专利名称：铝管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铝管和一种铝管制造方法，尤其涉及可用作热交换器—例如其中使用含氯氟烃致冷剂的机动车空调的冷凝器或蒸发器、其中使用CO2致冷剂的机动车空调的气体冷却器或蒸发器、机动车的机油冷却器和机动车的散热器—中的入口管和出口管的铝管；可用作具有适于使用含氯氟烃致冷剂的致冷循环的机动车空调的管道的铝管，该致冷循环包括通过管道相互连接的压缩机、冷凝器和蒸发器；以及可用作具有适于使用CO2致冷剂的致冷循环的机动车空调的管道的铝管，该致冷循环包括通过管道相互连接的压缩机、气体冷却器、中间热交换器、膨胀阀和蒸发器，并且还涉及一种所述类型铝管的制造方法。
此处和所附权利要求中使用的术语“铝”包括纯铝和铝合金。此外，代表金属的原子符号不包括其合金。
背景技术：
已知冷凝器用于包含其中使用含氯氟烃致冷剂的致冷循环的机动车空调。这种冷凝器包括一对平行布置并相互间隔开的铝制集管、由铝制成并在其相对的端部连接到所述集管的平行的扁平热交换管、设置在每对相邻热交换管之间的空气道间隙中并(硬)钎焊到该对热交换管上的波纹状铝制翅片、一连接到其中一个集管的铝制入口管和一连接到另一集管的铝制出口管。
上述冷凝器的入口管和出口管按常规制造，例如由JIS A1100、JISA3003或一含有1.0～1.5质量％的Mn、至少0.2质量％和不低于0.6质量％的Mg、其余为Al和不可避免的杂质的铝合金制成(见出版物JP-B No.1991-22459)。
通常对上述冷凝器部件的表面进行镀铬处理，以提高冷凝器的抗腐蚀能力。然而，这种处理很麻烦。此外，Cr6+是有害的，从而必须进行麻烦的废液处理。因此，冷凝器的整体制造很麻烦。此外，Cr6+在欧洲不久将被禁止使用。
因此，对于冷凝器中使用的致冷管，正在研究各种可产生抗点蚀能力的处理方法和具有抗点蚀能力的材料，以取代其中使用有害的Cr6+的镀铬处理。
然而，仍然有待于开发易于以低的成本制造并且具有足够抗点蚀能力的入口管和出口管。当然，如果不进行镀铬处理，上述出版物中公开的用于热交换器的入口管和出口管就不具有抗点蚀能力。
本发明的一个目的是克服以上问题，并提供一种具有令人满意的抗点蚀能力且易于以低的成本制造的铝管，还提供一种制造该铝管的方法。
发明内容
本发明提供了一种由一含有0.9～1.5质量％的Mn、其余为Al和不可避免的杂质的合金制成的铝管，该管含有从管的外圆周的最外层表面通过管的表面层部分扩散到深度至少为60μm处的Zn，该表面层部分的Zn的含量/浓度(concentration)为0.20～0.70质量％。
在本发明的铝管中，Mn的作用是提高管的抗点蚀能力和管的强度，以用作热交换器的入口管或出口管。如果Mn的含量小于0.9质量％，则不能实现这种作用。如果Mn的含量大于1.5质量％，则提高强度的作用保持不变，但热加工时不易变形，导致加工性能降低，例如，在要将该管制成用于热交换器的入口管或出口管时，其可挤出性降低。因此，入口管或出口管的Mn的含量应该为0.9～1.5质量％，优选为1.0～1.2质量％。
从本发明的铝管的外圆周的最外层表面通过该管的表面层部分扩散到深度至少为60μm处的Zn使该表面层部分形成一基准电位，从而使除了该表面层部分之外的管的部分可受到牺牲腐蚀(sacrificial corrosion)以防止铝管发生点蚀。但是，如果表面层部分的Zn的含量小于0.20质量％，则不能实现这种作用。相反地，Zn的含量大于0.70质量％不会影响铝管本身的抗腐蚀能力，但是如下所述在当将热交换管钎焊到翅片上来制造热交换器的同时制造该铝管的情况下，使Zn的含量增至大于0.70质量％则需要将更多的Zn热喷射到热交换管的表面上。从而不可能使要获得的热交换器的热交换管和钎焊到管与翅片之间的接头具有期望的抗腐蚀能力。因此，表面层部分的Zn的含量应该为0.20～0.70质量％。此外，扩散到管内的Zn的厚度限制为从铝管的外圆周的最外层表面起最大约为100μm。
本发明的铝管不需要镀铬处理就可防止点蚀。此外，该管由含有0.9～1.5质量％的Mn、其余为Al和不可避免的杂质的合金制成，并含有从管的外圆周的最外层表面通过表面层部分扩散到深度至少为60μm处的Zn，该表面层部分的Zn的含量为0.20～0.70质量％。因此，可以低的成本容易地制造该管。
优选地，本发明的铝管含有0.01质量％以内的Cu作为不可避免的杂质，因为Cu作为不可避免的杂质可能会损害铝管的抗点蚀能力，即便量很少。
优选地，本发明的铝管含有0.25质量％以内的Fe作为不可避免的杂质，因为尽管没有Cu的影响大，但Fe作为不可避免的杂质也可能损害铝管的抗点蚀能力。
优选地，本发明的铝管含有0.25质量％以内的Si作为不可避免的杂质，因为Si和Fe一样可能会降低铝管的抗点蚀能力。
优选地，本发明的铝管含有0.30质量％以内的Mg作为不可避免的杂质，因为Mg作为不可避免的杂质可能会损害材料的可钎焊性和可加工性例如可挤出性，从而导致加工成本升高。
本发明提供了一种制造铝管的方法，其特征在于，在一具有惰性气体气氛的炉内，将由含有0.9～1.5质量％的Mn、其余为Al和不可避免的杂质的合金制成的管坯和具有形成在其表面上的2.0～16.0g/m2的Zn喷射层并且Zn的总量为75～600g的铝材在580到610℃下加热3～15分钟。
在本发明的铝管制造方法中，形成在铝材表面的喷射层中的Zn当在后续步骤中被加热时蒸发/升华(evaporate)从而扩散进入管坯的外圆周的表面层。铝材表面上的Zn喷射层限制为2.0～16.0g/m2并且总量限制在75～600g，因为如果这些量少于相应的下限值，则制造出的铝管的表面层部分的达不到至少0.20质量％的Zn含量，还因为如果这些量超出各自的上限值，则表面层部分的Zn含量将超出0.70质量％。
此外，在本发明的铝管制造方法中，如果加热温度和加热时间小于相应的下限值，则不可能充分地使Zn从喷射层升华从而随后扩散进管坯的表面层部分，从而导致得到的铝管的表面层部分的Zn含量不能达到至少0.20质量％。如果温度和时间超出相应的上限值，则翅片或其它部件的基础铝材会熔化，或者热喷射到热交换管表面的Zn过多地扩散进入热交换管中，从而可能因腐蚀而引起泄漏，例如，在如下所述的当将热交换管钎焊到翅片上来制造热交换器的同时制造铝管的情况下。加热温度优选为585～605℃。
通过本发明的方法可较容易且低成本地制造上述铝管。
在本发明的铝管制造方法中，用于制造管坯的合金优选含有1.0～1.2质量％的Mn。用于制造管坯的合金优选含有0.01质量％以内的Cu作为不可避免的杂质。用于制造管坯的合金优选含有0.25质量％以内的Fe作为不可避免的杂质。用于制造管坯的合金优选含有0.25质量％以内的Si作为不可避免的杂质。此外，用于制造管坯的合金优选含有0.30质量％以内的Mg作为不可避免的杂质。
在本发明的铝管制造方法中，铝材的形式为多个用于在热交换器中使用的热交换管，每个热交换管都具有形成在其表面的2.0～16.0g/m2的Zn喷射层，所有热交换管的表面的Zn喷射层的Zn总量都是75～600g，当在惰性气体气氛内钎焊热交换管、集管和翅片时，将适于钎焊热交换管、铝制集管和铝制翅片以及管坯的炉子加热。这样，就能在制造热交换器的同时制造铝管，因此制造成本低，例如，不需要任何专用设备。
图1所示为用于其中使用含氯氟烃致冷剂的机动车空调的冷凝器的透视图，该冷凝器具有均为本发明的铝管的入口管和出口管。
具体实施例方式
下面将参考
本发明的实施例。
参考图1，一用于其中使用含氯氟烃致冷剂的机动车空调的冷凝器1包括一对铝制集管2、3、平行的扁平致冷管4(热交换管)、由铝钎焊薄板制成的波纹状翅片5、一入口管6、一出口管7、一第一隔板8和一第二隔板9，所述集管2、3平行布置并相互隔开，扁平致冷管4由铝挤出型材制成并且各在其相对端连接到所述两个集管2、3上，每个翅片5都设置在相邻致冷管4之间的空气道间隙中并钎焊到所述相邻的致冷管4上，入口管6由铝挤出型材制成并且连接到第一集管2的周向壁上端，出口管7由铝挤出型材制成并连接到第二集管3的周向壁下端，第一隔板8设置在第一集管2内并定位于该集管的中部上方，第二隔板9设置在第二集管3内并定位于该集管的中部下方。所使用的致冷管4可为电阻焊管。
入口管6和第一隔板8之间的致冷管4的数目、第一隔板8和第二隔板9之间的致冷管4的数目以及第二隔板9和出口管7之间的致冷管4的数目从上到下减少，从而形成通道组。以气相流入入口管6的致冷剂在以液相流出出口管7之前曲折地流过冷凝器内的通道组单元。
入口管6和出口管7都由一含有0.9～1.5质量％的Mn、其余为Al和不可避免的杂质的合金制成。所述管含有从管的外圆周的最外层表面通过管的表面层部分扩散到深度至少为60μm处的Zn，该表面层部分的Zn的含量为0.20～0.70质量％。
用于制造入口管6和出口管7的合金含有优选为1.0～1.2质量％的Mn。在合金的不可避免的杂质中，Cu的含量在0.01质量％以内，Fe的含量在0.25质量％以内，Si的含量在0.25质量％以内，Mg的含量在0.30质量％以内。
例如，用下述方法制造入口管6和出口管7。
首先，将所述合金挤出成入口管坯和出口管坯。而且制备一对铝制集管2、3、多个由铝挤出型材制成的致冷管4和多个由铝钎焊薄板制成的波纹状翅片5以用于制造图1中所示的冷凝器1。在两个集管2、3的每个上都形成多个管子插入孔。在每个致冷管4的表面上都形成一层2.0～16.0g/m2，优选为2.0～8.0g/m2的Zn喷射层，从而使所有致冷管4都在其表面具有总量为75～600g，优选为75～300g的Zn喷射层。
然后将集管对2、3间隔开布置，接着交替布置致冷管4和波纹状翅片5，并将致冷管4的相对端插入集管2、3的管子插入孔中以形成一组装件。此后，将氟化物焊剂(具有与氟化钾和氟化铝的共晶组分相似的组分)涂敷到该组装件上。将所得到的组装件连同入口管坯和出口管坯放入一具有惰性气体气氛的炉内，然后在580～610℃下加热3～15分钟。这样，利用集管2、3上的钎焊材料层将致冷管4钎焊到集管2、3上，同样利用翅片5上的钎焊材料将每对相邻的致冷管4钎焊到波纹状翅片5上。在制造冷凝器1的同时制造入口管6和出口管7。
冷凝器1和压缩机以及蒸发器形成一致冷循环，该致冷循环中使用含氯氟烃致冷剂并且安装在车辆例如机动车上以作为空调。
根据前述实施例的本发明的铝管被用作机动车空调的冷凝器的入口管和出口管，该空调包括其中使用含氯氟烃致冷剂的致冷循环。可选地，该铝管还可用作机动车空调的蒸发器的入口管和出口管。此外，本发明的铝管还可用作作为机动车机油冷却器、机动车散热器等的热交换器的入口管和出口管。
此外，本发明的铝管可用作具有适于使用含氯氟烃致冷剂的致冷循环的机动车空调中的管道，该致冷循环包括通过管道相互连接的压缩机、冷凝器和蒸发器。本发明的铝管还可用作具有适于使用CO2致冷剂的致冷循环的机动车空调中的管道，该致冷循环包括通过管道相互连接的压缩机、气体冷却器、中间热交换器、膨胀阀和蒸发器。
本发明的铝管还可用在具有这样的致冷循环的机动车空调中以作为气体冷却器和蒸发器的入口管和出口管该致冷循环适于使用CO2致冷剂并且包括压缩机、气体冷却器、中间热交换器、膨胀阀和蒸发器。
示例1将含有1.08质量％的Mn、小于0.01质量％的Cu、0.06质量％的Si、0.12质量％的Fe、0.01质量％的Mg、0.01质量％的Cr、小于0.01质量％的Ti、小于0.01质量％的Zn、其余为Al和不可避免的杂质的合金挤出成50个外径为12.7mm且周向壁的壁厚为1.2mm的入口管坯和50个外径为9.53mm且周向壁的壁厚为1.0mm的出口管坯。每个入口管坯的长度均为539mm。每个出口管坯的长度均为439mm。所有入口管坯和出口管坯的总的外周向表面面积为1.732m2。
另一方面，制备1750个由铝挤出型材制成并且其外周向表面面积为0.0219m2的扁平致冷管4，并在每个致冷管4的外圆周上形成8g/m2的Zn喷射层。所有致冷管4的外圆周上的Zn喷射层的Zn的总量为306.6g。
此外制备35对各具有35个管子插入孔的铝制集管2、3，以及1800个各由铝钎焊薄板制成并在其相对侧具有钎焊材料层的波纹状翅片5。
然后，将一对集管2、3间隔开布置，并将35个致冷管4和36个翅片5交替布置，其中翅片5定位于该布置的每个相对端，而致冷管4的相对端插入到集管2、3的管子插入孔内，从而形成组装件。按这种方式制备50个组装件。此后，将氟化物焊剂(具有与氟化钾和氟化铝的共晶组分相似的组分)涂敷到这些组装件上。将所得到的组装件放入一具有氮气气氛的炉内。将所有的入口管坯和出口管坯也放入该炉内。然后，以56℃/min的速度将组装件和管坯从30℃加热到580℃，在580℃下保持8.5分钟，此后以48℃/min的冷却速度冷却到300℃，然后再冷却到30℃。这样就利用集管2、3上的钎焊材料层将致冷管4钎焊到了集管2、3上，同时利用翅片5上的钎焊材料将每对相邻的致冷管4钎焊到了波纹状翅片5上。在制造冷凝器1的同时制造入口管6和出口管7。
比较示例1按与示例1相同的方式制造冷凝器的入口管和出口管，不同之处在于使用由JIS A3003制成的入口管坯和出口管坯。
比较示例2按与示例1相同的方式制造冷凝器的入口管和出口管，不同之处在于使用由JIS A1100制成的入口管坯和出口管坯。
比较示例3通过挤出示例1中的合金制造入口管和出口管，但此后不对挤出型材进行任何处理。
评价试验1从在示例1和比较示例1至3中制造的入口管中各取出一个管，然后进行“SWAAT 960-小时”试验，并检查腐蚀情况。结果，示例1的入口管上形成最大深度为462μm的腐蚀，但没有发现贯穿管的周向壁的凹点(pit)。而比较示例1至3的入口管上形成了贯穿管的周向壁的凹点。
评价试验2从在示例1中制造的管中取出两个入口管和两个出口管，然后用电子束微量分析仪(EPMA)检查Zn从最外层的周向表面扩散的最大距离和最大扩散距离处的Zn的含量。结果如表1所示。同样对这些入口管和出口管进行“SWAAT 960-小时”试验，然后检查最大腐蚀深度。结果也在表1中示出。
表1
评价试验3从在示例1中制造的管中取出两个入口管和两个出口管，用酸混合物清洗然后用电子束微量分析仪(EPMA)检查Zn从最外层的周向表面扩散的最大距离和最大扩散距离处的Zn的含量。结果如表2所示。同样对这些入口管和出口管进行“SWAAT 960-小时”试验，然后检查最大腐蚀深度。结果也在表2中示出。
表2
工业实用性本发明的铝管适合作为热交换器—例如其中使用含氯氟烃致冷剂的机动车空调的冷凝器或蒸发器、其中使用CO2致冷剂的机动车空调的气体冷却器或蒸发器、机动车的机油冷却器和机动车的散热器—的入口管和出口管；作为适于使用含氯氟烃致冷剂并包括通过管道相互连接的压缩机、冷凝器和蒸发器的机动车空调中的管道；以及作为适于使用CO2致冷剂并包括通过管道相互连接的压缩机、气体冷却器、中间热交换器、膨胀阀和蒸发器的机动车空调中的管道。
权利要求
1.一种由一含有0.9～1.5质量％的Mn、其余为Al和不可避免的杂质的合金制成的铝管，该管含有从管的外圆周的最外层表面通过管的表面层部分扩散到深度至少为60μm处的Zn，该表面层部分的Zn的含量为0.20～0.70质量％。
2.一种如权利要求1所述的铝管，其特征在于，Mn的含量为1.0～1.2质量％。
3.一种如权利要求1所述的铝管，其特征在于，含有0.01质量％以内的Cu作为不可避免的杂质。
4.一种如权利要求1所述的铝管，其特征在于，含有0.25质量％以内的Fe作为不可避免的杂质。
5.一种如权利要求1所述的铝管，其特征在于，含有0.25质量％以内的Si作为不可避免的杂质。
6.一种如权利要求1所述的铝管，其特征在于，含有0.30质量％以内的Mg作为不可避免的杂质。
7.一种制造铝管的方法，其特征在于，在一具有惰性气体气氛的炉内，将由含有0.9～1.5质量％的Mn、其余为Al和不可避免的杂质的合金制成的管坯以及具有形成在其表面上的2.0～16.0g/m2的Zn喷射层并且Zn的总量为75～600g的铝材在580到610℃下加热3～15分钟。
8.一种如权利要求7所述的制造铝管的方法，其特征在于，用于制造管坯的合金含有1.0～1.2质量％的Mn。
9.一种如权利要求7所述的制造铝管的方法，其特征在于，用于制造管坯的合金含有0.01质量％以内的Cu作为不可避免的杂质。
10.一种如权利要求7所述的制造铝管的方法，其特征在于，用于制造管坯的合金含有0.25质量％以内的Fe作为不可避免的杂质。
11.一种如权利要求7所述的制造铝管的方法，其特征在于，用于制造管坯的合金含有0.25质量％以内的Si作为不可避免的杂质。
12.一种如权利要求7所述的制造铝管的方法，其特征在于，用于制造管坯的合金含有0.30质量％以内的Mg作为不可避免的杂质。
13.一种如权利要求7所述的制造铝管的方法，其特征在于，铝材的形式为多个用于热交换器的热交换管，每个热交换管都具有形成在其表面上的2.0～16.0g/m2的Zn喷射层，所有热交换管表面的Zn喷射层的Zn的总量都是75～600g，当在惰性气体气氛内钎焊热交换管、铝制集管和铝制翅片时，将适于钎焊热交换管、铝制集管和铝制翅片以及管坯的炉子加热。
14.一种热交换器，其中使用如权利要求1至6中任一项所述的铝管作为各入口管和出口管。
15.一种机动车，设有一包括一致冷循环的机动车空调，该致冷循环中使用含氯氟烃致冷剂并具有压缩机、冷凝器和蒸发器，该冷凝器是如权利要求14所述的热交换器。
16.一种致冷循环，使用含氯氟烃致冷剂并且具有压缩机、冷凝器和蒸发器，所述压缩机、冷凝器和蒸发器通过包括如权利要求1至6中任一项所述的铝管的管道相互连接。
17.一种机动车，其中安装有如权利要求16所述的致冷循环作为机动车空调。
全文摘要
用于冷凝器的入口管6和出口管7由一含有0.9～1.5质量％的Mn、其余为Al和不可避免的杂质的合金制成。每个入口管6和出口管7都含有从管的外圆周的最外层表面通过管的表面层部分扩散到深度至少为60μm处Zn，该表面层部分的Zn的含量为0.20～0.70质量％。入口管6和出口管7可容易地以低成本制造并且具有令人满意的抗点蚀能力。
文档编号F28F21/00GK1726298SQ200380105849
公开日2006年1月25日 申请日期2003年11月12日 优先权日2002年11月12日
发明者盛田辉纪 申请人:昭和电工株式会社