專利名稱：鋁合金制換熱器以及用于該換熱器中的制冷劑通路管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金制換熱器以及用于該換熱器中的制冷劑通路管的制造方法。
背景技術(shù)：
在蒸發(fā)器、冷凝器等汽車用換熱器中，通常使用輕量性和導熱性良好的鋁合金。這些換熱器的制造通常是按照以下方法進行例如，將鋁合金擠壓管作為制冷劑通路管，在其表面附著氟化物系焊劑，并以規(guī)定的結(jié)構(gòu)安裝翅片等部件后，在非活性氣體環(huán)境氛圍的加熱爐內(nèi)進行釬焊接合。 通常，作為汽車用換熱器的制冷劑通路管，使用具有由多個間壁分割的多個中空部的鋁擠壓多孔管。近年來，從降低環(huán)境負荷的觀點出發(fā)，由于汽車的燃料消耗量提高，因此要求換熱器的輕量化，與此相伴，也推進了制冷劑通路用管的薄壁化，由于該需求，要求管截面積的進一步減少，擠壓比(容器截面積/擠壓材料截面積)達到了幾百至幾千。因此，考慮到擠壓性，到目前為止作為管材一直使用擠壓加工性良好的純鋁系的材料。今后，預計換熱器的輕量化將進一步被促進，與此相伴，管的薄壁化也會進一步加快。在這種情況下，管材料本身的高強度化成為必要條件。而且，近年來為了防止地球變暖，作為制冷劑，有使用自然制冷劑即CO2來代替以往采用的弗利昂的趨勢。CO2制冷劑與以往的氟利昂制冷劑相比，其工作壓力更高，從這一點看，管材料的高強度化也是必要的。添加Si、Cu、Mn、Mg等對管材料的高強度化是有效的，但若進行釬焊的材料中含有Mg，加熱過程中熔融的氟化物系焊劑與材料中的Mg反應，生成MgF2和KMgF3等化合物，會降低焊劑的活性，從而顯著降低釬焊性。另外，在使用CO2制冷劑的換熱器的情況下，工作溫度為150°C附近的高溫，因此，若材料中含有Cu，則晶間腐蝕敏感性顯著提高。若產(chǎn)生晶間腐蝕，則過早地發(fā)生制冷劑的泄漏，無法起到作為換熱器管的功能。因此，高強度化的實現(xiàn)不得不依賴Si和Mn的添加。然而，高濃度添加了 Mn、Si的合金中，固溶于母相中的Mn、Si使變形阻力加大，例如，如上所述的擠壓比達到幾百至幾千的擠壓多孔管，與以往的純鋁系材料相比，其擠壓性極其差。此時的擠壓性，當以擠壓所需的沖壓、在多孔管中空部的間壁不發(fā)生缺損的情況下得到的最大擠壓速度(極限擠壓速度)作為評價標準時，沖壓越高或極限擠壓速度越低則擠壓性越差。高濃度添加了 Mn、Si的合金，與以往的純鋁系材料相比，沖壓提高，容易產(chǎn)生模具的破損或磨損，而且極限擠壓速度也降低，因此，生產(chǎn)率下降。作為得到擠壓合金的高強度化以及提高擠壓性的方法，例如，提出了為高強度化添加Si、Mn，為提高擠壓性而組合實施高溫均質(zhì)化處理和低溫均質(zhì)化處理，由此減少母相中溶質(zhì)元素的固溶量，降低變形阻力的方法(日本專利公開2005-256166號公報)。但是，在這種情況下，可以得到對應于原來的溶質(zhì)元素添加量增多部分的高強度，但在擠壓性的提高，特別是擠壓速度的提高方面有限度，高強度和擠壓性，即高強度和生產(chǎn)率難以完全兼得。而且，汽車用換熱器的制冷劑通路管在使用中，若發(fā)生腐蝕引起的穿通，則會產(chǎn)生制冷劑泄漏，無法發(fā)揮作為換熱器的功能，因此，以往是通過熱噴鍍等預先在制冷劑通路用擠壓管的表面附著Zn，通過釬焊使Zn擴散，此時，形成于管表層的Zn擴散層相對于比該Zn擴散層更深的部分起到犧牲陽極的作用，抑制板厚方向上的腐蝕，從而延長穿通壽命。但在此時，必須設置對擠壓后的管進行熱噴鍍Zn等的Zn附著工序，而且，之后必須設置釬焊所需的氟化物系焊劑的涂覆工序、或在和換熱器芯組裝后必須設置對芯整體的焊劑涂覆工序，因此，導致制造成本的上升。而且，由于該管上沒有賦予釬料，因此，所組裝的翅片材必須使用包覆了釬料的釬焊翅片。這一點，與使用沒有包覆釬料的裸翅片材的情況相比，會導致成本的上升。作為解決這些難題的方法，例如，提出了將釬料粉末與含有Zn的焊劑粉末加以混合后附著在鋁合金擠壓制冷劑通路管的表面的方法(日本專利公開2006-255755號公報、日本專利公開2006-334614號公報)。此時，可將所有的釬料、Zn、焊劑通過一次的附著工程同時附著，因此，可實現(xiàn)成本的降低，而 且，所組裝的翅片材也可以使用裸翅片材，也可以降低成本。然而，在上述提出的方法中，未必能夠確保制冷劑通路管的強度、擠壓性、耐腐蝕性。也提出了含有Si :0. 5% I. 0%、Mn :0. 05% I. 2%的制冷劑通路管(日本專利公開2004-330233號公報)，但在此時，雖然可以得到對應于溶質(zhì)元素添加量增多部分的高強度，但在擠壓性的提高，特別是在擠壓速度的提高方面有限度，高強度和擠壓性，即高強度和生產(chǎn)率難以兼得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決以往的汽車用換熱器和鋁制冷劑通路管中存在的上述問題而完成的，其目的在于，通過使用釬焊后的強度、耐腐蝕性優(yōu)異，且具有得以改善的擠壓性的鋁合金的制冷劑通路管，提供一種具有高耐腐蝕性，能夠?qū)崿F(xiàn)進一步的輕量化和低成本化，且特別適合作為汽車用換熱器使用的鋁合金制換熱器。而且，本發(fā)明的另一目的在于，提供一種制冷劑通路管的制造方法，該制造方法用于提高構(gòu)成該換熱器中使用的制冷劑通路管的鋁合金的擠壓性。用于實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明第I技術(shù)方案的鋁合金制換熱器，是在鋁合金制制冷劑通路管的表面，涂覆由Si粉末、含有Zn的化合物系焊劑粉末構(gòu)成的混合物中添加粘合劑而成的涂料，并組裝由Al-Mn-Zn系合金構(gòu)成的裸翅片，在控制了環(huán)境氛圍的爐中加熱而進行釬焊的鋁合金制換熱器，其特征在于，上述制冷劑通路管由含有Mn :0. 5 I. 7% (質(zhì)量％，以下相同)，并將Cu限制在低于0. 10% JfSi限制在低于0. 10%，且余量為Al和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金擠壓材料構(gòu)成，上述混合物中，Si粉末與含有Zn的化合物系焊劑粉末的混合比為10 : 90 40 60的范圍，粘合劑的添加量為上述涂料總量的5 40%，以Si粉末和含有Zn的化合物系焊劑粉末的合計總量達到5 30g/m2的形式涂覆于上述制冷劑通路管的外表面而進行釬焊加熱，釬焊加熱后的制冷劑通路管表面的電位低于比Si和Zn的擴散深度更深部位的電位，其電位差為20 200mV，
而且，翅片的電位低于上述制冷劑通路管深部的電位。本發(fā)明第2技術(shù)方案所述的鋁合金制換熱器，其特征在于，上述制冷劑通路管是進一步含有Ti :0. 30%以下、Sr :0. 10%以下、Zr :0. 30%以下中的一種或兩種以上的鋁合金擠壓材料。本發(fā)明第3和4技術(shù)方案所述的鋁合金制換熱器，其特征在于，上述混合物中，含有Zn的化合物系焊劑的組成為KZnF3。本發(fā)明第5技術(shù)方案的鋁合金制換熱器，其特征在于，上述由Al-Mn-Zn系合金構(gòu)成的裸翅片，含有Mn :0. I I. 8%、Zn :0. 8 3. 0%，而且，還含有Si :0. I I. 2%、Fe 0. 01 0. 8%,Mg :0. 05 0. 5%,Cu :0. 3% 以下、Cr :0. 3% 以下、Zr :0. 3% 以下、Ti :0. 3%以下中的一種或兩種以上，且余量為Al和不可 避免的雜質(zhì)。本發(fā)明第6技術(shù)方案的鋁合金制換熱器，其特征在于，上述由Al-Mn-Zn系合金構(gòu)成的裸翅片還含有In :0. 001 0. 10%、Sn :0. 001 0. 10%中的一種或兩種。本發(fā)明第7和8技術(shù)方案所述的制冷劑通路管^制造方法，是制造技術(shù)方案I 5中任一項所述的鋁合金制換熱器中使用的上述制冷劑通路管的方法，其特征在于，對構(gòu)成技術(shù)方案I或2所述制冷劑通路管的鋁合金的鑄錠，實施在400°C 650°C的溫度下保持4小時以上的均質(zhì)化熱處理后，進行熱擠壓加工。本發(fā)明第9和10技術(shù)方案所述的制冷劑通路管的制造方法，是制造技術(shù)方案I 5中任一項所述的鋁合金制換熱器中使用的上述制冷劑通路管的方法，其特征在于，對構(gòu)成技術(shù)方案I或2所述制冷劑通路管的鋁合金的鑄錠，實施由第一段熱處理和第二段熱處理組成的均質(zhì)化熱處理后，進行熱擠壓加工，所述第一段熱處理是在570 650°C的溫度下保持2小時以上，所述第二段熱處理是在該第一段熱處理后使溫度降到400 550°C而保持3小時以上。本發(fā)明第11和12技術(shù)方案所述的制冷劑通路管的制造方法，是制造技術(shù)方案I 5中任一項所述的鋁合金制換熱器中使用的上述制冷劑通路管的方法，其特征在于，對構(gòu)成技術(shù)方案I或2所述制冷劑通路管的鋁合金的鑄錠，實施由第一段熱處理和第二段熱處理組成的均質(zhì)化熱處理后，進行熱擠壓加工，所述第一段熱處理是在570 650°C的溫度下保持2小時以上，所述第二段熱處理是在該第一段熱處理后，先降溫至200°C以下，然后在400 550°C的溫度下保持3小時以上。根據(jù)本發(fā)明，通過使用釬焊后的強度、耐腐蝕性優(yōu)異，且具有改善了擠壓性的鋁合金的制冷劑通路管，能夠提供具有高耐腐蝕性，可實現(xiàn)進一步的輕量化和低成本化，特別適合作為汽車用換熱器的鋁合金制換熱器。另外，可提供制冷劑通路管的制造方法，該制造方法用于提高構(gòu)成該換熱器中使用的制冷劑通路管的鋁合金的擠壓性。
具體實施例方式下面來說明構(gòu)成本發(fā)明的鋁合金制換熱器的制冷劑通路管的鋁合金擠壓材料中的合金成分的意義以及限定理由。Mn Mn在釬焊加熱接合換熱器后固溶于母相中，與以往構(gòu)成汽車換熱器用擠壓多孔管的純鋁系合金相比，能夠?qū)崿F(xiàn)高強度化。而且，Mn的添加與添加相同量的Si、Cu或Mg的情況相比，擠壓性、特別是極限擠壓速度的降低顯著變小。與為了得到相同的強度而添加Si、Cu或Mg的情況相比，添加Mn時極限擠壓速度的降低最小，是能夠兼得高強度和擠壓性，即能夠兼得高強度和生產(chǎn)率的合金成分。優(yōu)選的含量是0. 5 I. 7%的范圍，若低于0. 5%，則高強度化效果小，若含量超過I. 7%，則擠壓性降低。更優(yōu)選的含量范圍是0. 6% I. 5%。Si 將Si限制在低于0. 10%。由此，可得到以下效果。涂覆于制冷劑通路管表面的Si粉末通過釬焊加熱向制冷劑通路管內(nèi)擴散，與構(gòu)成制冷劑通路管的鋁合金中的Mn形成Al-Mn-Si系金屬間化合物并析出。通過該析出，在制冷劑通路管的Si擴散層內(nèi)，Mn和Si的固溶度降低，與比Si擴散層更深的部位相比，即與Si未擴散的部位相比，Si擴散層的電位更低。其結(jié)果，從表面至Si擴散層深度的部位，對比該部位更深的部位起到犧牲陽極層的作用，能夠提高深度方向上的腐蝕穿通壽命。
當Si量為0. 10%以上時，Al-Mn-Si系金屬化合物一開始就存在于構(gòu)成制冷劑通路管的鋁合金中，因此，合金中的Mn固溶度也下降。此時，即使涂覆于表面的Si粉末通過釬焊加熱向合金中擴散，由此引起的Al-Mn-Si系金屬間化合物的析出也少，Si擴散層中的電位的降低效果下降，因此，從表面至Si擴散層深度的部分不會作為犧牲陽極層起作用，不會提高腐蝕穿通壽命。為了得到上述效果，更優(yōu)選的Si量為0. 05%以下。Cu 將Cu限制在低于0. 10%。由此，可得到以下⑴ (3)的效果。(I)在釬焊加熱接合而成的汽車用換熱器的使用中，特別是在高溫下使用時，能夠抑制晶間腐蝕。當Cu含量為0. 10%以上時，特別是在CO2制冷劑循環(huán)中使用時，工作溫度成為150°C附近的高溫，Cu等向晶間的析出現(xiàn)象顯著，晶間腐蝕敏感性增大。(2)如上所述地，Cu的添加與Mn相比，更顯著地降低擠壓性。從這一點考慮，也有必要限制其添加量。(3)眾所周知，通常情況下，添加Zn時電位則降低，添加Cu時電位則提高，但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在Zn與Cu共存的情況下，特別是Zn含量少時，Cu對提高電位效果的作用則更加顯著。在本發(fā)明中，通過含有Zn的焊劑粉末在釬焊時形成的Zn擴散層，與以往通過Zn熱噴鍍等在釬焊時形成的Zn擴散層相比，其表層Zn濃度要低。因此，若制冷劑通路管的Cu含量在0. 10%以上時，含有Cu帶來的提高電位效果抵消通過含有Zn的焊劑粉末形成的Zn擴散層帶來的降低電位效果，雖然存在Zn擴散層，但制冷劑通路管表層的電位不會降低，在制冷劑通路管的板厚方向上無法形成表層電位低而深部電位高的電位梯度，制冷劑通路管自身無法將表層作為犧牲陽極而對深部進行防蝕，無法提高穿通壽命。而且，實際上由于涂覆了Si粉末，由此制冷劑通路管表層存在Si擴散層，其也向提高表層電位的方向作用。而且，當Cu含量多時，相比于Zn擴散層的降低電位效果，Cu的提高電位效果完全占主導，并與上述Si擴散層帶來的提高電位效果相結(jié)合，在制冷劑通路管的板厚方向上形成表層電位高，深部電位低的電位梯度。此時，相對于制冷劑通路管的表層，深部成為陽極，因此，導致更早地發(fā)生穿通。另外，也考慮到通過增加含有Zn的焊劑粉末的附著量來提高表層Zn濃度的方法，但這樣一來附著膜也隨之變厚。在這種情況下，釬焊時由于Si和焊劑的熔融，附著膜厚度減少，縮少制冷劑通路管與翅片材之間的距離。該影響遍及芯整體，因此，芯的外尺寸縮小，成為不良。另一方面，當Cu限制在低于0. 10%的情況下，僅靠上述低濃度的Zn擴散層，也可降低制冷劑通路管表層的電位，從而使表層電位低、深部電位高，可形成制冷劑通路管表層作為犧牲陽極對深部進行防蝕所需的充分的板厚方向上的電位分布。Cu更優(yōu)選的含量為低于0. 05%，進一步優(yōu)選的含量為0. 03%以下。Ti、Sr、Zr:通過添加Ti，在合金中形成Ti的高濃度區(qū)域和低濃度區(qū)域，這些區(qū)域在材料的厚度方向上以層狀交替地分布，由于Ti的低濃度區(qū)域相比于高濃度區(qū)域更優(yōu)先腐蝕，因此，腐蝕形式為層狀，能夠抑制厚度方向上的腐蝕。由此，可提高耐孔腐蝕性和耐晶間腐蝕性。進而，通過添加Ti，可提高常溫和高溫下的強度。Ti優(yōu)選的含量為0. 30%以下，若超過0. 30%，鑄造時生成巨大結(jié)晶體，無法制造 出良好的制冷劑通路管。通過添加Sr，在釬焊加熱時預先涂覆于制冷劑通路管表面的Si粉末與母材的Al反應而生成Al-Si合金液相釬料，并在冷卻時凝固之際，起到使結(jié)晶的共晶組織微細化、分散的功能。若成為材料表面的陽極區(qū)域的共晶組織被分散，則腐蝕均勻地分散而形成面狀的腐蝕形式，提高耐腐蝕性。優(yōu)選的Sr含量為0. 10%以下，若超過0. 10%，則結(jié)晶出Al-Si-Sr系化合物，無法使共晶組織微細化。通過添加Zr，在釬焊加熱中制冷劑通路管合金進行重結(jié)晶時，使重結(jié)晶粒粗大化。通過粗大化，能夠降低母材的晶間密度，能夠抑制由于事先涂覆于制冷劑通路管表面的Si粉末生成的Al-Si合金液相釬料向母材的結(jié)晶粒徑的浸透，能夠抑制晶間優(yōu)先發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。Zr的優(yōu)選含量為0. 30%以下，若超過0. 30%，鑄造時生成巨大結(jié)晶體，難以制造出良好的制冷劑通路管。另外，復合添加Ti、Sr、Zr的各元素時，得到的效果也是復合效果。接著說明構(gòu)成本發(fā)明鋁合金制換熱器的制冷劑通路管的鋁合金擠壓材料的優(yōu)選制造條件。對具有上述組成的鋁合金加以溶解、鑄造，對所得到的鑄錠實施在400°C 650°C的溫度下保持4小時以上的均質(zhì)化處理后，進行熱擠壓加工。通過該均質(zhì)化處理，能夠使鑄造凝固時形成的粗大結(jié)晶體分解或粒狀化，能夠使鑄造時產(chǎn)生的偏析層等不均勻組織均質(zhì)化。若熱擠壓時殘留粗大的結(jié)晶體，或殘留鑄造時形成的偏析層等不均勻組織，則這些成為擠壓時的阻力，降低擠壓性或?qū)е聰D壓后制品的表面粗糙度的降低。若均質(zhì)化處理溫度低于400°C，則難以得到上述效果。均質(zhì)化處理溫度越是高溫，越促進上述效果，但過高時，有熔融的可能性，因此，將上限設定為650°C。更優(yōu)選的均質(zhì)化處理溫度為430 620°C。而且，處理時間越長效果越好，因此，優(yōu)選均質(zhì)化處理時間為10小時以上。但是，即使處理時間超過24小時，也難以得到更好的效果，反而變得不經(jīng)濟，因此，優(yōu)選的處理時間為10 24小時。也可以對鑄錠實施高溫均質(zhì)化處理和低溫均質(zhì)化處理的組合處理，由此，能夠進一步提高熱擠壓性，減少鋁粗糟的發(fā)生。鋁粗糟是指，擠壓時堆積在模具內(nèi)的鋁片達到某種程度的大小時，從模具被排出，并附著在擠壓出的制冷劑通路管用鋁合金擠壓材料表面的缺陷。高溫的均質(zhì)化處理(第一段熱處理)是在570 650°C下保持2小時以上的處理，通過該處理，不僅能夠使鑄造凝固時形成的粗大結(jié)晶體分解或粒狀化，還可以使其再固溶。當?shù)陀?70°C時，難以進行再固溶。雖然均質(zhì)化處理溫度越高越有效，但若溫度過高，有熔融的可能性，因此，設定為650°C以下。更優(yōu)選的均質(zhì)處理溫度為580 620°C。另外，優(yōu)選處理時間長，但即使處理時間超過24小時，也難以得到更好的效果，反而不經(jīng)濟，因此，優(yōu)選處理時間為5 24小時。進行上述高溫的均質(zhì)化處理(第一段熱處理)后，若在比該第一段熱處理溫度低的溫度下進行均質(zhì)化處理(第二段熱處理)，則能夠使固溶于母相中的Mn析出，能夠降低Mn的固溶度，因此，能夠降低其后的熱擠壓中的變形阻力，提高擠壓性。低溫下的均質(zhì)化處理(第二段熱處理)的溫度范圍為400 550°C。當?shù)陀?00°C時，析出量變少，降低變形阻力的效果不充分，若超過550°C，則難以產(chǎn)生析出，降低變形阻力的效果不充分。處理時間為3小時以上。若低于3小時，則該析出不充分，因此，降低變形阻力的效果不充分。而且，雖然處理時間越長效果越好，但是，即使處理時間超過24小時，也難以得到更好的效果，反而不經(jīng)濟。優(yōu)選的處理時間為5 15小時。上述兩段均質(zhì)化處理，是將由第一段熱處理充分均質(zhì)固溶的Mn，通過第二段熱處理來析出的處理，對是否連續(xù)進行該兩階段均質(zhì)化處理，并未作特別的限定。即，可將第二段熱處理在第一段熱處理后連續(xù)地進行，或者，也可以是第一段熱處理后，先將鑄錠冷卻至200°C以下，然后進行再加熱而實施第二段熱處理。Si粉末、含有Zn的化合物系焊劑粉 末和粘合劑的混合物對本發(fā)明的鋁合金制換熱器進行釬焊時，在制冷劑通路管的表面涂覆涂料，該涂料是在由Si粉末、含有Zn的化合物系焊劑粉末構(gòu)成的混合物內(nèi)添加粘合劑而成的涂料，其目的為如下所述。即，Si粉末在釬焊時與制冷劑通路管的母材的Al反應而生成Al-Si釬料，由此能夠進行翅片材或封頭材與制冷劑通路管的接合。含有Zn的焊劑在釬焊時，分解為焊劑和Zn，通過焊劑可進行釬焊，Zn則向制冷劑通路管擴散而形成Zn擴散層。由此，在從制冷劑通路管的表面到深部之間，能夠形成表面低而深部高的電位梯度，可將表層部作為犧牲陽極對深部進行防蝕。粘合劑在將上述混合粉末附著在制冷劑通路管時，能夠提高附著性。在Si粉末、含有Zn的化合物系焊劑粉末的混合物中，優(yōu)選Si粉末的粒徑為100 u m以下，更優(yōu)選的Si粉末粒徑為30 ii m以下，進一步優(yōu)選為15 ii m以下。Si粉末粒徑越小，越能夠提高釬焊加熱時生成的Al-Si液相釬料的流動性，且抑制對母材的侵蝕。優(yōu)選含有Zn的化合物系焊劑粉末的平均粒徑為5 u m左右，作為含有Zn的化合物系焊劑粉末，例如使用KZnF30優(yōu)選Si粉末與化合物系焊劑粉末的混合比率為10 90 40 60。若Si粉末的比率低于10 90，即低于10%，則在釬焊時不能生成足夠的液相釬料，容易導致接合不良。若超過40 60，即超過40%，由于含有Zn的化合物系焊劑粉末的比率降低，因此，向制冷劑通路管擴散的Zn量不足，而且，產(chǎn)生因焊劑量的下降引起的釬焊性的降低。當將上述混合物涂覆于制冷劑通路管的表面時，若將在釬焊加熱的升溫時可揮發(fā)的樹脂等作為粘合劑添加，并作為涂料涂覆，則可以提高附著性。作為粘合劑，例如可使用丙烯酸系樹脂。粘合劑的比率是涂料總量的5 40%。若粘合劑比率低于涂料總量的5%，則所附著的混合物容易剝離。若粘合劑比率超過涂料總量的40%，則降低釬焊性。優(yōu)選Si粉末和含有Zn的化合物系焊劑的混合物的涂覆量為5 30g/m2。若低于5g/m2，則降低接合性，所附著的Zn量不足。若超過30g/m2，所生成的釬料量多，容易引起翅片或母材的熔融、溶解。另外，若附著量超過30g/m2時，多數(shù)情況下制冷劑通路管與翅片材之間的附著膜的厚度變厚，因此，當釬焊加熱時發(fā)生熔融而產(chǎn)生膜厚的減少時，導致芯整體尺寸的減少。也可通過輥涂法將混合物涂覆于制冷劑通路管上。制冷劑通路管的表面與深部的電位差以及與翅片材的電位關(guān)系本發(fā)明的鋁合金制換熱器的特征在于，制冷劑通路管表面的電位低于比Si和Zn的擴散深度更深部位的電位，其電位差為20 200mV，且翅片的電位低于上述制冷劑通路管深部的電位。由此，制冷劑通路管表面對深部起到犧牲陽極的作用，能夠?qū)ι畈窟M行陰極防蝕。若電位差低于20mV，則得不到足夠的犧牲陽極效果，若電位差超過200mV，則表層部的腐蝕速度加快，有可能過早地消耗掉犧牲陽極。而且，翅片的電位低于制冷劑通路管深部的電位也是重要的，若翅片的電位高于制冷劑通路管深部的電位，則翅片對制冷劑通路管起到陰極的作用，促進制冷劑通路管的腐蝕。因此，翅片的電位必須低于制冷劑通路管深部的電位。當使用本發(fā)明的制冷劑通路管制造換熱器時，能夠抑制制冷劑通路管與封頭材的嵌合部的釬焊不良。即，主要是通過賦予在封頭材上的釬料來接合制冷劑通路管與封頭材的嵌合部，但由于制冷劑通路管的表面上也附著有Si粉末，釬焊時Si粉末和制冷劑通路管的表層部被熔融而生成的液相釬料所覆蓋，因此，封頭材的釬料與制冷劑通路管表面的液相釬料連在一起，可自由地流動。制冷劑通路管的與封頭的相反側(cè)具有與翅片的接合部，上述封頭材的釬料沿著制冷劑通路管表面，并通過表 面張力流向翅片接合部。為此，在封頭與制冷劑通路管的接合部中釬料不足，產(chǎn)生釬焊不良。特別是，當使用以往的純鋁系合金或由向該純鋁系合金添加Cu而成的合金所構(gòu)成的制冷劑通路管時，則產(chǎn)生釬焊不良。與此相對，由本發(fā)明的鋁合金來構(gòu)成制冷劑通路管時，即使采用與使用了上述現(xiàn)有合金制冷劑通路管時相同釬料量的封頭材，也不會在制冷劑通路管與封頭材的嵌合部中產(chǎn)生釬焊不良。這是因為，在本發(fā)明的制冷劑通路管用鋁合金中，由于表面存在Al-Mn系的析出物，該析出物成為阻力，與以往的制冷劑通路管用合金即純鋁系合金或向其中添加Cu的合金相比，能夠抑制液相釬料在表面的濕潤擴散性，能夠抑制封頭材的釬料沿著制冷劑通路管表面流入翅片接合部的現(xiàn)象。進而，在本發(fā)明中，將Si粉末與含有Zn的焊劑加以混合后涂覆于制冷劑通路管表面，而與翅片材接合，因此，與以往在制冷劑通路管表面實施Zn熱噴鍍等的情況相比，能夠抑制翅片材接合部倒角的Zn濃度，使其達到低濃度。因此，能夠抑制翅片接合部倒角的優(yōu)先腐蝕，能夠抑制翅片剝離。下面說明構(gòu)成本發(fā)明鋁合金制換熱器的裸翅片材的鋁合金中合金成分的意義和限定理由。Mn:Mn可提高翅片材的強度。Mn的優(yōu)選含量為0. I I. 8 %的范圍。若低于0. 1%，其效果小，若超過1.8%，則鑄造時生成巨大結(jié)晶體，難以制造出良好的翅片材。Mn更優(yōu)選的含量范圍為0. 8 I. 7%。Zn Zn降低翅片材的電位。Zn優(yōu)選的含量為0. 8 3. 0%的范圍。若低于0.8%,貝Ij得不到足夠的降低電位的效果，若超過3.0%，雖然電位的降低充分，但翅片材的自身耐腐蝕性下降的同時，翅片與制冷劑通路管深部的電位差加大，在經(jīng)常暴露于高導電率的液體的使用環(huán)境中，成為陽極的翅片過早地發(fā)生腐蝕消耗。Zn更優(yōu)選的含量范圍是1.0% 2. 5%。Si、Fe、Cu、Mg、Cr、Zr、Ti :Si可提高翅片材的強度。Si的優(yōu)選含量為0. I I. 2%的范圍。若低于0. 1%,其效果小，若超過I. 2%，則翅片材的熔點降低，釬焊加熱時容易產(chǎn)生局部熔融。Si更優(yōu)選的含量范圍是0. 2 0. 6%。
Fe可提高強度。Fe的優(yōu)選含量為0.01 0.8%的范圍。若低于0. 01 %，其效果小，若超過0. 8%，則Al-Fe系的高電位化合物量增多，因此,翅片材的自身耐腐蝕性下降。Fe更優(yōu)選的含量范圍是0. I 0.7%。Mg可提高翅片材的強度。Mg的優(yōu)選含量為0.05 0.5%的范圍。若低于0.05%，其效果小，若含量超過0. 5%，則使用氟化物系焊劑在非活性氣體環(huán)境中進行加熱釬焊時，Mg與氟化物系焊劑反應而生成Mg的氟化物，降低釬焊性的同時，使釬焊部的外觀變差。Mg更優(yōu)選的含量范圍是0. 05 0. 3%，進一步優(yōu)選的含量范圍是0. 05 0. 15%。Cu可使強度提高。Cu的優(yōu)選含量為0.3%以下。若含量超過0.3%，則翅片材的電位變高，損害制冷劑通路管的耐腐蝕性。而且，也降低翅片材的自身耐腐蝕性。Cr和Zr具有使釬焊后的結(jié)晶粒徑粗大 ，減少釬焊加熱過程中翅片的縱向彎曲的效果。Cr和Zr的優(yōu)選含量均為0.3%以下。若兩者的含量均超過0. 3%，則鑄造時生成巨大結(jié)晶體，難以制造出良好的翅片材。Ti形成Ti的高濃度區(qū)域和低濃度區(qū)域，這些區(qū)域在材料的厚度方向以層狀交替地分布，由于Ti的低濃度區(qū)域相比于高濃度區(qū)域優(yōu)先腐蝕，因此，腐蝕形式為層狀，能夠抑制腐蝕向厚度方向的進行。由此，提高耐孔腐蝕性和耐晶間腐蝕性。而且，通過添加Ti提高常溫以及高溫下的強度。Ti的優(yōu)選含量為0.3%以下，若含量超過0.3%，則鑄造時生成巨大結(jié)晶體，難以制造出良好的翅片。In、Sn :通過微量添加In、Sn，可使翅片材的電位降低，使其發(fā)揮對制冷劑通路管的犧牲陽極效果，防止制冷劑通路管發(fā)生孔腐蝕。In和Sn的優(yōu)選含量均為0. 001 0. 10%的范圍，若均低于0. 001 %，其效果小，若均超過0. 10%，則降低翅片材的自身耐腐蝕性。本發(fā)明的換熱器，可將具有上述組成的制冷劑通路管和翅片材加以組合，按常規(guī)方法通過釬焊來制造，對其制造方法未作特別的限定。本發(fā)明的換熱器具有良好的耐腐蝕性，例如，即使搭載于苛刻腐蝕環(huán)境中使用的汽車上的情況下，也可以發(fā)揮良好的耐久性。對構(gòu)成制冷劑通路管的鋁合金的均質(zhì)化處理中的加熱方法和加熱爐的結(jié)構(gòu)等，也沒有特別的限定。另外，對構(gòu)成制冷劑通路管的鋁擠壓材料的擠壓形狀，也沒有特別的限定，可根據(jù)其用途，例如，可根據(jù)換熱器的形狀等選定擠壓形狀。擠壓時，由于材料的擠壓性良好，因此，也可以使用空心的多孔模來良好地進行擠壓。例如，換熱器用的制冷劑通路管當作為換熱器用部件使用時，與其它部件(例如翅片材或封頭材)加以組裝，且通常是通過釬焊來進行接合，但對釬焊時的環(huán)境氛圍和加熱溫度、時間沒有特別的限定，對釬焊方法也沒有特別的限定。關(guān)于翅片材的制造方法，通常是通過半連續(xù)鑄造來制造鑄錠，并經(jīng)過熱軋一冷軋一中間退火一冷軋，但也可以省略中間退火。另外，也可以采用通過連續(xù)鑄造壓延從熔融液直接制作熱壓延板，經(jīng)過冷軋來制造的方法。實施例為了制造制冷劑通路管用鋁合金擠壓材料，鑄造了具有表I所示組成的鋁合金(合金A L)、具有表2所示組成的鋁合金(合金M T)的坯料。合金T是作為現(xiàn)有合金通常被廣泛使用的材料。使用這些坯料，實施了以下試驗1、2、3。另外，在表2中，對脫離本發(fā)明條件者標記了下劃線。(試驗I)
對所鑄造的坯料，在600°C下進行IOh的均質(zhì)化處理后，熱擠壓加工成多孔管。此時，調(diào)查了擠壓時的極限擠壓速度比(對合金T的極限擠壓速度的相對比)。將其結(jié)果示于表3和表4。將極限擠壓速度比超過1.0者評價為擠壓性良好(〇)，將低于1.0者評價為擠壓性不良(X)。(試驗2)對試驗I中擠壓加工的多孔管，實施釬焊加熱。加熱條件是在氮氣環(huán)境中以500C /min的平均升溫速度加熱至600°C，保持3分鐘后，降溫至室溫。然后，在常溫下實施拉伸試驗。將拉伸強度示于表3和表4。將拉伸強度超過合金T的拉伸強度者評價為釬焊后強度特性良好(〇)，將低于合金T的拉伸 強度者評價為釬焊后強度特性不良(X)。(試驗3)對鋁合金C和D的坯料，以表5和表6所示的條件進行均質(zhì)化處理后，同樣熱擠壓加工成多孔管，調(diào)查了極限速度比(對合金T的極限擠壓速度的相對比)。升溫速度為500C /h、連續(xù)進行第一段熱處理和第二段熱處理時的降溫速度為25°C /h、第二段熱處理結(jié)束后的降溫速度為出爐后自然放置冷卻。將極限速度比的調(diào)查結(jié)果示于表5和表6。將極限擠壓速度比超過I. 0者評價為擠壓性良好(〇)，將低于I. 0者評價為擠壓性不良(X)。表I
么令組成,(質(zhì)罕%)
P "~~sT I Fe I Cu I Mn I Ti I Sr I Zr A ~005" 0.15 Q 0.5 0 0 0 B 0.05^ 0.15 0’ 1.7 0 0 Q
c "oos" 0.15 0 ~ 1.0 0 ’ 0 0
D 0.05 0.15 0 0.7 0— 0 0「，E 0.05 "0J5 0OJ~~OA5 0 ET*--------
F0.050.1500.70 0.030
G0.050.150 "0.70 00.15'
H~005~0. 50 "0.70:1 了 0.03Q
I0.05"0.1 r00.70~ 0.030.15
J"005"oTr0 "0.70.15- 00.15
K0.050.150~0.70.030.15
L10.05 10.15 10,03 I0.7 I 0 I 0I 0表2
權(quán)利要求
1.一種鋁合金制換熱器，是在鋁合金制制冷劑通路管的表面，涂覆由Si粉末、含有Zn的化合物系焊劑粉末構(gòu)成的混合物中添加粘合劑而成的涂料，并組裝由Al-Mn-Zn系合金構(gòu)成的裸翅片，在控制了環(huán)境氛圍的爐中加熱而進行釬焊的鋁合金制換熱器，其特征在于， 上述制冷劑通路管由含有Mn :0. 5 I. 7%，并將Cu限制在低于O. 10%、將Si限制在低于O. 10%，且余量為Al和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金擠壓材料構(gòu)成， 上述混合物中，Si粉末與含有Zn的化合物系焊劑粉末的混合比為10 90 40 60的范圍， 粘合劑的添加量為上述涂料總量的5 40%， 以Si粉末和含有Zn的化合物系焊劑粉末的合計總量達到5 30g/m2的形式涂覆于上述制冷劑通路管的外表面而進行釬焊加熱， 釬焊加熱后的制冷劑通路管表面的電位低于比Si和Zn的擴散深度更深部位的電位，其電位差為20 200mV， 而且，翅片的電位低于上述制冷劑通路管深部的電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁合金制換熱器，其特征在于，上述制冷劑通路管是進一步含有Ti :0. 30%以下、Sr :0. 10%以下、Zr :0. 30%以下中的一種或兩種以上的鋁合金擠壓材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鋁合金制換熱器，其特征在于，上述混合物中，含有Zn的化合物系焊劑的組成為KZnF3。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項所述的鋁合金制換熱器，其特征在于，上述由Al-Mn-Zn系合金構(gòu)成的裸翅片，含有Mn :0. I I. 8%、Zn :0. 8 3. 0%，而且，還含有Si O.I I. 2 %、Fe :0. 01 O. 8%、Mg 0. 05 O. 5%、Cu :0· 3% 以下、Cr :0· 3% 以下、Zr O.3%以下、Ti :0. 3%以下中的一種或兩種以上，且余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁合金制換熱器，其特征在于，上述由Al-Mn-Zn系合金構(gòu)成的裸翅片還含有In :0. 001 ~ O. 10%, Sn :0. 001 O. 10%中的一種或兩種。
6.一種制冷劑通路管的制造方法，是制造權(quán)利要求I 5中任一項所述的鋁合金制換熱器中使用的上述制冷劑通路管的方法，其特征在于，對構(gòu)成權(quán)利要求I或2所述制冷劑通路管的鋁合金的鑄錠，實施在400°C 650°C的溫度下保持4小時以上的均質(zhì)化熱處理后，進行熱擠壓加工。
7.一種制冷劑通路管的制造方法，是制造權(quán)利要求I 5中任一項所述的鋁合金制換熱器中使用的上述制冷劑通路管的方法，其特征在于，對構(gòu)成權(quán)利要求I或2所述制冷劑通路管的鋁合金的鑄錠，實施由第一段熱處理和第二段熱處理組成的均質(zhì)化熱處理后，進行熱擠壓加工，所述第一段熱處理是在570°C 650°C的溫度下保持2小時以上，所述第二段熱處理是在該第一段熱處理后使溫度降到400°C 550°C而保持3小時以上。
8.一種制冷劑通路管的制造方法，是制造權(quán)利要求I 5中任一項所述的鋁合金制換熱器中使用的上述制冷劑通路管的方法，其特征在于，對構(gòu)成權(quán)利要求I或2所述制冷劑通路管的鋁合金的鑄錠，實施由第一段熱處理和第二段熱處理組成的均質(zhì)化熱處理后，進行熱擠壓加工，所述第一段熱處理是在570°C 650°C的溫度下保持2小時以上，所述第二段熱處理是在該第一段熱處理后，先暫且降溫至200°C以下，然后在400°C 550°C的溫度下保持3小時以上。
全文摘要
通過使用釬焊后的強度、耐腐蝕性優(yōu)異，且具有得以改善的擠壓性的鋁合金的制冷劑通路管，提供一種具有高耐腐蝕性，可實現(xiàn)進一步的輕量化和低成本化，且特別適合用作汽車用換熱器的鋁合金制換熱器。本發(fā)明的鋁合金制換熱器，其在制冷劑通路管的表面，涂覆由Si粉末、含有Zn的化合物系焊劑粉末構(gòu)成的混合物中添加粘合劑而成的涂料，并組裝由Al-Mn-Zn系合金構(gòu)成的裸翅片，在控制了環(huán)境氛圍的爐中加熱而進行釬焊的鋁合金制換熱器，其特征在于，上述制冷劑通路管由含有Mn0.5～1.7％，并將Cu限制在低于0.10％、將Si限制在低于0.10％，且余量為Al和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金擠壓材料構(gòu)成；上述混合物中，Si粉末與含有Zn的化合物系焊劑粉末的混合比為10∶90～40∶60；粘合劑的添加量為上述涂料總量的5～40％；以Si粉末和含有Zn的化合物系焊劑粉末的合計總量達到5～30g/m2的形式涂覆于上述制冷劑通路管的外表面；釬焊加熱后的制冷劑通路管表面的電位低于比Si和Zn的擴散深度更深部位的電位，其電位差為20～200mV；而且，翅片的電位低于上述制冷劑通路管深部的電位。
文檔編號C22C21/00GK102803891SQ20108002812
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者山下尚希, 伊藤泰永, 久富裕二 申請人:住友輕金屬工業(yè)株式會社