DE60024087T2

DE60024087T2 - OBJECT WITH IMPROVED RESISTANCE TO NAST CORROSION

Info

Publication number: DE60024087T2
Application number: DE60024087T
Authority: DE
Inventors: J. Sandra DOWNEY; J. Thomas GAROSSHEN; P. Daniel GAFFANEY
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-05-09
Also published as: ES2249268T3; DE60024087D1; EP1192295B1; WO2000073537A1; EP1192295A1

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein das Schützen von Metallen gegen eine korrosive Umgebung und insbesondere das Schützen von Kupfer gegen Ameisennestkorrosion (formicary corrosion), wenn es in einer korrosiven Umgebung verwendet wird.These The invention generally relates to the protection of metals against a corrosive environment and in particular the protection of copper against ant-nest corrosion (formicary corrosion) when used in a corrosive environment becomes.

Korrosion ist ein Prozess, der zwei gleichzeitige Reaktionen umfasst, die Halbzellen genannte werden. Eine Halbzellenreaktion ist die Oxidation oder Korrosion des Metalls. Dieser Prozess umfasst den Verlust von Elektronen, z.B. 2M → 2M⁺ + 2e^– Corrosion is a process involving two simultaneous reactions called half-cells. A half cell reaction is the oxidation or corrosion of the metal. This process involves the loss of electrons, eg 2M → 2M ⁺ + 2e ^-

Elektronen von dem Oxidationsprozess werden wiederum verwendet durch eine damit verbundene Reduktionshalbzellenreaktion, die häufig die Reduktion von Sauerstoff oder Wasserstoff ist, z.B. O₂ + 4H⁺ + 4e^– → 2H₂O 2H⁺ + 2e^– → H₂ Electrons from the oxidation process are in turn used by an associated reduction half-cell reaction, which is often the reduction of oxygen or hydrogen, eg O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^- → 2H ₂ O 2H ⁺ + 2e ^- → H ₂

Die Oxidationsreaktion (Korrosionsprozess) kann nur mit einer Rate fortschreiten, die durch die Reduktionsreaktion vorgegeben ist, die die Elektronen aus dem Oxidationsprozess verwendet. Dies liegt daran, dass Ladungsneutralität aufrechterhalten werden muss.The Oxidation reaction (corrosion process) can only progress at a rate which is dictated by the reduction reaction that the electrons used from the oxidation process. This is because charge neutrality is maintained got to.

Ein einzigartiger Typ lokalisierter Korrosion, die als Ameisennestkorrosion (formicary corrosion oder auch ant nest corrosion) bezeichnet wird, tritt in Kupfer auf, wenn es organischen Säuren in der Gegenwart von Feuchtigkeit und Luft ausgesetzt wird. Das Ergebnis ist ein schnelles Tunneln durch die Kupferoberfläche in einer zufälligen Weise, was letztendlich zu einem Wanddurchdringen führt. Ein Verhindern dieser Form von Korrosion wurde typischerweise durch Eliminieren mindestens eines der drei nötigen Bestandteile für ihr Auftreten, d.h. Luft, Feuchtigkeit oder organische Säure, bewirkt. Wenn jedoch mindestens einer dieser Bestandteile nicht entfernt werden kann, wie dies der Fall für eine Luft klimatisierungsanwendung im Innenraum, bei der eine Verdampferrohrschlange durch Kondensat aufgrund ihrer Entfeuchterfunktion befeuchtet wird, der Fall wäre, werden alternative Schutzverfahren benötigt.One unique type of localized corrosion known as ant nests corrosion (formicary corrosion or ant-nest corrosion), occurs in copper when there are organic acids in the presence of moisture and air is exposed. The result is fast tunneling through the copper surface in a random Way, which ultimately leads to a wall penetration. One Preventing this form of corrosion was typically by Eliminate at least one of the three components necessary for their occurrence, i.e. Air, moisture or organic acid causes. If, however, at least One of these ingredients can not be removed, like this one Case for an air conditioning application in the interior, in which an evaporator coil is moistened by condensate due to its dehumidifier function, the case would be alternative protection methods are needed.

Es besteht daher ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zum Schützen von Kupfer in Umgebungen, die Ameisennestkorrosion fördern.It There is therefore a need for an improved method for protecting Copper in environments that promote ant-nest corrosion.

JP 08/78585 offenbart ein Verfahren, bei dem die Innenoberfläche eines Kupferrohrs mit Zinn plattiert ist.JP 08/78585 discloses a method in which the inner surface of a Copper tube is plated with tin.

JP 59 229 200 offenbart, Zinn, Nickel, Blei oder Aluminium über Komponenten eines Wärmetauschers zu plattieren. JP 59 229 200 discloses plating tin, nickel, lead or aluminum over components of a heat exchanger.

Die vorliegende Erfindung sieht einen Gegenstand vor, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist.The The present invention provides an article as claimed in 1 is claimed.

Die Hauptaufgabe dieser Erfindung ist, einen Gegenstand bereitzustellen, wie z.B. die Kupferrohre einer Verdampferrohrschlange, mit verbesserten Ameisennestkorrosionswiderstandseigenschaften, wenn er in einer korrosiven Umgebung verwendet wird.The The main object of this invention is to provide an article such as. the copper tubes of an evaporator coil, with improved ant-nest corrosion resistance properties when it is used in a corrosive environment.

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung weist die Schutzschicht eine aus Zinn oder einer Zinnlegierung gebildete Beschichtung auf. Vorzugsweise hat die Beschichtung eine Dicke in dem Bereich von 0,10 bis 1,00 Mil (0,0025 bis 0,025 mm) und ist gleichmäßig auf die Oberfläche aufgebracht. Am stärksten bevorzugt ist die Dicke der Beschichtung 0,50 Mil (0,063 mm).In accordance with a preferred embodiment of this invention, the protective layer comprises a tin or a Tin alloy formed on coating. Preferably, the coating has a thickness in the range of 0.10 to 1.00 mils (0.0025 to 0.025 mils) mm) and is evenly on the surface applied. The strongest preferably, the thickness of the coating is 0.50 mils (0.063 mm).

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Verdampferrohrschlange, die eine Kupferverrohrung enthält, die in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung behandelt ist; 1 Figure 11 is a perspective view of an evaporator coil containing a copper tubing treated in accordance with the principles of the present invention;

2 ist ein Graph, der die Leistungsverbesserungen veranschaulicht, die in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung erreicht werden. 2 Figure 10 is a graph illustrating the performance improvements achieved in accordance with the principles of the present invention.

Wie in Einzelheiten unten erklärt wird, sieht die vorliegende Erfindung Ameisennestkorrosionschutz von in Lamellenrohrschlangen verwendeter Kupferverrohrung vor.As explained in detail below the present invention provides antifungal corrosion protection of copper tubing used in finned coils.

1 veranschaulicht eine Lamellenrohrschlange 1 des Typs, der typischerweise in Luftklimatisierungseinheiten verwendet wird. Die Rohrschlange weist einen oder mehrere Strömungskreise zum Befördern von Kühlmittel durch diese hindurch auf. Zu Erklärungszwecken weist die Rohrschlange 1 ein einzelnes Strömungskreisrohr 2 auf, das eine Einlassleitung 3 und eine Auslassleitung 4 und eine Mehrzahl von Lamellen 5, die sich davon radial erstrecken, aufweist. 1 illustrates a finned tube coil 1 of the type typically used in air conditioning units. The coil has one or more flow passages for conveying coolant therethrough. For explanatory purposes, the pipe coil 1 a single flow circuit tube 2 on, that's an inlet pipe 3 and an outlet conduit 4 and a plurality of fins 5 having radially extending therefrom.

Wie oben angemerkt, werden Verdampferrohrschlangen dieses Typs üblicherweise in korrosiven Umgebungen verwendet. Bei einer typischen Anordnung werden Rohrschlangen dieses Typs unter Verwendung von Kupferverrohrung für die Kreisströmungsrohre hergestellt. Kupfer wird bei einer Rohrkonstruktion aufgrund seiner guten Wärmeleiteigenschaften, genereller Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Einfachheit der Herstellung und Reparatur verwendet.As As noted above, evaporator tubes of this type are commonly used used in corrosive environments. In a typical arrangement Pipe coils of this type are made using copper piping for the Circular flow tubes produced. Copper is used in a pipe construction due to its good thermal conductivity, general resistance used against corrosion and ease of manufacture and repair.

In Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist die exponierte Oberfläche des Kupferrohrs 2 beschichtet oder angereichert mit einem Material, um Ameisennestkorrosion zu vermeiden. Zinn und Zinnlegierungen sind die besten Kandidaten für dieses Material. Somit werden wesentliche Verbesserungen bei der Widerstandsfähigkeit gegen Ameisennestkorrosion durch Beschichten oder Imprägnieren der Kupferverrohrungsoberfläche mit einer Schicht aus Material wie z.B. Zinn oder Zinnlegierung erreicht.In accordance with the principles of the present invention, the exposed surface of the copper tube 2 coated or enriched with a material to prevent ant-nest corrosion. Tin and tin alloys are the best candidates for this material. Thus, substantial improvements in antifriction resistance are achieved by coating or impregnating the copper tubing surface with a layer of material such as tin or tin alloy.

Die durch Verwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung erreichte Verbesserung ist grafisch in 2 veranschaulicht. Ein Testen hat eine mehr als zwanzigfache (20×) Verbesserung bei der Fehlerrate von Kupfer gezeigt, wenn z.B. Kupferverrohrung mit 0,5 Mil (0,063 mm) elektroplattiertem Zinn beschichtet ist. Andere Präventionsverfahren wie z.B. die Verwendung von Ameisennestkorrosionsinhibitoren (nicht einschließend das Entfernen einer der drei Faktoren, die Ameisennestkorrosion verursachen, was eine kaum durchführbare Option ist) zeigen typischerweise nur eine dreifache (3×) Verbesserung. Durch Beschichten der Ameisennestkorrosion-anfälligen Kupferverrohrung mit einem Metall, das gegen solche Korrosion widerstandsfähig ist, wird demgemäß die Korrosions widerstandsfähigkeit der Kupferverrohrung wesentlich verbessert. Obwohl reines Zinn das bevorzugte Material ist, führen Zinnlegierungen, die solche Metalle wie Zink, Magnesium, Kupfer, Gallium, Cadmium und Blei aufweisen, auch zu verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Ameisennestkorrosion von Kupfer. Andere Metalle, die auch die Widerstandsfähigkeit gegen Ameisennestkorrosion erhöhen, können auch verwendet werden.The improvement achieved by using the principles of the present invention is graphically illustrated in FIG 2 illustrated. Testing has shown more than a twenty (20x) improvement in the error rate of copper when, for example, copper tubing is coated with 0.5 mil (0.063 mm) electroplated tin. Other prevention methods, such as the use of ant-nest corrosion inhibitors (not including removing one of the three factors that cause ant-nest corrosion, which is a barely feasible option), typically only show a three-fold (3x) improvement. Accordingly, by coating the anticorrosive-susceptible copper tubing with a metal that is resistant to such corrosion, the corrosion resistance of the copper tubing is significantly improved. Although pure tin is the preferred material, tin alloys containing such metals as zinc, magnesium, copper, gallium, cadmium, and lead also result in improved resistance to ant-corrosion of copper. Other metals which also increase antifungal corrosion resistance may also be used.

Die Beschichtung oder Oberflächenanreichung von Kupferrohren 2, in der veranschaulichten Ausführungsform mit Zinn oder anderen diskutierten Materialien, wird vor dem Zusammenbau des Wärmetauschers 10 durchgeführt. Es gibt mehrere Verfahren zum Aufbringen des schützenden Beschichtungssystems auf Kupferverrohrung. Potenzielle Verfahren umfassen: (1) heißes Eintauchen, (2) Elektroplattieren, (3) Dampfabscheidung und (4) Ionenimplantation.The coating or surface upgrade of copper pipes 2 In the illustrated embodiment, with tin or other materials discussed, prior to assembly of the heat exchanger 10 carried out. There are several methods of applying the protective coating system to copper tubing. Potential methods include: (1) hot dipping, (2) electroplating, (3) vapor deposition, and (4) ion implantation.

Diese Erfindung umfasst alle Beschichtungen, die funktionieren, um Ameisennestkorrosion von Kupfer zu vermeiden. Der vorgeschlagene Ansatz ist sehr kosteneffektiv und hält die Wärmeleitung der Kupferverrohrung bei Wärmetauscheranwendungen aufrecht. Hohe Wärmeleitung wird durch Verwendung einer Beschichtung mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit oder durch Aufbringen sehr dünner Beschichtungen erreicht.These Invention includes all coatings that work to prevent anticorruption to avoid copper. The proposed approach is very cost effective and stops the heat conduction the copper piping in heat exchanger applications upright. High heat conduction is achieved by using a coating with a relatively high thermal conductivity or by applying very thin coatings reached.

Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Erzeugung einer gleichmäßigen Beschichtung von Ameisennestreaktion-widerstandsfähigem Material über die gesamte Außenoberfläche der Strömungskreisrohre 2. Unabhängig von dem verwendeten Prozess müssen die Variablen der Rohroberflächenvorbereitung, Rohrvorheiztemperatur, Beschichtungszusammensetzung und Beschichtungsdicke sorgfältig kontrolliert werden, um die richtigen Ergebnisse der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Die Vorbereitung der exponierten Oberflächen des Rohrs ist dazu ausgelegt, die Oberflächenoxidschicht von dem Kupfer zu entfernen, um zu gewährleisten, dass das Beschichtungsmaterial gut an dem Rohr haftet. Eine Anzahl von Oberflächenvorbereitungsprozessen ist in der Industrie bekannt und umfasst die Verwendung von Säurereduzierungsgasen, Flussmitteln und mechanischer Abrasion, wie z.B. Kugelstrahlen. Es ist bevorzugt, dass die Beschichtung eine hohe Duktilität hat, um den nachfolgenden Zusammenbau des Wärmetauschers ohne Beschädigen der Beschichtung zu ermöglichen. Die Duktilität der Beschichtung wird teilweise durch die Beschichtungszusammensetzung und die Dicke der Beschichtung bestimmt. Die Beschichtung muss dick genug sein, um das Eindringen des Elektrolyts zu vermeiden, und dünn genug, um gute Formbarkeit und Kostenvorteile zu haben. Der optimale Dickenbereich ist 0,10 Mil bis 1,0 Mil (0,0025 bis 0,025 mm).An important aspect of the present invention is the generation of a uniform coating of ant nes reaction-resistant material over the entire outer surface of the flow circuit tubes 2 , Regardless of the process used, the variables of tube surface preparation, tube preheating temperature, coating composition and coating thickness must be carefully controlled to achieve the correct results of the present invention. The preparation of the exposed surfaces of the tube is designed to remove the surface oxide layer from the copper to ensure that the coating material adheres well to the tube. A number of surface preparation processes are known in the industry and include the use of acid reduction gases, fluxes, and mechanical abrasion, such as shot peening. It is preferred that the coating has a high ductility to allow subsequent assembly of the heat exchanger without damaging the coating. The ductility of the coating is determined in part by the coating composition and the thickness of the coating. The coating must be thick enough to prevent the penetration of the electrolyte and thin enough to have good formability and cost advantages. The optimum thickness range is 0.10 mils to 1.0 mils (0.0025 to 0.025 mm).

Der Hauptvorteil dieser Erfindung ist, dass ein Gegenstand, wie z.B. eine Lamellenwärmetauscherrohrschlange bereitgestellt wird mit verbesserten Widerstandseigenschaften gegen Ameisennestkorrosion, wenn er in einer korrosiven Umgebung verwendet wird. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass ein Kupferrohrverdampfer mit einer Beschichtung zum Hemmen von Korrosionsaktivitäten aufgrund von Ameisennestkorrosion bereitgestellt wird. Noch ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass eine Lamellenrohrschlange bereitgestellt wird, die aus einer Kupferverrohrung mit einer Zinn- oder Zinnlegierungsbeschichtung zum Hemmen von Ameisennestkorrosion ausgebildet ist.Of the The main advantage of this invention is that an article, such as e.g. a fin heat exchanger coil is provided with improved resistance properties against Ant Nest Corrosion when used in a corrosive environment becomes. Another advantage of this invention is that a copper tube evaporator with a coating to inhibit corrosion activities provided by ant nests corrosion. Yet another one Advantage of this invention is that a finned tube coil provided made of copper tubing with a tin or tin alloy coating designed to inhibit ant-nest corrosion.

Claims

An article which is resistant to ant-nest corrosion, comprising a flow circuit tube formed of copper ( 2 ), wherein the tube has a coolant inlet ( 3 ) and a coolant outlet ( 4 ), and further comprising a plurality of fins ( 5 ) connected to the pipe ( 2 ) and protrude radially away from it, wherein the outer surface of the tube ( 2 ) has a layer provided on its surface for avoiding ant-seam corrosion of the pipe, characterized in that the layer under the lamellae ( 5 ), between the slats ( 5 ) and the pipe ( 2 ).

The article of claim 1, wherein the layer comprises a Coating on the surface , wherein the coating is made of a metal, the one greater resistance for antifungal corrosion than copper.

An article according to claim 1 or 2, wherein the coating evenly the surface applied is.

The article of claim 3, wherein the coating a thickness in the range of 0.10 to 1.00 mils (0.0025 to 0.025 mm) Has.

The article of claim 1, wherein the layer comprises a Coating is that has either tin or a tin alloy.

An article according to claim 5, wherein the coating a thickness in the range of 0.10 to 1.00 mils (0.0025 to 0.025 mm) having.

The article of claim 1, wherein the layer comprises a Tin coating with a uniform thickness of about 0.5 mil (0.0063 mm).

A method of protecting an article comprising a flow tube formed of copper ( 2 antifouling, wherein the tube has a coolant inlet ( 3 ) and a coolant outlet ( 4 ) and a plurality of fins ( 5 ) connected to the pipe ( 2 ) and extending radially therefrom, comprising the steps of: providing the outer surface of the tube prior to attaching the fins thereto with a layer resistant to ant-nest corrosion.

The method of claim 8, wherein the layer comprises a Coating on the surface , wherein the coating is made of a metal, the one greater resistance for antifungal corrosion than copper.

A method according to claim 8 or 9, wherein the coating evenly the surface is applied.

The method of claim 10, wherein the coating a thickness in the range of 0.10 to 1.00 mils (0.0025 to 0.025 mm) Has.

The method of claim 8, wherein the layer comprises a Coating is that has either tin or a tin alloy.

The method of claim 12, wherein the coating a thickness in the range of 0.10 to 1.00 mils (0.0025 to 0.025 mm) Has.

The method of claim 8, wherein the layer comprises a Tin coating with a uniform thickness of about 0.5 mil (0.0063 mm).