CN103667809B - 热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热交换器用高强耐蚀钐钇铝合金及其制造方法，该铝合金的成分含量为Si0.05-0.6wt%，Fe0.2-0.5wt%，Cu<0.1wt%，Mn1.0-1.5wt%，Zn0.1-0.2wt%，Sm0.05-0.2wt%，Y0.05-0.2wt%，其余为铝及一些不可避免的杂质。本发明的铝合金加入稀土元素钐Sm和钇Y，钐和钇不仅具有一般稀土元素所具有的对铝合金脱气，除渣，变质，细晶的作用，而且它们在铝合金中的溶解度大，可以同时实现析出相强化和固溶强化，加入钐，钇的铝合金，其含钐，钇的析出相颗粒细小弥散，能显著减少铝箔材料的针孔，提高热交换器铝箔材料的成品率，使铝合金具有高强耐蚀的优异性能。

Description

热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金及其制造方法

技术领域

本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种高强度耐蚀性能良好的热交换器用铝合金及其制备方法。

背景技术

热传输铝合金复合材料在汽车及工程机械冷却系统（汽车水箱散热器、暖风机、油冷器、中冷器及汽车空调用蒸发器、冷凝器）、电站冷却装置、微通道冷却器、家用空调和商用空调等领域具有广阔的应用市场。它的轻质、高强、耐蚀和厚度减薄对于汽车高端机械和电器的减重、节能减排关系重大。汽车热交换器使用过程中要经受非常苛刻道路环境影响、反复的热循环和使用周期中产生振动，因此要求铝合金铝箔具有良好的强度、钎焊性、散热性、耐蚀性以及良好的抗下垂和优异的加工性能。

但是，目前已有的铝合金产品的强度和耐腐蚀性还需进一步提高，同时，目前已有的添加稀土元素改善铝合金的方案中，所使用的稀土元素都比较贵，成本较高。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金，以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的第二目的是提供上述的热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金的制造方法，以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金，该铝合金以重量百分比计，其成分为：Si0.05-0.6wt%，Fe0.2-0.5wt%，Cu<0.1wt%，Mn1.0-1.5wt%，Zn0.1-0.2wt%，Sm0.05-0.2wt%，Y0.05-0.2wt%，其余为Al和不可避免的杂质。

进一步优选，上述热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金以重量百分比计，其成分为：Si0.1-0.6wt%，Fe0.2-0.5wt%，Cu<0.1wt%，Mn1.0-1.5wt%，Zn0.1-0.2wt%，Sm0.08-0.2wt%，Y0.08-0.2wt%，其余为Al和不可避免的杂质。

上述的热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金的制备方法可采用目前铝合金制造常用方法，其中一优选制备方法包括以下步骤：

（1）准备配料：按照上述的热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金各组分及重量百分比进行配料的准备；

（2）将上述配料熔炼，并浇铸成铸锭，将所述铸锭进行切割铣面，然后在470-510℃条件下热轧，之后进行冷轧，再在300-380℃的条件下退火1-3h，获得成品合金；

（3）将得到的成品合金再次退火，得到使用状态产品。

以上制备方法优选，所述步骤（2）包括：在工业纯铝锭熔体中，在氮气氛围保护下，添加Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Sm和Y元素，对熔体净化处理后，控制冷却速度，进行电磁铸造获得具有铸态晶粒的多元微合金化复合稀土铝合金。

以上制备方法优选，所述步骤（2）中，在300-380℃的条件下退火1-3h的变形量为30-70%。

本发明的高强耐蚀钐钇稀土铝合金的成分与热交换器常用的3003铝合金的成分分别如下表1。

表1

以上，采用热交换器常用的3003铝合金作为本发明的对比铝合金。从表1中可以看出本发明铝合金与3003铝合金的成分相比，本发明明显扩大了Zn的含量范围，增加了锌一方面可以提高合金强度，另一方面可以通过微调Zn的添加量来改变合金的腐蚀电位，使其在复合铝箔中的应用更加匹配。

本发明铝合金与3003铝合金相比，特别添加了Sm和Y稀土元素，Sm和Y的加入不仅能球化含铁、硅的金属化合物相，与铁形成化合物，减少铁的不利影响，改善封孔质量，提高氧化膜的耐蚀性，而且Sm和Y稀土元素的加入及其与其他元素的复合作用能提高铝合金的耐蚀性，增强合金的钝化。此外，它们还具有除气、除杂的净化作用，还能和氢气反应形成化合物析出，Sm，Y稀土和Fe、Si作用能形成化合物析出，减少Fe，Si对腐蚀的有害作用，它们还能改善合金熔铸工艺和性能；具有良好的细化、变质作用；改善铝合金加工过程和性能，而且稀土钐和钇在铝合金中具有比其他稀土元素更大的固溶度，能够同时实现析出相强化和固溶强化，从而使铝合金具有更高的强度。

经试验研究发现，本发明提供的高强耐蚀钐钇稀土铝合金耐蚀性比对比合金3003提高10%以上，本发明的铝合金的腐蚀电流密度为(2.8~3.2)*10^-7A/cm²，对比合金3003腐蚀电流密度为4.02*10^-7A/cm²，本发明的铝合金的腐蚀电流密度明显降低，而且本发明铝合金的抗拉强度和屈服强度比对比合金3003都有10%左右的提高。

本发明的铝合金的腐蚀电位在-730~-780mv之间，对于多层复合铝箔具有更好的适应性。因此本发明的铝合金是在力学性能，腐蚀性能和多层复合铝箔的匹配适应性方面都具有更优良性能的铝合金。

目前国内外热交换器用铝箔产品均采用三层复合，即钎焊层，芯层和触水层，芯层要求具有较好的强度，触水层要求良好的耐蚀性，而我们Sm，Y稀土铝合金由于具有更高强度更优良的耐蚀性，就可以用这种兼具高强度和良好耐蚀性的合金来代替芯层和触水层，只须将此合金与钎焊层两层复合就可以达到之前三层复合铝箔的技术要求，简化了生产工艺，降低了生产成本。

另外，本发明可以综合利用现阶段价格较为便宜，而又存量较为丰富的稀土元素钐和钇，可以更好发挥稀土元素的综合优势。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，本发明的铝合金在力学性能，腐蚀性能和多层复合铝箔的匹配适应性方面都具有更优良性能；

第二．本发明的铝合金由于具有更高强度和更优良的耐蚀性，可以代替原来复合铝箔中的芯层和触水层，只须将此合金与钎焊层两层复合就可以达到之前三层复合铝箔的技术要求，简化了生产工艺，降低了生产成本；

第三，钐、钇稀土在热交换器用铝合金的应用不仅在提高铝合金基体强度、塑性、耐蚀性及断裂韧性上有显著地性能突破和提高，还更好的发掘了钐等稀土元素在合金中的应用潜力（至今，稀土元素钐在冶金上的应用较少）。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

具体实施方式

本发明提供一种热交换器用高强耐蚀钐钇铝合金及其制造方法，该铝合金的成分含量为Si0.05-0.6wt%，Fe0.2-0.5wt%，Cu<0.1wt%，Mn1.0-1.5wt%，Zn0.1-0.2wt%，Sm0.05-0.2wt%，Y0.05-0.2wt%，其余为铝及一些不可避免的杂质。本发明的关键在于加入稀土元素钐Sm和钇Y，钐和钇不仅具有一般稀土元素所具有的对铝合金脱气，除渣，变质，细晶，提高铝合金强度和耐蚀性的有益作用，而且钐和钇比其他稀土元素在铝合金中的溶解度大，可以同时实现析出相强化和固溶强化，增强的效果更为显著，加入Sm，Y的铝合金，其含Sm，Y的析出相，颗粒细小弥散，不会像加入一般稀土Ce，La的铝合金会形成较粗大的析出相，能显著减少铝箔材料的针孔，提高了热交换器铝箔材料的成品率，使加入Sm，Y的铝合金具有高强耐蚀的优异性能。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1-12

以下列举了12个不同成分比例的实施例，其中下表2为各实施例的合金元素重量百分含量。

表2

对以上不同成分的各实施例所得铝合金样品进行如下性能测试：

1.室温拉伸实验：按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，在拉伸速度为0.5mm/min，英斯特朗30KN拉力试验机上拉伸，测量长度为50mm，测得抗拉强度、屈服强度及延伸率拉伸；

2.浸泡腐蚀实验：自腐蚀速率测试采用恒温水浴浸泡试样，试样经过打磨抛光清洗之后，选取40mm*70mm大小的样片，称得实验前质量，然后浸入250ml，3.5%氯化钠溶液的容量瓶中，实验在35℃的恒温水浴中进行。实验结束后将试样在稀硝酸溶液中浸泡15min，然后用水清洗，烘干，记录剩余质量；

3.腐蚀电位：实验按照标准ASTM_G69-97进行测试。

各实施例的性能测试结果请见下表3。

表3

对比合金3003的相应性能数据请见下表4。

表4

对比上述表3中各实施例的性能数据和表4中对比合金3003的相应性能数据可以看出，在本发明铝合金的成分范围内，得到的铝合金的力学性能和耐腐蚀性能显著高于对比合金3003，相对于通用的热交换器用3003合金，其强度和耐蚀性有重要突破。以上数据表明，添加Sm，Y的稀土铝合金是一种高强度高耐蚀的更有利于应用于热交换器的铝合金新材料。

在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (4)

1.一种热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金，其特征在于，该铝合金以重量百分比计，其成分为：Si0.05-0.6wt%，Fe0.2-0.5wt%，Cu<0.1wt%，Mn1.0-1.5wt%，Zn0.1-0.2wt%，Sm0.05-0.2wt%，Y0.05-0.2wt%，其余为Al和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金，其特征在于，该铝合金以重量百分比计，其成分为：Si0.1-0.6wt%，Fe0.2-0.5wt%，Cu<0.1wt%，Mn1.0-1.5wt%，Zn0.1-0.2wt%，Sm0.08-0.2wt%，Y0.08-0.2wt%，其余为Al和不可避免的杂质。

3.一种权利要求1或2中任一项所述的热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）准备配料：按照权利要求1或2中任一所述各组分及重量百分比进行配料的准备；

（2）将上述配料熔炼，并浇铸成铸锭，将所述铸锭进行切割铣面，然后在470-510℃条件下热轧，之后进行冷轧，再在300-380℃的条件下退火1-3h，获得成品合金；

（3）将得到的成品合金再次退火，得到使用状态产品。

4.如权利要求3所述的热交换器用高强耐蚀钐钇稀土铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）包括：在工业纯铝锭熔体中，在氮气氛围保护下，添加Si、Fe、Cu、Mn、Zn、Sm和Y元素，对熔体净化处理后，控制冷却速度，进行电磁铸造获得具有铸态晶粒的多元微合金化复合稀土铝合金。