CN110356069B - 一种复合铝箔及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种散热器用复合铝箔及其制备方法，所述复合铝箔包括皮材和芯材，皮材包含以下质量分数的物质：8.5～9.0％Si，0.3～0.5％Fe，1.2～1.5％Zn，0.05～0.08％Sr，其余为Al和不可避免的杂质，芯材包含以下质量分数的物质：0.5～0.8％Si，0.8～1.2％Fe，2.5～2.8％Mn，0.5～0.7％Zn，0.05～0.1％Ti，其余为Al和不可避免的杂质。所述复合铝箔的制备方法，包含以下步骤：熔炼芯材，铸轧芯材，冷轧芯材，熔炼皮材，铸轧复合，一次退火，冷轧，二次退火。本发明采用铸轧复合法，省去了常规生产工艺中的铸锭、热轧开坯、组坯焊接、热轧复合等复杂工艺过程，同时提高了成材率，节能降耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制法，具体为一种复合铝箔及其制备方法。
背景技术
散热器广泛应用于汽车及家用空调，且近年来发展迅速，市场上对铝合金复合箔的需求快速增长。铝合金复合箔的厚度较薄，通常为0.05～0.12mm，并且目前降低成本和轻量化两大主题的推动下，减薄是不变的发展趋势。在减薄的同时，所制备的铝合金复合箔产品还需要保持良好的焊接性能、较高的钎焊强度、优良的抗下垂性能、良好的耐腐蚀能力，特别是耐腐蚀能力。
目前国内外传统的铝合金复合箔生产多采用热轧法，即铸锭、均匀化处理、热轧开坯、板坯铣面、组织焊接、加热、热轧复合、冷轧、退火等一系列复杂工艺过程，在加热和多道次热轧复合过程中，由于温度的波动、润滑冷却条件变化都将影响铝合金复合铝箔厚度精度，特别是包覆层的厚度精度，这将直接影响复合铝箔的焊接可靠性。另外，加热和热轧复合过程在高温状态下进行，包覆层中硅元素很容易扩散到基体合金中，从而造成铝合金复合箔的高温强度下降，抗下垂性差。现有的复合板带材已不能满足大功率设备热交换器对强度的要求。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种抗下垂性好的散热器用复合铝箔，本发明的另一目的是提供一种污染低、效率高的复合铝箔的制备方法。
技术方案：本发明所述的一种散热器用复合铝箔，包括皮材和芯材，皮材包含以下质量分数的物质：8.5～9.0％Si，0.3～0.5％Fe，1.2～1.5％Zn，0.05～0.08％Sr，其余为Al和不可避免的杂质，芯材包含以下质量分数的物质：0.5～0.8％Si，0.8～1.2％Fe，2.5～2.8％Mn，0.5～0.7％Zn，0.05～0.1％Ti，其余为Al和不可避免的杂质。皮材厚度为复合铝箔厚度的10～15％。
优选地，皮材中Si的质量分数为8.7～8.8％，Zn的质量分数为1.3～1.4％。芯材中Fe的质量分数为2.6～2.7％。
上述复合铝箔的制备方法，包含以下步骤：
a、按质量配比将芯材各原材料加入740～760℃熔炼炉中，进行熔炼芯材；
b、铸轧芯材，铸轧温度控制在670～680℃，铸轧速度为700～800mm/min，铸轧板厚度为7～8mm；
c、冷轧芯材，把芯材轧制到3.0～4.0mm，切边备用；
d、熔炼皮材，按质量配比将皮材各原材料加入熔炼炉中，在710～740℃进行熔炼；
e、铸轧复合，对芯材表面进行预处理，进行表面打磨，并用风机把铝粉吸走，芯材穿过铸轧机铸嘴上端，芯材速度是400～500mm/min，皮材铸轧速度400～500mm/min，铸轧温度控制在650～660℃，铸轧区为40～50mm，得到复合铝卷；
f、将复合铝卷放在料架上一次退火，一次退火为均匀化退火，退火温度520～530℃，退火时间为6～8h；
g、冷轧，对上述复合卷进行轧制，轧制至使用厚度0.05～0.2mm；
h、成品二次退火，退火温度为250～280℃，退火时间为15～20h，得到复合铝箔。
其中，步骤a中，熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度到达熔炼温度时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次，除去铝渣、氢气、氧化物等杂质。步骤d中，用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体到达熔炼温度时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次，同时采用铝锶合金进行变质处理，提供结晶质点，让晶粒均匀细小。
反应原理：对皮材铝合金的主要添加元素说明如下：
Si：8.5～9.0wt％Al-Si系合金主要起焊接作用，加入足量的硅，能够降低熔点而不会使最终合金产生脆性。优选添加8.5wt％以上的Si。
Al-Si合金随硅含量增加，<α(Al)+Si>共晶组织随之增多，当硅含量接近共晶成分时，组织中出现初晶硅，甚至出现粗大块状初晶硅聚集，通过加工、热处理也不能改变初晶硅的形态，明显降低了合金的力学性能，尤其是塑性。因此，将Si含量优选限定在8.5-9.0wt％。
Sr：0.05-0.08wt％，Sr是确保晶粒尺寸大小最重要的元素，皮材有必要包含适当范围的量，为了获得所述添加效果，优选添加0.05wt％以上的Sr。但是当Sr含量超过0.08wt％时，易受合金中的氮、磷的干扰，容易产生气道、气孔。因此，将所述Sr含量优选限定在0.05-0.08wt％，更优选限定在0.059-0.072wt％。
Fe：0.3～0.5wt％，Fe作为Al-Si合金主要元素加入时，可以阻止合金基体组织粗化，同时靠自身的热稳定性和降低Si相粗化的敏感性来提高合金的耐热性。为了获得所述效果，优选添加0.3wt％以上。但是当Fe超过0.5wt％时，随着Fe增加而析出粗大的针状Al3Fe和Al-Fe-Si金属间化合物，塑性就会变差。因此，所述Fe含量优选限定在0.3-0.5wt％。
Zn：1.2～1.5wt％，
Al-Si合金中，添加Zn元素主要是提高合金的焊接性，为了获得所述效果，优选添加1.2wt％以上，但是当Zn超过1.5wt％时，随着Zn含量增加应力腐蚀开裂。因此，所述Zn含量优选限定在1.2-1.5wt％。
对芯材铝合金的主要添加元素说明如下：
Mn：2.5～2.8wt％
Mn是芯材的主要组成元素，Mn元素的加入可以使合金具有较高的强度、良好的塑性和工艺性能，为了获得所述效果，优选添加2.5wt％以上，但是当Mn超过2.8wt％，合金强度虽有增加，但由于形成大量的脆性化合物MnAl6，合金在变形时容易开裂。因此，所述Mn含量优选限定在2.5-2.8wt％。
Si：0.5～0.8wt％，Si与Fe、Mn形成β-Al(FeMn)Si相，提高芯材的强度，为了获得所述效果，优选添加0.5wt％以上，但是Si含量高于0.8wt％时，芯材合金的熔点降低，降低了芯材的强度，抗下垂性也明显降低。因此，所述Si含量优选限定在0.5-0.8wt％。
Fe：0.8～1.2wt％，Fe与Mn形成(FeMn)Al6化合物，这种化合物的存在可以有效减少铝粉在模具中的积累，Fe低于0.8wt％时这一作用不充分，但是Fe高于1.2wt％则会出现含Fe的粗大初晶相，恶化板材的性能，因此，所述Fe含量优选限定在0.8-1.2wt％。
Zn：0.5～0.7wt％，可以在焊接过程中提高芯材的强度，提高芯材的抗下垂性，当Zn低于0.5wt％时，这一作用不充分，但是Zn高于0.7wt％时，形成一些硬的一次晶化合物会使板材脆性增加。因此，所述Zn含量优选限定在0.5-0.7wt％。
Ti：0.05～0.1wt％，钛作为重要的工艺添加剂，主要起细化晶粒的作用。为了获得所述效果，优选添加0.05wt％以上，当Ti含量高于0.1wt％时，会在铸轧板中形成粗大的Al3Ti，提高板材的脆性。因此，所述Ti含量优选限定在0.05-0.1wt％。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：采用铸轧复合法，省去了常规生产工艺中的铸锭、热轧开坯、组坯焊接、热轧复合等复杂工艺过程，同时提高了成材率，节能降耗；本发明制备的铝合金复合箔，改进了芯材和皮材的化学成分和制备过程工艺，得到力学性能和耐腐蚀性能更好的铝合金复合箔。
具体实施方式
实施例1
1、按照表1将芯材原材料加入熔铝炉中，熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为740℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次；
2、采用铸轧速度控制在700mm/min，铸轧温度控制在670℃，铸轧板厚度为7mm；
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制，轧制到3.0mm，切边备用；
4、按照表1中皮材各原材料加入熔铝炉中，同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为710℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次，同时采用铝锶合金进行变质处理；
5、先对芯材表面进行预处理，然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端，芯材速度是400mm/min，皮材铸轧速度400mm/min，铸轧温度控制在650℃，铸轧区为40mm，采用铸轧复合法，边铸轧边复合的方法，在芯材上面直接复合皮材；
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火，退火温度520℃，退火时间为6h。
7、对上述复合卷进行轧制，轧制纸使用厚度0.05mm。
8、成品退火，退火温度为250℃，退火时间为15h，得到复合铝箔的使用状态。
表1芯材和皮材的成分
实施例2
1、按照表2将芯材原材料加入熔铝炉中，熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为760℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次；
2、采用铸轧速度控制在800mm/min，铸轧温度控制在680℃，铸轧板厚度为8mm；
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制，轧制到4.0mm，切边备用；
4、按照表2中皮材各原材料加入熔铝炉中，同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为740℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次，同时采用铝锶合金进行变质处理；
5、先对芯材表面进行预处理，然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端，芯材速度是500mm/min，皮材铸轧速度500mm/min，铸轧温度控制在660℃，铸轧区为50mm，采用铸轧复合法，边铸轧边复合的方法，在芯材上面直接复合皮材；
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火，退火温度530℃，退火时间为8h。
7、对上述复合卷进行轧制，轧制纸使用厚度0.2mm。
8、成品退火，退火温度为280℃，退火时间为20h，得到复合铝箔的使用状态。
表2芯材和皮材的成分
实施例3
1、按照表3将芯材原材料加入熔铝炉中，熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为750℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次；
2、采用铸轧速度控制在750mm/min，铸轧温度控制在675℃，铸轧板厚度为7.5mm；
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制，轧制到3.5mm，切边备用；
4、按照表3中皮材各原材料加入熔铝炉中，同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为725℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次，同时采用铝锶合金进行变质处理；
5、先对芯材表面进行预处理，然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端，芯材速度是450mm/min，皮材铸轧速度450mm/min，铸轧温度控制在655℃，铸轧区为45mm，采用铸轧复合法，边铸轧边复合的方法，在芯材上面直接复合皮材；
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火，退火温度525℃，退火时间为7h。
7、对上述复合卷进行轧制，轧制纸使用厚度0.12mm。
8、成品退火，退火温度为265℃，退火时间为17h，得到复合铝箔的使用状态。
表3芯材和皮材的成分
实施例4
1、按照表4将芯材原材料加入熔铝炉中，熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为743℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次；
2、采用铸轧速度控制在710mm/min，铸轧温度控制在672℃，铸轧板厚度为7.2mm；
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制，轧制到3.2mm，切边备用；
4、按照表4中皮材各原材料加入熔铝炉中，同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为715℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次，同时采用铝锶合金进行变质处理；
5、先对芯材表面进行预处理，然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端，芯材速度是420mm/min，皮材铸轧速度420mm/min，铸轧温度控制在652℃，铸轧区为41mm，采用铸轧复合法，边铸轧边复合的方法，在芯材上面直接复合皮材；
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火，退火温度521℃，退火时间为6.5h。
7、对上述复合卷进行轧制，轧制纸使用厚度0.1mm。
8、成品退火，退火温度为260℃，退火时间为16h，得到复合铝箔的使用状态。
表4芯材和皮材的成分
实施例5
1、按照表5将芯材原材料加入熔铝炉中，熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为758℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次；
2、采用铸轧速度控制在790mm/min，铸轧温度控制在678℃，铸轧板厚度为7.8mm；
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制，轧制到3.9mm，切边备用；
4、按照表5中皮材各原材料加入熔铝炉中，同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为730℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次，同时采用铝锶合金进行变质处理；
5、先对芯材表面进行预处理，然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端，芯材速度是490mm/min，皮材铸轧速度490mm/min，铸轧温度控制在659℃，铸轧区为48mm，采用铸轧复合法，边铸轧边复合的方法，在芯材上面直接复合皮材；
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火，退火温度528℃，退火时间为7.5h。
7、对上述复合卷进行轧制，轧制纸使用厚度0.15mm。
8、成品退火，退火温度为275℃，退火时间为19h，得到复合铝箔的使用状态。
表5芯材和皮材的成分
实施例6
表6芯材和皮材的成分
1、按照表6将芯材原材料加入熔铝炉中，熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为750℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次；
2、采用铸轧速度控制在760mm/min，铸轧温度控制在675℃，铸轧板厚度为7.6mm；
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制，轧制到4.0mm，切边备用；
4、按照表6中皮材各原材料加入熔铝炉中，同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为730℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次，同时采用铝锶合金进行变质处理；
5、先对芯材表面进行预处理，然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端，芯材速度是480mm/min，皮材铸轧速度480mm/min，铸轧温度控制在660℃，铸轧区为47mm，采用铸轧复合法，边铸轧边复合的方法，在芯材上面直接复合皮材；
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火，退火温度530℃，退火时间为6h。
7、对上述复合卷进行轧制，轧制纸使用厚度0.05mm。
8、成品退火，退火温度为270℃，退火时间为18h，得到复合铝箔的使用状态。
将制得的铝合金复合箔进行测试，钎焊后的力学性能为：抗拉强度130MPa，屈服强度92MPa，延伸率4.5％，抗下垂值15mm，在酸性盐雾条件下保持360h，不穿孔。
实施例7
1、按照表7将芯材原材料加入熔铝炉中，熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为745℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次；
2、采用铸轧速度控制在750mm/min，铸轧温度控制在670℃，铸轧板厚度为7.6mm；
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制，轧制到4.0mm，切边备用；
4、按照表7中皮材各原材料加入熔铝炉中，同时用精炼剂对铝熔体进行精炼，每小时精炼一次，待溶体温度为725℃时，将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中，半小时精炼一次，同时采用铝锶合金进行变质处理；
5、先对芯材表面进行预处理，然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端，芯材速度是480mm/min，皮材铸轧速度480mm/min，铸轧温度控制在660℃，铸轧区为47mm，采用铸轧复合法，边铸轧边复合的方法，在芯材上面直接复合皮材；
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火，退火温度530℃，退火时间为6h。
7、对上述复合卷进行轧制，轧制纸使用厚度0.05mm。
8、成品退火，退火温度为270℃，退火时间为18h，得到复合铝箔的使用状态。
表7芯材和皮材的成分
将制得的铝合金复合箔进行测试，钎焊后的力学性能为：抗拉强度145MPa，屈服强度115MPa，延伸率3.0％，抗下垂值12mm，在酸性盐雾条件下保持365h，不穿孔。
对比例：
按照专利201310128442.X中实施例1，对4343皮材铝合金带卷和3003芯材铝合金带卷分别进行冷轧，得到0.4mm厚的4343皮材铝合金冷轧带，3.6mm厚的3003芯材铝合金冷轧带，对冷轧后的皮材铝合金和芯材铝合金扎带于300℃退火6h；
将退火后的4343皮材铝合金和3003芯材铝合金轧带的表面清洗去油，用沙带或钢丝刷清理干净，将清洗后的皮材铝合金和芯材铝合金轧带于20℃，将芯材铝合金加热到160℃，进行轧制复合，控制压下量为54.5％，得到2.0mm厚的铝合金复合带；
对铝合金复合带于300℃退火处理6h，控制冷轧总压下率为95％，冷轧3道次到0.10mm厚，冷轧后于300℃中间退火处理6h，进行再次冷轧，控制压下率为40％，精整后得到0.06mm厚的成品铝合金复合箔。
成品性能检测：在610℃钎焊温度环境中保持3分钟，抗下垂性35mm；抗拉强度215MPa，屈服强度125MPa，延伸率1.2％，在酸性盐雾条件下保持300h，穿孔。
将实施例6、7所制得的样品与对比例所制得的样品相比，本发明生产的铝合金复合箔焊接后的力学性能更加优异，抗下垂性好，解决了复合板带材在钎焊过程中，芯材的支撑强度降低，造成热交换器整体塌陷或者产生虚焊、脱焊的问题。同时在酸性盐雾条件下保持360h-480h，用氯化钠和水混合，氯化钠浓度5％，用冰乙酸调节PH值，使PH3.0～3.2，不穿孔，说明该产品耐腐蚀性强，在恶劣情况下，使用寿命长。
Claims (9)
1.一种复合铝箔的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(a)所述复合铝箔包括皮材和芯材，所述皮材包含以下质量分数的物质：8.5～9.0％Si，0.3～0.5％Fe，1.2～1.5％Zn，0.05～0.08％Sr，其余为Al和不可避免的杂质，所述芯材包含以下质量分数的物质：0.5～0.8％Si，0.8～1.2％Fe，2.5～2.8％Mn，0.5～0.7％Zn，0.05～0.1％Ti，其余为Al和不可避免的杂质；按质量配比将芯材各原材料加入740～760℃熔炼炉中，进行熔炼芯材；
(b)铸轧芯材，铸轧温度控制在670～680℃，铸轧芯材厚度为7～8mm；
(c)冷轧芯材，把芯材轧制到3.0～4.0mm，切边备用；
(d)熔炼皮材，按质量配比将皮材各原材料加入熔炼炉中，在710～740℃进行熔炼；
(e)铸轧复合，对芯材表面进行预处理，芯材穿过铸轧机铸嘴上端，芯材速度是400～500mm/min，皮材铸轧速度400～500mm/min，铸轧温度控制在650～660℃，铸轧区为40～50mm，得到复合铝卷；
(f)将复合铝卷放在料架上一次退火；
(g)冷轧，对上述复合铝卷进行轧制，轧制至使用厚度；
(h)成品二次退火，得到复合铝箔。
2.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法，其特征在于：所述皮材厚度为复合铝箔厚度的10～15％。
3.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法，其特征在于：所述皮材中Si的质量分数为8.7～8.8％。
4.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法，其特征在于：所述皮材中Zn的质量分数为1.3～1.4％。
5.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法，其特征在于：所述芯材中Fe的质量分数为2.6～2.7％。
6.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中铸轧速度为700～800mm/min。
7.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤(f)一次退火为均匀化退火，退火温度520～530℃，退火时间为6～8h。
8.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤(g)中的使用厚度为0.05～0.2mm。
9.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤(h)中二次退火的退火温度为250-280℃，退火时间为15～20h。
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