(57)【要約】【課題】熱交換器用部材の製造において、被覆面積率が高くかつ薄く均一な亜鉛付着部を溶射によって形成する。【解決手段】アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に、亜鉛または亜鉛含有合金からなる粒子が溶着してなる亜鉛付着部を有する熱交換器用部材であって、前記亜鉛付着部において、前記基材が溶着粒子に被覆された部分の被覆面積率が３０％以上であり、溶着粒子の平均粒径が１５０μｍ以下であり、粒径の標準偏差が７０μｍ以下である。かかる亜鉛付着部は、基材の表面に、線径が０．８〜１．３ｍｍのワイヤをアーク溶射することによって形成できる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に、亜鉛または亜鉛含有合金からなる粒子が溶着してなる亜鉛付着部を有する熱交換器用部材であって、
前記亜鉛付着部において、前記基材が溶着粒子に被覆された部分の被覆面積率が３０％以上であり、溶着粒子の平均粒径が１５０μｍ以下であり、粒径の標準偏差が７０μｍ以下であることを特徴とする熱交換器用部材。
【請求項２】
前記亜鉛付着部における亜鉛付着量が０．３〜１０ｇ／ｍ２である請求項１に記載の熱交換器用部材。
【請求項３】
前記被覆面積率が５０％以上である請求項１または２に記載の熱交換器用部材。
【請求項４】
前記溶着粒子の平均粒径が１４０μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器用部材。
【請求項５】
前記溶着粒子の粒径の標準偏差が６０μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器用部材。
【請求項６】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に、亜鉛または亜鉛含有合金からなり線径が０．８〜１．３ｍｍのワイヤをアーク溶射し、溶融した金属粒子を付着させて亜鉛付着部を形成することを特徴とする熱交換器用部材の製造方法。
【請求項７】
前記ワイヤの線径が０．８〜１．１ｍｍである請求項６に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【請求項８】
前記基材は押出材である請求項６または７に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【請求項９】
チューブとフィンとを交互に重ねて配置してコア部とし、ヘッダータンクに前記コア部のチューブを連通状態に連結して熱交換器を仮組みし、仮組みした熱交換器を加熱して前記チューブとヘッダータンク、およびチューブとフィンとをろう付する熱交換器の製造方法において、
前記チューブ、ヘッダータンク、フィンの少なくともいずれかとして、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器用部材を用い、ろう付時の加熱によって亜鉛付着部の亜鉛を基材に拡散させて犠牲腐食層を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ろう付によって製作される熱交換器の構成部材であって、表面に亜鉛付着部が形成された熱交換器用部材、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム製熱交換器の耐食性を向上させるために、チューブの表面に亜鉛または亜鉛含有合金を溶射して亜鉛を付着させて犠牲腐食層（亜鉛付着部）を形成する技術は既に知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
かかる亜鉛溶射チューブでは、低い付着量では安定的な溶射が困難であり、亜鉛を均一かつ薄く付着させることができない。また、低い付着量を達成したとしてもチュ一ブ表面に均一に付着しておらず、付着部と未付着部が混在するため、チューブの穴あき耐食性に問題があった。また、未付着部をなくすために亜鉛付着量を多くすると、フィン／チューブ接合部のフィレットに亜鉛が濃化し、フィレットが優先的に腐食するという事象が発生し、フィン剥がれが発生していた。
【０００４】
このため、亜鉛を薄く均一に付着させる方法として、Ａ１−Ｚｎ合金を溶射して付着する亜鉛の実質量を減らしたり、亜鉛置換型フラックスを用いることにより亜鉛を薄く均一に付着させてフィン剥がれを防止する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０４−１５４９６号公報
【特許文献２】特開２００３−２２５７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、亜鉛置換型反応を示すフラックスを用いる方法では、樹脂をバインダ−として塗布するための塗布工程とろう付時に樹脂成分を加熱により分解する必要があり、加熱工程において大幅な設備変更が必要であった。
【０００６】
このため、比較的設備コストの低い溶射によって、未付着部が少なく、薄く均一な亜鉛付着部を形成する技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した技術背景に鑑み、被覆面積率が高くかつ薄く均一な亜鉛付着部を有する熱交換器用部材、およびかかる亜鉛付着部を溶射によって形成する熱交換器用部材の製造方法、ならびに前記熱交換器用部材を用いる熱交換器の製造方法の提供を目的とする。
【０００８】
即ち、本発明の熱交換器用部材は下記［１］〜［５］に記載の構成を有する。
【０００９】
［１］アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に、亜鉛または亜鉛含有合金からなる粒子が溶着してなる亜鉛付着部を有する熱交換器用部材であって、
前記亜鉛付着部において、前記基材が溶着粒子に被覆された部分の被覆面積率が３０％以上であり、溶着粒子の平均粒径が１５０μｍ以下であり、粒径の標準偏差が７０μｍ以下であることを特徴とする熱交換器用部材。
【００１０】
［２］前記亜鉛付着部における亜鉛付着量が０．３〜１０ｇ／ｍ２である前項１に記載の熱交換器用部材。
【００１１】
［３］前記被覆面積率が５０％以上である前項１または２に記載の熱交換器用部材。
【００１２】
［４］前記溶着粒子の平均粒径が１４０μｍ以下である前項１〜３のいずれかに記載の熱交換器用部材。
【００１３】
［５］前記溶着粒子の粒径の標準偏差が６０μｍ以下である前項１〜４のいずれかに記載の熱交換器用部材。
【００１４】
また、本発明の熱交換器用部材の製造方法は下記［６］〜［８］に記載の構成を有する。
【００１５】
［６］アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に、亜鉛または亜鉛含有合金からなり線径が０．８〜１．３ｍｍのワイヤをアーク溶射し、溶融した金属粒子を付着させて亜鉛付着部を形成することを特徴とする熱交換器用部材の製造方法。
【００１６】
［７］前記ワイヤの線径が０．８〜１．１ｍｍである前項６に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【００１７】
［８］前記基材は押出材である前項６または７に記載の熱交換器用部材の製造方法。
【００１８】
さらに、本発明の熱交換器の製造方法は下記［９］に記載の構成を有する。
【００１９】
［９］チューブとフィンとを交互に重ねて配置してコア部とし、ヘッダータンクに前記コア部のチューブを連通状態に連結して熱交換器を仮組みし、仮組みした熱交換器を加熱して前記チューブとヘッダータンク、およびチューブとフィンとをろう付する熱交換器の製造方法において、
前記チューブ、ヘッダータンク、フィンの少なくともいずれかとして、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器用部材を用い、ろう付時の加熱によって亜鉛付着部の亜鉛を基材に拡散させて犠牲腐食層を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
上記[１]に記載の発明は、基材の表面に亜鉛または亜鉛含有合金からなる粒子が溶着してなる亜鉛付着部を有している。この亜鉛付着部において、基材が溶着粒子に被覆された部分の被覆面積率が高く、かつ溶着粒子が微細化されているから、亜鉛付着部は薄く均一である。このため、加熱によって亜鉛付着部の亜鉛が拡散して均一な犠牲腐食層を形成し、優れた耐食性を得ることができる。
【００２１】
上記［２］〜［５］に記載の各発明は、特に薄く均一な亜鉛付着部を有している。
【００２２】
上記［６］に記載の発明は、アーク溶射の溶射材料として線径が０．８〜１．３ｍｍのワイヤを用いるものであるから、基材の表面に溶着する粒子が微細なものとなり、薄く均一な亜鉛付着部を形成することができるとともに、高い被覆面積率が得られる。このため、加熱によって亜鉛付着部の亜鉛拡散により均一な犠牲腐食層を形成して優れた耐食性を奏する熱交換器用部材を製造することができる。
【００２３】
上記［７］に記載の発明によれば、特に薄く均一な亜鉛付着部を形成できる。
【００２４】
上記［８］に記載の発明によれば、効率良く熱交換器用部材を製造できる。
【００２５】
上記［９］に記載の発明は、チューブ、ヘッダータンク、フィンの少なくともいずれかとして［１］〜［５］のいずれかに記載の熱交換器用部材を用いたものであるから、ろう付時の加熱によって亜鉛が拡散して犠牲腐食層を形成し、優れた耐食性を有する熱交換器を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の熱交換器用部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面に、亜鉛または亜鉛含有合金からなる粒子が溶着してなる亜鉛付着部を有している。かかる熱交換器用部材は、加熱、例えばろう付時の加熱によって付着させた亜鉛が基材の表層部に拡散し、犠牲腐食層が形成される。
【００２７】
本発明において、熱交換器用部材の種類は問わない。例えば図１に示した熱交換器(1)は、チューブ(2)とフィン(3)とが交互に積層されるとともに、前記チューブ(2)の端部をヘッダータンク(4)に連通接続され、チューブ(2)とフィン(3)、チューブ(2)とヘッダータンク(4)がろう付接合されることにより、コア部が形成されたものである。本発明の熱交換器用部材は、チューブ(2)、フィン(3)、ヘッダータンク(4)のいずれにも適用できる。なお、図１の熱交換器(1)においては、最外側のフィン(3)にサイドプレート(5)がろう付されている。本発明の製造方法は熱交換器用部材がろう付される前であれば適用でき、ろう付前の各々の熱交換器用部材に適用できるのはもちろん、フィン、チューブ、ヘッダータンク等の熱交換器用部材を製造する前の板材や管材等の材料に本発明を適用しても良い。
【００２８】
図２に、本発明の熱交換器用部材の一例として扁平多穴型の熱交換器用チューブ(2)を示す。前記熱交換器用チューブ(2)は、基材(2a)の対向する２つの平坦壁に亜鉛付着部(2b)を有する。
【００２９】
前記亜鉛付着部(2b)は後述する溶射によって形成されたものであり、図３に示すように、無数の亜鉛または亜鉛含有合金からなる溶着粒子(20)によって構成されている。前記亜鉛付着部(2b)において、基材(2a)の表面を溶着粒子(20)が覆い尽くしている必要はなく、図示例のように溶着粒子(20)に覆われていない未付着部(21)も存在している。本発明において、溶着粒子(20)が微細であることで薄く均一な亜鉛付着部(2b)を得、さらに高い被覆面積率を得ている。具体的には、基材(2a)が溶着粒子(20)によって被覆された部分の被覆面積率は３０％以上であり、かつ溶着粒子の平均粒径が１５０μｍ以下、粒径の標準偏差が７０μｍ以下である必要がある。
【００３０】
前記被覆面積率が３０％未満では未付着部(21)が多すぎて耐食性が悪くなる。特に好ましい被覆面積率は５０％以上である。本発明は被覆面積率の上限値を定めるものではなく、被覆面積率１００％で基材(2a)が溶着粒子(20)に覆い尽くされて未付着部(21)が存在しない場合も本発明に含まれるが、被覆面積率が１００％未満であっても熱交換器に必要とされる耐食性が十分に得られる。
【００３１】
また、溶着粒子(20)は粒径が小さくかつばらつきが少ない方が薄くかつ均一な亜鉛付着部が形成され、ひいては高い被覆面積率が達成される。平均粒径が１５０μｍを超えて大きくなり、あるいは標準偏差が７０μｍを超えてばらつきが大きくなると、いずれも薄く均一な亜鉛付着部(2b)の形成が困難となる。溶着粒子の好ましい平均粒径は１４０μｍ以下であり、粒径の好ましい標準偏差は６０μｍ以下である。
【００３２】
なお、前記溶着粒子(20)は必ずしも完全な真円にならない。溶着粒子(20)が真円でない場合の粒径は同一面積の円相当径とし、この円相当径に基づいて平均粒径および標準偏差を計算する。また、溶着粒子(20)が重なり合っている場合は、重なり合っている部分のそれぞれの粒子の凹凸から判断して溶着粒子(20)の輪郭形状を計測し、輪郭形状から同一面積の円相当径を計算する。
【００３３】
前記溶着粒子(20)、即ち後述の溶射用のワイヤは亜鉛単体であっても良いし、亜鉛含有合金であっても良い。前記亜鉛付着部(2b)における単位表面積当たりに存在する亜鉛の付着量は、亜鉛の実質量として０．３〜１０ｇ／ｍ2であることが好ましい。０．３ｇ／ｍ2未満では、犠牲腐食効果が小さくなって耐孔食性の低下が懸念される。一方、１０ｇ／ｍ2を超えると長期的な耐食性を得ることが困難となる。また、１０ｇ／ｍ2以下で優れた耐食性が得られるので、それを超える量の亜鉛を付着させることは経済的な不利をもたらす。特に好ましい亜鉛付着量は０．５〜８ｇ／ｍ2である。
【００３４】
前記熱交換器用部材の基材(2a)の材料はアルミニウムまたはその合金である限り限定されず、周知のものを適宜使用できる。チューブ材料として、ＪＩＳ  １０００系のアルミニウム合金、微量のＣｕ、Ｍｎを添加したアルミニウム合金、ＪＩＳ  ３０００系のアルミニウム合金を推奨できる。また、フィン材料としてはＪＩＳ  ３２０３にＺｎを添加したアルミニウム合金を推奨でき、ヘッダータンク材料としてはＪＩＳ  ３００３合金を推奨できる。
【００３５】
溶射を行う溶射ガンの構造は、何ら限定されない。例えば、溶射材料（亜鉛または亜鉛含有合金）である２本のワイヤの間にアークを発生させることによりワイヤを溶融し、後方から圧縮空気を供給して溶融した金属を粒子状にして前方に吹き飛ばして基材(2a)の表面に溶着させるものを挙示できる。
【００３６】
上述した熱交換器用部材の製造において、溶着粒子(20)の微細化は前記溶射ガンに供給するワイヤとして線径の細いものを用いることによって達成することができ、本発明においては線径が０．８〜１．３ｍｍのワイヤを用いる。線径が１．３ｍｍを超えると溶着粒子の粒径が大きくなって被覆面積率が低下する。一方、線径の細いワイヤは加工費が高いので線径が０．８ｍｍ未満の細いワイヤを用いることは経済的に不利である。特に好ましいワイヤの線径は０．８〜１．１ｍｍである。
【００３７】
図４は、熱交換器用チューブ(2)を製造するための装置構成例を示している。本図において、押出機(10)の出口側の上下に溶射ガン(11)(11)が配置され、押出機(10)から順次押し出されて移動中の基材(2a)の２つの平坦壁に連続的に溶射するように構成されている。このように押出による基材(2a)の成形と溶射とを連続して行うことにより、亜鉛付着部(2b)の形成を効率良く行え、ひいては熱交換器用部材(2)を効率良く製造することができる。
【００３８】
なお、本発明の熱交換器用部材の製造方法は基材と成形と溶射とを連続して行うことに限定されず、基材の製作と溶射とは独立した工程で実施することもできる。例えば、別工程で製作した基材をコイルに巻き取っておき、そのコイルの基材をほどきながら溶射を行うこともできる。これらの方法で製作した熱交換器用部材は長尺材であるから、所要長さに適宜切断して使用する。さらに、溶射は長尺の基材に対してのみならず、基材を所定長さに切断した後でも溶射を行うことができる。
【００３９】
以上の次第で、本発明によれば、基材の表面に溶射による亜鉛付着部の形成において、溶着粒子を微細化して薄く均一に亜鉛を付着させることができる。形成された亜鉛付着部は薄くかつ均一な層であるから、加熱によって亜鉛が基材の表層部に拡散して均一な犠牲腐食層を形成し、優れた耐食性が得られる。また、少ない亜鉛付着量で優れた耐食性が得られるので亜鉛の消費量を削減できる。
【実施例】
【００４０】
〈熱交換器用チューブの製作〉
熱交換器用チューブ(2)の基材(2a)は、ＪＩＳ  １０００系アルミニウム合金（Ｃｕ：０．４質量％、Ｍｎ：０．２質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる）を用い、図２示す幅１６ｍｍ×高さ３ｍｍ×肉厚０．５ｍｍの多穴扁平管(2a)とした。熱交換器用チューブ(2)の製作は、図４に示すように、押出機(10)の出口側の上下に、表１に示す線径の亜鉛ワイヤを装填したアーク溶射ガン(11)を配置し、押出機(10)から前記多穴扁平管(2a)を押出し、順次押し出されて移動中の多穴扁平管(2a)の２つの平坦壁に連続的に溶射して亜鉛付着部(2b)を形成するものとした。製作した熱交換器用チューブ(2)はコイルに巻き取るものとし、その後、コイルをほどきながら所要長さに切断した。
【００４１】
製作した熱交換器用チューブについて、以下の項目について評価した。
【００４２】
〈亜鉛付着部〉
亜鉛付着部(2b)において、直径３０μｍ以上の溶着粒子(20)について粒径を測定し、平均粒径および標準偏差を求めた。また、被覆面積率は、１０ｍｍ×１０ｍｍの領域において溶着粒子(20)が基材(2a)を覆っている部分の面積を測定して面積率を求め、測定した５箇所の平均値を被覆面積率とした。なお、直径３０μｍ未満の溶着粒子を除外するのは、細かすぎるために付着量に殆ど影響が無く、耐食性にも影響しないためである。これらの結果を表１に併せて示す。
【００４３】
〈耐食性〉
作製した各熱交換器用チューブ(2)、ブレージングフィン(3)、ヘッダータンク(4)を仮組みし、ろう付することにより図１に示す表熱交換器(1)を作製した。ろう付加熱は６００℃×１０ｍｉｎとした。この加熱により、熱交換器用チューブ(2)の表層部には亜鉛が拡散されて犠牲腐食層が形成された。
【００４４】
ろう付した各熱交換器に対し、ＡＳＴＭ−Ｇ８５−Ａ３に規定されたＳＷＡＡＴ試験を実施した。腐食試験液は、ＡＳＴＭ  Ｄ１１４１による人工海水を作製し、この人工海水に酢酸を添加してｐＨ３に調製した腐食試験液を用いた。また、試験条件は０．５時間噴霧−湿潤１．５時間を１サイクルとし、このサイクルを４８０時間実施するものとした。さらに、４８０時間の腐食試験で良好な結果を得たものについては、さらに４８０時間延長して合計９６０時間の腐食試験を実施した。
【００４５】
前記腐食試験後に以下の基準で耐食性を評価した。表１に評価結果を併せて示す。
【００４６】
○：フィレットの優先腐食が無く、９６０時間の腐食試験においても良好であったもの
△：最大腐食深さは○と同等で４８０時間の腐食試験において良好であったもの
×：腐食深さが２００μｍ以上のもの、または孔食が発生したもの
【００４７】
【表１】
2009264711.tif 000002
【００４８】
表１に示した結果より、各実施例において、線径の細いワイヤを用いることによって溶着粒子を微細化できるとともに粒径のばらつきを小さくすることができ、少ない亜鉛付着量で被覆面積率の高い、均一な亜鉛付着部を形成することができた。そして、かかる亜鉛付着部により、長期的に優れた耐食性を得ることができた。一方、線径の大きいワイヤを用いた比較例では溶着粒子の粒径が大きくなり、実施例と同程度の亜鉛付着量であっても被覆面積率が小さいために耐食性が劣るものであった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば熱交換器用部材の基材の表面に薄く均一に亜鉛を付着させることができる。このため、長期的な耐食性が要求される種々の熱交換器の製造に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】熱交換器の一例を示す正面図である。
【図２】熱交換器用部材の一例を示す断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】熱交換器用部材の製造工程を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
1…熱交換器
2…チューブ（熱交換器用部材）
2a…基材
2b…亜鉛付着部
10…押出機
11…溶射ガン
20…溶着粒子
21…未付着部
【図１】
2009264711.tif 000003
【図２】
2009264711.tif 000004
【図３】
2009264711.tif 000005
【図４】
2009264711.tif 000006