DE2015373C - Verfahren zum Herstellen von Blechblahkorpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von innenseitig korrosionsgeschützten Blechblähkörpem durch Verbinden, insbesondere Zusammenwalzen von wenigstens zwei Blechen aus AUminium oder Aluminiumlegierungen außer AIuminiumzinklegierungen, zwischen denen ein Trennmittel lokal definiert angeordnet ist, und Aufblähen der unverbundenen Blechbereiche durch Einführen eines Fluids unter hohem Druck.

Unter »Blechblähkörpern« sind hier Wärmeaustauscher, z. B. Heizkörper, Kondensatoren ocar andere besonders gestaltete Gegenstände zu verstehen, die durch Aufdrücken von örtlich begrenzt miteinander verbundenen Blechen oder Bändern, z. B. erttlang von Kanalbegrenzungen, gebildet werden.

Der Ausdruck »Aluminium« soll Reinaluminium, technisches Aluminium mit einem kleinen Gehalt an Verunreinigungen und alle Aluminiumlegierungen mit Ausnahme von Aluminiumzinklegierungen einschließen.

Als »Trennmittel« werden solche insbesondere pastenförmigen Massen bezeichnet, die ein Verschweißen zweier Metalloberflächen unter Druck oder/und Wärme verhindern.

Das Pr vip der Herstellung von Blechblähkörpem ist in der USA.-Patentschrift 2 690 002 beschrieben. Allgemein wird als Trennmittel. eine Mischung aus Graphit und einem Dispergens wie Wasserglas, gegebenenfalls unter Zusatz von Zinkoxid, Diatomeen-

»5 erde, Talkum, Quaizpuivei udcr Tonerde verwendet.

Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist in

der deutschen Ausiegeschrift 1 104 917 beschrieben.

Nach diesem Verfahren wird in den geschichteten Metallteilen mindestens eine Innenschicht mit niedrigerem Schmelzpunkt als die Außenschichten vorgesehen (beispielsweise die Sandwich-Struktur Aluminium-Zink-Aluminium), die vor dem Einleiten des Druckmittels auf etwa Schmelztemperatur gebracht und nach dem Blähen wieder abgekühlt wird, um an den keine Hohlräume aufweisender Stellen eine Lötverbindung der Außenschichten, gegebenenfalls mit diesen eine Legierung zu bilden.

Aluminium-Blechblähkörper werden in großem Umfang für Wärmeaustauscher benutzt. Wenn durch

die Hohlräume derartiger Blechb'ähkörper Gase geleitet werden, wie bei Kühlschrankverdampfern, unterliegt ihr Inneres nicht der Korrosion, abir wenn sie von Wasser mit einem Gehalt von Schwermetallen wie Eisen oder Kupfer durchströmt werden, wie es bei Wassererhitzern, die die Sonnenwärme ausnutzen, bei Badeofen oder Wasserboilern der Tall ist, findet durch Ausbildung von Lokalelementen eine Kontaktkorrosion statt, da das elektrochemische Potential von Aluminium niedriger ist als das des Schwermetalls; eine Lochkorrosion ist damit unvermeidlich. Um dieser Korrosion entgegenzuwirken, kann man nach der japanischen Gebrauchsmusteranmeldungsschrift 6851/67 die Innenfläche des Kanals mit einem Oxid-Überzug (AL₂O_nH₂O) versehen, jedoch läßt

sich dadurch das Auftreten von Lochkorrosion nicht völlig verhindern. Man hat deshalb bereits ein Innenblech aus Reinaluminium noch mit einer Verkleidung aus Aluminiumzinklegierung versehen. So wird das Innenblech durch die Kanalauskleidung und auf deren Kosten vor Korrosion geschützt. Dieses Verfahren verhindert nun zwar eine Kontaktkorrosion, ist aber wegen der zusätzlichen Verkleidung kompliziert und teuer. Außerdem bringt es insofern eine noch ernstere Schwierigkeit mit sich, als die Kanalauskleidung zwi-

sehen die beiden miteinander verbundenen Bleche reicht und die in der Kanalinnenwand hervorgerufene Korrosion auch an den miteinander verbundenen Teilen auftritt, was zu einem lokalen Abschälen des

Bleches und zum Austreten des Fluids führen kann (japanische Patentanmeldungsschrift 10 031/63).

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens, das auf einfache und billige Weise das Innere des Blechblähkörpers zuverlässig vor Korrosion zu schützen vermag.

Diese Aufgabe, ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Trennmittel verwendet wird, welches feinteiliges Zink, auch in legierter Form, enthält und die

Aluminiumbleche hineindiffundiert und eine Aluminiumzinkschicht ausbildet. Als letzter Schritt wird ein Fluid unter hohem Druck in die unverbundenen Teile gepreßt. woHurrh diese unter Ausbildung eines Kanals rohrförmig aufgeweitet werden. Die Innenfläche des Kanals ist nun mit der Aluminiumzinklegierung überzogen. Die Dicke dieser Schicht beträgt vorzugsweise etwa 5 bis 20%, insbesondere etwa

Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwischen den Aluminiumblechen zuerst ein an sich bekanntes pastenförmiges Trennmittel aus Graphit, Wasserglas und 5 Lösungsmittel, darauf ein zweites pastenförmiges Trennmittel aus Zink oder Zinklegierung in Pulverform und Lösungsmittel, und auf diesem eine weitere Lage des ersten Trennmittels angeordnet, und die

_β , -₆.w~i χ _V1..., ~ · Bleche werden sodann durch Warmwalzen verbun-

Aluminiumbleche mit dem zwischen ihnen angeord- io den. In diesem Fall lassen sich die Vereinigung der neten Trennmittel bei oder/und nach dem Verbinden Bleche unter Druck und die Diffusion des Zinks wenigstens einmal erhitzt werden. gleichzeitig bewirken. Die Bedingungen des Warm- .

Dieses Trennmittel wird in der gewünschten An- walzens sind dann nicht besonders verschieden von Ordnung zwischen wenigstens zwei Aluminiumblechen denen des herkömmlichen Zusammenwalzens von angeordnet, die dann durch Verwalzen vereinigt wer- 15 Aluminiumblechen, d. h. die Reduktion kann bei den, wobei der Bereich unverbunden bleibt, wo das Walztemperaturen im Bereich von etwa 37Gl bis Trennmittel aufgetragen ist. Die vereinigten Bleche 560° C mehr als etwa 60 %, vorzugsweise etwa 63% werden anschließend erhitzt, wodurch sie so weit ent- betragen, wobei eine vollkomm' e Verbindung erhärtet werden, wie es für die anschließende Behänd- reicht wird, während die unverbundenen Teile in der lung zweckmäßig ist, während das Zink oder die Zink- 2° üblichen Form ausgebildet sind. Obwohl befriedileeierung des Trennmittels in die Innenfiüche der gende Resultate auch durch einstufiges Warmwalzen

erzielbar sind, kann zusätzlich noch kaltgewalzt werde ■:.

Um eine bessere Diffusion des Zinks zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Bleche vor dem Walyen 711 glühen. Die Glühtemperatur beträgt in diesem Fall zweckmäßigerweise etwa 200 bis 600⁰C, und die Zeit variiert je nach der Temperatur.

.„___ö„„ „ _ „.„ _ „„ ,„_., Die Erfindung ist im nachstehenden an Hand der

10 " der Dicke eines der miteinander verbundenen 30 Zeichnung beispielsweise erläutert und dargestellt. Bleche und kann durch die Temperatur und Dauer Abb. 1 ist eine perspektivische Ansicht zweier

der Erhitzung eingestellt werden. Aluminiumbleche vor dem Verbinden; auf eines der

Vorzugsweise wird ein Trennmittel verwendet, wel- Aluminiumbleche ist ein Trennmittel aufgedruckt; ches eine feinteilige Zinklegierung mit wenigstens A b b. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt der beiden

etwa 90% Zink enthält. Zweckmäßig wird das Zink 35 aufeinandergelegten Aluminiumbleche von Abb. 1 bzw. die Zinklegierung als Pulver mit einer Teilchen- mit dem dazwischen angeordneten Trennmittel; größe von .twa 0,1 bjs etwa 50μΐη, vorzugsweise Abb. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt durch

etwa 1 bis etwa 20 |im, eingesetzt. einen Blechkörper, dessen Kanal durch Aufblähen im

Das Zink oder die Zinklegierung kann zusammen Anschluß an das Walzen gebildet wurde, wobei eine mit den oben erwähnten, bereits bekannten Trenn- 40 Schicht aus Aluminiumzinklegiemng auf den Kanalmitteln benutzt werden. Verwendet man ein pasten- innenflächen abgeschieden ist; ^ törmiges Trennmittel, welches außer Lösungsmittel A b b. 4 ist ein vergrößerter Querschnitt uurch eine lediglich Zink oder Zinklegierung in Pulverform ent- abgeänderte Ausführungsform, in der zwei Arten von hält, so sollte man Warmwalzen dem Kaltwalzen vor- Trennmitteln verwendet wurden, und zwar sind zwei ziehen. Dabei ist eine Reduktion von wenigstens etwa 45 Aluminiumbleche vor dem Walzen dargestellt, wobei 70 bis 90 %, am bester etwa 75 % anzustreben. Eine die Trennmittel auf eines der beiden Aluminiumbevorzugte Erhitzungstemperatur liegt im Bereich bleche aufgetragen sind;

von etwa 300 bis 600° C. Gute Resultate werden ins- A b b. 5 ist eine perspektivische Teilansicht emes

besondere erzielt, wenn man auf etwa 500 bis 550° C Wärmeaustauschers, zum Teil im Schnitt, bei dem erhitzt, die Zeitdauer variiert dabei mit der Tempera- 5<> erfindungsgernäß hergestellte Blechblähkorper benutzt tür; sie kann bei J50" C beispielsweise 2 Stunden De- sir i. , . .

tragen. Zunächst weiden die Abb. 1 bis 3 betrachtet:

Wenn Zink- oder Zinklegierungspulver in Verbin- Dargestellt ist ein Blech 2 aus Aluminium von

dung mit einem bekannten Trennmittel eingesetzt 3,75 mm Dicke. Auf dieses Blech ist mit Ausnahme wird, werden beide miteinander vermischt, und zu 55 der gegenüberliegenden Ränder la ein Trennmittel 1 der entstehenden Mischung wird Wasser oder ein nach dem Siebdruckverfahren aufgebracht, organisches Lösungsmittel wie Alkohol zugesetzt, um Das Trennmittel ist eine Paste aus Ztnkpulver mit

eine Paste herzustellen. einer Reinheit von etwa 97 %. Seine Viskosität ist auf

Bei einem bevorzugten Trennmittel nach der Er- eine für den Siebdruck geeignete Hohe eingestellt. Die findung beträgt das Mischungsverhältnis zwischen ⁶° Teilchengröße des Zinkpulvers betragt etwa 3 bis Zink oder Zinklegierung und Graphit sowie eventuell 5 |im.

Wasserglas etwa 10 bis 90 Gewichtsprozent zu etwa Ein anderes Aluminiumblech 3 der gle^n ^Diclce

90 bis 10 Gewichtsprozent Wasserglas ist jedoch wie das Blech 2 wird auf dessen Oberflache auinicht immer erforderlich. Vorteilhaft beträgt jedoch gelegt, auf die das Trennmittel 1 aufgedruckt ist, und das Verhältnis von Zink oder Zinklegierung zu Gra- «5 beide Bieche werden mit einer Reduktion von etwa phit etwa 3 :1, da ein großer Mengenunterschied eine 75 % kaltgewalzt. Dabei werden die beiden Bleche Z nur dünne Zink-Diffusionsschicht mit geringer Kor- und 3 an den gegenüberliegenden Rändern la mitrosionsfestigkeit ergibt einander verbunden. Das so erhaltene Element 4 wird

dann 2 Stunden bei einer Temperatur von etwa 500° C geglüht. Anschließend wird Wasser in den unverbundenen Teil des Elementes 4 gepreßt, wodurch ein flacher rohrförmiger Durchgang 5 aufgeweitet wird, wie in Abb. 3 gezeigt ist. Unter Benutzung einer Form kann dem Kanal 5 selbstverständlich jedes gewünschte Profil gegeben werden. Die Mikrophotogiaphie bestätigt, daß durch Diffusion des Zinks aus dem Trennmittel 1 in die Aluminiumbleche eine etwa 90 (im dicke Schicht 6 aus einer Aluminiumzinklegierung an der Innenfläche des Kanals 5 entstanden ist, der Blechblähkörpcr 7 also mit einer Korrosionsschutzschicht ausgerüstet ist. Da diese Schicht 6 ein niedrigeres elektrochemisches Potential hat als der Werkstoff des Blechbliihkörpers 7, nämlieh die ursprünglichen Bleche 2 und 3 aus Aluminium, erfolgt die Korrosion zuerst in der Schicht 6, bevor sie in dem Aluminiumblech eintritt, wenn kaltes oder heißes Wasser mit einem Gehall an Schwermetall durch den Kanal 5 geleitet wird. Die Schicht 6 aus Aluminiumzinklegierung dient als Opfer-Schutzüberzug für den Blcchblähkörper 7 und schützt so die Wandung des Kanals 5.

Unter den gleichen Bchandlunßsbcdingungen erhält man ebenfalls einen Blechblähkörpcr 7 mit einer Schutzschicht 6 aus einer Zinkaluminiumlegierung, wenn man eine Zinklegierung mit 5 % Aluminium und einer Teilchengröße von etwa 10 bis 30|tm für das Trennmittel 1 verwendet.

Die Behandlungsbedingungen sind etwas anders, wenn unter zusätzlicher Zuhilfenahme eines bekannten Trennmittels gearbeitet werden soll:

Im einzelnen geht man dann wie folgt ,vor:

Zunächst wird ein Trennmittel hergestellt, indem 50 Teile Zinkpulver mit einer Korngröße von etwa 3 bis 5 μΐη und einer Reinheit von etwa 97 %, 23 Teile Graphit und Wasserglas auf 100 miteinander vermischt werden. Zu der Mischung wird Wasser zugesetzt, so daß eine Paste mit einer für den Siebdruck geeigneten Viskosität entsteht. Das so erhaltene Trennmittel wird dann wie in der vorhergehenden Ausführungsform zwischen den Aluminiumblechen 2 und 3 aufgebracht. Die beiden Bleche 2 und 3 werden anschließend mit einer Reduktion von ungefähr 63 % warmgewalzt und darauf mit einer Reduktion von ungefähr 43 % kaltgewalzt. Anschließend wird das Element 4 etwa 2 Stunden auf etwa 550° C erhitzt. Sodann wird Wasser in den unverbundenen Teil gepreßt, um den Kanal 5 aufzuweiten. Während des Warmwalzens und Erhitzens diffundiert das Zink aus dem Trennmittel 1 in die Aluminiumbleche, so daß eine Schicht 6 aus einer Aluminiuimzinklegierung mit einer Dicke von etwa 80 jim als Schutzüberzug an der Innenwand des Kanals S gebildet wird, was die Mikrophotographie bestätigt.

Abb. 4 zeigt eine modifizierte Art der Trcnnmittelaufbringung. Eine Paste 8, die durch Vermischen von etwa 30% Graphit mit Wasserglas als Rest und Verkneten dieser entstandenen Mischung mit Wasser hergestellt worden ist, wird auf das Aluminiumblech 2 unter Aussparung der gegenüberliegenden Ränder 2a aufgedruckt. Auf diesen Überzug wird ein pastenförmiges Trennmittel 6 aufgedruckt, das aus einem Lösungsmittel und Zinkpulver wie in dem vorhergehenden Beispiel hergestellt worden ist. Dieses Mittel wird weiterhin mit dem gleichen Mittel 8 wie die unterste Schicht abgedeckt. Das Auflegen des zweiten Aluminiumblechs 3 und die nachfolgenden Schritte werden in der gleichen Weise wie in der vorhergehenden Ausfühningsform durchgeführt, bei der ein pastcnförmigcs Mittel aus Zinkpulver, Graphit, Wasserglas und Wasser benutzt worden ist.

ao Abb. 5 zeigt einen Wärmeaustauscher9, der aus den so erhaltenen Blcchblähkörpcrn 7 zusammengesetzt ist. Diese sind durch Hartlöten über gewellte Rippen 10 miteinander verbunden.

Jedei der nach dem beschriebenen Verfahren her-

a5 gestellten Bl· rhblälikörpcr wurde 100 Tage in eine korrodierende Flüssigkeit von 60" C eingetaucht, die durch Zugabe von Kupferionen zu einem schwcrmctallhaltigcn, sehr harten Wasser hergestellt worden war. Es wurde jedoch keine Locbkorrosion beobachtet. Lediglich in der Aiuminiumzinkiegierungsschicht auf der Innenseite des Durchganges wurde durch Mikrophotographie Korrosion festgestellt.

Zu Vcrglcichszwecken wurden ein erster Blechblähkörper, der mit einem herkömmlichen Trennmittel ohne Behandlung der Kanalinncnfläche erhalten worden war, und ein zweiter, dessen Inneres durch Behandlung nach dem bcl">nntcn MBV-Verfahren (»Modifiziertes Bauer-Vogel-Verfahrcn«, vgl. Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie,

7. Band [1956], S. 843) geschützt worden war, in der gleichen Flüssigkeit einem Korrosionstest unterworfen. Dabei wurde das Auftreten von Lochkorrosion schon in 45 Tagen bei dem ersten und in f > Tagen bei dem zweiten Blechblähkörper beobachtet.

'Erfindungsgemäß ist es also möglich, eine sehr korrosionsbeständige Opferschicht nur in den Wandflächen des inneren Kanals von Aluminiumblec^- blähkörpern auszubilden, bei denen Korrosionsfestigkeit in herkömmlicher Weise schwer zu erreichen war. Die Korrosionsschutzbehandlung läßt sich leicht und einfach durchführen, da sie mit Hilfe des Trennmitteis bewirkt wird, das zur Erzeugung der Blechblähkörper ohnehin aufgetragen werden muß.

Hieizu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von innenseitig korrosionsgeschützten Blechblähkörpem durch Verbinden, insbesondere Zusammenwalzen von wenigstens zwei Blechen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen außer Aluminiumzinklegierungen, zwischen denen ein Trennmittel lokal definiert angeordnet ist, und Aufblähen der unverbundenen Blechbereiche durch Einführen eines Fluids unter hohem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennmittel verwendet wird, welches feinteiliges Zink, auch in legierter Form enthält und die Aluminiumbleche mit dem zwischen ihnen angeordneten Trennmittel bei oder und nach dem Verbinden wenigstens einmal erhitzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennmittel verwendet wird, welches eine feinteilige Zinklegierung mit wenigstens etwa 90 % Zink enthält.

3. Verfahren nach Anspruch « oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennmittel verwendet wird, welches das Zink oder die Zinklegierung als Pulver mit einer Teilchengröße von etwa 0,1 bis etwa 50 μπ\ vorzugsweise etwa 1 bis etwa 20 μηι, enthält.

4. Verfahren nach Anspruc.i 1, dadurch gekennzeichnet, daß ais Trennmittel eine Paste verwendet wird, die aus Graphit, Wasserglas, einem Lösungsmittel und Zink oder Zinklegierung in Pulverform besteht und daß die Aluminiumbleche beim Verbinden erhitzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennmittel verwendet wird, bei dem das Mischungsverhältnis zwischen Zink oder Zinklegierung und Graphit sowie evtl. Wasserglas etwa 10 bis 90 Gewichtsprozent zu etwa 90 bis 10 Gewichtsprozent beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumbleche auf eine Temperatur von etwa 300 bis 600° C, vorzugsweise 500 bis 550° C erhitzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Aluminium-, blechen zuerst ein an sich bekanntes pastenförmiges Trennmittel aus Granhit, Wasserglas und Lösungsmittel, darauf ein zweites pastenförmiges Trennmittel aus Zink oder Zinklegierung in Pulverform und Lösungsmittel, und auf diesem eine weitere Lage des ersten Trennmittels angeordnet werden und die Bleche sodann durch Warmwalzen verbunden werden.