JP2009502509A

JP2009502509A - 蝋付けされるべき表面

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Publication number: JP2009502509A
Application number: JP2008523193A
Authority: JP
Inventors: ボーガースンエザナ; エングラートペーター; グロスディーター; プフィッツァーマティアス; トラウトヴァインインゴ
Original assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: DE102005035704A1; WO2007012434A1; US20090123730A1; EP1910008B1; JP5219811B2; EP1910008A1

Abstract

【課題】防食性、親水性／排水、汚れ防止作用、微生物に対する殺菌作用もしくは生物静力学作用または駆散作用、減臭等々の少なくとも１つの付加的特性を蝋付け状態のとき有しかつ安価に製造可能である物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管の、フラックス層を有する蝋付けされるべき表面を提供する。
【解決手段】物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管の、フラックス層（２；１１、１４）を有する蝋付けされるべき表面において、蝋付けされるべき表面がフラックス層（２；１１、１４）を補足して少なくとも１つの他の層（３；１３、１６）を有し、この層が、蝋付けされるべき表面を改質する添加剤を含み、蝋付けされるべき表面の蝋付け時にこの添加剤が変換されて表面を改質する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管の、フラックス層を有する蝋付けされるべき表面に関する。

特許文献１により公知の方法ではフラックス層と封止層が粗部品に塗布される。特許文献２により、アルミニウムを蝋付けするためのフラックスが公知であり、フッ化ジルコニウムおよび／またはフッ化チタンがフラックスに添加されている。特許文献３および特許文献４により、アルミニウム表面へのベーマイト層の被着が公知である。特許文献５により、ジルコニウム‐ポリアクリルアミド水溶液と相応する金属フッ化物とをベースとした表面処理方法が公知である。特許文献６により、元素のホウ素、ジルコニウム、ハフニウムおよびチタンの錯フッ化物をベースにした前処理および表面処理法が公知である。特許文献７により、ポリマーと合わせて元素のホウ素、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、ケイ素、ゲルマニウム、スズの錯フッ化物をベースにした表面処理法が公知である。特許文献８により公知のアルミニウム表面は金属のジルコニウム、ハフニウム、レニウム、チタン、そして防食および高温防食のためのケイ酸塩およびホウ酸塩を有する。特許文献９によりアルミニウムケイ素化合物の被着が公知である。フッ化物フラックスを添加しながら、部材を加熱してアルミニウムケイ素蝋付けが行われるとされる。特許文献１０により、エポキシ基含有シランをベースとした配合物を製造するための方法が公知である。特許文献１１によりナノテクノロジーを有するフィルタレス熱交換器が公知である。特許文献１２により、熱交換器の親水性表面を生成するための方法が公知である。特許文献１３により、微細な金属およびセラミックス粉末の製造方法が公知である。特許文献１４により、金属、合金もしくはセラミックス素材からナノ結晶粉末の製造方法が公知である。特許文献１５により、微細な金属粉末、合金粉末および金属化合物粉末が公知である。

熱交換装置とも称される熱交換器の機能性および効率にとって特定の表面特性が必要である。これに含まれる特性は防食性、親水性／排水、汚れ防止作用、微生物に対する殺菌作用もしくは生物静力学作用または駆散作用、減臭等々である。被覆、例えば塗装もしくは転換処理、例えばクロメート処理は、蝋付け後の完成部品についてはじめて行うことができる。付加的処理設備、例えばクロメート処理設備、浸漬設備、塗装用遠心分離設備の動作用の相応する費用、高い資源消費、工作物の物流および取扱いのための支出は、相応に高く見積もることができる。
独国特許出願公開第１０１４１８８３号明細書独国特許出願公開第１０２１０１３３号明細書欧州特許出願公開第１１４２６６３号明細書米国特許第３９４５８９９号明細書米国特許第５５１８５５５号明細書米国特許第５５８４９４６号明細書米国特許第５６９２１４５号明細書米国特許第５７９５６５９号明細書国際公開第００／７３０１４号パンフレット独国特許出願公開第４３３８３６１号明細書独国実用新案第２００１８５２０号明細書欧州特許出願公開第１１５４０４２号明細書独国特許出願公開第４２１４７１９号明細書独国特許出願公開第３９３７７４０号明細書独国特許発明第４３３７３３６号明細書

本発明の課題は、防食性、親水性／排水、汚れ防止作用、微生物に対する殺菌作用もしくは生物静力学作用または駆散作用、減臭等々の少なくとも１つの付加的特性を蝋付け状態のとき有しかつ安価に製造可能である物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管の、フラックス層を有する蝋付けされるべき表面を提供することである。

この課題は、物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管の、フラックス層を有する蝋付けされるべき表面において、蝋付けされるべき表面がフラックス層を補足して少なくとも１つの他の層を有し、この層が、蝋付けされるべき表面を改質する添加剤を含み、蝋付けされるべき表面の蝋付け時にこの添加剤が変換されて表面を改質することによって解決される。改質する添加剤をフラックス層に添加しても必ずしも満足のゆく結果が得られないことが本発明の枠内で判明した。改質する添加剤によって例えば防食性は改善することができる。他の層の種類と配置は可変に、特定顧客向けに行われる。表面の改質は、有利には蝋付けプロセス中に行われる。本発明に係る表面は希望する表面要求に、従来の完成品よりも良好に適合させることができる。１つまたは主に複数の他の層を被着することによって、希望する表面効果は適切に制御し調整することができる。フラックス層は主に、添加剤なしの安価な標準フラックスを含む。

前記課題は、物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管の、フラックス層を有する蝋付けされるべき表面において、フラックス層が結合剤として少なくとも１つの有機金属化合物を含み、蝋付けされるべき表面の蝋付け時にこの化合物が変換されて表面を改質することによっても解決される。有機金属化合物を結合剤として使用して得られる利点として、結合剤は同時に、蝋付け時に、蝋付けされるべき表面を改質するのに使用することができる。

発明の実施の形態

表面の好ましい１実施例は、フラックス層がケイ素元素またはケイ素化合物を含むことを特徴としている。蝋付けプロセスの間、ケイ素は蝋付けされるべき表面の基材内に拡散して蝋を形成することができる。

表面の他の好ましい１実施例は、蝋付けされるべき表面が蝋層を有することを特徴としている。蝋付けされるべき表面は例えば蝋で被覆しておくことができる。

表面の他の好ましい１実施例は、前記少なくとも１つの他の層がケイ素元素またはケイ素化合物を含むことを特徴としている。蝋付けプロセスの間、ケイ素は他の層から、蝋付けされるべき表面の基材内に拡散し、蝋を形成する。

表面の他の好ましい実施例は、前記少なくとも１つの他の層がフラックス層の上および／または下に配置されていることを特徴としている。層内に含まれた化合物に依存して層の数と配置は希望する特性に適合させることができる。

表面の他の好ましい１実施例は、前記少なくとも１つの他の層がシリコーン樹脂を含むことを特徴としている。主に、前記他の層内にはシリコーン樹脂を補足して添加剤が含まれている。

表面の他の好ましい１実施例は、前記少なくとも１つの他の層が金属塩を含むことを特徴としている。塩は主に、元素周期表の遷移金属／主族元素の塩である。

表面の他の好ましい実施例は、前記少なくとも１つの他の層が元素周期表の３〜６亜族の元素の金属塩、および／または２主族の元素の金属塩を含むことを特徴としている。

表面の他の好ましい１実施例は、前記少なくとも１つの他の層が有機金属化合物を含むことを特徴としている。有機金属化合物は蝋付けされるべき表面の蝋付け時に変換されて表面を改質する。

表面の他の好ましい１実施例は、前記少なくとも１つの他の層がチタン系／ジルコニウム系および／またはケイ素系の有機金属化合物を含むことを特徴としている。これは例えばテトラ‐ｎ‐プロポキシシラン、ジルコニウム‐ｎ‐プロポキシド、チタン‐ｎ‐プロポキシドである。

表面の他の好ましい１実施例は、前記少なくとも１つの他の層がナノ粒子を含むことを特徴としている。ナノ粒子は主に分散体として存在する。

表面の他の好ましい１実施例は、ナノ粒子が酸化物、水酸化物、窒化物および／または炭化物を含むことを特徴としている。蝋付けプロセスの間、主に金属ナノ化合物は部分的に還元され、金属に変換される。

表面の他の好ましい１実施例は、ナノ粒子が周期表の主族元素、例えばアルミニウム、ケイ素、インジウム、ホウ素等の酸化物、水酸化物、窒化物および／または炭化物、および／または、主に４、５亜族および／またはセリウムおよび／または亜鉛の遷移金属、および／または、例えばケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンからなる金属ナノ粒子、および／または、前記物質または化合物の被覆ナノ粒子および／またはグラフトナノ粒子を含むことを特徴としている。

表面の他の好ましい１実施例は、ナノ粒子の粒径が１〜１０００ｎｍであることを特徴としている。この粒径は本発明の枠内で特別有利であると実証された。

表面の他の好ましい１実施例は、前記少なくとも１つの他の層がゾルを含むことを特徴としている。ゾルは分散剤内にコロイド状に分散した物質であり、その粒子は自由に運動可能である。

表面の他の好ましい１実施例は、単数もしくは複数のゾルがナノ粒子および／または金属塩を含むことを特徴としている。ナノ粒子および金属塩は主に前記ナノ粒子および金属塩である。

表面の他の好ましい１実施例は、蝋付けされるべき表面が基材としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を含むことを特徴としている。アルミニウムおよびアルミニウム合金を蝋付けするには、生成する酸化アルミニウム層を蝋付け前に少なくとも部分的に除去する必要がある。これには例えばフラックスが使用される。

本発明は、蝋付けされるべき前記表面を備えた物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管にも関係する。必要に応じて、異なる部品は、異なるように構成および／または配置された他の層を備えた異なる表面を有することができる。

本発明は、蝋付けされた前記表面を備えた物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管にも関する。蝋付けされるべき表面の蝋付け時に、他の層の改質する添加剤が変換されている。

物品の好ましい１実施例は、蝋付けされた表面が半セラミックス酸化物層を含むことを特徴としている。半セラミックス酸化物層はそれ自体、例えば二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウムまたは二酸化チタン（受動的防食）、および／または不活性ガス雰囲気中で蝋付け時にフラックスおよび／または窒化物との混合化合物を含む。

物品の他の好ましい１実施例は、蝋付けされた表面がカソード有効な表面層を有することを特徴としている。これにより、表面のカソード防食が保証される。

本発明は、前記少なくとも１つの他の層が、蝋付けプロセス中に、改質する添加剤で変換されることを特徴とする前記物品の製造方法にも関する。本発明に係る表面、本発明に係る物品および本発明に係る方法はなかんずく以下の諸利点を提供する：再処理費と物流費が節約されることによって熱交換器の製造費が低下；単段製造プロセスによるエネルギー節約と資源保護；表面処理のために腐食性化学薬品の利用が回避され、排水処理が省かれる；利用可能な化学薬品が蝋‐フラックス懸濁体の溶解状態もしくは分散状態で添加する必要がなく、従ってもはやフラックスと反応することがないとき、化学薬品の選択幅は比較的大きい；アルミニウム素材の場合蝋被覆の節約；複数の層の利用によって、蝋付けされるべき表面の基材として標準アルミニウム素材を利用することができる。

方法の好ましい１実施例は、改質する添加剤による前記少なくとも１つの他の層の変換が摂氏６２０度以下の温度において行われることを特徴としている。この温度限界値は本発明の枠内で特別有利であると実証された。

方法の他の好ましい実施例は、改質する添加剤による前記少なくとも１つの他の層の変換が不活性ガス雰囲気のもとで、大気圧において、または大気圧以下の圧力において行われることを特徴としている。

方法の他の好ましい１実施例は、前記少なくとも１つの他の層に含まれた化合物が蝋付けプロセス中に半セラミックス酸化物層へと変換されることを特徴としている。この変換は、本発明の枠内で特別有利であると実証された。

本発明のその他の利点、特徴および詳細は、図面を参考にさまざまな実施例を詳細に述べた以下の説明から明らかとなる。特許請求の範囲および明細書で触れられた特徴はそれぞれそれ自体として個々に、または任意の組合せにおいて、本発明にとって本質的であり得る。

クロメート処理等の古典的防食方法は、本来の蝋付け過程後、仕上げられた熱交換器に対して行われる。アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の蝋付けには、蝋付け前に酸化アルミニウム層を少なくとも部分的に取り除く必要がある。一般にこれはフラックスで行われる。本発明によれば、フラックス層の上または下で少なくとも１つの他の層、主に複数の他の層が塗布される。

本発明の核心は、不活性ガス雰囲気のもとでおよび／または大気圧または大気圧以下の圧力において摂氏６２０度の温度で蝋付けプロセスの間にフラックス層の上または下に塗布された層の変換に基づいている。アルミニウム基材の組成に応じてフラックス層はケイ素元素またはケイ素化合物を含むことができる。

本発明により被覆されたアルミニウム表面は以下の特性を有する：冷却プロセス中に密な防食表面層が形成される；親水性の適切な調整；減臭層の生成；個々の層および／または被覆と基材との間、および／または個々の熱交換器コンポーネント、例えばディスク‐波形フィンの間の潜在的腐食を適切に調整することによって、拡散層の生成を介して防食。

アルミニウム基材／アルミニウム合金は以下の態様で利用することができる：蝋被覆された半製品の利用；蝋被覆なしの半製品の利用。蝋は蝋付けプロセス中にケイ素元素で形成される；ケイ素元素は塗布された層に含まれている；高い温度においてケイ素は基材内に拡散して蝋を形成する；蝋被覆なしの半製品の利用。蝋は蝋付けプロセスの間にケイ素含有化合物の還元によってアルミニウム／アルミニウム合金表面上に形成される；ケイ素含有化合物は塗布された層に含まれている；還元によって発生したケイ素は高い温度において基材内に拡散して蝋を形成する。

本発明に係る被覆は熱交換器の空気側および／または冷却材側／冷媒側で行うことができるので、本発明に係る方法を介して空気側と冷却材側もしくは冷媒側で防食は達成することができる。

フラックス層の被着は主に熱交換器個別コンポーネントにフラックス分散体を吹付けることによって行われる。フラックス塗布の他の可能性であるコイルコーティングでは、アルミニウム基材を熱交換器コンポーネントへと継続加工する前に既にフラックスが基材に被着される。

蝋被覆および／または無被覆のアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金からなる下地への他の層の塗布は、他の塗布装置を持ち込むことによって既存のプロセスに一体化可能である。必要なら、次の塗布工程の前に、既に塗布された層の中間乾燥を行うことができる。

フラックス分散液を熱交換器コンポーネントに塗布するとき、および／またはコイルコーティング法では、他の被覆装置が既存のプロセスに一体化される。フラックスおよび付加的層の塗布は、例えば吹付け、ローラ塗り、浸し塗り、ブレード塗工、蒸着等の利用可能なあらゆる方法を介して行うことができる。

図示例
熱交換器の一部が図１に断面図で示してある。熱交換器部分は基材１で形成されている。基材１はアルミニウムである。基材１は、ケイ素粒子を有するフラックス２で片面が被覆されている。フラックス層２の上に被着される他の層３は有機金属化合物を含む。熱伝達部品とも称される図１に示す熱交換器部分は蝋付け時に摂氏６００度超の温度に曝される。

蝋付け後の状態が図２に示してある。蝋付けのときフラックス層（図１の２）は蝋層４に変換されている。前記他の層（図１の３）は蝋付けのとき他の層５に変換され、この層はフラックスとの混合化合物を含む。

両面を被覆された熱交換器部分が図３に断面図で示してある。この熱交換器部分はアルミニウム合金からなる基材１０を含む。基材１０の上面に３つの層１１、１２、１３が被着されている。層１１は蝋被覆である。層１２はフラックスを含む。層１３は二酸化ジルコニウムナノ粒子を有するゾルを含む。基材１０の下面に被着された３つの層１４、１５、１６は層１１、１２、１３に一致する。蝋付け前の状態が図３に示してある。

蝋付け後の状態が図４に示してある。蝋被覆を備えた層（図３の１１、１４）は蝋付け時に蝋層２１、２４に変換されている。フラックス層（図３の１２、１５）は蝋付け時にフラックス相層２２、２５に変換されている。ゾル層（図３の１３、１６）は蝋付け時に半セラミックス相層２３、２６に変換されている。

蝋付け前の片面被覆物品を断面図で示す。蝋付け後の図１の物品を断面図で示す。蝋付け前の両面被覆物品を断面図で示す。蝋付け後の図３の物品を断面図で示す。

Claims

物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管の、フラックス層（２；１１、１４）を有する蝋付けされるべき表面において、蝋付けされるべき表面がフラックス層（２；１１、１４）を補足して少なくとも１つの他の層（３；１３、１６）を有し、この層が、蝋付けされるべき表面を改質する添加剤を含み、蝋付けされるべき表面の蝋付け時にこの添加剤が変換されて表面を改質することを特徴とする蝋付けされるべき表面。
物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管の、フラックス層（２；１２、１５）を有する蝋付けされるべき表面において、フラックス層（２；１２、１５）が結合剤として少なくとも１つの有機金属化合物を含み、蝋付けされるべき表面の蝋付け時にこの化合物が変換されて表面を改質することを特徴とする、特に請求項１記載の蝋付けされるべき表面。
フラックス層（２）がケイ素元素またはケイ素化合物を含むことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
蝋付けされるべき表面が蝋層（１１、１４）を有することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層がケイ素元素またはケイ素化合物を含むことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層がフラックス層の上に配置されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層がフラックス層の下に配置されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層がシリコーン樹脂を含むことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層が金属塩を含むことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層が周期表の３〜６亜族の元素の金属塩を含むことを特徴とする、請求項９記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層が元素周期表の２主族の元素の金属塩を含むことを特徴とする、請求項９記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層が有機金属化合物を含むことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層がチタン系／ジルコニウム系および／またはケイ素系の有機金属化合物を含むことを特徴とする、請求項１２記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層がナノ粒子を含むことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
ナノ粒子が酸化物、水酸化物、窒化物および／または炭化物を含むことを特徴とする、請求項１４記載の蝋付けされるべき表面。
ナノ粒子が元素周期表の主族元素、例えばアルミニウム、ケイ素、インジウム、ホウ素等の酸化物、水酸化物、窒化物および／または炭化物、および／または、主に４、５亜族および／またはセリウムおよび／または亜鉛の遷移金属、および／または、例えばケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンからなる金属ナノ粒子、および／または、前記物質または化合物の被覆ナノ粒子および／またはグラフトナノ粒子を含むことを特徴とする、請求項１５記載の蝋付けされるべき表面。
ナノ粒子の粒径が１〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
前記少なくとも１つの他の層がゾルを含むことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
単数もしくは複数のゾルがナノ粒子および／または金属塩を含むことを特徴とする、請求項１８記載の蝋付けされるべき表面。
蝋付けされるべき表面が基材としてアルミニウムまたは少なくとも１つのアルミニウム合金を含むことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面。
先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされるべき表面を備えた物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管。
先行請求項のいずれか１項記載の蝋付けされた表面を備えた物品、特に熱交換器、例えば熱交換器の側部品、波形フィンまたは管。
蝋付けされた表面が半セラミックス酸化物層を含むことを特徴とする、請求項２２記載の物品。
蝋付けされた表面がカソード有効な表面層を有することを特徴とする、請求項２２記載の物品。
請求項２２〜２４のいずれか１項記載の物品を製造するための方法において、前記少なくとも１つの他の層が、蝋付けプロセス中に、改質する添加剤で変換されることを特徴とする方法。
改質する添加剤による前記少なくとも１つの他の層の変換が摂氏６２０度以下の温度において行われることを特徴とする、請求項２５記載の方法。
改質する添加剤による前記少なくとも１つの他の層の変換が不活性ガス雰囲気中で行われることを特徴とする、請求項２５〜２６のいずれかに記載の方法。
改質する添加剤による前記少なくとも１つの他の層の変換が大気圧において行われることを特徴とする、請求項２５〜２７のいずれか１項記載の方法。
改質する添加剤による前記少なくとも１つの他の層の変換が大気圧以下の圧力において行われることを特徴とする、請求項２５〜２７のいずれか１項記載の方法。
前記少なくとも１つの他の層に含まれた化合物が蝋付けプロセス中に半セラミックス酸化物層へと変換されることを特徴とする、請求項２５〜２９のいずれか１項記載の方法。