CN102367532A

CN102367532A - 抗菌耐蚀的铝合金热交换器冷却扁管

Info

Publication number: CN102367532A
Application number: CN2011101742109A
Authority: CN
Inventors: 杨贻方
Original assignee: SUZHOU FANGJIYUAN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU FANGJIYUAN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-03-07

Abstract

本发明涉及一种抗菌耐蚀的铝合金热交换器冷却扁管，特征在于其由以下组成的材料制成；Si：0.5-1.2wt%、Ti：0.05-0.35wt%，Zn：0.25-1.8wt%，Mg：0.15-0.35wt%，Cu：0.20-0.55wt%，Ag：0.01-0.02wt%余量为Al及不可避免的杂质构成。采用SWAAT实验对合金材料的腐蚀行为进行测试，表明本发明的铝合金耐蚀性有显著提高；并且本发明的冷却扁管具有良好的抗菌性，本发明的冷却扁管对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率达到99%以上。

Description

抗菌耐蚀的铝合金热交换器冷却扁管

技术领域

本发明涉及一种散热器部件，具体的说本发明涉及一种铝合金热交换器冷却扁管，其具有抗菌耐蚀的效果。

背景技术

在蒸发器、冷凝器等换热器中，一直使用轻量且导热性良好的铝合金。通常，这些换热器的制造是按照以下方法进行：例如通过将板材弯曲、或者由压力加工成型的板材加以层叠，从而形成作为工作流体的冷却扁管。

就耐腐蚀性而言，由于来自外表面和内部的腐蚀，当制冷剂通路管中过早地产生穿通时，制冷剂泄露，无法起到作为换热器的功能，因此，一直在制冷剂通路管的外表面实施防腐蚀处理，由此延长换热器的寿命。以往，采用将Al-Zn系合金作为牺牲阳极材料包覆于板材的外表面，且将该板材成型为偏平管状而使用的方法；或把挤压多孔管作为制冷剂通路管使用的方法。然而，多数换热器的结构是在制冷剂通路管的外表面接合翅片的结构，由于在该方法中制冷剂通路管的外表面不存在钎料，因此，必须使用包覆了钎料的翅片材。此时，由于受到残留于翅片表面的钎料的影响，翅片材的自身耐腐蚀性能降低，另外包覆翅片材的制造成本比裸翅片高，因此导致换热器制造成本的上升。

在制冷剂通路管的外表面接合的翅片中使用裸材的情况下，能够提高翅片的自身耐腐蚀性，且通过使用高传导材料，还能够提高换热器的性能，与包覆翅片材相比，也能够降低成本，但此时需要在制冷剂通路管的外表面赋予钎料，因此，就要在上述Al-Zn系合金的表面涂覆粉末状的钎料，或者，就要使用外表面包覆有在Al-B系合金钎料中添加了Zn的物质的板材。前者的情况下，由于粉末钎料的成本高，因此导致换热器制造成本的增加，在后者的情况下，由于钎焊中含有Zn的熔融钎料的流动，因此，造成钎焊后在制冷剂通路管外表面残留的Zn量没有达到作为牺牲阳极材料所需要的Zn量，导致无法得到制冷剂通路管的足够的防腐蚀效果，或者，由于含有Zn的熔融钎料流动到接合部，导致接合部的优先腐蚀。

现有技术中，申请号为02828286.8的专利报道了涉及一种超强、耐久、耐腐蚀性提高的钎焊换热器用铝散热片合金。该合金基于再生的材料。该合金对于小孔腐蚀显示出提高的腐蚀性能、优异的高温抗垂性能和后钎焊强度。通过优化散热片、管子、端板和侧板的材料组合，能够制造在SWAAT中具有足够腐蚀性能的换热器。

申请号为02806584.0的专利报道了一种耐腐蚀的铝合金具有控制量的铁、锰、铬和钛，并且含有铜、硅、镍以及不超过杂质水平的锌。调整所述合金的化学组成，以使晶粒边界的电极电位与合金基体相匹配，从而降低晶间腐蚀。所述合金特别适合于采用挤压和钎焊技术制造热交换器中的管材。

发明内容

鉴于现有技术中使用的不锈钢换热器存在的上述目的，本发明的目的是提供一种铝合金热交换器冷却扁管，具有足够高的耐蚀性能，并且还具有抗菌的效果。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种抗菌耐蚀的铝合金热交换器冷却扁管，特征在于其由以下组成的材料制成；Si：0.5-1.2wt%、Ti：0.05-0.35 wt%，Zn：0.25-1.8 wt%，Mg：0.15-0.35 wt%，Cu：0.20-0.55 wt%，Ag：0.01-0.02 wt%余量为Al及不可避免的杂质构成。下面说明本发明的铝合金材料的合金成分的意义以及限定理由。

Si：

通过向冷却扁管的铝合金中添加Si能够得到提高强度的效果。优选的含量是Si：0.5-1.2 wt%，若硅的含量低于0.5 wt%的时候，提高强度的效果就小。Si的含量超过上限，则对铝合金的耐蚀性产生不利的影响，并且如果含量超过上限，则压延加工性能降低。优选的， Si的含量范围为：0.6-1.0 wt%。

Ti：

通过向冷却扁管的铝合金中添加Ti，能够细化铝合金颗粒，从而能够得到抑制钎焊时因熔融钎料向结晶粒界渗透而产生的侵蚀。优选的，Ti的含量范围为：0.10-0.30 wt%。

Zn：

通过向冷却扁管的铝合金中添加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0.25-1.8 wt%,在改善材料可加工性的同时，对材料的耐蚀性能无不利的影响。Zn的优选含量是0.30-1.5wt%，更优选0.50-1.30 wt%。

Mg：

通过向冷却扁管的铝合金中添加Mg，能够得到提高强度的效果，与合金中的钛一起能够协同改善材料的耐蚀性能。Mg的优选含量是0.10-0.35 wt%，若含量超过0.35 wt%，将会显著降低钎焊性能。Mg进一步优选的含量范围是0.10-0.25 wt%。

Cu：

通过向铝合金中添加Cu，能够得到提高强度的效果，并且在本发明的合金中能够协同改善材料的耐蚀性能,并且在本发明的合金中添加适量含量的Cu，当其含量超过0.20wt%的时候，就具有较好的杀菌抗菌的效果。Cu的优选含量是0.20-0.55 wt%，若含量超过0.55 wt%，将会显著降低钎焊性能。更优选的，Cu的含量是0.20-0.35wt%。

Ag

Ag是一种具有良好杀菌抗菌的元素，在本发明的合金中加入少量的Ag即可以起到良好的抗菌杀菌效果。Ag本身属于贵金属的行列，价格昂贵，基于价格上的考虑在本发明中，Ag的含量不超过0.02 wt%。另外，在本发明的Al合金中当Ag的含量达到0.02 wt%的时候，其抑菌效果基本已经达到饱和。因而在本发明中将其含量限定为0.01-0.02 wt%。

另外，本发明还公开了上述散热器散热片的铝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Si、Ti、Zn、Mg、Cu、Ag和Al的合金原料在氮气保护气氛下加热至620-720 ℃保温120-200 min; 加入占合金原料总重量 0.2-0.8 wt%的MnCl₂，搅拌30-75 min；之后将合金液浇注成型；浇铸温度为580-650 ℃；然后在400-500 ℃保温2-10 h 进行均质化处理，并冷却得到铝合金热交换器冷却扁管的铝合金材料。所述的铝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，将其加工成铝合金热交换器冷却扁管。

本发明所述的铝合金热交换器冷却扁管，经均匀化退火后，观察其金相组织，晶粒细小且均匀对提高铝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；采用SWAAT实验对合金材料的腐蚀行为进行测试，表明本发明的铝合金耐蚀性有显著提高；并且本发明的铝合金热交换器冷却扁管具有良好的抗菌性，本发明的铝合金热交换器冷却扁管对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率达到99 %以上。

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，按表1所示出的质量百分比，制备本发明所述的Al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Si、Ti、Zn、Mg、Cu、Ag和Al的合金原料在氮气保护气氛下加热至720 ℃保温1200 min; 加入占合金原料总重量 0.5 wt%的MnCl₂，搅拌30 min；之后将合金液浇注成型；浇铸温度为620 ℃；然后在480 ℃保温3 h 进行均质化处理，并冷却得到铝合金热交换器冷却扁管的铝合金材料。再将其加工成铝合金热交换器冷却扁管。

材料强度测试

为了测定拉伸强度，在常温下进行标准拉伸试验，测试材料的拉伸强度。将拉伸强度150MPa以上者评价为良好(○)，将低于150MPa者评价为不良(×)。

材料耐腐蚀以及抗菌测试

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800小时，材料表面没有深度超过0.1 mm的腐蚀坑、评价为良好(○)，将有超过0.1 mm的腐蚀坑的试样评价为腐蚀性差 (×)。测试结果显示在表2中。

抗菌测试的试验菌种为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。检测方法为：

(1) 将试样剪成50.0×50.0 mm大小的尺寸，消毒灭菌(一式三份)。

(2) 在试样上滴加若干毫升菌液，使菌落数维持在10⁵。

(3) 将塑料薄膜覆盖在试样表面，然后放入无菌平皿内，于36±1℃恒温培养箱内培养24小时后，对活菌进行计数。

(4) 将比较例1的不含银同型号的铁素体不锈钢作为对照样品，重复上述操作。

抗菌率采用由抗菌率＝[(A-B)/A]×100％计算得到，式中：A-24小时后对照样品平均活菌数； B-24小时后抗菌样品平均活菌数。

表1 母材的化学成分（余量为Al以及不可避免的杂质）

编号	Si	Ti	Zn	Mg	Cu	Ag
							1	0.5	0.05	0.25	0.15	0.20	0.01
2	1.2	0.35	1.8	0.18	0.25	0.01
							3	0.6	0.10	0.35	0.20	0.30	0.01
4	0.7	0.15	0.50	0.25	0.35	0.01
							5	0.8	0.20	0.75	0.28	0.40	0.02
6	0.9	0.25	1.05	0.30	0.45	0.02
							7	1.0	0.30	1.25	0.32	0.50	0.02
8	1.1	0.35	1.50	0.35	0.55	0.02

表2：试样拉伸强度、耐蚀性以及抗菌效果

编号	拉伸强度	SWAAT试验 1000小时	抗菌效率
				1	良	良	〉99%
2	良	良	〉99%
				3	优	优	〉99%
4	优	优	〉99 %
				5	优	优	〉99%
6	优	良	〉99%
				7	良	良	〉99%
8	良	良	〉99%

Claims

1.一种抗菌耐蚀的铝合金热交换器冷却扁管，特征在于其由以下组成的材料制成；Si：0.5-1.2wt%、Ti：0.05-0.35 wt%，Zn：0.25-1.8 wt%，Mg：0.15-0.35 wt%，Cu：0.20-0.55 wt%，Ag：0.01-0.02 wt%余量为Al及不可避免的杂质构成。

2.权利要求1所述的热交换器冷却扁管，其特征在于所述的Si的含量范围为：0.6-1.0 wt%。

3.权利要求1所述的热交换器冷却扁管，其特征在于所述的Ti的含量范围为：0.10-0.30 wt%。

4.权利要求1所述的热交换器冷却扁管，其特征在于所述的Zn的含量是0.30-1.5wt%。

5.权利要求3所述的热交换器冷却扁管，其特征在于所述的Zn的含量是0.50-1.30 wt%。

6.权利要求1所述的热交换器冷却扁管，其特征在于所述的Mg的含量是0.10-0.25 wt%。

7.权利要求1所述的热交换器冷却扁管，其特征在于所述的Cu的含量是0.20-0.35 wt%。