CN114318071A

CN114318071A - 热交换器用铝合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN114318071A
Application number: CN202111652127.8A
Authority: CN
Inventors: 顾柳青; 季青; 王太典
Original assignee: Changzhou Putuo Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Changzhou Putuo Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种热交换器用铝合金材料及其制备方法，热交换器用铝合金材料包含的各成分及各成分的质量百分比为：硅：0.1‑1.0％；铁：0.1‑0.7％；铜：0.3‑1.0％；锰：1.1‑2.0％；镁：0.01‑0.03％；锌：0‑0.1％；钛：0.05‑0.2％；锆：0‑0.3％；余量为铝和杂质。本发明通过改进元素含量比例来提高提高力学性能及耐腐蚀性，进而减少产品的材料重量，并降低成本。

Description

热交换器用铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种热交换器用铝合金材料及其制备方法。

背景技术

铝合金材具有良好力学性能、耐腐蚀性、导热性广泛的应用在热交换器上。特别是随着新能源汽车的快速发展，铝合金材料大量的使用在新能源汽车上，特别是在电池液冷板上领域得到充分的运用，AL3003为AL-Mn系合金，是用途广泛的一种防锈铝，由于合金的强度不高，且不能进行热处理，所以通常采用冷加工工艺来实现达到需要的性能：在退火状态下有良好的塑性加工性能，其塑性性能随着温度的降低而减弱，耐腐蚀好，焊接性良好，被广泛的运用在新能源液冷板和承受载荷较小的地方。由于AL3003的力学性能决定了在达到管道散热条件下需要的最小厚度比较大；散热产品工艺有钎焊，在后期的使用过程中出现了加热焊接处腐蚀的状况。为了减少材料的使用量的条件下达到使用性能，如何增加材料的力学性能、耐腐蚀性能以及导热性能成为急需改进的方向。

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，提供一种热交换器用铝合金材料，它通过改进元素含量比例来提高提高力学性能及耐腐蚀性，进而减少产品的材料重量，并降低成本。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种热交换器用铝合金材料，它包含的各成分及各成分的质量百分比为：

硅：0.1-1.0％；铁：0.1-0.7％；铜：0.3-1.0％；锰：1.1-2.0％；镁：0.01-0.03％；锌：0-0.1％；钛：0.05-0.2％；锆：0-0.3％；余量为铝和杂质。

进一步，它包含的各成分及各成分的质量百分比为：

硅：0.3％；铁0.6％；铜：0.6％；锰：1.5％；镁：0.03％；锌：0％；钛：0.05％；锆：0％；余量为铝和杂质；

或硅：0.3％；铁：0.6％；铜：1.0％；锰：2.0％；镁：0.03％；锌：0％；钛：0.2％；锆：0％；余量为铝和杂质；

或硅：0.1％；铁：0.1％；铜：0.3％；锰：1.2％；镁：0.01％；锌：0.05％；钛：0.1％；锆：0.1％；余量为铝和杂质；

或硅：0.3％；铁：0.3％；铜：0.6％；锰：1.7％；镁：0.03％；锌：0.1％；钛：0.2％；锆：0.3％；余量为铝和杂质；

或硅：0.6％；铁：0.3％；铜：0.4％；锰：1.1％；镁0.03％；锌0.05％；钛0.05％；锆0％；余量为铝和杂质；

或硅：1.0％；铁：0.7％；铜：0.8％；锰：1.6％；镁：0.03％；锌：0.05％；钛：0.2％；锆：0％；余量为铝和杂质。

本发明还提供了一种热交换器用铝合金材料的制备方法，方法步骤中包含：

将除镁以外的炉料加入炉中，加热熔化；

在炉料开始熔化之后搅拌炉料；

待炉料充分熔化并达到熔炼温度后，扒除所形成的熔体表面漂浮的氧化渣；

扒渣完成后向熔体中加入镁锭，并用粉状熔剂覆盖，继续加热熔化；

待镁锭充分熔化且熔体充分混合后，取样并分析成分，如果分析得到的成分与热交换器用铝合金材料的设计成分不符，补料以调整成分；

待分析得到的成分与热交换器用铝合金材料的设计成分相符后，对熔体进行精炼处理并扒除表面浮渣；

将精炼后的熔体输注到静置炉静置，得到热交换器用铝合金材料。

进一步，将除镁以外的炉料加入炉中的方法步骤中包含：

先将小块或薄片的回炉料加入炉中，然后将铝锭和大块的废弃铸件加入炉中，再往炉中加入中间合金，加热融化；

待炉料熔化一部分后且熔体可没住添加物时，往炉中加入添加物；其中，

所述中间合金包括铝锰合金、铝硅合金、铝铁合金、铝钛合金和铝锆合金；或所述中间合金包括铝锰合金、铝硅合金、铝铁合金和铝钛合金；

所述添加物包括锌锭和铜板；或所述添加物包括铜板。

进一步为了降低金属氧化的程度并减少进入熔体的氧化膜的量，方法步骤中还包含：

在炉料软化后，在炉料表面铺洒一层粉状熔剂进行覆盖。

进一步为了可以更好地扒渣，方法步骤中还包含：

扒渣时，向熔体均匀撒入粉状熔剂。

进一步为了使熔体成分均匀分布并使熔体内温度一致，在取样之前和调整熔体成分之后，对熔体进行平稳搅拌。

进一步，所述粉状熔剂由氯化钠和氯化钾按照1：1的质量比混合而成。

进一步为了使得试样的取样部位具有代表性，取样时，在炉的两个炉门的中心部位各取一组试样，在熔体的中心部位取两组试样。

进一步，利用涂有涂料的不锈钢试样勺取样，在取样前，对不锈钢试样勺预热。

采用了上述技术方案后，本发明根据AL3003的性能以及使用中的不足，在原AL3003的基础上，优化调整了Fe、Si、Cu、Mn、Ti等微量的含量比例，从而改善热交换器用铝合金材料的强度、防腐性、导热性能，增强热交换器主板扣合强度，防止安装变形，增强散热器水室内外耐腐蚀性，在等强度情况下，减薄材料厚度，即在相同的使用性能下，减少产品的材料重量，降低了成本，延长了产品的使用寿命，增强了公司的竞争力及利润率。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

一种热交换器用铝合金材料，它包含的各成分及各成分的质量百分比为：

热交换器用铝合金材料的制备过程如下：

第一步，装炉：

在进行熔炼的过程中，炉料的加装顺序和方法不仅直接关系到熔炼进行时间、金属的烧损、热能消耗，还会影响到金属熔体的质量和炉子的使用寿命，采用合适的装料顺序进行装料，正确的装料需要实时根据所加入炉料性质与状态而定，还需要考虑到最快的熔化速度，最少的烧损以及准确的化学成分控制，装料顺序如下：

先装小块或薄片的回炉料，回炉料是指冶炼过程的溢出料；

再加铝锭和大块的废弃铸件；

最后装中间合金来增加元素含量。

这样的加装顺序可降低烧损量，同时还可以避免炉体因遭受大块料的直接冲击而损坏。炉料需要装平，使各处熔化速度相差不多，这样可以减少出现偏重现象从而造成的局部金属过热。炉料应进量一次入炉，二次或多次加料会增加非金属夹杂物及含气量。

其中，如果热交换器用铝合金材料的设计成分中有锆，则中间合金包括铝锰合金、铝硅合金、铝铁合金、铝钛合金和铝锆合金，如果热交换器用铝合金材料的设计成本中没有锆，则中间合金包括铝锰合金、铝硅合金、铝铁合金和铝钛合金。

第二步，熔化：

在加料完后即可进行加热升温，这一过程的稳定的程度，对产品质量有决定性的作用，熔化过程中随着炉料温度的升高，为了降低金属氧化的程度和减少进入熔体的氧化膜的质量，在炉料软化时，适时的向金属表面铺洒一层粉状熔剂进行覆盖。

当炉料熔化一部分后，即可向液体中均匀加入添加物，以炉的熔池中的熔体刚好能沉没住添加物为宜，需要在合适的时刻进行铜料的加放，加料过早会增加铜板的烧损的几率；加料过晚，又会造成铜板不能及时的溶解和扩散，增长熔化时间，从而影响合金的化学成分控制。

其中，如果热交换器用铝合金材料的设计成分中有锌，则添加物包括锌锭和铜块，如果热交换器用铝合金材料的设计成本中没有锌，则添加物包括铜块。

熔化过程会出现熔体过热的现象，选用天然气炉熔化，在熔炼时炉膛温度高达1200℃，在这样高的温度下很容易出现局部过热的现象，所以当炉料开始熔化之后，应适当的进行搅动，从而使熔池里各处温度尽量保持一致，同时也能够加速熔化，降低能耗。

第三步，扒渣与搅拌：

当炉料已经充分熔化后，并且达到需要的熔炼温度时，这时需要扒除熔体表面漂浮的大量氧化渣。扒渣时，先向熔体上均匀撒入粉状熔剂，用来使渣与金属分离，有利于扒渣，在彻底扒渣的前提下尽量减少带出金属量。扒渣完成后便可向熔体内加入镁锭，同时需要用粉状熔剂进行覆盖，以防止镁的烧损。搅拌的过程应平稳进行，不能有较大的波浪，来防止氧化膜卷入熔体中。熔炼温度为690—730℃。

在取样之前，调整化学成分之后，都应当及时进行搅拌。其目的在于使合金成分均匀分布和熔体内温度趋于一致。

第四步，取样及调整：

在熔炼过程中，由于各种原因都可能会使合金成分发生改变，这种改变可能使熔体的真实成分与配料计算值发生较大的偏差。因而需在炉料熔化后，取样进行快速分析，以便根据分析结果是否需要调整成分。

保证熔体充分搅拌后，进行取样并在炉前进行快速分析，根据化学成分含量判断是否符合设计要求。保证取样时的炉内熔体温度处于熔炼温度中限。

为了使快速分析试样的取样部位具有代表性，需要在炉的两个炉门中心部位各取一组试样，在炉的熔体的中心部位取两组试样。在取样前需要将试样勺要进行预热，为了防止试样勺污染，在取样时，应选用不锈钢试样勺并涂上涂料。

当快速分析结果与热交换器用铝合金材料的设计成分不相符时，就需要通过补料来调整成分，反复取样分析、调整，直至分析结果与热交换器用铝合金材料的设计成分相符。为了使补料准确，按照下列方法进行补料计算：

1)先计算少量的元素后算大量的元素；

2)先计算杂质的含量后计算算各种合金元素的含量；

3)先统计低成分的中间合金，后计算高成分的中间合金；

4)最后算新金属。

第五步，精炼：

采用气体精炼法对铝合金容易进行精炼。经过精炼处理，并扒出表面浮渣后，将金属熔体输注到静置炉静置，得到热交换器用铝合金材料。

采用如上制备过程制备实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五和实施例六中的热交换器用铝合金材料，实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五和实施例六中的热交换器用铝合金材料中包含的各成分以及各成分的质量百分比如表1所示；

表1

对实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五和实施例六中的热交换器用铝合金材料的抗变形性能、耐腐蚀、导热性能进行检测，并把AL3003材料做对比例。

耐腐蚀性测试：14天耐腐蚀性测试，配制测试溶液，氯化钠195±1mg、硫酸钠60±0.3mg、三氯化铁30±0.1mg、硫酸铜1±0.01mg、去离子水1L，按此比例配制。配制完测试溶液后，在88℃搅拌8小时，在此环境温度下静止16小时。搅拌速率300r/min，之后将实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五、实施例六和对比例中的材料做成的散热板进行检测；用NF-28型导热系数测试仪来测量材料的导热性能，不同材料的相同规格的散热板个一片，铝盘上下表面均匀涂抹导热硅胶，与上下铜板良好接触，测量样件加热稳态时的上、下电动势；测量样件的散热速率，计算样件的导热系数；测试结果如表2所示；

表2

本发明的热交换器用铝合金材料的强度、耐腐蚀性及导热性都得到了显著提升，本发明根据AL3003的性能以及使用中的不足，在原AL3003的基础上，优化调整了Fe、Si、Cu、Mn、Ti等微量的含量比例，从而改善热交换器用铝合金材料的强度、防腐性、导热性能，增强热交换器主板扣合强度，防止安装变形，增强散热器水室内外耐腐蚀性，在等强度情况下，减薄材料厚度，即在相同的使用性能下，减少产品的材料重量，降低了成本，延长了产品的使用寿命，增强了公司的竞争力及利润率。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种热交换器用铝合金材料，其特征在于，

它包含的各成分及各成分的质量百分比为：

2.根据权利要求1所述的热交换器用铝合金材料，其特征在于，

它包含的各成分及各成分的质量百分比为：

3.一种如权利要求1或2任一项所述的热交换器用铝合金材料的制备方法，其特征在于，

方法步骤中包含：

将除镁以外的炉料加入炉中，加热熔化；

在炉料开始熔化之后搅拌炉料；

4.根据权利要求3所述的热交换器用铝合金材料的制备方法，其特征在于，

将除镁以外的炉料加入炉中的方法步骤中包含：

所述添加物包括锌锭和铜板；或所述添加物包括铜板。

5.根据权利要求3所述的热交换器用铝合金材料的制备方法，其特征在于，

方法步骤中还包含：

在炉料软化后，在炉料表面铺洒一层粉状熔剂进行覆盖。

6.根据权利要求3所述的热交换器用铝合金材料的制备方法，其特征在于，

方法步骤中还包含：

扒渣时，向熔体均匀撒入粉状熔剂。

7.根据权利要求3所述的热交换器用铝合金材料的制备方法，其特征在于，

在取样之前和调整熔体成分之后，对熔体进行平稳搅拌。

8.根据权利要求3或5或6所述的热交换器用铝合金材料的制备方法，其特征在于，

所述粉状熔剂由氯化钠和氯化钾按照1：1的质量比混合而成。

9.根据权利要求3所述的热交换器用铝合金材料的制备方法，其特征在于，

取样时，在炉的两个炉门的中心部位各取一组试样，在熔体的中心部位取两组试样。

10.根据权利要求3所述的热交换器用铝合金材料的制备方法，其特征在于，

利用涂有涂料的不锈钢试样勺取样，在取样前，对不锈钢试样勺预热。