CN108193104B - 一种热交换器用高强度翅片箔及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热交换器用高强度翅片箔及其制造方法，所述翅片箔其原料包括以下重量百分比的组份，其中：合金组份：硅0.5～1.0%，铁0.05～0.4%，铜不小于0.2%且不超过0.6%，锰1.2～1.6%，锌不小于2.0且不超过5.0%，镁、钛均≤0.05%；其他杂质元素合计≤0.15%，其余为铝。热交换器用高强度翅片箔，在钎焊前具有良好的常温力学性能和加工性能，而且，还获得了超高的钎焊后抗拉强度（≥170N/mm2）和良好高温抗下垂性能，伸出50mm时下垂值≤30mm，同时，还具有良好的钎焊后导热性能，钎焊后电导率≥42%IACS。
Description
技术领域
本发明涉及钎焊用高性能铝合金翅片箔生产技术领域，更具体地，涉及一种热交换器用高强度翅片箔及其制造方法。
背景技术
随着热交换器向着小型化、轻量化的方向发展，对热交换器的爆破压力、散热效率等性能指标也提出了更高的要求。其中翅片箔钎焊后强度的高低，直接影响着热交换器的爆破压力，目前市场上的翅片箔钎焊后强度都在110～150 N/mm2范围，远远不能满足热交换器再进一步小型化的发展要求。翅片箔钎焊后电导率的高低，也直接影响着热交换器的散热效率，一般要求钎焊后电导率至少≥40%。
由于热交换器钎焊时温度高达580～620℃，而3XXX系铝合金再结晶温度一般在300～400℃左右，钎焊时热交换器上各部分铝材均处于完全软化状态，此时翅片箔钎焊后强度的高低基本只取决于内部的合金元素含量。添加铜和镁元素，是提高3XXX系合金钎焊后强度的最有效办法。然而在氮气保护钎焊时，镁会与钎剂（主要成分为KFAl4）反应造成钎焊不良，因此氮气保护钎焊对镁含量有严格限制。添加铜元素，可以显著提高3XXX系合金翅片箔钎焊后强度，然而铜相对3XXX系铝合金是正电极电位，导致翅片箔电极电位高于与之相连的管料、板料，管料和板料优先被腐蚀发生热交换器泄漏，与热交换器设计时要求翅片箔电极电位低优先被腐蚀、保护管料和板料不被优先腐蚀（简称牺牲阳极保护作用）的原则相违背，因此市场上的翅片箔铜含量一般不超过0.20%。
综上所述，如何保证翅片箔电极电位低、优先被腐蚀保护相连的管料和板料，同时又有着超高的钎焊后强度（≥170N/mm2），是极具挑战性的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术无法同时保证翅片箔电极电位低、优先被腐蚀保护相连的管料和板料、同时又有着超高的钎焊后强度（≥170N/mm2） 效果的技术不足，提供一种热交换器用高强度翅片箔，该翅片箔既具有超高的钎焊后强度（≥170N/mm2）、良好的高温抗下垂性能，同时，还具有钎焊高温后良好的导热性能。
本发明要解决的另一技术问题是提供所述热交换器用高强度翅片箔的制造方法。
本发明的发明目的通过以下技术方案予以实现：
提供一种热交换器用高强度翅片箔，其原料包括以下重量百分比的组份，其中：合金组份：硅0.5～1.0%，铁0.05～0.4%，铜不小于0.2%且不超过0.6%，锰1.2～1.6%，锌不小于2.0且不超过5.0%，镁、钛均≤0.05%；其他杂质元素合计≤0.15%，其余为铝。
上述组份配方及合金控杂技术基于如下本发明的技术理念：
为了兼得翅片箔的超高钎焊后强度和低电极电位的牺牲阳极保护作用，在组份配比设计时，考虑到铜元素能显著提高材料强度，因此，为了获得翅片箔超高的钎焊后强度（≥170N/mm2），必须添加的铜含量必须突破市场上的翅片箔铜含量一般不超过0.2%的限制。但添加铜元素后，为了中和铜元素造成的翅片箔电极电位上升，将考虑添加更多的锌元素，锌元素能显著降低3XXX系合金的电极电位，但锌含量太高会造成翅片箔自身耐腐蚀性下降，市场上的翅片箔锌含量一般不超过2.0%，本发明考虑到铜元素和锌元素有相互电位中和作用，只要钎焊后翅片箔电极电位不是特别低，添加的锌含量就可以突破市场上的翅片箔锌含量一般不超过2.0%的限制。本发明不断进行综合分析研究并结合大量的试验总结，获得了科学的热交换器用高强度翅片箔的原料核心组成方案，突破性地将铜含量提高至0.4～0.6%，从而获得超高的钎焊后强度（≥170N/mm2），同时保持翅片箔低电极电位的牺牲阳极保护作用，将锌含量提高至3.0～5.0%，中和因添加铜元素造成翅片箔电极电位的上升，在本发明设计的铜和锌含量的核心目标下，科学调整本发明其他合金元素的含量，例如硅铁锰的含量，其中硅含量为0.5～1.0%，铁含量为0.05～0.4%，锰含量1.2～1.6%，硅高、锰高可以提供翅片箔钎焊前、后强度，同时硅高铁低可以获得粗大的成品晶粒，良好的高温抗下垂性能，各个元素发挥恰到好处的协同作用，该翅片箔既具有超高的钎焊后强度（≥170N/mm2）、良好的高温抗下垂性能，同时，还具有钎焊高温后良好的导热性能。
优选地，所述热交换器用高强度翅片箔，其原料包括以下重量百分比的组份，其中：合金组份：硅0.5～1.0%，铁0.05～0.4%，铜0.4～0.6%，锰1.2～1.6%，锌3.0～5.0%，镁、钛均≤0.05%；其他杂质元素合计≤0.15%，其余为铝。
进一步优选地，所述热交换器用高强度翅片箔，其原料包括以下重量百分比的组份，其中：合金组份：硅0.77%，铁0.11%，铜0.53%，锰1.38%，锌4.03%，Mg0.02%，Ti0.03%，其他杂质元素合计0.1%，其余为铝。
进一步优选地，所述热交换器用高强度翅片箔，其原料包括以下重量百分比的组份，其中：合金组份：硅0.62%，铁0.06%，铜0.45%，锰1.23%，锌3.61%，Mg0.01%，Ti0.02%，其他杂质元素合计0.09%，其余为铝。
进一步优选地，所述热交换器用高强度翅片箔，其原料包括以下重量百分比
的组份，其中：合金组份：硅0.97%，铁0.29%，铜0.48%，锰1.58%，锌4.86%，Mg0.02%，Ti0.04%，其他杂质元素合计0.11%，其余为铝。
进一步优选地，所述热交换器用高强度翅片箔，其原料包括以下重量百分比的组份，其中：合金组份：硅0.52%，铁0.18%，铜0.58%，锰1.32%，锌3.22%，Mg0.01%，Ti0.03%，其他杂质元素合计0.08%，其余为铝。
进一步优选地，所述热交换器用高强度翅片箔，其原料包括以下重量百分比的组份，其中：合金组份：硅0.85%，铁0.38%，铜0.41%，锰1.46%，锌4.34%，Mg0.01%，Ti0.03%，其他杂质元素合计0.10%，其余为铝。
本发明所述热交换器用高强度翅片箔的制备方法参照本领域现有常规制备方法。
作为一种可选方案，所述高强度翅片箔的制备方法，包括以下步骤：按照所述合金组份进行配比、熔炼、精炼、搅拌除气、扒渣、连续铸轧制得6~8mm的铸轧卷坯料、一次冷轧至3.5mm厚、均匀化退火、二次冷轧至0.075~0.085mm厚、中间退火、三次冷轧，轧制得到箔厚0.05mm的所述翅片箔成品。
本发明所得的热交换器用高强度翅片箔，经过605℃温度钎焊5分钟后，所述翅片箔电导率≥42％IACS；所述翅片箔厚度0.05mm；经过605℃温度钎焊5分钟后，宽22mm伸出50mm样片的下垂值≤30mm；钎焊前翅片箔抗拉强度≥215 N/mm2； 经过605℃温度钎焊5分钟后，所述翅片箔抗拉强度≥170N/mm2。
本发明具有如下优点：
本发明大胆提高铜和锌的含量，合理设计其他元素含量，突破了本领域现有技术局限，提供一种热交换器用高强度翅片箔，在钎焊前具有良好的常温力学性能和加工性能，而且，还获得了超高的钎焊后抗拉强度（≥170N/mm2）和良好高温抗下垂性能，宽22mm、伸出50mm时下垂值≤30mm，同时，还具有良好的钎焊后导热性能，钎焊后电导率≥42%IACS。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。除非特别说明，本发明采用的原料、方法和设备为本技术领域常规的原料、方法和设备。
实施例
本发明实施例1~5及本发明以外的对比例（采用目前市场上普遍的3003+1.5％Zn合金、3003MOD+1.5%Zn合金制得厚度0.05mm单层翅片箔材）部分组份配比参见表1。
按照表1所示组份制得的铝熔体，再依序通过精炼、搅拌除气、扒渣、连续铸轧制得6~8mm的铸轧卷坯料、一次冷轧至3.5mm厚、均匀化退火、二次冷轧至0.075~0.085mm厚、中间退火、三次冷轧，轧制得到箔厚0.05mm的所述翅片箔成品。
接着取以上成品样条先进行钎焊前力学性能测试，然后，分别对相应的样条按605℃×5min进行高温模拟钎焊：按GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对这些高温钎焊翅片料进行制样、室温拉伸试验，检测材料高温下垂值，测定钎焊后抗拉强度，并按GB/T11007-2008《电导率仪试验方法》检测材料钎焊后电导率。测定的结果示如表2所示。
表1 本发明实施例1～5以及对比例化学成分列表
表2材料钎焊前后性能测试结果
注：4*--由于成分Cu高、Zn低，Zn含量不足以中和Cu含量提高带来的翅片电位上升，导致翅片无法起到牺牲阳极保护管料及板料的作用。
从上表1和表2可以看出，通过调整配方的本发明热交换器翅片箔，在钎焊前具有良好的常温力学性能和加工性能，而且，还获得了超高的钎焊后抗拉强度（≥170N/mm2）和良好高温抗下垂性能（宽22mm，伸出50mm时下垂值≤30mm），同时，还具有良好的钎焊后导热性能（钎焊后电导率≥42%IACS）。
Claims (3)
1.一种热交换器用高强度翅片箔，其特征在于，其原料包括以下重量百分比的组份，其中：
合金组份：硅0.77%，铁0.11%，铜0.53%，锰1.38%，锌4.03%，Mg0.02%，Ti0.03%，其他杂质元素合计0.1%，其余为铝；或
硅0.62%，铁0.06%，铜0.45%，锰1.23%，锌3.61%，Mg0.01%，Ti0.02%，其他杂质元素合计0.09%，其余为铝；或
硅0.97%，铁0.29%，铜0.48%，锰1.58%，锌4.86%，Mg0.02%，Ti0.04%，其他杂质元素合计0.11%，其余为铝；或
硅0.52%，铁0.18%，铜0.58%，锰1.32%，锌3.22%，Mg0.01%，Ti0.03%，其他杂质元素合计0.08%，其余为铝；或
硅0.85%，铁0.38%，铜0.41%，锰1.46%，锌4.34%，Mg0.01%，Ti0.03%，其他杂质元素合计0.10%，其余为铝。
2.权利要求1所述热交换器用高强度翅片箔，其特征在于，经过605℃温度钎焊5分钟后，所述翅片箔电导率≥42％IACS；所述翅片箔厚度0.05mm；经过605℃温度钎焊5分钟后，宽22mm伸出50mm样片的下垂值≤30mm；钎焊前翅片箔抗拉强度≥215 N/mm2； 经过605℃温度钎焊5分钟后，所述翅片箔抗拉强度≥170N/mm2。
3.权利要求1所述热交换器用高强度翅片箔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照所述合金组份进行配比、熔炼、精炼、搅拌除气、扒渣、连续铸轧制得6~8mm的铸轧卷坯料、一次冷轧至3.5mm厚、均匀化退火、二次冷轧至0.075~0.085mm厚、中间退火、三次冷轧，轧制得到箔厚0.05mm的所述翅片箔成品。
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