CN115852219A - 一种高强度复合翅片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及复合翅片技术领域，具体公开了一种高强度复合翅片及其制备方法；所述高强度复合翅片包括芯材和皮材；所述芯材包括如下重量百分比的组份：Si 0.4‑0.7%、Fe 0.2‑0.7%、Cu 0.1‑0.15%、Mn 1.4‑1.8%、Zn 1.3‑1.7%、Zr 0.05‑0.2%、余量为Al；本申请制得的复合翅片焊前、焊后均具有较好的力学强度。
Description
技术领域
本申请涉及复合翅片技术领域，更具体地说，它涉及一种高强度复合翅片及其制备方法。
背景技术
在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。
冷凝器的功能是：制冷剂流过冷凝器时由气体变液体冷凝液化放热，这也是冷凝器的得名。为了提高冷凝器的效率，通常会在冷凝器上钎焊导热性能优良的翅片，加大散热面积加快散热。由此可见，翅片是制作冷凝器的关健原材料之一，冷凝器对于空调能否顺利运转而言，是至关重要的零部件，而在冷凝器上具有散热作用的翅片更是重中之重。
为了响应国家节能减排的号召，很多生产厂商开始减薄冷凝器翅片的厚度，使得冷凝器整体的重量下降；但随着翅片厚度的减薄，翅片本身的强度和对冷凝器的支撑作用也随之降低，在经过钎焊后表现出的抗塌性能有所降低，焊后强度不足，这对冷凝器的生产和实际使用都有较大的影响。
发明内容
为了提高复合翅片的力学强度，本申请提供一种高强度复合翅片及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高强度复合翅片，采用如下的技术方案：
一种高强度复合翅片，包括芯材和皮材；所述芯材包括如下重量百分比的组份：Si0.4-0.7％、Fe 0.2-0.7％、Cu 0.1-0.15％、Mn 1.4-1.8％、Zn 1.3-1.7％、Zr 0.05-0.2％、余量为Al。
通过采用上述技术方案，在本申请的芯材中，Si是非常重要的元素，Si与Fe、Mn一起形成AlFeMnSi系化合物，起到弥散强化的作用，基于本发明的芯材合金，Si含量低于约0.3％，会削弱其应带来的效果，Si含量超过约0.7％，会导致芯材的熔点降低，引起熔融的可能性变高，可能会形成低熔点的共晶相。Mn具有提高强度和钎焊性、耐蚀性的效果，Mn的含量较低时，其带来的效果小，当Mn的含量较高时，会形成大量的含Mn颗粒，影响再结晶过程并影响抗塌陷性能，且大量的含Mn颗粒会影响Mg2Si析出强化的效果。Fe是铝合金中普遍存在的杂质元素。Fe具有易于形成能够成为再结晶晶核尺寸的金属间化合物，使再结晶温度降低的效果。Zr作为合金元素的添加是为了进一步提高合金在钎焊后的强度及控制再结晶晶粒的大小。
作为优选，所述芯材包括如下重量百分比的组份：Si 0.5-0.6％、Fe 0.4-0.6％、Cu0.12-0.14％、Mn 1.6-1.7％、Zn 1.4-1.6％、Zr 0.1-0.15％、余量为Al。
通过采用上述技术方案，本申请通过优化芯材中各个组分之间的配比，使制得的复合翅片具有较好的力学性能，其中，复合翅片焊前、焊后的抗拉强度和屈服强度均较好。
作为优选，所述皮材包括上皮材和下皮材。
通过采用上述技术方案，本申请将皮材分为上皮材和下皮材，将上皮材和下皮材分别复合在芯材两侧，制备复合翅片时，芯材受到上皮材和下皮材的保护而免受钎料的熔蚀，从而使芯材合金保持其很高的强度，从而保证了复合翅片的强度不受影响。
作为优选，所述上皮材和下皮材分别包括如下重量百分比的组份：Si 6.8-8.2％、Fe0.2-0.8％、Cu 0.1-0.25％、Mn 0.02-0.1％、Zn 0.05-0.2％、余量为Al。
通过采用上述技术方案，由于在钎焊时，钎焊层会熔化掉，材料的整体厚度在钎焊后会降低，那么翅片对冷凝器整体的支撑作用也会降低。本申请降低了皮材的比例，也就相当于增加了翅片料钎焊后的厚度，对冷凝器的支撑作用有所加强，降低复合率的同时也减少了钎焊时皮材对芯材的Si渗透，变相得加强了芯材的强度，从而提高的材料的焊后强度，减少变形。
第二方面，本申请提供一种高强度复合翅片的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高强度复合翅片的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备芯材：按芯材组分配方配置原料进行熔炼、精炼、在线除渣除气后半连续铸造成芯材；
S2、制备皮材：按皮材组分配方配置原料进行熔炼、精炼、在线除渣除气后半连续铸造成皮材扁锭；
S3、将芯材、皮材复合按照上皮材/芯材/下皮材的顺序复合在一起，在480-520℃的温度条件下热轧复合，热轧终轧温度为320-360℃；
S4、冷轧退火：将S3中得到的热轧卷材进行冷轧和退火，切边后得到退火材料；
S5、制成成品：将退火材料冷轧，得到高强度复合翅片。
通过采用上述技术方案，本申请采用上述工艺步骤，芯材合金可以有效的形成长条状晶粒组织，随着大量大角度晶界的产生，双金属之间元素互相扩散的介质通道大大减少，有效的抑制了芯材合金与皮材合金之间的元素互扩散，提高了复合翅片的焊后力学强度。
作为优选，所述步骤S4中退火条件为：控制温度为450-500℃，保温时间为8-36h。
通过采用上述技术方案，本申请将退火温度控制在450-500℃范围内，保温时间控制在8-36h范围内，在该范围内制得的复合翅片的焊前和焊后力学强度均较好。
作为优选，所述步骤S4中冷轧和退火重复1-2次。
通过采用上述技术方案，本申请的步骤S4中冷轧和退火重复1-2次，提高了芯材与皮材之间的结合强度，从而使制得的复合翅片焊后强度也有所提高。
作为优选，所述步骤S2中皮材经铣面后，进炉480-520℃加热，热轧成所需的厚度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、在本申请的芯材中，Si是非常重要的元素，Si与Fe、Mn一起形成AlFeMnSi系化合物，起到弥散强化的作用，基于本发明的芯材合金，Si含量低于约0.3％，会削弱其应带来的效果，Si含量超过约0.7％，会导致芯材的熔点降低，引起熔融的可能性变高，可能会形成低熔点的共晶相。Mn具有提高强度和钎焊性、耐蚀性的效果，Mn的含量较低时，其带来的效果小，当Mn的含量较高时，会形成大量的含Mn颗粒，影响再结晶过程并影响抗塌陷性能，且大量的含Mn颗粒会影响Mg2Si析出强化的效果。Fe是铝合金中普遍存在的杂质元素。Fe具有易于形成能够成为再结晶晶核尺寸的金属间化合物，使再结晶温度降低的效果。Zr作为合金元素的添加是为了进一步提高合金在钎焊后的强度及控制再结晶晶粒的大小。
2、本申请采用上述工艺步骤，芯材合金可以有效的形成长条状晶粒组织，随着大量大角度晶界的产生，双金属之间元素互相扩散的介质通道大大减少，有效的抑制了芯材合金与皮材合金之间的元素互扩散，提高了复合翅片的焊后力学强度。
3、本申请制得的高强度复合翅片，对其焊前、焊后力学性能进行检测，其中，焊前抗拉强度可达到225MPa，屈服强度可达到190MPa，焊后抗拉强度可达到165MPa，屈服强度可达到135MPa，说明复合翅片焊前、焊后的力学强度均有所增强。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1-4
制备例1-4的一种芯材原料，其各组份及各组份用量如表1所示，其制备步骤如下：根据各组分用量，将各组分进行混合，制得芯材原料。
表1制备例1-4的芯材原料各组份用量(kg)
| 制备例1 | 制备例2 | 制备例3 | 制备例4 | |
| Si | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 |
| Fe | 0.7 | 0.6 | 0.4 | 0.2 |
| Cu | 0.1 | 0.12 | 0.14 | 0.15 |
| Mn | 1.8 | 1.7 | 1.6 | 1.4 |
| Zn | 1.3 | 1.4 | 1.6 | 1.7 |
| Zr | 0.2 | 0.15 | 0.1 | 0.05 |
| Al | 95.5 | 95.53 | 95.56 | 95.8 |
制备例5-7
制备例5-7的一种皮材原料，其各组份及各组份用量如表1所示，其制备步骤如下：根据各组分用量，将各组分进行混合，制得皮材原料。
表1制备例5-7的芯材原料各组份用量(kg)
| 制备例5 | 制备例6 | 制备例7 | |
| Si | 6.8 | 7.5 | 8.2 |
| Fe | 0.8 | 0.4 | 0.2 |
| Cu | 0.1 | 0.2 | 0.25 |
| Mn | 0.1 | 0.05 | 0.02 |
| Zn | 0.05 | 0.1 | 0.2 |
| Al | 92.15 | 91.75 | 91.13 |
实施例
实施例1
一种高强度复合翅片，其制备步骤如下：
S1、制备芯材：按芯材组分配方配置原料，在温度为730℃下进行芯层合金熔炼，熔炼过程中采用多级除气净化进行除气处理；在温度为690℃下进行芯层合金熔体铸造，经过铣面及表面处理后铸造成芯材待用；
S2、制备皮材：按皮材组分配方配置原料，在温度为720℃下进行皮材熔炼，熔炼过程中采用多级除气净化进行除气处理；在温度为640℃下，进行包覆层合金熔体铸造，然后在温度为350-450℃下保温8-36小时后，去应力退火，经铣面处理，然后进炉在480℃的温度下加热，热轧成所需的厚度，锯切、表面处理后铸造成皮材待用；
S3、将芯材、皮材复合按照上皮材/芯材/下皮材的顺序复合在一起，在480℃的温度条件下进炉加热、热轧成卷材，热轧终轧温度为320℃；
S4、冷轧退火：将S3中得到的热轧卷材冷轧，然后在进行退火，退火温度为450℃，保温时间为8h，冷轧和退火重复1次，切边后进行完全退火，得到退火材料；
S5、制成成品：将退火材料冷轧，得到高强度复合翅片。
其中，芯材来自制备例1，皮材来自制备例5，皮材在复合翅片中的占比为8％。
实施例2
一种高强度复合翅片，与实施例1的不同之处在于，芯材来自制备例2，其余步骤与实施例1均相同。
实施例3
一种高强度复合翅片，与实施例1的不同之处在于，芯材来自制备例3，其余步骤与实施例1均相同。
实施例4
一种高强度复合翅片，与实施例1的不同之处在于，芯材来自制备例4，其余步骤与实施例1均相同。
实施例5
一种高强度复合翅片，与实施例3的不同之处在于，皮材来自制备例6，其余步骤与实施例3均相同。
实施例6
一种高强度复合翅片，与实施例3的不同之处在于，皮材来自制备例7，其余步骤与实施例3均相同。
实施例7
一种高强度复合翅片，与实施例5的不同之处在于，步骤S4中退火条件为：控制温度为480℃，保温时间为8h，其余步骤与实施例5均相同。
实施例8
一种高强度复合翅片，与实施例5的不同之处在于，步骤S4中退火条件为：控制温度为500℃，保温时间为8h，其余步骤与实施例5均相同。
实施例9
一种高强度复合翅片，与实施例7的不同之处在于，步骤S4中退火条件为：控制温度为480℃，保温时间为24h，其余步骤与实施例7均相同。
实施例10
一种高强度复合翅片，与实施例7的不同之处在于，步骤S4中退火条件为：控制温度为480℃，保温时间为36h，其余步骤与实施例7均相同。
实施例11
一种高强度复合翅片，与实施例10的不同之处在于，步骤S4中冷轧和退火重复2次，其余步骤与实施例10均相同。
对比例
对比例1
一种高强度复合翅片，与实施例3的不同之处在于，皮材在复合翅片中的占比为10％，其余步骤与实施例3均相同。
对比例1
一种高强度复合翅片，与实施例1的不同之处在于，步骤S4中退火条件为：控制温度为350℃，保温时间为8h，其余步骤与实施例1均相同。
对比例2
一种高强度复合翅片，与实施例1的不同之处在于，步骤S4中退火条件为：控制温度为350℃，保温时间为36h，其余步骤与实施例1均相同。
对比例3
一种高强度复合翅片，与实施例1的不同之处在于，步骤S4中退火条件为：控制温度为550℃，保温时间为8h，其余步骤与实施例1均相同。
对比例4
一种高强度复合翅片，与实施例1的不同之处在于，步骤S4中退火条件为：控制温度为550℃，保温时间为36h，其余步骤与实施例1均相同。
对比例5
一种高强度复合翅片，与实施例11的不同之处在于，步骤S4中冷轧和退火重复4次，其余步骤与实施例11均相同。
性能检测试验
检测方法/试验方法
对实施例1-11和对比例1-6制得的高强度复合翅片进行性能检测，检测结果如下表3所示。
取以上成品样条先进行钎焊前力学性能测试，然后分别对相应的样条按605℃×5min进行高温模拟钎焊。
焊前力学性能测试：按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》中记载的检测方法对制得的复合翅片进行抗拉强度和屈服强度测试。
焊后力学性能测试：按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》中记载的检测方法对测定钎焊后的复合翅片进行抗拉强度和屈服强度测试。
表3实施例1-11和对比例1-6的检测结果
从表3的检测数据可以看出，本申请制得的高强度复合翅片，其焊前、焊后力学性能均较好。
结合实施例1-4的检测数据可以看出，制备例3的芯材原料配比比较优，采用制备例3的芯材原料制得的高强度复合翅片，焊前、焊后均具有较好的力学性能，其中，焊前抗拉强度达到190MPa，屈服强度达到165MPa，焊后抗拉强度达到138MPa，屈服强度达到114MPa。说明采用制备例3中芯材原料的配比，在一定程度上可提高复合翅片的力学强度。
结合实施例3和实施例5-7的检测数据可以看出，制备例6的皮材原料配比比较优，采用制备例6的皮材原料制得的高强度复合翅片，焊前、焊后均具有较好的力学性能，其中，焊前抗拉强度达到200MPa，屈服强度达到174MPa，焊后抗拉强度达到148MPa，屈服强度达到120MPa。说明采用制备例6中皮材原料的配比，在一定程度上可提高复合翅片的力学强度。
结合实施例5和实施例7-8的检测数据可以看出，制备高强度复合翅片的时候，退火温度对制得的复合翅片的力学性能有影响；当退火时，温度为480℃，保温时间为8h时，制得的复合翅片的焊前、焊后性能均较好，其中，焊前抗拉强度达到210MPa，屈服强度达到182MPa，焊后抗拉强度达到155MPa，屈服强度达到126MPa。
结合实施例7和实施例9-10的检测数据可以看出，制备高强度复合翅片的时候，退火保温时间对制得的复合翅片的力学性能有影响；退火时，保温时间越长，制得的复合翅片的焊前、焊后力学性能越好，其中，当保温时间为36h时，焊前抗拉强度可达到215MPa，屈服强度可达到184MPa，焊后抗拉强度达到158MPa，屈服强度达到130MPa。
结合实施例10、实施例11和对比例6的检测数据可以看出，步骤S4中冷轧和退火重复3次比重复2次制得的复合翅片的性能更好，由对比例5可知，当说明冷轧和退火重复4次时，制得的复合翅片的性能有所下降，说明当步骤S4中冷轧和退火重复3次时，是制备复合翅片的最佳工艺步骤，制得的复合翅片的焊前抗拉强度可达到225MPa，屈服强度可达到190MPa，焊后抗拉强度达到165MPa，屈服强度达到135MPa。
结合实施例1和对比例1的检测数据可以看出，当皮材在复合翅片中的占比提高时，复合翅片的强度有所下降，不利于提高复合翅片的强度。再结合对比例2-5的检测数据可以看出，制备高强度复合翅片时，步骤S4中退火的温度较高或较低，保温时间较长或较短，制得的复合翅片的性能均会有所下降，说明本申请中退火时温度为480℃，保温时间为36h为较优的退火条件，此时，制得的复合翅片的力学性能最好。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种高强度复合翅片，其特征在于，包括芯材和皮材；所述芯材包括如下重量百分比的组份：Si 0.4-0.7%、Fe 0.2-0.7%、Cu 0.1-0.15%、Mn 1.4-1.8%、Zn 1.3-1.7%、Zr 0.05-0.2%、余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种高强度复合翅片，其特征在于：所述芯材包括如下重量百分比的组份：Si 0.5-0.6%、Fe 0.4-0.6%、Cu 0.12-0.14%、Mn 1.6-1.7%、Zn 1.4-1.6%、Zr0.1-0.15%、余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种高强度复合翅片，其特征在于：所述皮材包括上皮材和下皮材。
4.根据权利要求3所述的一种高强度复合翅片，其特征在于：所述上皮材和下皮材分别包括如下重量百分比的组份：Si 6.8-8.2%、Fe 0.2-0.8%、Cu 0.1-0.25%、Mn 0.02-0.1%、Zn0.05-0.2%、余量为Al。
5.一种权利要求1-4任一所述的一种高强度复合翅片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、制备芯材：按芯材组分配方配置原料进行熔炼、精炼、在线除渣除气后半连续铸造成芯材；
S2、制备皮材：按皮材组分配方配置原料进行熔炼、精炼、在线除渣除气后半连续铸造成皮材扁锭；
S3、将芯材、皮材按照上皮材/芯材/下皮材的顺序复合在一起，在480-520℃的温度条件下热轧复合，热轧终轧温度为320-360℃；
S4、冷轧退火：将S3中得到的热轧卷材进行冷轧和退火，切边后得到退火材料；
S5、制成成品：将退火材料冷轧，得到高强度复合翅片。
6.根据权利要求5所述的一种高强度复合翅片的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中退火条件为：控制温度为450-500℃，保温时间为8-36h。
7.根据权利要求5所述的一种高强度复合翅片的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中冷轧和退火重复1-2次。
8.根据权利要求5所述的一种高强度复合翅片的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中皮材经铣面后，进炉480-520℃加热，热轧成所需的厚度。
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| JP2001105173A (ja) * | 1999-09-30 | 2001-04-17 | Mitsubishi Alum Co Ltd | 熱交換器用アルミニウム合金複合材料とその製造方法 |
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2022
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