NO176484B - En flussvedheftende aluminiumbasert komponent og fremgangsmåte for fremstilling derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en metode for flussbehandling av aluminiumbaserte komponenter for å muliggjøre grundig fukting av deres overflater ved å fjerne oksidfilm fra overflaten ved en senere sammenføyning av komponentene, og de resulterende komponenter med vedheftet flussmiddel.

Når komponenter av aluminium eller aluminiumlegeringer (heretter skal begge deler omfattes av uttrykket "aluminiumbasert") blir montert, for eksempel i en konstruksjon som en varmeveksler, blir de vanligvis flussbehandlet før hardlodding i luft eller en nøytral atmosfære som nitrogen. Flussmiddel blir benyttet for å ødelegge/fjerne en fin film av aluminiumoksid som lett danner seg på aluminiumoverflaten.

Denne oksidfilmen innvirker på prosessene for påføring av metallisk belegg på overflaten samt på prosesser for sammenføy-ning av komponentene ved lodding, hardlodding eller sveising. Oksidfilmen må fjernes og hindres i å dannes på nytt for at det skal være mulig å få i stand en metall mot metall binding.

I den konvensjonelle behandlingen blir mange forskjellige flussmidler benyttet for å fjerne oksidlaget. Kloridbaserte flussmidler bryter opp oksidfilmen, men må deretter skylles vekk på grunn av deres hygroskopiske og korrosive natur. Fluorid-baserte flussmidler, f.eks. blanding av natriumtetrafluoroaluminat og heksafluorotrinatriumaluminat, er fordelaktige da de ikke etterlater noen korrosive rester.

Et flussmiddel blir vanligvis oppslemmet i vann eller et annet løsemiddel og påført overflatene på de aluminiumbaserte komponentene ved hjelp av sprøyting eller dypping. De flussbehandlede overflatene blir deretter tørket ved forvarming, og komponentene oppvarmet til en hardlodddingstemperatur hvor hardloddemetall smelter og flussmiddelet er aktivt for å sammenføye to komponenter.

Et flussmiddel blir vanligvis benyttet som del av en online-prosess umiddelbart før sammenføyningen. Ved den konvensjonelle metoden krever påføring av flussmiddel følgelig et ekstra trinn med tørking for å fjerne vann eller løsemiddel- før selve sammenføyningen. En slik tørking reduserer imidlertid effektivi-teten til online-prosessen.

Videre sikrer flussbehandling av de sammenføyde komponentene ikke en enhetlig fordeling og at flussmiddelet får kontakt med hele overflaten til de sammenføyde komponentene.

En alternativ metode som unngår bruken av et tørketrinn, er elektrostatisk avsetning av tørt flusspulver på komponentene før hardloddingen. Den elektrostatiske avsetningen er imidlertid ikke sterk eller festedyktig nok til å muliggjøre lagring eller omfattende transport av komponentene over en utstrakt tidsperiode før hardloddingen. Ved den konvensjonelle metoden er man derfor begrenset til online påføring av flussmiddel.

Den industrielle og transportmessige utviklingen er imidlertid slik at det kan være svært ønskelig å kunne ekstrudere eller på annen måte fremstille komponenter og flussbehandle dem på forhånd på ett sted eller på ett bestemt tidspunkt, og hardlodde dem på et annet sted.

US patent nr. 4571352 beskriver en metode for belegging av metallegemer med Al-basert hardloddingsmateriale. Metoden er basert på dipping av Al-gjenstander i en beholder fylt med smeltet loddemateriale med et topplag av fluss, som fortrinnsvis ikke er helt smeltet, men opprettholder en størknet overflate. Hovedformålet med metoden er å sikre vedhefting av lodde-materialet under dippingoperasjonen, men under uttrekking av Al-røret skal det tynne loddebelegget vedhefte også noe av flussen som et ytterste lag på røret. Den beskrevne metoden er ikke egnet til påføring av flussbelegget fordi det "flekkvise" vedheftede flussmaterialet har dårlig vedheftingsevne og ikke oppnår en jevn, uniform belegging over hele overflaten av Al-røret. Videre blir reaktiviteten på flussmateriale som er utsatt for gjentatt gjensmelting, sterkt nedsatt.

Det er derfor et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en aluminiumbasert komponent som er f lussbehandlet på forhånd med konvensjonelt flussmiddel/loddepasta på en slik måte at flussmiddelet holder seg på plass ved senere transport, lagring og montering av de belagte komponentene, og på denne måte fjerne behovet for ytterligere påføring av flussmiddel.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å frembringe komponenter som har flussmiddel på hvert av sammenføynings-punktene.

Ytterligere et formål med foreliggende oppfinnelse er å frembringe en metode til flussbehandling av aluminiumbaserte komponenter som fjerner behovet for et tørketrinn.

Disse og andre formål ved foreliggende oppfinnelse oppnås ved å frembringe en metode og en flussbelagt komponent slik det fremgår av den karakteriserende del av henholdsvis patentkrav 1 og 5.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere med henvisning til den vedlagte tegningen, figur 1, som skjematisk viser rekkefølgen i operasjonen i henhold til en foretrukket utførelse av oppfinnelsen.

Foreliggende oppfinnelse frembringer en aluminiumbasert komponent som på forhånd er flussbehandlet og som fastholder flussmiddelet takket være et (størknet) metallisk belegg som er påført komponenten som en matrise slik at flusspartiklene blir bundet eller festet tett til komponentens overflate. Slike belegg, fortrinnsvis av sink eller sink/aluminium-legering på grunn av deres korrosjonsbeskyttende egenskaper og lave smeltepunkt, benyttes for å forbedre korrosjonsbeskyttelsen eller for å gi et loddemetall ved sammenføyningen av komponentene, f.eks. i produksjonen av varmevekslere.

Det er blitt fastslått at ved en hensiktsmessig tilrettelegging av prosessforholdene kan belegget holdes flytende over et tidsrom som er tilstrekkelig for gjennomføring av en påfølgende flussbehandling. Figur 1 viser skjematisk beleggingslinjen og det eksperimentelle utstyret som benyttes ved flussbehandlingen. En aluminiumbasert komponent, f.eks. en hul aluminiumform eller et aluminiumrør 1, føres gjennom et smeltet metallisk beleggmateriale (bad) 2 og forbi en kalibreringsenhet 3 for å fjerne overflødig beleggmateriale. Ved å kontrollere temperaturen var det mulig å holde beleggmaterialet flytende og dermed forårsake at fluss-materialet i pudderform festet seg til den smeltede overflaten ved at flusspartikler blåst gjennom dysene 4 støtte mot det smeltede overflatelaget. Et fast lag av flusspartikler i det størknede beleggmaterialet ble oppnådd etter et avsluttende kjøletrinn.

Eksempel

Et aluminiumrør ble varmegalvanisert i den beleggingslinjen som er beskrevet ovenfor, med sink/aluminium-legering (ZnAl 5%) som beleggmateriale. Temperaturen etter kalibrering ble holdt i overkant av 385°C, og fint fordelte flusspartikler (blanding av natriumtetrafluoroaluminat og heksafluorotrinatriumaluminat) ble blåst forsiktig mot det smeltede belegget.

Dette førte til at det dannet seg et lag av flussmateriale som satt fast i belegget, og som ble sittende fast når røret ble kjølt ned tilstrekkelig til at belegget størknet. Etter påfølg-ende bråkjøling i vann satt flussmiddelet fortsatt fast på røroverflaten, noe som indikerte at flussmiddelet var fast og sikkert bundet til overflaten. Den flussbehandlede overflaten ble deretter undersøkt ved skanning med elektronmikroskop. Det ble funnet at flussmateriale var til stede på overflaten til belegget, ettersom det ble funnet fluorid, som ellers ikke ville vært til stede her.

Foreliggende oppfinnelse benytter et størknende belegg som en matrise for å holde fast eller binde partiklene på plass nær eller rundt komponentens overflate. Etter hvert som flusspartikler støter mot belegget og legger seg til her, blir de sittende. Flusspartiklene blir limt eller frosset på plass når belegget størkner. Dette gir en binding som er sterk nok til å muliggjøre lengre tids lagring eller transport av de komponentene som er flussbehandlet på forhånd.

Belegget kan frembringes ved en hvilken som helst konvensjonell metode som f.eks. dypping, plasking, spruting osv. Det er også mulig å foreta påføringen av flussmiddel som et eget trinn i prosessen. I dette tilfellet er det nødvendig å oppvarme det størknede belegget på nytt slik at det smelter igjen før påføringen av flussmiddel.

Selv om et fluoridbasert flussmiddel ble benyttet i oppfinnerens forsøk, kan et hvilket som helst annet flussmiddel i partikkel-form benyttes i samsvar med oppfinnelsens idé. Oppfinnelsens idé vil for eksempel fungere godt med ethvert halogenbasert flussmiddel. Hvis komponenten skal bråkjøles i vann, bør et flussmiddel som er relativt uløselig i vann benyttes.

Metoden for påføring av flussmiddelet i henhold til oppfinnelsen kan variere. Flusspartiklene kan danne enten et kontinuerlig eller et ikke-kontinuerlig lag på eller endatil i belegget. En enhetlig fordeling av flussmiddelet er imidlertid fordelaktig for at det skal oppfylle formålet best mulig. Et bad med flytende flussmiddel kan med fordel benyttes for å sikre enhetlig fordeling av flusspartikler på komponenter som har en komplisert ytre form. Å kunne sikre at flussmiddelet er påført hele overflaten av komponentene før de monteres, gjør det f.eks. mulig å ha tettere avstand mellom kjøleribbene ved produksjonen av varmevekslerkjernene.

Oppfinnelsens idé er at partiklene skal feste seg eller bindes fast i belegget. Selv en overfladisk kontakt mellom en partikkels overflate og det smeltede belegget fører til en tilstrekkelig sterk forbindelse mellom partiklene og belegget når sistnevnte størkner. Partiklenes hastighet og størrelse samt beleggets tetthet og endatil tykkelse kan varieres for å påvirke partikkel-dybden inne i belegget.

Claims (6)

1. Flussvedheftende aluminiumbasert komponent, karakterisert ved at komponenten har et størknet overflatebelegg av metall som inneholder diskrete flusspartikler som en integrert del av belegget.

2. Komponent ifølge krav 1, karakterisert ved at flusspartiklene er innstøpt i belegget.

3. Komponent ifølge krav 1, karakterisert ved at det beskyttende belegget er en sink/aluminium-legering.

4. Komponent ifølge krav 1, karakterisert ved at flusspartiklene er halogenbaserte flusspartikler.

5. Fremgangsmåte for fremstilling av en aluminiumbasert komponent med vedheftende flusslag, karakterisert ved at det frembringes et smeltet overflatebelegg av metall på komponenten, flusspartikler drives mot belegget, og til slutt komponenten avkjøles slik at belegget størkner og dermed fører til at flusspartiklene blir innfestet som diskrete, integrerte partikler i det størknede belegget.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at flussbehandlingen foregår som en kontinuerlig prosess i linje med beleggingen av komponenten.