CN100554854C

CN100554854C - 用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管及其制造方法

Info

Publication number: CN100554854C
Application number: CNB2006100818839A
Authority: CN
Inventors: 兵库靖宪; 胜又真哉; 麻野雅三
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: US7588073B2; CN1865829A; US20060260724A1; EP1724372A1; JP2006322632A

Abstract

本发明公开了一种具有增大的保证强度和压力抵抗强度的基于铝合金挤压多通路扁平管。由挤压铝合金坯获得的基于铝合金挤压多通路扁平管，在钎焊处理之前以2%至15%的低应变进行低应变加工。在扁平管钎焊之后，它的结构会包括的表面层包含有等于5%或者大于5%的非再结晶晶粒并且内部层包含等于30%或者大于30%的再结晶晶粒。该应变例如可以表示为(1-H/H₀)*100%，其中H₀表示低应变加工处理之前扁平管的高度，而H表示低应变加工处理完成之后扁平管的高度。依靠流体通道的通路中表面层1a和表面层2a中所包含的非再结晶晶粒，可以增大保证强度。由于内部层1b中包含的再结晶晶粒限制了填充物侵蚀，可以防止由于填充物侵蚀而造成的强度降低。

Description

用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管，其中热交换器包括通过进行挤压操作而形成的扁平形的具有多个流体通道孔的通路的扁平管，并且可以通过钎焊操作而用散热片或集管连接这些扁平管而进行构造。本发明也涉及一种制造这种挤压多通路扁平管的方法。

背景技术

通常，用于热交换器的挤压多通路扁平管可以通过挤压铝合金坯并使它们形成扁平形从而获得，并且可以通过用散热片或集管用钎焊操作连接这些扁平管而构造热交换器。

近年来，由于对于将管或管路制造得更轻或者更薄或者在热交换器中可以采用新型冷却剂的需求不断增长，所以形成热交换器主要部件的挤压扁平管需要有更高的机械抵抗强度从而达到这种要求。然而可以理解，构造热交换器是在大约600℃的温度通过钎焊操作而用其它的散热片或集管将扁平管连接，因此，对于用于常规挤压扁平管的JIS 1XXX系列合金或者Al-Mn系列合金，在钎焊操作的过程中机械抵抗强度会变差，挤压扁平管实际上是在它们机械抵抗强度最差的情况下使用。因此，近几年来，对于使用比其它时效硬化合金具有相对较好可挤压性的JIS 6XXX系列合金进行了研究，以给挤压扁平管提供更高的机械抵抗强度(见现在公开的公开审查的日本专利申请H5(1993)-171328)。

然而应当注意，这些合金包含Mg，相比较其它的常规合金会降低可挤压性。因此实际上不可能或者难以将它们挤压成为所需的扁平管。另外，Mg会与通常用于钎焊操作的Nocolok焊剂发生反应，这会显著地降低可钎焊性。

发明内容

考虑到上面“背景技术”中叙述的情况作出本发明。因此，本发明的一个目的是提供用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管，它可以理想地保持高保证强度而在相应的操作过程中没有降低可挤压性或可钎焊性的危险。本发明的另一目的是提供了一种制造热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管的方法。

为了解决上述问题，本发明的第一方面是提供用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管，其中即使是在该管钎焊之后，该管也包括包含用面积比率表示等于5％或者大于5％的非再结晶晶粒的表面层，以及包含再结晶晶粒的内部层。

本发明的第二方面是提供根据本发明第一方面的用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管，其中挤压多通路扁平管厚度为1/2厚度(位于表面和内孔表面之间的中间点)的区域包含用面积比率表示为30％至100％的再结晶晶粒。

特别地，根据本发明各方面的基于铝合金的挤压多通路扁平管在钎焊之后包含有非再结晶晶粒。因此，它可以提供高的保证强度，并且显示出极好的压力抵抗强度。用于热交换器的挤压扁平管通常是具有许多孔的多通路管，例如冷却剂等流体可以通过它流动。对于这些多通路管进行的压力抵抗测试表明，内部分隔壁在开始将被损坏和破坏。对于根据本发明的挤压扁平管，可以获得增强的压力抵抗强度，因为如上所述可以增加保证强度。

通常，包含非再结晶晶粒的挤压扁平管的部分会受到钎焊操作过程中发生的填充物侵蚀的影响，并且该部分的厚度会由于填充物侵蚀而减小。这样会降低机械抵抗强度。相反地，对于根据本发明的挤压扁平管，可以防止会在钎焊操作过程中发生的填充物侵蚀，因为该管包含再结晶晶粒。特别地，由于扁平管内部层包含的再结晶晶粒可以防止填充物侵蚀，因此在该管内部层上的钎焊操作不会失败。根据本发明的第一方面，特别的是扁平管内部层包含的非再结晶晶粒的用面积比率表示的比率理想地等于5％或者大于5％。当非再结晶晶粒增长的时候，保证强度也会随着增长。因此，理想的非再结晶晶粒的比率应当等于50％或大于50％。然而应当注意，当非再结晶晶粒的比率增长的时候，再结晶晶粒的比率必然将会随之降低。这对于钎焊过程中破坏抗填充物侵蚀的会有影响。非再结晶晶粒的较佳比率应当等于95％或小于95％，更佳的比率应当等于90％或小于90％。较佳的，当从表面测量的时候，表面层的厚度应当为5μm至150μm。

另外，留在表面层内的内部层那侧上的再结晶晶粒可以防止钎焊过程中发生填充物侵蚀。可以依靠1/2厚度(位于表面和内孔表面之间的中间点)的区域中再结晶晶粒的比率(面积比率)确定表面层内再结晶晶粒的存在，并且位置可以为内部层的一部分。中间点通常位于100μm至250μm的深度。如果如下所述的再结晶晶粒的特定比率位于这个深度，再结晶晶粒也可以分布在更靠近表面层的层中。因此，可以防止填充物侵蚀。特别地，如果位于中间点中的再结晶晶粒的比率小于30％，就不能防止填充物侵蚀。这表示再结晶晶粒的较佳比率应当等于30％或大于30％。更佳的比率应当等于40％或者大于40％，从而确保将会防止填充物侵蚀。

在钎焊之后在扁平管中包含的具有亚晶粒晶界的非再结晶晶粒，理想的平均晶粒大小应当如上所述在0.1μm和20μm之间。原因是如果平均晶粒大小小于0.1μm，会显著增加填充物侵蚀，而如果大于20μm，就不能获得足够的保证强度。

同样的，再结晶晶粒理想的平均晶粒大小应当如上所述的等于50μm或者大于50μm。如果小于50μm，不能充分地防止填充物侵蚀。原因是再结晶晶粒应当相当的粗糙，因为填充物侵蚀是从结晶晶粒的晶界开始的。

根据本发明，非再结晶晶粒可以被限定为“对于各相邻晶粒，各结晶取向的差别等于20度或者小于20度并且各平均晶粒大小等于20μm或者小于20μm的结晶晶粒”。同样地，再结晶晶粒可以限定为“对于各相邻晶粒，各结晶取向的差别大于20度并且各平均晶粒大小大于20μm的结晶晶粒”。具体说，再结晶晶粒的平均晶粒直径可以等于50μm或大于50μm，而非再结晶晶粒的平均晶粒直径可以为0.1μm至20μm。

制造根据本发明的用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管的方法包括的步骤为，进行挤压操作以获得基于铝合金扁平管，并且在进行钎焊操作之前以2％至15％的低应变在由此挤压出的基于铝合金扁平管上进行低应变加工。

根据本发明的制造方法，可以在挤压扁平管上进行低应变加工的操作，从而使得在进行钎焊操作之后，在管中仍然可以保留一些非再结晶晶粒。通过这样做，可以改善保证强度。特别地，为了实现在钎焊操作之后仍然可以保留非再结晶晶粒，在其挤压之后可以对该管使用足够低的应变(2％至15％的应变)，随后该管可以进行钎焊处理。为了使得在低应变加工处理的过程中，甚至直到钎焊完成的时候，在该管中仍然保留着非再结晶晶粒，可以使用足够的应变。当该管还包含有足够量再结晶晶粒的时候，在钎焊的过程中可以增加抗填充物侵蚀。较佳地，应变应当具有4％的下限或者10％的上限。原因是如果应变小于下限或者大约上限，在钎焊完成之后不能保留足够量的非再结晶晶粒，这会降低该管的保证强度。

可以以多种方法进行低应变加工，例如轧辊的轧制或者拉伸加工、弯曲加工、压力压缩加工以及类似的加工。应当注意，本发明并不限于上述的方法。

对于加工中扁平管的高度要被减小的情况，上述的应变可以表示为(1-H/Ho)*100％，其中H_o表示低应变加工处理之前扁平管的高度，而H表示低应变加工处理完成之后扁平管的高度(见图2(a))。

当通过观测该管的截面测量应变的时候，它可以表示为(1-T_o/T)*100％，其中T_o表示低应变加工处理之前扁平管内部分隔壁的厚度，而T表示低应变加工处理完成之后它的厚度(见图2(b))。

对于加工中依靠拉伸实现应变的情况，上述的应变可以表示为(1-L_o/L)*100％，其中L_o表示低应变加工处理之前扁平管的长度，而L表示低应变加工处理完成之后它的长度(见图2(c))。在这种情况下，应变可以表示为(1-W_o/W)*100％，其中W_o表示低应变加工处理之前扁平管的宽度，而W表示低应变加工处理完成之后它的宽度。

从前面的叙述应当注意的是，根据本发明的用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管的优点在于，它在钎焊操作之前在表面层中包含了等于或多于5％的非再结晶晶粒，使得该管可以提供增强的压力抵抗能力，可以抵抗从流体通道孔中通过的冷却剂的高压。

从前面的叙述还应当注意的是，根据本发明的制造用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管的方法的优点在于，它可以对于此前挤压处理而获得的基于铝合金挤压多通路扁平管在接下来的钎焊处理之前以2％至15％的应变进行低应变加工处理，因此确保该管在钎焊操作的处理之后可以具有包含非再结晶晶粒的结构结构。

附图说明

图1的透视图示出了根据本发明一个实施例的挤压扁平管；

图2解释了根据本发明的实施例如何确定挤压扁平管的应变因数或比率；

图3的示意图示出了根据图1实施例的挤压扁平管的内部结构；

图4示出了根据图1的实施例挤压扁平管是如何与集管相连接；

图5的透视图示出了根据图1实施例的可以用于估算填充物侵蚀的装配组件；以及

图6示出了根据图1的实施例可以如何估算填充物侵蚀。

具体实施方式

下面将参考附图叙述本发明的一个较佳实施例。

可以使用任何通常的方法将具有特定成分的铝合金坯液化。应当注意本发明并不限于下面将要出现的具有特定成分的特定铝合金。可以选择适当的任何的成分，例如JIS A3003、1050、1100合金或类似物。

铝合金坯可以使用任何常用方法热挤压成为具有理想形状的挤压扁平管。热挤压操作较佳地可以在400℃和550℃之间的坯料温度和以10m/分钟到150m/分钟的挤压速度进行。

如图1所示，由此获得的挤压扁平管1具有成平行行布置的流体通道2的通路，并且具有总体扁平的形状。应当注意流体通道2的这些多通路可以具有圆形或正方形的形状，但是圆形形状为较佳，因为它更易于控制内表面层的结构。

随后，在挤压扁平管的应变为2％至15％时可以产生低应变工序。例如，可以靠轧辊轧制的方法进行低应变加工操作。如图2(a)所示，例如，产生低应变加工操作的应变可以表示如下：

应变率(％)＝(1-H/H₀)*100

其中H₀表示在钎焊操作之前管的高度，而H表示在钎焊操作完成之后管的高度。

几个挤压扁平管1可以平行地布置，并且可以用散热片3、集管4和其它装置连接。随后，会进行钎焊操作，在该过程中所获得的组件被加热。钎焊操作应当发生的状况是任意的。例如，钎焊操作可以在590℃和610℃之间的温度进行，并且通常保持1到10分钟。当钎焊操作过程中如图3所示用相应的集管4连接挤压扁平管1端部的时候，挤压扁平管1可以包括表面层1a和内部流体通道孔表面层2a，上述两表面层主要包含非再结晶晶粒，并且也可以包括主要包含再结晶晶粒的内部层以及位于相邻的内部流体通道孔表面层2a、2a之间的内部分隔区域1b，。

在钎焊操作进行的同时，如图4所示，出现的情况是液化填充物5会与挤压扁平管1的表面相接触，或者会绕着流体通道2的通路流动，但是可以靠包含在管内侧中的再结晶晶粒避免这种填充物的侵蚀。

在完成了钎焊操作的加热之后，表面层1和内部流体通道孔表面层2a主要包含非再结晶晶粒，而在同时，内部层特别是内部分隔区域1b主要包含再结晶晶粒。对于由此获得的最终的挤压扁平管，如上所述的非再结晶晶粒可以提供高的保证强度，因此可以获得极好的压力抵抗强度。

目前为止叙述了本发明的特别实施例，但是应当理解本发明并不限于该实施例，它可以以多种方式修改而并不背离本发明的精神和范围。

本发明公开所涉及的主题包含在2005年5月17日提交的在先日本专利申请No.2005-144345中，其内容在本文中特意结合整体作为参考。

(示例)

现在叙述本发明实施例的一个典型示例。在这个示例中，示出了几个本发明试样从而与其它的非本发明试样比较。

将JIS A3003合金液化并铸造成为直径为20cm的坯料。随后，使得坯料在普通状况下均匀，随后挤压。挤压的结果是宽度为20mm、高度为2mm并且最薄部分为0.3mm的挤压扁平管，并且具有十个流体通道的圆形通路用于，例如冷却剂从其中通过。

随后，挤压的扁平管在上下轧辊中轧过，其中挤压的扁平管进行低应变加工。之后进行钎焊操作，在这个过程中该管在600℃下持续加热三分钟，在室温下对该管进行拉伸试验。例如，通过对该管应用低应变拉伸而获得本发明的试样No.8。表1示出了对各个本发明试样和非本发明试样应用的应变和机械属性。

使用EBSP(电子反向散射衍射图案Elecron Back-Scatterdiffraction Pattern)设备观测表面层和位于挤压扁平管表面和孔之间的中间点的结构。产生结构的观测结果从而确定结晶晶粒的取向、结晶晶粒的直径、以及占有率(面积比率)。从表面直到中间点的区域都被磨光之后，观测扁平平面表面的表面层，并观测表面和孔之间的中间点。该中间点对应于最薄区域的中间点(图1)。

1.确定结晶晶粒的取向

<测量装置>EBSP

<测量范围>一个400μm×400μm的观测区

<取向边界>20度(相对于挤压方向)

2.确定结晶晶粒的直径

<测量装置>EBSP

<测量范围>一个400μm×400μm的观测区

<测量方法>为了观测各个结晶晶粒，靠平行于挤压方向的线段确定最大的结晶晶粒。

3.确定结晶晶粒的取向

<测量装置>EBSP

<测量范围>一个400μm×400μm的视场

<测量方法>为了观测所有非再结晶晶粒(或者再结晶晶粒)，确定上述测量范围内的占有率。

为了测试各个试样，要检查填充物的侵蚀。为了这个目的，如图5所示，0.1mm厚度的包覆散热片材料3与挤压的扁平管1，1装配在一起，包覆散热片材料包括芯部材料(JIS A3003)，在其两侧以10％的包覆率使用了钎焊材料(JIS A4045)。随后，该组件在600℃钎焊三分钟。在钎焊操作之后，观测散热片3和挤压扁平管1，1之间连接处的截面，以确定影响挤压扁平管1，1的填充物侵蚀的深度(图6)。在图6中，数字标记6表示圆角，而数字标记7表示填充物侵蚀影响的区域。所产生的填充物侵蚀的等级从管的表面开始深度等于最薄区域1/3或者小于1/3的表示为○，所产生的填充物侵蚀的等级从管的表面开始深度大于最薄区域1/3的表示为△。

上述观测的结果，各相邻结晶晶粒取向差别等于20％或者小于20度并且各结晶晶粒直径等于20μm或者小于20μm的结晶晶粒可以限定为非再结晶晶粒，而各相邻结晶晶粒取向差别大于20度并且各结晶晶粒直径等于20μm或者大于20μm的结晶晶粒可以限定为再结晶晶粒。在表1中示出了观测的结果。

如表1所示，各本发明试样No.1至8的表面包含等于5％或者大于5％的非再结晶晶粒，这明显表明它具有高的保证强度。各个本发明试样Nos.1至7内部包含大于30％的再结晶晶粒，这表明相对于包含小于30％再结晶晶粒的本发明试样No.8，它具有良好的填充物侵蚀抵抗能力。

(表1)

结晶晶粒(结构)(％)＝面积比率

非：非再结晶晶粒

再：再结晶晶粒

Claims

1.一种用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管，其中在对该挤压多通路扁平管完成钎焊操作之后，该挤压多通路扁平管包括的表面层包含用面积比率表示等于5％或者大于5％的非再结晶晶粒，而内部层包含再结晶晶粒。

2.如权利要求1所限定的用于热交换器的基于铝合金的挤压多通路扁平管，其特征在于，在多通路扁平管的厚度为一半(1/2)的区域，即位于该多通路扁平管的表面和内孔表面之间的中间点的区域，包含用面积比率表示为30％至100％的再结晶晶粒。