CN102378893A

CN102378893A - 热交换器用铝翅片材

Info

Publication number: CN102378893A
Application number: CN2010800112774A
Authority: CN
Inventors: 清水高宏; 馆山庆太; 太田阳介
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2012-03-14
Also published as: WO2010110261A1; JP2010223520A

Abstract

一种热交换器用铝翅片材(1)，其具有如下：基板(2)；衬底处理层(3)；形成于衬底处理层(3)之上的亲水层(4)；附着在亲水层(4)之上的无机氧化物微粒(5)；树脂系润滑层(6)，亲水层(4)具有由aM₂O·bSiO₂(其中，M＝Li、Na、K，b/a≥2)表示，在亲水层(4)之中所占的比率超过50质量％的硅酸盐化合物，和聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、苯乙烯马来酸共聚物或其盐之中的一种或两种以上的树脂，该亲水层的膜厚为0.05～2μm，所述无机氧化物微粒(5)平均粒径为0.001～0.3μm，总附着量为1～200mg/m²。

Description

热交换器用铝翅片材

技术领域

本发明涉及热交换器用铝翅片材。

背景技术

作为热交换器的热交换率(热交换效率)的提高对策，进行的是赋予热交换器用铝翅片材(翅片)以亲水性。这是由于，在冷凝运转(水蒸气液化(变成水)的状态下的运转)时，翅片表面附着水滴而在翅片间形成桥，此外使用环境还会导致霜的形成，从而在翅片间发生堵塞，通风阻抗值上升，热交换效率降低。为了将其消除，对翅片表面赋予亲水性，使冷凝水作为水膜流下，抑制水滴和霜的形成。

因此，作为使(热交换器用)铝翅片材的亲水性提高的方法，广泛进行的有如下方法：在铝翅片材表面设置各种衬底处理层后，通过涂布、烘焙，形成以水玻璃和硅胶等硅酸或硅酸盐为中心的无机系亲水性皮膜(参照专利文献1～3)。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：特公平3-77440号公报(第2页左栏39行～第3页左栏33行)

专利文献2：专利第3191307号公报(段落0009～0015)

专利文献3：特开平第9-14888号公报(段落0010～0025)

但是，在专利文献1～3所记述的方法(热交换器用铝翅片材)中，由于翅片(材)表面的粗糙化不充分，导致在亲水性(亲水持续性)、除霜性方面不充分。另外，冬季的空调暖气运转时的室外机用热交换器，在湿度高的环境下，冷凝水冻结，在热交换器整个面形成霜，发生热交换效率的降低。因此，为了除去该霜，要停止暖气转转，进行除霜操作，因此舒适性差。另外，为了使霜融化，也有应用加热器的情况，但会造成成本上升。由此，通过进一步提高翅片的亲水性，除霜操作时霜容易剥落(尽可能确保舒适性)(除霜性)，另外在除霜后，翅片表面的冷凝水的保水量变少，因此再度进行暖气运转，再结霜时，能够使结霜困难(再结霜防止性)。此外，在翅片(材)中，还需要优异的加工性和耐腐蚀性。

发明内容

因此，本发明的课题在于，提供一种加工性、耐腐蚀性优异，亲水性优异，并且能够使结霜的热交换器的除霜性(再结霜防止性)提高的热交换器用铝翅片材。

本发明的热交换器用铝翅片材，具有如下：由铝或铝合金构成的基板；形成于所述基板之上的衬底处理层；形成于所述衬底处理层之上的亲水层；附着在所述亲水层之上的无机氧化物微粒；形成于附着有所述无机氧化物微粒的所述亲水层之上的树脂系润滑层，其中，所述亲水层具有由aM₂O·bSiO₂(其中，M＝Li、Na、K，b/a≥2)表示，在所述亲水层之中所占的比率超过50质量％的硅酸盐化合物，和聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、苯乙烯马来酸共聚物或其盐之中的一种或两种以上的树脂，该亲水层的膜厚为0.05～2μm，所述无机氧化物微粒平均粒径为0.001～0.3μm，总附着量为1～200mg/m²，所述树脂系润滑层膜厚为0.05～1μm。

根据这样的构成，具有形成于衬底处理层之上的膜厚为0.05～2μm的亲水层，该亲水层具有由aM₂O·bSiO₂(其中，M＝Li、Na、K，b/a≥2)表示，在所述亲水层之中所占的比率超过50质量％的硅酸盐化合物，和聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、苯乙烯马来酸共聚物或其盐之中的一种或两种以上的树脂(由此构成)，由此能够得到优异的亲水性和除霜性(再结霜防止性)。另外，还具有附着在亲水层之上的平均粒径为0.001～0.3μm的无机氧化物微粒，其总附着量为1～200mg/m²，由此，热交换器用铝翅片(材)表面的粗糙化充分(适当)，能够得到优异的亲水性和除霜性(再结霜防止性)。另外，也能够得到优异的加工性。另外，还具有形成于附着有无机氧化物微粒的亲水层之上的、膜厚为0.05～1μm树脂系润滑层，由此能够得到优异的加工性。此外，通过具有所述亲水层和树脂系润滑层，也能够得到优异的耐腐蚀性。

另外，所述无机氧化物微粒优选含有Al、Ti、Zn、Si、Sn、Cu之中至少一种。

根据这样的构成，无机氧化物微粒含有至少一种规定元素，由此能够提高热交换器用铝翅片材的亲水性和除霜性(再结霜防止性)。

优选所述衬底处理层在1～100mg/m²的范围含有Cr或Zr，所述衬底处理层的膜厚为

此外，所述树脂系润滑层优选由聚乙二醇或聚乙烯醇构成。

根据本发明，能够提供一种热交换器用铝翅片材，其加工性、耐腐蚀性优异，并且亲水性优异，能够使结霜的热交换器的除霜性(再结霜防止性)提高。

附图说明

图1是模式化地表示本发明的热交换器用铝翅片材的剖面和剖面图。

具体实施方式

参照图1对于本发明的一个实施方式进行说明。

<翅片材>

本实施方式的热交换器用铝翅片材，(翅片材)1，如图1所示，具有如下：基板2；形成于基板2之上的衬底处理层3；形成于衬底处理层3之上的亲水层4；附着在亲水层4之上的无机氧化物微粒5；形成于附着有无机氧化物微粒5的亲水层4之上的树脂系润滑层6。在此，所谓基板2之上，意思是基板2的一面或两面(未图示)。以下对于各构成进行说明。

(基板)

基板2是由铝或铝合金构成的板材，从热传导性和加工性优异的方面出发，适合使用JIS H4000规定的1000系的铝，更优选使用合金编号1050、1200的铝。还有，在热交换器的翅片材1中，考虑到强度、热传导性和加工性等，使用的是板厚0.08～0.3mm左右的基板2。

(衬底处理层)

衬底处理层3形成于基板2之上(表面)，由无机氧化物或有机-无机复合氧化物构成。作为无机氧化物，优选含有铬(Cr)或锆(Zr)作为主要成分，例如通过进行磷酸铬酸盐处理、磷酸锆处理、铬酸盐处理而形成。但是在本发明中，如果是发挥耐腐蚀性的层，则并不限定于此，例如通过进行磷酸锌处理、磷酸钛处理也能够形成衬底处理层3。另外，作为有机-无机复合化合物，有通过进行涂布型铬酸盐处理或涂布型锆处理而形成的，可列举丙烯酸-锆复合体等。

优选衬底处理层3在1～100mg/m²的范围内含有Cr或Zr，另外，作为衬底处理层3的膜厚，优选为

当然也可以根据使用目的等而进行适宜变更。通过该衬底处理层3的形成，基板2与后述的亲水层4的密接性提高，并且赋予翅片材1以耐腐蚀性。

(亲水层)

亲水层4以0.05～2μm的膜厚形成于衬底处理层3之上(表面)。另外，亲水层4由如下构成：由aM₂O·bSiO₂(其中，M＝Li、Na、K，b/a≥2)表示，在亲水层之中所占的比率超过50质量％的硅酸盐化合物；聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、苯乙烯马来酸共聚物或其盐之中的一种或两种以上的树脂(水溶性有机高分子物质)。通过该亲水层4的形成，翅片材1被赋予亲水性(亲水持续性)。还有，构成亲水层4的硅酸盐化合物和树脂所构成的混合物，通过众所周知的方法制作。

亲水层4的膜厚低于0.05μm时(薄膜)，得不到优异的亲水性(亲水持续性)，因此也得不到除霜性(再结霜防止性)，另外，在超过2μm(厚膜)的情况下，则容易发生涂装后的外观不良(不均匀)，加工性(工具磨损性)差。

硅酸盐化合物的b/a低于2时，硅酸盐化合物在亲水层4中所占的比率(硅酸盐化合物与树脂的调配比)低于50质量％时，例如，亲水层4不会成为多孔质，亲水层4的亲水性能(亲水性)不充分，即使在其上应用(附着)后述的无机氧化物微粒5，也得不到优异的亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)。

另外，构成亲水层4的树脂的种类(树脂种类)，是由聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、苯乙烯马来酸共聚物或其盐之中的一种或两种以上构成的树脂，由此，该树脂和规定的前述硅酸氧化合物的混合物成为多孔质，能够赋予翅片材1以亲水性。

(无机氧化物微粒)

无机氧化物微粒(微粒子)5附着在亲水层4之上(表面)，其总附着量为1～200mg/m²。另外，无机氧化物微粒5的平均粒径为0.001～0.3μm。在此，所谓平均粒径是指，在使无机氧化物微粒5分散有水系溶剂等之中的状态下，用激光衍射式粒度分布测量仪等测量的积分体积50％的粒径。此外，作为无机氧化物微粒5(例如元素(种类)为Al时为Al₂O₃等)，没有特别限定，但从经济性的观点出发，优选含有Al、Ti、Zn、Si、Sn、Cu之中的至少一种。

使亲水层4和后述的树脂系润滑层6之间，分散无机氧化物微粒5(附着在亲水层4上)，能够在亲水层4的粗糙化的表面进一步形成微细的凹凸(未图示)，其结果是，翅片材1表面的粗糙化充分(适当)，能够使亲水性提高。另外，因为亲水层4为无机系(硅酸盐化合物为主)，所以能够确保无机氧化物微粒5与亲水层4的密接性，例如在动转中发生的水导致无机氧化物微粒5流动的情况少。因此，能够持续优异(高)的亲水性(亲水持续性)。

若无机氧化物微粒5的平均粒径超过0.3μm(粒子大)，则达不到翅片材1的表面的粗糙化充分(适当)(与水的关系的适当)，亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)无法提高，并且也得不到优异的加工性(工具磨损性)。另外在低于0.001μm时，由于无机氧化物微粒5的平均粒径过小，不能与亲水层4很好的密接，亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)无法提高，并且也得不到优异的加工性(成形性)。具体来说，在实施评价亲水性时的处理后，无机氧化物微粒5从亲水层4剥落。另外在加工时也会剥离，堆积在金属模具内，附着在模具工具周围。

无机氧化物微粒5的附着量低于1mg/m²时(总附着量少)，翅片材1表面的粗糙化不充分(适当)(无机氧化物微粒5的效果无法发挥)，亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)没有提高。另外，若超过200mg/m²，则虽然亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)提高，但得不到优异的加工性(工具磨损性)。

为了使无机氧化物微粒5附着在亲水层4之上，例如可通过如下方式进行：用辊涂机(roll coater)将分散有无机氧化物微粒5的分散液(水和无机氧化物微粒5)涂布在亲水层4上，以烘箱烘焙。还有，为了达到所述总附着量的范围，通过分散液中所含的无机氧化物微粒5的含量，和以辊涂机进行涂布时的涂布量进行适宜调整。另外，关于平均粒径，是在粉碎无机氧化物微粒5时进行适宜调整。

(树脂系润滑层)

树脂系润滑层(润滑层)6，以0.05～1μm的膜厚，形成于附着有无机氧化物微粒5的亲水层4之上(表面)。另外，树脂系润滑层(水溶性树脂润滑层)6由不破坏亲水层4的亲水性的树脂构成，例如聚乙二醇、聚乙烯醇。该树脂系润滑层6在热交换器运转时，被附着在对翅片材1进行了成形加工的铝翅片的表面的冷凝水洗掉(水溶性树脂)。通过形成该树脂系润滑层6，能够不损害翅片材1(亲水层4)的亲水性(机能)，而使加工性(成形性)提高。另外，亲水层4为无机系(硅酸盐化合物为主)，因此在成形加工翅片材1(制造铝翅片)时，虽然会与金属模具粘着，但能够抑制其粘着性。

树脂系润滑层6的膜厚低于0.05μm时，在制造铝翅片时，粘着问题发生(不能抑制粘着性)，得不到优异的加工性(工具磨损性)，另外，超过1μm时，由于树脂系润滑层6自身的吸湿效果，导致翅片材1的表面成为粘着质，树脂系润滑层6在加工时(冲压成形时)卷入工具(卡住)，不能顺利地进行加工(容易发生故障)。

如上，通过在规定的亲水层4之上(表面)，以总附着量1～200mg/m²附着平均粒径为0.001～0.3μm的无机氧化物微粒5，热交换器用铝翅片材1表面的粗糙化充分(适当)，能够得到优异的亲水性和除霜性(再结霜防止性)。

接下来，对于热交换器用铝翅片材(翅片材)1的制造方法的一例进行说明。

<翅片材的制造方法>

(1)在由铝或铝合金构成的基板2之上(表面)，实施磷酸铬酸盐处理、磷酸锆处理等，从而形成由无机氧化物或有机-无机复合化合物构成的衬底处理层3。该磷酸铬酸盐处理、磷酸锆处理等通过在基板2上利用喷射等涂布化成处理液来进行。作为其涂布量，优选以Cr或Zr换算，在1～100mg/m²的范围涂布，作为所形成的膜厚，优选为

另外，在形成衬底处理层3之前，优选对基板2的表面喷射碱性水溶液等，对基板2的表面预先脱脂。经过脱脂，基板2和衬底处理层3的密接性提高。

(2)在所形成的衬底处理层3之上(表面)，涂布由规定的硅酸盐化合物和树脂构成的混合物的树脂溶液，之后进行烘焙，在衬底处理层3之上形成亲水层4。该涂布以刮条涂布机(bar coater)、辊涂机(roll coater)等历来公知的涂布方法进行，涂布量以使亲水层4的膜厚为0.05～2μm而适宜设定(调整)。烘焙温度(铝板的到达温度)根据涂布的树脂溶液而适宜设定。

(3)在所形成的亲水层4之上(表面)，涂布分散有规定的无机氧化物微粒5的分散液，之后进行烘焙，使亲水层4之上附着无机氧化物微粒5。该涂布以刮条涂布机、辊涂机等历来公知的涂布方法进行，涂布量以使无机氧化物微粒5的总附着量为1～200mg/m²而适宜设定(调整)。烘焙温度(铝板的到达温度)根据涂布的分散液而适宜设定。

(4)在附着有无机氧化物微粒5的亲水层4之上(面上)，涂布不会破坏亲水性的树脂(水溶性树脂)的树脂(水)溶液，之后进行烘焙，在附着有无机氧化物微粒5的亲水层4之上形成树脂系润滑层6。该涂布以刮条涂布机、辊涂机等历来公知的涂布方法进行，涂布量以使树脂系润滑层6的膜厚为0.05～1μm而适宜设定(调整)。烘焙温度(铝板的到达温度)根据涂布的树脂溶液而适宜设定。

实施例

进一步一边展示实施例和比较例，一边具体地说明本说明。

根据以下的方法制作翅片材。作为基板2，均使用由JIS H4000所规定的合金编号1200的铝构成的板厚0.1mm的铝板。

对该铝板的表面，进行用于形成衬底处理层3的磷酸铬酸盐处理。作为化成处理液，使用日本ペイント株式会社(NIPPON PAINT Co.，Ltd)制アルサ一フ(ALSURF，注册商标)401/45、磷酸、铬酸。这时的衬底处理层3的膜厚为

(X射线荧光法测定的Cr换算值为20mg/m²)。

在该衬底处理层3之上，涂布由表1所示的种类(b/a，M，硅酸盐化合物的比例)的硅酸盐化合物和树脂(种类)构成的用于形成亲水层4的树脂溶液(涂料)，实施烘焙，形成表1所示的膜厚的亲水层4。

在该亲水层4之上，涂布表1所示的种类(元素)和用于使平均粒径的无机氧化物微粒5附着的分散液，实施烘焙，使表1所示的总附着量的无机氧化物微粒5附着在亲水层4上。

在附着有该无机氧化物微粒5的亲水层4之上，涂布聚乙烯醇的树脂水溶液，实施烘焙，形成表1所示的膜厚的(树脂系)润滑层6。

表1中显示亲水层4、无机氧化物微粒5和(树脂系)润滑层6的膜厚等。还有，表1中的下划线，表示不满足本发明规定的要件。

[表1]

对于制作的翅片材1(供试材、试料)，通过以下的方法，评价亲水性、除霜性(再结霜防止性)、加工性和耐腐蚀性。

<亲水性>

亲水性(亲水持续性)通过如下方式进行评价：以在离子交换水中浸渍8小时和以80℃加热16小时作为1个循环，对于翅片材1实施这一处理5个循环后，以测角仪(gonio meter)测量滴下纯水时的纯水折接触角。测量的接触角在20°以下时为合格(○)，接触角超过20°时为不合格(×)。该亲水性的评价结果显示在表2中。

<除霜性，再结霜防止性>

制作各供试材(试料)的实机，结霜运转后，实施除霜，再结霜动转，目视霜的除去性和再结霜状况而进行评价。以没有应用无机氧化物微粒的比较例1为基准，在除霜运转时至除去霜的时间快，再结霜动转时至霜全面附着的时间慢的为合格(○)，在除霜运转时至除去霜的时间相同或慢，再结霜动转时至霜全面附着的时间相同或慢的为不合格(×)。该除霜性(再结霜防止性)的评价结果显示在表2中。

<加工性>

加工性评价是以实机翅片冲压(drawless无模拉拔加工)，连续实施10万次冲击时(冲压时)，目测评价孔口成形性和冲压金属模具内的工具磨损状况((工具磨损性)。成形后的孔口没有大的裂纹，工具前端也没有显著的磨耗、缺损时为合格(○)，成形后的孔口连续有大的裂纹，工具前端有显著的磨耗和缺损(确认到)时为不合格(×)。该加工性(成形性、工具磨损性)的评价结果显示在表2中。

<耐腐蚀性>

耐腐蚀性是依据JIS Z 2371，以实施200小时盐水喷雾试验时的腐蚀面积率所对应的评级(rating number)进行评价。评级为9.5以上时为合格(○)，评级低于9.5时为不合格(×)。该耐腐蚀性的评价结果显示在表2中。

[表2]

由表2可知，表2的试料(实施例)1～16满足本发明的要件，因此亲水性(亲水持续性)、除霜性(再结霜防止性)、加工性和耐腐蚀性全部良好(合格)。

另一方面，表2的比较例1，因为无机氧化物微粒5的总附着量低于下限值(无机氧化物微粒5没有附着)，所以翅片材1表面的粗糙化不充分(适当)(无机氧化物微粒5的效果得不到发挥)，亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)未提高。另外，比较例9因为无机氧化物微粒5的总附着量超过上限值，所以虽然亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)提高，但得不到优异的加工性(工具磨损性)。

比较例2因为亲水层4的膜厚低于下限值，所以得不到由具有亲水层4带来的优异的亲水性(亲水持续性)，也得不到优异的除霜性(再结霜防止性)。另外，比较例3因为亲水层4的膜厚超过上限值，所以虽然亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)。提高，但容易发生涂装后的外观不良(不均匀)，加工性(工具磨损性)差。

比较例4因为构成亲水层4的硅酸盐化合物的比率低于下限值，比较例5因为构成亲水层4的硅酸盐化合物的b/a低于下限值，所以亲水层4(由硅酸盐化合物和树脂构成的混合物)无法成为多孔质，亲水层4的亲水性能(亲水性)不充分，其上即使应用无机氧化物微粒5，也得不到优异的亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)。

比较例6因为构成亲水层4的树脂的种类(树脂种类)与规定的树脂种类不同(为聚亚安酯)，所以亲水层4(由硅酸盐化合物和树脂构成的混合物)无法成为多孔质，亲水层4的亲水性能(亲水性)不充分，其上即使应用无机氧化物微粒5，也得不到优异的亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)。

比较例7因为无机氧化物微粒5的平均粒径低于下限值，所以无机氧化物微粒5的平均粒径过小，由此不能与亲水层4很好地粘附，无法使亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)提高，并且也得不到优异的加工性(成形性)。具体来说，实施评价亲水性时的处理5个循环后，无机氧化物微粒5从亲水层4剥落。另外在加工时也剥离。堆积在金属模具内，附着在模具工具周围。另外，比较例8因为无机氧化物微粒5的平均粒径超过上限值，所以翅片材1表面的粗糙化不充分(适当)，无法使亲水性(亲水持续性)和除霜性(再结霜防止性)提高，并且也得不到优异的加工性(工具磨损性)。

比较例10因为树脂系润滑层6的膜厚低于下限值(不具有树脂系润滑层6)，所以在制造铝翅片时，发生粘着故障(不能抑制粘着性)，得不到优异的加工性(工具磨损性)。另外，比较例11因为树脂系润滑层6的膜厚起过上限值，所以由于树脂系润滑层6自身的吸湿效果，导致翅片材1的表面成为粘着质，树脂系润滑层6在加工时(冲压成形时)卡在工具上，不能顺利地进行加工(加工性差)。

以上，展示最佳的实施方式和实施例，对于本发明的热交换器用铝翅片材详细地进行了说明，本发明的宗旨并不限定于前述的内容，其权利范围必须基于专利权利要求的范围的记载进行解释。还有，本发明的内容当然也可以基于前述的记载进行改变、变更等。

【符号的说明】

1 热交换器用铝翅片材(翅片材)

2 基板

3 衬底处理层

4 亲水层

5 无机氧化物微粒

6 树脂系润滑层

Claims

1.一种热交换器用铝翅片材，其特征在于，具备：

由铝或铝合金构成的基板；

形成于所述基板之上的衬底处理层；

形成于所述衬底处理层之上的亲水层；

附着在所述亲水层之上的无机氧化物微粒；

形成于附着有所述无机氧化物微粒的所述亲水层之上的树脂系润滑层，

其中，所述亲水层具有：由aM₂O·bSiO₂(其中，M＝Li、Na、K，b/a≥2)表示，在所述亲水层之中所占的比率超过50质量％的硅酸盐化合物；和聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、苯乙烯马来酸共聚物或其盐之中的一种或两种以上的树脂，该亲水层的膜厚为0.05～2μm，

所述无机氧化物微粒的平均粒径为0.001～0.3μm，总附着量为1～200mg/m²，

所述树脂系润滑层的膜厚为0.05～1μm。

2.根据权利要求1所述的热交换器用铝翅片材，其特征在于，所述无机氧化物微粒含有Al、Ti、Zn、Si、Sn、Cu之中的至少一种元素。

3.根据权利要求1所述的热交换器用铝翅片材，其特征在于，所述衬底处理层在1～100mg/m²的范围内含有Cr或Zr，所述衬底处理层的膜厚为

4.根据权利要求1所述的热交换器用铝翅片材，其特征在于，所述树脂系润滑层包括聚乙二醇或聚乙烯醇。