專利名稱：先進電化學腐蝕防護方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及金屬在腐蝕環(huán)境下的防護，具體涉及用于空調器的銅-鋁熱交換器的防護。
當兩種不相似金屬在存在電解質的情況下相互接觸從而形成一對電極時即產生電化學腐蝕。貴得較多(電勢序較高)的金屬提供用于還原反應的表面積，而貴得較少(電勢序較低)的金屬則在一氧化過程中腐蝕。在兩個金屬的交界面處氧化發(fā)生最多，但也可發(fā)生在離實際交界面一定距離處。在沿海地區(qū)，最普遍的電解質是空氣中的鹽水。細小的鹽水霧可被向內陸吹到離海岸五十英里之遠。工業(yè)污染產生的二氧化硫當其與空氣中的水分結合時也形成一電解質。
防止電化學腐蝕的通常方法是用各種油漆涂覆暴露的金屬表面。由于許多原因，這些防護性涂覆的作用是很有限的。涂覆的主要問題在于，其防止腐蝕的有效性通過暴露在環(huán)境如紫外線和酸雨中而降低。另一個共同問題在于，涂覆材料經常不是很好地粘附在基底上，并實際上剝落或侵蝕掉而露出金屬基底。而且，這種保護性涂層是多孔性的并且允許電解質穿過基底表面而連接電極對。此外，在某些物品的表面應用保護性涂層對其性能會起相反的作用。
在通過用各種材料涂覆傳統(tǒng)的銅-鋁熱交換器以延長裝置的使用壽命的嘗試方面取得了不同程度的成功。這些涂層材料常常降低裝置的熱傳遞能力，粘附性能差，并不能穿入所有可能暴露于腐蝕性環(huán)境中的區(qū)域。
本發(fā)明一般地提供一種先進的電化學腐蝕防護方法。按照本發(fā)明，在一由兩種金屬制成的物品中，一種金屬比另一種貴得較多，該貴得較多的金屬的外表面用一種與貴得較少的金屬在電化學腐蝕方面相容的金屬進行處理，以在兩種不相似金屬之間形成一保護層，該保護層防止電極對出現還原反應。本發(fā)明大大減少了當兩種不相似金屬在存在電解質的情況下相互接觸時出現的氧化還原反應過程。


圖1為按照本發(fā)明方法加以處理的裝有熱交換器管的熱交換器的立體圖。
以下將結合用于銅-鋁熱交換器的電化學腐蝕防護對本發(fā)明進行具體說明。然而，顯而易見，熟悉本領域的人員并不限于該具體實例，而能用于使不相似的金屬在存在電解質的情況下相互接觸的許多配置。
圖1示出一典型地用于空調裝置中的片管式熱交換器10。該熱交換器包括一個或多個用于通過熱交換器裝置載放致冷劑的流動線路。為便于說明，熱交換器10包括一由通過一90°彎管5在熱交換器10一端處連接的一輸入線路3和一輸出線路4組成的單一流動線路管2。然而，顯然可根據系統(tǒng)的要求在該裝置中增加更多的線路。該裝置還包括一系列由沿流動線路的長度方向隔開的徑向配置板狀的元件組成的散熱片6。該散熱片6支承在一對端板7和8之間的組件中，以對氣體籍以越過線路管2并在隔開的散熱片6之間的一氣體流動通道進行限定。
如上所述，這種形式的熱交換器通常被暴露使用于腐蝕環(huán)境。在一典型的配置中，這種形式的熱交換器制成線路流動管采用銅管而散熱片則采用鋁。散熱片配置成與線路管接觸并通過傳導熱傳遞及然后通過向線路管周圍流動的氣體(通常為空氣)的對流熱傳遞散熱而將熱量從線路管排出。在線路管結構中采用銅是因為它具有良好的熱傳遞特性、防腐蝕、并且易于修理。散熱片采用鋁是因為它具有良好的熱傳遞特性、易于制造和低成本。熱交換器在某些應用場合全部采用銅及全部采用鋁以避免電化學腐蝕問題，但成本明顯提高。
鋁在電勢序上是很低的，即與銅相比貴得較少。因此，鋁在存在電解質的情況下與銅接觸時即氧化或腐蝕。在圖1所示的結構中，線路管與散熱片的界面即為產生電極對之處和鋁散熱片發(fā)生腐蝕之處。一旦散熱片在相交處腐蝕，該散熱片即不再與線路管接觸，這樣，由于散熱片失去了其將熱量從線路管傳導出去的能力，故熱交換效率大大降低。
如下面將具體說明的那樣，按照本發(fā)明，線路管2的暴露表面用鋁或一在電勢序上與鋁相容的金屬涂覆或濃化。由于在鋁涂覆與鋁散熱片6之間不形成電極對，故鋁是最好的候選金屬。然而，活潑金屬如鋅、錫、鎂、鎵、鎘和鉛也將降低電極對的程度，從而降低散熱片材料的氧化速度。
用鋁對銅線路管12的涂覆或表面濃化是在熱交換器10的裝配之前進行的。銅的鋁化是眾所周知的做法并能實施到一精確程度，以實際上消除上述用于防止腐蝕的傳統(tǒng)涂覆的問題。若干用于使銅管鋁化的加工過程是工業(yè)中現有的并被用于本發(fā)明。該涂覆過程包括熱浸、電鍍、充鋁油漆和涂料、以及熱噴涂。表面濃化過程包括離子蒸汽沉積、化學蒸汽沉積、以及物理蒸汽沉積。
本發(fā)明的主要方面是在流動線路管2的整個表面進行鋁的均勻涂覆的生產。無論所考慮的過程如何，對線路管表面準備、線路管預熱溫度、涂層成分、以及涂層厚度等變量均必須仔細加以控制，以達到本發(fā)明特有的結果。線路管暴露表面的準備最好是將表面氧化層從銅上去除，以保證涂覆材料很好地粘附到線路管上。許多表面準備過程是工業(yè)中現有的，包括采用還原氣體、熔劑和噴砂。線路管預熱溫度應控制在24℃與600℃之間，以在涂覆過程中防止銅溶解并限制金屬互化物生長。
較佳為涂層具有高的延展性，以使其后的熱交換器組裝能不損壞涂層。涂層的延展性部分地取決于涂層的成分和涂層的厚度。如上所述，任何在電化學方面比線路管材料更能與散熱片材料相容的金屬成分將降低散熱片6的氧化速度，而理想的涂覆材料將完全與散熱片材料匹配。本發(fā)明中考慮采用某些鋁合金，其中包括結合有硅的鋁和結合有鋅的鋁。涂層必須足夠厚以防止電解質穿透。然而，由于任何涂層對于裝置的熱傳遞均具有不利作用，故應避免過厚的保護層。本發(fā)明考慮的最佳厚度范圍為0.1密耳至2密耳。
權利要求
1．一種防止一配置成與一第二件接觸的第一件的表面電化學腐蝕的方法，所述第一件由一比不及第二件貴的金屬形成，所述第一件具有一適于與所述第二件的表面接觸的表面，包括以下步驟用某種貴得較少的金屬處理第二件的暴露表面。
2．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理步驟包括用貴得較少的金屬對第二件的暴露表面進行涂覆，以在所述第二件的暴露表面形成一貴得較少的金屬層。
3．如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述貴得較少的金屬層的厚度為約0.0001至0.002英寸之間。
4．如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述涂覆過程為一熱浸過程、一電鍍過程、一油漆過程或一擴散涂覆過程。
5．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理步驟是一表面濃化過程。
6．如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述處理步驟是一離子蒸汽沉積過程、一化學蒸汽沉積過程或一物理蒸汽沉積過程。
7．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二件主要由銅組成，所述第一件主要由鋁組成，所述貴得較少的金屬主要由鋁或包括硅或鋅的鋁合金組成。
8．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二件主要由銅組成，所述第一件主要由鋁組成，所述貴得較少的金屬包括一從由鋅、錫、鎂、鎵、鎘、鉛及其組合的組中選擇的、不及鋁貴的元素。
9．一種按照權利要求1的方法制造的熱交換器。
10．如權利要求9所述的熱交換器，其特征在于，所述第一件是一由鋁制成的散熱片，所述第二片是一由銅制成的線路管，所述貴得較少的金屬從由鋁、硅鋁合金、鋅鋁合金、鋅、錫、鎂、鎵、鎘、鉛及其組合的組中選擇。
全文摘要
一種用于減少相互接觸的不相似金屬的電化學腐蝕的方法,其特點是貴金屬的暴露表面用一在電化學上貴得較少的金屬更相容的金屬涂覆。
文檔編號C23C30/00GK1234079SQ97198948
公開日1999年11月3日 申請日期1997年9月30日 優(yōu)先權日1996年10月21日
發(fā)明者托馬斯J·加羅申 申請人:運載器有限公司