專利名稱：：鋁基熱交換器芯及其制造方法
技術領域：
：本發明涉及鋁基熱交換器芯及其制造方法。更具體來說，本發明涉及這樣的鋁基熱交換器芯，其中，例如鋁基扁平的熱交換器管和鋁基散熱片通過利用釬焊焊劑以釬焊關系彼此固定在一起。本發明還涉及用于制造這種熱交換器芯的方法。一般來說，利用由鋁或者鋁合金(此后稱為鋁基的)構成的熱交換器管和鋁基散熱片彼此釬焊起來制成的某種鋁基散熱器已經被廣泛采用。另外同時也是為了獲得改進的熱交換效率，已經采用擠壓的扁平管作為熱交換器管，該擠壓的扁平管是由鋁基材料擠壓成形得到的。為了使最終得到的熱交換器是抗腐蝕的，通常使鋅(Zn)粘附在扁平的熱交換器管的外表面上，接著在釬焊期間隨著加熱鋅擴散在這樣的扁平管的外表面上，隨后在其上形成鋅的擴散層。另外，由釬焊板制備散熱片，而釬焊板是從鍍以含鋅的釬焊材料即釬焊焊劑的那些材料中選擇的。然而，這樣的用于散熱片制備的釬焊板如與未鍍以釬焊材料的散熱片坯料相比是昂貴的。而且，由于在其表面上鍍以釬焊材料，釬焊板將導致散熱片加工軋機的迅速腐蝕，從而需要對這樣的加工軋機經常拋光。作為另外的問題是，在制造隔柵時往往發生燒化和焊瘤，結果，加工好的熱交換器芯質量降低。為了改進扁平熱交換器管的耐腐蝕性能，已經采用了這樣的一種方法，其中，例如采用鋅酸鹽方法或者鋅的電弧噴鍍方法使鋅提前粘附于這種扁平管的外表面上，然后在釬焊的過程中形成鋅的擴散層，因而扁平管通過損失的電極得以防止腐蝕。然而，這種方法留下的問題是，鋅的粘附過程相當漫長和耗時。另一方面，已知一種方法，其中，使用非鍍以釬焊料的散熱片坯料，并且其中，對扁平熱交換器管釬焊以從鋁(Al)和硅(Si)得來的粉末狀硅-鋁合金。這樣的已知方法需要鍍以極大量的粉末狀的硅-鋁合金，因而造成與成本和組裝有關的那些缺點。按照另外一種已知方法，扁平熱交換器管是由鍍以釬焊料的電焊管來制備的。然而，在該最后的方法中，當管變得多孔時，要求在這樣的管子的內部布置一種鑲嵌件，這將造成加工步驟增加，因而制造成本和材料成本增加。本發明在鑒于上述的情況下制造和完成。本發明的一個目的是提供一種熱交換器芯，其是從利用無需提前粘附鋅的熱交換器管和不鍍以釬焊焊劑的散熱片坯料而得來的，并且展現出相當于或者高于慣用對應產品的耐腐蝕性能和釬接能力。本發明的另外的目的是提供一種用于制造這種熱交換器芯的方法。為了達到上述的目的，在權利要求1中引述的本發明涉及一種鋁基熱交換器芯，其中，鋁基的熱交換器管和鋁基的散熱片通過利用釬焊焊劑而以釬接的關系彼此被固定在一起，其特征在于，由硅和鋅的混合物構成的混合擴散層形成在熱交換器管的外表面上，并且散熱片由含鋅的鋁基材料制成，該鋅用于構成所述的混合擴散層的一部分。另外，在權利要求3中引述的本發明涉及一種用于制造鋁基熱交換器芯的方法，其中，鋁基熱交換器管和鋁基散熱片通過利用釬焊焊劑以釬接的關系彼此固定，其特征在于，該方法包括在熱交換器管的外表面上涂覆從硅和氟類熔劑的混合物得來的釬焊焊劑，制備由鋁基含鋅材料制成的散熱片，隨后在給定溫度下加熱熱交換器管和散熱片，借此，使熱交換器管和散熱片成彼此釬接的關系并且在熱交換器管的外表面上形成硅和鋅的混合擴散層。在該實例中，在由硅和鋅組成的并且位于熱交換器表面上的混合的擴散層中，硅的最大濃度在0.5-1.5％的范圍內，而鋅的在0.4-3.0％的范圍內。在本發明中，上述的熱交換器管可以是任選的形狀，只要其是鋁基的即可。最好是，該管是鋁基的擠壓扁平管并且設置有多個用于供應加熱介質的通道。另外所希望的是，在上述的散熱片中的鋅的濃度可以在1-5％的范圍內(權利要求2)。根據本發明，硅和氟類熔劑的混合物被用作釬焊焊劑，結果是，熱交換器管不要求鋅在先粘附在其上，并且未鍍以釬焊焊劑的含鋅的散熱片坯料可以使用得益。由此產生的散熱片零件在釬焊期間借助釬焊焊劑而部分熔化，因此，含在散熱片中的鋅在熱交換器管的外表面上擴散，從而在其上形成硅和鋅的混合擴散層。因此，鋅擴散層可以形成在熱交換器管的外表面上，而無需現今管子在先所需要的鋅的粘附。這容許熱交換器芯易于實施，同時有極好的耐腐蝕性能和釬接能力。另外有利的是，散熱片不需要鍍以釬焊焊劑，因而可確保構成容易并且可避免燒化和焊瘤，同時最終生產的熱交換器芯具有高的質量。還可以獲得改進的生產率和節省費用。圖1以透視圖示出了在其內裝配了本發明的熱交換器芯的一種形式的熱交換器的重要部分。圖2是示出體現本發明的每個擠壓扁平管和波紋形散熱片的透視圖。圖3是示出釬焊焊劑被涂覆在本發明的擠壓扁平管上的方式的橫截面圖。圖4是根據本發明熱交換器管和散熱片被帶入彼此釬接關系之方式的局部放大的橫截面圖。在這些視圖中，標號4指的是擠壓扁平管(熱交換器管)，5指的是波紋形散熱片，6指的是熱交換器芯，7指的是釬焊焊劑，8指的是硅和鋅的擴散層。下面參照附圖對本發明的幾個實施例進行描述。圖1是示出在其內裝配了本發明的熱交換器芯的一種形式的熱交換器的重要部分的透視圖。上述熱交換器的構成有一對以隔開對置姿勢放置并且具有一個加熱介質進口1或者一個加熱介質出口2的聯管箱3；多個用作熱交換器管的擠壓扁平管4，該些擠壓扁平管彼此平行布置并且與聯管箱3相連通；和介于擠壓扁平管4之間的諸如波紋形散熱片5的散熱片。在如此組裝的熱交換器中，聯管箱3和擠壓扁平管4由鋁基材料通過擠壓成形而構成，而波紋形散熱片5通過使鋁基板材彎曲成交替的溝槽和脊部即彎曲成波紋形的構形而構成。聯管箱3，擠壓扁平管4和波紋形散熱片5通過利用釬焊焊劑(釬焊材料)而成為彼此整體的釬接關系，從而制成熱交換器。在那種情況下，由擠壓扁平管4和波紋形散熱片5組成的熱交換器芯6是由未以粘附鋅預先處理的那些鋁基擠壓扁平管(例如JISA1050)構成的，而波紋形散熱片5是由未鍍以釬焊材料的鋁基含鋅板材構成的。作為釬焊材料，粉末狀的硅(Si)和粉末狀的氟類熔劑的混合物，或者粉末狀的硅，粉末狀的鋅和粉末狀氟類熔劑的混合物已被公用。這里，氟類熔劑的組成可以是例如KA1F4，K2A1F5.H2O或者K3A1F6。這類氟類熔劑是人們所希望的，因為它不同于氯化物，因而可避免對鋁的腐蝕。硅與熔劑的比(按重量)設定為硅∶熔劑＝1∶2。為了制造上述的熱交換器芯6，第一加工步驟在于制備，如從圖2可見，鋁基的和在其內限定有多個用于流動加熱介質通道的擠壓扁平管4和彎曲成波紋形布置并且含鋅的波紋形散熱片5。為此目的，波紋形散熱片5利用加工軋機從將含鋅的鋁基板材(例如JISA3NO3)彎曲成波紋形而得到。在該實例中，加工軋機比鍍以釬焊材料的釬焊板不易受腐蝕。另外的優點是，既使當在散熱片上加工安裝隔柵等時也不會發生燒化和焊瘤。這有助于提高散熱片的質量。之后，釬焊焊劑7利用諸如熱塑性丙烯酸樹脂等粘結劑而施加在擠壓的扁平管4的表面上，如圖3所示。該釬焊焊劑在擠壓的扁平管4上的施加可以通過例如噴鍍粘結劑和釬焊焊劑的混合稀漿來實現，或者這樣來實現，即將擠壓的扁平管4浸入粘結劑和焊劑的混合稀漿中然后將管子從稀漿中垂直地拉出來，以便去掉過多的稀漿。接著，如此載有焊劑的擠壓扁平管4和含鋅的波紋形散熱片5利用工具被彼此結合和固定在一起，或者通過連接在聯管箱3上而被彼此固定。通過在加熱爐等中在例如高于590℃的預定溫度下的隨后加熱，焊劑被熔化而使擠壓的扁平管4和波紋形散熱片5成為彼此整體的釬接關系。在焊接過程中，波紋形散熱片的部分通過焊劑的作用而熔化，結果，在波紋形散熱片5中含有的鋅在擠壓扁平管4的整個外表面上擴散，最終與含在焊劑中的硅相互配合而在扁平管4的整個外表面上形成硅和鋅的擴散層8。擠壓扁平管4和波紋形散熱片5利用介于其間的鋁-硅-鋅合金的角焊縫進一步被彼此固定成整體的連接關系。在硅和鋅的擴散層8形成在擠壓扁平管4的整個外表面上的情況下，最終合成的熱交換器芯6是耐腐蝕的。現在在這里，根據與現有技術的鋁基熱交換器芯的焊接能力和耐腐蝕性的比較，就對本發明的熱交換器芯的那些指標進行評價所做的那些試驗提供解釋。Θ原料*擠壓扁平管(1)材料JISA1050JISA105鋅的電弧噴鍍(鋅的指標量8克/平方米)NE合金(改進的A1050合金)(成份0.05％硅，0.18％鐵，0.4％銅，0.02％鋅和0.04％鋯)(2)形狀外部尺寸(寬×壁厚)＝19.2毫米×1.93毫米(一側壁厚0.4毫米)*散熱片(1)材料坯料(JISA3NO3+0-4.0％鋅量)釬焊板(A4343+1.0％鋅/3NO3+1.5％鋅/A4343+1.0％鋅)(2)形狀(寬×壁厚)＝21.1毫米×0.1毫米*釬焊焊劑(1)粉末狀硅+粉末狀氟類熔劑+粘結劑粘結總量16克/平方米Θ釬焊工況通行的工況在氮氣中(氮量40立方米/小時)加熱速度30℃/分鐘關于比較實例1和2和實例1-4(其中，上述的擠壓扁平管4通過利用上述的釬焊焊劑與散熱片坯料《鋅含量0-4.0％》被固定釬接)和關于比較的釬焊方法1和2(通行的釬焊方法)的詳細情況示于表1中。在擠壓的扁平管4和散熱片之間的接合部被切割和檢測。所獲得的釬接能力的結果列于表2中。利用CASS試驗(JISH8681)對加工好的釬接產品的耐腐蝕性能作了進一步的評價。其結果列于表2中。另外，利用X射線顯微分析器(XMA)對擠壓的扁平管4的橫截面作了探測，以便觀察鋅和硅的擴散狀態。其結果列于表2中。表1</tables>表2<>測量了擴散深度的地方兩個散熱片之間◎點蝕深度200μm或小于○無空穴(點蝕深度介于200μm之上和400μm之下之間)×空穴上述的試驗結果表明，在實例1-4中所獲得的所有釬接狀態比采用現行采用的釬焊板的熱交換器芯的更好，并且在實例1-4中的釬接百分數大于99.5％。根據利用CASS試驗對釬接產品的檢查發現，在達到1500小時的試驗時間長度時比較實例1和2以及現行的釬焊方法1和2形成了空穴，而實例1-4的產品既使在這樣長的試驗時間過去之后也證明沒有這樣的空穴。另外，根據對鋅和硅的擴散狀態(表面濃度和擴散深度)的檢查，在實例1-4中的鋅的擴散狀態是0.6％-2.2％和72-80微米(μm)，而硅的擴散狀態是0.8％-1.0％和67-78微米。從上述的試驗已經發現，利用粉末狀的硅和氟類熔劑的混合物構成的釬焊焊劑從彼此釬接起來的鋁基的和1.2％-4％含鋅量的散熱片和鋁基的并且省略提前粘附鋅的擠壓扁平管獲得的熱交換器芯能夠提供相當于或者高于現有技術中現行使用的熱交換器芯的釬接能力和耐腐蝕性能。雖然沒有在上述的試驗結果中給出，但是在散熱片材料中少于1％的鋅含量會產生低于0.4％的鋅的表面擴散濃度，因此將導致鋅擴散層的不足的陽極作用。相反，高于5％的鋅的較高含量將使散熱片材料本身顯著腐蝕，結果，成品的熱交換器使用壽命短并且成品的散熱片將降低其高溫下的材料強度，因此當釬焊時往往會翹曲。因此，在散熱片材料中鋅以1.0％-5.0％的含量存在的情況下，釬接能力和耐腐蝕性能可以達到諸如相當于或者高于通行的熱交換器芯的那些值。雖然其在上述的試驗結果中沒有被展示出來，但是從該一系列的試驗結果中還是可以發現，添加的鋅量越大，可以以較高的濃度形成鋅的擴散層，因而可預計有較大的耐腐蝕性能，并且因為硅擴散層關系到擠壓扁平管這一方面的點蝕誘發可能性，所以可以比在沒有硅擴散層的擠壓扁平管方面達到較高的耐腐蝕性能。如上說明和展示的，本發明能夠使硅和氟類熔劑的混合物用作釬焊焊劑，因此熱交換器管不要求提前粘附鋅，并且含有鋅但是不鍍以釬焊焊劑的散熱片坯料可以用于形成散熱片。散熱片零件當經受釬焊焊劑的作用時于是熔化，因此含在散熱片中的鋅在熱交換器管的外表面上擴散，因而起著在該外表面上形成由硅和鋅的混合物構成的擴散層的作用。因此，鋅的擴散層可以形成在熱交換器管的外表面上而無需針對現今的管子進行在先所需要的鋅的粘附。這又容許熱交換器芯容易地具有高的耐腐蝕性能和高的釬接能力。另外的優點是，散熱片無需鍍以釬焊焊劑，因而可確保容易的施工性能，并且可避免燒化和焊瘤，最終使熱交換器芯具有高的質量。可做得到的高生產率同時節省費用是另外的一個優點。權利要求1.一種鋁基的熱交換器芯，其中，鋁基的熱交換器管和鋁基的散熱片通過利用釬焊焊劑而以釬接的關系彼此被固定在一起，其特征在于，由硅和鋅的混合物構成的混合擴散層形成在所述的熱交換器管的外表面上，并且所述的散熱片由含鋅的鋁基材料制成，該鋅用于構成所述的混合擴散層的一部分。2.如權利要求1所述的鋁基熱交換器芯，其特征在于，在所述的散熱片中鋅的濃度在1-5％的范圍內。3.一種生產鋁基熱交換器芯的方法，其中，鋁基熱交換器管和鋁基散熱片通過利用釬焊焊劑以釬接的關系彼此固定，其特征在于，該方法包括在所述的的熱交換器管的外表面上涂覆從硅和氟類熔劑的混合物得來的釬焊焊劑，制備由鋁基含鋅材料制成的所述的散熱片，隨后在給定溫度下加熱所述的熱交換器管和所述的散熱片，借此，使所述的熱交換器管和所述的散熱片成彼此釬接的關系并且在所述的熱交換器管的外表面上形成硅和鋅的混合擴散層。全文摘要本發明提供一種其耐腐蝕性能和釬接能力相當于或者高于慣用的對應產品的熱交換器芯。在作為熱交換器管的擠壓扁平管(4)的外表面上涂覆從硅和氟類熔劑的混合物得來的釬焊焊劑(7);制備由鋁基含鋅材料制成的散熱片(5);然后,在給定溫度下加熱擠壓扁平管(4)和散熱片(5),將兩者帶入彼此釬接的關系,并且硅和鋅的混合擴散層(8)形成在擠壓的扁平管(4)的外表面上。文檔編號B23K1/00GK1244249SQ98801950公開日2000年2月9日申請日期1998年1月21日優先權日1997年1月24日發明者鈴木敏弘,田中庸彥,小笠原明德,沖義人申請人:阿爾肯國際有限公司,日本輕金屬株式會社