CN1764732A - 生产铝合金板材材料和铝合金板材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方法和一种铝合金板材。该生产铝合金板材的方法包括以下步骤：以预定的凝固速率将板带坯连续铸造，以确保材料显微组织的一次颗粒具有低于1平方微米的平均尺寸，将带坯铸造板(冷)轧制到合适的规格，并在冷轧期间可选地中间退火。本发明的目的是提供一种用于热交换器板基元件的铝合金板的新方法，以提高含铁量较高的(基体)铝合金材料的点蚀性能。
Description
本发明涉及生产基于热交换器板材元件的方法和通过这种方法提供的呈现改良抗点蚀性能的元件。
连接铝元件一般通过将铝钎焊合金放置在要连接元件之间或附近，并加热适当组合方式下的钎焊合金和连接表面到一个温度(钎焊温度)来进行，在这个温度下钎焊合金熔化而元件保持未熔。在随后冷却时，钎焊合金就会形成焊缝或接头来连接元件的连接表面。为了保证在加热步骤只有钎焊合金的选择性熔化，通常优选钎焊合佥的熔点至少比元件金属熔点低30到40℃。一个典型的铝钎焊合金的例子是在约577℃开始熔化的铝硅共晶组合物。
铝在室温迅速形成薄的但坚硬和强韧的氧化物薄膜，氧化膜在高温变厚，抑制填充金属流动和润湿从而抑制接头的形成。所有的钎焊工艺的焦点在于钎焊温度下的这种不受欢迎氧化物薄膜的破坏或消除。对于铝热交换器最普通的钎焊方法是真空钎焊和受控气氛钎焊。
真空技术依赖于向钎焊覆层材料添加镁。在钎焊温度镁蒸发到炉的真空中，然后破坏覆盖的氧化物薄膜，使得熔化的填充金属润湿和流动。
受控气氛钎焊(CAB)依赖于焊剂与氧化铝反应和去除氧化铝。氟化物基焊剂是有利的，例如，四氟铝酸钾和铝酸六氟三钾的混合物，因为它们不会留下腐蚀残渣。
钎焊的铝热交换器在腐蚀性环境下的耐用性依赖于每一元件(蓄液池(header)，散热片，管)的内在的腐蚀性能和它们相应的电化学性能。通常以使这些元件和填料牺牲来保护管的方式来制作散热片/散热片覆层和蓄液池/蓄液池覆层。此外，每一元件的内在腐蚀性能主要由点蚀的趋势和程度来描述。
众所周知，铝合金中的点蚀的严重程度在一定程度上取决于一次颗粒构成的类型和颗粒与基体之间的相对电化学势。一次颗粒的电化学势又取决于颗粒构成。铁(Fe)在铝合金中是一种常见的杂质，随铝材料循环利用次数的增加而导致相对高的铁含量。铁在铝中溶解度非常低，655℃(Polmear 1)时在0.05重量％数量级。因此，大部分的铁以微粒沉淀物的形式存在。与铝相比，铁的电化学势非常为负极性。众所周知，铁基含铁颗粒的电化学势可以通过诸如锰的添加变得更为正极性，从而铝基体和颗粒间的电势差就会减小。已经证实，如锰的添加对提高铝合金的点蚀有影响。
已经发现，通过点蚀的趋势表示的内在腐蚀性能甚至更依赖于一次颗粒构成的实际尺寸。然而为了调整腐蚀势能而添加锰增加了在SWAAT中的穿孔时间，从2-4天到6-8天，控制颗粒尺寸将产生最多在SWAAT中从20天到无限期的时间。
因此，本发明的目的是提供一种生产用于基于热交换板材的元件的铝合金板材的新方法，以得到具有较高铁含量和改进点蚀性能的铝合金材料。
本发明的这个和其他目的，通过提供一种如附属的权利要求1中新生产方法和如权利要求7中的所得铝合金板材来实现。该方法的实施方式进一步由从属权利要求2-6限定，而合金板的其它实施方式由权利要求8-11限定。
现在将通过列举实施例和对新生产方法提供的铝板材样品与对照样品进行SWAAT实验的结果的方式详细描述本发明，如图1-5所示的，其中
图1表示钎焊前铝板中的颗粒尺寸分布示意图，
图2是表示相应的钎焊后的颗粒分布示意图，
图3是钎焊后根据本发明的带坯铸造材料中颗粒的扫描电镜图，
图4是钎焊后热轧材料中的颗粒的参照扫描电镜图，
图5是用于测试材料的模拟钎焊循环。
目前带有钎焊覆层材料的铝板的生产包括步骤：
-轧制锭坯的铸造，随后可选地均匀化，
-将钎焊覆层材料施用到锭坯，
-预热轧制锭坯到500℃至600℃的范围，
-热轧覆层锭坯，和最后，
-冷轧成特定规格的板。
除低凝固速率外，在热轧操作过程中，锭坯长时间地暴露在高温也导致合金元素偏析，粗大的一次颗粒和弥散体。特别地，这可用于通过凝固速率来控制含铁的一次颗粒的尺寸。
根据本发明，连续带坯铸造工艺的一个固有特性，即铸造板材的冷却速率和凝固速率比市售的DC铸造和热轧锭材料的高几个数量级，该特性已经被应用于新的生产方法中。
新的生产工艺包括步骤：
-以预定的凝固速率连续带坯铸造铝合金板，凝固速率在范围102-103℃/秒内，和
-冷轧铸造板，可选地随后进行退火
通常，将无覆层散热片材料施用于覆有铝硅钎焊金属的焊接管。在钎焊后，残留的覆层将以某种方式保护管芯不被腐蚀侵害。通过在上述的连续铸造板表面提供焊剂保留涂层，特别地，如果焊剂是(活性的)氟化物基焊剂，在制造有更高抗腐蚀性的热交换器构件中采用具有高抗腐蚀性能的带坯连铸板是可能的。在这种情况下，上述的连铸板的至少一个平坦表面涂有能够在钎焊过程中提供连接的活性焊剂保留涂层，特征在于该平坦表面至少部分涂有焊剂保留细合物，其包括基于甲基丙烯酸酯均聚物或甲基丙烯酸酯共聚物的合成树脂作为其主要成分。
实施例
已经证明通过在带坯铸造过程中控制凝固速率，从而生产平均一次颗粒基本低于1μm21，特别是富铁颗粒的更好分布，这些颗粒潜在的有害阴极效应就会大大减少。
根据本发明的方法，铝合金AA3003以102℃/s至103℃/s的冷却速率被带坯铸造为4.5mm厚的铝板，然后冷轧到60μm，冷轧过程中伴随可选择的中间退火。4.5mm厚的带材被冷轧到0.58mm，接着进行中间退火。退火在自然通风炉(air furnace)中进行，以30℃/h从室温加热到340℃，在340℃均热3小时。在以50℃/h从340℃冷却到200℃后，材料在空气中冷却。退火后，材料进一步冷轧到60μm。
采用相同的合金以提供对比板材，其通过轧制坯的DC铸造，接着将锭坯热轧和冷轧为同一的规格，且在冷轧过程中采用典型的工业中间退火工艺来生产。
图1表示钎焊前散热片材料的颗粒尺寸和分布。
图2表示钎焊后散热片材料的颗粒尺寸分布。表1给出了合金的化学组成。表2列出了钎焊前后材料中颗粒的数密度。
表1
| 合佥 | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti |
| 带坯铸造3003 | 0.1122 | 0.4055 | 0.0651 | 1.0560 | 0.00382 | 0.0103 | 0.0103 |
| 热轧3003 | 0.1 | 0.4 | 0.07 | 1.1 | 0.02 |
1颗粒尺寸通过SEM背散射图分析的二维方法测出。然而发现颗粒是等轴的，即具有1μm2的面积的颗粒相应有1μm3的体积，即体积等于面积的3/2次方。
表2
| 合金 | 条件 | 颗粒数 | 测定面积(μm2) | 数密度(×104/mm2) | |
| 来自带坯铸造AA3003的散热片原料 | 钎焊前 | 637 | 5761.15 | 11.06 | |
| 钎焊后 | 986 | 5761.15 | 17.11 | ||
| 来自热轧AA3003的散热片原料 | 钎焊前 | 353 | 5761.15 | 6.13 | |
| 钎焊后 | 256 | 5761.15 | 4.44 | ||
图3是钎焊后带坯铸造散热片材料中颗粒的扫描电镜背散射图。
图4是钎焊后热轧散热片材料中颗粒的扫描电镜背散射图。
图5是用于测试材料的模拟钎焊循环。
众所周知，在3xxx系列合金中点蚀倾向于从粗大的含铁颗粒开始。在合佥中，当增加含铁颗粒的尺寸，阴极区将增加。因而，点蚀速率在含铁颗粒附近将会增加。这对合金的腐蚀性能是有害的。
通常，如图3和4所看到的，在AA3003合佥中有两种类型的含铁颗粒。一种是呈现粗大颗粒的Al6(Fe，Mn)，另一种是α-AlMnFeSi(小颗粒)。从所附的的结果可以看出，带坯铸造散热片材料在钎焊前后含有两种类型的密集小颗粒，很少有颗粒大于1μm2。然而，钎焊前后，热轧散热片材料中的颗粒有双峰分布特征，由小的α-AlMnFeSi弥散体和粗的Al6(Fe，Mn)颗粒(典型的尺寸大于5μm2)组成。在钎焊后，带坯铸造材料中的颗粒数密度约是热轧材料中的四倍(见表1)。因此，散热片合金中含铁颗粒的尺寸和分布可以通过连续的带坯铸造继之以适当工艺来控制和修正。这对散热片合金的腐蚀性能方面是非常有利的。
此外，正如先前提及的，通过在如此提供的铸造板材表面提供焊剂保留涂层，特别地如果焊剂是(活性的)氟化物基焊剂，在制造热交换器元件中采用高抗腐蚀性能的带坯连铸板是可能的。一个实施例是连续的带坯铸造板能用作管以与热交换器中的覆层散热片材料组合；在这种情况下，上述的连铸板的至少一个平坦表面涂有活性焊剂或普通焊剂。另一个实施例是连续的带坯铸造板能用作热交换器的蓄液池；在这种情况下，上述的连铸板带的至少一个平坦表面涂有铝硅粉末。
Claims (11)
1、一种生产铝合金板材的方法，特征在于以下步骤：
以预定的凝固速率连续带坯铸造板材，以确保材料显微组织的一次颗粒具有低于1平方微米的平均尺寸，和
(冷)轧带坯铸造的板材至合适的规格，并在冷轧期间选择性地中间退火。
2、依照权利要求1的方法，特征在于冷轧过程中将板材进一步退火。
3、依照权利要求1和2的方法，特征在于将合金铸造成4.5mm厚的带材并冷轧到0.58mm接着进行中间退火。
4、依照权利要求1-3的方法，特征在于中间退火通过以30℃/小时从室温加热到340℃，在340℃均热3小时在自然通风炉中进行。
5、依照权利要求1-4的方法，特征在于以50℃/小时从340℃冷却到200℃后，材料在空气中冷却。
6、依照权利要求2-5的方法，特征在于退火后，材料进一步冷轧到60μm。
7、一种铝合金板材，特征在于材料显微组织的一次颗粒具有低于1平方微米的平均尺寸。
8、依照权利要求7的铝合金板材，特征在于一次颗粒为富铁颗粒以确保改良的抗点蚀性能。
9、依照权利要求7-8的铝合金板材，特征在于至少一个平坦表面涂有能够在钎焊工艺中提供接头的活性焊剂保留涂层，其中，该平坦表面至少部分涂有焊剂保留组合物，其包括基于甲基丙烯酸酯均聚物或甲基丙烯酸酯共聚物的合成树脂作为其主要成分。
10、依照权利要求7-9的铝合金板材，特征在于至少一个平坦表面涂有活性焊剂或普通焊剂，以使该板材能用作热交换器中覆层散热片的管。
11、依照权利要求7-9的铝合金板材，特征在于至少一个平坦表面涂有铝硅粉末，以使该板材能够用作热交换器的蓄液池。
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