DE60024087T2

DE60024087T2 - Gegenstand mit verbessertem widerstand gegen nestkorrosion

Info

Publication number: DE60024087T2
Application number: DE60024087T
Authority: DE
Inventors: J. Sandra DOWNEY; J. Thomas GAROSSHEN; P. Daniel GAFFANEY
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-05-09
Also published as: DE60024087D1; EP1192295A1; WO2000073537A1; ES2249268T3; EP1192295B1

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein das Schützen von Metallen gegen eine korrosive Umgebung und insbesondere das Schützen von Kupfer gegen Ameisennestkorrosion (formicary corrosion), wenn es in einer korrosiven Umgebung verwendet wird.
Korrosion ist ein Prozess, der zwei gleichzeitige Reaktionen umfasst, die Halbzellen genannte werden. Eine Halbzellenreaktion ist die Oxidation oder Korrosion des Metalls. Dieser Prozess umfasst den Verlust von Elektronen, z.B. 2M → 2M⁺ + 2e^–
Elektronen von dem Oxidationsprozess werden wiederum verwendet durch eine damit verbundene Reduktionshalbzellenreaktion, die häufig die Reduktion von Sauerstoff oder Wasserstoff ist, z.B. O₂ + 4H⁺ + 4e^– → 2H₂O 2H⁺ + 2e^– → H₂
Die Oxidationsreaktion (Korrosionsprozess) kann nur mit einer Rate fortschreiten, die durch die Reduktionsreaktion vorgegeben ist, die die Elektronen aus dem Oxidationsprozess verwendet. Dies liegt daran, dass Ladungsneutralität aufrechterhalten werden muss.
Ein einzigartiger Typ lokalisierter Korrosion, die als Ameisennestkorrosion (formicary corrosion oder auch ant nest corrosion) bezeichnet wird, tritt in Kupfer auf, wenn es organischen Säuren in der Gegenwart von Feuchtigkeit und Luft ausgesetzt wird. Das Ergebnis ist ein schnelles Tunneln durch die Kupferoberfläche in einer zufälligen Weise, was letztendlich zu einem Wanddurchdringen führt. Ein Verhindern dieser Form von Korrosion wurde typischerweise durch Eliminieren mindestens eines der drei nötigen Bestandteile für ihr Auftreten, d.h. Luft, Feuchtigkeit oder organische Säure, bewirkt. Wenn jedoch mindestens einer dieser Bestandteile nicht entfernt werden kann, wie dies der Fall für eine Luft klimatisierungsanwendung im Innenraum, bei der eine Verdampferrohrschlange durch Kondensat aufgrund ihrer Entfeuchterfunktion befeuchtet wird, der Fall wäre, werden alternative Schutzverfahren benötigt.
Es besteht daher ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zum Schützen von Kupfer in Umgebungen, die Ameisennestkorrosion fördern.
JP 08/78585 offenbart ein Verfahren, bei dem die Innenoberfläche eines Kupferrohrs mit Zinn plattiert ist.
JP 59 229 200 offenbart, Zinn, Nickel, Blei oder Aluminium über Komponenten eines Wärmetauschers zu plattieren.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Gegenstand vor, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist.
Die Hauptaufgabe dieser Erfindung ist, einen Gegenstand bereitzustellen, wie z.B. die Kupferrohre einer Verdampferrohrschlange, mit verbesserten Ameisennestkorrosionswiderstandseigenschaften, wenn er in einer korrosiven Umgebung verwendet wird.
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung weist die Schutzschicht eine aus Zinn oder einer Zinnlegierung gebildete Beschichtung auf. Vorzugsweise hat die Beschichtung eine Dicke in dem Bereich von 0,10 bis 1,00 Mil (0,0025 bis 0,025 mm) und ist gleichmäßig auf die Oberfläche aufgebracht. Am stärksten bevorzugt ist die Dicke der Beschichtung 0,50 Mil (0,063 mm).
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Verdampferrohrschlange, die eine Kupferverrohrung enthält, die in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung behandelt ist;
2 ist ein Graph, der die Leistungsverbesserungen veranschaulicht, die in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Wie in Einzelheiten unten erklärt wird, sieht die vorliegende Erfindung Ameisennestkorrosionschutz von in Lamellenrohrschlangen verwendeter Kupferverrohrung vor.
1 veranschaulicht eine Lamellenrohrschlange 1 des Typs, der typischerweise in Luftklimatisierungseinheiten verwendet wird. Die Rohrschlange weist einen oder mehrere Strömungskreise zum Befördern von Kühlmittel durch diese hindurch auf. Zu Erklärungszwecken weist die Rohrschlange 1 ein einzelnes Strömungskreisrohr 2 auf, das eine Einlassleitung 3 und eine Auslassleitung 4 und eine Mehrzahl von Lamellen 5, die sich davon radial erstrecken, aufweist.
Wie oben angemerkt, werden Verdampferrohrschlangen dieses Typs üblicherweise in korrosiven Umgebungen verwendet. Bei einer typischen Anordnung werden Rohrschlangen dieses Typs unter Verwendung von Kupferverrohrung für die Kreisströmungsrohre hergestellt. Kupfer wird bei einer Rohrkonstruktion aufgrund seiner guten Wärmeleiteigenschaften, genereller Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Einfachheit der Herstellung und Reparatur verwendet.
In Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist die exponierte Oberfläche des Kupferrohrs 2 beschichtet oder angereichert mit einem Material, um Ameisennestkorrosion zu vermeiden. Zinn und Zinnlegierungen sind die besten Kandidaten für dieses Material. Somit werden wesentliche Verbesserungen bei der Widerstandsfähigkeit gegen Ameisennestkorrosion durch Beschichten oder Imprägnieren der Kupferverrohrungsoberfläche mit einer Schicht aus Material wie z.B. Zinn oder Zinnlegierung erreicht.
Die durch Verwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung erreichte Verbesserung ist grafisch in 2 veranschaulicht. Ein Testen hat eine mehr als zwanzigfache (20×) Verbesserung bei der Fehlerrate von Kupfer gezeigt, wenn z.B. Kupferverrohrung mit 0,5 Mil (0,063 mm) elektroplattiertem Zinn beschichtet ist. Andere Präventionsverfahren wie z.B. die Verwendung von Ameisennestkorrosionsinhibitoren (nicht einschließend das Entfernen einer der drei Faktoren, die Ameisennestkorrosion verursachen, was eine kaum durchführbare Option ist) zeigen typischerweise nur eine dreifache (3×) Verbesserung. Durch Beschichten der Ameisennestkorrosion-anfälligen Kupferverrohrung mit einem Metall, das gegen solche Korrosion widerstandsfähig ist, wird demgemäß die Korrosions widerstandsfähigkeit der Kupferverrohrung wesentlich verbessert. Obwohl reines Zinn das bevorzugte Material ist, führen Zinnlegierungen, die solche Metalle wie Zink, Magnesium, Kupfer, Gallium, Cadmium und Blei aufweisen, auch zu verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Ameisennestkorrosion von Kupfer. Andere Metalle, die auch die Widerstandsfähigkeit gegen Ameisennestkorrosion erhöhen, können auch verwendet werden.
Die Beschichtung oder Oberflächenanreichung von Kupferrohren 2, in der veranschaulichten Ausführungsform mit Zinn oder anderen diskutierten Materialien, wird vor dem Zusammenbau des Wärmetauschers 10 durchgeführt. Es gibt mehrere Verfahren zum Aufbringen des schützenden Beschichtungssystems auf Kupferverrohrung. Potenzielle Verfahren umfassen: (1) heißes Eintauchen, (2) Elektroplattieren, (3) Dampfabscheidung und (4) Ionenimplantation.
Diese Erfindung umfasst alle Beschichtungen, die funktionieren, um Ameisennestkorrosion von Kupfer zu vermeiden. Der vorgeschlagene Ansatz ist sehr kosteneffektiv und hält die Wärmeleitung der Kupferverrohrung bei Wärmetauscheranwendungen aufrecht. Hohe Wärmeleitung wird durch Verwendung einer Beschichtung mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit oder durch Aufbringen sehr dünner Beschichtungen erreicht.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Erzeugung einer gleichmäßigen Beschichtung von Ameisennestreaktion-widerstandsfähigem Material über die gesamte Außenoberfläche der Strömungskreisrohre 2. Unabhängig von dem verwendeten Prozess müssen die Variablen der Rohroberflächenvorbereitung, Rohrvorheiztemperatur, Beschichtungszusammensetzung und Beschichtungsdicke sorgfältig kontrolliert werden, um die richtigen Ergebnisse der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Die Vorbereitung der exponierten Oberflächen des Rohrs ist dazu ausgelegt, die Oberflächenoxidschicht von dem Kupfer zu entfernen, um zu gewährleisten, dass das Beschichtungsmaterial gut an dem Rohr haftet. Eine Anzahl von Oberflächenvorbereitungsprozessen ist in der Industrie bekannt und umfasst die Verwendung von Säurereduzierungsgasen, Flussmitteln und mechanischer Abrasion, wie z.B. Kugelstrahlen. Es ist bevorzugt, dass die Beschichtung eine hohe Duktilität hat, um den nachfolgenden Zusammenbau des Wärmetauschers ohne Beschädigen der Beschichtung zu ermöglichen. Die Duktilität der Beschichtung wird teilweise durch die Beschichtungszusammensetzung und die Dicke der Beschichtung bestimmt. Die Beschichtung muss dick genug sein, um das Eindringen des Elektrolyts zu vermeiden, und dünn genug, um gute Formbarkeit und Kostenvorteile zu haben. Der optimale Dickenbereich ist 0,10 Mil bis 1,0 Mil (0,0025 bis 0,025 mm).
Der Hauptvorteil dieser Erfindung ist, dass ein Gegenstand, wie z.B. eine Lamellenwärmetauscherrohrschlange bereitgestellt wird mit verbesserten Widerstandseigenschaften gegen Ameisennestkorrosion, wenn er in einer korrosiven Umgebung verwendet wird. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass ein Kupferrohrverdampfer mit einer Beschichtung zum Hemmen von Korrosionsaktivitäten aufgrund von Ameisennestkorrosion bereitgestellt wird. Noch ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass eine Lamellenrohrschlange bereitgestellt wird, die aus einer Kupferverrohrung mit einer Zinn- oder Zinnlegierungsbeschichtung zum Hemmen von Ameisennestkorrosion ausgebildet ist.

Claims

Gegenstand, der widerstandsfähig gegen Ameisennestkorrosion ist, aufweisend ein aus Kupfer gebildetes Strömungskreisrohr (2), wobei das Rohr einen Kühlmitteleinlass (3) und einen Kühlmittelauslass (4) hat, und ferner aufweisend eine Mehrzahl von Lamellen (5), die mit dem Rohr (2) verbunden sind und von diesem radial weg ragen, wobei die Außenoberfläche des Rohrs (2) eine an ihrer Oberfläche vorgesehene Schicht zum Vermeiden von Ameisennestkorrosion des Rohrs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schicht unter den Lamellen (5), zwischen den Lamellen (5) und dem Rohr (2) erstreckt.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Schicht eine Beschichtung an der Oberfläche aufweist, wobei die Beschichtung aus einem Metall ist, das eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Ameisennestkorrosion aufweist als Kupfer.
Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschichtung gleichmäßig auf die Oberfläche aufgebracht ist.
Gegenstand nach Anspruch 3, wobei die Beschichtung eine Dicke im Bereich von 0,10 bis 1,00 Mil (0,0025 bis 0,025 mm) hat.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Schicht eine Beschichtung ist, die entweder Zinn oder eine Zinnlegierung aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 5, wobei die Beschichtung eine Dicke im Bereich von 0,10 bis 1,00 Mil (0,0025 bis 0,025 mm) aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Schicht eine Zinnbeschichtung mit einer gleichmäßigen Dicke von etwa 0,5 Mil (0,0063 mm) ist.
Verfahren zum Schützen eines Gegenstands, der ein aus Kupfer gebildetes Strömungskreisrohr (2) aufweist, gegen Ameisennestkorrosion, wobei das Rohr einen Kühlmitteleinlass (3) und einen Kühlmittelauslass (4) und eine Mehrzahl von Lamellen (5), die mit dem Rohr (2) verbunden sind und sich von diesem radial erstrecken, aufweisend die Schritte: Versehen der Außenoberfläche des Rohrs, vor dem Anbringen der Lamellen daran, mit einer Schicht, die gegen Ameisennestkorrosion widerstandsfähig ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schicht eine Beschichtung an der Oberfläche aufweist, wobei die Beschichtung aus einem Metall ist, das eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Ameisennestkorrosion aufweist als Kupfer.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Beschichtung gleichmäßig auf die Oberfläche aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Beschichtung eine Dicke im Bereich von 0,10 bis 1,00 Mil (0,0025 bis 0,025 mm) hat.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schicht eine Beschichtung ist, die entweder Zinn oder eine Zinnlegierung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Beschichtung eine Dicke im Bereich von 0,10 bis 1,00 Mil (0,0025 bis 0,025 mm) hat.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schicht eine Zinnbeschichtung mit einer gleichmäßigen Dicke von etwa 0,5 Mil (0,0063 mm) ist.