CN115927920B - 一种高强度耐腐蚀的水冷板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及水冷板技术领域，具体公开了一种高强度耐腐蚀的水冷板及其制备方法。一种高强度耐腐蚀的水冷板，其包括如下元素：硅、铁、铜、锰、镁、锌、铬和钛，余量为铝和不可避免的杂质。本申请得到的水冷板厚度为1.2mm，与3003铝板作为水冷板芯层相比，降低了厚度，减轻了水冷板重量；且水冷板的抗拉强度、屈服强度和延伸率最高分别为164MPa、85MPa和34%，经过盐溶液浸泡24h后，质量损失率最低分别为0.23%，提高了水冷板的耐腐蚀性。

Description

一种高强度耐腐蚀的水冷板及其制备方法

技术领域

本申请涉及水冷板领域，更具体地说，它涉及一种高强度耐腐蚀的水冷板及其制备方法。

背景技术

近几年，随着国家鼓励研发高密度、大功率和快速充放的新能源动力电池，传统风冷已无法满足新能源动力电池的散热需求。水冷相对于风冷更加高效，被广泛应用于新能源领域。水冷板是新能源汽车的热管理系统的重要组成部件，其内部含有流动的冷却液，与电池表面接触，可将电池热量带走并进行热交换，从而对电池起到散热的作用。

新能源汽车电池的水冷板通常安装在汽车地盘的位置，既需要承受新能源动力电池的重力，又易受到灰尘和雨水的侵蚀。水冷板一般为金属材质，与水接触更易腐蚀，因此对水冷板的强度和耐腐蚀性均具有较高要求。

相关技术中，采用3003铝板作为水冷板的芯材，3003铝板的耐腐蚀性和强度较低，为了提高水冷板的耐腐蚀性，厚度一般控制在1.5mm，且为了覆盖电池组件，水冷板面积一般为1-3m²，不利于汽车轻量化。

发明内容

为了在减轻水冷板重量的基础上，提高水冷板的耐腐蚀性，本申请提供了一种高强度耐腐蚀的水冷板。

第一方面，本申请提供一种高强度耐腐蚀的水冷板，其采用如下技术方案：

一种高强度耐腐蚀的水冷板，其包括如下重量百分含量的元素成分：硅0.6-0.85％、铁0-0.3％、铜0.7-1.0％、锰1.3-1.8％、镁0.01-0.05％、锌0.01-0.05％、铬0.01-0.05％和钛0.1-0.2％，余量为铝和不可避免的杂质。

通过采用上述技术方案，硅可改善水冷板的抗拉强度、硬度、切削性、铸造性能、耐腐蚀性能以及高温时的强度。铁能够提高铝板的耐磨性，有效减少晶内偏析，改善水冷板的耐腐蚀性能，增强铝板的强度；另外，适量的铁可细化晶粒，防止模具热磨损。铜对水冷板起到固熔强化的作用，可提高水冷板的强度，将铜含量控制在不高于1％，可防止因铜含量过高降低水冷板的耐腐蚀性；镁强化水冷板的抗拉强度，增强水冷板的可焊性和抗腐蚀性；锰能与铝形成铝化锰，强化合金，提高再结晶温度，细化再结晶晶粒，影响晶粒度；另外，锰补充镁的强化作用，同时可降低热裂倾向，另外还可以改善水冷板的耐腐蚀性能和焊接性能，改善铝板的高温强度；锌可以增加铝板的流动性；加入微量的钛，能显著细化铝板的晶粒组织，提高铝板的机械性能，降低铝板的热裂倾向；适量的铬能够消除铜对耐腐蚀性的不利影响，能够改善铝板的韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。钛可起到细化晶粒的作用，提高结晶温度，并可提高水冷板的耐腐蚀性能。

综上所述，与3003铝板相比，本申请通过增加硅和铜，提高了水冷板的强度；增加锰和钛元素，提高水冷板的耐腐蚀性能，并进一步提高强度；减少了铁元素的含量，使其有效减少晶内偏析，改善水冷板的耐腐蚀性能，延长了水冷板的使用寿命。

作为优选：所述铁元素来源于四氧化三铁；且所述四氧化三铁经过疏水改性处理而得。

通过采用上述技术方案，对四氧化三铁进行疏水改性处理，使水冷板具有疏水性，减少乙二醇水溶液对水冷板内部的腐蚀，从而提高水冷板的耐腐蚀性。

作为优选：所述四氧化三铁的疏水改性处理的方法包括如下操作步骤：

于40-70℃将四氧化三铁浸泡正辛基三乙氧基硅烷溶液中，在80-150℃干燥，加至丙烯酸混合溶液中，于80-100℃搅拌，在160-180℃干燥，得到疏水改性的四氧化三铁；

所述丙烯酸混合溶液为丙烯酸、过硫酸钾、丙二醇甲醚与水的混合溶液；所述丙烯酸：过硫酸钾：丙二醇甲醚：水：四氧化三铁的质量比为(0.1-0.3)：0.1：1：70：1。

通过采用上述技术方案，先将四氧化三铁浸泡至正辛基三乙氧基硅烷溶液中，使四氧化三铁具有疏水性，然后将疏水处理后的四氧化三铁进一步加至丙烯酸混合溶液中，提高四氧化三铁的疏水性，其中过硫酸钾作为引发剂加入，丙二醇甲醚作为分散剂加入，使丙烯酸包裹于四氧化三铁表面，从而进一步提高四氧化三铁的疏水性能，有效减少水冷板内部的乙二醇水溶液对水冷板的侵蚀，从而提高水冷板的耐腐蚀性。

作为优选：所述丙烯酸与四氧化三铁的质量比为0.3：1。

通过采用上述技术方案，调节丙烯酸与四氧化三铁的质量比，使丙烯酸更加均匀的包裹于四氧化三铁表面。

作为优选：所述水冷板还包括如下重量百分含量的原料：铱0.15-0.25％、三聚磷酸钠0.05-0.1％。

通过采用上述技术方案，铱化学性质较为稳定，质地坚硬，具有较高的耐腐蚀性，且其与氧气化合生成极薄致密的氧化膜，从而提高铝板的耐腐蚀性。三聚磷酸钠的加入，可提高铱元素在原料体系中的分散性，从而进一步提高铝板的耐腐蚀性。

作为优选：所述三聚磷酸钠与铱的重量百分配比为1：(2-4)。

通过采用上述技术方案，调整三聚磷酸钠与铱的重量百分配比，可进一步提高铱在原料体系中的分散性。

作为优选：所述保护层铝板还包括如下重量百分含量的元素：镓0.03-0.05％。

通过采用上述方案，镓在空气中易氧化，形成氧化膜，以提高铝板的耐腐蚀性；另外，镓与铝混合，可提高水冷板的加工性能。

第二方面，本申请提供一种上述任一项高强度耐腐蚀的水冷板的制备方法，具体通过以下技术方案得以实现：

一种高强度耐腐蚀的水冷板的制备方法，其包括以下操作步骤：

配制水冷板的原料，熔炼，精炼，除渣除气，铸造成扁锭，铣面，于630-640℃条件下加热，热轧至厚度为6.0mm的卷材，冷轧，轧制到1.2mm，退火，1.2mm母卷，分切，得到水冷板。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

(1)本申请通过控制水冷板的原料种类和掺量，使水冷板厚度为1.2mm，与3003铝板作为水冷板芯层相比，降低了厚度，减轻了水冷板重量。且水冷板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为158MPa、79MPa和28％，水冷板经过盐溶液浸泡24h后，质量损失率分别为0.39％，具有较高的强度和耐腐蚀性。

(2)本申请通过在水冷板原料中加入三聚磷酸钠与铱，使水冷板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为161MPa、83MPa和31％，经过盐溶液浸泡24h后，质量损失率分别为0.35％，进一步提高了水冷板的耐腐蚀性。

(3)本申请通过在水冷板原料中加入三聚磷酸钠与铱的基础上，加入镓元素，并控制其掺量，使水冷板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为163MPa、88MPa和36％，水冷板经过盐溶液浸泡24h后，质量损失率分别为0.26％，提高了水冷板的耐腐蚀性。

(4)本申请通过在制备四氧化三铁时，调节丙烯酸与四氧化三铁的质量比，使水冷板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为164MPa、90MPa和37％，经过盐溶液浸泡24h后，质量损失率分别为0.23％，进一步提高了水冷板的耐腐蚀性。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请中的如下各原料均为市售产品，均为使本申请的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用。具体为：硅，源自二氧化硅，粒度为500目；铁，源自四氧化三铁，有效物质含量90％；铜，源自硫酸铜；锰，三氧化二锰，有效物质含量为98％；镁，源自氧化镁，粒径为180目；锌，氧化锌，有效物质含量99.7％；铬，源自三氧化二铬；钛，源自二氧化钛；铝，源自铝锭；过硫酸钾，粒径为100目；丙二醇甲醚，有效物质含量99％；铱，源自二氧化铱；三聚磷酸钠，粒径为0.2-0.8mm；镓，源自氧化镓，有效物质含量99％。

以下是四氧化三铁的改性处理操作

制备例1

制备例1的四氧化三铁，其通过如下操作步骤制备得到：于50℃将四氧化三铁浸泡至正辛基三乙氧基硅烷溶液中12h，在120℃干燥，加至丙烯酸混合溶液中，于90℃搅拌，在170℃干燥，得到疏水改性的四氧化三铁；

丙烯酸混合溶液为丙烯酸、过硫酸钾、丙二醇甲醚与水的混合溶液；且丙烯酸：过硫酸钾：

丙二醇甲醚：水：四氧化三铁的质量比为0.1：0.1：1：70：1。

制备例2-4

制备例2-4的高强掺合料与制备例1的制备方法完全相同，区别在于丙烯酸与四氧化三铁的质量比分别为0.05：1、0.2：1和0.3：1，其余原料种类与掺量与制备例1相同。

实施例1

实施例1的高强度耐腐蚀的水冷板，其通过如下操作步骤制备得到：

按照表1的比例，配制水冷板的原料，使原料中的元素组成为硅、铁、铜、锰、镁、锌、铬和钛，余量为制备1制备的和不可避免的杂质，在660-700℃熔炼，精炼，除渣除气，分别铸造成扁锭，铣面，在630℃条件下加热，热轧至厚度为4mm，冷轧，轧制到1mm，在370-390℃退火，冷却，1.2mm母卷，分切，得到水冷板。

实施例2-3

实施例2-3的高强度耐腐蚀的水冷板与实施例1的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各元素比例不同，具体详见表1所示。

表1实施例1-3的高强度耐腐蚀的水冷板的各原料成分的含量(单位：％)

实施例4-7

实施例4-7的高强度耐腐蚀的水冷板与实施例2的制备方法完全相同，区别在于高强度耐腐蚀的水冷板原料中还添加有铱元素和三聚磷酸钠，具体掺量详见表2所示。

表2实施例4-7的高强度耐腐蚀的水冷板的各原料成分的含量(单位：％)

原料	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7
					硅	0.7	0.7	0.7	0.7
铁	0.5	0.5	0.5	0.5
					铜	0.8	0.8	0.8	0.8
锰	1.5	1.5	1.5	1.5
					镁	0.03	0.03	0.03	0.03
锌	0.03	0.03	0.03	0.03
					铬	0.03	0.03	0.03	0.03
钛	0.1	0.1	0.1	0.1
					铝	96.15	96.15	96.15	96.15
不可避免的杂质	0.12	0.12	0.12	0.12
					铱	0.2	0.15	0.25	0.25
三聚磷酸钠	0.1	0.05	0.06	0.05

实施例8-10

实施例8-10的高强度耐腐蚀的水冷板与实施例2的制备方法完全相同，区别在于高强度耐腐蚀的水冷板原料中还添加有镓元素，具体掺量详见表3所示。

表3实施例8-10的高强度耐腐蚀的水冷板的各原料成分的含量(单位：％)

实施例11

实施例11的高强度耐腐蚀的水冷板与实施例9的制备方法完全相同，区别在于高强度耐腐蚀的水冷板原料中还添加有0.15wt％铱元素和0.05wt％三聚磷酸钠，铝原料成分95.98wt％，其余原料种类与掺量与实施例9相同。

实施例12-14

实施例12-14的高强度耐腐蚀的水冷板与实施例11的制备方法完全相同，区别在于高强度耐腐蚀的水冷板原料中分别选用制备例2-4制备的四氧化三铁，四氧化三铁丙烯酸与四氧化三铁的质量比分别为0.05：1、0.2：1和0.3：1，其余原料种类与掺量与实施例11相同。

对比例1

对比例1的高强度耐腐蚀的水冷板与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：高强度耐腐蚀的水冷板原料中未添加铬，且铝元素为96.19％，其余原料及掺量与实施例1相同。

对比例2

对比例2的水冷板为3003铝板为芯材的水冷板。

性能检测

采用以下检测方法及标准，分别对实施例1-14和对比例1-2的高强度耐腐蚀的水冷板进行检测，检测结果具体详见表4。

抗拉强度：根据GB/T228-2002《金属材料拉伸试样国家标准》对水冷板进行抗拉强度的测定。

屈服强度：根据GB/T228-2002《金属材料拉伸试样国家标准》对水冷板进行屈服强度的测定。

延伸率：根据GB/T228-2002《金属材料拉伸试样国家标准》对水冷板进行延伸率的测定。

耐腐蚀性：在25℃条件下，将水冷板材料分别浸泡至盐溶液中24h后，计算水冷板在酸性溶液和碱性溶液中的质量损失率。所述盐溶液具体配制方法为：先将六水合氯化镁3889g、无水氯化钙405.6g、六水合氯化锶14.8g溶于蒸馏水并稀释到7L，得到溶液A；然后将氯化钾486.2g、碳酸氢钠140.7g、溴化钾70.4g、硼酸19g、氟化钠2.1g溶于蒸馏水并稀释到7L，得到溶液B，在9L水中溶解245.34g氯化钠和40.94g无水硫酸钠，慢慢加入200mL溶液A和100mL溶液B，搅拌，蒸馏水稀释至10L，用0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值到8.2，添加100ml晶状醋酸，用氢氧化钠调节pH值2.8，得到盐溶液。

表4不同水冷板的性能检测结果

本申请所得到的水冷板厚度为1.2mm，宽度为1230mm，长度为2175mm，面积为2.68m²，密度为2.72-2.74kg/m³，重量为0.0087-0.0088kg，3003铝板厚度为1.5mm，面积为2.68m²，密度为2.7-2.73kg/m³，重量为0.0108-0.0109kg，与3003铝板作为水冷板芯层相比，降低了厚度，减轻了水冷板重量。

由表4的检测结果表明，本申请得到的水冷板的抗拉强度、屈服强度和延伸率最高分别为164MPa、85MPa和34％，具有较高的强度，且水冷板经过盐溶液溶液浸泡24h后，质量损失率最低分别为0.23％，提高了水冷板的耐腐蚀性。

实施例1-3中，实施例2得到的水冷板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为158MPa、79MPa和28％，均高于实施例1和实施例3，具有较高的强度，且水冷板经过盐溶液浸泡24h后，质量损失率分别为0.39％，低于实施例1和实施例3，提高了水冷板的耐腐蚀性。表明实施例2原料中的铬的掺量较为合适，可能与适量的铬能够消除铜对耐腐蚀性的不利影响，能够改善铝板的韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性有关。

实施例4-7中，实施例5得到的水冷板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为161MPa、83MPa和31％，均高于实施例4和实施例6-7，具有较高的强度，且水冷板经过盐溶液浸泡24h后，质量损失率分别为0.35％，低于实施例4和实施例6-7，提高了水冷板的耐腐蚀性。表明实施例5原料中三聚磷酸钠与铱的重量百分配比为1：3，可能与调整三聚磷酸钠与铱的重量百分配比，可进一步提高铱在原料体系中的分散性有关。

实施例8-11中，实施例11得到的水冷板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为163MPa、88MPa和36％，均高于实施例8-10，具有较高的强度，且水冷板经过盐溶液浸泡24h后，质量损失率分别为0.26％，低于实施例8-10，提高了水冷板的耐腐蚀性。表明实施例11原料中镓的掺量较为合适，可能与镓在空气中易氧化，形成氧化膜，以提高铝板的耐腐蚀性有关。

实施例12-14中，实施例14得到的水冷板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为164MPa、90MPa和37％，均高于实施例12-13，具有较高的强度，且水冷板经过盐溶液浸泡24h后，质量损失率分别为0.23％，低于实施例12-13，提高了水冷板的耐腐蚀性。表明实施例14原料中制备四氧化三铝过程中，丙烯酸与四氧化三铁的质量比为0.3:1，可能与调节丙烯酸与四氧化三铁的质量比，使丙烯酸更加均匀的包裹于四氧化三铁表面有关。

另外，结合对比例1-2和实施例1的各项指标数据发现，本申请在水冷板原料中添加的铬元素，均可不同程度的提高水冷板的耐腐蚀性。

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 (5)

1.一种高强度耐腐蚀的水冷板，其特征在于：其包括如下重量百分含量的元素成分：硅0.6-0.85%、铁0-0.3%、铜0.7-1.0%、锰1.3-1.8%、镁0.01-0.05%、锌0.01-0.05%、铬0.01-0.05%和钛0.1-0.2%，余量为铝和不可避免的杂质；所述铁元素来源于四氧化三铁；且所述四氧化三铁经过疏水改性处理而得；

所述四氧化三铁的疏水改性处理的方法包括如下操作步骤：

于40-70℃将四氧化三铁浸泡正辛基三乙氧基硅烷溶液中12-24h，在80-150℃干燥，加至丙烯酸混合溶液中，于80-100℃搅拌，在160-180℃干燥，得到疏水改性的四氧化三铁；

所述丙烯酸混合溶液为丙烯酸、过硫酸钾、丙二醇甲醚与水的混合溶液；所述丙烯酸：过硫酸钾：丙二醇甲醚：水：四氧化三铁的质量比为0.3：0.1：1：70：1。

2.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀的水冷板，其特征在于，所述水冷板还包括如下重量百分含量的原料：铱0.15-0.25%、三聚磷酸钠0.05-0.1%。

3.根据权利要求2所述的高强度耐腐蚀的水冷板，其特征在于，所述三聚磷酸钠与铱的重量比为1：（2-4）。

4.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀的水冷板，其特征在于，所述水冷板还包括如下重量百分含量的元素成分：镓0.03-0.05%。

5.一种权利要求1-4任一所述的高强度耐腐蚀水冷板的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

配制水冷板的原料，熔炼，精炼，除渣除气，铸造成扁锭，铣面， 于630-640℃条件下加热，热轧至厚度为6.0mm的卷材，冷轧，轧制到1.2mm，退火，1.2mm母卷，分切，得到水冷板。