CN102363847A - 散热器散热片的铜合金材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种散热器散热片的铜合金材料，其具有以下组成：Sn：0.5-1.2wt%、P：0.05-0.10wt%、Zn：2.2-8.5wt%、Ni：1.2-5.0wt%、Co：0.5-1.2wt%，Ti：0.3-1.2wt%，余量为Cu及不可避免的杂质构成。本发明的铜合金材料耐热性能良好，将制备的铜合金散热器散热片加热至750℃的高温，其仍然能保持优异的强度性能；而且其加工性能，特别是冷加工性能优异。

Description

散热器散热片的铜合金材料

技术领域

本发明涉及一种铜合金材料，具体的说本发明涉及一种适合用于散热器散热片的铜合金材料，其具有优异的耐腐蚀性，并且其可加工性能良好。 

背景技术

通常用于翅片管型热交换器是将弯曲加工成细销状的U字形铜管(或者铜合金管)，由铝或铝合金板构成的散热片的贯通孔，将扩管工具插入铜管内对所述铜管进行扩管，由此使铜管和铝散热片密接，另外，对铜管的开放端进行扩管，将弯曲加工成U字型的弯曲铜管插入该扩管开放端，用磷铜等钎料将弯曲铜管钎焊于U字型铜管的扩管开放端，由此，通过弯曲铜管连接多个U字型铜管，制作热交换器。 

为此，用于热交换器的铜管要求导热率、弯曲加工性以及钎焊性良好。因此，这些特性良好，且具有适当的强度的脱氧铜被广泛使用。 

目前，用于前述翅片管型热交换器的传热管因为要被进行U字型弯曲加工及扩管，因此通过采用退火材或对退火材进行了拉拔等的轻加工的软质材，其面对这些加工而具有充分的变形性，且能够以很小的力进行加工。磷脱氧铜制传热管的情况下，由于抗拉强度小，因此为了对应制冷剂的运转压力的增大，需要加厚管的壁厚。另外，在热交换器的组装时，铜焊部在800℃以上的温度被加热数秒至数十秒，因此在铜焊部及其附近与其他部分相比晶粒粗大化，由于软化而成为强度降低的状态，因此为了弥补因铜焊造成的强度降低，需要进一步增厚壁厚。如此，作为传管热若使用磷脱氧铜，则热交换器的质量增大，价格上升，因此就强烈期望一种抗拉强度高，加工性优异，具有良好的热传导率的传热管。为了使用于翅片管型热交换器的磷脱氧铜管的壁厚即使变薄仍可耐受实用，通过对退火后的磷脱氧铜管进行拉拔加工等的塑性加工以提高其抗拉强度即可，但是由于塑性加工导致延性降低，从而不能进行弯曲加工。 

为了适应这样的要求，作为0.2％屈服点和疲劳强度优异的铜合金管，例如提出有一种热交换器用无接头铜合金管，其含有Co：0.02～0.2质量％、P：0.01～0.05质量％、C：1～20ppm，余量由Cu和不可避免的杂质构成，杂质的氧为50ppm以下。另外，还提出一种热交换器用铜合金管，其具有如下组成：含有Sn：0.1～1.0质量％、P：0.005～0.1质量％、O：0.005质量％以下及H：0.0002质量％以下，余量由Cu及不可避免的杂质构成，平均晶粒直径为30μm以下。然而，虽然借助Co的磷化物带来的析出强度而使抗拉强度提高，但是在强度上升的比例中耐压破坏强度没有上升。另外，由于热交换器制作时的铜焊加热，所述磷化物固溶，在铜焊部附近传热管的强度降低。因此，其用于传热管时，存在不太能够 减薄壁厚，从而得不到期望的效果的问题点。 

另外，通过Sn的固溶强度而强度提高，用于传热管同可以使管的壁厚变薄，但是为了成为热交换器而进行U字弯曲加工时，则判明存在如下问题点：在弯曲部容易发生皱褶或裂纹，该部分成为起点在达不到预期的很低的强度下就会遭到破坏。

发明内容

鉴于现有技术中使用的铜合金换热器材料存在的上述目的，本发明的目的是提供一种散热器散热片的铜合金材料，其将抗拉强度提高到需求以上而不会使弯曲加工性劣化，此外弯曲加工性及耐蚀性也优异。 

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种散热器散热片的铜合金材料，其具有以下组成：Sn：0.5 -1.2 wt%、P：0.05-0.10 wt%、 Zn：2.2-8.5 wt%、Ni：1.2-5.0 wt%、Co：0.5 -1.2 wt%，Ti：0.3-1.2 wt%, 余量为Cu及不可避免的杂质构成。 

下面说明本发明的铜合金材料的合金成分的意义以及限定理由。 

Sn： 

在本发明的铜合金材料中，Sn具有提高抗拉强度、延伸率及耐热性，抑制晶粒的粗大化的效果。当Sn的含量超过1.2 wt%时，铜合金材料的导电、导热率将显著降低；当Sn的含量低于0.50 wt%时，本发明的Cu合金材料经退火和铜焊加热后，不能得到充分的抗拉强度及细微的晶粒直径。在本申请的铜合金材料中，Sn的含量进一步优选为：0.75 -1.05 wt%。

P：

通过向铜合金材料中添加P，用于防止Sn的氧化，在本发明的合金中若P含量超过0.10 wt%，则在热压出时易产生裂纹，应力腐蚀裂纹敏感性变高。若P含量低于0.05 wt%，则由于脱氧不足导致氧量增加，将不可避免的发生Sn的氧化，作为铜合金材料的弯曲加工性降低。

Zn： 

通过向铜合金材料中添加Zn，能够增加制造和焊接期间的流动性，能够提高材料的可加工性，然而如果Zn的含量进一步增加将会导致不期望的金属间相的存在，容易诱晶间腐蚀，而当含量在2.2-8.5 wt%,在改善材料可加工性的同时，对材料的耐蚀性能以及强度无不利的影响。Zn的优选含量是3.2-7.5 wt%。

Ni： 

通过向铜合金材料中添加Ni，能够细化晶粒，提高铜合金的强度，特别是能够提高铜合金的耐循环应力疲劳，而且还可以提高合金的耐高温性能，例如耐高温腐蚀性能。然而如果Ni的含量超过5.0 wt%, 材料的流动性变差，材料的可加工性能也变差。如果Ni的含量低于1.2 wt%的时候，Ni的添加对合金强度、耐蚀性能的提高程度有限。Ni的优选含量是1.5-4.2 wt%。更优选的，其含量范围为2.0-4.5 wt%。

Co： 

通过向铜合金材料中添加少量的Co，能够得到提高强度的效果，并且能够提高合金的耐高温腐蚀性能，与合金中的Zn一起能够协同改善材料的耐蚀性能。若含量超过1.2 wt%，将会显著降低钎焊性能，而添加量小于0.5 wt%时，对铜合金材料耐蚀性的提高不显著。Co的优选含量是0.5-1.0 wt%。

Ti：

       在铜合金中加入适量的Ti有利于细化晶粒、提高合金的耐蚀性能。在本发明的铜合金中Ti的含量范围为：0.3-1.2 wt%。当Ti的含量大于1.2 wt%的时候，将降低铜合金的热加工性能，因而不是优选的。而当Ti的含量低于0.3 wt%的时候，对合金的耐蚀性的提高不显著。优选的，Ti的含量范围为：0.5-1.2wt%。

另外，本发明还公开了上述散热器散热片的铜合金材料的制备方法，其特征是，将按上述重量百分比配比的Sn、P、Zn、Ni、Co、Ti和Cu的合金原料在氮气保护气氛下加热至1150-1280 ℃保温80-200 min；加入占合金原料总重量 0.3-0.8 wt%的BaCl₂，搅拌30-75 min；之后将合金液在1150-1280℃浇注成型；然后在750-820 ℃保温2-8 h 进行均质化处理，冷却得到所述的铜合金材料。所述的铜合金材料经过冷加工和/或热加工和/或铸造，例如锻造、热压、冷弯加工等现有技术，将其加工成铜合金散热器散热片。

本发明所述的铜合金材料，经均匀化退火后，观察其金相组织，晶粒细小且均匀对提高铜合金的耐蚀性有好处；并且其组织中没有发现大量存在电化学腐蚀的异质相，大大减轻了晶间腐蚀发生的倾向，发生点蚀的几率也很小；而且材料的强度与普通的铜合金相比也有了显著的提高，其强度通常大于350 MPa，优选的其强度高于450 MPa；另外，本发明的铜合金材料耐热性能良好，将制备的铜合金散热器散热片加热至750℃的高温，其仍然能保持优异的强度性能；而且其加工性能，特别是冷加工性能优异。

具体实施方式

下面本发明将结合具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明。

按表1所示出的质量百分比，制备本发明所述的铜合金材料。具体的制备工艺过程为：将按上述重量百分比配比的Sn、P、Zn、Ni、Co、Ti和Cu的合金原料在氮气保护气氛下加热至1180 ℃保温150 min；加入占合金原料总重量 0.5 wt%的BaCl₂，搅拌55 min；之后将合金液在1200℃浇注成型；然后在780 ℃保温5 h 进行均质化处理，冷却得到所述的铜合金材料。表1 母材的化学成分 （余量为Cu以及不可避免的杂质）

编号	Sn	P	Ni	Zn	Co	Ti
							1	0.5	0.50	1.2	2.2	0.5	0.3
2	0.6	0.05	1.8	3.0	1.6	0.5
							3	0.7	0.06	2.4	3.8	0.7	0.7
4	0.8	0.06	3.0	4.6	0.8	0.8
							5	0.9	0.07	3.6	5.5	0.9	0.9
6	1.0	0.07	4.0	6.4	1.0	1.0
							7	1.1	0.09	4.6	7.2	1.1	1.1
8	1.2	0.10	5.0	8.5	1.2	1.2

材料强度测试

为了测定拉伸强度，在常温下将经过冷加工后的材料加工成标准件，进行标准拉伸试验，测试材料的抗拉强度。将抗拉强度350 MPa-450 MPa之间者评价为良，低于350 MPa者评价为差，超过450 MPa的评价为优。 

材料耐腐蚀性能测试

以50×50 mm的大小分别切割出试样，进行盐雾试验。腐蚀试验时间设定为1000小时，材料表面没有深度超过0.1 mm的腐蚀坑、评价为良，将有超过0.1 mm的腐蚀坑的试样评价为腐蚀性差，无腐蚀坑的，评价为优。测试结果显示在表2中。

表2：试样拉伸强度和盐雾试验结果

试样编号	拉伸强度	SWAAT试验 1000小时
			1	良	良
2	良	良
			3	良	优
4	优	优
			5	优	优
6	优	良
			7	优	良
8	优	良

Claims (8)

1.一种散热器散热片的铜合金材料，其具有以下组成：Sn：0.5 -1.2 wt%、P：0.05-0.10 wt%、 Zn：2.2-8.5 wt%、Ni：1.2-5.0 wt%、Co：0.5 -1.2 wt%，Ti：0.3-1.2 wt%, 余量为Cu及不可避免的杂质构成。

2.权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于所述的Sn的含量为：0.75 -1.05 wt%。

3.权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于所述的Zn的含量为：3.2-7.5 wt%。

4.权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于所述的Ni的含量为：1.5-4.2 wt%。

5.权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于所述的Ni的含量为：2.0-4.5 wt%。

6.权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于所述的Co的含量是0.5-1.0 wt%。

7.权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于所述的Ti的含量是0.5-1.2 wt%。

8.一种散热器散热片，其特征在于由权利要求1-8所述任一项的铜合金材料制成。