CN111235437A - 一种家用空调换热器Al-Mn管材合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料及冶金技术领域，公开一种家用空调换热器Al‑Mn管材合金及其制备方法，管材合金成分按重量百分比为：Mn 0.5～1.0％，Mg 0.1～0.5％，Zn 0.1～0.4％，Fe 0.1～0.4％，Si 0.05～0.4％，Cu 0.01～0.15％，Ti 0.02～0.3％，Cr 0.05～0.4％，Zr 0.02～0.3％，余量为Al和杂质。制备方法：铝锭熔化成铝熔体，向铝熔体中加入镁锭和中间合金，搅拌形成合金熔体，将合金熔体浇铸成铸件，对铸件进行挤压、拉拔和退火，得到家用空调换热器Al‑Mn管材合金。本发明提高了合金的耐腐蚀性、强度和韧性，有助于提高家用空调换热器产品质量。

Description

一种家用空调换热器Al-Mn管材合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种家用空调换热器Al-Mn合金管材的合金及其制备方法。
背景技术
空调换热器是通过不同温度的流体进行热量交换的传热设备。由于铜的导热性和耐蚀性能好，所以铜质换热器过去在空调中得到了广泛应用。但铜价格昂贵，我国是一个贫铜国家，因此需要用铝换热器取代铜制换热器。
铝质空调换热器是指在管翅片式换热器中，用铝管代替掉铜管，作为冷媒的运输管路。相较于传统铜质换热器，铝质换热器具有质轻、结构紧凑、成本低的优点。
传统用于制造换热器管材的铝合金是3003合金，但是3003合金管材的缺点是在腐蚀介质中耐蚀性较差，管材容易发生点蚀穿孔；另一方面，3003材质的铝管加工性差，在换热器的大角度弯曲加工过程中容易在“U”型弯处出现橘皮，甚至发生开裂。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种家用空调换热器Al-Mn合金管材的合金及其制备方法，提高了合金的耐腐蚀性、强度和韧性；将该Al-Mn合金管材制作成家用空调换热器，提高了产品质量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种家用空调换热器Al-Mn管材合金，成分按重量百分比为：Mn 0.5～1.0％，Mg 0.1～0.5％，Zn 0.1～0.4％，Fe 0.1～0.4％，Si 0.05～0.4％，Cu 0.01～0.15％，Ti 0.02～0.3％，Cr 0.05～0.4％，Zr 0.02～0.3％，余量为Al和杂质，其中杂质含量≤0.5％。
一种家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法，包括以下步骤：
1）将铝锭熔化成铝熔体。
2）向铝熔体中加入镁锭和中间合金，所述中间合金包括Al- Mn、Al- Zn、Al- Si、Al- Fe、Al- Cu、Al- Ti、Al- Cr和Al- Zr，所述中间合金加入完毕后进行搅拌，所述搅拌的时长为10～15min，搅拌结束后得到合金熔体。在将镁锭和中间合金加入铝熔体前需要对制备过程中用到的镁锭、中间合金及模具、扒渣勺、搅拌棒进行预热以去除表面水分。
3）将合金熔体浇铸成铸件，并对铸件进行挤压、拉拔和退火，得到所述家用空调换热器Al-Mn管材合金。
进一步地，步骤2）中所述脱模剂为磷酸、氢氧化铝、硅酸钠和水的混合物。
进一步地，步骤1）中所述的中间合金包括Al- Mn、Al- Zn、Al- Si、Al- Fe、Al-Cu、Al- Ti、Al- Cr和Al- Zr。
进一步地，步骤2）中所述铝熔体的制备温度为700~760℃。
进一步地，步骤2）中对所述镁锭和中间合金进行熔融的温度为830~860℃。
进一步地，步骤2）中所述中间合金和镁锭加入铝熔体的方式为：将中间合金和镁锭分别包入铝箔中，并将所述铝箔分别用石墨钟罩压入铝熔体；更进一步地，步骤2）中所述每包铝箔压入铝熔体的时长为1~3min；
进一步地，步骤3）中所述合金熔体浇铸温度为710～730℃；
进一步地，步骤3）中所述挤压方法采用组合式锭模法，挤压温度为460~480℃，挤压速度为1.1~1.5mm/s。
进一步地，步骤3）中所述退火温度530~570℃，保温时间为10～20min。
本发明一种家用空调换热器Al-Mn合金管材的制备方法的有益效果：
添加少量的Mg对铝合金起强化作用；
添加少量的Zn以提高抗点蚀能力，从而提高耐蚀性能；
添加Cr、Zr和Ti元素，有助于细化晶粒，提高合金强、韧性。其中Cr的加入可在合金中形成(CrFe)Al7、(CrMn)Al12等弥散相，阻碍再结晶的形核和长大，提高合金的强、韧性；Zr在Al-Mn合金凝固过程中形成Al3Zr，增加形核核心，细化基体组织，提高合金的强、韧性，在钎焊过程中会生成比较粗大的条状晶粒，有利于抑制Si扩散对芯材的侵蚀作用；Ti与Al形成TiAl3相，可细化组织；
可将各元素通过包入铝箔的形式，在合适的温度下，用石墨钟罩将每包铝箔加入铝熔体，将各元素充分且均匀的融入合金熔体，减少烧损，进一步提高了合金的力学性能；同时Mn、Zn、Si、Fe、Cu、Ti、Cr、Zr等元素均以中间合金的形式加入，降低了铝合金液熔炼的温度，提高了收得率。该Al-Mn合金管材采用挤压、拉拔和退火的方式生产，工艺和设备简单；通过挤压温度和挤压速度的配合，表面质量好。将该Al-Mn合金管材制作成家用空调换热器，提高了产品质量。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。具体实施例如下：
实施例1：
一种家用空调换热器Al-Mn管材合金，成分按重量百分比为：Mn 0.7％，Mg 0.3％，Zn0.2％，Fe 0.2％，Si 0.1％，Cu 0.04％，Ti 0.1％，Cr 0.1％，Zr 0.08％，余量为Al和杂质，其中杂质含量≤0.5％。
一种家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法：
准备好Al- 10Mn、Al- 25Zn、Al- 20Si、Al- 10Fe、Al- 50Cu、Al- 5Ti、Al- 2Cr、Al-10Zr中间合金，在烘箱中80℃预热30min；
熔炼前将模具、扒渣勺和搅拌棒放入电阻炉中，200℃进行预热处理，预热20min后，将以上工具取出，并在表面均匀刷上一层，由H3PO4、Al(OH)3、Na2SiO3和去离子水混合而成的致密涂料，防止粘模；
将铝锭放入电阻炉内，加热到760℃熔化成铝熔体，继续将电阻炉升温至850℃继续加热，向铝熔体中加入所述准备好的镁锭及镁锭Al- 10Mn、Al- 25Zn、Al- 20Si、Al- 10Fe、Al- 50Cu、Al- 5Ti、Al- 2Cr、Al- 10Zr中间合金分别用铝箔包好，用石墨钟罩压入铝熔体中，每包铝箔压入熔体后停留1分钟，全部加入完毕后搅拌10min，搅拌结束后得到合金熔体；
对合金熔体进行表面扒渣，将熔体降温至710℃后，浇铸到准备好的Ф100×80mm的金属模具中；
采用组合式锭模法，将均匀化后的Φ100×80mm铸锭用挤压机挤压成Φ15×1.8mm管坯，挤压温度为460℃，挤压速度为1.1mm/s；
对挤压成的Φ15×1.8mm管坯进行拉拔，拉拔过程中，采用固定短芯头拉拔，经3道次拉拔至最终尺寸Φ7×0.6；将拉拔后形成的Φ7×0.6拉拔管材用退火炉退火至成品，退火温度530℃，保温时间为10min，退火后得到所述家用空调换热器Al-Mn管材合金。
得到所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金，抗拉强度为115 MPa，伸长率为38%。
实施例2：
一种家用空调换热器Al-Mn管材合金，成分按重量百分比为：Mn 0.5％，Mg 0.2％，Zn0.3％，Fe 0.3％，Si 0.4％，Cu 0.14％，Ti 0.15％，Cr 0.3％，Zr 0.14％，余量为Al和杂质，其中杂质含量≤0.5％。
一种家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法：
准备好Al- 10Mn、Al- 25Zn、Al- 20Si、Al- 10Fe、Al- 50Cu、Al- 5Ti、Al- 2Cr、Al-10Zr中间合金，在烘箱中90℃预热50min；
熔炼前将模具、扒渣勺和搅拌棒放入电阻炉中，200℃进行预热处理，预热25min后，将以上工具取出，并在表面均匀刷上一层，由H3PO4、Al(OH)3、Na2SiO3和去离子水混合而成的致密涂料，防止粘模；
将铝锭放入电阻炉内，加热到750℃熔化成铝熔体，继续将电阻炉升温至850℃继续加热，向铝熔体中加入所述准备好的镁锭及镁锭Al- 10Mn、Al- 25Zn、Al- 20Si、Al- 10Fe、Al- 50Cu、Al- 5Ti、Al- 2Cr、Al- 10Zr中间合金分别用铝箔包好，用石墨钟罩压入铝熔体中，每包铝箔压入熔体后停留2分钟，全部加入完毕后搅拌12min，搅拌结束后得到合金熔体；
对合金熔体进行表面扒渣，将熔体降温至720℃后，浇铸到准备好的Ф100×80mm的金属模具中；
采用组合式锭模法，将均匀化后的Φ100×80mm铸锭用挤压机挤压成Φ15×1.8mm管坯，挤压温度为470℃，挤压速度为1.3mm/s；
对挤压成的Φ15×1.8mm管坯进行拉拔，拉拔过程中，采用固定短芯头拉拔，经4道次拉拔至最终尺寸Φ7×0.6；将拉拔后形成的Φ7×0.6拉拔管材用退火炉退火至成品，退火温度550℃，保温时间为15min，退火后得到所述家用空调换热器Al-Mn管材合金。
得到所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金，抗拉强度为110 MPa，伸长率为40%。
实施例3：
一种家用空调换热器Al-Mn管材合金，成分按重量百分比为：Mn 0.8％，Mg 0.4％，Zn0.4％，Fe 0.35％，Si 0.3％，Cu 0.1％，Ti 0.25％，Cr 0.35％，Zr 0.25％，余量为Al和杂质，其中杂质含量≤0.5％。
一种家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法，包括以下步骤：
准备好Al- 10Mn、Al- 25Zn、Al- 20Si、Al- 10Fe、Al- 50Cu、Al- 5Ti、Al- 2Cr、Al-10Zr中间合金，在烘箱中100℃预热60min；
熔炼前将模具、扒渣勺和搅拌棒放入电阻炉中，200℃进行预热处理，预热30min后，将以上工具取出，并在表面均匀刷上一层，由H3PO4、Al(OH)3、Na2SiO3和去离子水混合而成的致密涂料，防止粘模；
将铝锭放入电阻炉内，加热到740℃熔化成铝熔体，继续将电阻炉升温至860℃继续加热，向铝熔体中加入所述准备好的镁锭及镁锭Al- 10Mn、Al- 25Zn、Al- 20Si、Al- 10Fe、Al- 50Cu、Al- 5Ti、Al- 2Cr、Al- 10Zr中间合金分别用铝箔包好，用石墨钟罩压入铝熔体中，每包铝箔压入熔体后停留3分钟，全部加入完毕后搅拌15min，搅拌结束后得到合金熔体；
对合金熔体进行表面扒渣，将熔体降温至730℃后，浇铸到准备好的Ф100×80mm的金属模具中；
采用组合式锭模法，将均匀化后的Φ100×80mm铸锭用挤压机挤压成Φ15×1.8mm管坯，挤压温度为480℃，挤压速度为1.5mm/s；
对挤压成的Φ15×1.8mm管坯进行拉拔，拉拔过程中，采用固定短芯头拉拔，经5道次拉拔至最终尺寸Φ7×0.6；将拉拔后形成的Φ7×0.6拉拔管材用退火炉退火至成品，退火温度570℃，保温时间为20min，退火后得到所述家用空调换热器Al-Mn管材合金。
得到所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金，抗拉强度为106 MPa，伸长率为41%。
对市场上购得的3003合金，进行抗拉实验和伸展实验，其抗拉强度为105~118MPa，伸长率为31~37%；使用本发明制得的Al-Mn管材合金其抗拉强度为108~122 MPa，伸长率为38~42%。
进行SWAAT耐腐蚀盐雾试验，经720h盐雾腐蚀，普通3003管材发生点蚀泄露，使用本发明制得的Al-Mn管材合金未泄露，且可经受3.8Mpa水压。
由上述结果可以看出，使用本发明制备的Al-Mn管材合金具有良好的抗拉性和伸展性，以及良好的耐蚀性；将本发明制得的Al-Mn合金管材制作成家用空调换热器，有助于提高产品质量。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种家用空调换热器Al-Mn管材合金，其特征在于：成分按重量百分比为：Mn 0.5～1.0％，Mg 0.1～0.5％，Zn 0.1～0.4％，Fe 0.1～0.4％，Si 0.05～0.4％，Cu 0.01～0.15％，Ti 0.02～0.3％，Cr 0.05～0.4％，Zr 0.02～0.3％，余量为Al和杂质，其中杂质含量≤0.5％。
2.根据权利要求1所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将铝锭熔化成铝熔体；
2）向铝熔体中加入镁锭和中间合金，所述中间合金包括Al- Mn、Al- Zn、Al- Si、Al-Fe、Al- Cu、Al- Ti、Al- Cr和Al- Zr，所述中间合金加入完毕后进行搅拌，所述搅拌的时长为10～15min，搅拌结束后得到合金熔体；
3）将合金熔体浇铸成铸件，并对铸件进行挤压、拉拔和退火，得到所述家用空调换热器Al-Mn管材合金。
3.根据权利要求2所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述铝熔体的制备温度为700~760℃。
4.根据权利要求2所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述对镁锭和中间合金进行熔融的温度为830~860℃。
5.根据权利要求2所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述中间合金和镁锭加入铝熔体的方式为，将中间合金和镁锭分别包入铝箔中，并将所述铝箔分别用石墨钟罩压入铝熔体。
6.根据权利要求5所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法，其特征在于：所述每包铝箔压入铝熔体的时长为1~3min。
7.根据权利要求2所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法，其特征在于：步骤3）中所述合金熔体浇铸温度为710～730℃。
8.根据权利要求2所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法，其特征在于：步骤3）中所述挤压方法采用组合式锭模法，挤压温度为460~480℃，挤压速度为1.1~1.5mm/s。
9.根据权利要求2所述的家用空调换热器Al-Mn管材合金的制备方法，其特征在于：步骤3）中所述退火温度530~570℃，保温时间为10～20min。
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