FR2894501A1

FR2894501A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING ALUMINUM PANELS HAVING IMPROVED CORROSION IN AQUEOUS MEDIUM

Info

Publication number: FR2894501A1
Application number: FR0512669A
Authority: FR
Inventors: Jean Sylvestre Safrany; Laurent Poizat; Sandrine Dulac
Original assignee: Alcan Rhenalu SAS
Current assignee: Constellium Issoire SAS
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-15
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: WO2007068828A3; EP1960153A2; FR2894501B1; WO2007068828A2

Abstract

Le procédé de fabrication de panneaux en aluminium comporte la préparation de surface de deux tôles en alliage d'aluminium, le dépôt sur l'une des tôles d'une encre anti-soudure dans des zones réservées correspondant au dessin du circuit, la liaison par laminage des tôles l'une sur l'autre, et le gonflage des canaux correspondant aux zones non soudées à l'aide d'un fluide sous pression.Dans ce procédé, ladite encre comprend les constituants suivants :a) une charge minérale à l'état divisé,b) un agent épaississant organique,c) un promoteur de résistance à la corrosion,d) un solvant comprenant au moins 50 % d'eau en poids.The method of manufacturing aluminum panels comprises the surface preparation of two sheets of aluminum alloy, the deposition on one of the sheets of an anti-welding ink in reserved areas corresponding to the design of the circuit, the connection by laminating the sheets together, and inflating the channels corresponding to the non-welded zones by means of a pressurized fluid. In this process, said ink comprises the following constituents: a) a mineral filler at the same time; divided state, b) an organic thickening agent, c) a corrosion resistance promoter, d) a solvent comprising at least 50% water by weight.

Description

Procédé de fabrication de panneaux en aluminium à tenue à la corrosionMethod of manufacturing aluminum panels with corrosion resistance

améliorée en milieu aqueux. Domaine de l'invention 10 L'invention concerne un procédé de fabrication de panneaux en aluminium à circuit intégré, généralement connu sous le nom de roll-bond, de type biface à deux faces déformées ou de type monoface ou OSF (one side flat) à une face plane et une face déformée. Ces panneaux sont réalisés à partir de deux tôles en aluminium ou alliage d'aluminium, dont l'une est enduite, sur les zones destinées à devenir le circuit 15 intégré, d'une encre jouant le rôle d'une matière anti-soudage destinée à empêcher la soudure entre les deux tôles. Les deux tôles sont ensuite soudées par colaminage. Les zones non soudées sont alors gonflées par voie hydraulique ou pneumatique pour former un circuit dont la partie essentielle est utilisée comme échangeur de chaleur, et notamment comme circuit de refroidissement des réfrigérateurs ménagers. 20 Etat de la technique Le livre L'aluminium , tome 1 Production û Propriétés û Alliages û Fabrication des demi-produits û Fabrications annexes , paru aux Editions Eyrolles, Paris 1964, 25 pages 718 û 721, et la publication Panneaux aluminium à circuits intégrés : deux lignes de fabrication complémentaires pour de multiples produits , parue dans la Revue de l'Aluminium, février 1982, décrivent le principe du procédé roll-bond pour la fabrication de panneaux de type bi-face, et divulguent le schéma d'une ligne de fabrication en continu, ainsi que les alliages habituellement utilisés pour la 30 fabrication des panneaux. Dans cette ligne de fabrication en continu, les panneaux sont formés à partir de tôles individuelles (appelées platines dans le livre), qui sont transportées manuellement ou par un moyen de convoyage mécanique à travers les différentes machines qui constituent la chaîne de fabrication.5 Le brevet FR 1347949 décrit le principe des panneaux à circuit intégré monoface et propose de les réaliser à partir de deux tôles de résistance mécanique différente, l'une en alliage 1100 et l'autre en alliage 1100 avec addition de 0,12% de zirconium. Le brevet FR 2561368 divulgue un procédé de fabrication en continu de panneaux roll-bond de type monoface à partir de deux tôles en aluminium ou alliages d'aluminium. Le brevet FR 1540436 divulgue l'utilisation préférentielle d'un mélange de graphite et de silicate de potassium comme matière anti-soudage. Le brevet FR 2082814 divulgue l'utilisation d'une pâte composée de poudre de zinc 10 comme matière anti-soudage. Le brevet FR 2270983 divulgue l'utilisation d'une composition anti-soudage en milieu aqueux comprenant du nitrure de zinc, de la bentonite, du zinc finement divisé. 15 Problèmes posés improved in aqueous medium. FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a method for manufacturing aluminum panels with an integrated circuit, generally known as a roll-bond, of the biface type with two deformed faces or of the single-sided or OSF type (one side flat). to a flat face and a deformed face. These panels are made from two sheets of aluminum or aluminum alloy, one of which is coated on the areas intended to become the integrated circuit, an ink acting as an anti-welding material for to prevent the welding between the two sheets. The two sheets are then welded by bonding. The non-welded areas are then inflated hydraulically or pneumatically to form a circuit whose essential part is used as a heat exchanger, and especially as a cooling circuit of household refrigerators. State of the art The book Aluminum, Volume 1 Production - Properties - Alloys - Manufacture of semi-finished products - Ancillary production, published by Editions Eyrolles, Paris 1964, 25 pages 718 - 721, and the publication Aluminum panels with integrated circuits : two complementary production lines for multiple products, published in the Revue de l'Aluminum, February 1982, describe the principle of the roll-bond process for the manufacture of two-sided panels, and disclose the diagram of a line continuous manufacturing, as well as the alloys usually used for the manufacture of panels. In this continuous production line, the panels are formed from individual sheets (called platens in the book), which are transported manually or by a mechanical conveying means through the various machines that constitute the production line. patent FR 1347949 describes the principle of single-chip integrated circuit panels and proposes to make them from two different strength metal sheets, one alloy 1100 and the other alloy 1100 with 0.12% zirconium added. The patent FR 2561368 discloses a continuous manufacturing process of single-sided roll-bond panels from two sheets of aluminum or aluminum alloys. Patent FR 1540436 discloses the preferential use of a mixture of graphite and potassium silicate as an anti-welding material. The patent FR 2082814 discloses the use of a paste composed of zinc powder 10 as an anti-welding material. Patent FR 2270983 discloses the use of an anti-welding composition in aqueous medium comprising zinc nitride, bentonite, finely divided zinc. 15 Problems posed

Les panneaux en aluminium de l'état de la technique posent différents types de problèmes : 20 - d'une part, lorsque le graphite est utilisé dans une composition anti-soudage ou une encre, il peut se produire une corrosion, comme indiqué dans le brevet FR 2082814. - d'autre part, lorsque du zinc est utilisé pour résoudre ce problème de corrosion, il est possible de limiter la corrosion aussi longtemps que le zinc est présent, le zinc étant une matière sacrificielle, de sorte que son utilisation n'est pas adaptée lorsque lesdits 25 panneaux font partie d'échangeurs de chaleurs ou d'installations destinées à avoir une longue durée de vie, et lorsque le fluide caloporteur est à base d'eau, comme par exemple dans le cas d'installations de chauffage utilisant des échangeurs de chaleur, par exemple dans le cas d'une installation de chauffage solaire. - en outre, il peut rester des particules de zinc, le zinc ne s'étant pas allié en surface à 30 l'aluminium, et ces particules circulant avec le fluide caloporteur du circuit peuvent provoquer une érosion des canaux dans les angles aigus du circuit. - enfin, il importe d'avoir, tant du point de vue du coût des matières, que de leur mise en oeuvre, un procédé très économique. Le but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication de panneaux roll-bond, 5 qui utilise une encre permettant de résoudre les problèmes posés. Objet de l'invention 10 Selon l'invention, le procédé de fabrication de panneaux en aluminium comporte la préparation de surface de deux tôles en alliage d'aluminium, le dépôt sur l'une des tôles d'une encre anti-soudure dans des zones réservées correspondant au dessin du circuit, la liaison par laminage des tôles l'une sur l'autre, et le gonflage des canaux correspondant aux zones non soudées à l'aide d'un fluide sous pression. 15 Dans ce procédé, ladite encre comprend les constituants suivants : a) une charge minérale à l'état divisé, b) un agent épaississant organique, c) un promoteur de résistance à la corrosion, d) un solvant comprenant au moins 50 % d'eau en poids. 20 Les encres selon l'invention permettent de résoudre les problèmes posés. De manière surprenante, et comme cela sera illustré dans les exemples, la demanderesse a constaté une amélioration très importante de la tenue à la corrosion des panneaux selon l'invention, ce qui a permis d'envisager de nouvelles utilisations 25 pour ces panneaux. Description détaillée de l'invention 30 Selon l'invention, les teneurs pondérales de ladite composition de ladite encre peuvent être les suivantes : a) charge minérale : de 10 à 60 % b) agent épaississant organique : de 0,01 % à 5 % c) promoteur de résistance à la corrosion : de 0,05 à 5 % d) solvant : complément à 100 The aluminum panels of the state of the art pose different types of problems: on the one hand, when the graphite is used in an anti-welding composition or an ink, corrosion can occur, as indicated in FIG. patent FR 2082814. on the other hand, when zinc is used to solve this corrosion problem, it is possible to limit corrosion as long as zinc is present, zinc being a sacrificial material, so that its use is not suitable when said panels are part of heat exchangers or facilities intended to have a long service life, and when the coolant is water-based, as for example in the case of heating using heat exchangers, for example in the case of a solar heating installation. - In addition, there may remain zinc particles, zinc not having ally surface aluminum, and these particles circulating with the heat transfer fluid of the circuit can cause erosion of the channels in the acute angles of the circuit . - finally, it is important to have, both from the point of view of the cost of materials, and their implementation, a very economical process. The object of the invention is to provide a method of manufacturing roll-bond panels, which uses an ink to solve the problems posed. OBJECT OF THE INVENTION According to the invention, the method of manufacturing aluminum panels comprises the surface preparation of two sheets of aluminum alloy, the deposition on one of the sheets of an anti-welding ink in reserved areas corresponding to the design of the circuit, the rolling connection of the sheets to one another, and the inflation of the channels corresponding to the non-welded zones using a fluid under pressure. In this process, said ink comprises the following constituents: a) a mineral filler in the divided state, b) an organic thickening agent, c) a corrosion resistance promoter, d) a solvent comprising at least 50% d water in weight. The inks according to the invention make it possible to solve the problems posed. Surprisingly, and as will be illustrated in the examples, the applicant has found a very significant improvement in the corrosion resistance of the panels according to the invention, which has made it possible to envisage new uses for these panels. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the invention, the weight contents of said composition of said ink may be as follows: a) mineral filler: from 10 to 60% b) organic thickening agent: from 0.01% to 5% c) corrosion resistance promoter: 0.05 to 5% d) solvent: 100% complement

De préférence, la teneur pondérale de ladite charge minérale peut aller de 20 % à 40 5 %. De préférence, la teneur dudit agent épaississant organique peut aller de 0,1 % à 1 %. De préférence, la teneur en promoteur de résistance à la corrosion peut aller de 0,1 % àl%. Preferably, the weight content of said inorganic filler can range from 20% to 40%. Preferably, the content of said organic thickening agent can range from 0.1% to 1%. Preferably, the content of the corrosion resistance promoter can range from 0.1% to 1%.

10 Typiquement, ledit solvant peut être de l'eau. Typically, said solvent may be water.

Selon l'invention, ladite teneur pondérale en agent épaississant organique est choisie de manière à avoir une viscosité, mesurée à 20 C, allant de 5 000 centipoises à 100 000 centipoises, et de préférence de 15 000 centipoises à 50 000 centipoises. 15 Cette plage de viscosité permet de former ledit dépôt sur ladite tôle, ledit dépôt étant un dépôt repéré formé typiquement par sérigraphie. According to the invention, said weight content of organic thickening agent is chosen so as to have a viscosity, measured at 20 ° C., ranging from 5,000 centipoise to 100,000 centipoise, and preferably from 15,000 centipoise to 50,000 centipoise. This viscosity range makes it possible to form said deposit on said sheet, said deposit being a spotted deposit typically formed by screen printing.

Ladite charge minérale peut être une charge minérale à l'état divisé, avec une taille particulaire maximale inférieure à 500 m, et de préférence inférieure à 100 m, de 20 manière à ce que ladite encre puisse être appliquée par sérigraphie et que ledit dépôt soit homogène. Ladite charge minérale peut être un produit à structure feuilletée, par exemple le mica, une argile de type phyllosilicate telle que, par exemple, la montmorillonite, à l'état exfolié. 25 Ladite charge minérale peut être aussi une poudre inerte choisie parmi : le talc, le nitrure de bore, l'alumine, la silice. En outre, ladite charge minérale peut être un mélange dudit produit à structure feuilletée et de ladite poudre inerte. Said inorganic filler may be a mineral filler in the divided state, with a maximum particle size of less than 500 m, and preferably less than 100 m, so that said ink can be applied by screen printing and said deposit is homogeneous. Said mineral filler may be a product with a laminated structure, for example mica, a phyllosilicate type clay such as, for example, montmorillonite, in the exfoliated state. Said inorganic filler may also be an inert powder selected from: talc, boron nitride, alumina, silica. In addition, said inorganic filler can be a mixture of said laminated structure product and said inert powder.

30 Selon l'invention, ledit agent épaississant organique peut être choisi parmi les polymères organiques choisis parmi : les polymères anioniques, les polymères cationiques, les polyéthers et les polymères polyhydroxylés, ou des mélanges desdits polymères organiques. Ainsi, ledit polymère organique peut être un polymère anionique, typiquement un polyacrylate. According to the invention, said organic thickening agent may be chosen from organic polymers chosen from: anionic polymers, cationic polymers, polyethers and polyhydroxylated polymers, or mixtures of said organic polymers. Thus, said organic polymer may be an anionic polymer, typically a polyacrylate.

Selon une variante de l'invention, ledit promoteur de résistance à la corrosion peut être un agent d'adsorption sur ladite tôle en aluminium choisi parmi les sels, typiquement de Na ou K de : silicates, phosphates et phosphonates. Selon une autre variante de l'invention, ledit promoteur de résistance à la corrosion peut être un agent de conversion chimique choisi parmi les sels des éléments chimiques suivants : Cr, Ti, V, Zr, Co, Ce, Mo, Hf et Mn, de manière à former une couche d'oxyde dudit élément chimique pendant la mise en oeuvre dudit procédé, et notamment durant ledit laminage. En outre, ledit promoteur de résistance à la corrosion peut comprendre un mélange 15 dudit agent d'absorption et dudit agent de conversion chimique. According to a variant of the invention, said corrosion resistance promoter may be an adsorption agent on said aluminum sheet chosen from the salts, typically of Na or K, of silicates, phosphates and phosphonates. According to another variant of the invention, said corrosion resistance promoter may be a chemical conversion agent chosen from the salts of the following chemical elements: Cr, Ti, V, Zr, Co, Ce, Mo, Hf and Mn, so as to form an oxide layer of said chemical element during the implementation of said method, and in particular during said rolling. In addition, said corrosion resistance promoter may comprise a mixture of said absorption agent and said chemical conversion agent.

Un autre objet de l'invention est constitué par des panneaux en aluminium obtenus par le procédé selon l'invention. Dans ces panneaux, une face dite "extérieure" dudit panneau peut comprendre un 20 revêtement sélectif à absorbance maximale dans le spectre visible, et à émittance minimale dans l'infrarouge, à 100 C, de manière à former à former un panneau dit "solaire". Un autre objet de l'invention est constitué par l'utilisation de tels panneaux en aluminium comme échangeurs de chaleurs dans des installations de chauffage par 25 énergie solaire. Another object of the invention is constituted by aluminum panels obtained by the process according to the invention. In these panels, a so-called "outer" face of said panel may comprise a selective coating with maximum absorbance in the visible spectrum, and with minimal emittance in the infrared, at 100 C, so as to form to form a so-called solar panel ". Another object of the invention is the use of such aluminum panels as heat exchangers in solar heating systems.

Exemples de réalisationExamples of realization

30 A) On a réalisé les exemples notés A à G en formant, par sérigraphie, ledit dépôt sur une bande dite inférieure en alliage d'aluminium 1050, à partir d'une série d'encres notées A à G, ledit dépôt formant une pluralité de motifs répétitifs, chaque motif correspondant aux canaux d'un panneau, puis on a co-laminé à 400 C ladite bande inférieure avec une bande dite supérieure en alliage d'aluminium 1050, ladite bande supérieure comprenant éventuellement sur sa surface extérieure ledit revêtement sélectif. A) The examples noted A to G were made by screen-printing, said deposit on a so-called lower aluminum alloy strip 1050, from a series of inks denoted A to G, said deposit forming a plurality of repetitive patterns, each pattern corresponding to the channels of a panel, and then co-laminated at 400 C said lower band with a so-called upper aluminum alloy strip 1050, said upper band optionally including on said outer surface said coating selective.

A partir du matériau co-laminé en bande, on a ensuite découpé la bande en portions de bande et on a gonflé, à l'aide d'air comprimé, les canaux de chaque portion de bande, de manière à obtenir des panneaux notés A à G. Les encres A à G sont des encres aqueuses de composition pondérale suivante, l'eau 1 o formant le complément à 100, les encres E, F et G étant selon l'invention : Référence Charge minérale % Agent Promoteur de résistance à la Encre Nature & % épaississant (*) corrosion : nature & % A Graphite 0,2 % Néant 10% B TiO2 0,2 % Néant 30% C Nitrure de bore 0,2 % Néant 30 % D Mica 0,2 % Néant 30 % E Mica 0,2 % Permanganate de K 30% 0,2 % F Mica 0,2 % Silicate de Na 30% 0,2 % G Mica 0,2 % Permanganate de K : 0,1 % 30% Silicate de Na : 0,1 % (*) Carbopol (Marque déposée) de la Société Noveon 15 B) Deux tests de corrosion ont été effectués sur les panneaux A à G : Test 1 : on immerge pendant 24 heures le panneau dans une solution contenant NI-14C1 à 53,5 g/l, NH4NO3 à 20 g/l, (NH4)2C4H4O6 à 1,8g/1, H2O2 (30% en volume) 1 Om1/l. Test 2 : on a fait circuler dans le canal en serpentin de chaque panneau, pendant 96 heures et à la température ambiante, à l'aide d'une pompe, et avec un débit de 50 1/h, une solution du commerce d'Antifrogen SOL (VP1981) de la société Clariant, dans laquelle a été introduit du nitrate de cuivre à 11 mg/1. A l'issue de ces tests, il a été procédé à un examen visuel des canaux afin d'apprécier le nombre de piqûres de corrosion et leur profondeur et à une cotation avec le barème suivant : * excellente tenue à la corrosion : 1 * bonne tenue à la corrosion : 2 * médiocre tenue à la corrosion : 3 * très mauvaise tenue à la corrosion : 4 C ) Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau qui suit : Type de panneau Test 1 Test 2 A 4 4 B 3 3 C 3 3 D 3 3 E 2 1 F 1 1 G 1 1 D) Conclusions : les panneaux E à G présentent une bonne à excellente tenue à la corrosion. Ces essais montrent l'influence décisive des encres selon l'invention.20 From the co-laminated web material, the web was then cut into web portions and the channels of each web portion were inflated with compressed air to obtain panels marked A The inks A to G are aqueous inks of the following weight composition, the water forming the complement to 100, the inks E, F and G being according to the invention: Reference Mineral charge% Agent Promoter of resistance to Ink Nature &% thickener (*) corrosion: nature &% A Graphite 0.2% None 10% B TiO2 0.2% None 30% C Boron nitride 0.2% None 30% D Mica 0.2% None 30% E Mica 0.2% K Permanganate 30% 0.2% F Mica 0.2% Na Silicate 30% 0.2% G Mica 0.2% K Permanganate: 0.1% 30% Silicate Na: 0.1% (*) Carbopol (Trade Mark) from Noveon Company B) Two corrosion tests were carried out on panels A to G: Test 1: the panel was immersed for 24 hours in a solution containing NI -14C1 53.5 g / l NH4NO3 to 20 g / l, (NH4) 2C4H4O6 to 1.8 g / 1 H2O2 (30% by volume) 1 OM1 / l. Test 2: Each panel was circulated in the serpentine channel for 96 hours and at room temperature, using a pump, and at a flow rate of 50 l / h, a commercial solution of Antifrogen SOL (VP1981) from Clariant, in which 11 mg / l copper nitrate was introduced. At the end of these tests, a visual inspection of the channels was carried out in order to estimate the number of pits of corrosion and their depth and to a quotation with the following scale: * excellent resistance to corrosion: 1 * good corrosion resistance: 2 * poor corrosion resistance: 3 * very poor corrosion resistance: 4 C) The results obtained are given in the following table: Panel type Test 1 Test 2 A 4 4 B 3 3 C 3 3 D 3 3 E 2 1 F 1 1 G 1 1 D) Conclusions: panels E to G have good to excellent corrosion resistance. These tests show the decisive influence of the inks according to the invention.

Claims

claims

1. A method of manufacturing aluminum panels comprising the surface preparation of two sheets of aluminum alloy, the deposition on one of the sheets of an anti-welding ink in reserved areas corresponding to the circuit design, the connection by rolling the sheets together, and inflating the channels corresponding to the 10 non-welded areas by means of a pressurized fluid, wherein said ink comprises the following constituents: a) a mineral filler at the same time; divided state, b) an organic thickener, c) a corrosion resistance promoter, d) a solvent comprising at least 50% water by weight.

2. Process according to claim 1, wherein the weight contents of said composition of said ink are the following: a) mineral filler: from 10 to 60% b) organic thickening agent: from 0.01% to 5% c) promoter corrosion resistance: 0.05 to 5% d) solvent: 100%

3. The process of claim 2 wherein the weight content of said inorganic filler is from 20% to 40%.

4. Process according to any one of claims 2 to 3 wherein the content of said organic thickener is from 0.1% to 1%. 30

The method of any one of claims 2 to 4 wherein the content of corrosion resistance promoter is from 0.1% to 1%.

The process of any one of claims 1 to 5 wherein said solvent is water.

The process according to any one of claims 2 to 6 wherein said weight content of organic thickening agent is selected so as to have a viscosity, measured at 20 ° C, of from 5,000 centipoise to 100,000 centipoise, and preferably of 15,000 centipoise at 50,000 centipoise.

The process according to any one of claims 1 to 7 wherein said inorganic filler is a split state mineral filler, with a maximum particle size of less than 500 m, and preferably less than 100 m, so that said ink can be applied by screen printing and that said deposit is homogeneous.

9. A process according to any one of claims 1 to 8 wherein said inorganic filler is a laminated product, for example mica, a phyllosilicate clay such as, for example, montmorillonite, in the exfoliated state.

10. Process according to any one of claims 1 to 8 wherein said inorganic filler is an inert powder selected from: talc, boron nitride, alumina, silica.

The method of claims 9 and 10 wherein said inorganic filler is a mixture of said laminated structure product and said inert powder. 25

12. Process according to any one of claims 1 to 11 wherein said organic thickening agent is chosen from organic polymers chosen from: anionic polymers, cationic polymers, polyethers and polyhydroxylated polymers, or mixtures of said organic polymers. 30

The method of claim 12 wherein said organic polymer is an anionic polymer, typically a polyacrylate.

14. A method according to any one of claims 1 to 13 wherein said corrosion resistance promoter is an adsorbing agent on said aluminum sheet selected from salts, typically Na or K of silicates, phosphates and phosphonates.

The method of any one of claims 1 to 13 wherein said corrosion resistance promoter is a chemical conversion agent selected from the salts of the following chemical elements: Cr, Ti, V, Zr, Co, Ce, Mo, Hf and Mn, so as to form an oxide layer of said chemical element during the implementation of said method, and in particular during said rolling.

The method of claims 14 and 15 wherein said corrosion resistance promoter comprises a mixture of said absorption agent and said chemical conversion agent.

17. Aluminum panels obtained by the process according to any one of claims 1 to 16.

18. Panels according to claim 17, in which an "outer" face of said panel comprises a selective coating with maximum absorbance in the visible spectrum, and with minimal emittance in the infrared, at 100 ° C., so as to form to form a panel called "solar".

19. Use of aluminum panels according to claim 18 as heat exchangers in solar heating systems. 15