CN107312954A - 一种高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金及其制备方法。该芯材合金按重量百分比其组分为：铁0.15～0.40％，硅0.05～0.25％，锰0.6～1.6％，铜0.4～0.8％，铬0.1～0.4％，其余为铝。该芯材合金的制备方法主要包括：1、选配除中间合金(除Al‑Cr合金外)进行熔炼、搅拌、精炼和静置；2、添加Cr剂，搅拌、静置后将铝液浇铸成芯材铝合金板；3、对芯材铝合金板均质处理、保温后出炉空冷，再经过表面处理即可。本发明的优点为通过优化复合铝箔芯材合金的成分配比，结合上述制造方法，浇铸轧制及热处理，可得到抗下垂性能优异，抗拉强度较高的复合铝箔芯材；本发明方法简单易行，容易实现，适用于工业化生产。

Description

一种高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种芯材合金及其制备方法，具体涉及一种高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金及其制备方法。
背景技术
复合钎焊铝箔是被广泛应用于汽车热交换器、电站空冷岛热交换器等领域，并逐步向高强轻量化方向发展；由芯材层(3系Al-Mn合金)和双面/单面厚度为8～12％的低熔点包覆层(近共晶Al-Si合金)构成的复合钎焊铝箔，其在钎焊成型过程中，被加热至580～610℃，包覆层(熔点565℃～575℃)熔化，在表面张力、重力和其它效应的作用下通过毛细管运动流到结合的缝隙处，浸润、扩展，随着温度的降低，钎料凝固，最终形成钎焊接头。而在钎焊过程中，熔融包覆层将侵蚀芯材层，降低芯材的支撑强度，造成热交换器整体塌陷或产生虚焊、脱焊等现象；
研究表明，芯材的再结晶晶粒尺寸增大可有效抑制熔融焊料的侵蚀，而长条状再结晶晶粒可以提高复合铝箔的抗下垂性。然而，在实际生产中，经过高温均质处理的复合钎焊铝箔芯材难以获得粗大的长条状再结晶晶粒。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种抗下垂性能优异的复合钎焊铝箔芯材合金；本发明还提供了该高抗下垂性复合钎焊铝箔芯材合金的制备方法。
技术方案：本发明的高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金，按重量百分比其组分为：铁0.15～0.40％，硅0.05～0.25％，锰0.6～1.6％，铜0.4～0.8％，铬0.1～0.4％，其余为铝。
本发明的一种高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金的制备方法包括以下步骤：
1)选配工业纯铝锭、铝铁合金、铝锰合金、铝铜合金、速溶硅进行熔炼，确保铝液中各元素按重量百分比其组分为：铁0.15～0.40％，硅0.05～0.25％，锰0.6～1.6％，铜0.4～0.8％，铬0.1～0.4％，其余为铝，合金熔化后加入速溶硅，待熔化后搅拌、净化精炼、静置铝熔体，并清理铝熔体表面熔渣；
2)往步骤1)处理后的铝熔体中添加铬剂，确保铝熔体中铬按重量百分比其组分为：0.1～0.4％，搅拌、静置铝熔体，然后将铝液浇铸成芯材铝合金板；
3)将步骤2)处理得到的芯材铝合金板加热进行均质处理，保温后出炉空冷，再经过表面处理得到光洁的高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金板后进行轧制工序。
其中：
步骤1)中，所述熔炼合金的温度为700～760℃，熔炼速溶硅及添加Cr剂时合金液温度为760～780℃。
步骤2)中，所述铝熔体采用铁模浇铸成铝合金板，铁模预热达到250℃.
步骤3)中所述进行均质处理，是将所述芯材铝合金板放入马弗炉进行均质处理，均质温度为550～600℃，保温2～4小时。
步骤1)中，所述合金熔化搅拌静置铝熔体后，向铝熔体中加入占铝熔体总重量0.5～0.8％的精炼剂，
所述精炼剂按重量百分比其组分为：15～25％的氯化钠、30～40％的氯化钾、5～12％的六氯甲烷、3～7％的氟硼酸钾、12～16％的氟铝酸钠与10～20％的木炭粉混合而成。
在步骤1)或2)中的搅拌，是采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体。
步骤1)中，所述合金中各合金元素含量按重量百分比，铝铁合金中含铁20.0％，铝锰合金中含锰9.85％，铝铜合金中含铜50.0％，速溶硅的纯度为95％，烧损率以10％计算。
步骤2)中，铬剂中含铬重量百分比75％，其余为助熔剂，添加时用铝箔包裹加入，防止表面烧损过多，烧损率以5％计算。
有益效果：本发明与现有技术相比，通过优化复合铝箔芯材合金的配比，结合上述的制造方法中浇铸、轧制及热处理工艺，可制得抗下垂性能优异的复合铝箔。其显著优点为：1、通过优化复合铝箔芯材合金的配比，结合上述制造工艺，获得的芯材合金具有粗大的长条状再结晶晶粒组织，晶粒轧向尺寸150微米、晶粒长宽比2.9，且有细长条组织出现，可有效抑制熔融焊料的侵蚀，显著提高复合钎焊铝板的抗下垂性；2、同时将模拟钎焊后的上述铝板制成拉伸标准件，用CMT4503万能拉伸试验机测试该合金样的力学性能，可发现其抗拉强度达194Mpa，且较一般三系合金高得多；3、本发明方法简单易行，容易实现，适用于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的描述：
本发明实施例所选用的中间合金、速溶硅及Cr剂由常熟某铝业公司提供。
实施例1：
首先，采用1290克工业纯铝锭、16克铝铁合金、256克铝锰合金、23克铝铜合金、2克速溶硅和5克Cr剂进行熔炼；熔炼温度720℃，中间合金熔化后搅拌2分钟，保温30min后进行精炼净化处理，接着升温至780℃后添加速溶硅和铝箔包裹的铬剂，待其熔化后降温至720℃，清理铝液表面铝渣；保温30min后浇入已250℃预热的板模中，待其冷却后，出炉铸成20mm厚的铝合金板；取样，用直读光谱分析铝合金板各合金元素重量百分含量分别为：铁0.21％，硅0.15％，锰1.57％，铜0.69％，铬0.19％，其余为铝；最后，将获得的芯材合金板进行均质处理，均质温度550℃，保温4小时，出炉空冷，然后经过处理获得表面光洁的18mm芯材合金板。
检测：1、将本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理(阳极覆膜液配方H3BO3 25g+去离子水1L；电压：25V；电流密度：0.20～0.30A/cm 2；时间：3～4min)，并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸152微米、晶粒长宽比2.9，观察到大量细长条组织；钎焊后，其芯材可获得粗大的长条状再结晶晶粒组织，增大的芯材再结晶晶粒可有效抑制熔融焊料的侵蚀，提高复合铝箔的抗下垂性2、测试该合金的力学性能，发现其抗拉强度达201Mpa，较一般三系合金高得多；
实施例2：
首先，采用1300克工业纯铝锭、18克铝铁合金、260克铝锰合金、25克铝铜合金、3克速溶硅和1.5克Cr剂进行熔炼；熔炼温度720℃，中间合金熔化后搅拌2分钟，保温30min后进行精炼净化处理，接着升温至780℃后添加速溶硅和铝箔包裹的铬剂，待其熔化后降温至720℃，清理铝液表面铝渣；保温30min后浇入已250℃预热的板模中，待其冷却后，出炉铸成20mm厚的铝合金板；取样，用直读光谱分析铝合金板各合金元素重量百分含量分别为：铁0.23％，硅0.21％，锰1.59％，铜0.61％，铬0.07％，其余为铝；最后，将获得的芯材合金板进行均质处理，均质温度550℃，保温4小时，出炉空冷，然后经过处理获得表面光洁的18mm芯材合金板。
检测：1、将本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸141微米、晶粒长宽比2.7，观察到大量细长条组织；钎焊后，其芯材可获得粗大的长条状再结晶晶粒组织，增大的芯材再结晶晶粒可有效抑制熔融焊料的侵蚀，提高复合铝箔的抗下垂性2、测试该合金的力学性能，可发现其抗拉强度达194Mpa，较一般三系合金高得多；
实施例3：
首先，采用1290克工业纯铝锭、15克铝铁合金、240克铝锰合金、20克铝铜合金、3克速溶硅和2.5克Cr剂进行熔炼；熔炼温度720℃，中间合金熔化后搅拌2分钟，保温30min后进行精炼净化处理，接着升温至780℃后添加速溶硅和铝箔包裹的铬剂，待其熔化后降温至720℃，清理铝液表面铝渣；保温30min后浇入已250℃预热的板模中，待其冷却后，出炉铸成20mm厚的铝合金板；取样，用直读光谱分析铝合金板各合金元素重量百分含量分别为：铁0.19％，硅0.18％，锰1.42％，铜0.57％，铬0.11％，其余为铝；最后，将获得的芯材合金 板进行均质处理，均质温度550℃，保温4小时，出炉空冷，然后经过处理获得表面光洁的18mm芯材合金板。
检测：1、将本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸146微米、晶粒长宽比2.6，观察到大量细长条组织；钎焊后，其芯材可获得粗大的长条状再结晶晶粒组织，增大的芯材再结晶晶粒晶粒可有效抑制熔融焊料的侵蚀，提高复合铝箔的抗下垂性2、测试该合金的力学性能，可发现其抗拉强度达198Mpa，较一般三系合金高得多；
实施例4：
首先，采用1290克工业纯铝锭、26克铝铁合金、270克铝锰合金、23克铝铜合金、3克速溶硅和10克Cr剂进行熔炼；熔炼温度720℃，中间合金熔化后搅拌2分钟，保温30min后进行精炼净化处理，接着升温至780℃后添加速溶硅和铝箔包裹的铬剂，待其熔化后降温至720℃，清理铝液表面铝渣；保温30min后浇入已250℃预热的板模中，待其冷却后，出炉铸成20mm厚的铝合金板；取样，用直读光谱分析铝合金板各合金元素重量百分含量分别为：铁0.31％，硅0.24％，锰1.71％，铜0.69％，铬0.47％，其余为铝；最后，将获得的芯材合金板进行均质处理，均质温度550℃，保温4小时，出炉空冷，然后经过处理获得表面光洁的18mm芯材合金板。
检测：1、将本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸154微米、晶粒长宽比2.7，观察到大量细长条组织；钎焊后，其芯材可获得粗大的长条状再结晶晶粒组织，增大的芯材再结晶晶粒可有效抑制熔融焊料的侵蚀，提高复合铝箔的抗下垂性2、测试该合金的力学性能，可发现其抗拉强度达190Mpa，较一般三系合金高得多；
实施例5：
首先，采用1350克工业纯铝锭、30克铝铁合金、220克铝锰合金、23克铝铜合金、2克速溶硅和4克Cr剂进行熔炼；熔炼温度720℃，中间合金熔化后搅拌2分钟，保温30min后进行精炼净化处理，接着升温至780℃后添加速溶硅和铝箔包裹的铬剂，待其熔化后降温至720℃，清理铝液表面铝渣；保温30min后浇入已250℃预热的板模中，待其冷却后，出炉铸成20mm厚的铝合金板；取样，用直读光谱分析铝合金板各合金元素重量百分含量分别为：铁0.41％，硅0.15％，锰1.62％，铜0.63％，铬0.16％，其余为铝；最后，将获得的芯材合金板进行均质处理，均质温度550℃，保温4小时，出炉空冷，然后经过处理获得表面光洁的18mm芯材合金板。
检测：1、将本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸139微米、晶粒长宽比2.5，观察到大量细长条组织；钎焊后，其芯材可获得粗大的长条状再结晶晶粒组织，增大的芯材再结晶晶粒可有效抑制熔融焊料的侵蚀，提高复合铝箔的抗下垂性2、测试该合金的力学性能，可发现其抗拉强度达203Mpa，较一般三系合金高得多；
实施例6：
首先，采用1380克工业纯铝锭、25克铝铁合金、240克铝锰合金、21克铝铜合金、3克速溶硅和3.5克Cr剂进行熔炼；熔炼温度720℃，中间合金熔化后搅拌2分钟，保温30min后进行精炼净化处理，接着升温至780℃后添加速溶硅和铝箔包裹的铬剂，待其熔化后降温至720℃，清理铝液表面铝渣；保温30min后浇入已250℃预热的板模中，待其冷却后，出炉铸成20mm厚的铝合金板；取样，用直读光谱分析铝合金板各合金元素重量百分含量分别为：铁0.33％，硅0.23％，锰1.58％，铜0.61％，铬0.14％，其余为铝；最后，将获得的芯材合金板进行均质处理，均质温度550℃，保温4小时，出炉空冷，然后经过处理获得表面光洁的18mm芯材合金板。
检测：1、将本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸140微米、晶粒长宽比2.6，观察到大量细长条组织；钎焊后，其芯材可获得粗大的长条状再结晶晶粒组织，增大的芯材再结晶晶粒可有效抑制熔融焊料的侵蚀，提高复合铝箔的抗下垂性2、测试该合金的力学性能，可发现其抗拉强度达191Mpa，较一般三系合金高得多。

Claims (10)

1.一种高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金，其特征在于按重量百分比其组分为：铁0.15～0.40％，硅0.05～0.25％，锰0.6～1.6％，铜0.4～0.8％，铬0.1～0.4％，其余为铝。
2.一种如权利要求1所述一种高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)选配工业纯铝锭、铝铁合金、铝锰合金、铝铜合金、速溶硅进行熔炼，确保铝液中各元素按重量百分比其组分为：铁0.15～0.40％，硅0.05～0.25％，锰0.6～1.6％，铜0.4～0.8％，铬0.1～0.4％，其余为铝，合金熔化后加入速溶硅，待熔化后搅拌、净化精炼、静置铝熔体，并清理铝熔体表面熔渣；
2)往步骤1)处理后的铝熔体中添加铬剂，确保铝熔体中铬按重量百分比其组分为：0.1～0.4％，搅拌、静置铝熔体，然后将铝液浇铸成芯材铝合金板；
3)将步骤2)处理得到的芯材铝合金板加热进行均质处理，保温后出炉空冷，再经过表面处理得到光洁的高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金板后进行轧制工序。
3.根据权利要求2所述的高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述熔炼合金的温度为700～760℃，熔炼速溶硅及添加Cr剂时合金液温度为760～780℃。
4.根据权利要求2所述的高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述铝熔体采用铁模浇铸成铝合金板，铁模预热达到250℃。
5.根据权利要求2所述的高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金的制备方法，其特征在于：步骤3)中所述进行均质处理，是将所述芯材铝合金板放入马弗炉进行均质处理，均质温度为550～600℃，保温2～4小时。
6.根据权利要求2所述高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述合金熔化搅拌静置铝熔体后，向铝熔体中加入占铝熔体总重量0.5～0.8％的精炼剂。
7.根据权利要求6所述高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金的制备方法，其特征在于：所述精炼剂按重量百分比其组分为：15～25％的氯化钠、30～40％的氯化钾、5～12％的六氯甲烷、3～7％的氟硼酸钾、12～16％的氟铝酸钠与10～20％的木炭粉混合而成。
8.根据权利要求2所述高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金的制备方法，其特征在于：在步骤1)或2)中的搅拌，是采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体。
9.根据权利要求2所述高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述合金中各合金元素含量按重量百分比，铝铁合金中含铁20.0％，铝锰合金中含锰9.85％，铝铜合金中含铜50.0％，速溶硅的纯度为95％，烧损率以10％计算。
10.根据权利要求2所述高抗下垂性高强复合铝箔芯材合金的制备方法，其特征在于：步骤2)中，铬剂中含铬重量百分比75％，其余为助熔剂，添加时用铝箔包裹加入，防止表面烧损过多，烧损率以5％计算。
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