CN108340133B - 一种提升热交换器用复合翅片箔脱翅性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升热交换器用复合翅片箔脱翅性能的方法。所述方法是将热交换器用复合翅片箔的钎料层中的铜含量提升至钎料层总质量的0.35~0.45%，并且将芯层中的锌元素的含量占芯层质量2.5%以上。本发明的方法创造性地同时调整了钎料层和芯层的配方，特别是突破了4343材料中铜含量不超过0.25%的认识，使制备得到的复合翅片箔的耐腐蚀性能得到显著的提升，解决了现有的复合翅片箔容易脱翅的问题。

Description

一种提升热交换器用复合翅片箔脱翅性能的方法

技术领域

本发明涉及热交换器用复合翅片箔生产技术领域，更具体地，涉及一种提升热交换器用复合翅片箔脱翅性能的方法。

背景技术

近年来，平行流热交换器由于热交换面积大、散热效率高、耐压强度高等优点，被广泛用作汽车空调和家用/中央空调领域的冷凝器、蒸发器。平行流热交换器是采用表面喷锌挤压多孔管（简称MPE管）、复合翅片箔、集流管料、堵帽、边板等一起组装、钎焊而成。在590~620℃钎焊温度下，复合翅片箔表面的4343合金钎料熔化、流动，冷却后与MPE管、边板等连接成一个整体，复合翅片箔主要起散热和牺牲阳极保护管料作用。复合翅片箔芯层合金含锌、MPE管表面喷锌，其主要目的是利用锌元素能有效降低铝合金电极电位，复合翅片箔和MPE管表层电位低、优先被腐蚀，从而保护管料芯层不被优先腐蚀穿孔，达到延长平行流热交换器使用寿命的目的。

随着热交换器向着小型化、轻量化的方向发展，复合翅片箔的厚度也越来越薄，由最初的0.1mm逐步减薄至0.08mm以下，对热交换器的耐腐蚀性能指标也提出了更高的要求。其中复合翅片箔与MPE管钎焊后形成的焊角部位经常是最薄弱的部位，在腐蚀环境条件下，焊角部位由于含有MPE管表层钎焊时向焊角部位扩散的锌、以及复合翅片箔芯层合金钎焊时向焊角部位扩散的锌，导致焊角部位锌含量比复合翅片箔、MPE管表层高，焊角部位电极电位较低、优先被腐蚀，从而发生复合翅片与MPE管分离现象（简称脱翅），脱翅后，复合翅片不能再与MPE管形成一个整体，无法再起到散热和牺牲阳极保护管料芯层的作用，平行流热交换器的散热效率和使用寿命将大大降低。

综上所述，如何改善平行流热交换器复合翅片箔与MPE管钎焊后的焊角部位的耐腐蚀性能，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的复合翅片箔容易脱翅的问题，提供一种提升热交换器用复合翅片箔脱翅性能的方法。

本发明的发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种提升热交换器用复合翅片箔脱翅性能的方法，具体是，将热交换器用复合翅片箔的钎料层中的铜含量提升至钎料层总质量的0.35~0.45%，并且将芯层中的锌元素的含量占芯层质量2.5%以上。

通常地，热交换器用复合翅片箔的钎料层采用4343合金制备，芯层采用3003合金制备。4343合金中，Cu含量不超过0.25%，3003合金中Zn含量不超过2%。

上述方法基于如下本发明的技术理念：

为了改善平行流热交换器复合翅片箔与MPE管的焊角部位因扩散锌含量高导致该部位电极电位低、优先被腐蚀发生脱翅的问题，在组份配比设计时，考虑到铜元素能显著提高铝合金的电极电位，本发明创造性地突破传统4343合金钎料Cu不超过0.25%的限制，将复合翅片箔钎料层合金中的铜含量提高至0.35~0.45%，在钎焊高温过程中，复合翅片箔钎料层合金中的铜一部分将扩散到复合翅片箔与MPE管的焊角部位，铜元素可以中和因扩散的锌元素造成焊角部位的电极电位下降，从而提高了焊角部位的电极电位，使得焊角部位的电极电位高于相邻的MPE管表层电极电位和复合翅片箔电极电位，在腐蚀条件下，焊角焊位不会优先被腐蚀发生脱翅现象，保证了热交换器良好的散热效率，延长了热交换器的整体使用寿命。同时，铜元素还可以提高焊角部位的强度。

同时，为了保持复合翅片箔电极电位低、牺牲阳极保护焊角和MPE管作用，将复合翅片箔芯层合金的锌含量提高至2.5%以上，中和因钎料层添加铜元素造成复合翅片箔电极电位的上升。而现有的芯层材料一半锌含量在1.2~2%区间，当钎料层的铜元素含量上升后，使用这种锌浓度的芯层材料，将达不到牺牲翅片箔保护MPE管的作用。

优选地，所述芯层中锌元素的含量占芯层质量2.5~3%。

具体地，本发明方法所制备的热交换器用复合翅片箔，所述复合翅片箔由钎料层及芯层复合而成，所述钎料层的元素组成按质量百分比计算如下：硅6.8~8.2%，铁0.05~0.4%，铜0.35~0.45%，镁≤0.05%，锰≤0.05%，锌≤0.2%，钛≤0.05%，其他杂质元素合计≤0.15%，其余为铝。

同时，现有技术中，通常采用3003铝材作为芯材。发明人发现，在提高了钎料层的铜含量及锌层的锌含量以后，原来满足复合翅片箔的抗拉强度及下垂性能出现较明显的波动。在一些情况下，能维持得较好，但一些情况下，出现明显下降。发明人发现，这两种性能与钎焊后的晶粒大小有密切关系，而硅元素和锰元素的含量，对形成晶粒的尺寸有影响。优选地，所述芯层中，硅元素含量为0.3~0.7%，锰元素含量为1.2~1.6%。硅元素和锰元素控制在这个范围内，钎焊后能形成更多大尺寸的晶粒，使钎焊后保持高的抗拉强度及良好的高温抗下垂性能。

作为一种可选方案，所述芯层的元素组成按质量百分比计算如下：硅0.3~0.7%，铁0.05~0.3%，铜≤0.01%，锰1.2~1.6%，锌2.5~3%，其他杂质元素合计≤0.15%，其余为铝。

一般地，复合翅片箔的厚度在0.1mm左右，随着技术的发展，复合翅片箔的厚度在不断减少，从而对耐腐蚀性能有更高的要求。而本发明方法更容易能满足薄的复合翅片箔的要求。优选地，所述复合翅片箔的厚度为0.08mm以下。

作为一种可选方案，所述钎料层有内外两层，将芯层夹于内外层之间。

作为一种可选方案，所述任意一钎料层的厚度占所述热交换器用复合翅片箔的总厚度的8~12%。

本发明方法改进后的所述热交换器用复合翅片箔SWAAT 300h腐蚀试验焊角脱翅数量≤55个/100个。

除此以外，本发明的具体配方制成的复合翅片箔还还具有良好的钎焊前后的抗拉强度及高温抗下垂性能。具体在钎焊后抗拉强度≥140 N/mm²，高温抗下垂性能，在宽22mm，伸出50mm样片的下垂值≤30mm。

所述热交换器用复合翅片箔的制备方法，可以参考现有技术。

优选地，所述热交换器用复合翅片箔的制备方法，包括以下步骤：

S1.芯层材料铸造，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内，经熔炼与精炼后铸造；

S2.钎料层材料铸造，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内，经熔炼与精炼后铸造；然后经锯切、铣面、加热、热轧、剪切成钎焊层板块。

S3.焊合，将芯层材料与钎料层板块，捆绑成三层的复合锭；

S4.加热，将三层复合锭放入加热炉中加热；

S5.复合热轧，将复合锭轧至5.0mm厚的热轧坯料；

S6.粗、中轧，在冷轧机上将5.0mm厚度的热轧坯料经6道次轧制至0.115～0.166mm的铝箔；

S7.中间退火，将0.115～0.166mm的铝箔放在退火炉里进行完全再结晶中间退火；

S8.精轧，将中间退火后的铝箔在冷精轧机上经1道次轧制成所述热交换器用复合翅片箔。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的方法创造性地同时调整了钎料层和芯层的配方，使制备得到的复合翅片箔耐腐蚀性能得到显著的提升，在 SWAAT 300h腐蚀试验焊角脱翅数量≤55个/100个，解决了现有的复合翅片箔容易脱翅的问题。在优选的具体方案下，所述复合翅片箔在钎焊前具有良好的常温力学性能和加工性能，并且在钎焊后抗拉强度≥140 N/mm²，高温抗下垂性能在宽22mm，伸出50mm样片的下垂值≤30mm。

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4343作为钎料层的基材，以及3003作为芯层的基材），具体组份配比参见表1。

按照表1所示组份制得的芯层材料和钎料层材料，焊接，将芯层材料与钎料层材料，焊接成三层的复合锭；将三层复合锭放入加热炉中加热；复合热轧，将复合锭轧至5.0mm厚的热轧坯料；粗、中轧，在冷轧机上将5.0mm厚度的热轧坯料经6道次轧制至0.115～0.166mm 的铝箔；然后放在退火炉里进行中间退火；

将中间退火后的铝箔在冷精轧机上经1道次轧制成厚度为0.08mm的热交换器用复合翅片箔。

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，检测高温材料下垂值：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、钎焊后抗拉强度。对复合翅片箔、MPE管（3102合金，表面喷锌6g/m²）、集流管料、堵帽、边板一起组装、钎焊制成平行流热交换器、按ASTM G85盐雾试验标准进行SWAAT 300h腐蚀试验。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1~5化学成分列表

表2材料钎焊前后性能测试结果

从上表1和表2可以看出，通过调整配方的本发明的热交换器复合翅片箔，表现出良好的耐腐蚀性能（SWAAT 300h腐蚀试验焊角脱翅数量≤55个/100个）。即脱翅的问题得到有效解决，在优选的芯材配方下，所述热交换器复合翅片箔在钎焊前具有良好的常温力学性能和加工性能，钎焊后依然保持高的抗拉强度（≥140N/mm²）和高温抗下垂性能（在宽22mm，伸出50mm时下垂值≤30mm），因此在解决了脱翅问题的同时，维持了原有的较佳性能。

Claims (3)

1.一种提升热交换器用复合翅片箔脱翅性能的方法，其特征在于，将热交换器用复合翅片箔的 钎料层中的铜含量提升至钎料层总质量的0.35~0.45%，并且将芯层中的锌元素的含量占芯层质量2.5%以上；

所述钎料层的元素组成按质量百分比计算如下：硅6.8~8.2%，铁0.05~0.4%，铜0.35~0.45%，镁≤0.05%，锰≤0.05%，锌≤0.2%，钛≤0.05%，其他杂质元素合计≤0.15%，其余为铝；

所述芯层的元素组成按质量百分比计算如下：硅0.3~0.7%，铁0.05~0.3%，铜≤0.01%，锰1.2~1.6%，锌2.5~3%，其他杂质元素合计≤0.15%，其余为铝。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述复合翅片箔的厚度为0.08mm以下。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述复合翅片箔通过如下步骤制备：

S1.芯层材料铸造，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内，经熔炼与精炼后铸造；

S2.钎料层材料铸造，按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内，经熔炼与精炼后铸造；然后经锯切、铣面、加热、热轧、剪切成钎料层板块；

S3.焊合，将芯层材料与钎料层板块捆绑成三层的复合锭；

S4.加热，将三层复合锭放入加热炉中加热；

S5.复合热轧，将复合锭轧至5.0mm厚的热轧坯料；

S6.粗、中轧，在冷轧机上将5.0mm厚度的热轧坯料经6道次轧制至0.115～0.166mm的铝箔；

S7.中间退火，将0.115～0.166mm的铝箔放在退火炉里进行完全再结晶中间退火；

S8.精轧，将中间退火后的铝箔在冷精轧机上经1道次轧制成所述热交换器用复合翅片箔。