CN101078069A - 热交换器用铜基合金 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器用铜基合金合金，其特征是，所说合金含有(重量％)：Fe 0.08～0.15，Zr 0.05～0.15，Ce 0.20～0.50，Cu余量。本发明合金具有软化温度高(513～631℃)，热导率高(313～356 w/m.k)，抗拉强度中等(бb：320～620MPa)，伸长率适中(δ20：2％～8％)，硬度中等(Hv：70～95)。本发明可用于250℃～500℃条件下使用的热交换器。

Description

热交换器用铜基合金
技术领域：本发明涉及铜基合金，特别涉及中等强度、高导热用铜基合金，用于250～800℃环境条件下使用的热传导元、器件的制作。
技术背景：在高温下使用的热交换器大多用T2纯铜制作，由于铜的软化温度仅230℃，在钎焊和高温导热过程中出现材料晶粒长大和晶界熔化，纯铜中残留氧的存在，在氢气保护钎焊过程中出现氢病。近年来改用磷脱氧铜TP2替代T2纯铜，但磷脱氧铜仅解决了氢病问题，对热强度的提高作用甚微，残留磷还会对铜的导电率和热导率产生敏感影响，随着磷含量的增加，铜的导电率和热导率急剧下降，热交换效率受到严重影响。
发明内容：本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种加工性能和热导性与T2铜接近，但热强度高的铜基合金材料，以提高热交换器的使用效率和延长寿命。
本发明的技术方案是，在铜基体中添加少量对铜加工性能和热导性能影响极小的金属元素Fe、Zr、Ce，达到净化铜、改善铜合金组织结构，即可达到本发明的目的。
本发明热交换器用铜基合金的特征是：所说的合金的成分以重量％计为：Fe0.08～0.15，Zr 0.05～0.15，Ce 0.20～0.50，Cu余量。
本发明属中等强度高导热合金。在高温下，铜对铁和锆的溶解度较大，而在室温，铁和锆在铜中的溶解度极小，铜熔体中加入铁和锆，让其均匀溶解于铜液中，用急冷法快速凝固于铜基体中，富铁区体心立方结构的铁可有效阻止面心立方铜的原子移动，达到强化目的。固溶于铜中的锆粒子通过400℃～600℃时效处理，与铜生成Cu3Zr金属间化合物，呈纳米级沉淀析出相弥散分布于铜基体中，达到提高铜再结晶温度和热强度的目的。稀土元素Ce可与铜中残留的有害杂质O、S、H、Pb、Bi等生成高熔点化合物，弥散分布于铜基体中，可急剧细化晶粒，有效消除技状晶区，提高铜的强度、导热性、耐蚀性和可焊接性能，达到改善铜的热加工性能和减少表面裂纹及缺陷的目的。
在本发明中，当合金添加元素含量小于下限时，合金性能提高不大；而合金中加入元素含量高于上限时，合金力学性能虽然显著提高，但热导率急剧下降，不适宜做热交换器材料。
同现有技术相比，本发明有如下优点或积极效果：
1、本发明铜基合金的软化温度比现有技术显著地高；
2、本发明铜基合金的抗拉强度和硬度比现有技术显著地高；
3、本发明铜基合金的抗腐蚀性能优于现有技术。
具体实施方式：
按表1所示成份，按照现有技术将铜于中频炉中熔化，加入Fe、Zr精炼搅拌均匀，调至浇铸温度，加入稀土元素搅匀，铸成锭坯急冷，按铜加工工艺进行常规加工，于900℃固液，500℃/1h时效处理，制成试样，测量材料软化温度，导热系数、抗拉强度、硬度，并与现用国家标准牌号产品T2和TP2标准材料相比较，其结果列于表2。
测试结果表明，本发明铜基合金与TP2相比较，主要性能指标均优于T2和TP2铜材，完全达到热交换器生产和使用要求。
本发明实施例3在成都热交换器生产企业试制10台家用燃气热水器用的热交换器，试验结果表明，其工艺性能与T2和TP2相近，机械性能复测结果与表2相应指标基本吻合。
表1
  测试编号   合金成分(重量％)
  Fe   Zr   Ce   P   Cu
  实施例1   0.08   0.08   0.40   -   余量
  实施例2   0.10   0.08   0.40   -   余量
  实施例3   0.15   0.08   0.40   -   余量
  实施例4   0.09   0.05   0.40   -   余量
  实施例5   0.09   0.10   0.40   -   余量
  实施例6   0.09   0.15   0.40   -   余量
  实施例7   0.09   0.11   0.20   -   余量
  实施例8   0.09   0.10   0.35   -   余量
  实施例9   0.09   0.10   0.50   -   余量
  对比例1(T2)   -   -   -   -   ≥99.9
  对比例2(TP2)   -   -   -   0.03   ≥99.9
表2
  试样编号   性能(力学性能测试样品为M态，经500℃/2h时效)
  软化温度℃   导热系数w/m.k   抗拉强度σbMPa   伸长率δ20％   硬度Hv
  实施例1   521   365   350   5.5   75
  实施例2   558   348   375   4   78.5
  实施例3   614   313   565   2.5   87
  实施例4   513   352   390   5   80
  实施例5   575   349   415   4.5   85
  实施例6   631   324   490   2.5   89
  实施例7   536   330   385   4   85
  实施例8   548   339   393   3   86.5
  实施例9   572   346   413   3   90
  对比例1(T2)   256   368   222   30   53.5
  对比例2(TP2)   283   316   131   26   60

Claims (1)

1、一种热交换器用铜基合金，其特征是：所说的合金的成分以重量％计为：Fe 0.08～0.15，Zr 0.05～0.15，Ce 0.20～0.50，Cu余量。
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