熱交換器用高耐食性チューブ及び熱交換器とその製造方法
【課題】 チューブの腐食深さ（腐食しろ）を低減することができて優れた耐食性を長期にわたって維持できる熱交換器用チューブを提供する。
【解決手段】 この発明の熱交換器用高耐食性チューブは、アルミニウム製チューブ芯材６の表面に犠牲腐食層７が設けられた熱交換器用チューブにおいて、前記チューブ芯材６は、Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成され、前記犠牲腐食層７は、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成されていることを特徴とする。
【解決手段】 この発明の熱交換器用高耐食性チューブは、アルミニウム製チューブ芯材６の表面に犠牲腐食層７が設けられた熱交換器用チューブにおいて、前記チューブ芯材６は、Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成され、前記犠牲腐食層７は、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チューブの腐食深さを低減し得て耐食性に優れた、熱交換器用高耐食性チューブ及び熱交換器に関する。
【０００２】
なお、この明細書において、「アルミニウム」の語は、アルミニウム及びその合金を含む意味で用いる。また、この明細書において、「Ａｌ」の表記は、アルミニウム（金属単体）を意味する。
【背景技術】
【０００３】
アルミニウム製熱交換器としては、複数本の扁平チューブが相互間にフィンを介在させた状態で厚さ方向に積層され、これらチューブの両端に中空ヘッダーが連通接続された構成のものが公知であり、扁平チューブとフィンとはろう付けにより接合一体化されている。このようなアルミニウム製熱交換器は、このまま使用を続けているとチューブに孔食が発生して、これがチューブ内面にまで達して貫通し、熱交換器としての機能が損なわれてしまうが、このような孔食を防止するために、チューブの表面にＺｎを付与し、ろう付け時の熱処理によってＺｎを拡散せしめてＺｎ拡散層を形成してこのＺｎ拡散層の存在によって犠牲防食することが従来より行われている（例えば特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平４−１５４９６号公報
【特許文献２】特開平９−１３７２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１、２に記載の技術では、チューブ芯材の表面にＡｌ−Ｚｎ合金を溶射して溶射層を形成しているが、腐食が進行する際にはこの溶射層のみならず、チューブ芯材中にＺｎが拡散して形成されたＺｎ拡散層も腐食しろとなり、このために腐食しろ（腐食深さ）が大きいという問題があった。従って、熱交換器用チューブにおける腐食しろを低減して、チューブの耐食性をさらに向上させることが求められていた。
【０００５】
なお、本出願人は、チューブの腐食深さを低減できる熱交換器用高耐食性チューブ等に関して先に特許出願している（特願２００４−１７０６５９号）。
【０００６】
この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、チューブの腐食深さ（腐食しろ）を低減することができて優れた耐食性を長期にわたって維持できる熱交換器用チューブ及び熱交換器とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【０００８】
［１］アルミニウム製チューブ芯材の表面に犠牲腐食層が設けられた熱交換器用チューブにおいて、
前記チューブ芯材は、Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成され、
前記犠牲腐食層は、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成されていることを特徴とする熱交換器用高耐食性チューブ。
【０００９】
［２］前記チューブ芯材におけるＦｅ含有量が０を超えて０．６質量％以下である前項１に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１０】
［３］前記チューブ芯材におけるＳｉ含有量が０を超えて０．３質量％以下である前項１または２に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１１】
［４］前記犠牲腐食層の厚さが１０〜８０μｍである前項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１２】
［５］前記犠牲腐食層の表面粗さ（Ｒｙ）が２０〜５０μｍである前項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１３】
［６］前記犠牲腐食層は、Ａｌ−Ｚｎ合金を溶射することにより形成されたものである前項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１４】
［７］前記犠牲腐食層は、アルミニウム線材およびＡｌ−Ｚｎ合金線材を溶射することにより形成されたものである前項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１５】
［８］前記溶射がアーク溶射である前項６または７に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１６】
［９］アルミニウム製チューブ芯材の表面に犠牲腐食層が設けられてなる複数本のチューブが、相互間にフィンを介在させた状態で積層され、前記チューブと前記フィンとがろう付けにより接合一体化されると共に、前記チューブの両端に中空ヘッダーが連通接続された熱交換器において、前記チューブとして、前項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブが用いられていることを特徴とする熱交換器。
【００１７】
［１０］Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム製チューブ芯材の表面に、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる犠牲腐食層を形成せしめてアルミニウム製チューブを製作する工程と、前記チューブにフィンを組み付ける工程と、前記組み付け状態でフラックスを塗布して乾燥させる工程と、前記乾燥後に所定温度で加熱することによりチューブとフィンとをろう付け接合する工程とを包含することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【００１８】
［１１］前記フラックスの塗布量を５〜２０ｇ／ｍ2に設定する前項１０に記載の熱交換器の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
［１］の発明では、犠牲腐食層とチューブ芯材の界面近傍において急峻な電位勾配を形成させることができ、これにより腐食の進行をこの犠牲腐食層とチューブ芯材の境界領域で阻止することができて（腐食がチューブ芯材中のＺｎ拡散層まで達しない）、腐食深さ（腐食しろ）を低減できることから、即ち腐食深さが非常に浅くなることから、耐食性に優れたチューブを提供できる。更に、アルミニウム製チューブ芯材におけるＣｕ含有量が０を超えて０．２質量％以下であり、且つ犠牲腐食層におけるＺｎ含有量が０．１〜５質量％、Ｆｅ含有量が０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ含有量が０を超えて０．２質量％以下に規定されているから、犠牲腐食層は耐食性に優れていて犠牲腐食層としての寿命が長く、従ってチューブとして長期にわたって優れた耐食性を維持できる。
【００２０】
［２］の発明では、チューブ芯材におけるＦｅ含有量が０を超えて０．６質量％以下であるから、チューブ芯材の耐食性をより向上させることができる。
【００２１】
［３］の発明では、チューブ芯材におけるＳｉ含有量が０を超えて０．３質量％以下であるから、チューブ芯材の耐食性をより向上させることができる。
【００２２】
［４］の発明では、犠牲腐食層の厚さが１０〜８０μｍに規定されているから、防食効果の持続期間をさらに延ばすことができる。
【００２３】
［５］の発明では、犠牲腐食層の表面粗さ（Ｒｙ）が２０〜５０μｍであるから、チューブの耐食性をさらに向上させることができると共に、チューブとフィンをより良好状態にろう付けすることができる。
【００２４】
［６］の発明では、犠牲腐食層は、Ａｌ−Ｚｎ合金を溶射することにより形成されたものであるから、生産効率が良くて高品質のチューブをより低コストで提供できる。
【００２５】
［７］の発明では、犠牲腐食層は、アルミニウム線材およびＡｌ−Ｚｎ合金線材を溶射することにより形成されたものであるから、犠牲腐食層内においてＡｌとＡｌ−Ｚｎの擬合金層が形成され、Ａｌ−Ｚｎ溶射粒の周囲にＡｌ溶射粒が存在することで微小な範囲で陰極防食が働きさらに長い長期的耐食性を得ることができる。
【００２６】
［８］の発明では、溶射手法としてアーク溶射が採用されているので、生産性をさらに向上させることができる。
【００２７】
［９］の発明では、犠牲腐食層とチューブ芯材の界面近傍において急峻な電位勾配を形成させることができ、これにより腐食の進行をこの犠牲腐食層とチューブ芯材の境界領域で阻止することができて、チューブの腐食深さ（腐食しろ）を低減できることから、耐食性に優れた熱交換器を提供できる。更に、アルミニウム製チューブ芯材におけるＣｕ含有量が０を超えて０．２質量％以下であり、且つ犠牲腐食層におけるＺｎ含有量が０．１〜５質量％、Ｆｅ含有量が０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ含有量が０を超えて０．２質量％以下に規定されているから、犠牲腐食層は耐食性に優れており、犠牲腐食層としての寿命が長く、ひいては耐久性能に優れた高品質の熱交換器を提供できる。
【００２８】
［１０］の発明では、耐食性に優れたチューブを備えた耐久性能に優れた高品質の熱交換器を製造できる。
【００２９】
［１１］の発明では、一層耐食性に優れたチューブを備えた熱交換器を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、この発明の一実施形態に係る熱交換器を示す正面図である。この熱交換器（１）は、自動車用カーエアコンにおける冷凍サイクルのコンデンサ、エバポレータとして用いられるものであって、マルチフロータイプの熱交換器を構成するものである。
【００３１】
即ち、この熱交換器（１）は、平行に配置された垂直方向に沿う左右一対の中空ヘッダー（４）（４）間に、熱交換管路としての水平方向に沿う多数本の扁平なチューブ（２）が、各両端を両中空ヘッダー（４）（４）に連通接続した状態で並列に配置されると共に、これらチューブ（２）の各間及び最外側のチューブの外側にコルゲートフィン（３）が配置され、更に最外側のコルゲートフィン（３）の外側にサイドプレート（１０）が配置されている。
【００３２】
前記チューブ（２）は、図２、３に示すように、アルミニウムの中空押出材からなり、長さ方向に連続して延びる仕切壁（２ａ）によって内部が複数本の冷媒流路（２ｂ）に区分けされている。このチューブ（２）は、アルミニウムの中空押出材からなるチューブ芯材（６）と、該チューブ芯材（６）の表面に形成された犠牲腐食層（７）とからなる。また、コルゲートフィン（３）は、ろう材をクラッドしたアルミニウムブレージング材により構成されている。そして、チューブ（２）とフィン（３）とが交互に積層されて組み付けられた状態で（仮組状態で）炉中にて加熱されて、チューブ（２）とフィン（３）とがろう材によりろう付け接合されている。
【００３３】
なお、本発明においては、前記犠牲腐食層（７）は、Ｚｎがアルミニウム製チューブ芯材中に拡散して形成されるＡｌ−Ｚｎ層を意味するものではなく、アルミニウム製チューブ芯材の上に付与されたＡｌ−Ｚｎ合金層（この合金層は腐食時にチューブ芯材よりも優先的に腐食する層である）を意味するものであり、このような犠牲腐食層（７）として特に好適なものはアルミニウム製チューブ芯材の表面への溶射によって新たに積層形成された表面溶射層である。本発明においても、ろう付け後において、チューブ芯材中における表面溶射層の近傍位置には表面溶射層からＺｎが拡散することによってＺｎ拡散層が存在しているが、このようなチューブ芯材中におけるＺｎ拡散層は、本願発明では「犠牲腐食層」とは規定しない（「犠牲腐食層」には相当しない）。なお、従来、一般的には、チューブ芯材中におけるＺｎ拡散層が犠牲腐食層と呼ばれることが多かった。
【００３４】
上記熱交換器（１）において、前記チューブ芯材（６）は、Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成されている。また、前記犠牲腐食層（７）は、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成されている。
【００３５】
この発明では、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＭｎ含有量は１．０〜１．７質量％に設定される必要がある。アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＭｎは、チューブ芯材（６）と犠牲腐食層（７）の界面近傍において急峻な電位勾配を付与するために必要な金属元素であり、Ｍｎ含有量が１．０質量％未満では急峻な電位勾配を付与することができないし、Ｍｎ含有量が１．７質量％を超えると粗大な金属間化合物が生成するために加工性が悪くなる。中でも、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＭｎ含有量は１．３〜１．６５質量％に設定されるのが好ましい。
【００３６】
また、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＣｕ含有量は０を超えて０．２質量％以下に設定される必要がある。Ｃｕ含有量が０．２質量％を超えると、Ｃｕがチューブ芯材（６）から犠牲腐食層（７）に拡散して犠牲腐食層（７）の機能を低下させる。中でも、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＣｕ含有量は０を超えて０．１８質量％以下に設定されるのが好ましい。
【００３７】
また、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＦｅ含有量は０を超えて０．６質量％以下に設定されるのが好ましい。アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＦｅは、耐食性に影響を及ぼす金属元素であり、Ｆｅ含有量を０．６質量％以下に規定することによってチューブ芯材（６）の耐食性をより向上させることができる。中でも、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＦｅ含有量は０を超えて０．４５質量％以下に設定されるのがより好ましい。
【００３８】
また、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＳｉ含有量は０を超えて０．３質量％以下に設定されるのが好ましい。アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＳｉは、耐食性に影響を及ぼす金属元素であり、Ｓｉ含有量を０．３質量％以下に規定することによってチューブ芯材（６）の耐食性をより向上させることができる。中でも、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＳｉ含有量は０を超えて０．２質量％以下に設定されるのがより好ましい。
【００３９】
前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるその他の不純物元素について、例えばＭｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｎｉ等の不純物元素を含有しても良いが、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｎｉ等の不純物元素の含有率は０を超えて０．０１質量％以下に設定されるのが好ましい。
【００４０】
この発明において、前記犠牲腐食層（７）におけるＺｎ含有量は、０．１〜５質量％に設定される必要がある。犠牲腐食層（７）におけるＺｎは、犠牲腐食層（７）を面腐食させるために必要な金属元素であり、Ｚｎ含有量が０．１質量％未満ではチューブに孔食が発生するし、Ｚｎ含有量が５質量％を超えると早期に犠牲腐食層（７）が腐食してしまい長期的な防食を維持することができない。中でも、前記犠牲腐食層（７）におけるＺｎ含有量は、０．５〜４質量％に設定されるのが好ましい。
【００４１】
また、前記犠牲腐食層（７）におけるＦｅ含有量は０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ含有量は０を超えて０．２質量％以下に設定される必要がある。犠牲腐食層（７）の耐食性に大きな影響を及ぼすのは犠牲腐食層（７）中のＺｎ以外の不純物である。特にＦｅ、Ｓｉは通常のＡｌ材の中には不純物として最も混入しやすい金属元素であることから、これらＦｅ、Ｓｉの含有量を規定する必要がある。Ｆｅ含有量が０．２質量％を超えると、Ａｌ3Ｆｅとして腐食の起点となり耐食性を低下させるし、またＳｉ含有量が０．２質量％を超えると、ろう付け熱処理によりＳｉがチューブ芯材（６）に拡散してチューブ芯材（６）のＭｎと金属間化合物を形成するために犠牲腐食層としての効果（チューブ芯材と犠牲腐食層の界面近傍における急峻な電位勾配の付与）が得られ難くなる。前記犠牲腐食層（７）におけるＦｅ含有量は０を超えて０．１５質量％以下に設定されるのが好ましく、また前記犠牲腐食層（７）におけるＳｉ含有量は０を超えて０．１質量％以下に設定されるのが好ましい。前記犠牲腐食層（７）におけるその他の不純物元素について、例えばＣｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｂｉ等の不純物元素を含有しても良いが、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｂｉ等の不純物元素の含有率は０を超えて０．０１質量％以下に設定されるのが好ましい。
【００４２】
前記犠牲腐食層（７）の厚さは１０〜８０μｍに設定されるのが好ましい。１０μｍ以上とすることで防食効果の持続期間をさらに延ばすことができるし、８０μｍ以下にすることで犠牲腐食層（７）の割れ、剥がれ等の発生を確実に防止することができる。
【００４３】
前記犠牲腐食層（７）の表面（７ａ）の表面粗さ（Ｒｙ）は２０〜５０μｍであるのが好ましい。Ｒｙが２０μｍ以上であることでろう付け時の溶融フラックスがチューブ（２）表面の凹凸に十分に染み込むものとなり耐食性をより向上させることができるし、Ｒｙが５０μｍ以下であることでろう材がチューブ（２）表面の凹凸に吸収されてしまうことがなくチューブ（２）とフィン（３）をより良好状態にろう付けすることができる。中でも、前記犠牲腐食層（７）の表面粗さ（Ｒｙ）は２５〜４５μｍであるのがより好ましい。なお、前記表面粗さ（Ｒｙ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−1994で規定されるＲｙ（粗さ曲線変換後の最大粗さ）である。
【００４４】
前記犠牲腐食層（７）の形成方法は特に限定されないが、例えばクラッド材、溶射、メッキ、蒸着、スパッタ等が挙げられる。中でも、前記犠牲腐食層（７）は溶射により形成されるのが好ましく、この場合には生産性を向上できる利点がある。また溶射を採用する場合には、Ａｌ−Ｚｎ合金を溶射することにより犠牲腐食層（７）を形成するのが好ましく、この場合Ａｌ−Ｚｎ合金におけるＺｎの好適含有量は４〜１２質量％である。さらに好ましくはアルミニウム線材及びＡｌ−Ｚｎ合金線材を溶射するのがより好ましい。この場合、Ａｌ−Ｚｎ合金におけるＺｎの好適含有量は４〜２０質量％の範囲である。
【００４５】
なお、Ａｌ−Ｚｎ合金を溶射した場合、溶射設備や溶射条件等によってＺｎの蒸発度合いが異なるので、溶射設備や溶射条件等により犠牲腐食層（７）の合金組成が異なるものとなる。従って、所定の犠牲腐食層（７）を形成するためには、例えばフレーム溶射とアーク溶射では、アーク溶射の方が溶射温度が高くＺｎが蒸発しやすいので、この場合にはＡｌ−Ｚｎ合金中のＺｎ含有量を多くした方が良い。
【００４６】
溶射の手法としては、特に限定されるものではないが、例えばアーク溶射、フレーム溶射等が挙げられる。また、溶射は、溶射ガンをチューブに対して走査させつつ行うようにしても良いし、コイル状のアルミニウム材を繰り出しながらこれに固定溶射ガンで溶射するようにしても良い。或いはまた、チューブを押出機から押出しつつ、その直後に連続的に溶射するようにしても良く、この場合には生産効率を向上できる利点がある。溶射条件も特に限定されない。また、溶射は、溶射により形成された溶射層の酸化（犠牲腐食層の酸化）を防止するために、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、酸素濃度の低い雰囲気等の非酸化性雰囲気で行うのが好ましい。中でも、窒素雰囲気またはアルゴン雰囲気で溶射するのが好ましい。
【００４７】
アーク溶射で溶射を行う場合、アルミニウム線材及びＡｌ−Ｚｎ合金線材をアーク溶射するのが好ましく、この場合にはＡｌとＡｌ−Ｚｎの擬合金層が形成され、Ａｌ−Ｚｎ溶射粒の周囲にＡｌ溶射粒が存在することで微小な範囲で陰極防食が働きさらに長い長期的耐食性を得ることができる。
【００４８】
この発明の熱交換器（１）は、例えば次のようにして製造される。即ち、まず、Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム製チューブ芯材（６）の表面に、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる犠牲腐食層（７）を形成せしめてアルミニウム製チューブ（２）を製作する。次いで、前記チューブ（２）にフィン（３）を組み付けた状態（図２参照）で炉中において所定温度で加熱することによって、チューブ（２）とフィン（３）とをろう付け接合することで製造できる。
【００４９】
前記犠牲腐食層（７）の形成方法としては、特に限定されないが、例えばクラッド材、溶射、メッキ、蒸着、スパッタ等が挙げられる。
【００５０】
上記製造方法において、チューブ（２）とフィン（３）のろう付けは、どのような手法で行っても良い。例えばろう材をクラッドしたアルミニウムブレージング材からなるフィンを用い、該ろう材の加熱溶融によってチューブとフィンをろう付け接合しても良いし、或いはフラックスを被接合部に塗布して乾燥させた後、窒素等の不活性ガス雰囲気で加熱してろう付け接合しても良い。
【００５１】
前記フラックスの塗布量は５〜２０ｇ／ｍ2に設定するのが好ましい。従来、一般的にはフラックスの塗布量は１〜３ｇ／ｍ2程度あれば十分であるとされていた。一方、本発明では、ろう付け時に溶融したフラックスが犠牲腐食層（７）に染み込んでいくためにフラックスが犠牲腐食層（７）内に存在し、このためフラックスは腐食のサイトとはならないことから、腐食の進行を抑制する。このような腐食の進行を抑制する効果をより十分に高めるためのフラックス塗布量が５〜２０ｇ／ｍ2である、即ちフラックスの塗布量は５〜２０ｇ／ｍ2に設定するのが好ましい。フラックス塗布量が５ｇ／ｍ2以上であることで腐食の進行を抑制する効果をより十分に高めることができるし、２０ｇ／ｍ2以下であることで必要以上に塗布する無駄をなくし得てコストの低減を図ることもできる。中でも、前記フラックスの塗布量は７〜１３ｇ／ｍ2に設定するのが特に好ましい。
【００５２】
前記加熱温度（ろう付け時の加熱温度）は、５５０〜６２０℃の範囲に設定するのが好ましい。このような範囲に設定することにより、この発明の熱交換器を効率良く高品質で安定して製造することができる。
【００５３】
なお、前記炉中ろう付けに際しては、他の熱交換器構成部材、例えばヘッダー（４）（４）、サイドプレート（１０）（１０）等も一緒に仮組みし、熱交換器全体を同時にろう付けして製作することが推奨される。しかして、これらの他の構成部材についても、ブレージング材にて製作したものを用いても良いし、部材相互の接合部のみにろう材を介在させる構成としても良い。
【実施例】
【００５４】
次に、この発明の具体的実施例について説明する。
【００５５】
＜実施例１〜２３、比較例１〜７＞
アルミニウム合金（表１、３に示す金属を含有する）を用い、チューブ幅：１６ｍｍ、チューブ厚み（高さ）：３ｍｍ、肉厚：０．５ｍｍ、中空部個数：４個の扁平チューブ（芯材）を押出成形した。そして、押出機より連続的に押し出される前記扁平チューブ（芯材）（６）の表裏の平坦面に、その押出直後の位置においてその上下に配置された溶射ノズル（アーク溶射機）からＡｌ−Ｚｎ合金（詳細な金属組成は表１、表３参照）を溶射することによって犠牲腐食層（７）を形成してチューブ（２）を得た。なお、実施例１９〜２３では、Ａｌ線材およびＡｌ−Ｚｎ合金線材をアーク溶射した。
【００５６】
次に、上記扁平チューブ（２）と、ろう材をクラッドしたアルミニウムブレージング材からなるコルゲートフィン（３）とを交互に積層して（図２参照）熱交換器のコア部を組み付ける（仮組みする）と共に、ヘッダー（４）（４）、サイドプレート（１０）（１０）等も一緒に仮組みした。次いで、前記コア部に、フッ化物系のフラックスを水に懸濁させてなる懸濁液を塗布し、乾燥させた後、これを窒素ガス雰囲気炉中で６００℃で１０分間加熱してろう付けを行い、図１に示すようなマルチフロータイプの熱交換器を製作した。
【００５７】
こうして製造された熱交換器のチューブの構成（チューブ芯材の含有金属種とその含有量、犠牲腐食層の含有金属種とその含有量、犠牲腐食層の表面粗さＲｙ、犠牲腐食層の厚さ）等を表１〜４に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
【表３】
【００６１】
【表４】
【００６２】
上記のようにして得られた各熱交換器についてチューブの耐食性を調べた。これらの結果を表２、表４に示す。なお、評価方法は次のとおりである。
【００６３】
＜腐食試験＞
ＡＳＴＭ Ｄ１１４１によるＣＣＴ試験を行った。酢酸水溶液による噴霧０．５時間・湿潤１．５時間を１サイクルとするＣＣＴ試験を４００時間実施した。その結果、最大腐食深さが犠牲腐食層の厚さとほぼ同等（犠牲腐食層の厚さ＋１０μｍまで）で、さらに長期の腐食試験でも耐食性が良好の良好なものを「◎」、最大腐食深さが犠牲腐食層の厚さとほぼ同等（犠牲腐食層の厚さ＋１０μｍまで）で、本腐食試験で耐食性が良好であったものを「○」、最大腐食深さが、犠牲腐食層の厚さよりも大きく（犠牲腐食層の厚さ＋１０μｍ以上の厚さ）、Ｚｎ拡散層の厚さよりも小さいものを「△」、孔食が発生し、腐食深さが２００μｍ以上であったものを「×」とした。
【００６４】
表１〜４から明らかなように、この発明の実施例１〜２３の熱交換器用チューブ及び熱交換器は、耐食性に優れていた。
【００６５】
これに対し、本発明の規定範囲を逸脱する比較例１、３〜７では、耐食性に劣っていた。なお、比較例２では、チューブ芯材におけるＭｎ含有量がこの発明の規定範囲を超えていたので、チューブ芯材を押出す際の押出加工性が悪く、良好状態に押出すことができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明の一実施形態に係る熱交換器を示す正面図である。
【図２】チューブとフィンの接合状態を示す斜視図である。
【図３】熱交換器用チューブの断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…熱交換器
２…チューブ
３…フィン
４…ヘッダー
６…チューブ芯材
７…犠牲腐食層
７ａ…表面
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チューブの腐食深さを低減し得て耐食性に優れた、熱交換器用高耐食性チューブ及び熱交換器に関する。
【０００２】
なお、この明細書において、「アルミニウム」の語は、アルミニウム及びその合金を含む意味で用いる。また、この明細書において、「Ａｌ」の表記は、アルミニウム（金属単体）を意味する。
【背景技術】
【０００３】
アルミニウム製熱交換器としては、複数本の扁平チューブが相互間にフィンを介在させた状態で厚さ方向に積層され、これらチューブの両端に中空ヘッダーが連通接続された構成のものが公知であり、扁平チューブとフィンとはろう付けにより接合一体化されている。このようなアルミニウム製熱交換器は、このまま使用を続けているとチューブに孔食が発生して、これがチューブ内面にまで達して貫通し、熱交換器としての機能が損なわれてしまうが、このような孔食を防止するために、チューブの表面にＺｎを付与し、ろう付け時の熱処理によってＺｎを拡散せしめてＺｎ拡散層を形成してこのＺｎ拡散層の存在によって犠牲防食することが従来より行われている（例えば特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平４−１５４９６号公報
【特許文献２】特開平９−１３７２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１、２に記載の技術では、チューブ芯材の表面にＡｌ−Ｚｎ合金を溶射して溶射層を形成しているが、腐食が進行する際にはこの溶射層のみならず、チューブ芯材中にＺｎが拡散して形成されたＺｎ拡散層も腐食しろとなり、このために腐食しろ（腐食深さ）が大きいという問題があった。従って、熱交換器用チューブにおける腐食しろを低減して、チューブの耐食性をさらに向上させることが求められていた。
【０００５】
なお、本出願人は、チューブの腐食深さを低減できる熱交換器用高耐食性チューブ等に関して先に特許出願している（特願２００４−１７０６５９号）。
【０００６】
この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、チューブの腐食深さ（腐食しろ）を低減することができて優れた耐食性を長期にわたって維持できる熱交換器用チューブ及び熱交換器とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【０００８】
［１］アルミニウム製チューブ芯材の表面に犠牲腐食層が設けられた熱交換器用チューブにおいて、
前記チューブ芯材は、Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成され、
前記犠牲腐食層は、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成されていることを特徴とする熱交換器用高耐食性チューブ。
【０００９】
［２］前記チューブ芯材におけるＦｅ含有量が０を超えて０．６質量％以下である前項１に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１０】
［３］前記チューブ芯材におけるＳｉ含有量が０を超えて０．３質量％以下である前項１または２に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１１】
［４］前記犠牲腐食層の厚さが１０〜８０μｍである前項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１２】
［５］前記犠牲腐食層の表面粗さ（Ｒｙ）が２０〜５０μｍである前項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１３】
［６］前記犠牲腐食層は、Ａｌ−Ｚｎ合金を溶射することにより形成されたものである前項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１４】
［７］前記犠牲腐食層は、アルミニウム線材およびＡｌ−Ｚｎ合金線材を溶射することにより形成されたものである前項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１５】
［８］前記溶射がアーク溶射である前項６または７に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【００１６】
［９］アルミニウム製チューブ芯材の表面に犠牲腐食層が設けられてなる複数本のチューブが、相互間にフィンを介在させた状態で積層され、前記チューブと前記フィンとがろう付けにより接合一体化されると共に、前記チューブの両端に中空ヘッダーが連通接続された熱交換器において、前記チューブとして、前項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブが用いられていることを特徴とする熱交換器。
【００１７】
［１０］Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム製チューブ芯材の表面に、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる犠牲腐食層を形成せしめてアルミニウム製チューブを製作する工程と、前記チューブにフィンを組み付ける工程と、前記組み付け状態でフラックスを塗布して乾燥させる工程と、前記乾燥後に所定温度で加熱することによりチューブとフィンとをろう付け接合する工程とを包含することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【００１８】
［１１］前記フラックスの塗布量を５〜２０ｇ／ｍ2に設定する前項１０に記載の熱交換器の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
［１］の発明では、犠牲腐食層とチューブ芯材の界面近傍において急峻な電位勾配を形成させることができ、これにより腐食の進行をこの犠牲腐食層とチューブ芯材の境界領域で阻止することができて（腐食がチューブ芯材中のＺｎ拡散層まで達しない）、腐食深さ（腐食しろ）を低減できることから、即ち腐食深さが非常に浅くなることから、耐食性に優れたチューブを提供できる。更に、アルミニウム製チューブ芯材におけるＣｕ含有量が０を超えて０．２質量％以下であり、且つ犠牲腐食層におけるＺｎ含有量が０．１〜５質量％、Ｆｅ含有量が０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ含有量が０を超えて０．２質量％以下に規定されているから、犠牲腐食層は耐食性に優れていて犠牲腐食層としての寿命が長く、従ってチューブとして長期にわたって優れた耐食性を維持できる。
【００２０】
［２］の発明では、チューブ芯材におけるＦｅ含有量が０を超えて０．６質量％以下であるから、チューブ芯材の耐食性をより向上させることができる。
【００２１】
［３］の発明では、チューブ芯材におけるＳｉ含有量が０を超えて０．３質量％以下であるから、チューブ芯材の耐食性をより向上させることができる。
【００２２】
［４］の発明では、犠牲腐食層の厚さが１０〜８０μｍに規定されているから、防食効果の持続期間をさらに延ばすことができる。
【００２３】
［５］の発明では、犠牲腐食層の表面粗さ（Ｒｙ）が２０〜５０μｍであるから、チューブの耐食性をさらに向上させることができると共に、チューブとフィンをより良好状態にろう付けすることができる。
【００２４】
［６］の発明では、犠牲腐食層は、Ａｌ−Ｚｎ合金を溶射することにより形成されたものであるから、生産効率が良くて高品質のチューブをより低コストで提供できる。
【００２５】
［７］の発明では、犠牲腐食層は、アルミニウム線材およびＡｌ−Ｚｎ合金線材を溶射することにより形成されたものであるから、犠牲腐食層内においてＡｌとＡｌ−Ｚｎの擬合金層が形成され、Ａｌ−Ｚｎ溶射粒の周囲にＡｌ溶射粒が存在することで微小な範囲で陰極防食が働きさらに長い長期的耐食性を得ることができる。
【００２６】
［８］の発明では、溶射手法としてアーク溶射が採用されているので、生産性をさらに向上させることができる。
【００２７】
［９］の発明では、犠牲腐食層とチューブ芯材の界面近傍において急峻な電位勾配を形成させることができ、これにより腐食の進行をこの犠牲腐食層とチューブ芯材の境界領域で阻止することができて、チューブの腐食深さ（腐食しろ）を低減できることから、耐食性に優れた熱交換器を提供できる。更に、アルミニウム製チューブ芯材におけるＣｕ含有量が０を超えて０．２質量％以下であり、且つ犠牲腐食層におけるＺｎ含有量が０．１〜５質量％、Ｆｅ含有量が０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ含有量が０を超えて０．２質量％以下に規定されているから、犠牲腐食層は耐食性に優れており、犠牲腐食層としての寿命が長く、ひいては耐久性能に優れた高品質の熱交換器を提供できる。
【００２８】
［１０］の発明では、耐食性に優れたチューブを備えた耐久性能に優れた高品質の熱交換器を製造できる。
【００２９】
［１１］の発明では、一層耐食性に優れたチューブを備えた熱交換器を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、この発明の一実施形態に係る熱交換器を示す正面図である。この熱交換器（１）は、自動車用カーエアコンにおける冷凍サイクルのコンデンサ、エバポレータとして用いられるものであって、マルチフロータイプの熱交換器を構成するものである。
【００３１】
即ち、この熱交換器（１）は、平行に配置された垂直方向に沿う左右一対の中空ヘッダー（４）（４）間に、熱交換管路としての水平方向に沿う多数本の扁平なチューブ（２）が、各両端を両中空ヘッダー（４）（４）に連通接続した状態で並列に配置されると共に、これらチューブ（２）の各間及び最外側のチューブの外側にコルゲートフィン（３）が配置され、更に最外側のコルゲートフィン（３）の外側にサイドプレート（１０）が配置されている。
【００３２】
前記チューブ（２）は、図２、３に示すように、アルミニウムの中空押出材からなり、長さ方向に連続して延びる仕切壁（２ａ）によって内部が複数本の冷媒流路（２ｂ）に区分けされている。このチューブ（２）は、アルミニウムの中空押出材からなるチューブ芯材（６）と、該チューブ芯材（６）の表面に形成された犠牲腐食層（７）とからなる。また、コルゲートフィン（３）は、ろう材をクラッドしたアルミニウムブレージング材により構成されている。そして、チューブ（２）とフィン（３）とが交互に積層されて組み付けられた状態で（仮組状態で）炉中にて加熱されて、チューブ（２）とフィン（３）とがろう材によりろう付け接合されている。
【００３３】
なお、本発明においては、前記犠牲腐食層（７）は、Ｚｎがアルミニウム製チューブ芯材中に拡散して形成されるＡｌ−Ｚｎ層を意味するものではなく、アルミニウム製チューブ芯材の上に付与されたＡｌ−Ｚｎ合金層（この合金層は腐食時にチューブ芯材よりも優先的に腐食する層である）を意味するものであり、このような犠牲腐食層（７）として特に好適なものはアルミニウム製チューブ芯材の表面への溶射によって新たに積層形成された表面溶射層である。本発明においても、ろう付け後において、チューブ芯材中における表面溶射層の近傍位置には表面溶射層からＺｎが拡散することによってＺｎ拡散層が存在しているが、このようなチューブ芯材中におけるＺｎ拡散層は、本願発明では「犠牲腐食層」とは規定しない（「犠牲腐食層」には相当しない）。なお、従来、一般的には、チューブ芯材中におけるＺｎ拡散層が犠牲腐食層と呼ばれることが多かった。
【００３４】
上記熱交換器（１）において、前記チューブ芯材（６）は、Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成されている。また、前記犠牲腐食層（７）は、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成されている。
【００３５】
この発明では、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＭｎ含有量は１．０〜１．７質量％に設定される必要がある。アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＭｎは、チューブ芯材（６）と犠牲腐食層（７）の界面近傍において急峻な電位勾配を付与するために必要な金属元素であり、Ｍｎ含有量が１．０質量％未満では急峻な電位勾配を付与することができないし、Ｍｎ含有量が１．７質量％を超えると粗大な金属間化合物が生成するために加工性が悪くなる。中でも、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＭｎ含有量は１．３〜１．６５質量％に設定されるのが好ましい。
【００３６】
また、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＣｕ含有量は０を超えて０．２質量％以下に設定される必要がある。Ｃｕ含有量が０．２質量％を超えると、Ｃｕがチューブ芯材（６）から犠牲腐食層（７）に拡散して犠牲腐食層（７）の機能を低下させる。中でも、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＣｕ含有量は０を超えて０．１８質量％以下に設定されるのが好ましい。
【００３７】
また、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＦｅ含有量は０を超えて０．６質量％以下に設定されるのが好ましい。アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＦｅは、耐食性に影響を及ぼす金属元素であり、Ｆｅ含有量を０．６質量％以下に規定することによってチューブ芯材（６）の耐食性をより向上させることができる。中でも、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＦｅ含有量は０を超えて０．４５質量％以下に設定されるのがより好ましい。
【００３８】
また、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＳｉ含有量は０を超えて０．３質量％以下に設定されるのが好ましい。アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＳｉは、耐食性に影響を及ぼす金属元素であり、Ｓｉ含有量を０．３質量％以下に規定することによってチューブ芯材（６）の耐食性をより向上させることができる。中でも、前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるＳｉ含有量は０を超えて０．２質量％以下に設定されるのがより好ましい。
【００３９】
前記アルミニウム製チューブ芯材（６）におけるその他の不純物元素について、例えばＭｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｎｉ等の不純物元素を含有しても良いが、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｎｉ等の不純物元素の含有率は０を超えて０．０１質量％以下に設定されるのが好ましい。
【００４０】
この発明において、前記犠牲腐食層（７）におけるＺｎ含有量は、０．１〜５質量％に設定される必要がある。犠牲腐食層（７）におけるＺｎは、犠牲腐食層（７）を面腐食させるために必要な金属元素であり、Ｚｎ含有量が０．１質量％未満ではチューブに孔食が発生するし、Ｚｎ含有量が５質量％を超えると早期に犠牲腐食層（７）が腐食してしまい長期的な防食を維持することができない。中でも、前記犠牲腐食層（７）におけるＺｎ含有量は、０．５〜４質量％に設定されるのが好ましい。
【００４１】
また、前記犠牲腐食層（７）におけるＦｅ含有量は０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ含有量は０を超えて０．２質量％以下に設定される必要がある。犠牲腐食層（７）の耐食性に大きな影響を及ぼすのは犠牲腐食層（７）中のＺｎ以外の不純物である。特にＦｅ、Ｓｉは通常のＡｌ材の中には不純物として最も混入しやすい金属元素であることから、これらＦｅ、Ｓｉの含有量を規定する必要がある。Ｆｅ含有量が０．２質量％を超えると、Ａｌ3Ｆｅとして腐食の起点となり耐食性を低下させるし、またＳｉ含有量が０．２質量％を超えると、ろう付け熱処理によりＳｉがチューブ芯材（６）に拡散してチューブ芯材（６）のＭｎと金属間化合物を形成するために犠牲腐食層としての効果（チューブ芯材と犠牲腐食層の界面近傍における急峻な電位勾配の付与）が得られ難くなる。前記犠牲腐食層（７）におけるＦｅ含有量は０を超えて０．１５質量％以下に設定されるのが好ましく、また前記犠牲腐食層（７）におけるＳｉ含有量は０を超えて０．１質量％以下に設定されるのが好ましい。前記犠牲腐食層（７）におけるその他の不純物元素について、例えばＣｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｂｉ等の不純物元素を含有しても良いが、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｂｉ等の不純物元素の含有率は０を超えて０．０１質量％以下に設定されるのが好ましい。
【００４２】
前記犠牲腐食層（７）の厚さは１０〜８０μｍに設定されるのが好ましい。１０μｍ以上とすることで防食効果の持続期間をさらに延ばすことができるし、８０μｍ以下にすることで犠牲腐食層（７）の割れ、剥がれ等の発生を確実に防止することができる。
【００４３】
前記犠牲腐食層（７）の表面（７ａ）の表面粗さ（Ｒｙ）は２０〜５０μｍであるのが好ましい。Ｒｙが２０μｍ以上であることでろう付け時の溶融フラックスがチューブ（２）表面の凹凸に十分に染み込むものとなり耐食性をより向上させることができるし、Ｒｙが５０μｍ以下であることでろう材がチューブ（２）表面の凹凸に吸収されてしまうことがなくチューブ（２）とフィン（３）をより良好状態にろう付けすることができる。中でも、前記犠牲腐食層（７）の表面粗さ（Ｒｙ）は２５〜４５μｍであるのがより好ましい。なお、前記表面粗さ（Ｒｙ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−1994で規定されるＲｙ（粗さ曲線変換後の最大粗さ）である。
【００４４】
前記犠牲腐食層（７）の形成方法は特に限定されないが、例えばクラッド材、溶射、メッキ、蒸着、スパッタ等が挙げられる。中でも、前記犠牲腐食層（７）は溶射により形成されるのが好ましく、この場合には生産性を向上できる利点がある。また溶射を採用する場合には、Ａｌ−Ｚｎ合金を溶射することにより犠牲腐食層（７）を形成するのが好ましく、この場合Ａｌ−Ｚｎ合金におけるＺｎの好適含有量は４〜１２質量％である。さらに好ましくはアルミニウム線材及びＡｌ−Ｚｎ合金線材を溶射するのがより好ましい。この場合、Ａｌ−Ｚｎ合金におけるＺｎの好適含有量は４〜２０質量％の範囲である。
【００４５】
なお、Ａｌ−Ｚｎ合金を溶射した場合、溶射設備や溶射条件等によってＺｎの蒸発度合いが異なるので、溶射設備や溶射条件等により犠牲腐食層（７）の合金組成が異なるものとなる。従って、所定の犠牲腐食層（７）を形成するためには、例えばフレーム溶射とアーク溶射では、アーク溶射の方が溶射温度が高くＺｎが蒸発しやすいので、この場合にはＡｌ−Ｚｎ合金中のＺｎ含有量を多くした方が良い。
【００４６】
溶射の手法としては、特に限定されるものではないが、例えばアーク溶射、フレーム溶射等が挙げられる。また、溶射は、溶射ガンをチューブに対して走査させつつ行うようにしても良いし、コイル状のアルミニウム材を繰り出しながらこれに固定溶射ガンで溶射するようにしても良い。或いはまた、チューブを押出機から押出しつつ、その直後に連続的に溶射するようにしても良く、この場合には生産効率を向上できる利点がある。溶射条件も特に限定されない。また、溶射は、溶射により形成された溶射層の酸化（犠牲腐食層の酸化）を防止するために、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、酸素濃度の低い雰囲気等の非酸化性雰囲気で行うのが好ましい。中でも、窒素雰囲気またはアルゴン雰囲気で溶射するのが好ましい。
【００４７】
アーク溶射で溶射を行う場合、アルミニウム線材及びＡｌ−Ｚｎ合金線材をアーク溶射するのが好ましく、この場合にはＡｌとＡｌ−Ｚｎの擬合金層が形成され、Ａｌ−Ｚｎ溶射粒の周囲にＡｌ溶射粒が存在することで微小な範囲で陰極防食が働きさらに長い長期的耐食性を得ることができる。
【００４８】
この発明の熱交換器（１）は、例えば次のようにして製造される。即ち、まず、Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム製チューブ芯材（６）の表面に、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる犠牲腐食層（７）を形成せしめてアルミニウム製チューブ（２）を製作する。次いで、前記チューブ（２）にフィン（３）を組み付けた状態（図２参照）で炉中において所定温度で加熱することによって、チューブ（２）とフィン（３）とをろう付け接合することで製造できる。
【００４９】
前記犠牲腐食層（７）の形成方法としては、特に限定されないが、例えばクラッド材、溶射、メッキ、蒸着、スパッタ等が挙げられる。
【００５０】
上記製造方法において、チューブ（２）とフィン（３）のろう付けは、どのような手法で行っても良い。例えばろう材をクラッドしたアルミニウムブレージング材からなるフィンを用い、該ろう材の加熱溶融によってチューブとフィンをろう付け接合しても良いし、或いはフラックスを被接合部に塗布して乾燥させた後、窒素等の不活性ガス雰囲気で加熱してろう付け接合しても良い。
【００５１】
前記フラックスの塗布量は５〜２０ｇ／ｍ2に設定するのが好ましい。従来、一般的にはフラックスの塗布量は１〜３ｇ／ｍ2程度あれば十分であるとされていた。一方、本発明では、ろう付け時に溶融したフラックスが犠牲腐食層（７）に染み込んでいくためにフラックスが犠牲腐食層（７）内に存在し、このためフラックスは腐食のサイトとはならないことから、腐食の進行を抑制する。このような腐食の進行を抑制する効果をより十分に高めるためのフラックス塗布量が５〜２０ｇ／ｍ2である、即ちフラックスの塗布量は５〜２０ｇ／ｍ2に設定するのが好ましい。フラックス塗布量が５ｇ／ｍ2以上であることで腐食の進行を抑制する効果をより十分に高めることができるし、２０ｇ／ｍ2以下であることで必要以上に塗布する無駄をなくし得てコストの低減を図ることもできる。中でも、前記フラックスの塗布量は７〜１３ｇ／ｍ2に設定するのが特に好ましい。
【００５２】
前記加熱温度（ろう付け時の加熱温度）は、５５０〜６２０℃の範囲に設定するのが好ましい。このような範囲に設定することにより、この発明の熱交換器を効率良く高品質で安定して製造することができる。
【００５３】
なお、前記炉中ろう付けに際しては、他の熱交換器構成部材、例えばヘッダー（４）（４）、サイドプレート（１０）（１０）等も一緒に仮組みし、熱交換器全体を同時にろう付けして製作することが推奨される。しかして、これらの他の構成部材についても、ブレージング材にて製作したものを用いても良いし、部材相互の接合部のみにろう材を介在させる構成としても良い。
【実施例】
【００５４】
次に、この発明の具体的実施例について説明する。
【００５５】
＜実施例１〜２３、比較例１〜７＞
アルミニウム合金（表１、３に示す金属を含有する）を用い、チューブ幅：１６ｍｍ、チューブ厚み（高さ）：３ｍｍ、肉厚：０．５ｍｍ、中空部個数：４個の扁平チューブ（芯材）を押出成形した。そして、押出機より連続的に押し出される前記扁平チューブ（芯材）（６）の表裏の平坦面に、その押出直後の位置においてその上下に配置された溶射ノズル（アーク溶射機）からＡｌ−Ｚｎ合金（詳細な金属組成は表１、表３参照）を溶射することによって犠牲腐食層（７）を形成してチューブ（２）を得た。なお、実施例１９〜２３では、Ａｌ線材およびＡｌ−Ｚｎ合金線材をアーク溶射した。
【００５６】
次に、上記扁平チューブ（２）と、ろう材をクラッドしたアルミニウムブレージング材からなるコルゲートフィン（３）とを交互に積層して（図２参照）熱交換器のコア部を組み付ける（仮組みする）と共に、ヘッダー（４）（４）、サイドプレート（１０）（１０）等も一緒に仮組みした。次いで、前記コア部に、フッ化物系のフラックスを水に懸濁させてなる懸濁液を塗布し、乾燥させた後、これを窒素ガス雰囲気炉中で６００℃で１０分間加熱してろう付けを行い、図１に示すようなマルチフロータイプの熱交換器を製作した。
【００５７】
こうして製造された熱交換器のチューブの構成（チューブ芯材の含有金属種とその含有量、犠牲腐食層の含有金属種とその含有量、犠牲腐食層の表面粗さＲｙ、犠牲腐食層の厚さ）等を表１〜４に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
【表３】
【００６１】
【表４】
【００６２】
上記のようにして得られた各熱交換器についてチューブの耐食性を調べた。これらの結果を表２、表４に示す。なお、評価方法は次のとおりである。
【００６３】
＜腐食試験＞
ＡＳＴＭ Ｄ１１４１によるＣＣＴ試験を行った。酢酸水溶液による噴霧０．５時間・湿潤１．５時間を１サイクルとするＣＣＴ試験を４００時間実施した。その結果、最大腐食深さが犠牲腐食層の厚さとほぼ同等（犠牲腐食層の厚さ＋１０μｍまで）で、さらに長期の腐食試験でも耐食性が良好の良好なものを「◎」、最大腐食深さが犠牲腐食層の厚さとほぼ同等（犠牲腐食層の厚さ＋１０μｍまで）で、本腐食試験で耐食性が良好であったものを「○」、最大腐食深さが、犠牲腐食層の厚さよりも大きく（犠牲腐食層の厚さ＋１０μｍ以上の厚さ）、Ｚｎ拡散層の厚さよりも小さいものを「△」、孔食が発生し、腐食深さが２００μｍ以上であったものを「×」とした。
【００６４】
表１〜４から明らかなように、この発明の実施例１〜２３の熱交換器用チューブ及び熱交換器は、耐食性に優れていた。
【００６５】
これに対し、本発明の規定範囲を逸脱する比較例１、３〜７では、耐食性に劣っていた。なお、比較例２では、チューブ芯材におけるＭｎ含有量がこの発明の規定範囲を超えていたので、チューブ芯材を押出す際の押出加工性が悪く、良好状態に押出すことができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明の一実施形態に係る熱交換器を示す正面図である。
【図２】チューブとフィンの接合状態を示す斜視図である。
【図３】熱交換器用チューブの断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…熱交換器
２…チューブ
３…フィン
４…ヘッダー
６…チューブ芯材
７…犠牲腐食層
７ａ…表面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム製チューブ芯材の表面に犠牲腐食層が設けられた熱交換器用チューブにおいて、
前記チューブ芯材は、Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成され、
前記犠牲腐食層は、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成されていることを特徴とする熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項２】
前記チューブ芯材におけるＦｅ含有量が０を超えて０．６質量％以下である請求項１に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項３】
前記チューブ芯材におけるＳｉ含有量が０を超えて０．３質量％以下である請求項１または２に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項４】
前記犠牲腐食層の厚さが１０〜８０μｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項５】
前記犠牲腐食層の表面粗さ（Ｒｙ）が２０〜５０μｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項６】
前記犠牲腐食層は、Ａｌ−Ｚｎ合金を溶射することにより形成されたものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項７】
前記犠牲腐食層は、アルミニウム線材およびＡｌ−Ｚｎ合金線材を溶射することにより形成されたものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項８】
前記溶射がアーク溶射である請求項６または７に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項９】
アルミニウム製チューブ芯材の表面に犠牲腐食層が設けられてなる複数本のチューブが、相互間にフィンを介在させた状態で積層され、前記チューブと前記フィンとがろう付けにより接合一体化されると共に、前記チューブの両端に中空ヘッダーが連通接続された熱交換器において、
前記チューブとして、請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブが用いられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】
Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム製チューブ芯材の表面に、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる犠牲腐食層を形成せしめてアルミニウム製チューブを製作する工程と、
前記チューブにフィンを組み付ける工程と、
前記組み付け状態でフラックスを塗布して乾燥させる工程と、
前記乾燥後に所定温度で加熱することによりチューブとフィンとをろう付け接合する工程とを包含することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項１１】
前記フラックスの塗布量を５〜２０ｇ／ｍ2に設定する請求項１０に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１】
アルミニウム製チューブ芯材の表面に犠牲腐食層が設けられた熱交換器用チューブにおいて、
前記チューブ芯材は、Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成され、
前記犠牲腐食層は、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウムによって構成されていることを特徴とする熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項２】
前記チューブ芯材におけるＦｅ含有量が０を超えて０．６質量％以下である請求項１に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項３】
前記チューブ芯材におけるＳｉ含有量が０を超えて０．３質量％以下である請求項１または２に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項４】
前記犠牲腐食層の厚さが１０〜８０μｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項５】
前記犠牲腐食層の表面粗さ（Ｒｙ）が２０〜５０μｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項６】
前記犠牲腐食層は、Ａｌ−Ｚｎ合金を溶射することにより形成されたものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項７】
前記犠牲腐食層は、アルミニウム線材およびＡｌ−Ｚｎ合金線材を溶射することにより形成されたものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項８】
前記溶射がアーク溶射である請求項６または７に記載の熱交換器用高耐食性チューブ。
【請求項９】
アルミニウム製チューブ芯材の表面に犠牲腐食層が設けられてなる複数本のチューブが、相互間にフィンを介在させた状態で積層され、前記チューブと前記フィンとがろう付けにより接合一体化されると共に、前記チューブの両端に中空ヘッダーが連通接続された熱交換器において、
前記チューブとして、請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器用高耐食性チューブが用いられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】
Ｍｎ：１．０〜１．７質量％、Ｃｕ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム製チューブ芯材の表面に、Ｚｎ：０．１〜５質量％、Ｆｅ：０を超えて０．２質量％以下、Ｓｉ：０を超えて０．２質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる犠牲腐食層を形成せしめてアルミニウム製チューブを製作する工程と、
前記チューブにフィンを組み付ける工程と、
前記組み付け状態でフラックスを塗布して乾燥させる工程と、
前記乾燥後に所定温度で加熱することによりチューブとフィンとをろう付け接合する工程とを包含することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項１１】
前記フラックスの塗布量を５〜２０ｇ／ｍ2に設定する請求項１０に記載の熱交換器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１８８７５６（Ｐ２００６−１８８７５６Ａ）
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５００９３（Ｐ２００５−３５００９３）
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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