Brevet FR2487860A1 — publié le 19820205

Procédé de nettoyage pour éléments ou composants d'aluminium brasés La présente invention concerne un procédé de nettoyage pour des éléments ou composants d'aluminium creux brasés, qui présentent un faible rapport entre le volume intérieur et la surface interne, en particulier des éléments à paroi mince, avec utilisation d'un agent décapant ou liquide de décapage composé d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique. La présente invention concerne en outre un procédé de nettoyage pour des éléments ou composants d'aluminium de ce type, dans lesquels le métal d'apport contient du silicium élémentaire, et qui doivent plus tard se trouver en contact avec des gaz contenant de l'hexafluorure d'uranium (UP6). Les échangeurs de chaleur à plaques d'aluminium, brasés, par exemple, en bains de sels chauds, sont fabriqués a partir de tôles très minces et contiennent de nombreux canaux ou conduits, qui ne présentent qu'une faible section intérieure. Après l'opération de brasage, il reste forcément des impuretés solubles et insolubles, ainsi que sous forme de poussières, qui peuvent causer des perturbations ou des dété- riorations dans les échangeurs de chaleur ou dans l'installa- tion qui y est associée. En présence de l1UF6, le silicium élémentaire qui se trouve dans le métal d'apport est en outre une cause de dégits supplémentaires, par formation de produits de réaction solides et gazeux. Les éléments ou composants d'aluminium sont habi- tuellement plongés, pendant un bref laps de temps dans un liquide de décapage ou agent décapant à action rapide, composé par exemple d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique. Ce procédé n'est cependant pas adéquat pour les éléments à paroi mince et à faible volume intérieur, qui sont donc d'un accès difficile pour le liquide de décapage. L'agent décapant entre en contact avec le métal avec un dégagement de chaleur qui augmente la réactivité du liquide de décapage utilisé, accélérant de ce fait le processus chimique et rendant plus importante qu'il n'est souhaitable la quantité de métal qui est enlevée de la surface métallique b proximité de l'admis- sion, étant donné que le débit du liquide qui remplit un tel volume intérieur ne peut être que faible et se réchauffe rapi- dement; la chaleur engendrée ne peut se dissiper que diffici- lement, en raison de la forme de l'élément. Par ailleurs, l'efficacité de l'agent décapant ou liquide de décapage diminue rapidement, de sorte que les pièces et éléments qui n'entrent que plus tard en contact avec ce liquide ne sont pas suffisam- ment nettoyés. Enfin, les liquides de décapage connus jusqu'à présent ne permettaient pas non plus de procéder à une élimi- nation sélective du silicium élémentaire hors des zones de brasure, ce qui est en outre souhaitable. La présente invention a pour objet de mettre au point un procédé de nettoyage pour des éléments ou composants d'alu- minium brasés à paroi mince et à faible volume intérieur, en particulier pour les échangeurs de chaleur constitués par de minces tôles d'aluminium. Un objectif spécial de la présente invention est de mettre au point un procédé de nettoyage pour des éléments ou composants dans lesquels le métal d'apport contient du silicium élémentaire, et qui doivent plus tard se trouver en contact avec des gaz contenant de 1UP6. La présente invention permet de résoudre le problème posé par un procédé qui est caractérisé en ce que: a) 'L'agent décapant ou liquide de décapage passe b travers l'élément ou composant, guidé par circulation forcée. b) La réactivité de l'agent décapant est réduite par addition d'une substance agissant par inhibition. c) La réactivité initiale de l'agent décapant ou liquide de décapage et le temps de séjour de cet agent dans l'élément sont harmonisés de telle manière que la diminution de la réactivité, due à l'épuisement, et l'augmentation de la réactivité, due à l'élévation de la température provoquée par la réaction de décapage exothermique, se compensent pour l'essentiel pendant un cycle* d) Le processus de décapage est prolongé aussi long- temps que la réactivité finale de l'agent décapant est égale à au moins un dixième de la réactivité initiale* Le procédé ainsi proposé par la présente invention garantit quet par circulation d'un agent décapant ou liquide de décapage dont la réactivité initiale est intentionnellement réduite, la rampe des modifications de la réactivité, par suite de l'épuisement du liquide de décapage, d'une part, et de l'élévation de la température qui intervient pendant le pro- cessus de décapage, d'autre part, ait un tracé plus plat. Ces effets opposés l'un à l'autre se compensent pour l'essentiel (c'est-à-dire avecun écart qui ne dépasse pas + 10 %), de sorte que tous les éléments et pièces sont soumis Sa un décapage uniforme et qu'il ne peut donc y avoir, ni détériorations dues à la forte réactivité, ni insuffisance de décapage par suite d'une réactivité trop faible* Ce procédé doit nécessairement être appliqué en circuit fermé jusqu'à ce que le processus de décapage soit achevé, la réactivité finale de l'agent décapant ne devant pas tomber au-dessous de la cote indiquée, pour ne pas accroître trop fortement la durée de ce processus, qui est déjà en tout état de cause augmentée par rapport à celle des procédés utilisés jusqu'ici. Une caractéristique additionnelle de la présente invention propose que l'agent décapant soit additionné de nitrate d'aluminium. Le nitrate d'aluminium proposé comme-inhi- biteur est une substance qui se forme, en tout état de cause, lors du décapage de l'aluminium avec un agent décapant du type mentionné, et qui abaisse progressivement l'efficacité de l'agent décapant. En ajoutant volontairement cette substance avant le début du processus de décapage, on coupe, dans une certaine mesure, la première phase pendant laquelle l'agent décapant est fortement réactif, et l'on fait passer celui-ci tout de suite à un état auquel il n'arriverait autrement qu'après un temps d'action ou d'attaque chimique déterminée Une autre caractéristique de la présente invention propose que l'élément ou le composant soit rempli d'agent décapant ou liquide de décapage L partir de son point le plus bas. Cette disposition sert également à provoquer une unifor- misation du processus de décapage, le liquide de décapage traversant, par exemple, un échangeur de chaleur à plaques dans le sens ascendant; il est ainsi plus facile de contr8ler la vitesse de passage et de limiter l'élévation de la tempéra- ture. En cas de remplissage par le haut, le liquide de déca- page se répartirait irrégulièrement et en plusieurs écoulements, de sorte que la durée de l'attaque chimique et le résultat du décapage seraient variables* Selon une caractéristique additionnelle de la présente invention, et pour les éléments ou composants dans lesquels le métal d'apport contient du silicium élémentaire, l'élément ou le composant subit en plus un décapage alcalin, avec addition d'un inhibiteur* Le décapage alcalin supplémentaire ainsi pro- posé sert à opérer une élimination sélective du silicium élémen- taire k partir de la surface des zones de brasage. Selon une caractéristique additionnelle de la présente invention, proposée dans ce cas, l'on utilise un agent décapant ou liquide de décapage composé d'hydroxyde de sodium et de silicate de sodium* Avec ce développement particulier de la présente invention, l'addition de silicate de sodium comme inhibiteur a pour effet que la quantité d'aluminium enlevée, qui serait autrement considérable, est réduite au point de permettre d'utiliser la concentration et d'appliquer la durée d'attaque chimique par le liquide de décapage qui sont néces- saires pour l'élimination du silicium* Selon une autre caractéristique de la présente invention, proposée dans ce dernier cas, l'agent décapant ou liquide de décapage est additionné d'aluminate de sodium. Le pourcentage d'alumine proposé améliore la qualité de surface de l'élément ou du composant traitée La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un procédé de nettoyage et d'élimination du silicium, qui a été soumis b des essais et est destiné à être appliqué avec des échangeurs de chaleur b plaques d'aluminium brasés, lesquels présentent, par exemple, les dimensions et la configuration géométrique suivantes: Rapport entre le volume intérieur et la surface interne g de préférence s 0,3 à 3 l/m2 1 l/m2 Hauteur hors-tout: de préférence i Section transversale t de préférence z 0,04 à 4 m2 1 m2 Epaisseur de t81e des lamelles d'échange de chaleur t de préférence s Ecartement (libre) des lamelles d'échange de chaleur s de préférence: 0,1 b 0,8 mm 0,2 mm 1 à 10 mm 2 mm Le rinçage en circuit fermé, avec les liquides cités ci-après, se fait par un mouvement ascendant, aux températures et selon les paramètres indiquéso Pendant cette opération, la quantité de liquide de décapage utilisée, sa concentration, le débit en volume et la durée du décapage sont harmonisés les uns avec les autres et en accord avec les dimensions géométriques, telles que la surface totale, le volume intérieur et la hauteur hors-tout de l'échangeur de chaleur. (Les indications en pourcentages sont toujours données en pourcentages massiques)* 1 b 6m 2,50 m Les diverses phases du procédé sont les suivantes: a) Rinçage à l'eau du robinet, à la température ambiante, et avec une teneur en chlorure inférieure à 10 ppm, ou bien à l'eau totalement déminéralisée. b) Pré-nettoyage avec une solution aqueuse tensio- active à 50-80 C, à un pH qui est, de préférence, de 1,5o c) Rinçage conne en a). d) Décapage acide, avec une température de 70 à 95 C à l'alimentation, avec une solution présentant la composition suivante: Acide nitrique: 2 k 10 %, de préférence 5 % Acide fluorhydrique: 0,05 à 0,5 %, de préférence &,2 % Nitrate d'aluminium: 0,5 à 5 %, de préférence 2,1 %, la solution préférentielle étant que le rapport entre le volume de liquide et la surface interne soit de 5 l/m2, le temps de séjour de 1,5 minute, et la durée totale de l'attaque chimique de 30 minutes* e) Rinçage avec de l'eau totalement déminéralisée, conductivité inférieure à I u S. f) Décapage alcalin en vue de l'élimination du silicium à 70-95 C, avec la composition suivante z Hydroxyde de sodium: 0,3 à 2 %, de préférence 0,4 $ Aluminate de sodium: O à 0,5 %, de préférence 0,002 % (sous forme de poudre d'aluminium) Silicate de sodium: 0,5 à 5 %, de préférence 2,5 %s la solution préférentielle étant que le rapport entre le volume de liquide et la surface interne soit de 3 1/m2, et la durée totale de l'attaque chimique de 120 minutes. On peut aussi utiliser des alcalis avec d'autres ions complémentaires appropriés. g) Rinçage comme en e). h) Post-décapage acide, avec une température de 70 à C à l'alimentation, avec une solution présentant la compo- sition suivante: Acide nitrique: 2 à 10 %, de préférence 3 % Acide fluorhydrique t 0,05 à 0,5 %, de préférence 0,1 % Nitrate d'aluminium s 0, 5 à 5 %, de préférence 1 %t la solution préférentielle étant que le rapport entre le volume de liquide et la surface interne soit de 5 1/m2, le temps de séjour de 1,5 minute, et la durée totale de l'attaque chimique de 5 minutes. i) Rinçage comme en e). j) Rinçage avec du méthanol ou de l'éthanol techni- quement pur (qualité commerciale), et exempt de résidus, selon une proportion d'au moins 99 %, à la température ambiante (Cet alcool ne doit pas contenir de substances organiques en dissolution, par exemple des traces de vernis provenant des récipients de transport). k) Mise sous vide sans huile jusqu'à 10-1 mbar, X la température ambiante. 1) Remplissage avec un gas inerte sec (azote ou argon) et obturation étanche à l'aire Un filtre destiné aux matières en suspension devrait Otre prévu à l'arrivée vers l'élément ou la pièce à décaper, pour empocher que celui-ci ne puisse être sali k nouveau par des impuretés déjk éliminées dans les cycles précédents. REVENDICATIONS 1. Procédé de nettoyage pour des éléments ou compo- sants d'aluminium creux brasés, qui présentent un faible rap- port entre le volume intérieur et la surface interne, avec utilisation d'un agent décapant ou liquide de décapage composé d'acide nitrique et d'aeide fluorhydrique, earactérisé en ce que s a) L'agent décapant ou liquide de décapage passe à travers l'élément ou composant, guidé par circulation forcée. b) La réactivité de l'agent décapant est réduite par addition d'une substance agissant par inhibition. c) La réactivité initiale de l'agent décapant ou liquide de décapage et le temps de séjour de cet agent dans l'élément sont harmonisés de telle manière que la diminution de la réaetivité, due à l'épuisement, et l'augmentation de la réactivité, due à l'élévation de la température provoquée par la réaction de décapage exothermique, se compensent pour - l'essentiel pendant u cycle. d) Le processus de décapage est prolongé aussi long- temps que la réactivité finale de l'agent décapant est égale k au moins un dixième de la réactivité initiale. 2. Procédé selon la revendication t, caractérisé en ce que l'agent décapant est additionné de nitrate d'aluminium. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce-que l'élément ou le composant est rempli d'agent décapant ou liquide de décapage à partir de son point le plus bas. 4. Procédé selon la revendication 1, pour les éléments ou composants dans lesquels le métal d'apport contient du silicium élémentaire, caractérisé en ce que l'élément ou le composant subit en plus un décapage alcalin, avec addition d'un inhibiteur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise un agent décapant ou liquide de décapage composé d'hydroxyde de sodium et de silicate de sodium. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agent décapant ou liquide de décapage est additionné d'aluminate de sodium.