專利名稱：換熱器和用于換熱器的散熱片材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有優(yōu)異耐久性、耐蝕性的換熱器及用在該換熱器中的散熱片材料。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于汽車用途的換熱器，如用于小汽車空調(diào)器的冷凝器和蒸發(fā)器、油冷卻器、散熱器等，以及用于該換熱器的散熱片材料。
背景技術(shù)：
鋁合金作為用在汽車等中的換熱器材料一直具有重要的地位，因?yàn)殇X合金通過(guò)適當(dāng)處理后可以達(dá)到很高的耐蝕性，并且通過(guò)利用釬接金屬片的釬焊技術(shù)可以有效接合。但是近年來(lái)，為了使汽車具有更高的性能和適應(yīng)生態(tài)學(xué)的要求，需要改善換熱器的性能，使其重量更輕，耐久性更高，還需要能夠與其相適應(yīng)的鋁合金材料技術(shù)。
例如，在典型例子為用于小汽車空調(diào)器的冷凝器和蒸發(fā)器的換熱器中，通過(guò)將其管、散熱片等的壁制得更薄而使其重量更輕。另外，能夠提高防腐蝕效果的鉻酸鹽類化學(xué)表面處理由于環(huán)境限制而具有逐漸被淘汰的趨勢(shì)。再者，可能加速腐蝕的幾個(gè)因素在增加，其典型例子是大量使用融雪劑、環(huán)境污染、酸雨等。
目前使用的汽車用換熱器的一種形式是包括下述i)和ii)組合的換熱器i)通過(guò)將包覆有硬釬料的釬接金屬片折皺而得到的散熱片材料，和ii)通過(guò)擠壓等生產(chǎn)的管；二者通過(guò)釬焊技術(shù)接合。這種管的目的是使流體如冷凍劑在其中流過(guò)，因此，如果由于坑蝕而產(chǎn)生泄漏，則將其用作換熱器將是致命的。作為防止管被坑蝕的一種可靠手段，通常使用的方法是通過(guò)火焰噴涂等方法在管表面上形成Zn富集層，使這種Zn富集層起到犧牲材料的作用。另外，為了使散熱片具有一些犧牲效應(yīng)，在散熱片材料上加入Zn等，以確保管道耐蝕性。
另外，由于散熱片自身的腐蝕而脫落或斷裂或者散熱片和管之間的接合點(diǎn)的脫落或斷裂，因降低了換熱性能而會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還會(huì)由于風(fēng)力、洗滌水流等在散熱片上施加外力。因此，必須使其保持一定的強(qiáng)度，即使腐蝕到一定的程度，也不致于使散熱片斷裂。特別是當(dāng)散熱片的壁很薄時(shí)，在技術(shù)上要保證接合點(diǎn)和散熱片本身的耐久性將更為困難。
日本特許公開專利申請(qǐng)2004-170061(專利文獻(xiàn)1)中公開了防止散熱片從管上脫落的方法。在該方法中，如果分別用A、B、C和D表示管的表面部分、管芯部分、散熱片和換熱器的散熱片-管接合點(diǎn)，則為了防止圓角受到嚴(yán)重腐蝕，為了防止散熱片脫落，規(guī)定了下述關(guān)系式A≤C≤D＜B。所用的管由具有選定組成的Al-Mn-Cu合金制成，在其表面上火焰噴涂有Zn，其覆蓋率為2-8g/m2。作為用于散熱片的表皮材料，使用的是硬釬料，其含有0.1-0.3wt％的Cu和0.1-0.3wt％的Mn。但是，對(duì)于顯示散熱片芯材料的晶粒等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，卻沒(méi)有特殊的技術(shù)考慮。
上述專利文獻(xiàn)1根本沒(méi)有公開關(guān)于散熱片自身的腐蝕性，特別是可能對(duì)換熱器性能造成負(fù)面影響如接合點(diǎn)脫落的晶界腐蝕危險(xiǎn)性方面的信息，也沒(méi)有公開相應(yīng)的防止措施。另外，在工業(yè)Zn火焰噴涂中，由于火焰噴涂部分和處理的偶然性，火焰噴涂的覆蓋可能不均勻。因此，很可能產(chǎn)生覆蓋率高達(dá)約10-11g/m2的區(qū)域，這高于專利文獻(xiàn)1權(quán)利要求書中規(guī)定的2-8g/m2的Zn火焰噴涂覆蓋率。因此，除非能夠在即使如此高的火焰噴涂覆蓋率下毫無(wú)問(wèn)題地使用該產(chǎn)品，否則就不能說(shuō)這是一種能夠得到穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)技術(shù)。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果以高覆蓋率將Zn火焰噴涂在管上，則不僅會(huì)發(fā)生散熱片的脫落，而且還會(huì)加速散熱片自身的晶界腐蝕。因此，為了耐受Zn火焰噴涂覆蓋率任何實(shí)際上的不均勻性，必須使散熱片即使在它們由于晶界腐蝕變脆時(shí)也不易于受到影響。
同時(shí)，日本特許公開專利申請(qǐng)2004-084060(專利文獻(xiàn)2)公開了一種散熱片材料(覆層散熱片材料)，其與管材料有優(yōu)異的釬焊接合性，還公開了一種使用該材料的換熱器。至于晶界腐蝕，專利文獻(xiàn)2中記載通過(guò)控制散熱片表面的Si濃度和中心厚度可以改善散熱片的抗晶界腐蝕性能。如何具體實(shí)施該文獻(xiàn)中公開的釬焊方法，則沒(méi)有必要清楚地限定。在公開的一種方法中，釬焊處理時(shí)間設(shè)置在15分鐘以內(nèi)，優(yōu)選10分鐘以內(nèi)，在此期間，將散熱片材料從450℃加熱到釬焊溫度(約600℃)，然后冷卻到焊料的固化溫度。該文獻(xiàn)公開了下述內(nèi)容在使用的散熱片中，其芯材料在釬焊前是纖維狀顯微結(jié)構(gòu)，其芯材料在釬焊后的晶粒大小是50-250μm，其中還記載芯材料具有這樣的顯微結(jié)構(gòu)的特征是散熱片與管能夠良好接合的必要條件。
專利文獻(xiàn)2進(jìn)一步公開了下述內(nèi)容在使用通過(guò)將用Zn表面處理的純鋁管與覆層散熱片材料接合制備的試驗(yàn)材料的實(shí)施例中評(píng)價(jià)了耐蝕性等性能。但是沒(méi)有規(guī)定對(duì)釬焊后的耐蝕性有重大影響的表面Zn覆蓋率。專利文獻(xiàn)2還公開了用于覆層散熱片材料的釬焊材料，其含有0.1wt％或更少的Cu。但是，摻加Cu的具體原因卻不清楚，也沒(méi)有考慮釬焊接點(diǎn)的耐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，對(duì)于通過(guò)釬焊接合具有Zn富集表面的管和覆層散熱片得到的換熱器來(lái)說(shuō)，保證散熱片接合點(diǎn)和散熱片自身的耐久性及其腐蝕后的強(qiáng)度。本發(fā)明的另一個(gè)目的是即使在管道Zn火焰噴涂覆蓋率稍高時(shí)也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的性能。
為了能夠得到散熱片接合點(diǎn)及散熱片自身具有耐久性且即使暴露在腐蝕性環(huán)境中被腐蝕后也具有優(yōu)異強(qiáng)度的換熱器，本發(fā)明的發(fā)明人嘗試用各種方法控制與管件接合使用的散熱片材料在釬焊加熱前后的晶粒結(jié)構(gòu)。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)為了特別保護(hù)散熱片自身不發(fā)生晶界腐蝕而保證散熱片強(qiáng)度，重要的是不僅要控制換熱器各個(gè)部分之間的任意組分差或由此導(dǎo)致的任意電位差，而且也要控制散熱片芯材料的晶粒結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，換熱器包括i)包括三層覆層材料的散熱片材料，三層覆層材料由芯材料和位于芯材料兩側(cè)上的硬釬料構(gòu)成，芯材料由含有0.5-1.8wt％的Mn和0.5-3.0wt％的Zn的鋁合金組成，硬釬料由含有6.5-13.0wt％的Si和0.15-0.60wt％的Cu的Al-Si合金組成，和ii)具有Zn富集表面的鋁合金管；二者相互釬焊在一起；其中，在釬焊后，芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面上的平均長(zhǎng)度是100-1000μm，芯材料的再結(jié)晶顆粒在該縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小。
在本發(fā)明中，在釬焊前，芯材料的母體晶粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目可以是4或更小。硬釬料還可以含有0.05-0.30wt％的Mn。
本發(fā)明提供的散熱片包括用在上述換熱器中的散熱片材料，其包括三層覆層材料，該三層覆層材料由芯材料和位于芯材料兩側(cè)上的硬釬料構(gòu)成，芯材料由含有0.5-1.8wt％的Mn和0.5-3.0wt％的Zn的鋁合金組成，硬釬料由含有6.5-13.0wt％的Si和0.15-0.60wt％的Cu的Al-Si合金組成；該散熱片經(jīng)過(guò)加工和回火后，芯材料的母體晶粒在散熱片材料縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小。
在上述散熱片中，硬釬料還可以含有0.05-0.30wt％的Mn。
在本發(fā)明的換熱器中，散熱片的硬釬料的組成是含有0.15-0.60wt％的Cu，或者是除此之外還含有0.05-0.30wt％的Mn。由于Cu或Mn的作用能夠使電位升高，所以能夠防止由于Zn從管表面擴(kuò)散導(dǎo)致圓角電位太低。
另外，在釬焊后，芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面上的平均長(zhǎng)度是100-1000μm，從而可以減小晶粒界面，降低晶界腐蝕的發(fā)生率。再者，在釬焊后，芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小，從而可以減小在散熱片縱向上延伸的晶粒界面，降低晶界腐蝕的發(fā)生率。
在釬焊前，芯材料的母體晶粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小，從而使釬焊后散熱片材料的晶粒不容易受到晶界腐蝕。
作為用在這種換熱器中的散熱片材料，是通過(guò)加工和回火制成的，使得芯材料的母體晶粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小。這樣可以形成與釬焊后的芯材料的晶粒一樣不容易受到晶界腐蝕的晶粒。


圖1示出如何測(cè)定散熱片的斷裂載荷。
具體實(shí)施例方式
優(yōu)選實(shí)施方案的說(shuō)明A.用于換熱器的散熱片材料首先描述本發(fā)明的用于換熱器的散熱片材料。
本發(fā)明的用于換熱器的散熱片材料包括三層覆層材料釬接金屬片，該三層覆層材料釬接金屬片由芯材料和位于芯材料兩側(cè)上的硬釬料構(gòu)成，芯材料由含有0.5-1.8wt％的Mn和0.5-3.0wt％的Zn的鋁合金組成，硬釬料由含有6.5-13.0wt％的Si和0.15-0.60wt％的Cu的Al-Si合金組成。還可以用下面的散熱片材料代替這樣的散熱片材料其包括三層覆層材料釬接金屬片，該三層覆層材料釬接金屬片由芯材料和位于芯材料兩側(cè)上的硬釬料構(gòu)成，芯材料由含有0.5-1.8wt％的Mn和0.5-3.0wt％的Zn的鋁合金組成，硬釬料由含有6.5-13.0wt％的Si、0.15-0.60wt％的Cu和0.05-0.30wt％的Mn的Al-Si合金組成。
芯材料中的Mn是對(duì)散熱片強(qiáng)度有利的組分。如果Mn低于0.5wt％，則釬接金屬片可能強(qiáng)度很低，而散熱片也可能翹曲，這是不可取的。相反，如果Mn高于1.8wt％，則可能形成粗組成顆粒，無(wú)法得到任何均勻狀態(tài)的金屬結(jié)構(gòu)，這是不可取的。Mn含量更優(yōu)選是0.8-1.6wt％。
芯材料中的Zn是用于使散熱片的電位變小的元素，還具有平衡芯材料和圓角或管表面之間的電位的作用。如果Zn低于0.5wt％，則無(wú)法得到足夠的使散熱片的電位變小的效果。如果高于3.0wt％，則散熱片的自身耐蝕性低，這是不可取的。Zn含量更優(yōu)選是0.9-2.7wt％。
在釬接金屬片的芯材料中，可以含有Fe和Si，這兩種元素在普通Al合金中是不可避免地存在的雜質(zhì)組分。Fe和Si的含量各自優(yōu)選為0.05-0.4wt％。對(duì)于Fe來(lái)說(shuō)，為了使更多的晶粒生長(zhǎng)，其含量更優(yōu)選為0.2wt％或更低。在芯材料中，Cu也是雜質(zhì)組分，其含量可以是0.05wt％或更低。在芯材料中，還可以含有0.005-0.3wt％的Ti，其通常含在Al合金中用于細(xì)化鑄錠的顯微結(jié)構(gòu)。同樣，還可以含有和Ti一起的不大于0.02wt％的B。
硬釬料中含有的Si具有降低熔點(diǎn)的作用，還有助于使熔融的硬釬料具有良好的流動(dòng)性。Si含量?jī)?yōu)選是6.5-13.0wt％。如果低于6.5wt％，則無(wú)法得到足夠的降低熔點(diǎn)的效果。如果高于13.0wt％，則可能導(dǎo)致其加工性差。
管材料表面處的Zn擴(kuò)散并凝聚在與散熱片的接合點(diǎn)的圓角，并使圓角電位變小，加速接合點(diǎn)的腐蝕，這是我們不希望的。硬釬料中含有的Cu具有升高電位的作用，從而能夠防止由于Zn的擴(kuò)散和凝聚導(dǎo)致圓角電位太低。Cu在硬釬料中的含量?jī)?yōu)選是0.15-0.60wt％，如果Cu含量低于0.15wt％，則Cu不能防止由于Zn而導(dǎo)致的圓角電位太低。相反，如果Cu含量高于0.60wt％，則圓角電位可能太高，使其相對(duì)于電位低的散熱片來(lái)說(shuō)電位差較大，導(dǎo)致散熱片過(guò)度腐蝕。
如果因?yàn)榛鹧鎳娡康牟痪鶆蛐?，還產(chǎn)生一些區(qū)域，其中，火焰噴涂在管表面上以大覆蓋率如大至約10-11g/m2的覆蓋率進(jìn)行，則圓角電位會(huì)由于Zn而大幅度下降到低值。因此，為了防止這一現(xiàn)象，Cu含量?jī)?yōu)選是0.31-0.60wt％。
在用于本發(fā)明散熱片的釬接金屬片的硬釬料中，還可以與Cu一起加入Mn。Mn補(bǔ)充Cu帶來(lái)的作用，具有防止圓角電位太低的作用。如果Mn含量低于0.05wt％，則這種作用無(wú)法得到明顯的效果。如果Mn含量高于0.30wt％，由于釬焊時(shí)焊料的流動(dòng)性下降，因而這種含量是不合適的。
釬接金屬片的硬釬料可優(yōu)選提供在芯材料的兩側(cè)上，覆層百分率為5-15％。只要在這個(gè)范圍內(nèi)，散熱片和管足以牢固地接合在一起。因此，如果符合諸如散熱片或管的組成這樣的條件，則可以形成具有合適電位的圓角，從而得到良好的耐蝕性。
在硬釬料中也可以含有Fe，F(xiàn)e是不可避免地存在的雜質(zhì)組分，但是，其含量?jī)?yōu)選是0.6wt％或更低。硬釬料還可以含有0.005-0.3wt％的Ti，其通常加入到Al合金中用于細(xì)化鑄錠的顯微結(jié)構(gòu)。同樣，還可以含有和Ti一起的不大于0.02wt％的B。為了改善熔融硬釬料的流動(dòng)性，還可以向硬釬料中加入0.3wt％或更小含量的Bi。為了使Si顆粒更加細(xì)化，可以加入0.1wt％或更小含量的Na或Sr。
用下述方法生產(chǎn)本發(fā)明的散熱片材料。
首先，用傳統(tǒng)的半連續(xù)鑄造法分別鑄造作為構(gòu)成釬接金屬片的芯材料和硬釬料的合金板坯。然后通過(guò)飾面和預(yù)熱軋調(diào)節(jié)厚度，具有這樣接合而得到所述覆層百分率的芯材料和硬釬料，通過(guò)熱軋被覆層和接合，從而制成三層材料。這種熱軋的預(yù)熱優(yōu)選在400-540℃的條件下進(jìn)行，停留時(shí)間為0.5-15小時(shí)。順便提及的是，對(duì)芯材料的均質(zhì)化處理可以在預(yù)熱階段進(jìn)行，作為上述熱軋工序中預(yù)熱的預(yù)備階段，或也可以在溫度為420-540℃、停留時(shí)間為0.5-15小時(shí)的條件下與預(yù)熱分開進(jìn)行，并在飾面工序前進(jìn)行。
熱軋后進(jìn)行冷軋，軋制百分率是85-97％，在溫度為320-500℃的條件下進(jìn)行中間退火，時(shí)間是0.5-15小時(shí)，再以10-60％的軋制壓縮比進(jìn)行最后冷軋，使軋制片成為具有所述厚度并進(jìn)入加工和回火狀態(tài)的散熱片。作為另一種實(shí)施方案，也可以使用另一種方法，其中，在熱軋后進(jìn)行的冷軋中間再加入中間退火，即下面的一個(gè)工藝過(guò)程第一次冷軋+第一次中間退火+第二次冷軋+最后中間退火+最后冷軋。在這種情況下，優(yōu)選地是，第一次冷軋和第二次冷軋的總軋制壓縮比是85-97％，第二次冷軋的軋制壓縮比是15-80％，第一次中間退火是在溫度為320-500℃、時(shí)間為0.5-10小時(shí)的條件下進(jìn)行的，最后中間退火是在溫度為320-500℃、時(shí)間為0.5-10小時(shí)的類似條件下進(jìn)行的，另外，最后中間退火時(shí)的軋制壓縮比是10-60％。
從傳統(tǒng)上講，生產(chǎn)假定為纖維狀顯微結(jié)構(gòu)的散熱片材料的生產(chǎn)工藝中，使用了一種方法，該方法在專利文獻(xiàn)2中也公開了，其中，生產(chǎn)散熱片材料時(shí)的退火溫度設(shè)置為低于再結(jié)晶溫度。在本發(fā)明優(yōu)選的生產(chǎn)散熱片材料的方法中，在最后冷軋前，快速進(jìn)行的中間退火中完成再結(jié)晶，還要使形成的再結(jié)晶顆粒盡可能生長(zhǎng)，具體來(lái)說(shuō)，在散熱片縱斷面厚度方向上只存在少量晶粒，在此狀態(tài)下，隨后進(jìn)行回火冷軋。在適當(dāng)選擇的熱軋前的均質(zhì)化或預(yù)熱條件、熱軋條件、中間退火前冷軋的軋制壓縮比及中間退火條件下，再結(jié)晶顆?？梢栽谥虚g退火時(shí)生長(zhǎng)。
然后再將如此形成的釬接金屬片切割成所述寬度的長(zhǎng)條，將得到的長(zhǎng)條折皺成散熱片形狀。
B、用于換熱器的管下面描述用于本發(fā)明的換熱器的管。
優(yōu)選通過(guò)火焰噴涂法將管材料的表面制成Zn富集表面。也可以使用諸如化學(xué)鍍層的方法。用火焰噴涂等的表面覆蓋率表示的Zn富集度優(yōu)選是3-11g/m2。順便提及的是，如果管表面上的Zn濃度太高，則不僅Zn會(huì)擴(kuò)散和凝結(jié)到圓角加速接合點(diǎn)的腐蝕，而且還會(huì)促使焊料組分進(jìn)入散熱片的晶粒界面中，促使Si沉積在晶粒界面處，使散熱片極易受到晶界腐蝕。
順便提及的是，所用管材料的基材合金可以選自純鋁系、Al-Mn系、Al-Mn-Cu系等。可以用擠壓法生產(chǎn)管，優(yōu)選使用具有平面形狀且在其內(nèi)部具有多孔流路的管。通過(guò)火焰噴涂在其每一個(gè)表面上連續(xù)形成Zn富集表面。
作為在管上形成Zn富集表面的方法，可以使用其中用覆層法在表面上形成含有0.7-3％的Zn的鋁合金(如7072合金)犧牲材料層的方法?？梢允窃诠軆?nèi)形成覆層薄板的類型或通過(guò)覆層擠壓形成管的類型，二者均可使用。
C、換熱器最后描述本發(fā)明的換熱器。
本發(fā)明的換熱器是將上述形成的散熱片材料、上述形成的管及其他部件接合后通過(guò)釬焊生產(chǎn)的。
作為釬焊方法，可以優(yōu)選采用使用焊劑的Nocolock釬焊法。對(duì)加熱步驟和冷卻步驟所需要的時(shí)間沒(méi)有特殊限制，從釬焊操作中400℃時(shí)的開始溫度達(dá)到釬焊溫度及焊料的固化完成為止。因此，時(shí)間可以優(yōu)選為7-40分鐘。但是，特別是對(duì)于短時(shí)間處理來(lái)說(shuō)，不優(yōu)選將加熱步驟中的加熱速率設(shè)置為150℃/min或更大，因?yàn)樵阝F焊后散熱片的芯材料的晶粒可能會(huì)細(xì)化，以致于使散熱片受到腐蝕后的強(qiáng)度很低。
如此釬焊的散熱片晶粒結(jié)構(gòu)具有下述性能特征。
為了保證腐蝕后散熱片的強(qiáng)度，在釬焊后，芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面上的平均長(zhǎng)度是100-1000μm。散熱片的腐蝕主要來(lái)自晶界腐蝕。再結(jié)晶顆粒的平均長(zhǎng)度小于100μm的情況不合適，因?yàn)檎麄€(gè)散熱片上存在許多晶界，從而使散熱片易于表面腐蝕，導(dǎo)致其強(qiáng)度在腐蝕后顯著下降。另外，在工業(yè)上要穩(wěn)定地形成其中的再結(jié)晶顆粒的平均長(zhǎng)度大于1000μm的均勻晶粒結(jié)構(gòu)狀態(tài)也很困難。
順便提及的是，釬焊后再結(jié)晶顆粒的平均長(zhǎng)度是用下述方法得到的值在光學(xué)顯微鏡下用通常用于觀察鋁合金晶粒的Barker法觀察散熱片縱斷面，將觀察長(zhǎng)度10000μm除以該范圍內(nèi)存在的芯材料晶粒個(gè)數(shù)。如果將形成釬接金屬片時(shí)的軋制方向定為散熱片的縱向，則散熱片縱斷面就表示沿該方向的斷面。
為了保證腐蝕后散熱片的強(qiáng)度，還有如下要求在釬焊后的散熱片中，芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小。在厚度方向上存在的再結(jié)晶顆粒數(shù)目大于4的顯微結(jié)構(gòu)中，存在有許多以散熱片縱向延伸的晶粒界面，因此很多組分可以在很寬范圍內(nèi)從聚積在圓角中的熔融釬料中進(jìn)入晶界，從而促進(jìn)Si向晶界的擴(kuò)散，這樣就加速了晶界腐蝕。另外，如果厚度方向上存在的晶粒數(shù)目大于4，則在晶界腐蝕過(guò)程中，特別是在大量存在的晶界三態(tài)點(diǎn)處會(huì)進(jìn)行腐蝕，或者是由于腐蝕晶界之間的相互距離很短而使其結(jié)成一體，或者是每一個(gè)細(xì)晶粒脫落或溶解后形成大的空穴，從而使散熱片大大脆化。只要在釬焊后，芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小，優(yōu)選2.5或更小，就可以使晶界腐蝕度很低，腐蝕后的晶界不能相互結(jié)合，從而能夠保證腐蝕后散熱片的強(qiáng)度。
再結(jié)晶顆粒在厚度方向上的平均數(shù)目是用下述方法得到的值在散熱片的縱斷面中沿厚度方向畫線段，將經(jīng)過(guò)這些線段的晶粒數(shù)目取平均值。
為了得到上述釬焊后的晶粒結(jié)構(gòu)已得到控制的散熱片，優(yōu)選使用在釬焊前芯材料的母體晶粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小的散熱片。在光學(xué)顯微鏡下用Barker法觀察時(shí)，這種散熱片是在未釬焊(釬焊前)狀態(tài)下已被充分加工和回火的散熱片，并是在其晶粒結(jié)構(gòu)中在厚度方向上很少存在有母體晶粒的散熱片，或者是在其晶粒結(jié)構(gòu)中一個(gè)母體晶粒占據(jù)一些部位的整個(gè)厚度的散熱片；即，假定其不是所謂的纖維狀顯微結(jié)構(gòu)。這種母體晶粒是這樣一個(gè)(一些)晶粒，其中在該工序中最后的再結(jié)晶機(jī)會(huì)中形成的晶粒根據(jù)加工槽而被部分分割，在這中狀態(tài)下晶粒由于加工而封入了應(yīng)力。從這方面說(shuō)，不能說(shuō)母體晶粒是像再結(jié)晶顆粒情況下一樣幾乎沒(méi)有包含應(yīng)力的一種晶粒。但是，在這種母體晶粒中，其面積的大部分在靠近由原始晶粒確定的結(jié)晶方向的范圍內(nèi)，這在用Barker法通過(guò)觀察偏振光觀察時(shí)為具有相同色調(diào)的區(qū)域而被確認(rèn)。我們可以這樣認(rèn)為在釬焊時(shí)，在上述晶粒結(jié)構(gòu)中，由于含Mn細(xì)微沉積物或固溶體Mn的存在，所以能夠防止形成用于生成全新晶粒的任何核，如果少量亞晶體(亞晶粒)保持在有利于其生長(zhǎng)的條件下，他們就可以與母體晶粒的老晶粒結(jié)合，實(shí)際上是在生長(zhǎng)，或者是母體晶粒中的應(yīng)力持續(xù)恢復(fù)，以形成再結(jié)晶顆粒，其具有的厚度基本上與母體晶粒厚度相同且也沿縱向延伸。
在其中芯材料的母體晶粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目大于4的晶粒結(jié)構(gòu)的情況下，一個(gè)母體晶粒在其縱向上被切短，形成不同的晶粒，因此無(wú)法得到上述需要的晶粒結(jié)構(gòu)。只要芯材料的母體晶粒在厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小，優(yōu)選2.5或更小，則就可以得到這種晶粒結(jié)構(gòu)，其中，在釬焊后，芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面上的平均長(zhǎng)度是100-1000μm，且芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小。
順便提及的是，母體晶粒在厚度方向上的平均數(shù)目是用與上述測(cè)定釬焊后再結(jié)晶顆粒平均數(shù)目相同的方法測(cè)定的。
實(shí)施例下面給出本發(fā)明的實(shí)施例和對(duì)比例。
用傳統(tǒng)的半連續(xù)鑄造法制備表1所示的合金板坯。C1-C8是用作散熱片用釬接金屬片的芯材料的合金，其中的C1-C4是用在本發(fā)明中的合金。同樣，S1-S10是用作釬接金屬片的硬釬料的合金，其中的S1-S4和S7-S9是用在本發(fā)明中的合金。
表1合金組成

Tr痕量(trace)，表示含量低于檢測(cè)下限值。
用下述方法生產(chǎn)根據(jù)表2所示結(jié)合的釬接金屬片。使用已飾面的芯材料板坯和已預(yù)熱軋的硬釬料，將后者放在前者的兩側(cè)上，以此方式相結(jié)合，使其總厚度是約550mm，其厚度比應(yīng)當(dāng)能夠得到所需的覆層百分率。將其在表3所示的條件下預(yù)熱，然后熱軋以進(jìn)行覆層接合。然后在表3所示的條件下進(jìn)行冷軋和中間退火，以得到用作散熱片材料的釬接金屬片。在表3所示工序B中的預(yù)熱階段中，在500℃的溫度下均質(zhì)化處理2小時(shí)，作為預(yù)備階段。在工序F中的預(yù)熱階段中，在570℃的溫度下均質(zhì)化處理5小時(shí)，作為預(yù)備階段。這些預(yù)熱階段使用了包括均質(zhì)化處理的雙段加熱法。
表2釬接金屬片性能

表3藝條件

將如此生產(chǎn)的釬接金屬片一一折皺，使其如圖1所示，散熱片高度為8mm，散熱片間距為2.5mm，散熱片脊條數(shù)上下各為4，總共8個(gè)脊條，制成散熱片1。
同時(shí)，在寬度為16mm、厚度為2mm、由Al-0.3％Cu合金組成的每一個(gè)管基材表面上，火焰噴涂Zn，使火焰噴涂覆蓋率為6-8g/m2或9-11g/m2，制成圖1所示的兩個(gè)管2。
用傳統(tǒng)的NB釬焊法將如此制成的散熱片1上部的四個(gè)脊條釬焊在一個(gè)管2上，下部的四個(gè)脊條釬焊在另一個(gè)管2上；制成模擬換熱器的各個(gè)釬焊樣品。在溫度為600℃、停留時(shí)間為3分鐘的條件下進(jìn)行釬焊時(shí)的加熱。從400℃加熱到釬焊溫度的時(shí)間、在600℃的停留時(shí)間和冷卻至硬釬料固化溫度(550℃)的時(shí)間總共是18分鐘。在該過(guò)程中，從400℃至550℃的加熱速率平均約為40℃/min。
釬焊后，首先用下述方法評(píng)價(jià)散熱片接合百分率。將脊條數(shù)上下各為50，總共100個(gè)脊條的散熱片在每一個(gè)脊條處與管接合。然后將這些接合點(diǎn)機(jī)械剝離，將存在有接合痕跡的接合點(diǎn)評(píng)價(jià)為良好接合點(diǎn)，將顯示出這些良好接合點(diǎn)的脊條數(shù)與所有脊條數(shù)(100個(gè)脊條)的比值作為散熱片接合百分率。
然后進(jìn)行鹽酸浸泡腐蝕試驗(yàn)和SWAAT試驗(yàn)(海水加速老化試驗(yàn))，作為腐蝕試驗(yàn)。在鹽酸浸泡腐蝕試驗(yàn)中，樣品在2.5vol％HCl水溶液中浸泡2小時(shí)。在SWAAT試驗(yàn)中，一個(gè)循環(huán)是用pH為2.8-3.0、溫度為49℃的人工海水向樣品噴灑30分鐘，然后暴露在溫度為49℃、相對(duì)濕度為98％或更大的環(huán)境中，重復(fù)360個(gè)循環(huán)(共720小時(shí))。
腐蝕后，首先用與上述釬焊后測(cè)定接合百分率相同的方法測(cè)定散熱片接合百分率。然后如圖1所示，用拉伸夾具3以D1所示的方向拉伸上面的管2，以與D1方向相反的D2所示的方向拉伸下面的管2，以測(cè)定散熱片斷裂載荷。如果散熱片和接合點(diǎn)沒(méi)有受到腐蝕破壞，則散熱片斷裂載荷顯示出很高的值，如果腐蝕嚴(yán)重，破壞了散熱片或接合點(diǎn)，則散熱片斷裂載荷顯示出很低的值。
表4示出釬焊前后散熱片的性能和釬焊后的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果。
表4(A)釬焊前后散熱片的性能

*1厚度方向；*2縱向表4(B)釬焊后的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

如表4所示，在實(shí)施例1-13中，選擇了合適的合金組成，釬焊后散熱片芯材料的再結(jié)晶顆粒的平均長(zhǎng)度設(shè)定為100μm或更大，芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小。這樣就帶來(lái)了下述效果即使在腐蝕試驗(yàn)中，散熱片斷裂載荷也顯示出很高的值，還得到很高的散熱片接合百分率。在使用Zn火焰噴涂覆蓋率高至9-11g/m2的管的實(shí)施例4、7和13中也得到了良好的結(jié)果。在這么高的Zn覆蓋率情況下，在本發(fā)明的任何組成范圍內(nèi)，都可以加入0.31wt％或更多的Cu，或者除Cu外再加入所述量的Mn。這對(duì)于保持腐蝕試驗(yàn)后很高的散熱片斷裂載荷值和接合百分率很有效。
再來(lái)看實(shí)施例1-3、6和8-12，這些實(shí)施例涉及到使用Zn火焰噴涂覆蓋率為6-8g/m2、散熱片厚度為0.09mm的散熱片的換熱器。即使在釬焊后芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面上的平均長(zhǎng)度為100-200μm且芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目為2.5-4的實(shí)施例8-10中，也能夠得到足夠高的散熱片斷裂載荷值。在芯材料的再結(jié)晶顆粒在該厚度方向上的平均數(shù)目為2.5或更小的實(shí)施例1-3、6、11和12中，得到高得多的散熱片斷裂載荷值。其中，在芯材料的再結(jié)晶顆粒在該厚度方向上的平均數(shù)目小于2.0的實(shí)施例3中，得到特別高的散熱片斷裂載荷值。在實(shí)施例5中，散熱片厚度很小，為0.075mm。但是，因?yàn)樾静牧系脑俳Y(jié)晶顆粒在該厚度方向上的平均數(shù)目小于2.0，所以能夠得到很高的散熱片斷裂載荷值。順便提及的是，由于芯材料的再結(jié)晶顆粒在該厚度方向上的平均數(shù)目特別小而得到良好性能的實(shí)施例3-5的換熱器是用其中進(jìn)行了兩次中間退火的工藝(C和D)生產(chǎn)的換熱器。
另一方面，在對(duì)比例1和3中，釬焊前的晶粒結(jié)構(gòu)是纖維狀，無(wú)法分辨原始的母體晶粒。再者，在釬焊后，再結(jié)晶顆粒的平均長(zhǎng)度很小，為60μm，且芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目大于4，是很大的數(shù)目。結(jié)果，因?yàn)榫Ы绺g和由于晶界腐蝕結(jié)合導(dǎo)致的腐蝕，使得散熱片斷裂載荷是36N或更小。這是因?yàn)?，在?duì)比例1和3中，最后冷軋前的中間退火是在低溫條件下(表3中的E)進(jìn)行的，從而使釬焊前的晶粒結(jié)構(gòu)保持為纖維狀，使得晶粒在釬焊后不能充分生長(zhǎng)。
在對(duì)比例2和4中，在釬焊前，芯材料的母體晶粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目大于5，并且在這種情況下，在釬焊后，再結(jié)晶顆粒的平均長(zhǎng)度很小，小于90μm，且芯材料的再結(jié)晶顆粒在該厚度方向上的平均數(shù)目大于4，是很大的數(shù)目。結(jié)果，因?yàn)榫Ы绺g和由于晶界腐蝕結(jié)合導(dǎo)致的腐蝕，使得散熱片斷裂載荷是49N或更小，從而使散熱片失去強(qiáng)度。這是因?yàn)?，在?duì)比例2和4中，在熱軋前的中間退火中，均質(zhì)化加熱是在高溫條件下(表3中的F)進(jìn)行的，從而使釬焊前芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目很大，使得再結(jié)晶顆粒在釬焊后不能充分生長(zhǎng)。
在對(duì)比例5中，芯材料中的Mn含量很低，為0.35wt％，導(dǎo)致散熱片的強(qiáng)度很低，并且使得通過(guò)折皺形成的散熱片高度不均勻，從而使初始散熱片接合百分率很低，為68％，不值得再做后續(xù)的腐蝕試驗(yàn)。
表4中沒(méi)有示出的是，在表2的BR14中，芯材料中的Mn含量很高，為2.05wt％，從而在芯材料中形成粗結(jié)晶體。結(jié)果，在芯材料中不能形成任何均勻的晶粒結(jié)構(gòu)。因此可以斷定這些散熱片不適合用在換熱器中，從而也沒(méi)有進(jìn)行釬焊。
在對(duì)比例6中，芯材料中的Zn含量很低，為0.45wt％，使得散熱片的電位很低，因?yàn)樯崞凸苤g的接合點(diǎn)受到了腐蝕，所以腐蝕后的接合百分率很低，為26％。順便提及的是，在這種情況下，雖然散熱片要求的強(qiáng)度得以保持，但是接合點(diǎn)處的強(qiáng)度很低，使腐蝕后的散熱片斷裂載荷很小，小于10N。在對(duì)比例7中，芯材料中的Zn含量很高，為3.07wt％，導(dǎo)致散熱片的電位極低，使散熱片發(fā)生腐蝕，所以散熱片斷裂載荷很小，為38N或更小，從而使散熱片失去強(qiáng)度。
在對(duì)比例8中，硬釬料中的Cu含量很低，為0.09wt％，使Zn火焰噴涂管的Zn富集在圓角部位處，使圓角的電位很低，腐蝕后的接合百分率很低，為29％或更小。在這種情況下，腐蝕后的散熱片斷裂載荷同樣很小，小于10N。
在對(duì)比例9中，硬釬料中的Cu含量很高，為0.65wt％，使散熱片的電位過(guò)低，從而使電位較低的散熱片發(fā)生腐蝕，所以散熱片斷裂載荷很小，為35N或更小，從而使散熱片失去強(qiáng)度。
如上所述，可以使用那些合金組成和金屬晶粒結(jié)構(gòu)被控制的散熱片制造換熱器。這樣可以改善散熱片自身及其與管接合點(diǎn)的耐蝕性和耐久性，有利于生產(chǎn)重量輕的換熱器，使表面處理與生態(tài)學(xué)相適應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種換熱器，其包括i)包括三層覆層材料的散熱片材料，該三層覆層材料由芯材料和位于芯材料兩側(cè)上的硬釬料構(gòu)成，芯材料由含有0.5-1.8wt％的Mn和0.5-3.0wt％的Zn的鋁合金組成，硬釬料由含有6.5-13.0wt％的Si和0.15-0.60wt％的Cu的Al-Si合金組成，和ii)具有Zn富集表面的鋁合金管；二者相互釬焊在一起；其中，在釬焊后，芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面上的平均長(zhǎng)度是100-1000μm，芯材料的再結(jié)晶顆粒在該縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器，其中，在釬焊前，所述芯材料的母體晶粒在散熱片縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的換熱器，其中，所述硬釬料還含有0.05-0.30wt％的Mn。
4.一種散熱片，其包括用在權(quán)利要求1或2的換熱器中的散熱片材料，其包括三層覆層材料，該三層覆層材料由芯材料和位于芯材料兩側(cè)上的硬釬料構(gòu)成，芯材料由含有0.5-1.8wt％的Mn和0.5-3.0wt％的Zn的鋁合金組成，硬釬料由含有6.5-13.0wt％的Si和0.15-0.60wt％的Cu的Al-Si合金組成；該散熱片經(jīng)過(guò)加工和回火后，芯材料的母體晶粒在該散熱片材料縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的散熱片，其中，所述硬釬料還含有0.05-0.30wt％的Mn。
全文摘要
一種換熱器，其具有i)包括三層覆層材料的散熱片材料，該三層覆層材料由芯材料和位于芯材料兩側(cè)上的硬釬料構(gòu)成，芯材料由含有0.5－1.8wt％的Mn和0.5－3.0wt％的Zn的鋁合金組成，硬釬料由含有6.5－13.0wt％的Si和0.15－0.60wt％的Cu的Al－Si合金組成，和ii)具有Zn富集表面的鋁合金管；二者相互釬焊在一起；其中，在釬焊后，芯材料的再結(jié)晶顆粒在散熱片縱斷面上的平均長(zhǎng)度是100－1000μm，芯材料的再結(jié)晶顆粒在該縱斷面厚度方向上的平均數(shù)目是4或更小。這種換熱器的散熱片接合點(diǎn)和散熱片自身的耐久性及其腐蝕后的強(qiáng)度得到了改善。
文檔編號(hào)C22C21/00GK1811316SQ200610003020
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者鈴木義和, 柿本信行, 二宮淳司, 大谷良行 申請(qǐng)人:古河Sky株式會(huì)社