mit einem Flussmittel versehenen Aluminiumoberfläche

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Passivieren einer mit einem Flussmittel versehenen Aluminiumoberfläche. Außerdem betrifft die Erfindung einen Wärme übertrager, welcher unter Durchführung dieses Verfahrens hergestellt ist. Die Er findung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit solch einem Wärmeübertrager.

Es ist bekannt, Aluminiumbauteile hartzulöten, wobei Flussmittel verwendet wer den. Beispielsweise können Wärmeübertrager aus Aluminium hergestellt werden, wobei der Wärmeübertrager Komponenten umfasst, die bei der Fierstellung des Wärmeübertragers durch Flartlöten stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Üblicherweise werden Wärmeübertrager für Kraftfahrzeuge mit dem sog. CAB- Lötverfahren („Controlled Atmosphere Brazing“) hartgelötet, wobei als Flussmittel Kalium-Aluminium-Fluorid verwendet wird.

Freie Fluoride aus diesem Flussmittel können jedoch zu einer Korrosion des Alu miniums führen. Außerdem können die freien Fluoride Additive eines im Wärme übertrager aufgenommenen Kühlmittels derart angreifen, dass es zur Bildung von voluminösen Aluminiumhydroxiden kommt, welche Kühlmittelpfade im Wärme übertrager blockieren oder sogar verschließen können. Durch die gebildeten Alu miniumhydroxide kann sich zudem die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels derart erhöhen, dass gefährliche Ladungsmengen über einen das Kühlmittel füh renden Kühlkreislauf auf das Kraftfahrzeug verteilt werden, oder bei einem was serhaltigen Kühlmittel eine Wasserelektrolyse mit Knallgasbildung erfolgt. Dies trifft besonders für Elektrokraftfahrzeuge mit Brennstoffzellen wie Wasserstoff- Brennstoffzellen oder Metall-Luft Brennstoffzellen zu. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes oder zumindest alternatives Verfahren zum Passivieren einer mit einem Flussmittel versehenen Aluminiumoberfläche zu schaffen, welches oben genannter Problematik Rechnung trägt. Insbesondere sollen mittels eines solchen Verfahrens Bauteile aus Alumini um mit hoher Korrosionsbeständigkeit hergestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Grundidee der Erfindung ist demnach, nach einem Lötvorgang auf einer Alumini umoberfläche vorhandene Flussmittelreste mit einer Passivierungslösung zu bin den, so dass die Flussmittelreste nicht mit einem im Betrieb durch den Wärme übertrager geführten Kühlmittel interagieren können und darüber hinaus eine kor rosionsbeständige Passivierungsschicht in Bereich der Aluminiumoberfläche zu erzeugen. Auf diese Weise werden besonders niedrige elektrische Leitfähigkeiten eines in einem Wärmeübertrager aufgenommenen Kühlmittels, insbesondere von unter 50 pS/cm oder sogar von unter 20 pS/cm, erreicht, und eine Knallgasbildung im Kühlmittel wird vermieden. Außerdem wird eine kompakte passivierte korrosi onsbeständige Aluminiumoberfläche geschaffen. Ein aufwändiges und mit Nach teilen verbundenes Ablösen der Flussmittelreste und Lotrückstände ist somit nicht erforderlich.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Passivieren einer mit einem Fluss mittel versehenen Aluminiumoberfläche. Gemäß dem Verfahren wird die mit dem Flussmittel versehene Aluminiumoberfläche bereitgestellt. Anschließend wird eine Passivierungslösung auf die bereitgestellte Aluminiumoberfläche aufgebracht, so dass durch Reaktion der Passivierungslösung mit der mit dem Flussmittel verse henen Aluminiumoberfläche eine Passivierungsschicht erzeugt wird. Zweckmäßig wird nach dem Aufbringen der Passivierungslösung die Aluminium oberfläche, vorzugsweise in einem Autoklaven, durch Erhitzen und Druckbeauf schlagen passiviert. Auf diese Weise verläuft die Reaktion der Passivierungslö sung mit der mit dem Flussmittel versehenen Aluminiumoberfläche besonders ef fektiv ab, sodass eine besonders kompakte und somit korrosionsbeständige Pas sivierungsschicht erzeugt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Aluminiumoberfläche auf ei ne Temperatur von mehr als 100°C, vorzugsweise auf mehr als 120 °C, erhitzt. Auch bei dieser Ausführungsform verläuft die Reaktion der Passivierungslösung mit der mit dem Flussmittel versehenen Aluminiumoberfläche besonders effektiv ab, und es wird eine besonders kompakte und somit korrosionsbeständige Passi vierungsschicht erzeugt.

Gleiches gilt für eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei welcher die Alumi niumoberfläche mit einem Druck von mehr als 1 bar und höchstens 2 bar druck beaufschlagt wird. Auch auf diese Weise verläuft die Reaktion der Passivierungs lösung mit der mit dem Flussmittel versehenen Aluminiumoberfläche besonders gut ab und es wird eine besonders kompakte und somit korrosionsbeständige Passivierungsschicht erzeugt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist oder umfasst das bereitstellte Flussmittel Kalium-Aluminium-Fluorid. Bei dieser Ausführungsform wird eine be sonders kompakte Passivierungsschicht im Bereich der Aluminiumoberfläche er zeugt.

Bevorzugt wird die aufgebrachte Passivierungslösung durch Mischen einer Zirko nium-Lösung mit einer Wasserglas-Dispersion hergestellt. Bei dieser Ausführungs form wird besonders viel Flussmittel auf der Aluminiumoberfläche gebunden und eine besonders kompakte und somit korrosionsbeständige Passivierungsschicht im Bereich der Aluminiumoberfläche erzeugt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Zirkonium-Silikat-Lösung 0.1 g -5 g/L Zirkonium-Silikat. Auf diese Weise wird besonders viel Flussmittel auf der Aluminiumoberfläche gebunden und somit eine besonders kompakte und so mit korrosionsbeständige Passivierungsschicht im Bereich der Aluminiumoberflä che erzeugt.

Bevorzugt wird die Zirkonium-Silikat-Lösung hergestellt durch Lösen von Zirkoni umcarbonat in einer schwefelsauen Lösung mit einem pH-Wert von 2 bis 6 und anschließendem Neutralisieren mit Ammoniak. Auch auf diese Weise wird beson ders viel Flussmittel auf der Aluminiumoberfläche gebunden und eine besonders kompakte und somit korrosionsbeständige Passivierungsschicht im Bereich der Aluminiumoberfläche erzeugt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zirkonium-Silikat- Lösung Sebacinsäure mit einer Konzentration von 0,1 bis 2 %.

Außerdem kann die Zirkonium-Silikat-Lösung auch Sebacinsäure mit einer Kon zentration von 0,1 bis 2 % und, alternativ oder zusätzlich, Triethanolamin mit einer Konzentration von 0,05 bis 0,5 % enthalten. Denkbar ist auch, dass die Zirkonium- Silikat-Lösung andere Dicarbonsäuren wie beispielsweise Weinsäure enthält.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung enthält die Passivierungslösung Weinsäure. Besonders bevorzugt enthält die Passivierungslösung 3 bis 5 Gramm Weinsäure je Liter Passivierungslösung. Eine solche Passivierungslösung ist besonders wirk sam.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zirkonium-Silikat- Lösung Triethanolamin mit einer Konzentration von 0,05 bis 0,5 %. Auch mittels dieser beiden Maßnahmen, für sich genommen oder in Kombination, wird beson ders viel Flussmittel auf der Aluminiumoberfläche gebunden und eine besonders kompakte und somit korrosionsbeständige Passivierungsschicht im Bereich der Aluminiumoberfläche erzeugt.

Vorteilhaft enthält die Zirkonium-Lösung mindestens einen Korrosionsinhibitor mit einem Anteil von 0,005 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 2,0 Gew.-%, wobei der wenigstens eine Korrosionsinhibitor Brenzcatechin-3,5-disulfonsäure Dinatri- umsalz, Diethylentriamin-pentaessigsäure, 8-Hydroxy-(7)-iodchinolin-sulfonsäure- (5), 8-Hydroxy-chinolin-5-Sulfonsäure, Mannitol, 5-Sulfosalicylsäure,

Aceto-O-hydroxamidsäure, Norepinephrin, 2-(3,4-Dihydroxyphenyi)-ethylamin, L- 3,4-Dihydroxyphenylalanin (L-DOPA), 3-Hydroxy-2-methyl-pyran-4-on, Citrate, Carboxylate, insbesondere Oxalate, Alkalisalze von Stearat, Formiat, Glyconat, Natriumtetraborat, Pyrophosphorsäure und, alternativ oder zusätzlich, Kalciumglu- conat umfasst. Diese Ausführungsform erzeugt eine besonders korrosionsbestän dige Passivierungsschicht.

Bevorzugt enthält die Wasserglas-Dispersion Wasserglas mit einer Konzentration von 5 bis 25 %. Auch auf diese Weise wird besonders viel Flussmittel auf der Aluminiumoberfläche gebunden und eine besonders kompakte und somit korrosi onsbeständige Passivierungsschicht im Bereich der Aluminiumoberfläche erzeugt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Wasserglas-Dispersion Calcium-Gluconat mit einer Konzentration von 0,5 bis 2 %. Auch auf diese Weise wird besonders viel Flussmittel auf der Aluminiumoberfläche gebunden und eine besonders kompakte und somit korrosionsbeständige Passivierungsschicht im Bereich der Aluminiumoberfläche erzeugt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die aufgebrachte Passivie rungslösung Hexafluorzirkonsäure. Auch auf diese Weise wird besonders viel Flussmittel auf der Aluminiumoberfläche gebunden und eine besonders kompakte und somit korrosionsbeständige Passivierungsschicht im Bereich der Aluminium oberfläche erzeugt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform enthält die aufgebrachte Passivierungslösung Polyurethan-Dispersionen und, alternativ oder zusätzlich Ammonium-Vandate. Auch auf diese Weise wird besonders viel Flussmittel auf der Aluminiumoberfläche gebunden und eine besonders kompakte und somit kor rosionsbeständige Passivierungsschicht im Bereich der Aluminiumoberfläche er zeugt.

Vorteilhaft ist die bereitstellte Aluminiumoberfläche Teil eines Wärmeübertragers, der mehrere Bauteile aus Aluminium umfasst, die mittels wenigstens einer Lötver bindung, vorzugsweise mittels wenigstens einer Hartlötverbindung, miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann die Aluminiumoberfläche mittels Einleiten der Passivierungslösung in den Wärmeübertrager einfach und effizient passiviert werden.

Die Erfindung betrifft ferner einen Wärmeübertrager mit mehreren Bauteilen aus Aluminium, die mittels wenigstens einer Lötverbindung, vorzugsweise mittels we nigstens einer Hartlötverbindung, miteinander verbunden sind, wobei die Alumini umoberfläche wenigstens eines Bauteils mittels des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche passiviert ist. Die vorangehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen sich somit auch auf den erfin dungsgemäßen Wärmeübertrager.

Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, welches einen vorangehend vorge stellten Wärmeübertrager umfasst. Die vorangehend erläuterten Vorteile des er findungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers übertragen sich somit auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur 1 illustriert ein vereinfachtes Beispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 , insbesondere für ein Elektrokraftfahrzeug. Der Wärmeüber trager 1 umfasst eine Mehrzahl von sich entlang einer Längsrichtung L erstre ckenden Rohrkörpern 2, die von einem Kühlmittel K durchströmt werden können. Die Rohrkörper 2 sind entlang einer Stapelrichtung S senkrecht zur Längsrichtung L im Abstand zueinander angeordnet. Im Beispiel der Figur 1 sind exemplarisch 16 Rohrkörper 2 gezeigt; selbstverständlich ist in Varianten aber auch eine andere Anzahl an Rohrkörpern 2 möglich.

Die Rohrkörper 2 sind fluidisch mit einem Kühlmittelverteiler 4 zum Verteilen des Kühlmittels K auf die Rohrkörper 2 und mit einem Kühlmittelsammler 5 zum Sam meln des Kühlmittels nach dem Durchströmen der Rohrkörper 2 verbunden. Der Kühlmittelverteiler 4 und der Kühlmittelsammler 5 weisen dazu Schlitze 4a, 5a zum Aufnehmen der Längsenden 2b der Rohrkörper 2 auf.

Der Kühlmittelverteiler 4 und der Kühlmittelsammler 5 sind im Bereich einander entlang der Längsrichtung L gegenüberliegenden Längsenden 2b der Rohrkörper 2 angeordnet. In den Rohrkörpern 2 ist eine Rippenstruktur 2a mit Rippen zum Führen des Kühlmittels vorgesehen, an welcher sich außerdem die Innenflächen der Rohrwände der Rohrkörper 2 abstützen. Durch entlang der Stapelrichtung S zwischen den Rohrkörpern 2 vorgesehene Zwischenräume sind Fluidpfade 3 zum Durchströmen mit einem Gas G, insbeson dere Ladeluft, gebildet. In den Fluidpfaden 3 ist eine Rippenstruktur 3a (zur Über sichtlichkeit nicht vollständig gezeigt in Figur 1 ) mit Rippen zum Führen des Gases G vorgesehen, an welcher sich außerdem die Außenseiten der Rohrwände der in Stapelrichtung S angrenzenden Rohrkörper 2 abstützen.

Die Bauteile des Wärmeübertragers 1 , im Beispiel der Figur 1 sind das der Rohr körper 2, die Rippenstrukturen 2a, 3a, der Kühlmittelverteiler 4 und der Kühlmittel sammler 5, umfassen als Material Aluminium oder bestehen aus Aluminium.

Im Zuge der Herstellung des Wärmeübertragers 1 werden dieses einzelnen Bau teile des Wärmeübertragers 1 an jeweiligen Kontaktstellen 10 unter Verwendung von Kalium-Aluminium-Fluorid als Flussmittel miteinander verlötet, und zwar hart gelötet, und somit stoffschlüssig miteinander verbunden. Alternativ zu Kalium- Aluminium-Fluorid kann auch ein anderes Fluoride enthaltendes Flussmittel ver wendet werden.

Besagte Kontaktstellen 10 existieren zwischen den jeweiligen Rohrkörpern 2 und dem Kühlmittelverteiler 4 sowie dem Kühlmittelsammler 5, da die Rohrkörper 3 sowohl mit dem Kühlmittelverteiler 4 als auch mit dem Kühlmittelsammler 5 hart verlötet sind. Da die Rippenstrukturen 2a, 3a mit den Rohrkörpern 3 hartverlötet sind, sind solche Kontaktstellen 10 auch zwischen den Rippenstrukturen 3a und den Rohrkörpern 3 vorgesehen.

Im Folgenden wird am Beispiel des Wärmeübertragers 1 das erfindungsgemäße Verfahren erläutert:

Nach dem Hartverlöten der oben genannten Aluminium-Bauteile des Wärmeüber tragers 1 - unter Verwendung eines Flussmittels - werden diese Bauteile für das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellt. Dies bedeutet, dass auch die Alumini- umoberflächen besagter Bauteile im Bereich der Kontaktstellen 11 bereitgestellt werden. Da sowohl die Rohrkörper 3 mit den Rippenstrukturen 3a als auch der Kühlmittelverteiler 4 und der Kühlmittelsammler 5 im Betrieb des Wärmeübertra gers 1 von Kühlmittel durchströmt werden, so dass das Kühlmittel in Kontakt mit den Aluminiumoberfläche gelangt, wird die Aluminiumoberfläche mittels des erfin dungsgemäßen vorgestellten passiviert.

Hierfür wird eine Passivierungslösung auf die bereitgestellten Aluminiumoberflä chen aufgebracht, so dass durch Reaktion der Passivierungslösung mit der mit dem Flussmittel versehenen Aluminiumoberflächen eine Passivierungsschicht er zeugt wird. Beim Beispiel des Wärmeübertragers 1 kann dies durch Einleiten der Passivierungslösung in den Kühlmittelverteiler 4, in die Rohrkörper 2 und in den Kühlmittelsammler 5 erreicht werden.

Die Passivierungslösung wird durch Mischen einer Zirkonium-Silikat-Lösung mit einer Wasserglas-Dispersion hergestellt.

Die Zirkonium-Silikat-Lösung enthält 0.1-5 g/L Zirkonium-Silikat. Die Zirkonium- Silikat-Lösung wird hergestellt durch Lösen von Zirkoniumcarbonat in einer schwe felsauen Lösung mit einem pH-Wert von 2 bis 6, anschließendem Neutralisieren mit Ammoniak. Alternativ zur Zirkonium-Silikat-Lösung kann auch eine Lösung eines anderen Fluorid-komplexierenden Elements, wie zum Beispiel Lanthan ein gesetzt werden.

Außerdem kann die Zirkonium-Silikat-Lösung auch Sebacinsäure mit einer Kon zentration von 0,1 bis 2 % und, alternativ oder zusätzlich, Triethanolamin mit einer Konzentration von 0,05 bis 0,5 % enthalten. Denkbar ist auch, dass die Zirkonium- Silikat-Lösung andere Dicarbonsäuren wie beispielsweise Weinsäure enthält. Die Passivierungslösung kann Weinsäure enthalten. Beispielsweise kann die Pas sivierungslösung 3 bis 5 Gramm Weinsäure je Liter Passivierungslösung enthal ten.

Zusätzlich enthält die Zirkonium-Silikat-Lösung den Korrosionsinhibitor Brenzcate- chin-3,5-disulfonsäure Dinatriumsalz mit einem Anteil von 0,01 bis 2,0 Gew.-%. Denkbar ist aber auch, dass die Zirkonium-Silikat-Lösung, alternativ oder zusätz lich einen oder mehrere der Stoffe Dinatriumsalz, Diethylentriamin- pentaessigsäure, 8-Hydroxy-(7)-iodchinolin-sulfonsäure-(5), 8-Hydroxy-chinolin-5- Sulfonsäure, Mannitol, 5-Sulfosalicylsäure, Aceto-O-hydroxamidsäure, Norepi nephrin, 2-(3,4-Dihydroxyphenyi)-ethylamin, L-3,4-Dihydroxyphenylalanin (L- DOPA), 3-Hydroxy-2-methyl-pyran-4-on, Citrate, Carboxylate, insbesondere O- xalate, Alkalisalze von Stearat, Formiat, Glyconat, Natriumtetraborat, Pyrophos- phorsäure oder Kalciumgluconat enthält.

Die Wasserglas-Dispersion enthält Wasserglas mit einer Konzentration von 5 bis 25 %. Das Wasserglas kann dabei Natron-, Lithium-, oder Kaliwasserglas sein. Außerdem enthält die Wasserglas-Dispersion Calcium-Gluconat mit einer Kon zentration von 0,5 bis 2 %.

Die Passivierungslösung kann auch Hexafluorzirkonsäure enthalten. Denkbar ist auch, dass die Passivierungslösung Polyurethan-Dispersionen enthält. Die Passi vierungslösung kann auch Ammonium-Vandate enthalten.

Nach dem Aufbringen der Passivierungslösung wird der Wärmeübertrager in einen Autoklaven eingebracht und die mit dem Flussmittel versehenen Aluminiumober flächen durch Erhitzen und Druckbeaufschlagen passiviert. Die Aluminiumoberflä chen werden dabei auf eine Temperatur von mehr als 120°C erhitzt. Außerdem werden die Aluminiumoberflächen mit einem Druck von mehr als 1 bar und höchs tens 2 bar druckbeaufschlagt. Auf vorangehend dargestellter Weise lassen sich ebenso andere Aluminiumober flächen passivieren, welche mit Flussmittel versehen sind.

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