CN110356069B - 一种复合铝箔及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种散热器用复合铝箔及其制备方法,所述复合铝箔包括皮材和芯材,皮材包含以下质量分数的物质:8.5~9.0%Si,0.3~0.5%Fe,1.2~1.5%Zn,0.05~0.08%Sr,其余为Al和不可避免的杂质,芯材包含以下质量分数的物质:0.5~0.8%Si,0.8~1.2%Fe,2.5~2.8%Mn,0.5~0.7%Zn,0.05~0.1%Ti,其余为Al和不可避免的杂质。所述复合铝箔的制备方法,包含以下步骤:熔炼芯材,铸轧芯材,冷轧芯材,熔炼皮材,铸轧复合,一次退火,冷轧,二次退火。本发明采用铸轧复合法,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。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制法,具体为一种复合铝箔及其制备方法。
背景技术
散热器广泛应用于汽车及家用空调,且近年来发展迅速,市场上对铝合金复合箔的需求快速增长。铝合金复合箔的厚度较薄,通常为0.05~0.12mm,并且目前降低成本和轻量化两大主题的推动下,减薄是不变的发展趋势。在减薄的同时,所制备的铝合金复合箔产品还需要保持良好的焊接性能、较高的钎焊强度、优良的抗下垂性能、良好的耐腐蚀能力,特别是耐腐蚀能力。
目前国内外传统的铝合金复合箔生产多采用热轧法,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。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明目的是提供一种抗下垂性好的散热器用复合铝箔,本发明的另一目的是提供一种污染低、效率高的复合铝箔的制备方法。
技术方案:本发明所述的一种散热器用复合铝箔,包括皮材和芯材,皮材包含以下质量分数的物质:8.5~9.0%Si,0.3~0.5%Fe,1.2~1.5%Zn,0.05~0.08%Sr,其余为Al和不可避免的杂质,芯材包含以下质量分数的物质:0.5~0.8%Si,0.8~1.2%Fe,2.5~2.8%Mn,0.5~0.7%Zn,0.05~0.1%Ti,其余为Al和不可避免的杂质。皮材厚度为复合铝箔厚度的10~15%。
优选地,皮材中Si的质量分数为8.7~8.8%,Zn的质量分数为1.3~1.4%。芯材中Fe的质量分数为2.6~2.7%。
上述复合铝箔的制备方法,包含以下步骤:
a、按质量配比将芯材各原材料加入740~760℃熔炼炉中,进行熔炼芯材;
b、铸轧芯材,铸轧温度控制在670~680℃,铸轧速度为700~800mm/min,铸轧板厚度为7~8mm;
c、冷轧芯材,把芯材轧制到3.0~4.0mm,切边备用;
d、熔炼皮材,按质量配比将皮材各原材料加入熔炼炉中,在710~740℃进行熔炼;
e、铸轧复合,对芯材表面进行预处理,进行表面打磨,并用风机把铝粉吸走,芯材穿过铸轧机铸嘴上端,芯材速度是400~500mm/min,皮材铸轧速度400~500mm/min,铸轧温度控制在650~660℃,铸轧区为40~50mm,得到复合铝卷;
f、将复合铝卷放在料架上一次退火,一次退火为均匀化退火,退火温度520~530℃,退火时间为6~8h;
g、冷轧,对上述复合卷进行轧制,轧制至使用厚度0.05~0.2mm;
h、成品二次退火,退火温度为250~280℃,退火时间为15~20h,得到复合铝箔。
其中,步骤a中,熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度到达熔炼温度时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次,除去铝渣、氢气、氧化物等杂质。步骤d中,用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体到达熔炼温度时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次,同时采用铝锶合金进行变质处理,提供结晶质点,让晶粒均匀细小。
反应原理:对皮材铝合金的主要添加元素说明如下:
Si:8.5~9.0wt%Al-Si系合金主要起焊接作用,加入足量的硅,能够降低熔点而不会使最终合金产生脆性。优选添加8.5wt%以上的Si。
Al-Si合金随硅含量增加,<α(Al)+Si>共晶组织随之增多,当硅含量接近共晶成分时,组织中出现初晶硅,甚至出现粗大块状初晶硅聚集,通过加工、热处理也不能改变初晶硅的形态,明显降低了合金的力学性能,尤其是塑性。因此,将Si含量优选限定在8.5-9.0wt%。
Sr:0.05-0.08wt%,Sr是确保晶粒尺寸大小最重要的元素,皮材有必要包含适当范围的量,为了获得所述添加效果,优选添加0.05wt%以上的Sr。但是当Sr含量超过0.08wt%时,易受合金中的氮、磷的干扰,容易产生气道、气孔。因此,将所述Sr含量优选限定在0.05-0.08wt%,更优选限定在0.059-0.072wt%。
Fe:0.3~0.5wt%,Fe作为Al-Si合金主要元素加入时,可以阻止合金基体组织粗化,同时靠自身的热稳定性和降低Si相粗化的敏感性来提高合金的耐热性。为了获得所述效果,优选添加0.3wt%以上。但是当Fe超过0.5wt%时,随着Fe增加而析出粗大的针状Al3Fe和Al-Fe-Si金属间化合物,塑性就会变差。因此,所述Fe含量优选限定在0.3-0.5wt%。
Zn:1.2~1.5wt%,
Al-Si合金中,添加Zn元素主要是提高合金的焊接性,为了获得所述效果,优选添加1.2wt%以上,但是当Zn超过1.5wt%时,随着Zn含量增加应力腐蚀开裂。因此,所述Zn含量优选限定在1.2-1.5wt%。
对芯材铝合金的主要添加元素说明如下:
Mn:2.5~2.8wt%
Mn是芯材的主要组成元素,Mn元素的加入可以使合金具有较高的强度、良好的塑性和工艺性能,为了获得所述效果,优选添加2.5wt%以上,但是当Mn超过2.8wt%,合金强度虽有增加,但由于形成大量的脆性化合物MnAl6,合金在变形时容易开裂。因此,所述Mn含量优选限定在2.5-2.8wt%。
Si:0.5~0.8wt%,Si与Fe、Mn形成β-Al(FeMn)Si相,提高芯材的强度,为了获得所述效果,优选添加0.5wt%以上,但是Si含量高于0.8wt%时,芯材合金的熔点降低,降低了芯材的强度,抗下垂性也明显降低。因此,所述Si含量优选限定在0.5-0.8wt%。
Fe:0.8~1.2wt%,Fe与Mn形成(FeMn)Al6化合物,这种化合物的存在可以有效减少铝粉在模具中的积累,Fe低于0.8wt%时这一作用不充分,但是Fe高于1.2wt%则会出现含Fe的粗大初晶相,恶化板材的性能,因此,所述Fe含量优选限定在0.8-1.2wt%。
Zn:0.5~0.7wt%,可以在焊接过程中提高芯材的强度,提高芯材的抗下垂性,当Zn低于0.5wt%时,这一作用不充分,但是Zn高于0.7wt%时,形成一些硬的一次晶化合物会使板材脆性增加。因此,所述Zn含量优选限定在0.5-0.7wt%。
Ti:0.05~0.1wt%,钛作为重要的工艺添加剂,主要起细化晶粒的作用。为了获得所述效果,优选添加0.05wt%以上,当Ti含量高于0.1wt%时,会在铸轧板中形成粗大的Al3Ti,提高板材的脆性。因此,所述Ti含量优选限定在0.05-0.1wt%。
有益效果:本发明和现有技术相比,具有如下显著性特点:采用铸轧复合法,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;本发明制备的铝合金复合箔,改进了芯材和皮材的化学成分和制备过程工艺,得到力学性能和耐腐蚀性能更好的铝合金复合箔。
具体实施方式
实施例1
1、按照表1将芯材原材料加入熔铝炉中,熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为740℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次;
2、采用铸轧速度控制在700mm/min,铸轧温度控制在670℃,铸轧板厚度为7mm;
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制,轧制到3.0mm,切边备用;
4、按照表1中皮材各原材料加入熔铝炉中,同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为710℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次,同时采用铝锶合金进行变质处理;
5、先对芯材表面进行预处理,然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端,芯材速度是400mm/min,皮材铸轧速度400mm/min,铸轧温度控制在650℃,铸轧区为40mm,采用铸轧复合法,边铸轧边复合的方法,在芯材上面直接复合皮材;
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火,退火温度520℃,退火时间为6h。
7、对上述复合卷进行轧制,轧制纸使用厚度0.05mm。
8、成品退火,退火温度为250℃,退火时间为15h,得到复合铝箔的使用状态。
表1芯材和皮材的成分
实施例2
1、按照表2将芯材原材料加入熔铝炉中,熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为760℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次;
2、采用铸轧速度控制在800mm/min,铸轧温度控制在680℃,铸轧板厚度为8mm;
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制,轧制到4.0mm,切边备用;
4、按照表2中皮材各原材料加入熔铝炉中,同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为740℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次,同时采用铝锶合金进行变质处理;
5、先对芯材表面进行预处理,然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端,芯材速度是500mm/min,皮材铸轧速度500mm/min,铸轧温度控制在660℃,铸轧区为50mm,采用铸轧复合法,边铸轧边复合的方法,在芯材上面直接复合皮材;
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火,退火温度530℃,退火时间为8h。
7、对上述复合卷进行轧制,轧制纸使用厚度0.2mm。
8、成品退火,退火温度为280℃,退火时间为20h,得到复合铝箔的使用状态。
表2芯材和皮材的成分
实施例3
1、按照表3将芯材原材料加入熔铝炉中,熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为750℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次;
2、采用铸轧速度控制在750mm/min,铸轧温度控制在675℃,铸轧板厚度为7.5mm;
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制,轧制到3.5mm,切边备用;
4、按照表3中皮材各原材料加入熔铝炉中,同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为725℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次,同时采用铝锶合金进行变质处理;
5、先对芯材表面进行预处理,然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端,芯材速度是450mm/min,皮材铸轧速度450mm/min,铸轧温度控制在655℃,铸轧区为45mm,采用铸轧复合法,边铸轧边复合的方法,在芯材上面直接复合皮材;
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火,退火温度525℃,退火时间为7h。
7、对上述复合卷进行轧制,轧制纸使用厚度0.12mm。
8、成品退火,退火温度为265℃,退火时间为17h,得到复合铝箔的使用状态。
表3芯材和皮材的成分
实施例4
1、按照表4将芯材原材料加入熔铝炉中,熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为743℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次;
2、采用铸轧速度控制在710mm/min,铸轧温度控制在672℃,铸轧板厚度为7.2mm;
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制,轧制到3.2mm,切边备用;
4、按照表4中皮材各原材料加入熔铝炉中,同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为715℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次,同时采用铝锶合金进行变质处理;
5、先对芯材表面进行预处理,然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端,芯材速度是420mm/min,皮材铸轧速度420mm/min,铸轧温度控制在652℃,铸轧区为41mm,采用铸轧复合法,边铸轧边复合的方法,在芯材上面直接复合皮材;
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火,退火温度521℃,退火时间为6.5h。
7、对上述复合卷进行轧制,轧制纸使用厚度0.1mm。
8、成品退火,退火温度为260℃,退火时间为16h,得到复合铝箔的使用状态。
表4芯材和皮材的成分
实施例5
1、按照表5将芯材原材料加入熔铝炉中,熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为758℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次;
2、采用铸轧速度控制在790mm/min,铸轧温度控制在678℃,铸轧板厚度为7.8mm;
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制,轧制到3.9mm,切边备用;
4、按照表5中皮材各原材料加入熔铝炉中,同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为730℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次,同时采用铝锶合金进行变质处理;
5、先对芯材表面进行预处理,然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端,芯材速度是490mm/min,皮材铸轧速度490mm/min,铸轧温度控制在659℃,铸轧区为48mm,采用铸轧复合法,边铸轧边复合的方法,在芯材上面直接复合皮材;
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火,退火温度528℃,退火时间为7.5h。
7、对上述复合卷进行轧制,轧制纸使用厚度0.15mm。
8、成品退火,退火温度为275℃,退火时间为19h,得到复合铝箔的使用状态。
表5芯材和皮材的成分
实施例6
表6芯材和皮材的成分
1、按照表6将芯材原材料加入熔铝炉中,熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为750℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次;
2、采用铸轧速度控制在760mm/min,铸轧温度控制在675℃,铸轧板厚度为7.6mm;
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制,轧制到4.0mm,切边备用;
4、按照表6中皮材各原材料加入熔铝炉中,同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为730℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次,同时采用铝锶合金进行变质处理;
5、先对芯材表面进行预处理,然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端,芯材速度是480mm/min,皮材铸轧速度480mm/min,铸轧温度控制在660℃,铸轧区为47mm,采用铸轧复合法,边铸轧边复合的方法,在芯材上面直接复合皮材;
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火,退火温度530℃,退火时间为6h。
7、对上述复合卷进行轧制,轧制纸使用厚度0.05mm。
8、成品退火,退火温度为270℃,退火时间为18h,得到复合铝箔的使用状态。
将制得的铝合金复合箔进行测试,钎焊后的力学性能为:抗拉强度130MPa,屈服强度92MPa,延伸率4.5%,抗下垂值15mm,在酸性盐雾条件下保持360h,不穿孔。
实施例7
1、按照表7将芯材原材料加入熔铝炉中,熔炼同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为745℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次;
2、采用铸轧速度控制在750mm/min,铸轧温度控制在670℃,铸轧板厚度为7.6mm;
3、把芯材放在冷轧机上经1道次轧制,轧制到4.0mm,切边备用;
4、按照表7中皮材各原材料加入熔铝炉中,同时用精炼剂对铝熔体进行精炼,每小时精炼一次,待溶体温度为725℃时,将熔铝炉中的铝水倒入静置炉中,半小时精炼一次,同时采用铝锶合金进行变质处理;
5、先对芯材表面进行预处理,然后芯材穿过铸轧机铸嘴上端,芯材速度是480mm/min,皮材铸轧速度480mm/min,铸轧温度控制在660℃,铸轧区为47mm,采用铸轧复合法,边铸轧边复合的方法,在芯材上面直接复合皮材;
6、把复合好的铝卷放在料架上均匀化退火,退火温度530℃,退火时间为6h。
7、对上述复合卷进行轧制,轧制纸使用厚度0.05mm。
8、成品退火,退火温度为270℃,退火时间为18h,得到复合铝箔的使用状态。
表7芯材和皮材的成分
将制得的铝合金复合箔进行测试,钎焊后的力学性能为:抗拉强度145MPa,屈服强度115MPa,延伸率3.0%,抗下垂值12mm,在酸性盐雾条件下保持365h,不穿孔。
对比例:
按照专利201310128442.X中实施例1,对4343皮材铝合金带卷和3003芯材铝合金带卷分别进行冷轧,得到0.4mm厚的4343皮材铝合金冷轧带,3.6mm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300℃退火6h;
将退火后的4343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℃,将芯材铝合金加热到160℃,进行轧制复合,控制压下量为54.5%,得到2.0mm厚的铝合金复合带;
对铝合金复合带于300℃退火处理6h,控制冷轧总压下率为95%,冷轧3道次到0.10mm厚,冷轧后于300℃中间退火处理6h,进行再次冷轧,控制压下率为40%,精整后得到0.06mm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35mm;抗拉强度215MPa,屈服强度125MPa,延伸率1.2%,在酸性盐雾条件下保持300h,穿孔。
将实施例6、7所制得的样品与对比例所制得的样品相比,本发明生产的铝合金复合箔焊接后的力学性能更加优异,抗下垂性好,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。同时在酸性盐雾条件下保持360h-480h,用氯化钠和水混合,氯化钠浓度5%,用冰乙酸调节PH值,使PH3.0~3.2,不穿孔,说明该产品耐腐蚀性强,在恶劣情况下,使用寿命长。
Claims (9)
1.一种复合铝箔的制备方法,其特征在于,包含以下步骤:
(a)所述复合铝箔包括皮材和芯材,所述皮材包含以下质量分数的物质:8.5~9.0%Si,0.3~0.5%Fe,1.2~1.5%Zn,0.05~0.08%Sr,其余为Al和不可避免的杂质,所述芯材包含以下质量分数的物质:0.5~0.8%Si,0.8~1.2%Fe,2.5~2.8%Mn,0.5~0.7%Zn,0.05~0.1%Ti,其余为Al和不可避免的杂质;按质量配比将芯材各原材料加入740~760℃熔炼炉中,进行熔炼芯材;
(b)铸轧芯材,铸轧温度控制在670~680℃,铸轧芯材厚度为7~8mm;
(c)冷轧芯材,把芯材轧制到3.0~4.0mm,切边备用;
(d)熔炼皮材,按质量配比将皮材各原材料加入熔炼炉中,在710~740℃进行熔炼;
(e)铸轧复合,对芯材表面进行预处理,芯材穿过铸轧机铸嘴上端,芯材速度是400~500mm/min,皮材铸轧速度400~500mm/min,铸轧温度控制在650~660℃,铸轧区为40~50mm,得到复合铝卷;
(f)将复合铝卷放在料架上一次退火;
(g)冷轧,对上述复合铝卷进行轧制,轧制至使用厚度;
(h)成品二次退火,得到复合铝箔。
2.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法,其特征在于:所述皮材厚度为复合铝箔厚度的10~15%。
3.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法,其特征在于:所述皮材中Si的质量分数为8.7~8.8%。
4.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法,其特征在于:所述皮材中Zn的质量分数为1.3~1.4%。
5.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法,其特征在于:所述芯材中Fe的质量分数为2.6~2.7%。
6.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法,其特征在于:所述步骤(b)中铸轧速度为700~800mm/min。
7.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法,其特征在于:所述步骤(f)一次退火为均匀化退火,退火温度520~530℃,退火时间为6~8h。
8.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法,其特征在于:所述步骤(g)中的使用厚度为0.05~0.2mm。
9.根据权利要求1所述的一种复合铝箔的制备方法,其特征在于:所述步骤(h)中二次退火的退火温度为250-280℃,退火时间为15~20h。
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