热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料的制作方法
【专利摘要】本发明是热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料，所述铝合金材料包含如下质量百分数的成分：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%，其余为铝和不可避免的杂质。按照上述化学成分通过熔炼、铸造、铣面、均匀化加热、热轧、冷轧、中间退火、箔轧、精整工序得到的AA3003铝合金板带箔材，其熔点、钎焊前抗拉强度、抗下垂性能优于常规3003合金材料，耐腐蚀性与常规3003合金材料相当，满足热交换器的使用。
【专利说明】热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝合金材料【技术领域】，具体的涉及一种热交换器用多元微合金化高性 能钎焊铝合金材料，被广泛运用于汽车散热器、暖风器、中冷器、冷凝器、蒸发器、油冷器及 电站空冷岛等热交换领域。
【背景技术】
[0002] 钎焊式铝质热交换器在汽车、电站、工程机械、大型制冷设备等领域得到了广泛的 运用。它是采用熔点较低的Al-Si合金作为钎料，将铝合金管材和铝合金板片焊接而成。 3003合金，由于其有适中的强度、良好的成形性能、较好的焊接性能及可接受的耐腐蚀性 能，被广泛运用于制作热交换器管料、翅片及板料。
[0003] 热交换器用3003铝合金板带箔材一般都是通过熔炼与铸造、均匀化加热、热轧、 冷轧、箔轧、退火及精整等工艺生产的。除熔炼与铸造外，改变其余工序的某些工艺参数以 提高3003合金的强度、抗下垂性、耐腐蚀性能，其空间极小，效果甚微。但在熔炼与铸造工 序,通过添加微量过渡族元素及稀土合金元素（Re),优化已有合金元素含量和配比,控制合 金显微组织，得到高性能的新型AA3003合金，则不失为一条可行的路径。国内外已经有一 些这方面的研究： 中国专利申请101724770A公开了 "一种高强高耐蚀性钎焊铝合金箔材及其制造方 法"，该发明通过优化Si、Fe、Cu、Mn合金元素配比，添加Cr、V、Zr、Ti元素，最终得到的合金 性能指标如下：熔点650. 2°C、抗拉强度225MPa、抗下垂性12mm。
[0004] 中国专利申请103103405A公开了 "多元微合金化高强铝锰合金及其制备方法"， 该发明通过优化Si、Fe、Cu、Mn、Zn合金元素配比，添加Mg、Zr、Ti、B、稀土元素,最终得 到的合金性能指标如下：铸态硬度HV51. 8?64. 3、钎焊前抗拉强度240. 9?255. 5MPa、 600°ClOmin钎焊后抗拉强度159. 2?168MPa、600°ClOmin钎焊后屈服强度57. 1? 63. 5MPa、钎焊后延伸率16. 5?18. 4%、腐蚀电位-0.717?一 0.741V、腐蚀电流密度 3. 13*1(T7 ?4. 28*l(T7A/cm2、15 天浸泡的自腐蚀速率 0? 0153 ?0? 0208Mg/d*cm2。
[0005] 已有的研究表明，3003铝合金板带箔材的抗拉强度越高、熔点越高，抗垂性能越 好，腐蚀电流密度越低，抗腐蚀性能越好。但第二相粒子越多，合金的腐蚀敏感性越强，第二 相粒子在晶界上析出会对降低合金的抗腐蚀性能。
[0006] 随着工艺的不断革新、质量的持续提高及市场竞争的愈发加剧，要求用于热交换 器的铝合金板带箔材具有更高的强度、更优的抗下垂性、较好的耐腐蚀性，传统的3003合 金，已经难以满足这一要求。因此，亟待开发新型铝合金材料。
【发明内容】
[0007] 为了解决热交换器用钎焊铝合金板带箔材技术发展带来的提高合金强度及耐蚀 性问题，本发明提供了一种新型铝合金，细化合金的晶粒，得到均匀、弥散化、细小的第二相 粒子，且晶界有害第二相粒子较少的新型铝合金，满足客户质量要求。
[0008] 为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的： 本发明是热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料，铝合金材料包含如下质量 百分数的成分：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%，其余为铝和不可避免的杂质。
[0009] 作为本发明的优选方案：铝合金材料包含如下质量百分数的成分：Si0. 18%，Fe 0. 3%,Cu0. 1%,Mn1. 25%,Mg0. 1%,Zn0. 8%,Zr0. 15%,Cr0. 15%,V0. 1%,Ti0. 05%,Re 0. 015%，其余为铝和不可避免的杂质。
[0010] 作为本发明的优选方案：铝合金材料包含如下质量百分数的成分：Si0. 25%，Fe 0. 4%,Cu0. 15%,Mn1. 4%,Mg0. 2%,Zn1. 5%,Zr0. 2%,Cr0. 2%,V0. 15%,Ti0. 08%,Re 0. 02%，其余为铝和不可避免的杂质。
[0011] 作为本发明的优选方案：所述铝合金材料包含如下质量百分数的成分：Si0. 1%， Fe0. 15%,Cu0. 05%,MnO. 05%,Mg0. 05%,Zn0. 1%,Zr0. 1%,Cr0. 1%,V0. 08%,Ti0. 03%, Re0.01%，其余为铝和不可避免的杂质。
[0012] 本发明的铝合金的制作工艺包括如下步骤：通过熔炼，得到符合上述化学成分的 熔体，熔体经过在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭，将扁铸锭切头尾及铣面 后，送入均热炉中进行均匀化加热，均匀化加热温度为金属温度600?620°C，保温5?8小 时，然后降温至金属温度490?510°C，经过热轧轧至厚度为2. 0?7.Omm的卷材，再进入冷 轧机轧至预定厚度，将预定厚度的铝卷进行清洗，切边，然后送入箱式卷材退火炉进行中间 退火，中间退火的金属温度为350?420°C，保温2. 5?3. 5小时，出炉冷却后送至箔轧机继 续轧至成品厚度，经过拉弯矫直清洗、精密裁切得到合格的产品。
[0013] 上述各元素对合金起的作用如下： Si:对可以提高合金的强度，改善合金铸造过程的流动性，同时还会与Fe、V形成极细 的高温稳定相Al(Fe，V)Si，提高合金钎焊后的抗下垂性能，并有效降低因强化合金提高Fe 含量带来对合金耐腐蚀性的不利影响，但高于1. 2%后降低合金的熔点而影响钎焊性能。
[0014]Fe:能提高Al-Mn合金的强度，但过高的Fe在合金中容易形成大量粗大的Al-Fe 和Al-Fe-Si等金属间化合物，大大降低合金的加工成形性能和耐腐蚀性能。
[0015]Cu:能提高Al-Mn合金的强度，但由于形成Al2Cu，其化学特性与基体相差很大，但 容易在晶界析出引发合金晶间腐蚀，大大降低合金耐腐蚀性能。
[0016]Mn:-部分会以固溶体的形式存在于基体中，起到固溶强化、提高合金强度的作 用，同时在铝基体中还会与A1形成弥散分布的Al6Mn粒子，是合金的主要强化相。弥散分 布的Al6Mn粒子对再结晶晶粒长大其阻碍作用而细化再结晶晶粒。Mn溶于基体形成固溶体 时，降低了金属间化合物与铝基体间的电位差，同时，Al6Mn的电极电位与纯铝相近，可提高 基体的抗腐蚀性。但Mn+Fe高于1. 8%后会形成粗大相（FeMn)Al6而严重影响合金的加工 成形性能。
[0017] Mg:少量的Mg能细化合金退火后的晶粒，提高合金的抗拉强度。但随着Mg含量的 提高，合金产生应力腐蚀和焊接裂纹的倾向增大。
[0018] Zn:可以细化合金中的AlMnFeSi析出相，使其更加弥散分布，提高合金的强度，使 合金的腐蚀电位向负方向移动，腐蚀电流密度增大，减弱了合金的抗腐蚀性能。
[0019]Zr:与A1形成Al3Zr金属间化合物，阻碍再结晶过程，提高再结晶温度，细化再结 晶晶粒，提商合金的强度。
[0020] Cr:其作用与Mn相似，它使合金固溶体的分解在晶内较为均匀地进行，降低了合 金组织电化学的不均匀性，改善抗腐蚀性、提高了合金的焊接性，同时加入Mn、Cr时作用更 加显著，提高合金的强度。
[0021]V:在合金中形成AlnV难溶金属间化合物，细化晶粒。可与Fe、Si形成极细的A1 (Fe，V)Si高温稳定相，在热变形和热处理过程中提高再结晶温度，细化再结晶组织，提高合 金钎焊后的抗下垂性能。但超过〇. 5%含量会形成粗大难溶金属间化合物，降低合金加工成 形性能。V的最佳范围是〇. 15%到0. 25%之间。
[0022] Re:稀土元素，可以细化晶粒，有Cr、Zr存在时，会形成Al2QCr2Re、Al-Zr-Cr-Ce等 多元弥散相，阻碍合金的再结晶，提高再结晶温度，并具有弥散析出强化作用，提高合金强 度。复合添加Re、Cr、Zr时，上述效果更明显。Re有助于提高铝合金的耐腐蚀性能。
[0023]Ti:细化晶粒，提高合金强度，在合金中沿着厚度方向形成高溶度和低浓度交叉层 状分布，低浓度区域比高浓度区域优先被腐蚀，因此另外一层腐蚀受到阻扰，合金耐腐蚀性 能得到提高。但含量过高会形成粗大难溶金属间化合物，降低合金加工成形性能。
[0024] 本发明的铝合金材料的熔点、钎焊前抗拉强度、抗下垂性能优于常规3003合金材 料，耐腐蚀性与常规3003合金材料相当，满足热交换器的使用。
[0025] 本发明的铝合金抗拉强度高，熔点高，抗垂性能好，腐蚀电流密度低，抗腐蚀性能 好。
【具体实施方式】
[0026] 为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述，该实 施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
[0027] 本发明是热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料，所述铝合金材料包含 如下质量百分数的成分：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%，其余为铝和不可避免的杂质。
[0028] 制作上述铝合金材料包括如下步骤：通过熔炼，得到符合上述化学成分的熔体，熔 体经过在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭，将扁铸锭切头尾及铣面后，送入均 热炉中进行均匀化加热，均匀化加热温度为金属温度600?620°C，保温5?8小时，然后降 温至金属温度490?510°C，经过热乳乳至厚度为2. 0?7. 0mm的卷材，再进入冷乳机乳至 预定厚度，将预定厚度的铝卷进行清洗，切边，然后送入箱式卷材退火炉进行中间退火，中 间退火的金属温度为350?420°C，保温2. 5?3. 5小时，出炉冷却后送至箔轧机继续轧至 成品厚度，经过拉弯矫直清洗、精密裁切得到合格的产品。
[0029] 实施例一 本发明的控制合金的化学成分及质量百分数如下： 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，其余为铝及不可避免的杂质。熔炼时，采 用99. 7A1锭、镁锭、锌锭、Mn剂、Fe剂、Si剂、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、A1-V中间 合金、Al-Re中间合金、Al-Cr中间合金加入熔炼炉中进行熔化，熔炼温度73(T780°C，搅拌， 调整化学成分后进入保温静置炉，精炼，再次调整化学成分。得到上述化学成分的熔体经过 在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭。将扁铸锭切头尾及铣面后，送入均热炉 中进行均匀化加热，均匀化加热温度为金属温度615°C，保温7小时，然后降温至金属温度 500°C，经过热轧轧至厚度为2. 5mm的卷材，再进入冷轧机轧至0. 31mm后进行清洗，切边，然 后送入箱式卷材退火炉进行中间退火，中间退火的金属温度为400°C，保温3小时，出炉冷 却后送至箔轧机继续轧至0. 2mm，经过拉弯矫直清洗、精密裁切得到组织、板形、表面、尺寸 公差、外观质量合格的产品。
[0030] 实施例二 本发明的控制合金的化学成分及质量百分数如下： 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，其余为铝及不可避免的杂质。
[0031] 熔炼时，采用99. 7A1锭、镁锭、锌锭、Mn剂、Fe剂、Si剂、Al-Cu中间合金、Al-Zr 中间合金、A1-V中间合金、Al-Re中间合金、Al-Cr中间合金加入熔炼炉中进行熔化，熔炼温 度73(T78(TC，搅拌，调整化学成分后进入保温静置炉，精炼，再次调整化学成分。得到上述 化学成分的熔体经过在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭。将扁铸锭切头尾及 铣面后，送入均热炉中进行均匀化加热，均匀化加热温度为金属温度615°C，保温7小时，然 后降温至金属温度500°C，经过热轧轧至厚度为2. 5mm的卷材，再进入冷轧机轧至0. 31mm后 进行清洗，切边，然后送入箱式卷材退火炉进行中间退火，中间退火的金属温度为400°C，保 温3小时，出炉冷却后送至箔轧机继续轧至0. 2mm，经过拉弯矫直清洗、精密裁切得到组织、 板形、表面、尺寸公差、外观质量合格的产品。
[0032] 实施例三 本发明控制合金的化学成分及质量百分数如下： 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，其余为铝及不可避免的杂质。熔炼时，采 用99. 7A1锭、镁锭、锌锭、Mn剂、Fe剂、Si剂、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、A1-V中间 合金、Al-Re中间合金、Al-Cr中间合金加入熔炼炉中进行熔化，熔炼温度73(T780°C，搅拌， 调整化学成分后进入保温静置炉，精炼，再次调整化学成分。得到上述化学成分的熔体经过 在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭。将扁铸锭切头尾及铣面后，送入均热炉 中进行均匀化加热，均匀化加热温度为金属温度615°C，保温7小时，然后降温至金属温度 500°C，经过热轧轧至厚度为2. 5mm的卷材，再进入冷轧机轧至0. 31mm后进行清洗，切边，然 后送入箱式卷材退火炉进行中间退火，中间退火的金属温度为400°C，保温3小时，出炉冷 却后送至箔轧机继续轧至0. 2mm，经过拉弯矫直清洗、精密裁切得到组织、板形、表面、尺寸 公差、外观质量合格的产品。
[0033]本发明所述的热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料的主要技术指标 如下：
【权利要求】
1. 热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料包 含如下质量百分数的成分：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%，其余为铝和不可避免的杂质。
2. 根据权利要求1所述热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料，其特征在 于：所述铝合金材料包含如下质量百分数的成分：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%，其余为铝和不可避 免的杂质。
3. 根据权利要求1所述热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料，其特征在 于：所述铝合金材料包含如下质量百分数的成分：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%，其余为铝和不可避免 的杂质。
4. 根据权利要求1所述热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料，其特征在 于：所述铝合金材料包含如下质量百分数的成分：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%，其余为铝和不可避免 的杂质。
5. 根据权利要求1所述热交换器用多元微合金化高性能钎焊铝合金材料的制作工艺， 其特征在于：制作上述铝合金材料包括如下步骤：通过熔炼，得到符合上述化学成分的熔 体，熔体经过在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭，将扁铸锭切头尾及铣面后， 送入均热炉中进行均匀化加热，均匀化加热温度为金属温度600?620°C，保温5?8小时， 然后降温至金属温度490?510°C，经过热轧轧至厚度为2. 0?7. Omm的卷材，再进入冷轧 机轧至预定厚度，将预定厚度的铝卷进行清洗，切边，然后送入箱式卷材退火炉进行中间退 火，中间退火的金属温度为350?420°C，保温2. 5?3. 5小时，出炉冷却后送至箔轧机继续 轧至成品厚度，经过拉弯矫直清洗、精密裁切得到合格的产品。
【文档编号】C22C21/00GK104342586SQ201310311784
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】曹晓国, 曹旷 申请人:大力神铝业股份有限公司