CN102011032A - 用于热交换器的耐热铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种金属材料技术领域的用于热交换器的耐热铝合金及其制备方法，所得合金的成分配比为：Si：0.05-0.12wt％、Mn：1.1-1.5wt％、Cu：0.6-1.0wt％、Mg：0.05-0.4wt％、Fe：0.1-0.4wt％、Zr：0.05-0.2wt％、Ti：0-0.05wt％，其余为Al。本发明通过向低硅中锰铝合金中添加锆、镁、铁元素的合金设计来实现合金化，采用铸造、热轧、冷轧工艺制备了相应的板带箔材。

Description

用于热交换器的耐热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并且钎焊后具有高强度特征的耐热铝合金及其制备方法。

背景技术

作为一种高比强度、高导热、易成型性和耐腐蚀材料，以3003Al和3005Al合金为代表的3xxx系列铝合金被广泛应用于汽车及工程机械冷却系统、家用商用空调热交换器、建筑、消费电子产品等领域。随着全球汽车行业的快速发展和低碳经济的临近，对汽车轻量化和节能环保的要求越来越高，汽车整车设计和零部件设计标准也日益提高，热交换器的高强轻量化设计趋势要求不断提高传统铝合金的力学性能，尤其是需要开发新型高强耐热铝合金以保证在减少热交换器铝材用量或厚度的情况下仍然可以保持良好的热强性能(如钎焊后抗下垂能力不下降、微观组织和复合材界面不损伤等特性)。

以热交换器管材和翅片为例，所采用的铝合金板带箔大多通过铸造、热轧、冷轧和退火等工艺制造。诸多研究结果表明，和加工工艺控制一样，铝合金成分设计被认为是控制合金板带箔加工性能和最终性能、获得新型高强耐热铝合金的有效方法。

经过对现有技术的检索发现，美国专利US6,019,939公开了一种高强度耐热铝合金，该合金的硅含量较低、不添加锆元素，合金具有较高的钎焊后强度。瑞典专利SE527560和中国专利“具有高抗下垂性的高强度长寿命铝管材料”(专利公开号CN1690237A)记载了一种添加锆元素的低硅(≤0.1wt％)高锰(1.55-1.9wt％)铝合金，合金具有较高强度、抗蚀等特点。该技术也探讨了锰含量为1.46wt％、硅含量为0.04wt％的合金的性能。以上耐热铝合金的钎焊后屈服强度均低于100MPa，难以满足未来的高强轻量化要求。

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的耐热铝合金及其制备方法，通过采用合金化设计(低硅、中锰、锆元素强化)来实现高强化设计，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的耐热铝合金，其组分和重量百分比为：Si：0.05-0.12％、Mn：1.1-1.5％、Cu：0.6-1.0％、Mg：0.05-0.4％、Fe：0.1-0.4％、Zr：0.05-0.2％、Ti：0-0.05％，其余为Al。

本发明涉及上述耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：

第一步、依次选取Al、Si、Mn、Cu、Mg、Fe、Zr以及Ti元素或含有Al、Si、Mn、Cu、Mg、Fe、Zr或Ti元素的合金，经熔炼浇注成铸造合金坯后铣面，然后对铣面后的铸造合金坯进行热轧，得到合金板带，其中：Si元素、Mn元素、Cu元素、Mg元素、Fe元素和Zr元素分别占总质量的0.05-0.12％、1.1-1.5％、0.6-1.0％、0.05-0.4％、0.1-0.4wt％和0.05-0.2％，Ti元素的添加量控制在总质量的0.05％以内。

所述的熔炼浇注是指：采用惰性气体保护熔炼炉将Al、Si、Mn、Cu、Mg、Fe、Zr以及Ti元素或含有Al、Si、Mn、Cu、Mg、Fe、Zr或Ti元素的合金在700-760℃熔化均匀后浇注入钢制模具内冷却获得铸造合金坯。

所述的热轧是指：将铸造合金坯在470℃-550℃的加热炉中预热后热轧至厚度为2-4mm的合金板带。

第二步、将合金板带进行多道次冷轧后经中间退火后进行冷精轧，获得用于热交换器的冷轧合金带材或者厚度更小的箔材。

所述的多道次冷轧是指：将合金板带轧制成厚度为0.3mm-0.5mm的合金带材或箔材。

所述的中间退火是指：在300℃-420℃的环境下退火；

所述的冷精轧是指：将中间退火后的合金带轧制至厚度为0.27mm以下的合金带材或带箔材。

本发明通过以下方式进行性能评价：将冷轧铝合金带材或箔材经过模拟钎焊热处理，在600℃的热处理炉内保温3-5分钟后出炉冷却至室温后在电子拉伸试验机上进行拉伸性能测试。也可将冷轧铝合金带材或箔材在260℃-350℃的环境下退火后直接进行拉伸性能测试。

采用本发明制备所得的耐热铝合金焊后抗拉强度可高达207MPa，屈服强度为109MPa左右，可适用于热交换器的管料或其他制造领域。

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-0.08Si-1.5Mn-0.8Cu-0.3Mg-0.3Fe-0.15Zr合金板材(厚度为40mm)，铣面至厚度为35mm后在500℃加热1小时后热轧成3mm，其后冷轧至0.35mm，在至少300℃下进行退火后冷精轧至0.27mm，采用模拟钎焊热处理后用电子拉伸试验机测试合金的力学性能，合金的抗拉强度为207MPa、屈服强度为109MPa。该合金的强度特性明显优于文献报道的大多数同类合金的钎焊后屈服强度(低于100MPa)。

实施例2

采用熔炼和铸造方法首先制备Al-0.08Si-1.3Mn-0.8Cu-0.3Mg-0.4Fe-0.15Zr-0.04Ti合金板材(厚度为40mm)，铣面至厚度为35mm后在500℃加热1小时后热轧成3.0mm，其后冷轧至0.35mm，在至少300℃下进行退火后冷精轧至0.27mm。将冷轧铝合金带材或箔材在300℃退火后直接进行拉伸性能测试，退火态合金的抗拉强度为257MPa、屈服强度为220MPa。该合金模拟钎焊处理后也具有较高的强度性能。

实施例3

采用熔炼和铸造方法首先制备Al-0.07Si-1.3Mn-0.8Cu-0.25Mg-0.3Fe-0.15Zr-0.04Ti合金板材(厚度为30mm)，铣面至厚度为22mm后在500℃加热1小时后热轧和冷精轧至0.27mm。模拟钎焊热处理后测试合金的抗拉强度为191MPa，屈服强度可达80MPa左右。

实施例4

将实施例1制备的钎焊处理合金带材在ASTM G69标准所述的H₂O₂/NaCl溶液中测量电化学腐蚀电位，多个样品的重复测量结果表明该合金带材的腐蚀电位在-560mV左右，这种高腐蚀电位表明该合金具有良好的抗腐蚀特性。

显然，经过合理的合金化设计(包括中锰、低硅、添加热强元素锆以产生第二相强化效应、控制镁和铁含量以控制析出相等措施)，可以获得钎焊后屈服强度大于100MPa的高强耐热铝合金，从而为开发高性能热交换器提供轻质高强材料。

Claims (8)

1.一种用于热交换器的耐热铝合金，其特征在于，其组分和重量百分比为：Si：0.05-0.12％、Mn：1.1-1.5％、Cu：0.6-1.0％、Mg：0.05-0.4％、Fe：0.1-0.4％、Zr：0.05-0.2％、Ti：0-0.05％，其余为Al。

2.一种根据权利要求1所述耐热铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、依次选取Al、Si、Mn、Cu、Mg、Fe、Zr以及Ti元素或含有Al、Si、Mn、Cu、Mg、Fe、Zr或Ti元素的合金，经熔炼浇注成铸造合金坯后铣面，然后对铣面后的铸造合金坯进行热轧，得到合金板带，其中：Si元素、Mn元素、Cu元素、Mg元素、Fe元素和Zr元素分别占总质量的0.05-0.12％、1.1-1.5％、0.6-1.0％、0.05-0.4％、0.1-0.4wt％和0.05-0.2％，Ti元素的添加量控制在总质量的0.05％以内；

第二步、将合金板带进行多道次冷轧后经中间退火后进行冷精轧，获得用于热交换器的冷轧合金带材或者厚度更小的箔材。

3.根据权利要求2所述的耐热铝合金的制备方法，其特征是，所述的熔炼浇注是指：采用惰性气体保护熔炼炉将Al、Si、Mn、Cu、Mg、Fe、Zr以及Ti元素或含有Al、Si、Mn、Cu、Mg、Fe、Zr或Ti元素的合金在700-760℃熔化均匀后浇注入钢制模具内冷却获得铸造合金坯。

4.根据权利要求2所述的耐热铝合金的制备方法，其特征是，所述的热轧是指：将铸造合金坯在470℃-550℃的加热炉中预热后热轧至厚度为2-4mm的合金板带。

5.根据权利要求4所述的耐热铝合金的制备方法，其特征是，所述的预热是指：在500℃环境下加热1小时。

6.根据权利要求2所述的耐热铝合金的制备方法，其特征是，所述的多道次冷轧是指：将合金板带轧制成0.3mm-0.5mm的合金带材或箔材。

7.根据权利要求2所述的耐热铝合金的制备方法，其特征是，所述的中间退火是指：在300℃-420℃的环境下退火。

8.根据权利要求2所述的耐热铝合金的制备方法，其特征是，所述的冷精轧是指：将中间退火后的合金带轧制至厚度为0.27mm以下的合金带材或带箔材。