のろう付部表面に付着させてろう付する粉末ろう付方法が知られている。この方法は、塗布する接合部の形状制約が小さく、従来のろう材では配置が困難な箇所にも容易に適用でき、またろう材を配置したい任意の場所に適宜の量で配置できるという利点を有している。
ところで、アルミニウム製熱交換器では、チューブ内部を流れる作動流体によって熱交換し、その熱はチューブ表面に接合したフィンにより放熱させている。したがって、上記チューブは、腐食によって上記流体が外部に漏れないように高い耐食性（特に孔食に対する耐食性）を有していることが要求される。
【０００３】
このため、厳しい腐食環境で使用されるような熱交換器では、粉末ろう材に、Ｚｎを含有した粉末ろうやＺｎ粉末を混合した混合粉末を用い、このＺｎ成分をろう付による加熱によってチューブ表面に拡散させてＺｎ拡散層を形成する方法が採られている。このＺｎ拡散層は、チューブ表面を面状腐食形態にして深さ方向への腐食進行を抑制して、チューブに孔食が発生するのを有効に防止する。
一方、放熱作用を得るフィンでは、チューブのような格別な耐食性は必要とされないため特に防食を図る手段は講じられておらず、その材料にも純Ａｌ系や強度や耐エロージョン性を向上させたＡｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｚｒ系合金、また、強度と熱伝導性を向上させたＡｌ−Ｆｅ系合金、Ａｌ−Ｚｒ系合金、Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｒ系合金が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようにＺｎを含む粉末ろう材を用いてろう付すると、ろう材のＺｎ成分が、Ａｌ−Ｓｉ成分に比べて融点が低いため、ろう付時に優先的に融解して、図２に示すように、Ｚｎ入りろう材１５を塗布したチューブ１１の表面部からフィレット形成予定部に移動し、一部はフィレット１３に接するフィン１２に拡散するものの、殆どが高濃度でフィレット１３に凝縮する。一方、チューブ１１では、溶融ろう１４に残っているＺｎ成分が拡散流入してＺｎ含有層１１ａを形成する。このためＺｎ濃度は、フィレット＞チューブ＞フィンの順となっている。
【０００５】
ところで、Ｚｎは上記したように深さ方向への腐食を抑制する作用があるが、Ｚｎを含有する層の電位を低下させるため該層が優先的に腐食され易くなる。また、腐食速度が増加するため腐食量が大きくなるといった面もある。このため、Ｚｎ含有の粉末ろう材により製造された従来の熱交換器では、フィレットが最も腐食され易く、次いでチューブ、フィンといった順に腐食される。したがって、従来の手法では、チューブを防食できたとしてもフィレットが急激に腐食されるという現象が起こり、これによりフィンの脱落が発生して、熱交換器としての性能を十分に得ることができなくなることが多々あった。
【０００６】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、チューブ、フィンともに優れた耐食性を得ることができるアルミニウム製熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のアルミニウム製熱交換器の製造方法のうち第１の発明は、Ｚｎ：５．０〜１５．０質量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム製熱交換器用フィン材とＡｌまたはＡｌ合金製熱交換器用チューブとを、合計Ｚｎ含有量（質量％）が前記フィン材のＺｎ含有量（質量％）の２／３以下であるＡｌ合金粉末ろう材を用いてろう付して、Ｚｎ濃度がフィン＞フィレット＞チューブの順になっているアルミニウム製熱交換器を製造することを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明のアルミニウム製熱交換器の製造方法において、前記アルミニウム製熱交換器用フィン材は、組成成分として、さらにＭｎ：０．５〜２．０質量％を含有することを特徴とする。第３の発明は、第１または第２の発明のアルミニウム製熱交換器の製造方法において、前記アルミニウム製熱交換器用フィン材は、組成成分として、さらにＺｒ：０．０５〜０．２質量％を含有することを特徴とする。第４の発明は、第１〜第３の発明のアルミニウム製熱交換器の製造方法において、前記アルミニウム製熱交換器用フィン材は、組成成分として、さらにＦｅ：０．５〜２．０質量％を含有することを特徴とする。第５の発明は、第１の発明のアルミニウム製熱交換器の製造方法において、前記アルミニウム製熱交換器用フィン材は、組成成分として、さらにＦｅ：０．５〜２．０質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有することを特徴とする。
第６の発明は、第１〜第５の発明のアルミニウム製熱交換器の製造方法において、前記アルミニウム製熱交換器用フィン材は、不純物中のＳｉ、Ｃｕの一方又は両方を、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｃｕ：０．５質量％以下に規制したことを特徴とする。
【０００８】
第７の発明のアルミニウム製熱交換器の製造方法は、第１〜第６の発明において、前記Ａｌ合金ろう材が、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｃｕから選択される単体粉末ろうまたは２種以上の混合粉末ろう材からなることを特徴とする。
第８の発明のアルミニウム製熱交換器の製造方法は、第１〜第７の発明において、粉末ろう材にフラックスを混合してろう付することを特徴とする。
【０００９】
前記で述べたように、フィン脱落は接合部各部位でのＺｎ濃度順がフィレット＞チューブ＞フィンになって、腐食順序がフィレット→チューブ→フィンになることが原因であるが、熱交換器では、フィンについては腐食による悪影響は殆どないため、腐食される順としては、フィン→フィレット→チューブであるのが理想的である。
本発明では、フィン材に適量のＺｎを含有させることによりフィンを卑側に移行させ、フィレットを相対的に貴側に移行させることにより、フィレットの優先的な腐食を抑制する。なお、通常、ろう材に含有させているＺｎ含有量（〜５％）によれば、ろう付の結果、上記フィン材はチューブよりも卑になるが、ろう材のＺｎ量を制限するか、Ｚｎを含まないろう材を使用すれば、フィンはフィレットよりも卑になり、Ｚｎ濃度順としてはフィン＞フィレット＞チューブの順になり、上記した理想的な腐食順位になる。
【００１０】
ただし、この場合、最もＺｎ濃度の低いチューブにおいても、腐食形態が面状型となるのに十分なＺｎ濃度および濃度勾配は必要であるが、ろう材にＺｎを含まないか、その量が制限される場合にも、以下に示すように、フィンからのＺｎ拡散が期待される。
すなわち、ろう材にＺｎを含まないか、その量が制限内にあるろう材５を使用しても、図１に示すように、ろう付時にフィン１からフィン１と接しているチューブ１へとＺｎが拡散流入し、また、フィレット３を形成する溶融ろう４にも、フィン２からＺｎが拡散流入する。溶融ろう４はチューブ１表面を濡らしているため、その溶融ろう４中をＺｎが移動し、元々ろう材にＺｎを含有する場合にはそのＺｎとともに、溶融ろうからチューブ１に拡散流入してチューブ表面にＺｎ拡散層１ａを形成する。
【００１１】
よって、フィンからのチューブやフィレットへのＺｎ拡散は上記２つの経路により起こり、最もＺｎ濃度が低いチューブ表面においても十分なＺｎ濃度を得ることができる。
このようにしてろう付された熱交換器の接合部では、Ｚｎ濃度がフィン＞フィレット＞チューブの順となるため、腐食はフィン→フィレット→チューブの順に進行することとなり、フィン脱落を確実に防止できると同時に犠牲陽極効果を持つフィンによりチューブでの腐食を一層防止することができる。
なお、図１では、粉末ろう材を用いて説明したが、本発明においては、ろう材が粉末ろう材に限定されるものではない。
【００１２】
次に、本発明のフィン材の合金組成の限定理由を具体的に説明する。
（１）Ｚｎ：５．０〜１５．０重量％
Ｚｎは、電位を卑にさせ犠牲陽極効果を持たせる。また、拡散したＺｎによってチューブの拡散腐食形態が面状型となり深さ方向への腐食進行が抑制される。上記効果は含有量が５重量％未満では十分に発揮されない。一方、１５重量％を超えるとフィン材の融点が著しく低下し、ろう付時のフィン材の耐エロージョン性、耐サグ性が低下する。このため、フィン材のＺｎ含有量を５．０〜１５．０重量％に限定する。また、この範囲内では、高強度や熱伝導性といったフィン材の特性に対しては問題は生じない。
なお、Ｚｎ含有量については、前記と同様の理由で、上限を１２％とするのが望ましく、さらに、上限を１０％とするのが一層望ましい。
【００１３】
（２）Ｍｎ：０．５〜２．０重量％
Ｍｎは、ろう付後に微細な金属間化合物として分散し、強度を向上させるので所望により含有させる。含有量が０．５重量％未満では強度向上が十分に発揮されず、２．０重量％を超えるとフィン材の加工性が低下するので、Ｍｎ含有量は、０．５〜２．０重量％に限定する。なお、同様の理由で下限を０．８％、上限を１．５％とするのが望ましい。
（３）Ｆｅ：０．５〜２．０重量％
Ｆｅは、ろう付後に微細均一に分散し、強度を向上させるので所望により含有させる。なお、ろう付後の固溶度が小さく熱伝導度は低下させにくく、固溶しても熱伝導度の低下は小さい。ただし、含有量が０．５％重量％未満では強度向上が十分に発揮されず、一方、２．０重量％を超えるとフィン材の加工性が低下するので、Ｆｅ含有量は、０．５〜２．０重量％に限定する。なお、同様の理由で下限を０．６％、上限を１．２％とするのが望ましい。
（４）Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％
Ｚｒは、ろう付後に微細な金属間化合物として分散し、強度を向上させ、さらに、ろう付後に結晶粒の形状を偏平型にし、耐エロージョン性を向上させるので所望により含有させる。熱伝導度への影響はＦｅと同様に小さい。ただし、含有量が０．０５重量％未満では強度向上が十分に発揮されず、一方、０．２重量％を越えるとフィン材の加工性が低下するので、Ｚｒ含有量は、０．０５〜０．２重量％に限定する。なお、同様の理由で下限を０．０７％、上限を０．１５％とするのが望ましい。
【００１４】
（５）Ｓｉ：１．０重量％以下
含有量が１．０重量％を超えるとフィン材の融点が著しく低下し、ろう付時のフィン材の耐エロージョン性、耐サグ性が低下するので、含有量は１．０重量％以下とするのが望ましい。
（６）Ｃｕ：０．５重量％以下
含有量が０．５重量％を超えるとフィン材の融点が著しく低下し、ろう付時のフィン材の耐エロージョン性、耐サグ性が低下するので、含有量は０．５重量％以下とするのが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のフィン材は、上述したように粉末ろう材を用いたろう付に好適のものであるが、その他に、置きろう材やチューブにろう材をクラッドしたブレージングシートを使用するろう付にも適用することができる。
また、フィン材がろう付される相手材としては、チューブが挙げられるが、その材質は、ＡｌまたはＡｌ合金の何れであっても良く、また、その成分も特定のものに限定されるものではない。
【００１６】
上記フィン材と他の熱交換器用部材との接合においては、上記したように各種ろう材を使用でき、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材やＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ろう材を用いることができる。これらろう材では、所望によりＺｎ等の成分を追加することができる。
なお、上記ろう材に粉末ろう材を用いる場合には、単独種の粉末ろう材の他に、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｃｕから選択される２種以上の混合粉末ろう材を用いることができる。これら粉末は、種別や配合比等も適宜選定することができ、また、各粉末の成分も特定のものに限定されるものではないが、通常は、合計量において、通常使用される単独の粉末ろう材と同等の組成となるように選定する。ただし、Ｚｎ成分については、前記した腐食形態（腐食順：フィン→フィレット→チューブ）を得るためには、粉末ろう材の合計Ｚｎ量を規制するのが望ましい。具体的には、フィン材のＺｎ含有量（重量％）の２／３以下とするのが望ましく、さらには、フィン材のＺｎ含有量（重量％）の１／２以下とするのが一層望ましい。
上記のように、ろう材のＺｎ量比を２／３以下に規制すれば、Ｚｎ含有量の順位を、フィン＞フィレット＞チューブの順にすることができ、さらにろう材Ｚｎ量比を１／２以下にすれば上記順位は一層確実なものになる。このような比を設けるのは、フィレットにおいて、ろう材からのＺｎの濃縮が起こることを考慮したものである。
また、粉末ろう材にＺｎを含有しないものであってもよい。このように粉末ろう材にＺｎを含有させなければ、フィレットでのＺｎの濃縮現象は避けられ、上記したＺｎ濃度順が確実に得られる。
【００１７】
また、上記粉末ろう材には、フラックスを混合して使用することができる。このフラックスには、ＫＡｌＦ4，Ｋ2ＡｌＦ5・５Ｈ2Ｏ，Ｋ3ＡｌＦ6，ＡｌＦ3等のフッ化物やＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＣｌ，ＺｎＣｌ2等の塩化物フラックス等を用いることができるが本発明としては、特にその種別が限定されるものではない。なお、粉末ろう材とフラックスとの混合比も適宜選定できるが、例えば、粉末２０〜１重量部に対し、フラックス１〜２重量部を混合したものを使用することができる。
上記フィン材とチューブ等の他部材とのろう付に際しては、その操業条件（加熱温度、加熱時間等）は特に限定されるものではなく、常法によりろう付作業を行うことができる。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す合金組成で板厚１００μｍ、調質Ｈ１４の板材を製作し、これをコルゲート加工を施しフィン材とした。なお、フィン材の強度はフィン材単体にろう付相当熱処理を施し、引張り試験を行うことにより測定した。その結果を表１に示した。
一方、ＪＩＳ Ａ３００３合金Ａｌ合金からなる押出偏平管に、Ａｌ−１０％Ｓｉ粉末ろう（平均粒径３０μｍ）１０重量部とフラックス（平均粒径２０μｍ）１重量部と、バインダー、バインダー分散媒よりなるろう付用組成物を塗布し、これに上記各フィン材を組み付けた。これに、ろう付熱処理（６００℃×５ｍｉｎ）を行って熱交換器を製作し、該熱交換器を用いて耐食性試験（ＳＷＡＡＴ２０日間）を行った。なお、ＳＷＡＡＴ試験では、人工海水および酢酸からなる試験液を５０℃の温度下で３０分間噴霧した後、３０分間噴霧を停止して湿潤雰囲気下に保持する操作を２０日間繰り返した。
【００１９】
【表１】
0003704632.tif 000002
【００２０】
表２にろう付結果と耐食性試験結果を示す。不純物であるＳｉ、Ｃｕが多く含まれる場合と、フィンに過量のＺｎを含む比較例Ｎｏ．１０では、フィン材の一部溶融が起こり、良好なろう付が困難であった。また、比較例Ｎｏ．１１では、フィレットでの耐食性の低下は見られないものの、チューブにおいて貫通孔が形成された。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
（実施例２）
次に、上記実施例と同様に表３に示す組成でフィン材を製作し、これをＡｌ−１０％Ｓｉ−４．５％Ｚｎ粉末ろう材を用いて、上記と同様にろう付を行い、さらに耐食性試験を行った。
その結果、フィン材のＺｎ含有量に対し、ろう材のＺｎ含有量が１／２以下である場合に最も良い耐食性を示し、これが１／２〜２／３の範囲ではやや良好な結果を示した。したがって、ろう材にＺｎを含有させる際には、フィン材のＺｎ含有量との間で相対的な関係を設けるのが望ましいことが明らかである。
【００２３】
【表３】
0003704632.tif 000004
【００２４】
【表４】
0003704632.tif 000005
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアルミニウム製熱交換器の製造方法によれば、Ｚｎ：５．０〜１５．０質量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム製熱交換器用フィン材とＡｌまたはＡｌ合金製熱交換器用チューブとを、合計Ｚｎ含有量（質量％）が前記フィン材のＺｎ含有量（質量％）の２／３以下であるＡｌ合金粉末ろう材を用いてろう付して、Ｚｎ濃度がフィン＞フィレット＞チューブの順になっているアルミニウム製熱交換器を製造するので、フィレットの耐食性が向上するとともに、フィレットからのＺｎ拡散によってチューブの耐食性も確保される。
さらに、粉末ろう材の合計Ｚｎ含有量（重量％）を、フィン材のＺｎ含有量（重量％）の２／３以下にしていることにより、各部材間において理想的な腐食順位となり、フィレットの耐食性が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明におけるフィン材のＺｎ成分の移動機構を示す概略図である。
【図２】  従来のフィン材のＺｎ成分の移動機構を示す概略図である。
【符号の説明】
１  チューブ
２  フィン
３  フィレット
４  溶融ろう
【図１】
0003704632.tif 000006
【図２】
0003704632.tif 000007