CN102574152A - 双粉末涂层方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种方法包括，将第一粉末施加到铝制品，和加热第一粉末，以在铝制品上形成提供机械强度、腐蚀耐久性和粘合潜力的第一层。方法还包括，将第二粉末施加到铝制品，和加热第二粉末，以在铝制品上形成保护铝制品不受紫外辐射侵害的第二层。经涂覆的制品包括铝基材、环氧树脂层和表层涂层。环氧树脂层促进粘着，增强腐蚀耐久性，提供机械强度，并通过将含有环氧树脂的第一粉末施加到铝基材并使第一粉末固化来形成。表层涂层提供对紫外辐射和环境污染物的耐性，并通过将第二粉末施加到铝基材并使第二粉末固化来形成。

Description

双粉末涂层方法和系统

背景

在某些环境中，铝制品经受导致对铝表面腐蚀或其它不需要作用的污染物。未保护的铝可能变得被酸、盐和其它反应性化合物腐蚀，产生在铝表面和穿过铝表面的坑或孔。紫外(UV)辐射可导致铝表面变色。通常涂覆铝制品，如热交换器，以保护铝和铝合金表面。这些涂层对由环境污染物或紫外(UV)辐射导致的腐蚀提供耐性，或者增加机械强度。这些涂层可以多种方式施加到铝表面。涂覆方法包括电镀、浸涂、喷涂和静电粉末涂覆。保护性涂层包括转化涂层和漆涂层。

粉末涂层对涂覆铝制品提供较廉价的方式。粉末涂层不需要粉末涂层自身以外的特殊浴或大量化学物质。粉末涂层不需要可能不利影响空气和水品质或者可能永久损坏铝制品的溶剂。然而，传统粉末涂层有缺陷。在本发明前，一般为了一种功能(即，强度/粘合或UV耐性)但并非二者而优化粉末涂层制剂。另外，粉末涂层的传统应用不提供其它涂覆方法具有的控制的量和均匀性。均匀的粉末涂层水平是难以施用的。在一些情况下，在粉末涂覆之后仍有裸露金属暴露。此裸露金属不具有粉末涂层提供的任何保护性特征。另一方面，在一些位置，粉末涂层过厚，这对表面性能如热和液压性质是有害的。

概述

本发明的方法包括，将第一粉末施加到铝制品，和加热第一粉末，以在铝制品上形成提供机械强度、腐蚀耐久性和粘合潜力的第一层。方法还包括，将第二粉末施加到铝制品，和加热第二粉末，以在铝制品上形成保护铝制品不受紫外辐射侵害的第二层。

本发明还提供具有铝基材、环氧树脂层和表层涂层的经涂覆制品。环氧树脂层促进粘着，增强腐蚀耐久性，提供机械强度，并通过将含有环氧树脂的第一粉末施加到铝基材和使第一粉末固化来形成。表层涂层提供对紫外辐射和环境污染物的耐性，并通过将第二粉末施加到铝基材并使第二粉末固化来形成。

附图简述

图1为用于铝制品上的粉末涂层系统的侧视截面图。

图2为用于具有转化涂层的铝制品上的粉末涂层系统的侧视截面图。

图3为说明涂覆铝制品的一种方法的流程图。

图4为说明涂覆铝制品的另一种方法的流程图。

详述

本发明描述能够为铝制品(如热交换器)提供改善的粘合能力和改善的环境保护的双粉末涂层系统。双粉末涂层系统允许将两种基于粉末的涂层施加到铝制品，一种涂层主要用于提高铝制品的机械强度、腐蚀耐久性和/或粘结性能，另一种涂层主要用于提供另外的UV辐射耐性。双粉末涂层系统可对任何类型铝制品起作用，特别可用于铝热交换器，尤其是铝微通道热交换器。虽然关于铝热交换器描述了具体实施方案，但本发明也可对其它制品提供益处。“铝制品”是指含有铝、铝合金或两者组合的制品。

热交换器用于多种环境，包括海上、工业和城市环境。通常，热交换器表面为铝，并经受上述腐蚀和变色。热交换器可含有由铝或铝合金制成的进入歧管和排出歧管；热交换管、线圈或通道；散热片和其它结构。为了防止或减小腐蚀和其它不需要的作用，所有这些表面需要保护。

可将多个涂层施加到热交换器的表面。通过喷洒、浸渍、涂漆或刷涂、阳极化、电镀和其它方法，可将各种涂层施加到铝热交换器。为了使多个涂层有效粘着到热交换器的表面，有时必须改变热交换器的表面化学。使表面化学改性，以在热交换器表面和随后的涂层之间提供改善的粘合潜力。可用粘合促进涂层将热交换器表面改性，以使后施加的涂层强力粘合到表面。基于环氧树脂的涂层为改善铝表面和后施加涂层之间粘合和粘着的涂层的一个类型。基于环氧树脂的涂层也提供另外的机械强度和铝表面的改善的腐蚀耐久性。

在曝露于UV辐射时，基于环氧树脂的涂层退化。因此，可将第二涂层施加到热交换器的表面，以提供UV防护。丙烯酸类、基于聚酯的热塑性聚氨酯和聚酯异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)为对UV辐射提供耐性的涂层类型。第二涂层也增加机械阻档层，以保护在施加第一涂层时错过的热交换器的任何区域。

一些热交换器(即，铝微通道热交换器)通常具有使热交换器表面难以涂覆的带尖角和边缘和小空间的复杂几何结构。粉末涂层一般不提供与一些其它涂覆技术(例如，电泳涂漆)可达的同样大的控制和自找平。然而，粉末涂层以其它优点(无毒性溶剂，更容易施加，不需要清洗和干燥操作等)弥补一些这些缺陷。单次施加粉末涂层可留下暴露裸露铝的未涂覆热交换器区域。在第一粉末涂层上施加第二粉末涂层使未涂覆和暴露的铝的影响减至最小。第二涂层能够渗入由第一涂层留下的缝隙，使铝接受某些水平的另外的保护。虽然第二涂层主要提供UV辐射防护，但第二涂层也提供至少一些机械强度和腐蚀防护的增加。

图1图示说明双粉末涂层系统10和铝制品12的侧视截面图。双粉末涂层系统10包括第一层14和第二层16。第一层14用第一粉末在铝制品12的表面18上形成。第一层14改善表面18的机械强度、腐蚀耐久性和粘合能力。第二层16用第二粉末在表面18上的第一层14上形成。第二层16改善表面18的UV耐性。

第一粉末和第二粉末在不同步骤中施加到表面18上。第一粉末可在清洁表面18后施加。在表面18预先与钎焊焊料接触并钎焊时，可能需要去除任何残余焊剂，以使第一层14能与表面18强力结合。去除残余焊剂的方法提供于2009年5月1日提交的国际申请PCT/US09/42552号中，所述申请通过引用结合。

第一层14通过施加第一粉末到表面18上而形成。选择第一粉末，以提供另外的机械强度，改善表面18的腐蚀耐久性，和/或促进表面18和后施加涂层之间的粘着和结合。适合的第一粉末包括基于环氧树脂的粉末涂料，如环氧树脂类、聚酯环氧树脂类、丙烯酸环氧树脂类、熔融粘结环氧树脂粉末涂料及其组合。适合的第一粉末的具体实例包括基于双酚A或双酚F树脂的环氧树脂粉末涂料。

第一层14通过施加第一粉末到表面18上并加热第一粉末来形成。通过喷洒、浸渍、流化床喷洒、静电沉积、静电磁刷涂及其组合，可将第一粉末施加到表面18上。第一粉末可以施加到表面18然后加热、施加到已加热的表面18或两者的组合。通过感应加热、烘箱加热、红外加热及其组合，可对表面18和/或第一粉末施加热。

将第一粉末施加到表面18并形成第一层14的一种方法包括将第一粉末喷洒到表面18上，然后加热第一粉末。根据第一粉末的稠度，可使用广泛种类的喷枪或喷嘴。跨表面18均匀喷洒第一粉末。然后直接或通过加热表面18来加热(固化)第一粉末。一旦第一粉末熔融，即在表面18上形成均匀薄膜。将第一粉末和表面18冷却形成第一层14。

也可组合施加方法，以提高其效率。例如，在流化床喷洒期间，使第一粉末流化，悬浮于空气(或其它气体)流中。通常，用适合的喷枪或喷嘴将流化的第一粉末喷洒到经加热表面18上。一旦流化的第一粉末接触经加热表面18，第一粉末即熔融成液体。使液体冷却，形成第一层14。流化床喷洒可与静电沉积组合。流化的第一粉末用静电喷枪施加。静电喷枪使第一粉末离子化，给予其粒子正电荷。将经加热表面18研磨，或给予负电荷。带正电荷的流化第一粉末由于粉末的正电荷而均匀沉积于经加热表面18上，并熔融成液体形式。使液体冷却，形成第一层14。在一个示例性实施方案中，将第一粉末静电地喷洒到表面18上，然后加热，以提供均匀的第一层14。

第二层16通过施加第二粉末到表面18上形成。选择第二粉末，以对第一层14和表面18提供另外的UV耐性。在曝露于UV辐射后，环氧树脂可退化。在第一层14基于环氧树脂时，第一层14可退化，除非保护其不受UV辐射侵害。适合的第二粉末包括热固性粉末涂料，如丙烯酸类、基于聚酯的热塑性聚氨酯类、聚酯异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)及其组合。适合的第二粉末的具体实例包括丙烯酸透明涂料，如PCC10106(从PPG industries可得到)。

第二层16以类似方式形成到第一层14上。第二层16通过第二粉末施加到表面18(已由第一层14覆盖)并加热第二粉末来形成。通过喷洒、浸渍、流化床喷洒、静电沉积、静电磁刷涂及其组合，可将第二粉末施加到表面18。第二粉末可以施加然后加热、施加到已加热的表面18或两者的组合。通过感应加热、烘箱加热、红外加热及其组合，可对表面18和/或第二粉末施加热。也可将以上关于第一粉末所述的方法和实例用于第二粉末。

根据不同的需要，如热交换器的操作环境，第一层14和第二层16可具有变化的厚度。一般第一层14和第二层16各自具有约15微米和约35微米之间的厚度。此厚度范围适用于大多数热交换器应用。在一个示例性实施方案中，第一层14和第二层16各自具有约25微米的厚度。

使第一和第二粉末固化所需的时间和温度取决于表面18的设计(例如，卷绕表面、平坦表面等)、表面18的化学(例如，铝、铝合金等)、选择的第一和第二粉末的特性、第一层14和第二层16的厚度和固化烘箱特性。对于大多数表面18和本文所述的第一和第二粉末，一般为约190℃(375℉)和约200℃(390℉)之间的固化温度。在这些温度，约10分钟和约15分钟之间的固化时间是适合的。

第一层14和第二层16也可含有另外的腐蚀抑制化合物。这些化合物可加入第一粉末和/或第二粉末中，以便将它们加入第一层14、第二层16或层14和16两者。适合的另外的腐蚀抑制化合物包括腐蚀抑制性颜料、流电牺牲金属(例如，锌、锌合金、镁)、镧系元素、钼酸盐、钒酸盐和钨酸盐。

在本发明的一个示例性实施方案中，将第一粉末施加到铝制品12的裸露表面18上，以形成第一层14，如上所述和图1中所示。在另一个示例性实施方案中，将转化涂层施加到铝制品12的表面18上，随后施加第一粉末。转化涂层一般给予表面18粘着促进和/或腐蚀抑制特性。

图2图示具有转化涂层20的双粉末涂层系统10a和铝制品12的侧视截面图。在第一粉末施加之前并且在第一层14形成之前，将转化涂层20施加到表面18上。通过喷洒、浸渍、流化床喷洒、静电沉积、静电磁刷涂或任何其它适合涂覆方法，可施加转化涂层20。适合的转化涂层的实例包括铬酸盐和磷酸盐转化涂层，含有三价铬、磷酸锌、磷酸铁或磷酸锰的涂层及其组合。

双粉末涂层系统10a包括上述第一层14和第二层16。第一层14用第一粉末在铝制品12上于转化涂层20上形成。第一层14改善铝制品12的机械强度、腐蚀耐久性和粘合能力。第二层16用第二粉末在铝制品12上的第一层14上形成。第二层16改善铝制品12的UV耐性。

双粉末涂层系统10和10a提供涂覆铝制品的方法。图3为说明本发明的涂覆铝制品的一种方法的流程图。方法22包括，将第一粉末施加到铝制品(步骤24)，和加热第一粉末，以在铝制品上形成第一层(步骤26)。第一层对铝制品提供增加的机械强度、增强的腐蚀保护，和改善的粘合潜力。方法22也包括，将第二粉末施加到铝制品(步骤28)，和加热第二粉末，以在铝制品上形成第二层(步骤30)。第二层保护铝制品不受紫外辐射侵害。各粉末施加到铝制品和加热粉末可依次或同时发生。根据方法22，在第二粉末施加到铝制品之前，加热第一粉末。根据方法22，第一粉末可直接施加到铝制品12的表面18上，或者施加到具有转化涂层20的铝制品12上。

图4为说明涂覆铝制品的另一个方法的流程图。方法32包括，将第一粉末施加到铝制品(步骤34)，将第二粉末施加到铝制品(步骤36)，和加热第一粉末和第二粉末，以在铝制品上形成第一层和第二层(步骤38)。根据方法32，在将第一粉末加热形成第一层之前，将第二粉末施加到铝制品。第一层和第二层同时形成。根据方法32，第一粉末可直接施加到铝制品12的表面18上，或者施加到具有转化涂层20的铝制品12上。

本发明的双粉末涂层系统和方法提供具有增强的机械强度、改善的粘合能力、增强的腐蚀耐久性和改善的UV辐射耐性的铝制品。铝制品可具有在所有这些领域改善的特性，而不是从这些领域中挑选和选择。

虽然已关于示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员应理解，可不脱离本发明的范围的情况下，作出各种变化，并可用等价物代替其要素。另外，可在不脱离本发明的实质范围的情况下，作出很多修改，以使具体情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不旨在限于所公开的具体实施方案，而是本发明应包括落在附加权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (20)

1.一种方法，所述方法包括：

将第一粉末施加到具有铝基材的制品；

将第一粉末加热熔融，并使第一粉末的化合物固化，以在制品上形成第一层，该第一层为制品提供机械强度、腐蚀耐久性和粘合潜力；

将第二粉末施加到制品；和

将第二粉末加热熔融，并使第二粉末的化合物固化，以在制品上形成保护制品不受紫外辐射侵害的第二层。

2.权利要求1的方法，其中将第一粉末施加到制品选自喷洒、浸渍、流化床喷洒、静电沉积、静电磁刷涂及其组合。

3.权利要求1的方法，所述方法进一步包括：

在第一粉末施加到制品前研磨制品，其中

将第一粉末静电施加到制品。

4.权利要求1的方法，其中在将第二粉末施加到制品前，将第一粉末加热熔融，并使第一粉末的化合物固化。

5.权利要求1的方法，其中将第一粉末和第二粉末同时加热。

6.权利要求1的方法，其中第一粉末基于环氧树脂。

7.权利要求6的方法，其中第一粉末选自环氧树脂类、聚酯环氧树脂类、丙烯酸环氧树脂类、熔融粘结环氧树脂粉末涂料及其组合。

8.权利要求1的方法，其中第二粉末为热固性粉末涂料。

9.权利要求1的方法，其中第二粉末的组分选自丙烯酸、聚酯、氨基甲酸酯及其组合。

10.权利要求9的方法，其中第二粉末选自丙烯酸类、基于聚酯的热塑性聚氨酯、聚酯异氰脲酸三缩水甘油酯及其组合。

11.权利要求1的方法，其中施加并加热第一粉末，以形成具有约15微米和约35微米之间厚度的第一层，其中施加并加热第二粉末，以形成具有约15微米和约35微米之间厚度的第二层。

12.权利要求1的方法，所述方法进一步包括：

在将第一粉末施加到制品前，从制品去除残余焊剂。

13.权利要求1的方法，其中加热第一粉末和第二粉末选自感应加热、烘箱加热、红外加热及其组合。

14.权利要求1的方法，其中将第一粉末和第二粉末加热到约190℃和约200℃之间的温度经历约10分钟至约15分钟。

15.权利要求1的方法，所述方法进一步包括：

在施加第一粉末之前，将转化涂层施加到制品。

16.一种经涂覆制品，所述制品包含：

铝基材；

用于促进粘着、增强腐蚀耐久性和提供机械强度的环氧树脂层，所述环氧树脂层通过将含有环氧树脂的第一粉末施加到铝基材并使第一粉末固化来形成；和

用于提供对紫外辐射和环境污染物的耐性的表层涂层，所述表层涂层通过将第二粉末施加到铝基材并使第二粉末固化来形成。

17.权利要求15的经涂覆制品，其中环氧树脂层含有选自环氧树脂类、聚酯环氧树脂类、丙烯酸环氧树脂类和熔融粘结环氧树脂粉末涂料的成分。

18.权利要求15的经涂覆制品，其中表层涂层含有选自丙烯酸类、基于聚酯的热塑性聚氨酯类和聚酯异氰脲酸三缩水甘油酯的成分。

19.权利要求15的经涂覆制品，其中环氧树脂层具有约15微米和约35微米之间的厚度，其中表层涂层具有约15微米和约35微米之间的厚度。

20.权利要求15的经涂覆制品，所述经涂覆制品进一步包含：

在环氧树脂层和铝基材之间的转化涂层，所述转化涂层通过在第一粉末施加到铝基材之前将转化涂层施加到铝基材来形成。

Images