CN112048643A - 一种ptc用复合铝材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝箔压延制造技术领域，公开了一种PTC用复合铝材及其制造方法，所述PTC用复合铝材包含芯层及钎焊层，所述芯层和钎焊层通过轧制形成复合结构，所述钎焊层为AA4004铝合金，所述芯层为AA3003铝合金；所述芯层采用铸轧、冷轧制备而成，所述钎焊层合金采用铸造、热轧、冷轧制备而成，芯层和钎焊层冷轧复合后得到PTC用复合铝材。该方法制备的铝箔经高温焊接后具有较高的焊后强度及较好的耐腐蚀性能，可以满足PTC对复合铝材的性能要求，其制作方法工艺可控，重复性好，易于掌握，可满足了行业发展需要，可以避免金属间脆性化合物的形成。

Description

一种PTC用复合铝材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种PTC用复合铝材及其制造方法，属于铝箔压延制造技术领域。
背景技术
目前，国内大多数PTC发热器生产厂家采取普通铝材附加铝合金焊片与铝合金翅片通过手工装配好后在真空炉内加热的方式生产PTC发热器，由于加了铝合金焊片，所以不能采用打孔的普通铝材，这样降低了PTC发热器的散热性能，使得PTC发热器的发热效率随着时间的延长而逐步降低，PTC发热器的功率衰减率一般大于10％，既缩短了空调的使用寿命，又提高了电能的消耗，且浪费能源。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过冷轧复合方法生产的复合铝带用材料，该方法制备的铝箔经高温焊接后具有较高的焊后强度及较好的耐腐蚀性能，可以满足PTC对复合铝材的性能要求，其制作方法工艺可控，重复性好，易于掌握，可满足了行业发展需要，可以避免金属间脆性化合物的形成。
一种PTC用复合铝材，其特征在于，所述PTC用复合铝材包含芯层及钎焊层，所述芯层和钎焊层通过轧制形成复合结构，所述钎焊层为AA4004铝合金，所述芯层为AA3003铝合金；
所述芯层化学组分为：
AA3003：Si 0.10～0.30％，Fe 0.30～0.60％，Cu 0.05～0.25％，Mn 1.0～1.3％，Zn≤0.1％，Ti≤0.05％，余量为Al，以上为质量百分比；
所述钎焊层化学组分为：
AA4004：Si 8.5～11％，Mg 1.0～2.5％，Fe 0.05～0.25％，Cu≤0.10％，Mn≤0.10％，Ti≤0.05％，余量为Al，以上为质量百分比；
进一步的，所述钎焊层厚度为复合铝材总厚度的5～20％。
进一步的，钎焊层与芯层金属屈服强度比大于0.8。
本发明还提供一种PTC用复合铝材的制造方法，所述芯层采用铸轧、冷轧制备而成，所述钎焊层合金采用铸造、热轧、冷轧制备而成，芯层和钎焊层冷轧复合后得到PTC用复合铝材。
一种PTC用复合铝材的制造方法，所述方法包括以下步骤：
(1)熔炼、铸轧：按照所述芯层化学组分进行熔炼铸轧成6.0～8.5mm铸轧铝卷；
(2)熔炼、铸造：按照所述钎焊层合金化学组分进行熔炼铸造成250～400mm铸锭；
(3)芯层制备：对步骤(1)制备得到的芯层坯料进行粗轧，经过1～3个道次轧制成坯料的厚度为4.0～6.5mm，然后进行均匀化退火处理；
(4)钎焊层制备：对步骤(2)制备得到的钎焊层坯料进行锯切、铣面、热轧，得到6.0mm热轧卷，然后经过1～3道次轧制成2.0～3.0mm铝卷，再经过中间退火，3～7个道次轧制成坯料的厚度为0.4～0.9mm，然后切边后进行成品退火；
(5)冷轧复合：步骤(3)、(4)得到的芯层、钎焊层经过特殊装备进行轧制复合得到复合坯料；道次加工率控制在30～70％；
(6)扩散退火：由步骤(5)得到的冷轧复合板，板面打紧钢带，在退火炉中进行扩散退火，得到扩散退火后冷轧复合板；扩散退火具体条件为：0.5～3℃/min升温到100～300℃，保温时间100～200min；0.5～3℃/min升温到300～500℃，保温时间100～500min；
(7)粗轧、切边：对步骤(6)制备得到的复合坯料进行粗轧，经过2～6个道次轧制成坯料的厚度为0.35～1.0mm，进行半成品的表面清洗和切边处理；
(8)表面清洗：对步骤(7)制备得到的坯料通过拉弯矫直机采用高温热水进行表面清洗和切边；
(9)成品退火：对步骤(8)制备得到的坯料进行成品退火，通氮气生产，0.5℃/min～3.0℃/min升温到300～450℃，保温时间100～450min；
(10)分切：根据订单规格进行分切；
(11)检查、包装：分切完成后进行产品的尺寸、表面、端面检查，检查完成后进行包装。
优选的，
步骤(3)、(4)中芯层、钎焊层制备过程中，厚度根据具体订单复合率要求进行计算和生产。
步骤(5)中轧制复合时对芯层上表面、钎焊层下表面采用连续表面处理装置进行处理，确保复合面铝表面氧化膜全部处理干净，处理后产生的氧化膜铝粉通过负压抽吸装置进行抽吸干净，经过表面处理后的2层材料进入轧辊进行轧制复合。
步骤(5)包括对芯层打磨，芯层打磨前先通过五辊矫直系统进行板型矫直。
步骤(5)中轧制复合时轧制力≥1800T，轧制过程中轧辊表面采用自主研发的特殊润滑剂进行润滑，避免铝板粘辊。
步骤(8)中表面清洗采用高温热水进行清洗。
步骤(9)中钎焊铝板对表面油斑要求高，在成品退火时需通氮气生产，要求炉内含氧量≤3000PPM，0.5℃/min～3.0℃/min升温到300～450℃，保温时间100～450min。
步骤(10)所述的分切过程中，要求取头、中、尾样检测力学性能，抗拉强度155～205MPa，延伸率≥2％。
步骤(10)所述的分切上料前，采用火焰喷枪检验钎焊层朝向，并要求钎焊层朝上。
步骤(11)所述分切、检查、包装过程中，分切后端面串层≤1mm，塔形≤4mm，偏芯≤3mm，摆动≤5mm，毛刺高度≤0.05mm，侧弯值必须控制在2m长度内≤1.5mm。
本发明所述的复合铝材包含芯层及其钎焊层形成“复合”结构，PTC用复合铝材为PTC发热器重要组成部分，PTC厂家将复合铝材和翅片组装后进真空炉进行钎焊，钎焊后制成发热器。钎焊原理为利用芯层熔点高于钎焊层，将钎焊温度升至高于钎焊层液相线温度且低于芯层固相线温度，利用钎焊层流动性、铺展性、润湿性好的优点，钎焊层熔化并填充钎焊缝隙达到将不同工件连接在一起的目的。芯层钎焊后在PTC结构中起支撑和防护作用，要求其具备高的焊后强度、耐腐蚀性、抗高温蠕变性能等。所述芯层利用铸轧+冷轧生产方式进行制备，所述钎焊层利用熔铸+热轧+冷轧生产方式进行制备，再经过冷轧轧制复合将两层金属紧密结合在一起。本发明还公开了这种PTC用复合铝材的制造方法，其工艺流程包括熔炼，连续铸轧，半连续铸造，热轧，粗轧，均匀化退火，轧制复合，扩散退火，粗轧，表面清洗，成品退火，分切，检验包装等步骤。按本发明生产的复合铝材，钎焊前后强度、焊点质量、焊后承压性能、耐腐蚀性能满足PTC对材料的要求，板带材料宽度方向复合率均匀、成材率高，可以避免金属间脆性化合物的形成。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明所述的复合铝材实现了钎焊层与翅片的结合，使得热交换器组装过程中可省去垫焊片的步骤，从而脱离人工组装实现了机械化生产，提高了组装效率，降低了生产成本。另外这样的复合铝条制成的PTC发热器，其功率衰减率为1-3％，不仅增加PTC发热器的使用寿命，又降低了电能的消耗，节约了能源。
本发明采用冷轧复合方法生产，焊前强度、焊后强度、焊点质量、焊后承压性能、耐腐蚀性能满足PTC对材料的要求，板带材料宽度方向复合率均匀、成材率高，可以避免金属间脆性化合物的形成。
本发明采用冷轧复合方式生产，该方法芯材、皮材的制备过程厚度控制精度较高，冷轧复合的表面处理采用机械自动化的方式实现，这样有效保证表面处理的效果以及复合率的稳定性，复合率公差可以控制在±1％。该方法制备的铝箔经高温焊接后具有较高的焊后强度及较好的耐腐蚀性能，抗拉强度155～205MPa，延伸率≥2％，可以满足PTC对复合铝材的性能要求，其制作方法工艺可控，重复性好，易于掌握，可满足了行业发展需要，可以避免金属间脆性化合物的形成。
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
制备PTC用复合铝材的步骤如下：
1.按重量百分比Si0.25％，Fe0.50％，Cu0.20％，Mn1.20％，Ti0.03％，余量为Al的配比作为基础成分，配制合金原料进行芯层坯料熔炼铸轧得到7.0mm铸轧卷，合金“3003”；
2.按重量百分比Si 8.55％，Fe 0.18％，Mg1.1％，Ti0.02％，余量为Al的配比作为基础成分，配制合金原料进行钎焊层坯料熔炼铸造得到330mm铸锭，内部合金“4004”；
3.芯层制备：将3003铸轧母卷经粗轧按7.0—5.75轧制至5.75mm厚度进行均匀化退火，升温至570℃保温8h冷却出炉；
4.钎焊层制备：按照理论复合率8％设计，将锯切后4004铸锭铣面至300mm厚度，然后热轧至5.5mm厚度，再对4004热轧卷按5.5—3.5—2.1轧制至2.1mm厚度，然后进行中间退火，升温至280℃保温2h冷却出炉，然后按2.1—1.3—0.7—0.5轧制至0.5mm厚度，再切边并通过拉弯矫直机进行拉矫，最后进行成品退火，升温至300℃保温3h冷却出炉；
5.冷轧复合：步骤3、4得到的芯层、钎焊层经过冷轧复合按0.5+5.75—2.80复合至2.8mm厚度复合坯料，道次加工率55.2％；
6.扩散退火：步骤5得到的复合坯料进行扩散退火，1.5℃/min升温到260℃，保温时间3h；2.6℃/min升温到320℃，保温时间4h；
7.步骤5得到的复合坯料经粗轧按2.80—1.40—0.80—0.55道次轧制至成品道次0.55±0.01mm厚度；
8.步骤6制备得到的成品厚度0.55mm通过拉弯矫直机进行表面清洗和板型矫直，并切边至1200mm；
9.成品道次0.55mm料卷进行成品退火，通氮气生产，升温至310℃保温3h冷却出炉；
10.继而分切至成品宽度。
对上述发明PTC用复合铝材进行检测，抗拉强度200MPa、延伸率5.5％，复合率8.1％、8.2％、7.9％，该方法生产的钎焊复合铝带材料性能满足客户要求，在多家客户批量使用无异常，未出现焊后焊点不饱满、漏焊等异常现象。
实施例2
制备PTC用复合铝材的步骤如下：
1.按重量百分比Si0.11％，Fe0.38％，Cu0.07％，Mn1.1％，Ti0.02％，余量为Al的配比作为基础成分，配制合金原料进行芯层坯料熔炼铸轧得到6.3mm铸轧卷，内部合金命名“3003”；
2.按重量百分比Si 10.5％，Fe 0.20％，Mg2.0％，Ti0.02％，余量为Al的配比作为基础成分，配制合金原料进行钎焊层坯料熔炼铸造得到330mm铸锭，内部合金“4004”；
3.芯层制备：将3003铸轧母卷经粗轧按6.3—4.5轧制至4.5mm厚度进行均匀化退火，升温至580℃保温10h冷却出炉；
4.钎焊层制备：按照理论复合率10％设计，将锯切后4004铸锭铣面至300mm厚度，然后热轧至5.5mm厚度，再对4004热轧卷按5.5—3.5—2.1轧制至2.1mm厚度，然后进行中间退火，升温至280℃保温2h冷却出炉，然后按2.1—1.3—0.7—0.5轧制至0.5mm厚度，再切边并通过拉弯矫直机进行拉矫，最后进行成品退火，升温至300℃保温3h冷却出炉；
5.冷轧复合：步骤3、4得到的芯层、钎焊层经过冷轧复合按0.50+4.50—2.30复合至2.30mm厚度复合坯料，道次加工率54.0％；
6.扩散退火：步骤5得到的复合坯料进行扩散退火，1.5℃/min升温到260℃，保温时间3h；2.6℃/min升温到350℃，保温时间2h；
7.步骤6得到的复合坯料经粗轧按2.30—1.30—0.80道次轧制至成品道次0.80±0.01mm厚度；
8.步骤7制备得到的成品厚度0.80mm通过拉弯矫直机进行表面清洗和板型矫直，并切边至1200mm；
9.成品道次0.80mm料卷进行成品退火，通氮气生产，升温至330℃保温3h冷却出炉；
10.继而分切至成品宽度。
对上述发明PTC用复合铝材进行检测，抗拉强度180MPa、延伸率8.2％，复合率10.3％、10.5％、9.9％，该方法生产的钎焊复合铝带材料性能满足客户要求，在多家客户批量使用无异常，未出现焊后焊点不饱满、漏焊等异常现象。
对比例
传统制备PTC用复合铝材的步骤如下：
1.按重量百分比Si0.11％，Fe0.38％，Cu0.07％，Mn1.1％，Ti0.02％，余量为Al的配比作为基础成分，配制合金原料进行芯层坯料熔炼铸造得到370mm铸锭，内部合金命名“3003”；
2.按重量百分比Si 10.5％，Fe 0.20％，Mg2.0％，Ti0.02％，余量为Al的配比作为基础成分，配制合金原料进行钎焊层坯料熔炼铸造得到330mm铸锭，内部合金“4004”；
3.芯层制备：将锯切后3003铸锭铣面至356mm厚度，并擦拭干净；
4.钎焊层制备：按照理论复合率10％设计，将锯切后4004铸锭铣面至300mm厚度，然后热轧至40mm厚度；
5.热轧复合：步骤3、4得到的芯层、钎焊层经过复合线复合，然后热轧成4.0mm热轧卷；
6.步骤5得到的复合坯料经粗轧按4.0—2.7—1.7—1.15—0.80道次轧制至成品道次0.80±0.01mm厚度；
7.步骤6制备得到的成品厚度0.80mm通过拉弯矫直机进行表面清洗和板型矫直，并切边至1200mm；
8.成品道次0.80mm料卷进行成品退火，通氮气生产，升温至330℃保温3h冷却出炉；
9.继而分切至成品宽度。
对传统PTC用复合铝材进行检测，抗拉强度170MPa、延伸率9.5％，复合率8.5％、10.8％、9.2％。
对比实施例2和对比例生产的PTC复合铝材检测结果可知，本发明PTC用复合铝材的复合率更加均匀，这是由于本发明芯材、皮材的制备过程厚度控制精度较高，冷轧复合的表面处理采用机械自动化的方式实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在本发明技术原理的前提下，还可以做出适当改进和优化，这些改进和优化也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种PTC用复合铝材，其特征在于，所述PTC用复合铝材包含芯层及钎焊层，所述芯层和钎焊层通过冷轧轧制形成复合结构，所述钎焊层为AA4004铝合金，所述芯层为AA3003铝合金；
所述芯层化学组分为：Si 0.10～0.30％，Fe 0.30～0.60％，Cu 0.05～0.25％，Mn 1.0～1.3％，Zn≤0.1％，Ti≤0.05％，余量为Al，以上为质量百分比；
所述钎焊层化学组分为：Si 8.5～11％，Mg 1.0～2.5％，Fe 0.05～0.25％，Cu≤0.10％，Mn≤0.10％，Ti≤0.05％，余量为Al，以上为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的一种PTC用复合铝材，其特征在于：所述钎焊层厚度为复合铝材总厚度的5～20％。
3.根据权利要求1所述的一种PTC用复合铝材，其特征在于，钎焊层与芯层金属屈服强度比大于0.8。
4.根据权利要求1所述的一种PTC用复合铝材的制造方法，其特征在于，所述芯层采用铸轧、冷轧制备而成，所述钎焊层合金采用铸造、热轧、冷轧制备而成，芯层和钎焊层冷轧复合后得到PTC用复合铝材。
5.根据权利要求4所述的一种PTC用复合铝材的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)熔炼、铸轧：按照所述芯层化学组分进行熔炼，铸轧成6.0～8.5mm铸轧铝卷；(2)熔炼、铸造：按照所述钎焊层合金化学组分进行熔炼铸造成250～400mm铸锭；(3)芯层制备：铸轧铝卷粗轧至4.0～6.5mm进行均匀化退火；(4)钎焊层制备：铸锭经过锯切、铣面、热轧、粗轧、中间退火，再粗轧至0.4～0.9mm进行成品退火；(5)冷轧复合：步骤(3)、(4)得到的芯层、钎焊层进行轧制复合得到复合坯料，道次加工率控制在30～70％；(6)扩散退火：由步骤(5)得到的冷轧复合板，在退火炉中进行扩散退火；(7)粗轧：经粗轧轧制到成品厚度0.35～1.0mm；(8)表面清洗：通过拉弯矫直机进行表面清洗；(9)成品退火。
6.根据权利要求5所述的一种PTC用复合铝材的制造方法，其特征在于，扩散退火具体条件为：0.5～3℃/min升温到100～300℃，保温时间100～200min；0.5～3℃/min升温到300～500℃，保温时间100～500min。
7.根据权利要求5所述的一种PTC用复合铝材的制造方法，其特征在于，步骤(5)对芯层上表面、钎焊层下表面采用连续表面处理装置进行处理，确保复合面铝表面氧化膜全部处理干净，处理后产生的氧化膜铝粉通过负压抽吸装置进行抽吸干净。
8.根据权利要求5所述的一种PTC用复合铝材的制造方法，其特征在于，步骤(5)包括对芯层打磨，芯层打磨前先通过五辊矫直系统进行板型矫直。
9.根据权利要求5所述的一种PTC用复合铝材的制造方法，其特征在于，步骤(8)中表面清洗采用高温热水进行清洗。
10.根据权利要求5所述的一种PTC用复合铝材的制造方法，其特征在于，步骤(9)中成品退火工艺为通氮气生产，0.5℃/min～3.0℃/min升温到300～450℃，保温时间100～450min，炉内含氧量≤3000PPM。
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