一种稀土铝合金冷媒型材及其制备方法与流程

本发明涉及一种冷媒型材，特别涉及一种稀土铝合金冷媒型材及其制备方法。

背景技术：

长期以来冷媒型材是制冷设备制造、安装、维护中的主要部件，在冰箱、空调、冷冻库、工业制冷、制热，汽车制冷等制冷领域是必需的部件。特别是近几年国民经济实现了持续快速增长，基础工程建设及科研工程项目的增长及家用电器的迅速发展，对制冷设备带来更多的需求，随之而来的是对冷媒型材需求量增大并提出了更高的要求。

目前制冷领域使用的冷媒型材大多数都是用铜材质制成，少数有使用普通铝合金或纯铝材质制成的。为此生产冷媒型材需要大量的铜原料，而我国是一贫铜的国家，每年工业所需铜原料大量由进口而来，对国家这一战略物资的储备是当务之急。而我国的铝资源储备量丰富，以铝代铜为思路研发一种稀土铝合金冷媒型材，在制冷领域使用稀土铝合金冷媒型材将为国家节约大量的铜材，降低产品生产成本。但是，目前尚无稀土铝合金冷媒型材的报道。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种稀土铝合金冷媒型材及其制备方法，该稀土铝合金冷媒型材比铜材质冷媒型材成本低，但有与铜材质冷媒型材相近的导热系数及比铜材质冷媒型材更优良的机械物理性能，比普通铝合金或纯铝材质冷媒型材更高的导热系数及更好的机械物理性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种稀土铝合金冷媒型材，所述稀土铝合金冷媒型材的材质为Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金，其配方组成及重量配比为：Fe＝0.02wt％～0.4wt％，Si＝0.05wt％～0.15wt％，Mg＝0.05wt％～0.12wt％，S＝0.02wt％～0.25wt％，R＝0.005wt％～0.25wt％，余量为Al；所述S为V、Ti、Cr、Mn和Ni中的一种或多种元素组合，所述R为稀土元素中的一种或多种元素组合。

所述Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金的抗拉强度大于等于200Mpa，断裂伸长率大于等于20％，导热系数大于等于260W/m.K，平均蠕变速度小于等于6×10^-2％/h，疲劳弯折次数大于等于30。

上述稀土铝合金冷媒型材的制备方法，包括以下步骤：

(1)按所述Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金的配方将各元素配置后放入恒温冲天炉中熔炼，得到熔体稀土铝合金，再将熔体稀土铝合金进行铸造，得到稀土铝合金铸锭；

(2)将步骤(1)得到的稀土铝合金铸锭依次进行固溶处理、时效处理和软化处理；

(3)将步骤(2)处理后的稀土铝合金铸锭进行轧制，得到制备稀土铝合金冷媒型材的胚料；

(4)将步骤(3)得到的稀土铝合金冷媒型材的胚料制成所需的型材，然后将稀土铝合金冷媒型材退火处理，需精加工的进行精加工，得到稀土铝合金冷媒型材成品。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，采用纯度为99.5％～99.9％的纯铝作为基体铝，以添加铝铁合金、铝硅合金、铝镁合金、铝S合金和铝R合金的方式分别配置Fe、Si、Mg、S和R元素。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，熔炼温度为760℃以下，铸造温度为680℃以下。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，固溶处理的温度为450℃～650℃，时间为45～60min；时效处理的温度为300℃～480℃，时间为1h～4h；软化处理的温度为145℃～160℃，时间为3h～6h。

作为优选的技术方案，所述步骤(4)中，退火处理的温度为400℃～420℃，时间为18～28h。

本发明的有益效果在于：

本发明采用铝为基体，添加了微量的铁，铁可以改善铝合金的机械强度和拉伸性能，提高铝基的抗张强度、屈服极限以及耐热性能，提高合金的塑性，合金中铝与铁析出部分有Al₃Fe，Al₂Fe₃、Al₄Fe₅化合物，经过高温退火处理使Fe固溶体在铝基中更小更有序以提高导热系数，弥散析出相能增强合金的抗疲劳性能和高温运行的耐热性能。

本发明还添加了微量的Mg，能很好的改善导热性能，使得原铝基材质导热系数得以显著提高，同时减少对因加铁后对导热系数影响并比原铝基提高5％～15％导热系数，又不失去因加铁对机械物理性能的提高，经过高温退火处理使Mg固溶体在铝基中更小更有序以提高导电率。

本发明还添加了微量的S成份，S为V、Ti、Cr、Mn和Ni中的一种或多种元素组合，S成份的加入可以提高合金的强度以及高温蠕变性能，并能改善抗疲劳性能，有助提高Fe、Mg固溶体在铝基中有序排列；Ti、Ni还可以改善合金的加工特性，V、Mn可以提高机械强度，提高耐腐蚀性。

本发明还添加了微量的R成份的稀土元素，所述稀土元素R为镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)和钇(Y)中的一种或多种元素组合；所述R不仅可以提高合金的导热性能，还能提高合金的抗疲劳性能，延长冷媒型材的使用寿命，提高合金的超塑性及热学性能，改善合金的焊接性能，显著提高Fe、Mg固溶体在铝基中有序排列以增加导热系数。

本发明通过上述元素成分的良好匹配使其具有较好的导热与机械物理性能，而制备过程中的固溶处理、时效处理和软化处理则进一步优化了机械性能与导热性能；本发明的稀土铝合金冷媒型材比铜材质冷媒型材成本低，但有与铜材质冷媒型材相近的导热系数及比铜材质冷媒型材更优良的机械物理性能，比普通铝合金或纯铝材质冷媒型材更高的导热系数及更好的机械物理性能，可以在制冷领域使用本发明的稀土铝合金冷媒型材广泛替代铜材质冷媒型材。

附图说明

图1为制造稀土铝合金冷媒型材的工艺流程图；

图2为稀土铝合金冷媒管材示意图；

图3为稀土铝合金冷媒板材示意图；

图4为稀土铝合金冷媒阀门示意图；

图5为稀土铝合金对比金相图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。

实施例1

本实施例制做一种稀土铝合金冷媒管材，适用于制冷机的室内外机体的冷凝器及散热器所需的管材，见图2。

参考图1所示，稀土铝合金冷媒管材的制备方法包括以下步骤：

(1)Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金，其配方组成及重量配比为：Fe＝0.39wt％，Si＝0.05wt％，Mg＝0.05wt％，S＝0.2wt％，R＝0.24wt％，余量为Al；所述S为V，所述R为稀土元素0.12wt％La和0.12wt％Ce的组合；

采用纯度为99.8％的纯铝作为基体铝，以添加铝铁合金、铝硅合金、铝镁合金、铝S合金和铝R合金的方式分别配置Fe、Si、Mg、S和R元素，按所述Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金的配方将各元素配置后放入恒温冲天炉中熔炼，熔炼温度为760℃，得到熔体稀土铝合金，在熔体稀土铝合金中加入精炼剂并搅拌均匀，再静置保温30min，再将熔体稀土铝合金进行铸造，铸造温度为650℃，得到稀土铝合金铸锭；

(2)首先将步骤(1)得到的稀土铝合金铸锭进行固溶处理，固溶处理的温度为650℃，时间为60min，固溶处理能够提高铝合金的机械强度与高温抗蠕变性能及固熔体的有序性；然后对固溶处理后的稀土铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为480℃，时间为4h，通过时效处理使稀土铝合金的性能均匀分布，特别是提高稀土铝合金的高温抗蠕变性能；再对时效处理后的稀土铝合金进行软化处理，软化处理的温度为160℃，时间为6h，在惰性气体下进行降温-保温-降温过程，软化处理能够消除加工过程中的残余应力；通过上述热处理优化了稀土铝合金的机械性能与导热性能，提高了稀土铝合金的延展性能与抗疲劳性能，见图5的金相图对比；

(3)将步骤(2)处理后的稀土铝合金铸锭进行轧制，得到制备稀土铝合金冷媒管材的胚料；其抗拉强度为210Mpa，断裂伸长率为25％，导热系数为270W/m.K，平均蠕变速度为6×10^-2％/h，疲劳弯折次数为36；

(4)将步骤(3)得到的稀土铝合金冷媒管材的胚料制成所需型号的管材，然后将稀土铝合金冷媒管材退火处理，退火处理的温度为420℃，时间为24h，再经过化学、机械、物理等性能的检验合格后为稀土铝合金冷媒管材成品。

实施例2

本实施例制做一种稀土铝合金冷媒管材，适用于制冷机的室内外机体的冷凝器及散热器所需的管材，见图2。

参考图1所示，稀土铝合金冷媒管材的制备方法包括以下步骤：

(1)Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金，其配方组成及重量配比为：Fe＝0.31wt％，Si＝0.07wt％，Mg＝0.055wt％，S＝0.21wt％，R＝0.005wt％，余量为Al；所述S为V，所述R为稀土元素Ce；

采用纯度为99.8％的纯铝作为基体铝，以添加铝铁合金、铝硅合金、铝镁合金、铝S合金和铝R合金的方式分别配置Fe、Si、Mg、S和R元素，按所述Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金的配方将各元素配置后放入恒温冲天炉中熔炼，熔炼温度为740℃，得到熔体稀土铝合金，在熔体稀土铝合金中加入精炼剂并搅拌均匀，再静置保温30min，再将熔体稀土铝合金进行铸造，铸造温度为650℃，得到稀土铝合金铸锭；

(2)首先将步骤(1)得到的稀土铝合金铸锭进行固溶处理，固溶处理的温度为620℃，时间为60min，固溶处理能够提高铝合金的机械强度与高温抗蠕变性能及固熔体的有序性；然后对固溶处理后的稀土铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为470℃，时间为3.6h，通过时效处理使稀土铝合金的性能均匀分布，特别是提高稀土铝合金的高温抗蠕变性能；再对时效处理后的稀土铝合金进行软化处理，软化处理的温度为160℃，时间为6h，在惰性气体下进行降温-保温-降温过程，软化处理能够消除加工过程中的残余应力；

(3)将步骤(2)处理后的稀土铝合金铸锭进行轧制，得到制备稀土铝合金冷媒管材的胚料；其抗拉强度为225Mpa，断裂伸长率为24％，导热系数为266W/m.K，平均蠕变速度为5.8×10^-2％/h，疲劳弯折次数为35；

(4)将步骤(3)得到的稀土铝合金冷媒管材的胚料制成所需型号的管材，然后将稀土铝合金冷媒管材退火处理，退火处理的温度为420℃，时间为23.5h，再经过化学、机械、物理等性能的检验合格后为稀土铝合金冷媒管材成品。

实施例3

本实施例制做一种稀土铝合金冷媒板材，适用于制冷机的室内外机体的冷凝器及散热器所需焊接的板材，见图3。

参考图1所示，稀土铝合金冷媒板材的制备方法包括以下步骤：

(1)Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金，其配方组成及重量配比为：Fe＝0.22wt％，Si＝0.09wt％，Mg＝0.065wt％，S＝0.18wt％，R＝0.11wt％，余量为Al；所述S为0.13wt％Ti和0.05wt％Ni的组合，所述R为稀土元素Y；

采用纯度为99.8％的纯铝作为基体铝，以添加铝铁合金、铝硅合金、铝镁合金、铝S合金和铝R合金的方式分别配置Fe、Si、Mg、S和R元素，按所述Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金的配方将各元素配置后放入恒温冲天炉中熔炼，熔炼温度为720℃，得到熔体稀土铝合金，在熔体稀土铝合金中加入精炼剂并搅拌均匀，再静置保温30min，再将熔体稀土铝合金进行铸造，铸造温度为650℃，得到稀土铝合金铸锭；

(2)首先将步骤(1)得到的稀土铝合金铸锭进行固溶处理，固溶处理的温度为590℃，时间为55min，固溶处理能够提高铝合金的机械强度与高温抗蠕变性能及固熔体的有序性；然后对固溶处理后的稀土铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为450℃，时间为3.3h，通过时效处理使稀土铝合金的性能均匀分布，特别是提高稀土铝合金的高温抗蠕变性能；再对时效处理后的稀土铝合金进行软化处理，软化处理的温度为155℃，时间为5.5h，在惰性气体下进行降温-保温-降温过程，软化处理能够消除加工过程中的残余应力；

(3)将步骤(2)处理后的稀土铝合金铸锭进行轧制，得到制备稀土铝合金冷媒板材的胚料；其抗拉强度为236Mpa，断裂伸长率为23％，导热系数为265W/m.K，平均蠕变速度为5.3×10^-2％/h，疲劳弯折次数为34；

(4)将步骤(3)得到的稀土铝合金冷媒板材的胚料制成所需型号的板材，然后将稀土铝合金冷媒板材退火处理，退火处理的温度为410℃，时间为23h，再经过化学、机械、物理等性能的检验合格后为稀土铝合金冷媒板材成品。

实施例4

本实施例制做一种稀土铝合金冷媒阀门，适用于制冷机的室内外机体的冷凝器及散热器所需焊接的阀门，见图4。

参考图1所示，稀土铝合金冷媒阀门的制备方法包括以下步骤：

(1)Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金，其配方组成及重量配比为：Fe＝0.12wt％，Si＝0.12wt％，Mg＝0.081wt％，S＝0.12wt％，R＝0.02wt％，余量为Al；所述S为V，所述R为稀土元素La；

采用纯度为99.8％的纯铝作为基体铝，以添加铝铁合金、铝硅合金、铝镁合金、铝S合金和铝R合金的方式分别配置Fe、Si、Mg、S和R元素，按所述Al-Fe-Si-Mg-S-R铝合金的配方将各元素配置后放入恒温冲天炉中熔炼，熔炼温度为730℃，得到熔体稀土铝合金，在熔体稀土铝合金中加入精炼剂并搅拌均匀，再静置保温30min，再将熔体稀土铝合金进行铸造，铸造温度为650℃，得到稀土铝合金铸锭；

(2)首先将步骤(1)得到的稀土铝合金铸锭进行固溶处理，固溶处理的温度为560℃，时间为55min，固溶处理能够提高铝合金的机械强度与高温抗蠕变性能及固熔体的有序性；然后对固溶处理后的稀土铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为430℃，时间为3h，通过时效处理使稀土铝合金的性能均匀分布，特别是提高稀土铝合金的高温抗蠕变性能；再对时效处理后的稀土铝合金进行软化处理，软化处理的温度为155℃，时间为5.5h，在惰性气体下进行降温-保温-降温过程，软化处理能够消除加工过程中的残余应力；

(3)将步骤(2)处理后的稀土铝合金铸锭进行轧制，得到制备稀土铝合金冷媒阀门的胚料；其抗拉强度为201Mpa，断裂伸长率为22％，导热系数为262W/m.K，平均蠕变速度为5.1×10^-2％/h，疲劳弯折次数为33；

(4)将步骤(3)得到的稀土铝合金冷媒阀门的胚料制成所需型号的阀门，然后将稀土铝合金冷媒阀门退火处理，退火处理的温度为415℃，时间为22h，为保证所需型号的物理尺寸再经过精加工工艺，再经过化学、机械、物理等性能的检验合格后为稀土铝合金冷媒阀门成品。

本发明的稀土铝合金冷媒型材，可以是管材、板材、管通、阀门、连接器及其它异型型体的冷媒型材，对于制备不同的冷媒型材，在配方范围内选择元素组成及配比。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。