CN105220037A - 超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料及制法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料及制法和应用，所述超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料，组成和重量百分比含量如下：Si：0.3-1.3％，Fe：0.3-1.0％，Mn：1.0-2.0％，Cu：0-0.6％，Zn：1.0-5.5％，Bi：0-0.3％，Zr：0-0.3％，Y：0-0.3％，Sm：0-0.3％，余量为不可避免的杂质和Al，所述的杂质含量<0.05wt％；其中Bi、Zr、Y和Sm含量不同时为零，可用于制备热交换器。本发明开发的翅片料和板料在钎焊后，不仅具有基本的钎焊性能，在钎焊后抗拉强度和屈服强度高与其它翅片材料，而且钎焊后导电导热性能优异，耐蚀性良好，还能承受一定的高温。

Description

超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料及制法和应用

技术领域

本发明涉及一种超高强度耐蚀铝合金散热材料及其制备方法，该散热片可以有钎焊层或没有钎焊层包层。

背景技术

对于由铝钎焊薄板制成的产品，特别是用于热交换器，尤其是汽车应用的钎焊薄板或翅片，存在日益增加的减轻重量和减少成本的要求。铝热交换器由钎焊在形成工作流体通道的铝合金材料上的铝合金翅片料等组成，为了改善热交换器性能特性，作为该铝合金翅片材料基本特性，要求其具有牺牲阳极作用，以及防止形成工作流体通道材料的腐蚀。在现代CAB炉中已经实现了散热片强度的增加，这就限制使用某些以前用于真空钎焊带的合金元素。散热片必须易于生产加工，并且在钎焊前轻微变形，这给交货条件下的成形性提出了新要求。散热片的带需在50-500μm的薄厚度交货并且需切成窄条的要求使得其在完全软化退火时，非常难于加工。因此，散热片的带经常在成形性受到限制的半硬化条件下交货。

只有当新材料满足既要达到较高的的钎焊后强度，又不危害在钎焊期间抗下垂性和耐蚀性的要求，才允许用于具有钎焊后高强度的更薄的散热片。

为了满足以上基本特性，翅片料中添加有锰和铁，可以提高合金强度、耐蚀性以及导电率。但高锰和高铁易形成的大颗粒含铁锰化合物形成再结晶核心，导致强度塑性降低，并且大颗粒化合物硬度大会导致较薄铝箔出现穿孔。

专利SE510272C2中公开了一种合金成分为：≤0.7％的Fe、1.4％-2.0％的Mn、0.5％-1.5％的Si、≤0.5％的Mg、≤0.1％的Cu、≤2.5％的Zn、0.05％-0.3％Zr、以及余量铝和不可避免的杂质元素，热轧之前，在不高于550℃预热铸锭少于12小时，接着冷轧、中间退火并最终冷轧到H14的交货状态。钎焊后该材料屈服强度仅为50MPa，并且，作为交货状态的带箔具有仅1.5％的延伸率，形变性能相当低，该专利没有考虑钎焊过程中可能穿孔的问题。

专利CN101407874B公开了一种铝锰带板的生产方法，所述的合金成分为：0.3％-1.5％的Si，≤0.5％的Fe，≤0.3％的Cu，1.0％-2.0％的Mn，≤0.5％的Mg、≤4％的Zn，≤0.3％的IVb、Vb或VIb族元素的各种元素，以及不可避免的杂质元素，余量为铝。该合金在450-520℃预热温度预热后热轧，90％冷轧压下率，热处理后屈服强度为50-90MPa，钎焊后有高的强度和抗下垂性，在钎焊过程中对钎焊穿透性有敏感性。该专利含有一定量的Mg元素，Mg元素在钎焊过程中容易氧挥发在铝箔表面氧化膜，阻挡钎焊液结合，对钎焊性能不利，虽然H18、H24热处理条件下，屈服强度大于60MPa，但在H14处理交货状态下，其屈服强度相对偏低，不超过50MPa。该专利仅改变了不同交货状态下屈服性能，并没有真正提高强度，在所有交货状态下，钎焊后抗拉强度不超过150MPa。

专利US6,743,396A公开了生产用于热交换器的带或板的方法，所述合金成分为：≤0.5％的Fe，1.0％-1.8％的Mn，0.3％-1.2％的Si，≤0.3％的Mg，≤0.1％的Cu，≤0.1％的Zn，≤0.1％的Ti，0.05-0.4％的Cr+Zr，≤0.1％的Sn，余量为铝和不可避免的杂质，Sn与Si的百分含量的比率为≥0.03。将合金铸造锭坯后，在低于520℃的预热至多12小时，并以不低于250℃的最终热轧温度轧到2-10mm的厚度。不进行中间退火，接着冷轧到50-500μm的最终厚度，最终退火在至少300℃的温度下进行，意味着材料完全或基本再结晶。由于在钎焊过程发生再结晶，使材料强度降低，塑性降低，不能形成有效的抗下垂性。导致钎焊过程中产品变形。

专利CN200580034986.3公开了一种多层复合热传输材料，其芯层要求是：含有0.5-1.7％重量的Mn，0.1-1.2％重量的Si，少于重量2％Fe，实际应用含量小于0.9％，少于2.5％重量的Mg，少于1.2％重量的Cu，少于3％重量的Zn，0-0.3％重量的Ti和少于0.3％重量的Zr，还可以添加其他少量元素。该专利为多层复合产品，芯层合金加入过量的镁元素，对钎焊性能有不利的影响。同时，该专利还加入过量铜，严重降低材料的耐蚀性。该专利是利用内衬材料阻挡镁元素挥发、扩散，同时用内衬克服高铜带来的不利影响，但这种材料只能用在多层复合材料，单层翅片料就不能克服镁，铜带来的不利影响，并且该专利没有讲述如何克服镁和铜带来的不利。

发明内容：

本发明的目的是提供一种超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料及制法和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。

所述的超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料，其组成和重量百分比含量如下：

Si：0.3-1.3％，Fe：0.3-1.0％，Mn：1.0-2.0％，Cu：0-0.6％，Zn：1.0-5.5％，Bi：0-0.3％，Zr：0-0.3％，Y：0-0.3％，Sm：0-0.3％，余量为不可避免的杂质和Al，所述的杂质含量<0.05wt％；其中Bi、Zr、Y和Sm含量不同时为零；

优选的，所述超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料，其组成和重量百分比含量如下：

Si：0.3-1.0％，Fe：0.3-1.0％，Mn：1.0-1.8％，Cu：0-0.6％，Zn：1.0-4.0％，Bi：0-0.2％，Zr：0-0.2％，Y：0-0.2％，Sm：0-0.2％，余量为不可避免的杂质和Al，所述的杂质含量<0.05wt％；其中Bi、Zr、Y和Sm含量不同时为零；

所述的超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料，其材料厚度为50～500μm；

所述的超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将合金按照配比，进行熔炼，并采用直接急冷铸造方法浇注成铸锭；

(2)将步骤(1)的产物，热处理退火后热轧，再退火，然后再冷轧；

(3)退火，得到材料的使用状态；

其中，步骤(1)中，铸锭引铸速度限定在40-55mm/min，铸锭头部水流速750～850m³/h，铸锭尾部水流速2000～3000m³/h，中间铸锭水流速逐步增加，达到均匀冷却的目的。

步骤(2)中，在480-500℃热处理退火2～4小时。

步骤(2)中，热处理退火后在480～500℃下进入轧机热轧，终轧温度310-340℃，热轧最终厚度为3-5mm。

步骤(2)中，冷轧前再退火的温度为360-380℃，退火时间为1-4h。

步骤(3)中，在200-380℃退火1-3小时。

冷轧成品道次加工率为30-40％，最终轧制厚度为50-500μm；

术语“直接急冷铸造方法”，也称为DC铸造方法，为一种公知的方法，是指熔体金属连续地通过结晶器，实现凝固结晶并成型的锭坯生产工艺。

术语“成品道次加工率”的定义如下：

冷轧成品轧制过程中，某一道次轧制前后厚度变化量的计算值。设道次加工率为S，比如轧制前厚度为A，轧制一个道次后厚度变为B，那么它的道次加工率即为：S＝(A-B)/A％。

本发明的高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料，可用于制备热交换器，尤其是汽车应用的钎焊薄板或翅片。

本发明利用多元微合金化元素锆、铋和稀土元素钇、钐与快速凝固方法来克服锰和铁含量高易形成大颗粒化合物而带来的不利影响。由于合金中加入铋、锆、钇、钐，这些元素弥散在基体内，形成锰、铁化合物形核核心，细化含锰、铁化合物，细小的铁锰化合物阻碍再结晶，提高合金强度和塑形。

本发明通过改变热处理工艺、轧制工艺以及加入锆元素，改变大颗粒和晶粒尺寸，利用Bi、Zr、和稀土Y、Sm元素改变纤维织构结构，减小大颗粒和晶粒尺寸，克服大颗粒化合物带来的不利影响，使材料在只改变工艺参数条件下达到最薄化，市场生产翅片料厚度在80μm以上，本发明合金生产的翅片料厚度为50-80μm。

本发明开发的翅片料和板料在钎焊后，不仅具有基本的钎焊性能，在钎焊后抗拉强度和屈服强度高与其它翅片材料，而且钎焊后导电导热性能优异，耐蚀性良好，还能承受一定的高温。

具体实施方式

本发明将借助下面的实施例详细描述，应注意本发明的实施例只是对本发明的内容予以解释说明，并不构成对本发明技术方案的限制。

实施例1-12和对比例13-14

按照配制表1所示的实施例1-12合金成分，

制备方法：

(1)将合金按照配比，进行熔炼，通过精炼、除渣后，置入保温炉保温，直接浇注铸锭；

(2)将步骤(1)的产物，热处理退火后热轧，再退火，然后再冷轧；

(3)退火，得到材料的使用状态。

各个实施例的工艺条件如下：

实施例1～4及对比例13中，

步骤(1)中，浇注前通过陶瓷过滤器，浇注到380X500结晶器中，铸锭引铸速度限定在55mm/min，铸锭头部水流速850m³/h，铸锭尾部水流速3000m³/h，中间铸锭水流速逐步增加，达到均匀冷却的目的；

实施例5～8及对比例14中，

步骤(1)中，浇注前通过陶瓷过滤器，浇注到380X500结晶器中，铸锭引铸速度限定在40mm/min，铸锭头部水流速750m³/h，铸锭尾部水流速2000m³/h，中间铸锭水流速逐步增加，达到均匀冷却的目的；

实施例9～12中，

步骤(1)中，浇注前通过陶瓷过滤器，浇注到380X500结晶器中，铸锭引铸速度限定在45mm/min，铸锭头部水流速800m³/h，铸锭尾部水流速2500m³/h，中间铸锭水流速逐步增加，达到均匀冷却的目的；

实施例1～6及对比例13中：

步骤(2)中，在480℃热处理退火2小时；

步骤(2)中，热处理退火后在480℃进入轧机，终轧温度310℃，热轧最终厚度为5mm；

步骤(2)中，冷轧前再退火的温度为360℃，退火时间为1h；

实施例7～12及对比例14中：

步骤(2)中，在500℃热处理4小时退火；

步骤(2)中，热处理退火后在500℃进入轧机，终轧温度340℃，热轧最终厚度为3mm；

步骤(2)中，冷轧前再退火的温度为380℃，退火时间为4h；

实施例1～4及对比例13中：

步骤(3)中，在200℃退火3小时；

冷轧成品道次加工率为40％，最终轧制厚度为50μm；

实施例5～8及对比例14中：

步骤(3)中，在380℃退火1小时；

冷轧成品道次加工率为30％，最终轧制厚度为80μm；

实施例9，步骤(3)中，在200℃退火3小时；

冷轧成品道次加工率为30％，最终轧制厚度为100μm；

实施例10，步骤(3)中，在250℃退火2小时；

冷轧成品道次加工率为35％，最终轧制厚度为200μm；

实施例11，步骤(3)中，在300℃退火2小时；

冷轧成品道次加工率为40％，最终轧制厚度为400μm；

实施例12，步骤(3)中，在380℃退火1小时；

冷轧成品道次加工率为40％，最终轧制厚度为500μm。

表1合金成分组成(wt％)

实施例1-10和对比例11-12性能测试结果见表2。

表2中：

屈服强度、抗拉强度和延伸率采用GB-T228-2002规定的方法检测。

导电率采用GB-T12966-2008规定的方法检测。

上述的性能均为钎焊后的性能。

表2合金组成和特性

由上述实施例可见，本发明开发的材料在钎焊后，不仅具有基本的钎焊性能，在钎焊后抗拉强度和屈服强度高于其它材料，而且钎焊后导电导热性能优异，耐蚀性良好，还能承受一定的高温。

Claims (9)

1.超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料，其特征在于，组成和重量百分比含量如下：

Si：0.3-1.3％，Fe：0.3-1.0％，Mn：1.0-2.0％，Cu：0-0.6％，Zn：1.0-5.5％，Bi：0-0.3％，Zr：0-0.3％，Y：0-0.3％，Sm：0-0.3％，余量为不可避免的杂质和Al，所述的杂质含量<0.05wt％；其中Bi、Zr、Y和Sm含量不同时为零。

2.超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料，其特征在于，组成和重量百分比含量如下：

Si：0.3-1.0％，Fe：0.3-1.0％，Mn：1.0-1.8％，Cu：0-0.6％，Zn：1.0-4.0％，Bi：0-0.2％，Zr：0-0.2％，Y：0-0.2％，Sm：0-0.2％，余量为不可避免的杂质和Al，所述的杂质含量<0.05wt％；其中Bi、Zr、Y和Sm含量不同时为零。

3.根据权利要求1或2所述的超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料，其特征在于，厚度为50～500μm。

4.根据权利要求1或2所述的超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将合金按照配比，进行熔炼，并采用直接急冷铸造方法浇注成铸锭；

(2)将步骤(1)的产物，热处理退火后热轧，再退火，然后再冷轧；

(3)退火，得到材料的使用状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，铸锭引铸速度限定在40-55mm/min，铸锭头部水流速750～850m³/h，铸锭尾部水流速2000～3000m³/h，中间铸锭水流速逐步增加。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，在480-500℃热处理退火2～4小时，热处理退火后在480～500℃下进入轧机热轧，终轧温度310-340℃，热轧最终厚度为3-5mm，步骤(2)中，冷轧前再退火的温度为360-380℃，退火时间为1-4h。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，在200-380℃退火1-3小时。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，冷轧成品道次加工率为30-40％，最终轧制厚度为50-500μm。

9.根据权利要求1或2所述的超高强度耐蚀易切削加工的铝合金散热材料的应用，其特征在于，用于制备热交换器。