Fujihokka

FUJIHOKKA, un prodotto di Fujikura Europe Limited, è una trattamento unico per leghe di alluminio che offre eccezionali proprietà di radiazione e di assorbimento di calore.

Uno speciale trattamento superficiale destinato a manufatti in alluminio permette di ottenere lamiere o altre forme con caratteristiche termiche ineguagliabili. Grazie a questo trattamento, denominato Fujihokka, la superficie del metallo migliora la sua durezza, diventa resistente a picchi istantanei di temperatura molto elevati, oppone una minor resistenza all’attrito e quindi aumenta la resistenza all’usura, e acquista delle proprietà termiche molto interessanti, soprattutto per quanto riguarda l’irraggiamento e la capacità di assorbimento di calore sotto forma di raggi infrarossi.

Il prodotto si ottiene facendo formare mediante ossidazione anodica un tipo speciale di ALUMITE sulla superficie di una lega di alluminio. Collaudato in tante applicazioni in tutto il mondo, FUJIHOKKA™ offre prestazioni simili a quelle dell’ALUMITE e dell’ACCIAIO INOX sotto molti punti di vista.

Principi fisici

Conducibilità termica ed emissività

Capita spesso che il concetto della conducibilità termica sia facilmente compreso e che l’emissività non lo sia altrettanto. A dire il vero, l'inventore del trattamento Fujihokka ha descritto l'emissività come la “proprietà dimenticata dei materiali”.

La conducibilità termica definisce la proprietà di un materiale di trasportare energia termica attraverso la sua massa. L’emissività definisce quanto il materiale assorbe ed emette energia termica. Non è detto che un materiale con una buona conducibilità termica abbia anche una buona emissività; l'alluminio è un classico esempio di questa situazione.

L'emissività viene espressa in relazione ad un corpo nero teorico, che si presuppone abbia un perfetto profilo di assorbimento e di emissione (considerato 1 oppure 100 %).

L'importanza dell'emissività può essere vista riferendosi alla seguente relazione che definisce Q (energia radiante):

Q = esAT⁴

dove

Q è l'energia radiante (Wm^-2)

e è l’emissività (1.0 max)

s è la costante di Stefan-Boltzmann (5.67051 x 10^-8 Wm^-2K^-4)

A è l'area superficiale (m²)

T è la temperatura assoluta (K)

Se l'emissività è bassa, si possono raggiungere valori più alti di Q solo aumentando l'area della superficie o la temperatura di funzionamento. Con un materiale ad alta emissività come il Fujihokka, il valore Q è massimizzato senza la necessità di aumentare la dimensione del componente o la temperatura.

Cos'è la radiazione infrarossa lontana?

La radiazione infrarossa lontana (far-IR) consiste in onde elettromagnetiche aventi lunghezza d'onda compresa fra 2 e 1000 mm. Queste onde sono abbastanza forti da eccitare le vibrazioni molecolari dei materiali e la vibrazioni della griglia di cristalli che determina il riscaldamento. Le onde nella regione compresa fra 2 e 30 mm, e più specificatamente sotto i 10mm, sono le più importanti nel riscaldamento, nel raffreddamento e nelle applicazioni di essiccazione.

La frequenza intrinseca di una molecola dipende dalla sua struttura. Quando questa frequenza si sincronizza con quella della radiazione far-IR, questa viene facilmente assorbita causando un aumento della temperatura del materiale. Molti materiali (resine, polimeri, fibre, cibi, ecc.) riescono ad assorbire facilmente le radiazioni far-IR determinando un riscaldamento ed una essiccazione efficiente.

Poiché Fujihokka irradia fortemente nella regione far-IR, con una emissività media del 90% sulle lunghezze d'onda compresa tra 2…30 mm, questo è il materiale ideale per migliorare il riscaldamento, il raffreddamento e l'essiccazione. Fujihokka è eccezionale in quanto l'alta emissività è mantenuta anche sotto i 10 mm

Tecnologia Giapponese prodotta in Europa

La tecnologia Fujihokka è stata sviluppata originariamente dalla giapponese Fujikura per migliorare il raffreddamento dei cavi di potenza e dei componenti. Il primo materiale prodotto si chiamava Super Grade (SG) ed era originato da una lega speciale di alluminio, ed ora è poco usato, sopraffatto dal Fujihokka tipo PG (Premium Grade) che permette l'utilizzo della maggior parte di leghe di alluminio disponibili commercialmente, con qualche eccezione.

Struttura del Fujihokka

Il Fujihokka viene prodotto usando un processo di anodizzazione brevettato. Le superficie anodizzata è generalmente dura, resistente alla corrosione e contiene circa 100 milioni di pori al mm².

Una superficie anodizzata convenzionale ha una struttura di pori regolare mentre Fujihokka ha una struttura di pori irregolare e complessa.

L'alta emissività nella banda far-IR di Fujihokka è un diretto risultato della composizione chimica e della complessa forma fisica del film superficiale anodizzato.

Proprietà termica di Fujihokka

L’emissione di radiazioni di Fujihokka è molto simile a quella di un corpo nero in un'ampia gamma di temperatura (tipicamente 50…. 450°C) e l'emissività di Fujihokka è relativamente costante nella stessa gamma.

Facendo il confronto con l'alluminio non trattato e acciaio, che hanno entrambi valori di emissività intorno al 10…15 %, l'emissività del 90 % di Fujihokka significa che, contrariamente a quanto avviene con l'alluminio e l'acciaio, Fujihokka si scalda velocemente e tende a irradiare energia termica in modo molto efficiente.

Anche quando confrontato con un trattamento convenzionale di anodizzazione dura o nera, Fujihokka è unico in quanto mantiene un'altra emissività sotto i 10mm. Questa è una caratteristica molto importante perché l'intensità dell'energia radiante è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda. Molti materiali assorbono le radiazioni far-IR fortemente sotto i 10 mm - per esempio l'acqua, che ha un forte assorbimento a 2,5…3.0 mm dovuto al componente –OH (ossidrile)

Tipi di trattamento

Esistono diversi trattamenti Fujihokka. Il trattamento più diffuso si chiama Fujihokka PG (Premium Grade). Questo può essere effettuato su entrambe le facce della lamiera o del pezzo o solamente su una. Il comportamento termico cambia di conseguenza, come indicato nello schema successivo.

Trattamento Fujihokka su due facce

La lamiera trattata Fujihokka su due facce permette al calore di attraversarla molto facilmente. Questo porterà ad un raffreddamento della parte più calda e anche ad un riscaldamento della parte più fredda. Quindi la lamiera trattata su due facce risulta molto utile nelle applicazioni di scambio termico, come radiatori e scambiatori calore in genere. Questa lamiera si usa nei forni ad atmosfera controllata, dove l'aria che riscalda il forno deve essere tenuta separata fisicamente da quella contenuta all'interno del forno.

Trattamento Fujihokka su una sola faccia

La lamiera trattata Fujihokka su una sola faccia assorbirà ed emetterà calore prevalentemente su una sola faccia. La faccia non trattata assorbirà ed emetterà poco calore. Il materiale tende a comportarsi come una barriera termica. Se la superficie trattata è più calda di quella non trattata, il calore sarà respinto verso la fonte di calore. Questa situazione si verifica per esempio nei forni, dove il calore viene riflesso e non disperso.

Se la superficie trattata è più calda di quella non trattata, il calore sarà respinto verso la fonte di calore. Questa situazione si verifica per esempio nei forni, dove il calore viene riflesso e non disperso. La lamiera Fujihokka può essere associata ad un isolante termico, per migliorare sensibilmente la riflessione del calore.

Se la superficie trattata è più fredda di quella non trattata, l’irraggiamento di calore viene assorbito in modo più efficiente. Questa caratteristica la rende adatta a rivestimenti interni di frigoriferi e contenitori refrigerati, contenitori per apparecchiature elettroniche o dissipatori di calore.

Da notare che tutti casi vengono migliorate le proprietà di irraggiamento del calore; è noto che se è possibile trasmettere il calore per conduzione, questa modalità di solito darà risultati migliori rispetto al sistema Fujihokka che trasmette il calore solo per irraggiamento. Se la trasmissione per conduzione non è possibile, Fujihokka è la soluzione migliore.

Produzione europea

Per l’Italia, il trattamento Fujihokka viene effettuato in impianti situati in Inghilterra. La produzione di lamiere già trattate avviene sempre in Inghilterra, quindi senza problemi doganali.

La Fujikura Europe Limited possiede la strumentazione sofisticata per misurare lo spettro di emissività in un ampio range di temperatura e di lunghezza d'onda. Questo è fondamentale per assicurare la qualità del prodotto e per dimostrare ai clienti i benefici dell'impiego di Fujihokka rispetto alle tecnologie esistenti.

Applicazioni privilegiate

Riscaldamento

Maggiore efficienza, risparmio energetico nelle applicazioni di riscaldamento industriale e domestico, forni, fornaci. Impianti e attrezzature da cucina (griglie, piastre di cottura, piani cottura, forni da cucina, pentolame) per un efficiente riscaldamento e cottura dei cibi

Raffreddamento

Negli scambiatori e dissipatori di calore, migliora il rendimento e si riduce la dimensione meccanica. Nei dissipatori si riduce la dipendenza dalla convenzione forzata.

Nei radiatori: migliora il rendimento

Miglioramento del raffreddamento di componenti realizzati in fusione

Essiccazione/ trattamento

Nell’industria chimica, farmaceutica, alimentare si risparmia energia, migliora l'efficienza, si ottiene un controllo di temperatura migliore.

Si riduce la temperatura di essiccazione o il tempo nelle applicazioni che richiedono la rimozione di acqua di solventi organici (esempio: vernici, lacche, smalti).

Si riduce il tempo di trattamento di paste saldanti, adesivi, resine (esempio: epossidiche, uretaniche, acriliche).

Dati tecnici di Fujihokka Premium Grade
Tipo lega di base	Il trattamento Fujihokka PG può essere eseguito sulla maggior parte di leghe di alluminio disponibile commercialmente, escluse quelle con alto contenuto di rame, zinco o silicio (per esempio serie 2000, 7000 e leghe da fonderia). Queste leghe richiedono un trattamento Fujihokka modificato
Proprietà della lega di base	Le proprietà della lega di base non vengono modificate dal trattamento Fujihokka PG. I dati sulle proprietà delle leghe di alluminio sono facilmente disponibili (vedere per esempio ‘The Properties of Aluminium and its Alloys’ pubblicato da The Aluminium Federation Ltd)
Colore	Tipicamente nero, sebbene altri colori siano ottenibili su richiesta
Forme e dimensioni	Bobine, fogli, tubi, esclusi, tranciati, espansi, goffrati; le dimensioni sono quelle disponibile commercialmente delle leghe di alluminio ma lo spessore minimo per i fogli è di 0,5 mm e per la lamiera in bobine di 0,3 mm. È consigliabile l'aggiunta di uno strato protettivo “peelable” sui prodotti in foglio. Da parte di Fujikura è possibile il trattamento su prodotti esistenti o la realizzazione completa di prodotti trattati PG.
Spessore del film superficiale	Numero variabile funzione della forma e delle prestazioni richieste. Tipicamente è compreso tra 15 e 50 mm.
Punto di fusione del film superficiale	Indicativamente 1900°C
durezza (Vickers)	La durezza in sezione è compresa tra HV220 e HV650
usura (Taber)	Si può aggiungere un'impregnazione per ridurre l'attrito (il coefficiente di attrito risulta abbassato a 0,02…0,05) migliorando ulteriormente la resistenza all'usura, rendendola simile a quella dell'acciaio temprato.
Resistenza chimica	Tipicamente stabile nella gamma di pH tra 5 e 9, ma utilizzabile nella gamma pH 3 …. pH 11 aggiungendo un'impregnazione in PTFE.
Temperatura di impiego	Tipicamente dalla temperatura ambiente a 450°C. Per funzionamento continuo a temperatura maggiore, interpellateci
Tensione di isolamento (breakdown)	> 0.5 kV
Resistenza di isolamento	> 50 MOhm
Saldabilità	MIG, TIG. La superficie PG deve essere rimossa fisicamente prima della saldatura
Formabilità	Essendo lo strato superficiale duro, i materiali pre-trattati sono essere deformati solo limitatamente. Possono avvenire delle microfessurazioni sulla superficie, ma le caratteristiche generali non verranno modificate. La formabilità può essere migliorata usando una lega di base più morbida. Si raccomanda di formare (tranciare, imbutire, piegare) i componenti prima di effettuare il trattamento PG.
Emissività tra 2…30 um	Minima 85%. Tipica > 90%.
Emissività sotto i 10 um	Tipica > 85%.
Innocuità e sicurezza. Rottamazione e riciclaggio	Fujihokka PG non pone alcun rischio significante alla salute ed è sicuro da maneggiare; non sono richieste speciali precauzioni per l'impiego o per il trasporto. Al termine del ciclo di vita, il materiale può essere gestito come ogni altro prodotto in lega di alluminio

Vantaggi del Fujihokka Premium Grade
Efficiente energeticamente	Superiore irraggiamento ed assorbimento di energia termica
Risparmio energetico	Usa meno potenza per generare il più caldo. Riduce i costi dell'energia
Cattura energetica	Permette di conservare e di riciclare energia persa; per ridurre i costi dell'energia
Buona conducibilità termica	Pari a molte volte quella dell'acciaio
Distribuzione della temperatura	Eccezionale distribuzione uniforme della temperatura anche su superfici molto estese
Pulito	Il rivestimento superficiale è chimicamente saldato al substrato di base in lega di alluminio. Non si può rompere o staccare
Eccellente resistenza alla corrosione e all'usura	Prestazioni prima inimmaginabili per un pezzo realizzato in alluminio
Leggero	Rispetto all'acciaio, il peso si riduce a un terzo. Si possono mettere più componenti a parità di peso
Trattamento su una o due facce	Possibilità di scelta della migliore soluzione tecnologica per la propria applicazione
Emissività far-IR	Prestazioni superiori, mai realizzate
Super trattamento/ impregnazione	Il film superficiale può essere trattato ulteriormente o impregnato per migliorare certe proprietà (esempio: basso attrito, bassa graffiabilità, alta resistenza agli agenti chimici).
Disponibile subito	La produzione e’ in Europa

La struttura Fujihokka

FUJIHOKKA e’ realizzato con un procedimento brevettato di anodizzazione e contiene circa 100 milioni di pori per mm2. L’anodizzazione normale ha una struttura regolare dei pori, mentre FUJIHOKKA ha una microstruttura irregolare.