專利名稱：在釬焊的制品上形成氧化物層的方法
在釬焊的制品上形成氧化物層的方法背景鋁和鋁合金為已知的，并且由于它們較高的強度、熱導性和可成形性而用于換熱器。例如，換熱器的歧管、翅片(fin)和/或管通常由鋁制成。然而，在正常的大氣條件下鋁可能腐蝕。因此，通常將保護性涂層或油漆施用于鋁，以防止底層鋁腐蝕。使用保護性涂層和油漆的一個缺點在于，用于生產(chǎn)鋁元件的制造方法不總是與在鋁與涂層之間形成強結合相容。例如，在制造換熱器中，使用釬焊和焊藥(flux)材料，釬焊過程可用于將鋁翅片、管和歧管結合在一起。焊藥材料為化學清潔劑，通過從正接合的金屬移除氧化，促進釬焊和焊接。常用的焊藥材料可在管和翅片的表面上留下殘余的氧化物釉， 這可抑制涂層或油漆與鋁之間的結合。在一些保護性處理方法中的一個步驟涉及使換熱器的鋁表面陽極化。關于經(jīng)陽極化的鋁，已知通過在合適的溶液中使金屬為陽極并使用合適的對電極(陰極)，向鋁施用陽極涂層。施用陽極電流將鋁表面轉化為氧化鋁，氧化鋁表現(xiàn)特征為硬和耐磨。陽極涂層通常為微孔性的，并且可被染料封閉以得到期望的顏色，或被其他溶液封閉以改進耐腐蝕性或達到期望的表面特性。用于在鋁上施用陽極涂層的一些更常用的溶液包括硫酸、鉻酸、草酸、磺基苯二甲酸、硼酸和它們的組合。概述在用于處理鋁制品的方法中，將焊藥施用于鋁制品的外表面。將鋁制品的外表面釬焊。通過使鋁制品陽極化而在鋁制品的外表面上形成氧化物層，其中一部分氧化物層在通過釬焊產(chǎn)生的焊藥殘余物與鋁制品的外表面之間形成。在用于處理在外表面上具有殘余的焊藥的鋁制品的方法中，將鋁制品陽極化，以在殘余的焊藥與鋁制品的外表面之間形成氧化物層。將殘余的焊藥從鋁制品移除。附圖簡述

圖1為鋁制品的正視圖。圖2為在釬焊之前鋁制品元件的放大圖。圖3為帶有焊藥殘余物的釬焊接合點的放大圖。圖4為在陽極化之后圖3的釬焊接合點的放大圖。圖5為舉例說明用于使釬焊的鋁制品陽極化的一種方法的流程圖。圖6為舉例說明用于使釬焊的鋁制品陽極化的另一種方法的流程圖。圖7為舉例說明用于使釬焊的鋁制品陽極化的再一種方法的流程圖。詳述圖1舉例說明鋁制品10的一個實施方案。鋁制品10可為鋁或鋁合金。在本公開內(nèi)，“鋁”應指鋁和鋁合金兩者。在該實例中，鋁制品10為換熱器。然而，應理解的是，本公開也適用于其他類型的鋁制品，并且不局限于換熱器或所示的換熱器類型。雖然圖1舉例說明了直的(平面的)換熱器，成形的換熱器和其他零件也可受益于本發(fā)明的方法。鋁制品10包括具有入口 14、出口 16和隔板沈的第一歧管12 ；管18和22 ；第二歧管20 ；和翅片對。第一歧管12包括入口 14和出口 16，入口 14用于接受工作流體(比如冷卻劑)，而出口 16用于排放工作流體。多個管18中的每一個在第一端與第一歧管12 流體連接，并在相對的第二端與第二歧管20流體連接。多個管22中的每一個在第一端與第二歧管20流體連接，并在相對的第二端與第一歧管12流體連接，以將工作流體返回至第一歧管12，用于通過出口 16排放。隔板沈位于第一歧管12內(nèi)，以分隔第一歧管12的入口和出口部分。管18和22可包括用于運送工作流體的通道，比如微通道。上述雙程工作流體流動結構僅是許多可能的設計排列中的一種。通過將隔板沈、入口 14和出口 16放置在第一歧管12和第二歧管20內(nèi)的特定的位置，可得到單程和其他多程流體流動結構。本發(fā)明的方法適用于鋁制品，與流體流動結構無關。翅片M在管18和管22之間延伸，如圖1所示。翅片M支撐管18和22，并在管 18和管22之間建立敞開的流動通道(例如，用于氣流)，以提供另外的傳熱表面。翅片M 也為換熱器結構提供支撐。翅片M在釬焊接合點觀與管18和22結合。翅片M不局限于示于圖1的三角形橫截面。其他翅片結構(例如，長方形、梯形、卵形、正弦形)也是合適的。圖2舉例說明在釬焊之前翅片M和管18的一個實例。釬焊材料30位于翅片M 和管18之間。釬焊材料30通常作為合金覆蓋層供應在翅片M或管18的任一種上。在翅片24、管18和釬焊材料30之上施用焊藥32，以防止在釬焊期間形成氧化物。在一個實例中，焊藥32包括至少鉀、鋁和氟。以重量計氟可占焊藥32的大多數(shù)。一種這樣的焊藥32 為Nocolok ，可得自Solvay Fluor GmbH(Hannover，德國)。焊藥32可作為水性漿料施用在翅片對、管18和釬焊材料30上或作為靜電-沉積的粉末吹在翅片M、管18和釬焊材料30上?；蛘?，含有釬焊材料30和焊藥32的釬焊糊膏可在翅片M和管18之間施用，或者涂有焊藥的釬焊棒可置于翅片M和管18之間。典型地，施加熱以熔融釬焊材料30并在翅片M和管18之間形成釬焊接合點觀。 所述釬焊過程可為在基本上純氮氣氣氛下進行的“受控氣氛釬焊”過程。在預定的釬焊溫度下，焊藥32與釬焊材料30相互作用，以熔融釬焊材料30。熔融的釬焊材料30在翅片M 和管18之間流動，并且當冷卻和固化后形成強結合以形成釬焊接合點觀。圖3舉例說明鋁制品10的釬焊接合點觀的一個實例的放大圖。在釬焊過程之后， 焊藥32可在翅片M和管18和22的部分表面上留下殘余的氟代-化合物(焊藥殘余物 34)。焊藥殘余物34可包括來自焊藥32的氟，其與來自大氣、釬焊材料30或來自管18和 22或翅片M的鋁的其他元素相結合。例如，焊藥殘余物34可包括氟化物和/或氟代-氧基-化合物的相。焊藥殘余物34的組成可根據(jù)焊藥32、釬焊材料30和鋁的組成、氣氛以及釬焊過程和條件而變化。如果不將焊藥殘余物34從翅片M和管18和22的表面移除，則焊藥殘余物34可抑制后來沉積的保護性涂層或油漆與翅片M和管18和22的底層鋁之間的強結合。焊藥殘余物34還可促使在鋁制品10的表面上形成粉末狀腐蝕性產(chǎn)品，其也可抑制與后來沉積的保護性涂層或油漆之間的結合或產(chǎn)生不期望的視覺外觀。為了使隨后的保護性涂層能夠沉積，可如2009年5月1日提交的國際申請PCT/ US09/42552號所述將焊藥殘余物34移除?；蛘?，根據(jù)本發(fā)明使鋁制品10陽極化來降低焊藥殘余物34與鋁制品10的表面之間的結合。使鋁制品10陽極化也調(diào)節(jié)鋁制品10的表面， 以改進與隨后的涂層的粘附。
通常已知使鋁表面陽極化改進耐磨性和表面硬度。通常在將鋁表面清潔之后，在鋁表面上進行鋁陽極化。然而，申請人發(fā)現(xiàn)，當在除去焊藥殘余物34之前將鋁制品10陽極化時，在鋁制品10的表面和焊藥殘余物34之間形成氧化物層。為了在焊藥殘余物34和鋁制品10的表面之間形成氧化物層，焊藥殘余物34必須對離子電流至少稍微可透過。在移除焊藥殘余物34之前使鋁制品10陽極化提供了意想不到的益處。首先，陽極化步驟降低鋁制品10和焊藥殘余物34之間的結合強度。由于氧化物層形成在焊藥殘余物34下面(S卩，在焊藥殘余物34和鋁制品10的外表面之間)，焊藥殘余物34不再同樣強地粘附至鋁制品10。第二，陽極化步驟改進了鋁制品10和隨后施用的涂層之間的粘附，而不必首先移除焊藥殘余物34。因此，不僅使鋁制品10陽極化可用作焊藥殘余物除去方法，而且陽極化還改進了鋁制品10的外表面和隨后施用的涂層之間的粘附。圖4舉例說明在根據(jù)本發(fā)明經(jīng)陽極化之后鋁制品10的釬焊接合點觀的放大圖。 在陽極化期間，沿著鋁制品10(翅片24，管18和22，歧管12和20)的外表面，包括在焊藥殘余物34的下面，形成氧化物層36。氧化物層36在鋁制品10的外表面上形成通常均勻的層。根據(jù)陽極化條件，氧化物層36的厚度介于約1微米-約10微米。最優(yōu)選，氧化物層 36的厚度為約5微米。圖5舉例說明用于在鋁制品10的外表面上形成氧化物層36的方法的一個實施方案。方法40包括向鋁制品10施用釬焊材料30和焊藥32 (步驟42)，釬焊鋁制品10(步驟 44)和使鋁制品10陽極化(步驟46)。方法40還包括封閉(seal)鋁制品10的任選的步驟(步驟48)。步驟42(施用焊藥)和44(釬焊)參考以上對圖2所述。在步驟46中，通過使鋁制品10陽極化，在鋁制品10的外表面上和在焊藥殘余物 34下面形成氧化物層36。陽極化過程包括使至少一部分鋁制品10與包含在浴、槽或其他容器內(nèi)的陽極化(電解質)溶液接觸或在其中浸漬。鋁制品10在電化學電池中起陽極作用。第二金屬制品在電池中起陰極作用。將直流或交流電流通過陽極化溶液，使鋁制品10 陽極化并在焊藥殘余物34下面形成氧化物層36。脈沖的直流電流或交流電流適用于根據(jù)本發(fā)明使鋁制品10陽極化。當使用脈沖的電流時，根據(jù)所選的陽極化溶液的組成，優(yōu)選平均電流不大于250伏，更優(yōu)選不大于200伏，或最優(yōu)選不大于175伏。電流密度優(yōu)選介于約 100amps/m2-約300amps/m2。在陽極化步驟46期間，優(yōu)選陽極化溶液保持在介于約5°C -約 90°C之間的溫度。根據(jù)陽極化方法和所選的溶液，可采用不同的方式在鋁制品10上和在焊藥殘余物34下面形成氧化物層36。首先，可由鋁制品10的基底金屬生長氧化鋁層36。第二，可由鋁制品10的基底金屬生長氧化物層36，同時硅酸鹽、磷酸鹽或其他化合物由陽極化溶液沉積以形成陶瓷氧化物層36。第三，可單獨通過由陽極化溶液沉積金屬離子，形成氧化物層 36。形成氧化物層36的不同方式采用不同的陽極化溶液和方法。在其中氧化物層36為由鋁制品10的基底金屬生長并在焊藥殘余物34下面的氧化鋁層的應用中，陽極化溶液通常含有酸。合適的酸包括硫酸、草酸、硼酸、磷酸、鉻酸，和它們的組合。用于陽極化溶液所選的酸影響氧化物層36的性質(包括耐腐蝕性、硬度和粘合強度)，并且還可影響所述方法的成本、復雜性和環(huán)境影響。陽極化溶液還可含有其他化合物，以調(diào)節(jié)陽極化溶液和陽極化過程的PH和其他性質。在一個實施方案中，在步驟46中使用含有硫酸的含水陽極化溶液，其中硫酸的濃度為約165g/L-約200g/L。含水陽極化溶液含有最大約20g已溶解的鋁離子/升和最大約0. 2g氯化鈉/升。使用該陽極化溶液，電流密度優(yōu)選介于約107ampS/m2 (10安培/平方英尺)和約162amps/m2 (15安培/平方英尺)。 使用含有硫酸的陽極化溶液提供了在鋁制品10上形成氧化鋁層36的相對廉價的方法。在其中氧化物層36為陶瓷氧化物層的應用中，步驟46可包括適用于方法比如 CeraFuse(ffhyco Finishing Technologies, LLC, Thomaston, CT)禾口 Keronite(Keronite International Ltd.，Cambridge, UK)方法的陽極化溶液。在CeraFuse方法中，在鋁制品 10上形成α氧化鋁的硬的致密的陶瓷層。在Keronite的等離子體電解氧化方法中，將電流通過陽極化溶液的浴，使得在鋁制品10的表面上形成受控的等離子體放電，使鋁制品10 上的氧化物熔化成為較硬的相。CeraFuse和Keronite方法均在鋁制品10上的焊藥殘余物 34下面形成陶瓷氧化物層36。在其中通過從陽極化溶液沉積金屬離子而形成氧化物層36的應用中，步驟46可包括適用于方法比如 Alodine EC2 (Henkel Corporation,Madison Heights,MI)方法的陽極化溶液。在Al0dine EC2TM方法中，通過電沉積氧化鈦而形成氧化物層36。陽極化溶液可含有化合物比如二氧化鈦。根據(jù)該方法，來自陽極化溶液的金屬離子在鋁制品10上沉積以形成氧化物層36。由于氧化物層36僅由陽極化溶液中的金屬離子形成，基底金屬不反應以形成氧化物層。根據(jù)該方法形成的氧化物層36致密并且具有高粘附可能。如其他陽極化步驟46，Alodine EC2 方法在鋁制品10上的焊藥殘余物34下面形成氧化物層36。在圖5中舉例說明的方法40的實施方案還包括在陽極化步驟46之后封閉鋁制品 10的外表面(步驟48)。在其中不施用后來的油漆涂層的情況下，通常對鋁制品10進行封閉步驟48。與封閉的外表面相比，后來施用的油漆涂層與鋁制品10的未封閉的外表面粘附得更好。封閉鋁制品10的外表面提供了另外的耐磨性和耐腐蝕性?？赏ㄟ^將鋁制品10的外表面與乙酸鎳接觸或浸漬，或使用沸水或蒸汽、鉻酸或三價鉻化合物處理外表面，進行封閉步驟48。圖6舉例說明在鋁制品10的外表面上形成氧化物層36的方法的另一個實施方案。方法40B包括向鋁制品10施用釬焊材料30和焊藥32 (步驟42)，釬焊鋁制品10(步驟 44)和使鋁制品10陽極化(步驟46)。陽極化步驟46包括用于預處理鋁制品10 (子步驟 50)和漂洗鋁制品10 (子步驟52)的子步驟。方法40還包括從鋁制品10移除殘余的焊藥 (焊藥殘余物34)(步驟54)和向鋁制品10施用涂層(步驟56)的任選的步驟。陽極化步驟46包括預處理子步驟50。預處理子步驟50制備用于陽極化的鋁制品 10，并且可包括堿性清潔、堿性蝕刻、酸除垢、水漂洗或噴灑，以及以上的組合。在一個預處理子步驟50中，在約(130 T )下，用不含硅酸鹽的堿性溶液清潔鋁制品10。預處理子步驟50還可包括使用去離子水或自來水的水漂洗或噴灑，以防止截留在預處理子步驟 50期間所用的任何酸性或堿性溶液。陽極化步驟46還包括漂洗鋁制品10 (子步驟52)。一旦已在鋁制品10上形成氧化物層36，用水漂洗鋁制品10，以移除在陽極化步驟46中所用的任何殘余的酸和其他化學品。水漂洗防止殘余的酸或化學品腐蝕鋁制品10和干擾任何隨后施用的涂層。在圖6中舉例說明的方法40B的實施方案還包括從鋁制品10移除殘余的焊藥(步驟M)。一旦在步驟46中在鋁制品10上形成氧化物層36，可更容易地從鋁制品10移除焊藥殘余物34?？赏ㄟ^漂洗、水噴灑或水熱處理，將焊藥殘余物34移除。通過使鋁制品10陽極化和在鋁制品10的外表面和焊藥殘余物34之間形成氧化物層36，使焊藥殘余物34和鋁制品10之間的結合變?nèi)?。一旦結合變?nèi)酰筛菀椎匾瞥杆帤堄辔?4。陽極化步驟46 的參數(shù)和氧化物層36的特性(例如，厚度)可影響移除焊藥殘余物34的容易程度。在一些陽極化步驟46之后，可通過漂洗鋁制品10將焊藥殘余物34簡單地移除。 可通過在水中浸漬或在鋁制品10的外表面上流動水，進行漂洗。在水中浸漬可伴隨著攪動，以加速除去焊藥殘余物；34。在一些情況下，通過在鋁制品10的外表面噴灑水，將焊藥殘余物34從鋁制品10移除?？稍诟鞣N溫度和壓力下對鋁制品10噴灑水，以移除焊藥殘余物 34。在其中焊藥殘余物34在低壓噴灑期間難以除去的情況下，可提高水壓。在其他情況下， 水熱處理用于移除焊藥殘余物34。用于移除焊藥殘余物34的合適的水熱處理描述于2009 年5月1日提交的國際申請PCT/US09/42552號。方法40B還包括在陽極化步驟46之后向鋁制品10施用涂層(步驟56)。可在殘余的焊藥除去步驟M之后或緊接著在漂洗步驟52之后進行涂布步驟56。圖7舉例說明方法40C，其中進行涂布步驟56，而沒有較早的焊藥除去步驟。一旦已在其外表面上形成氧化物層36，可將各種涂層(包括油漆或保護性涂層(例如，UV防護劑))施用于鋁制品10。無論涂布步驟56是在焊藥除去步驟M或是漂洗步驟52之后進行，至少一部分施用的涂層與氧化物層36直接接觸。施用于鋁制品10的涂層通常為鋁制品10的外表面提供耐磨性和耐腐蝕性。氧化物層36使得，比起如果將涂層施用于具有焊藥殘余物34而無氧化物層36 的外表面，在步驟56中施用的涂層以更大的粘附和結合強度結合至鋁制品10的外表面。本發(fā)明提供了一種用于在釬焊的鋁制品上形成氧化物層的方法。在鋁制品的外表面和應用于釬焊過程的殘余的焊藥材料之間形成氧化物層。通過形成氧化物層，殘余的焊藥材料和鋁制品的外表面之間的結合變?nèi)酢？筛菀椎貜匿X制品移除殘余的焊藥材料。氧化物層也增強油漆和其他涂層與鋁制品的結合能力。雖然已參考示例性實施方案描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員應理解的是，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以進行各種變化，并且等價物可替代其各要素。此外，在不偏離本發(fā)明的基本范圍的情況下，可進行許多修改，使得具體的情況或材料適應本發(fā)明的教導。因此，旨在本發(fā)明不局限于所公開的具體的實施方案，而是本發(fā)明包括落入所附權利要求范圍內(nèi)的所有的實施方案。
權利要求
1.一種方法，所述方法包括 將焊藥施用于鋁制品的外表面； 將鋁制品的外表面釬焊；通過使鋁制品陽極化，在鋁制品的外表面上形成氧化物層，其中一部分氧化物層在通過釬焊產(chǎn)生的焊藥殘余物與鋁制品的外表面之間形成。
2.權利要求1的方法，其中形成氧化物層包括 使鋁制品的一部分外表面與電解質溶液接觸；通過電解質溶液施用電流，其中鋁制品的外表面起陽極作用。
3.權利要求2的方法，其中所述電解質溶液包含選自以下的酸硫酸、草酸、硼酸、磷酸、鉻酸和它們的組合。
4.權利要求2的方法，其中所述電流為脈沖直流電流或交流電流。
5.權利要求2的方法，其中所述電流的電流密度介于約100安培/平方米-約300安培/平方米。
6.權利要求5的方法，其中所述電流形成平均電壓小于約175伏的電場。
7.權利要求1的方法，所述方法進一步包括在外表面上形成氧化物層之后，將焊藥從鋁制品的外表面移除。
8.權利要求1的方法，所述方法進一步包括向鋁制品施用涂層，其中一部分涂層施用在氧化物層之上。
9.權利要求1的方法，所述方法進一步包括 封閉鋁制品的外表面。
10.權利要求1的方法，其中形成的氧化物層的厚度介于約1微米-約10微米。
11.權利要求3的方法，其中通過使在鋁制品的外表面上的鋁反應形成氧化鋁而形成所述氧化物層。
12.權利要求1的方法，其中所述電解質溶液在氧化物層中沉積硅酸鹽或磷酸鹽化合物以形成陶瓷氧化物層。
13.權利要求1的方法，其中所述電解質溶液含有氧化鈦，并且其中所述氧化鈦沉積金屬離子以形成氧化物層。
14.一種鋁制品，所述鋁制品通過權利要求1的方法生產(chǎn)。
15.一種鋁制品，所述鋁制品通過權利要求1的方法生產(chǎn)，其中所述鋁制品為換熱器。
16.一種用于處理在外表面上具有殘余的焊藥的鋁制品的方法，所述方法包括 使鋁制品陽極化，以在殘余的焊藥與鋁制品的外表面之間形成氧化物層；和將殘余的焊藥從鋁制品移除。
17.權利要求14的方法，所述方法進一步包括向鋁制品施用涂層，其中一部分涂層施用在氧化物層之上。
18.權利要求14的方法，其中形成的氧化物層的厚度介于約1微米-約10微米。
19.權利要求14的方法，其中使鋁制品陽極化包括 使鋁制品的一部分外表面與電解質溶液接觸；通過電解質溶液施用電流，其中鋁制品的外表面起陽極作用。
20.權利要求17的方法，其中通過使在鋁制品的外表面上的鋁反應形成氧化鋁而形成所述氧化物層。
21.權利要求17的方法，其中所述電解質溶液沉積硅酸鹽或磷酸鹽化合物以形成陶瓷氧化物層。
22.權利要求17的方法，其中所述電解質溶液含有氧化鈦，并且其中所述氧化鈦沉積金屬離子以形成氧化物層。
全文摘要
在用于處理鋁制品(10)的方法中，將焊藥施用于鋁制品(10)的外表面。將鋁制品(10)的外表面釬焊。通過使鋁制品(10)陽極化，在鋁制品(10)的外表面上形成氧化物層(36)，其中一部分氧化物層(36)在焊藥與鋁制品(10)的外表面之間形成。
文檔編號C25D11/04GK102471915SQ201080033841
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權日2009年7月23日
發(fā)明者M·F·塔拉斯, M·R·賈沃羅夫斯基 申請人:開利公司