有色金属材料与工程  2018, Vol. 39 Issue (2): 42-45   PDF    
引用本文
李高林. 热交换器翅片用亲水铝箔预处理工艺控制[J]. 有色金属材料与工程, 2018, 39(2): 42-45.
LI Gaolin. Control of Pretreatment Process of Hydrophilic Foil for Heat Exchanger Fin[J]. Nonferrous Metal Materials And Engineering, 2018, 39(2): 42-45.
热交换器翅片用亲水铝箔预处理工艺控制
李高林     
常州常发制冷科技有限公司, 江苏 常州 213000
收稿日期：2017-11-07
作者简介：李高林(1984-), 男, 工程师。研究方向:有色金属加工。E-mail:ligaolin092@163.com
摘要：亲水铝箔用作热交换器时，在加工及使用过程中对其附着力、耐腐蚀性及亲水性等涂层性能要求较高，为确保亲水铝箔涂层性能，涂覆前的清洗预处理尤为重要。通过中性盐雾试验、附着力测试及持续亲水性测试等手段，分析了亲水铝箔预处理工艺参数的制定及优化控制，涂覆前预处理按照脱脂液浓度2%~5%（质量分数），脱脂液温度20~40℃，pH 10~13，热水清洗温度40~60℃，处理后铝箔板面清洁度达因值≥56即可满足亲水铝箔的生产需求。
关键词：热交换器    亲水铝箔    涂覆    预处理    附着力    耐腐蚀性    
Control of Pretreatment Process of Hydrophilic Foil for Heat Exchanger Fin
LI Gaolin     
Changzhou Changfa Refrigeration Technology Co., Ltd., Changzhou 213000, China
Abstract: Hydrophilic aluminum foil used as heat exchanger in the course of processing and using, the requirement of its adhesion, corrosion resistance and hydrophilic coating performance is higher.The pretreatment before coating is very important in order to ensure the coating properties of hydrophilic aluminium foil.In this paper, neutral salt spray test, adhesion test and continuous hydrophilic test were introduced.The formulation and optimization control of pretreatment parameters of hydrophilic aluminium foil were presented as well.The concentration of the degreasing solution before coating is 2%-5%(mass fraction), the degreasing solution temperature is 20-40 degrees Celsius, the pH is controlled within the range of 10-13, and the hot water cleaning temperature is 40-60 degrees Celsius.And after treatment, the surface cleanliness of aluminum foil is more than 56 to meet the demand of hydrophilic aluminum foil production.
Key words: heat exchanger     hydrophilic foil     coating     pretreatment process     adhesion     corrosion property    

用于热交换器的铝箔翅片在运作过程中有进行散发热量和吸收热量两方面的转换, 通常情况下, 翅片表面温度低于空气露点温度, 因此空气中的水分易在翅片表面凝结。空调制冷时室内热交换器吸收热量, 该冷凝水扩散在散热片表面, 或者呈现水珠状, 导致翅片之间形成水桥, 堵塞空气循环, 增大风阻和噪音, 降低热交换效率。空调制热时, 室外热交换器冷凝水以霜的形式附着在散热翅片的表面, 不仅增大风阻力, 而且导致暖风运转能力下降, 导致除霜时间增加[1-6]。在翅片之间形成的水桥会导致热交换器使用寿命降低, 主要表现在:铝箔表面容易腐蚀; 增大风阻和能源消耗; 缩短空调机的使用寿命。水汽混合后易在铝箔表面产生“白粉”。其形成机理如下[7-8]:

4Al+3O2=2Al2O3

Al2O3+H2O=Al2O3·H2O

白色粉末就是Al2O3·H2O, 既破坏铝箔, 又降低两器热交换能力。为解决上述问题, 在实际生产中, 亲水铝箔主要用于空调热交换器翅片, 由于具有较好的亲水性, 翅片表面水滴的接触角较小, 快速扩散沿表面流出, 如图 1所示。与光箔相比, 经亲水化处理后的铝箔用做散热翅片, 可有效消除翅片间的“水桥”现象, 从而降低空调器的通风阻力和噪音, 减小空调器的能耗。但在亲水涂料涂覆前, 需对基材进行脱脂清洗处理, 保障涂覆过程的顺利进行, 确保涂层性能。空调两器用亲水铝箔作为两器制作过程中的原材料, 经过翅片冲床冲制成翅片, 再经铜管穿管并胀管后形成空调用两器, 由于空调使用环境及运行条件的要求, 铝箔本身除优异的亲水性外, 还需满足其他性能方面的要求[9-12], 性能及检测方法见表 1。本文针对涂覆预处理工艺控制进行了讨论。

图 1 水滴与铝箔表面接触角 Fig. 1 Contact angle between water droplet and aluminum foil surface

表 1 亲水铝箔性能要求及检测方法 Tab. 1 Performance requirements and detection methods for hydrophilic aluminum foil
1 工艺流程

亲水铝箔预处理工艺流程如图 2所示。

图 2 工艺流程 Fig. 2 Process flow
2 涂覆前预处理工艺的制定 2.1 脱脂处理

目前使用的脱脂剂是含有Na+的碱性溶液, 适宜工作温度为20~40 ℃, 使用脱脂剂描述见表 2。脱脂温度过低时, 脱脂剂活性较低, 与铝箔表面油污等反应缓慢, 影响铝箔表面清洗效果。当脱脂液温度高于40 ℃时, 脱脂剂活性较高, 能与铝箔表面油污激烈反应[13], 清洗效果较好。但如果脱脂液浓度过高或者脱脂时间过长会导致铝箔表面产生腐蚀点, 影响涂覆生产, 反应机理为:

表 2 使用脱脂剂描述 Tab. 2 Description of degreasing agent

2Al+2NaOH+2H2O⇌2NaAlO2+3H2↑

Al2O3+2NaOH⇌2NaAlO2+H2↑

NaAlO2+2H2O⇌NaOH+Al(OH)3↓

生产过程中各槽体温度控制方式为计算机程序化自动控制, 槽体内温度可维持在±5 ℃范围内, 生产中控制在20~40 ℃。生产线速度为80~100 m/s, 在涂覆前预处理时间约为9 s。当脱脂槽温度不变时, 脱脂液浓度与脱脂时间对铝箔表面的影响如图 3所示。

图 3 浓度与时间对铝箔表面的影响 Fig. 3 Influence of concentration and time on the surface of aluminum foil

由图 3可知, 当温度稳定在20~40 ℃, 预处理时间为7~10 s时, 脱脂液浓度控制在6%(质量分数)以下。为确保脱脂效果, 且避免造成铝箔表面腐蚀, 脱脂液浓度控制在2%~5%(质量分数)较为合适。

2.2 水洗处理

为防止碱性脱脂液残留对铝箔表面造成影响, 需对铝箔进行二次清洁, 在铝箔脱脂液清洗槽过后经过了热水清洗槽和常温水清洗槽。因为当温度在40 ℃以上时脱脂液活性较强, 为有效清洗铝箔表面脱脂液及反应后的油污混合物, 热水清洗槽温度控制在40~60 ℃。同时, 在热水清洗槽过后, 进入常温水洗槽处理, 确保铝箔表面脱脂液及脱脂液与油污反应混合物彻底清洗干净。为了维持各清洗槽的温度及浓度, 在脱脂液清洗槽、热水清洗槽及常温水清洗槽出口处分别设置有挤干辊。

2.3 干燥处理

铝箔在清洗预处理结束后, 在涂覆生产前必须进行干燥处理, 确保在涂覆生产时铝箔表面洁净、干燥, 防止因铝箔表面潮湿在涂覆生产时造成色差及漏涂缺陷, 影响涂覆生产质量。干燥炉气温度控制在300~400 ℃, 保证铝箔表面干燥且不会因为温度过高造成变形打皱, 保障涂覆生产质量。

2.4 预处理分析讨论

为了在生产过程中监控预处理效果, 每隔1 h取样, 分别测试脱脂液的游离碱浓度及pH, 测试结果见表 3。表 3中的数据表明, 游离碱浓度与pH呈正相关关系。实际生产数据表明, 可以通过监视脱脂液的pH来反映其浓度, 由于pH可通过pH试纸直接测量, 大大便捷了生产监控, 适合企业产业化生产的需求。图 4为表 3中游离碱浓度、温度和pH之间的三维对应关系, 可从中更直观地了解各指标的可控制范围。

图 4 生产过程中温度、游离碱浓度和pH之间的关系 Fig. 4 Relationship between temperature, free alkali and pH in the production process

表 3 生产过程脱脂液变化及表面清洁情况 Tab. 3 Changes in degreasing fluid and surface cleaning in production process

为了更好地证实亲水铝箔涂覆前预处理的重要性, 在生产验证时进行了对比试验。涂覆生产前不使用脱脂液, 预处理全部使用水处理, 其他条件保持不变。对其干燥后表面清洁程度检测, 达因值仅有40, 在涂覆生产后发现局部有色差出现, 甚至某些部位油脂出现漏涂。而采用本文预处理工艺控制条件, 干燥后检测铝箔表面清洁程度, 达因值为56~70, 涂覆生产的亲水铝箔有效避免了上述不良现象的出现。对涂覆生产的亲水铝箔成品进行各项涂层性能测试, 结果见表 4。生产实践证明, 在其他条件不变的情况下, 脱脂液pH控制在10~13可以满足实际生产需求。

表 4 亲水铝箔性能测试结果 Tab. 4 Performance test results of hydrophilic aluminum foil
3 结论

综上所述, 经过实际生产验证, 在亲水铝箔涂覆前预处理工艺控制中可得出以下结论:

(1) 涂覆前预处理过程中, 脱脂液浓度应控制在2%~5%(质量分数), 脱脂液温度控制在20~40 ℃, 热水清洗温度控制在40~60 ℃。

(2) 在涂覆生产过程中可通过检测脱脂液pH来维持脱脂液效果, pH控制在10~13。在涂覆前, 铝箔表面清洁状态预处理后达因值≥56, 可满足涂覆生产要求。

(3) 亲水铝箔涂覆前预处理采用本文描述工艺参数控制, 生产出的亲水铝箔表面均匀, 涂膜附着力较强, 耐腐蚀性较好, 持续亲水性较好, 可满足不同客户对亲水铝箔的生产需求。

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