用于热交换器的高强度铝散热片坯料的制作方法
【专利说明】用于热交换器的高强度铝散热片坯料
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年8月8日提交的美国临时专利申请序列号61/863，568的权益，所述临时专利申请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
[0001]本发明涉及材料科学、材料化学、冶金学、铝合金、铝制造领域和相关领域。本发明提供用于制造热交换器散热片的新型铝合金，所述热交换器散热片又用于各种热交换器装置例如机动车散热器、冷凝器、蒸发器和相关装置中。
【背景技术】
[0002]需要用于各种热交换器应用(包括汽车散热器)中的具有高强度和改进的抗下垂性高强度的铝合金散热片坯料。需要获得用于高性能热交换器应用的铝合金散热片坯料，其具有强烈的硬钎焊前机械性能、在硬钎焊期间的良好行为即增强的硬钎焊材料抗下垂性和降低的散热片侵蚀，和在硬钎焊后良好的强度和传导特性。
【发明内容】
[0003]本发明提供用于热交换器中的具有更高强度和改进的抗下垂性的铝合金散热片坯料合金材料。这种铝合金散热片坯料合金材料是通过直接激冷(DC)铸造制造的。
[0004]开发具有所希望的硬钎焊前(H14回火)和硬钎焊后机械性能、抗下垂性、耐腐蚀性和传导性的DC散热片坯料。所述铝合金散热片坯料合金在硬钎焊前显示较大的晶粒和改进的强度。
[0005]所述铝合金散热片坯料合金可用于各种应用例如热交换器中。所述散热片坯料特别可用于高性能轻质汽车热交换器，但也可用于其他硬钎焊应用，包括(但不限于)HVAC。在一个实施方案中，所述铝合金散热片坯料合金可用于汽车热交换器如散热器、冷凝器和蒸发器中。根据本发明的实施方案的以下详细说明，本发明的其他目的和优点将是显而易见的。
【具体实施方式】
[0006]本发明提供用于热交换器如汽车热交换器中的具有更高强度、改进的耐腐蚀性和改进的抗下垂性的铝合金散热片坯料合金材料。这种铝合金散热片坯料合金材料是通过直接激冷铸造制造的。
[0007]这种DC散热片坯料展现所希望的硬钎焊前(H14回火)和硬钎焊后机械性能、抗下垂性、耐腐蚀性和传导性。所述铝合金散热片坯料合金在硬钎焊前显示较大的晶粒和改进的强度。
[0008]所述铝合金散热片坯料合金可用于各种应用例如热交换器中。在一个实施方案中，所述铝合金散热片坯料合金可用于汽车热交换器如散热器、冷凝器和蒸发器中。
[0009]在一个实施方案中，所述DC散热片坯料包含约0.8-1.4%Si,0.4-0.8%Fe,0.05-0.4%&1、1.2-1.7%]?11和1.2-2.3%211，余量为铝。所有％值都是以重量(￥0%计。
[0010]在另一个实施方案中，所述DC散热片坯料包含约0.9-1.3 % S1、0.45-0.75 %Fe、0.10-0.30%Cu、1.3-1.7%Μη和 1.30-2.2%Ζη，余量为铝。
[0011 ] 在另一个实施方案中，所述DC散热片坯料包含约0.9-1.2 % S1、0.50-0.75 %Fe、0.15-0.30%Cu、1.4-1.6%Μη和 1.4-2.1%Ζη，余量为铝。
[0012]任选地，Cr和/或Zr或其他晶粒尺寸控制元素各自可以高达0.2%、高达0.15% %、高达0.1%、高达0.05%或高达0.03%存在于这些合金组合物中。所有％值都是以重量(wt) %计。
[0013]应理解，本文所述的合金组合物可含有其他次要元素，有时被称为无意元素，低于0.05%。
制造锭料的方法
[0014]本文所述的锭料是利用直接激冷(DC)方法制造的，所述方法通常用于整个铝板工业中，由此从大保温炉铸造约1.5m X 0.6m X 4m的大锭料，所述大保温炉向供应有冷却水的一个或多个浅模具供应金属。将固化锭料通过冷却水的直接冲击连续冷却并且从模具底部慢慢取出直至完成一个或多个完整锭料。一旦从铸造过程中冷却，就对锭料乳制表面进行加工以除去表面偏析和不规则性。将经过加工的锭料预热以用于热乳。将预热温度和持续时间控制为低水平以在成品散热片坯料被硬钎焊后保持大的晶粒尺寸和高强度。将锭料热乳以形成卷材，然后对其冷乳。冷乳过程以几个步骤进行并且施加约300-450°C范围内的中间退火以使材料在最终冷乳步骤之前重结晶。接着将材料冷乳以获得所需最终标准尺寸并切成适于制造散热器和其他汽车热交换器的窄条。锭料在热乳之前以如下方式进行预热，以使得所达到的最终金属温度为约480°C并且在此保持平均约4小时(通常最少约2小时并且最多约12小时)。将若干锭料(约8至30个)装入炉中并用气体或电预热至乳制温度。铝合金通常在约450°C至约560°C范围中乳制。如果温度过冷，则乳制负荷过高，并且如果温度过热，则金属可能过软并且在乳机中分解。在这种情况下，预热温度相对于其他铝产品较低并且保温时间相对较短，以限制分散质的生长，这将降低最终的硬钎焊后晶粒尺寸。实际上，对热乳机排定日程以乳制许多不同的锭料和合金并且不能总是在最小浸泡时间下乳制锭料。在一个实施方案中，在约480°C下的最小浸泡时间为约2小时。在制造期间，所施加的中间退火温度是约400°C，持续平均约3小时，接着施加约29%的冷加工(CW)%至最终标准尺寸。% CW是为得到在最终所需强度范围内的材料所施加的冷乳的程度。冷加工％被定义为:(初始标准尺寸-最终标准尺寸)X 100/初始标准尺寸。随着冷加工增加，H14强度增加，但最终硬钎焊后晶粒尺寸和抗下垂性降低。对于大部分铝乳制应用来说，29%相对较低。
[0015]在一个实施方案中，使用在约480°C下持续平均4小时的预热操作，其具有约300-400°C的中间退火温度和约25-35 %的％ CW至最终标准尺寸。
[0016]然后将成品冷乳卷材切成具有热交换器制造商所需宽度的许多窄条以用于成形、装配和硬钎焊成成品热交换器。
[0017]以下实施例将用于进一步说明本发明，而同时对其不构成任何限制。相反，应清楚地理解，可以诉诸于各种实施方案、其修改和等效形式，在阅读本文的描述后，本领域技术人员可在不偏离本发明精神的情况下联想到它们。 实施例
[0018]制造DC情形的合金组合物。所述合金的组成范围在以下规格内:1.1±0.l%S1、0.6±0.1%卩6、0.2±0.05%01、1.4±0.1%]?11和1.50±0.1%211，余量为铝。所述合金材料具有约130MPa的最低极限拉伸强度。所述合金材料在硬钎焊后具有约43IACS的平均传导率(国际退火铜标准(即，纯铜为100%传导率))和-741mV的开路电位腐蚀值(相对于标准甘汞电极(SCE))。所制造的合金材料展现介于28mm(其中最终标准尺寸为49μηι)与43mm(其中最终标准尺寸为83μπι)之间的下垂值，在这些标准尺寸下其处于所需规格内。在施加模拟硬钎焊循环后测量这些值，由此将样品加热至605°C的温度并且在约20分钟时期内冷却至室温以模拟商业硬钎焊工艺的温度时间曲线。所制造的合金材料的标准尺寸在49μπι与83μπι之间变化。
[0019]上文引用的所有专利、专利申请、公开和摘要都以全文引用的方式并入本文中。在实现本发明的多种目的时已描述了本发明的多种实施方案。应认识到，这些实施方案仅说明本发明的原理。在不偏离如以下权利要求书中所定义的本发明的精神和范围的情况下，其众多修改和改适将是本领域技术人员所显而易见的。
【主权项】
1.一种铝合金，其包含约0.8-1.4重量％31、0.4-0.8重量％?6、0.05-0.4重量％01、1.2-1.7 重量 ％Mn 和 1.20-2.3 重量 ％ Zn，余量为 A1。2.如权利要求1所述的铝合金，其包含约0.9-1.3重量％S1、0.45-0.75重量％Fe、0.10-0.3 重量 ％Cu、1.3-1.7 重量 ％Mn 和 1.30-2.2 重量 ％Zn，余量为 A1。3.如权利要求1所述的铝合金，其包含约0.9-1.2重量％ S1、0.5-0.75重量％Fe、0.15-0.3重量％&1丄4-1.6重量％]?11和1.4-2.1重量％211，余量为八1。4.如权利要求1至3中的任一项所述的铝合金，其还包含高达0.2重量％的&或Zr中的一种或两种。5.—种铝合金散热片坯料，其通过如下方法由如权利要求1至4中的任一项所述的铝合金制造，所述方法包括: 将所述铝合金直接激冷铸造成锭料； 将所述锭料预热至450至560°C持续2至16小时； 热乳所述预热锭料； 冷乳所述锭料； 在300-450°C的温度下进行中间退火;和 在中间退火后，进行最终冷乳步骤以达到25-35%的冷加I%(%CW)。6.如权利要求5所述的铝合金散热片坯料，其中所述锭料在480°C下预热2-12小时。7.如权利要求5或6所述的铝合金散热片坯料，其中所述中间退火温度为300-400°C。8.如权利要求5至7中的任一项所述的铝合金散热片坯料，其具有在硬钎焊后测量为约130MPa的最低极限拉伸强度。9.如权利要求5至7中的任一项所述的铝合金散热片坯料，其具有在硬钎焊后测量为-700mV或更小的腐蚀电位。10.—种热交换器，其包含如权利要求1至4中的任一项所述的铝合金或如权利要求5至9中的任一项所述的铝合金散热片坯料。11.如权利要求10所述的热交换器，其中所述热交换器是汽车热交换器。12.如权利要求10所述的热交换器，其中所述热交换器是散热器、冷凝器或蒸发器。13.—种如权利要求1至4中的任一项所述的铝合金或如权利要求5至9中的任一项所述的铝合金散热片坯料的用途，其用于制造热交换器散热片。14.一种用于制造铝合金散热片坯料的方法，其包括: 将如权利要求1至4中的任一项所述的铝合金直接激冷铸造成锭料； 将所述锭料预热至450至560°C持续2至16小时； 热乳所述预热锭料； 冷乳所述锭料； 在300-450°C的温度下进行中间退火;和 在中间退火后，进行最终冷乳步骤以达到25-35%的冷加I%(%CW)。15.如权利要求14所述的方法，其中所述锭料在480°C下预热2-12小时。16.如权利要求14或15所述的方法，其中所述中间退火温度是300-400°C。
【专利摘要】本发明提供用于热交换器中的具有更高强度和改进的抗下垂性的铝合金散热片坯料合金材料。这种铝合金散热片坯料合金材料是通过直接激冷(DC)铸造制造的。
【IPC分类】C22F1/053, C22C1/00, C22F1/043, C22C21/02, C22F1/10, C22C21/10, C22C21/04, F28F21/08
【公开号】CN105452499
【申请号】CN201480044210
【发明人】A.D.豪厄尔斯, K.M.加滕比
【申请人】诺维尔里斯公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年8月8日
【公告号】CA2919193A1, EP3030684A1, US20160195346, WO2015021383A1