CN101660116A

CN101660116A - 一种钢制散热器热浸渗铝工艺

Info

Publication number: CN101660116A
Application number: CN200910017800A
Authority: CN
Inventors: 高远新; 阴法辉; 蒲强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2010-03-03

Abstract

本发明公开了一种钢制散热器热浸渗铝工艺，其工艺步骤为：将散热器进行碱洗-水洗-酸洗-水洗，经洗后的散热器在助镀槽中进行助镀处理，经助镀剂处理后的散热器置于预热电炉中进行预热，为保证散热器内外都不产生漏镀且镀层厚度均匀一致，在热浸渗铝前进行盐浴处理；将预热和盐浴后的散热器置入熔融铝液容器中进行热浸渗铝，将散热器进行热浸渗铝后，将冷却到室温的散热器去除散热器镀层表面的熔剂，同时对镀铝层进行钝化处理，将钝化处理后的散热器进行基体质量检查、修整后散热器进行喷塑，检查合格包装入库；本发明可对钢制散热器或配件进行热浸渗铝的一种钢制散热器热浸渗铝工艺，经本发明方法生产出的产品具有耐高温、防腐蚀、使用寿命长的特点。

Description

一种钢制散热器热浸渗铝工艺

技术领域

本发明涉及钢制品防腐处理，具体为一种钢制散热器热浸渗铝工艺。

背景技术

全国每年因腐蚀而报废的钢制散热器高达近百万吨。散热器广泛应用于工厂、机关、学校等各个领域的建筑环境的取暖、散热、换热场合。决定散热器使用寿命的主要客观因素是金属的抗腐蚀性能；为散热器提供热源的媒体主要是水和蒸汽，它们所含的氧气及水、汽所含的腐蚀性物质对钢的腐蚀是目前困扰钢制散热器的一大难题。它要求水中含氧量不大于0.05克/立方米，尽管提供散热器使用的热水是经过防氧处理的，但由于多种原因，大面积的集中供热方式无法使整个***密闭，从而导致无法与氧气隔绝，加之停止供热后***难以进行满水保养，这样，供热***中的含氧量就超过标准，钢、铝制散热器的使用对热媒有一定要求，氧化腐蚀无法避免，特别是在潮湿状态下，氧化更加严重。加之散热器中工作介质里含有无机盐、硫化物、氮化物、有机盐、氧、二氧化碳、水份等具有高腐蚀性的物质，所以碳钢制造的散热器使用寿命少则只有二三年，多则五六年；还有采用合金钢制造的散热器腐蚀亦很严重，最大的局部腐蚀速率高达0.5mm/年以上，平均腐蚀速率也达到0.5～1.0mm/年。散热器之所以有如此高的腐蚀损坏率，除制造材料的因素外，其主要原因之一是因为目前散热器的制造技术和防腐技术都不能很好的防止或控制腐蚀损坏的进行。由于管壳式散热器是采用金属材料通过冲压焊接成型制造的，管板或散热管通过焊接、胀接或胀焊接方式连接起来，在焊口或胀口处产生残余焊接应力，或残余扩胀拉引应力，再加之设备运行中的工作压力造成的拉应力，使散热管接头处形成易损区，在腐蚀介质中极易产生应力腐蚀断裂；另外在散热管与管的焊接时存在的间隙，使电解质溶液进入缝隙之中，并在其中停滞，更加剧了腐蚀。因此钢制、铝制散热器必须进行内防腐处理。有的生产厂家采用磷化处理，收效甚微。近来，还有的生产公司家采用有机涂料涂镀散热器内腔以防腐，收到一定效果，但这种涂料的附着力，耐冲刷性如何尚待观察。另外，从涂料的物质分析，其中含有金属氧化物，一旦涂层不匀，哪怕出现一个小小的气泡，就会形成金属电化学腐蚀，其腐蚀速度更快；另外，对钢铁材料散热器进行表面保护，来提高其使用寿命，对散热器的防腐性能和使用寿命都有所提高，但内腐蚀无法解决。以铜管代替钢管、铝管的防腐蚀措施目前已被散热器公司家广泛采用，铜是良好的导热材料，其耐氧化与碱腐蚀的性能俱佳。用铜管作为通水部件，可以大大提高散热器的使用寿命，避免因不规范的供暖***导致的漏水，但造价昂贵，使一次性投资大大增加。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术存在的不足，提供了一种可对普通碳钢或合金钢制造的散热器或配件进行热浸渗铝的一种钢制散热器热浸渗铝工艺，经本发明方法生产出的产品具有耐高温、防腐蚀、使用寿命长的特点。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：其工艺步骤为：

①将散热器进行碱洗-水洗-酸洗-水洗，再检验散热器基体结构达到合格产品标准；

②将散热器装入容器内；

③散热器浸渗前将步骤①经清洗工艺处理好的散热器再重复碱洗-水洗-酸洗-水洗工艺；

④将步骤(3)经碱洗-水洗-酸洗-水洗的散热器在助镀槽中进行助镀处理，助镀槽中置入的助镀剂是由30～60％的氯化钾、15～45％的氯化钠、10～40％的冰晶石和5～30％的氟化铝作成的澄清溶液，加水配制浓度达到接近饱和，再将助镀槽中的助镀剂加热，助镀剂的加热温度为70～90℃，助镀剂在助镀槽中保温时间为5～10分钟；

⑤将步骤(4)经助镀剂处理后的散热器置于预热电炉中进行预热，根据散热器不同点温度差值对电加热管进行自动控制，保证散热器在预热过程中均匀升温，其最高预热温度为300℃，升温时间1小时左右；

⑥为保证散热器内外都不产生漏镀且镀层厚度均匀一致，在热浸渗铝前进行盐浴处理；所述盐浴的配制为：配制熔盐熔点为640℃，处理温度为680～710℃；熔盐是由：Nacl30～43％、Kcl30～40％、Na3AlF69～16％、AlF63～6％混合配制，配制后的熔盐在盐锅中彻底熔化，每次在生产前和生产一周后都需用熔盐总量1～3％的氟化镁对熔剂进行净化，并彻底清除悬浮在盐液之上或铝液之中的杂质；熔剂处理时间为0.5～2小时，散热器在旋转和上下移动状态下与盐液进行接触；

⑦将预热和盐浴后的散热器置入熔融铝液容器中进行热浸渗铝，所用铝为AOO以上纯度的工业原铝，铝液温度控制在630～720℃，浸渗时间为20～60分钟；散热器在浸渗过程中始终处于上下移动和不断旋转的状态，移动速度为2～6米/分钟，在钢材基体的表面形成30～100μm的铝化铁合金层以及30～70μm的纯铝层；

⑧经步骤⑥和⑦将散热器进行热浸渗铝后，将散热器提出铝锅后加上保温罩，保温罩为自动伸缩式，镀铝后的散热器立刻移到保温炉中进行扩散和缓冷，所述扩散保温炉分两段，扩散段温度为680℃，保温段温度为600--200℃，扩散段应保证散热器在700℃左右保温1-2个小时；保温段应保证散热器在600℃左右保温1-2个小时，然后缓慢均匀的冷却，在冷却过程中散热器各点的温差不超过50℃，温降速度控制在100℃/小时左右，缓冷到100℃以下时，将散热器提出炉外进行自然冷却；当散热器的温度为680～700℃放入保温炉后，炉内温度可达670～680℃进行扩散和缓慢冷却，通过保温炉内较高温度加速纯铝表面与空气氧化形成AL₂O₃钝化薄膜；

⑨将步骤⑧中的散热器热浸渗铝后，将冷却到室温的散热器去除散热器镀层表面的熔剂，同时对镀铝层进行钝化处理，将钝化处理后的散热器进行基体质量检查、修整；

⑩将步骤⑨中质量检查、修整后散热器进行喷塑，检查合格包装入库；

所述的散热器为成品散热器，也可以是散热器的联箱、管柱和丝扣配件，经热浸渗铝工艺处理后再焊接为成品。

本发明的有益效果在于：采用在钢铁金属中加入少量铝，便可大大改善其性能。采用低碳钢渗铝，使普通碳钢表面上形成耐高温的氧化铝膜和一层致密的耐酸碱铁铝合金，以保护内部的铁，来大幅度提高散热器寿命。钢材热浸渗铝后可耐SO₂、SO₃、H₂S、NH₃、CO₂、原油、海水、有机酸等多种化学介质的腐蚀。其耐蚀性较未渗铝碳钢提高数倍至数十倍。在工业区大气、海洋和乡村环境中，热浸渗铝钢材是热浸渗锌钢材耐蚀性的5倍-10倍；在500℃连续加热条件下，热浸渗铝是热浸渗锌钢材寿命的50倍；在900℃连续加热，热浸渗铝钢材寿命相当于18-8耐热不锈钢。在耐海水、耐硫化物腐蚀上有超过不锈钢的优良性能。这是因为钢材镀铝后，表面生成Al-Fe合金层和纯Al层，经纯化后在最外层生成致密的Al₂O₃保护层，其腐蚀电位比铝平衡电位升高0.1--1伏。试验和实践证明，热浸渗铝钢在多种化学介质溶液中都是耐蚀的，在大部份中性和弱酸性溶液中都有足够的稳定性。采用钢材经热浸渗铝后制作成散热器，或采用钢材按现有方法制造出散热器，再将散热器整体进行热浸渗铝，使散热器竖管(或横管)、联箱、焊接部位等部件同时在相同工艺条件下进行镀渗铝层防护处理，

本发明所述的散热器整体热浸渗铝和部件热浸渗铝散热器在较低温度下对SO₂和H₂S等腐蚀介质的耐均匀腐蚀性基本一致，远高于镍铬合金钢。在耐海水均匀腐蚀性上是碳素钢的几倍到几十倍。在700℃以上时，主要以高温氧化为主，克服了纯铝镀层剥落的缺点。整体热浸渗铝散热器可以消除焊接和胀接残余应力的80％以上，大大地控制了应力腐蚀的发生，并基本上不产生缝隙腐蚀。整体热浸渗铝散热器是在渗铝前进行焊接的，不需改进焊接工艺，焊缝质量有充分保障，经镀铝后焊缝质量还有显著提高。未焊接的散热器部件浸渗铝后，进行组装焊接，采用TIG或MIG焊接，保证了焊接部位的耐蚀性，提高了散热器的使用性能。通过本发明对普通碳钢或合金钢制造的散热器进行热浸渗铝，可生产出耐高温、防腐蚀、抗磨损、使用寿命长的散热器。

具体实施方式

本发明所述的一种钢制散热器热浸渗铝工艺，其工艺步骤为：

②将散热器装入容器内；

⑥为保证散热器内外都不产生漏镀且镀层厚度均匀一致，在热浸渗铝前进行盐浴处理；所述盐浴液的配制为：配制熔盐熔点为640℃，处理温度为680～710℃；熔盐是由：Nacl30～43％、Kcl30～40％、Na3AlF69～16％、AlF63～6％混合配制，配制后的熔盐在盐锅中彻底熔化，每次在生产前和生产一周后都需用熔盐总量1～3％的氟化镁对熔剂进行净化，并彻底清除悬浮在盐液之上或铝液之中的杂质；熔剂处理时间为0.5～2小时，散热器在旋转和上下移动状态下与盐液进行接触；

本发明所述的散热器为成品散热器，也可以是散热器的联箱、管柱和丝扣配件，经热浸渗铝工艺处理后再焊接为成品。

本发明的工艺步骤中，散热器或散热器部件在铝锅内的浸渗铝时间为20～30分钟，浸渗铝温度控制在630～710℃之间；采用二浴法及对钢基体浸润性较好的熔盐配方，在盐锅内对散热器或散热器部件进行彻底盐浴处理，熔盐配方为：NaCL 43％、KCL 37％、Na₃ALF₆ 16％、ALF₃ 4％、熔盐熔点600--650℃，盐浴是在盐锅中进行；在浸渗铝时对散热器或散热器部件进行旋转和上下移动，旋转速度、上下移动速度为每分钟2～6米；可在钢材基体的表面形成50～100μm的铝铁合金层以及50～70μm的纯铝层；经过热浸渗铝后的散热器立刻移到保温炉中进行扩散和缓冷，扩散保温炉分两段，扩散段温度为680℃，预热温度为200℃，此时散热器的温度为680～700℃放入保温炉后，炉内温度可达670～680℃进行扩散和缓慢冷却，因此保温炉内较高温度能够加速纯铝表面与空气氧化形成AL₂O₃钝化薄膜；为消除散热器加工后的残余应力，盐锅温度控制在700℃内，散热器在盐锅内的处理时间为1个小时；铝锅温度控制在720℃内，散热器或散热器部件在铝锅内的处理时间为30分钟；保温炉内在工件进炉后温度控制在680℃，保温1小时30分钟；散热器在以上设备中在680～720℃的温度下作业2小时，停止加温不改变金相组织；在散热器从盐锅移至铝锅、从铝锅再移至保温炉时，当散热器从锅中提出时就从上至下加挂保温罩，使散热器暴露在空气之中，保温罩内的温度控制在640～660℃；为适应助镀剂处理后散热器进行预热的要求，助镀剂的配方组份为：NaCL 3％、KCL 3％、ZnCL 91％、NaF 3％，助镀剂温度控制在90℃以上，浓度为饱和溶液；为保证散热器内外都不产生漏镀且镀层厚度均匀一致，增加熔盐的流动性，配制熔盐熔点为640℃，处理温度为680～710℃；散热器在旋转和上下移动状态下与盐液、铝液进行接触，保证盐锅内各种组份的均匀一致、铝锅内铝铁合金的均匀分布；在散热器盐浴处理前向盐锅或铝锅内加入2～5％的氟化镁，并彻底清除悬浮在盐液之上或铝液之中的杂质；为控制温差应力，保证器几何尺寸和形状，采用竖式预热炉及电热管加热，电热管的分布为底层分布和炉壁分布相结合，电热管的总功率为100KW左右，底部60KW左右、炉壁40KW左右；在预热炉内设置内部热风循环***，温度高的热风从底部抽出，通过管道向下输送；电热管分为3组控制，底部为一组，炉壁部分为两组；预热：在散热器未进入预热炉前，预热炉先进行预热，预热温度达到200℃时放入工件，并对底部加热管通电，进行热风循环，然后再对炉壁加热管通电；预热炉内安装3-5个热电偶测量炉内的温度，3个热电偶分别布置在炉的最外层、中间层和最里层，通过控制通电和停电时间使内、中、外3个热电偶的温差不大于50℃；在预热炉的炉壁内安装隔离套管，以减少电加热管对散热器外层管的直接辐射；扩散缓冷炉必须保证浸镀铝后的散热器或散热器部件扩散后缓慢冷却，在散热器或散热器部件放入扩散缓冷炉内开始半小时内，要保证炉温680℃温度恒定，半小时之后开始缓冷，缓冷速度为600℃/小时，当冷却温度达到100℃时，逐渐打开炉盖，使浸渗件冷却到室温从炉内提出。本发明所述焊接好的整体散热器进一步进行表面处理后进行喷塑、包装后入库；未焊接的散热器部件浸渗铝后，进行组装焊接，采用TIG或MIG焊接，保证焊接部位的耐蚀性。组装焊接后进行表面处理，然后进行喷塑、包装后入库。本发明未详述内容为公知技术。

Claims

1、一种钢制散热器热浸渗铝工艺，其特征在于：其工艺步骤为：

②将散热器装入容器内；

⑥为保证散热器内外都不产生漏镀且镀层厚度均匀一致，在热浸渗铝前进行盐浴处理；所述盐浴的配制为：熔盐熔点为640℃，处理温度为680～710℃；熔盐是由：Nacl30～43％、Kcl30～40％、Na3AlF69～16％、AlF63～6％混合配制，配制后的熔盐在盐锅中彻底熔化，每次在生产前和生产一周后都需用熔盐总量1～3％的氟化镁对熔剂进行净化，并彻底清除悬浮在盐液之上或铝液之中的杂质；熔剂处理时间为0.5～2小时，散热器在旋转和上下移动状态下与盐液进行接触；

⑦将预热和盐浴后的散热器置入熔融铝液容器中进行热浸渗铝，所用铝为A00以上纯度的工业原铝，铝液温度控制在630～720℃，浸渗时间为20～60分钟；散热器在浸渗过程中始终处于上下移动和不断旋转的状态，移动速度为2～6米/分钟，在钢材基体的表面形成30～100μm的铝铁合金层以及30～70μm的纯铝层；

⑩将步骤⑨中质量检查、修整后散热器进行喷塑，检查合格包装入库。

2、根据权利要求1所述的一种钢制散热器热浸渗铝工艺，其特征在于：所述的散热器为成品散热器，也可以是散热器的联箱、管柱和丝扣配件，经热浸渗铝工艺处理后再焊接为成品。