في سعينا نحو أنظمة تبريد موفرة للطاقة والتي تفي بالمعايير البيئية الصارمة، برزت رقائق الألومنيوم المحبة للماء كعنصر أساسي في الابتكار الحديث في مجال التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. مع تزايد الطلب العالمي على مكيفات الهواء التي تحقق توازناً بين الأداء الحراري الأمثل والاستدامة، فإن هذه الرقائق المصممة هندسياً - والمغطاة بطبقة محبة للماء مسامية مجهرياً - تعيد تعريف كفاءة ملفات المبخر والمكثف.
تعطي الشركات المصنعة الرائدة الآن الأولوية لـ رقائق الألومنيوم المحبة للماء لمكيفات الهواء ليس فقط لمعدلات نقل الحرارة الأعلى بنسبة 30٪ مقارنة بالرقائق التقليدية، ولكن أيضًا لخصائصها المضادة للتآكل التي تطيل عمر المعدات في المناخات الرطبة. تستكشف هذه المقالة كيف تتصدى الطلاءات المحبة للماء المتقدمة لتكوين الصقيع، وتقلل من استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 15٪، وتتوافق مع بروتوكولات انتقال المبردات الخاصة بوكالة حماية البيئة، مما يضع هذه المادة في مكانة حجر الزاوية في تصميم الجيل التالي من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.
ما هي الرقائق المحبة للماء؟
بالمقارنة مع رقائق الألومنيوم العادية، تحتوي الرقائق المحبة للماء على طلاء محب للماء وطلاء مضاد للتآكل على السطح. تُستخدم رقائق الألومنيوم المحبة للماء بشكل أساسي في زعانف مشعات مكيفات الهواء.
يكمن مبدأ استخدام الرقائق المحبة للماء في صناعة تكييف الهواء في أن الماء المتكثف في مكيف الهواء ينتشر بسرعة على الرقائق المحبة للماء ولن يتكثف إلى قطرات ماء، وبالتالي زيادة مساحة تبادل الحرارة، وتسريع سرعة التبريد والتدفئة، وتجنب الضوضاء بشكل فعال.
رقائق الألومنيوم المحبة للماء هي نوع من رقائق تكييف الهواء، ولكن لا يمكن اعتبارها رقائق تكييف هواء بالكامل. بالإضافة إلى الرقائق المحبة للماء، فإن رقائق الألومنيوم غير المطلية، ورقائق الألومنيوم المقاومة للتآكل، ورقائق الألومنيوم الكارهة للماء، ورقائق الألومنيوم المزلقة، وما إلى ذلك، هي أيضًا رقائق تكييف الهواء.
سبائك رقائق الألومنيوم المحبة للماء
رقائق الألومنيوم المحبة للماء هي مادة مهمة تستخدم على نطاق واسع في معدات التبريد مثل مكيفات الهواء المنزلية والثلاجات ومكيفات هواء السيارات وخزانات مياه السيارات.
| السلسلة / السبيكة | السلسلة 1000: 1100، 1200 السلسلة 3000: 3003، 3102، 3015 السلسلة 8000: 8011، 8079 |
| الحالة | O، H22، H24، H26، إلخ |
| السماكة | 0.08-0.2 مم |
| العرض | 1400 مم، مخصص |
| القطر الداخلي | 76/152/200 مم |
| الخصائص الرئيسية | سلسلة 1xxx: نقاء 99٪ +، مقاومة فائقة للتآكل سلسلة 3xxx: قوة معززة بالمنغنيز، سحب عميق ممتاز سلسلة 8xxx: تحسين Fe/Si، قابلية لحام معززة |
| تطبيقات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء | السلسلة 1000: البيئات الساحلية الرطبة السلسلة 3000: ملفات المكثف عالية الضغط السلسلة 8000: مبادلات حرارية ملحومة متعددة الطبقات |
الأبعاد القياسية للصناعة:
| المعلمة | النطاق | حالة الاستخدام النموذجية في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء |
| السماكة | 0.08–0.2 مم | 0.1 مم للقنوات الدقيقة، 0.15 مم للزعانف الأنبوبية |
| العرض | 300–1300 مم | 950 مم (عرض الملف القياسي لـ Carrier/Trane) |
| طول الملف | 2000–8000 م | محسّن للختم عالي السرعة (≥120 زعانف/دقيقة) |
تستخدم رقائق تكييف الهواء المحبة للماء بشكل أساسي سبائك الألومنيوم من السلسلة 3xxx و 8xxx، مع الأخذ في الاعتبار القوة وقابلية التشكيل ومقاومة التآكل.
- سبيكة 8011: تحتوي على Fe 0.5٪ -1.0٪، Si 0.4٪ -0.8٪، حالة H18 (قوة الشد ≥160 ميجا باسكال). تكمن الميزة في توافق اللحام الممتاز ومناسبة للمبادلات الحرارية المركبة متعددة الطبقات. يمكن لمحتواها العالي من الحديد أن يكرر الحبيبات ويحسن الثبات الأبعاد للزعانف المختومة (التسامح ± 0.02 مم).
- سبيكة 3102: تحتوي على Mn 0.05٪ -0.20٪، Cu ≤0.05٪، وحالة O (الحالة اللينة). تشتهر باستطالتها العالية (≥25٪) ومناسبة لتصميمات الزعانف المعقدة (مثل النوع ذي الفتحات)، ولكن مقاومتها للتآكل أقل قليلاً من 8011 وتحتاج إلى الاعتماد على حماية الطلاء.
مقارنة الأداء:
| المعلمة | 8011 H18 | 3102 O |
| قوة الشد | 160-180 ميجا باسكال | 80-100 ميجا باسكال |
| الاستطالة | 2٪ -4٪ | 25٪ -30٪ |
| العملية القابلة للتطبيق | اللحام / اللحام عالي التردد | الختم / الانحناء |
| التكلفة | متوسط | منخفض |
حاليًا، يفضل سوق أمريكا الشمالية سبيكة 3102 للبيئات منخفضة التآكل، بينما يستخدم السوق الآسيوي في الغالب سبيكة 8011 للتعامل مع تحديات الرطوبة العالية.
تكنولوجيا الطلاء المحب للماء والكشف
تشمل التقنيات الأساسية للطلاءات المحبة للماء المعالجة المسبقة وتركيبة الطلاء وعمليات المعالجة.
1. المعالجة المسبقة:
- إزالة الشحوم: عامل تنظيف قلوي (درجة الحموضة 10-12) لإزالة زيت الدرفلة.
- التحويل الكيميائي: معالجة الزركونيوم الخالية من الكروم (ZrO₂ 50-100 مجم/م2)، لتحل محل الكرومات التقليدية (الامتثال لـ RoHS).
2. تركيبة الطلاء:
- مصفوفة الراتنج: راتنج الأكريليك (مقاومة درجة الحرارة -30 درجة مئوية ~ 130 درجة مئوية) أو السيليكون المعدل بالإيبوكسي (مقاومة درجة الحرارة> 150 درجة مئوية).
- الإضافات الوظيفية: نانو SiO₂ (تعزيز مقاومة التآكل)، ملح الأمونيوم الرباعي (مضاد للبكتيريا)، الفوسفات (تحسين الالتصاق).
3. عملية المعالجة:
- المعالجة بالهواء الساخن: 3-5 دقائق عند 180 درجة مئوية -220 درجة مئوية لتشكيل هيكل شبكة متقاطع.
4. طرق اختبار أداء الطلاء:
- اختبار زاوية التلامس: وفقًا للمعيار GB/T 30447-2013، استخدم مقياس زاوية التلامس (مثل Krüss DSA100).
- اختبار الالتصاق: طريقة التقاطع (ISO 2409)، التصنيف 0-5 (0 يعني عدم التقشر).
- مقاومة الرطوبة والحرارة: 500 ساعة في بيئة 85 درجة مئوية / 85٪ رطوبة نسبية، لا يوجد تقرح أو تقشر للطلاء.
تُظهر الورقة البيضاء الفنية لشركة Gree لعام 2023 أن الرقائق المحبة للماء ذات الطلاء النانوي المركب يمكن أن تطيل عمر الزعانف إلى أكثر من 15 عامًا.
كيفية اختيار سمك الرقائق المحبة للماء؟
يجب أن يوازن سمك الرقائق المحبة للماء بين التوصيل الحراري والقوة والتكلفة:
1. رقائق 0.1 مم (التسامح ± 0.005 مم):
- المزايا: خفيفة الوزن (تخفيض الوزن بنسبة 30٪)، مناسبة للمبادلات الحرارية ذات القنوات الدقيقة (تخفيض بنسبة 12٪ في انخفاض الضغط على جانب المبرد).
- التطبيقات: مكيفات الهواء المنزلية متغيرة التردد (مثل Midea)، أنظمة VRF التجارية.
- القيود: عمق الختم ≤5 مم، وإلا فمن السهل أن تتشقق.
2. رقائق 0.15 مم (التسامح ± 0.008 مم):
- المزايا: صلابة عالية (زيادة بنسبة 40٪ في القدرة على مقاومة الانهيار)، مناسبة لتصميم الزعانف الطويلة (> 15 مم).
- التطبيقات: المبردات الصناعية، مضخات الحرارة منخفضة الحرارة (بيئة -25 درجة مئوية).
- القيود: تزداد تكلفة المواد بنسبة 20٪، وهناك حاجة إلى مكبس لكمة عالي الحمولة (> 200 طن).
3. صيغة حساب سمك الرقائق المحبة للماء: t = PxL2 / 8xσxh
- من بينها: t = السماكة، P = ضغط الرياح، L = امتداد الزعنفة، σ = قوة الخضوع، h = ارتفاع الزعنفة.
- على سبيل المثال، يستخدم مكيف هواء 5HP رقائق 0.12 مم (قوة الخضوع ≥ 120 ميجا باسكال) بسرعة رياح تبلغ 2 م/ث، والتي يمكن أن تأخذ في الاعتبار متطلبات التكلفة ومكافحة التشوه.
كيفية تقييم مقاومة التآكل للرقائق المحبة للماء؟
مقاومة التآكل هي المؤشر الأساسي للرقائق المحبة للماء. تشمل طرق التقييم:
1. اختبار رذاذ الملح المحايد (NSS):
- المعيار: ASTM B117، محلول كلوريد الصوديوم 5٪، رش مستمر عند 35 درجة مئوية.
- معيار التأهيل: يجب أن تكون سبيكة 8011 + رقائق H18 خالية من الصدأ الأحمر لمدة ≥720 ساعة.
2. اختبار التآكل الدوري (CCT):
- المعيار: SAE J2334، دورة الحرارة الرطبة (50 درجة مئوية / 100٪ رطوبة نسبية) - التجفيف - رذاذ الملح.
- معيار التأهيل: التصاق الطلاء ≥ الدرجة B بعد 20 دورة.
3. محاكاة حالة العمل الفعلية:
- المنطقة الساحلية: تركيز Cl⁻ ≥200 مجم/م³، يجب أن يحتوي الطلاء على عامل اقتران سيلان (لتحسين الكثافة).
- المنطقة الصناعية: في بيئة تلوث SO₂، يفضل استخدام الطلاءات التي تحتوي على مثبطات التآكل الموليبدات.
الحالة: تستخدم مكيفات هواء Haier في سوق جنوب شرق آسيا طلاءًا مزدوج الطبقات (الطبقة السفلية زركونيوم + الطبقة السطحية SiO₂ المركبة)، مع عمر رذاذ ملح يبلغ 1200 ساعة، أي أعلى بنسبة 50٪ من الطلاء أحادي الطبقة.