CN101308001A

CN101308001A - 热交换器用高性能铝合金复合箔及其制造方法

Info

Publication number: CN101308001A
Application number: CNA2008101239705A
Authority: CN
Inventors: 潘琰峰; 郭富安; 纪艳丽; 刘国金
Original assignee: Suzhou Nonferrous Metal Research Institute Co Ltd
Current assignee: Suzhou Nonferrous Metal Research Institute Co Ltd
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2008-11-19

Abstract

本发明提供热交换器用高性能铝合金复合箔及其制造方法，芯层Al－Mn合金两面包覆有Al－Si合金，或芯层Al－Mn合金的一面包覆Al－Si合金。其工艺：先分别熔铸出Al－Si合金和Al－Mn合金铸锭，Al－Si合金锭经均匀化处理后热轧，Al－Mn合金锭均匀化处理后铣面，再将Al－Si合金热轧板和Al－Mn合金锭经表面处理后配对进行焊接；将获得的包覆板坯在460～520℃温度范围内加热4～9h进行热轧复合，终轧温度控制在270～320℃；热轧复合板再分别经300～430℃中间退火1～3h后进行冷粗轧和冷精轧，变形量30～70％，经成品退火得到O处理态和H24处理态的使用状态产品。该铝合金复合箔具有优良的抗拉强度、屈服强度、延伸率和抗下垂性等特性，是生产热交换器部件的理想材料。

Description

热交换器用高性能铝合金复合箔及其制造方法

技术领域

本发明涉及铝合金，具体涉及一种热交换器用高性能铝合金复合箔及其制造方法，属于有色金属技术领域。

背景技术

铝及其铝合金由于具有密度小、耐腐蚀、弹性好、比强度和比刚度高、抗冲击性能好、易表面着色、良好的加工成形性、以及易再回收等一系列优良特性，成为汽车轻量化最理想的材料。汽车热交换系统(水箱散热器、蒸发器、冷凝器、中冷器、暖风器、机冷器)轻量化是汽车轻量化的一个重要领域。铝制散热器的重量比传统的铜合金散热器轻37～45％，热交换率高12％，并且强度、耐腐蚀、钎焊等性能均能满足使用要求，而且成本大大降低，已经取代铜合金而成为轿车散热器的主要材料。自20世纪70年代以来，欧洲中高档轿车热交换系统的重量减少已超过50％，接近5～7kg，整车重量减少超过1％，燃油节省达0.1L/100km，节能效果明显。

汽车热交换器使用过程中要经受非常苛刻的道路环境影响、反复的热循环和使用周期中产生的振动，因此要求铝合金复合箔材料具有良好的强度、钎焊性、散热性、耐蚀性，以及良好的抗下垂性能和优异的加工性能。

目前国内企业所生产的铝合金复合箔产品品种较少，无论是产量，还是质量，与国外相比有较大差距，在强度、耐蚀性、抗下垂性能等方面，还不能很好的满足使用要求。随着汽车使用性能要求的提高，以及卡车等重型车辆热交换器的铝化率提高，对所用材料提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种热交换器用高性能铝合金复合箔材料及其生产工艺，旨在有效解决现有铝合金复合箔材料强度较低、性能不稳定等综合性能不能很好满足使用要求等问题，尤其克服抗拉强度、抗下垂性偏低的缺陷。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

热交换器用高性能铝合金复合箔，包括芯层和面层，特点是：所述的芯层为Al-Mn合金，在Al-Mn合金的一面包覆Al-Si合金，或在Al-Mn合金的两面都包覆Al-Si合金。

进一步地，上述的热交换器用高性能铝合金复合箔，所述Al-Mn合金的成分质量百分含量如下——

Fe ≤0.7wt％，

Si ≤0.5wt％，

Mn 1.0～1.6wt％，

Cu 0.1～0.3wt％，

Mg 0.3～0.7wt％，

Zn 0.05～0.3wt％，

Cr 0.05～0.15wt％，

该Al-Mn合金的其余组分为Al和不可避免的杂质。

更进一步地，上述的热交换器用高性能铝合金复合箔，所述Al-Mn合金还含有Zr、Ti元素中的至少一种，且总含量小于0.1wt％。

更进一步地，上述的热交换器用高性能铝合金复合箔，所述的Al-Si合金选用4004合金。

更进一步地，上述的热交换器用高性能铝合金复合箔，所述铝合金复合箔材在O状态下的抗拉强度为120～170Mpa，屈服强度为35～70MPa，延伸率为15～22％；在H24状态下的抗拉强度为160～205MPa，屈服强度为130～165MPa，延伸率为6～10％；在605℃左右的模拟钎焊温度中保温10min后，下垂值小于5mm。

再进一步地，热交换器用高性能铝合金复合箔的制造方法，其特征在于：包括以下步骤——

①首先分别熔铸出Al-Si合金和Al-Mn合金锭，在制造过程中控制Al-Mn合金成分含量Si≤0.5wt％，Fe≤0.7wt％，Cu 0.1～0.3wt％，Mn 1.0～1.6wt％，Mg 0.3～0.7wt％，Zn 0.05～0.3wt％，Cr 0.05～0.15wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质；

②将熔铸得到的Al-Si合金铸坯进行均匀化处理，均匀化处理后热轧；将Al-Mn合金锭进行均匀化处理，均匀化处理后铣面；继而将获得的Al-Si合金热轧板和Al-Mn合金锭进行表面处理后配对焊接；

③将获得的包覆板坯在460～520℃温度范围内加热4～9h进行热轧复合，加工过程中控制道次变形量和轧制速度，终轧温度控制在270～320℃范围内，其总压下量80％以上；

④将热轧复合带材进行300～430℃的中间退火1～3h，退火后进行冷粗轧，在制造过程中控制道次变形量以及板型平整度，其总压下量70％以上；

⑤将冷粗轧带材进行300～430℃的中间退火1～3h，退火后进行冷精轧，在制造过程中控制道次变形量和总的加工率以及板型平整度，其总压下量为30～70％，获得0.1～0.4mm厚的箔材；

⑥将冷精轧复合带材进行370～430℃的成品退火后获得O态箔材，将冷精轧复合带材进行250～290℃的成品退火后获得H24态箔材。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明通过优化合金组分含量，以合适的铸坯熔炼和冷却条件、铸坯的轧制加工条件和热处理条件等工艺手段进行生产制造，获得的铝合金复合箔材具有优良的抗拉强度、屈服强度、延伸率和抗下垂性能等特性，均能较好地满足热交换器对材料性能的诸多要求。该高性能铝合金复合箔还具有优良的热加工性，非常利于生产制造，是生产热交换器部件的最佳理想材料。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：单面包覆的铝合金复合箔材的金相照片；

图2：双面包覆的铝合金复合箔材的金相照片。

具体实施方式

为满足热交换器部件用材料所要求的种种特性，本发明提供一种热交换器用高性能铝合金复合箔，选择优化的合金组分含量，以合适的铸坯熔炼和冷却条件、铸坯的轧制加工条件和热处理条件等工艺手段进行生产制造，获得的铝合金复合箔材的抗拉强度、延伸率、抗下垂性等特性均能很好地满足热交换器对材料性能的诸多要求。

热交换器用高性能铝合金复合箔，包括芯层和面层，芯层为Al-Mn合金，在Al-Mn合金的一面包覆Al-Si合金，或在Al-Mn合金的两面都包覆Al-Si合金，即组成结构为Al-Si合金/Al-Mn合金，或Al-Si合金/Al-Mn合金/Al-Si合金。

其中，芯层Al-Mn合金的成分含量为：Si≤0.5wt％，Fe≤0.7wt％，Cu0.1～0.3wt％，Mn 1.0～1.6wt％，Mg 0.3～0.7wt％，Zn 0.05～0.3wt％，Cr0.05～0.15wt％；合金中还含有Zr、Ti元素中的至少一种，且总含量小于0.1wt％。包覆层Al-Si合金选用4004合金等，适用于真空钎焊。

热交换器用高性能铝合金复合箔，在O状态下的抗拉强度为120～170Mpa，屈服强度为35～70MPa，延伸率为15～22％；在H24状态下的抗拉强度为160～205MPa，屈服强度为130～165MPa，延伸率为6～10％；在605℃左右的模拟钎焊温度保温10min后，下垂值小于5mm；包覆率控制在8～12％，具体可视使用要求调整；其他性能满足热交换器使用要求。

热交换器用高性能铝合金复合箔的制造工艺：①分别熔铸出Al-Si合金和Al-Mn合金铸锭，合金成分控制在要求范围内：Si≤0.5wt％，Fe≤0.7wt％，Cu 0.1～0.3wt％，Mn 1.0～1.6wt％，Mg 0.3～0.7wt％，Zn 0.05～0.3wt％，Cr 0.05～0.15wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质；②将熔铸得到的Al-Si合金铸坯进行均匀化处理，均匀化处理后热轧至指定厚度；将Al-Mn合金锭进行均匀化处理，均匀化处理后铣面至指定厚度；继而将获得的Al-Si合金热轧板和Al-Mn合金锭进行表面处理后配对焊接；③将焊接得到的包覆板坯在460～520℃温度范围内加热4～9h进行热轧复合，加工过程中控制道次变形量和轧制速度，终轧温度控制在270～320℃范围内，其总压下量80％以上；④将热轧复合带材进行300～430℃的中间退火1～3h，退火后进行冷粗轧，在制造过程中控制道次变形量以及板型平整度，其总压下量70％以上；⑤将冷粗轧带材进行300～430℃的中间退火1～3h，退火后进行冷精轧，在制造过程中控制道次变形量和总的加工率以及板型平整度，其总压下量为30～70％；冷精轧加工率不满30％或大于70％时，合金的力学性能和抗下垂性能较差，不能达到使用要求，因此理想的加工率在30～70％范围内；⑥将冷精轧复合带材进行370～430℃的成品退火后，获得O状态箔材；将冷精轧复合带材进行250～290℃的成品退火后，获得H24状态箔材。

在冷粗轧和冷精轧前将带材进行不同温度的退火，冷轧带材的组织成细长条状且沿轧制方向分布。复合箔材的最终要求包覆率由表面处理时Al-Si合金热轧板和Al-Mn合金锭的原始厚度按一定比例设定进行控制，包覆率偏差控制在2％以内。另外，可根据使用性能要求调整步骤⑤、⑥中的工艺参数，获得满足不同使用要求的箔材。

实施例1：

按照本发明，选择其中一组合金成分进行试验，所熔炼合金的化学成分如表1所示。

表1

在合金的熔炼过程中，各个元素均有不同程度的烧损，其烧损率Mg：5～12％，Zn：5～8％，Mn：1～5％，Cr：0～3％，Cu：0～3％，各个元素的烧损要在配料的过程中给予补足。

按上述实施方法，获得单面包覆的铝合金复合箔材，金相组织如图1所示，其最终厚度为0.3mm，最终冷轧变形率分别为40％和70％，通过成品退火，获得O态和H24态产品。

从以上所得到的带材上剪取试验片，进行抗拉强度、屈服强度、延伸率、抗下垂性能的测定，其中强度、延伸率指标按照国标GB/T228-2002测定，抗下垂性能参照日本低温焊接委员会的抗下垂性试验方法进行。以上所得到的结果记录于表2中。

表2

试样1#最终冷轧变形率为40％，试样2#最终冷轧变形率为70％；O态处理参数为：410℃×1h，H24态处理参数为：270℃×1h；抗下垂性能试验参数为：605℃×10min。

实施例2：

本实施例合金成分与表1相同。

按实施例1所选用工艺参数获得双面包覆的铝合金复合箔材，金相组织如图2所示，其最终厚度为0.3mm，最终冷轧变形率分别为40％和70％，通过成品退火，获得O态和H24态产品。

按实施例1检测方法，本实施例所得铝合金复合箔材的性能结果记录于表3中。

表3

试样3#最终冷轧变形率为40％，试样4#最终冷轧变形率为70％；试验参数均同表2。

可以表明，此铝合金复合箔具有优良的抗拉强度、屈服强度、延伸率和抗下垂性能等特性，且具有良好的加工性，有利于生产制造，是生产热交换器部件的理想材料。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.热交换器用高性能铝合金复合箔，包括芯层和面层，其特征在于：所述的芯层为Al-Mn合金，在Al-Mn合金的一面包覆Al-Si合金，或在Al-Mn合金的两面包覆Al-Si合金。

2.根据权利要求1所述的热交换器用高性能铝合金复合箔，其特征在于：所述Al-Mn合金的成分质量百分含量如下——

Fe ≤0.7wt％，

Si ≤0.5wt％，

Mn 1.0～1.6wt％，

Cu 0.1～0.3wt％，

Mg 0.3～0.7wt％，

Zn 0.05～0.3wt％，

Cr 0.05～0.15wt％，

该Al-Mn合金的其余组分为Al和不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的热交换器用高性能铝合金复合箔，其特征在于：所述Al-Mn合金还含有Zr、Ti元素中的至少一种，且总含量小于0.1wt％。

4.根据权利要求1所述的热交换器用高性能铝合金复合箔，其特征在于：所述的Al-Si合金选用4004合金。

5.根据权利要求1所述的热交换器用高性能铝合金复合箔，其特征在于：所述铝合金复合箔材在O状态下的抗拉强度为120～170Mpa，屈服强度为35～70MPa，延伸率为15～22％；在H24状态下的抗拉强度为160～205MPa，屈服强度为130～165MPa，延伸率为6～10％；在605℃左右的模拟钎焊温度中保温10min后，下垂值小于5mm。

6.制造权利要求1所述的热交换器用高性能铝合金复合箔的方法，其特征在于：包括以下步骤——

①首先分别熔铸出Al-Si合金和Al-Mn合金锭；

③将焊接得到的包覆板坯在460～520℃温度范围内加热4～9h进行热轧复合，加工过程中控制道次变形量和轧制速度，终轧温度控制在270～320℃范围内，其总压下量80％以上；

⑤将冷粗轧带材进行300～430℃的中间退火1～3h，退火后进行冷精轧，在制造过程中控制道次变形量和总的加工率以及板型平整度，其总压下量为30～70％；

7.根据权利要求6所述的热交换器用高性能铝合金复合箔的制造方法，其特征在于：在步骤①制造过程中控制Al-Mn合金成分含量Si≤0.5wt％，Fe≤0.7wt％，Cu 0.1～0.3wt％，Mn 1.0～1.6wt％，Mg 0.3～0.7wt％，Zn 0.05～0.3wt％，Cr 0.05～0.15wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。