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CN112195375B - 一种自钎焊铝合金箔材及其制造方法 - Google Patents

一种自钎焊铝合金箔材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自钎焊铝合金箔材，由以下质量百分比组分组成：Fe：0.2～0.4％、Si：2.1～2.3％、Mn：1.25～1.45％、Zn：1.4～1.6％、Cu：0.3～0.4％、Ti：0.01～0.02％、RE：0.03～0.07％、Zr：0.03～0.07％，其余为Al，所述自钎焊铝合金箔材的厚度0.05～0.10mm。本发明还公开了一种自钎焊铝合金箔材的制备方法。本发明的自钎焊铝合金箔材为单层箔材并可实现自钎焊，钎焊后抗拉强度和屈服强度高，抗下垂性能好。

Description

一种自钎焊铝合金箔材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金箔材及其制造方法，特别是涉及一种自钎焊铝合金箔材及其制造方法。
背景技术
近年来，随着世界性能源危机的不断加剧，汽车工业始终注重于开发轻量化材料。散热器作为汽车中的一个重要部件，开始逐步铝制化，以达到减轻汽车自重和降低成本的双重目的。散热器中的翅片普遍采用复合钎焊铝箔制备，目前世界各国生产的铝合金复合箔材大多是在Al-Mn系合金(芯材)上双面包覆Al-Si系合金(皮材)。钎焊时，铝合金复合箔材被加热到600℃左右，熔点较低的皮材Al-Si合金发生熔化，在表面张力、重力和其它效应的作用下通过毛细管运动流到结合的缝隙处，浸润、扩展。降温后钎料凝固，最终形成钎焊接头。当前三层铝合金复合钎焊带最广泛采用的方法是热轧复合。
为了保证热交换器在钎焊环境中的加工性能以及使用寿命，翅片用钎焊铝箔必须具有良好的力学性能、可成形性、钎焊性能和抗下垂性。但是复合钎焊铝箔是由两-三种不同铝合金材进行复合轧制而制备的，性能往往较差且不稳定。此外，在现代汽车工业进一步轻量化、低成本化的要求下，国际顶级汽车热交换系统生产公司持续要求铝板带箔材极限厚度不断减薄，翅片材极限厚度逐渐减薄至0.05mm，这给复合铝材的轧制带来巨大挑战，因而导致复合钎焊铝箔材工艺生产成本较高。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自钎焊铝合金箔材，在满足钎焊要求下具备高抗下垂性能及较好的高温强度性能。本发明的另一个目的是提供一种自钎焊铝合金箔材的制造方法。
本发明的技术方案是这样的：一种自钎焊铝合金箔材，由以下质量百分比组分组成：Fe：0.2～0.4％、Si：2.1～2.3％、Mn：1.25～1.45％、Zn：1.4～1.6％、Cu：0.3～0.4％、Ti：0.01～0.02％、RE：0.03～0.07％、Zr：0.03～0.07％，其余为Al，所述自钎焊铝合金箔材的厚度0.05～0.10mm。
进一步地，所述自钎焊铝合金箔材钎焊后抗拉强度≥145MPa，钎焊后屈服强度≥60MPa，钎焊后延伸率≥5％。
一种自钎焊铝合金箔材的制造方法，包括以下步骤：(1)熔炼与精炼，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内熔炼，为控制铝液内在质量，RE、Zr添加剂在熔炼炉炉料完全融化并扒清铝液表面浮渣后加入，并搅拌均匀，熔炼与精炼温度为730～760℃，在连续铸轧机上进行连续铸轧，控制铸轧得到的铝合金板的厚度为6.2～7.8mm；(2)对铸轧板进行粗轧，控制粗轧板材的厚度为1.0～2.5mm；(3)对粗轧板材进一步进行中轧，控制所述中轧板材的厚度为0.12～0.15mm；(4)对中轧板材进行中间退火；(5)对中间退火后的中轧板材进行精轧，得到成品厚度为0.05～0.10mm。
优选地，为控制铸轧板质量，防止出现粘辊、边部大裂口等缺陷，立板时前箱温度：740～760℃，铸轧区长度：44～50mm，冷却水压：≥0.3MPa，立板前用干燥耐火棉擦拭辊面形成炭灰薄层，防止粘辊。
优选地，所述连续铸轧时铸轧温度为675～685℃，铸轧速度为0.5～0.8m/min。
优选地，所述中间退火温度为220～320℃，保温时间为5～9小时。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案的有益效果是：
1)在铝合金中添加Si元素，可以形成低熔点共晶相，钎焊温度下材料自身部分熔化实现自钎焊。但是由于铝箔成品厚度较小，在钎焊时需要保证在相应的钎焊温度下铝箔本身熔化速度不可过快或者过慢，过快的熔化使得钎焊后形状尺寸无法保证，而过慢的熔化又影响钎焊质量，硅含量选择在2.1～2.3％。另外由于不涉及多种铝合金材及复合轧制过程，就不存在结合强度、界面润滑、包覆层不均等问题，易获得高质量的铝合金箔材和钎焊焊缝，进而提升翅片散热效果，延长寿命。
2)在合金中同时添加稀土和Zr元素，可以形成细小的Al3RE及Al3Zr相，钉扎晶界，阻碍再结晶，有利于形成长条状晶粒，从而减缓熔蚀现象的产生，保证铝合金箔材的高温强度。
3)采用单层自钎焊铝合金箔材及铸轧工艺生产，大大节约了生产成本，简化了生产流程，提高生产效率。
4)在合金中添加Zn元素，降低铝合金电位，使散热翅片材料腐蚀电位负于管材或管材芯部合金的腐蚀电位，这样使翅片和管子表面与管子芯材相比呈阳极，有效对管材实施阴极保护。
5)本发明通过对合金成分的优化调整，结合上述的制造方法，通过铸轧工序控制合金成分、组织，然后通过冷轧、中间退火工艺，其最终性能指标可达：铝箔成品抗拉强度220～260MPa，屈服强度≥200MPa，钎焊后抗拉强度≥145MPa，屈服强度≥60MPa，延伸率≥5％，抗下垂性高达45～50mm。
附图说明
图1是本发明实施例1自钎焊铝合金箔材钎焊前放大100倍的金相结构示意图；
图2是本发明实施例1自钎焊铝合金箔材钎焊前放大200倍的熔蚀状态图；
图3是本发明实施例1自钎焊铝合金箔材钎焊后放大100倍的金相结构示意图；
图4是本发明实施例1自钎焊铝合金箔材钎焊后放大200倍的熔蚀状态图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
一种自钎焊铝合金箔材，所述铝箔材的成分及其质量百分比为：Fe：0.25％；Si：2.1％；Mn：1.25％；Zn：1.5％；Cu：0.3％；Ti：0.01％；RE：0.05％；Zr：0.05％；其余为Al。制备过程包括如下步骤：
(1)熔炼与精炼，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内熔炼，在连续铸轧机上进行连续铸轧，铸轧温度为680℃，铸轧速度为0.55m/min。控制铸轧板的厚度为6.8mm。为控制铸轧板质量，防止出现粘辊、边部大裂口等缺陷，立板时前箱温度：750℃，铸轧区长度：47mm，冷却水压：0.3MPa，立板前用干燥耐火棉擦拭辊面形成炭灰薄层，防止粘辊。
(2)对铸轧板进行粗轧，控制粗轧板材的厚度为2.0mm。
(3)对粗轧板材进一步进行中轧，控制中轧板材的厚度为0.15mm。
(4)对中轧板材进行中间退火，温度为230℃，保温时间为9小时。
(5)对退火后的中轧板材进行精轧，产品铝箔的成品厚度为0.08mm。
产品钎焊前的显微组织和第二相分布如附图1和2所示，钎焊后的显微组织和熔蚀情况如附图3和4所示，可见钎焊后形成沿长度方向分布的粗大再结晶晶粒，熔蚀情况轻。铝箔成品抗拉强度225MPa，屈服强度210MPa，钎焊后抗拉强度150MPa，屈服强度62MPa，延伸率5.3％，抗下垂性高达47mm。
实施例2
一种自钎焊铝合金箔材，所述铝箔材的成分及其质量百分比为：Fe：0.23％；Si：2.2％；Mn：1.30％；Zn：1.4％；Cu：0.35％；Ti：0.015％；RE：0.03％；Zr：0.05％；其余为Al。制备过程包括如下步骤：
(1)熔炼与精炼，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内熔炼，在连续铸轧机上进行连续铸轧，铸轧温度为675℃，铸轧速度为0.62m/min。控制铸轧板的厚度为7.2mm。为控制铸轧板质量，防止出现粘辊、边部大裂口等缺陷，立板时前箱温度：755℃，铸轧区长度：48mm，冷却水压：0.4MPa，立板前用干燥耐火棉擦拭辊面形成炭灰薄层，防止粘辊。
(2)对铸轧板进行粗轧，控制粗轧板材的厚度为2.1mm。
(3)对粗轧板材进一步进行中轧，控制中轧板材的厚度为0.13mm。
(4)对中轧板材进行中间退火，温度为250℃，保温时间为8小时。
(5)对退火后的中轧板材进行精轧，产品铝箔的成品厚度为0.08mm。
铝箔成品抗拉强度235MPa，屈服强度217MPa，钎焊后抗拉强度152MPa，屈服强度64MPa，延伸率6.5％，抗下垂性高达46mm。
实施例3
一种自钎焊铝合金箔材，所述铝箔材的成分及其质量百分比为：Fe：0.33％；Si：2.3％；Mn：1.45％；Zn：1.6％；Cu：0.4％；Ti：0.02％；RE：0.06％；Zr：0.03％；其余为Al。制备过程包括如下步骤：
(1)熔炼与精炼，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内熔炼，在连续铸轧机上进行连续铸轧，铸轧温度为680℃，铸轧速度为0.77m/min。控制铸轧板的厚度为6.7mm。为控制铸轧板质量，防止出现粘辊、边部大裂口等缺陷，立板时前箱温度：758℃，铸轧区长度：49mm，冷却水压：0.5MPa，立板前用干燥耐火棉擦拭辊面形成炭灰薄层，防止粘辊。
(2)对铸轧板进行粗轧，控制粗轧板材的厚度为1.5mm。
(3)对粗轧板材进一步进行中轧，控制中轧板材的厚度为0.14mm。
(4)对中轧板材进行中间退火，温度为260℃，保温时间为7小时。
(5)对退火后的中轧板材进行精轧，产品铝箔的成品厚度为0.10mm。
铝箔成品抗拉强度240MPa，屈服强度220MPa，钎焊后抗拉强度160MPa，屈服强度68MPa，延伸率6.8％，抗下垂性高达49mm。
实施例4
一种自钎焊铝合金箔材，所述铝箔材的成分及其质量百分比为：Fe：0.34％；Si：2.15％；Mn：1.40％；Zn：1.4％；Cu：0.32％；Ti：0.018％；RE：0.05％；Zr：0.06％；其余为Al。如上述所述的自钎焊铝合金箔材及其制造方法，其特征在于采用铸轧料进行制备，制备过程包括如下步骤：
(1)熔炼与精炼，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内熔炼，在连续铸轧机上进行连续铸轧，铸轧温度为678℃，铸轧速度为0.67m/min。控制所述铸轧板的厚度为7.5mm。为控制铸轧板质量，防止出现粘辊、边部大裂口等缺陷，立板时前箱温度：745℃，铸轧区长度：50mm，冷却水压：0.3MPa，立板前用干燥耐火棉擦拭辊面形成炭灰薄层，防止粘辊。
(2)对铸轧板进行粗轧，控制粗轧板材的厚度为1.5mm。
(3)对粗轧板材进一步进行中轧，控制中轧板材的厚度为0.15mm。
(4)对中轧板材进行中间退火，温度为290℃，保温时间为5小时。
(5)对退火后的中轧板材进行精轧，产品铝箔的成品厚度为0.07mm。
铝箔成品抗拉强度228MPa，屈服强度210MPa，钎焊后抗拉强度151MPa，屈服强度63MPa，延伸率5.7％，抗下垂性高达45mm。
实施例5
一种自钎焊铝合金箔材，所述铝箔材的成分及其质量百分比为：Fe：0.40％；Si：2.25％；Mn：1.35％；Zn：1.5％；Cu：0.38％；Ti：0.016％；RE：0.03％；Zr：0.06％；其余为Al。如上述所述的自钎焊铝合金箔材及其制造方法，其特征在于采用铸轧料进行制备，制备过程包括如下步骤：
(1)熔炼与精炼，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内熔炼，在连续铸轧机上进行连续铸轧，铸轧温度为685℃，铸轧速度为0.78m/min。控制所述铸轧板的厚度为7.5mm。为控制铸轧板质量，防止出现粘辊、边部大裂口等缺陷，立板时前箱温度：760℃，铸轧区长度：46mm，冷却水压：0.4MPa，立板前用干燥耐火棉擦拭辊面形成炭灰薄层，防止粘辊。
(2)对铸轧板进行粗轧，控制粗轧板材的厚度为1.4mm。
(3)对粗轧板材进一步进行中轧，控制中轧板材的厚度为0.13mm。
(4)对中轧板材进行中间退火，温度为230℃，保温时间为8小时。
(5)对退火后的中轧板材进行精轧，产品铝箔的成品厚度为0.08mm。
铝箔成品抗拉强度255MPa，屈服强度215MPa，钎焊后抗拉强度158MPa，屈服强度67MPa，延伸率6.8％，抗下垂性高达47mm。

Claims (1)

1.一种自钎焊铝合金箔材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）熔炼与精炼，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内熔炼，所述各组分重量百分比为Fe：0.2～0.4%、Si：2.1～2.3%、Mn：1.25～1.45%、Zn：1.4～1.6%、Cu：0.3～0.4%、Ti：0.01～0.02%、RE：0.03～0.07%、Zr：0.03～0.07%，其余为Al，其中RE、Zr添加剂在熔炼炉炉料完全融化并扒清铝液表面浮渣后加入，并搅拌均匀，熔炼与精炼温度为730～760℃，在连续铸轧机上进行连续铸轧，在连续铸轧立板时前箱温度：740～760℃，铸轧区长度：44～50mm，冷却水压：≥0.3MPa，立板前用干燥耐火棉擦拭辊面形成炭灰薄层，所述连续铸轧时铸轧温度为675～685℃，铸轧速度为0.5～0.8m/min，控制铸轧得到的铝合金板的厚度为6.2～7.8mm；（2）对铸轧板进行粗轧，控制粗轧板材的厚度为1.0～2.5mm；（3）对粗轧板材进一步进行中轧，控制中轧板材的厚度为0.12～0.15mm；（4）对中轧板材进行中间退火，所述中间退火的温度为220～320℃，保温时间为5～9小时；（5）对中间退火后的中轧板材进行精轧，得到成品自钎焊铝合金箔材厚度为0.05～0.10mm，所述自钎焊铝合金箔材钎焊后抗拉强度≥145MPa，钎焊后屈服强度≥60MPa，钎焊后延伸率≥5%。
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