CN109972000A - 一种热交换器用复合带材及其制备方法 - Google Patents

一种热交换器用复合带材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明主要涉及一种铝合金带材，尤其涉及一种热交换器用复合带材及其制备方法，包括皮材以及芯材，其特征在于，芯材的合金配比为：0.8‑1.0% Si，0.1‑0.2% Fe，1.7‑1.9% Mn，1.6‑1.8% Zn，0.1‑0.2% Cu，其余为Al和小于0.15%的不可避免杂质；所述百分比为质量百分比。本发明是采用冷轧复合法，省去了常规生产工艺中的铸锭、热轧开坯、组坯焊接、热轧复合等复杂工艺过程，同时提高了成材率，节能降耗。本发明生产的芯材，硅元素扩散慢，在复合界面处形成厚度4µm的高密度沉淀析出带，使复合铝带材的抗下垂性大，提高了复合材料在使用过程中的强度。

Description

一种热交换器用复合带材及其制备方法
技术领域
本发明主要涉及一种铝合金带材，尤其涉及一种热交换器用复合带材及其制备方法。
背景技术
随着社会和科学技术的发展，对汽车热交换器如水箱散热器、空调器、冷凝器、蒸发器和油冷器所使用的材料等提出了更高的要求。要求铝合金复合板带材具有良好的力学性能、钎焊性能、耐腐蚀性能和抗下垂性能，延长热交换器在恶劣道路环境使用的寿命。
大型工程机械、重型卡车等设备发动机功率大，要求其散热水箱主板和侧板除了具有良好的冲压性能、散热性能和耐蚀性能外，还需具有较高的强度来支撑水箱使其不发生变形或开裂而造成换热器泄露的不良情况。
目前国内外传统的铝合金复合板带材生产多采用热轧法，即铸锭、均匀化处理、热轧开坯、板坯铣面、组织焊接、加热、热轧复合、冷轧、退火等一系列复杂工艺过程，在加热和多道次热轧复合过程中，由于温度的波动、润滑冷却条件变化都将影响铝合金复合铝箔厚度精度，特别是包覆层的厚度精度，这将直接影响复合铝箔的焊接可靠性。另外，加热和热轧复合过程在高温状态下进行，包覆层中硅元素很容易扩散到基体合金中，从而造成铝合金复合箔的高温强度下降，抗下垂性差。现有的复合板带材已不能满足大功率设备热交换器对强度的要求。
因此，为了在保持或提高铝合金复合材料加工成型性的同时，进一步提高了复合板带材的钎焊后强度和耐蚀性，并进一步改善优化复合板带材的生产工艺，有待提出一种新的生产热交换器用复合带材及其制备技术。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种热交换器用复合带材及制备方法，在保持或提高铝合金复合材料加工成型性的同时，进一步提高了复合板带材的抗下垂性和钎焊后的强度。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种热交换器用复合带材，包括皮材以及芯材，其特征在于，芯材的合金配比为：0.8-1.0% Si，0.1-0.2% Fe，1.7-1.9%Mn，1.6-1.8% Zn，0.1-0.2% Cu，其余为Al和小于0.15%的不可避免杂质；所述百分比为质量百分比。
所述复合板材包括一侧4系合金，另一侧7系合金；一侧4系合金和另一侧7系合金构成两种皮材；芯材位于4系合金和7系合金之间。
在所述皮材和所述芯材的复合界面处形成厚度4µm的高密度沉淀析出带。所述复合带材钎焊后抗拉强度≥200MPa，延伸率≥3.0%。所述复合带材钎焊后屈强比控制在0.75-0.77之间。
所述的复合带材在610℃钎焊温度环境中保持3分钟，抗下垂性为8-15mm。
本发明还提供一种制备前述的热交换器用复合带材的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
分别用铸轧法制备所述皮材、芯材的铝卷；
分别对上述铝卷进行均匀化处理，然后皮材分别轧制0.7-1.0mm厚度，芯材5.6-8.0mm厚度，轧制速度控制在1000-1100m/min，油温控制在30-40℃；
对上述铝卷进行300℃中间退火3-4h；
对上述铝卷在氩气环境中进行表面预处理，然后在复合机上按照皮材-芯材-皮材的顺序叠放轧制，首次压下量控制在70%，轧制速度控制在600-700m/min，得到铝合金复合带材；
对上述铝合金复合带材进行冷精轧，压下量控制在60%；
对精轧过的铝带进行成品退火处理。
对精轧过的铝带进行成品退火处理的步骤中，退火温度290℃，退火时间为10h。
本发明的制备复合带材的方法，分别用铸轧法制备所述皮材、芯材等铝卷，省去了通常的铸锭、铣面、均匀化处理、热轧开坯、组批焊接、热轧复合等一系列高能耗、高污染、低效率的工艺过程，同时也排除了因高温使皮材硅元素向芯材合金中扩散，降低复合铝带材在钎焊过程中，抗下垂性下降。
对上述铝卷在氩气环境中进行表面预处理，同时在复合机上按照皮材芯材皮材的顺序叠放轧制，使皮材和芯材的界面实现冶金结合。冷轧复合法省掉了铸坯铣面、组坯焊接，热轧复合等过程，既简化了工艺，节能降耗，又排除了热轧复合中温度波动对复合板带材厚度精度的影响。
与现有技术相比，本发明具有突出的优点：
（1）本发明是采用冷轧复合法，省去了常规生产工艺中的铸锭、热轧开坯、组坯焊接、热轧复合等复杂工艺过程，同时提高了成材率，节能降耗。
（2）本发明生产的芯材，硅元素扩散慢，在复合界面处形成厚度4µm的高密度沉淀析出带，使复合铝带材的抗下垂性大，提高了复合材料在使用过程中的强度。
具体实施方式
本发明实施例中按照ASTM标准对铝合金复合箔产品进行力学性能检测，采用扫描电镜观察高密度沉淀析出带。
实施例1：
1、芯材合金熔炼按重量百分比Si ：1.0%，Fe：0.19%，Mn：1.9%，Zn：1.7%，Cu：0.17%，其余为杂质元素及铝的配比作为基础成份，配制原料。
2、用铸轧法制备4系皮材（具体为4343合金）、7系皮材（具体为7072合金）和芯材3卷铝卷，然后把铝卷进行均匀化处理，然后皮材分别轧制0.7mm厚度，芯材5.6mm厚度，轧制速度控制在1100m/min，油温控制在33℃。
3、对上述铝卷进行300℃中间退火3h；
4、把上述铝卷在氩气环境中进行表面预处理，然后在复合机上按照皮材-芯材-皮材的顺序叠放轧制（轧制2-3次），首次压下量控制在70%；除了首次轧制压下量控制在70%，本步骤中其它道次压下量控制在60%-70%，轧制速度控制在700m/min，得到铝合金复合带材；
5、对复合的铝带进行冷精轧，压下量控制在60%，轧制成0.3mm厚度，进行成品退火。
6、成品性能检测：在610℃钎焊温度环境中保持3分钟，抗下垂性9mm；抗下垂试验后通过扫描电镜观察皮材和所述芯材的复合界面处形成厚度4µm的高密度沉淀析出带，抗拉强度213MPa，延伸率3.2%。
实施例2：
1、芯材合金熔炼按重量百分比Si ：0.8%，Fe：0.18%，Mn：1.7%，Zn：1.8%，Cu：0.1%，其余为杂质元素及铝的配比作为基础成份，配制原料。
2、用铸轧法制备4系皮材、7系皮材和芯材3卷铝卷，然后把铝卷进行均匀化处理，然后两种皮材分别轧制0.7mm厚度，芯材5.6mm厚度，轧制速度控制在1000m/min，油温控制在40℃。
3、对上述铝卷进行300℃中间退火3h；
4、把上述铝卷在氩气环境中进行表面预处理，然后在复合机上按照皮材-芯材-皮材的顺序叠放轧制（轧制2-3次），首次压下量控制在70%；除了首次轧制压下量控制在70%，本步骤中其它道次压下量控制在60%-70%，轧制速度控制在600m/min，得到铝合金复合带材；
5、对复合的铝带进行冷精轧，压下量控制在60%，轧制成0.3mm厚度，进行成品退火。
6、成品性能检测：在610℃钎焊温度环境中保持3分钟，抗下垂性15mm；抗下垂试验后通过扫描电镜观察皮材和所述芯材的复合界面处形成厚度4µm的高密度沉淀析出带，抗拉强度205MPa，延伸率3.5%。
对比例1：
按照专利201310128442.X中实施例2，对4045皮材铝合金带卷和3003芯材铝合金带卷分别进行冷轧，得到0.45mm后的4343皮材铝合金冷轧带，4.0mm厚的3003芯材铝合金冷轧带，对冷轧后的皮材铝合金和芯材铝合金扎带于350℃退火4h；
将退火后的4045皮材铝合金和3003芯材铝合金轧带的表面清洗去油，用沙带或钢丝刷清理干净，将清洗后的皮材铝合金和芯材铝合金轧带于20℃进行轧制复合，控制压下量为57%，得到2.1mm厚的铝合金复合带；
对铝合金复合带于350℃退火处理4h，控制冷轧总压下率为94%，冷轧4道次到0.12mm厚，冷轧后于350℃中间退火处理4h，进行再次冷轧，控制压下率为33.3%，得到0.08mm厚的成品铝合金复合箔。
成品性能检测：在610℃钎焊温度环境中保持3分钟，抗下垂性40mm；抗下垂试验后通过扫描电镜观察皮材和所述芯材的复合界面处形成厚度10µm的高密度沉淀析出带，抗拉强度208MPa，延伸率2.0%。
本发明生产的复合箔由于芯材合金改变同时复合到成品只有一次退火，所以钎焊带材在复合界面处形成厚度高密度沉淀析出带窄，从而使钎焊带材的的抗下垂性大大提升，解决了复合板带材在钎焊过程中，芯材的支撑强度降低，造成热交换器整体塌陷或者产生虚焊、脱焊的问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种热交换器用复合带材，包括皮材以及芯材，其特征在于，芯材的合金配比为：0.8-1.0% Si，0.1-0.2% Fe，1.7-1.9% Mn，1.6-1.8% Zn，0.1-0.2% Cu，其余为Al和小于0.15%的不可避免杂质；所述百分比为质量百分比。
2.如权利要求1所述的一种热交换器用复合带材，其特征在于，所述复合板材包括一侧4系合金，另一侧7系合金；一侧4系合金和另一侧7系合金构成两种皮材；芯材位于4系合金和7系合金之间。
3.如权利要求2所述的一种热交换器用复合带材，其特征在于，在所述皮材和所述芯材的复合界面处形成厚度4µm的高密度沉淀析出带。
4.如权利要求2所述的一种热交换器用复合带材，其特征在于，所述复合带材钎焊后抗拉强度≥200MPa，延伸率≥3.0%。
5.如权利要求2所述的一种热交换器用复合带材，其特征在于，所述复合带材钎焊后屈强比控制在0.75-0.77之间。
6.如权利要求2所述的一种热交换器用复合带材，其特征在于，所述的复合带材在610℃钎焊温度环境中保持3分钟，抗下垂性为8-15mm。
7.一种制备权利要求2至6任一项所述的热交换器用复合带材的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
分别用铸轧法制备所述皮材、芯材的铝卷；
分别对上述铝卷进行均匀化处理，然后皮材分别轧制0.7-1.0mm厚度，芯材5.6-8.0mm厚度，轧制速度控制在1000-1100m/min，油温控制在30-40℃；
对上述铝卷进行300℃中间退火3-4h；
对上述铝卷在氩气环境中进行表面预处理，然后在复合机上按照皮材-芯材-皮材的顺序叠放轧制，首次压下量控制在70%，轧制速度控制在600-700m/min，得到铝合金复合带材；
对上述铝合金复合带材进行冷精轧，压下量控制在60%；
对精轧过的铝带进行成品退火处理。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，对精轧过的铝带进行成品退火处理的步骤中，退火温度290℃，退火时间为10h。
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