特許 6204450 熱交換器用アルミニウム合金扁平管及びその製造方法並びに熱交換器コア及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6204450

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】熱交換器用アルミニウム合金扁平管及びその製造方法並びに熱交換器コア及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 4/08 20160101AFI20170914BHJP

   F28F 19/06 20060101ALI20170914BHJP

   F28F 1/02 20060101ALI20170914BHJP

   C23C 4/16 20160101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   C23C4/08

   F28F19/06 B

   F28F1/02 B

   C23C4/16

【請求項の数】3

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-253396(P2015-253396)

(22)【出願日】2015年12月25日

(62)【分割の表示】特願2012-58947(P2012-58947)の分割

【原出願日】2012年3月15日

(65)【公開番号】特開2016-47967(P2016-47967A)

(43)【公開日】2016年4月7日

【審査請求日】2016年1月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000107538

【氏名又は名称】株式会社ＵＡＣＪ

(74)【代理人】

【識別番号】110002538

【氏名又は名称】特許業務法人あしたば国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100098682

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 賢次

(74)【代理人】

【識別番号】100131255

【弁理士】

【氏名又は名称】阪田 泰之

(74)【代理人】

【識別番号】100125324

【弁理士】

【氏名又は名称】渋谷 健

(72)【発明者】

【氏名】小山 高弘

(72)【発明者】

【氏名】小路 知浩

(72)【発明者】

【氏名】藤村 涼子

【審査官】 祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１２１１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１３７２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１１５１３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０８３９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１４３２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０２０１７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−２８１３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−００３５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４６７０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ ４／００−６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム合金で形成されている扁平管であり、
アルミニウム合金部が、０．１〜０．７質量％のＣｕと、Ｚｎと、１．０〜１．８質量％のＭｎと、を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、
該アルミニウム合金部の外縁から深さ９５〜２５０μｍの位置まで、亜鉛が拡散されており、該アルミニウム合金部の平坦面の表面の亜鉛濃度が、５．３〜１５％であること、
を特徴とする熱交換器用アルミニウム合金扁平管。

【請求項2】

前記アルミニウム合金部は、更に、０．１〜１．２質量％のＳｉを含有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウム合金扁平管。

【請求項3】

前記アルミニウム合金部は、更に、０．０１〜０．３質量％のＣｒ、０．０１〜０．３質量％のＺｒ及び０．０１〜０．３質量％のＴｉのうちの１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２いずれか１項記載の熱交換器用アルミニウム合金扁平管。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィンと組み合わせて熱交換器コアをろう付けにより製造するための熱交換器用アルミニウム合金扁平管であり、外表面側に亜鉛拡散層を有する熱交換器用アルミニウム合金扁平管及びその製造方法に関する。また、本発明は、本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管及びその製造方法で得られた熱交換器用アルミニウム合金扁平管を用いる熱交換器コアの製造方法及び該製造方法により得られる熱交換器コアに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的なパラレルフロー型のエアコン用アルミニウム合金製熱交換器は、内面に熱交換を行う作動流体（冷媒）の通路となる複数のチューブ（管）を並列に配置し、それらのチューブの間に、チューブと接するようにフィンを接合し、ヘッダータンクや配管などの部材から構成されている。これらの部材を組み付けて、ろう付け接合することにより熱交換器が製造されている。このような熱交換器のチューブ材として、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製の押出扁平多穴管を用いる場合には、防食処理として押出扁平管の表面に亜鉛を溶射することが知られており、この溶射された亜鉛が、ろう付け加熱時に押出扁平多穴管の表層から内部に拡散することで、押出多穴扁平管の表層部分に亜鉛拡散層を形成し、その亜鉛拡散層は押出扁平多穴管の内部に対して電位的に卑になるため、犠牲陽極効果を持つことになり、押出扁平多穴管の防食層としての効果を発揮するため、押出多穴管の孔食を抑制することで、耐食性を向上させている。

【0003】

アルミニウム押出扁平多穴管の表面に亜鉛を溶射する方法は、２本の亜鉛線を接近させて高圧電流を印加し、亜鉛線間でアーク放電させて、亜鉛線の先端が溶融し、高圧の不活性ガスを吹き付けることで溶融亜鉛を吹き飛ばし、その先にアルミニウム製押出多穴管を通過させることで、押出多穴管表面に溶融亜鉛を付着させる方法である。亜鉛線は溶融に伴い、順次送ることで、アーク放電を継続させることができるので、長尺の押出扁平多穴管の表面に均一な亜鉛溶射層を形成することができる。亜鉛溶射層が形成された長尺の押出扁平多穴管は、コイル状に１列巻きあるいは整列巻き取りされたり、直材のまま所定の寸法に切断されて束ねられたりする。

【0004】

ここで、近年の熱交換器の製造においては、量産性を高めるために、ろう付け加熱時間を短くすることが求められている。ろう付け加熱時間が短くなると亜鉛拡散量が少なくなるため、押出多穴管表面の亜鉛濃度が高くなり、亜鉛拡散層が薄くなる。そのため、亜鉛拡散層の厚みが薄くなり、十分な耐食性が得られないという問題が起こる。

【0005】

そこで、安定した犠牲陽極効果を持つ亜鉛拡散層を形成させる方法としては、特開２００７−５２８２９７号公報（特許文献１）に、ろう付け工程の前に、Ｚｎ溶射アルミニウムチューブに不活性ガス雰囲気中の加熱によるＺｎ拡散処理を施した後、ろう付けを行う方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−５２８２９７号公報（特許請求の範囲）

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１の方法では、Ｚｎ拡散処理を不活性ガス雰囲気中で４７０〜６２０
℃で５分〜１０時間の加熱処理を行うことが開示されているが、加熱時間を短縮させて生産効率を向上させるためには、加熱温度を高くすると効率的であるが、大気中で加熱すると溶射されたＺｎが酸化され易くなってしまう。このような酸化による劣化を防ぐためには、不活性ガス雰囲気中の加熱が必要となってくる。そして、不活性ガス雰囲気中で加熱するためには、不活性ガスを準備することに加えて、密閉性のある加熱炉が必要となるため、コスト増要因となる。また、万が一、不活性ガスが漏れた場合には窒息の危険性がある。

【0008】

また、芯材の両面にろう材をクラッドしたブレージングシートをコルゲート加工したフィンを用いる場合、ろう付け加熱で溶融したろうに扁平管表面の亜鉛が混合していくため、亜鉛濃度が高いフィレットを形成することになる。すると、フィレットが腐食しやすくなるため、フィンが早期に剥がれてしまうという問題が生じることになる。

【0009】

そこで、亜鉛拡散後の表面亜鉛濃度を低くするためには、亜鉛溶射量を少なくすることが考えられるが、そのためにはアーク放電の電流を少なくしたり、亜鉛線の送り速度を遅くしたりすることが考えられる。しかし、いずれの場合も放電が不安定になるため、安定的に溶射を維持できなくなるという困難さがあるため、溶射量を低くすることは難しいという問題がある。また、亜鉛溶射量を低くすると、押出多穴管表面に付着する亜鉛粒がまばらになり、亜鉛粒が付着せずにアルミニウムが露出している箇所が多くなり、均一な亜鉛拡散層を形成できなくなるという問題も生じてくる。

【0010】

更に、溶射された亜鉛はろう付け加熱途中に一部が蒸発するため、亜鉛溶射量を少なくすることは、扁平管の耐食性を低下させることにつながっていた。

【0011】

このような問題があるため、ある程度の量の亜鉛を溶射しなければならず、従って、熱交換器の量産性を向上させるためにろう付け加熱時間を短くする場合には、押出多穴管の表面亜鉛濃度が高くなり、フィンの早期剥離が発生しやすくなっていた。

【0012】

従って、本発明の課題は、熱交換器の量産性を向上させるためにろう付け加熱時間を短くしても、耐食性が良好な熱交換器を得ることができるアルミニウム合金扁平管及びその製造方法並びに耐食性が良好な熱交換器コア及びその製造方法を低コストで提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者らは、上記の課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、アルミニウム合金扁平管の平坦面上に、特定量の溶射量の亜鉛溶射層を設けた亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせ、亜鉛の総拡散量が特定の範囲になるように加熱する予備拡散加熱処理を行うことにより、耐食性が良好な熱交換器を得ることができるアルミニウム合金扁平管を得られること、及びそのようなアルミニウム合金扁平管を用い且つ亜鉛の総拡散量が特定の範囲になるようにろう付け加熱することにより、耐食性が良好な熱交換器を得ることができること等を見出し、本発明を完成させるに至った。

【0015】

すなわち、本発明（１）は、アルミニウム合金で形成されている扁平管であり、
アルミニウム合金部が、０．１〜０．７質量％のＣｕと、Ｚｎと、１．０〜１．８質量％のＭｎと、を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、
該アルミニウム合金部の外縁から深さ９５〜２５０μｍの位置まで、亜鉛が拡散されており、該アルミニウム合金部の平坦面の表面の亜鉛濃度が、５．３〜１５％であること、
を特徴とする熱交換器用アルミニウム合金扁平管を提供するものである。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、熱交換器の量産性を向上させるためにろう付け加熱時間を短くしても、耐食性が良好な熱交換器を得ることができるアルミニウム合金扁平管及びその製造方法並びに耐食性が良好な熱交換器コア及びその製造方法を低コストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】亜鉛溶射層が形成される前のアルミニウム合金製の扁平多穴管の形態例を示す模式的な斜視図である。

【図2】図１のアルミニウム合金製の扁平多穴管の断面図である。

【図3】亜鉛溶射素管の形態例を示す模式的な断面図である。

【図4】亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせる様子を示す模式図である。

【図5】亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせる様子を示す模式図である。

【図6】亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせる様子を示す模式図である。

【図7】本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の形態例を示す模式的な斜視図である。

【図8】図７の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の断面図である。

【図9】ヒートパターンを示す模式的なグラフである。

【図10】本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の形態例の一部を示す模式的な断面図である。

【図11】実施例及び比較例で作製したアルミニウム合金製の押出扁平管を示す断面図である。

【発明の概要】

【0020】

本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の製造方法は、０．１〜０．７質量％のＣｕを含有し、残部アルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の扁平管の平坦面に、５〜２０ｇ／ｍ^２の亜鉛溶射層を設けた亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせ、最高到達温度が４３０〜５５０℃で、下記式（１）に示す亜鉛の総拡散量ΣＤｔが０．８×１０^−９〜４．６×１０^−９ｍ^２の範囲になるように加熱する予備拡散加熱処理を行うことを特徴する熱交換器用アルミニウム合金扁平管の製造方法である。
ΣＤｔ＝ΣＤ_０・ｅｘｐ（−Ｑ／（Ｒ・Ｔｎ））・Δｔｎ （１）
（式中、Ｔｎは、予備拡散加熱を開始して温度が２００℃に到達した時から予備拡散加熱を終了して温度が２００℃に到達した時までの総加熱時間を、微小時間Δｔｎ（秒）で区切ったときの各微小時間の温度（℃）であり、Ｄ_０は、１．７７×１０^−５（ｍ^２／ｓ）であり、Ｑは、１１７０００（ｋＪ／ｍｏｌ）であり、Ｒは、８．３１４５（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）である。）

【0021】

本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の製造方法について、図１〜図９を参照して説明する。図１は、亜鉛溶射層が形成される前のアルミニウム合金製の扁平多穴管の形態例を示す模式的な斜視図である。図２は、図１のアルミニウム合金製の扁平多穴管の断面図である。図３は、亜鉛溶射素管の形態例を示す模式的な断面図である。図４〜図６は、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせる様子を示す模式図であり、図４は、平坦面同士を重ね合わせる前の亜鉛溶射素管の斜視図であり、図５は、平坦面同士を重ね合わせる前の亜鉛溶射素管を、図３中の符号Ｂの方向から見た側面図であり、図６は、平坦面同士を重ね合わせた後の亜鉛溶射素管を、図３中の符号Ｂの方向から見た側面図である。図７は、本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の形態例を示す模式的な斜視図である。図８は、図７の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の断面図である。図９は、ヒートパターンを示す模式的なグラフである。

【0022】

先ず、本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の製造方法に係る予備拡散加熱処理で、予備拡散加熱される亜鉛溶射素管について説明する。

【0023】

亜鉛溶射素管は、アルミニウム合金製の扁平管に、亜鉛を溶射することにより得られる。図１及び図２に示すアルミニウム合金製の扁平多穴管１は、亜鉛溶射層が形成される前のアルミニウム合金製の扁平多穴管である。このアルミニウム合金製の扁平多穴管１は、アルミニウム合金を、管軸方向（図１中、符号Ａで示す方向）に押出成形することにより得られる押出成形体である。そして、アルミニウム合金製の扁平多穴管１は、略平行な２面の平坦面２を有する。また、アルミニウム合金製の扁平多穴管１内には、管軸方向に、複数の孔４が形成されている。

【0024】

次いで、図３に示すように、アルミニウム合金製の扁平多穴管１の平坦面２に、亜鉛を溶射することにより、亜鉛溶射層５を設けて、アルミニウム合金部３の表面に亜鉛溶射層５が設けられている亜鉛溶射素管６を得る。亜鉛溶射素管６に溶射されている亜鉛量は、５〜２０ｇ／ｍ^２である。

【0025】

そして、予備拡散加熱処理では、図４〜図６に示すように、複数の亜鉛溶射素管６を、亜鉛溶射素管の平坦面７同士を重ね合わせて積層し、次いで、最高到達温度が４３０〜５５０℃で、式（１）に示す亜鉛の総拡散量ΣＤｔが０．８×１０^−９〜４．６×１０^−９ｍ^２の範囲になるように加熱する。

【0026】

このように、予備拡散加熱処理を行うことにより、亜鉛溶射素管６の亜鉛溶射層５の亜鉛を、アルミニウム合金部３に拡散させて、図７及び図８に示すように、扁平多穴管の形状のアルミニウム合金部１３の平坦面１２側に、亜鉛拡散層１５を有する熱交換器用アルミニウム合金扁平管１１を得る。なお、作図の都合上、図７及び図８では、亜鉛拡散層１５を黒色で示しているが、亜鉛拡散層１５は、亜鉛溶射層より拡散してきた亜鉛を含有するアルミニウム合金である。

【0027】

本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の製造方法に係る予備拡散加熱処理において、予備拡散加熱される亜鉛溶射素管は、アルミニウム合金製の扁平管の略平行な２つの平坦面上に、亜鉛溶射層が設けられているアルミニウム合金扁平管である。つまり、亜鉛溶射素管は、扁平管の形状のアルミニウム合金部と、亜鉛溶射層と、からなる。

【0028】

亜鉛溶射素管のアルミニウム合金部を形成するアルミニウム合金（以下、アルミニウム合金Ａとも記載する。）は、０．１〜０．７質量％のＣｕを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなる。

【0029】

アルミニウム合金ＡのＣｕの含有量は、０．１〜０．７質量％である。アルミニウム合金中のＣｕは、扁平管の強度を高くする。アルミニウム合金ＡのＣｕの含有量が、上記範囲未満だと、Ｃｕによる強度の向上効果が不十分となり、また、上記範囲を超えると、扁平管の押出性が低下する。

【0030】

アルミニウム合金Ａは、更に、０．１〜１．２質量％のＳｉ及び０．１〜１．８質量％のＭｎのうちの１種又は２種を含有することができる。

【0031】

アルミニウム合金中のＳｉは、扁平管の強度を高くする。アルミニウム合金ＡのＳｉの含有量は、０．１〜１．２質量％である。アルミニウム合金Ａ中のＳｉの含有量が、上記範囲未満だと、Ｓｉによる強度の向上効果が不十分となり、また、上記範囲を超えると、扁平管の融点が低下して、ろう付けが困難となる。

【0032】

アルミニウム合金中のＭｎは、扁平管の強度を高くする。アルミニウム合金ＡのＭｎの含有量は、０．１〜１．８質量％である。アルミニウム合金Ａ中のＭｎの含有量が、上記範囲未満だと、Ｍｎによる強度の向上効果が不十分となり、また、上記範囲を超えると、粗大化合物を生じるため、押出性が低下する。

【0033】

アルミニウム合金Ａは、更に、０．０１〜０．３質量％のＣｒ、０．０１〜０．３質量％のＺｒ及び０．０１〜０．３質量％のＴｉのうちの１種又は２種以上を含有することができる。

【0034】

アルミニウム合金中のＣｒ、Ｚｒ、Ｔｉは、ろう付け後の結晶粒径を粗大化し、ろう付け性を向上させる。アルミニウム合金ＡのＣｒ、Ｚｒ、Ｔｉの含有量が、上記範囲未満だと、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉによる効果が不十分となり、また、上記範囲を超えると、粗大化合物が生じるため押出性が低下する。

【0035】

アルミニウム合金部、つまり、アルミニウム合金製の扁平管は、通常、アルミニウム合金を押出成形することにより得られる。また、アルミニウム合金部、つまり、アルミニウム合金製の扁平管は、通常、管軸方向に延びる孔を、複数有する多穴管である。アルミニウム合金部に形成されている孔の数は、特に制限されない。

【0036】

亜鉛溶射素管は、アルミニウム合金部、つまり、アルミニウム合金製の扁平管の２つの平坦面に、亜鉛を溶射して亜鉛溶射層を形成することにより得られるが、アルミニウム合
金製の扁平管に亜鉛を溶射する方法は、特に制限されず、従来より行われている亜鉛の溶射方法を適宜用いることができる。溶射に用いる素線としては、製造が容易であることから、純亜鉛線が、好ましく用いられる。

【0037】

亜鉛溶射素管に設けられている亜鉛溶射層の亜鉛量は、５〜２０ｇ／ｍ^２、好ましくは１３〜２０ｇ／ｍ^２、特に好ましくは１５〜２０ｇ／ｍ^２である。亜鉛溶射素管に設けられている亜鉛溶射層の亜鉛量が上記範囲にあることにより、貫通腐食が発生し難くなり、熱交換器コアの耐食性が高くなる。一方、亜鉛溶射素管に設けられている亜鉛溶射層の亜鉛量が上記範囲未満であっても、あるいは、上記範囲を超えていても、熱交換器コアの耐食性が低くなる。

【0038】

そして、予備拡散加熱処理では、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせた状態で加熱する。亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせた状態で加熱することで予備拡散熱処理時に亜鉛が蒸発し難くなる。亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせる形態としては、図４〜図６に示すように、管軸が直線状（直管）の複数の亜鉛溶射管を用意し、それらの亜鉛溶射管の平坦面同士を重ね合わせて積層する形態に限定されず、亜鉛溶射管の平坦面同士が重ね合わさる形態であればよい。他の形態としては、１本の長い亜鉛溶射管を、平坦面同士が重なるように、コイル状に１列巻きあるいは整列巻き取りした形態が挙げられる。また、コイル状にランダムに巻き取りした形態も可能である。

【0039】

予備拡散加熱処理では、平坦面同士を重ね合わせた亜鉛溶射管を、４３０℃〜５５０℃で加熱する。つまり、最高到達温度４３０〜５５０℃で加熱する。そして、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせた状態で、４３０〜５５０℃の最高到達温度で熱処理することにより、亜鉛の蒸発を抑えつつ、効率的に亜鉛を拡散させることができるため、溶射された亜鉛量が効率的に扁平管の平坦面の表面から内部に拡散される。最高到達温度が、４３０℃未満だと、拡散に要する時間がかかりすぎて経済的でなく、また、５５０℃を超えると、亜鉛の蒸発量が多くなり過ぎて、亜鉛拡散層の形成が不十分となる。予備拡散熱処理での最高到達温度は、４３０以上４７０℃未満であることが、亜鉛の蒸発を更に抑えることができる点で、特に好ましい。

【0040】

予備拡散加熱処理において、亜鉛の残存量は、８０質量％以上であることが好ましく、８５質量％以上であることが特に好ましい。亜鉛の残存量が上記範囲未満だと、溶射した亜鉛の蒸発量が多くなるため、効率が低くなり易く、また、炉内壁に付着した亜鉛が振動などに起因して不用意に落下し、製品に付着して不具合の原因となる可能性があるため、炉内壁に付着した亜鉛を除去する作業頻度が多くなる。なお、本発明において、予備拡散加熱処理における亜鉛の残存量（質量％）とは、予備拡散加熱処理前の亜鉛溶射素管の亜鉛溶射層の亜鉛の質量（すなわち、亜鉛の溶射量）に対する予備拡散加熱処理後の熱交換器用アルミニウム合金扁平管中の亜鉛の質量割合（％）である。

【0041】

亜鉛溶射素管をお互いに離して予備拡散加熱処理すると、予備拡散加熱処理時に蒸発する亜鉛の量が多くなってしてしまう。予備拡散加熱処理での最高到達温度が比較的高いときは、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせない場合、亜鉛の蒸発が顕著に大きくなる。そのため、予備拡散加熱処理での最高到達温度が比較的高いときには、亜鉛の蒸発が非常に大きくなるという問題が生じる。また、予備拡散加熱処理での最高到達温度が比較的低いときは、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせなかった場合、亜鉛の蒸発量は、最高到達温度が比較的高いときほどではないものの、蒸発はする。そして、通常、予備拡散加熱処理は、多数の亜鉛溶射素管を、大きな１つの加熱装置の中で加熱することにより行われるため、加熱装置内での亜鉛溶射管の設置位置の違いにより、亜鉛の蒸発量に差が出てしまう。特に、亜鉛の溶射量が少ない場合には、多い場合と同じ量蒸発したとしても、残存量に対する蒸発割合が大きくなるため、亜鉛の溶射量が少ない場合には、蒸発割合の
バラツキが大きくなり、品質管理が困難となる。そのため、予備拡散加熱処理での最高到達温度が比較的低いときには、蒸発割合のバラツキが大きくなり、品質管理が困難となるという問題が生じる。これらのことから、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせない場合、亜鉛の蒸発に関して種々の問題が生じる。

【0042】

それに対して、予備拡散加熱処理において、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせた状態で加熱する場合は、予備拡散加熱処理の際に蒸発する亜鉛の量が、重ね合わせない場合に比べ、少なくすることができるので、亜鉛の蒸発に関する上記問題を防ぐことができる。

【0043】

また、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせないで、空気雰囲気中で加熱すると、溶射した亜鉛が酸化されてしまうため、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせない場合は、溶射した亜鉛の酸化を抑えるために、窒素などの不活性ガス雰囲気中で加熱処理を行う必要がある。しかし、この場合、不活性ガスを用意する必要がある上に、不活性ガスを使用するための炉は大気雰囲気で加熱する炉に比べて気密性を上げる必要があるため、構造が複雑となり、費用が増大する。

【0044】

それに対して、予備拡散加熱処理の際に、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせた状態で加熱する場合は、溶射した亜鉛が空気に触れないか又は触れ難くなるため、亜鉛が酸化され難くなる。そのため、本発明では、予備拡散加熱処理を、大気雰囲気中で行うことができる。つまり、本発明では、亜鉛溶射素管の平坦面同士を重ね合わせた状態で加熱することにより、大気雰囲気中で加熱しても、亜鉛が酸化され難くなるので、大気雰囲気中で、予備拡散加熱処理を行うことができる。そのため、構造の簡単な炉を用いることができ、費用を低減することが可能なる。

【0045】

予備拡散加熱処理では、下記式（１）に示す亜鉛の総拡散量ΣＤｔが０．８×１０^−９〜４．６×１０^−９ｍ^２の範囲になるように、平坦面同士を重ね合わせた亜鉛溶射素管の加熱を行う。
ΣＤｔ＝ΣＤ_０・ｅｘｐ（−Ｑ／（Ｒ・Ｔｎ））・Δｔｎ （１）
（式中、Ｔｎは、予備拡散加熱を開始して温度が２００℃に到達した時から予備拡散加熱を終了して温度が２００℃に到達した時までの総加熱時間を、微小時間Δｔｎ（秒）で区切ったときの各微小時間の温度（℃）であり、Ｄ_０は、１．７７×１０^−５（ｍ^２／ｓ）であり、Ｑは、１１７０００（ｋＪ／ｍｏｌ）であり、Ｒは、８．３１４５（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）である。）

【0046】

アルミニウム合金製の扁平管の表面に溶射された亜鉛は、加熱により扁平管の表面から内部に拡散する。アルミニウム中の亜鉛の拡散係数Ｄは、アレニウスの式に基づいて、加熱の際の温度により、下記式（３）：
Ｄ＝Ｄｏ・ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ） （３）
で求められる。ここで、Ｄｏ＝１．７７×１０^−５（ｍ^２／ｓ）、Ｑ＝１１７０００（ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｒ＝８．３１４５（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）である。そして、総拡散量ΣＤｔは、拡散係数に時間を乗じることにより求められる。

【0047】

実際の加熱のヒートパターンにおける拡散量については、加熱温度チャートから時間と温度を読み取り、総加熱時間を適当な微小時間Δｔｎに区切って、各微小時間ｔｎ及びそのときの温度Ｔｎから、各微小時間のΔＤｔｎを各々計算し、それらを総和して、総拡散量を求める。図９を用いて更に具体的に説明する。図９は、加熱のヒートパターンを示す模式的なグラフである。図９中、点線で示す温度が、２００℃（４７３Ｋ）である。先ず、加熱を開始して２００℃に到達した時点（符号ｘ）から、最高到達温度を経て、加熱を終了して２００℃に到達する時点（符号ｙ）までを、微小時間Δｔ１、Δｔ２・・・Δｔ
ｎ・・・Δｔｆに区切る。次いで、各微小時間の温度Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔｎ・・・Ｔｆを読み取る。次いで、式（３）に、各微小時間の時間（秒）及び温度（Ｋ）を代入して、各微小時間の拡散量ΔＤｔｎ（ｍ^２）を求める。次いで、それらを総和して、すなわち、ΣＤ_０・ｅｘｐ（−Ｑ／（Ｒ・Ｔｎ））・Δｔｎ＝ΣＤｔ（ｍ^２）を求める。なお、各微小時間の間に、温度が変化している場合は、図９に示すように、各微小時間の中央の時間の温度を、各微小時間の温度とする。

【0048】

微小時間の時間間隔は、１分以下が好ましい。なお、後述する実施例及び比較例では、微小時間の時間間隔を３０秒で区切って、総拡散量を求めた。

【0049】

ろう付け接合されて熱交換器コアの状態で、良好な亜鉛拡散状態を得るためには、予備拡散熱処理での亜鉛の総拡散量（ΣＤｔ）と、ろう付け加熱処理での亜鉛の総拡散量（ΣＤｔ）の和を、２．０×１０^−９〜５×１０^−９ｍ^２とすることが適当である。近年の一般的な自動車用熱交換器のろう付け加熱処理でのΣＤｔは、０．４×１０^−９〜１．２×１０^−９ｍ^２程度であることが多いため、予備拡散加熱処理での加熱によるΣＤｔは、０．８×１０^−９〜４．６×１０^−９ｍ^２が適当である。

【0050】

このようなことから、予備拡散加熱処理での総拡散量ΣＤｔは、０．８×１０^−９〜４．６×１０^−９ｍ^２である。予備拡散加熱処理での総拡散量ΣＤｔが、上記範囲未満だと、亜鉛の拡散量が不足するため、犠牲陽極層としての厚さが薄くなり、犠牲陽極層の消耗時間が早くなり、耐食性が低くなる。また、予備拡散加熱処理での総拡散量ΣＤｔが、上記範囲を超えると、亜鉛拡散深さが深くなり、犠牲陽極層としての厚さが厚くなり過ぎるため、腐食により犠牲陽極層が消耗してしまった後に残存する扁平管の壁の厚みが薄くなり、冷媒の圧力に耐えられなくなり扁平管が破裂し易くなる。

【0051】

本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の製造方法により、以下に述べる本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管を製造することができる。

【0052】

本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管は、アルミニウム合金で形成されている扁平管であり、
アルミニウム合金部が、０．１〜０．７質量％のＣｕと、Ｚｎと、を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、
該アルミニウム合金部の外縁から深さ９５〜２５０μｍの位置まで、亜鉛が拡散されており、該アルミニウム合金部の平坦面の表面の亜鉛濃度が、１．５〜１５％であること、を特徴とする熱交換器用アルミニウム合金扁平管である。なお、表面の亜鉛濃度とは、最表層（表面）における、全金属に対する亜鉛の質量割合（質量％）であり、例えば、ＥＭＰＡによる表面の元素濃度分析による質量比換算で求められる。

【0053】

本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の製造に用いる亜鉛溶射素管は、扁平管の形状のアルミニウム合金部と、アルミニウム合金部の平坦面側に溶射されている亜鉛溶射層と、からなる。この亜鉛溶射素管を予備拡散加熱処理することにより、亜鉛溶射層の亜鉛がアルミニウム合金部の平坦面からアルミニウム合金部の深部に拡散し、亜鉛拡散層を形成する。亜鉛拡散層における亜鉛濃度分布は、アルミニウム合金部の外縁、すなわち平坦部表面が高く、深部にかけて低くなるように分布する。亜鉛の拡散深さは、亜鉛拡散層の厚さである。本発明では、亜鉛拡散層は、亜鉛濃度が０．２質量％以上の部分とし、例えば、断面のＥＰＭＡ分析により、表層からの亜鉛濃度分布を測定し、亜鉛濃度が０．２質量％以上の部分を求めることにより、確認される。

【0054】

アルミニウム合金部は、０．１〜０．７質量％のＣｕと、Ｚｎと、を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。

【0055】

アルミニウム合金部のＣｕの含有量は、０．１〜０．７質量％である。アルミニウム合金中のＣｕは、扁平管の強度を高くする。アルミニウム合金部のＣｕの含有量が、上記範囲未満だと、Ｃｕによる強度の向上効果が不十分となるとともに、拡散した亜鉛濃度が同じであっても、犠牲陽極層の電位が卑になってしまうため、犠牲陽極層の消耗速度が大きくなる。また、上記範囲を超えると、扁平管の押出性が低下する。

【0056】

アルミニウム合金部は、更に、０．１〜１．２質量％のＳｉ及び０．１〜１．８質量％のＭｎのうちの１種又は２種を含有することができる。

【0057】

アルミニウム合金中のＳｉは、扁平管の強度を高くする。アルミニウム合金部のＳｉの含有量は、０．１〜１．２質量％である。アルミニウム合金部中のＳｉの含有量が、上記範囲未満だと、Ｓｉによる強度の向上効果が不十分となり、また、上記範囲を超えると、扁平管の融点が低下して、ろう付けが困難となる。

【0058】

アルミニウム合金中のＭｎは、扁平管の強度を高くする。アルミニウム合金部のＭｎの含有量は、０．１〜１．８質量％である。アルミニウム合金部中のＭｎの含有量が、上記範囲未満だと、Ｍｎによる強度の向上効果が不十分となり、また、上記範囲を超えると、粗大化合物を生じるため扁平管の押出性が低下する。

【0059】

アルミニウム合金部は、更に、０．０１〜０．３質量％のＣｒ、０．０１〜０．３質量％のＺｒ及び０．０１〜０．３質量％のＴｉのうちの１種又は２種以上を含有することができる。

【0060】

アルミニウム合金中のＣｒ、Ｚｒ、Ｔｉは、ろう付け後の結晶粒径を粗大化し、ろう付け性を向上させる。アルミニウム合金部のＣｒ、Ｚｒ、Ｔｉの含有量が、上記範囲未満だと、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉによる効果が不十分となり、また、上記範囲を超えると、粗大化合物が生じるため扁平管の押出性が低下する。

【0061】

本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の製造に用いる亜鉛溶射素管は、アルミニウム合金部の平坦面側に、５〜２０ｇ／ｍ^２、好ましくは１３〜２０ｇ／ｍ^２、特に好ましくは１５〜２０ｇ／ｍ^２の量の亜鉛溶射層を有する。亜鉛溶射層の量が上記範囲にあることにより、亜鉛の総拡散量ΣＤｔが０．８×１０^−９〜４．６×１０^−９ｍ^２の範囲になるように予備拡散熱処理を行い、前記予備拡散加熱処理における亜鉛の総拡散量と、該熱交換器コアのろう付け加熱における下記式（２）に示す亜鉛の総拡散量と、の合計が、２×１０^−９〜５×１０^−９ｍ^２の範囲になるような温度と時間で加熱するろう付け加熱を行った後の扁平管において、扁平管の深部に対して表層部の犠牲陽極層の電位差を十分に卑にすることができるため、良好な耐食性を得ることができる。一方、亜鉛溶射層の量が、上記範囲未満だと、均一な亜鉛溶射層の形成が困難になるとともに、前記予備拡散熱処理および前記ろう付け加熱を行った後の扁平管において、扁平管の表層部の亜鉛濃度が低下するため十分な犠牲陽極作用を得ることができず、扁平管に貫通腐食が生じやすくなり、また、上記範囲を超えると、前記予備拡散熱処理および前記ろう付け加熱を行った後の扁平管において、扁平管の表層部の亜鉛濃度が高すぎるために、犠牲陽極層が早期に消耗してしまい、偏平管の強度が低下する。アルミニウム合金部の平坦面側の亜鉛溶射層の量は、蛍光Ｘ線分析により求められる。

【0062】

予備拡散加熱後のアルミニウム合金部のアルミニウム合金の部分の平坦面側には、亜鉛が拡散している。予備拡散加熱後は９５〜２５０μｍの位置まで、亜鉛が拡散されており、該アルミニウム合金部の平坦面の表面の亜鉛濃度が、１．５〜１５％となっている。亜鉛の拡散深さ及び表面の亜鉛濃度が上記範囲にあることにより、ろう付け加熱時間が短く
ても、ろう付け後に、犠牲陽極層の量（厚み）が十分に確保でき、良好な耐食性を得ることができる。一方、亜鉛の拡散深さが、上記範囲未満だと、ろう付け加熱時間が短かい場合には、犠牲陽極層の量（厚み）が不足するとともに表面の亜鉛濃度が高くなり、腐食により比較的早期に犠牲陽極層が消耗してしまうため、扁平管の耐食性が不十分となる。また、亜鉛の拡散深さが、上記範囲未満だと、フィンとの接合部のフィレットの電位が卑となり、フィンの剥離が生じ易くなる。また、上記範囲を超えると、犠牲陽極層の量（厚み）が過剰に厚くなり、長期間の腐食により消耗する犠牲陽極層が多く、残存する扁平管の壁の厚さが薄くなることにより、強度が低下しやすくなる。また表面の亜鉛濃度が上記より低いと犠牲陽極の電位差が不十分となり耐食性が低下し、上記より高いと犠牲陽極層の消耗速度が速くなり耐食性が低下する。亜鉛の拡散深さには、試験片の断面を樹脂埋めして研磨した試料を作成し、ＥＰＭＡ等により亜鉛濃度を線分析することにより求められる。

【0063】

図１０を参照して、亜鉛の拡散深さについて説明する。図１０は、アルミニウム合金部の一部を切り取った模式的な断面図であり、（Ａ）は予備拡散加熱処理前の図であり、（Ｂ）は予備拡散加熱処理後の図である。図１０（Ａ）に示すように、予備拡散加熱処理前の亜鉛溶射素管６は、アルミニウム合金部３の平坦面１８側に、亜鉛溶射層５を有する。符号１６で示す位置が、アルミニウム合金部３と、亜鉛溶射層５との境界、つまり、アルミニウム合金部３の外縁である。そして、亜鉛溶射素管６を予備拡散加熱処理することにより、亜鉛溶射層５の亜鉛がアルミニウム合金部３の平坦面１８側からアルミニウム合金部３の内部に拡散し、図１０（Ｂ）に示すように、符号１７で示す点線の位置まで、亜鉛が拡散して、亜鉛拡散層１５を形成する。亜鉛拡散層１５内における亜鉛濃度は、アルミニウム合金部１３の外縁（符号１６）、すなわち平坦部表面が高く、深部にかけて低くなるように分布している。なお、本発明において、亜鉛拡散層は、亜鉛濃度が０．２質量％以上の部分とする。すなわちアルミニウム合金部１３の内部の符号１７で示す点線の位置は、亜鉛濃度が０．２質量％となる位置を示すものである。よって、アルミニウム合金部１３のうち、符号１６から符号１７までの部分が、亜鉛が拡散している部分である。そして、このときの符号１６の位置から符号１７の位置までの距離が、亜鉛の拡散深さである。

【0064】

本発明の熱交換器コアの製造方法は、本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の製造方法により熱交換器用アルミニウム合金扁平管を得、次いで、得られた熱交換器用アルミニウム合金扁平管と、Ａｌ−Ｍｎ系合金の両面にＡｌ−Ｓｉ系のろう材をクラッドしたアルミニウム合金製ブレージングフィン材と、を組み合わせた熱交換器コアを、前記予備拡散加熱処理における亜鉛の総拡散量と、該熱交換器コアのろう付け加熱における下記式（２）に示す亜鉛の総拡散量と、の合計が、２×１０^−９〜５×１０^−９ｍ^２の範囲になるような温度と時間で加熱するろう付け加熱処理を行うことを特徴とする熱交換器コアの製造方法である。
ΣＤｔ＝ΣＤ_０・ｅｘｐ（−Ｑ／（Ｒ・Ｔｎ））・Δｔｎ （２）
（式中、Ｔｎは、ろう付け加熱を開始して温度が２００℃に到達した時からろう付け加熱を終了して温度が２００℃に到達した時までの総加熱時間を、微小時間Δｔｎ（秒）で区切ったときの各微小時間の温度（℃）であり、Ｄ_０は、１．７７×１０^−５（ｍ^２／ｓ）であり、Ｑは、１１７０００（ｋＪ／ｍｏｌ）であり、Ｒは、８．３１４５（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）である。）

【0065】

例えば、先ず、本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管の製造方法により得られた熱交換器用アルミニウム合金扁平管と、Ａｌ−Ｍｎ系合金の両面にＡｌ−Ｓｉ系のろう材をクラッドしたアルミニウム合金製ブレージングフィン材をコルゲート加工したフィンとを交互に積層し、扁平管の両端にヘッダを組み合わせて、熱交換器コアを組み付ける。次いで、フッ化物系のフラックスを粉末のまま熱交換器のコア部に塗布し、不活性ガス雰囲
気中で加熱してろう付け接合するろう付け加熱処理を行うことにより熱交換器コアを製造する。

【0066】

また、Ａｌ−Ｍｎ系合金の両面にＡｌ−Ｓｉ系のろう材をクラッドしたアルミニウム合金製ブレージングフィン材に替えて、Ａｌ−Ｍｎ系合金のベアフィンとコルゲート加工したフィンとを交互に積層し、扁平管とフィンの接する部分に置きろうを配置し、同様にろう付け加熱処理を行うことにより熱交換器コアを製造することもできる。置きろうはＡｌ−Ｓｉ合金ろう材線を扁平管とフィンの接合部の近くに置く方法や、Ａｌ−Ｓｉ合金ろう材箔を扁平管とフィンの間に挟む方法や、Ａｌ−Ｓｉ合金粉末あるいはＳｉ粉末を扁平管とフィンの接合部の近くに塗装する方法がある。

【0067】

このように、本発明の熱交換器用アルミニウム合金扁平管は、ブレージングフィン及びベアフィンのいずれのフィンを用いる熱交換器コアの製造にも用いられる。

【0068】

そして、本発明の本発明の熱交換器コアの製造方法では、ろう付け加熱処理において、予備拡散加熱処理における亜鉛の総拡散量と、熱交換器コアのろう付け加熱における式（２）に示す亜鉛の総拡散量と、の合計が、２×１０^−９〜５×１０^−９ｍ^２の範囲になるような温度と時間で加熱する。なお、亜鉛の総拡散量の算出方法は、予備拡散加熱処理における亜鉛の総拡散量の算出方法と同様である。

【0069】

予備拡散加熱処理での亜鉛の総拡散量とろう付け加熱における亜鉛の総拡散量との合計が、上記範囲未満だと、亜鉛の拡散量が不足するため、犠牲陽極層としての厚さが薄くなり、犠牲陽極層の消耗時間が早くなり、耐食性が低くなる。また、予備拡散加熱処理での亜鉛の総拡散量とろう付け加熱における亜鉛の総拡散量の合計が、上記範囲を超えると、亜鉛拡散深さが深くなり、犠牲陽極層としての厚さが厚くなり過ぎるため、腐食により犠牲陽極層が消耗してしまった後に残存する芯材の厚みが薄くなり、冷媒の圧力に耐えられなくなり扁平管が破裂し易くなる。

【0070】

ろう付け加熱処理での加熱温度は、予備拡散加熱処理における亜鉛の総拡散量と、熱交換器コアのろう付け加熱における式（２）に示す亜鉛の総拡散量と、の合計が、上記範囲となるように、加熱時間との関係で適宜選択されるが、好ましくは最高到達温度が５８０〜６２５℃、特に好ましくは５９０〜６１５℃である。

【0071】

ろう付け加熱処理での加熱時間は、予備拡散加熱処理における亜鉛の総拡散量と、熱交換器コアのろう付け加熱における式（２）に示す亜鉛の総拡散量と、の合計が、上記範囲となるように、加熱時間との関係で適宜選択されるが、好ましくは３００〜１８００秒、特に好ましくは３００〜１２００秒である。

【0072】

そして、ろう付け加熱処理を行うことにより、亜鉛の拡散深さが、１４０〜２６０μｍとなり、アルミニウム合金部の平坦面の表面の亜鉛濃度が、１．０〜８％となる。

【0073】

本発明の熱交換器コアは、本発明の熱交換器コアの製造方法を行い得られることを特徴とする熱交換器コアである。

【実施例】

【0074】

（実施例及び比較例）
連続鋳造により表１及び表３に示す組成のφ８０ｍｍのアルミニウム合金のビレットを作製し、得られたビレットを６００℃で６時間保持する均質化処理を行った。
次いで、このビレットを５５０℃で加熱し、熱間押出して、図１１に示す断面形状の肉厚０．４ｍｍの押出扁平管２１１を作製した。押出直後に、扁平管の平坦部に所定量の純
亜鉛を溶射し、コイル状に整列巻取りした。その後、コイルを巻きほぐしながら、管軸が直線状の直管とし、所定寸法に切断した後、平坦面同士が重なるように整列させた状態で束ねた。
この束ねた直管の亜鉛溶射押出扁平管を、あるいは、コイル状に整列巻取りしたままのコイル状の亜鉛溶射押出扁平管を、空気雰囲気中で加熱し、亜鉛の予備拡散加熱処理を行った。この時の実体温度を測定し、ΣＤｔを計算した。
次いで、予備拡散加熱処理を行った後の亜鉛溶射押出扁平管を、窒素ガス雰囲気中で単独で最高到達温度６００℃で５〜２０分間のろう付け加熱を行った。ろう付け加熱時にも実体温度を測定し、同様にΣＤｔを計算した。
得られたろう付け後の単管について、ＣＡＳＳ試験を１５００時間実施し、貫通腐食の発生有無で耐食性を評価した。ＣＡＳＳ試験結果を表２、表３、表５及び表６に示す。

【0075】

【表1】

【0076】

【表2】

１）直管整列：直管の平坦面同士を重ね合わせて多数積層した形態
コイル整列：純亜鉛を溶射した後のコイル状に整列巻取りした形態
２）Ｚｎ拡散深さ：断面のＥＰＭＡ分析により、表層からのＺｎ濃度分布を測定し、Ｚｎ濃度が０．２質量％となる深さを拡散深さとする。
３）平坦面のＺｎ濃度：表面のＥＰＭＡ分析により、表層のＺｎの質量濃度を測定した。４）亜鉛の残存率：（拡散Ｚｎ総質量／亜鉛溶射によるＺｎ付着量）×１００（％）で求めた。拡散Ｚｎは断面のＺｎ濃度分布より計算した。

【0077】

【表3】

【0078】

【表4】

【0079】

【表5】

１）直管整列：直管の平坦面同士を重ね合わせて多数積層した形態
直管単独：直管の平坦面同士を重ね合わせずに、１本１本バラバラにした形態
２）Ｚｎ拡散深さ：断面のＥＰＭＡ分析により、表層からのＺｎ濃度分布を測定し、Ｚｎ濃度が０．２質量％となる深さを拡散深さとする。
３）平坦面のＺｎ濃度：表面のＥＰＭＡ分析により、表層のＺｎの質量濃度を測定した。４）亜鉛の残存率：（拡散Ｚｎ総質量／亜鉛溶射によるＺｎ付着量）×１００（％）で求めた。拡散Ｚｎは断面のＺｎ濃度分布より計算した。

【0080】

【表6】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】