CN115572872B - 开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法 - Google Patents

开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法，发泡铝前躯体包括增粘剂为1wt.％～5wt.％、发泡剂为1wt.％～5wt.％、余量为Al‑Zn‑Si‑Mg系基体合金；Al‑Zn‑Si‑Mg系基体合金包括Al为60wt.％～90wt.％、Zn为10wt.％～40wt.％、Si为4wt.％～12wt.％和Mg为1wt.％～5wt.％；Al‑Zn‑Si‑Mg系基体合金为无孔致密防腐铝基镀层；Al‑Zn‑Si‑Mg系基体合金为亚共晶型铝合金；铝基镀层包括将发泡铝前躯体进行半固态晶界联孔发泡的微小开孔换热铝基镀层，联孔互通，具有低熔点、高活性、低镀覆温度、重复性好、绿色等优点。

Description

开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，更具体地，涉及一种开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法。
背景技术
传统防腐手段是在金属材料表面设置镀锌层，其工艺简单、防腐蚀性能良好而被普遍应用。而铝基覆层比Zn基层具有多种优点：资源丰富、许用工作温度高、抗氧化能力强、镀铝层表面划擦后自氧化恢复性迅速、导热性优异，可更好地改善钢材的抗腐蚀与热交换能力。由于Al易氧化、去膜难、熔点高，导致在钢基材上制备Al覆层的工艺难度比制备Zn覆层大许多。在钢基体上制备薄的Al镀层的方法主要有森吉米尔法(仅适于连续钢带)、热浸镀铝方法、熔覆与喷涂法、粉末冶金烧结法和电镀法。技术难点主要体现在氧化膜的去除与脆性金属间化合物的抑制两个方面。国内引进的多条森吉米尔法镀铝生产线(采用高温H2还原去膜)大都失败，性能不稳定。目前我国工业上常用的热浸镀铝方法主要采用的是“助镀剂+高温短时间”的思路，优点在于润湿性可靠、适宜的铝合金牌号种类广泛、生产效率高，但其所采用的“过高温”技术路线存在耗能高、界面脆性相增厚、需配用助镀剂盐溶液导致废液排放等一系列问题。国内外对Zn基覆层组分设计的优化研究较为活跃(例如日本制钢技术研究所开发的新型防腐Zn基镀层—ZAM影响深远)，但Al基覆层材料研发与改进相对停滞不前，针对性强的Al基覆层设计文献较少。
另一方面，在化工用管板式换热器中，为提高钢管向管内流动介质的导热能力，促使管内流动介质持续足量气化，由美国公司率先在钢管内烧结Cu粉，制备出内壁有“开孔型多孔镀层”的复合钢管，加大了传热面积，提高了传热效率，可节省能源。国内目前也采用了同样的真空气氛烧结Cu粉制备有多孔内覆层的钢管(高热通量复合钢管)技术路线。国内外现有烧结Cu粉制备高热通量复合管技术的优点是利用烧结粉末之间天然存在的显微空隙能制备出开孔(只有开孔才能保证介质流入/流出微孔：以液态形式流入微孔，以气态形式逸出微孔；周而复始，无限循环)型内覆层，但存在生产成本高的缺点，限制了其大范围应用。高成本的原因有两方面：一是作为原材料的Cu粉价格贵；二是制备工艺须在真空或惰性气氛保护下烧结，温度高、耗时长。“以铝代铜”是有前景的降低成本方法。但是，Al粉表面的氧化膜使Al/Al、Al/钢两类界面间的烧结结合非常困难，这是国内外没有“烧结型多孔铝基内覆层”的根本原因。同时，采用前文介绍的森吉米尔法、热浸镀法等液相法，存在市售铝液与钢管润湿性差、所需温度高(700～800℃——易造成新的迅速氧化；易使Fe-Al脆性金属间化合物过度增厚；发泡剂过早分解浪费)等问题，并不适合制备含有TiH2的发泡铝前驱体。事实上，虽然常见发泡铝的相关报道，但并也未见此类多孔铝基镀层报道。
另一方面，在发泡铝的研究中，有针对性地提出制备“开孔型”发泡铝的文献尚未出现。添加氢化钛(TiH2)发泡铝具有无有害气味，成泡温度低的优点。国内外关于发泡铝制备工艺针对闭孔型块体发泡铝方法主要有粉末冶金法、熔体发泡法、搅拌摩擦加工法等，而针对换热钢管所要求的“铝基开孔型多孔覆层”的铝基体“组分”的专项开发较少。现有典型铸铝合金如ZL101和ZL102主要存在熔点偏高，导致发泡铝前躯体制备中TiH2发泡剂高温分解危险性高、镀覆温度高、界面脆性相增厚、难以获得开孔型多孔镀层和耐蚀性差等问题。
现有技术CN109402547A提供了一种抗腐蚀性能优良的热浸镀层钢板及其制造方法，热浸镀层钢板包括基板和镀覆于基板上的Al-Zn-Si-Mg镀层，但该热浸镀层Al及Zn含量几近各占一半，Al含量并不占明显优势，使镀层近似于Zn基镀层而非Al基镀层，存在Zn基镀层固有的导热性、耐高温性、抗氧化与擦伤性差等潜在问题。现有技术CN110193606A提供了一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体、制备方法及应用，该制备前驱体的方法存在固态混粉时间长、发泡无法保证通孔特性，并不适于作为高热通量钢管的涂层。
因此，针对设计及制备发泡铝前驱体以及铝基镀层所涉及的熔点难以匹配、润湿性差等多项技术难点，亟需提供一种能够具有优良的润湿性、高活性、低熔点以及联孔互通的开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，包括:发泡铝前躯体，发泡铝前躯体包括以下质量百分比的组分：增粘剂为1wt.％～5wt.％、发泡剂为1wt.％～5wt.％、余量为Al-Zn-Si-Mg系基体合金；Al-Zn-Si-Mg系基体合金包括以下质量百分比的组分：Al为60wt.％～90wt.％、Zn为10wt.％～40wt.％、Si为4wt.％～12wt.％和Mg为1wt.％～5wt.％；Al-Zn-Si-Mg系基体合金为无孔致密防腐铝基镀层；Al-Zn-Si-Mg系基体合金为亚共晶型铝合金；铝基镀层包括将发泡铝前躯体进行半固态晶界联孔发泡的微小开孔换热铝基镀层，联孔互通。
本发明还提供了一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，包括:发泡铝前躯体，发泡铝前躯体包括以下质量百分比的组分：增粘剂为1wt.％～5wt.％、发泡剂为1wt.％～5wt.％、余量为Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金；Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金包括以下质量百分比的组分：Al为65wt.％～90wt.％、Zn为10wt.％～40wt.％、Si为4wt.％～12wt.％、Mg为1wt.％～5wt.％、Ni为0.5wt.％～4wt.％和B为<0.1wt.％；Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金为无孔致密防腐铝基镀层；Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金为亚共晶型铝合金；铝基镀层包括将发泡铝前躯体进行半固态晶界联孔发泡的微小开孔换热铝基镀层，联孔互通。
本发明还提供了一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的制备方法，包括:制备Al-Zn-Si-Mg系基体合金，Al-Zn-Si-Mg系基体合金包括以下质量百分比的组分：Al为60wt.％～90wt.％、Zn为10wt.％～40wt.％、Si为4wt.％～12wt.％和Mg为1wt.％～5wt.％，将Al、Zn、Si及Mg进行打磨，丙酮超声波清洗，放入不锈钢坩埚中加盖，通入5L/min～10L/min的氩气保护气流升温至700℃下保温20min～30min均匀化，制备Al-Zn-Si-Mg系基体合金；制备发泡铝前驱体，发泡铝前躯体包括以下质量百分比的组分：增粘剂为1wt.％～5wt.％、发泡剂为1wt.％～5wt.％、余量为Al-Zn-Si-Mg系基体合金，发泡剂在450℃下预氧化20min，接着升温至550℃下保温10min，通入5L/min的氩气保护气流待Al-Zn-Si-Mg系基体合金降温至610℃，通入3L/min的氩气保护气流将发泡剂与增粘剂加入到Al-Zn-Si-Mg系基体合金后，通入5L/min的氩气保护气流在610℃～630℃下采用四叶搅拌叶片以速度为1500r对发泡剂搅拌快速分散5min，在5L/min的氩气保护气流下停止加热冷却至室温，制备发泡铝前驱体；制备微小开孔换热铝基镀层，将发泡铝前驱体置于钢管内部，升温至610℃～630℃下保温1min并缓冷进行半固态晶界联孔发泡，制备微小开孔换热铝基镀层。
本发明还提供了一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的制备方法，包括:制备Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金，Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金包括以下质量百分比的组分：Al为65wt.％～90wt.％、Zn为10wt.％～40wt.％、Si为4wt.％～12wt.％、Mg为1wt.％～5wt.％、Ni为0.5wt.％～2wt.％和B为<0.1wt.％，将Ni-B母合金放置于陶瓷坩埚底部，在5L/min～10L/min氩气保护气流下将Al、Si与Ni-B母合金升温至1100℃～1200℃下保温20min～30min进行均匀化，待降温至700℃～750℃加入Mg与Zn保温20min～30min进行均匀化，制备Al-Zn-Si-Mg-Ni-B合金；制备发泡铝前驱体，发泡铝前躯体包括以下质量百分比的组分：增粘剂为1wt.％～5wt.％、发泡剂为1wt.％～5wt.％、余量为Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金，发泡剂在450℃下预氧化20min，接着升温至550℃下保温10min，通入5L/min的氩气保护气流待Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金降温至610℃，通入3L/min的氩气保护气流将发泡剂与增粘剂加入到Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金后，通入5L/min的氩气保护气流在610℃～630℃下采用四叶搅拌叶片以速度为1500r对发泡剂搅拌快速分散5min，在5L/min的氩气保护气流下停止加热冷却至室温，制备发泡铝前驱体；制备微小开孔换热铝基镀层，将发泡铝前驱体置于钢管内部，升温至610℃～630℃下保温1min进行半固态晶界联孔发泡，制备微小开孔换热铝基镀层。
本发明提供的开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法，至少实现了如下的有益效果：
本发明提供的开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法，以亚共晶铸铝ZL101棒料为原材料，相比铝粉末具有经济、易操作、无粉尘污染、能抑制Al-Fe脆性金属间化合物等优势，制备具有低熔点(避免TiH2过早分解、节能)、高活性(润湿性优良)、无孔致密防腐铝基镀层、微小开孔换热铝基镀层与发泡铝前躯体，制备成本低；在润湿性方面可以兼顾润湿钢材基体及TiH2发泡剂粉末，前者消除漏镀及虚镀缺陷，后者有利于TiH2发泡剂分布与发泡的均匀性；在熔化温度优化方面降低固相线以解决以下三项问题：一是大幅降低熔点至TiH2发泡剂剧烈分解温度之下，避免TiH2发泡剂在制备发泡铝前躯体阶段过早分解；二是降低熔点也有利于改善对钢管基体的润湿性；三是增大固相线与液相线温差范围以增大扩充位于α-Al晶界的低熔点晶界部分，为发泡铝前躯体中的TiH2发泡剂提供更多的预存位置，进而为利用“半固态晶界连通发泡”以获得更多“沿晶开孔”创造了有利条件，可在微熔与半固态低温下沿低熔点晶界均匀发泡获得互通和联通的微小开孔的微小开孔换热铝基镀层，保证了换热器钢管内流动介质沿此晶界开孔的流入与流出，提高管内液流介质吸热沸腾的换热效率。对于镀层耐磨性、界面结合要求更高的场合，进一步添加少量对钢材润湿性优异的镍基钎料BNi-2，达到同时添加Ni与B的目的，制备具有高Zn、中Si、低Mg、低Ni、微B组分特征的低熔点高活性无孔致密防腐铝基镀层、微小开孔换热铝基镀层或发泡铝前躯体，增强界面结合与镀层耐磨性。
当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明提供的Al-Zn-Si-Mg系基体合金开孔型铝基镀层的半固态晶界联孔发泡铝前驱体制备方法的整体流程示意图；
图2是本发明提供的Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金开孔型铝基镀层的半固态晶界联孔发泡铝前驱体制备方法的整体流程示意图；
图3是本发明提供的TiH2发泡剂在搅拌液相混粉所制备的前驱体(ZL101-25Zn-2Mg)中沿富Zn低熔点晶界分布特征；
图4是本发明提供的TiH2发泡剂在搅拌液相混粉所制备的前驱体(ZL101-25Zn-2Mg)中沿富Zn低熔点晶界分布特征；
图5是本发明提供的发泡处理后镀层内形成的“沿晶界互联微小开孔”以及铝基镀层/钢管基体界面致密组织；
图6是本发明提供的发泡处理后镀层内形成的“沿晶界互联微小开孔”以及铝基镀层/钢管基体界面致密组织。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
目前，热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢材因“过高温”工艺不可避免会导致钢材成形性能的下降，不能完全满足电器、建筑等领域对于钢材成型和高耐蚀性的使用要求。
基于上述研究，本申请提出了一种开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法，以亚共晶铸铝ZL101与镍基钎料BNi-2为原材料，制备具有高Zn、中Si、低Mg、低Ni、微B组分特征的低熔点高活性铝基镀层与发泡铝前驱体，同时解决了润湿性差与熔点高的难题，既能在低温下获得TiH2发泡剂均匀分布的发泡铝前驱体与发泡铝，又能在低温下润湿、镀覆钢基材，获得无孔致密防腐铝基镀层与具有沿晶界互通和联通的微小开孔的微小开孔换热铝基镀层。关于本申请提供的具有上述技术效果的开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体，详细说明如下。
实施例1
本实施例提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，包括：发泡铝前躯体包括以下质量百分比的组分：Al2O3增粘剂为1wt.％、TiH2发泡剂为1wt.％、余量为Al-Zn-Si-Mg系基体合金；Al-Zn-Si-Mg系基体合金包括以下质量百分比的组分：Zn为10wt.％、Si为4wt.％、Mg为1wt.％，Al为85wt.％；Al-Zn-Si-Mg系基体合金为无孔致密防腐铝基镀层；将发泡铝前躯体进行半固态晶界联孔发泡的微小开孔换热铝基镀层。
实施例2
实施例2提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，其与实施例1基本相同，不同的是，Al2O3增粘剂为2wt.％、TiH2发泡剂为2wt.％，Al-Zn-Si-Mg系基体合金的质量百分比为：Zn为15wt.％、Si为6wt.％、Mg为2wt.％，Al为77wt.％。
实施例3
实施例3提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，其与实施例1基本相同，不同的是，Al2O3增粘剂为3wt.％、TiH2发泡剂为3wt.％，Al-Zn-Si-Mg系基体合金的质量百分比为：Zn为20wt.％、Si为7wt.％、Mg为3wt.％，Al为70wt.％。
实施例4
实施例4提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，其与实施例1基本相同，不同的是，Al2O3增粘剂为4wt.％、TiH2发泡剂为4wt.％，Al-Zn-Si-Mg系基体合金的质量百分比为：Zn为22wt.％、Si为8wt.％、Mg为4wt.％，Al为64wt.％。
实施例5
实施例5提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，其与实施例1基本相同，不同的是，Al2O3增粘剂为5wt.％、TiH2发泡剂为5wt.％，Al-Zn-Si-Mg系基体合金的质量百分比为：Zn为25wt.％、Si为9wt.％、Mg为5wt.％，Al为61wt.％。
可以理解的是，Zn含量为10wt.％～40wt.％，在显著降低镀层固相线以增宽固相线与液相线温差范围的同时，并与镀层熔化范围以及TiH2发泡剂分解发泡范围有一定“交集”，从而保证在“微熔与半固态”低温下，“沿晶界”分布的TiH2发泡剂可以分解发泡，避免高温闭孔。Si含量为4wt.％～12wt.％，其含量落在亚共晶区域，利用Si抑制“界面”Al-Fe二元脆性金属间化合物(IMC)增厚，在镀层“内部”形成低熔点晶界，为半固态低温晶界发泡创造组织条件。Mg含量为1wt.％～5wt.％，含量控制在5000系Al合金中Mg含量之下，以减少含Mg脆性相，并利用活泼的液态Mg原子能与预氧化后的固态TiH2发泡剂表面氧化膜反应的特征，改善铝液对TiH2发泡剂的润湿性，使TiH2发泡剂能经搅拌后均匀分散于Al基液相内，促使均匀发泡。在低温下将Al-Zn-Si-Mg系基体合金直接用作IMC薄、热应力低的钢材无孔致密防腐铝基镀层，具有镀覆温度低、润湿性好、免用助镀剂的优点。进一步，低温下在钢管内部重熔含TiH2发泡剂的发泡铝前躯体，并利用高Zn型前躯体基体对钢管内壁的润湿、微熔与半固态晶界发泡制备在钢管内壁具有沿晶界互通和联通的微小开孔的发泡铝换热镀层。
实施例6
本发明还提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的制备方法，图1是本发明提供的Al-Zn-Si-Mg系基体合金开孔型铝基镀层的半固态晶界联孔发泡铝前驱体制备方法的整体流程示意图，请参考图1，包括如下步骤：
S101、制备Al-Zn-Si-Mg系基体合金；
S1011、Al-Zn-Si-Mg系基体合金原材料备料：Al、Si原材料为商用ZL101棒料，直径为10mm；Zn原材料为商用Zn棒料料，直径为14mm；Mg原材料为商用镁合金AZ31棒料，直径为10mm；
S1012、Al-Zn-Si-Mg系基体合金配比：基于前期可行性实验，Zn含量保持在25％、AZ31的含量(以下简称Mg的含量)为2％以及其余为ZL101；
S1013、制备Al-Zn-Si-Mg系基体合金，按照质量百分比将组成组分原材料配料，将原材料进行打磨，丙酮超声波清洗，放入不锈钢坩埚中加盖，通入5L/min～10L/min的氩气保护气流升温至700℃下保温20min-30min均匀化，制得Al-Zn-Si-Mg系基体合金；
S102、制备发泡铝前躯体；
S1021、发泡铝前躯体配比：TiH2发泡剂含量为2.5％；Al2O3增粘剂的含量为1.5％；其余为Al-Zn-Si-Mg系基体合金；
S1022、制备发泡铝前躯体，按照发泡铝前躯体质量百分比将组成组分原材料配料，TiH2发泡剂在450℃下预氧化20min，接着升温至550℃下保温10min，通入5L/min的氩气保护气流待Al-Zn-Si-Mg系基体合金降温至610℃，通入3L/min的氩气保护气流将预氧化的TiH2发泡剂与Al2O3增粘剂“吹入”不锈钢坩埚中的低熔点液相中，通入5L/min的氩气保护气流在610℃-630℃下采用直径为30mm的四叶搅拌叶片以速度为1500r对TiH2发泡剂搅拌快速分散5min，在5L/min的氩气保护气流下停止加热冷却至室温，制得发泡铝前驱体；
S103、制备微小开孔换热铝基镀层；
S1031、制备微小开孔换热铝基镀层，将混合均匀好的发泡铝前驱体加热到630℃并保温1min进行半固态晶界联孔发泡，制得微小开孔换热铝基镀层。
可以理解的是，以亚共晶铸铝ZL101为基础组元，具有明显的、丰富的、发达的低熔点晶界，综合利用Zn及Mg对亚共晶铸铝ZL101进行合金化制备钢用低熔点铝基镀层。首先，亚共晶铸铝ZL101具有固相线与液相线温差大(约为615℃-555℃＝60℃)，并能在初生α-Al晶粒之间提供大量Al-Si共晶型低熔点晶界，可作为潜在的互联、微细、开孔的发泡位置的优势，因此适用于“半固态晶界发泡”。其次，在亚共晶铸铝ZL101基础上加入高Zn进行合金化，降低熔点的同时，进一步增大固相线与液相线温度区间，将低熔点晶界增密及增厚以作为TiH2发泡剂的预存位置，避免TiH2发泡剂在发泡铝前驱体制备阶段因液相温度过高而过早分解，降低熔化温度并使之与TiH2发泡剂分解范围有一定交集，为半固态晶界发泡制备微小开孔换热镀层创造条件，并改善对钢基材的润湿性，降低镀覆温度，抑制Al-Fe二元IMC与热应力。再次，加Mg改善对预氧化TiH2发泡剂的润湿性，使之在液态铝基镀层中分布更趋均匀。制备发泡铝前驱体，预氧化TiH2发泡剂可以抑制其过早分解，并改善与含Mg液相的润湿性、分布均匀性；以及选定610℃低温作为搅拌制备发泡铝前驱体的温度，原因在于：此温度低于TiH2发泡剂的剧烈分解温度(因条件有异，大约650℃左右)；并且此低温条件下以亚共晶铸铝ZL101为基础组元，综合利用Zn及Mg对亚共晶铸铝ZL101进行合金化制备钢用低熔点镀层，共晶组分虽熔点低但晶内与晶界熔点相同，亚共晶在初生α-Al晶界之间有独立稳定的低熔点晶界，镀层基体仍能保持液态，为TiH2发泡剂的搅拌分散快速均匀创造有利条件。制备微小开孔换热铝基镀层，将混合均匀好的发泡铝前驱体加热到630℃并保温1min进行低温半固态晶界发泡，制得微小开孔换热铝基镀层；在低温下，在钢管内部重熔含TiH2发泡剂的发泡铝前躯体，并利用高Zn型前躯体基体对钢管内壁的润湿、微熔与半固态晶界发泡，制得在钢管内壁具有沿晶界互通和联通的微小开孔的发泡铝换热镀层，具有低熔点(低于TiH2剧烈分解温度)、高活性(同时兼具对钢材与TiH2发泡剂的优良润湿性)、低镀覆温度(比森基米尔法热浸镀温度低约100℃)、重复性好、绿色(免用助镀剂)等优点。
对比例1
本对比例与实施例6的制备方法基本相同，不同之处仅在于：采用Mg的含量为0％。
对比例2
本对比例与实施例6的制备方法基本相同，不同之处仅在于：采用Mg的含量为1％。
对比例3
本对比例与实施例6的制备方法基本相同，不同之处仅在于：采用Mg的含量为4％。
为了说明实施例6制成的开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的有益技术效果，对铝基镀层中Mg含量对TiH2发泡剂分布均匀性及发泡均匀性影响效果进行相关性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：
表1各实验组中铝基镀层中Mg含量对TiH2发泡剂分布均匀性及发泡均匀性影响效果
实验组 结果
实施例6 TiH2发泡剂漂浮在液相表面，即使搅拌也难混入
对比例1 TiH2发泡剂分散不均匀，发泡分布不均匀
对比例2 TiH2发泡剂分散均匀，发泡孔分布均匀
对比例3 Al-Mg系与Zn-Mg系IMC过厚
如表1所示，铝基镀层中Mg的含量对TiH2发泡剂分布的均匀性影响明显。Mg的含量为0％时，TiH2发泡剂漂浮在液相表面，即使搅拌也难混入。Mg的含量在0％以上，才能保证搅拌熔体时TiH2发泡剂混入液相表面。Mg的含量为1％时，TiH2发泡剂分散不均匀，发泡分布不均匀。但Mg的含量过高(4％)会导致Al-Mg系与Zn-Mg系IMC过厚。当Mg的含量为2％时，TiH2发泡剂分散均匀，发泡孔分布均匀，证实了对亚共晶铸铝ZL101用25％的高Zn与2％的低Mg进行合金化后，在610℃-630℃下(远低于森吉米尔法的720-800℃)制备发泡铝前驱体并对其发泡，能够分散TiH2发泡剂、降低熔点，实现在低温下制备发泡铝前驱体，并能在低温下均匀发泡，可避免TiH2发泡剂过早分解并抑制Al-Fe界面脆性IMC的生长过厚。
图3为TiH2发泡剂在搅拌液相混粉所制备的前驱体(ZL101-25Zn-2Mg)中沿富Zn低熔点晶界分布特征(放大200倍)，图4为TiH2发泡剂在搅拌液相混粉所制备的前驱体(ZL101-25Zn-2Mg)中沿富Zn低熔点晶界分布特征(放大500倍)，参考图3至图4，低温熔体搅拌混粉所得前驱体基体(加入TiH2发泡剂但尚未分解发泡)中TiH2发泡剂存在于晶界位置。对ZL101-25Zn-2Mg镀层基体，在610℃保温中对熔体与预氧化过的TiH2发泡剂持续搅拌5min，以均匀分散加入的TiH2发泡剂。金相观察表明，一方面，采用ZL101-25Zn-2Mg发泡铝基体配比，能够在610℃低温下，利用熔体搅拌法使TiH2发泡剂均匀分布在此发泡铝前驱体中；另一方面，TiH2发泡剂在发泡铝前驱体中沿低熔点晶界分布，分布均匀性较好，这为之后利用半固态晶界联孔发泡制备微小开孔换热铝基镀层提供了优良的准备条件。
可选的，发泡剂还可以为氢化锆或碳酸钙等，增粘剂还可以为金属钙或碳化硅粉等。Al-Zn-Si-Mg系基体合金制备过程中还可以添加铝钛硼、铝锶等变质剂与Al-5Ti、Al-10Ti、Al-5Ti-1B等细化剂，进一步优化镀层组织。
可选的，S104、将发泡铝前驱体升温至620℃-640℃下保温5min进行发泡，则制得块体发泡铝。
可选的，S105、将Al-Zn-Si-Mg系基体合金直接用作钎料。钎料包括钢材/铝材异种组合、钢/钢同种组合、Al/Al同种组合，具有熔点低、润湿性好、IMC薄的优势。由于亚共晶组分特征明显，易出现“熔析”，为此，作为钎料使用时宜采用“预置”的方式。
实施例7
本实施例提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，其与实施例6基本相同，不同的是，S102中制备发泡铝前躯体的制备方法还可以为：
S1023、制备发泡铝前躯体，按照发泡铝前躯体质量百分比将组成组分原材料配料，TiH2发泡剂在450℃下预氧化20min，接着升温至550℃下保温10min，待Al-Zn-Si-Mg系基体合金冷却至室温，通入5L/min的氩气保护气流将Al-Zn-Si-Mg系基体合金升温至610℃下重熔，通入3L/min的氩气保护气流将TiH2发泡剂与Al2O3增粘剂加入到Al-Zn-Si-Mg系基体合金后，通入5L/min的氩气保护气流在610℃～630℃下采用直径为30mm的四叶搅拌叶片以速度为1500r对TiH2发泡剂搅拌快速分散5min，在5L/min的氩气保护气流下停止加热冷却至室温，制得发泡铝前驱体；
S103、制备微小开孔换热铝基镀层；
S1031、制备微小开孔换热铝基镀层，将混合均匀好的发泡铝前驱体加热到630℃并保温1min进行半固态晶界联孔发泡，制得微小开孔换热铝基镀层并对
Figure BDA0003901723570000131
钢管内壁的镀覆。
可以理解的是，一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体整体制备流程概述为：将TiH2发泡剂预氧化处理，抑制TiH2发泡剂过早分解，并改善与含Mg液相的润湿性、分布均匀性；基体重熔后加入预氧化过的TiH2发泡剂快速搅拌混合分散，制得含TiH2发泡剂的发泡铝前驱体。搅拌制备发泡铝前驱体温度设置为610℃，此温度低于TiH2发泡剂的剧烈分解温度(大约650℃左右)，且此低温条件下以亚共晶铸铝ZL101为基础组元，综合利用Zn及Mg对亚共晶铸铝ZL101进行合金化制备钢用低熔点镀层，共晶组分虽熔点低但晶内与晶界熔点相同，亚共晶在初生α-Al晶界之间有独立稳定的低熔点晶界，镀层基体仍能保持液态，为TiH2发泡剂的分散均匀创造有利条件。并且为避免高温下TiH2发泡剂虽易于分解发泡、所发泡的孔径大，但粘度低、孔壁易流溃、表面张力与孔壁流溃易回填泡孔、闭孔多、开孔存活数量随之减少等难点，利用半固态条件下低熔点晶界的贯通性获得曲折的微小开孔换热镀层，可满足制备微小、开孔型泡沫铝薄镀层。在半固态低温条件下适当保温，TiH2发泡剂分解释放氢气体也能排开熔点相对较低的晶界液相，在晶界区域形成微小泡孔。
为了说明实施例7制成的开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的有益技术效果，对铝基镀层基体中Mg含量对TiH2发泡剂润湿性及微小开孔发泡效果进行相关性能测试，测试方法如下：
经润湿性宏观测试观察钢管内壁镀覆宏观成形情况，本实施例中开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体即使在未使用助镀剂、低温(即远低于森吉米尔法的热浸镀温度)、短时间的情况下也能润湿钢管内壁，且未观察到漏镀缺陷，具有低温、绿色、高效的优势。
经观察微小开孔发泡效果情况，图5为发泡处理后镀层内形成的“沿晶界互联微小开孔”以及铝基镀层/钢管基体界面致密组织(放大200倍)，图6为发泡处理后镀层内形成的“沿晶界互联微小开孔”以及铝基镀层/钢管基体界面致密组织(放大500倍)，参考图5至图6，微观组织可证实：(1)镀层/钢管基体界面致密，无润湿性不良导致的空洞或微间隙缺陷；(2)镀层总厚度为50μm-100μm，其中界面IMC厚度约10μm，表明液态铝镀层与钢基体发生了良好润湿与较为明显的扩散，且两者厚度均较小，有利于缓和热应力的影响；(3)在镀层内，沿富Zn的低熔点晶界(白色发亮的区域为富Zn的低熔点晶界)，获得了沿晶界的微小、互联开孔，证明了添加Zn能促进低温下沿低熔点晶界发泡从而获得微小互联开孔；所得镀层内沿α-Al晶界分布的“晶界互联微孔”形状不规则；其孔径主要分布在10μm-50μm范围，孔总长度主要分布在50μm～100μm范围，能围绕跨越数个α-Al晶粒的晶界；钢管表面的Al液镀层结晶时，位于钢管基体一侧因界面润湿性好而呈现非自发结晶特征。当镀层较厚时，在铝合金镀层表层的自发形核结晶区域，利用高Zn组分特征人为促使产生大量后期结晶的富Zn晶界，尚未分解发泡的剩余TiH2发泡剂与Zn液被排斥向晶界，大量富Zn的晶界区域仍保持液态，熔点低、流动性好、易于排空，图3至图4中已观察不到TiH2发泡剂，证明其已分解被发泡孔所替代，尤其是这些最后凝固的富Zn液态晶界“贯通性”优良，见图3至图4中的“白色”晶界区域，TiH2发泡剂分解释放的气体能沿曲折的液态晶界直接排出或利用气泡呈链状联通而分段排出，最终有利于获得“开孔”。
经沸水传热试验观察钢管内壁镀覆宏观成形情况，可观察到本实施例即使水温由100℃降至80℃，依然能有连续密集的小型气泡从钢管内壁产生上浮，证明了铝基的多孔镀层改善了钢管的换热能力。
可选的，发泡剂还可以为氢化锆或碳酸钙等，增粘剂还可以为金属钙或碳化硅粉等。Al-Zn-Si-Mg系基体合金制备过程中还可以添加铝钛硼、铝锶等变质剂与Al-5Ti、Al-10Ti、Al-5Ti-1B等细化剂，进一步优化镀层组织。
可选的，S104、将发泡铝前驱体升温至620℃-640℃下保温5min进行发泡，则制得块体发泡铝。
可选的，S105、将Al-Zn-Si-Mg系基体合金直接用作钎料。钎料包括钢材/铝材异种组合、钢/钢同种组合、Al/Al同种组合，具有熔点低、润湿性好、IMC薄的优势。由于亚共晶组分特征明显，易出现“熔析”，为此，作为钎料使用时宜采用“预置”的方式。
实施例8
对于特殊的钢管内流动介质，对镀层耐磨性、界面结合要求更高的场合，本实施例提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，向镀层基体中添加少量对钢材润湿能力优异的镍基钎料BNi-2，包括：发泡铝前躯体包括以下质量百分比的组分：Al2O3增粘剂为1wt.％、TiH2发泡剂为1wt.％、余量为Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金；Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金包括以下质量百分比的组分：Zn为10wt.％、Si为4wt.％、Mg为1wt.％、Ni为0.5wt.％、B为0.06wt.％、Al为84.44wt.％；Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金为无孔致密防腐铝基镀层；将发泡铝前躯体进行半固态晶界联孔发泡的微小开孔换热铝基镀层。
实施例9
实施例9提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，其与实施例8基本相同，不同的是，Al2O3增粘剂为2wt.％、TiH2发泡剂为2wt.％，Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金的质量百分比为：Zn为11wt.％、Si为5wt.％、Mg为2wt.％、Ni为0.6wt.％、B为0.07wt.％、Al为81.33wt.％。
实施例10
实施例10提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，其与实施例8基本相同，不同的是，Al2O3增粘剂为3wt.％、TiH2发泡剂为3wt.％，Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金的质量百分比为：Zn为15wt.％、Si为6wt.％、Mg为3wt.％、Ni为0.7wt.％、B为0.08wt.％、Al为75.22wt.％。
实施例11
实施例11提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，其与实施例8基本相同，不同的是，Al2O3增粘剂为4wt.％、TiH2发泡剂为4wt.％，Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金的质量百分比为：Zn为18wt.％、Si为7wt.％、Mg为4wt.％、Ni为0.8wt.％、B为0.09wt.％、Al为70.11wt.％。
实施例12
实施例12提供一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体，其与实施例8基本相同，不同的是，Al2O3增粘剂为5wt.％、TiH2发泡剂为5wt.％，Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金的质量百分比为：Zn为20wt.％、Si为8wt.％、Mg为5wt.％、Ni为0.9wt.％、B为0.1wt.％、Al为66wt.％。
可以理解的是，Zn含量为10wt.％～40wt.％，在显著降低镀层固相线以增宽固相线与液相线温差范围的同时，并与镀层熔化范围以及TiH2发泡剂分解发泡范围有一定“交集”，从而保证可在“微熔与半固态”低温下，“沿晶界”分布的TiH2发泡剂可以分解发泡，避免高温闭孔。Si含量为4wt.％～12wt.％，其含量落在亚共晶区域，利用Si抑制“界面”Al-Fe二元脆性金属间化合物(IMC)增厚，在镀层“内部”形成低熔点晶界，为半固态低温晶界发泡创造组织条件。Mg含量为1wt.％～5wt.％，含量控制在5000系Al合金中Mg含量之下，以减少含Mg脆性相，并利用活泼的液态Mg原子能与预氧化后的固态TiH2发泡剂表面氧化膜反应的特征，改善铝液对TiH2发泡剂的润湿性，使TiH2发泡剂能经搅拌后均匀分散于Al基液相内，促使均匀发泡。Ni含量为0.5wt.％～2wt.％和B含量为<0.1wt.％，巩固界面去膜与结合，利用B去除钢材表面氧化膜，同时利用Ni元素与Fe同族元素，物理相容性好，在去膜后易于沉积在Fe表面，强化液态镀层与Fe基体的界面链接，并抑制Al-Fe接触扩散与Al-Fe类IMC厚度。此外，用Ni元素改善镀层的耐磨性、光亮度，改善产品外观与寿命，并起到一定的“增粘”作用，有利于发泡孔的存活。在低温下将Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金直接用作IMC薄、热应力低的钢材无孔致密防腐铝基镀层，具有镀覆温度低、润湿性好、免用助镀剂的优点。在低温下(比森吉米尔法的720-800℃低约100℃)，在钢管内部重熔含TiH2发泡剂的发泡铝前躯体，并利用高Zn型前躯体基体对钢管内壁的润湿、微熔与半固态晶界发泡制备在钢管内壁具有沿晶界互通和联通的微小开孔的发泡铝换热镀层。
实施例13
本发明还一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的制备方法，图2是本发明提供的Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金开孔型铝基镀层的半固态晶界联孔发泡铝前驱体制备方法的整体流程示意图，请参考图2，包括如下步骤：
S201、制备Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金；
S2011、Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金原材料备料：Al、Si原材料为商用ZL101棒料，直径为10mm；Zn原材料为商用Zn棒料料，直径为14mm；Mg原材料为商用镁合金AZ31棒料，直径为10mm；Ni-B母合金原材料为镍基钎料BNi-2；
S2012、Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金配比：基于前期可行性实验，Zn含量保持在25％不变；AZ31的含量为2％；镍基钎料BNi-2含量为2％；其余为ZL101；
S2013、制备Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金，将镍基钎料BNi-2制成长条状放置于陶瓷坩埚底部，在5L/min～10L/min氩气保护气流下将ZL101棒料与镍基钎料BNi-2升温至1100～1200℃下保温20min～30min进行均匀化，待降温至700～750℃加入AZ31棒料与Zn棒料料保温20min～30min进行均匀化，制得Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金；
S202、制备发泡铝前躯体；
S2021、发泡铝前躯体配比：TiH2发泡剂含量为2.5％；Al2O3增粘剂的含量为1.5％；其余为Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金；
S2022、制备发泡铝前躯体，按照发泡铝前躯体质量百分比将组成组分原材料配料，TiH2发泡剂在450℃下预氧化20min，接着升温至550℃下保温10min，通入5L/min的氩气保护气流待Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金降温至610℃，通入3L/min的氩气保护气流将预氧化的TiH2发泡剂与Al2O3增粘剂“吹入”不锈钢坩埚中的低熔点液相中，通入5L/min的氩气保护气流在610℃-630℃下采用直径为30mm的四叶搅拌叶片以速度为1500r对TiH2发泡剂分散5min，在5L/min的氩气保护气流下停止加热冷却至室温，制得发泡铝前驱体；
S203、制备微小开孔换热铝基镀层；
S2031、制备微小开孔换热铝基镀层，将混合均匀好的发泡铝前驱体加热到630℃并保温1min进行半固态晶界联孔发泡，制得微小开孔换热铝基镀层。
可以理解的是，以亚共晶铸铝ZL101为基础组元，具有明显的、丰富的、发达的低熔点晶界部分，综合利用Zn及Mg对亚共晶铸铝ZL101进行合金化制备钢用低熔点镀层。首先，亚共晶铸铝ZL101具有固相线与液相线温差大(约为615℃-555℃＝60℃)，并能在初生α-Al晶粒之间提供大量Al-Si共晶型低熔点晶界，可作为潜在的互联、微细、开孔的发泡位置的优势，因此适用于“半固态晶界发泡”。其次，在亚共晶铸铝ZL101基础上加入高Zn进行合金化，降低熔点的同时，进一步增大固相线与液相线温度区间，将低熔点晶界增密及增厚以作为TiH2发泡剂的预存位置，避免TiH2发泡剂在发泡铝前驱体制备阶段因液相温度过高而过早分解，降低熔化温度并使之与TiH2分解范围有一定交集，为半固态晶界发泡制备微小开孔换热镀层创造条件，并改善对钢基材的润湿性，降低镀覆温度，抑制Al-Fe二元IMC与热应力以及节能等。再次，加Mg改善对预氧化TiH2发泡剂的润湿性，使之在液态铝基镀层中分布更趋均匀。最后，加入对钢材润湿性优异的镍基钎料BNi-2，进一步“巩固”对钢材基体的润湿性，并提高镀层的耐磨性。制备发泡铝前驱体，预氧化TiH2发泡剂可以抑制其过早分解，并改善与含Mg液相的润湿性、分布均匀性；以及选定610℃低温作为搅拌制备发泡铝前驱体温度，原因在于：此温度低于TiH2发泡剂的剧烈分解温度(因条件有异，大约650℃左右)；并且此低温条件下，以亚共晶铸铝ZL101为基础组元，综合利用Zn及Mg对亚共晶ZL101进行合金化制备钢用低熔点镀层，共晶组分虽熔点低但晶内与晶界熔点相同，亚共晶在初生α-Al晶界之间有独立稳定的低熔点晶界，镀层基体仍能保持液态，为TiH2发泡剂的分散均匀创造有利条件。制备微小开孔换热铝基镀层，将混合均匀好的发泡铝前驱体加热到630℃并保温1min进行低温半固态晶界发泡，制得微小开孔换热铝基镀层；在低温下，在钢管内部重熔含TiH2发泡剂的发泡铝前躯体，并利用高Zn型前躯体基体对钢管内壁的润湿、微熔与半固态晶界发泡，制得在钢管内壁微小、互联、开孔式发泡铝换热镀层，具有低熔点(低于TiH2剧烈分解温度)、高活性(同时兼具对钢材与TiH2发泡剂的优良润湿性)、低镀覆温度(比森基米尔法热浸镀温度低约100℃)、重复性好、绿色(免用助镀剂)等优点。
可以理解的是，本实施例采用含Ni-B镀层基体采用分步熔炼方法，由于Zn和Mg的沸点较低，为防止900℃以上高温熔炼过程中出现Zn、Mg元素的大量烧损，先在1150℃×20min高温条件下熔炼BNi-2箔带和ZL101棒料；投料与布料时，将BNi-2箔带剪成小条状放置于陶瓷坩埚底部，便于被ZL101液相所覆盖及溶解，防止长条状的BNi-2露出液面部分因热场不均匀使得难以熔化和溶解；熔炼与混粉ZL101-25Zn-2Mg合金，待中间合金冷却到700℃时，再加入Zn棒料与AZ31棒料，维持700℃下保温20min进行均匀化。需要说明的是，熔炼过程中不能使用不锈钢(SUS)坩埚，以避免SUS被BNi-2腐蚀出针孔，导致高温下Al基液相由针孔迅速流失。Ni的加入使镀层熔点升高，则须配套强化预氧化预处理、适量增加发泡剂与增粘剂。
对比例4
本对比例与实施例13的制备方法基本相同，不同之处仅在于：不含Ni基。
对比例5
本对比例与实施例13的制备方法基本相同，不同之处仅在于：Ni基含量为0.5％。
对比例6
本对比例与实施例13的制备方法基本相同，不同之处仅在于：Ni基含量为1％。
对比例7
本对比例与实施例13的制备方法基本相同，不同之处仅在于：Ni基含量为1.5％。
对比例8
本对比例与实施例13的制备方法基本相同，不同之处仅在于：Ni基含量为4％。
为了说明实施例13制成的开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的有益技术效果，对添加BNi-2对改善钢管内外壁润湿性以及镀覆效果进行相关性能测试测试方法如下：，
经加Ni与不加Ni坐滴法润湿性结果对比，实施例13中加2％的BNi-2与对比例4未加BNi-2相比铺展面积增大、接触角更小、润湿性得到改善。
经镀覆效果对比，实施例13与对比例5-7在少量添加BNi-2后，镀层致密、光亮、均匀、无缺陷。
坐滴法测试与实际镀覆结果均表明，适量添加BNi-2能进一步起到改善润湿性的效果，润湿性稳定。但熔点有所升高，因此BNi-2的加入含量不能过高，控制Ni基含量在0.5-2％范围内即可。
本实施例的Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金，对于不加TiH2发泡剂在钢板表面制备的无孔致密防腐铝基镀层，对钢基体润湿性优良可靠，免用助镀剂或钎剂，且镀覆温度(620℃±10℃)远低于传统熔剂法与森基米尔法的热浸镀铝的温度(720-800℃)，耐磨性优于纯铝镀层；对于加TiH2发泡剂制备的发泡铝前驱体，对TiH2发泡剂润湿性优良，且发泡温度低、发泡均匀；对于加TiH2发泡剂在钢材表面制备的微小开孔换热铝基镀层，尤其是在换热器钢管内壁以及外壁制备多孔覆层，可强化换热效率。
需要说明的是，S202中制备发泡铝前躯体的制备方法还可以为：
S2023、制备发泡铝前躯体，按照发泡铝前躯体质量百分比将组成组分原材料配料，TiH2发泡剂在450℃下预氧化20min，接着升温至550℃下保温10min，待Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金冷却至室温，通入5L/min的氩气保护气流将Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金升温至610℃下重熔，通入3L/min的氩气保护气流将TiH2发泡剂与Al2O3增粘剂加入到Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金后，通入5L/min的氩气保护气流在610℃～630℃下采用直径为30mm的四叶搅拌叶片以速度为1500r对TiH2发泡剂搅拌快速分散5min，在5L/min的氩气保护气流下停止加热冷却至室温，制得发泡铝前驱体。
可选的，发泡剂还可以为氢化锆或碳酸钙等，增粘剂还可以为金属钙或碳化硅粉等。Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金制备过程中还可以添加铝钛硼、铝锶变质剂等变质剂与Al-5Ti、Al-10Ti、Al-5Ti-1B等细化剂，进一步优化镀层组织。
可选的，S204、将发泡铝前驱体升温至620℃-640℃下下保温5min进行发泡，则制得块体发泡铝。
可选的，S205、将Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金直接用作钎料：包括钢材/铝材异种组合、钢/钢同种组合、Al/Al同种组合的钎料，具有熔点低、润湿性好、IMC薄的优势。由于亚共晶组分特征明显，易出现“熔析”，为此，作为钎料使用时宜采用“预置”的方式。
通过上述实施例可知，本发明提供的开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法，至少实现了如下的有益效果：
本发明提供的开孔型铝基镀层及所用发泡铝前驱体的组分与制备方法，以亚共晶铸铝ZL101棒料为原材料，相比铝粉末具有经济、易操作、无粉尘污染、能抑制Al-Fe脆性金属间化合物等优势，制备具有低熔点(避免TiH2过早分解、节能)、高活性(润湿性优良)、无孔致密防腐铝基镀层、微小开孔换热铝基镀层与发泡铝前躯体，制备成本低；在润湿性方面可以兼顾润湿钢材基体及TiH2发泡剂粉末，前者消除漏镀及虚镀缺陷，后者有利于TiH2发泡剂分布与发泡的均匀性；在熔化温度优化方面降低固相线以解决以下三项问题：一是大幅降低熔点至TiH2发泡剂剧烈分解温度之下，避免TiH2发泡剂在制备发泡铝前躯体阶段过早分解；二是降低熔点也有利于改善对钢管基体的润湿性；三是增大固相线与液相线温差范围以增大扩充位于α-Al晶界的低熔点晶界部分，为发泡铝前躯体中的TiH2发泡剂提供更多的预存位置，进而为利用“半固态晶界连通发泡”以获得更多“沿晶开孔”创造了有利条件，可在微熔与半固态低温下沿低熔点晶界均匀发泡获得互通和联通的微小开孔的微小开孔换热铝基镀层，保证了换热器钢管内流动介质沿此晶界开孔的流入与流出，提高管内液流介质吸热沸腾的换热效率。对于镀层耐磨性、界面结合要求更高的场合，进一步添加少量对钢材润湿性优异的镍基钎料BNi-2，达到同时添加Ni与B的目的，制备具有高Zn、中Si、低Mg、低Ni、微B组分特征的低熔点高活性无孔致密防腐铝基镀层、微小开孔换热铝基镀层或发泡铝前躯体，增强界面结合与镀层耐磨性。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的制备方法，其特征在于，包括:
制备Al-Zn-Si-Mg系基体合金，所述Al-Zn-Si-Mg系基体合金包括以下质量百分比的组分：Al为60wt.％～90wt.％、Zn为10wt.％～40wt.％、Si为4wt.％～12wt.％和Mg为1wt.％～5wt.％，将所述Al、所述Zn、所述Si及所述Mg进行打磨，丙酮超声波清洗，放入不锈钢坩埚中加盖，通入5L/min～10L/min的氩气保护气流升温至700℃下保温20min～30min均匀化，制备所述Al-Zn-Si-Mg系基体合金；
制备发泡铝前驱体，所述发泡铝前躯体包括以下质量百分比的组分：增粘剂为1wt.％～5wt.％、发泡剂为1wt.％～5wt.％、余量为所述Al-Zn-Si-Mg系基体合金，所述发泡剂在450℃下预氧化20min，接着升温至550℃下保温10min，通入5L/min的氩气保护气流待所述Al-Zn-Si-Mg系基体合金降温至610℃，通入3L/min的氩气保护气流将所述发泡剂与所述增粘剂加入到所述Al-Zn-Si-Mg系基体合金后，通入5L/min的氩气保护气流在610℃～630℃下采用四叶搅拌叶片以速度为1500r对所述发泡剂搅拌快速分散5min，在5L/min的氩气保护气流下停止加热冷却至室温，制备所述发泡铝前驱体；
制备微小开孔换热铝基镀层，将所述发泡铝前驱体置于钢管内部，升温至610℃～630℃下保温1min并缓冷进行半固态晶界联孔发泡，制备微小开孔换热铝基镀层。
2.一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的制备方法，其特征在于，包括:
制备Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金，所述Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金包括以下质量百分比的组分：Al为65wt.％～90wt.％、Zn为10wt.％～40wt.％、Si为4wt.％～12wt.％、Mg为1wt.％～5wt.％、Ni为0.5wt.％～2wt.％和B为<0.1wt.％，将Ni-B母合金放置于陶瓷坩埚底部，所述Ni-B母合金的原材料为镍基钎料BNi-2，在5L/min～10L/min氩气保护气流下将所述Al、所述Si与所述Ni-B母合金升温至1100℃～1200℃下保温20min～30min进行均匀化，待降温至700℃～750℃加入所述Mg与所述Zn保温20min～30min进行均匀化，制备Al-Zn-Si-Mg-Ni-B合金；
制备发泡铝前驱体，所述发泡铝前躯体包括以下质量百分比的组分：增粘剂为1wt.％～5wt.％、发泡剂为1wt.％～5wt.％、余量为所述Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金，所述发泡剂在450℃下预氧化20min，接着升温至550℃下保温10min，通入5L/min的氩气保护气流待所述Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金降温至610℃，通入3L/min的氩气保护气流将所述发泡剂与所述增粘剂加入到所述Al-Zn-Si-Mg-Ni-B系基体合金后，通入5L/min的氩气保护气流在610℃～630℃下采用四叶搅拌叶片以速度为1500r对所述发泡剂搅拌快速分散5min，在5L/min的氩气保护气流下停止加热冷却至室温，制备所述发泡铝前驱体；
制备微小开孔换热铝基镀层，将所述发泡铝前驱体置于钢管内部，升温至610℃～630℃下保温1min进行半固态晶界联孔发泡，制备微小开孔换热铝基镀层。
3.根据权利要求1或2所述的一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的制备方法，其特征在于，所述Al的原材料与所述Si的原材料为合金ZL101棒料；所述Zn的原材料为Zn棒料；所述Mg的原材料为合金AZ31棒料。
4.根据权利要求1所述的一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的制备方法，其特征在于，所述发泡铝前躯体的制备方法还包括：所述发泡剂表面在450℃下预氧化20min，接着升温至550℃下保温10min，待所述Al-Zn-Si-Mg系基体合金冷却至室温，通入5L/min的氩气保护气流将所述Al-Zn-Si-Mg系基体合金升温至610℃下重熔，通入3L/min的氩气保护气流将所述发泡剂与所述增粘剂加入到所述Al-Zn-Si-Mg系基体合金后，通入5L/min的氩气保护气流在610℃～630℃下采用四叶搅拌叶片以速度为1500r对所述发泡剂搅拌快速分散5min，在5L/min的氩气保护气流下停止加热冷却至室温，制备所述发泡铝前驱体。
5.根据权利要求1或2所述的一种开孔型铝基镀层的发泡铝前驱体的制备方法，其特征在于，制备块体发泡铝，将所述发泡铝前驱体升温至620℃～640℃下下保温5min并缓冷进行发泡，则制备所述块体发泡铝。
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