铝合金制换热器以及铝合金挤压材料的制造方法

专利名称：铝合金制换热器以及铝合金挤压材料的制造方法
技术领域：
本发明涉及铝合金制换热器以及该铝合金制换热器的制冷剂通路管用铝合金挤 压材料的制造方法。
背景技术：
在蒸发器、冷凝器等汽车用换热器中，通常使用由轻量性和导热性良好的铝合金 挤压管形成的制冷剂通路管。这些换热器的制造通常是按照以下方法进行例如在铝合金 挤压材料的管表面上附着氟化物系焊剂，并以规定的结构安装翅片等部件后，在非活性气 体环境氛围的加热炉内进行钎焊接合。通常，汽车用换热器的制冷剂通路管用挤压管使用多孔管，该多孔管作为制冷剂 流路具有由多个间壁分割的多个中空部。近年来，从降低环境负荷的观点出发，由于汽车的 燃料消耗率提高要求换热器轻量化，同时也要求管的薄壁化，且由于该需求，要求截面积的 进一步减少，挤压比(容器截面积/挤压材料截面积)达到了几百至几千。因此，考虑到挤 压性，作为制冷剂通路管材料使用了挤压加工性良好的纯铝系的材料。今后，预计轻量化将进一步被促进，与此相伴，管的薄壁化也会进一步加快。在这 种情况下，管材料本身的高强度化成为必要条件。而且，近年来为了防止地球变暖，有使用 自然制冷剂即CO2来代替以往采用的弗利昂作为制冷剂的趋势。CO2制冷剂与以往的氟利 昂相比，其工作压力更高，从这一点看，管材料的高强度化也是必要的。添加Si、Cu、Mn、Mg等对管材料的高强度化是有效的，但若进行钎焊的材料中含有 Mg，加热过程中熔融的氟化物系焊剂会与材料中的Mg反应，生成MgF2、KMgF3等化合物，会降 低焊剂的活性，从而明显降低钎焊性。另外，在使用CO2制冷剂的换热器的情况下，由于工 作温度为1 50°C左右的高温，因此，若材料中含有Cu，则晶间腐蚀敏感性明显提高。若产生 晶间腐蚀，则过早地发生制冷剂的泄漏，无法起到作为换热器管的功能。因此，高强度化的实现不得不依赖Si和Mn的添加。然而，高浓度添加了 MruSi的 合金中，固溶于母相中的Mn、Si使变形阻力加大，例如，如上所述的挤压比达到几百至几千 的多孔管，与以往的纯铝系材料相比，其挤压性极其差。此时的挤压性，当以挤压所需的冲 压、在多孔管中空部的间壁不发生缺损的情况下得到的最大挤压速度(极限挤压速度)作 为评价标准时，冲压越高或极限挤压速度越低则挤压性越差。高浓度添加了 MruSi的合金， 与以往的纯铝系材料相比，冲压提高，容易产生模具的破损或磨损，而且极限挤压速度也降 低，因此，生产率下降。为得到挤压合金的高强度化以及提高挤压性，提出了为实现高强度化添加Si、Mn， 为提高挤压性而组合实施高温均质化处理和低温均质化处理，由此减少母相中溶质元素的 固溶量，降低变形阻力的方法(日本专利公开2005-256166号公报)。但是，在这种情况下， 可以得到对应于原来的溶质元素添加量增多部分的高强度，但在挤压性的提高，特别是在 挤压速度的提高方面有限度，高强度和挤压性，即高强度和生产率难以完全兼得。而且，汽车用换热器的制冷剂通路管用的挤压管在使用中，若发生腐蚀引起的穿通，则会产生制冷剂泄漏，无法发挥作为换热器的功能，因此，以往是通过热喷镀等预先在 挤压管的表面附着Zn，在钎焊时使Zn扩散，从而在管表层形成Zn扩散层，Zn扩散层对较该 Zn扩散层更深的部分起到牺牲阳极的作用，抑制板厚方向上的腐蚀，从而延长穿通寿命，但 在此时，必须设置对挤压后的管进行热喷镀Zn等的Zn附着工序，而且，必须设置钎焊所需 的氟化物系焊剂的涂覆工序、或在和换热器芯组装后必须设置对芯整体的焊剂涂覆工序， 因此，导致制造成本的上升。为解决这种问题，例如，提出了将由没有事先附着Zn的铝挤压材料构成的制冷剂 通路管与不管是钎料还是芯材均含有Zn的包覆翅片加以组装，从而制造换热器的方法(日 本专利公开61-202772号公报)。然而，根据其实施例，此时的制冷剂通路管用铝挤压材料 是纯铝系的A1050合金、或A1-0. 6% Cu合金，当其为纯铝系的A1050合金时，无法确保足 够的强度，不能适用于有上述薄壁化和CO2制冷剂换热器等高强度要求的换热器中。另外， 当其为A1-0. 6% Cu合金时，与A1050合金等纯铝系合金相比，虽然能够得到高强度，但由于 含有Cu，在上述CO2制冷剂热交换中有可能引起高温晶间腐蚀性，因此，无法使用。采用常温下使用的以往的制冷剂的换热器中，含有Zn的翅片的一部分发生熔融 从而在制冷剂通路管的表层形成的Zn扩散层，其Zn浓度低，且由于制冷剂通路管中含有 Cu,因此，制冷剂通路管表面的电位没有足够低，为此，在制冷剂通路管的板厚方向上，没有 形成足够的防止制冷剂通路管本身的腐蚀所需的、表层低深部高的电位梯度。这是因为，当 Zn浓度低、且与Cu共存的情况下，与Zn的降低电位效果相比，Cu的提高电位效果更显著的 缘故。另外，预先在制冷剂通路管的表面通过热喷镀等附着Zn的方法中，由于制冷剂通 路管表面被高浓度的Zn覆盖，Zn浓缩于焊角中，所述焊角为钎焊时由于包覆翅片材的钎料 发生熔融从而在制冷剂通路管与包覆翅片材的接合部上形成的焊角。因此，焊角的电位明 显降低，由于焊角的优先腐蚀，翅片过早地从制冷剂管脱离，在无法保持作为换热器的性能 的同时，也得不到翅片材的牺牲阳极效果，导致制冷剂管过早地发生腐蚀穿通。而且，上述提出的不进行Zn热喷镀等的方法中，由于包覆翅片材的钎料中添加有 Zn，形成于翅片和制冷剂通路管的接合部上的焊角中的Zn浓度变高，产生优先腐蚀的同样 的结果。另外，在上述方法中，即使制冷剂管为A1-0. 6% Cu的情况下其耐孔腐蚀性良好，这 是因为已经通过CASS试验对耐腐蚀性作出了高评价的缘故。如CASS试验，在试验中试验 液时常被喷雾，试验材时常被高导电率的液膜覆盖的情况下，由于阴极防腐效果在更广泛 范围产生作用，因此，可通过使制冷剂通路管的电位比翅片的电位更高，对制冷剂通路管进 行阴极防腐。然而，实际的使用环境几乎是干湿交替的环境，因此，阴极防腐效果的作用范围被 限定于极其狭窄的范围内，仅凭使制冷剂通路管的电位比翅片的电位更高而达到的阴极防 腐难以对制冷剂通路管进行防腐。特别是，蒸发器中由于其被凝结的冷凝水覆盖，而该冷凝 水与上述CASS试验液相比，具有极低的导电率，因此，即使常被该冷凝水覆盖，阴极防腐 效果也无法作用于广泛范围内，难以对制冷剂通路管进行阴极防腐。在这种环境下对制冷 剂通路管进行防腐时，必须对制冷剂通路管自身赋予足够的电位梯度，以使表层的电位低 而深部的电位高。

发明内容
本发明是为了解决以往的铝合金制换热器、特别是汽车用换热器中存在的上述问 题点而完成的，其目的在于，提供一种以能够提高由铝合金挤压材料构成的制冷剂通路管 的强度和耐腐蚀性，且能够实现生产率的提高和低成本化的材料构成为特征的铝合金制换 热器，以及提供该铝合金制换热器的制冷剂通路管用铝合金挤压材料的制造方法。用于实现上述目的本发明第1技术方案的铝合金制换热器，是以铝合金挤压材 料作为制冷剂通路管，并在该制冷剂通路管上钎焊接合包覆翅片而成的铝合金制换热器； 所述铝合金挤压材料含有Mn :0. 5 1. 7% (质量％，以下相同)，并将Cu含量限制在低 于0. 10%，且余量为Al和不可避免的杂质；所述包覆翅片是在含有Mn :0. 8 1.7%、Zn: 0. 2 3. 5%，且余量为Al和不可避免的杂质的铝合金芯材上，包覆Al-Si系铝合金钎料而 成，该铝合金制换热器的特征在于，在钎焊后的上述制冷剂通路管的表层部，形成有钎焊加 热中由包覆翅片蒸发并再吸附于制冷剂通路管表面从而向内部扩散的Zn扩散层。本发明第2技术方案所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述制冷剂通路管用 铝合金挤压材料还含有Ti 0. 30%以下、Sr 0. 10%以下、Zr 0. 30%以下中的一种以上。本发明第3和第4技术方案所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述包覆翅片的 铝合金芯材还含有Si 0. 2 0. 6%,Fe 0. 1 0. 7%,Mg 0. 05 0. 3%,Cu 0. 5%以下中 的一种以上。本发明第5、6、7和8技术方案所述的铝合金制换热器，其特征在于，在第1或4的 技术方案中，上述包覆翅片的铝合金芯材还含有Cr 0. 3%以下、Zr 0. 3%以下、Ti 0. 3% 以下中的一种或两种以上。本发明第9和10技术方案所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述包覆翅片的 铝合金芯材还含有In 0. 001 0. 10%、Sn 0. 001 0. 10%中的一种或两种。本发明第11技术方案所述的制冷剂通路管用铝合金挤压材料的制造方法，是制 造上述技术方案1 10中任一项所述的铝合金制换热器的制冷剂通路管用铝合金挤压 材料的方法，其特征在于，对具有技术方案1或2所述组成的铝合金的铸锭，实施在400 650°C的温度下保持4小时以上的均质化热处理后，进行热挤压加工。本发明第12技术方案所述的制冷剂通路管用铝合金挤压材料的制造方法，是制 造上述技术方案1 10中任一项所述的铝合金制换热器的制冷剂通路管用铝合金挤压 材料的方法，其特征在于，对具有技术方案1或2所述组成的铝合金的铸锭，实施由第一段 热处理和第二段热处理组成的均质化热处理后，进行热挤压加工，所述第一段热处理是在 570 650°C的温度下保持2小时以上，所述第二段热处理是在该第一段热处理后使温度降 到400 550°C而保持3小时以上。本发明第13技术方案所述的制冷剂通路管用铝合金挤压材料的制造方法，是制 造上述技术方案1 10中任一项所述的铝合金制换热器的制冷剂通路管用铝合金挤压 材料的方法，其特征在于，对具有技术方案1或2所述组成的铝合金的铸锭，实施由第一段 热处理和第二段热处理组成的均质化热处理后，进行热挤压加工，所述第一段热处理是在 570 650°C的温度下保持2小时以上，所述第二段热处理是在该第一段热处理后，先降温 至常温，然后在400 550°C的温度下保持3小时以上。根据本发明，提供针对铝合金制换热器，改善由铝合金挤压材料构成的制冷剂通路管的强度和耐腐蚀性，且能够实现生产率的提高和低成本化的制冷剂通路管用铝合金 挤压材料的制造方法，并提供组装有该制冷剂通路管并将其钎焊接合而成的铝合金制换热 器。该铝合金制换热器具有良好的耐腐蚀性，特别是作为汽车用换热器，其即使暴露在苛刻 的腐蚀环境的情况下也可以发挥良好的耐久性。
具体实施例方式下面来说明本发明的铝合金制换热器的制冷剂通路管用铝合金挤压材料的合金 成分的意义以及限定理由。Mn 制冷剂通路管用铝合金挤压材料中的Mn，在钎焊加热接合换热器后固溶于母相 中，与以往作为汽车换热器用铝挤压多孔管使用的纯铝系材料相比，能够实现高强度化。Mn 的优选含量为0. 5 1. 7%的范围，当低于0. 5%时，高强度化的效果小，当含量超过1. 7% 时，则挤压性下降。更优选的Mn含量范围是0.6% 1.5%。Mn的添加与添加相同量的Si、Cu或Mg的情况相比，挤压性、特别是极限挤压速度 的降低明显要小，是能够兼得高强度和挤压性，即兼得高强度和生产率的添加成分。与为了 得到相同的强度而添加Si、Cu或Mg的情况相比，添加Mn时极限挤压速度的降低最小。Ti、Sr、Zr:当添加Ti时，在制冷剂通路管中形成Ti的高浓度区域和低浓度区域，这些区域在 管的厚度方向上以层状交替地分布，Ti的低浓度区域相比于高浓度区域更优先腐蚀，因此， 腐蚀形式为层状，能够抑制厚度方向上的腐蚀。由此，可提高耐孔腐蚀性和耐晶间腐蚀性。 进而，通过含有Ti，可提高常温和高温下的强度。Ti优选的含量为0. 30%以下的范围，若超 过0. 30%，铸造时生成巨大结晶体，无法制造良好的制冷剂通路管。在添加Sr的情况下，若对制冷剂通路管与包覆翅片材进行钎焊，则在Al-Si合金 液相钎料冷却而发生凝固时，结晶的共晶组织被微细化而分散。由此，由于成为材料表面的 阳极区域的共晶组织被分散，因此腐蚀均勻地分散而形成面状的腐蚀形式，提高耐腐蚀性。 Sr的优选含量为0. 10%以下的范围，若超过0. 10%，则结晶出Al-Si-Sr系化合物，共晶组 织无法微细化。当添加ττ的情况下，通过钎焊加热使得制冷剂通路管用铝合金进行重结晶，此 时，重结晶粒发生粗大化。由此，能够降低母材的晶间密度，在对制冷剂通路管和包覆翅片 材进行钎焊时，能够抑制Al-Si合金液相钎料浸透到母材的结晶粒界面的现象，能够抑制 在晶间优先发生腐蚀的现象。ττ的优选含量为0. 30%以下的范围，若超过0. 30%，则铸造 时生成巨大结晶体，难以制造出良好的制冷剂通路管。另外，复合添加Ti、Sr、&时，得到 的效果也是复合效果。Cu 本发明的制冷剂通路管用铝合金中，优选将Cu控制在低于0. 10 %。通过将Cu控制 在低于0.10%，在将换热器钎焊加热接合后的使用中，特别是在高温使用时，能够抑制晶间 腐蚀。当Cu量为0. 10%以上时，特别是在CO2制冷剂循环等中使用时，工作温度达到150°c 左右的高温，Cu等向晶间的析出现象明显，从而发生晶间腐蚀。当Cu量低于0. 10%时，不 会发生晶间腐蚀。而且，由于Cu的添加会明显降低挤压性，从这一点考虑，也有必要限制其添加量。Cu更优选的含量范围为0. 05%以下，进一步优选的含量范围是0. 03%以下。而且，已知通常添加Zn时电位则降低，相反，添加Cu电位则提高，但发明人发现， 在Zn与Cu共存的情况下，特别是Zn含量少时，Cu对提高电位效果的作用则更显著。在本 发明中，通过钎焊后由翅片蒸发的Zn在制冷剂通路管表面的吸附、扩散，而形成的Zn扩散 层的表层Zn浓度，低于以往通过Zn热喷镀等在制冷剂通路管表面附着而形成的Zn扩散层 的表层Zn浓度。为此，若制冷剂通路管的Cu含量超过0. 时，含有Cu带来的提高电位效 果与通过由上述翅片蒸发的Zn形成的Zn扩散层带来的降低电位效果抵消，虽然存在Zn扩 散层，但制冷剂通路管表层的电位不会降低，在制冷剂通路管的板厚方向上无法形成表层 电位低而深部电位高的电位梯度。由此，在制冷剂通路管自身中无法将表层作为牺牲阳极 而对深部进行防腐，无法提高穿通寿命。接着，说明构成包覆翅片的芯材的铝合金的合金成分意义以及限定理由。Zn 在本发明中，当将含有Zn的翅片安装于挤压制冷剂通路管并进行钎焊时，在钎焊 过程中Zn从翅片表面蒸发而吸附于制冷剂通路管表面，进而所附着的Zn向制冷剂通路管 的板厚方向扩散，在表层形成具有浓度梯度的Zn扩散层。该Zn扩散层使制冷剂通路管的 表层电位降低，在板厚方向形成表层的电位低而深部的电位高的电位梯度。其结果，制冷剂 通路管的表层成为牺牲阳极，从而对深部进行阴极防腐，能够抑制由腐蚀引起的穿通。由 翅片蒸发并吸附于制冷剂通路管的Zn量受到所组装的翅片形状的影响。当从制冷剂通路 管表面到翅片表面的距离短时，与该距离长的情况相比，吸附更多的Zn。因此，为了有效地 使Zn吸附于制冷剂通路管，更优选使用波纹形状的翅片。当使用波纹形状的翅片时，根据 其翅片波距及翅片高度，附着在制冷剂通路管上的Zn量不同。Zn的优选含量为0. 2 3. 5%的范围，若Zn量低于0. 2%，即使尽可能地使翅片波 距变小或使翅片高度降低，附着在制冷剂通路管表面的Zn量也很少，不能得到充分降低制 冷剂通路管表层电位的效果。另一方面，当翅片的Zn量超过3. 5%时，只要是作为普通换热 器使用的翅片形状，附着在制冷剂通路管的Zn量就足够用，但是，翅片自身的电位也会明 显降低从而翅片的自身耐腐蚀性下降，与此同时，翅片与制冷剂通路管之间的电位差变大， 在如经常暴露于高导电率的液体这样的使用环境中，作为阳极的翅片会过早地发生腐蚀消 耗。更优选的Zn含量范围是0.4% 2.5%。Mn、Si、Fe、Mg、Cu Mn提高翅片材的强度。Mn的优选含量为0.8 1.7%的范围，当低于0.8%时，其 效果小，若超过1.7%，则铸造时生成巨大结晶体，难以制造出良好的翅片材。Si提高翅片材的强度。Si的优选含量为0.2 0.6%的范围，当低于0.2%时，其 效果小，若超过0.6%，则翅片材的熔点降低，在钎焊加热时容易发生局部熔融。Fe提高翅片材的强度。Fe的优选含量为0. 1 0. 7%的范围，当低于0. 时，其 效果小，若超过0.7%，则Al-Fe系高电位化合物的量增多，从而降低翅片材的自身耐腐蚀 性。Mg提高翅片材的强度。Mg的优选含量为0. 05 0. 3%的范围，当低于0. 05%时其 效果小，当超过0.3%时，若使用氟化物系焊剂并在非活性气体环境氛围中进行加热钎焊， 则在钎焊时Mg与氟化物系焊剂反应而生成Mg的氟化物，降低钎焊性的同时，使得钎焊部的外观变差。Mg更优选的含量范为0. 05 0. 15%。Cu提高翅片材的强度。Cu的优选含量为0. 5%以下的范围，当超过0. 5%时，则翅 片材的电位变高，损害制冷剂通路管的耐腐蚀性。而且，也降低翅片材的自身耐腐蚀性。Cr、Zr、Ti:Cr和Ir具有使钎焊后的结晶粒径粗大，减少钎焊加热过程中的翅片的纵向弯曲 的效果。Cr和&的优选含量均为0.3%以下的范围，若含量均超过0.3%，则铸造时生成巨 大结晶体，难以制造出良好的翅片材。通过添加Ti，形成Ti的高浓度区域和低浓度区域，这些区域在材料的厚度方向以 层状交替地分布，由于Ti的低浓度区域相比于高浓度区域优先腐蚀，因此，腐蚀形式为层 状，能够抑制腐蚀向厚度方向的进行。由此，提高耐孔腐蚀性和耐晶间腐蚀性。而且，通过添 加Ti提高常温以及高温下的强度。Ti的优选含量为0.3%以下的范围，若含量超过0.3%， 则铸造时生成巨大结晶体，无法制造出良好的翅片材。In、Sn 通过微量添加In、Sn，可使翅片材的电位降低，使其发挥对制冷剂通路管的牺牲阳 极效果，防止制冷剂通路管发生孔腐蚀。In和Sn的优选含量均为0. 001 0. 10%的范围， 若均低于0.001 %，其效果小，若均超过0. 10%，则降低翅片材的自身耐腐蚀性。作为包覆 上述翅片材的芯材的Al-Si系铝合金钎料，可使用一般的钎料，但由于钎料中含有Zn时腐 蚀会变得明显，因此，优选钎料中的Zn量低于0. 5%。更优选的钎料中Zn量为低于0. 3%。说明本发明制冷剂通路管用铝合金挤压材料的制造方法。溶解具有上述组成的制冷剂通路管用铝合金，利用通常的半连续铸造进行铸锭， 对所得到的铸锭实施在400 650°C的温度下保持4小时以上的均质化处理后，进行热挤压 加工。通过该均质化处理，使铸造凝固时形成的粗大结晶体分解或粒状化，能够使铸造时产 生的偏析层等不均勻的组织均质化。若热挤压时残留粗大的结晶体，或残留铸造时形成的 偏析层等不均勻组织，则这些将成为挤压时的阻力，降低挤压性或导致挤压后制品的表面 粗糙度的降低。为了抑制如上所述问题的发生，必须实施上述条件的均质化处理。当均质化处理 温度低于400°C时，则难以进行上述反应。均质化处理温度越是高温，这些反应的速度越快， 但过高时，有溶解的可能性，因此，将上限设定为650°C。更优选在430 620°C的温度下进 行均质化处理。而且，处理时间越长越促进反应，因此，优选处理10小时以上。但是，即使 处理时间超过24小时，也难以得到更好的效果，反而不经济，因此，优选的处理时间为10 24小时。作为铸锭的均质化处理，也可以将高温均质化处理和低温均质化处理加以组合而 实施。由此，能够进一步提高之后的热挤压性和减少铝粗糟的发生。铝粗糟是指，挤压时堆 积在模具内的铝片达到某种程度的大小时，从模具被排出，并附着在挤压出的制冷剂通路 管表面的缺陷。高温的第一段热处理，是在570 650°C下保持2小时以上的处理，由此，不仅能够 使铸造凝固时形成的粗大结晶体发生分解或粒状化，而且使其积极地进行再固溶。若处理 温度低于570°C，则难以进行再固溶。均质化处理温度越是高温，这些反应的速度越快，但过 高时，有溶解的可能性，因此，将上限设定为650°C。更优选的第一段热处理温度为580 620°C的范围。另外，处理时间越长越促进反应，因此，优选处理5小时以上。但是，即使处 理时间超过24小时，也难以得到更好的效果，反而不经济，因此，优选的处理时间为5 24 小时。进行高温的第一段热处理后，若在比该第一段热处理温度低的温度下进行第二段 热处理，则能够使固溶于母相中的Mn析出，能够降低Mn的固溶度，因此，能够降低其后的热 挤压中的变形阻力，可提高挤压性。第二段热处理的优选温度范围为400 550°C。若低于 400°C，则析出量少，其结果，降低变形阻力的效果不充分。另外，550°C以上时，难以发生析 出，在这种情况下，其结果也是降低变形阻力的效果不充分。处理时间为3小时以上。若低 于3小时，则该析出不充分，其结果，降低变形阻力的效果不充分。而且，处理时间越长，具 有越促进反应的效果，但是，即使处理时间超过24小时，也难以得到更高的效果，反而不经 济。优选的处理时间为5 15小时。另外，本发明中的上述两段均质化处理，是将由第一段热处理充分均质固溶的Mn， 通过其后进行的第二段热处理来析出的处理，对是否连续进行该两阶段均质化处理，并未 作特别的限定。即，可将第二段热处理在第一段热处理后连续地进行，或者，也可以是第一 段热处理后，先将铸锭冷却至常温，然后进行再加热而实施第二段热处理。本发明的铝合金制换热器，可将由具有上述组成的铝合金构成的制冷剂通路管和 翅片材加以组合，根据常规方法，并通过钎焊来制造，且对其制造方法不作特别的限定。另 外，对制冷剂通路管合金的均质化处理中的加热方法和加热炉的结构等，也没有特别的限 定。而且，制冷剂通路管用铝合金挤压材料的挤压形状，可根据其用途，例如，可根据换热器 的形状等来选定。在挤压时，由于材料的挤压性良好，因此，也可以使用空心的多孔模来良 好地进行挤压。将由铝合金挤压材料构成的制冷剂通路管作为换热器用部件使用时，与其 它部件(例如翅片材、封头材)加以组装，并通常通过钎焊来进行接合。另外，对钎焊时的 环境、加热温度、时间不作特别的限定，对钎焊方法也没有特别的限定。实施例下面，与比较例对比说明本发明的实施例，验证本发明的效果。这些实施例是说明 本发明一实施方式的实施例，本发明并不受限于这些实施例。实施例1、比较例1作为制冷剂通路管用材料，铸造了如下坯料作为发明材料，铸造了具有表1所示 组成的铝合金A L的坯料；作为比较材料铸造了具有表2所示组成的铝合金M T的坯 料。另外，铝合金T是作为现有合金通常被广泛使用的材料。使用这些坯料，实施以下试验 1 Λ 2 > 3 O(试验1)对发明材料和比较材料，对坯料进行在600°C下保持10小时的均质化处理后，热 挤压加工成多孔管。此时，调查了挤压时的极限挤压速度比(与铝合金T的极限挤压速度的 比率)。将其结果示于表3和表4。将极限挤压速度比超过1.0者评价为挤压性良好，1.0 以下者评价为挤压性不良。(试验2)对试验1中热挤压加工的多孔管，实施钎焊加热。加热条件是在氮气环境中以 500C /min的平均升温速度加热至600°C，保持3分钟后，降温至室温。然后，在常温下实施拉伸试验。将其结果示于表3和表4。将拉伸强度超过铝合金T者评价为良好，而在铝合金 T以下者评价为不良。(试验3)对发明材料C和D的坯料，以表5和表6所示的条件进行均质化处理，并同样热挤 压加工为多孔管，调查挤压时的极限挤压速度比(与铝合金T的极限挤压速度的比率)。升 温速度为50°C /K从第一段热处理连续进行第二段热处理时的降温速度为25。C /h、第二段 热处理结束后的降温速度为出炉后自然放置冷却。将结果示于表5和表6。将极限挤压速 度比超过1. 0者评价为挤压性良好，将1. 0以下者评价为挤压性不良。表1
表2P龙组成(质量%)SiFeCuMnTiSrZrM0.050.1500,4000N0.050.1501.8000O0.050.1500.70.3500P0.050.1500.700.200Q0.050.1500.7000.35R0.050.150.30.7000S0.050.150.010.01000T0.050.15M0.1000表3
π巫极限挤压速度比钎焊后强度 (MPa)A1. 4175B1. 00115C1. 17100D1. 3380E1. 2983F1. 2980G1. 2980H1. 1584I1. 1581J1. 1584K1. 1084L1. 258表4
Α全 η巫极限挤压速度比钎焊后强度 (MPa)M1. 4270N0. 90120O0. 9590P0. 9585Q0. 9585R0. 7990S1. 5860T1. 00表5
表6
如表3、表4所示，发明材料A L在极限挤压速度比和强度两方面都得到了优异 的结果，但在具有脱离本发明条件的组成的比较材料M T中，极限挤压速度比、强度均差。如表5、表6所示，对具有本发明组成的发明材料C和D的坯料，按照表5，并以本 发明的条件加以均质化处理时，得到优异的极限挤压速度比，但以脱离本发明条件的条件 进行均质化处理时，极限挤压速度比差。实施例2、比较例2作为翅片材用铸造如下板坯作为发明材料，铸造具有表7所示组成的铝合金的 芯材和钎料(符号a 1)的板坯；作为比较材料铸造具有表8所示组成的铝合金的芯材 和钎料(符号m y)的板坯。对这些板坯，进行规定的均质化处理、热轧和冷轧，加工成以 10%的钎料包覆率在芯材的两面包覆而成的0. Imm厚的包覆翅片材后，以表9和表10所示 的尺寸进行波纹加工，并如表9和表10所示地，与制冷剂通路管(表示合金符号)加以组 装，通过钎焊制造换热器芯。制冷剂通路管是对表9 10所示的制冷剂通路管用铝合金的坯料实施在60(TC下 保持10小时的均质化处理后，进行热挤压加工而制造的通路管。换热器芯的钎焊加热条件 是在氮气环境中以50°C /min的平均升温速度加热至600°C，保持3分钟后后降温至室温 的条件。使用所制造的换热器芯，实施以下试验4、试验5、试验6。
将换热器芯的制造情况示于表9和表10。能够无障碍而顺利地制造的记录为无障 碍，制造时有障碍的则记录障碍的内容。(试验4)对换热器芯，模拟高温使用即在150°C下进行120小时的热处理后，根据IS011846 method B中规定的方法进行晶间腐蚀试验。将其结果示于表9和表10。在制冷剂通路管 中没有发生晶间腐蚀的记录为无晶间腐蚀，有发生晶间腐蚀的则记录发生的程度。(试验5)测定换热器芯的制冷剂通路管表面的Zn浓度、Zn扩散深度、表面和深部的电位以 及它们的电位差、翅片材的电位以及制冷剂通路管表面与翅片材的电位差。制冷剂通路管 表面的Zn浓度、Zn扩散深度，是从将芯的截面埋入树脂中，并由厚度方向上进行EPMA线 分析的结果求出。Zn扩散深度设定为Zn浓度达到0.01%的深度。关于电位，测定了制冷 剂通路管表面、翅片材钎焊后得到的表面、以及制冷剂通路管深部，所述制冷剂通路管深部 取的是从表面切削至150 μ m的深度且Zn未扩散到的部位。测定是在利用醋酸将pH值调 整为3的5% NaCl水溶液中浸渍24小时而进行，并采用10小时后的稳定测定值的平均值。 另外，参照电极采用饱和甘汞电极。将其结果示于表11和表12。(试验6)对换热器芯，分别实施IOOOh的ASTM-G85-Annex A3中规定的SWAAT试验和以下 所示的CCT试验。CCT试验是，以利用醋酸将PH值调整为3的5%食盐水作为试验液，在环 境温度35°C下喷雾2小时后，在环境温度60°C下干燥4小时，然后，在95% RH以上的相对 湿度下，并以环境温度50°C湿润2小时，将上述操作作为一个循环来重复进行。将试验后的 制冷剂通路管的最大腐蚀深度，翅片的剥离情况以及翅片的腐蚀情况示于表13和表14。关 于制冷剂通路管的最大腐蚀深度，将0. 05mm以下者评价为◎、将超过0. 05mm且0. IOmm以 下者评价为〇、将超过0. IOmm且0. 20mm以下者评价为Δ、将超过0. 20mm者评价为X。关 于翅片的剥离，无剥离的评价为〇、有剥离的评价为X。另外，关于翅片的腐蚀，将几乎没 有腐蚀的评价为◎、有轻微腐蚀的评价为〇、将中等程度腐蚀评价为Δ、将明显腐蚀的评价 为X。表7
表8
表9制冷剂通 路管合金翅片材试验材Α.波距 (mm)高度 (mm)制作芯时的障碍晶间腐蚀的有无1AC37无无2BC37无无3CC37无无4DC37无无5EC37无无6FC37无无7GC37无无8HC37无无9IC37无无10JC37无无11KC37无无12LC37无无13Da37无无14Db37无无15Dd37无无16De37无无17Df37无无18Dg37无无19Dh37无无20Di37无无21DJ37无无22Dk37无无23DI37无无24DC2.55无无表10
1表11
表12
表13
表14试验材制冷剂 管 合金翅片材SWAAT-IOOOhCCT-IOOOh合金波距 (mm)高度 (mm)管最大腐蚀 深度 (mm)翅片 剥离翅片 腐蚀管最大腐蚀 深度 (mm)翅片 剥离翅片 腐蚀25Dm370.25χO◎0.30χOO26Dη370.05◎OΔ0.06OOΔ27D0370.05◎O◎0.06OO◎28Dβ370.05◎OO0.06OOO29Da370.05◎OX0.06OOχ30DΓ370.05◎OO0.06OOO31DS370.25χOX0.15厶Oχ32Dt370.05◎OO0.06OOO33DU370.05◎OO0.06OOO34DV370.05◎OO0.06OOO35DW370.05◎OX0.06OOχ36DX370.05◎OX0.06OOχ37D 370.05◎XΔ0.06OχΔ38Dm2.50.25XOO0.25XOO39D (Zn热 喷镀10s/itf 1_C370.25XXO0.15ΔχO40TC370.15厶Oχ0.30χOχ41Tb370.09OOχ0.30χOχ42Tb2.50.07OOχ0.30χOχ43Tm370.21XOO0.30XOO44Tη370.07OOχ0.30XOχ45Tη2.50.06OOX0.30XOX46T 370.15厶XX0.30XXX47T (Zn热 啫镀lUs/m* 丄C370.25χXO0.15厶χO 如表9所示，根据本发明的换热器芯1 24，在芯制造时没有障碍，也没有发现晶 间腐蚀。与此相对，如表10所示，在脱离本发明条件的条件下制造的换热器芯中，芯27、28、 30、32 34在芯制造时产生障碍，芯40 47 (使用含有Cu的制冷剂通路管)中发生了明 显的晶间腐蚀。 如表11所示，根据本发明的换热器芯1 24，在制冷剂通路管表层部上形成有足 够的Zn扩散层，因此，制冷剂通路管表面相对于深部成为低电位，从而能在制冷剂通路管 表面与深部之间得到足够的电位差。另外，翅片材的电位相对于制冷剂通路管表面也成为 低电位。 与此相对，如表12所示，在脱离本发明条件的条件下制造的换热器芯25 47中， 有在制冷剂通路管表层部没有形成足够的Zn扩散层的情况，此时，在制冷剂通路管表面与深部之间得不到足够的电位差。而且，即使形成有足够的Zn扩散层，在制冷剂通路管中含 有Cu的芯40 47中，Zn的降低电位效果被抵消，制冷剂通路管表面具有与深部同等的电 位。而且，翅片材的电位也会相对于制冷剂通路管表面成为高电位，或者明显低于制冷剂通 路管表面的电位。在SWAAT试验中，如表13所示，由于本发明的换热器芯1 24在制冷剂通路管表 面与深部之间均得到了足够的电位差，因此，最大腐蚀深度浅，显示出优异的耐腐蚀性。而 且，在SWAAT试验中，由于得到了翅片的牺牲阳极效果，因此，制冷剂通路管表面与翅片材 之间的电位差使得翅片材的腐蚀消耗产生差异，但本发明的换热器芯1 24的情况均有适 宜的电位差，使得几乎没有翅片材的腐蚀，或者腐蚀轻微。而且，没有因腐蚀引起的翅片剥 离的现象。与此相对，如表14所示，在脱离本发明条件的条件下制造的换热器芯25 47中， 芯25、31、38 40、43、46、47没有在制冷剂通路管表面与深部之间得到足够的电位差，或者 翅片材的电位比制冷剂通路管表面的电位高，制冷剂通路管的最大腐蚀深度深。关于翅片 材，电位明显低于制冷剂通路管表面的电位的芯(芯35、36、40、41、44 46)、芯材的Zn量、 Fe量、Cu量、In量和Sn量多从而自身耐腐蚀性差的芯(芯26、29、31、35、36)、以及钎料中含 有Zn的芯(芯37，46)的腐蚀明显。进而，使用实施了 Zn热喷镀的制冷剂通路管的芯(芯 39、47)、使用钎料中含有Zn的翅片材的芯(芯37、46)中，由于腐蚀产生了翅片的剥离。在CCT试验中，由于导入了干燥过程而得到其接近实际环境的评价，但相反，难以 得到翅片的牺牲阳极效果。尽管使用这样的评价方法，但如表13所示，本发明的换热器芯 1 24中，由于在制冷剂通路管表面与深部之间得到了足够的电位差，因此，制冷剂通路 管的最大腐蚀深度浅，与SWAAT试验同样地显示出优异的耐腐蚀性。翅片材的腐蚀也几乎 没有，或者腐蚀轻微。进而，也没有因腐蚀引起的翅片的剥离。与此相对，如表14所示，在脱离本发明条件的条件下制造的换热器芯25 47中， 制冷剂通路管的表面与深部的电位差不充分的芯(芯25、38、40 44、46)的制冷剂通路管 的最大腐蚀深度深。使用难以得到翅片的牺牲阳极效果，但电位明显高于制冷剂通路管的 电位的翅片材的芯(芯31、39、47)中，制冷剂通路管的腐蚀深度有变深的倾向。关于翅片 材的腐蚀，其具有与SWAAT试验的结果相同的倾向。而且，关于翅片剥离，其也与SWAAT试 验的结果相同。另外，表14所示的在脱离本发明条件的条件下制造的换热器芯25 47中，芯27、 28、30、32 34显示出了良好的耐腐蚀性评价，但如表10所示，这些芯在制造换热器芯时产 生了障碍。
权利要求
一种铝合金制换热器，是以铝合金挤压材料作为制冷剂通路管，并在该制冷剂通路管上钎焊接合包覆翅片而成的铝合金制换热器，所述铝合金挤压材料含有Mn0.5～1.7％，并将Cu含量限制在低于0.10％，且余量为Al和不可避免的杂质，所述包覆翅片是在含有Mn0.8～1.7％、Zn0.2～3.5％，且余量为Al和不可避免的杂质的铝合金芯材上，包覆Al Si系铝合金钎料而成，该铝合金制换热器的特征在于，在钎焊后的上述制冷剂通路管的表层部，形成有钎焊加热中由包覆翅片蒸发并再吸附于制冷剂通路管表面从而向内部扩散的Zn扩散层。
2.根据权利要求1所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述制冷剂通路管用铝合金 挤压材料还含有Ti 0. 30%以下、Sr 0. 10%以下、Zr 0. 30%以下中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述包覆翅片的铝合金芯材 还含有 Si 0. 2 0. 6%、Fe 0. 1 0. 7%, Mg 0. 05 0. 3%, Cu 0. 5% 以下中的一种以 上。
4.根据权利要求2所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述包覆翅片的铝合金芯材 还含有 Si :0. 2 0. 6%、Fe :0. 1 0. 7%、Mg 0. 05 0. 3%、Cu 0. 5% 以下中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述包覆翅片的铝合金芯材 还含有Cr 0. 3%以下、Zr 0. 3%以下、Ti 0. 3%以下中的一种或两种以上。
6.根据权利要求2所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述包覆翅片的铝合金芯材 还含有Cr 0. 3%以下、Zr 0. 3%以下、Ti 0. 3%以下中的一种或两种以上。
7.根据权利要求3所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述包覆翅片的铝合金芯材 还含有Cr 0. 3%以下、Zr 0. 3%以下、Ti 0. 3%以下中的一种或两种以上。
8.根据权利要求4所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述包覆翅片的铝合金芯材 还含有Cr 0. 3%以下、Zr 0. 3%以下、Ti 0. 3%以下中的一种或两种以上。
9.根据权利要求3所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述包覆翅片的铝合金芯材 还含有In 0. 001 ~ 0. 10%, Sn 0. 001 0. 10%中的一种或两种。
10.根据权利要求4所述的铝合金制换热器，其特征在于，上述包覆翅片的铝合金芯材 还含有In 0. 001 ~ 0. 10%, Sn 0. 001 0. 10%中的一种或两种。
11.一种制冷剂通路管用铝合金挤压材料的制造方法，其是制造权利要求1 10中任 一项所述的铝合金制换热器的制冷剂通路管用铝合金挤压材料的方法，其特征在于，对具有权利要求1或2所述组成的铝合金的铸锭，实施在400 650°C的温度下保持4 小时以上的均质化热处理后，进行热挤压加工。
12.—种制冷剂通路管用铝合金挤压材料的制造方法，其是制造权利要求1 10中任 一项所述的铝合金制换热器的制冷剂通路管用铝合金挤压材料的方法，其特征在于，对具有权利要求1或2所述组成的铝合金的铸锭，实施由第一段热处理和第二段热处 理组成的均质化热处理后，进行热挤压加工，所述第一段热处理是在570 650°C的温度下保持2小时以上，所述第二段热处理是在该第一段热处理后使温度降到400 550°C而保持3小时以上。
13. 一种制冷剂通路管用铝合金挤压材料的制造方法，其是制造权利要求1 10中任 一项所述的铝合金制换热器的制冷剂通路管用铝合金挤压材料的方法，其特征在于，对具有权利要求1或2所述组成的铝合金的铸锭，实施由第一段热处理和第二段热处 理组成的均质化热处理后，进行热挤压加工，所述第一段热处理是在570 650°C的温度下保持2小时以上， 所述第二段热处理是在该第一段热处理后，先降温至常温，然后在400 550°C的温度 下保持3小时以上。
全文摘要
本发明提供一种能够提高由铝合金挤压材料构成的制冷剂通路管的强度和耐腐蚀性，且能够实现生产率的提高和低成本化的铝合金制换热器。本发明的铝合金制换热器，是以含有Mn0.5～1.7％，并将Cu含量限制在低于0.10％，且余量为Al和不可避免的杂质的铝合金挤压材料作为制冷剂通路管，并在该制冷剂通路管上钎焊接合包覆翅片而成，所述包覆翅片是在含有Mn0.8～1.7％、Zn0.2～3.5％，且余量为Al和不可避免的杂质的铝合金芯材上包覆Al-Si系铝合金钎料而成，其特征在于，在钎焊后的上述制冷剂通路管的表层部，形成有钎焊加热中由包覆翅片蒸发且再吸附于制冷剂通路管表面从而向内部扩散的Zn扩散层。
文档编号C22C21/00GK101928861SQ20101021003
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年6月24日
发明者久富裕二, 伊藤泰永, 山下尚希 申请人:住友轻金属工业株式会社