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JP2008190771A - Plate fins with excellent corrosion resistance - Google Patents

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JP2008190771A
JP2008190771A JP2007025389A JP2007025389A JP2008190771A JP 2008190771 A JP2008190771 A JP 2008190771A JP 2007025389 A JP2007025389 A JP 2007025389A JP 2007025389 A JP2007025389 A JP 2007025389A JP 2008190771 A JP2008190771 A JP 2008190771A
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plate fin
corrosion resistance
aluminum
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nickel plating
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JP2007025389A
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Takeshi Koyama
健 小山
Kenji Ando
安東賢二
Keiji Miki
三木啓治
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Sumitomo Precision Products Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Precision Products Co Ltd
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Abstract

【課題】アルミニウムまたはアルミニウム合金製の耐食性に優れた熱交換器用プレートフィンを提供する。
【解決手段】アルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換器用プレートフィン1、2であって、その表面に無電解ニッケルめっき層が形成されているプレートフィン1、2である。ニッケルめっき層の厚さは10μm以上が望ましい。このプレートフィン1、2が、車両用のプレートフィン型冷却器の構成部材として使用されるものであれば、車両洗浄時における腐食性の強い洗浄剤の飛散等に対して優れた耐食性を示す。
【選択図】図1
A heat exchanger plate fin made of aluminum or an aluminum alloy and excellent in corrosion resistance is provided.
Plate fins 1 and 2 for heat exchangers made of aluminum or aluminum alloy and having an electroless nickel plating layer formed on the surface thereof. The thickness of the nickel plating layer is desirably 10 μm or more. If these plate fins 1 and 2 are used as components of a plate fin type cooler for vehicles, they exhibit excellent corrosion resistance against scattering of a highly corrosive cleaning agent during vehicle washing.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、産業機械、鉄道車両、電力設備、その他広範囲の産業分野で使用されているプレートフィン型熱交換器のプレートフィンに関し、特に、酸性またはアルカリ性の洗浄剤の飛散などに対しても優れた耐食性を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金製のプレートフィンに関する。   The present invention relates to plate fins for plate fin type heat exchangers used in industrial machinery, railway vehicles, electric power facilities, and a wide range of other industrial fields, and is particularly excellent for scattering of acidic or alkaline cleaning agents. The present invention relates to a plate fin made of aluminum or aluminum alloy having high corrosion resistance.

プレートフィン型熱交換器は、小型軽量で熱交換効率に優れた熱交換器として、産業機械、鉄道車両、電力設備、その他広範囲の産業分野で使用されている。例えば、高速走行が要求される鉄道車両等では、軽量で、成形性にも優れているアルミニウムまたはアルミニウム合金製のプレートフィン型熱交換器が多用されている。また、腐食性の強い流体を扱うことが多い化学プラント等では、耐食性に優れたステンレス鋼製のプレートフィン型熱交換器が使用されることが多いが、空気中や中性付近の水中では、表面に保護性の高い酸化皮膜(Al23)が形成されることから、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のプレートフィン型熱交換器も使用されている。 Plate fin type heat exchangers are small and light heat exchangers that excel in heat exchange efficiency, and are used in industrial machinery, railway vehicles, electric power facilities, and a wide range of other industrial fields. For example, in rail vehicles and the like that require high-speed travel, plate fin heat exchangers made of aluminum or aluminum alloy that are lightweight and excellent in formability are frequently used. Also, in chemical plants that often handle highly corrosive fluids, stainless steel plate fin type heat exchangers with excellent corrosion resistance are often used, but in air or near neutral water, Since a highly protective oxide film (Al 2 O 3 ) is formed on the surface, a plate fin type heat exchanger made of aluminum or aluminum alloy is also used.

図1はプレートフィン型熱交換器におけるコア部の構成を説明する図であり、同(a)はコア部の分解斜視図、同(b)はコア部の組立斜視図である。熱交換器の心臓部であるコア部4は、低温流体通路と高温流体通路を仕切る板状のチューブプレート1と、伝熱促進用のコルゲート型や各種の形状からなるフィン2が交互に積層され、また、チューブプレート1同士の間隔を保ち、流路を密封するためのスペーサーバー3が両側面に並べられた基本構造で構成されている。   1A and 1B are diagrams for explaining the configuration of a core portion in a plate fin heat exchanger. FIG. 1A is an exploded perspective view of the core portion, and FIG. 1B is an assembled perspective view of the core portion. The core portion 4 which is the heart of the heat exchanger is formed by alternately laminating plate-like tube plates 1 that partition the low-temperature fluid passage and the high-temperature fluid passage, and corrugated types for promoting heat transfer and fins 2 having various shapes. In addition, a spacer bar 3 for keeping the space between the tube plates 1 and sealing the flow path is constituted by a basic structure arranged on both side surfaces.

コア部の組み立てに際しては、チューブプレート1とフィン2との間やチューブプレート1とスペーサーバー3との間にシート状または粉状のろう材が配され、積層組立されたコア部4は、雰囲気調整された加熱炉に装入され、加圧されながらろう材の融点まで加熱され、ろう付け処理が行われて一体のコア部となる。   When assembling the core part, a sheet-like or powdery brazing material is arranged between the tube plate 1 and the fins 2 or between the tube plate 1 and the spacer bar 3, and the laminated and assembled core part 4 has an atmosphere. It is inserted into the adjusted heating furnace, heated to the melting point of the brazing material while being pressurized, and brazing is performed to form an integral core part.

低温流体と高温流体のコア部内の流動方法は、基本的には向流型と直向流型に区分されるが、これらを組み合わせて種々の流動方法が構成される。図1(a)で示す矢印は、低温流体と高温流体が直交流する直向流型の流動を示し、図1(b)で示す矢印は、両流体が向流する流動を示している。   The flow methods in the core portion of the low temperature fluid and the high temperature fluid are basically classified into a counter flow type and a direct flow type, and various flow methods are configured by combining them. An arrow shown in FIG. 1A indicates a direct flow type flow in which a low-temperature fluid and a high-temperature fluid cross flow, and an arrow shown in FIG. 1B indicates a flow in which both fluids counter-flow.

アルミニウムまたはアルミニウム合金製のプレートフィンを用いて構成された熱交換器においては、熱媒体として熱油、高温水などの液状物質、空気などのガス状物質を使用する場合が多く、これらの熱媒体を低温流体通路内または高温流体通路内に流通させる。   In heat exchangers configured using plate fins made of aluminum or aluminum alloy, liquid materials such as hot oil and high-temperature water, and gaseous substances such as air are often used as the heat medium. Is circulated in the cold fluid passage or the hot fluid passage.

アルミニウムまたはアルミニウム合金は活性な金属であるが、前述の酸化皮膜(Al23)が安定して存在する環境下においては優れた耐食性を示す。しかし、この酸化皮膜を局部的に破壊する塩素イオンなどが存在する場合は、孔食状に腐食が進行しやすい。また、銅や銅合金と接触している場合は接触腐食が生ずる。溶存銅イオンも同様に腐食を促進する。 Aluminum or an aluminum alloy is an active metal, but exhibits excellent corrosion resistance in an environment where the above-described oxide film (Al 2 O 3 ) is stably present. However, when chlorine ions or the like that locally destroy this oxide film are present, corrosion tends to proceed in the form of pitting corrosion. Moreover, when it is in contact with copper or a copper alloy, contact corrosion occurs. Dissolved copper ions also promote corrosion.

また、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のプレートフィンを有する熱交換器は、非酸化性の酸やアルカリ中では酸化皮膜が溶解するので、通常はそのような環境下で使用されることはないが、当該熱交換器が配置された装置、設備の使用の態様、あるいは保守管理の如何によっては、比較的短期間に熱交換器のコア部を構成するプレートやフィンが激しく腐食するという事態が発生する。   In addition, heat exchangers having plate fins made of aluminum or aluminum alloy are normally not used in such an environment because the oxide film dissolves in non-oxidizing acids and alkalis. Depending on the apparatus in which the heat exchanger is disposed, the mode of use of the facility, or the maintenance management, a situation occurs in which the plates and fins constituting the core portion of the heat exchanger are severely corroded in a relatively short time.

例えば、鉄道車両、特に新幹線用の車両では、軽量化のため、主変換器用冷却器や主変圧器用冷却器としてアルミニウムまたはアルミニウム合金製のプレートフィン型冷却器が使用されている。ところで、一般に、車両の定期メンテナンスにおける車体洗浄作業においては、冷却器に空気を送る送風ファンを運転したままの状態であることが多いため、洗浄剤、特に洗浄効果の大きいpH1程度の強酸系洗浄剤(酸の種類は主として蓚酸)が用いられると、これが冷却器空気通路内部に飛散残留することがあり、これによる腐食の発生進行が生じ、条件によっては短期間で漏洩が生じることがある。   For example, in railway vehicles, particularly for Shinkansen vehicles, plate fin type coolers made of aluminum or aluminum alloy are used as main converter coolers and main transformer coolers for weight reduction. By the way, in general, in the vehicle body cleaning work in the regular maintenance of the vehicle, since the blower fan that sends air to the cooler is often kept in operation, a cleaning agent, particularly a strong acid-based cleaning of about pH 1 having a large cleaning effect. When an agent (the type of acid is mainly oxalic acid) is used, it may be scattered and remain inside the cooler air passage, resulting in the occurrence of corrosion, and depending on conditions, leakage may occur in a short period of time.

その他にも、通常の使用状態においては異常ない場合であっても、プレートフィン型熱交換器が他の装置、設備の一環として配置され、使用等される関係上、表面の酸化皮膜(Al23)が安定に存在し得ない状態におかれることがあり、プレートフィンの防食対策が必要となる場合がある。 In addition, even if there is no abnormality in the normal use state, the plate fin type heat exchanger is arranged and used as a part of other devices and equipment, so that the surface oxide film (Al 2 O 3 ) may not be able to exist stably and may require anticorrosion measures for the plate fins.

アルミニウムまたはアルミニウム合金の耐食性の向上対策としては、従来から陽極酸化処理(アルマイト法)が広く行われている。この方法は、硫酸中での陽極酸化により保護性の高い酸化皮膜(Al23)を形成させる方法で、厚い皮膜を形成させることができる。さらに、皮膜形成後に熱水で煮沸するか、熱水蒸気にさらす封孔処理を行うと、皮膜が部分的に膨潤し(これにより細孔がふさがる)、孔食に対する抵抗性が増大する。しかし、前記酸化皮膜は塩酸や硫酸などの非酸化性の酸、またアルカリには溶解する。 As a countermeasure for improving the corrosion resistance of aluminum or an aluminum alloy, an anodizing treatment (alumite method) has been widely performed. In this method, a highly protective oxide film (Al 2 O 3 ) is formed by anodic oxidation in sulfuric acid, and a thick film can be formed. Furthermore, when the film is formed by boiling with hot water or subjecting to hot water vapor, the film partially swells (thus closing the pores) and the resistance to pitting corrosion increases. However, the oxide film is soluble in non-oxidizing acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, and alkalis.

化成皮膜処理も、塗装下地処理(塗装の密着性向上と防錆のための前処理)、防食、潤滑等を目的として行われている。例えば、クロム酸塩、フッ化物などを含む水溶液中に所定時間浸漬するクロメート法、燐酸二水素塩(酸性燐酸亜鉛など)、燐酸などを含む水溶液中に浸漬する燐酸塩法などが用いられ、いずれも難溶性の皮膜が形成される。しかし、皮膜は薄くて硬度も低いので、これらの皮膜のみで十分な耐食性をもたせることはできず、通常は、さらに塗装などの処理が施されることが多い。   Chemical conversion film treatment is also performed for the purpose of coating ground treatment (pretreatment for improving coating adhesion and rust prevention), corrosion prevention, lubrication, and the like. For example, a chromate method of immersing in an aqueous solution containing chromate or fluoride for a predetermined time, a dihydrogen phosphate (such as acidic zinc phosphate), a phosphate method of immersing in an aqueous solution containing phosphoric acid, or the like is used. A slightly soluble film is formed. However, since the coatings are thin and have low hardness, these coatings alone cannot provide sufficient corrosion resistance, and usually, treatment such as painting is often performed.

また、特許文献1には、表層部にフッ化物層が形成されたアルミニウム合金製のフィン、プレートを有する熱交換器が記載されている。このフッ化物層は、塩酸、硫酸等の混酸(pH=1.3)を使用した150サイクルの乾湿繰り返し試験で優れた耐食性を有し、蒸発器、凝縮器、ラジエータ、オイルクーラとして用いられる熱交換器に適用され、特に燃料電池に用いられる熱交換器に好適であるとしている。   Patent Document 1 describes a heat exchanger having aluminum alloy fins and plates each having a fluoride layer formed on a surface layer portion. This fluoride layer has excellent corrosion resistance in 150 cycles of dry and wet repeated tests using a mixed acid such as hydrochloric acid and sulfuric acid (pH = 1.3), and is used as an evaporator, condenser, radiator, and oil cooler. It is applied to an exchanger, and is particularly suitable for a heat exchanger used in a fuel cell.

国際公開番号WO2003/036216International Publication Number WO2003 / 036216

本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、その目的は、耐食性に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換器用プレートフィンを提供することにある。具体的には、一時的に酸性またはアルカリ性の環境下に曝されても、優れた耐食性を有し、特に、前述の新幹線用車両の主変換器や主変圧器に取り付けられているプレートフィン型冷却器において、車両洗浄時における強酸などの洗浄剤の飛散等に対して優れた耐食性を有するプレートフィンを提供することを目的としている。   This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the plate fin for heat exchangers made from aluminum or aluminum alloy excellent in corrosion resistance. Specifically, it has excellent corrosion resistance even when temporarily exposed to an acidic or alkaline environment, and in particular, a plate fin type attached to the main converter or main transformer of the aforementioned Shinkansen vehicle. It is an object of the present invention to provide a plate fin having excellent corrosion resistance against scattering of a cleaning agent such as a strong acid during vehicle cleaning.

本発明者らは、上記の目的を達成するために検討を重ね、プレートフィンの素材であるアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面にニッケルめっき処理を施したプレートフィンを使用することを試みた。   The present inventors have repeatedly studied to achieve the above object, and have tried to use a plate fin in which the surface of aluminum or an aluminum alloy, which is a material of the plate fin, is subjected to nickel plating.

ニッケルは、塩酸などの非酸化性酸に対し耐食性があり、アルカリに対する耐食性が大きい。硝酸には0.5%以下の希薄な酸であれば、耐食性がある。また、ニッケルは、耐候性にも優れ、海水に対する耐食性があり、高温純水によく耐えるとされている。したがって、ニッケルめっきは、上記本発明の目的(すなわち、優れた耐食性、特に、酸などの飛散等に対する優れた耐食性を有するプレートフィンの提供)を達成するにあたっての有力な手段となり得るものである。   Nickel has corrosion resistance against non-oxidizing acids such as hydrochloric acid and has high corrosion resistance against alkali. Nitric acid has corrosion resistance if it is a dilute acid of 0.5% or less. Nickel is also excellent in weather resistance, has corrosion resistance to seawater, and is said to withstand high-temperature pure water well. Therefore, nickel plating can be an effective means for achieving the object of the present invention (that is, provision of plate fins having excellent corrosion resistance, particularly excellent corrosion resistance against scattering of acids and the like).

しかし、プレートフィンにニッケルめっき処理を施すに際し、通常用いられている電気めっき法は適用できない。プレートフィン型熱交換器の特にコア部は、前記図1に示したように、複雑な形状を有しており、伝熱面積が大きく、均一なメッキが難しいからである。   However, when a nickel plating process is applied to the plate fin, a commonly used electroplating method cannot be applied. This is because the core portion of the plate fin type heat exchanger has a complicated shape as shown in FIG. 1, has a large heat transfer area, and uniform plating is difficult.

そこで、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のプレートフィンを用い、ろう付け処理を行って作製したコア部に、無電解ニッケルめっきを施すこととした。   Accordingly, electroless nickel plating is applied to the core portion produced by performing brazing using plate fins made of aluminum or aluminum alloy.

無電解ニッケルめっきは、例えば、硫酸ニッケルと次亜燐酸ナトリウム(還元剤)を主成分とするめっき浴中に被めっき材を浸漬して、次亜燐酸塩ナトリウムの酸化反応により生じる電子によって浴中のニッケルイオンを還元し、被めっき材の表面に金属皮膜として析出させる方法である。化学反応により被めっき材の表面にニッケルを析出させるので、電気めっきに比較すると、析出速度(皮膜形成速度)は遅いが、緻密なめっき層が得られやすい。   In electroless nickel plating, for example, a material to be plated is immersed in a plating bath mainly composed of nickel sulfate and sodium hypophosphite (reducing agent), and electrons are generated in the bath by an oxidation reaction of sodium hypophosphite. In this method, the nickel ions are reduced and deposited as a metal film on the surface of the material to be plated. Since nickel is deposited on the surface of the material to be plated by a chemical reaction, the deposition rate (film formation rate) is slower than electroplating, but a dense plating layer is easily obtained.

この無電解ニッケルめっきは、電子工業の分野においては、優れたハンダ付け性や、ボンディング性を与えるため、あるいは接点の導電性を確保するため(金めっきの下地処理)、そのほか多様な目的で、広く行われている。また、航空機産業、さらには自動車工業においても、軽量化のために部分的にアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用し、耐摩耗性、耐食性を向上させる目的で無電解ニッケルめっきが行われている。   In the field of electronics industry, this electroless nickel plating is used for various purposes in order to provide excellent solderability, bonding properties, or to ensure the electrical conductivity of contacts (under-treatment of gold plating). Widely done. Also, in the aircraft industry and further in the automobile industry, aluminum or aluminum alloy is partially used for weight reduction, and electroless nickel plating is performed for the purpose of improving wear resistance and corrosion resistance.

しかし、比較的大型の機械器具や装置の主要構成材料として用いられているアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に、耐食性の向上を目的として、ニッケルめっき、とりわけ無電解ニッケルめっきを施すことは行われていない。前述のように、アルミニウムは酸素との親和力が大きく、空気中や中性付近の水中では、表面に保護性の高い酸化皮膜(Al23)が形成されるので、アルミニウムまたはアルミニウム合金は、この酸化被膜が安定して存在する大気中や中性付近の水、水溶液の環境下で、軽量の材料として広く使用されてきたことによるものと考えられる。 However, nickel plating, especially electroless nickel plating, is not applied to the surface of aluminum or aluminum alloys used as the main constituent material of relatively large machinery and equipment for the purpose of improving corrosion resistance. . As described above, aluminum has a high affinity with oxygen, and in air or near neutral water, a highly protective oxide film (Al 2 O 3 ) is formed on the surface. This is presumably because this oxide film has been widely used as a lightweight material in the atmosphere in which the oxide film is stably present or in the vicinity of neutral water or aqueous solution.

前掲の特許文献1に記載の、表層部にフッ化物層が形成されたアルミニウム合金製のフィン、プレートを有する熱交換器において、無電解ニッケルメッキ層を形成させることが記載されているが、素地面とフッ化物層との中間層として形成させており、めっき層自体による耐食性の向上を意図したものではない。   In the heat exchanger having aluminum alloy fins and plates with a fluoride layer formed on the surface layer portion described in the above-mentioned Patent Document 1, it is described that an electroless nickel plating layer is formed. It is formed as an intermediate layer between the ground and the fluoride layer and is not intended to improve the corrosion resistance by the plating layer itself.

本発明者らは、この無電解ニッケルめっき層の耐食性について、実際に試験を行って調査した。その結果、無電解ニッケルめっきを施したアルミニウム試験片を蓚酸水溶液(pH=1)に浸漬し、試験片の質量変化の測定および腐食状況の観察を行ったところ、腐食量は極めて小さく、ニッケルめっき層はアルミニウムの腐食に対し、バリア層として機能していることが確認できた。   The inventors of the present invention actually investigated and investigated the corrosion resistance of the electroless nickel plating layer. As a result, when an aluminum test piece subjected to electroless nickel plating was immersed in an aqueous oxalic acid solution (pH = 1), the change in the mass of the test piece and the observation of the corrosion status were observed. It was confirmed that the layer functions as a barrier layer against corrosion of aluminum.

本発明は、このような検討結果に基づきなされたもので、その要旨は、下記のプレートフィンにある。   The present invention has been made based on such examination results, and the gist thereof is the following plate fin.

すなわち、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換器用プレートフィンであって、その表面に無電解ニッケルめっき層が形成されていることを特徴とする耐食性に優れたプレートフィンである。   That is, it is a plate fin for heat exchangers made of aluminum or an aluminum alloy, which has an electroless nickel plating layer formed on its surface and is excellent in corrosion resistance.

ここで、「アルミニウムまたはアルミニウム合金」とは、Al系(JISの合金番号1050、1100などの工業用純アルミニウム)、Al−Mn系(同3003など)、Al−Mg−Si系(同6063など)、その他プレートフィン型冷却器の構成材料として使用されるアルミニウム合金をいう。   Here, “aluminum or aluminum alloy” means Al (industrial pure aluminum such as JIS alloy numbers 1050 and 1100), Al—Mn (such as 3003), Al—Mg—Si (such as 6063). ), And other aluminum alloys used as a constituent material of plate fin type coolers.

このプレートフィンにおいて、無電解ニッケルめっき層の厚さが10μm以上であれば、良好な耐食性が得られる。   In this plate fin, if the thickness of the electroless nickel plating layer is 10 μm or more, good corrosion resistance can be obtained.

前記プレートフィンの表面が、亜鉛拡散処理が施された後の表面であれば、ニッケルめっき層の密着性の向上に有効である。   If the surface of the plate fin is the surface after the zinc diffusion treatment is performed, it is effective for improving the adhesion of the nickel plating layer.

また、前記プレートフィンが、鉄道車両用のプレートフィン型冷却器の構成部材として使用されるものであれば、車両を洗浄する際におけるプレートフィンへの洗浄剤の飛散などに対し、良好な耐食性が発揮される。   In addition, if the plate fin is used as a component member of a plate fin type cooler for a railway vehicle, it has good corrosion resistance against scattering of the cleaning agent on the plate fin when washing the vehicle. Demonstrated.

本発明のプレートフィンは、素地のアルミニウムまたはアルミニウム合金がニッケルめっき層により外部環境から隔てられているので、一時的に通常の使用状態とは異なる酸性またはアルカリ性の環境下におかれた場合でも、優れた耐食性を発揮する。   In the plate fin of the present invention, since the base aluminum or aluminum alloy is separated from the external environment by the nickel plating layer, even when temporarily placed in an acidic or alkaline environment different from the normal use state, Exhibits excellent corrosion resistance.

特に、本発明のプレートフィンが、前述の新幹線用車両の主変換器や主変圧器に取り付けられている冷却器のプレートフィンとして使用されている場合において、車両洗浄時における蓚酸などの洗浄剤の飛散等に対しても優れた耐食性を示すことが期待できる。   In particular, in the case where the plate fin of the present invention is used as a plate fin for a cooler attached to the main converter or main transformer of the above-mentioned Shinkansen vehicle, a cleaning agent such as oxalic acid during vehicle washing is used. It can be expected to show excellent corrosion resistance against scattering and the like.

本発明のプレートフィンは、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換器用プレートフィンであって、その表面に無電解ニッケルめっき層が形成されている耐食性に優れたプレートフィンである。   The plate fin of the present invention is a plate fin for a heat exchanger made of aluminum or an aluminum alloy, and is an excellent plate resistance having an electroless nickel plating layer formed on the surface thereof.

プレートフィンの表面に無電解ニッケルめっき層を形成させるのは、表面の酸化皮膜(Al23)が安定に存在し得ない酸性またはアルカリ性の環境下におかれた場合においても、プレートフィンに優れた耐食性を持たせるためである。 The electroless nickel plating layer is formed on the surface of the plate fin even if it is placed in an acidic or alkaline environment where the surface oxide film (Al 2 O 3 ) cannot exist stably. This is to provide excellent corrosion resistance.

前記ニッケルめっき層の厚さは、特に限定されない。プレートフィンの表面にニッケルめっき層を形成させることによる耐食性の向上効果は、アルミニウムまたはアルミニウム合金と環境(例えば、前記の酸性の強い洗浄剤)との接触を遮断することによるもので、ニッケルめっき層の厚さが厚いほど、長期間にわたって完全な遮断が可能となるので、望ましい。   The thickness of the nickel plating layer is not particularly limited. The effect of improving the corrosion resistance by forming a nickel plating layer on the surface of the plate fin is due to blocking the contact between aluminum or an aluminum alloy and the environment (for example, the above-mentioned highly acidic cleaning agent). It is desirable that the thickness of the film is thicker because complete blocking is possible over a long period of time.

後述する実施例から、めっき層の厚さは10μm以上が望ましい。めっき層の膜厚がこの範囲であれば、良好な耐食性が得られる。   From the examples described later, the thickness of the plating layer is preferably 10 μm or more. If the thickness of the plating layer is within this range, good corrosion resistance can be obtained.

めっき処理は、従来行われている方法に準じて実施すればよい。必要な前処理を行った後、例えば、硫酸ニッケル、還元剤としての次亜燐酸塩を主成分とし、めっき液のpHを所定範囲内に維持する緩衝剤、ニッケルの可溶性錯体を形成してニッケルイオンの沈殿を防止する錯化剤等を含むめっき液に所定時間浸漬する。   The plating process may be performed according to a conventionally performed method. After performing the necessary pretreatment, for example, nickel sulfate, a hypophosphite as a reducing agent as a main component, a buffer that maintains the pH of the plating solution within a predetermined range, a nickel soluble complex is formed to form nickel Immerse in a plating solution containing a complexing agent for preventing precipitation of ions for a predetermined time.

めっき処理を行うに際し、被めっき材の表面にあらかじめ亜鉛拡散処理を施すことが望ましい。アルミニウムは著しく卑な金属であり、これをそのままめっき液に浸漬すると、アルミニウムが溶解してニッケルイオンが析出する置換反応が起こって被めっき材とめっき層との密着性に問題が生じやすい。そこで、被めっき材の表面にあらかじめ亜鉛拡散処理を施しておけば、表面の亜鉛とめっき液中のニッケルイオンとの間で比較的緩やかに置換反応が起こり、ニッケルめっき層の密着性が向上する。さらに、アルミニウムまたはアルミニウム合金に対する亜鉛の犠牲防食作用も期待できる。   In performing the plating treatment, it is desirable to perform a zinc diffusion treatment on the surface of the material to be plated in advance. Aluminum is a remarkably base metal, and when it is immersed in a plating solution as it is, a substitution reaction occurs in which aluminum is dissolved and nickel ions are deposited, which tends to cause problems in the adhesion between the material to be plated and the plating layer. Therefore, if the surface of the material to be plated is subjected to zinc diffusion treatment in advance, a substitution reaction occurs relatively slowly between the surface zinc and nickel ions in the plating solution, thereby improving the adhesion of the nickel plating layer. . Furthermore, the sacrificial anticorrosive action of zinc on aluminum or aluminum alloy can also be expected.

前記プレートフィンが、鉄道車両(新幹線車両を含む)用のプレートフィン型冷却器の構成部材として使用されるものであれば、車両を洗浄する際に、腐食性の洗浄剤がこの冷却器のプレートやフィンに飛散して飛沫が付着した場合、あるいは、一時的に通常の使用状態とは異なる酸性またはアルカリ性の環境下におかれた場合でも、プレートフィンの素地を表面のニッケルめっき層によってそれら腐食性の環境から遮断し、腐食の進行を十分防止できる。   If the plate fin is used as a component of a plate fin type cooler for a railway vehicle (including a Shinkansen vehicle), a corrosive cleaning agent is added to the plate of the cooler when the vehicle is washed. Even when splashing on the fins and adhering to them, or when they are temporarily placed in an acidic or alkaline environment that is different from normal use, the plate fin base is corroded by the nickel plating layer on the surface. Can prevent the progress of corrosion.

特に、前記プレートフィンが、新幹線車両用のプレートフィン型冷却器の構成部材として使用され、蓚酸に対する耐食性を有しているものであれば、ニッケルめっき層の効果が顕著に認められる。新幹線用の車両では、主変換器用冷却器や主変圧器用冷却器としてアルミニウムまたはアルミニウム合金製のプレートフィン型冷却器が取り付けられており、車両の洗浄には、洗浄効果の大きいpHが1程度の蓚酸が主として使用されることがあるが、表面に無電解ニッケルめっき層が形成されている本発明のプレートフィンであれば、車両の洗浄時にプレートやフィンに腐食性の強い洗浄剤の飛沫が付着しても、それによる腐食の進行を十分に阻止できるからである。   In particular, if the plate fin is used as a constituent member of a plate fin type cooler for Shinkansen vehicles and has corrosion resistance against oxalic acid, the effect of the nickel plating layer is remarkably recognized. In a Shinkansen vehicle, a plate fin type cooler made of aluminum or aluminum alloy is attached as a cooler for a main converter or a cooler for a main transformer. Although oxalic acid is mainly used, if the plate fin of the present invention has an electroless nickel plating layer formed on the surface, droplets of highly corrosive cleaning agent adhere to the plate and fin during vehicle cleaning. Even so, the progress of corrosion can be sufficiently prevented.

以上述べたように、本発明のプレートフィンは、その表面に無電解ニッケルめっき層が形成されているプレートフィンであり、そのニッケルめっき層によりプレートフィンの表面が外部環境から隔てられているので、一時的に通常の使用状態とは異なる酸性またはアルカリ性の環境下におかれた場合でも、優れた耐食性を有している。   As described above, the plate fin of the present invention is a plate fin on which an electroless nickel plating layer is formed, and the surface of the plate fin is separated from the external environment by the nickel plating layer. Even when it is temporarily placed in an acidic or alkaline environment different from the normal use state, it has excellent corrosion resistance.

銅片20mgを含む1.8%蓚酸水溶液(pH=1)をビーカーに入れ、70℃に加熱した状態で試験片を浸漬し、試験片の質量変化の測定および腐食状況の観察を行った。   A 1.8% oxalic acid aqueous solution (pH = 1) containing 20 mg of copper pieces was placed in a beaker, the test pieces were immersed in a state heated to 70 ° C., and the change in mass of the test pieces and the observation of the corrosion state were performed.

試験片は実際の冷却器の空気側通路構造と等しくするために、A1100材のフィンとBAS231P材のブレージングシートをろう付したものとした。すなわち、(a)ろう付したままのもの、(b)ろう付後、亜鉛拡散処理を行ったもの、(c)ろう付後、無電解ニッケルめっき処理をしたもの、および(d)ろう付後、亜鉛拡散処理を行った後、無電解ニッケルめっき処理をしたもの、の合計4種類である。なお、いずれの試験片についても、ろう付しているのは、ろう付した部分におけるめっき層の密着性を考慮して、実際の使用形態に即した試験を行うためである。   The specimen was brazed with a fin of A1100 material and a brazing sheet of BAS231P material in order to equalize the air side passage structure of the actual cooler. (B) brazed, zinc diffused, (c) brazed, electroless nickel plated, and (d) brazed There are four types in total: those after zinc diffusion treatment and after electroless nickel plating treatment. In addition, it brazes about any test piece in order to perform the test according to the actual usage pattern in consideration of the adhesiveness of the plating layer in the brazed part.

図2に、めっき層の膜厚を25μmとした各試験片における腐食量の経時変化を示す。腐食量は、試験の前後における試験片の質量差を試験片の表面積で除した、単位面積当たりの腐食減量で表示している。また、同図で用いた○印、●印などの符号の説明の中の、例えば、「ろう付+Ni」は、前記(c)のろう付後、無電解ニッケルめっき処理をした試験片であることを、また「ろう付+Zn+Ni」は、前記(d)のろう付後、亜鉛拡散処理を行った後、無電解ニッケルめっき処理をした試験片であることを表す。   FIG. 2 shows the change over time in the amount of corrosion in each test piece with a plating layer thickness of 25 μm. The amount of corrosion is expressed as the weight loss per unit area obtained by dividing the mass difference between the test piece before and after the test by the surface area of the test piece. Also, in the explanation of symbols such as ○ mark and ● mark used in the figure, for example, “brazing + Ni” is a test piece subjected to electroless nickel plating after the brazing of (c). In addition, “brazing + Zn + Ni” represents a test piece subjected to electroless nickel plating after zinc diffusion treatment after brazing (d).

図2に示した結果から明らかなように、ニッケルめっき処理をした試験片(同図中の△印、▲印)の腐食量は、めっき処理をしていない試験片(同図中の○印、●印)に比べて著しく小さくなっている。また、試験に用いた水溶液に含まれる成分を分析した結果、アルミニウムまたは亜鉛の溶出は認められず、試験片の質量減少は、ニッケルめっき層の溶出によるものであった。このことから、ニッケルめっき層はアルミニウム(亜鉛拡散処理を行った場合は、亜鉛)の腐食に対しバリア層として機能していることが確認できた。   As is clear from the results shown in FIG. 2, the amount of corrosion of the nickel-plated test pieces (△ and ▲ in the figure) is the same as that of the non-plated test pieces (○ in the figure). , ● marked) is significantly smaller. Moreover, as a result of analyzing the component contained in the aqueous solution used for the test, the elution of aluminum or zinc was not observed, and the decrease in the mass of the test piece was due to the elution of the nickel plating layer. From this, it was confirmed that the nickel plating layer functions as a barrier layer against corrosion of aluminum (in the case of zinc diffusion treatment, zinc).

なお、この試験では、亜鉛拡散処理を行った場合と行わなかった場合の差が認められず、亜鉛拡散処理によるニッケルめっき層の密着性の向上などの耐食性への影響(腐食量の減少)は確認できなかった。   In this test, there was no difference between the case where the zinc diffusion treatment was performed and the case where the zinc diffusion treatment was not performed, and the influence on the corrosion resistance such as the improvement of the adhesion of the nickel plating layer by the zinc diffusion treatment (reduction of the corrosion amount) I could not confirm.

図3は、ニッケルめっき層の膜厚と腐食量の関係を示す図である。前記と同様、銅片20mgを含む1.8%蓚酸水溶液(pH=1)をビーカーに入れ、70℃に加熱した状態で、前記(c)の、ろう付後、無電解ニッケルめっき処理をした試験片を24時間浸漬し、試験片の質量変化を測定して得られた結果である。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness of the nickel plating layer and the amount of corrosion. As described above, a 1.8% aqueous solution of oxalic acid (pH = 1) containing 20 mg of copper pieces was placed in a beaker and heated to 70 ° C., and then subjected to electroless nickel plating after brazing in (c). It is the result obtained by immersing the test piece for 24 hours and measuring the mass change of the test piece.

めっき層の膜厚が5μmの場合、試験片を浸漬後、ニッケルめっき層はかなりの量残存していたが、局所的に腐食によるめっき層の消耗、剥離が認められ、その部位で素地のアルミニウムが著しく侵食されていた。   When the thickness of the plating layer is 5 μm, a considerable amount of the nickel plating layer remained after immersion of the test piece, but the plating layer was locally consumed and peeled off due to corrosion. Was significantly eroded.

図3に示した結果から、めっき層の膜厚が5μmの場合の試験片全体の質量減少量は0.03mg/mm2であった。一方、めっき層の膜厚が25μmの場合の質量減少量は0.008mg/mm2で、前記図2に示したように、試験片の質量減少は、ニッケルめっき層の溶出によるものである(図3に、白抜き棒グラフで表示)。 From the results shown in FIG. 3, when the thickness of the plating layer was 5 μm, the mass loss of the entire test piece was 0.03 mg / mm 2 . On the other hand, when the thickness of the plating layer is 25 μm, the mass reduction amount is 0.008 mg / mm 2 , and as shown in FIG. 2, the mass reduction of the test piece is due to elution of the nickel plating layer ( (Displayed as a white bar graph in FIG. 3).

めっき層の膜厚が5μmの場合も、これと同量(すなわち、0.008mg/mm2)のニッケルめっき層が溶出していると考えられるので、試験片全体の質量減少量(0.03mg/mm2)からニッケルめっき層の溶出による減少量(図3の白抜き部)を差し引くと、めっき層の膜厚が5μmの場合のアルミニウムの腐食量(すなわち、前記めっき層の消耗、剥離部における素地のアルミニウムの腐食量)は0.022mg/mm2(図3の斜線部)と推定される。 Even when the thickness of the plating layer is 5 μm, the same amount (that is, 0.008 mg / mm 2 ) of the nickel plating layer is considered to be eluted, so that the mass loss of the entire test piece (0.03 mg / Mm 2 ) subtracting the decrease due to elution of the nickel plating layer (outlined portion in FIG. 3), the corrosion amount of aluminum when the thickness of the plating layer is 5 μm (that is, the consumption of the plating layer, the peeling portion) (Corrosion amount of the base aluminum) is estimated to be 0.022 mg / mm 2 (shaded portion in FIG. 3).

さらに、前記図2に示した結果から、アルミニウムの腐食量が0.022mg/mm2となる浸漬時間は4時間程度で(図2の−○−あるいは−●−の曲線参照)、試験片全面が腐食する場合であってもかなりの時間を要していること、および前記の腐食形態(局部的な著しい侵食)を併せ考えると、めっき層の膜厚が5μmの場合は、何らかの理由でめっき層の一部が局所的に消耗された後、その消耗部で極めて短時間の間に素地のアルミニウムが腐食されたと推察される。 Further, from the result shown in FIG. 2, the immersion time for the corrosion amount of aluminum to be 0.022 mg / mm 2 is about 4 hours (see the curve of-○-or-●-in Fig. 2), and the entire surface of the test piece. Considering that it takes a considerable amount of time even when the metal is corroded and the above-mentioned corrosion pattern (local significant erosion), if the plating layer thickness is 5 μm, the plating is performed for some reason. It is inferred that the base aluminum was corroded in a very short time after a part of the layer was locally consumed.

ニッケルめっき層の膜厚は、その目的にもよるが、腐食も含めた部材表面の保護という点からは、数μm程度とするのが一般的である。しかし、上記試験の結果、ここで用いた条件(腐食環境)の下では、5μm程度の膜厚では十分な防食効果は期待できないことが明らかとなった。   Although the thickness of the nickel plating layer depends on its purpose, it is generally about several μm from the viewpoint of protecting the surface of the member including corrosion. However, as a result of the above test, it became clear that a sufficient anticorrosive effect cannot be expected with a film thickness of about 5 μm under the conditions (corrosion environment) used here.

ところで、ニッケルめっきには本検討で用いた無電解法以外に通電によるめっき法があるが、通電によるめっきの場合、特に耐食性を重視する場合の適正めっき厚さはおよそ15μmといわれている。一方、無電解法の場合、形成されるめっき層の緻密性は通電法の場合に比べて非常によいことが知られており、今回の実験結果を考慮すると、無電解めっきにおいては、少なくとも10μmのめっき層厚さがあれば十分な耐食性を有すると判断できる。   By the way, nickel plating includes a plating method by energization in addition to the electroless method used in this study. In the case of plating by energization, an appropriate plating thickness is said to be about 15 μm, particularly when corrosion resistance is important. On the other hand, in the case of the electroless method, it is known that the denseness of the plating layer to be formed is much better than that in the case of the energization method. Considering the results of this experiment, at least 10 μm in electroless plating. If the plating layer thickness is sufficient, it can be determined that the film has sufficient corrosion resistance.

本発明のプレートフィンは、その表面に無電解ニッケルめっき層が形成されているアルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換器用プレートフィンで、素地のアルミニウムまたはアルミニウム合金がめっき層により外部環境から隔てられているので、一時的に酸性またはアルカリ性の環境下におかれた場合でも優れた耐食性を有している。   The plate fin of the present invention is a heat exchanger plate fin made of aluminum or aluminum alloy having an electroless nickel plating layer formed on the surface thereof, and the base aluminum or aluminum alloy is separated from the external environment by the plating layer. Therefore, it has excellent corrosion resistance even when it is temporarily placed in an acidic or alkaline environment.

特に、本発明のプレートフィンが、前述の新幹線用車両の主変換器や主変圧器に取り付けられている冷却器のプレートフィンとして使用されている場合において、車両洗浄時における強酸性の洗浄剤の飛散等に対しても優れた耐食性を示す。   In particular, when the plate fin of the present invention is used as a plate fin of a cooler attached to the main converter or main transformer of the above-described Shinkansen vehicle, Excellent corrosion resistance against scattering.

したがって、本発明のプレートフィンは、プレートフィン型熱交換器の製造分野において、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換器の耐久性の向上ならびに適用範囲の拡大に、大いに貢献することができる。   Therefore, the plate fin of the present invention can greatly contribute to the improvement of durability of the heat exchanger made of aluminum or aluminum alloy and the expansion of the application range in the field of manufacturing the plate fin type heat exchanger.

プレートフィン型熱交換器におけるコア部の構成を説明する図であり、同(a)はコア部の分解斜視図、同(b)はコア部の組立斜視図である。It is a figure explaining the structure of the core part in a plate fin type heat exchanger, The same (a) is an exploded perspective view of a core part, The same (b) is an assembly perspective view of a core part. 本発明の実施例の結果を示す図で、アルミニウム素地の表面にニッケルめっき層(膜厚25μm)を有する試験片の蓚酸水溶液中における腐食量の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the result of the Example of this invention, and is a figure which shows the time-dependent change of the corrosion amount in the oxalic acid aqueous solution of the test piece which has a nickel plating layer (film thickness of 25 micrometers) on the surface of an aluminum base. 本発明の実施例の結果を示す図で、ニッケルめっき層の膜厚と蓚酸水溶液中における腐食量の関係を示す図である。It is a figure which shows the result of the Example of this invention, and is a figure which shows the relationship between the film thickness of a nickel plating layer, and the amount of corrosion in the oxalic acid aqueous solution.

符号の説明Explanation of symbols

1:チューブプレート
2:フィン
3:スペーサーバー
4:コア部
1: Tube plate 2: Fin 3: Spacer bar 4: Core part

Claims (4)

アルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換器用プレートフィンであって、
その表面に無電解ニッケルめっき層が形成されていることを特徴とする耐食性に優れたプレートフィン。
Plate fin for heat exchanger made of aluminum or aluminum alloy,
A plate fin excellent in corrosion resistance, characterized in that an electroless nickel plating layer is formed on the surface thereof.
無電解ニッケルめっき層の厚さが10μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の耐食性に優れたプレートフィン。   The plate fin excellent in corrosion resistance according to claim 1, wherein the electroless nickel plating layer has a thickness of 10 μm or more. 前記プレートフィンの表面が、亜鉛拡散処理が施された後の表面であることを特徴とする請求項1または2に記載の耐食性に優れたプレートフィン。   The plate fin with excellent corrosion resistance according to claim 1 or 2, wherein the surface of the plate fin is a surface after being subjected to zinc diffusion treatment. 前記プレートフィンが、鉄道車両用のプレートフィン型冷却器の構成部材として使用されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の耐食性に優れたプレートフィン。   The said plate fin is used as a structural member of the plate fin type cooler for rail vehicles, The plate fin excellent in corrosion resistance in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
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