CN113246559A - 一种增强焊接性的铝合金复合板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强焊接性的铝合金复合板，所述复合板包括基体材料层，所述基体材料层通过钎料层与包覆材料层连接，所述基体材料层和包覆材料层的材料为3003铝材，所述钎料层的材料为钎料合金4343铝材。本发明能满足冲压或吹胀等工艺成型为复杂结构的流道，同时复合材料板成型的复杂结构件与普通铝板3003也能实现无钎焊剂焊接。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，特别是一种增强焊接性的铝合金复合板及其制备方法。
背景技术
热交换器是汽车热管理系统的重要散热部件，在市场需求推动下，其工程材料经历了不同的发展阶段。20世纪70年代初，因当时石油危机、铜价上涨、减轻汽车重量，法国Valeo开始用机械装配式铝热交换器，开启了以铝代铜的轻量化途径；20世纪70年代后期，美国Ford开始用真空钎焊工艺制造汽车水箱，耐腐蚀问题成为热点之一，复合材料开始应用；20世纪80年代无腐蚀性钎剂Alcan的KF- AlF3（Nocolok钎剂）的发明，由于高效率，低成本推动了铝钎焊技术的迅猛发展，汽车铝热交换器被欧美国家广泛应用。本世纪初汽车热交换器几乎进入全铝化，近十余年来新能源汽车迅猛发展，电池包是其动力及储能核心部件，而电池包的热管理直接影响电池箱内电池的温度均匀性和及时散热，也是影响电池使用时间及寿命、重量、提高续航里程的重要因素之一，铝合金复合板制造的液冷板较好的满足了市场发展需求，因而成为新能源汽车行业的应用研究的热点。
2012年以来，5G无线容量需求增长超过250倍，高功耗、高速率/超高速、高集成度，给无线基站散热、尺寸和重量带来极大挑战。体积小、重量轻、散热好成为通信产品的持续追求。当前，商用的无线基站壳体用压铸铝合金材料导热性能呈现持续提高趋势，经多年持续研究开发，导热系数从常用ADC12的92W/(m·K)到AlSi6的175W/(m·K)，导热性能提高了90％。但随着电子通讯技术发展，仍然无法满足下一代电子通信产品对压铸铝合金材料高导热性能的需求。为进一步提高基站散热能力，借鉴冰箱等家电的冷凝器产品，开发了采用吹胀均温板，嵌入无线基站压铸壳体上的沟槽，替代压铸成型的散热齿，散热齿的导热系数从常用AlSi6的175W/(m•K)提高到500～1000W/(m•K)。
例如，专利号为201910760823.7的中国发明专利所公开的一种强化铝合金复合板材及其制备方法，充分利用采用吸铸2～23wt％共晶铝硅合金板材，覆盖绝大部分牌号的铝硅合金材料，铝合金板材的成分对复合板材整体的抗拉强度和屈服强度影响较小。上下两层共晶铝硅合金板材的表面均进行强韧骨架烧结嵌入，表面形成多道平行强化骨架，上下两层板材复合焊接后强韧骨架呈45～90度夹角，可互补提高抗拉强度和屈服强度。采用夹钎料进行压焊工艺焊接两块板材，无须轧制，组元界面扩散融合效果好，整体结合度高；Al-Ni熔覆层可提升复合板材的耐磨性和耐腐蚀性，使保护内层复合板材基体，可应用于多种工况。铝合金复合板母材化学成分为：2～23wt％Si，0.3～0.5wt％稀土元素，0.4～1.5wt％Cu，0.6～0.9wt％Cr，2.5～4.9wt％Mg，0.1～0.5wt％Ti，0.04～0.22wt％B，余量为Al。
发明专利CN201910760823.7公开的铝合金复合板材化学成分除主合金元素Si、Mg外，所述微合金元包括素稀土（包括镧、铒、钕、钷中的一种元素）、Cu、Cr、Ti、B等细化晶粒，改善抗热裂性，有利提高材料综合力学性能，但镁含量2.5～4.9wt％Mg，使合金流动性变差，容易产生热脆性，抗冲击性降低，导致材料强度高，塑性差，难以满足冲压或吹胀等工艺成型为复杂结构的流道，同时采用这种复合材料板成型的复杂结构件与普通铝板3003也难以实现无钎焊剂焊接。
因此需要一种复合铝合金板及其制备方法能解决上述问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种复合铝合金板能满足冲压或吹胀等工艺成型为复杂结构的流道，同时复合材料板成型的复杂结构件与普通铝板3003也能实现无钎焊剂焊接。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种增强焊接性的铝合金复合板，所述复合板包括基体材料层，所述基体材料层通过钎料层与包覆材料层连接。
作为本发明进一步的方案，所述基体材料层和包覆材料层的材料为3003铝材，所述钎料层的材料为钎料合金4343铝材。
作为本发明进一步的方案，所述包覆材料层厚度范围为3~5μm。
作为本发明进一步的方案，所述3003铝材合金元素质量百分含量为：Si0.5%～0.7%，Fe0.6%～0.8%，Cu0.05%～0.20%，Mn1.0%～1.5%，Zn0.05%～0.15%，其他杂质元素不超过0.15%，其他杂质元素中单个元素不超过0.05%，其余成分为Al；所述钎料合金4343铝材合金元素质量分数的原料组成百分含量为：Si6.8%～8.2%，Fe0.7%～0.9%，Cu0.15%～0.25%，Mn0.05～0.15%，Zn0.15%～0.25%，其他杂质元素不超过0.15%其他杂质元素中单个元素不超过0.05%，其余成分为Al。
一种增强焊接性的铝合金复合板的制备方法，具体步骤如下：
第一步：对基体材料层3003铝材、钎料层钎料合金4343铝材和包覆材料层3003铝材分别进行表面处理：先采用pH值4.0～6.0的清洗液超声波及喷淋处理除油去污去氧化膜，然后110℃～130℃烘干30分钟～40分钟，确保铝板表面清洁、干燥。实验结果表明：传统的清洗处理方法多采用碱蚀和酸洗出光，碱蚀去氧化皮容易造成过腐蚀，影响铝合金表面光洁度，而本发明采用H值4.0～6.0的弱酸性清洗液（如氢氟酸等）超声波及喷淋处理后工件表面洁净光亮，无浮尘。
第二步：将基体材料层3003铝材、钎料层钎料合金4343铝材和包覆材料层3003铝材依次叠合冷轧、扩散退火、重复冷轧及中间退火，直至轧制成品厚度要求，具体工艺步骤如下：将符合基体层材料成分的坯料热轧为3mm～8mm厚度铝板，与符合钎料层材料成分的坯料冷轧为0.3mm～0.8mm厚度铝板或铝箔、符合包覆层材料成分的坯料冷轧为0.05mm～0.1mm厚度铝箔依次进行叠合冷轧，300℃～450℃退散退火，保温时间2h～4h；重复冷轧及中间退火操作，直至轧制厚度0.4mm～1.0mm，根据具体需求规格， 获得不同厚度尺寸规格的复合铝板。
作为本发明进一步的方案，所述扩散退火的温度为300℃～450℃，保温时间2h～4h。
作为本发明进一步的方案，所述的增强焊接性的铝合金复合板在液冷板和吹胀板生产中的应用。
本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用如上技术方案，有效解决了当前广泛使用的双层复合铝合金板不能直接钎焊的问题，液冷板和吹胀板生产工艺取消涂钎剂工序，节省了生产线建设投资，使用方便，流程短，效率高，有利于产品规模化批量生产。
附图说明
图1是改进前铝合金复合板的结构示意图。
图2是改进前铝合金复合板的生产工艺流程图。
图3是本发明一种增强焊接性的铝合金复合板的结构示意图。
图4是本发明一种增强焊接性的铝合金复合板的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图3和图4所示，本发明的一种增强焊接性的铝合金复合板，所述复合板包括基体材料层，所述基体材料层通过钎料层与包覆材料层连接。
本发明进一步的，所述基体材料层和包覆材料层的材料为3003铝材，所述钎料层的材料为钎料合金4343铝材。
本发明进一步的，所述包覆材料层厚度范围为3μm ~5μm。
本发明进一步的，所述3003铝材合金元素质量百分含量为：Si0.5%～0.7%，Fe0.6%～0.8%，Cu0.05%～0.20%，Mn1.0%～1.5%，Zn0.05%～0.15%，其他杂质元素不超过0.15%，其他杂质元素中单个元素不超过0.05%，其余成分为Al；所述钎料合金4343铝材合金元素质量分数的原料组成百分含量为：Si6.8%～8.2%，Fe0.7%～0.9%，Cu0.15%～0.25%，Mn0.05～0.15%，Zn0.15%～0.25%，其他杂质元素不超过0.15%其他杂质元素中单个元素不超过0.05%，其余成分为Al。
一种增强焊接性的铝合金复合板的制备方法，具体步骤如下：
第一步：对基体材料层3003铝材、钎料层钎料合金4343铝材和包覆材料层3003铝材分别进行表面处理：采用pH值4.0～6.0的清洗液超声波及喷淋处理除油去污去氧化膜，然后110℃～130℃烘干30分钟～40分钟，确保铝板表面清洁、干燥；
第二步：将基体材料层3003铝材、钎料层钎料合金4343铝材和包覆材料层3003铝材依次叠合冷轧、扩散退火、重复冷轧及中间退火，直至轧制成品厚度要求，具体工艺步骤如下：将符合基体层材料成分的坯料热轧为3mm～8mm厚度铝板，与符合钎料层材料成分的坯料冷轧为0.3mm～0.8mm厚度铝板或铝箔、符合包覆层材料成分的坯料冷轧为0.05mm～0.1mm厚度铝箔依次进行叠合冷轧，300℃～450℃退散退火，保温时间2h～4h；重复冷轧及中间退火操作，直至轧制厚度0.4mm～1.0mm，根据具体需求规格，获得不同厚度尺寸规格的复合铝板。例如，选择基体层3003铝板厚度5mm，钎料层4343铝板厚度0.5mm，包覆层3003铝板厚度0.05mm，叠合冷轧，退散退火温度300℃～450℃，保温时间2h，重复冷轧及中间退火操作，直至轧制厚度0.5mm，可获得0.5mm厚度的复合铝板，其中基体层3003铝材厚度约0.45mm，钎料层4343铝材厚度约0.05mm，包覆层3003铝板厚度约0.005mm。
本发明进一步的，所述扩散退火的温度为300℃～450℃，保温时间2h～4h，随着反复冷轧，叠层厚度变薄，可适度降低扩散退火温度，缩短保温时间。
本发明的技术原理是：在钎焊层上面再复合一层很薄的增强钎焊性能的包覆层3003铝材，该层的固相线高于钎料合金4343铝材。在钎焊过程中，Al-Si合金中间层由于体积膨胀而使包覆层破裂，使熔融的钎料合金渗透包覆层，从而钎料流动形成接头。
如图1和图2所示，本发明有效解决了当前广泛使用3003/4343双层复合铝合金板不能直接钎焊的问题，液冷板和吹胀板生产工艺取消涂钎剂工序，节省了生产线建设投资，使用方便，流程短，效率高，有利于产品规模化批量生产。
本发明的增强焊接性的铝合金复合板在液冷板和吹胀板生产中具有应用。
采用本发明中的增强焊接性的铝合金复合板制备液冷板和吹胀板的具体工艺流程如下：
液冷板生产工艺流程：原材料→下料→盖板流道成型→盖板切边→折弯→清洗→合装→钎焊→漏检→入库；
吹胀板生产工艺流程：原材料→下料→盖板流道成型→清洗→钎焊→冲压→激光切边→焊接管→保压测试→充注冷媒→激光封口→检验→入库。
根据评估，取消涂钎剂工序后，生产效率提升20%～30%，不用投资建设钎剂喷淋生产线、烘烤炉及其附属设施，减少了相关生产车间场地占用，提高了投资回报率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (8)
1.一种增强焊接性的铝合金复合板，其特征在于：所述复合板包括基体材料层，所述基体材料层通过钎料层与包覆材料层连接。
2.根据权利要求1所述的一种增强焊接性的铝合金复合板及其制备方法，其特征是：所述基体材料层和包覆材料层的材料为3003铝材，所述钎料层的材料为钎料合金4343铝材。
3.根据权利要求2所述的一种增强焊接性的铝合金复合板，其特征是：所述包覆材料层厚度范围为3μm ~5μm。
4.根据权利要求2所述的一种增强焊接性的铝合金复合板，其特征是：所述3003铝材合金元素质量百分含量为：Si0.5%～0.7%，Fe0.6%～0.8%，Cu0.05%～0.20%，Mn1.0%～1.5%，Zn0.05%～0.15%，其他杂质元素不超过0.15%，其他杂质元素中单个元素不超过0.05%，其余成分为Al；所述钎料合金4343铝材合金元素质量分数的原料组成百分含量为：Si6.8%～8.2%，Fe0.7%～0.9%，Cu0.15%～0.25%，Mn0.05～0.15%，Zn0.15%～0.25%，其他杂质元素不超过0.15%其他杂质元素中单个元素不超过0.05%，其余成分为Al。
5.一种增强焊接性的铝合金复合板的制备方法，其特征是：具体步骤如下：
第一步：对基体材料层3003铝材、钎料层钎料合金4343铝材和包覆材料层3003铝材分别进行表面处理：先采用pH值4.0～6.0的清洗液超声波及喷淋处理除油去污去氧化膜，然后110℃～130℃烘干30分钟～40分钟，确保铝材表面清洁、干燥。
6.第二步：将基体材料层3003铝材、钎料层钎料合金4343铝材和包覆材料层3003铝材依次叠合冷轧、扩散退火、重复冷轧及中间退火，直至轧制成品厚度要求，具体工艺步骤如下：将符合基体层材料成分的坯料热轧为3mm～8mm厚度铝板，与符合钎料层材料成分的坯料冷轧为0.3mm～0.8mm厚度铝板或铝箔、符合包覆层材料成分的坯料冷轧为0.05mm～0.1mm厚度铝箔依次进行叠合冷轧，300℃～450℃退散退火，保温时间2h～4h；重复冷轧及中间退火操作，直至轧制厚度0.4mm～1.0mm，根据具体需求规格， 获得不同厚度尺寸规格的复合铝板。
7.根据权利要求5所述的一种增强焊接性的铝合金复合板的制备方法，其特征是：所述扩散退火的温度为300℃～450℃，保温时间2h～4h。
8.根据权利要求1~6中任一项所述的增强焊接性的铝合金复合板在液冷板和吹胀板生产中的应用。
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