CN101798645A - 热交换器翅片用铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属材料技术领域的热交换器翅片用铝合金及其制备方法，所得合金的成分配比为：Mn：1.0-1.3wt％、Si：1.0-1.3wt％、Fe：0.3-0.6wt％、Cu：0.05-0.2wt％、Zr：0.05-0.2wt％、其余为Al。本发明通过向高硅中锰铝合金中添加锆元素、并且采用无锌设计来实现合金化，采用铸造、热轧、冷轧工艺制备了相应的板带箔材。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种金属材料技术领域的合金及其制备方法，具体是一种用于热交换器翅片的钎焊后屈服强度为53MPa左右、延伸率高达14％的铝合金及其制备方法。
背景技术
3xxx系列铝合金，由于其高比强度、良好的导热性、易成型性和较好的耐腐蚀性能，被大量用于制造汽车、建筑、消费电子产品等领域。近几年我国汽车行业出现了快速发展，对汽车热交换器的需求量迅速增加。作为一种可以替代纯铜的热传输材料，3003Al合金被大量应用于汽车热交换器(如水箱散热器、冷凝器与蒸发器)以实现降低成本、汽车轻量化和节能的目的。在石油资源日益减少的情况下，出于环保、节能减排的目的，汽车整车设计和零部件设计标准日益提高，这对热交换器翅片合金的力学性能提出了更高的要求，因此需要不断提高3003Al合金的力学性能，尤其是该合金的强度和塑性。
热交换器翅片用合金板带箔多采用铸造+轧制(热轧，冷轧)方法制造，影响板带箔最终性能的因素较多，包括合金成分、铸造工艺、热轧和冷轧工艺、热处理工艺等。由于从工艺改善角度来提高3003Al合金性能的空间已经不大，合金成分被认为是控制合金箔加工性能和最终钎焊性能的关键。因此，通过合理的合金化设计可望研发出具有高强度、高塑性特征的新型合金以取代传统的3003Al合金。
经过对现有技术的检索发现，瑞典的热传输材料生产商SAPA公司(www.sapagroup.com/pages/399484/Sapa_6815.pdf)提供了一种与3003Al合金成分接近、含锌量很少的高锰(1.4-1.8wt％)低硅(0.65-1.0wt％)铝合金(商业牌号FA6800)，采用该合金制造的热交换器翅片用铝合金箔钎焊后抗拉强度为130MPa左右，屈服强度为50MPa左右。而传统的AA3003合金箔钎焊后抗拉强度仅为110MPa，屈服强度为40MPa。由于高性能热交换器的发展需要，上述合金箔钎焊后的力学性能仍然需要不断提高。本专利发明人申请的中国专利“用于热交换器翅片的铝合金及其制备方法”(专利申请号CN200610085354.6)发明了一种添加锌元素的中锰(1.0-1.3wt％)高硅(1.0-1.3wt％)铝合金，该合金的强度特性较好，但是由于含有锌元素，因此该合金的腐蚀电位较负，不能满足某些热交换器翅片的需要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种热交换器翅片用铝合金及其制备方法，通过采用高硅、中锰、无锌合金化设计来实现力学强化和腐蚀性能设计，采用铸造、热轧、冷轧工艺制备了相应的板带箔材。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种热交换器翅片用铝合金，其组分和重量百分比为：Mn：1.0-1.3wt％、Si：1.0-1.3wt％、Fe：0.3-0.6wt％、Cu：0.05-0.2wt％、Zr：0.05-0.2wt％、其余为Al。
本发明涉及上述热交换器翅片用铝合金的制备方法，包括以下步骤：
第一步、依次选取Al、Mn、Si、Fe、Cu和Zr或含有所述Al、Mn、Si、Fe、Cu和Zr的合金，经熔炼浇注成20-100mm的铸造合金坯后铣面，然后对铣面后的铸造合金坯进行热轧，得到合金板带，其中：Mn元素、Si元素、Fe元素、Cu元素和Zr元素分别占总质量的1.0-1.3wt％、1.0-1.3wt％、0.3-0.6wt％、0.05-0.2wt％和0.05-0.2wt％。
所述的熔炼浇注是指：采用惰性气体保护熔炼炉将Al、Mn、Si、Fe、Cu和Zr在700-760℃熔化均匀后浇注入钢制模具内冷却获得铸造合金坯。
所述的热轧是指：将铣面的铸造合金坯在500℃-520℃的加热炉中预热后热轧至厚度为2-4mm。
第二步、将合金板带进行多道次冷轧后经中温退火并继续冷轧，获得用于热交换器翅片的冷轧合金箔。
所述的多道次冷轧是指：将合金板带轧制成0.15mm的合金箔。
所述的中温退火是指：在360℃-420℃的环境下退火；
所述的多道次冷轧是指，将合金板带轧制成厚度为0.15mm的合金箔。
所述的继续冷轧是指：将退火后的合金箔轧制至厚度为0.10mm。
本发明通过以下方式进行性能评价：将冷轧铝合金箔经过模拟钎焊热处理，在600℃的热处理炉内保温5分钟后出炉冷却至室温后在电子拉伸试验机上进行室温拉伸力学性能测试。
采用本发明制备所得的铝合金焊后抗拉强度可高达136MPa，屈服强度为53MPa左右，延伸率可高达14％，可适用于热交换器的翅片制造领域。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备Al-1.2Mn-1.1Si-0.5Fe-0.05Cu-0.2Zr合金板材(厚度为30mm)，铣面至厚度为25mm后在500℃加热1小时后热轧成4mm，其后冷轧至0.15mm，在380℃退火后冷轧至0.10mm，采用模拟钎焊热处理后用电子拉伸试验机测试合金箔的力学性能，合金箔的抗拉强度为136MPa、屈服强度为53MPa、延伸率为14％。该合金箔的强度特性明显优于商业3003铝合金的焊后抗拉强度和屈服强度，也优于FA6800合金的强度特性。
实施例2
采用熔炼和铸造方法首先制备Al-1.1Mn-1.2Si-0.4Fe-0.05Cu-0.10Zr合金板材(厚度为35mm)，铣面至厚度为28mm后在500℃加热1小时后热轧成2.6mm，其后冷轧至0.15mm，在380℃退火后冷轧至0.10mm，模拟钎焊热处理后测试合金箔的抗拉强度大于130MPa、延伸率大于13％。
实施例3
采用熔炼和铸造方法首先制备Al-1.3Mn-1.1Si-0.6Fe-0.1Cu-0.08Zr合金板材(厚度为25mm)，铣面至厚度为20mm后在500℃加热1小时后热轧和冷轧至0.15mm，在390℃退火后冷轧至0.10mm，模拟钎焊热处理后测试合金箔的抗拉强度大于135MPa，延伸率大于14％。
显然，与热交换器翅片合金(商业3003铝合金和FA6800合金)相比，本实施例制备的合金具有高强度、高塑性特点，可获得焊后屈服强度为53MP左右、延伸率为13-14％的热交换器翅片用合金箔。上述性能的获得主要是由于采用合理的成分设计，即铝合金中锰含量适中以减少粗大含锰化合物的产生，硅含量较高以提高焊后强度，添加少量锆以产生第二相强化效应，不添加锌以控制腐蚀特性并改变相应力学性能。
Claims (8)
1.一种热交换器翅片用铝合金，其特征在于，其组分和重量百分比为：Mn：1.0-1.3wt％、Si：1.0-1.3wt％、Fe：0.3-0.6wt％、Cu：0.05-0.2wt％、Zr：0.05-0.2wt％、其余为Al。
2.根据权利要求1所述的热交换器翅片用铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、依次选取Al、Mn、Si、Fe、Cu和Zr或含有所述Al、Mn、Si、Fe、Cu和Zr的合金，经熔炼浇注成20-100mm的铸造合金坯后铣面，然后对铣面后的铸造合金坯进行热轧，得到合金板带，其中：Mn元素、Si元素、Fe元素、Cu元素和Zr元素分别占总质量的1.0-1.3wt％、1.0-1.3wt％、0.3-0.6wt％、0.05-0.2wt％和0.05-0.2wt％；
第二步、将合金板带进行多道次冷轧后经中温退火并继续冷轧，获得用于热交换器翅片的冷轧合金箔。
3.根据权利要求2所述的热交换器翅片用铝合金的制备方法，其特征是，所述的熔炼浇注是指：采用惰性气体保护熔炼炉将Al、Mn、Si、Fe、Cu和Zr在700-760℃熔化均匀后浇注入钢制模具内冷却获得铸造合金坯。
4.根据权利要求2所述的热交换器翅片用铝合金的制备方法，其特征是，所述的热轧是指：将铣面的铸造合金坯在500℃-520℃的加热炉中预热后热轧至厚度为2-4mm。
5.根据权利要求2所述的热交换器翅片用铝合金的制备方法，其特征是，所述的多道次冷轧是指：将合金板带轧制成0.15mm的合金箔。
6.根据权利要求2所述的热交换器翅片用铝合金的制备方法，其特征是，所述的中温退火是指：在360℃-420℃的环境下退火。
7.根据权利要求2所述的热交换器翅片用铝合金的制备方法，其特征是，所述的多道次冷轧是指，将合金板带轧制成厚度为0.15mm的合金箔。
8.根据权利要求2所述的热交换器翅片用铝合金的制备方法，其特征是，所述的继续冷轧是指：将退火后的合金箔轧制至厚度为0.10mm。
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