DE3200245A1

DE3200245A1 - Verfahren zur oberflaechenbehandlung von aluminiumkoerpern

Info

Publication number: DE3200245A1
Application number: DE19823200245
Authority: DE
Inventors: Eizo Isoyama; Masayuki Sakai Osaka Kaji; Hiroichi Takenaka; Toshimitsu Uchiyama
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1982-01-07
Filing date: 1982-01-07
Publication date: 1983-07-14
Also published as: DE3200245C2

Description

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von
Al uminiumkörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminiumkörpern, insbesondere von Aluminiumteilen in Verdampfern von Klimaanlagen, zur Erzielung hydrophiler Eigenschaften. Dabei sind unter Aluminiumk5rpern alle Arten von Aluminiumteilen und aus Aluminium bestehenden Produkten zu verstehen, die aus reinem Aluminium, handelsüblichem Aluminium mit einem kleinen Anteil von Verunreinigungen sowie aus Aluminiumlegierungen bestehen, in denen das Aluminium vorherrscht.
Aus Aluminium bestehende Verdampfer von Klimaanlagen für Kraftwagen und Bauwerke weisen im allgemeinen Kühlrohre mit Kühlrippen auf. Wenn der Verdampfer arbeitet, so haben die Kühlrohre und Kühlrippen meist eine Oberflächentemperatur unterhalb des Taupunkts, so daß sich Wassertröpfchen oder -tropfen auf der Oberflächen der vorgenannten Teile absetzen.
Hierdurch entsteht für die Luft, die durch den Ver- dampfer geleitet wird, ein erhöhter Widerstand. Dies verringert den Luftdurchsatz durch den Verdampfer mit dem Ergebnis, daß die Effektivität des Wärmeaustauschs darunter leidet. Wird versucht, einen bestimmten, gewünschten Luftdurchsatz zu erreichen, so muß der Verdampfer entsprechend überdimensioniert werden.
Um die Wärmetauscher effizienter und kleiner zu gestalten, ist man in den letzten Jahren dazu übergegangen, die Kühlrippen in geringeren Abständen zueinander anzuordnen. Diese Anordnung bewirkte einen noch größeren Widerstand für den Luftstrom-aufgrund des Absetzens von Wassertröpfchen. Dabei beruht die jeweilige Vergrößerung des Widerstandes auf der Tatsache, daß die bisher bekannten Aluminiumkörper unbehandelt sind und deshalb nur sehr geringe hydrophile Eigenschaften haben, so daß die sich auf den Kühlrohren und Kühlrippen absetzenden Tröpfchen ihre Form behalten.
In einigen Fällen sind derartige Aluminiumkörper einer chemischen Oberflächenbehandlung unterworfen worden, um ihnen eine bessere Korrosionsbeständigkeit zu geben. Diese Alumi-niumprodukte haben im Vergleich zu unbehandelten Produkten aufgrund des sich bildenden chemischen Belags eine verbesserte Affinität zu Wasser, so daß sich die dort absetzenden Wassertropfen derart ausbreiten, daß sich ein Film auf der Oberfläche des Körpers bildet. Hierdurch konnte zwar der Widerstand für den Luftstrom verringert werden.
Nichtsdestoweniger blieb das Problem bestehen, daß die Wärmeaustausch-wirkung aufgrund der sich absetzenden Wassertropfen reduziert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminiumkörpern zu finden, mit dem sich dessen hydrophile Eigenschaften derart verbessern lassen, daß insbesondere die Wärmeaustauschwirkung beim Einsatz der Aluminiumkörper in Klimaanlagen verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das durch eine erste Behandlung der Oberfläche(n) des Aluminiumkörpers zur Bildung eines chemischen Belags und durch eine anschließende Behandlung mit einer Lösung einer Verbindung aus oder mit Kieselsäure(n) und/oder Silikat(en) und/oder kolloidaler Kieselerde(n) gekennzeichnet ist.
Wird ein auf diese Weise behandeltes Kühl rohr mit Kühlrippen in einem Verdampfer eingebaut, so fallen die sich darauf absetzenden Wassertröpfchen sofort zusammen und breiten sich über die Oberfläche in Form eines Films aus, wobei das Wasser dann herunterfließt und praktisch vollständig entfernt wird. Der aufgrund der Oberflächenspannung auf dem Rohr und den Rippen noch verbleibende Teil des Wassers bildet dann nur noch einen sehr dünnen Film und behindert deshalb nicht mehr den Luftstrom. Die sich bei den bekannten Wärmeaustauschern ergebenden Probleme mit der Vergrößerung des Widerstandes des Luftstroms infolge des Absetzens von Wassertröpfchen werden auf diese Weise vermieden, so daß der Verdampfer eine wesentlich verbesserte Wärmeaustauschwirkung erhält. Zusätzlich wird die Korrosionsfestigkeit des Aluminiumkörpers verbessert.
Zur Bildung des chemischen Belags auf dem Aluminiumkörper, wird eine Lösung der Chromsäure(n) des Chromats bzw. von Chromaten, des Dichromats bzw. von Di- chromate, der Chromsäure-Phosphorsäure, der Phosphoräure(n), des Phosphats bzw. von Phosphaten, des Titanats bzw. von Titanaten und/oder der Titansäure-Gerbsäure vorgeschlagen. Statt dieser Säurelösungen kann auch eine Zirkonfluoridlösung zur Anwendung kommen. In beiden Fällen sollte die Einwirkungszeit der Lösung zwischen 5 Sekunden und 20 Minuten liegen.
Für die Bildung des chemischen Belags auf dem Aluminiumkörper kommt desweiteren die Behandlung mit Dampf oder mit entionisiertem Wasser in Frage. In letzterem Fall sollte die Temperatur zwischen 4Q°C und der Siedetemperatur liegen. Die Behandlung kann dabei durch Eintauchen oder Aufsprühen erfolgen.
Für das entionisierte Wasser kann beispielsweise destilliertes Wasser verwendet werden. Vorzugsweise sollte das entionisierte Wasser ein Amin, beispielsweise Triäthanolamin, enthalten, um den Niederschlag vom Metalloxiden im Behandlungsbad zu vermeiden. Es ist ferner wünschenswert, daß das entionisierte Wasser einen zwischen 6 bis 13 liegenden pH-Wert hat. Ist der pH-Wert nämlich außerhalb dieses Bereichs, so besteht die Gefahr, daß anstatt der Bildung eines chemischen Belags Aluminium in Lösung geht. Die Einwirkungszeit sollte bei Verwendung von entionisiertem Wasser oder von Wasserdampf zwischen 1 Minute und 6o Minuten liegen.
Der durch den ersten Verfahrensschritt gebildete chemische Belag sorgt für eine gute Unterlage für die hydrophile Schicht, die durch den folgenden Verfahrensschritt gebildet wird. Außerdem hat er schon eine gewisse hydrophile Wirkung und ist sehr widerstandsfähig gegen Korrosion. Dabei ist der Korrosionwiderstand bei Behandlung mit einer Säurelösung größer als mit entionisiertem Wasser. Entsprechend sind Aluminiumprodukte, die mit einer Säurelösung behandelt worden sind, besonders für Verdampfer in Klimaanlagen für Automobile geeignet, die meist in sehr korrosiver Umgebung arbeiten.
Eine weitere Verbesserung der hydrophilen Eigenschaften kann dadurch erreicht werden, daß der Aluminiumkörper vor den beiden Behandlungsstufen aufgerauht wird, beispielsweise chemisch durch Ätzen oder mechanisch durch Sandstrahlen.
Die zweite Behandlungsstufe nach Auftragen des chemischen Belags kann durch Eintauchen, Aufsprühen oder Beschichten erfolgen. Sofern dies mit Silikaten geschieht, können beispielsweise Natriumsilikat, Kaliwasserglas oder Wasserglas verwendet werden. Die Kieselsäurelösung oder ein als davon sollte eine Konzentration von o,ool bis 20 Gew.%, vorzugsweise von o,o5 bis 7 Gew.% haben. Wenn die Konzentration unter o,ool Gew.% liegt, so entstehen Schwierigkeiten, eine befriedigende hydrophile Schicht über dem chemischen Belag zu erhalten, so daß die hydrophilen Eigenschaften darunter leiden.
Wenn die Konzentration über 20 Gew.% liegt, so entsteht in der Lösung Niederschlag.
Sofern für den zweiten Verfahrensschritt kolloidale Kieselerde zur Anwendung kommt, sollte sie eine Konzentration von o,ol bis 40 Gew.%, berechnet als SiO2, haben und zwar aus denselben Gründen wie oben beschrieben. Vorzugsweise sollte die Konzentration zwischen o,oo5 bis 7 Gew.% liegen.
Es ist ferner wünschenswert, daß die Kieselsäurelö- sung oder die Silikatlösung einen pH-Wert von 6 bis 13 haben. Wenn der pH-Wert außerhalb dieses Bereiches liegt, so wird das Aluminium und der chemische Belag mit einer höheren Rate gelöst als daß eine hydrophile Schicht entsteht. Aus denselben Gründen sollte der pH-Wert der kolloidalen Kieselerde zwischen 2 bis 13 liegen.
Als Behandlungszeit für den zweiten Verfahrensschritt wird eine zwischen lo Sekunden und lo Minuten liegende Dauer vorgeschlagen, wobei diese Zeit jedoch von der Konzentration der Lösung abhängig ist. Sofern die Behandlungszeit weniger als lo Sekunden beträgt, ist die hydrophile Schicht ungenügend, während oberhalb einer Behandlungszeit von lo Minuten keine Verbesserung hinsichtlich der hydrophilen Eigenschaften erzielt wird.
Die hydrophile Schicht entsteht durch Adsorption auf dem chemischen Belag, der mit dem ersten Verfahrensschritt gebildet worden ist. Entsprechend ist der chemische Belag nicht vollständig mit der hydrophilen Schicht bedeckt, bleibt also an lokalen Stellen frei. In diesem Fall kompensiert der chemische Belag aufgrund seiner schon im gewissen Grad gegebenen hydrophilen Eigenschaft die lokale Abwesenheit der hydrophilen Schicht.
Die Zeichnung besteht aus einer Graphik, die den Zusammenhang zwischen den verstrichenen Tagen und dem Kontaktwinkel für das Wasser, das für den oberflächenbehandelten Aluminiumkörper bestimmt ist, zeigt.
Beispiele 1 bis 12 Als Aluminiumkörper wurden für die nachfolgend aufgelisteten Beispiele eine Aluminiumplatte entspre- chend JIS A-llooH24 mit einer Dicke von 1 mm, einer Länge von loo mm und einer Breite von 50 mm verwendet. die Platten wurden entsprechend den beiden nachfolgend aufgelisteten Verfahrensstufen behandelt.
Erste Stufe Zweite Stufe Beispiel Behandlungsflüs- Temp. pH Zeit Behandlungsflüs- Temp. pH Zeit Nr. sigkeit (Konzen- (°C) (min) sigkeit (Konzen- (°C) (min) trat. Gew.%) trat. Gew.%) 1 Chromsäure (2) 30 - 3 Wasserglass (1) 95 10 1 2 Chromsäure-Phosphorsäure (3) 40 - 1 Kolloidale Kie- 70 10 3 selerde (5, berechnet als SiO2) 3 Gerbsäure-Titan- 50 - 3 Wasserglas (0,5) 95 10 1 säure (5)* 4 Zirkonfluorid (2,5) 50 - 5 Natriummetasili- 95 10 1 kat (0,05) 5 Zirkonfluorid (2,5) 50 - 5 Kolloidale Kie- 70 10 3 selerde (3, berechnet als SiO2) 6 entionisiertes 95 7 20 Natriummetasili- 95 10 5 Wasser kat (0,05) 7 Lösung von Tri- 95 10 15 Kolloidale Kie- 95 10 1 äthanolaminen in selerde (3, beentionisiertem rechnet als SiO2) Wasser 8 Lösung von Tri- 70 10 15 Kolloidale Kie- 70 10 1 äthanolaminen in selerde (5, beentionisiertem rechnet als SiO2) Wasser 9 Destilliertes 95 7 15 Kolloidale Kie- 95 10 1 Wasser selerde (7, berechnet als SiO2) *Warenzeichen: "BONDERITE 3750", Produkt der Nippon Parkerising Co. Ltd.
Vergleichsbeispiel 1 Bei diesem Vergleichsbeispiel wurde dasselbe Verfahren wie bei dem Beispiel 1 wiederholt mit der Ausnahme, daß die erste Stufe nicht durchgeführt wurde.
Vergleichsbeispiel 2 Der oben erwähnte Aluminiumkörper wurde entfettet unter Verwendung einer 5 Gew.%-NaOH-Lösung bei einer Temperatur von 5o0C mit einer Einwirkungszeit von 3 Minuten.
Vergleichsbeispiel 3 Der obengenannte Aluminiumkörper wurde eloxiert und dann einer Oberflächenbehandlung in üblicher Weise unterzogen.
Die Zeichnung zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl der verstrichenen Tage und dem Kontaktwinkel des für den Aluminiumkörper bestimmten Wassers, wie er mit den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen erzielt wird. Die Zeichnung offenbart, daß der Aluminiumkörper,behandelt nach den Beispielen, einen wesentlich geringeren Kontaktwinkel, d.h.
wesentlich bessere hydrophile Eigenschaften, hat, als diejenigen, die entsprechend den Vergleichsbeispielen behandelt worden sind. Dabei bleiben diese Eigenschaften für sehr lange Zeit erhalten.
Die Oberflächenbehandlung entsprechend der vorliegenden Erfindung kann bei fertiggestellten Verdampfern oder bei Rohren und Platten für die Herstellung von Verdampfung vorgenommen werden. Selbstverständlich kann das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung auch für andere Aluminiumkörper zur Anwendung kommen.

Claims

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Alurniniumkörpern Ansprüche: 1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminiumkörpern, insbesondere von Aluminiumteilen in Verdampfern von Klimananlagen, zur Erzielung hydrophiler Eigenschaften, gekennzeichnet durch eine erste Behandlung der Oberfläche(n) des Aluminiumkörpers zur Bildung eines chemischen Belags und durch eine anschließende Behandlung mit einer Lösung einer Verbindung aus oder mit Kieselsäure(n) und/oder Silikat(en) und/oder kolloidaler Kieselerde(n).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Aluminiumkörper zur Bildung des chemischen Belags mit einer Lösung der Chromsäure(n), des Chromats bzw. von Chromaten, des Dichromats bzw. von Dichromaten, der Chromsäure-Phosphorsäure, der Phosphorsäure(n), des Phosphats bzw. von Phosphaten, des Titanats bzw. von Titanaten und/oder der Titansäure-Gerbsäure behandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumkörper zur Bildung des chemischen Belags mit einer Zirkonfluoridlösung behandelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkungszeit der Lösung zur Bildung des chemischen Belags zwischen 5 Sekunden und 20 Minuten liegt.
5. Verfahreh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumkörper zur Bildung des chemischen Belags mit Dampf behandelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumkörpers zur Bildung des chemischen Belags mit entionisiertem Wasser behandelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das entionisierte Wasser mit einer Temperatur zwischen 40°C und Siedetemperatur zur Anwendung kommt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das entionisierte Wasser einen pH-Wert von 6 bis 13 aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das entionisierte Wasser ein Amin enthält.
lo. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, da- durch gekennzeichnet, daß die Einwirkungszeit des Dampfs bzw. des entionisierten Wassers zwischen 1 und 60 Minuten liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnde(n) Oberfläche(n) des Aluminiumkörpers vor der ersten Behandlung aufgerauht wird bzw. werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einer Verbindung aus oder mit Kieselsäure(n) und/ oder Silikat(en) eine Konzentration von o,ool bis 20 Gew.% hat.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einer Verbindung aus oder mit Kieselsäure(n) und/oder Silikat(en) eine Konzentration von o,o5 bis 7 Gew.% und einen pH-Wert von 6 bis 13 hat.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einer Verbindung aus oder mit kolloidaler Kieselerde eine Konzentration von o,ool bis 40 Gew.%, berechnet als Sitz, hat.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einer Verbindung aus oder mit kolloidaler Kieselerde eine Konzentration von o,o5 bis 7 Gew.%, berechnet als SiO2, und einen pH-Wert von 2 bis 13 hat.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkungszeit der Lösung einer Verbindung aus oder mit Kieselsäure(n) und/oder Silikat(en) und/oder kolloidaler Kieselerde(n) zwischen lo Sekunden und lo Minuten liegt.