KR102299498B1 - 열교환기 튜브용 코팅 조성물 및 이를 이용한 열교환기용 튜브의 코팅 방법 - Google Patents

열교환기 튜브용 코팅 조성물 및 이를 이용한 열교환기용 튜브의 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바나듐(V), 플럭스 및 바인더를 포함하는 코팅 조성물로서, 상기 바나듐은 조성물 100 중량부에 대하여 28 내지 38 중량부의 함량으로 포함되는, 열교환기 튜브용 코팅 조성물, 및 이를 이용한 열교환기용 튜브의 코팅 방법에 관한 것이다.

Description

열교환기 튜브용 코팅 조성물 및 이를 이용한 열교환기용 튜브의 코팅 방법{COATING COMPOSITION FOR TUBE OF HEAT EXCHANGER AND COATING METHOD FOR TUBE OF HEAT EXCHANGER USING THE SAME}
본 발명은 내식성이 우수한 코팅층을 형성할 수 있는 열교환기 튜브용 코팅 조성물 및 이를 이용한 열교환기용 튜브의 코팅 방법에 관한 것이다.
자동차의 열교환기 중 컨덴서와 에바코어(evaporator core)는 통상적으로 튜브와 핀으로 구성된다. 열교환기용 튜브는 주로 알루미늄으로 제작되며, 온도가 높은 유체로부터 전열벽을 통해 온도가 낮은 유체에 열을 전달하는 장치로서 냉매 또는 열매(熱媒)의 통로가 된다. 또한, 열교환기용 핀은 냉각 또는 가열 효율을 극대화하는 역할을 하며, 주로 알루미늄으로 제작된다. 이때, 열교환기용 튜브는 알루미늄 와이어를 튜브 형상으로 압출하여 제조하는 것이 일반적이다.
또한, 상기 열교환기용 튜브는 내식성을 증대하기 위해 표면에 금속, 바인더 및 플럭스(flux, 혼합염)를 포함하는 코팅 조성물을 코팅하고 브레이징하여 코팅층을 형성하기도 한다. 상기 코팅층을 포함하는 열교환기용 튜브는 부식 발생시 상기 코팅층만 부식되어 모재인 알루미늄 튜브가 부식되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 일본 공개특허 제2005-118857호(특허문헌 1)에는 브레이징 가공에 의해 조립되는 알루미늄합금제 열교환기용 부재의 표면에 기계 바인더 중에 혼합한 도료를 적어도 3개 이상의 롤을 가지는 톱피드형 롤 전사 방식에 의해 도장하는 장치가 개시되어 있습니다. 그러나, 특허문헌 1의 도장 장치는 균일한 두께의 코팅층을 형성할 수 있으나, 부재의 내식성을 향상시키는데는 한계가 있었다.
따라서, 내식성 및 내치핑성이 우수한 코팅층을 형성 가능한 열교환기 튜브용 코팅 조성물에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
일본 공개특허 제2005-118857호 (공개일: 2005.5.12.)
이에, 본 발명은 내식성 및 내치핑성이 우수한 코팅층을 형성 가능한 열교환기 튜브용 코팅 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 바나듐(V), 플럭스 및 바인더를 포함하는 코팅 조성물로서,
상기 바나듐은 조성물 100 중량부에 대하여 28 내지 38 중량부의 함량으로 포함되는, 열교환기 튜브용 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 금속 모재; 및
상기 금속 모재 상에 형성되고, 상기 열교환기 튜브용 코팅 조성물 유래 내식성 강화층;을 포함하는, 열교환기 튜브를 제공한다.
나아가, 본 발명은 금속 모재의 표면을 상기 열교환기 튜브용 코팅 조성물로 코팅하여 코팅층을 형성하는 코팅 단계;
상기 코팅층이 형성된 금속 모재를 브레이징하는 접합 단계; 및
브레이징된 금속 모재를 열처리하여 내식성 강화층을 형성하는 열처리 단계;를 포함하는, 열교환기용 튜브의 코팅 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 열교환기 튜브용 코팅 조성물은 내식성 및 내치핑성이 우수한 코팅층을 형성 가능하다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
열교환기 튜브용 코팅 조성물
본 발명에 따른 열교환기 튜브용 코팅 조성물은 바나듐(V), 플럭스 및 바인더를 포함한다.
바나듐(V)
바나듐(V)은 열교환기 튜브의 표면에 이산화바나듐(VO2)을 포함하는 코팅층을 형성하여 내식성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 바나듐은 조성물 100 중량부에 대하여 28 내지 38 중량부, 또는 30 내지 40 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 바나듐의 함량이 상기 범위 내일 경우, 내식성을 향상시키는 효과가 있다.
플럭스
플럭스(flux)는 열교환기용 튜브의 표면에 산화막을 제거하여 이산화바나듐을 포함하는 코팅층 형성성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 플럭스는 통상적으로 열교환기 튜브용 코팅 조성물에 적용 가능한 것이라면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어, 불화물계 플럭스, 염화물계 플럭스, 붕산염계 플럭스 등을 들 수 있다.
이때, 상기 불화물계 플럭스는 KF, AIF3, KAIF4, KAIF5, K2AIF5, K3AIF6, CsF, RbF, LiF, NaF, Ca2F 및 KZnF3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 플럭스는 30 내지 40 중량부의 바나듐(V)에 대하여 45 내지 70 중량부, 또는 50 내지 60 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 플럭스의 함량이 상기 범위 내일 경우, 산화막 제거를 극대화한 효과가 있다.
바인더
바인더는 조성물 내 성분들의 결합력을 증대시켜 코팅층 형성성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 바인더는 폴리비닐계 수지, 아크릴계 수지 및 우레탄계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 바인더는 30 내지 40 중량부의 바나듐에 대하여 1 내지 20 중량부, 5 내지 15 중량부, 또는 5 내지 10 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 바인더의 함량이 상기 범위 내일 경우, 조성물의 결합력을 극대화하는 효과가 있다.
열교환기 튜브
본 발명에 따른 열교환기 튜브는 금속 모재; 및 상기 금속 모재 상에 형성되고, 상기 열교환기 튜브용 코팅 조성물 유래 내식성 강화층;을 포함한다.
금속 모재
금속 모재는 열교환기용 튜브를 이루는 모재이며, 통상적으로 열교환기 튜브에 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 알루미늄, 구리 및 스테인리스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 모재는 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
상기 금속 모재는 튜브 형태일 수 있다.
내식성 강화층
내식성 강화층은 금속 모재 상에 형성되며, 부식 발생시 금속 모재 대신 부식되어 금속 모재의 부식을 방지하는 역할을 한다.
이때, 상기 내식성 강화층은 이산화바나듐(VO2)을 포함할 수 있다. 상기 내식성 강화층이 이산화바나듐을 포함할 경우, 부식 발생시 금속 모재 대신 부식되어 금속 모재의 부식을 효과적으로 방지하는 효과가 있다.
또한, 상기 내식성 강화층은 평균 두께가 1 내지 1,000 ㎛, 5 내지 500 ㎛, 또는 10 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 내식성 강화층의 평균 두께가 상기 범위 내일 경우, 제조된 열교환기 튜브의 내식성이 향상되는 효과가 있다.
상술한 바와 같은 열교환기 튜브는 부식시 금속 모재 대신 내식성 강화층이 부식되어 내식성 및 내치핑성이 우수하다.
열교환기용 튜브의 코팅 방법
본 발명에 따른 열교환기용 튜브의 코팅 방법은 금속 모재의 표면을 상기 열교환기 튜브용 코팅 조성물로 코팅하여 코팅층을 형성하는 코팅 단계; 상기 코팅층이 형성된 금속 모재를 브레이징하는 접합 단계; 및 브레이징된 금속 모재를 열처리하여 내식성 강화층을 형성하는 열처리 단계;를 포함한다.
코팅 단계
본 단계에서는 금속 모재의 표면을 상기 열교환기 튜브용 코팅 조성물로 코팅하여 코팅층을 형성한다.
상기 코팅은 롤 코팅일 수 있다. 상기 롤 코팅은 상기 금속 모재를 1 내지 10 m/분, 또는 1 내지 5 m/분의 속도로 이송하고 상기 코팅 조성물을 0.1 내지 5 g/분, 또는 0.1 내지 1 g/분의 속도로 제공할 수 있다. 이때, 상기 롤 코팅시 금속 모재의 이송 속도 및 코팅 조성물의 공급 속도가 상기 범위 내일 경우, 금속 모재의 표면에 균일하고 적절한 두께의 코팅층이 형성되어 금속 모재의 내식성 및 내치핑성이 향상되는 효과가 있다.
접합 단계
본 단계에서는 상기 코팅층이 형성된 금속 모재를 브레이징한다. 이때, 본 단계에서는 브레이징하여 열교환기 튜브용 코팅 조성물 내 바나듐을 금속 모재 내로 확산시킬 수 있다.
상기 브레이징은 350 내지 650 ℃, 또는 400 내지 600 ℃에서 1 내지 15 분, 또는 4 내지 12 분 동안 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 브레이징은 350 내지 430 ℃, 또는 380 내지 420 ℃에서 1 내지 7 분, 또는 3 내지 7 분 동안 수행하거나, 500 내지 650 ℃, 또는 550 내지 620 ℃에서 8 내지 15 분, 또는 8 내지 12 분 동안 수행할 수 있다. 브레이징시 온도 및 시간이 상기 범위 내일 경우, 브레이징성이 향상되는 효과가 있다.
열처리 단계
본 단계에서는 브레이징된 금속 모재를 열처리하여 내식성 강화층을 형성한다.
상기 열처리 단계에서는 주파수 150 내지 350 kHz의 고주파 열처리할 수 있다. 구체적으로, 상기 고주파 열처리는 주파수 200 내지 300 kHz의 고주파를 3 내지 15 분, 또는 5 내지 10 분 동안 처리할 수 있다. 상기 고주파의 주파수 및 처리 시간이 상기 범위 내일 경우, 내식성 강화층 내의 이산화바나듐(VO2)이 생성되어 금속 모재의 내식성 및 내치핑성이 향상되는 효과가 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 열교환기 튜브용 코팅 조성물의 제조
35중량부의 바나듐(V), 55 중량부의 KAIF4, 및 10 중량부의 바인더(제조사: 삼원케미칼, 제품명: HF-66B, 아크릴 수지)를 혼합하여 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 1 내지 5.
하기 표 1에 기재된 함량으로 각 성분들을 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
성분(중량부) 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
바나듐(V) 35 - - 15 25 45
지르코늄(Zr) - 35 - - - -
티타늄(Ti) - - 35 - - -
KAIF4 55 55 55 55 55 55
바인더 10 10 10 10 10 10
합계 100 100 100 80 90 110
시험예 1: 내식성 평가
알루미늄 모재(제조사: 일심알맥스, 제품명: A3003, 두께: 200㎛)에 실시예 및 비교예의 코팅 조성물을 롤 코팅하였다. 이때, 금속 모재는 3m/분의 속도로 제공하고, 코팅 조성물을 제공하면서 5g/m2의 양으로 코팅하였다.
이후 코팅된 알루미늄 모재를 400℃에서 5분 동안 브레이징하여 알루미늄 모재 내에 바나듐을 확산시켰다.
이후 브레이징된 알루미늄 모재를 주파수 250KHz의 고주파를 8분 동안 처리하여 이산화바나듐을 포함하는 평균 두께 100㎛의 내식성 강화층을 형성하여 시편을 제조하였다.
이후 시편 상에 염수를 100mL/m2의 양으로 처리하고, 1,000시간 이후 부식 깊이를 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타냈다. 이때, 상기 염수는 5중량%의 소금을 포함하는 수용액을 사용하였다.
구분 부식 깊이(㎛)
실시예 1 50
비교예 1 100
비교예 2 200
비교예 3 200
비교예 4 100
비교예 5 100
표 2에서 보는 바와 같이, 금속량이 동일한 비교예 1 및 2와 비교하여 바나듐을 포함하는 실시예 1은 부식 깊이가 현저히 낮았다. 또한, 바나듐을 소량 또는 과량 포함하는 비교예 3 내지 5와 비교하여 실시예 1은 부식 깊이가 현저히 얕았다. 이로부터, 비교예 1 내지 5의 시편과 비교하여 실시예 1의 시편의 현저히 우수한 내식성을 확인할 수 있었다.
시험예 2: 내치핑성 평가
직경 3mm 및 무게 100g의 자갈을 90°각도로 10초 동안 5kgf/cm2의 압력으로 상기 시험예 1과 동일한 방법으로 제조한 시편 상에 분사한 후 시편 표면의 손상 깊이를 측정하였다. 측정 결과는 표 3에 나타냈다.
　 손상 깊이(㎛)
실시예 1 50
비교예 1 100
비교예 2 200
비교예 3 200
비교예 4 100
비교예 5 100
표 3에서 보는 바와 같이, 실시예 1의 시편은 비교예 1 내지 5의 시편과 비교하여 손상 깊이가 현저히 얕아 내치핑성이 현저히 우수함을 알 수 있었다.

Claims (14)

  1. 알루미늄을 포함하는 금속 모재; 및
    상기 금속 모재 상에 형성되고, 30 내지 38 중량부의 바나듐(V), 45 내지 70 중량부의 플럭스 및 1 내지 20 중량부의 바인더를 포함하는 코팅 조성물 유래의 내식성 강화층;을 포함하고,
    상기 내식성 강화층은 이산화바나듐(VO2)을 포함하며,
    상기 코팅 조성물은 바나듐을 조성물 100 중량부에 대하여 28 내지 38 중량부의 함량으로 포함하는, 열교환기 튜브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플럭스는 KF, AIF3, KAIF4, KAIF5, K2AIF5, K3AIF6, CsF, RbF, LiF, NaF, Ca2F 및 KZnF3으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 불화물계 플럭스인, 열교환기 튜브.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더는 폴리비닐계 수지, 아크릴계 수지 및 우레탄계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 열교환기 튜브.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 내식성 강화층은 평균 두께가 1 내지 1,000 ㎛인, 열교환기 튜브.
  5. 알루미늄을 포함하는 금속 모재의 표면을 30 내지 38 중량부의 바나듐(V), 45 내지 70 중량부의 플럭스 및 1 내지 20 중량부의 바인더를 포함하는 코팅 조성물로 코팅하여 코팅층을 형성하는 코팅 단계;
    상기 코팅층이 형성된 금속 모재를 브레이징하는 접합 단계; 및
    브레이징된 금속 모재를 열처리하여 내식성 강화층을 형성하는 열처리 단계;를 포함하고,
    상기 코팅 조성물은 바나듐을 조성물 100 중량부에 대하여 28 내지 38 중량부의 함량으로 포함하는, 열교환기용 튜브의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 코팅 단계에서의 코팅은 롤 코팅인, 열교환기용 튜브의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 롤 코팅은 상기 금속 모재를 1 내지 10 m/분의 속도로 이송하고 상기 코팅 조성물을 0.1 내지 5 g/분의 속도로 제공하는, 열교환기용 튜브의 제조 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 접합 단계에서는 350 내지 650 ℃에서 1 내지 15 분 동안 브레이징하는, 열교환기용 튜브의 제조 방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 열처리 단계에서는 주파수 150 내지 350 kHz의 고주파 열처리하는, 열교환기용 튜브의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 고주파 열처리는 주파수 200 내지 300 kHz의 고주파를 3 내지 15 분 동안 처리하는, 열교환기용 튜브의 제조 방법.
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  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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