DE102008009695A1 - Halbzeug, insbesondere extrudiertes Profilrohr - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbzeug, insbesondere ein extrudiertes Profilrohr, aus einem Grundmaterial, das Aluminium oder mindestens eine Aluminiumlegierung umfasst und mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Flussmittel enthält. Um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, enthält die Beschichtung Kalium-Zink-Fluorid (KZnF<SUB>3</SUB>) oder Zink-Zusätze in anderer Form. Die Erfindung betrifft auch einen zu verlötenden und einen gelöteten Wärmeübertrager mit einem derartigen Halbzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Halbzeug, insbesondere ein extrudiertes Profilrohr, aus einem Grundmaterial, das Aluminium oder mindestens eine Aluminiumlegierung umfasst und mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Flussmittel enthält. Die Erfindung betrifft auch einen zu verlötenden und einen gelöteten Wärmeübertrager mit mindestens einem derartigen Halbzeug, insbesondere einem extrudierten Profilrohr.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Korrosionsbeständigkeit von Halbzeugen und von zu verlötenden und gelöteten Wärmeübertragern mit derartigen Halbzeugen zu verbessern.
  • Die Aufgabe ist bei einem Halbzeug, insbesondere einem extrudierten Profilrohr, aus einem Grundmaterial, das Aluminium oder mindestens eine Aluminiumlegierung umfasst und mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Flussmittel enthält, dadurch gelöst, dass die Beschichtung Kalium-Zink-Fluorid (KZnF3) enthält. Durch die Beimischung von Kalium-Zink-Fluorid (KZnF3) wird auf der Oberfläche des Halbzeugs nach dem Lötprozess ein Zink-Diffusionsprofil erreicht, mit dem ein optimales Korrosionsverhalten dargestellt werden kann.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zwischen 1 und 20 g/m2, insbesondere zwischen 4 und 16 g/m2, insbesondere zwischen 4 und 12 g/m2, Kalium-Zink-Fluorid (KZnF3) enthält. Vorzugsweise enthält die Beschichtung insbesondere etwa 6,0 bis 12,0 g/m2, insbesondere etwa 5,0 bis 9,0 g/m2 Kalium-Zink-Fluorid (KZnF3).
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass obige Beschichtung aus Kalium-Zink-Fluorid (KZnF3) zusätzlich noch Silizium und/oder Aluminium beziehungsweise eine Aluminium-Legierung, zum Beispiel Aluminium-Silizium, Aluminium-Zink etc., enthält. Das Silizium, das Aluminium und/oder die Aluminium-Legierung werden vorzugsweise in Pulverform beigemischt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass obige Beschichtung aus Kalium-Zink-Fluorid (KZnF3) zusätzlich noch zwischen 1 und 20 g/m2, insbesondere zwischen 2 und 16 g/m2, Silizium und Aluminium/Aluminium-Legierung enthält. Vorzugsweise enthält die Beschichtung etwa 2 bis 6 g/m2 Silizium. In einer weiteren bevorzugten Ausführung enthält die Beschichtung etwa 2 bis 4 g/m2 Silizium und 1 bis 12 g/m2 Aluminium.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zwischen 1 und 20 g/m2, insbesondere zwischen 4 und 12 g/m2, Flussmittel enthält. Vorzugsweise enthält die Beschichtung etwa 5 bis 9 g/m2 Flussmittel.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist. Bei dem Grundmaterial handelt es sich vorzugsweise um eine Aluminiumlegierung, die bis 0,7, vorzugsweise 0,05 bis 0,7 Gewichtsprozente, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 Gewichtsprozente, Kupfer und/oder 0,05 bis 1,5 Gewichtsprozente Mangan enthält.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine galvanische Zinkbeschichtung umfasst, die zusätzlich mit Kalium-Aluminium-Fluorid (KxAlFy) beschichtet ist. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zwischen 0,5 und 6 g/m2, insbesondere zwischen 1 und 2 g/m2, Zink enthält. Diese Zinkmengen haben sich in Zusammenhang mit der galvanischen Zinkbeschichtung als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine thermische Zinkbeschichtung umfasst, die zusätzlich mit Kalium-Aluminium-Fluorid (KxAlFy) beschichtet ist.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zwischen 2 und 12 g/m2, insbesondere zwischen 2 und 8 g/m2, Zink enthält. Diese Zinkmengen haben sich in Zusammenhang mit der thermischen Zinkbeschichtung als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Flussmittel um ein Flussmittel auf der Basis eines Kaliumfluoroaluminats mit der Summenformel K1-3AlF4-6 handelt. Vorzugsweise handelt es sich um ein Flussmittel, das unter der Bezeichnung Nocolok® von der Firma Solvay vertrieben wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel Cäsium (Cs) enthält. Vorzugsweise ist das Cäsium mit dem Flussmittel gebunden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel Silizium (Si) enthält. Vorzugsweise ist das Silizium mit dem Flussmittel gebunden.
  • Die Erfindung betrifft auch einen zu verlötenden Wärmeübertrager mit mindestens einem vorab beschriebenen Halbzeug. Bei dem Halbzeug handelt es sich vorzugsweise um ein extrudiertes Profilrohr. Bei dem Halbzeug kann es sich aber auch um ein anderes Teil, wie zum Beispiel ein Seitenteil eines Wärmeübertragers handeln.
  • Bei einem gelöteten Wärmeübertrager mit mindestens einem vorab beschriebenen Halbzeug, insbesondere einem extrudierten Profilrohr, ist die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass das Halbzeug ein Zink-Diffusionsprofil mit einem Zink-Gehalt von 0,2 bis 8,0 Gewichtsprozent; insbesondere von 0,2 bis 4,0 Gewichtsprozent, insbesondere von 1,0 bis 4,0, insbesondere von 2,0 bis 4,0 Gewichtsprozent, insbesondere von 1,0 bis 3,0 Gewichtsprozent, auf der Oberfläche aufweist. Dieses Diffusionsprofil hat sich als optimal für das Korrosionsverhalten von Halbzeugen, insbesondere von extrudierten Profilrohren, erwiesen.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug ein Zink-Diffusionsprofil mit einer Zink-Diffusionstiefe von maximal 160 μm aufweist. Vorzugsweise weist das Zink-Diffusionsprofil eine Zink-Diffusionstiefe von 40 bis 120 μm auf.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtung aus Flussmittel (KZnF3 oder KxAlFy) Silizium-Pulver beigemischt wird. Die maximale Silizium-Partikelgröße ist dabei maximal 70 μm, vorzugsweise 3 bis 30 μm.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
  • Für die Herstellung von gelöteten Aluminium-Wärmeübertragern werden unter anderem Rohre als Bauteile eingesetzt. Die Rohre können sowohl geschweißt als auch extrudiert sein. Die Erfindung betrifft extrudierte Aluminium-Profilrohre. Aufgrund der einsetzbaren Werkstoffe und des Herstellungsverfahrens ist die Korrosionsbeständigkeit von herkömmlichen extrudierten Aluminiumrohren nicht ausreichend. Die Korrosionsbeständigkeit von extru dierten Aluminiumrohren sowie von den daraus hergestellten Wärmeübertragern kann durch verschiedene Maßnahmen, wie Lackieren, Chromstieren oder Beschichten verbessert werden.
  • Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen wurde herausgefunden, dass eine unerwünschte Siliziumerosion auf der, Oberfläche, insbesondere bei dünnen Rohrwandstärken, zu einer ungleichmäßigen Zinkverteilung führen kann. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung wird eine ausreichende Zinkmenge mit einer ausreichenden Zink-Diffusionstiefe bereitgestellt, bei gleichzeitig homogener Zink-Verteilung auf der Rohroberfläche. Dadurch kann eine unerwünschte Wellrippenablösung vermieden werden. Ein zusätzlicher Oberflächenschutz durch Chromstieren oder Lackieren kann durch die erfindungsgemäße Beschichtung entfallen.
  • Die Erfindung bezieht sich auf extrudierte Aluminiumrohre von Wärmeübertragern, kann aber auch bei geschweißten und gefalzten Rohren aus Aluminiumbandmaterial eingesetzt werden. Die Aluminiumrohre werden in einem Mehrkanalextrusionsverfahren (MPE Multi Port Extruded) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Diese Aluminiumlegierung kann bis 0,7, vorzugsweise 0,05 bis 0,7 Gewichtsprozent Kupfer und/oder 0,05 bis 1,3 Gewichtsprozent Mangan enthalten.
  • Zum Erreichen eines optimalen Zink-Diffusionsprofils hat sich eine Pulvermischung aus Nocolok® (K1-3AlF4-6), Kalium-Zink-Fluorid (KZnF3), Silizium (Si) und Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung bewährt. Im Folgenden sind drei Beispiele für geeignete Pulvermischungen angegeben:
    Beispiel A: Beispiel B: Beispiel C:
    Nocolok® 6,0 g/m2 7,0 g/m2 -
    KZnF3 3,3 g/m2 2,7 g/m2 9 g/m2
    Si 3,5 g/m2 5,0 g/m2 3 g/m2
    AlSi12 - - 5 g/m2
  • Die Pulvermischungen werden in Suspensionen mit einem geeigneten Binde- oder Klebemittel angerührt und zum Beispiel im Tauchverfahren oder Wal zenauftragsverfahren auf das Rohr aufgebracht. Durch die erfindungsgemäßen Pulvermischungen wird auf der Oberfläche der beschichteten Rohre ein Zink-Diffusionsprofil erreicht, das zu einem optimalen Korrosionsverhalten führt. Als optimal für das Korrosionsverhalten von extrudierten Rohren hat sich dabei folgendes Zink-Diffusionsprofil herausgestellt:
    Zn-Gehalt auf der Oberfläche: 0,2–8,0 Gew.-%, optimal 2,0–4,0 Gew.-% insbesondere
    Zn-Gehalt auf der Oberfläche: 0,2–4,0 Gew.-%, optimal 1,0–3,0 Gew.-%
    Zn-Diffusionstiefe: max. 160 μm, optimal 40–120 μm
    Si-Partikelgröße: max. 50 μm, optimal 3–30 μm
    Al-Partikelgröße: max. 50 μm, optimal 3–30 μm.
  • Durch die erfindungsgemäße Beschichtung kann eine unerwünschte Siliziumerosion auf der Rohroberfläche vermieden werden. Dadurch wird auch der Einsatz von dünnen Rohrwandstärken ermöglicht. Die erfindungsgemäßen Pulvermischungen führen zu einer gleichmäßigen Zinkverteilung auf der Rohroberfläche. Darüber hinaus werden eine ausreichende Zinkmenge und eine ausreichende Zink-Diffusionstiefe bereitgestellt. Dadurch kann eine frühzeitige Wellrippenablösung durch Korrosion vermieden werden. Die erfindungsgemäßen Rohre sind zur Herstellung von Aluminiumwärmeübertragern gut kassetierbar. Ein wesentlicher Vorteil liegt in der geringen Beschichtungsdicke auf den extrudierten Rohren.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung werden die extrudierten Rohre mit einer galvanischen Zinkbeschichtung versehen. Dabei beträgt der Zinkanteil 1 bis 2 g/m2. Die Beschichtung enthält des weiteren Nocolok®. Das Flussmittel Nocolok® kann zusätzlich Cäsium und/oder Zink und/oder Silizium enthalten.
  • Statt einer galvanischen Zinkbeschichtung kann das extrudierte Rohr auch mit einer thermischen Zinkbeschichtung versehen werden. Der Zinkanteil beträgt dabei 2 bis 8 g/m2. Die Beschichtung enthält auch Nocolok®. Das Nocolok® Flussmittel kann zusätzlich Cäsium und/oder Zink und/oder Silizium enthalten.

Claims (21)

  1. Halbzeug, insbesondere extrudiertes Profilrohr, aus einem Grundmaterial, das Aluminium oder mindestens eine Aluminiumlegierung um fasst und mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Flussmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Kalium-Zink-Fluorid (KZnF3) oder Zink-Zusätze in anderer Form enthält.
  2. Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zwischen 1 und 20 g/m2, insbesondere zwischen 4 und 16 g/m2; insbesondere zwischen 4 und 12 g/m2, Kalium-Zink-Fluorid (KZnF3) enthält.
  3. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Silizium enthält.
  4. Halbzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zwischen 1 und 20 g/m2, insbesondere zwischen 2 und 16 g/m2, Silizium enthält.
  5. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Aluminium oder Aluminiumlegierungen enthält.
  6. Halbzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zwischen 1 und 20 g/m2, insbesondere zwischen 2 und 16 g/m2, Aluminium oder Aluminiumlegierung enthält.
  7. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zwischen 1 und 20 g/m2, insbesondere zwischen 4 und 12 g/m2, Flussmittel enthält.
  8. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial aus einer kupferhaltigen und/oder manganhaltigen Aluminiumlegierung gebildet ist, die insbesondere bis zu 0,7 Gewichtsprozent Kupfer und/oder 0,05 bis 1,3 Gewichtsprozent Mangan enthält.
  9. Halbzeug, insbesondere extrudiertes Profilrohr, aus einem Grundmaterial, das Aluminium oder mindestens eine Aluminiumlegierung umfasst und mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Flussmittel enthält, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine galvanische Zinkbeschichtung umfasst, die zusätzlich mit Flussmittel beschichtet ist.
  10. Halbzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zwischen 0,5 und 6 g/m2, insbesondere zwischen 1 und 2 g/m2, Zink enthält.
  11. Halbzeug, insbesondere extrudiertes Profilrohr, aus einem Grundmaterial, das Aluminium oder mindestens eine Aluminiumlegierung umfasst und mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Flussmittel enthält, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine thermische Zinkbeschichtung umfasst, die zusätzlich mit Flussmittel beschichtet ist.
  12. Halbzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zwischen 2 und 12 g/m2, insbesondere zwischen 2 und 8 g/m2, Zink enthält.
  13. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Flussmittel um ein Flussmittel auf der Basis eines Kaliumfluoroaluminats mit der Summenformel K1-3AlF4-6 handelt.
  14. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel Cäsium (Cs) enthält.
  15. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel Silizium (Si) enthält.
  16. Zu verlötender Wärmeübertrager mit mindestens einem Halbzeug, insbesondere einem extrudierten Profilrohr, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  17. Gelöteter Wärmeübertrager mit mindestens einem Halbzeug, insbesondere einem extrudierten Profilrohr, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug ein Zink-Diffusionsprofil mit einem Zink-Gehalt von 0,2 bis 8,0 Gewichtsprozent, insbesondere von 0,2 bis 4,0 Gewichtsprozent, insbesondere. von 2,0 bis 4,0 Gewichtsprozent, insbesondere von 1,0 bis 3,0 Gewichtsprozent, auf der Oberfläche aufweist.
  18. Wärmeübertrager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug ein Zink-Diffusionsprofil mit einer Zink-Diffusionstiefe von maximal 160 μm aufweist.
  19. Wärmeübertrager nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtung aus Flussmittel (KZnF3 oder KxAlFy) Silizium-Pulver oder eine Mischung aus Silizium-Pulver und Pulver einer Aluminiumlegierung beigemengt ist.
  20. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimengungen aus Silizium, Aluminium und/oder Aluminium-Legierungen in Pulverform beigemischt werden.
  21. Wärmeübertrager nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Silizium-Partikelgröße maximal 70 μm, vorzugsweise 3 bis 30 μm, ist.
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