CN1745906A

CN1745906A - 一种铝换热器及铝箔表面亲水耐蚀成膜方法

Info

Publication number: CN1745906A
Application number: CN 200410074346
Authority: CN
Inventors: 赵景茂; 王禹慧; 左禹; 张晓丰
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: CN100372618C

Abstract

本发明涉及一种铝换热器及铝箔表面亲水耐蚀成膜方法。采用溶胶凝胶法在铝表面形成亲水耐蚀性复合膜，本发明的方法包括成膜剂的制备和成膜处理两个步骤，在保证换热效率的基础上，使成膜后的铝换热器及铝箔同时具有亲水性和耐蚀性，并大大简化了操作工艺。

Description

一种铝换热器及铝箔表面亲水耐蚀成膜方法

技术领域：

本发明涉及一种铝换热器及铝箔表面亲水耐蚀成膜方法。

背景技术：

换热器是空调器的关键部件之一，其散热翅片通常使用铝或铝合金制成。一个热交换器包含大量的平行翅片，空气从翅片间隔通过。散热和制冷部分的面积应尽可能大，以提高热交换效果。同时由于铝翅片间的间距非常小，结果当热交换器用于制冷时，通过翅片的热空气中的潮气就在制冷片表面凝结，水珠在翅片上聚集而堵塞狭窄的通道，即在翅片上形成“水桥”，阻止了空气的流通，而使风阻增大，风量下降，并导致热交换效率下降。另外，空调机铝翅片工作在干湿交替的环境中，其表面形成的Al₂O₃·H₂O氧化层从空气出口以面粉状喷出，带来机器寿命减少和环境污染两方面的问题。

为了解决这些问题，就必须对铝热交换器的翅片进行亲水和防腐处理。

中国专利公开号CN1181404A给出了铝箔表面处理工艺，该发明所涉及的铝箔亲水耐蚀处理的成膜剂是由亲水成膜剂和耐蚀成膜剂两部分组成，亲水成膜剂含有硅化合物、水溶性有机物、碱性化合物、分散剂和水；耐蚀成膜剂含有有机高分子聚合物、交联剂、分散剂和水；有机高分子共聚物是分子量为800～1500000、且含有环氧基、羧基、羟基、酰胺基中的二种或两种以上官能团的共聚物。

中国专利公开号CN1342732A所涉及的铝箔亲水耐蚀处理的方法是涂覆纳米亲水材料，纳米亲水材料由亲水性聚合物A和亲水性纳米聚合物粒子B组合而成，其中亲水性聚合物A包括聚醚，亲水性纳米聚合物粒子B包括大分子表面活性剂、丙烯酰胺、丙烯酸、可交联的不饱和单体。

中国专利公开号CN1079998A所涉及的铝箔亲水耐蚀处理的成膜剂由含卤素化合物、氮杂茂及其衍生物、多聚磷酸盐、碱性化合物、消泡、助溶剂组成。

中国专利公开号CN1424282A涉及一种二氧化钛纳米薄膜及其制法，特别涉及一种在二氧化钛纳米薄膜掺杂的纳米薄膜及其制法，公开了一种TiO₂/SiO₂/稀土复合薄膜，使光催化活性和超亲水性同步增加，并且超亲水性在黑暗中可维持较长时间。

尽管上述专利技术改善了换热器表层的防腐性与亲水性，但还存在不能同时满足亲水性和防腐性，成膜工艺复杂等问题，有的技术使换热器表层形成了高分子聚合物亲水膜，成膜厚度不易控制，形成的膜较厚，影响导热性、影响热交换速度，其结果是亲水性提高了，导热性却下降了，因此实际应用于工业化的技术并不多。

本发明的目的是提供一种铝换热器及铝箔表面亲水耐蚀成膜方法，采用溶胶凝胶法在铝表面形成亲水耐蚀性复合膜，在保证换热效率的基础上，使成膜后的铝换热器及铝箔同时具有亲水性和耐蚀性，简化制备和操作工艺。

发明内容：

本发明为一种铝换热器及铝箔表面亲水耐蚀成膜方法，包括成膜剂的制备和成膜处理两个步骤，具体为：

(1)成膜剂的制备：将铈盐溶于无水乙醇中，然后加入火棉胶，即：5％纤维素三硝酸脂的乙醇溶液，加入的火棉胶与无水乙醇的体积比为1∶1.5～4，充分搅拌，制成40～60g/L的盐溶液A。

将钛酸酯在搅拌条件下，滴加到醇类溶剂中，充分搅拌，加入一定量的水，用酸调节pH值为2～3，得到钛醇盐溶液B，其中，各组分的摩尔比为：钛酸丁酯∶醇类溶剂∶水＝1∶9～24∶3～9。

将硅酸酯溶于醇类溶剂中，加入一定量的水，充分搅拌水解，用酸调节pH值为2～3，得到硅醇盐溶液C，其中，各组分的摩尔比为：硅酸酯∶醇类溶剂∶水＝1∶4～12∶1～2。

将上述溶液按体积比为：A∶B∶C＝3.3～10∶1∶0.2～0.5的比例混合，充分搅拌，得到混合溶胶成膜剂。

(2)成膜处理：将脱脂后的铝换热器或铝箔试样垂直浸入步骤(1)制得的混合溶胶成膜剂中，静置待成膜剂液面稳定后，垂直提出，提拉的速度最好是2～5厘米/分钟，室温放置表干后，在400℃～500℃焙烧0.5～1小时，即可在铝换热器或铝箔试样表面上形成一层亲水耐蚀的薄膜。

上述步骤(1)中制备盐溶液A所用的铈盐为硝酸亚铈或硫酸铈，最好为硝酸亚铈；制备钛醇盐溶液B所用的钛酸酯为钛酸乙酯、钛酸异丙酯或钛酸丁酯，最好为钛酸丁酯；制备硅醇盐溶液C所用的硅酸酯为硅酸甲酯或正硅酸乙酯，最好为正硅酸乙酯；制备盐溶液B和C时，所用的醇类溶剂为乙醇或丙醇或异丙醇或丁醇或异丁醇，最好为无水乙醇或异丁醇。

在制备盐溶液B和C时，对调节pH值所用的酸及酸的浓度没有特别要求，采用盐酸、醋酸、硝酸或硫酸均可。

本发明的方法适用于各种铝及铝合金制品的亲水耐蚀处理，特别是铝换热器的亲水耐蚀处理。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明采用溶胶凝胶法在铝表面形成了亲水耐蚀性复合膜，膜薄，在保证换热效率的基础上，使成膜后的铝换热器及铝箔同时具有亲水性和耐蚀性，很好地解决了换热器上水桥的问题，并大大简化了操作工艺。

附图说明：

图1为铝表面形成复合膜后，在3.5％NaCl中性溶液中的极化曲线。

图2为空白试样与成膜试样在中性3.5％NaCl溶液中的电化学阻抗谱的Bode图。

从图1可以看出，铝表面生成复合膜后，在3.5％NaCl中性溶液中，其阴极和阳极极化曲线的电流密度都明显变小，远低于空白试样，这表明复合膜同时抑制了腐蚀过程中阴极反应和阳极反应，阻碍阳极溶解和阴极上氧的去极化反应，从而起到良好的防蚀作用。

从图2中可以看出，空白试样的阻抗值远远小于成膜试样的阻抗值，说明铝表面生成复合膜后具有优异的抗腐蚀性能。

具体实施方式：

实施例1：

成膜剂的制备：

将6g纯度为99.99％的硝酸亚铈晶体溶于80ml的无水乙醇中，然后加入20ml火棉胶，充分搅拌，获得60g/L的溶液A。

将15ml钛酸丁酯[Ti(OBu)₄]于搅拌条件下滴加到60ml无水乙醇中，充分搅拌，再加入4.8ml水，用重量百分浓度为37％的盐酸调节pH值为2～3，充分搅拌，获得溶液B。

将22ml正硅酸乙酯(TEOS)溶解于23ml无水乙醇中，加入1.8ml水，用重量百分浓度为37％的盐酸调节pH值为2～3，搅拌水解，获得溶液C。

将上述溶液按体积比A∶B∶C＝3.3∶1∶0.2的比例混合，充分搅拌，获得混合溶胶成膜剂。

成膜处理：

将脱脂后的铝箔试样(LF21)垂直浸入上述制得的混合溶胶中，静置使溶胶表面平稳，然后以2～5cm/min的速度向外垂直提拉，在铝箔试样表面上形成一层透明的薄膜。室温放置，待表干后进行热处理，将其在400℃下焙烧60min，就可在铝箔试样上形成一层薄膜。

实施例2：

成膜剂的制备：

将5g纯度为99.99％的硝酸亚铈晶体溶于70ml的无水乙醇中，然后加入30ml火棉胶，充分搅拌，获得50g/L的溶液A。

将10ml钛酸乙酯于搅拌条件下滴加到27ml异丁醇中，充分搅拌后，再加入3ml水，用重量百分浓度为37％的盐酸调节pH值为2～3，充分搅拌，获得溶液B。

将20ml硅酸甲酯溶解于30ml异丁醇中，加入1.6mol水，用重量百分浓度为37％的盐酸调节pH值为2～3，搅拌水解，获得溶液C。

将上述的溶液按体积比A∶B∶C＝6∶1∶0.3的比例混合，充分搅拌，获得混合溶胶成膜剂。

成膜处理：

将脱脂后的铝箔试样(LY12)垂直浸入制得的混合溶胶中，静置使溶胶表面平稳，然后以2～5cm/min的速度向外垂直提拉，在铝箔试样表面上形成一层透明的薄膜。室温放置，待表干后进行热处理，将其在500℃下焙烧30min，就可在铝箔试样上形成一层薄膜。

实施例3：

成膜剂的制备：

将4g纯度为99.99％的硝酸亚铈晶体溶于60ml的无水乙醇中，然后加入40ml火棉胶，充分搅拌，获得40g/L的溶液A。

将10ml钛酸丁酯于搅拌下滴加到15ml无水乙醇中，充分搅拌，再加入1.5ml水，用重量百分浓度为99％的醋酸调节pH值为2～3，获得溶液B。

溶解10ml正硅酸乙酯于30ml无水乙醇中，加入1.6ml水，用重量百分浓度为99％的醋酸调节pH值为2～3，搅拌水解，获得溶液C。

将上述溶液按体积比A∶B∶C＝10∶1∶0.5的比例混合，充分搅拌，获得混合溶胶成膜剂。

成膜处理：

将脱脂后的铝箔试样(纯铝)垂直浸入制得的混合溶胶中，静置使溶胶表面平稳，然后以2～5cm/min的速度向外垂直提拉，在铝箔试样表面上形成一层透明的薄膜。室温放置，待表干后进行热处理，将其在450℃下焙烧45min，就可在铝箔试样上形成一层薄膜。

性能测试：

1.亲水性测试：用润湿角测量仪测试，将被测铝箔水平放在工作台面上，用微量进样器吸取容积为10μL的纯净水，竖直滴在被测的铝箔表面，30秒钟后测量水珠在铝箔表面的润湿角θ。结果见表1：

表1 润湿角测量结果

铝箔试样	水滴接触角/°
铝箔试样	水滴接触角/°	实施例1实施例2实施例3未经处理的铝箔(LF21)	68556

从表1的数据可以看出，经本发明成膜处理后，所有试样的水滴接触角均小于10°，表明涂膜铝箔具有很好的亲水性。

2.耐水性测试：由水溶解率反映。将涂膜试样准确称重，然后将试样在25℃下浸入自来水中，12h、24h、48h后取出，干燥至恒重，称量。水溶解率的计算方法如下：

水溶解率ω(％)＝(m_l-m₂)/m₁×100％

其中，m₁和m₂分别为浸入前后试样的质量。结果见表2：

表2 耐水性测试结果

由表2的测试结果可以看出，经本发明成膜处理后，涂膜的水溶解率随浸泡时间的变化较小，水溶解率很小，亲水角的变化也很小，膜的外观颜色也无改变。这表明亲水耐蚀膜具有较好的耐水性能。

3.耐蚀性的测试

将本发明实施例1、2、3成膜处理后的试样，经中性盐雾试验及5％NaCl溶液中浸泡500小时，成膜铝箔无明显锈斑，表明试样耐蚀性良好。

Claims

1.一种铝换热器及铝箔表面亲水耐蚀成膜方法，包括成膜剂的制备和成膜处理两个步骤，具体为：

(1)成膜剂的制备：将铈盐溶于无水乙醇中，然后加入火棉胶，加入的火棉胶与无水乙醇的体积比为1∶1.5～4，充分搅拌，制成40～60g/L的盐溶液A；

将钛酸酯在搅拌条件下，滴加到醇类溶剂中，充分搅拌，加入一定量的水，用酸调节pH值为2～3，得到钛醇盐溶液B，其中，各组分的摩尔比为：钛酸酯∶醇类溶剂∶水＝1∶9～24∶3～9；

将硅酸酯溶于醇类溶剂中，加入一定量的水，充分搅拌水解，用酸调节pH值为2～3，得到硅醇盐溶液C，其中，各组分的摩尔比为：硅酸酯∶醇类溶剂∶水＝1∶4～12∶1～2；

将上述溶液按体积比为：A∶B∶C＝3.3～10∶1∶0.2～0.5的比例混合，充分搅拌，得到混合溶胶成膜剂；

(2)成膜处理：将脱脂后的铝换热器或铝箔试样垂直浸入步骤(1)制得的混合溶胶成膜剂中，静置待成膜剂液面稳定后，垂直提出，室温放置表干后，在400℃～500℃焙烧0.5～1小时，即可在铝换热器或铝箔试样表面上形成一层亲水耐蚀的薄膜。

2.根据权利要求1的方法，其特征是：步骤(1)中采用硝酸亚铈或硫酸铈制备盐溶液A，采用钛酸乙酯、钛酸异丙酯或钛酸丁酯制备钛醇盐溶液B，采用硅酸甲酯或正硅酸乙酯制备硅醇盐溶液C，制备盐溶液B和C时，所用的醇类溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇或异丁醇，用盐酸、醋酸、硝酸或硫酸调节溶液的pH值；步骤(2)中铝换热器或铝箔试样向外提拉的速度为2～5厘米/分钟。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征是：步骤(1)采用硝酸亚铈制备盐溶液A，采用钛酸丁酯制备钛醇盐溶液B，采用正硅酸乙酯制备硅醇盐溶液C，制备盐溶液B和C时，所用的醇类溶剂为乙醇或异丁醇，用盐酸或醋酸调节溶液的pH值。