一種熱交換器用翅片箔及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱交換器用翅片箔及其制造方法，翅片箔包括以下重量百分比的組份，其中：合金組份：硅0.58-0.68％，鐵1.45-1.65％，錳0.72-0.95％，鋅0.6-1.0％，銅、鎂、鈦均≤0.05％；其他雜質(zhì)元素合計≤0.15％，其余為鋁。本發(fā)明熱交換器用翅片箔既具有良好的高溫抗下垂性能，還具有釬焊高溫后優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和較高釬焊后強(qiáng)度。
【專利說明】一種熱交換器用翅片箔及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱交換器用鋁合金制品，更具體地說，本發(fā)明涉及一種熱交換器用翅 片箔及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著熱交換器向著輕量化和小型化的方向發(fā)展，對熱交換器的用材在厚度更薄、 散熱效率更高方面也提出了更新的要求。其中熱交換器用翅片箔的厚度及散熱效率對熱交 換器的性能影響最大，為增加散熱效率，除了增加翅片箔波數(shù)增大換熱面積等方法外，翅片 箔材料自身的導(dǎo)熱性能也起著非常關(guān)鍵的作用。
[0003] 然而，材料自身的導(dǎo)熱性能一般很難直接通過儀器檢測出來，作為替代，材料的導(dǎo) 熱性能可以用電導(dǎo)率指標(biāo)進(jìn)行評價即：電導(dǎo)率越高，材料的導(dǎo)熱性能也越好。
[0004] 材料的電導(dǎo)率主要與材料的組份配比及元素在基體中的分布有很大關(guān)系，材料純 度越高、固溶在鋁基體中的合金元素越少，材料的導(dǎo)電性能就越好。因此，為了提高材料的 導(dǎo)熱性能，設(shè)計和制造材料時，應(yīng)該盡可能讓合金元素在高溫使用狀態(tài)下析出。而且，由于 鋁制熱交換器的釬焊工作溫度通常在600°C左右，為了獲得釬焊后更好的電導(dǎo)率即散熱性 能，通常希望在600°C高溫條件下合金元素在鋁基體中的固溶度越小越好。
[0005] 另一方面，又希望熱交換器用翅片箔必須具有足夠強(qiáng)的釬焊性能和釬焊后強(qiáng)度， 否則經(jīng)歷高溫釬焊條件，易出現(xiàn)箔片塌陷及熔垂等不良缺陷。然而，純鋁的電導(dǎo)率雖然最 高，強(qiáng)度卻也最低，因此翅片箔的組份配比中必須添加一定量的合金元素以增加高溫抗塌 陷性能和高溫后的強(qiáng)度；但合金元素在鋁基體中的固溶度增大，高溫方面的強(qiáng)度會有所提 高、電阻卻又相應(yīng)地有所增大，對應(yīng)的電導(dǎo)率也會越低。
[0006] 綜上所述，如何保證翅片材料的高溫抗塌陷性能和高溫后強(qiáng)度的前提下，還能通 過優(yōu)化合金元素含量配比獲得良好的導(dǎo)熱性能，是極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)提出的上述問題，本發(fā)明目的是要提供一種熱交換器用翅片箔及其 制造方法，其具有如下優(yōu)點：該翅片箔既具有良好的高溫抗下垂性能和較高釬焊后強(qiáng)度，同 時，還具有釬焊高溫后優(yōu)良的導(dǎo)熱性能。
[0008] 為此，本發(fā)明的技術(shù)解決方案之一是一種熱交換器用翅片箔，包括以下重量 百分比的組份，其中：合金組份：硅0.58-0. 68 %，鐵1.45-1. 65 %，錳0.72-0. 95 %，鋅 0. 6-1. 0%，銅、鎂、鈦均< 0. 05% ;其他雜質(zhì)元素合計< 0. 15%，其余為鋁。
[0009] 本發(fā)明組份配方及合金控雜技術(shù)基于如下技術(shù)理念：
[0010] 為了兼得材料的釬焊后強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能，在組份配比設(shè)計時，考慮到有些合金元 素能顯著提高材料強(qiáng)度，但在600°C高溫情況下固溶度卻很小，如Fe,不會有效降低材料的 導(dǎo)熱性能，那么在組份配比設(shè)計時，可相對提高Fe含量。有些合金元素雖然能提高材料強(qiáng) 度，但在600°C高溫情況下固溶度很大，如Si、Mn、Zn,將會顯著降低材料的導(dǎo)熱性能，那么 在組份配比設(shè)計時，則要考慮降低Si、Mn、Zn含量。
[0011] 本發(fā)明鋁合金翅片材料創(chuàng)造性地控制Si、Mn、Zn等在鋁基體中高溫固溶度大的元 素含量，Si含量0. 58-0. 68%，Mn含量0. 72-0. 95%，Zn含量0. 6-1. 0% ;同時為了提高材 料釬焊后強(qiáng)度，彌補(bǔ)因 Si、Mn等元素含量不高帶來的強(qiáng)度不足，將在鋁基體中高溫固溶度 小的、能顯著提高材料強(qiáng)度的元素 Fe含量提高至1. 45-1. 65%。
[0012] 合金中控制Si含量0. 58-0. 68% ;Si主要起提高材料強(qiáng)度的作用，高溫釬焊后易 形成大晶粒，具有良好的高溫抗塌陷能力。若Si含量降到0. 58%以下，則材料強(qiáng)度不夠，同 時高溫釬焊后不易形成大晶粒，材料的高溫抗塌陷能力差。若Si含量超出0. 68%，Si在鋁 基體中固溶度過大（577°C時硅在鋁中的最大溶解度為1.65% )，則基體電阻會增大，翅片 箔電導(dǎo)率會下降，對應(yīng)的導(dǎo)熱性能也會下降。
[0013] 合金中控制Mn含量為0. 72-0. 95 % ;Mn能提高材料強(qiáng)度，Mn與Al形成MnAl6化合 物彌散質(zhì)點阻止鋁合金的再結(jié)晶過程，提高材料高溫抗塌陷性能。MnAl6的另一作用是能溶 解Fe,形成（Fe, Mn) Al6減小Fe的有害影響；若Mn含量降到0.7 %以下，則形成的（Fe, Mn) Al6、MnAl6化合物彌散質(zhì)點較少，高溫釬焊時不能對再結(jié)晶過程起到充分的阻礙作用，材料 的高溫抗塌陷性能會明顯下降；若Mn含量超出0.9%，Mn在鋁基體中固溶度過大（658°C時 錳在鋁中的最大溶解度為1.82% )，則基體電阻會增大，翅片箔電導(dǎo)率會下降，對應(yīng)的導(dǎo)熱 性能也會下降。
[0014] 合金中控制Zn含量為0. 6-1. 0%;若Zn含量降到0. 6%以下，翅片電位下降不大， 導(dǎo)致翅片與相連接的管或散熱片電位相差不大，形成的原電池反應(yīng)過弱，不能起到有效的 犧牲陽極保護(hù)作用；若Zn含量超出1.0%，Zn在鋁基體中固溶度過大（275°C時鋅在鋁中的 溶解度為31. 6% )，則基體電阻會增大，翅片箔電導(dǎo)率會下降，對應(yīng)的導(dǎo)熱性能也會下降。
[0015] 此外，合金中控制Fe含量為1.45-1.65%。若Fe含量降到1.45%以下，則Fe提 高強(qiáng)度的作用不明顯；若Fe含量超出1. 65%，F(xiàn)e會與Si、Al形成粗大的FeAl3、P -AlFeSi 相，一方面大大降低材料的塑性性能，導(dǎo)致最終成品沖翅時可能會出現(xiàn)開裂等缺陷，另一方 面還會降低翅片的耐腐蝕性能。
[0016] 合金中還控制Mg含量為彡0.05%;若Mg含量超出0.05%，由于Mg在高溫時容易 蒸發(fā)出來，在氣體保護(hù)焊時與釬劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對釬焊造成不良影響。
[0017] 合金中控制Cu含量為< 0. 05 % ;Cu雖然是提高鋁合金強(qiáng)度最有效的元素之一，但 Cu在鋁基體中固溶度較大（548°C時銅在鋁中的最大溶解度為5. 65% )，降低了材料的電導(dǎo) 率；另一方面Cu元素能提高電極電位，與Zn元素剛好相反，降低了翅片箔的犧牲陽極保護(hù) 作用。
[0018] 合金中控制Ti含量為<0.05%;Ti主要起晶粒細(xì)化作用；若Ti含量超出0.05%， Ti在鋁基體中主要形成包晶，提高了鋁基體電阻，降低了材料的電導(dǎo)率。
[0019] 總之，傳統(tǒng)合金成分都加硅、錳來提高材料強(qiáng)度和高溫抗下垂性能，加鋅來降低翅 片材料的電極電位、提高犧牲陽極保護(hù)作用。但在600°C左右高溫釬焊條件下，以上元素在 鋁基體中固溶度均較大，導(dǎo)致材料的電導(dǎo)率下降較大，從而影響材料的導(dǎo)熱性能。有鑒于 此，本發(fā)明鋁合金翅片箔材料采用降低硅、錳、鋅含量提高翅片箔電導(dǎo)率，同時提高高溫固 溶度小的元素鐵含量來彌補(bǔ)強(qiáng)度，從而得到一種具有優(yōu)良導(dǎo)熱性能的高強(qiáng)度熱交換器單層 翅片箔。本發(fā)明鋁合金翅片箔材料，較一般翅片箔合金電導(dǎo)率提高約20%，同時保持較高的 釬焊后強(qiáng)度。
[0020] 由本發(fā)明實施例實測數(shù)據(jù)證明：本發(fā)明合金中組份配方為本發(fā)明鋁合金翅片材料 的導(dǎo)熱性能提高起到了基礎(chǔ)性的支撐作用，并保持其較高的材料強(qiáng)度。
[0021] 為了進(jìn)一步提高組份配方及合金控雜技術(shù)的工藝效果、及微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，本 發(fā)明翅片箔還包括如下改進(jìn)：
[0022] 所述其他雜質(zhì)元素單個的重量百分比< 0. 05%。
[0023] 為了進(jìn)一步優(yōu)化鋁合金翅片材料的力學(xué)、熱學(xué)、高溫性能的綜合平衡，本發(fā)明能翅 片箔還包括如下改進(jìn)：
[0024] 經(jīng)過605°C溫度釬焊5分鐘后，所述翅片箔電導(dǎo)率彡55% IACS。
[0025] 所述翅片箔厚度彡0. 05mm ;經(jīng)過605°C溫度釬焊5分鐘后，寬15mm伸出50mm樣片 的下垂值< 30_。
[0026] 經(jīng)過605°C溫度釬焊5分鐘后，所述翅片箔抗拉強(qiáng)度彡140N/mm2。
[0027] 相應(yīng)地，本發(fā)明的另一技術(shù)解決方案是一種如上所述熱交換器用翅片箔的制造方 法，其包括如下加工步驟：按照所述合金組份進(jìn)行配比、熔煉、精煉、攪拌除氣、扒渣、連續(xù)鑄 車U冷軋、均勻化退火、二次冷軋、中間退火、三次冷軋，乳制得到箔厚< 〇. 〇5mm的所述翅片 猜成品。
[0028] 本發(fā)明翅片箔的制造方法，在本發(fā)明特定原料組份配方的基礎(chǔ)上，因地制宜地利 用已有生產(chǎn)設(shè)備，制得厚度薄、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能更優(yōu)良的熱交換器翅片箔成品，工藝簡單， 實施有效。
[0029] 為了更充分發(fā)揮和優(yōu)化本發(fā)明箔材配方的微觀結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點，進(jìn)一步提高本發(fā)明 方法的節(jié)能性、工藝簡捷性，本發(fā)明制造方法還包括如下改進(jìn)：
[0030] 所述連續(xù)鑄軋步驟制得厚6-8_的鑄軋卷坯料，然后將鑄軋卷坯料經(jīng)冷軋步驟軋 至3. 5_厚，再進(jìn)行均勻化退火。
[0031] 所述均勻化退火步驟后待冷卻，經(jīng)二次冷軋步驟將3. 5mm厚坯料軋制至 0. 075-0. 085mm厚，再進(jìn)行中間退火、三次冷軋步驟，乳制得到所述翅片箔成品。
[0032] 所述均勻化退火步驟，控制溫度為500-550°C，保溫時間8-20hr。
[0033] 在所述三次冷軋步驟之后，所述制造方法還包括對所述鋁合金翅片箔材料進(jìn)行寬 度剪切、分條。
[0034] 本發(fā)明制造方法中，鑄軋卷坯料均勻化退火控制在500_550°C溫度范圍、保溫 8-20hr ;若均勻化溫度低于500°C，鑄態(tài)組織下的晶界非平衡相和粗大析出相無法完全消 除，從面導(dǎo)致后續(xù)變形材料塑性差、性能不均勻、晶粒異常粗大。若均勻化溫度高于550°C， 一般箱式退火爐難以達(dá)到該溫度，不利于退火控制。500-550°C均勻化，可以有效地改善材 料鑄態(tài)組織，消除鑄態(tài)下晶界非平衡相和粗大析出相，提高了材料塑性和耐蝕性能，有利于 后續(xù)加工變形。均勻化時間少于8hr，鑄態(tài)下晶界非平衡相和粗大析出相不能充分溶解，均 勻化時間超過20hr，增加生產(chǎn)成本。
[0035] 以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

【具體實施方式】
[0036] 本發(fā)明實施例1-5及本發(fā)明以外的比較例（采用目前市場上普遍的3003+1. 5% Zn合金制得厚度0. 05mm單層翅片箔材）部分組份配比參見表1。
[0037] 按照表1所示組份制得的鋁熔體，再依序通過精煉、攪拌除氣、扒渣、連續(xù)鑄軋制 得厚6_8mm的鑄乳卷述料，冷乳至3. 5mm，進(jìn)行均勻化退火，冷卻后乳制至0. 075-0. 085mm進(jìn) 行中間退火，最后乳制得到〇. 〇5mm厚的成品。
[0038] 表 1
[0039]

【權(quán)利要求】
1. 一種熱交換器用翅片箔，包括以下重量百分比的組份，其中：合金組份：硅 0? 58-0. 68%，鐵 1. 45-1. 65%，錳 0? 72-0. 95%，鋅 0? 6-1. 0%，銅、鎂、鈦均彡 0? 05% ;其他 雜質(zhì)元素合計< 0. 15%,其余為錯。
2. 如權(quán)利要求1所述熱交換器用翅片箔，其特征在于：所述其他雜質(zhì)元素單個的重量 百分比彡〇? 05%。
3. 如權(quán)利要求1或2所述熱交換器用翅片箔，其特征在于：經(jīng)過605°C溫度釬焊5分鐘 后，所述翅片箔電導(dǎo)率彡55% IACS。
4. 如權(quán)利要求1或2所述熱交換器用翅片箔，其特征在于：所述翅片箔厚度< 0. 05mm ; 經(jīng)過605°C溫度釬焊5分鐘后，寬15mm伸出50mm樣片的下垂值彡30mm。
5. 如權(quán)利要求1或2所述熱交換器用翅片箔，其特征在于：經(jīng)過605°C溫度釬焊5分鐘 后，所述翅片箔抗拉強(qiáng)度> 140N/mm2。
6. -種如權(quán)利要求1-5之一所述熱交換器用翅片箔的制造方法，其包括如下加工步 驟：按照所述合金組份進(jìn)行配比、熔煉、精煉、攪拌除氣、扒渣、連續(xù)鑄軋、冷軋、均勻化退火、 二次冷軋、中間退火、三次冷軋，乳制得到箔厚< 〇. 〇5mm的所述翅片箔成品。
7. 如權(quán)利要求6所述熱交換器用翅片箔的制造方法，其特征在于：所述連續(xù)鑄軋步驟 制得厚6-8_的鑄軋卷坯料，然后將鑄軋卷坯料經(jīng)冷軋步驟軋至3. 5_厚，再進(jìn)行均勻化退 火。
8. 如權(quán)利要求7所述熱交換器用翅片箔的制造方法，其特征在于：所述均勻化退火步 驟后待冷卻，經(jīng)二次冷軋步驟將3. 5mm厚坯料軋制至0. 075-0. 085mm厚，再進(jìn)行中間退火、 三次冷軋步驟，乳制得到所述翅片箔成品。
9. 如權(quán)利要求6或7所述熱交換器用翅片箔的制造方法，其特征在于：所述均勻化退 火步驟，控制溫度為500-550°C，保溫時間8-20hr。
10. 如權(quán)利要求6或7所述熱交換器用翅片箔的制造方法，其特征在于：在所述三次冷 軋步驟之后，所述制造方法還包括對所述鋁合金翅片箔材料進(jìn)行寬度剪切、分條。
【文檔編號】C22C21/00GK104451270SQ201410637492
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】郭飛躍, 王立新, 盧超, 黃美艷, 陳振湘 申請人:乳源東陽光精箔有限公司