TWI690601B

TWI690601B - 散熱片之製造方法

Info

Publication number: TWI690601B
Application number: TW108100252A
Authority: TW
Inventors: 游瑞坤; 曾天佑; 蔡佳錚
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2020-04-11
Also published as: TW202026437A

Abstract

一種散熱片之製造方法。在此方法中，製備鋁胚。此鋁胚之成分包含約0.15wt%至約0.50wt%的鐵、約0.2wt%以下的矽、小於約0.02wt%的銅、約0.15wt%至約0.40wt%的錳、小於約0.01wt%的鎂、約0.02wt%至約0.04wt%的鈦、平衡量的鋁。對鋁胚進行熱軋製程，以形成熱軋鋁捲，其中鋁胚進行熱軋製程前並未進行均質化處理。對熱軋鋁捲進行冷軋製程，以形成冷軋鋁捲，其中冷軋鋁捲由冷軋鋁片所捲成。對冷軋鋁捲進行部分退火處理，以形成散熱片，其中冷軋鋁片之厚度與散熱片之厚度實質相同。

Description

散熱片之製造方法

本發明是有關於一種金屬片之製造方法，且特別是有關於一種散熱片之製造方法。

近年來，為了使裝置輕薄化與節省裝置成本，裝置中所採用之散熱片有逐漸薄化的趨勢。然，散熱片薄化後強度會減弱。因此，如何提升薄化後之散熱片的強度已成為散熱片技術領域中的主要課題之一。

現有一種散熱片的製造技術，用以製造空調器用之鋁箔。此技術先利用熔化與精煉製程形成清淨鋁湯，再對鋁湯進行澆鑄製程而形成鋁胚。接下來，對鋁胚進行均質化處理，其中鋁胚之均質化處理係在溫度540℃至600℃下保溫5小時至10小時。接著，將鋁胚熱軋成7.0mm厚的熱軋板。再於冷軋機上將7.0mm厚的熱軋板軋成厚度2.0mm至3.0mm的鋁帶。然後，將鋁帶放在退火爐裡，以對鋁帶進行中間退火處理，其中此中間退火處理的溫度為350℃至410℃，且保溫4小時至8小時。再於冷軋機上將厚度2.0mm至3.0mm的鋁帶軋成厚度為0.115mm至0.15mm的鋁箔。隨後，將厚度0.115mm至0.15mm的鋁箔放在退火爐裡，以對鋁箔進行成品退火處理，其中此退火處理之溫度為240℃至300℃，且保溫時間為5小時至9小時。

然而，這樣的技術的製程包含均質化處理與中間退火處理，不僅使得製程過於冗長，更造成能源的浪費，也導致製程成本增加。

因此，本發明之一目的就是在提供一種散熱片之製造方法，其透過散熱片之化學成分與製程的搭配組合，可省略均質化處理，且於鋁胚澆鑄完成後，在預熱處理時可析出細密的二次析出物，並可保持高溶質固溶量。藉此，在散熱片產品的最終部分退火後，利用細密之二次析出物與溶質原子，可阻止散熱片在拉伸變形時的動態回復，因此可提升散熱片產品的強度與延伸率。

本發明之另一目的是在提供一種散熱片之製造方法，其可省略中間退火處理，而可將熱完軋鋁板直接冷軋至散熱片的成品厚度，藉此可提升冷軋後之散熱片的應變能，並可細化散熱片之軋延組織，更可使部分退火後之散熱片中的次晶粒組織細化，而可進一步提升散熱片產品的強度與延伸率。

本發明之又一目的是在提供一種散熱片之製造方法，其製程可省略均質化處理與中間退火處理，因此可大幅縮短散熱片的生產時間，進而可降低散熱片的生產成本。

根據本發明之上述目的，提出一種散熱片之製造方法。在此方法中，製備鋁胚，其中此鋁胚之成分包含約0.15wt%至約0.50wt%的鐵、約0.2wt%以下的矽、小於約0.02wt%的銅、約0.15wt%至約0.40wt%的錳、小於約0.01wt%的鎂、約0.02wt%至約0.04wt%的鈦、平衡量的鋁。對鋁胚進行熱軋製程，以形成熱軋鋁捲，其中鋁胚進行熱軋製程前並未進行均質化處理。對熱軋鋁捲進行冷軋製程，以形成冷軋鋁捲，其中冷軋鋁捲由冷軋鋁片所捲成。對冷軋鋁捲進行部分退火處理，以形成散熱片，其中冷軋鋁片之厚度與散熱片之厚度實質相同。

依據本發明之一實施例，在上述製備鋁胚中，提供鋁胚之材料。對此材料進行熔化與精煉製程，以形成鋁熔湯。利用半連續鑄造機對鋁熔湯進行澆鑄成型製程，以形成鋁胚。

依據本發明之一實施例，在上述利用半連續鑄造機對鋁熔湯進行澆鑄成型製程中，經由流道將鋁熔湯倒入半連續鑄造機、以及在流道中對鋁熔湯進行除氣處理。

依據本發明之一實施例，在上述利用半連續鑄造機對鋁熔湯進行澆鑄成型製程前，於除氣處理後在流道中對鋁熔湯添加鋁-鈦-硼(Al-Ti-B)細晶線。

依據本發明之一實施例，在上述對鋁胚進行熱軋製程中，對鋁胚進行預熱處理。於預熱處理後，對鋁胚進行熱軋操作。

依據本發明之一實施例，上述之預熱處理係在熱軋預熱爐中進行，此預熱處理之溫度控制在約500℃至約530℃且保溫約1小時至約3小時。進行熱軋操作時包含將鋁胚熱軋成具有約3.0mm厚度之熱軋鋁板，其中熱軋鋁捲由此熱軋鋁板所捲成。

依據本發明之一實施例，上述之熱軋製程之完軋溫度小於約360℃。

依據本發明之一實施例，上述對熱軋鋁捲進行冷軋製程包含將熱軋鋁捲直接冷軋成具有約0.1mm厚度之冷軋鋁片。

依據本發明之一實施例，上述對冷軋鋁捲進行部分退火處理時包含將退火溫度控制在約240℃至約300℃且保溫約2小時至約6小時。

依據本發明之一實施例，在上述鋁胚之成分中，鐵的含量為約0.35wt%至約0.40wt%，矽的含量為約0.05wt%至約0.10wt%，錳的含量為約0.16wt%至約0.36wt%，鈦的含量為約0.025wt%至約0.035wt%。

100‧‧‧操作

102‧‧‧操作

104‧‧‧操作

106‧‧‧操作

110‧‧‧操作

112‧‧‧操作

114‧‧‧操作

120‧‧‧操作

130‧‧‧操作

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種散熱片之製造方法的流程圖。

有鑑於習知散熱片之製作技術的製程過於冗長，而造成能源浪費與製程時間與成本增加，因此本發明在此提出一種散熱片之製造方法，其透過調整散熱片之化學成分與製程，藉以省略均質化處理與中間退火處理，而可大幅縮短散熱片的生產時間，有效降低散熱片的生產成本。此外，本發明之實施方式可於熱軋操作前先對鋁胚進行預熱處理，藉此可使鋁胚中析出細密的二次析出物，並可保持高溶質固溶量。細密之二次析出物與溶質原子可阻止散熱片在拉伸變形時的動態回復，因此可提升散熱片產品的強度與延伸率。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種散熱片之製造方法的流程圖。本實施方式所製作之散熱片為鋁合金片。在一些實施例中，製造散熱片時，可先進行操作100，以製備鋁胚。舉例而言，在製備鋁胚之操作100中，可先進行操作102，以提供鋁胚的材料。接下來，可進行操作104，以對鋁胚之材料進行熔化與精煉製程，而形成鋁熔湯。對鋁胚之材料進行熔化與精煉製程時，可先將鋁胚之材料加入熔煉爐內熔煉，再將熔煉完成後之鋁湯放置於靜置爐中精煉，而製得鋁熔湯。接著，可進行操作106，以利用例如半連續鑄造機對鋁熔湯進行澆鑄成型製程，而形成鋁胚。在一些示範例子中，對鋁熔湯進行澆鑄成型製程前，可先將精煉完成後之鋁熔湯倒入流道，其中此流道可與半連續鑄造機連通，藉此鋁熔湯可經由此流道而流入半連續鑄造機中。在一些示範例子中，將鋁熔湯由流道倒入半連續鑄造機時，可控制鋁熔湯的流量與冷卻水量，藉以得到組織均勻細緻的鋁胚。鋁熔湯在流道中時，可進行鋁熔湯的除氣處理。舉例而言，除氣處理可去除鋁熔湯中的氫氣。在除氣處理後，可在流道上對鋁熔湯添加鋁-鈦-硼細晶線。

在一些實施例中，鋁胚之成分可包含約0.15wt%至約0.50wt%的鐵、約0.2wt%以下的矽、小於約0.02wt%的銅、約0.15wt%至約0.40wt%的錳、小於約0.01wt%的鎂、約0.02wt%至約0.04wt%的鈦、平衡量的鋁。在一些例子中，鋁胚中之鐵的含量可為約0.35wt%至約0.40wt%，矽的含量可為約0.05wt%至約0.10wt%，錳的含量可為約0.16wt%至約0.36wt%，鈦的含量可為約0.025wt%至約0.035wt%。在另一些例子中，鋁胚中的鐵含量可為約0.15wt%至約0.50wt%，錳的含量可為約0.16wt%至約0.36wt%，矽的含量可小於約0.2wt%，鈦的含量可為約0.02wt%至約0.04wt%。在又一些例子中，鋁胚中的鐵含量可為約0.35wt%至約0.40wt%，錳的含量可為約0.15wt%至約0.40wt%，矽的含量可為約0.05wt%至約0.10wt%，鈦的含量可為約0.025wt%至約0.035wt%。

完成鋁胚的製作後，可進行操作110，以對鋁胚進行熱軋製程，而形成熱軋鋁捲，其中熱軋鋁捲係由熱軋鋁板所捲成。舉例而言，在對鋁胚進行熱軋製程的操作110中，可先進行操作112，以對鋁胚進行預熱處理。在一些示範例子中，此預熱處理可將鋁胚放置於熱軋預熱爐中預熱，其中預熱處理之溫度可控制在約500℃至約530℃，且在這樣的溫度下保溫約1小時至約3小時。舉例而言，預熱處理之溫度可為約500℃。鋁胚在預熱處理時可析出細密的二次析出物，並可保持高溶質固溶量，其中溶質可例如為鐵、矽、與錳。於預熱處理之操作112後，可進行操作114，以利用熱軋機對鋁胚進行熱軋操作，而將鋁胚軋成具有預設厚度的熱軋鋁板。舉例而言，熱軋操作將鋁胚熱軋成具有約3.0mm厚度之熱軋鋁板。在一些示範例子中，對鋁胚所進行之熱軋製程的完軋溫度可控制在小於約360℃。在本實施方式中，進行熱軋製程前，並未對鋁胚進行均質化處理。

完成熱軋製程後，可進行操作120，以利用冷軋機對熱軋鋁捲進行冷軋製程，而形成冷軋鋁捲，其中冷軋鋁捲由冷軋鋁片所捲成。在本實施方式中，此冷軋製程係將熱軋鋁板直接冷軋成具散熱片成品厚度的冷軋鋁片。舉例而言，冷軋製程直接將3.0mm厚的熱軋鋁板冷軋成0.1mm厚的冷軋鋁片。本實施方式之冷軋製程並無包含任何中間退火處理。

於冷軋製程完成後，可進行操作130，以對冷軋鋁捲進行部分退火處理，而大致完成散熱片的製作。在一些例子中，對冷軋鋁捲進行部分退火處理時，可將冷軋鋁捲放置在退火爐內，且可將退火溫度控制在約240℃至約300℃，並在這樣的溫度下保溫約2小時至約6小時，例如保溫約2小時。舉例而言，部分退火處理時之退火溫度可控制在約240℃至約280℃。由於冷軋製程將熱軋鋁板軋成具有成品厚度的冷軋鋁片，再加上冷軋鋁片於冷軋製程結束後至散熱片製作完成的期間未再經任何軋延，因此冷軋鋁片的厚度與散熱片的厚度實質相同。

本發明之實施例選擇適當的鐵、矽、與錳元素的含量，並於鋁胚之熱軋操作前先進行預熱處理，且省略熱軋製程前的均質化處理與冷軋製程期間的中間退火處理，更控制部分退火處理時的退火溫度，通過化學成分的優化與上述生產製程組合，可獲得高性能的散熱片成品。對鋁胚進行的預熱處理可使鋁胚析出細密的二次析出物且保持高溶質固溶量，藉此在散熱片產品的最終部分退火後，散熱片中細密的二次析出物與溶質原子可阻止散熱片在拉伸變形時的動態回復，因此可提升散熱片產品的強度與延伸率。此外，直接將熱軋鋁板冷軋至散熱片的成品厚度可提升散熱片的應變能，並可細化散熱片之軋延組織，更可使部分退火後之散熱片中的次晶粒組織細化，藉此可提升散熱片的強度與延展性。在一些實施例中，散熱片成品的抗拉強度可在約140MPa以上，降伏強度大於約130MPa，延伸率約15%至約20%，可達到使用者對機械性質的需求。

以下利用多個比較例與實施例，來更具體說明利用本實施方式的技術內容與功效。實施例為利用上述鋁胚之化學成分合金與製程，省略均質化處理；比較例同樣係利用上述鋁胚之化學成分合金與製程，但增加不同溫度的均質化處理。實施例與比較例所製得之散熱片的機械性質的測試結果如下表一所列示。

由上表一可知，實施例省略均質化處理的散熱片的機械性質明顯優於歷經各種溫度之均質化處理的散熱片。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之散熱片之製造方法透過散熱片之化學成分與製程的搭配組合，可省略均質化處理，且於鋁胚澆鑄完成後，在預熱處理時可析出細密的二次析出物，並可保持高溶質固溶量。藉此，在散熱片產品的最終部分退火後，利用細密之二次析出物與溶質原子，可阻止散熱片在拉伸變形時的動態回復，因此可提升散熱片產品的強度與延伸率。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之散熱片之製造方法可省略中間退火處理，而可將熱完軋鋁板直接冷軋至散熱片的成品厚度，藉此可提升冷軋後之散熱片的應變能，並可細化散熱片之軋延組織，更可使部分退火後之散熱片中的次晶粒組織細化，而可進一步提升散熱片產品的強度與延伸率。

由上述之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明之散熱片之製造方法的製程可省略均質化處理與中間退火處理，因此可大幅縮短散熱片的生產時間，進而可降低散熱片的生產成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。