專利名稱：一種高抗下垂性熱交換器釬焊用鋁合金復合箔的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明公開了一種高抗下垂性熱交換器釬焊用鋁合金復合箔。屬于鋁合金及其塑性加工技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
為了提高熱交換器的效率和減輕汽車等工程機械重量，鋁質(zhì)熱交換器由過去的機械式組裝，發(fā)展到了現(xiàn)在普遍采用釬焊工藝，它是利用低熔點釬焊Al-Si合金層將鋁合金管材和鋁合金帶箔材連接而成。通常采用標準的3003鋁合金，該合金具有良好的成形性能和機械性能，以及可接受的耐蝕性能。近些年，隨著鋁質(zhì)熱交換器結(jié)構(gòu)設計方面的不斷改進，釬焊鋁合金箔材的厚度將會逐漸變?yōu)?.07_以下。因此，不斷研制與開發(fā)了一些基于Al-Mn系的鋁合金材料，以滿足因厚度減薄而帶來合金釬焊后抗下垂性相應提高，但其耐蝕性能又不能降低等的性能要求是完全必要的。3XXX系合金是通過在鋁中添加Mn，形成固溶強化鋁合金，提高合金的強度，并保持良好的耐蝕、導電、導熱性能，以及具有優(yōu)良的焊接性能和塑性加工性能等，現(xiàn)已被廣泛應用于汽車、制冷、化工等行業(yè)中制作熱交換器的散熱管和散熱片。目前世界上應用最廣泛的Al-Mn合金為3003鋁合金，但由于合金中Mn的含量較高，在鑄造冷卻過程中極容易產(chǎn)生偏析，導致合金的腐蝕性能和加工性能降低，限制了 3003鋁合金在空調(diào)和制冷行業(yè)的應用。為了解決這些問題，歐美國家注冊了受多項專利保護的X800、K319、3190和3532等鋁合金，通過調(diào)整合金中的Mn、Fe、Mg、Cu、Zn、Ti等元素的含量，優(yōu)化其加工工藝，確保合金在釬焊過程中由于Si的擴散而在其表層形成犧牲陽極保護層，從而大大提高了合金的抗腐蝕性能，同時確保合金具有優(yōu)良力學性能、加工性能和焊接性能。常規(guī)3003鋁合金往往是通過增加Mn、Cu等元素含量實現(xiàn)固溶強化，并且通過添加Ti元素的含量細化晶粒，這樣僅僅能提高合金釬焊前的強度，但當散熱器裝配通過釬焊爐的高溫(約600-630°C )處理后，鋁合金材料已完全軟化，致使其釬焊后的強度大大降低。CAB氮氣保護釬焊的工藝特點，又限制了含Mg的可熱處理強化合金的使用。Fe和Cu含量增加還會大大地降低合金的耐蝕性能。因此目前的復合釬焊鋁合金箔材還存在著釬焊時下垂值高、釬焊性能低的問題。發(fā)明專利CN101433910涉及提高釬焊用鋁合金復合箔抗下垂性能的方法，中添加Mg 0. 3-0. 6%，CuO. 05-0. 3%，制備出的鋁合金復合箔在保持良好力學性能、耐腐蝕性能、釬焊性和加工性等特性的基礎上，具有優(yōu)良的抗下垂性能，較好滿足熱交換器對鋁合金復合箔的諸性能要求；但Cu、Mg對CAB釬焊性有一定的影響，且其不適合用作CAB (可控氣氛釬焊)氮氣保護釬焊，只適用于真空釬焊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種組分配比合理，加工制造容易，制備的合金具有良好的加工成形性能、良好的耐蝕性能、釬焊后良好的抗下垂性能的高抗下垂性熱交換器釬焊用鋁合金復合箔。
本發(fā)明一種高抗下垂性熱交換器釬焊用鋁合金復合箔，由芯材和包覆層組成，所述包覆層厚度占鋁合金復合箔總厚度的8-15%;所述芯材包括下述組分按質(zhì)量百分比組成Mn I. 4-1. 6, Si 0. 4-0. 6, Fe 0. 50-0. 90, Zn I. 00-1. 60, V 0. 10-0. 50, Zr0.05-0.30，Ti 0.05-0. 30，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)中Cu、Mg含量均小于
0.05% ;所述包覆層為硅鋁合金，其中硅占所述硅鋁合金的質(zhì)量百分比為6. 80-8. 20，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明一種高抗下垂性熱交換器釬焊用鋁合金復合箔的制備方法，包括下述步驟第一步芯材、硅鋁合金包覆層的制備按設計的芯材組分配比取各組分，經(jīng)熔煉、精煉后澆鑄，澆注溫度700_720°C，澆注后鑄錠在580-620°C下保溫18-36小時進行均勻化處理，得到芯材鑄錠；按設計的硅鋁合金包覆層組分配比取各組分，經(jīng)熔煉、精煉后澆鑄，澆注溫度690-710°C，得到硅鋁合金鑄錠；第二步軋制取第一步得到的芯材鑄錠及硅鋁合金鑄錠，按鋁合金復合箔中包覆層厚度占鋁合金復合箔總厚度的8-15%的比例，分別下料后按包覆層/芯材/包覆層組合成三層復合錠坯；將所述三層復合錠坯加熱至500-540°C均溫，熱軋，道次壓下量5-35%，控制熱軋總變形量為85-95%，控制終軋溫度不低于350°C ;然后，冷粗軋，道次壓下量為15_35%，當累積變形量達到75-85%時，進行中間退火，退火溫度350-480°C，保溫時間2_6小時，控制冷粗軋總變形量達到90-98%時，停止冷粗軋；將冷粗軋得到的三層復合錠坯加熱到350-480°C下保溫2-6小時進行二次退火，然后控制道次變形量20-35%，精冷軋至設計的鋁合金復合箔厚度。本發(fā)明的機理簡述于下根據(jù)本發(fā)明人研究對于Al-Mn系鋁合金，調(diào)整Mn、Si、Fe和Zn的含量，復合添加V、Zr和Ti等元素，在提高合金強度的同時，可以不影響合金因點蝕而產(chǎn)生的不均勻腐蝕，且在加工制備過程中使其形成多種的復合強化相阻止晶粒在高溫釬焊過程中粗化而獲得穩(wěn)定的細晶組織結(jié)構(gòu)。本發(fā)明擬采取的技術(shù)方案是降低Cu含量，調(diào)整Mn、Si、Fe和Zn的含量，復合添加V、Zr和Ti等元素。同時，通過控制軋制與退火工藝確保箔材獲得穩(wěn)定的細晶纖維組織結(jié)構(gòu)，以及在晶內(nèi)和晶界形成均勻彌散分布的復合高溫強化相，從而阻止晶粒在高溫釬焊過程中粗化，使合金材料具有更高的抗下垂性能，且保持較好的耐蝕性。本發(fā)明由于采用上述組分配比及制備方法，具有以下優(yōu)點及積極效果I、利用Mn與Al形成Al6Mn作為合金的主要強化相，阻礙釬焊加熱期間形成再結(jié)晶大晶粒的再結(jié)晶過程的發(fā)生。但Mn含量高于I. 8%后會形成粗大相而嚴重影響合金的加工成形性能。Mn含量的最佳范圍是I. 40%到I. 60%之間。2、Si可以降低Mn的溶解性，Si、Mn結(jié)合產(chǎn)生含Mn的高密度彌散體顆粒，對合金強度有一定作用并提高合金鑄造過程的流動性，同時還會與Fe、V形成極細的高溫穩(wěn)定相Al (Fe, V) Si，提高合金釬焊后的抗下垂性能，并有效降低因強化合金提高Fe含量帶來對合金耐蝕性的不利影響。有些Si也存在于固溶體中，不論在固溶體還是彌散體顆粒中，Si都增加強度。但高于I. 2%后會降低合金的熔點而影響釬焊性能。硅含量的最佳范圍是0. 40%到0. 60%之間。3、Fe能提高Al-Mn合金的強度，但高于0. 8%，在合金中易于形成大量粗大的Al-Fe和Al-Fe-Si等金屬間化合物，大大降低合金的加工成形性能和耐蝕性能。鐵含量的最佳范圍是0. 50%到0. 60%之間。4、本發(fā)明設計的合金組分不含Cu、Mg，并在不可避免雜質(zhì)中限制Cu、Mg的含量均小于0. 05%,由于合金中不含Cu或Cu含量極低，可有效降低合金中正的腐蝕電位，提高合金抗晶間腐蝕性能；特別是對Mg含量的有效控制，在CAB釬焊中可以有 效提高合金與其他材料之間的釬焊焊接能力。5、Zn單獨加入鋁中對合金強度的提高有限。但鋅能提高鋁的電極電位，加入
I.0-2. 0%的Zn，可以作為犧牲陽極作用，將點腐蝕變?yōu)槊娓g，提高整體鋁合金的耐腐蝕性能。鋅含量的最佳范圍是I. 40%到I. 60%之間。6、V在鋁合金中生成Al11V難溶金屬間化合物，在熔煉和鑄造過程中細化晶粒；特別地在高Fe和Si存在時，可形成極細的Al (Fe, V) Si高溫穩(wěn)定相，在熱變形和熱處理過程中提高再結(jié)晶溫度，細化再結(jié)晶組織，提高合金釬焊后的抗下垂性能。但超過0. 5%含量會形成粗大難溶金屬間化合物，降低合金加工成形性能。釩含量的最佳范圍是0. 15%到0. 25%之間。7,Zr 一般加入量為0. 1-0. 3%,形成Al3Zr金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶過程,細化再結(jié)晶晶粒。鋯含量最佳范圍是0. 10%到0. 20%之間。8、Ti主要可細化鑄造組織，改善合金加工性能。更重要的是Ti在合金中沿厚度方向形成高濃度和低濃度交叉曾狀分布，低濃度區(qū)域比高濃度區(qū)域優(yōu)先被腐蝕，因此另一層腐蝕受到阻撓，合金耐腐蝕性能大大提高。含量過高會形成粗大難溶金屬間化合物，降低合金加工成形性能。鈦含量的最佳范圍是0. 10%到0. 15%之間。本發(fā)明通過嚴格控制Cu、Mg含量，調(diào)整Mn、Si、Fe和Zn的含量，復合添加V、Zr和Ti及軋制與退火工藝的優(yōu)化，確保箔材獲得穩(wěn)定的細晶纖維組織結(jié)構(gòu)，以及在晶內(nèi)和晶界形成均勻彌散分布的復合高溫強化相，從而阻止晶粒在高溫釬焊過程中粗化，使合金材料具有更高的抗下垂性能。制備的釬焊箔材與現(xiàn)有的3003合金相比，在保證其耐蝕性能不降低的情況下其釬焊后的抗下垂性能比現(xiàn)有的Al-Mn系3003鋁合金復合箔提高20%以上。解決了熱交換器用CAB (可控氣氛釬焊)釬焊鋁合金材料因厚度減薄而要求提高合金釬焊后抗下垂性并保持良好耐蝕性的關(guān)鍵技術(shù)問題。綜上所述，本發(fā)明組分配比合理，加工制造容易，制備的合金具有良好的加工成形性能、良好的耐蝕性能、釬焊后良好的抗下垂性能。解決了熱交換器用CAB釬焊鋁合金材料因厚度減薄而要求提高合金釬焊后抗下垂性并保持良好耐蝕性的關(guān)鍵技術(shù)問題，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


附圖I為本發(fā)明實施例1、2、3及對比例制備的合金在應變速率為0. Is'變形溫度為550°C時的高溫熱壓縮變形過程的流變應力曲線。圖中1一實施例I制備的合金的流變應力曲線，2 —實施例2制備的合金的流變應力曲線，3 —實施例3制備的合金的流變應力曲線，4 一對比例制備的合金的流變應力曲線。從圖中可以看出，實施例1、2、3制備的合金的高溫熱變形流變應力較對比例的高，表明本發(fā)明的合金材料的高溫熱穩(wěn)定性較現(xiàn)有3003合金大大提高。
具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明設計的合金成份范圍，采用99. 7A1錠、Zn錠和Mn、Si、Fe劑以及AlltlZr和Al5V中間合金，分別按照重量比例配制本發(fā)明實施例1、2、3的芯材合金、包覆合金以及對比例芯材合金標準3003合金。在容量為4T的反射燃油熔煉爐內(nèi)，經(jīng)熔煉、精煉后，采用半連續(xù)鑄造成鑄錠。實施例I芯材鑄錠中實測組分配比為
權(quán)利要求
1.一種高抗下垂性熱交換器釬焊用鋁合金復合箔，由芯材和包覆層組成，所述包覆層厚度占鋁合金復合箔總厚度的8-15% ;所述芯材包括下述組分按質(zhì)量百分比組成Mn I. 4-1. 6，Si 0.4-0. 6，F(xiàn)e 0.50-0. 90，Zn I. 00-1. 60, V 0.10-0. 50，Zr 0.05-0.30，Ti 0. 05-0. 30，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)中Cu、Mg含量均小于0. 05% ;所述包覆層為硅鋁合金，其中硅占所述硅鋁合金的質(zhì)量百分比為6. 80-8. 20，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高抗下垂性熱交換器釬焊用鋁合金復合箔，其特征在于所述芯材包括下述組分按質(zhì)量百分比組成Mn I. 4-1. 6，Si 0. 5-0. 6，F(xiàn)e 0. 50-0. 60，Zn I. 40-1. 60，V 0. 15-0. 25，Zr 0. 1-0. 20，Ti 0. 1-0. 15，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)中Cu、Mg含量均小于0. 05%。
3.制備如權(quán)利要求I或2所述的一種高抗下垂性熱交換器釬焊用鋁合金復合箔的方法，包括下述步驟 第一步芯材、硅鋁合金包覆層的制備 按設計的芯材組分配比取各組分，經(jīng)熔煉、精煉后澆鑄，澆注溫度700-720°C，澆注后鑄錠在580-620°C下保溫18-36小時進行均勻化處理，得到芯材鑄錠； 按設計的硅鋁合金包覆層組分配比取各組分，經(jīng)熔煉、精煉后澆鑄，澆注溫度690-710°C，得到硅鋁合金鑄錠； 第二步軋制 取第一步得到的芯材鑄錠及硅鋁合金鑄錠，按鋁合金復合箔中包覆層厚度占鋁合金復合箔總厚度的8-15%的比例，分別下料后按包覆層/芯材/包覆層組合成三層復合錠坯；將所述三層復合錠坯加熱至500-540°C均溫，熱軋，道次壓下量5-35%，控制熱軋總變形量為85-95%，控制終軋溫度不低于350°C ;然后，冷粗軋，道次壓下量為15_35%，當累積變形量達到75-85%時，進行中間退火，退火溫度350-480°C，保溫時間2_6小時，控制冷粗軋總變形量達到90-98%時，停止冷粗軋；將冷粗軋得到的三層復合錠坯加熱到350-480°C下保溫2_6小時進行二次退火，然后控制道次變形量20-35%，精冷軋至設計的鋁合金復合箔厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高抗下垂性熱交換器釬焊用鋁合金復合箔，由芯材和包覆層組成，所述包覆層厚度占鋁合金復合箔總厚度的8-15%；所述芯材包括下述組分按質(zhì)量百分比組成Mn 1.4-1.6，Si 0.4-0.6，F(xiàn)e 0.50-0.90，Zn 1.00-1.60，V 0.10-0.50，Zr 0.05-0.30，Ti 0.05-0.30，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)中Cu、Mg含量均小于0.05%。本發(fā)明的合金可軋制加工成CAB(可控氣氛釬焊，以下簡稱CAB釬焊)釬焊在內(nèi)的交換器用鋁合金復合箔。本發(fā)明組分配比合理，加工制造容易，制備的合金具有良好的加工成形性能、良好的耐蝕性能、釬焊后良好的抗下垂性能。適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C22F1/04GK102676884SQ20121016463
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者張輝, 彭卓瑋, 楊新遠, 江勇 申請人:長沙眾興新材料科技有限公司