ES2238731T3

ES2238731T3 - ADVANCED PROTECTION AGAINST GALVANIC CORROSION.

Info

Publication number: ES2238731T3
Application number: ES97945553T
Authority: ES
Inventors: Thomas J. Garosshen
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: KR20000052682A; EP0950127A1; KR100334213B1; EG22317A; DE69733317D1; WO1998017841A1; CN1234079A; BR9712540A; ZA978931B; EP0950127B1; DE69733317T2; ID18594A; CN101063206A; SA97180556B1; JP2001502757A

Abstract

ESTA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA REDUCIR LA CORROSION GALVANICA DE METALES NO SIMILARES EN CONTACTO UNO CON OTRO, DONDE LA SUPERFICIE EXPUESTA DEL METAL MAS NOBLE SE REVISTE CON UN METAL MAS COMPATIBLE, GALVANICAMENTE, CON EL METAL MENOS NOBLE.THIS INVENTION REFERS TO A PROCEDURE TO REDUCE GALVANIC CORROSION OF NON-SIMILAR METALS IN CONTACT WITH ANOTHER, WHERE THE EXPOSED SURFACE OF THE MOST NOBLE METAL IS REVISED WITH A MOST COMPATIBLE METAL, GALVANICALLY, WITH THE LESS NOBLE METAL.

Description

Protección avanzada frente a la corrosión galvánica.Advanced corrosion protection galvanic

Generalmente, este invento se refiere a proteger metales frente a un entorno corrosivo, y más específicamente a proteger intercambiadores de calor de cobre-aluminio para su utilización en acondicionadores de aire.Generally, this invention relates to protecting metals against a corrosive environment, and more specifically to protect copper-aluminum heat exchangers for use in air conditioners.

La corrosión galvánica ocurre cuando dos metales diferentes entran en contacto el uno con el otro en presencia de un electrólito, formándose de esta manera un par galvánico. El metal más noble (más arriba en la serie galvánica) proporciona el área superficial para la reacción de reducción y el metal menos noble (más abajo en la serie galvánica) corroe en un proceso de oxidación. La oxidación ocurre en mayor medida en la superficie de contacto de los metales pero también puede ocurrir a cierta distancia de la superficie de contacto actual. En las regiones costeras, el electrólito más común es el agua salina del aire. La fina neblina de agua salina puede ser transportada por el viento hacia el interior a una distancia de hasta cincuenta millas de la costa. El dióxido de azufre de la contaminación industrial también crea un electrólito cuando se combina con la humedad en el aire.Galvanic corrosion occurs when two metals different come into contact with each other in the presence of a electrolyte, thus forming a galvanic pair. The metal noblest (higher in the galvanic series) provides the area surface for reduction reaction and less noble metal (further down in the galvanic series) corrodes in an oxidation process. Oxidation occurs to a greater extent on the contact surface of metals but can also occur at a distance from the current contact surface. In the coastal regions, the The most common electrolyte is saline air. The fine mist of saline water can be carried by the wind inwards to a distance of up to fifty miles from the coast. The dioxide of sulfur from industrial pollution also creates an electrolyte when combined with moisture in the air.

Un método común para evitar la corrosión galvánica ha consistido en revestir las superficies expuestas de los metales con distintos tipos de pintura. Debido a una serie de razones, los revestimientos protectores solo han tenido un éxito limitado. El problema principal con los revestimientos es que su eficacia para evitar la corrosión se degrada por la exposición al entorno, tal como luz ultravioleta o lluvia ácida. Otro problema común es que los materiales de revestimiento frecuentemente no se adhieren bien a los sustratos metálicos y finalmente sufren exfoliación o erosión dejando expuestos a los sustratos metálicos. Además, tales revestimientos protectores son algo porosos y permiten que el electrólito penetre hasta la superficie del sustrato y entre en contacto con el par galvánico. Además, la aplicación de revestimientos protectores a las superficies de determinados productos puede afectar de manera negativa sobre su comportamiento.A common method to prevent corrosion galvanic has consisted in coating the exposed surfaces of metals with different types of paint. Due to a series of reasons, protective coatings have only been successful limited. The main problem with coatings is that their efficacy to prevent corrosion is degraded by exposure to environment, such as ultraviolet light or acid rain. Another problem common is that the lining materials frequently do not adhere well to metal substrates and finally suffer exfoliation or erosion leaving exposed to metal substrates. In addition, such protective coatings are somewhat porous and allow that the electrolyte penetrates to the surface of the substrate and enters in contact with the galvanic couple. In addition, the application of protective coatings to certain surfaces products can negatively affect your behavior.

Se han llevado a cabo intentos, con diferentes grados de éxito, para revestir intercambiadores de calor convencionales de cobre-aluminio con diferentes materiales, con el fin de alargar la vida útil de la unidad. Frecuentemente, estos materiales de revestimientos reducen la capacidad de transferencia de calor de la unidad, muestran unas pobres propiedades de adhesión y fallan a la hora de penetrar en todas las partes que pueden estar expuestas al entrono hostil.Attempts have been made, with different degrees of success, to coat heat exchangers conventional copper-aluminum with different materials, in order to extend the life of the unit. Frequently, these coating materials reduce the unit heat transfer capacity, show some poor adhesion properties and fail to penetrate all parts that may be exposed to the hostile environment.

La publicación de patente japonesa JP 53 132 449 A describe un intercambiador de calor fabricado a partir de un tubo de hierro y aletas de aluminio en el que el montaje completo se encuentra revestido con un recubrimiento de soldadura de aluminio. La publicación de patente británica GB 2 284 882 A describe una aleta y un intercambiador de calor de tubo fabricado a partir de un tubo, preferiblemente de acero, que está revestido con un revestimiento metálico, en particular un revestimiento metálico blando y maleable, con el fin de proporcionar una barrera frente a la corrosión sobre el tubo para evitar la corrosión del propio tubo y para mejorar la unión entre el tubo y las aletas. La publicación de patente francesa FR 2 179 317 A describe un intercambiador de calor fabricado a partir de tubos de cobre y aletas de aluminio, en el que el tubo está revestido con una soldadura aplicada mediante revestimiento en baño caliente hasta un espesor de 20 a 50 micrómetros. La publicación de patente japonesa JP 63 034 495 A describe un intercambiador de calor que tiene aletas de aluminio y un tubo de una aleación de aluminio que se reviste a la llama con una soldadura de aleación de aluminio que puede contener cinc.Japanese patent publication JP 53 132 449 A describes a heat exchanger manufactured from a tube of iron and aluminum fins in which the complete assembly is It is coated with an aluminum welding coating. British Patent Publication GB 2 284 882 A describes a fin and a tube heat exchanger manufactured from a tube, preferably of steel, which is coated with a metallic coating, in particular a metallic coating soft and malleable, in order to provide a barrier against corrosion on the tube to prevent corrosion of the tube itself and to improve the joint between the tube and the fins. The publication French patent FR 2 179 317 A describes an exchanger of heat manufactured from copper tubes and aluminum fins, in which the tube is coated with a weld applied by hot bath coating up to a thickness of 20 to 50 micrometers Japanese patent publication JP 63 034 495 A describes a heat exchanger that has aluminum fins and an aluminum alloy tube that is flame coated with an aluminum alloy weld that can contain zinc.

De acuerdo con el invento, se proporciona un método como se define en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes, se definen características opcionales.According to the invention, a method as defined in claim 1. In the dependent claims, features are defined optional

En general, el presente invento se refiere a un método de protección avanzado frente a la corrosión galvánica. En un producto formado por dos metales, siendo uno más noble que el otro, se trata la superficie externa del metal más noble con un metal que es más compatible en términos galvánicos con el metal menos noble que la compatibilidad que, en términos galvánicos, muestra el metal más noble con el metal menos noble antes del montaje, para formar una capa protectora sobre la superficie del metal más noble y entre el metal menos noble y el metal más noble, en la que se reduce la corrosión del metal menos noble. Mediante la selección óptima del tratamiento aplicado al metal más noble, el invento reduce en gran medida el proceso de oxidación reducción que provoca la corrosión del metal menos noble, por ejemplo una aleta de aluminio montada sobre un tubo de cobre de un intercambiador de calor, en presencia de un electrólito.In general, the present invention relates to a Advanced protection method against galvanic corrosion. In a product formed by two metals, being one more noble than the other, the outer surface of the most noble metal is treated with a metal that It is more compatible in galvanic terms with less noble metal that the compatibility that, in galvanic terms, shows the metal more noble with less noble metal before assembly, to form a protective layer on the surface of the noblest metal and between the less noble metal and the nobler metal, in which the less noble metal corrosion. By optimal selection of treatment applied to the most noble metal, the invention greatly reduces measure the oxidation reduction process that causes corrosion of the less noble metal, for example an aluminum fin mounted on a copper tube of a heat exchanger, in the presence of an electrolyte.

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor que incorpora tubos del intercambio de calor tratados de acuerdo con el presente invento.Fig. 1 is a perspective view of a heat exchanger incorporating heat exchange tubes treated in accordance with the present invention.

Como se describirá más detalladamente a continuación, el presente invento se describe para proporcionar protección frente a la corrosión galvánica de un intercambiador de calor de cobre-aluminio. No obstante, resultará evidente para el experto en la técnica que el presente invento no se limita a este ejemplo específico y podría utilizarse junto con un número de disposiciones en las que metales diferentes se encuentran en contacto el uno con el otro en presencia de un electrólito.As will be described in more detail at Next, the present invention is described to provide protection against galvanic corrosion of a heat exchanger copper-aluminum heat. However, it will result It is apparent to the person skilled in the art that the present invention is not limited to this specific example and could be used together with a number of provisions in which different metals are found in contact with each other in the presence of an electrolyte.

La Fig. 1 muestra un intercambiador de calor de aleta/tubo 10 del tipo de los empleados normalmente en las unidades de acondicionamiento de aire. El intercambiador de calor incluye uno o más circuitos de flujo para transportar el refrigerante a través de la unidad del intercambiador de calor. Con fines explicativos, el intercambiador de calor 10 contiene un tubo de circuito de flujo sencillo 2 que consiste en una línea de entrada 3 y una línea de salida 4, que se encuentran conectadas en un extremo del intercambiador de calor 10 por medio de un tubo 5 acodado 90º. No obstante, debería resultar evidente que pueden añadirse más circuitos a la unidad dependiendo de las demandas del sistema. Además, la unidad incluye una serie de aletas 6 que comprenden placas dispuestas en sentido radial como elementos espaciados a lo largo de la longitud del circuito de flujo. Las aletas 6 se encuentran soportadas en el montaje entre el par de placas terminales 7 y 8, para definir un conducto de flujo de gas a través del cual el gas pasa sobre la extensión del tubo 2 y entre las aletas espaciadas 6.Fig. 1 shows a heat exchanger of fin / tube 10 of the type normally used in the units of air conditioning. The heat exchanger includes one or more flow circuits to transport the refrigerant through of the heat exchanger unit. For explanatory purposes, the heat exchanger 10 contains a flow circuit tube simple 2 consisting of an input line 3 and a line of output 4, which are connected at one end of the heat exchanger 10 by means of a tube 5 angled 90 °. Do not However, it should be clear that more can be added circuits to the unit depending on the demands of the system. In addition, the unit includes a series of fins 6 comprising plates arranged radially as spaced elements length of the flow circuit The fins 6 are they are supported in the mounting between the pair of plates terminals 7 and 8, to define a gas flow conduit through from which the gas passes over the extension of the tube 2 and between spaced fins 6.

Como se ha establecido anteriormente, los intercambiadores de calor de este tipo se encuentran comúnmente expuestos a entornos corrosivos durante su utilización. En la disposición típica, los intercambiadores de calor de este tipo se fabrican empleando tubos de cobre para los tubos de flujo del circuito y aluminio para las aletas. Las aletas se disponen en contacto con los tubos y retiran calor de los tubos mediante transferencia de calor conductiva y a continuación disipan el calor mediante transferencia de calor convectiva al gas (normalmente aire) que fluye por los tubos. Se utiliza cobre en la construcción del tubo debido a sus buenas propiedades de transferencia de calor, resistencia general a la corrosión, y facilidad de reparación. Las aletas se fabrican de aluminio debido a sus buenas propiedades de transferencia de calor, facilidad de fabricación y bajo coste. Los intercambiadores de calor fabricados completamente de cobre, así como los fabricados completamente de aluminio, se utilizan en determinadas aplicaciones para evitar los problemas de la corrosión galvánica pero a costa de las capacidades descritas anteriormente.As stated above, the heat exchangers of this type are commonly found exposed to corrosive environments during use. In the typical arrangement, heat exchangers of this type are manufactured using copper tubes for the flow tubes of the circuit and aluminum for the fins. The fins are arranged in contact with the tubes and remove heat from the tubes by conductive heat transfer and then dissipate heat by convective heat transfer to the gas (usually air) Flowing through the tubes. Copper is used in the construction of tube due to its good heat transfer properties, general corrosion resistance, and ease of repair. The fins are made of aluminum due to its good properties of heat transfer, ease of manufacturing and low cost. The heat exchangers made entirely of copper as well Like those made entirely of aluminum, they are used in certain applications to avoid corrosion problems galvanic but at the expense of the described capabilities previously.

El aluminio se encuentra considerablemente más abajo que el cobre en la serie galvánica, es decir es menos noble. Es por este motivo que el aluminio se oxida o se corroe cuando se encuentra en contacto con el cobre en presencia de un electrólito. En la disposición que se muestra en la Fig. 1, la superficie de contacto del tubo y la aleta se encuentran donde se produce el par galvánico y donde tiene lugar la corrosión de las aletas de aluminio. Una vez que la aleta ha experimentado la corrosión en la intersección, la aleta deja de estar en contacto con el tubo y, de esta forma, la eficacia del intercambiador de calor se reduce en gran medida debido a que la aleta pierde su capacidad para conducir el calor al exterior del tubo.Aluminum is considerably more below that copper in the galvanic series, that is, it is less noble. It is for this reason that aluminum oxidizes or corrodes when it It is in contact with copper in the presence of an electrolyte. In the arrangement shown in Fig. 1, the surface of tube and fin contact are located where the pair is produced galvanic and where corrosion of the fins of aluminum. Once the fin has experienced corrosion in the intersection, the fin is no longer in contact with the tube and, of In this way, the efficiency of the heat exchanger is reduced by greatly because the fin loses its ability to drive the heat outside the tube.

Como se explica más detalladamente a continuación, de acuerdo con el presente invento, las superficies expuestas de los tubos 2 se revisten o enriquecen con aluminio o un metal que sea más compatible con el aluminio en términos galvánicos. El aluminio es el mejor material candidato, dado que no se formará el par galvánico entre el revestimiento de aluminio y las aletas de aluminio 6. No obstante, dichos metales activos tales como cinc, estaño, magnesio, galio, cadmio y plomo también reducen el alcance del par galvánico y, de esta forma, la velocidad de oxidación del material de la aleta.As explained in more detail to then, according to the present invention, the surfaces Exposed tubes 2 are coated or enriched with aluminum or a metal that is more compatible with aluminum in galvanic terms. Aluminum is the best candidate material, since it will not form the galvanic pair between the aluminum cladding and the fins of aluminum 6. However, said active metals such as zinc, Tin, magnesium, gallium, cadmium and lead also reduce the range of the galvanic torque and, in this way, the oxidation rate of the fin material.

El revestimiento o enriquecimiento superficial de los tubos de cobre 12 con aluminio se consigue antes del montaje del intercambiador de calor 10. La aluminación del cobre es una práctica bien conocida y puede lograrse con un grado de precisión tal que se eliminen virtualmente los problemas citados anteriormente con los revestimientos convencionales para la protección frente a la corrosión. En la industria se conocen diferentes procesos para la aluminación de los tubos de cobre, y se encuentran contemplados por el presente invento. Los procesos de revestimiento incluyen, baño en caliente, galvanoplastia, suspensiones y pinturas suspendidas con aluminio, y pulverización térmica. El proceso de enriquecimiento superficial incluye la deposición iónica en fase de vapor, la deposición química en fase de vapor y la deposición física en fase de vapor.The coating or surface enrichment of 12 copper tubes with aluminum are achieved before mounting the heat exchanger 10. Copper alumination is a practice well known and can be achieved with a degree of precision such that virtually eliminate the problems cited above with conventional coatings for protection against corrosion. Different processes are known in the industry for alumination of copper pipes, and are contemplated by The present invention. Coating processes include, bath in hot, electroplating, suspensions and suspended paints with aluminum, and thermal spraying. The enrichment process superficial includes ionic vapor deposition, the chemical deposition in vapor phase and physical deposition in phase steam.

El aspecto crítico del presente invento es la producción de un revestimiento de aluminio uniforme sobre la superficie completa de los tubos 2 del circuito de flujo. Independientemente del proceso contemplado, con el fin de lograr los resultados apropiados del presente invento, deben controlarse cuidadosamente las variables de preparación de la superficie del tubo, temperatura de precalentamiento del tubo, composición del revestimiento y espesor de revestimiento. Es preferible preparar las superficies expuestas del tubo con el fin de retirar la capa de óxido superficial del cobre, para garantizar que el material del revestimiento se adhiera bien al tubo. En la industria se conoce un número de procesos para la preparación de la superficie e incluyen la utilización de gases reductores, flujos y chorreo con granalla. Las temperaturas de precalentamiento del tubo deben controlarse entre 24ºC y 600ºC con el fin de evitar la disolución del cobre y limitar el crecimiento inter-metálico durante el proceso de revestimiento.The critical aspect of the present invention is the production of a uniform aluminum coating on the complete surface of the tubes 2 of the flow circuit. Regardless of the process contemplated, in order to achieve appropriate results of the present invention should be controlled carefully the surface preparation variables of the tube, tube preheating temperature, composition of coating and coating thickness. It is preferable to prepare exposed surfaces of the tube in order to remove the layer of copper surface oxide, to ensure that the material of the coating adheres well to the tube. In the industry a number of processes for surface preparation and include the use of reducing gases, flows and shot blasting. Tube preheating temperatures must be controlled between 24ºC and 600ºC in order to avoid dissolution of copper and limit inter-metallic growth during coating process

Es preferible que el revestimiento tenga una elevada ductilidad para permitir el posterior montaje del intercambiador de calor sin dañar el revestimiento. La ductilidad del revestimiento viene determinada en parte por la composición del revestimiento y por el espesor del mismo. Como se ha mencionado anteriormente, cualquier composición metálica más compatible en términos galvánicos con el material de la aleta que el material del tubo ralentizaría la velocidad de oxidación de las aletas 6, mientras que el material de revestimiento ideal encajaría perfectamente con el material de la aleta. Se consideran determinadas aleaciones de aluminio para su utilización en el presente invento y comprenden aluminio combinado con silicio y aluminio combinado con cinc. De manera ventajosa, el revestimiento debe ser suficientemente grueso para evitar que el electrólito penetre. No obstante, dado que cualquier revestimiento presenta cierto efecto negativo sobre la transferencia de calor de la unidad, debe evitarse un espesor excesivo de la capa protectora. El intervalo de espesor óptimo contemplado por el presente invento es de 1 a 2 milésimas de pulgada (de 2,5 a 51 micrómetros).It is preferable that the coating has a high ductility to allow subsequent assembly of the heat exchanger without damaging the coating. Ductility of the coating is determined in part by the composition of the coating and the thickness thereof. As mentioned previously, any more compatible metal composition in galvanic terms with the material of the fin than the material of the tube would slow the oxidation rate of fins 6, while the ideal lining material would fit perfectly with the fin material. They are considered certain aluminum alloys for use in the present invention and comprise aluminum combined with silicon and aluminum combined with zinc. Advantageously, the coating must be thick enough to prevent the electrolyte penetrate However, since any coating has certain negative effect on the heat transfer of the unit, excessive thickness of the protective layer should be avoided. He optimum thickness range contemplated by the present invention is 1 to 2 thousandths of an inch (2.5 to 51 micrometers).

Claims

1. A method to reduce galvanic corrosion of a first less noble metal member in an assembly with a second most noble metal member when the mount is exposed to a electrolyte, presenting the first less noble metal member mounted a contact surface with the exposed surface of the second most noble metal member, comprising the stage of treating the exposed surface of the second most noble metal member with a metal whose compatibility in galvanic terms with the first less noble metal member is greater than compatibility in galvanic terms of the second most noble metal member with the first less noble metal member before mounting the first less noble metal member with the second most metal member noble, thus forming a protective layer on the exposed surface of the second most noble metal member and between the first less noble metal member and the second metal member more noble, in which the second most noble metal member consists essentially in copper, the first less noble metal member It consists essentially of aluminum, and the treatment metal it comprises a metal that is chosen in the group formed by aluminum, an aluminum alloy containing silicon, an alloy of aluminum containing zinc, zinc, tin, magnesium, gallium, cadmium, Lead and its combinations.

2. The method of claim 1, characterized in that the assembly is a heat exchanger wherein the second nobler metal member is a heat transfer tube and the first less noble metal member is at least one metal fin mounted on the outer surface of said heat transfer tube.

3. The method of claim 1 or 2, in the that the treatment stage includes a coating process that you choose between a hot bath process, a process of electroplating, a painting process or a coating process by diffusion.

4. The method of any of the previous claims, wherein the metal layer of treatment has a thickness between 0.0001 inches and 0.002 inches (from 2.5 to 51 micrometers).