CN114214543A - 一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于铝合金复合材料制备技术领域，具体涉及一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料，该材料由三层合金复合而成，分别为上层合金、芯层合金和下层合金，所述上层合金和所述下层合金成分相同，其化学组分及其质量百分比如下：Si：6.8‑7.8%，Zn：0.8‑1.2%，余分由不可避免的杂质和Al构成，所述芯层合金其化学组分及其质量百分比如下：Si<0.1，Fe：0.2‑0.3%，Cu：0.35‑0.5%，Mn：1.2‑1.5%，Mg<0.02，余量为AL和不可避免的杂质，它钎焊过程中，合金经过再结晶过程，形成扁平状的晶粒组织，这种结构可以有效的延长Si元素的扩散路径，减小厚度方向的扩散深度。

Description

一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料及其制备工艺

技术领域

本发明属于铝合金复合材料制备技术领域，具体涉及一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料及其制备工艺。

背景技术

预拉伸大晶粒复合铝板是制造层叠式蒸发器的新型材料之一，因其具有较高的焊后强度，耐应力、抗腐蚀性较强，可以适应苛刻环境，同时，铝材的晶粒大，使其钎焊流动性能非常好，钎焊均匀，因此预拉伸大晶粒复合铝板在未来的热传输应用中是一颗行业瞩目的“明日之星”。现有技术制备的复合铝板有三种，其结构一般为内部的芯层板和芯层板外部的包覆层板，通过热轧获得复合铝板。文件号CN 113652584 A提供了一种工业风机用复合铝板及其制备方法，与传统单层铝板相比，其具有较高的抗腐蚀性，但是钎料的流动性和润湿性较差。

预拉伸大晶粒复合铝板是代替目前蒸发器管板料的主要产品，大晶粒复合板较普通复合板来说，具有流动性好、耐腐蚀、寿命长等使用特点，因此被车用热传输制造企业视为重点推广的新型产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种通过预拉伸提高复合板料焊后晶粒尺寸的工艺，它钎焊过程中，合金经过再结晶过程，形成扁平状的晶粒组织。这种结构可以有效的延长Si元素的扩散路径，减小厚度方向的扩散深度，效果有两个方面：

钎焊质量：减少溶蚀深度，增加流动性（Si优先沿晶界扩散）。

腐蚀过程：延长腐蚀路径，延长了腐蚀寿命（腐蚀优先沿晶界扩展）。

为了达到以上目的，本发明的技术解决方案如下：本发明提供了一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料，该材料由三层合金复合而成，分别为上层合金、芯层合金和下层合金，所述上层合金和所述下层合金成分相同，其化学组分及其质量百分比如下：Si：6.8-7.8%，Zn：0.8-1.2%，余分由不可避免的杂质和Al构成，所述芯层合金其化学组分及其质量百分比如下：Si<0.1，Fe：0.2-0.3%，Cu：0.35-0.5%，Mn：1.2-1.5%，Mg<0.02，余量为AL和不可避免的杂质。

本发明的进一步改进在于：所述上层合金和下层合金的杂质中，其中Mg限制为低于0 .05％。

本发明还提供了一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料的制备工艺，按照上述化学成分，通过以下步骤分别得到三层复合铝带，具体包括如下步骤:

步骤一：熔铸，通过熔炼，得到符合上述化学成分的熔体，熔体经过在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭；

步骤二：锯切，扁铸锭切头尾；

步骤三：均热处理，将芯材扁锭按一定的工艺进行均质化处理；

步骤四：将扁铸锭铣面；

步骤五：复合，将得到的三层复合铝带复合；

步骤六：对复合后的铝带进行加热；

步骤七：热轧，将步骤六中得到的铝带热轧成4-7mm厚热轧卷材；

步骤八：冷轧，将卷材送至冷轧机轧到预定厚度；

步骤九：退火，将预定厚度的铝卷送入退火炉进行成品退火；

步骤十：拉伸，出炉冷却后经过拉弯矫直机，对材料进行拉伸，拉伸工艺采用3.5%-6%的总延伸率；

步骤十一：分切，经过精密分切得到合格的复合铝带。

本发明的进一步改进在于：所述步骤一中，熔炼温度为730℃-750℃，铸造参数为：铸造温度660℃-700℃，铸造速度40-50mm/min，水压0.1-0.2Mpa，水温≤30℃。

本发明的进一步改进在于：所述步骤四中，在铣面过程中，铸锭正面铣面量为5-15mm/每面，侧面铣面量为5-10mm/每面。

本发明的进一步改进在于：所述步骤五中，对铝带进行复合时，需要把得到的三层铝带表面处理干净，对齐两边后再进行复合。

本发明的进一步改进在于：所述步骤六中，在加热过程中，加热温度为520-610℃，炉内总加热时长不超过24h。

本发明的进一步改进在于：所述步骤七中，在热轧过程中，热轧卷终轧温度控制在280℃-330℃。

本发明的进一步改进在于：所述步骤八中，预定厚度为成品厚度的103-105%倍；

本发明的有益效果是，采用了上述技术方案后，该材料设计一面加Zn，Al-Si合金中加入Zn后，降低了合金表面氧化膜强度，使钎料的流动性和润湿性均有加强，同时使材料的腐蚀电位降低，增加材料的耐腐蚀性，芯材钎焊过程中，皮材中的Si和芯材中的Mn元素发生互扩散，形成互扩散层。该层的腐蚀电位最低，在腐蚀环境下优先发生腐蚀，腐蚀沿着带层扩展，改变了腐蚀方向，从而延长了合金的腐蚀寿命。增加预拉伸工艺使材料钎焊后晶粒尺寸＞300μm，钎焊过程中，合金经过再结晶过程，形成扁平状的晶粒组织，这种结构可以有效的延长Si元素的扩散路径，减小厚度方向的扩散深度。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

本实施例提供了一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料及其制备工艺，按照材料化学组成，上层合金以质量％计含有Si：6.8-7.8%，Zn：0.8-1.2%，余分由不可避免的杂质和Al构成，作为杂质的Mg限制为低于0 .05％；下层合金以质量％计含有Si：6.8-7.8%，余分由不可避免的杂质和Al构成，作为杂质的Mg限制为低于0 .05％；芯层合金为：在AA3003基础上进行改良，以质量％计含有Si<0.1，Fe：0.2-0.3%，Cu：0.35-0.5%，Mn：1.2-1.5%，Mg<0.02，余量为铝和不可避免的杂质。

该制备工艺具体包括如下步骤：

配料：采用99.7%的铝锭、锰剂、金属铜锭、钛剂，按照内控化学成分以及铸锭的规格、数量确定以上投料量；

（2）熔炼：完成上述计算步骤后，在熔炼炉中加入上述金属，待金属全部熔化，且金属温度达到730-750℃时开始扒渣，取样分析，调整成分，使所有成分都达到控制范围，得到符合要求的熔体；

（3）铸造：待金属温度达到合理的铸造温度，开始铸造，铸造过程中金属从炉内流出来，经过流槽输送，经过在线晶粒细化、在线除气、在线过滤后，半连续铸造成扁铸锭，其中铸造温度为660℃-700℃，铸造速度40-50mm/min，水压0.1-0.2Mpa，水温≤30℃。

（4）锯切：扁铸锭切头尾；

（5）均热：均热炉内进行均匀化处理，出炉后自然冷却到常温；

（5）（6）铣面：通过铣床将表面进行铣削，铸锭正面铣面量为5-15mm/每面，侧面铣面量为5-10mm/每面；

（5）（7）复合：将上下两层铝带与芯材铝带表面处理干净后，对齐两边进行复合；

（5）（8）加热：将复合后铸锭进行加热，加热温度520-610℃，炉内总加热时长不超过24h；

（5）（9）热轧：按照设定的升温曲线进行升温，金属温度达到设定温度后，保温4-5小时，出炉热轧。先在热粗轧机轧到18mm，通过辊道传送到热精轧机，按照合适的轧制道次，轧成5mm的热轧卷，终轧温度为300℃，卷的头尾用氩弧焊焊牢，自然冷轧到室温；

（10）冷轧：热轧好的铝卷，在室温状态转到冷轧机，按照设定的冷轧道次进行冷轧，控制好板型，直至轧到0.3～0.4mm最终厚度；

（11）退火：通过合适的退火工艺，对铝卷进行退火，达到所要求的性能，材料最终交付状态为O态；

（12）预拉伸：对卷材进行拉伸处理，将卷材延伸率设定为3.5%-6%，并使材料减薄；

（13）分切：将予拉伸后卷材进行分切，得到指定宽度成品。

由于材料在钎焊过程中会发生不同程度的熔蚀，降低材料使用寿命。熔蚀往往是通过晶间渗入方式，将表面熔融状态的Si元素渗透到芯材，如果沿材料纵向将晶粒变长，则同样长度材料尺寸上晶粒与晶粒间的晶界将减少，从而达到增强抗熔蚀的能力。

本发明通过一种特殊连续拉伸方法，事先将材料厚度轧到成品厚度的103-105%倍，然后进行退火，退火后采用特殊连续拉伸工艺，使材料减薄并同时使材料沿纵向方向晶粒变长，结合后续钎焊工艺，拉伸后的晶粒经过再结晶，得以形成扁平状的长条晶粒组织，这种晶粒结构可以有效的延缓Si元素的扩散路径。

本实施例的预拉伸复合板材料不同延伸率与对比例（未拉伸复合板）的钎焊后晶粒、流动性参数对比表如下：

拉伸率	钎焊后晶粒尺寸μm	流动性	杯突值mm
				未拉伸	37	0.021	8.3
拉伸2%	92	0.028	7.7
				拉伸3%	240	0.146	7.5
拉伸4%	400	0.365	7.3
				拉伸5%	561	0.468	7.2
拉伸6%	592	0.458	7.2

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料，其特征在于：该材料由三层合金复合而成，分别为上层合金、芯层合金和下层合金，所述上层合金和所述下层合金成分相同，其化学组分及其质量百分比如下：Si：6.8-7.8%，Zn：0.8-1.2%，余分由不可避免的杂质和Al构成，所述芯层合金其化学组分及其质量百分比如下：Si<0.1，Fe：0.2-0.3%，Cu：0.35-0.5%，Mn：1.2-1.5%，Mg<0.02，余量为AL和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料，其特征在于：所述上层合金和下层合金的杂质中，其中Mg限制为低于0 .05％。

3.如权利要求1所述的一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料的制备工艺，其特征在于：按照上述化学成分，通过以下步骤分别得到三层复合铝带，具体包括如下步骤:

步骤一：熔铸，通过熔炼，得到符合上述化学成分的熔体，熔体经过在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭；

步骤二：锯切，扁铸锭切头尾；

步骤三：均热处理，将芯材扁锭按一定的工艺进行均质化处理；

步骤四：将扁铸锭铣面；

步骤五：复合，将得到的三层复合铝带复合；

步骤六：对复合后的铝带进行加热；

步骤七：热轧，将步骤六中得到的铝带热轧成4-7mm厚热轧卷材；

步骤八：冷轧，将卷材送至冷轧机轧到预定厚度；

步骤九：退火，将预定厚度的铝卷送入退火炉进行成品退火；

步骤十：拉伸，出炉冷却后经过拉弯矫直机，对材料进行拉伸，拉伸工艺采用3.5%-6%的总延伸率；

步骤十一：分切，经过精密分切得到合格的复合铝带。

4.如权利要求3所述的一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中，熔炼温度为730℃-750℃，铸造参数为：铸造温度660℃-700℃，铸造速度40-50mm/min，水压0.1-0.2Mpa，水温≤30℃。

5.如权利要求3所述的一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤四中，在铣面过程中，铸锭正面铣面量为5-15mm/每面，侧面铣面量为5-10mm/每面。

6.如权利要求3所述的一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤五中，对铝带进行复合时，需要把得到的三层铝带表面处理干净，对齐两边后再进行复合。

7.如权利要求3所述的一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤六中，在加热过程中，加热温度为520-610℃，炉内总加热时长不超过24h。

8.如权利要求3所述的一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤七中，在热轧过程中，热轧卷终轧温度控制在280℃-330℃。

9.如权利要求3所述的一种提高复合板料焊后晶粒尺寸的材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤八中，预定厚度为成品厚度的103-105%倍。