一种太阳集能蓄热用铝箔及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种太阳集能蓄热用铝箔及其制造方法，其化学成分按质量百分比计为：Si：0.01～0.07%，Fe：0.01～0.12%，Cu：0.08～0.12%，Mn：≤0.005%，Zn：≤0.005%，Mg：≤0.005%，Ti：0.01～0.03%，余量为Al及不可避免的杂质。铝箔的厚度为0.044±0.001mm，抗拉强度为250～280MPa，屈服强度235～265MPa，延伸率≥1%，25℃时热导率≥225W/(m·K)。通过合理设置铝箔中铜以及其他合金元素的含量，使铝箔在进行表面化学腐蚀处理时形成表面着色力强的黑色氧化铜膜层，从而实现铝箔对太阳能吸收率的提高和反射系数的降低。
【专利说明】一种太阳集能蓄热用铝箔及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝箔及其制造方法领域，具体涉及一种化学发黑着色能力强且力学性能优良便于加工塑造的铝箔及其制造方法。
【背景技术】
[0002]目前，太阳能平板集热器吸热板芯结构主要为平面铝箔加吸热涂层，其依靠增大铝箔比表面积来提高铝箔与吸热涂层间的附着力，由吸热涂层达到吸热目的。该复合铝箔生产工艺条件要求苛刻，成材率较低，且吸热涂层价格昂贵，因而难以推广应用。从提高太阳集能吸热板芯的吸热效果和蓄热能力以及降低成本出发，本领域技术人员从以下两方面作出了改进:将太阳能平板集热器吸热板芯平板结构改造为扁平状多层铝箔蜂窝体结构，使蓄热效果得到了明显提升；同时，对铝箔表面进行化学发黑处理使铝箔表面形成一层黑色膜层，该黑色膜层具有高太阳能远红外线吸收率和低反射系数，有明显的吸热效果，从而替代成本较高的吸热涂层。
[0003]上述铝箔蜂窝体结构是由铝箔经裁切、叠合、拉伸等一系列工序制造而成的，这对所使用铝箔的力学性能有一定的要求，如为适应加工成型要求铝箔自身具有高的屈服强度、抗拉强度和屈强比等。同时，为了确保铝箔的吸热、蓄热能力，又要求铝箔自身又具有优良的耐热、导热性以及较强的化学发黑着色能力。为了满足前述各项条件，对现有铝箔合金成分和含量以及其加工工艺作进一步改进是本领域技术人员迫切需要探究的技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种铝箔，其化学发黑着色能力强，耐热、导热性能优良且力学性能优异，能够适于制造太阳集能吸热板芯的扁平状多层铝箔蜂窝体。
[0005]本发明所要解决的另一技术问题是提供一种上述铝箔的制造方法。
[0006]本发明解决上述问题所采用的技术方案为，一种太阳集能蓄热用铝箔，该铝箔的化学成分按质量百分比计为:S1:0.01?0.07%, Fe:0.01?0.12%, Cu:0.08?0.12%,Mn S 0.005%, Zn S 0.005%,Mg S 0.005%, Ti:0.01 ?0.03%，余量为 Al 及不可避免的杂质。
[0007]进一步地，所述铝箔的厚度为0.044±0.001mm，抗拉强度为250?280MPa，屈服强度235?265MPa，延伸率彡1%，25°C时热导率彡225W/ (m.K)。
[0008]室温下，Mg在铝中的溶解度不足2%，低含量的Mg基本上都固溶在铝基体中，铝基体的电极电位几乎不受影响。Mn在铝中形成的MnAl6与纯铝的电极电位相等。Zn的加入会使铝基体的电位抬高。Cu是使铝基体的电位下降的元素。在原电池反应中电位低的为负极易发生氧化反应，通过增加铝箔中Cu的含量有利于铝箔经化学腐蚀处理后表面形成黑色的CuO膜层，作为铝箔表面的保护层而提高了铝箔的耐蚀性，同时满足作为太阳集能蓄热用铝箔化学发黑着色能力强的技术使用要求，并且经氧化得到的黑色CuO膜层具有较高的太阳能远红外线吸收率和低反射系数，有助于显著提高铝箔的吸热、蓄热效果。
[0009]本发明Cu含量的设置依据为，室温下，Cu在铝中的溶解度为0.1%左右，在化学腐蚀处理中，Cu含量过高铝箔表面氧化反应剧烈，释放的热量大，铝箔表面容易形成腐蚀穿孔，Cu含量过低又会影响铝箔表面的氧化成膜厚度，因此，本发明中Cu含量的配比为0.08?0.12%，该条件下铝箔的化学发黑处理效果最佳。另外，适量增加Cu含量有一定的固溶强化效果，能够提高铝合金的高温强度，使铝箔具有优良的耐热性；铝箔中的FeAl3能溶解少量的Cu，生成(FeCu) Al6化合物，热导率随温度的升高会稍有增加，弥补因塑性变形使铝的热导率下降的损失，有利于铝箔合金保持纯铝固有的优良导热性。
[0010]Ti是铝合金中常用的添加元素，以AlTi5B丝状形式加入Al熔体，形成Al3Ti和B2Ti相化合物，成为结晶时的非自发晶核，起到细化铸轧组织的作用，有利于合金塑性的提闻。
[0011]Fe、S1、Mn、Zn、Mg等微量元素在铝箔中形成的微量元素化合物的电极电位比铝基体电极电位要高，在铝箔表面经化学腐蚀处理后，点蚀优先在黑色氧化膜表面缺陷与微量元素化合物相结合的部位发生，因此铝箔中的Fe、S1、Mn、Zn、Mg等微量元素的含量必须严格控制，以提高黑色氧化铜膜的表面质量，确保黑色氧化铜膜的吸热、蓄热能力。
[0012]本发明解决另一技术问题的技术方案为，提供一种制造上述太阳集能蓄热用铝箔的方法，具体步骤如下:
(1)铸坯:将配比好的原料，Ti原料除外，加热熔炼成铝合金熔体，然后铸轧，并在铸轧工序中以330?400mm/min的速度向熔体内加入AlTi5B合金丝，铸轧出6.5±0.2mm厚的铸轧坯料；
(2)冷轧:采用多道次冷轧工序将6.5±0.2mm厚的铸轧坯料轧制成0.32?0.38mm厚的冷轧板；
(3)箔轧:采用多道次箔轧工序将0.32?0.38mm厚的冷轧板轧制成厚度为0.044±0.0Olmm厚的铝箔，即得铝箔成品。
[0013]优选地，步骤(I)中所述铸轧工序中采用双级过滤箱进行熔体过滤，过滤板数目为上层40pp1、下层60 ppi,以确保铸轧还料的纯净度。
[0014]较合理的是，所述多道次冷轧工序具体为，将6.5±0.2mm厚的铸轧坯料由第一道次冷轧工序轧制成3.2?3.6mm厚的冷轧板,再由第二道次冷轧工序轧制成1.6?1.9mm厚的冷轧板，再由第三道次冷轧工序轧制成0.9?1.1mm厚的冷轧板，再由第四道次冷轧工序轧制成0.55?0.65mm厚的冷轧板,停放24?48小时后，再由第五道次冷轧工序轧制成0.32?0.38mm厚的冷轧板，然后再停放24?48小时。
[0015]较合理的是，所述多道次箔轧工序具体为，将0.32?0.38mm厚的冷轧板由第一道次箔轧工序轧制成0.18?0.21mm厚的铝箔，再由第二道次箔轧工序轧制成0.1?0.12mm厚的铝箔，停放24?48小时后，再由第三道次箔轧工序轧制成0.062?0.068mm厚的铝箔，再停放24?48小时，最后由第四道次箔轧工序轧制成0.044±0.0Olmm厚的铝箔。
[0016]该制造方法采用的多道次小压下量轧制方式，其目的在于，随着轧制总变形量的逐渐增加，晶粒和第二相粒子尺寸减小，位错密度增加；同时，利用各道次轧制的变形热使轧制卷曲料卷升温均匀，促使第二相粒子析出增多，分布比较弥散，有利于铝箔经化学腐蚀处理后，铝箔表面形成的氧化膜层厚度均匀一致。
[0017]该制造方法采用的不经中间退火直接轧制到成品厚度的加工方式，能够显著提高铝箔的屈服强度、抗拉强度、延伸率和铝箔的屈强比，有利于后序铝箔的裁切、叠合和拉网成型，获得结构强度更高的铝箔蜂窝体结构。另外，由于省去了退火步骤，工艺更加简单，降低了铝箔生产的加工成本。
[0018]与现有技术相比，本发明的优点在于:通过合理设置铝箔中铜元素的含量，使铝箔在进行表面化学腐蚀处理时形成表面着色力强的黑色氧化铜膜层，从而实现了铝箔对太阳能远红外线吸收率的提高和反射系数的降低。同时，严格控制铝箔中其他合金元素的成分和含量又使形成的黑色氧化铜膜层的表面质量更加优异，并且使铝箔整体的力学性能、耐蚀性能和耐热、导热性能都得到了保证，使之符合作为太阳集能蓄热用铝箔的指标要求。此夕卜，该铝箔相应的制造工艺亦具有设计合理、流程简单、成本低廉的优点。
【具体实施方式】
[0019]以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0020]实施例1
一种太阳集能蓄热用铝箔，其厚度为0.044mm，该铝箔的化学成分按质量百分比计为:Fe:0.08%, Si:0.02%, Cu:0.1%，Mn:彡 0.005%, Mg:彡 0.005%, Zn:彡 0.005%, Ti:0.03%,余量为Al及不可避免的杂质。
[0021]上述太阳集能蓄热用铝箔的制造工艺步骤如下:
第一步，配料:按化学成分配比配置原料，其中Ti是以AlTi5B合金丝的形式配置； 第二步，熔炼:将配置好的原料，AlTi5B合金丝除外，加入到熔炼炉中熔炼，熔炼工序包括:
a、升温熔化:设置好炉膛温度为950?1000°C，调整好火焰大小开始升温，化平后及时搅拌、测温，控制熔体温度不超过750°C ；
b、搅拌扒渣:炉料升温过程中，根据炉料熔化的情况，可酌情进行推平或搅拌，提高熔化速度，搅拌后扒渣；
C、投入金属添加剂:在炉料化平后，铝熔体温度达到所需添加剂使用说明书上要求的温度后，均匀抛入金属添加剂，当铝液温度升至720?750°C时，搅拌4?5分钟，促使炉内成分均匀；
d、取样:在撒入金属添加剂后，待达到添加剂使用说明书上要求的静置时间后取样，取样时的熔体温度为720?750°C，取样前要对熔体进行彻底搅拌，以保证成分均匀；
e、喷粉精炼扒渣:喷粉精炼起始温度730?750°C，精炼过程控制铝熔体温度在720?7500C，精炼耗时15?20分钟，精炼剂每吨铝熔体使用1.7?2.2kg，精炼完毕后静置15min以上，扒渣；
f、成分调整:当分析结果低于标准的化学成分下限就需要补料，当分析结果高于标准的化学成分上限时需要冲淡，成分调整后再进行搅拌、成分取样；
g、CCl4精炼扒渣=CCl4精炼起始温度730?750°C，精炼过程控制铝熔体温度在720?750°C，熔炼炉内CCl4精炼时间:15?20分钟，精炼完毕后静置15min以上，扒渣；
h、二次成分调整:成分调整范围超过0.03%,需要进行CCl4精炼，再取样确认。
[0022]1、导炉前取样:在成分调整、搅拌均匀且温度达到要求后再进行取样，确定导炉前合金成分控制在预设范围。
[0023]j、熔炼炉清炉:导炉后进行刮底作业，保证熔炼炉的原始容量，停炉冷却后进入熔炼炉内清炉；
k、保温炉处理:导炉后1min内进行CCl4精炼，精炼时间15?20分钟，取样确认成分符合要求，熔体停放4小时以上需进行氩气精炼，氩气精炼周期为3?5小时，每次精炼完毕需进行扒渣；
第三步，铸轧:采用双辊连铸铸轧设备对铝熔体进行连续铸轧，直接铸轧出适于冷轧的6.5±0.2mm、宽度为1090±10mm的铸轧板坯，在铸轧工序中启动与除气箱相配套的线材给料机，向熔体内加入用于在线晶粒细化的AlTi5B合金丝,给料速度为330?400mm/min,同时,在铸轧工序中启动熔体过滤,采用双级过滤箱进行熔体过滤,过滤板目数为:上层40ppi,下层 60ppi ；
第四步，冷轧:将6.5mm厚的铸轧坯料由第一道次冷轧工序轧制成3.4mm厚的冷轧板，再由第二道次冷轧工序轧制成1.8mm厚的冷轧板，再由第三道次冷轧工序轧制成1.0mm厚的冷轧板，再由第四道次冷轧工序轧制成0.63mm厚的冷轧板，停放24小时后，再由第五道次冷轧工序轧制成0.35mm厚的冷轧板，然后再停放24小时；
第五步，箔轧:将0.35mm厚的冷轧板由第一道次箔轧工序轧制成0.195mm厚的铝箔，再由第二道次箔轧工序轧制成0.1 Imm厚的铝箔，停放24小时后，再由第三道次箔轧工序轧制成0.065mm厚的铝箔，再停放24小时，最后由第四道次箔轧工序轧制成0.044mm厚的铝箔成品。
[0024]本实施例中所制铝箔经检测性能满足:比电容> 520 μ f，晶粒度< I级，抗拉强度280MPa，屈服强度260MPa，延伸率彡1%，25°C时热导率为230W/(m.k)。经化学发黑处理后，铝箔表面氧化膜层着色能力强、厚度均一、表面质量优良，满足作为太阳集能蓄热用铝箔的技术指标要求。
[0025]
实施例2
一种太阳集能蓄热用铝箔，其厚度为0.043mm，该铝箔的化学成分按质量百分比计为:Fe:0.02%, Si:0.05%, Cu:0.12%, Mn:彡 0.005%, Mg:彡 0.005%, Zn:彡 0.005%, Ti:0.02%,余量为Al及不可避免的杂质。
[0026]上述太阳集能蓄热用铝箔的制造工艺在实施例1基础上的区别为:
第四步，冷轧:将6.5±0.2mm厚的铸轧坯料由第一道次冷轧工序轧制成3.2mm厚的冷轧板，再由第二道次冷轧工序轧制成1.6mm厚的冷轧板，再由第三道次冷轧工序轧制成
0.9mm厚的冷轧板，再由第四道次冷轧工序轧制成0.55mm厚的冷轧板，停放24小时后，再由第五道次冷轧工序轧制成0.32mm厚的冷轧板，然后再停放24小时；
第五步，箔轧:将0.32mm厚的冷轧板由第一道次箔轧工序轧制成0.18mm厚的铝箔，再由第二道次箔轧工序轧制成0.1mm厚的铝箔，停放24小时后，再由第三道次箔轧工序轧制成0.062mm厚的铝箔，再停放24小时，最后由第四道次箔轧工序轧制成0.043mm厚的铝箔成品。
[0027]本实施例中所制铝箔经检测性能满足:比电容> 520 μ f，晶粒度< I级，抗拉强度265MPa，屈服强度255MPa，延伸率彡1%，25°C时热导率为225W/(m.k)。经化学发黑处理后，铝箔表面氧化膜层着色能力强、厚度均一、表面质量优良，满足作为太阳集能蓄热用铝箔的技术指标要求。
[0028]
实施例3
一种太阳集能蓄热用铝箔，其厚度为0.045mm，该铝箔的化学成分按质量百分比计为:Fe:0.1%，Si:0.07%, Cu:0.08%, Mn:彡 0.005%, Mg:彡 0.005%, Zn:彡 0.005%, Ti:0.01%,
余量为Al及不可避免的杂质。
[0029]上述太阳集能蓄热用铝箔的制造工艺在实施例1基础上的区别为:
第四步，冷轧:将6.5±0.2mm厚的铸轧坯料由第一道次冷轧工序轧制成3.6mm厚的冷轧板，再由第二道次冷轧工序轧制成1.9mm厚的冷轧板，再由第三道次冷轧工序轧制成
1.1mm厚的冷轧板,再由第四道次冷轧工序轧制成0.65mm厚的冷轧板,停放24小时后,再由第五道次冷轧工序轧制成0.36mm厚的冷轧板，然后再停放24小时；
第五步，箔轧:将0.36mm厚的冷轧板由第一道次箔轧工序轧制成0.2mm厚的铝箔，再由第二道次箔轧工序轧制成0.12mm厚的铝箔，停放24小时后，再由第三道次箔轧工序轧制成0.066mm厚的铝箔，再停放24小时，最后由第四道次箔轧工序轧制成0.045mm厚的铝箔成品O
[0030]本实施例中所制铝箔经检测性能满足:比电容> 520 μ f，晶粒度< I级，抗拉强度250MPa，屈服强度240MPa，延伸率彡1%，25°C时热导率为240W/(m.k)。经化学发黑处理后，铝箔表面氧化膜层着色能力强、厚度均一、表面质量优良，满足作为太阳集能蓄热用铝箔的技术指标要求。
【权利要求】
1.一种太阳集能蓄热用铝箔，其特征在于:该铝箔的化学成分按质量百分比计为:Si:0.0l ?0.07%, Fe:0.01 ?0.12%, Cu:0.08 ?0.12%, Mn S 0.005%, Zn:彡 0.005%,Mg:(0.005%, T1:0.01?0.03%，余量为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的太阳集能蓄热用铝箔，其特征在于:所述铝箔的厚度为0.044±0.001_，抗拉强度为250?280MPa，屈服强度235?265MPa，延伸率彡1%，25°C时热导率彡225W/ (m.K)。
3.—种制造如权利要求1所述的太阳集能蓄热用铝箔的方法，其特征在于:步骤如下: (1)铸坯:将配比好的原料，Ti原料除外，加热熔炼成铝合金熔体，然后铸轧，并在铸轧工序中以330?400mm/min的速度向熔体内加入AlTi5B合金丝，铸轧出6.5±0.2mm厚的铸轧坯料； (2)冷轧:采用多道次冷轧工序将6.5±0.2mm厚的铸轧坯料轧制成0.32?0.38mm厚的冷轧板； (3)箔轧:采用多道次箔轧工序将0.32?0.38mm厚的冷轧板轧制成厚度为0.044±0.0Olmm厚的铝箔，即得铝箔成品。
4.根据权利要求3所述的太阳集能蓄热用铝箔的制造方法，其特征在于:步骤(I)中所述铸轧工序中采用双级过滤箱进行熔体过滤，过滤板数目为上层40pp1、下层60 ppi0
5.根据权利要求3所述的太阳集能蓄热用铝箔的制造方法，其特征在于:所述多道次冷轧工序具体为，将6.5±0.2mm厚的铸轧坯料由第一道次冷轧工序轧制成3.2?3.6mm厚的冷轧板，再由第二道次冷轧工序轧制成1.6?1.9_厚的冷轧板，再由第三道次冷轧工序轧制成0.9?1.1mm厚的冷轧板,再由第四道次冷轧工序轧制成0.55?0.65mm厚的冷轧板，停放24?48小时后，再由第五道次冷轧工序轧制成0.32?0.38mm厚的冷轧板，然后再停放24?48小时。
6.根据权利要求3所述的太阳集能蓄热用铝箔的制造方法，其特征在于:所述多道次箔轧工序具体为，将0.32?0.38mm厚的冷轧板由第一道次箔轧工序轧制成0.18?0.21mm厚的铝箔，再由第二道次箔轧工序轧制成0.1?0.12mm厚的铝箔，停放24?48小时后，再由第三道次箔轧工序轧制成0.062?0.068mm厚的铝箔，再停放24?48小时，最后由第四道次箔轧工序轧制成0.044±0.0Olmm厚的铝箔。
【文档编号】B21D33/00GK104357722SQ201410549317
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】吴丹, 黄善球, 刘军民, 王民生, 任志峰, 李跃初 申请人:江阴新仁科技有限公司