CN101775528B - 用于热交换器翅片的铝合金及其制备方法 - Google Patents

用于热交换器翅片的铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种金属材料技术领域的用于热交换器翅片的铝合金及其制备方法，所得合金的成分配比为：Mn：1.0-1.3wt％、Si：1.0-1.3wt％、Fe：0.3-0.6wt％、Cu：0.05-0.2wt％、Zn：0.6-2.7wt％、Zr：0.05-0.2wt％、其余为Al。本发明通过向含锰量适中的铝锰合金中添加高含量硅元素和锌元素来实现力学强化，采用铸造、热轧、冷轧工艺制备了相应的板带箔材。

Description

用于热交换器翅片的铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种金属材料技术领域的合金及其制备方法，具体是一种用于热交换器翅片的钎焊后屈服强度为55MPa以上的铝合金及其制备方法。
背景技术
3003Al(Al-Mn系)合金具有轻质、导热性好、耐蚀性优良、适度的强度和可焊性等优点，因而被广泛应用于食品、医药、航空、航天尤其是汽车领域(摘自：吕冰.铝板带材市场分析与预测.有色金属加工.2007，36(1)：1-5)。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，近几年我国汽车行业出现了快速发展，对汽车热交换器的需求量迅速增加。作为一种可以替代纯铜的热传输材料，3003Al合金被大量应用于汽车热交换器(如水箱散热器、冷凝器与蒸发器)以实现降低成本、汽车轻量化和节能的目的。
热交换器用3003Al合金板带箔或Al-Si/3003Al/Al-Si复合箔多采用铸造+轧制(热轧，冷轧)方法制造。影响板带箔最终性能的因素较多，包括合金成分、铸造工艺、热轧和冷轧工艺、热处理工艺等。合金成分被认为是控制合金箔加工性能和最终钎焊性能的关键。在不断提高整车设计水平尤其是提高热交换器类关键部件性能的发展趋势下，通过合金化设计来提高3003Al合金的强度特性以实现结构轻量化成为一个有效的途径。
经过对现有技术的检索发现，瑞典专利SE-510272，公开日1996-01-14，记载了一种“Highstrength aluminum alloy for brazed heat exchangers”(用于钎焊热交换器的高强度铝合金)，该专利发明了一种含锌量较高的高锰(1.4-1.8wt％)低硅(0.5-1.0wt％)铝合金(商业牌号FA6815)，采用该合金制造的热交换器翅片用铝合金箔钎焊后抗拉强度为130MPa，屈服强度为50MPa。但是由于高性能热交换器的需要，该发明所设计的合金箔钎焊后力学性能仍然需要改善。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于热交换器翅片的铝合金及其制备方法，通过向含锰量适中的铝锰合金中添加高含量硅元素和锌元素来实现力学强化，采用铸造、热轧、冷轧工艺制备了相应的板带箔材。
本发明是通过以下技术方案实现的
本发明涉及一种用于热交换器翅片的铝合金，其成分配比为：Mn：1.0-1.3wt％、Si：1.0-1.3wt％、Fe：0.3-0.6wt％、Cu：0.05-0.2wt％、Zn：0.6-2.7wt％、Zr：0.05-0.2wt％、其余为Al。
本发明涉及上述用于热交换器翅片的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
第一步、依次选取Al、Mn、Si、Fe、Cu、Zn和Zr，经熔炼浇注成20-100mm的板带材后铣面，然后对板带材铣面进行热轧，得到合金粗坯；其中：Mn、Si、Fe、Cu、Zn和Zr分别占总质量的1.0-1.3wt％、1.0-1.3wt％、0.3-0.6wt％、0.05-0.2wt％、0.6-2.7wt％和0.05-0.2wt％。
所述的熔炼浇注是指：在惰性气体保护环境下用熔炼炉升温至700-760℃将合金熔化均匀后浇注入钢制模具内冷却。
所述的热轧是指：在500℃-520℃的加热炉中预热后将板带材铣面热轧至厚度为2-4mm。
第二步、将合金粗坯进行多道次冷轧后经中温退火并继续冷轧，获得用于热交换器翅片的冷轧合金箔。
所述的中温退火是指：在360℃-420℃的环境下退火；
所述的冷轧合金箔的厚度为0.1mm。
将冷轧铝合金箔经过模拟钎焊热处理后在电子拉伸试验机上进行室温拉伸力学性能评价，所述的模拟钎焊热处理是指：在600℃的热处理炉内保温5分钟后出炉冷却至室温。
采用本发明制备所得的铝合金焊后抗拉强度可高达145MPa，屈服强度大于55MPa，能方便适用于热交换器的翅片制造领域。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例采用熔炼和铸造方法首先制备Al-1.2Mn-1.1Si-0.5Fe-0.05Cu-1.8Zn-0.2Zr合金板材(厚度为30mm)，铣面至厚度为25mm后在500℃加热1小时后热轧成4mm，其后冷轧至0.15mm，在380℃退火后冷轧至0.10mm，采用模拟钎焊热处理后用电子拉伸试验机测试合金箔的力学性能，合金箔的抗拉强度为145MPa，屈服强度为56MPa。这些强度特性均优于FA6815合金的数值，明显优于商业3003铝合金的焊后屈服强度(40MPa)。
实施例2
采用熔炼和铸造方法首先制备Al-1.1Mn-1.2Si-0.4Fe-0.05Cu-1.5Zn-0.10Zr合金板材(厚度为35mm)，铣面至厚度为30mm后在500℃加热1小时后热轧成3mm，其后冷轧至0.15mm，在380℃退火后冷轧至0.10mm，模拟钎焊热处理后测试合金箔的抗拉强度大于140MPa。
实施例3
采用熔炼和铸造方法首先制备Al-1.3Mn-1.1Si-0.6Fe-0.1Cu-1.4Zn-0.15Zr合金板材(厚度为25mm)，铣面至厚度为20mm后在500℃加热1小时后热轧和冷轧至0.15mm，在390℃退火后冷轧至0.10mm，模拟钎焊热处理后测试合金箔的抗拉强度大于140MPa，屈服强度为55MPa。
显然，与热交换器翅片合金(商业3003铝合金和FA6815合金)相比，本实施例制备的合金具有高强度特点，可获得焊后屈服强度大于55MPa的热交换器翅片用合金箔。该性能的获得主要是由于采用合理的成分设计，即铝合金中锰含量适中以减少粗大含锰化合物的产生，硅含量较高以提高焊后强度。

Claims (3)

1.一种用于热交换器翅片的铝合金，其特征在于，其成分配比为：Mn：1.0-1.3wt％、Si：1.0-1.3wt％、Fe：0.3-0.6wt％、Cu：0.05-0.2wt％、Zn：0.6-2.7wt％、Zr：0.05-0.2wt％、其余为Al。
2.一种根据权利要求1所述的用于热交换器翅片的铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、依次选取Al、Mn、Si、Fe、Cu、Zn和Zr，经熔炼浇注成20-100mm的板带材后铣面，然后对板带材铣面进行热轧，得到合金粗坯；其中：Mn、Si、Fe、Cu、Zn和Zr分别占总质量的1.0-1.3wt％、1.0-1.3wt％、0.3-0.6wt％、0.05-0.2wt％、0.6-2.7wt％和0.05-0.2wt％。
第二步、将合金粗坯进行多道次冷轧后经中温退火并继续冷轧，获得用于热交换器翅片的冷轧合金箔；
所述的熔炼浇注是指：在惰性气体保护环境下用熔炼炉升温至700-760℃将合金熔化均匀后浇注入钢制模具内冷却；
所述的热轧是指：在500℃-520℃的加热炉中预热后将板带材铣面热轧至厚度为2-4mm；
所述的中温退火是指：在360℃-420℃的环境下退火。
3.根据权利要求2所述的用于热交换器翅片的铝合金的制备方法，其特征是，所述的冷轧合金箔的厚度为0.1mm。
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