Dans la quête de systèmes de refroidissement écoénergétiques qui répondent à des normes environnementales strictes, le film d'aluminium hydrophile est devenu un acteur majeur dans l'innovation moderne en matière de CVC. Alors que la demande mondiale d'appareils de climatisation qui équilibrent les performances thermiques de pointe avec la durabilité augmente, ce film technique — revêtu d'une couche hydrophile microscopiquement poreuse — redéfinit l'efficacité des serpentins d'évaporateur et de condenseur.
Les principaux fabricants privilégient désormais le film d'aluminium hydrophile pour les climatiseurs, non seulement en raison de ses taux de transfert de chaleur supérieurs de 30 % à ceux des films conventionnels, mais aussi pour ses propriétés anti-corrosion qui prolongent la durée de vie des équipements dans les climats humides. Cet article explore comment les revêtements hydrophiles avancés combattent la formation de givre, réduisent la consommation d'énergie jusqu'à 15 % et s'alignent sur les protocoles de transition des réfrigérants de l'EPA, positionnant ce matériau comme la pierre angulaire de la conception CVC de nouvelle génération.
Qu'est-ce que le film hydrophile ?
Comparé au film d'aluminium ordinaire, le film hydrophile possède un revêtement hydrophile et un revêtement anti-corrosion en surface. Le film d'aluminium hydrophile est principalement utilisé pour les ailettes de radiateur de climatiseur.
Le principe d'utilisation du film hydrophile dans l'industrie de la climatisation est que l'eau condensée dans le climatiseur se propagera rapidement sur le film hydrophile et ne se condensera pas en gouttelettes d'eau, augmentant ainsi la surface d'échange thermique, accélérant la vitesse de refroidissement et de chauffage et évitant efficacement le bruit.
Le film d'aluminium hydrophile est un type de film pour climatisation, mais il ne peut pas être complètement considéré comme un film pour climatisation. En plus du film hydrophile, le film d'aluminium non revêtu, le film d'aluminium résistant à la corrosion, le film d'aluminium hydrophobe, le film d'aluminium lubrifiant, etc. sont également des films pour climatisation.
Alliage de film hydrophile en aluminium
Le film d'aluminium hydrophile est un matériau important largement utilisé dans les équipements de réfrigération tels que les climatiseurs domestiques, les réfrigérateurs, les climatiseurs automobiles et les réservoirs d'eau automobiles.
| Série/Alliage | Série 1000 : 1100, 1200 Série 3000 : 3003, 3102, 3015 Série 8000 : 8011, 8079 |
| Trempe | O, H22, H24, H26, etc. |
| Épaisseur | 0,08-0,2 mm |
| Largeur | 1400 mm, personnalisée |
| Diamètre intérieur | 76/152/200 mm |
| Propriétés clés | Série 1xxx : pureté supérieure à 99 %, résistance supérieure à la corrosion Série 3xxx : résistance améliorée au Mn, excellent emboutissage profond Série 8xxx : optimisation Fe/Si, brasabilité améliorée |
| Applications CVC | Série 1000 : environnements côtiers humides Série 3000 : serpentins de condenseur haute pression Série 8000 : échangeurs de chaleur brasés multicouches |
Dimensions standard de l'industrie :
| Paramètre | Plage | Cas d'utilisation typique en CVC |
| Épaisseur | 0,08–0,2 mm | 0,1 mm pour microcanal, 0,15 mm pour tube-ailettes |
| Largeur | 300–1 300 mm | 950 mm (largeur standard des serpentins pour Carrier/Trane) |
| Longueur des serpentins | 2 000–8 000 m | Optimisé pour l'estampage à grande vitesse (≥ 120 ailettes/min) |
Le film hydrophile pour climatisation utilise principalement des alliages d'aluminium des séries 3xxx et 8xxx, en tenant compte de la résistance, de la formabilité et de la résistance à la corrosion.
- Alliage 8011 : contient Fe 0,5 %-1,0 %, Si 0,4 %-0,8 %, état H18 (résistance à la traction ≥ 160 MPa). L'avantage réside dans une excellente compatibilité de brasage et convient aux échangeurs de chaleur composites multicouches. Sa teneur élevée en Fe peut affiner les grains et améliorer la stabilité dimensionnelle des ailettes estampées (tolérance ± 0,02 mm).
- Alliage 3102 : contient Mn 0,05 %-0,20 %, Cu≤0,05 % et trempe O (trempe douce). Il est connu pour son allongement élevé (≥ 25 %) et convient aux conceptions d'ailettes complexes (telles que le type à persiennes), mais sa résistance à la corrosion est légèrement inférieure à celle du 8011 et doit s'appuyer sur une protection par revêtement.
Comparaison des performances :
| Paramètre | 8011 H18 | 3102 O |
| Résistance à la traction | 160-180 MPa | 80-100 MPa |
| Allongement | 2 %-4 % | 25 %-30 % |
| Processus applicable | Brasage/soudage haute fréquence | Estampage/pliage |
| Coût | Moyen | Faible |
Actuellement, le marché nord-américain préfère l'alliage 3102 pour les environnements à faible corrosion, tandis que le marché asiatique utilise principalement l'alliage 8011 pour faire face aux défis de l'humidité élevée.
Technologie et détection des revêtements hydrophiles
Les technologies de base des revêtements hydrophiles comprennent le prétraitement, la formulation du revêtement et les processus de durcissement.
1. Prétraitement :
- Dégraissage : agent de nettoyage alcalin (pH 10-12) pour éliminer l'huile de laminage.
- Conversion chimique : traitement de zirconisation sans chrome (ZrO₂ 50-100 mg/m2), remplaçant les chromates traditionnels (conformité RoHS).
2. Formule de revêtement :
- Matrice de résine : résine acrylique (résistance à la température -30℃~130℃) ou silicone modifié à l'époxy (résistance à la température > 150℃).
- Additifs fonctionnels : nano-SiO₂ (résistance à l'usure améliorée), sel d'ammonium quaternaire (antibactérien), phosphate (adhérence améliorée).
3. Processus de durcissement :
- Durcissement à l'air chaud : 3-5 minutes à 180℃-220℃ pour former une structure réticulée.
4. Méthodes pour tester les performances du revêtement :
- Test de l'angle de contact : selon GB/T 30447-2013, utilisez un appareil de mesure de l'angle de contact (tel que Krüss DSA100).
- Test d'adhérence : méthode du quadrillage (ISO 2409), classification 0-5 (0 signifie pas de pelage).
- Résistance à l'humidité et à la chaleur : 500 heures dans un environnement à 85℃/85 % d'HR, le revêtement ne présente ni cloques ni pelage.
Le livre blanc technique de Gree de 2023 montre que le film hydrophile avec un revêtement nano-composite peut prolonger la durée de vie des ailettes à plus de 15 ans.
Comment choisir l'épaisseur du film hydrophile ?
L'épaisseur du film hydrophile doit équilibrer la conductivité thermique, la résistance et le coût :
1. Film de 0,1 mm (tolérance ± 0,005 mm) :
- Avantages : léger (réduction de poids de 30 %), adapté aux échangeurs de chaleur à microcanaux (réduction de 12 % de la chute de pression du côté du réfrigérant).
- Applications : climatiseurs domestiques à fréquence variable (tels que Midea), systèmes VRF commerciaux.
- Restrictions : profondeur d'estampage ≤ 5 mm, sinon il est facile de se fissurer.
2. Film de 0,15 mm (tolérance ± 0,008 mm) :
- Avantages : rigidité élevée (augmentation de 40 % de la capacité anti-effondrement), adapté à la conception d'ailettes longues (> 15 mm).
- Applications : refroidisseurs industriels, pompes à chaleur à basse température (environnement -25℃).
- Restrictions : le coût des matériaux augmente de 20 % et une presse à poinçonner à tonnage élevé (> 200 tonnes) est requise.
3. Formule de calcul de l'épaisseur du film hydrophile : t=PxL2 / 8xσxh
- Parmi eux : t = épaisseur, P = pression du vent, L = portée des ailettes, σ = limite d'élasticité, h = hauteur des ailettes.
- Par exemple, un climatiseur de 5 CV utilise un film de 0,12 mm (limite d'élasticité ≥ 120 MPa) à une vitesse du vent de 2 m/s, ce qui peut prendre en compte à la fois les exigences de coût et de déformation.
Comment évaluer la résistance à la corrosion des films hydrophiles ?
La résistance à la corrosion est l'indicateur principal du film hydrophile. Les méthodes d'évaluation comprennent :
1. Test au brouillard salin neutre (NSS) :
- Norme : ASTM B117, solution de NaCl à 5 %, pulvérisation continue à 35℃.
- Norme de qualification : l'alliage 8011 + film H18 doit être exempt de rouille rouge pendant ≥ 720 heures.
2. Test de corrosion cyclique (CCT) :
- Norme : SAE J2334, simulation de chaleur humide (50℃/100 %HR)-séchage-cycle de pulvérisation saline.
- Norme de qualification : Adhérence du revêtement ≥ grade B après 20 cycles.
3. Simulation des conditions de travail réelles :
- Zone côtière : concentration de Cl⁻ ≥ 200 mg/m³, le revêtement doit contenir un agent de couplage silane (pour améliorer la densité).
- Zone industrielle : dans un environnement de pollution par le SO₂, les revêtements contenant des inhibiteurs de corrosion au molybdate sont préférés.
Cas : Les climatiseurs Haier sur le marché d'Asie du Sud-Est utilisent un revêtement double couche (couche inférieure zirconium + couche de surface composite SiO₂), avec une durée de vie au brouillard salin de 1 200 heures, soit 50 % de plus que celle d'un revêtement monocouche.