專利名稱：一種鋁換熱器及鋁箔表面親水耐蝕成膜方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁換熱器及鋁箔表面親水耐蝕成膜方法。
背景技術：
換熱器是空調(diào)器的關鍵部件之一，其散熱翅片通常使用鋁或鋁合金制成。一個熱交換器包含大量的平行翅片，空氣從翅片間隔通過。散熱和制冷部分的面積應盡可能大，以提高熱交換效果。同時由于鋁翅片間的間距非常小，結(jié)果當熱交換器用于制冷時，通過翅片的熱空氣中的潮氣就在制冷片表面凝結(jié)，水珠在翅片上聚集而堵塞狹窄的通道，即在翅片上形成“水橋”，阻止了空氣的流通，而使風阻增大，風量下降，并導致熱交換效率下降。另外，空調(diào)機鋁翅片工作在干濕交替的環(huán)境中，其表面形成的Al2O3·H2O氧化層從空氣出口以面粉狀噴出，帶來機器壽命減少和環(huán)境污染兩方面的問題。
為了解決這些問題，就必須對鋁熱交換器的翅片進行親水和防腐處理。
中國專利公開號CN1181404A給出了鋁箔表面處理工藝，該發(fā)明所涉及的鋁箔親水耐蝕處理的成膜劑是由親水成膜劑和耐蝕成膜劑兩部分組成，親水成膜劑含有硅化合物、水溶性有機物、堿性化合物、分散劑和水；耐蝕成膜劑含有有機高分子聚合物、交聯(lián)劑、分散劑和水；有機高分子共聚物是分子量為800～1500000、且含有環(huán)氧基、羧基、羥基、酰胺基中的二種或兩種以上官能團的共聚物。
中國專利公開號CN1342732A所涉及的鋁箔親水耐蝕處理的方法是涂覆納米親水材料，納米親水材料由親水性聚合物A和親水性納米聚合物粒子B組合而成，其中親水性聚合物A包括聚醚，親水性納米聚合物粒子B包括大分子表面活性劑、丙烯酰胺、丙烯酸、可交聯(lián)的不飽和單體。
中國專利公開號CN1079998A所涉及的鋁箔親水耐蝕處理的成膜劑由含鹵素化合物、氮雜茂及其衍生物、多聚磷酸鹽、堿性化合物、消泡、助溶劑組成。
中國專利公開號CN1424282A涉及一種二氧化鈦納米薄膜及其制法，特別涉及一種在二氧化鈦納米薄膜摻雜的納米薄膜及其制法，公開了一種TiO2/SiO2/稀土復合薄膜，使光催化活性和超親水性同步增加，并且超親水性在黑暗中可維持較長時間。
盡管上述專利技術改善了換熱器表層的防腐性與親水性，但還存在不能同時滿足親水性和防腐性，成膜工藝復雜等問題，有的技術使換熱器表層形成了高分子聚合物親水膜，成膜厚度不易控制，形成的膜較厚，影響導熱性、影響熱交換速度，其結(jié)果是親水性提高了，導熱性卻下降了，因此實際應用于工業(yè)化的技術并不多。
本發(fā)明的目的是提供一種鋁換熱器及鋁箔表面親水耐蝕成膜方法，采用溶膠凝膠法在鋁表面形成親水耐蝕性復合膜，在保證換熱效率的基礎上，使成膜后的鋁換熱器及鋁箔同時具有親水性和耐蝕性，簡化制備和操作工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種鋁換熱器及鋁箔表面親水耐蝕成膜方法，包括成膜劑的制備和成膜處理兩個步驟，具體為(1)成膜劑的制備將鈰鹽溶于無水乙醇中，然后加入火棉膠，即5％纖維素三硝酸脂的乙醇溶液，加入的火棉膠與無水乙醇的體積比為1∶1.5～4，充分攪拌，制成40～60g/L的鹽溶液A。
將鈦酸酯在攪拌條件下，滴加到醇類溶劑中，充分攪拌，加入一定量的水，用酸調(diào)節(jié)pH值為2～3，得到鈦醇鹽溶液B，其中，各組分的摩爾比為鈦酸丁酯∶醇類溶劑∶水＝1∶9～24∶3～9。
將硅酸酯溶于醇類溶劑中，加入一定量的水，充分攪拌水解，用酸調(diào)節(jié)pH值為2～3，得到硅醇鹽溶液C，其中，各組分的摩爾比為硅酸酯∶醇類溶劑∶水＝1∶4～12∶1～2。
將上述溶液按體積比為A∶B∶C＝3.3～10∶1∶0.2～0.5的比例混合，充分攪拌，得到混合溶膠成膜劑。
(2)成膜處理將脫脂后的鋁換熱器或鋁箔試樣垂直浸入步驟(1)制得的混合溶膠成膜劑中，靜置待成膜劑液面穩(wěn)定后，垂直提出，提拉的速度最好是2～5厘米/分鐘，室溫放置表干后，在400℃～500℃焙燒0.5～1小時，即可在鋁換熱器或鋁箔試樣表面上形成一層親水耐蝕的薄膜。
上述步驟(1)中制備鹽溶液A所用的鈰鹽為硝酸亞鈰或硫酸鈰，最好為硝酸亞鈰；制備鈦醇鹽溶液B所用的鈦酸酯為鈦酸乙酯、鈦酸異丙酯或鈦酸丁酯，最好為鈦酸丁酯；制備硅醇鹽溶液C所用的硅酸酯為硅酸甲酯或正硅酸乙酯，最好為正硅酸乙酯；制備鹽溶液B和C時，所用的醇類溶劑為乙醇或丙醇或異丙醇或丁醇或異丁醇，最好為無水乙醇或異丁醇。
在制備鹽溶液B和C時，對調(diào)節(jié)pH值所用的酸及酸的濃度沒有特別要求，采用鹽酸、醋酸、硝酸或硫酸均可。
本發(fā)明的方法適用于各種鋁及鋁合金制品的親水耐蝕處理，特別是鋁換熱器的親水耐蝕處理。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點本發(fā)明采用溶膠凝膠法在鋁表面形成了親水耐蝕性復合膜，膜薄，在保證換熱效率的基礎上，使成膜后的鋁換熱器及鋁箔同時具有親水性和耐蝕性，很好地解決了換熱器上水橋的問題，并大大簡化了操作工藝。


圖1為鋁表面形成復合膜后，在3.5％NaCl中性溶液中的極化曲線。
圖2為空白試樣與成膜試樣在中性3.5％NaCl溶液中的電化學阻抗譜的Bode圖。
從圖1可以看出，鋁表面生成復合膜后，在3.5％NaCl中性溶液中，其陰極和陽極極化曲線的電流密度都明顯變小，遠低于空白試樣，這表明復合膜同時抑制了腐蝕過程中陰極反應和陽極反應，阻礙陽極溶解和陰極上氧的去極化反應，從而起到良好的防蝕作用。
從圖2中可以看出，空白試樣的阻抗值遠遠小于成膜試樣的阻抗值，說明鋁表面生成復合膜后具有優(yōu)異的抗腐蝕性能。
具體實施例方式實施例1成膜劑的制備
將6g純度為99.99％的硝酸亞鈰晶體溶于80ml的無水乙醇中，然后加入20ml火棉膠，充分攪拌，獲得60g/L的溶液A。
將15ml鈦酸丁酯[Ti(OBu)4]于攪拌條件下滴加到60ml無水乙醇中，充分攪拌，再加入4.8ml水，用重量百分濃度為37％的鹽酸調(diào)節(jié)pH值為2～3，充分攪拌，獲得溶液B。
將22ml正硅酸乙酯(TEOS)溶解于23ml無水乙醇中，加入1.8ml水，用重量百分濃度為37％的鹽酸調(diào)節(jié)pH值為2～3，攪拌水解，獲得溶液C。
將上述溶液按體積比A∶B∶C＝3.3∶1∶0.2的比例混合，充分攪拌，獲得混合溶膠成膜劑。
成膜處理將脫脂后的鋁箔試樣(LF21)垂直浸入上述制得的混合溶膠中，靜置使溶膠表面平穩(wěn)，然后以2～5cm/min的速度向外垂直提拉，在鋁箔試樣表面上形成一層透明的薄膜。室溫放置，待表干后進行熱處理，將其在400℃下焙燒60min，就可在鋁箔試樣上形成一層薄膜。
實施例2成膜劑的制備將5g純度為99.99％的硝酸亞鈰晶體溶于70ml的無水乙醇中，然后加入30ml火棉膠，充分攪拌，獲得50g/L的溶液A。
將10ml鈦酸乙酯于攪拌條件下滴加到27ml異丁醇中，充分攪拌后，再加入3ml水，用重量百分濃度為37％的鹽酸調(diào)節(jié)pH值為2～3，充分攪拌，獲得溶液B。
將20ml硅酸甲酯溶解于30ml異丁醇中，加入1.6mol水，用重量百分濃度為37％的鹽酸調(diào)節(jié)pH值為2～3，攪拌水解，獲得溶液C。
將上述的溶液按體積比A∶B∶C＝6∶1∶0.3的比例混合，充分攪拌，獲得混合溶膠成膜劑。
成膜處理將脫脂后的鋁箔試樣(LY12)垂直浸入制得的混合溶膠中，靜置使溶膠表面平穩(wěn)，然后以2～5cm/min的速度向外垂直提拉，在鋁箔試樣表面上形成一層透明的薄膜。室溫放置，待表干后進行熱處理，將其在500℃下焙燒30min，就可在鋁箔試樣上形成一層薄膜。
實施例3成膜劑的制備將4g純度為99.99％的硝酸亞鈰晶體溶于60ml的無水乙醇中，然后加入40ml火棉膠，充分攪拌，獲得40g/L的溶液A。
將10ml鈦酸丁酯于攪拌下滴加到15ml無水乙醇中，充分攪拌，再加入1.5ml水，用重量百分濃度為99％的醋酸調(diào)節(jié)pH值為2～3，獲得溶液B。
溶解10ml正硅酸乙酯于30ml無水乙醇中，加入1.6ml水，用重量百分濃度為99％的醋酸調(diào)節(jié)pH值為2～3，攪拌水解，獲得溶液C。
將上述溶液按體積比A∶B∶C＝10∶1∶0.5的比例混合，充分攪拌，獲得混合溶膠成膜劑。
成膜處理將脫脂后的鋁箔試樣(純鋁)垂直浸入制得的混合溶膠中，靜置使溶膠表面平穩(wěn)，然后以2～5cm/min的速度向外垂直提拉，在鋁箔試樣表面上形成一層透明的薄膜。室溫放置，待表干后進行熱處理，將其在450℃下焙燒45min，就可在鋁箔試樣上形成一層薄膜。
性能測試1.親水性測試用潤濕角測量儀測試，將被測鋁箔水平放在工作臺面上，用微量進樣器吸取容積為10μL的純凈水，豎直滴在被測的鋁箔表面，30秒鐘后測量水珠在鋁箔表面的潤濕角θ。結(jié)果見表1表1 潤濕角測量結(jié)果

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)本發(fā)明成膜處理后，所有試樣的水滴接觸角均小于10°，表明涂膜鋁箔具有很好的親水性。
2.耐水性測試由水溶解率反映。將涂膜試樣準確稱重，然后將試樣在25℃下浸入自來水中，12h、24h、48h后取出，干燥至恒重，稱量。水溶解率的計算方法如下水溶解率ω(％)＝(ml-m2)/m1×100％其中，m1和m2分別為浸入前后試樣的質(zhì)量。結(jié)果見表2表2 耐水性測試結(jié)果 由表2的測試結(jié)果可以看出，經(jīng)本發(fā)明成膜處理后，涂膜的水溶解率隨浸泡時間的變化較小，水溶解率很小，親水角的變化也很小，膜的外觀顏色也無改變。這表明親水耐蝕膜具有較好的耐水性能。
3.耐蝕性的測試將本發(fā)明實施例1、2、3成膜處理后的試樣，經(jīng)中性鹽霧試驗及5％NaCl溶液中浸泡500小時，成膜鋁箔無明顯銹斑，表明試樣耐蝕性良好。
權(quán)利要求
1.一種鋁換熱器及鋁箔表面親水耐蝕成膜方法，包括成膜劑的制備和成膜處理兩個步驟，具體為(1)成膜劑的制備將鈰鹽溶于無水乙醇中，然后加入火棉膠，加入的火棉膠與無水乙醇的體積比為1∶1.5～4，充分攪拌，制成40～60g/L的鹽溶液A；將鈦酸酯在攪拌條件下，滴加到醇類溶劑中，充分攪拌，加入一定量的水，用酸調(diào)節(jié)pH值為2～3，得到鈦醇鹽溶液B，其中，各組分的摩爾比為鈦酸酯∶醇類溶劑∶水＝1∶9～24∶3～9；將硅酸酯溶于醇類溶劑中，加入一定量的水，充分攪拌水解，用酸調(diào)節(jié)pH值為2～3，得到硅醇鹽溶液C，其中，各組分的摩爾比為硅酸酯∶醇類溶劑∶水＝1∶4～12∶1～2；將上述溶液按體積比為A∶B∶C＝3.3～10∶1∶0.2～0.5的比例混合，充分攪拌，得到混合溶膠成膜劑；(2)成膜處理將脫脂后的鋁換熱器或鋁箔試樣垂直浸入步驟(1)制得的混合溶膠成膜劑中，靜置待成膜劑液面穩(wěn)定后，垂直提出，室溫放置表干后，在400℃～500℃焙燒0.5～1小時，即可在鋁換熱器或鋁箔試樣表面上形成一層親水耐蝕的薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是步驟(1)中采用硝酸亞鈰或硫酸鈰制備鹽溶液A，采用鈦酸乙酯、鈦酸異丙酯或鈦酸丁酯制備鈦醇鹽溶液B，采用硅酸甲酯或正硅酸乙酯制備硅醇鹽溶液C，制備鹽溶液B和C時，所用的醇類溶劑為乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇或異丁醇，用鹽酸、醋酸、硝酸或硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH值；步驟(2)中鋁換熱器或鋁箔試樣向外提拉的速度為2～5厘米/分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征是步驟(1)采用硝酸亞鈰制備鹽溶液A，采用鈦酸丁酯制備鈦醇鹽溶液B，采用正硅酸乙酯制備硅醇鹽溶液C，制備鹽溶液B和C時，所用的醇類溶劑為乙醇或異丁醇，用鹽酸或醋酸調(diào)節(jié)溶液的pH值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁換熱器及鋁箔表面親水耐蝕成膜方法。采用溶膠凝膠法在鋁表面形成親水耐蝕性復合膜，本發(fā)明的方法包括成膜劑的制備和成膜處理兩個步驟，在保證換熱效率的基礎上，使成膜后的鋁換熱器及鋁箔同時具有親水性和耐蝕性，并大大簡化了操作工藝。
文檔編號B05D3/00GK1745906SQ20041007434
公開日2006年3月15日 申請日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者趙景茂, 王禹慧, 左禹, 張曉豐 申請人:北京化工大學