CN110273090A

CN110273090A - 换热器用形变铝合金材料

Info

Publication number: CN110273090A
Application number: CN201910727321.4A
Authority: CN
Inventors: 张骋
Original assignee: Wuxi Shida Precision Welded Tube Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wuxi Shida Precision Welded Tube Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2019-09-24
Anticipated expiration: 2039-08-07
Also published as: CN110273090B

Abstract

本发明涉及合金材料，特别是涉及一种换热器用形变铝合金材料，其包括以下重量百分比的元素，Mn:1.0～1.5wt％、Fe:0.4～0.5wt％、Si:0.2～0.3wt％、Cu:0.05～0.20wt％、Zn:1.4～1.6wt％和Al:95.468～96.95wt％及不可避免的杂质元素；每种杂质元素的含量≤0.05wt％，杂质元素的总含量≤0.10wt％。通过对铝合金中的Mn、Fe、Si、Cu、Zn的比例进行了优选调整，使得本发明相较于传统的3003铝合金材料，具有了更高的强度。该换热器用形变铝合金材料，在H18状态下，其室温抗拉强度为230～285MPa、屈服强度不小于165MPa、焊后屈服强度不小于60MPa。本发明的换热器用形变铝合金材料相较传统的3003铝合金材料在强度上有了较大的提高，能够更好地满足当前的市场对于更高强度的换热器用形变铝合金材料的需求。

Description

换热器用形变铝合金材料

技术领域

本发明涉及合金材料，特别是涉及一种换热器用形变铝合金材料。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

现有技术中，换热器用形变铝合金材料一般采用3003铝合金板带箔材。随着相关工艺的不断革新，市场对于换热器用形变铝合金材料的强度提出了更高的要求。传统的3003铝合金材料，已经难以满足这一要求。因此，亟待开发换热器用形变铝合金材料。

发明内容

为了进一步提高换热器用形变铝合金材料的强度这一技术问题，本发明提供的技术方案为：

本发明提供一种换热器用形变铝合金材料，其包括以下重量百分比的元素，Mn:1.0～1.5wt％、Fe:0.4～0.5wt％、Si:0.2～0.3wt％、Cu:0.05～0.20wt％、Zn:1.4～1.6wt％和Al:95.468～96.95wt％及不可避免的杂质元素；每种所述杂质元素的含量≤0.05wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％。

本发明提供的换热器用形变铝合金材料，优选地，包括以下重量百分比的元素，所述Mn:1.3123wt％、所述Fe:0.45wt％、所述Si:0.241wt％、所述Cu:0.1033wt％、所述Zn:1.4942wt％和所述Al:95.9672～96.3992wt％及不可避免的所述杂质元素；每种所述杂质元素的含量≤0.05wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％。

本发明提供的换热器用形变铝合金材料，优选地，所述换热器用形变铝合金材料还包括Mg:0.001～0.002wt％。

本发明提供的换热器用形变铝合金材料，优选地，所述换热器用形变铝合金材料还包括Ti:0.02～0.03wt％。

本发明提供的换热器用形变铝合金材料，优选地，所述换热器用形变铝合金材料还包括La:0.2～0.3wt％。

本发明具有的优点或者有益效果：

本发明提供的一种换热器用形变铝合金材料，通过对铝合金中的Mn、Fe、Si、Cu、Zn的比例进行了优选调整，使本发明提供的铝合金材料，相较于传统的3003铝合金材料，具有了更高的强度。本发明的换热器用形变铝合金材料，在H18状态下，其室温抗拉强度为230～285MPa、屈服强度不小于165MPa、焊后屈服强度不小于60MPa；而传统的3003铝合金材料在同样条件下测得的室温抗拉强度为150MPa、屈服强度不小于120MPa、焊后屈服强度不小于35MPa。本发明的换热器用形变铝合金材料相较传统的3003铝合金材料在强度上有了较大的提高，能够更好地满足当前的市场对于更高强度的换热器用形变铝合金材料的需求。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的说明，显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了进一步提高换热器用形变铝合金材料的强度这一技术问题，本发明实施例提供一种换热器用形变铝合金材料，其包括以下重量百分比的元素，Mn:1.0～1.5wt％、Fe:0.4～0.5wt％、Si:0.2～0.3wt％、Cu:0.05～0.20wt％、Zn:1.4～1.6wt％和Al:95.468～96.95wt％及不可避免的杂质元素；每种所述杂质元素的含量≤0.05wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％。

铝合金材料的强度等机械性能与组成铝合金的具体组分及各组分的比例有着密切联系。本发明提供的换热器用形变铝合金材料，通过对铝合金中的Mn、Fe、Si、Cu、Zn的比例进行了优选调整，使本发明提供的铝合金材料，相较于传统的3003铝合金材料，具有了更高的强度。本发明的换热器用形变铝合金材料相较传统的3003铝合金材料在强度上有了较大的提高，能够更好地满足当前的市场对于更高强度的换热器用形变铝合金材料的需求。

其中，铝合金中的Mn一部分会以固溶体的形式存在于基体中，起到固溶强化、提高铝合金强度的作用，同时在铝基体中还会与Al形成弥散分布的Al₆Mn粒子，是铝合金的主要强化相。弥散分布的Al₆Mn粒子对再结晶晶粒长大其阻碍作用而细化再结晶晶粒。Mn溶于基体形成固溶体时，降低了金属间化合物与铝基体间的电位差，同时，Al₆Mn的电极电位与纯铝相近，可提高基体的抗腐蚀性。但Mn与Fe的总含量高于2.0wt％后会形成粗大相(FeMn)Al₆而严重影响合金的加工成形性能。将Mn含量控制在1.0～1.5wt％，使得铝合金材料整体的机械性能达到最佳，提高了铝合金材料在加工成铝合金制品的可加工性。

其中，添加0.4～0.5wt％的Fe，能够提高Al-Mn合金的强度，但Fe>0.5wt％时，铝合金中易形成大量粗大的Al-Fe或Al-Fe-Si等金属间化合物，进而大大降低铝合金的加工成形性能和耐腐蚀性能。

其中，0.2～0.3wt％的Si有利于提高铝合金的强度，同时改善铝合金铸造过程中的流动性。Si与Fe、Al能形成极细的高温稳定相Al(Fe)Si，提高铝合金焊接后的稳定度，并有效降低Fe所带来的不利于铝合金的耐腐蚀性的影响；但Si浓度>0.3wt％，可能会因降低铝合金的熔点进而不利于焊接。

其中，添加0.05～0.20wt％的Cu有利于提高铝合金的强度，但是当Cu>0.20wt％时，会因析出与Al基体的腐蚀电位相差极大的Al₂Cu相，从而增大铝合金晶间腐蚀的可能性，进而大大降低铝合金的耐腐蚀性能。

其中，添加1.4～1.6wt％的Zn可以细化合金中的AlMnFeSi析出相，使其更加弥散分布，提高铝合金的强度；当Zn>1.6wt％时，铝合金的腐蚀电位向负方向移动，腐蚀电流密度增大，减弱了铝合金的抗腐蚀性能。

本发明实施例提供的换热器用形变铝合金材料，优选地，包括以下重量百分比的元素，所述Mn:1.3123wt％、所述Fe:0.45wt％、所述Si:0.241wt％、所述Cu:0.1033wt％、所述Zn:1.4942wt％和所述Al:95.9672～96.3992wt％及不可避免的杂质元素；每种所述杂质元素的含量≤0.05wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％。该优选组成的换热器用形变铝合金材料，在H18状态下，其室温抗拉强度为285MPa、屈服强度为180MPa、焊后屈服强度75MPa，与传统的3003铝合金材料相比，其力学性能有了大幅度的提高：室温抗拉强度是同测试条件下传统的3003铝合金材料的1.9倍，屈服强度是同测试条件下传统的3003铝合金材料的1.5倍，焊后屈服强度是同测试条件下传统的3003铝合金材料的2.1倍。

本发明实施例提供的换热器用形变铝合金材料，优选地，所述换热器用形变铝合金材料还包括Mg:0.001～0.002wt％。本发明的换热器用形变铝合金材料与传统的3003铝合金相比较，由于通过加入0.001～0.002wt％的Mg，使得镁硅比(Mg/Si)增加，从而增加了Mg₂Si强化相的含量，有利于铝合金材料晶粒细化，获得晶粒更加细小、均匀的晶体结构，有利于提高铝合金材料的整体抗压强度。利用Mg与Mn相互作用，还能协同提高铝合金材料的强度。但当Mg>0.002wt％时，铝合金产生应力腐蚀和焊接裂纹的倾向增大。

本发明实施例提供的换热器用形变铝合金材料，优选地，所述换热器用形变铝合金材料还包括Ti:0.02～0.03wt％。Ti的添加，有利于细化晶粒，提高铝合金材料的强度，在铝合金中沿着厚度方向形成高溶度和低浓度交叉层状分布，低浓度区域比高浓度区域优先被腐蚀，因此另外一层腐蚀受到阻扰，铝合金耐腐蚀性能得到提高。但Ti>0.03wt％会形成粗大难溶金属间化合物，从而降低铝合金加工成形性能。

本发明实施例提供的换热器用形变铝合金材料，优选地，所述换热器用形变铝合金材料还包括La:0.2～0.3wt％。添加一定量的La，利用稀土元素La与铝合金结构的相互作用，改变铝合金的晶体排布，从而抑制铝合金的晶体表面易与活性氢结合的位点的形成，有利于铝合金在熔融状态时的脱氢除气，从而减少铝合金材料出现气孔缺陷的概率，进而延长铝合金材料的使用寿命。同时La的添加还有利于细化晶粒，降低铝合金材料的脆性并进一步提高铝合金材料的强度、耐腐蚀性和热塑性。

实施例

一、试验材料及方法

本发明实施例提供的铝合金1～10中各组分的重量百分比如表1所示，此外，表1还示出了传统的3003铝合金的各组分的重量百分比。表1中，传统的3003铝合金的各组分的重量百分比脱离本发明的部分加粗示出，“-”表示对应组分未检出。

本发明实施例提供的H18状态的铝合金1～10及H18状态的传统的3003铝合金通过对室温抗拉强度、屈服强度、焊后屈服强度进行了评价。室温抗拉强度、屈服强度、焊后屈服强度这些参数的测试方法属于本领域技术人员熟知的测试方法，故在此不予赘述。

表1为本发明提供的换热器用形变铝合金材料(铝合金1～10)及传统3003铝合金材料的各元素的重量百分数。

表1 试验材料的化学成分

二、试验结果分析

本发明实施例提供的铝合金1～10及传统的3003铝合金的室温抗拉强度、屈服强度、焊后屈服强度的测试结果如表2所示。

表2 试验材料的性能测试结果

铝合金	室温抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	焊后屈服强度/MPa
				1	230	165	60
2	281	175	73
				3	275	170	69
4	285	180	75
				5	290	185	78
6	294	187	79
				7	256	170	65
8	250	168	64
				9	295	191	80
10	297	192	82
				传统3003	150	120	35

本发明实施例的铝合金1～4，相比于传统3003铝合金的化学成分中，Fe与Si的含量均有所降低，这是考虑到为了使得铝合金材料整体的机械性能达到最佳，将Mn含量控制在1.0～1.5wt％，而Mn与Fe的总含量高于2.0wt％后会形成粗大相(FeMn)Al₆而严重影响合金的加工成形性能。同时，Fe>0.5wt％时，铝合金中易形成大量粗大的Al-Fe或Al-Fe-Si等金属间化合物，进而大大降低铝合金的加工成形性能和耐腐蚀性能。当Si浓度>0.3wt％，可能会因降低铝合金的熔点进而不利于焊接。为了实现铝合金的高强度于加工成形性、耐腐蚀性、可焊接性等重要性能之间达到均衡，因此Fe与Si的含量作出了调整。与此同时，还大幅提高了Zn的含量，添加1.4～1.6wt％的Zn可以细化合金中的AlMnFeSi析出相，使其更加弥散分布，提高铝合金的强度，以弥补Fe与Si的含量降低，产生的强度损失。

本实施例的换热器用形变铝合金材料(铝合金1～4)，在H18状态下，其室温抗拉强度为230～285MPa、屈服强度不小于165MPa、焊后屈服强度不小于60MPa；而传统的3003铝合金材料在同样条件下测得的室温抗拉强度为150MPa、屈服强度不小于120MPa、焊后屈服强度不小于35MPa。本发明的换热器用形变铝合金材料相较传统的3003铝合金材料在强度上有了较大的提高，能够更好地满足当前的市场对于更高强度的换热器用形变铝合金材料的需求。

本发明实施例提供的换热器用形变铝合金材料(铝合金4)，优选地，包括以下重量百分比的元素，所述Mn:1.3123wt％、所述Fe:0.45wt％、所述Si:0.241wt％、所述Cu:0.1033wt％、所述Zn:1.4942wt％和所述Al:95.9672～96.3992wt％及不可避免的杂质元素；每种所述杂质元素的含量≤0.05wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％。该优选组成的换热器用形变铝合金材料，在H18状态下，其室温抗拉强度为285MPa、屈服强度为180MPa、焊后屈服强度75MPa，与传统的3003铝合金材料相比，其力学性能有了大幅度的提高：室温抗拉强度是同测试条件下传统的3003铝合金材料的1.9倍，屈服强度是同测试条件下传统的3003铝合金材料的1.5倍，焊后屈服强度是同测试条件下传统的3003铝合金材料的2.1倍。

添加0.001～0.002wt％的Mg的换热器用形变铝合金材料(铝合金5和铝合金6)，与本实施例的铝合金1～4相比，其各项强度指标有了明显的提升。这是由于通过加入0.001～0.002wt％的Mg，使得镁硅比(Mg/Si)增加，从而增加了Mg₂Si强化相的含量，有利于铝合金材料晶粒细化，获得晶粒更加细小、均匀的晶体结构，有利于提高铝合金材料的整体抗压强度。利用Mg与Mn相互作用，还能协同提高铝合金材料的强度。

添加0.02～0.03wt％的Ti的换热器用形变铝合金材料(铝合金7和铝合金8)在海水盐雾腐蚀试验(标准PV1208)480个循环(960h)后铝合金材料的最大腐蚀深度均在0.15mm左右；而未添加0.02～0.03wt％的Ti的换热器用形变铝合金材料(铝合金1～4)在同条件下的最大腐蚀深度在0.52～0.63mm范围内。添加0.02～0.03wt％的Ti后，在基本不影响铝合金的强度的基础上，大大提高了换热器用形变铝合金材料的耐腐蚀性能。

添加0.2～0.3wt％的La的换热器用形变铝合金材料(铝合金9和铝合金10)，与本实施例的铝合金1～4相比，其各项强度指标有了明显的提升。这是由于La的添加有利于细化晶粒，降低铝合金材料的脆性并进一步提高铝合金材料的强度、耐腐蚀性和热塑性。此外，稀土元素La与铝合金结构的相互作用，还能改变铝合金的晶体排布，从而抑制铝合金的晶体表面易与活性氢结合的位点的形成，有利于铝合金在熔融状态时的脱氢除气，从而减少铝合金材料出现气孔缺陷的概率，进而延长铝合金材料的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种换热器用形变铝合金材料，其特征在于，包括以下重量百分比的元素，Mn:1.0～1.5wt％、Fe:0.4～0.5wt％、Si:0.2～0.3wt％、Cu:0.05～0.20wt％、Zn:1.4～1.6wt％和Al:95.468～96.95wt％及不可避免的杂质元素；每种所述杂质元素的含量≤0.05wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％。

2.根据权利要求1所述的换热器用形变铝合金材料，其特征在于，包括以下重量百分比的元素，所述Mn:1.3123wt％、所述Fe:0.45wt％、所述Si:0.241wt％、所述Cu:0.1033wt％、所述Zn:1.4942wt％和所述Al:95.9672～96.3992wt％及不可避免的所述杂质元素；每种所述杂质元素的含量≤0.05wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％。

3.根据权利要求1或2所述的换热器用形变铝合金材料，其特征在于，所述换热器用形变铝合金材料还包括Mg:0.001～0.002wt％。

4.根据权利要求1～3任一所述的换热器用形变铝合金材料，其特征在于，所述换热器用形变铝合金材料还包括Ti:0.02～0.03wt％。

5.根据权利要求1～4任一所述的换热器用形变铝合金材料，其特征在于，所述换热器用形变铝合金材料还包括La:0.2～0.3wt％。