从铝制品移除钎焊残留物的方法

专利名称：从铝制品移除钎焊残留物的方法
从铝制品移除钎焊残留物的方法相关申请的交叉引用本申请要求序列号为60/089585、申请日为2008年8月18日的美国临时申请的优先权。
背景技术：
铝和铝合金(此后统称为铝)由于其相对高的强度和可模锻性而公知且用于热交 换器。例如，热交换器的歧管、鳍片和/或管可以由铝制成。然而，在通常的大气条件下，铝 会腐蚀。因此，通常对铝施加保护涂层或涂料以防止下层铝的腐蚀。使用保护涂层和涂料的一个缺陷是用于将铝形成部件的制备方法可能不与在所 述铝和所述涂层之间形成强结合相容。例如，在热交换器的生产中，可以通过钎焊工艺使用 钎焊材料和焊剂材料将铝鳍片、管和歧管结合到一起。通常所使用的焊剂材料会留下残余 的氧化物釉在所述管和鳍片的表面上，这可能抑制涂层或涂料与铝之间的结合。有时候使 用传统的化学处理(酸或碱蚀刻)来预备铝的表面以供和所述涂层结合。但是，在那些处理 中所使用的化学试剂典型地倾向于与铝反应或腐蚀产品并且对于去除氧化物釉并不有效。 化学试剂本身也会留下残留物，其抑制涂层与下层铝之间的结合。

发明内容
在制备铝表面的方法中，焊剂施加至铝表面并且对所述铝表面进行钎焊。使用pH 值为约5-约9的含水流体从所述铝表面移除残留的焊剂和金属氧化物。


图1是经钎焊的铝制品的一个实施方案的正视图。图2是具有钎焊残留物的经钎焊接头的示例的分解图。图3是举例说明移除钎焊残留物的一个实施方案的流程图。图4是在移除钎焊残留物之后的图2的经钎焊接头的视图。
具体实施例方式图1示例了经钎焊的铝制品10的一个实施方案的部分。经钎焊的铝制品10可以 是铝或铝合金。在本公开中，“铝”应该是指铝和铝合金两者。在该实施例中，经钎焊的铝制 品10为热交换器。然而，应该理解的是本公开也适用于其它类型的经钎焊的铝制品，不限 于热交换器或所示的热交换器类型。虽然图1示例的是直(平面)热交换器，成型的热交 换器和部件同样也可以从本发明方法中获益。经钎焊的铝制品(热交换器)10包括第一歧管12，其具有用于接收工作流体比如 冷却剂进口 14以及用于排除工作流体的出口 16。第一歧管12与多个管18中的每个液体 连接，这些管的每一个与第二歧管20在相对端液体连通。第二歧管20与多个管22中的每 个液体连通，这些管将工作流体返回至第一歧管12以通过出口 16排出。在第一歧管12中设有隔板23以将第一歧管12的进口部分和出口部分分开。管18和22能够包括通道，例 如微通道，以传送工作流体。上述两行程工作流体流动构造仅仅是许多可行的设计设置中 的仅仅一种。单行程和其它多行程流体流动构造可以通过在第一歧管12和第二歧管20内 的特定位置设置隔板23、入口 14和出口 16来获得。本发明的方法可适用于经钎焊的的铝 制品，与其流体流动构造无关。如图1中所示，鳍片M在管18和管22之间延伸。鳍片M支撑管18和22，并且 在管18和22之间建立起开放的流动通道(例如，用于空气流动)以提供额外的热传递表 面。鳍片M也对热交换器结构提供支撑。鳍片M在经钎焊的接头沈处与管18和22结 合。鳍片M不限于图1中所示的三角形横截面，其它鳍片构造(例如矩形的、梯形的、椭圆 的、正弦曲线的)是合适的。图2示出了经钎焊的铝制品10的经钎焊的接头沈的一个实施方案。在该实施方 案中，经钎焊的接头沈在使用焊剂材料的钎焊工艺中形成于管18和鳍片M之间。虽然在 图2中没有示出，但经钎焊的接头沈也以相似的方式形成于管22和鳍片M之间。在一个 实施方案中，焊剂材料包括至少钾、铝和氟。氟能够占至少大部分的该焊剂材料重量。可从 Solvay Fluor GmbH得到的Nocolok 是一种这样的焊剂材料。钎焊工艺能够是在基本纯氮 气气氛下进行的“受控气氛钎焊”。在预定的钎焊温度，焊剂材料与钎焊材料(典型地作为 包覆材料提供在鳍片M上)相互作用，以熔化该包覆材料。该熔化的包覆材料在鳍片M 和管18或22之间流动并且在冷却和固化后形成坚固的结合。钎焊工艺的焊剂材料会在鳍片M和管18、22的部分表面上留下残余的含氟化合 物观。含氟化合物残余物观能够包含来自焊剂材料的氟与来自大气、焊剂、包覆材料的其 它元素或来自管18、22或鳍片M的铝的其它元素的组合。例如，含氟化合物残留物观能 够包括氟化物和/或氟氧化合物的相。因此，含氟化合物残留物观的组成能够变化，具体 取决于焊剂材料的组成、铝的组成、大气和钎焊工艺和条件。如果不从鳍片M和管18、22的表面移除含氟化合物残留物观，含氟化合物残留物 28会抑制后续沉积的保护涂层或涂料与下面的鳍片M和管18、22的铝之间的坚固结合。 含氟化合物残留物观还会有助于在经钎焊的铝制品10的表面上形成粉状腐蚀产物，其会 抑制后续沉积的保护涂层或涂料之间的结合，或产生不期望的外观。在图3中例举的方法30是能够用于清理经钎焊的铝制品10的经钎焊的接头沈 和由此移除含氟化合物残留物观的一个实施方案。方法30包括钎焊铝制品(步骤32)，主 要使用水移除铝制品上的焊剂残留物(步骤34)和任选地对铝制品涂覆的步骤(步骤36)。 钎焊步骤32如图上面结合图2所述，其中使用焊剂材料和包覆材料将铝制品例如鳍片M 和管18、22钎焊在一起。焊剂残留物移除步骤34包括将经钎焊的铝制品10的经钎焊的接 头沈在预定温度暴露到PH值为约5-约9的含水流体预定时间。在步骤34，使用含水流体 从经钎焊的接头沈移除含氟化合物残留物28以由此清理经钎焊的接头26。步骤34可以 以下面详述的各种方法来进行。步骤34中使用的含水流体可以是液体或气体。适合的含水流体包括水和水蒸气。 当含水流体是水或水蒸气时，水或水蒸气基本上是纯的以限制含水流体与经钎焊的铝制品 10之间发生化学相互作用。例如，该水或水蒸气在含氟化合物残留物观的孔隙周围流动 和从中流过，伴随着有限的化学相互作用。在预定温度的水通过物理过程，比如水合和热膨胀，在含氟化合物残留物观内引起内应力，其用于将含氟化合物残留物观破坏分离并从经 钎焊的铝制品10的表面移除含氟化合物残留物观。因此，水能够渗透含氟化合物残留物 观并且促进机械移除。不纯的水或不纯的水中的杂质会与含氟化合物残留物观反应。这 种反应产物会抑制残留的副产物的移除，或留下残留的副产物，所述残留的副产物抑制经 钎焊的铝制品10和后续施加的涂层之间的坚固结合。基本上纯的水是不含能够与含氟化合物残留物观不期望地发生反应的污染物的 水。例如，PH值是水的纯度的指标。基本上纯的水通常具有约5-约9的pH值。特别适合 的基本上纯的水的PH为约6-约8。在另一个实例中，电导率是水的纯度的指标。基本上纯 的水具有小于约400微西门子/cm的电导率。特别适合的基本上纯的水的电导率为小于约 50微西门子/cm。如果水不是基本上纯的，那么水可能不有效地渗透含氟化合物残留物观 以机械方式移除。在一些实例中，具有所述给定PH值或电导率的水可以是去离子水或使用 反渗透处理纯化的水。适合的含水流体还包括含有少量表面活性剂、电解质、助溶剂、缓冲剂及其组合的 水溶液。如上所述，水溶液中的水基本上是纯的以限制所述水溶液与经钎焊的铝制品10之 间发生不期望的化学相互作用。当存在时，表面活性剂、电解质和助溶剂为所述水溶液提供 有用的清洁性质，并能够改善对含氟化合物残留物观的移除。也可以在水溶液中加入缓冲 剂来维持该水溶液的PH值为约5-约9以防止不合意的化学相互作用。下面将通过使用了 其的具体实施方案来描述表面活性剂、电解质、助溶剂和缓冲剂的适当例子。在一个实施方案中，步骤34包括将经钎焊的铝制品10浸入水中。经钎焊的铝制 品10浸入在预定的温度的基本上纯的水中预定的时间，以移除含氟化合物残留物观。所述 时间能够取决于水的或经钎焊的铝制品10的温度。在较高的温度，可能需要较少的时间； 而在较低的温度可能需要较多的时间。例如，水温在约82°c和水的沸点(100°C)之间时， 预定时间能够最多约2小时以移除含氟化合物残留物观。在另一个实例中，水温在60°C左 右时，预定时间能够最多约12至14小时。在大约室温下(20°C至23. 5°C )，会需要约8至 10天的时间来移除含氟化合物残留物观。浸入能够限制大气气体如氧气的引入，所述大气 气体能导致在经钎焊的铝制品10表面上形成氧化物。在其中关注氧化的情况下，经钎焊的 铝制品10能够在去氧的水中浸入。在另一个实施方案中，步骤34包括用水喷射经钎焊的铝制品10。经钎焊的铝制品 10用预定的温度的基本上纯的水喷射预定的时间，以移除含氟化合物残留物观。和浸入一 样，时间能够取决于水或经钎焊的铝制品10的温度。在将水对经钎焊的铝制品10喷射之 前可以对水加热，或者经钎焊的铝制品10能够加热到升高的温度，将室温的水喷射到经钎 焊的铝制品10上。在较高的温度，可能需要较少的时间；而在较低的温度，可能需要较多的 时间。例如，对于高于约80°c的温度(水或制品温度)，预定时间能够最多约2小时以移除 含氟化合物残留物观。在另一个实施方案中，步骤34包括将水蒸气(气态水)而非液体水导向经钎焊的 铝制品10。水蒸气的相对高的温度能够有效快速地从经钎焊的铝制品10移除含氟化合物 残留物观。在高于环境压力的压力将水蒸气导向经钎焊的铝制品10有效地移除深度沉积 (heavy deposit)的含氟化合物残留物观。深度沉积的含氟化合物残留物观能够出现在 经钎焊的铝制品10的其中钎焊盛行的区域中，例如歧管区域或热交换器的外围。在一个实例中，水蒸气在约IOOpsi至约IOOOpsi的压力范围内导向经钎焊的铝制品10约5分钟至 约30分钟的时间。在一些情况下，浸入会更适合用于将经钎焊的铝制品10的所有表面完 全暴露于所述水以移除含氟化合物残留物观。水蒸气处理可以与上述的热水浸入或喷射相 结合来改善焊剂残留物的移除。能够在经钎焊的铝制品10的所有表面上实施水蒸气和喷 射处理。在另一个实施方案中，步骤34包括一旦经钎焊的铝制品10浸入水中后搅动所述 水。搅动可以通过混合或超声振动来提供。在一个实例中，超声振动(声处理)施加到约 室温(20°C至23. 5°C )至约90°C的温度的浸入水约5分钟至约30分钟。浸入水能够在声 波处理前通过预先加热、喷射或其它方法脱气。以约15kHz至约400kHz的频率以约2. 6瓦 特/升(10瓦特/加仑)至约26. 4瓦特/升(100瓦特/加仑)的密度施加能量。更优选 地，在约50°C至约66°C的温度以约5.3瓦特/升QO瓦特/加仑)至约7. 9瓦特/升(30 瓦特/加仑)之间的能量密度在约25kHz至约50kHz之间的频率下进行声波处理约10至 20分钟。超声清洗也能够与上述的分开的浸入、喷射或水蒸气处理相结合。在一个实例中， 超声清洗约5分钟至约30分钟然后在没有声处理的情况下在热水中(约85°C至约100°C ) 浸入约5分钟至约30分钟，快速从经钎焊的铝制品10移除含氟化合物残留物洲。焊剂残留物移除步骤34的一些实施方案包括在基本上纯的水中加入少量的任选 添加剂以形成水溶液。这些添加剂提供了额外的焊剂移除的潜力，并且不会显著增加和经 钎焊的铝制品10发生化学反应。在一个实施方案中，步骤34包括电清洗经钎焊的铝制品10。电清洗是采用直流电 和通常含有电解质的水用于金属表面的清洗工艺。经钎焊的铝制品10在电清洗池中用作 阳极、阴极或两者，具体取决于应用。电清洗提供了含氟化合物残留物观的机械移除和调 理或改性，使其更容易从经钎焊的铝制品10的表面移除。当在电清洗池中施加电流时，发 生电化学反应，电解水；电解质作为导电介质。在阳极处发生下列反应2H20 — 4H++02+4e",和在阴极处发生下列反应4H20+4e" — 40Γ+2Η2。在阳极和阴极处生成的气体(氧气和氢气)产生机械摩擦动作，所述机械摩擦动 作松散并提起污迹比如含氟化合物残留物28。当经钎焊的铝制品10作为阳极时，发生阳极 电清洗。当经钎焊的铝制品10作为阴极时，发生阴极电清洗。在反向电清洗中，电清洗池 的极性发生改变，使得发生阳极电清洗和阴极电清洗。当最终电清洗循环是阳极性时，任何 在阴极电清洗过程中已经镀在经钎焊的铝制品10上的带电粒子都被移除。电解在电清洗 中是驱动过程。用于摩擦动作的在电极处的放气量与流过电清洗池的电流量有关。在使用电清洗的步骤34的一个实例中，经钎焊的铝制品10预浸入在热水中或用 热水处理，使含氟化合物残留物观水合。在电清洗池中经钎焊的铝制品10作为阴极(阴 极电清洗)。由于在阴极处生成氢气而不是氧气(在阳极处生成)，经钎焊的铝制品10被 氧化的可能性更小。在阴极处生成的氢氧化物也中和在含氟化合物残留物观之下的任何 酸度。在电清洗循环结束处反向阳极电流持续约5至15秒同样消除在经钎焊的铝制品10 附近或之上的任何正电荷粒子。总的电清洗时间将根据焊剂污染的量而改变。合适的清理 时间通常是约30秒至约5分钟。施加到电清洗池的电压通常在约6伏特至约12伏特，电流密度在约50安培/平方米(5安培/平方英尺)至约165安培/平方米(15安培/平方 英尺)，以防止“烧灼”经钎焊的铝制品10。水温在约50°C至约80°C之间。在水中可以加 入电解质以提高电清洗过程的效力。适当的电解质包括碳酸钠、原硅酸钠、葡萄糖酸钠、磷 酸三钠及其组合。电解质在水中的加入量可以是每升水约2毫升至约40毫升的各个或全 部电解质。在另一个实施方案中，步骤34包括在水中加入表面活性剂或助溶剂。表面活性剂 有助于水渗透入含氟化合物残留物观。表面活性剂可以以相对较小的量存在，但并不限于 任何特殊的组成。表面活性剂根据焊剂材料和含氟化合物残留物观的具体化学可以是阴 离子的、阳离子的、非离子的或两性离子的。一种适合的表面活性剂是十二烷基硫酸钠。在 其中表面活性剂加入水中的一个实施方案中，步骤34也包括一旦经钎焊的铝制品10浸入 水中就使用混合或超声振动来搅动。合适的超声振动条件包括以上所述的。助溶剂也可以 与超声振动共同使用。合适的助溶剂包括异丙醇。在焊剂残留物移除步骤34后能够有任选的涂覆步骤36，以将保护涂层或涂料施 加于经钎焊的铝制品10上。图4是在移除含氟化合物残留物观之后图2的经钎焊的接头 26的示例。基本上纯的水将含氟化合物残留物观从经钎焊的接头沈基本上或完全清理 干净。在所示出的实例中，含氟化合物残留物观完全从经钎焊的接头沈上移除，并且涂层 38已经随后沉积在经钎焊的铝制品10的表面上。涂层38可以是转化涂层(conversion coating)和/或聚合材料，如涂料。在一个 实例中，涂层38是三价铬转化涂层，其能够是独立的涂层或用于后续涂覆的打底涂层。涂 层38可以是含铁、锰或锌的磷酸盐转化涂层。涂层38还可以包括阳极涂层和涂料。用于准备铝以供涂覆的现有的表面处理工艺，集中在使用不适合移除含氟化合物 残留物观的酸性或碱性试剂。然而，方法30在针对沉积涂层38的准备中使用基本上纯的 并能够渗透和移除含氟化合物残留物观的水。因此，经钎焊的铝制品10的下面的铝的表 面是清洁的，并能够与涂层38形成坚固结合。另外，如果不施加涂层38，使用方法30移除 含氟化合物残留物观会限制具有不合意外观的粉状材料的形成。如同方法30中的将经钎焊的铝制品10暴露于含水流体可以作为经钎焊的铝制品 10的加工方法的一部分进行，或作为一旦经钎焊的铝制品10在现场使用中的“修补”。例 如，可以在钎焊工艺后立即执行方法30以移除含氟化合物残留物观，或者在经钎焊的铝制 品10上形成涂层38之前立刻进行以提供能够形成坚固结合的清洁表面。或者，方法30能 够在经钎焊的铝制品10已经安装在现场位置后作为“修补”，或者为现场粉状材料的出现 提供对策。本发明提供从铝制品上移除经残留的钎焊焊剂和金属氧化物的方法。在应用焊剂 和钎焊之后，通过浸入、喷射、水蒸气化、超声或电清洗使用流体移除残留焊剂。该流体可以 是水或含有表面活性剂或电解质添加剂的水。该焊剂残留物移除方法有效地并成本有效地 移除残留焊剂，以改善铝制品和后续施加的涂层间的结合或改善外观。虽然本发明已经参考示例性实施方案进行了描述，但对本领域技术人员来说可以 在不偏离本发明的范围的情况下作出各种变化以及对其要素可以进行等价替换。另外，在 本发明本发明实质范围的情况下，可以进行各种改变以使得特定情况或材料适合于本发明 的教导。所以，本发明并不限于所公开的具体实施方案，而是本发明包括落在所附权利要求范围内的所有实施方案。
权利要求
1.方法，包括 施加焊剂至铝表面； 钎焊所述铝表面；和使用PH值为约5-约9的含水流体从所述铝表面移除残留的焊剂和金属氧化物。
2.权利要求1的方法，其中所述含水流体的温度为约20°C至约100°C。
3.权利要求1的方法，其中所述含水流体的pH值为约6-约8。
4.权利要求1的方法，其中所述铝表面暴露到所述含水流体约5分钟至约14小时。
5.权利要求4的方法，其中所述铝表面暴露到所述含水流体约5分钟至约2小时。
6.权利要求5的方法，其中所述铝表面暴露到所述含水流体约5分钟至约40分钟。
7.权利要求1的方法，其中所述铝表面浸入到所述含水流体中。
8.权利要求7的方法，进一步包括在所述铝表面浸入到所述含水流体中的同时搅动所述含水流体。
9.权利要求1的方法，其中所述含水流体是气态的并且被导向所述铝表面。
10.权利要求1的方法，进一步包括 施加涂层至所述铝表面。
11.权利要求1的方法，其中所述含水流体含有选自由表面活性剂、电解质、助溶剂、缓 冲剂及其组合组成的组的添加剂。
12.权利要求8的方法，其中所述含水流体含有表面活性剂并且搅动所述含水流体包 括施加超声振动至所述含水流体。
13.权利要求12的方法，其中所述含水流体处于约20°C至约90°C的温度，并且其中以 约2. 6瓦特/升至约26. 4瓦特/升的功率密度以约15kHz至约400kHz的频率施加超声振 动至所述含水流体约5分钟至约30分钟。
14.权利要求11的方法，其中所述含水流体含有电解质，和其中所述铝制品浸入所述 流体中，和其中移除残留的焊剂和金属氧化物进一步包括施加电流至所述含水流体和所述铝制品。
15.权利要求14的方法，其中所述铝制品充当阴极。
16.权利要求15的方法，其中所述移除步骤进一步包括 施加反向阳极电流至所述铝制品以移除带正电荷的粒子。
17.权利要求14的方法，其中施加所述电流约30秒至约5分钟。
18.权利要求14的方法，其中以约50安培/平方米至约165安培/平方米的电流密度 施加所述电流，以产生电压为约6伏至约12伏的电场。
19.权利要求14的方法，其中所述流体的温度为约50°C至约80°C。
20.权利要求1的方法，其中施加所述含水流体至所述铝表面选自由水浴浸入、水喷 射、蒸汽喷雾及其组合组成的组。
全文摘要
在制备铝表面的方法中，焊剂施加至铝表面并且铝表面被钎焊。使用pH值为约5-约9的含水流体移除铝表面残留的焊剂和金属氧化物。
文档编号C25F1/02GK102124149SQ200980132437
公开日2011年7月13日 申请日期2009年5月1日 优先权日2008年8月18日
发明者J·L·埃福梅斯, M·F·塔拉斯, M·R·贾沃罗维斯基, N·马德弗劳 申请人:开利公司