CN110079706A - 一种热交换器用钎焊复合铝板带材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热交换器用钎焊复合铝板带材，由依次叠置的第一包覆层、芯层和第二包覆层组成，所述第一包覆层和第二包覆层为3系铝合金，所述芯层为4系铝合金，所述芯层占所述热交换器用钎焊复合铝板带材总厚度3～20％，所述3系铝合金成分组成按重量百分比为：铁0.25～0.65％，硅0.01～0.45％，铜0.06～0.50％，锰1.0～1.6％，钛0.03～0.2％，其余为铝，所述4系铝合金成分组成按重量百分比为：硅8.0‑11.0％，铁≤0.25％，铜≤0.05％，锰≤0.05％，钛≤0.1％，其余为铝。本发明还公开了这种热交换器用钎焊复合铝板带材的制造方法。本发明有效消除了传统复合铝材由于扩散导致的腐蚀和熔蚀可能性，显著提高材料的耐腐蚀性能。

Description

一种热交换器用钎焊复合铝板带材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合铝板带材及其制造方法，特别是涉及一种热交换器用钎焊复合铝板带材及其制造方法。
背景技术
随着汽车工业轻质化和低成本化的发展，铝质热交换器得到了广泛的应用。汽车热交换器大多采用复合钎焊铝材制备热交换主侧板及管件，并在600℃的高温环境下钎焊而成散热组块。这就要求用于热交换器的复合钎焊铝板带材具有较好的钎焊性能。因此，传统的复合钎焊铝材为保证散热组块的钎焊性能，主要以熔点较低的4系列铝合金为包覆层，厚度百分比为7-12％。而采用具有一定强度和耐蚀性的3系列铝合金为芯材层，保证散热组块的力学性能与耐腐蚀性能。在高温钎焊的过程中，熔点较低的皮材Al-Si合金发生熔化，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形成钎焊接头，完成铝制热交换器的组装。
但在600℃的高温钎焊下，液态皮材在芯材中以液膜的形式由表面向内部不断推进，皮材和芯材中成分相互发生扩散，皮材中的Si向芯材渗透熔蚀深度一旦超过50％，会造成局部贯穿熔蚀，使用寿命较短。同时，高温钎焊过程中芯材中的Cu向皮材发生扩散，皮材中形成含Cu元素的Al-Si共晶相，使得共晶相与基体之间、皮材与芯材之间的电位差增大，电偶腐蚀风险增加，耐腐蚀性能下降。汽车热交换器工作条件和使用环境恶劣，一旦发生腐蚀，热交换系统的寿命会大大缩短。现有技术中，主要采用调节合金元素、增加阻隔层等办法减轻高温钎焊过程中由于元素相互扩散导致的熔蚀和腐蚀，如公开号为CN106041354A的中国专利公开了一种高耐蚀的四层铝合金钎焊板材，由依次叠置的第一包覆层、夹层、芯层和第二包覆层经焊接后热轧而成，所述第一包覆层和第二包覆层为AA4343铝合金，所述夹层为AA3003铝合金，所述芯层为MOD3Z23铝合金，所述MOD3Z23铝合金由以下质量百分比的组分组成：铁0.2～0.3％，硅≤0.2％，铜0.4～0.5％，锰1.4～1.6％，钛0.1～0.2％，其余为铝。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种热交换器用钎焊复合铝板带材，解决三层复合铝合金板带材抗腐蚀性能较低的问题。本发明的另一个目的是提供一种热交换器用钎焊复合铝板带材的制造方法。
本发明的技术方案是这样的：一种热交换器用钎焊复合铝板带材，由依次叠置的第一包覆层、芯层和第二包覆层组成，所述第一包覆层和第二包覆层为3系铝合金，所述芯层为4系铝合金，所述芯层占所述热交换器用钎焊复合铝板带材总厚度3～20％，所述3系铝合金成分组成按重量百分比为：铁0.25～0.65％，硅0.01～0.45％，铜0.06～0.50％，锰1.0～1.6％，钛0.03～0.2％，其余为铝，所述4系铝合金成分组成按重量百分比为：硅8.0-11.0％，铁≤0.25％，铜≤0.05％，锰≤0.05％，钛≤0.1％，其余为铝。
优选地，所述芯层占所述热交换器用钎焊复合铝板带材总厚度5～10％。
优选地，所述第一包覆层和第二包覆层的厚度比例为1:1～1:3。
一种热交换器用钎焊复合铝板带材的制造方法，包括以下步骤：
(1)熔炼出第一包覆层、第二包覆层及芯材合金，将铝液浇铸成铝合金板，熔炼温度为700～780℃，精炼温度为730～760℃，铸造温度为690～710℃；
(2)将步骤1浇铸的铝合金板材进行热轧预热后保温，而后进行热轧，热轧时温度为450～500℃，预热时间为3～8小时；
(3)将步骤2获得的芯材合金热轧板与包覆层合金进行尺寸裁剪、清洗后按第一包覆层-芯材-第二包覆层的方式放置，将两边边缘进行焊接；
(4)将焊合后的三层复合铝合金钎焊板材加热、保温后热轧，获得热轧板坯；
(5)将复合热轧板坯表面清洗后，进行冷轧至成品厚度；
(6)将冷轧好的复合铝板带材进行成品退火处理，制得热交换器用钎焊复合铝板带材。
优选地，所述退火处理时退火温度为230～400℃，保温时间为1～6小时。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案的有益效果是：
本发明中的热交换器用钎焊复合铝板带材将传统使用的复合钎焊铝板材芯材和包覆层合金进行倒置，调整皮材芯材的配比，有效消除了复合钎焊铝材在高温钎焊时由于Al-Si合金和Al-Mn合金相互作用导致的熔蚀和抗腐蚀性变差的问题。芯材采用4系列铝合金，能有效减小Al-Si合金熔化后的流动距离，既保证了复合钎焊铝合金板材的钎焊性能，又消除了材料表面发生熔蚀的可能性。两侧皮材采用3系列铝合金，可以充分利用3系列防锈铝合金的性能优势，既保证了复合钎焊铝合金板材的力学性能，而且抑制了由于元素扩散导致的耐腐蚀性能下降的问题。此种结构的复合钎焊铝合金板带材，适用于汽车热交换器主板、侧板、集流管等部件。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
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1：采用4343合金作为热交换器用钎焊复合铝板带材的芯层材料，3003合金作为第一包覆层和第二包覆层材料。合金成分按重量百分比分别为：3003铝合金，铁0.60±0.05％，硅≤0.02％，铜0.09±0.03％，锰1.2±0.1％，钛0.04±0.01％，其余为铝；4343铝合金，铁≤0.25％，硅8.0±0.2％，铜≤0.05％，锰≤0.05％，钛≤0.1％，其余为铝。芯层材料的熔铸工艺为：按照所述4343铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度700℃，搅拌10分钟后，在750℃下精炼10分钟，再于700℃系进行铸造。第一包覆层和第二包覆层材料的熔铸工艺为：按照所述3003铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度750℃，搅拌10分钟后，在740℃下精炼10分钟，再于705℃下进行铸造。将芯层材料4343合金锭在500℃下加热，保温6h后热轧至厚度为15mm。将第一包覆层和第二包覆层材料3003合金锭在450℃下加热，保温6h后分别热轧至厚度为200mm。将热轧第一包覆层和第二包覆层材料3003合金板按芯层材料合金板尺寸裁剪矫直并清洗，分别覆盖在芯层材料4343合金板的上下表面，采用点焊形式将边缘进行焊合，得到三层铝合金铸锭。将焊合后的三层合金板在马弗炉中加热，加热温度460℃，保温4h后进行热轧，得到热轧板坯。对热轧板坯进行冷轧，至成品厚度1.5mm。将冷轧复合铝合金板放入退火炉中进行成品退火，退火温度为380℃，保温5小时，出炉后经过拉矫剪切，即制成本发明的热交换器用钎焊复合铝板带材。
检测：1.常温力学性能好，抗拉强度150MPa，屈服强度52Mpa，伸长率18％；
2.钎焊后无熔蚀，可以达到优异的抗腐蚀性能，SWAAT盐雾实验穿孔天数25天。
实施例2：采用4343合金作为热交换器用钎焊复合铝板带材的芯层材料，3003Mod合金作为第一包覆层和第二包覆层材料。合金成分按重量百分比分别为：3003Mod铝合金，铁0.25±0.05％，硅≤0.2％，铜0.45±0.05％，锰1.5±0.1％，钛0.15±0.05％，其余为铝；4343铝合金，铁≤0.25％，硅8.0±0.2％，铜≤0.05％，锰≤0.05％，钛≤0.1％，其余为铝。芯层材料的熔铸工艺为：按照所述4343铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度720℃，搅拌10分钟后，在740℃下精炼10分钟，再于720℃下进行铸造。第一包覆层和第二包覆层材料的熔铸工艺为：按照所述3003Mod铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度760℃，搅拌15分钟后，在730℃下精炼10分钟，再于690℃下进行铸造。将芯层材料4343合金锭在480℃下加热，保温4h后热轧至厚度为40mm。将第一包覆层和第二包覆层材料3z23合金锭在460℃下加热，保温3h后分别热轧至厚度为140mm、280m。将热轧第一包覆层和第二包覆层材料3z23合金板按芯层材料合金板尺寸裁剪矫直并清洗，分别覆盖在芯层材料4343合金板的上下表面，采用点焊形式将边缘进行焊合，得到三层铝合金铸锭。将焊合后的三层合金板在马弗炉中加热，加热温度500℃，保温3h后进行热轧，得到热轧板坯。对热轧板坯进行冷轧，至成品厚度2.0mm。将冷轧复合铝合金板放入退火炉中进行成品退火，退火温度为400℃，保温3小时，出炉后经过拉矫剪切，即制成本发明的热交换器用钎焊复合铝板带材。
检测：1.常温力学性能好，抗拉强度155MPa，屈服强度50Mpa，伸长率22％；
2.钎焊后无熔蚀，可以达到优异的抗腐蚀性能，SWAAT盐雾实验穿孔天数27天。
实施例3：采用4045合金作为热交换器用钎焊复合铝板带材的芯层材料，3003Mod合金作为第一包覆层和第二包覆层材料。合金成分按重量百分比分别为：3003Mod铝合金，铁0.25±0.05％，硅≤0.2％，铜0.45±0.05％，锰1.5±0.1％，钛0.15±0.05％，其余为铝；4045铝合金，铁≤0.25％，硅10.25±0.25％，铜≤0.05％，锰≤0.05％，钛≤0.1％，其余为铝。芯层材料的熔铸工艺为：按照所述4045铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度730℃，搅拌15分钟后，在750℃下精炼10分钟，再于730℃下进行铸造。第一包覆层和第二包覆层材料的熔铸工艺为：按照所述3003Mod铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度720℃，搅拌10分钟后，在740℃下精炼10分钟，再于695℃下进行铸造。将芯层材料4045合金锭在460℃下加热，保温3h后热轧至厚度为45mm。将第一包覆层和第二包覆层材料3003Mod合金锭在500℃下加热，保温3h后分别热轧至厚度为200mm。将热轧第一包覆层和第二包覆层材料3003Mod合金板按芯层材料合金板尺寸裁剪矫直并清洗，分别覆盖在芯层材料4045合金板的上下表面，采用点焊形式将边缘进行焊合，得到三层铝合金铸锭。将焊合后的三层合金板在马弗炉中加热，加热温度450℃，保温6h后进行热轧，得到热轧板坯。对热轧板坯进行冷轧，至成品厚度2.0mm。冷轧复合铝箔放入马弗炉进行成品退火，退火温度260℃，保温时间6小时，出炉后经过拉矫剪切，即制成本发明的热交换器用钎焊复合铝板带材。
检测：1.常温力学性能好，抗拉强度158MPa，屈服强度51Mpa，伸长率23％；
2.钎焊后无熔蚀，可以达到优异的抗腐蚀性能，SWAAT盐雾实验穿孔天数29天。
实施例4：采用4045合金作为热交换器用钎焊复合铝板带材的芯层材料，3003Mod合金作为第一包覆层和第二包覆层材料。合金成分按重量百分比分别为：3003Mod铝合金，铁0.17±0.05％，硅0.08±0.03％，铜0.45±0.05％，锰1.15±0.15％，钛0.085±0.015％，其余为铝；4045铝合金，铁≤0.25％，硅10.25±0.25％，铜≤0.05％，锰≤0.05％，钛≤0.1％，其余为铝。芯层材料的熔铸工艺为：按照所述4343铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度750℃，搅拌10分钟后，在740℃下精炼10分钟，再于720℃下进行铸造。第一包覆层和第二包覆层材料的熔铸工艺为：按照所述3003Mod铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度700℃，搅拌10分钟后，在720℃下精炼10分钟，再于710℃下进行铸造。将芯层材料4045合金锭在450℃下加热，保温4h后热轧至厚度为50mm。将第一包覆层和第二包覆层材料3003Mod合金锭在460℃下加热，保温4h后分别热轧至厚度为120mm、360mm。将热轧第一包覆层和第二包覆层材料3003Mod合金板按芯层材料合金板尺寸裁剪矫直并清洗，分别覆盖在芯层材料4045合金板的上下表面，采用点焊形式将边缘进行焊合，得到三层铝合金铸锭。将焊合后的三层合金板在马弗炉中加热，加热温度475℃，保温5h后进行热轧，得到热轧板坯。对热轧板坯进行冷轧，至成品厚度1.5mm。将冷轧复合铝箔放入马弗炉进行成品退火，退火温度375℃，保温时间3小时，出炉后经过拉矫剪切，即制成本发明的热交换器用钎焊复合铝板带材。
检测：1.常温力学性能好，抗拉强度153MPa，屈服强度52Mpa，伸长率20％；
2.钎焊后无熔蚀，可以达到优异的抗腐蚀性能，SWAAT盐雾实验穿孔天数27天。
实施例5：采用4045合金作为热交换器用钎焊复合铝板带材的芯层材料，3003合金作为第一包覆层和第二包覆层材料。合金成分按重量百分比分别为：3003铝合金，铁0.60±0.05％，硅≤0.02％，铜0.09±0.03％，锰1.2±0.1％，钛0.04±0.01％，其余为铝；4045铝合金，铁≤0.25％，硅10.25±0.25％，铜≤0.05％，锰≤0.05％，钛≤0.1％，其余为铝。芯层材料的熔铸工艺为：按照所述4045铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度730℃，搅拌10分钟后，在735℃下精炼10分钟，再于725℃下进行铸造。第一包覆层和第二包覆层材料的熔铸工艺为：按照所述3003铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度740℃，搅拌10分钟后，在745℃下精炼15分钟，再于725℃下进行铸造。将芯层材料4045合金锭在460℃下加热，保温3h后热轧至厚度为25mm。将第一包覆层和第二包覆层材料3003合金锭在450℃下加热，保温3h后分别热轧至厚度为125mm、250mm。将热轧第一包覆层和第二包覆层材料3003合金板按芯层材料合金板尺寸裁剪矫直并清洗，分别覆盖在芯层材料4045合金板的上下表面，采用点焊形式将边缘进行焊合，得到三层铝合金铸锭。将焊合后的三层合金板在马弗炉中加热，加热温度470℃，保温4h后进行热轧，得到热轧板坯。对热轧板坯进行冷轧，至成品厚度1.5mm。将冷轧复合铝箔放入马弗炉进行成品退火，退火温度360℃，保温时间3小时，出炉后经过拉矫剪切，即制成本发明的热交换器用钎焊复合铝板带材。
检测：1.常温力学性能好，抗拉强度157MPa，屈服强度51Mpa，伸长率24％；
2.钎焊后无熔蚀，可以达到优异的抗腐蚀性能，SWAAT盐雾实验穿孔天数28天。
实施例6：采用4343合金作为热交换器用钎焊复合铝板带材的芯层材料，3003Mod合金作为第一包覆层和第二包覆层材料。合金成分按重量百分比分别为：3003Mod铝合金，铁0.17±0.05％，硅0.08±0.03％，铜0.45±0.05％，锰1.15±0.15％，钛0.085±0.015％，其余为铝；4343铝合金，铁≤0.25％，硅8.0±0.2％，铜≤0.05％，锰≤0.05％，钛≤0.1％，其余为铝。芯层材料的熔铸工艺为：按照所述4343铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度720℃，搅拌10分钟后，在730℃下精炼15分钟，再于720℃下进行铸造。第一包覆层和第二包覆层材料的熔铸工艺为：按照所述3003Mod铝合金的成分将原材料进行熔化，熔炼温度780℃，搅拌10分钟后，在750℃下精炼10分钟，再于730℃下进行铸造。将芯层材料4343合金锭在460℃下加热，保温3h后热轧至厚度为65mm。将第一包覆层和第二包覆层材料3003Mod合金锭在450℃下加热，保温3h后分别热轧至厚度为150mm。将热轧第一包覆层和第二包覆层材料3003Mod合金板按芯层材料合金板尺寸裁剪矫直并清洗，分别覆盖在芯层材料4343合金板的上下表面，采用点焊形式将边缘进行焊合，得到三层铝合金铸锭。将焊合后的三层合金板在马弗炉中加热，加热温度450℃，保温5h后进行热轧，得到热轧板坯。对热轧板坯进行冷轧，至成品厚度2.0mm。将冷轧复合铝箔放入马弗炉进行成品退火，退火温度300℃，保温时间1小时，出炉后经过拉矫剪切，即制成本发明的热交换器用钎焊复合铝板带材。
检测：1.常温力学性能好，抗拉强度148MPa，屈服强度48Mpa，伸长率17％；
2.钎焊后无熔蚀，可以达到优异的抗腐蚀性能，SWAAT盐雾实验穿孔天数24天。
对比例，采用3003合金作为复合铝板带材的芯层材料，4343合金作为第一包覆层和第二包覆层材料，其制备过程与实施例1相似。
检测：1.常温力学性能，抗拉强度155MPa，屈服强度52Mpa，伸长率23％；
2.钎焊后材料表面熔蚀情况严重，SWAAT盐雾实验穿孔天数20天。
由此可见，本发明的热交换器用钎焊复合铝板带材与传统复合板带材相比，力学性能类似，熔蚀情况和耐腐蚀性能有明显改善。

Claims (5)

1.一种热交换器用钎焊复合铝板带材，其特征在于：由依次叠置的第一包覆层、芯层和第二包覆层组成，所述第一包覆层和第二包覆层为3系铝合金，所述芯层为4系铝合金，所述芯层占所述热交换器用钎焊复合铝板带材总厚度3～20％，所述3系铝合金成分组成按重量百分比为：铁0.25～0.65％，硅0.01～0.45％，铜0.06～0.50％，锰1.0～1.6％，钛0.03～0.2％，其余为铝，所述4系铝合金成分组成按重量百分比为：硅8.0-11.0％，铁≤0.25％，铜≤0.05％，锰≤0.05％，钛≤0.1％，其余为铝。
2.根据权利要求1所述的热交换器用钎焊复合铝板带材，其特征在于，所述芯层占所述热交换器用钎焊复合铝板带材总厚度5～10％。
3.根据权利要求1所述的热交换器用钎焊复合铝板带材，其特征在于，所述第一包覆层和第二包覆层的厚度比例为1:1～1:3。
4.一种热交换器用钎焊复合铝板带材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)熔炼出根据权利要求1所述的热交换器用钎焊复合铝板带材的第一包覆层、第二包覆层及芯材合金，将铝液浇铸成铝合金板，熔炼温度为700～780℃，精炼温度为730～760℃，铸造温度为690～710℃；
(2)将步骤1浇铸的铝合金板材进行热轧预热后保温，而后进行热轧，热轧时温度为450～500℃，预热时间为3～8小时；
(3)将步骤2获得的芯材合金热轧板与包覆层合金进行尺寸裁剪、清洗后按第一包覆层-芯材-第二包覆层的方式放置，将两边边缘进行焊接；
(4)将焊合后的三层复合铝合金钎焊板材加热、保温后热轧，获得热轧板坯；
(5)将复合热轧板坯表面清洗后，进行冷轧至成品厚度；
(6)将冷轧好的复合铝板带材进行成品退火处理，制得热交换器用钎焊复合铝板带材。
5.根据权利要求4所述的热交换器用钎焊复合铝板带材的制造方法，其特征在于，，所述退火处理时退火温度为230～400℃，保温时间为1～6小时。
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