專利名稱：熱交換管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換管，更具體地涉及一種具有較高耐腐蝕性的熱交換管。
本發(fā)明要求享有于2003年5月6日提交的日本專利申請No.2003-128170的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文中。
背景技術(shù)：
如圖2所示，熱交換器通常包括一對稱為集管5的左、右管體，安裝在集管5之間并相互間隔開地平行安裝的由鋁合金制成的多個管1，以及安裝在管1，1之間的散熱片6。各管1的內(nèi)部空間和集管5的內(nèi)部空間相互連通，以便使介質(zhì)經(jīng)由集管5的內(nèi)部空間和各管1的內(nèi)部空間而循環(huán)，從而實現(xiàn)了經(jīng)由散熱片6的有效熱交換。
已經(jīng)知道可通過熱交換管11來構(gòu)成熱交換器的管1，管11通過用含有釬焊材料粉末的焊劑來涂覆鋁合金擠壓出的管3的表面以形成焊劑層2來制造，管3具有扁平的截面和多個如圖1的透視圖所示的穿過介質(zhì)的孔4。還已經(jīng)知道，可用具有很好的擠壓成形工藝加工性的材料(JIS1050)來制造鋁合金擠壓出的管3，并使用硅粉末、鋁硅合金粉末或鋁硅鋅合金粉末作為包含于焊劑層2中的釬焊材料。
可采用上述傳統(tǒng)的熱交換管11在下述工藝中制造熱交換器，該工藝例如為將熱交換管11相對于相互間隔開一定距離地平行設(shè)置的集管5垂直地安裝，將熱交換管11的端部插入到設(shè)于集管5的側(cè)面中的開口(未示出)中，將具有波紋形狀的散熱片6裝配到熱交換管11之間，并且將該組件置于加熱爐中加熱，從而通過位于熱交換管11上的釬焊材料的釬焊來將集管5和管1相互間固定在一起，同時通過釬焊將波紋形狀的散熱片6固定在管1，1之間。
構(gòu)成熱交換器的管1的壁厚制成為比集管5的壁厚更小，以便達到較高的熱交換效率。結(jié)果，在管和集管以相當?shù)乃俾时桓g的情況下，因腐蝕而可能會首先在管中形成穿孔，從而使介質(zhì)從中泄漏出去。因此，在熱交換器中一個主要的問題是防止管的腐蝕。
為了提高熱交換管11的耐腐蝕性，在傳統(tǒng)的熱交換器中的管表面上形成了含有鋅作為主要成分的犧牲陽極層。關(guān)于形成犧牲陽極層的工藝，已經(jīng)知道可以采用鋅的熱噴涂和用含鋅焊劑進行涂覆的工藝。未審查的日本專利申請出版物No.7-227695公開了一種采用含鋅焊劑的一個例子。
然而，在通過熱噴涂來形成犧牲陽極層時，很難精確地控制由熱噴涂所施加的金屬量，因而導致了無法在管表面上均勻地形成犧牲陽極層且管的耐腐蝕性得不到提高的問題。
在使用如上述未審查的日本專利申請出版物No.7-227695所介紹的含鋅焊劑時，由于在管表面上同時施加焊劑和鋅，因此可以認為管的耐腐蝕性得到了提高。然而，實際上很難用普通涂覆方法如浸涂法和輥涂法來實現(xiàn)穩(wěn)定的涂覆條件，因此很難均勻地施加含鋅焊劑。結(jié)果，鋅在犧牲陽極層中的分布變得不均勻，因而導致了管的耐腐蝕性不足，在鋅的濃度較高的部分處會產(chǎn)生優(yōu)先腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述背景而完成了本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有較高耐腐蝕性的熱交換管。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下述結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的熱交換管包括鋁合金擠壓出的管，以及形成在該鋁合金擠壓出的管的外表面上的含有硅粉末和含鋅焊劑的焊劑層，其中施加在鋁合金擠壓出的管上的硅粉末的量不少于1克/平方米(1g/m2)且不超過5g/m2，施加在鋁合金擠壓出的管上的含鋅焊劑的量不少于5g/m2且不超過20g/m2。
含鋅焊劑優(yōu)選含有至少一種選自ZnF2、ZnCl2和KZnF3的鋅化合物。
當使用這種熱交換管時，由于施加了硅粉末和含鋅焊劑的混合物，因此在釬焊工藝期間硅粉末熔化且轉(zhuǎn)變成釬焊液體，包含于焊劑中的鋅在釬焊液體中均勻地擴散且均勻地分布在管表面上。由于鋅在液相如釬焊液體中的擴散速度比在固相中的擴散速度高得多，因此管表面中的鋅濃度變得非常均勻，從而能夠形成均勻的犧牲陽極層并提高熱交換管的耐腐蝕性。
硅粉末的最大粒度優(yōu)選為30微米(μm)或更小。超過30μm的最大粒度導致管的腐蝕深度增加，因而這種情況是不希望發(fā)生的。當硅粉末的最大粒度小于0.1μm時，硅顆粒會聚積起來，在這種情況下同樣會使管的腐蝕深度增加。因此，最大粒度優(yōu)選不小于0.1μm。
鋁合金擠壓出的管優(yōu)選由含有硅和錳且余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金制成，其中硅含量為0.5％重量或更大且1.0％重量或更小，而錳含量為0.05％重量或更大且1.2％重量或更小。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的熱交換管的透視圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的熱交換器的透視圖。
具體實施例方式
下面將詳細地介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
本發(fā)明的熱交換管通過在鋁合金擠壓出的管的外表面上形成含有硅粉末和含鋅焊劑的焊劑層來制造。
構(gòu)成熱交換管的鋁合金擠壓出的管由含有硅和錳且余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金制成，其中硅含量為0.5％重量或更大且1.0％重量或更小，而錳含量為0.05％重量或更大且1.2％重量或更小。
下面將介紹限制鋁合金擠壓出的管的組分的原因。硅具有這樣的效果，即較大量的硅形成了鋁合金擠壓出的管中的固溶體，因而使鋁合金擠壓出的管具有高電位，這樣在裝配熱交換器時便會使在與管釬焊在一起的集管和散熱片中產(chǎn)生優(yōu)先腐蝕，從而抑制了在鋁合金擠壓出的管中產(chǎn)生深點腐蝕，同時提高了釬焊性能并形成了良好的連接性，因此提高了釬焊后的強度。含量小于0.5％的硅無法達到所需的效果，因此是不合需要的。另一方面，含量大于1.0％的硅降低了合金的熔點，導致了在釬焊期間過度的熔化和較差的擠壓成形性能，這也是不合需要的。因此，鋁合金擠壓出的管中的硅濃度設(shè)定在0.5到1.0％的范圍內(nèi)。硅濃度的更優(yōu)選的范圍為0.6到0.8％。
由于錳會使釬焊材料中的擴散更不可能發(fā)生，因此錳具有使鋁合金擠壓出的管具有高電位的效果，這就使得與散熱片或集管形成了較高的電位差，從而更有效地形成了散熱片或集管的防蝕效果，因此提高了外部耐腐蝕性和釬焊后的強度。含量小于0.05％的錳無法實現(xiàn)使鋁合金擠壓出的管具有高電位的足夠效果，因此是不合需要的。另一方面，含量大于1.2％的錳導致了較差的擠壓成形性能，這也是不合需要的。
因此，鋁合金擠壓出的管中的錳濃度設(shè)定在0.05到1.2％的范圍內(nèi)。
形成于管表面上的焊劑層包括含鋅焊劑和硅粉末，因此在釬焊后會在管的整個表面上形成熔融釬焊材料層。由于釬焊材料層含有在其中均勻分布的鋅，因此釬焊材料層具有與犧牲陽極層相似的效果，使得釬焊材料層受到優(yōu)先平面腐蝕。因此，可以抑制深點腐蝕并提高耐腐蝕性。
施加在熱交換管上的硅粉末的量優(yōu)選不少于1g/m2且不超過5g/m2。當該量少于1g/m2時，由于釬焊材料的量不足，因此無法達到足夠的釬焊強度，并且無法實現(xiàn)鋅的充分擴散。當該量超過5g/m2時，管表面中的硅濃度增加，腐蝕速率增加，因此這是不合需要的。
焊劑層至少含有含鋅焊劑。除含鋅焊劑外，也可包含有不含鋅的焊劑。
含鋅焊劑優(yōu)選含有至少一種選自ZnF2、ZnCl2和KZnF3的鋅化合物。不含鋅的焊劑優(yōu)選含有至少一種氟化物如LiF、KF、CaF2、AlF3或SiF4，或者含有氟化物如KAlF4或KAAl3的絡(luò)合物。
在熱交換管的焊劑層中含有含鋅焊劑時，在釬焊后便在管表面上形成了鋅擴散層(釬焊材料層)，這樣，鋅擴散層用作犧牲陽極層，從而提高了管的耐腐蝕效果。
而且，由于施加了硅粉末和含鋅焊劑的混合物，因此在釬焊工藝期間硅粉末熔化且轉(zhuǎn)變成釬焊液體，包含于焊劑中的鋅在釬焊液體中均勻地擴散且均勻地分布在管表面上。由于鋅在液相如釬焊液體中的擴散速度比在固相中的擴散速度快得多，因此管表面中的鋅濃度變得非常均勻，從而能夠形成均勻的鋅擴散層并提高熱交換管的耐腐蝕性。
施加在熱交換管上的含鋅焊劑的量不少于5g/m2且不超過20g/m2。少于5g/m2的量導致了鋅擴散層的形成不充分，不具備足夠的耐腐蝕效果，因此是不合需要的。超過20g/m2的量導致了過多的鋅集中在散熱片與其它部件相連的倒角部分處，這使得連接處具有較高的腐蝕速率，因此也是不合需要的。
通過將熱交換器的集管和散熱片釬焊到上述熱交換管上便可構(gòu)成熱交換器。
也就是說，熱交換器由相互間連接在一起的本發(fā)明的熱交換管、熱交換器集管和散熱片構(gòu)成。與結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)所述的熱交換器類似，該熱交換器包括一對稱為“熱交換器集管”的左、右管體，安裝在熱交換器集管之間并相互間隔開地平行安裝的多個熱交換管，以及安裝在熱交換管之間的散熱片。熱交換管的內(nèi)部空間和熱交換器集管的內(nèi)部空間相互連通，以便使介質(zhì)經(jīng)由熱交換器集管的內(nèi)部空間和熱交換管的內(nèi)部空間而循環(huán)，從而實現(xiàn)了經(jīng)由散熱片的有效熱交換。
示例通過對由含有0.7％重量的硅和0.5％重量的錳的鋁合金制成的坯料進行擠壓成形，生產(chǎn)出具有10個冷卻介質(zhì)通過孔、截面為20毫米寬和2毫米高且壁厚為0.20毫米的鋁合金擠壓出的管。
然而通過將含鋅焊劑與硅粉末相混合來制備焊劑混合物。通過噴在預(yù)先生產(chǎn)出的鋁合金擠壓出的管的外表面上來施加焊劑混合物，從而形成了焊劑層。施加在鋁合金擠壓出的管上的硅粉末和焊劑混合物的量顯示于表1中。據(jù)此生產(chǎn)出示例1到6和比較示例1到4的熱交換管。
在示例1到6的熱交換管和比較示例1到4的熱交換管上裝配由包覆材料(JIS3003或JIS3003/JIS4045)制成的散熱片，并將該組件保持于600℃的氮氣氛下達3分鐘，以便進行釬焊。對其上釬焊有散熱片的管進行腐蝕測試(SWAAT，20天)，測量管的最大腐蝕深度。測試結(jié)果顯示于表1中。
表1


如表1所示，在示例1到6中的任一帶有散熱片的管中，最大腐蝕深度小于100μm，這表示管的腐蝕得到了抑制。示例6顯示了其腐蝕有些深，這是因為硅粉末的最大粒度較大。
在比較示例中腐蝕的程度較大，可以推測其原因是在比較示例1中未在焊劑中添加鋅，在比較示例2中含鋅焊劑(KZnF3)的量較小(2g/m2)，而在比較示例3和4中鋅由于未添加硅粉末而分布得不均勻。
如上所詳述，在本發(fā)明的熱交換管中，由于施加了硅粉末和含鋅焊劑的混合物，因此在釬焊工藝期間硅粉末熔化且轉(zhuǎn)變成釬焊液體，同時包含于焊劑中的鋅在釬焊液體中均勻地擴散且均勻地分布在管表面上。由于鋅在液相如釬焊液體中的擴散速度比在固相中的擴散速度快得多，因此管表面中的鋅濃度變得非常均勻，從而能夠形成均勻的犧牲陽極層并提高熱交換管的耐腐蝕性。
由于含鋅焊劑的量處于不少于5g/m2且不超過20g/m2的范圍內(nèi)，因此鋅就可以在管表面上均勻地分布。
雖然上面已經(jīng)介紹和顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，然而應(yīng)當理解，這些是本發(fā)明的代表性說明，不應(yīng)被視為起限制作用。在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的前提下，可以對本發(fā)明進行增添、省略、替換和其它改進。因此，本發(fā)明不應(yīng)被視為由上述介紹所限制，其僅由所附權(quán)利要求的范圍來限制。
權(quán)利要求
1.一種熱交換管，包括鋁合金擠壓出的管，以及形成在所述鋁合金擠壓出的管的外表面上的含有硅粉末和含鋅焊劑的焊劑層，其中，施加在所述鋁合金擠壓出的管上的所述硅粉末的量不少于1克/平方米且不超過5克/平方米，施加在所述鋁合金擠壓出的管上的所述含鋅焊劑的量不少于5克/平方米且不超過20克/平方米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換管，其特征在于，所述含鋅焊劑含有至少一種選自ZnF2、ZnCl2和KZnF3的鋅化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換管，其特征在于，所述硅粉末的最大粒度為30微米或更小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的熱交換管，其特征在于，所述鋁合金擠壓出的管含有0.5％重量或更大且1.0％重量或更小的硅、0.05％重量或更大且1.2％重量或更小的錳，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
提供了一種具有較高耐腐蝕性的熱交換管。熱交換管包括鋁合金擠壓出的管，以及形成在該鋁合金擠壓出的管的外表面上的含有硅粉末和含鋅焊劑的焊劑層，其中，施加在鋁合金擠壓出的管上的硅粉末的量不少于1克/平方米且不超過5克/平方米，施加在鋁合金擠壓出的管上的含鋅焊劑的量不少于5克/平方米且不超過20克/平方米。
文檔編號F28F21/08GK1550284SQ20041004221
公開日2004年12月1日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月6日
發(fā)明者勝又真哉, 兵庫靖憲, 憲, 渡部晶 申請人:三菱鋁株式會社