一种智能冷库用散热铝箔及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种智能冷库用散热铝箔，其厚度为0.097±0.003mm，该铝箔的化学成分按质量百分比计为：Fe：0.8～0.90%，Si：0.6～0.65%，Mn：0.25～0.30%，Mg：≤0.03%，Cu：≤0.03%，Zn：≤0.03%，Sn：≤0.03%，Ti：0.03～0.06%，余量为Al及不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，不可避免的杂质合计含量≤0.15%。其工艺过程为配料→熔炼→连续铸轧→冷轧→重卷切边→冷轧→箔轧→拉弯矫清洗矫直→厚剪分切→成品退火→检查包装。该铝箔的散热性能优异且抗变形能力、深冲性能和翻边高度均满足风冷散热器的使用要求。
【专利说明】一种智能冷库用散热铝箔及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝箔及其制造领域，具体涉及一种具有高效散热性能的铝箔及其制造方法。
【背景技术】
[0002]智能冷库主要用于瓜果、蔬菜的保鲜，其贮存温度直接影响着蔬菜的贮存质量，贮存温度偏高，蔬菜的水分损耗较大，贮存时间缩短；贮存温度偏低则会产生“冻害”，造成蔬果损坏。智能冷库用散热器主要以风冷散热器为主，以保证贮存温度在O?15°C的最佳温度范围。
[0003]风冷散热器与液冷散热器相比，所采用的冷凝介质不同、热阻不同，受环境气温的影响，风冷散热器散热效果有一定的局限性。但是，风冷散热器结构简单、安装简便、价格低廉、普及性强，仍是市场上的主流选择。目前，智能冷库用铝箔为8011合金，产品状态为H22状态，厚度X宽度规格为0.22 X 410mm和0.22 X 345mm，其力学性能为:抗拉强度为115?125MPa，材料延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm。理论上，在等体积风冷散热器外形下，为进一步提高散热器降温效果必须增大散热面积，而增大散热面积的有效方法之一，就是在同合金同体积的条件下减薄散热片即铝箔厚度以达到降低热阻提高散热效果。但是，随着铝箔厚度的减薄，散热器翅片的构件承受应力相应也会减小，在风机1500m/min的高风速下极易发生变形，因此，为保持散热器翅片构件具有高抗变形和防松动的能力，在减薄铝箔厚度的同时提高铝箔的抗拉强度也是本领域技术人员需要考虑的技术难题。此外，在铝箔减薄的条件下，为保持铝箔仍具有良好的深冲性能和翻边高度，必须确保铝箔具有高的延伸率和杯突值。
[0004]综上，在减薄招猜提闻其散热效果的如提下，提闻招猜的抗拉强度，保证其具有闻的延伸率和杯突值以满足风冷散热器使用要求是本领域技术人员需要解决的问题。
【发明内容】
[0005]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散热铝箔，特别适于制造智能冷库风冷散热器的散热翅片，能有效提高散热器的散热效果，且性能优良，抗变形能力、深冲性能和翻边高度均满足风冷散热器的使用要求。
[0006]本发明所要解决的另一技术问题是提供一种上述散热铝箔的制造方法。
[0007]本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种智能冷库用散热铝箔，其厚度为0.097±0.003mm，该铝箔的化学成分按质量百分比计为:Fe:0.8?0.90%，S1:0.6?0.65%, Mn:0.25 ?0.30%, Mg:彡 0.03%, Cu:彡 0.03%, Zn:彡 0.03%, Sn:彡 0.03%, Ti:0.03 ?0.06%，余量为Al及不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量< 0.05%，不可避免的杂质合计含量彡0.15%。
[0008]进一步地，所述铝箔的抗拉强度为140?150MPa，延伸率彡20%,杯突值彡7.0mm,25°C时热导率彡212W/ (m.K)。
[0009]本发明散热铝箔的化学成分及含量的设置依据如下:
在 Al 中添加 0.80 ?0.90wt% 的 Fe、0.60 ?0.65wt% 的 Si 和 0.25 ?0.30wt% 的 Mn，合金容易形成FeAl3、MnAl6、a (Al12Fe3Si2)和(Fe、Mn) Al6等二相化合物，可以提高合金的强度和再结晶温度。a (Al12Fe3Si2)^MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，可以有效细化再结晶晶粒，提高合金的抗拉强度；同时，MnAl6还可以溶解杂质Fe，形成(Fe、Mn) Al6化合物，从而减少FeAl3针状化合物对力学性能的不利影响，保证合金的塑性；另外，(Fe、MrOAl6化合物的电极电位大致与纯铝的电位相等，大大降低了铝箔内部的电位差，而可提高合金的耐腐蚀性。
[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，起着细化铸轧组织的作用，有利于合金塑性的提闻。
[0011]本发明解决另一技术问题所采用的技术方案为一种制造上述智能冷库用散热铝箔的方法，步骤如下:
(1)铸坯:将符合化学计量比的原料加热熔炼，铝液前箱温度控制在693?697°C之间，之后以750?800mm/min的铸轧速度连铸出7.0?8.0mm厚的铸轧坯料；
(2)压延:采用冷轧工艺将步骤(I)中制得的坯料首先轧制成3.2?3.8mm厚的冷轧还料，再冷轧制成1.7?2.3mm厚的冷轧还料，进一步冷轧制成0.8?1.4mm厚的冷轧坯料，最后冷轧制成0.53?0.73mm厚的冷轧坯料，经重卷切边至预设宽度，并再次冷轧至0.32?0.38mm厚，接着进行箔轧生产，依次箔轧至0.17?0.23mm厚、0.12?0.14mm厚和成品厚度的0.097 ± 0.003mm ；
(3)精整:对箔轧至成品厚度的坯料进行清洗矫直和剪切分条，卷曲成所需卷外径和形状的铝箔卷；
(4)退火:将步骤(3)制得的铝箔卷放入热处理炉内，在一小时内将炉温升至230°C，并于230°C炉温状态下保温3小时，再将炉温提高至300?320°C，保温26?30小时，接着控制炉温在0.5小时内下降至180?200°C，然后控制热处理炉停止加热，铝箔卷随炉冷却，待铝箔卷表面温度低于30°C后出炉，即获得铝箔成品；
(5)检验包装:检验铝箔成品的各项性能是否符合技术指标，并对检验合格的铝箔成品进行包装。
[0012]优选地，步骤(I)中所述连铸过程中采用四级熔体过滤工艺，四级过滤板目数分别为在线前30pp1、中一 50pp1、中二 60pp1、后70 ppi,以铸轧坯料横断面低倍组织不能有中心偏析为原则，能有效降低铸轧坯料横断面内的氢含量和夹杂物含量，从而增加铝箔的实际导热面积，提高散热性能。
[0013]优选地，步骤(3)中所述清洗矫直采用的是拉弯矫工艺，所述剪切分条采用的是厚箔剪工艺，使制得的铝箔成品表面平整洁净，满足成品铝箔的平直度小于31，板形优良的质量要求。
[0014]上述智能冷库用散热铝箔的制造工艺不仅提高了铝箔的变形抗力，还提高了合金的热导率，有利于增强铝箔的散热性能，其工艺特点如下:
物质的散热性能与其热阻有直接关联，热阻=厚度/热导率，如果物质的材质不变，那么，热导率是固定的，厚度越薄，热阻越小，物质的散热性也就越好。因此，在同合金同体积的条件下，减薄散热片厚度，能有效的提高散热器的散热效果，本发明所制得的铝箔较现有铝箔厚度减薄了一半以上，达到了 0.097 ±0.003mm。
[0015]另外，热传导的载体在金属中是电子，金属导热性能的好坏取决于金属基体晶格点阵排列的规则性，基体晶格点阵排列越规则，导热电子的自由程度就越大，金属的散热能力就好，因此，合金的散热性能与合金材料内部组织和晶体缺陷分布有关。本发明铝液前箱温度控制在693?697°C之间，铸轧速度控制在750?800mm/min之间，连续铸轧过程中采用在线前30pp1、中一 50pp1、中二 60pp1、后70 ppi四级卧式熔体过滤，有效降低了铸轧坯料内的氢含量和夹杂物含量，保证铸轧坯料横断面低倍组织无中心偏析，增加了铸轧坯料内部的实际导热面积，有利于铸轧坯料散热性能的提高。再有，本发明涉及的压延和低温长时退火工艺能将铸轧变形组织拉长破碎，使基体晶格发生严重畸变的铝箔变形组织以FeAl3> MnAl6, a (Al12Fe3Si2)和(Fe、Mn) Al6等二相化合物的形式析出，弥散分布于晶界，增加析出态的杂质含量而降低固溶态杂质含量，减小晶格畸变，使基体晶格点阵排列比较规则，导热电子的自由程度变大，从而提高铝箔的热导率，增强散热性能。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明提供了一种厚度更薄散热性能优良的铝箔，通过合理的成分设置和优化的制造工艺，使该铝箔在厚度减薄的条件下仍具有优异的抗腐蚀性能和抗拉强度，并保持了深冲用铝箔良好的延伸率和杯突值，且前述制造工艺与合金内部组织的配合作用亦有利于铝箔自身导热性能的提高，具体性能满足:铝箔厚度为0.097±0.003mm，抗拉强度为140?150MPa，延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm，25°C时热导率彡212W/ (m.K)。
【具体实施方式】
[0017]以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0018]实施例1
一种智能冷库用散热铝箔，其厚度为0.094mm，该铝箔的化学成分按质量百分比计为:Fe:0.8%, S1:0.6%, Mn:0.25%, Mg:彡 0.03%, Cu:彡 0.03%, Zn:彡 0.03%, Sn:彡 0.03%, Ti:0.03%，余量为Al及不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量< 0.05%，不可避免的杂质合计含量彡0.15%。
[0019]上述智能冷库用散热铝箔的制造步骤如下:
第一步，配料、熔炼、铸轧:按常规生产工艺，进行铝铁硅锰合金配料、熔炼，铝液前箱温度控制在693°C，铸轧速度控制在750mm/min，连续铸轧过程中采用在线前30pp1、中一50pp1、中二 60pp1、后70 ppi四级卧式熔体过滤，以铸轧坯料横断面低倍组织不能有中心偏析为原则，进行连续铸轧生产可适于冷轧的7.0mm厚的铸轧坯料；
第二步，冷轧:通过冷轧机将铸轧坯料轧制到成厚度为3.2mm的冷轧坯料，再将该冷轧还料轧制成1.7mm厚的冷轧还料，之后，再将1.7mm厚的冷轧还料轧制成0.8mm厚的冷轧还料，之后，再将0.8mm厚的冷轧还料轧制成0.53mm厚的冷轧还料；
第三步，重卷:将0.53mm厚的冷轧坯料经重卷机切边后制成0.53mm厚、1105mm宽的冷轧坯料；
第四步:冷轧:将第三步制得的冷轧坯料进一步冷轧成0.32mm厚；
第五步，箔轧:将0.32mm厚的冷轧坯料箔轧至0.17mm厚的箔轧坯料，之后，再将0.17mm厚的箔轧还料轧制成0.12mm厚的箔轧还料,之后,再将0.12mm厚的箔轧还料轧制成0.094mm厚的箔轧坯料；
第六步，精整:0.094mm厚的箔轧坯料经拉弯矫清洗矫直和厚箔剪剪切分条卷曲成所需卷外径和形状的铝箔卷；
第七步，退火:将铝箔卷放入热处理炉内，在I小时内将炉温从常温升至230°C，并在2300C的炉温状态下保温3小时，然后再将炉温提高至300°C，并在300°C的炉温状态下保温26小时，接着控制炉温在0.5小时内下降到200°C，控制热处理炉停止加热，铝箔卷随炉冷却若干小时，待铝箔卷表面温度低于30°C后，将铝箔卷从炉内取出即制得铝箔卷成品。
[0020]第八步，成品检查:按智能冷库用散热铝箔主要技术指标进行成品检验；
第九步，包装，将经成品检验合格的0.094mm厚铝箔成品进行包装，得到铝铁硅锰合金智能冷库用高效散热铝箔。
[0021]该0.094mm厚铝箔强度高、深冲性能好，冲压制得的铝箔散热翅片的翻边高度高，铝箔成品力学性能为抗拉强度145MPa，延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm，25°C时热导率为220W/(m.K)，板型优良，板带材的平直度小于3 I。
[0022]实施例2
一种智能冷库用散热铝箔，其厚度为0.097mm，该铝箔的化学成分按质量百分比计为:Fe:0.85%, Si:0.62%, Mn:0.28%, Mg:彡 0.03%, Cu:彡 0.03%, Zn:彡 0.03%, Sn:彡 0.03%,T1:0.045%，余量为Al及不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量< 0.05%，不可避免的杂质合计含量< 0.15%。
[0023]上述智能冷库用散热铝箔的制造步骤如下:
第一步，配料、熔炼、铸轧:按常规生产工艺，进行铝铁硅锰合金配料、熔炼，铝液前箱温度控制在695°C，铸轧速度控制在780mm/min，连续铸轧过程中采用在线前30pp1、中一50pp1、中二 60pp1、后70 ppi四级卧式熔体过滤，以铸轧坯料横断面低倍组织不能有中心偏析为原则，进行连续铸轧生产可适于冷轧的7.5_厚的铸轧坯料；
第二步，冷轧:通过冷轧机将铸轧坯料轧制到成厚度为3.5mm的冷轧坯料，再将该冷轧还料轧制成1.9mm厚的冷轧还料,之后,再将1.9mm厚的冷轧还料轧制成1.1 mm厚的冷轧还料，之后，再将1.1mm厚的冷轧还料轧制成0.63mm厚的冷轧还料；
第三步，重卷:将0.63mm厚的冷轧坯料经重卷机切边后制成0.63mm厚、1105mm宽的冷轧坯料；
第四步:冷轧:将第三步制得的冷轧坯料进一步冷轧成0.35mm厚；
第五步，箔轧:将0.35mm厚的冷轧坯料箔轧至0.20mm厚的箔轧坯料，之后，再将0.20mm厚的箔轧坯料轧制成0.127mm厚的箔轧坯料，之后，再将0.127mm厚的箔轧坯料轧制成0.097mm厚的箔轧坯料；
第六步，精整:0.097mm厚的箔轧坯料经拉弯矫清洗矫直和厚箔剪剪切分条卷曲成所需卷外径和形状的铝箔卷；
第七步，退火:将铝箔卷放入热处理炉内，在I小时内将炉温从常温升至230°C，并在230°C的炉温状态下保温3小时，然后再将炉温提高至310°C，并在310°C的炉温状态下保温28小时，接着控制炉温在0.5小时内下降到200°C，控制热处理炉停止加热，铝箔卷随炉冷却若干小时，待铝箔卷表面温度低于30°C后，将铝箔卷从炉内取出即制得铝箔卷成品。
[0024]第八步，成品检查:按智能冷库用散热铝箔主要技术指标进行成品检验；
第九步，包装，将经成品检验合格的0.097mm厚铝箔成品进行包装，得到铝铁硅锰合金智能冷库用高效散热铝箔。
[0025]该0.097mm厚铝箔强度高、深冲性能好，冲压制得的铝箔散热翅片的翻边高度高，铝箔成品力学性能为抗拉强度150MPa，延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm，25°C时热导率为215W/(m.K)，板型优良，板带材的平直度小于3 I。
[0026]实施例3
一种智能冷库用散热铝箔，其厚度为0.1mm，该铝箔的化学成分按质量百分比计为:Fe:0.9%, S1:0.65%, Mn:0.3%, Mg:彡 0.03%, Cu:彡 0.03%, Zn:彡 0.03%, Sn:彡 0.03%, Ti:0.06%，余量为Al及不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量< 0.05%，不可避免的杂质合计含量彡0.15%。
[0027]上述智能冷库用散热铝箔的制造步骤如下:
第一步，配料、熔炼、铸轧:按常规生产工艺，进行铝铁硅锰合金配料、熔炼，铝液前箱温度控制在697°C，铸轧速度控制在800mm/min，连续铸轧过程中采用在线前30pp1、中一50pp1、中二 60pp1、后70 ppi四级卧式熔体过滤，以铸轧坯料横断面低倍组织不能有中心偏析为原则，进行连续铸轧生产可适于冷轧的8.0mm厚的铸轧坯料；
第二步，冷轧:通过冷轧机将铸轧坯料轧制到成厚度为3.8mm的冷轧坯料，再将该冷轧还料轧制成2.3mm厚的冷轧还料，之后,再将2.3mm厚的冷轧还料轧制成1.4mm厚的冷轧还料，之后，再将1.4mm厚的冷轧还料轧制成0.73mm厚的冷轧还料；
第三步，重卷:将0.73mm厚的冷轧坯料经重卷机切边后制成0.73mm厚、1105mm宽的冷轧坯料；
第四步:冷轧:将第三步制得的冷轧坯料进一步冷轧成0.38mm厚；
第五步，箔轧:将0.38mm厚的冷轧坯料箔轧至0.23mm厚的箔轧坯料，之后，再将0.23mm厚的箔轧还料轧制成0.14mm厚的箔轧还料,之后,再将0.14mm厚的箔轧还料轧制成0.1mm厚的箔轧还料；
第六步，精整:0.1mm厚的箔轧坯料经拉弯矫清洗矫直和厚箔剪剪切分条卷曲成所需卷外径和形状的铝箔卷；
第七步，退火:将铝箔卷放入热处理炉内，在I小时内将炉温从常温升至230°C，并在2300C的炉温状态下保温3小时，然后再将炉温提高至320°C，并在320°C的炉温状态下保温30小时，接着控制炉温在0.5小时内下降到180°C，控制热处理炉停止加热，铝箔卷随炉冷却若干小时，待铝箔卷表面温度低于30°C后，将铝箔卷从炉内取出即制得铝箔卷成品。
[0028]第八步，成品检查:按智能冷库用散热铝箔主要技术指标进行成品检验；
第九步，包装，将经成品检验合格的0.1mm厚铝箔成品进行包装，得到铝铁硅锰合金智能冷库用高效散热铝箔。
[0029]该0.1mm厚铝箔强度高、深冲性能好，冲压制得的铝箔散热翅片的翻边高度高，铝箔成品力学性能为抗拉强度150MPa，延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm，25°C时热导率为212W/(m.K)，板型优良，板带材的平直度小于3 I。
【权利要求】
1.一种智能冷库用散热铝箔，其特征在于:其厚度为0.097±0.003mm，该铝箔的化学成分按质量百分比计为:Fe:0.8?0.90%, S1:0.6?0.65%, Mn:0.25?0.30%, Mg:(0.03%, Cu 0.03%, Zn 0.03%, Sn 0.03%, Ti:0.03 ?0.06%，余量为 Al 及不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量< 0.05%，不可避免的杂质合计含量< 0.15%。
2.根据权利要求1所述的智能冷库用散热铝箔，其特征在于:所述铝箔的抗拉强度为140?150MPa，延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm，25°C时热导率彡212W/ (m.K)。
3.—种制造如权利要求1所述的智能冷库用散热铝箔的方法，其特征在于:步骤如下: (1)铸坯:将符合化学计量比的原料加热熔炼，铝液前箱温度控制在693?697°C之间，之后以750?800mm/min的铸轧速度连铸出7.0?8.0mm厚的铸轧坯料； (2)压延:采用冷轧工艺将步骤(I)中制得的坯料首先轧制成3.2?3.8mm厚的冷轧还料，再冷轧制成1.7?2.3mm厚的冷轧还料,进一步冷轧制成0.8?1.4mm厚的冷轧坯料，最后冷轧制成0.53?0.73mm厚的冷轧坯料，经重卷切边至预设宽度，并再次冷轧至0.32?0.38mm厚，接着进行箔轧生产，依次箔轧至0.17?0.23mm厚、0.12?0.14mm厚和成品厚度的0.097 ± 0.003mm ； (3)精整:对箔轧至成品厚度的坯料进行清洗矫直和剪切分条，卷曲成所需卷外径和形状的铝箔卷； (4)退火:将步骤(3)制得的铝箔卷放入热处理炉内，在一小时内将炉温升至230°C，并于230°C炉温状态下保温3小时，再将炉温提高至300?320°C，保温26?30小时，接着控制炉温在0.5小时内下降至180?200°C，然后控制热处理炉停止加热，铝箔卷随炉冷却，待铝箔卷表面温度低于30°C后出炉，即获得铝箔成品； (5)检验包装:检验铝箔成品的各项性能是否符合技术指标，并对检验合格的铝箔成品进行包装。
4.根据权利要求3所述的智能冷库用散热铝箔的制造方法，其特征在于:步骤(I)中所述连铸过程中采用四级熔体过滤工艺，四级过滤板目数分别为在线前30pp1、中一 50pp1、中二 60pp1、后 70 pp1
5.根据权利要求3所述的智能冷库用散热铝箔的制造方法，其特征在于:步骤(3)中所述清洗矫直采用的是拉弯矫工艺，所述剪切分条采用的是厚箔剪工艺。
【文档编号】B23P15/00GK104357711SQ201410549549
【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】黄善球, 吴丹, 王民生, 刘军民, 任志峰, 李跃初 申请人:江阴新仁科技有限公司