熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料，所述鋁合金材料包含如下質量百分數的成分：Si0.1～0.25%，Fe0.15～0.4%，Cu0.05～0.15%，Mn1.1～1.4%，Mg0.05～0.2%，Zn0.1～1.5%，Zr0.1～0.2%，Cr0.1～0.2%，V0.08～0.15%，Ti0.03～0.08%，Re0.01～0.02%，其余為鋁和不可避免的雜質。按照上述化學成分通過熔煉、鑄造、銑面、均勻化加熱、熱軋、冷軋、中間退火、箔軋、精整工序得到的AA3003鋁合金板帶箔材，其熔點、釬焊前抗拉強度、抗下垂性能優(yōu)于常規(guī)3003合金材料，耐腐蝕性與常規(guī)3003合金材料相當，滿足熱交換器的使用。
【專利說明】熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金材料【技術領域】，具體的涉及一種熱交換器用多元微合金化高性 能釬焊鋁合金材料，被廣泛運用于汽車散熱器、暖風器、中冷器、冷凝器、蒸發(fā)器、油冷器及 電站空冷島等熱交換領域。

【背景技術】
[0002] 釬焊式鋁質熱交換器在汽車、電站、工程機械、大型制冷設備等領域得到了廣泛的 運用。它是采用熔點較低的Al-Si合金作為釬料，將鋁合金管材和鋁合金板片焊接而成。 3003合金，由于其有適中的強度、良好的成形性能、較好的焊接性能及可接受的耐腐蝕性 能，被廣泛運用于制作熱交換器管料、翅片及板料。
[0003] 熱交換器用3003鋁合金板帶箔材一般都是通過熔煉與鑄造、均勻化加熱、熱軋、 冷軋、箔軋、退火及精整等工藝生產的。除熔煉與鑄造外，改變其余工序的某些工藝參數以 提高3003合金的強度、抗下垂性、耐腐蝕性能，其空間極小，效果甚微。但在熔煉與鑄造工 序,通過添加微量過渡族元素及稀土合金元素（Re),優(yōu)化已有合金元素含量和配比,控制合 金顯微組織，得到高性能的新型AA3003合金，則不失為一條可行的路徑。國內外已經有一 些這方面的研究： 中國專利申請101724770A公開了 "一種高強高耐蝕性釬焊鋁合金箔材及其制造方 法"，該發(fā)明通過優(yōu)化Si、Fe、Cu、Mn合金元素配比，添加Cr、V、Zr、Ti元素，最終得到的合金 性能指標如下：熔點650. 2°C、抗拉強度225MPa、抗下垂性12mm。
[0004] 中國專利申請103103405A公開了 "多元微合金化高強鋁錳合金及其制備方法"， 該發(fā)明通過優(yōu)化Si、Fe、Cu、Mn、Zn合金元素配比，添加Mg、Zr、Ti、B、稀土元素,最終得 到的合金性能指標如下：鑄態(tài)硬度HV51. 8?64. 3、釬焊前抗拉強度240. 9?255. 5MPa、 600°ClOmin釬焊后抗拉強度159. 2?168MPa、600°ClOmin釬焊后屈服強度57. 1? 63. 5MPa、釬焊后延伸率16. 5?18. 4%、腐蝕電位-0.717?一 0.741V、腐蝕電流密度 3. 13*1(T7 ?4. 28*l(T7A/cm2、15 天浸泡的自腐蝕速率 0? 0153 ?0? 0208Mg/d*cm2。
[0005] 已有的研究表明，3003鋁合金板帶箔材的抗拉強度越高、熔點越高，抗垂性能越 好，腐蝕電流密度越低，抗腐蝕性能越好。但第二相粒子越多，合金的腐蝕敏感性越強，第二 相粒子在晶界上析出會對降低合金的抗腐蝕性能。
[0006] 隨著工藝的不斷革新、質量的持續(xù)提高及市場競爭的愈發(fā)加劇，要求用于熱交換 器的鋁合金板帶箔材具有更高的強度、更優(yōu)的抗下垂性、較好的耐腐蝕性，傳統(tǒng)的3003合 金，已經難以滿足這一要求。因此，亟待開發(fā)新型鋁合金材料。


【發(fā)明內容】

[0007] 為了解決熱交換器用釬焊鋁合金板帶箔材技術發(fā)展帶來的提高合金強度及耐蝕 性問題，本發(fā)明提供了一種新型鋁合金，細化合金的晶粒，得到均勻、彌散化、細小的第二相 粒子，且晶界有害第二相粒子較少的新型鋁合金，滿足客戶質量要求。
[0008] 為了達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現的： 本發(fā)明是熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料，鋁合金材料包含如下質量 百分數的成分：Si0? 1 ?0? 25%，Fe0? 15 ?0? 4%，Cu0? 05 ?0? 15%，Mn1. 1 ?1. 4%，Mg 0? 05 ?0? 2%，Zn0? 1 ?1. 5%，Zr0? 1 ?0? 2%，Cr0? 1 ?0? 2%，V0? 08 ?0? 15%，Ti0? 03 ? 0. 08%，Re0. 01?0. 02%，其余為鋁和不可避免的雜質。
[0009] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案：鋁合金材料包含如下質量百分數的成分：Si0. 18%，Fe 0. 3%,Cu0. 1%,Mn1. 25%,Mg0. 1%,Zn0. 8%,Zr0. 15%,Cr0. 15%,V0. 1%,Ti0. 05%,Re 0. 015%，其余為鋁和不可避免的雜質。
[0010] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案：鋁合金材料包含如下質量百分數的成分：Si0. 25%，Fe 0. 4%,Cu0. 15%,Mn1. 4%,Mg0. 2%,Zn1. 5%,Zr0. 2%,Cr0. 2%,V0. 15%,Ti0. 08%,Re 0. 02%，其余為鋁和不可避免的雜質。
[0011] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案：所述鋁合金材料包含如下質量百分數的成分：Si0. 1%， Fe0. 15%,Cu0. 05%,MnO. 05%,Mg0. 05%,Zn0. 1%,Zr0. 1%,Cr0. 1%,V0. 08%,Ti0. 03%, Re0.01%，其余為鋁和不可避免的雜質。
[0012] 本發(fā)明的鋁合金的制作工藝包括如下步驟：通過熔煉，得到符合上述化學成分的 熔體，熔體經過在線晶粒細化、除氣、除渣，半連續(xù)鑄造成扁鑄錠，將扁鑄錠切頭尾及銑面 后，送入均熱爐中進行均勻化加熱，均勻化加熱溫度為金屬溫度600?620°C，保溫5?8小 時，然后降溫至金屬溫度490?510°C，經過熱軋軋至厚度為2. 0?7.Omm的卷材，再進入冷 軋機軋至預定厚度，將預定厚度的鋁卷進行清洗，切邊，然后送入箱式卷材退火爐進行中間 退火，中間退火的金屬溫度為350?420°C，保溫2. 5?3. 5小時，出爐冷卻后送至箔軋機繼 續(xù)軋至成品厚度，經過拉彎矯直清洗、精密裁切得到合格的產品。
[0013] 上述各元素對合金起的作用如下： Si:對可以提高合金的強度，改善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 含量帶來對合金耐腐蝕性的不利影響，但高于1. 2%后降低合金的熔點而影響釬焊性能。
[0014]Fe:能提高Al-Mn合金的強度，但過高的Fe在合金中容易形成大量粗大的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腐蝕性能。
[0015]Cu:能提高Al-Mn合金的強度，但由于形成Al2Cu，其化學特性與基體相差很大，但 容易在晶界析出引發(fā)合金晶間腐蝕，大大降低合金耐腐蝕性能。
[0016]Mn:-部分會以固溶體的形式存在于基體中，起到固溶強化、提高合金強度的作 用，同時在鋁基體中還會與A1形成彌散分布的Al6Mn粒子，是合金的主要強化相。彌散分 布的Al6Mn粒子對再結晶晶粒長大其阻礙作用而細化再結晶晶粒。Mn溶于基體形成固溶體 時，降低了金屬間化合物與鋁基體間的電位差，同時，Al6Mn的電極電位與純鋁相近，可提高 基體的抗腐蝕性。但Mn+Fe高于1. 8%后會形成粗大相（FeMn)Al6而嚴重影響合金的加工 成形性能。
[0017] Mg:少量的Mg能細化合金退火后的晶粒，提高合金的抗拉強度。但隨著Mg含量的 提高，合金產生應力腐蝕和焊接裂紋的傾向增大。
[0018] Zn:可以細化合金中的AlMnFeSi析出相，使其更加彌散分布，提高合金的強度，使 合金的腐蝕電位向負方向移動，腐蝕電流密度增大，減弱了合金的抗腐蝕性能。
[0019]Zr:與A1形成Al3Zr金屬間化合物，阻礙再結晶過程，提高再結晶溫度，細化再結 晶晶粒，提商合金的強度。
[0020] Cr:其作用與Mn相似，它使合金固溶體的分解在晶內較為均勻地進行，降低了合 金組織電化學的不均勻性，改善抗腐蝕性、提高了合金的焊接性，同時加入Mn、Cr時作用更 加顯著，提高合金的強度。
[0021]V:在合金中形成AlnV難溶金屬間化合物，細化晶粒?？膳cFe、Si形成極細的A1 (Fe，V)Si高溫穩(wěn)定相，在熱變形和熱處理過程中提高再結晶溫度，細化再結晶組織，提高合 金釬焊后的抗下垂性能。但超過〇. 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。V的最佳范圍是〇. 15%到0. 25%之間。
[0022] Re:稀土元素，可以細化晶粒，有Cr、Zr存在時，會形成Al2QCr2Re、Al-Zr-Cr-Ce等 多元彌散相，阻礙合金的再結晶，提高再結晶溫度，并具有彌散析出強化作用，提高合金強 度。復合添加Re、Cr、Zr時，上述效果更明顯。Re有助于提高鋁合金的耐腐蝕性能。
[0023]Ti:細化晶粒，提高合金強度，在合金中沿著厚度方向形成高溶度和低濃度交叉層 狀分布，低濃度區(qū)域比高濃度區(qū)域優(yōu)先被腐蝕，因此另外一層腐蝕受到阻擾，合金耐腐蝕性 能得到提高。但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。
[0024] 本發(fā)明的鋁合金材料的熔點、釬焊前抗拉強度、抗下垂性能優(yōu)于常規(guī)3003合金材 料，耐腐蝕性與常規(guī)3003合金材料相當，滿足熱交換器的使用。
[0025] 本發(fā)明的鋁合金抗拉強度高，熔點高，抗垂性能好，腐蝕電流密度低，抗腐蝕性能 好。

【具體實施方式】
[0026] 為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，該實 施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對本發(fā)明的保護范圍構成限定。
[0027] 本發(fā)明是熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料，所述鋁合金材料包含 如下質量百分數的成分：Si0? 1?0? 25%，Fe0? 15?0? 4%，Cu0? 05?0? 15%，Mn1. 1? 1. 4%，Mg0? 05 ?0? 2%，Zn0? 1 ?1. 5%，Zr0? 1 ?0? 2%，Cr0? 1 ?0? 2%，V0? 08 ?0? 15%， Ti0. 03?0. 08%，Re0. 01?0. 02%，其余為鋁和不可避免的雜質。
[0028] 制作上述鋁合金材料包括如下步驟：通過熔煉，得到符合上述化學成分的熔體，熔 體經過在線晶粒細化、除氣、除渣，半連續(xù)鑄造成扁鑄錠，將扁鑄錠切頭尾及銑面后，送入均 熱爐中進行均勻化加熱，均勻化加熱溫度為金屬溫度600?620°C，保溫5?8小時，然后降 溫至金屬溫度490?510°C，經過熱乳乳至厚度為2. 0?7. 0mm的卷材，再進入冷乳機乳至 預定厚度，將預定厚度的鋁卷進行清洗，切邊，然后送入箱式卷材退火爐進行中間退火，中 間退火的金屬溫度為350?420°C，保溫2. 5?3. 5小時，出爐冷卻后送至箔軋機繼續(xù)軋至 成品厚度，經過拉彎矯直清洗、精密裁切得到合格的產品。
[0029] 實施例一 本發(fā)明的控制合金的化學成分及質量百分數如下： 0? 18% 的Si、0. 3% 的Fe、0. 1% 的Cu、l. 25% 的Mn、0. 1% 的Mg、0. 8% 的Zn、0. 15% 的Zr、 0. 15%的Cr、0. 1%的V、0. 015%的Re、0. 05%的Ti，其余為鋁及不可避免的雜質。熔煉時，采 用99. 7A1錠、鎂錠、鋅錠、Mn劑、Fe劑、Si劑、Al-Cu中間合金、Al-Zr中間合金、A1-V中間 合金、Al-Re中間合金、Al-Cr中間合金加入熔煉爐中進行熔化，熔煉溫度73(T780°C，攪拌， 調整化學成分后進入保溫靜置爐，精煉，再次調整化學成分。得到上述化學成分的熔體經過 在線晶粒細化、除氣、除渣，半連續(xù)鑄造成扁鑄錠。將扁鑄錠切頭尾及銑面后，送入均熱爐 中進行均勻化加熱，均勻化加熱溫度為金屬溫度615°C，保溫7小時，然后降溫至金屬溫度 500°C，經過熱軋軋至厚度為2. 5mm的卷材，再進入冷軋機軋至0. 31mm后進行清洗，切邊，然 后送入箱式卷材退火爐進行中間退火，中間退火的金屬溫度為400°C，保溫3小時，出爐冷 卻后送至箔軋機繼續(xù)軋至0. 2mm，經過拉彎矯直清洗、精密裁切得到組織、板形、表面、尺寸 公差、外觀質量合格的產品。
[0030] 實施例二 本發(fā)明的控制合金的化學成分及質量百分數如下： 0? 25% 的Si、0. 4% 的Fe、0. 15% 的Cu、l. 4% 的Mn、0. 2% 的Mg、l. 5% 的Zn、0. 2% 的Zr、 0. 2%的Cr、0. 15%的V、0. 02%的Re、0. 08%的Ti，其余為鋁及不可避免的雜質。
[0031] 熔煉時，采用99. 7A1錠、鎂錠、鋅錠、Mn劑、Fe劑、Si劑、Al-Cu中間合金、Al-Zr 中間合金、A1-V中間合金、Al-Re中間合金、Al-Cr中間合金加入熔煉爐中進行熔化，熔煉溫 度73(T78(TC，攪拌，調整化學成分后進入保溫靜置爐，精煉，再次調整化學成分。得到上述 化學成分的熔體經過在線晶粒細化、除氣、除渣，半連續(xù)鑄造成扁鑄錠。將扁鑄錠切頭尾及 銑面后，送入均熱爐中進行均勻化加熱，均勻化加熱溫度為金屬溫度615°C，保溫7小時，然 后降溫至金屬溫度500°C，經過熱軋軋至厚度為2. 5mm的卷材，再進入冷軋機軋至0. 31mm后 進行清洗，切邊，然后送入箱式卷材退火爐進行中間退火，中間退火的金屬溫度為400°C，保 溫3小時，出爐冷卻后送至箔軋機繼續(xù)軋至0. 2mm，經過拉彎矯直清洗、精密裁切得到組織、 板形、表面、尺寸公差、外觀質量合格的產品。
[0032] 實施例三 本發(fā)明控制合金的化學成分及質量百分數如下： 0. 1% 的Si、0. 15% 的Fe、0. 05% 的Cu、l. 1% 的Mn、0. 05% 的Mg、0. 1% 的Zn、0. 1% 的Zr、 0. 1%的Cr、0. 08%的V、0. 01%的Re、0. 03%的Ti，其余為鋁及不可避免的雜質。熔煉時，采 用99. 7A1錠、鎂錠、鋅錠、Mn劑、Fe劑、Si劑、Al-Cu中間合金、Al-Zr中間合金、A1-V中間 合金、Al-Re中間合金、Al-Cr中間合金加入熔煉爐中進行熔化，熔煉溫度73(T780°C，攪拌， 調整化學成分后進入保溫靜置爐，精煉，再次調整化學成分。得到上述化學成分的熔體經過 在線晶粒細化、除氣、除渣，半連續(xù)鑄造成扁鑄錠。將扁鑄錠切頭尾及銑面后，送入均熱爐 中進行均勻化加熱，均勻化加熱溫度為金屬溫度615°C，保溫7小時，然后降溫至金屬溫度 500°C，經過熱軋軋至厚度為2. 5mm的卷材，再進入冷軋機軋至0. 31mm后進行清洗，切邊，然 后送入箱式卷材退火爐進行中間退火，中間退火的金屬溫度為400°C，保溫3小時，出爐冷 卻后送至箔軋機繼續(xù)軋至0. 2mm，經過拉彎矯直清洗、精密裁切得到組織、板形、表面、尺寸 公差、外觀質量合格的產品。
[0033]本發(fā)明所述的熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料的主要技術指標 如下：

【權利要求】
1. 熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料，其特征在于：所述鋁合金材料包 含如下質量百分數的成分：Si 0. 1?0. 25%，Fe 0. 15?0. 4%，Cu 0. 05?0. 15%，Mn 1. 1? 1. 4%，Mg 0? 05 ?0? 2%，Zn 0? 1 ?1. 5%，Zr 0? 1 ?0? 2%，Cr 0? 1 ?0? 2%，V 0? 08 ?0? 15%， Ti 0. 03?0. 08%，Re 0. 01?0. 02%，其余為鋁和不可避免的雜質。
2. 根據權利要求1所述熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料，其特征在 于：所述鋁合金材料包含如下質量百分數的成分：Si 0. 18%，Fe 0. 3%，Cu 0. 1%，Mn 1. 25%， Mg 0? 1%，Zn 0? 8%，Zr 0? 15%，Cr 0? 15%，V 0? 1%，Ti 0? 05%，Re 0? 015%，其余為鋁和不可避 免的雜質。
3. 根據權利要求1所述熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料，其特征在 于：所述鋁合金材料包含如下質量百分數的成分：Si 0. 25%，Fe 0. 4%，Cu 0. 15%，Mn 1. 4%， Mg 0? 2%，Zn 1. 5%，Zr 0? 2%，Cr 0? 2%，V 0? 15%，Ti 0? 08%，Re 0? 02%，其余為鋁和不可避免 的雜質。
4. 根據權利要求1所述熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料，其特征在 于：所述鋁合金材料包含如下質量百分數的成分：Si 0. 1%，Fe 0. 15%，Cu 0. 05%，MnO. 05%， Mg 0.05%，Zn 0.1%，Zr 0.1%，Cr 0.1%，V 0.08%，Ti 0.03%，Re 0.01%，其余為鋁和不可避免 的雜質。
5. 根據權利要求1所述熱交換器用多元微合金化高性能釬焊鋁合金材料的制作工藝， 其特征在于：制作上述鋁合金材料包括如下步驟：通過熔煉，得到符合上述化學成分的熔 體，熔體經過在線晶粒細化、除氣、除渣，半連續(xù)鑄造成扁鑄錠，將扁鑄錠切頭尾及銑面后， 送入均熱爐中進行均勻化加熱，均勻化加熱溫度為金屬溫度600?620°C，保溫5?8小時， 然后降溫至金屬溫度490?510°C，經過熱軋軋至厚度為2. 0?7. Omm的卷材，再進入冷軋 機軋至預定厚度，將預定厚度的鋁卷進行清洗，切邊，然后送入箱式卷材退火爐進行中間退 火，中間退火的金屬溫度為350?420°C，保溫2. 5?3. 5小時，出爐冷卻后送至箔軋機繼續(xù) 軋至成品厚度，經過拉彎矯直清洗、精密裁切得到合格的產品。
【文檔編號】C22C21/00GK104342586SQ201310311784
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月24日 優(yōu)先權日:2013年7月24日
【發(fā)明者】曹曉國, 曹曠 申請人:大力神鋁業(yè)股份有限公司