CN108359865A - 一种散热器机械翅片材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种散热器机械翅片材料及其制备方法。所述机械翅片材料中，各元素的质量百分数为：Si≤0.3％，Fe≤0.4％，Cu为0.08～0.12％，Mn为0.08～0.15％，Mg为0.1～0.2％，Zn为0.8～1.3％，Ti为0.05～0.15％，Zr≤0.05％，Cr≤0.05％，其余为Al和总量小于0.15％的不可避免杂质。本发明提供的散热器机械翅片材料强度高、厚度薄、延伸率好，在与换热管胀接的过程成不易出现开裂，有效提高了产品的合格率，该翅片材料的抗拉强度可达200～250MPa，屈服强度可达180～210MPa，延伸率不小于2％。

Description

一种散热器机械翅片材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种散热器机械翅片材料及其制备方法。

背景技术

汽车热交换器用铝合金翅片材料以3xxx系铝合金单料和4xxx系/3xxx系/4xxx系复合料为主。其中，以Mn为主要合金元素的3xxx系铝合金因具有较好的高温强度，并且在590℃～630℃的短时高温钎焊条件下不易变形，常常用作热交换器用钎焊铝合金的主体材料，最典型的代表是AA3003铝合金。不同于采用高温钎焊的方式实现翅片与板材或管材的连接，机械式装配热交换器主要以胀管方式实现管体与翅片的机械连接。该类热交换器装配完成后无需再经高温钎焊处理，具有工序简单、节能环保的优点，在大众系列车型散热器中得到广泛应用。

在机械式装配热交换器的制作过程中，换热管和散热翅片预先装配，组合成芯体。通过将换热管内径扩大，实现换热管与散热翅片的过盈配合，称为芯体胀接。换热管与散热翅片胀接时会出现胀紧程度不足(欠胀)或过量(过胀)的现象。欠胀是由于在胀接过程中，没有产生足够的塑性变形，会造成换热管与散热翅片之间存在间隙，增加热阻，降低传热性能。过胀是由于强度不足，塑性变形过大，使管壁或散热翅片发生裂纹。无论是欠胀还是过胀，都会降低产品的可靠性，甚至出现严重的安全事故。

专利申请CN101010554公开了一种机械式装配热交换器及其密封件，解决了密封件在扩张管上接触压力不均等问题。专利申请CN 102679793A公开了一种换热效率高、便于安装、板材强度高、不易弯曲变形的换热器翅片。该技术中，通过加一定角度倒角便于翅片与翅片管安装；翅片成形过程中增加了一系列弧形凹槽(加强筋)，增加了翅片的抗弯能力；在与翅片管接触的翅片部分加工出一定宽度的翻边，增加了翅片与翅片管的接触面积，使翅片管与翅片接触更为紧密，减少了风阻，增加了换热能力。文献《一种内燃机车用机油热交换器管片胀接工艺的研究》中对胀管连接部件进行了改进，变推力式胀管工艺为拉力式胀管工艺，该工艺具有操作简便、劳动强度低的特点，可实现换热管与散热翅片之间的可靠胀接。

但是，上述报道中，对机械式装配热交换器的研究主要集中在热交换器结构设计及装配方式的改进上等，用来改善热交换器的密封性能及散热效果等，而对机械翅片(相对于钎焊翅片)材料自身力学性能的研究报道较少。

发明内容

本发明旨在提出一种新型的散热器机械翅片材料及其制备方法，该翅片材料具有厚度薄、强度高、延伸率好的优点，在与换热管胀接的过程中不易出现开裂，从而有效提高了产品的合格率。

本发明的目的之一是提供一种散热器机械翅片材料，其中各元素的质量百分数为：Si≤0.3％，Fe≤0.4％，Cu为0.08～0.12％，Mn为0.08～0.15％，Mg为0.1～0.2％，Zn为0.8～1.3％，Ti为0.05～0.15％，Zr≤0.05％，Cr≤0.05％，其余为Al和总量小于0.15％的不可避免杂质。

作为本发明优选的实施方式，所述机械翅片材料中，各元素的质量百分数为：Si≤0.25％，Fe≤0.25％，Cu为0.11～0.12％，Mn为0.12～0.15％，Mg为0.15～0.2％，Zn为0.8～1.0％，Ti为0.10～0.15％，Zr≤0.035％，Cr≤0.035％，其余为Al和总量小于0.15％的不可避免杂质。

本发明的另一目的是提供一种制备散热器机械翅片材料的方法，包括如下步骤：

A、熔铸：按照上述元素质量百分数准备材料，并进行熔铸处理，得到铸锭；

B、铸锭铣面：取步骤A得到的所述铸锭进行铣面处理；

C、铸锭加热：取步骤B得到的铸锭进行加热处理；

D、热轧：取步骤C得到的铸锭进行多道次热轧并打卷，得到热轧卷；

E、冷轧：取步骤D得到的所述热轧卷进行冷轧处理，得到所需规格的散热器机械翅片材料。

进一步地，步骤A中，所述熔铸处理过程包括如下步骤：将铝锭熔化，并进行电磁搅拌，待所述铝锭全部熔化后，得到铝液，向所述铝液中加入剩余的元素材料，对所述铝液表面的浮渣进行扒渣处理，并取样进行化学成分分析，待化学成分合格后，进行精炼、铸造，得到所述铸锭。

作为本发明优选的实施方式，步骤B中，所述铣面处理过程的铣面量为5～15mm。

进一步地，步骤C中，所述加热处理过程的温度为460～500℃，所述加热处理过程的时间为12～24h。

作为本发明优选的实施方式，步骤D中，所述热轧过程中：开轧温度为465～485℃，终轧温度≥320℃。

进一步地，步骤D中，所述铸锭经所述多道次热轧后厚度为5～8mm。

进一步地，步骤E中，所述冷轧处理过程中，控制中间退火温度为370～400℃，所述中间退火时间为2～5h。

进一步地，控制所述散热器机械翅片材料的厚度为0.06～0.1mm。

本发明提供的散热器机械翅片材料强度高、厚度薄、延伸率好，在与换热管胀接的过程成不易出现开裂，有效提高了产品的合格率。该翅片材料的抗拉强度可达200～250MPa，屈服强度可达180～210MPa，延伸率不小于2％。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

鉴于现有技术中存在的问题，本发明从提高材料自身力学性能的角度提出了一种散热器机械翅片材料及其制备方法。

首先，本发明的散热器机械翅片材料中各元素的质量百分数为：Si≤0.3％，Fe≤0.4％，Cu为0.08～0.12％，Mn为0.08～0.15％，Mg为0.1～0.2％，Zn为0.8～1.3％，Ti为0.05～0.15％，Zr≤0.05％，Cr≤0.05％，其余为Al和总量小于0.15％的不可避免杂质。

作为本发明优选的实施方式，所述散热器机械翅片材料中，各元素的质量百分数为：Si≤0.25％，Fe≤0.25％，Cu为0.11～0.12％，Mn为0.12～0.15％，Mg为0.15～0.2％，Zn为0.8～1.0％，Ti为0.10～0.15％，Zr≤0.035％，Cr≤0.035％，其余为Al和总量小于0.15％的不可避免杂质。

其中，本发明的散热器机械翅片材料是在AA7072铝合金的基础上增加了Cu、Mn、Mg、Ti的含量。需要强调的是，Cu可以显著提高合金的强度，当Cu的含量小于0.1％时，主要以固溶形式存在于基体中；当Cu含量超过0.1％时，会形成Al₂Cu相，对提高翅片材料的强度亦有帮助，但是，Cu的含量不宜过高，否则会降低合金的耐蚀性能。Mn也可以提高合金强度，尤其是对屈服强度的提高较为明显。Mg能显著细化合金退火后的晶粒，并提高合金的抗拉强度，但是，Mg含量不宜过高，否则会降低翅片材料表面质量。Ti能细化铸态晶粒，防止铸造开裂，并且能够提高合金的抗腐蚀性能，但是，Ti含量不宜超过0.15％，否则会形成粗大的Al₃Ti相，降低合金的力学性能。

其次，本发明还提供了一种制备该散热器机械翅片材料的方法，包括如下步骤：

A、熔铸

按照本发明提供的散热器机械翅片材料中各元素的质量百分数准备材料，并将准备好的材料进行熔铸处理，得到铸锭。

进一步地，熔铸处理过程包括如下步骤：将铝锭投入到熔炼炉中熔化，铝锭熔化时进行电磁搅拌，待铝锭全部熔化为铝液后，向铝液中加入剩余的元素材料。然后，对铝液表面的浮渣进行扒渣处理，并取样进行化学成分分析，待化学成分合格后，进行精炼、铸造，从而得到铸锭。其中，铸锭的规格可根据生产需求进行相应的调整。

B、铸锭铣面

取步骤A得到的铸锭进行铣面处理。作为本发明优选的实施方式，铣面处理过程的铣面量为5～15mm。

C、铸锭加热

取步骤B得到的经铣面处理后的铸锭，进行加热处理。作为本发明优选的实施方式，加热处理的温度为460～500℃，加热时间为12～24h。

D、热轧

取步骤C经加热后的铸锭进行多道次热轧并打卷，得到热轧卷。作为本发明优选的实施方式，该热轧过程中，控制开轧温度为465～485℃，终轧温度≥320℃。进一步地，控制铸锭经多道次热轧后，厚度为5～8mm。

E、冷轧

取步骤D得到的热轧卷进行冷轧处理，得到所需规格的散热器机械翅片材料。作为本发明优选的实施方式，在冷轧处理过程中，控制中间退火温度为370～400℃，时间为2～5h。进一步地，控制散热器机械翅片材料的厚度为0.06～0.1mm。

本发明提供的散热器机械翅片材料的抗拉强度可达200～250MPa，屈服强度可达180～210MPa，延伸率不小于2％。

实施例1

本实施例提供一种铝合金翅片材料，其中，各成分的质量百分数为：0.25％的Si，0.4％的Fe，0.08％的Cu，0.08％的Mn，0.2％的Mg，1.3％的Zn，0.05％的Ti，0.035％的Zr，0.035％的Cr，其余为Al和总量小于0.15％的不可避免杂质。

实施例2

本实施例提供一种铝合金翅片材料，其中，各成分的质量百分数为：0.3％的Si，0.25％的Fe，0.12％的Cu，0.15％的Mn，0.1％的Mg，0.8％的Zn，0.15％的Ti，0.025％的Zr，其余为Al和总量小于0.15％的不可避免杂质。

实施例3

本实施例提供一种铝合金翅片材料，其中，各成分的质量百分数为：0.25％的Si，0.25％的Fe，0.11％的Cu，0.12％的Mn，0.15％的Mg，1.0％的Zn，0.10％的Ti，0.05％的Zr，0.05％的Cr，其余为Al和总量小于0.15％的不可避免杂质。

上述各实施例提供的铝合金翅片材料的制备过程为：

将铝含量不低于99.7％的原铝锭、纯锌锭、纯镁锭、铝铜中间合金、锰添加剂、铁添加剂、铝钛中间合金、铝锆中间合金、铬添加剂按上述质量百分数进行配比。

首先，将原铝锭投入到熔炼炉中进行熔化，炉气温度为800～900℃，待原铝锭熔化1/3时，进行电磁搅拌，待原铝锭全部熔化后，投入剩余的材料。控制铝液温度为750～780℃，扒去表面浮渣后，取样进行化学成分分析，待化学成分合格后，转至保温炉进行保温精炼，精炼时间不得大于4h，待精炼完成、扒去表面浮渣后，当铝液温度为720±10℃时开始铸造，得到规格为450mm×1200mm×7000mm的铸锭。

将上述铸锭进行切头尾及铣面处理后，在加热炉中460～500℃的温度下进行加热，再经多道次热轧至5.0～8.0mm并打卷，待热轧卷冷却至室温后，将热轧卷经多道次冷轧至1.2～3.0mm并退火，退火温度为370～410℃，再经多道次冷轧至0.06～0.1mm，即得到成品。

本发明实施例制备的铝合金翅片材料的抗拉强度可达200～250MPa，屈服强度可达180～210MPa，延伸率不小于2％。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种散热器机械翅片材料，其特征在于，所述机械翅片材料中，各元素的质量百分数为：Si≤0.3％，Fe≤0.4％，Cu为0.08～0.12％，Mn为0.08～0.15％，Mg为0.1～0.2％，Zn为0.8～1.3％，Ti为0.05～0.15％，Zr≤0.05％，Cr≤0.05％，其余为Al和总量小于0.15％的不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的散热器机械翅片材料，其特征在于，所述机械翅片材料中，各元素的质量百分数为：Si≤0.25％，Fe≤0.25％，Cu为0.11～0.12％，Mn为0.12～0.15％，Mg为0.15～0.2％，Zn为0.8～1.0％，Ti为0.10～0.15％，Zr≤0.035％，Cr≤0.035％，其余为Al和总量小于0.15％的不可避免杂质。

3.一种制备权利要求1-2任一所述的散热器机械翅片材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、熔铸：按照权利要求1或2所述的元素质量百分数准备材料，并进行熔铸处理，得到铸锭；

B、铸锭铣面：取步骤A得到的所述铸锭进行铣面处理；

C、铸锭加热：取步骤B得到的铸锭进行加热处理；

D、热轧：取步骤C得到的铸锭进行多道次热轧并打卷，得到热轧卷；

E、冷轧：取步骤D得到的所述热轧卷进行冷轧处理，得到所需规格的散热器机械翅片材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤A中，所述熔铸处理过程包括如下步骤：将铝锭熔化，并进行电磁搅拌，待所述铝锭全部熔化后，得到铝液，向所述铝液中加入剩余的元素材料，对所述铝液表面的浮渣进行扒渣处理，并取样进行化学成分分析，待化学成分合格后，进行精炼、铸造，得到所述铸锭。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤B中，所述铣面处理过程的铣面量为5～15mm。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤C中，所述加热处理过程的温度为460～500℃，所述加热处理过程的时间为12～24h。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤D中，所述热轧过程中：开轧温度为465～485℃，终轧温度≥320℃。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤D中，所述铸锭经所述多道次热轧后厚度为5～8mm。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤E中，所述冷轧处理过程中，控制中间退火温度为370～400℃，所述中间退火时间为2～5h。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，控制所述散热器机械翅片材料的厚度为0.06～0.1mm。