CN113174548B - 一种钎焊用单层铝合金翅片材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钎焊用单层铝合金翅片材料及其制造方法。所述制造方法包括如下步骤：S1.铝合金经铸轧后的卷材经第一次热处理后，进行第一次冷轧；第一次热处理的温度为400～450℃，时间为1～6h；S2.冷轧后的卷材经第二次热处理后，进行第二次冷轧，得到所述钎焊用单层铝合金翅片材料；第二次热处理的温度为340～390℃，时间为1～6h；第二次冷轧的加工率为20～40％；所述铝合金的组分包括Si：2.0～3.0wt.％，Mn：0.6～1.4wt.％，Fe：≤0.3wt.％，余量为Al和不可避免的杂质。本发明通过对铝合金组分的控制，结合第一次热处理和第二次热处理，可以极大地减少轧制过程中钎焊用单层铝合金翅片材料的卷材边部裂纹的产生，并且制得的铝合金翅片材料兼具良好的钎焊接合率、高温抗下垂性能和钎焊后抗拉强度。

Description

一种钎焊用单层铝合金翅片材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及铝合金压延技术领域，更具体的，涉及一种钎焊用单层铝合金翅片材料及其制造方法。
背景技术
铝合金由于重量轻且具备高热传导性而被用于铝制热交换器，对于这样的热交换器，通常利用双面复合铝合金翅片材料，进行钎焊接合来使用。一般来说，双面复合铝合金翅片材料通常为包覆有Al-Si合金钎焊层的复合翅片，但这种包覆的复合翅片需要分别制造各层，再进一步加工接合，导致成本过高，且复合翅片在钎焊的过程中，由于加热和接合，包覆材和芯材间会因熔融而发生流动，影响使用效果。
目前已有相关报道，以单层具有加热接合功能的铝合金材来代替利用包覆材的复合翅片，但存在单层铝合金材在加热过程中强度不够、易因弯曲应力而发生变形，导致接合效果差的缺陷。
中国专利申请CN105229182A公开了一种单层具有加热接合功能的铝合金材，该铝合金材为单层结构，通过控制金属间化合物的粒度分布，获得了在接合加热过程中耐变形性能优异的铝合金材；该现有技术提供的制造方法包括：对铝合金双辊铸轧获得卷材、卷材进行2次以上冷轧过程以及在冷轧过程中对卷材进行1次以上退火的退火过程。但在该制造方法的冷轧过程中，极易出现卷材边部产生裂纹和剥落的问题。卷材边部裂纹部位附近的铝合金材表面很容易出现剥落，剥落的碎片飞入卷材中，导致产生不良品；当卷材边部产生较大裂纹时，卷材在冷轧过程中会发生断裂。
因此，急需开发出一种钎焊用单层铝合金翅片材料的制造方法，减少卷材边部裂纹的产生。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的卷材边部裂纹的缺陷，提供一种钎焊用单层铝合金翅片材料的制造方法，使用该制造方法对钎焊用单层铝合金翅片材料进行加工制造，可有效减少卷材边部裂纹的产生。
本发明的另一目的在于提供一种由上述制造方法制得的钎焊用单层铝合金翅片材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种钎焊用单层铝合金翅片材料的制造方法，包括如下步骤：
S1.铝合金经铸轧后的卷材经第一次热处理后，进行第一次冷轧；
所述第一次热处理的温度为400～450℃，时间为1～6h；
S2.冷轧后的卷材经第二次热处理后，进行第二次冷轧，得到所述钎焊用单层铝合金翅片材料；
所述第二次热处理的温度为340～390℃，时间为1～6h；第二次冷轧的加工率为20～40％；
所述铝合金的组分包括Si：2.0～3.0wt.％，Mn：0.6～1.4wt.％，Fe：≤0.3wt.％，余量为Al和不可避免的杂质。
铝合金经铸轧后的卷材(记作CC卷材)，经第一次热处理后再进行冷轧。在铸轧过程中，Si和Mn形成增强铝基体的过饱和固溶体，同时未溶解在固溶体中的组分在CC卷材中形成结晶产物。由于铸轧的卷绕加工，在CC卷材中引入了轻微的位错结构。
在第一次热处理过程中，Si单质颗粒和Al-Si-Mn系化合物可以从具有位错结构的CC卷材微观组织中均匀地析出，从而减少Si和Mn的固溶量，进一步的显著降低后续冷轧过程中宽度方向的边部裂纹和剥落。
若是CC卷材不经第一次热处理直接进行冷轧，则未固溶而结晶的化合物周围会产生微细的裂纹或剥落。
若是第一次热处理温度低于400℃，或时间小于1小时，无法使Si单质颗粒和Al-Si-Mn系化合物充分析出；若是温度高于450℃，则扩散动能过剩，析出的Al-Si-Mn系化合物粗大化，导致钎焊中生成的再结晶晶粒细化。使得钎焊时铝合金翅片材料的高温抗下垂性能降低。
优选地，所述第一次热处理的温度为420～440℃，时间为2～4h。
可选的，所述第一次热处理过程可以在间歇炉中进行，第一次热处理的温度通过热电偶控制。
第一次冷轧后的卷材经第二次热处理，可以使得铝合金材料软化、再结晶，使金属间化合物的尺寸和密度、添加元素的固溶量调整至最合适，从而获得更优的材料强度。在第二次热处理过程中，Al-Si-Mn系化合物不析出，不会阻碍再结晶的过程。若是第二次热处理温度高于390℃，则Al-Si-Mn系化合物的析出会阻碍再结晶，使得高温抗下垂性能降低；若是第二次热处理温度低于340℃或时间小于1小时，再结晶程度不够，使得铝合金翅片材的强度过高，成形性降低。
优选地，所述第二次热处理的温度为360～380℃，时间为2～4h。
可选的，所述第二次热处理过程可以在退火炉中进行，第一次热处理的温度通过热电偶控制。
优选地，所述第一次热处理为空气或惰性气体气氛中，第二次热处理为在惰性气体气氛中。
优选地，所述铸轧为双辊连续铸轧。
优选地，所述双辊连续铸轧的速度为550～700mm/min，双辊的辊径为900～960mm。
优选地，所述铸轧后的卷材厚度为4～9mm，宽度为1000～1400mm。
优选地，所述第一次冷轧可以包括对冷轧后卷材的切边工序。
本发明制造方法对第二次冷轧的冷轧道次数不进行限定，第二次热处理后的卷材可经1道次冷轧，也可以通过多道次的冷轧进行第二次冷轧过程，但须满足加工率为20～40％。若加工率<20％，铝合金翅片材料再结晶不完全，会影响钎焊时的高温抗下垂性能；若加工率>40％，钎焊过程中再结晶晶粒变得细小，同样会影响高温抗下垂性能。
优选地，所述第二次冷轧的加工率为26～36％。
优选地，所述钎焊用单层铝合金翅片材料的厚度≤120μm。
本发明的铝合金组成中，Si的存在能够形成Al-Si系液相，有助于铝合金翅片材料钎焊连接。当Si的添加量过低时，不能产生足够量的液相，并且钎焊接合不完全；当Si添加量过多时，铝合金翅片材料中液相生成量过多，加热时材料强度极低，难以保持结构体的形状。Mn的存在一方面可以提高铝合金翅片材料强度，另一方面能够使铝合金翅片材料在钎焊时的再结晶晶粒尺寸变粗，提高了钎焊时翅片的高温抗下垂性能。但Mn添加量过多时，则Al-Mn-Si系金属间化合物产生过多，消耗用于形成钎料的Si，阻碍钎焊性。因此，铝合金中Si含量控制为2.0～3.0wt.％，Mn含量控制为0.6～1.4wt.％。
Fe作为不可避免的杂质存在于铝合金翅片材料中。Fe在铝中的固溶度较小，因而易形成金属间化合物。如果Fe添加量过多，则在钎焊加热中形成Al-Fe-Si系金属间化合物，消耗用于形成钎料的Si，阻碍钎焊性。因此，铝合金中Fe含量控制在≤0.3wt.％。
所述铝合金的组分还包括Zn≤2.5wt.％。
根据铝合金翅片材料的钎焊需要，可以选择添加0～2.5wt.％的Zn。
优选地，所述铝合金的组分包括Si：2.2～2.6wt.％，Mn：1.0～1.3wt.％，Fe：0.1～0.25wt.％，Zn：1.0～2.0wt.％。
所述铝合金中的不可避免的杂质总量≤0.15wt.％，单个杂质≤0.05wt.％。
本发明还保护一种钎焊用单层铝合金翅片材料，所述钎焊用单层铝合金翅片材料由上述制造方法制得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过对铝合金组分的控制，结合第一次热处理和第二次热处理，可以极大地减少轧制过程中钎焊用单层铝合金翅片材料卷材边部裂纹的产生。同时，制得的铝合金翅片材料兼具良好的钎焊接合率、高温抗下垂性能和钎焊后抗拉强度。
附图说明
图1为模拟钎焊试验用的实验室自制迷你芯体外观。
图2为抗下垂试验装置示意图。
图3为高温抗下垂性能测试过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例及对比例中的原料均可通过市售得到；
除非特别说明，本发明采用的材料、方法和设备为本技术领域常规材料、方法和设备。
实施例1～11、对比例1～7
实施例1～11及对比例1～7提供一种钎焊用单层铝合金翅片材料，铝合金组分如表1所示，其中“余量”包含不可避免的杂质，制造方法包括如下步骤：
S1.经双辊连续铸轧后的铝合金翅片卷材在空气或氮气气氛中，在间歇炉中进行第一次热处理后，再进行第一次冷轧；
其中双辊连续铸轧的速度为580mm/min，双辊的辊径为925mm，双辊连续铸轧后的卷材厚度均为7.2mm，宽度均为1360mm；
S2.第一次冷轧后的卷材，在氮气气氛中，在退火炉中进行第二次热处理后，再进行第二次冷轧，得到所述钎焊用单层铝合金翅片材料；
制备方法中具体的参数设置见表2所示。
表1钎焊用单层铝合金翅片材料的铝合金组分(wt.％)
编号 Si Mn Fe Zn Cu Al
A1 2.4 1.2 0.2 1.5 0.01 余量
A2 3.0 1.4 0.2 1.5 0.01 余量
A3 2.0 0.6 0.2 1.5 0.01 余量
A4 2.4 1.2 0.2 0 0.01 余量
A5 2.2 0.8 0.1 2.5 0.01 余量
B1 1.5 0.3 0.2 1.5 0.01 余量
B2 3.5 1.6 0.2 1.5 0.01 余量
表2制备方法中的参数设置
Figure BDA0002978643350000051
性能测试
对实施例1～11及对比例1～7制备的钎焊用单层铝合金翅片材料进行性能检测，结果见表3。
具体检测方法如下：
卷材边部质量：通过目测方法观察卷边有无明显裂纹及表面有无剥落的碎片。
钎焊接合率：通过实验室自制迷你芯体(如附图1)进行模拟钎焊试验，钎焊条件为605℃×3min，然后剖开迷你芯体，观察翅片与板材之间的接合情况，计算得到钎焊接合率。
高温抗下垂性能：取平行轧向纵向试样3条，试样尺寸90mm长×15mm宽，采用酒精对试样表面进行脱脂处理。将长条形试样一端固定在抗下垂试验装置(如附图2所示)上，另一端悬臂在支撑架外，保证试样伸出支撑架的长度为50mm。采用605℃×3min的模拟钎焊条件，检测试样原始高度H0、钎焊后的试样端头高度H1，然后计算下垂量H0-H1，测试过程如附图3所示。
钎焊后抗拉强度：取钎焊后的平行轧向试样3条，加工成国标GB/T 228要求的试样尺寸，然后在万能拉伸试验机进行拉伸试验。
表3实施例1～11及对比例1～7的性能检测结果
Figure BDA0002978643350000061
Figure BDA0002978643350000071
根据表3的测试结果，可以看出，本发明实施例1～11制造的钎焊用单层铝合金翅片材料在制造过程中卷材均无出现任何裂纹或剥落的碎片，且钎焊性良好，钎焊接合率≥95％，下垂量≤40mm，说明高温抗下垂性能良好，且钎焊后抗拉强度高。
根据对比例1～4的测试结果，当不进行第一次热处理或第二次热处理，或热处理温度不在本发明技术方案范围内时，在冷轧过程中中卷材均出现了不同程度的裂纹和碎片，某些实施例中卷材出现了断裂。对比例6、7中铝合金组分超出本发明范围，制得的钎焊用单层铝合金翅片材料钎焊性较差。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钎焊用单层铝合金翅片材料的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.铝合金经双辊连续铸轧后的卷材经第一次热处理后，进行第一次冷轧；
所述第一次热处理的温度为400～440℃，时间为1～6h；
S2.冷轧后的卷材经第二次热处理后，进行第二次冷轧，得到所述钎焊用单层铝合金翅片材料；
所述第二次热处理的温度为340～390℃，时间为1～6h；第二次冷轧的加工率为20～40％；
所述铝合金的组分包括Si：2.0～3.0wt.％，Mn：0.6～1.4wt.％，Fe：≤0.3wt.％，余量为Al和不可避免的杂质；
所述双辊连续铸轧后的卷材厚度为4～9mm，宽度为1000～1400mm。
2.根据权利要求1所述制造方法，其特征在于，所述第一次热处理的温度为420～440℃，时间为2～4h。
3.根据权利要求1所述制造方法，其特征在于，所述第二次热处理的温度为360～380℃，时间为2～4h。
4.根据权利要求1所述制造方法，其特征在于，所述铝合金的组分还包括Zn≤2.5wt.％。
5.根据权利要求1所述制造方法，其特征在于，所述铝合金的组分包括Si：2.2～2.6wt.％，Mn：1.0～1.3wt.％，Fe：0.1～0.25wt.％，Zn：1.0～2.0wt.％，余量为Al和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述制造方法，其特征在于，所述双辊连续铸轧的速度为550～700mm/min，双辊的辊径为900～960mm。
7.根据权利要求1所述制造方法，其特征在于，所述第二次冷轧的加工率为26～36％。
8.一种钎焊用单层铝合金翅片材料，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述制造方法制得。
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