CN111321323B - 一种芯材合金、包含该芯材合金的铝合金复合板材及其制备方法 - Google Patents

一种芯材合金、包含该芯材合金的铝合金复合板材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种芯材合金，其中，基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：≤1.5重量％的Si、≤1.0重量％的Cu、0.5‑2.0重量％的Mn、≤0.5重量％的Fe、≤0.5重量％的Mg、≤0.25重量％的Ti、≤0.25重量％的Zr、≤0.25重量％的Cr，以及其它元素，其中单个元素含量≤0.05重量％，总元素含量≤0.15重量％，其余为铝。其中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为5×108‑1×1010个/mm3，等效直径在0.1‑0.3μm的弥散相颗粒的数目为1×108‑1×109个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为1×107‑6×107个/mm3。本发明还涉及一种铝合金复合板材，其包含本发明的芯材合金和钎焊层合金。本发明还涉及芯材合金、铝合金复合板材的制备方法及其用作热交换器的用途。

Description

一种芯材合金、包含该芯材合金的铝合金复合板材及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种芯材合金，包含该芯材合金的铝合金复合板材及其制备方法和用途。本发明的铝合金复合板材具备高钎焊后强度，适合用于热交换器，特别是热交换器的主板或边板。
背景技术
铝合金由于质轻且高的热传导性，广泛应用于汽车热交换器，如，散热器、冷凝器、蒸发器、油冷器及中间冷却器等。汽车热交换器主要通过钎焊法例如真空钎焊和可控气氛钎焊来生产。通常，钎焊使用Al-Si系合金作为钎料。钎焊温度在600℃左右，将钎料完全熔化，通过熔化的钎料进行接头的冶金结合。
近年来，随着汽车的轻量化要求，汽车用热交换器也被要求轻量化，进而要求热交换器用铝合金复合材料进行减薄。主板和边板的厚度减薄对换热器的轻量化具有重要的意义。减薄对钎焊用铝合金复合材料提出了更高的要求，在降低厚度的同时要满足材料结构强度不降低。目前，我国汽车热交换器边板和主板用钎焊铝合金是由两层或三层复合的板材，其芯材为AA3003或其改型合金，其钎焊后强度较低，抗疲劳性能差，在使用容易出现开裂的现象，而造成换热器泄漏等失效。
铝合金复合板材在钎焊后通常会由于钎焊的高温使得复合板材的强度难以保持。从而相比于无需钎焊的铝合金复合板材，可钎焊或钎焊用的铝合金复合板材在强度提升方面相对更为困难。对于可钎焊或需要钎焊的铝合金复合板材，时效处理为一种常用的提高焊后强度的强化方式。专利CN101372161A提到一种5层的铝合金钎焊材料，外层为AA4045合金，中间层为AA3003合金，最内层为Mod6060合金。该合金主要依靠时效处理来强化，自然时效状态下其强度不高，而如果进行通过热交换器使用时的温度进行时效，例如水箱80-120℃，随着时间的延长，很可能发生过时效现象，而使强度不增加反而降低。时效强化效果需使热交换器在钎焊后以很快速度的冷却下来。当热交换器尺寸很大或不具备快速冷却条件时，时效能力将急剧降低甚至丧失时效能力。此外，该铝合金钎焊材料为5层合金，相比3层合金，在生产过程中成品率低，易导致生产困难。因此，为了提高铝钎焊材料的钎焊后强度，现有技术中往往通过添加更多含量的合金元素来实现。专利CN104626675A公开了一种复合铝箔材料及制备方法，所述复合铝箔包括芯层、触水层和钎焊层，其中芯层：硅0.6-1.0％，铁<0.4％，铜0.6-1.0％，锰1.5-2.0％，镁<0.1％，钛<0.05％，锌<0.05％，钐0.08-0.12％，铝为余量。触水层：硅0.5-1.0％，铁<0.4％，铜<0.05％，锰1.5-2.0％，镁<0.05％，钛<0.05％，锌4.0-6.0％，锆0.1-0.2％，钐0.05-0.08％，铝为余量。即为了提高强度，其芯材添加了较多的如Si、Cu、Mn等元素，其触水层合金也添加了如Si、Mn等元素来提高强度。H.Ahmed等人(“The development of a brazing sheet core alloy with excellentpost braze properties”,Materials Science Forum.Vols 794-796(2014)，第1103-1108页)对合金元素组成进行了调整，通过提高Si含量(从0.06％提高至0.32％)使得铝合金钎焊后的抗拉强度提升了约5.7Mpa。但是，合金元素的添加增加将一方面增加材料成本，另一方面也增加了合金铸造以及轧制的困难，并容易在铸锭中形成金属间化合物。
因此，仍需具有良好钎焊后强度，且制备工艺简单、成本较低的铝合金复合板材及其对应的芯材合金，以及获得这样的铝合金复合板材及其对应的芯材合金的方法。
发明内容
在一方面，本发明涉及一种芯材合金，其中，基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：≤1.5重量％的Si、≤1.0重量％的Cu、0.5-2.0重量％的Mn、≤0.5重量％的Fe、≤0.5重量％的Mg、≤0.25重量％的Ti、≤0.25重量％的Zr、≤0.25重量％的Cr，以及其它元素，其中单个元素含量≤0.05重量％，总元素含量≤0.15重量％，其余为铝；其中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约5×108-1×1010个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×108-1×109个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×107-6×107个/mm3。
在一个实施方案中，本发明的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约1×109-5×109个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约3×108-8×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约2×107-4×107个/mm3。
在一个优选的实施方案中，本发明的芯材合金中，基于所述芯材合金，芯材合金中包含约0.3-1.2重量％的Si、和/或约0.02-0.7重量％的Cu、和/或约1.0-1.5重量％的Mn、和/或约0.10-0.45重量％的Fe。
在另一方面，本发明涉及一种铝合金复合板材，其包含本发明的芯材合金和钎焊层合金。
在一个实施方案中，本发明的铝合金复合板材中，基于所述钎焊层合金，所述钎焊层合金为Al-Si系合金。
在一个实施方案中，本发明的铝合金复合板材中，基于所述钎焊层合金，所述钎焊层合金中Si含量为约5-12重量％。
在另一个实施方案中，本发明的铝合金复合板材的厚度为约0.5mm-2.0mm。
在又一个实施方案中，本发明的铝合金复合板材中，所述铝合金复合板材还包含触水侧合金。
在又一方面，本发明涉及一种制备芯材合金的方法，其包括I)铸造芯材合金的铸锭，II)均匀化热处理，III)铣面，IV)预加热，V)热轧，VI)冷轧，VII)退火以获得所述芯材合金；其中，步骤II)中均匀化热处理的温度为约420-650℃，均匀化热处理的时间为约10-30h，并且步骤IV)中预加热的温度为约450-530℃，预加热的时间为约1-8h；其中，步骤II)中所述均匀化热处理包括两个阶段：第一阶段，将所述芯材合金的铸锭在约420-560℃下保温约5-10h；以及第二阶段，将所述芯材合金的铸锭在约575-650℃下保温约5-20h。
在又一个实施方案中，本发明的制备芯材合金的方法中，步骤II)均匀化热处理和/或步骤IV)预加热中升温速率为约50-100℃/h。
在另一个实施方案中，本发明的制备芯材合金的方法中，步骤II)均匀化热处理之后还包括将均匀化热处理后的芯材合金的铸锭冷却的步骤，其中所述冷却的速率为约50-200℃/h。
在一个优选的实施方案中，本发明的制备芯材合金的方法中，步骤IV)中预加热的时间为约3-8h。
在一个实施方案中，本发明的制备芯材合金的方法中，其中基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：
≤1.5重量％的Si、
≤1.0重量％的Cu、
0.5-2.0重量％的Mn、
≤0.5重量％的Fe、
≤0.5重量％的Mg、
≤0.25重量％的Ti、
≤0.25重量％的Zr、
≤0.25重量％的Cr，以及
其它元素，其中单个元素含量≤0.05重量％，总元素含量≤0.15重量％，
其余为铝。
在一个优选的实施方案中，根据本发明的制备芯材合金的方法获得的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约5×108-1×1010个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×108-1×109个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×107-6×107个/mm3。
在一个实施方案中，本发明的芯材合金或用本发明的方法制备的芯材合金为可钎焊芯材合金。
在还一方面，本发明涉及一种制备铝合金复合板材的方法，其包括i)分别铸造芯材合金的铸锭、钎焊层合金的铸锭和任选存在的触水侧合金的铸锭，ii)将所述芯材合金的铸锭均匀化热处理，iii)制备钎焊层合金的厚板片和任选存在的触水侧合金的厚板片，iv)将所述芯材合金的铸锭铣面后，与所述钎焊层合金的厚板片、任选存在的触水侧合金的厚板片进行复合，v)预加热，vi)热轧，vii)冷轧，viii)退火以获得所述铝合金复合板材；其中，步骤ii)中均匀化热处理的温度为约420-650℃，均匀化热处理的时间为约10-30h，并且步骤v)中预加热的温度为约450-530℃，预加热的时间为约1-8h；其中步骤ii)中所述均匀化热处理包括两个阶段：第一阶段，将所述芯材合金的铸锭在约420-560℃下保温约5-10h；以及第二阶段，将所述芯材合金的铸锭在约575-650℃下保温约5-20h。
在另一个实施方案中，本发明的制备铝合金复合板材的方法中，步骤ii)均匀化热处理和/或步骤v)预加热中升温速率为约50-100℃/h。
在又一个实施方案中，本发明的制备铝合金复合板材的方法中，步骤ii)均匀化热处理之后还包括将均匀化热处理后的芯材合金的铸锭冷却的步骤，其中所述冷却的速率为约50-200℃/h。
在一个优选的实施方案中，本发明的制备铝合金复合板材的方法中，步骤v)中预加热的时间为约3-8h。
在一个实施方案中，本发明的制备铝合金复合板材的方法中，基于所述铝合金复合板材的芯材合金，所述芯材合金包含：
≤1.5重量％的Si、
≤1.0重量％的Cu、
0.5-2.0重量％的Mn、
≤0.5重量％的Fe、
≤0.5重量％的Mg、
≤0.25重量％的Ti、
≤0.25重量％的Zr、
≤0.25重量％的Cr，以及
其它元素，其中单个元素含量≤0.05重量％，总元素含量≤0.15重量％，
其余为铝。
在另一个实施方案中，根据本发明的制备铝合金复合板材的方法获得的铝合金复合板材的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约5×108-1×1010个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×108-1×109个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×107-6×107个/mm3。
在一个实施方案中，本发明的铝合金复合板材或用本发明的方法制备的铝合金复合板材为可钎焊铝合金复合板材。
在又一方面，本发明涉及本发明的芯材合金或本发明的铝合金复合板材或用本发明的方法制备的芯材合金或用本发明的方法制备的铝合金复合板材用作热交换器的用途。
附图简述
图1a-1c本发明的实施方案的铝合金复合板材的结构示意图(A芯材合金；B钎焊层合金；C触水侧合金)。
图2对比例1的铝合金复合板材中的芯材合金铸锭在常规均匀化热处理后的铸态组织的金相照片。
图3实施例1的铝合金复合板材中的芯材合金铸锭在本发明的均匀化热处理后的铸态组织的金相照片。
图4对比例1的铝合金复合板材中的芯材合金的扫描电子显微镜图。
图5实施例1的铝合金复合板材中的芯材合金的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
一般定义及术语
除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常理解的相同的含义。若存在矛盾，则以本申请提供的定义为准。
除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。
当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及优选的数值下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围旨在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。例如“1-8”涵盖1、2、3、4、5、6、7、8以及由其中任何两个值组成的任何亚范围，例如2-6、3-5。
表述“包含”或与其同义的类似表述“包括”、“含有”和“具有”等是开放性的，不排除额外的未列举的元素、步骤或成分。表述“由…组成”排除未指明的任何元素、步骤或成分。表述“基本上由…组成”指范围限制在指定的元素、步骤或成分，加上任选存在的不会实质上影响所要求保护的主题的基本和新的特征的元素、步骤或成分。应当理解，表述“包含”涵盖表述“基本上由…组成”和“由…组成”。
在本发明的范畴内，所述合金“基本上不含”是指在所述合金的制造过程中，没有有意地添加或含有该组分，该组分仅有可能作为不可避免的杂质引入。
本文所使用的术语“约”可允许值或范围的一定程度的变化，例如在规定的值或规定限制的范围且包括确切的值或范围的10％以内，5％以内或1％以内。
本文所使用的术语“任选”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，该描述包括发生所述事件或情况和不发生所述事件或情况。
本文所使用的术语“一种(个)或多种(个)”表示1、2、3、4、5、6、7、8、9、10种(个)或更多。
本文所使用的术语“等效直径”指按照不规则形状颗粒的面积换算成与其面积相等的圆形颗粒时的直径。
本文所使用的术语“弥散相颗粒”指固溶于固溶体中的Si、Mn、Cu等元素在热机械加工过程中从固溶体中析出，形成尺寸细小、分布广泛的颗粒相，其不同于铸造颗粒相。在本文中，弥散相颗粒主要指Al-Mn(Cu)-Si的颗粒相。这些相颗粒的尺寸和分布可以通过扫描电子显微镜进行观察测量和计算得出。弥散相颗粒的尺寸通常为约2.0μm以下，优选1.5μm以下。在本文中，芯材合金中所计算的颗粒数目为芯材合金中弥散相颗粒的颗粒数目。
本文所使用的术语“交货态”指交货的铝合金复合板材的最终塑性变形或最终热处理的状态。
本文所使用的术语“其它元素”是指铝合金中不可避免的杂质元素。这些元素并非特意加入合金中。其它元素例如可以为Ni、V、Ca、Zn等。
单侧复合层的厚度占材料总厚度的百分数表示为复合比。本发明的铝合金复合板材中芯材合金、钎焊层合金和任选的触水侧合金的复合比没有特别的限制，但应使得可获得目标厚度的铝合金复合板材。
本文的材料、方法和实施例均是示例性的，并且除非特别说明，不应理解为限制性的。
芯材合金
在一方面，本发明涉及一种芯材合金，其中，
基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：
≤1.5重量％的Si、
≤1.0重量％的Cu、
0.5-2.0重量％的Mn、
≤0.5重量％的Fe、
≤0.5重量％的Mg、
≤0.25重量％的Ti、
≤0.25重量％的Zr、
≤0.25重量％的Cr，以及
其它元素，其中单个元素含量≤0.05重量％，总元素含量≤0.15重量％，
其余为铝。
其中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约5×108-1×1010个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×108-1×109个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×107-6×107个/mm3。
在一个优选的实施方案中，本发明的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为1×109-5×109个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为3×108-8×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为2×107-4×107个/mm3。
Si与Fe、Mn一起形成Al-Fe-Mn-Si系化合物，起到弥散强化的作用，或与基体固溶，通过固溶强化来提高强度。Si的含量过低，例如低于0.05重量％，将使得Al-Fe-Mn-Si弥散相颗粒形成困难，也无法起到固溶强化的作用。Si的含量过高，如超过1.5重量％，将使得合金的熔点明显降低，而不适合用于钎焊。优选的Si含量有助于弥散相颗粒在芯材合金中形成期望的分布。基于本发明的芯材合金，芯材中Si的含量为约≤1.5重量％，优选约0.3-1.2重量％，例如约0.4-0.8重量％，例如为约0.53、0.73重量％。
Mn具有提高强度和钎焊性、耐蚀性的效果。Mn的含量低于约0.5重量％时，其带来的效果小。Mn的含量超过约2.0重量％时，会形成大量的含Mn颗粒，影响再结晶过程。基于本发明的芯材合金，芯材中Mn的含量为约0.5-2.0重量％，优选约1.0-1.5重量％，例如为约1.07、1.25重量％。
Fe是铝合金中普遍存在的杂质元素。Fe具有易于形成能够成为再结晶晶核尺寸的金属间化合物，使再结晶温度降低的效果。过高含量的Fe会降低成形性和腐蚀性能。可以不主动向合金中添加Fe，也可以根据实际需求向合金中添加一定含量的Fe。为了保证材料成形性和腐蚀性能，Fe的含量为约0.5重量％以下，优选为约0.45重量％以下，例如为约0.10-0.45重量％，例如为约0.26、0.42重量％。
Cu通过固溶强化来提高强度。基于本发明的芯材合金，通常当Cu的含量过低时，其产生的固溶强化效果较小。Cu的含量过高时，发生晶间腐蚀的可能性变高，并且熔点也会有较大的影响。可以不主动向合金中添加Cu，也可以根据实际需求向合金中添加一定含量的Cu。基于本发明的芯材合金，Cu的含量为约1.0重量％以下，优选约0.02-0.7重量％，例如为约0.2-0.7重量％，例如为约0.49、0.61重量％。
可以根据实际产品的需求向芯材合金中加入Mg、Zr、Ti、Cr中的一种或多种元素。
Mg对于提高合金的强度是有利的。但当Mg的含量过高时，将对钎焊产生不利的影响。Mg的含量通常为约0.5重量％以下，例如约0.3重量％以下，例如为约0.005-0.5重量％。当不主动向芯材合金中添加Mg时，Mg在芯材合金中的含量例如可以为约0.05重量％以下，如约0.01、0.02重量％。
Ti可提高钎焊后的耐腐蚀性。当Ti的含量过高时，容易降低合金的加工性能和塑性。Ti的含量通常为约0.25重量％以下，例如约0.005-0.25重量％。当不主动向芯材合金中添加Ti时，Ti在芯材合金中的含量例如可以为约0.05重量％以下，如约0.03重量％。当向芯材合金中添加Ti时，Ti在芯材合金中的含量例如可以为0.13重量％。
Zr可以提高合金的钎焊后强度。但过高的Zr对于合金的性能是不利的。Zr的含量通常为约0.25重量％以下，例如为约0.005-0.25重量％。当不主动向芯材合金中添加Zr时，Zr在芯材合金中的含量例如可以为约0.05重量％以下，如约<0.01重量％。
Cr可提高合金的强度和钎焊后合金的耐腐蚀性。当Cr的含量过高时，容易形成较大的金属间化合物。Cr的含量通常为约0.25重量％以下，例如为约0.005-0.25重量％。当不主动向芯材合金中添加Cr时，Cr在芯材合金中的含量例如可以为约0.05重量％以下，如约<0.01重量％。
在一个实施方案中，本发明的芯材合金为Al-Mn合金。
在另一个实施方案中，本发明的芯材合金为可钎焊的合金。
钎焊层合金
本发明的钎焊层合金可以为工业常用的Al-Si系合金。钎焊层的元素组成应使得复合板材能实现钎焊，且不对芯材合金造成不利影响。
其中基于钎焊层合金的总重量，Si含量为约5-12重量％，优选6-10重量％，例如为约7.5、9.8重量％。
本发明的钎焊侧合金例如可以为AA4343、AA4045。
触水侧合金
本发明的铝合金复合板材中可以任选地包含触水侧合金。所述触水侧合金例如可以为工业常用的Al-Zn系合金。
铝合金复合板材
本发明涉及一种铝合金复合板材，其包含本发明的芯材合金和钎焊层合金。在一个实施方案中，本发明的铝合金复合板材还可以包含触水侧合金。本发明的铝合金复合板材的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约5×108-1×1010个/mm3，优选约1×109-5×109个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×108-1×109个/mm3，优选约3×108-8×108个/mm3，更优选约6×108-8×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×107-6×107个/mm3，优选约2×107-4×107个/mm3，更优选约2×107-3×107个/mm3。
在一个实施方案中，本发明的铝合金复合板材的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约1×109-5×109个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约3×108-8×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约2×107-4×107个/mm3。
在优选的实施方案中，本发明的铝合金复合板材的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约1×109-5×109个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约6×108-8×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约2×107-3×107个/mm3。
其中上述弥散相颗粒的数目为单位体积内的弥散相颗粒的数目。
颗粒强化是钎焊铝合金材料的主要强化方式之一。合金中等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒可以阻碍位错、亚晶界和晶界的移动，可以产生明显的颗粒强化作用。而等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒对位错、亚晶界和晶界的阻碍作用明显减弱，其颗粒强化作用不明显。而等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒可以起到再结晶形核核心的作用，可以使晶粒细化，提高板材的成形性能。普通的钎焊铝合金材料中往往等效直径大于0.2μm的弥散相颗粒数目很多，而等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒数目很少，从而颗粒强化效果相对较差，材料的焊后强度不高，综合性能较差。因此，具有良好弥散相颗粒分布的合金对于实现良好的焊后强度是有利的。
在一个实施方案中，本发明涉及一种三层铝合金复合板材，其中在芯材合金A的两侧分别包覆钎焊层合金B，如图1a所示。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种三层铝合金复合板材，其中在芯材合金A的一侧包覆钎焊层合金B，在芯材合金与钎焊层合金相对的一侧包覆触水侧合金C，如图1b所示。
在又一个实施方案中，本发明涉及一种两层铝合金复合板材，在芯材合金A的一侧包覆钎焊层合金B，如图1c所示。
本发明的铝合金复合板材中芯材合金的复合比为约70-90％。钎焊层合金的复合比为约10-20％。
在一个实施方案中，本发明的铝合金复合板材的厚度为约0.5-2.0mm，例如为约0.8-1.5mm，例如为约0.9、1.0mm。
在一个实施方案中，本发明的铝合金复合板材为可钎焊的复合板材。
芯材合金的制备方法
本发明还提供一种芯材合金的制备方法。所述方法包括
I)铸造芯材合金的铸锭，
II)均匀化热处理，
III)铣面，
IV)预加热，
V)热轧，
VI)冷轧，
VII)退火以获得所述芯材合金；
其中，步骤II)中均匀化热处理的温度为约420-650℃，均匀化热处理的时间为约10-30h，并且
步骤IV)中预加热的温度为约450-530℃，预加热的时间为约1-8h。
I)铸造芯材合金的铸锭
通过水冷半连续(DC)铸造方法铸造芯材合金的铸锭，其包括以下步骤：将工业纯铝锭加入熔炼炉熔化，熔炼温度例如为约730-760℃，扒渣、取样分析、分别按照芯材合金的元素组成加入合金元素后静置、搅拌、精炼、扒渣，调整成分后倒入静置炉，再次搅拌、精炼、扒渣，经过在线变质处理、除气、过滤进入铸造机进行铸造成铸锭。
II)均匀化热处理
对于Al-Mn合金，适合的均匀化热处理工艺将使AlMnSi弥散相均匀析出，减小或消除晶内偏析，并且使晶粒组织均匀细小，以达到均匀化的目的。均匀化热处理的升温速度、保温温度和保温时间以及冷却速度对芯材合金中弥散相颗粒的数量是有利的。
在一个实施方案中，芯材合金铸锭均匀化热处理的温度为约420-650℃，优选450-620℃。均匀化热处理的时间为约10-30h，优选为15-25h，例如为约19、20h。均匀化热处理的时间也可以称为保温时间。均匀化热处理的设备为本领域所通常使用的均匀化热处理设备，例如为热处理炉。
均匀化热处理特定的分段加热处理可以使得弥散相颗粒的析出呈现出期望的分布。
在优选的实施方案中，均匀化热处理包括两个阶段。
第一阶段，将所述芯材合金的铸锭在约420-560℃，优选约450-550℃，例如为约460、465、470、475、480、485、490、495、500、505、510、515、520、525、530、535、540℃进行保温。保温时间为约5-10h，优选为约6-8h，例如为约7h。第一阶段的温度和时间范围的组合有助于弥散相颗粒基本上形成所需的分布。
过快或过慢的升温速率不利于弥散相颗粒的析出和特定分布。优选地，以约50-100℃/h，优选约60-80℃/h，例如为约65℃/h的升温速率将芯材合金的铸锭升高到第一阶段所需的均匀化热处理的温度。
第二阶段，将芯材合金的铸锭在约575-650℃，优选约580-620℃，例如为约585、590、595、600、605、610、615℃进行保温。保温时间为约5-20h，优选为约8-17h，例如为约12h。第二阶段的温度和时间范围的组合有助于弥散相颗粒在第一阶段形成的分布的基础上对弥散相颗粒的尺寸进行进一步的微调或优化。
优选地，以约50-100℃/h，优选约60-80℃/h，例如为约70℃/h的升温速率将芯材合金的铸锭升高到第二阶段所需的均匀化热处理的温度。
过快或过慢的冷却速率也将不利于弥散相颗粒的析出和特定分布。在一个实施方案中，均匀化热处理之后，使用约50-200℃/h，优选约70-120℃/h，例如为约100℃/h的冷却速率将芯材合金的铸锭从均匀化热处理温度冷却，例如冷却至300℃以下。例如冷却至200-300℃或更低。
当使用上述均匀化热处理工艺时，芯材合金的铸锭中存在更多的弥散相颗粒的析出。
III)铣面
在一个实施方案中，在步骤II)之后，步骤III)之前，还包含锯切的步骤。
具体地，将如上制得的芯材合金的铸锭的底部锯掉一定的厚度，例如约200-500mm。
将锯切后的芯材合金的铸锭的两面各铣掉一定的厚度，例如约5-20mm。
IV)预加热
预加热的目的是为了保证轧制在一定温度下进行，可以降低轧制变形的抗力，保证道次的压下量，减少裂边，最终达到把材料轧薄到可进行卷曲的厚度。在预加热过程中，芯材合金中的弥散相颗粒会有析出和粗化的过程。预加热的温度、时间和升温速率有助于形成期望的弥散相颗粒的尺寸和分布。
将步骤III)中获得的芯材合金铸锭进行预加热。预加热的温度为约450-530℃，优选为约470-510℃，例如为约500℃、490℃、480℃。预加热的时间为约1-8h，优选约3-8h，更优选为约4-7h，例如为约5h。
在一个实施方案中，以约50-100℃/h，优选约60-90℃/h，例如为约70℃/h的升温速率将铸锭升高到预加热的温度。
使用本发明的均匀化热处理和预加热处理两个处理过程的结合，有助于使弥散相的尺寸和分布达到最优。
而现有技术中通常所使用的例如采用600℃和10小时保温的常规均匀化热处理，将使得等效直径大于0.2μm的弥散相颗粒数目很多，而等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒数目很少，焊后强度不高。
V)热轧
将预加热后的芯材合金的铸锭通过热轧机进行热轧。经过多道次热轧，芯材合金的铸锭从初始厚度热轧至约3-6mm，例如约5.0mm，并卷曲成卷。
VI)冷轧
待冷却后，将热轧卷在冷轧机上轧制成厚度为约2.5mm以下，优选约2.0mm以下，例如约0.5-2.0mm的冷轧复合卷材。冷轧总压下量至少50％以上，优选60％以上。
VII)退火以获得所述芯材合金
将冷轧后的卷材放在退火炉内进行成品退火，退火温度为约300-400℃，例如约360℃。退火时间约2-5h，例如约2h。退火后的产品即可用作本发明的芯材合金，其具有最终的交货状态的性能。
通过本发明的方法制备的芯材合金，相比于用常规的方法，在不改变添加的合金元素组成的情况下，可以使得芯材合金具有更优异的力学性能如抗拉强度。
在一个实施方案中，通过本发明的方法制备的芯材合金中，基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：≤1.5重量％的Si、≤1.0重量％的Cu、0.5-2.0重量％的Mn、≤0.5重量％的Fe、≤0.5重量％的Mg、≤0.25重量％的Ti、≤0.25重量％的Zr、≤0.25重量％的Cr，以及其它元素，其中单个元素含量≤0.05重量％，总元素含量≤0.15重量％，其余为铝。在另一个实施方案中，通过本发明的制备方法获得的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约5×108-1×1010个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×108-1×109个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×107-6×107个/mm3。
在优选的实施方案中，通过本发明的制备方法获得的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约1×109-5×109个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约3×108-8×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约2×107-4×107个/mm3。
在一个实施方案中，通过本发明的制备方法获得的芯材合金为可钎焊合金。
在另一个实施方案中，通过本发明的制备方法获得的芯材合金为钎焊用合金。
铝合金复合板材的制备方法
本发明还提供铝合金复合板材的制备方法。所述方法包括
i)分别铸造芯材合金的铸锭、钎焊层合金的铸锭和任选存在的触水侧合金的铸锭，
ii)将所述芯材合金的铸锭均匀化热处理，
iii)制备钎焊层合金的厚板片和任选存在的触水侧合金的厚板片，
iv)将所述芯材合金的铸锭铣面后，与所述钎焊层合金的厚板片、任选存在的触水侧合金的厚板片进行复合，
v)预加热，
vi)热轧，
vii)冷轧，
viii)退火以获得所述铝合金复合板材；
其中，步骤ii)中均匀化热处理的温度为约420-650℃，均匀化热处理的时间为约10-30h，并且
步骤v)中预加热的温度为约450-530℃，预加热的时间为约1-8h。
i)分别铸造芯材合金的铸锭、钎焊层合金的铸锭和任选存在的触水侧合金的铸锭
通过水冷半连续(DC)铸造方法分别铸造芯材合金的铸锭、钎焊层合金的铸锭和任选存在的触水侧合金的铸锭，其包括以下步骤：将工业纯铝锭加入熔炼炉熔化，熔炼温度例如为约730-760℃，扒渣、取样分析、分别按照芯材合金、钎焊层合金和任选存在的触水侧合金的元素组成加入合金元素后静置、搅拌、精炼、扒渣，调整成分后倒入静置炉，再次搅拌、精炼、扒渣，经过在线变质处理、除气、过滤进入铸造机进行铸造成铸锭。
ii)将所述芯材合金的铸锭均匀化热处理
铝合金复合板材作为换热器的部件，在钎焊之前需要进行冲压，翻边、拉深等成形过程，这就要求其有较好的成形性能。为了保证其成形性能，在热轧之前，将芯材合金的铸锭进行均匀化热处理。对于可用作芯材合金的Al-Mn合金，适合的均匀化热处理工艺将使AlMnSi弥散相均匀析出，减小或消除晶内偏析，并且使晶粒组织均匀细小，以达到均匀化的目的。均匀化热处理的升温速度、保温温度和保温时间以及冷却速度对获得芯材合金中期望的弥散相颗粒的数量和分布是有利的。
在一个实施方案中，芯材合金的铸锭均匀化热处理的温度为约420-650℃，优选450-620℃。均匀化热处理的时间为约10-30h，优选为约15-25h，例如为约19、20h。均匀化热处理的时间也可以称为保温时间。均匀化热处理的设备为本领域所通常使用的均匀化热处理设备，例如为热处理炉。
均匀化热处理特定的分段加热处理可以使得弥散相颗粒的析出呈现出期望的分布。
在优选的实施方案中，均匀化热处理包括两个阶段。
第一阶段，将所述芯材合金的铸锭在约420-560℃，优选约450-550℃，例如为约460、465、470、475、480、485、490、495、500、505、510、515、520、525、530、535、540℃进行保温。保温时间为约5-10h，优选为约6-8h，例如为约7h。第一阶段的温度和时间范围的组合有助于弥散相颗粒基本上形成所需的分布。
过快或过慢的升温速率不利于弥散相颗粒的析出和特定分布。优选地，以约50-100℃/h，优选约60-80℃/h，例如为约65℃/h的升温速率将芯材合金的铸锭升高到第一阶段所需的均匀化热处理的温度。
第二阶段，将芯材合金的铸锭在约575-650℃，优选约580-620℃，例如为约585、590、595、600、605、610、615℃进行保温。保温时间为约5-20h，优选为约8-17h，例如为约12h。第二阶段的温度和时间范围的组合有助于弥散相颗粒在第一阶段形成的分布的基础上对弥散相颗粒的尺寸进行进一步的微调或优化。
优选地，以约50-100℃/h，优选约60-80℃/h，例如为约70℃/h的升温速率将芯材合金的铸锭升高到第二阶段所需的均匀化热处理的温度。
过快或过慢的冷却速率也将不利于弥散相颗粒的析出和特定分布。在一个实施方案中，均匀化热处理之后，使用约50-200℃/h，优选约70-120℃/h，例如为约100℃/h的冷却速率将芯材合金的铸锭从均匀化热处理温度冷却，例如冷却至300℃以下。例如冷却至200-300℃或更低。当使用上述均匀化热处理工艺时，芯材合金的铸锭中存在更多的弥散相颗粒的析出。
iii)制备钎焊层合金的厚板片和任选存在的触水侧合金的厚板片
在一个实施方案中，在步骤ii)之后，步骤iii)之前，还包含将钎焊层合金的厚板片和任选存在的触水侧合金锯切、铣面的步骤。
具体地，将如上制得的钎焊层合金的铸锭、任选存在的触水侧合金的铸锭的底部锯掉一定的厚度，例如约200-500mm。
将锯切后钎焊层合金的铸锭、任选存在的触水侧合金的铸锭的两面各铣掉一定的厚度，例如约5-20mm。
将两面铣面后钎焊层合金的铸锭、任选存在的触水侧合金的铸锭通过轧机将其轧到规定厚度的厚板片。
iv)将所述芯材合金的铸锭铣面后，与所述钎焊层合金的厚板片、任选存在的触水侧合金的厚板片进行复合
具体地，将步骤ii)获得的芯材合金的铸锭的底部锯掉一定的厚度，例如约200-500mm。
将锯切后的芯材合金的铸锭的两面各铣掉一定的厚度，例如约5-20mm。
根据需求并按照所需的复合比在铣面后的芯材合金铸锭的一侧或两侧复合一定厚度的钎焊层合金和/或触水侧合金的厚板片，以获得复合的铸锭。且用氩弧焊机进行头尾焊接。
v)预加热
预加热的目的是为了保证轧制在一定温度下进行，可以降低轧制变形的抗力，保证道次的压下量，减少裂边，最终达到把材料轧薄到可进行卷曲的厚度。在预加热过程中，芯材合金中的弥散相颗粒会有析出和粗化的过程。预加热的温度、时间和升温速率有助于形成期望的弥散相颗粒的尺寸和分布。
将步骤iv)中获得的复合的铸锭进行预加热。预加热的温度为约450-530℃，优选为约470-520℃，例如为约480、490、500、510℃。预加热的时间为约1-8h，优选3-8h，更优选为约4-7h，例如为约5h。
在一个实施方案中，以约50-100℃/h，优选约60-90℃/h，例如为约70℃/h的升温速率将复合铸锭升高到预加热的温度。
使用本发明的均匀化热处理和预加热处理两个处理过程的结合，有助于使获得的芯材合金中弥散相颗粒的尺寸和分布达到最优，使铝合金复合板材在保证成形性的同时其焊后强度得到提升。
而现有技术中通常所使用的例如采用600℃和10小时保温的常规均匀化热处理，将使得等效直径大于0.2μm的弥散相颗粒数目很多，而等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒数目很少，焊后强度不高。
vi)热轧
将预加热后的复合铸锭通过热轧机进行热轧。经过多道次热轧，复合铸锭从初始厚度热轧至约3-7mm，例如约5.0mm，并卷曲成卷。
vii)冷轧
待冷却后，将热轧卷在冷轧机上轧制成厚度为约2.5mm以下，优选约2.0mm以下，例如0.5-2.00mm的冷轧复合卷材。冷轧总压下量至少50％以上，优选60％以上。
viii)退火以获得所述铝合金复合板材
将冷轧卷材放在退火炉内进行成品退火，退火温度为约300-400℃，例如约360℃。退火时间约2-5h，例如约2h。退火后的产品即可用作本发明的铝合金复合板材，其具有最终的交货状态的性能。
通过使用本发明的制备方法，可以使得获得的铝合金复合板材在不改变元素组成的情况下具有更好的力学性能如抗拉强度的提升。在一个实施方案中，通过本发明的方法制备的铝合金复合板材的芯材合金中，基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：≤1.5重量％的Si、≤1.0重量％的Cu、0.5-2.0重量％的Mn、≤0.5重量％的Fe、≤0.5重量％的Mg、≤0.25重量％的Ti、≤0.25重量％的Zr、≤0.25重量％的Cr，以及其它元素，其中单个元素含量≤0.05重量％，总元素含量≤0.15重量％，其余为铝。在优选的实施方案中，基于所述芯材合金，芯材合金中包含0.3-1.2重量％的Si、0.02-0.7重量％的Cu、1.0-1.5重量％的Mn、0.10-0.45重量％的Fe。
在一个实施方案中，通过本发明制备的方法获得的铝合金复合板材的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约5×108-1×1010个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×108-1×109个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约1×107-6×107个/mm3。在优选的实施方案中，本发明的铝合金复合板材的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为约1×109-5×109个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为约3×108-8×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为约2×107-4×107个/mm3。
在一个实施方案中，通过本发明的制备方法获得的铝合金复合板材为可钎焊铝合金复合板材。
在另一个实施方案中，通过本发明的制备方法获得的铝合金复合板材为钎焊用铝合金复合板材。
铝合金复合板材的性能
本发明的铝合金复合板材的抗拉强度使用本领域所常规的方法进行测量。例如为EN10002-1。本发明的铝合金复合板材相比于用常规的方法制备的铝合金复合板材在交货态时抗拉强度提升约5MPa以上，优选约10MPa以上，例如提升约5-20MPa，如约5、12MPa。本发明的铝合金复合板材相比于用常规的方法制备的铝合金复合板材在交货态时抗拉强度提升约3％以上，优选约7％以上，例如提升约3-15％，3-10％，如约7.5％、8％。
本发明的铝合金复合板材具有良好的钎焊后性能。钎焊为本领域常规所使用的钎焊工艺。例如从室温经过约1小时升温至600℃，并保温3分钟，在氮气(N2)保护下冷却10分钟后空冷。
本发明的铝合金复合板材相比于用常规的方法制备的铝合金复合板材在钎焊后抗拉强度提升约5MPa以上，优选约10MPa以上，例如提升约5-20MPa，如约5、8、13MPa。本发明的铝合金复合板材相比于用常规的方法制备的铝合金复合板材在钎焊后抗拉强度提升约3％以上，优选约7％以上，例如提升约3-15％，3-10％，如约7.8％、9％。
本发明还涉及本发明的芯材合金或铝合金复合板材或者用本发明的方法制备的芯材合金或铝合金复合板材用作热交换器，特别是热交换器的主板或边板的用途。
有益效果
本发明的芯材合金及铝合金复合板材中的芯材合金具有期望的弥散相分布，制备工艺简单，成本较低。本发明的芯材合金及铝合金复合板材具有良好的钎焊后强度、成形性能，适合大规模生产和应用。
本发明的芯材合金、铝合金复合板材的制备工艺，通过对制备过程中均匀化热处理，或其和预加热工艺的调整，有助于实现弥散相颗粒在芯材合金、铝合金复合板材的芯材合金中的期望分布，从而有利于芯材合金、铝合金复合板材的钎焊后强度的提高。通过本发明的制备工艺，可以使得在不改变元素组成的条件下，仅通过工艺的调整，实现铝合金复合板材或芯材合金的力学性能的提升。且这样的制备工艺适用范围广泛，可适用于所有Al-Mn系、Al-Mn-Si(Cu)系的芯材合金以及包含Al-Mn系、Al-Mn-Si(Cu)系的芯材合金的钎焊铝合金复合板材。
实施例
参照下文的实施例进一步详细地描述本发明，但是其并不意图限制本发明的范围。
样品制备
1)将工业纯铝锭加入熔炼炉熔化，熔炼温度730-760℃，扒渣、取样分析、分别按照表1所示的芯材合金、钎焊侧合金成分加入合金元素后静置、搅拌、精炼、扒渣，调整成分后倒入静置炉，再次搅拌、精炼、扒渣，经过在线变质处理、除气、过滤进入铸造机进行铸造成芯材合金、钎焊侧合金铸锭。将具有上述成分的芯材、钎焊侧合金分别通过DC铸造来制备工业尺寸的铸锭。
2)对芯材合金的铸锭进行本发明的均匀化热处理或常规均匀化热处理，如表2所示。
3)制备钎焊层合金的厚板片。
4)将芯材合金的铸锭锯切、铣面并将铣面后的芯材合金的铸锭与钎焊层合金的厚板片进行复合以获得复合的铸锭，其中，在芯材合金铸锭两侧分别包覆钎焊层合金的厚板片，单侧钎焊层合金的复合比均为10％。
5)按照表2所示的本发明的预加热方式或常规预加热方式处理复合的铸锭。
6)将预加热后的复合铸锭通过热轧机进行热轧压延复合,制成5mm的板材。
7)将热轧的板材在冷轧机上轧制成最终板厚0.9mm(实施例3-4、对比例3)或1.0mm(实施例1-2、对比例1-2)。
8)在360℃进行2h的退火处理后出炉空冷，铝合金复合板材的结构示意图如图1a所示。
表1
Figure BDA0001906065810000201
表2
Figure BDA0001906065810000202
Figure BDA0001906065810000203
状态O：完全退火后的状态
*：本发明的均匀化热处理工艺：
第一阶段：以65℃/h的升温速率将芯材从室温升至505℃，在505℃保温7h；
第二阶段：以70℃/h的升温速率将芯材从505℃升至590℃，在590℃保温12h；
冷却速率：结束第二阶段的均匀化热处理后，以100℃/h的冷却速率将芯材从590℃冷却至200℃以下。
#：常规的均匀化热处理工艺：在600℃保温10h，并未控制升温速率和冷却速率。
###：非本发明的均匀化热处理工艺：
第一阶段：以不超过50℃/h的升温速度将芯材升高到590℃，在590℃保温3小时；
第二阶段：将芯材在550℃的温度下保温3小时。
冷却速率：在结束第二阶段的均匀化热处理时，以约50℃/h的冷却速度将芯材冷却至室温。
**：本发明的预加热工艺：以70℃/h的升温速率将芯材从室温升至480℃，在480℃保温5h。
##：常规的预加热工艺：500℃×2h，并未控制升温速率。
性能测试
将上述制成的铝合金复合板材作为试验材料，按照下面所示的方法进行评价，结果示于表3。
(1)交货态的机械性能把经过退火后的铝合金复合板材按照EN10002-1标准制备拉伸试验样品，标距为50mm，在室温对材料进行机械性能的测试。
(2)颗粒分布通过扫描电子显微镜(型号FEI NOVA NANO SEM200)对获得的铝合金复合板材的芯材合金中弥散相颗粒的尺寸和分布进行了观察，并不同工艺生产的弥散相颗粒组织进行了对比。
(3)钎焊模拟从室温经过约1小时升温至600℃，并保温3分钟，在氮气(N2)保护下冷却10分钟后空冷。
测试结果
形貌
图2为对比例1的铝合金复合板材中的芯材合金的铸锭在常规均匀化热处理后的铸态组织的金相照片。图3为实施例1的铝合金复合板材中的芯材合金的铸锭在本发明的均匀化热处理后的铸态组织的金相照片。可以观察到图3中有更多的弥散相颗粒析出。
图4、图5分别为对比例1和实施例1的铝合金复合板材中的芯材合金的扫描电子显微镜图，其中白色颗粒为弥散相颗粒。选取40个尺寸为85μm2的区域进行分析。由于扫描电子显微镜在观测时，会有一定探测深度，这样会导致看到的颗粒尺寸与平面状态不同。在本文中，假定弥散相颗粒为一个球体，并考虑扫描电子显微镜的探测深度的影响，通过观测到的尺寸计算得到颗粒的球形体积及等效直径，最后根据计算结果分析不同等效直径的弥散相颗粒在单位体积内的分布。
可得，实施例1的铝合金复合板材中的芯材合金中等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为3.9×109个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为6.3×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为2.1×107个/mm3。
实施例2的铝合金复合板材中的芯材合金中等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为8.9×108个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为5.5×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为3.4×107个/mm3。
对比例1的铝合金复合板材中的芯材合金中等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为1.2×108个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为8.3×107个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为7.5×107个/mm3。
对比例2的铝合金复合板材中的芯材合金中等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为2.7×108个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为9.5×107个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为6.7×107个/mm3。
实施例3的铝合金复合板材中的芯材合金中等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为4.8×109个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为7.1×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为2.5×107个/mm3。
实施例4的铝合金复合板材中的芯材合金中等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为1.5×109个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为5.9×108个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为3.7×107个/mm3。
对比例3的铝合金复合板材中的芯材合金中等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为2.8×108个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为8.3×107个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为9.6×107个/mm3。
钎焊后机械性能测试
把钎焊后的试验材料按照EN10002-1标准制备拉伸试验样品，标距为50mm。在室温以20mm/分钟拉伸速度进行拉伸实验，测试材料的强度，如表3所示。
表3
编号 交货态抗拉强度，MPa 钎焊后抗拉强度，MPa
实施例1 150 155
实施例2 145 150
对比例1 139 142
对比例2 141 144
实施例3 158 165
实施例4 152 158
对比例3 147 153
对于使用相同的合金组成，但采用不同的均匀化热处理和预加热处理工艺的实施例1、实施例2和对比例1、对比例2，由表3可以得出，使用本发明的均匀化热处理和预加热的实施例1的铝合金复合板材在交货态的抗拉强度最高。其次是使用本发明的均匀化热处理的实施例2的铝合金复合材料。实施例1的铝合金复合板材在钎焊后的抗拉强度为150MPa以上。与此相反，作为对比例1的铝合金复合板材钎焊后的抗拉强度低于143MPa，低于使用了本发明的均匀化热处理的材料。相比于对比例1，实施例1的铝合金复合板材比对比例1的铝合金复合板材的钎焊后抗拉强度提升约9.2％。作为对比例2的铝合金复合板材，尽管使用了两阶段的均匀化热处理工艺，但并未使用本发明的两阶段均匀化热处理特定的温度范围，其在交货态的抗拉强度和钎焊后的抗拉强度均明显低于本申请实施例1和实施例2的铝合金复合板材，对比例2的铝合金复合板材相比于对比例1的铝合金复合板材，钎焊后抗拉强度仅提升约1.4％。
对于使用相同的合金组成，但采用不同的均匀化热处理和预加热处理工艺的实施例3、实施例4和对比例3，由表3可以得出，使用本发明的均匀化热处理和预加热的实施例3的铝合金复合板材在交货态的抗拉强度最高。其次是使用本发明的均匀化热处理的实施例4的铝合金复合材料。实施例3的铝合金复合板材在钎焊后的抗拉强度为165MPa。与此相反，作为对比例3的铝合金复合板材钎焊后的抗拉强度低于155MPa，低于使用了本发明的均匀热处理的材料。相比于对比例3，实施例3的铝合金复合板材比对比例3的铝合金复合板材的钎焊后抗拉强度提升约7.8％。
由此可见，仅通过使用本发明的制备方法，在不改变合金元素组成的情况下，可以将铝合金复合板材的焊后强度提升5MPa、8MPa以上(3％以上)，甚至13MPa以上(7％以上)。这说明，本发明的均匀化热处理，以及均匀化热处理和预加热处理的结合的工艺对材料性能的提升是有利的。
虽然本发明已阐述并描述了典型的实施方案，但本发明并不限于所述细节。由于各种可能的修改和替换没有背离本发明的精神，本领域技术人员可使用常规试验能够想到的本发明的变型和等同物，因此所有这些变型和等同物都落入由权利要求书所定义的本发明的精神和范围内。

Claims (11)

1.一种制备芯材合金的方法，其包括
I) 铸造芯材合金的铸锭，
II) 均匀化热处理，
III) 铣面，
IV) 预加热，
V) 热轧，
VI) 冷轧，
VII) 退火以获得所述芯材合金；
其中，步骤II)中均匀化热处理的温度为420-650°C，均匀化热处理的时间为10-30 h，并且
步骤IV)中预加热的温度为450-530°C，预加热的时间为1-8 h；
其中步骤II)中所述均匀化热处理包括两个阶段：
第一阶段，将所述芯材合金的铸锭在420-560°C下保温5-10h；以及
第二阶段，将所述芯材合金的铸锭在575-650°C下保温5-20h；
其中基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：
≤1.5重量%的Si、
≤1.0重量%的Cu、
0.5-2.0重量%的Mn、
≤0.5重量%的Fe、
≤0.5重量%的Mg、
≤0.25重量%的Ti、
≤0.25重量%的Zr、
≤0.25重量%的Cr，以及
其它元素，其中单个元素含量≤0.05重量%，总元素含量≤0.15重量%，
其余为铝；
所述获得的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为5×108-1×1010个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为1×108-1×109个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为1×107-6×107个/mm3。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤II)均匀化热处理和/或步骤IV)预加热中升温速率为50-100°C/h。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤II)均匀化热处理之后还包括将均匀化热处理后的芯材合金的铸锭冷却的步骤，其中所述冷却的速率为50-200°C/h。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤IV)中预加热的时间为3-8 h。
5.权利要求1-4之一所述的方法制备的芯材合金，其中所述芯材合金为可钎焊芯材合金。
6.一种制备铝合金复合板材的方法，其包括
i) 分别铸造芯材合金的铸锭、钎焊层合金的铸锭和任选存在的触水侧合金的铸锭，
ii) 将所述芯材合金的铸锭均匀化热处理，
iii) 制备钎焊层合金的厚板片和任选存在的触水侧合金的厚板片，
iv) 将所述芯材合金的铸锭铣面后，与所述钎焊层合金的厚板片、任选存在的触水侧合金的厚板片进行复合，
v) 预加热，
vi) 热轧，
vii) 冷轧，
viii) 退火以获得所述铝合金复合板材；
其中，步骤ii)中均匀化热处理的温度为420-650°C，均匀化热处理的时间为10-30 h，并且
步骤v)中预加热的温度为450-530°C，预加热的时间为1-8 h；
其中步骤ii)中所述均匀化热处理包括两个阶段：
第一阶段，将所述芯材合金的铸锭在420-560°C下保温5-10h；以及
第二阶段，将所述芯材合金的铸锭在575-650°C下保温5-20h；
其中基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：
≤1.5重量%的Si、
≤1.0重量%的Cu、
0.5-2.0重量%的Mn、
≤0.5重量%的Fe、
≤0.5重量%的Mg、
≤0.25重量%的Ti、
≤0.25重量%的Zr、
≤0.25重量%的Cr，以及
其它元素，其中单个元素含量≤0.05重量%，总元素含量≤0.15重量%，
其余为铝；
所述获得的芯材合金中，等效直径小于0.1μm的弥散相颗粒的数目为5×108-1×1010个/mm3，等效直径在0.1-0.3μm的弥散相颗粒的数目为1×108-1×109个/mm3，等效直径大于0.3μm的弥散相颗粒的数目为1×107-6×107个/mm3。
7.根据权利要求6所述的方法，其中步骤ii)均匀化热处理和/或步骤v)预加热中升温速率为50-100°C/h。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中步骤ii)均匀化热处理之后还包括将均匀化热处理后的芯材合金的铸锭冷却的步骤，其中所述冷却的速率为50-200°C/h。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其中步骤v)中预加热的时间为3-8 h。
10.权利要求6-9之一所述的方法制备的铝合金复合板材，其中，所述铝合金复合板材为可钎焊铝合金复合板材。
11.用权利要求1-4之一所述的方法制备的芯材合金或权利要求6-9之一所述的方法制备的铝合金复合板材用作热交换器的用途。
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