CN102124149A - 从铝制品移除钎焊残留物的方法 - Google Patents

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Abstract

在制备铝表面的方法中，焊剂施加至铝表面并且铝表面被钎焊。使用pH值为约5-约9的含水流体移除铝表面残留的焊剂和金属氧化物。

Description

从铝制品移除钎焊残留物的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求序列号为60/089585、申请日为2008年8月18日的美国临时申请的优先权。
背景技术
铝和铝合金(此后统称为铝)由于其相对高的强度和可模锻性而公知且用于热交换器。例如，热交换器的歧管、鳍片和/或管可以由铝制成。然而，在通常的大气条件下，铝会腐蚀。因此，通常对铝施加保护涂层或涂料以防止下层铝的腐蚀。
使用保护涂层和涂料的一个缺陷是用于将铝形成部件的制备方法可能不与在所述铝和所述涂层之间形成强结合相容。例如，在热交换器的生产中，可以通过钎焊工艺使用钎焊材料和焊剂材料将铝鳍片、管和歧管结合到一起。通常所使用的焊剂材料会留下残余的氧化物釉在所述管和鳍片的表面上，这可能抑制涂层或涂料与铝之间的结合。有时候使用传统的化学处理(酸或碱蚀刻)来预备铝的表面以供和所述涂层结合。但是，在那些处理中所使用的化学试剂典型地倾向于与铝反应或腐蚀产品并且对于去除氧化物釉并不有效。化学试剂本身也会留下残留物，其抑制涂层与下层铝之间的结合。
发明内容
在制备铝表面的方法中，焊剂施加至铝表面并且对所述铝表面进行钎焊。使用pH值为约5-约9的含水流体从所述铝表面移除残留的焊剂和金属氧化物。
附图说明
图1是经钎焊的铝制品的一个实施方案的正视图。
图2是具有钎焊残留物的经钎焊接头的示例的分解图。
图3是举例说明移除钎焊残留物的一个实施方案的流程图。
图4是在移除钎焊残留物之后的图2的经钎焊接头的视图。
具体实施方式
图1示例了经钎焊的铝制品10的一个实施方案的部分。经钎焊的铝制品10可以是铝或铝合金。在本公开中，“铝”应该是指铝和铝合金两者。在该实施例中，经钎焊的铝制品10为热交换器。然而，应该理解的是本公开也适用于其它类型的经钎焊的铝制品，不限于热交换器或所示的热交换器类型。虽然图1示例的是直(平面)热交换器，成型的热交换器和部件同样也可以从本发明方法中获益。
经钎焊的铝制品(热交换器)10包括第一歧管12，其具有用于接收工作流体比如冷却剂进口14以及用于排除工作流体的出口16。第一歧管12与多个管18中的每个液体连接，这些管的每一个与第二歧管20在相对端液体连通。第二歧管20与多个管22中的每个液体连通，这些管将工作流体返回至第一歧管12以通过出口16排出。在第一歧管12中设有隔板23以将第一歧管12的进口部分和出口部分分开。管18和22能够包括通道，例如微通道，以传送工作流体。上述两行程工作流体流动构造仅仅是许多可行的设计设置中的仅仅一种。单行程和其它多行程流体流动构造可以通过在第一歧管12和第二歧管20内的特定位置设置隔板23、入口14和出口16来获得。本发明的方法可适用于经钎焊的的铝制品，与其流体流动构造无关。
如图1中所示，鳍片24在管18和管22之间延伸。鳍片24支撑管18和22，并且在管18和22之间建立起开放的流动通道(例如，用于空气流动)以提供额外的热传递表面。鳍片24也对热交换器结构提供支撑。鳍片24在经钎焊的接头26处与管18和22结合。鳍片24不限于图1中所示的三角形横截面，其它鳍片构造(例如矩形的、梯形的、椭圆的、正弦曲线的)是合适的。
图2示出了经钎焊的铝制品10的经钎焊的接头26的一个实施方案。在该实施方案中，经钎焊的接头26在使用焊剂材料的钎焊工艺中形成于管18和鳍片24之间。虽然在图2中没有示出，但经钎焊的接头26也以相似的方式形成于管22和鳍片24之间。在一个实施方案中，焊剂材料包括至少钾、铝和氟。氟能够占至少大部分的该焊剂材料重量。可从Solvay Fluor GmbH得到的Nocolok
Figure BPA00001346461600021
是一种这样的焊剂材料。钎焊工艺能够是在基本纯氮气气氛下进行的“受控气氛钎焊”。在预定的钎焊温度，焊剂材料与钎焊材料(典型地作为包覆材料提供在鳍片24上)相互作用，以熔化该包覆材料。该熔化的包覆材料在鳍片24和管18或22之间流动并且在冷却和固化后形成坚固的结合。
钎焊工艺的焊剂材料会在鳍片24和管18、22的部分表面上留下残余的含氟化合物28。含氟化合物残余物28能够包含来自焊剂材料的氟与来自大气、焊剂、包覆材料的其它元素或来自管18、22或鳍片24的铝的其它元素的组合。例如，含氟化合物残留物28能够包括氟化物和/或氟氧化合物的相。因此，含氟化合物残留物28的组成能够变化，具体取决于焊剂材料的组成、铝的组成、大气和钎焊工艺和条件。
如果不从鳍片24和管18、22的表面移除含氟化合物残留物28，含氟化合物残留物28会抑制后续沉积的保护涂层或涂料与下面的鳍片24和管18、22的铝之间的坚固结合。含氟化合物残留物28还会有助于在经钎焊的铝制品10的表面上形成粉状腐蚀产物，其会抑制后续沉积的保护涂层或涂料之间的结合，或产生不期望的外观。
在图3中例举的方法30是能够用于清理经钎焊的铝制品10的经钎焊的接头26和由此移除含氟化合物残留物28的一个实施方案。方法30包括钎焊铝制品(步骤32)，主要使用水移除铝制品上的焊剂残留物(步骤34)和任选地对铝制品涂覆的步骤(步骤36)。钎焊步骤32如图上面结合图2所述，其中使用焊剂材料和包覆材料将铝制品例如鳍片24和管18、22钎焊在一起。焊剂残留物移除步骤34包括将经钎焊的铝制品10的经钎焊的接头26在预定温度暴露到pH值为约5-约9的含水流体预定时间。在步骤34，使用含水流体从经钎焊的接头26移除含氟化合物残留物28以由此清理经钎焊的接头26。步骤34可以以下面详述的各种方法来进行。
步骤34中使用的含水流体可以是液体或气体。适合的含水流体包括水和水蒸气。当含水流体是水或水蒸气时，水或水蒸气基本上是纯的以限制含水流体与经钎焊的铝制品10之间发生化学相互作用。例如，该水或水蒸气在含氟化合物残留物28的孔隙周围流动和从中流过，伴随着有限的化学相互作用。在预定温度的水通过物理过程，比如水合和热膨胀，在含氟化合物残留物28内引起内应力，其用于将含氟化合物残留物28破坏分离并从经钎焊的铝制品10的表面移除含氟化合物残留物28。因此，水能够渗透含氟化合物残留物28并且促进机械移除。不纯的水或不纯的水中的杂质会与含氟化合物残留物28反应。这种反应产物会抑制残留的副产物的移除，或留下残留的副产物，所述残留的副产物抑制经钎焊的铝制品10和后续施加的涂层之间的坚固结合。
基本上纯的水是不含能够与含氟化合物残留物28不期望地发生反应的污染物的水。例如，pH值是水的纯度的指标。基本上纯的水通常具有约5-约9的pH值。特别适合的基本上纯的水的pH为约6-约8。在另一个实例中，电导率是水的纯度的指标。基本上纯的水具有小于约400微西门子/cm的电导率。特别适合的基本上纯的水的电导率为小于约50微西门子/cm。如果水不是基本上纯的，那么水可能不有效地渗透含氟化合物残留物28以机械方式移除。在一些实例中，具有所述给定pH值或电导率的水可以是去离子水或使用反渗透处理纯化的水。
适合的含水流体还包括含有少量表面活性剂、电解质、助溶剂、缓冲剂及其组合的水溶液。如上所述，水溶液中的水基本上是纯的以限制所述水溶液与经钎焊的铝制品10之间发生不期望的化学相互作用。当存在时，表面活性剂、电解质和助溶剂为所述水溶液提供有用的清洁性质，并能够改善对含氟化合物残留物28的移除。也可以在水溶液中加入缓冲剂来维持该水溶液的pH值为约5-约9以防止不合意的化学相互作用。下面将通过使用了其的具体实施方案来描述表面活性剂、电解质、助溶剂和缓冲剂的适当例子。
在一个实施方案中，步骤34包括将经钎焊的铝制品10浸入水中。经钎焊的铝制品10浸入在预定的温度的基本上纯的水中预定的时间，以移除含氟化合物残留物28。所述时间能够取决于水的或经钎焊的铝制品10的温度。在较高的温度，可能需要较少的时间；而在较低的温度可能需要较多的时间。例如，水温在约82℃和水的沸点(100℃)之间时，预定时间能够最多约2小时以移除含氟化合物残留物28。在另一个实例中，水温在60℃左右时，预定时间能够最多约12至14小时。在大约室温下(20℃至23.5℃)，会需要约8至10天的时间来移除含氟化合物残留物28。浸入能够限制大气气体如氧气的引入，所述大气气体能导致在经钎焊的铝制品10表面上形成氧化物。在其中关注氧化的情况下，经钎焊的铝制品10能够在去氧的水中浸入。
在另一个实施方案中，步骤34包括用水喷射经钎焊的铝制品10。经钎焊的铝制品10用预定的温度的基本上纯的水喷射预定的时间，以移除含氟化合物残留物28。和浸入一样，时间能够取决于水或经钎焊的铝制品10的温度。在将水对经钎焊的铝制品10喷射之前可以对水加热，或者经钎焊的铝制品10能够加热到升高的温度，将室温的水喷射到经钎焊的铝制品10上。在较高的温度，可能需要较少的时间；而在较低的温度，可能需要较多的时间。例如，对于高于约80℃的温度(水或制品温度)，预定时间能够最多约2小时以移除含氟化合物残留物28。
在另一个实施方案中，步骤34包括将水蒸气(气态水)而非液体水导向经钎焊的铝制品10。水蒸气的相对高的温度能够有效快速地从经钎焊的铝制品10移除含氟化合物残留物28。在高于环境压力的压力将水蒸气导向经钎焊的铝制品10有效地移除深度沉积(heavy deposit)的含氟化合物残留物28。深度沉积的含氟化合物残留物28能够出现在经钎焊的铝制品10的其中钎焊盛行的区域中，例如歧管区域或热交换器的外围。在一个实例中，水蒸气在约100psi至约1000psi的压力范围内导向经钎焊的铝制品10约5分钟至约30分钟的时间。在一些情况下，浸入会更适合用于将经钎焊的铝制品10的所有表面完全暴露于所述水以移除含氟化合物残留物28。水蒸气处理可以与上述的热水浸入或喷射相结合来改善焊剂残留物的移除。能够在经钎焊的铝制品10的所有表面上实施水蒸气和喷射处理。
在另一个实施方案中，步骤34包括一旦经钎焊的铝制品10浸入水中后搅动所述水。搅动可以通过混合或超声振动来提供。在一个实例中，超声振动(声处理)施加到约室温(20℃至23.5℃)至约90℃的温度的浸入水约5分钟至约30分钟。浸入水能够在声波处理前通过预先加热、喷射或其它方法脱气。以约15kHz至约400kHz的频率以约2.6瓦特/升(10瓦特/加仑)至约26.4瓦特/升(100瓦特/加仑)的密度施加能量。更优选地，在约50℃至约66℃的温度以约5.3瓦特/升(20瓦特/加仑)至约7.9瓦特/升(30瓦特/加仑)之间的能量密度在约25kHz至约50kHz之间的频率下进行声波处理约10至20分钟。超声清洗也能够与上述的分开的浸入、喷射或水蒸气处理相结合。在一个实例中，超声清洗约5分钟至约30分钟然后在没有声处理的情况下在热水中(约85℃至约100℃)浸入约5分钟至约30分钟，快速从经钎焊的铝制品10移除含氟化合物残留物28。
焊剂残留物移除步骤34的一些实施方案包括在基本上纯的水中加入少量的任选添加剂以形成水溶液。这些添加剂提供了额外的焊剂移除的潜力，并且不会显著增加和经钎焊的铝制品10发生化学反应。
在一个实施方案中，步骤34包括电清洗经钎焊的铝制品10。电清洗是采用直流电和通常含有电解质的水用于金属表面的清洗工艺。经钎焊的铝制品10在电清洗池中用作阳极、阴极或两者，具体取决于应用。电清洗提供了含氟化合物残留物28的机械移除和调理或改性，使其更容易从经钎焊的铝制品10的表面移除。当在电清洗池中施加电流时，发生电化学反应，电解水；电解质作为导电介质。在阳极处发生下列反应：
2H2O→4H++O2+4e-，
和在阴极处发生下列反应：
4H2O+4e-→4OH-+2H2。
在阳极和阴极处生成的气体(氧气和氢气)产生机械摩擦动作，所述机械摩擦动作松散并提起污迹比如含氟化合物残留物28。当经钎焊的铝制品10作为阳极时，发生阳极电清洗。当经钎焊的铝制品10作为阴极时，发生阴极电清洗。在反向电清洗中，电清洗池的极性发生改变，使得发生阳极电清洗和阴极电清洗。当最终电清洗循环是阳极性时，任何在阴极电清洗过程中已经镀在经钎焊的铝制品10上的带电粒子都被移除。电解在电清洗中是驱动过程。用于摩擦动作的在电极处的放气量与流过电清洗池的电流量有关。
在使用电清洗的步骤34的一个实例中，经钎焊的铝制品10预浸入在热水中或用热水处理，使含氟化合物残留物28水合。在电清洗池中经钎焊的铝制品10作为阴极(阴极电清洗)。由于在阴极处生成氢气而不是氧气(在阳极处生成)，经钎焊的铝制品10被氧化的可能性更小。在阴极处生成的氢氧化物也中和在含氟化合物残留物28之下的任何酸度。在电清洗循环结束处反向阳极电流持续约5至15秒同样消除在经钎焊的铝制品10附近或之上的任何正电荷粒子。总的电清洗时间将根据焊剂污染的量而改变。合适的清理时间通常是约30秒至约5分钟。施加到电清洗池的电压通常在约6伏特至约12伏特，电流密度在约50安培/平方米(5安培/平方英尺)至约165安培/平方米(15安培/平方英尺)，以防止“烧灼”经钎焊的铝制品10。水温在约50℃至约80℃之间。在水中可以加入电解质以提高电清洗过程的效力。适当的电解质包括碳酸钠、原硅酸钠、葡萄糖酸钠、磷酸三钠及其组合。电解质在水中的加入量可以是每升水约2毫升至约40毫升的各个或全部电解质。
在另一个实施方案中，步骤34包括在水中加入表面活性剂或助溶剂。表面活性剂有助于水渗透入含氟化合物残留物28。表面活性剂可以以相对较小的量存在，但并不限于任何特殊的组成。表面活性剂根据焊剂材料和含氟化合物残留物28的具体化学可以是阴离子的、阳离子的、非离子的或两性离子的。一种适合的表面活性剂是十二烷基硫酸钠。在其中表面活性剂加入水中的一个实施方案中，步骤34也包括一旦经钎焊的铝制品10浸入水中就使用混合或超声振动来搅动。合适的超声振动条件包括以上所述的。助溶剂也可以与超声振动共同使用。合适的助溶剂包括异丙醇。
在焊剂残留物移除步骤34后能够有任选的涂覆步骤36，以将保护涂层或涂料施加于经钎焊的铝制品10上。图4是在移除含氟化合物残留物28之后图2的经钎焊的接头26的示例。基本上纯的水将含氟化合物残留物28从经钎焊的接头26基本上或完全清理干净。在所示出的实例中，含氟化合物残留物28完全从经钎焊的接头26上移除，并且涂层38已经随后沉积在经钎焊的铝制品10的表面上。
涂层38可以是转化涂层(conversion coating)和/或聚合材料，如涂料。在一个实例中，涂层38是三价铬转化涂层，其能够是独立的涂层或用于后续涂覆的打底涂层。涂层38可以是含铁、锰或锌的磷酸盐转化涂层。涂层38还可以包括阳极涂层和涂料。
用于准备铝以供涂覆的现有的表面处理工艺，集中在使用不适合移除含氟化合物残留物28的酸性或碱性试剂。然而，方法30在针对沉积涂层38的准备中使用基本上纯的并能够渗透和移除含氟化合物残留物28的水。因此，经钎焊的铝制品10的下面的铝的表面是清洁的，并能够与涂层38形成坚固结合。另外，如果不施加涂层38，使用方法30移除含氟化合物残留物28会限制具有不合意外观的粉状材料的形成。
如同方法30中的将经钎焊的铝制品10暴露于含水流体可以作为经钎焊的铝制品10的加工方法的一部分进行，或作为一旦经钎焊的铝制品10在现场使用中的“修补”。例如，可以在钎焊工艺后立即执行方法30以移除含氟化合物残留物28，或者在经钎焊的铝制品10上形成涂层38之前立刻进行以提供能够形成坚固结合的清洁表面。或者，方法30能够在经钎焊的铝制品10已经安装在现场位置后作为“修补”，或者为现场粉状材料的出现提供对策。
本发明提供从铝制品上移除经残留的钎焊焊剂和金属氧化物的方法。在应用焊剂和钎焊之后，通过浸入、喷射、水蒸气化、超声或电清洗使用流体移除残留焊剂。该流体可以是水或含有表面活性剂或电解质添加剂的水。该焊剂残留物移除方法有效地并成本有效地移除残留焊剂，以改善铝制品和后续施加的涂层间的结合或改善外观。
虽然本发明已经参考示例性实施方案进行了描述，但对本领域技术人员来说可以在不偏离本发明的范围的情况下作出各种变化以及对其要素可以进行等价替换。另外，在本发明本发明实质范围的情况下，可以进行各种改变以使得特定情况或材料适合于本发明的教导。所以，本发明并不限于所公开的具体实施方案，而是本发明包括落在所附权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (20)

1.方法，包括：
施加焊剂至铝表面；
钎焊所述铝表面；和
使用pH值为约5-约9的含水流体从所述铝表面移除残留的焊剂和金属氧化物。
2.权利要求1的方法，其中所述含水流体的温度为约20℃至约100℃。
3.权利要求1的方法，其中所述含水流体的pH值为约6-约8。
4.权利要求1的方法，其中所述铝表面暴露到所述含水流体约5分钟至约14小时。
5.权利要求4的方法，其中所述铝表面暴露到所述含水流体约5分钟至约2小时。
6.权利要求5的方法，其中所述铝表面暴露到所述含水流体约5分钟至约40分钟。
7.权利要求1的方法，其中所述铝表面浸入到所述含水流体中。
8.权利要求7的方法，进一步包括：
在所述铝表面浸入到所述含水流体中的同时搅动所述含水流体。
9.权利要求1的方法，其中所述含水流体是气态的并且被导向所述铝表面。
10.权利要求1的方法，进一步包括：
施加涂层至所述铝表面。
11.权利要求1的方法，其中所述含水流体含有选自由表面活性剂、电解质、助溶剂、缓冲剂及其组合组成的组的添加剂。
12.权利要求8的方法，其中所述含水流体含有表面活性剂并且搅动所述含水流体包括施加超声振动至所述含水流体。
13.权利要求12的方法，其中所述含水流体处于约20℃至约90℃的温度，并且其中以约2.6瓦特/升至约26.4瓦特/升的功率密度以约15kHz至约400kHz的频率施加超声振动至所述含水流体约5分钟至约30分钟。
14.权利要求11的方法，其中所述含水流体含有电解质，和其中所述铝制品浸入所述流体中，和其中移除残留的焊剂和金属氧化物进一步包括：
施加电流至所述含水流体和所述铝制品。
15.权利要求14的方法，其中所述铝制品充当阴极。
16.权利要求15的方法，其中所述移除步骤进一步包括：
施加反向阳极电流至所述铝制品以移除带正电荷的粒子。
17.权利要求14的方法，其中施加所述电流约30秒至约5分钟。
18.权利要求14的方法，其中以约50安培/平方米至约165安培/平方米的电流密度施加所述电流，以产生电压为约6伏至约12伏的电场。
19.权利要求14的方法，其中所述流体的温度为约50℃至约80℃。
20.权利要求1的方法，其中施加所述含水流体至所述铝表面选自由水浴浸入、水喷射、蒸汽喷雾及其组合组成的组。
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