CN107164663B - 一种冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，属于热交换材料技术领域。它解决了现有的冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用铝合金无法兼顾耐腐蚀性和耐磨性而导致使用寿命不长的问题。本壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，包括以下质量百分数的成分：Si：9.0wt％～12wt％；Mg：0.20wt％～0.45wt％；Fe：0.25wt％～0.55wt％；Cu：0.03wt％～0.05wt％；Mn：0.15wt％～0.45wt％；Ni：≤0.05wt％；Ti：≤0.05wt％；余量为铝。它通过在铝合金中加入铜和镍等元素，具有较好的流动性和气密性，加入高含量的硅还可以提高合金耐腐蚀性，加入锰元素能够使合金内单晶Si在凝固过程中达到改性，具有较高的耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，属于热交换材料技术领域。
背景技术
冷凝式燃气壁挂炉其核心部件的热交换器为铸铝式材料，集燃烧室、烟道、水道于一体。虽然，采用铸态的吸热柱具有较大的换热面积，但是，在制造壁所使用的材料的质量和厚度及各种部件的组装方法必须满足，使在合理的寿命期间以及正常安装和使用条件下，结构和运行特性不出现明显变化；尤其是，壁挂炉的核心部件热交换器及燃烧(烟气)回路的所有部件应承受在正常使用时可能会遇到的机械、化学和热力的条件。这就要求对于换热器及之后的管路材料需采用耐腐蚀性较好的铸铝合金或进行有效的腐蚀防护。一般通常通过对铸铝合金的材料进行改善来提高耐腐蚀性能。
而铝合金作为一种具有高强度、高导热、易成型和耐腐蚀材料，通常以3003系和3005系铝合金为代表的3XXX系列被广泛应用于汽车及工程机械的冷却系统，家用商用空调热交换器等领域。如中国专利申请(CN102011032A)公开了一种用于热交换器的耐热铝合金及其制备方法，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。其虽具有一定的抗腐蚀性和高抗拉强度性能，但是，由于其硅的含量相对来说呈低含量，整体的抗腐蚀性相对较差；且其主要是应用在空调和汽车换热器，相对于燃气壁挂炉上换热器来说，其在防腐性能上的要求更高，且耐磨性较差。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，解决的问题是如何使铝合金兼具高耐腐蚀性和高耐磨性。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，其特征在于，该铝合金包括以下质量百分数的成分：
Si：9.0wt％～12wt％；Mg：0.20wt％～0.45wt％；Fe：0.25wt％～0.55wt％；Cu：0.03wt％～0.05wt％；Mn：0.15wt％～0.45wt％；Ni：≤0.05wt％；Ti：≤0.05wt％；余量为铝。
本发明壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金加入Cu元素能够对铝硅合金有显著的固溶强化作用，通过加入高含量的Si元素能够与铝、铜和镍等元素在合金中形成化合物强化相，能够使具有流动性好和气密性好的优点，更重要的是通过高含量硅元素起到提高合金耐腐蚀性的效果；镁元素的加入能够起到固溶强化相的作用；少量的钛元素存在，有利于镁在其中的固溶达到强化的效果。另一方面，由于硅含量较高，在结晶过程中，很容易在合金的表面暴露出硅元素，不利于合金的细化，使耐磨性能会降低。因此，通过加入锰元素能够使合金内单晶Si在凝固过程中达到改性，尺寸变小，更进一步的达到细化晶粒的作用，提高合金的性能，使达到高耐磨的效果。从而实现兼具高耐磨和防腐性能好的效果。
在上述壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金中，作为优选，所述Si的含量为10wt％～11wt％。目的是为了使合金中硅的含量更合适，使有利于提高耐腐蚀性的同时兼具高硬度使耐磨性更好的效果。作为进一步的优选，所述Mn元素与Si元素的质量比为1：4.5～5.0。通过改善锰与硅元素之间的含量关系对合金的硬度有着较直接的关系，从而影响到合金耐磨的性能。
在上述壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金中，作为优选，所述Fe的含量为0.3wt％～0.4wt％，所述Mn的含量为0.15wt％～0.45wt％。通过改善Fe元素与Mn元素的含量，可以进一步起到固溶强化相的作用，同时还能够避免壁挂炉内加热产生的水质铁锰含量超标，使用安全性更好。
在上述壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金中，作为优选，所述Ni的含量为：0.01wt％～0.03wt％；Ti的含量为0.02wt％～0.03wt％。少量镍和钛的存在主要是为了细化铸造组织，减少合金的脆性来提高材料的整体抗拉强度和屈服强度性能，降低冷凝时的不良影响。
在上述壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金中，作为优选，所述铝合金中Zn的含量≤0.1wt％。能够与加入的硅和锰元素之间起到协同作用，进一步提高合金的防腐性能，且还能够改善合金的强度性能。
在上述壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金中，作为优选，所述铝合金中Pb的含量≤0.05wt％；Sn的含量≤0.05wt％。少量铅和锡的存在可以进一步提高合金的延展性，便于铸造。
在上述壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金中，作为优选，所述铝合金中还含有0.30wt％～1.0wt％的Mo；0.5wt％～0.8wt％的Sr和0.04wt％～0.06wt％的SiC。通过加入钼、Sr和SiC目的是为了起到提高合金硬度的性能，使合金具有较好的耐磨性，从而进一步保证合金的耐腐蚀性能。作为进一步的优选，所述Mo：Sr：SiC的质量比为0.3：0.52：0.05。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，通过各元素之间的协同作用，能够实现兼具高耐腐蚀性和高耐磨性的效果；还具有较好的力学性能，使在抗拉强度和屈服强度上也能够达到较高的力学性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例中壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金包括以下质量百分数的成分：
Si：9.0wt％；Mg：0.45wt％；Fe：0.55wt％；Cu：0.03wt％；Mn：0.45wt％；Ni：≤0.05wt％；Ti：≤0.05wt％；余量为铝；可以含有不可避免的杂质。
该铝合金可以直接加工成壁挂炉热交换器或之后的连接管件(如烟气或壁挂炉的回路管道)等材料使用。
该铝合金可以通过以下方法加工而成：
按照以上各原料的质量配比选取材料，将纯Al、纯Fe、纯Si、纯铜、纯镁、纯银、纯Ni，Al-Mn中间合金进行预热，预热温度为130℃～150℃，经过预热处理后，将纯硅打碎成10mm左右的小块，然后用铝箔包起来在200℃左右预热；
然后，将经过预热后的纯铝锭放入熔炼炉中，再继续进行升温，待炉温达到750℃时，进行保温至金属铝呈熔融态；使熔融完全后，将经过预热后的纯Si、Ti和纯Ni再加入到熔体中，充分搅拌至其熔化完全，再升温到950℃,并保温20-25min左右，然后，降温至850℃后,将经过预热后的纯铜、钝镁和Al-Mn中间合金加入到熔体中，充分搅拌至其熔化完全，并保温5min左右；待合金熔体温度降到760℃时，加入0.5wt％～0.8wt％六氯乙烷(C2Cl6)进行精炼，去除表面浮渣，保温10min左右后，进行扒渣；然后，重新升温加热到850℃，加入Al-P中间合金，P元素加入量为合金总重的0.1％左右，搅拌,保温15-20min，使Al-P中间合金充分熔化完全；然后，将熔体由850℃升温至1050℃，保温5分钟，然后冷却至850℃；反复三次，进行熔体过热处理，通过进行过热处理目的是为了调整合金熔体组织结构，最后保温在850℃，进行扒渣，大约保温5分钟左右，加入的金属模具的型腔内进行浇铸，其中，金属型模具在浇注前需预热到250℃-350℃，得到相应的铸态铝合金；再将得到的铸态铝合金在495℃～565℃的温度条件下，保温8小时进行固溶化处理，而后放入50℃～80℃水中冷却；再放入温度为180℃～200℃的温度条件下进行时效处理保温10小时，得到相应的铝合金。
实施例2
本实施例中壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金包括以下质量百分数的成分：
Si：12wt％；Mg：0.20wt％；Fe：0.25wt％；Cu：0.05wt％；Mn：0.15wt％；Ni：0.03wt％；Ti：0.02wt％；余量为铝；可以含有不可避免的杂质。
本实施例中的铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例3
本实施例中壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金包括以下质量百分数的成分：
Si：10wt％；Mg：0.305wt％；Fe：0.35wt％；Cu：0.04wt％；Mn：0.20wt％；Ni：0.04wt％；Ti：0.03wt％；余量为铝可以含有不可避免的杂质。
本实施例中的铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例4
本实施例中壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金包括以下质量百分数的成分：
Si：11wt％；Mg：0.35wt％；Fe：0.30wt％；Cu：0.04wt％；Mn：0.28wt％；Ni：0.03wt％；Ti：0.02wt％；Zn的含量≤0.1wt％；Pb的含量≤0.05wt％；Sn的含量≤0.05wt％，余量为铝可以含有不可避免的杂质。
本实施例中的铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例5
本实施例中壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金包括以下质量百分数的成分：
Si：10.5wt％；Mg：0.30wt％；Fe：0.34wt％；Cu：0.03wt％；Mn：0.15wt％；Ni：0.02wt％；Ti：0.02wt％；Zn：0.05wt％；Pb：0.02wt％；Sn：0.02wt％；Mo：0.30wt％；Sr：0.5wt％；SiC：0.05wt％，余量为铝可以含有不可避免的杂质。
本实施例中的铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例6
本实施例中壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金包括以下质量百分数的成分：
Si：11.5wt％；Mg：0.40wt％；Fe：0.45wt％；Cu：0.04wt％；Mn：0.25wt％；Ni：0.04wt％；Ti：0.03wt％；Zn：0.08wt％；Pb：0.02wt％；Sn：0.02wt％；Mo：0.8wt％；Sr：0.7wt％；SiC：0.04wt％，余量为铝可以含有不可避免的杂质。
本实施例中的铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例7
本实施例中壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金包括以下质量百分数的成分：
Si：10wt％；Mg：0.35wt％；Fe：0.45wt％；Cu：0.04wt％；Mn：0.20wt％；Ni：0.05wt％；Ti：0.03wt％；Zn：0.08wt％；Pb：0.02wt％；Sn：0.02wt％；Mo：0.8wt％；Sr：0.7wt％；SiC：0.06wt％，余量为铝可以含有不可避免的杂质。
本实施例中的铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例8
本实施例中壁挂炉冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金包括以下质量百分数的成分：
Si：11.25wt％；Mg：0.25wt％；Fe：0.35wt％；Cu：0.05wt％；Mn：0.25wt％；Ni：0.02wt％；Ti：0.04wt％；Zn：0.07wt％；Pb：0.03wt％；Sn：0.01wt％；Mo：0.3wt％；Sr：0.52wt％；SiC：0.05wt％，余量为铝可以含有不可避免的杂质。
本实施例中的铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
选取上述实施例中得到的相应铝合金进行相应的性能测试，具体测试结果如下表1所示。
表1：
其中，上述表1中硬度的测试按照GB/T 231.1规定的方法操作。
上述表1中的耐蚀性测试是采用以下耐久性测试方法进行试验，具体为：使用02气，供水压力0.1MPa，将冷凝炉设置为采暖模式，在额定负荷下，设置供、回水温度为50℃/30℃的低水温工况下，累计连续运行1200h。
同时，采用本发明的铝合金制成的热交换器和可能与冷凝水接触的其他部件材料均能够达到无明显腐蚀现象；且经耐久性试验后，按GB 25034—2010中7.9测试采暖系统水阻增加不大于原值的15％；以及经耐久性试验后，按GB 25034—2010中7.2.3进行水路系统密封性试验，均没有出现无泄漏、无变形。从上述结果表明本发明的铝合金具有较好的耐蚀性性能效果。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (8)
1.一种冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，其特征在于，该铝合金包括以下质量百分数的成分：
Si：9.0wt％～12wt％；Mg：0.20wt％～0.45wt％；Fe：0.25wt％～0.55wt％；Cu：0.03wt％～0.05wt％；Mn：0.15wt％～0.45wt％；Ni：≤0.05wt％；Ti：≤0.05wt％；Mo：0.30wt％～1.0wt％；Sr：0.5wt％～0.8wt％；SiC：0.04wt％～0.06wt％；余量为铝。
2.根据权利要求1所述冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述Si的含量为10wt％～11wt％。
3.根据权利要求1所述冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述Mn元素与Si元素的质量比为0.1：4.5～5.0。
4.根据权利要求1所述冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述Fe的含量为0.3wt％～0.4wt％。
5.根据权利要求1或2或3所述冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述Ni的含量为：0.01wt％～0.03wt％；Ti的含量为0.02wt％～0.03wt％。
6.根据权利要求1或2或3所述冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述铝合金中Zn的含量≤0.1wt％。
7.根据权利要求1或2或3所述冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述铝合金中Pb的含量≤0.05wt％；Sn的含量≤0.05wt％。
8.根据权利要求1所述冷凝燃气铸铝锅炉热交换器用高耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述Mo：Sr：SiC的质量比为0.3：0.52：0.05。
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Denomination of invention: A high corrosion resistant aluminum alloy for heat exchanger of condensing gas cast aluminum boiler Effective date of registration: 20201105 Granted publication date: 20190201 Pledgee: Zhejiang Tailong commercial bank Taizhou branch of Limited by Share Ltd. Pledgor: ZHEJIANG INOVISEN THERMAL ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020330000894 |
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