CN101842657A - 用于热交换器材料的涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于热交换器的材料，其能与载热流体接触，所述材料包括两或三层，所述材料由此包括芯部(3)，该芯部覆盖有与所述流体直接接触的涂层(2)，所述涂层(2)被铜焊，其特征在于，涂层(2)包括按重量计从1.2至1.8％的锌，还有按重量计从0.9至1.8％的锰和/或从0.05至0.25％的锆，且其还包括按重量计从0.3至1％的硅和/或按重量计从0.3至0.9％的铁和/或按重量计从0.1至0.4％的铜和/或按重量计小于0.05％的镁和/或按重量计从0.05至0.25％的钛。

Description

用于热交换器材料的涂层
技术领域
本发明涉及热交换器领域且特别涉及一种被流体穿过的热交换器。
背景技术
用于热交换器的管道当前是已知的，其端部通常分别固定到两个总箱(header tank)。这些管道形成热交换器的交换管束(exchange bundle)。实际上，传热/生热(calorific)流体(通常是冷却剂类型的液体)在管道内流动且与在管道外流动的另一流体(通常是空气)进行热交换。
流体，特别是当其主要以液体形式用于车辆时，通常对于构成管道的金属造成腐蚀。通常，管道的壁的芯部，也就是说其心部，涂覆有涂层，用于与流体接触且作为牺牲性保护层，特别是对抗氯化物。因此，该涂层被腐蚀，而管道的壁的芯部没有被侵袭。该涂层包括重量百分比接近1％的锌。
该牺牲层的功能构成热交换器管道的涂层的第一功能。
然而，已发现金属壁的腐蚀不是均匀的现象，也就是说腐蚀经由点蚀发生，造成涂层的局部退化。
管道的点蚀现象是腐蚀现象和冲蚀(erosion)现象的组合。实际上，靠近点蚀区域的层是不稳定(不变)的，但是腐蚀产物通过流动被夹带进一步进入回路，以产生新的化学平衡。这由此是一种动态热化学现象。
但是，当管道内循环的流体的流速较高时，经由点蚀的腐蚀被加重，因为涂层的机械强度非常弱，且大大低于芯部的机械强度。在流体流速较高的情况下，例如60升/分钟到20升/分钟(liter/minute)量级时，这造成热交换器管道的特别快速的腐蚀，导致管的快速损耗和泄露。
当前设想的唯一方案包括增加涂层的厚度，以使得后者在流体的流速较高时可更长久地经受这些加速的腐蚀现象。
该方案不令人满意，因为其仅暂时改善了管道的使用寿命。而且，通过增加涂层的厚度，管道的厚度和由此热交换器的尺寸被增加，同时由于较大的材料厚度(抵抗热传导)减少了热交换。因此，在相同的热交换能力下，必须提供更大尺寸和更大质量的热交换器。最后，材料的增加明显具有成本，甚至更高，因为涂层的结构具有因其专门的化学功能而特定的结构。
这些发现在这里用于包括管道的热交换器复合材料件(composite)，但是应注意，本发明的对象是具有类似特点(即需要用于化学地保护该复合材料件的壁的芯部的涂层)且在当前热交换器中能展现如上所述类似于现有技术管道的缺点/缺陷的所有类型的热交换器复合材料件。
发明内容
本发明的目的特别是要通过提供一种用于热交换器复合材料件的涂层以克服前述缺点/困难，该涂层能经受腐蚀和/或冲蚀现象，特别是不管传热/生热流体的流动状况，同时具有特别高的机械强度，这使得可以降低该涂层的厚度。
为此，本发明提出一种用于热交换器的复合材料件，包括至少一个能与生热流体接触的壁，所述壁包括芯部，该芯部覆盖有直接接触所述流体的涂层，所述涂层被铜焊，其特征在于，涂层包括按重量计从1.2至1.8％的锌，还有按重量计从0.9至1.8％的锰和/或按重量计从0.05至0.25％的锆。
应注意，根据本发明的复合材料件包括两或三层，即芯部和其涂层，还有可选的周边层。
术语“芯部”应被理解为表示壁的位于其中心或心部处的部件/部分。
百分比在这里按重量百分比给出，也就是说层或部件中的所讨论材料(composite)的比例通过把所述所讨论材料的重量相对于层或部件的总重量考虑而确定。
内部热交换器的其它特征如下：
-根据一个实施例，该复合材料件包括管道；涂层位于所述管道的内部面上；
-复合材料件/管道包括周边层，该周边层位于与前述涂层相对的侧部上，能通过铜焊固定至少一个附连部件(在附图中不可见)，例如隔层/扰流器(disturber)/鳍状物；
-根据本发明的一个优选实施例，涂层包括按重量计从0.3至1％的硅和/或按重量计从0.3至0.9％的铁和/或按重量计从0.1至0.4％的铜和/或按重量计比例小于0.05％的镁和/或按重量计在0.05至0.25％的钛；
-根据本发明的一个优选实施例，芯部包括按重量计从0.1至0.65％的硅和/或按重量计从0.2至0.7％的铁和/或按重量计从0.2至1.1％的铜和/或按重量计从0.6至2％的锰和/或按重量计比例小于0.05％的镁和/或按重量计比例小于或等于0.1％的锌和/或按重量计比例小于或等于0.2％的锆；
-芯部基本上由铝构成；
-根据本发明的一个特征，涂层的厚度为复合材料件的总厚度的10至30％，优选地为复合材料件的总厚度的10至15％；所述复合材料件仅包括涂层、芯部和周边层；
-优选地，涂层包括按重量计从1.4至1.8％的锰。应注意，锰的该百分比类似于或接近于芯部的锰的浓度。
-优选地，涂层包括按重量计从0.1至0.2％的锆；且
-优选地，涂层包括按重量计从1.4至1.8％的锌。
一般地，本发明涉及一种用于热交换器的复合材料件，其能接触生热流体，所述复合材料件包括覆盖有直接接触所述流体的涂层，所述涂层被铜焊，其特征在于，涂层是牺牲性保护层，且其具有：
-大于或等于45MPa(兆帕)的屈服强度Rp 0.2；和
-大于或等于125MPa的拉伸强度。
本发明还涉及一种热交换器，特别用于机动车，包括至少两个流体之间的热交换管束，所述流体的一个在如前所述的复合材料件中循环。
附图说明
在仅通过举例给出的说明中，参考所附视图，其中：
图1是具有其三个组成层的热交换器复合材料件的壁的示意图。
具体实施方式
在下面，本发明通过包括管道(更准确地是扁管道)的复合材料件示出，该管道被固定到热交换器以形成热交换管束，但是该复合材料件还可被设想为制造板或其它壁以用于形成热交换器中的通道。
在图1中，示意性地示出的是根据本发明的复合材料件的壁1。此外，还应注意，在现有的复合材料件的壁中，也存在相同方式的三层，即涂层2、芯部3和周边层4。
本发明这里关注的是涂层2，且可选地关注与该涂层2组合的芯部3。
涂层2和周边层4被以完全传统的方式施加到复合材料件的壁/管道的壁的芯部3，而没有任何修改或特别的步骤。由于该技术对于本领域技术人员是熟知的，用于施加/固定这些层到金属芯部的工艺/方法在这里不进一步展开。
本发明可以在芯部3和在涂层2二者处提供一种特别坚固的壁。芯部3以前有时能较坚固，但是芯部3和涂层2从来没有展现基本上相同且高水平的机械质量。实际上，本发明的芯部3和涂层2展现下面的机械性能：
-大于45MPa(兆帕)的屈服强度Rp 0.2；和
-大于125MPa的拉伸强度。
应注意，芯部3和涂层2的屈服强度Rp 0.2通常从45至65MPa。
在根据本发明的涂层2中，锌，以其标出的比例，有助于抗腐蚀性，而锰和/或锆具有增加机械性能的重要作用。锆特别具有限制合金的再结晶(晶体尺寸更小)的特性。
为了确保对于腐蚀的良好保护，涂层2和芯部3之间的腐蚀电位的差必须至少是120mV/SCE(饱和甘汞电极，根据ASTM G69-1997标准测量)。本发明的涂层和芯部3之间的差实际上大于120mV/SCE的值，通常大于150mV/SCE。
当在根据本发明的复合材料件/管道中循环的流体是一种液体类型的异乎寻常的腐蚀性流体(诸如使用的发动机冷却剂)时，本发明具有更特别的优点，但是该涂层显然可被设想用于所有类型热交换器的复合材料件/管道，特别是用于减少该涂层的厚度同时赋予其高的机械强度。

Claims (11)

1.一种用于热交换器的复合材料件，其能与生热流体接触，所述复合材料件包括两或三层，所述复合材料件由此包括芯部(3)，该芯部覆盖有与所述流体直接接触的涂层(2)，所述涂层(2)将被被铜焊，其特征在于，涂层(2)包括按重量计从1.2至1.8％的锌，还有按重量计从0.9至1.8％的锰和/或按重量计从0.05至0.25％的锆，且该涂层(2)还包括按重量计从0.3至1％的硅和/或按重量计从0.3至0.9％的铁和/或按重量计从0.1至0.4％的铜和/或按重量比例小于0.05％的镁和/或按重量计从0.05至0.25％的钛。
2.如权利要求1所述的复合材料件，其特征在于，该复合材料件包括管道；涂层(2)位于所述管道的内部面上。
3.如权利要求1或2所述的复合材料件，其特征在于，复合材料件/管道包括周边层(4)，该周边层位于与前述涂层(2)相对的侧部上，能通过铜焊固定至少一个附连部件，例如隔层/扰流器/鳍状物。
4.如前述任一项权利要求所述的复合材料件，其特征在于，芯部(3)包括按重量计从0.1至0.65％的硅和/或按重量计从0.2至0.7％的铁和/或按重量计从0.2至1.1％的铜和/或按重量计从0.6至2％的锰和/或按重量计比例小于0.05％的镁和/或按重量计比例小于或等于0.1％的锌和/或按重量计比例小于或等于0.2％的锆。
5.如前述任一项权利要求所述的复合材料件，其特征在于，芯部(3)基本上由铝构成。
6.如权利要求3所述的复合材料件，其特征在于，涂层(2)的厚度为复合材料件的总厚度的10至30％，优选地为复合材料件的总厚度的10至15％；所述复合材料件仅包括涂层(2)、芯部(3)和周边层(4)。
7.如前述任一项权利要求所述的复合材料件，其特征在于，涂层(2)包括按重量计从1.4至1.8％的锰。
8.如前述任一项权利要求所述的复合材料件，其特征在于，涂层(2)包括按重量计从0.1至0.2％的锆。
9.如前述任一项权利要求所述的复合材料件，其特征在于，涂层(2)包括按重量计从1.4至1.8％的锌。
10.一种用于热交换器的复合材料件，其能与生热流体接触，所述复合材料件包括芯部(3)，该芯部覆盖有直接接触所述流体的涂层(2)，所述涂层(2)将被被铜焊，其特征在于，涂层(2)是包括锌和锰和/或锆的牺牲性保护层，且其具有：
-大于或等于45MPa(兆帕)的屈服强度Rp0.2；和
-大于或等于125MPa的拉伸强度。
11.一种热交换器，特别用于机动车，包括至少两个流体之间的热交换管束，所述流体的一个在权利要求1至9中任一项所述的复合材料件中循环。
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