專利名稱：汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種換熱器用合金制品，更具體地說，本發(fā)明涉及一種汽車空調層疊式換熱器用合金及制備方法。
背景技術：
空調系統(tǒng)及其換熱用的蒸發(fā)器利用液態(tài)制冷劑(或稱冷媒)在低溫低壓下易蒸發(fā)為蒸氣、同時吸收被冷卻介質熱量的特性，達到制冷目的；汽車空調系統(tǒng)對于起換熱作用的蒸發(fā)器的體積、效率和穩(wěn)定性要求更高，進而逐步發(fā)展出層疊式蒸發(fā)器，成為汽車新型空調系統(tǒng)的重要組成部分。層疊式蒸發(fā)器散熱片表面帶許多“泡泡”，是由芯層及表面帶低熔點釬焊層的內、 外層即通常三層鋁合金帶材模壓而成。現(xiàn)有三層鋁合金帶材的內、外兩層通常為傳統(tǒng)的 4XXX牌號的合金，其作為釬焊連接的表面平臺，熔點較低(通常只有577-600°C左右)會先熔化；芯層通常采用傳統(tǒng)的3XXX牌號的合金，其作為“泡泡”及整個換熱器的結構骨架和支撐，熔點較高(通常在660°C左右)，釬焊時不會熔化。傳統(tǒng)層疊式蒸發(fā)換熱器的散熱片通常分別采用外層4343合金、芯層3003合金、內層4343合金的三層復合材料(以下簡稱 4343/3003/4343)。兩片散熱片以內層一側“泡泡”對“泡泡”堆疊起來，在600°C左右釬焊時，“泡泡” 堆疊表面的釬焊層熔化后相連在一起形成密集有序的制冷劑通道，從而有效地增大了換熱面積，大大提高蒸發(fā)器的制冷能力；兩塊散熱片的外層端頭區(qū)域則直接連接在一起構成制冷劑入口和出口通道，外層其它大部分區(qū)域則與不帶釬焊層的翅片波浪帶組裝在一起構成風道表面。通常，在散熱片內層流動的制冷劑不具備腐蝕性，而散熱片外層的廣大風道區(qū)域則受到汽車吸入的環(huán)境氣流長期沖刷，傳統(tǒng)層疊式蒸發(fā)器散熱片缺點在于只適應制造厚度0. 44-0. 50mm范圍的散熱片，以致?lián)Q熱器體積較大；受汽車所處復雜外部氣候等條件影響，在蒸發(fā)器兩塊散熱片連接的外層端頭區(qū)域，容易優(yōu)先發(fā)生腐蝕穿孔，出現(xiàn)泄漏。因此在提高散熱片芯材強度和加工性能的同時，解決散熱片外層的耐腐蝕性能是提高層疊蒸發(fā)器整體耐腐蝕性和使用壽命的關鍵。近年來，隨著汽車產業(yè)不斷向輕量化、低排放、燃油經濟性的方向發(fā)展，對汽車空調層疊式蒸發(fā)器進一步小型輕量化的要求也日益增長，為此，也要求有一種厚度更薄、強度更高、耐腐蝕性能更為優(yōu)良的層疊式換熱器用復合材料；如何增加層疊式蒸發(fā)器單位體積換熱效率同時，進一步提高散熱片耐腐蝕性能、以及機械和加工性能一直是行業(yè)公認的難題。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的上述缺點，本發(fā)明的目的是要提供一種汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料及制備方法，其具有如下優(yōu)點該層疊式換熱器鋁合金復合材料能制得厚度更薄、耐腐蝕性能更優(yōu)良、強度更高、成型性能良好的成品。
為此，本發(fā)明的技術解決方案之一是一種汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料，是由外層、內層、芯層合金復合而成，而所述外層合金各組份的質量百分比為 硅 6. 8-8. 2 %，鐵≤ 0. 4 %，銅≤ 0. 25 %，鎂≤0. 05 %，錳≤ 0. 05 %，鋅 0. 7-1. 3 %，鈦≤0. 05%，其他雜質元素合計< 0. 15%，其余為鋁。考慮到汽車空調層疊式蒸發(fā)器與翅片波浪帶連接在一起的散熱片外層所處的嚴苛工作環(huán)境，腐蝕難以完全避免的實際情況，但為防止腐蝕優(yōu)先縱深進入芯層、提高蒸發(fā)器整體的耐腐蝕性能，更有效地發(fā)揮外層的表面犧牲陽極作用、延緩腐蝕向縱深發(fā)展危及芯層，從而更好地保護芯層合金，使芯層能夠更為持久負起強度支撐和散熱作用，提高蒸發(fā)器的整體工作壽命；本發(fā)明鋁合金復合材料創(chuàng)造性地在外層合金中控制Si含量為 0. 7-1. 3% ；若Si含量降到0. 7%以下，外層電位下降不大，導致外層釬焊層與芯層電位相差不大，形成的原電池反應過弱，不能起到有效的犧牲陽極保護芯層作用；若ai含量超出 ι. 3 %，外層電位下降過大，導致外層釬焊層與芯層電位相差過大，形成的原電池反應過強， 外層釬焊層將很快被腐蝕掉，也不能起到充分的保護芯層防腐作用。外層合金中控制Mg含量為≤0. 05% ；若Mg含量超出0. 05%，由于Mg在高溫時容易蒸發(fā)出來，在氣體保護焊時與釬劑發(fā)生化學反應，對釬焊造成不良影響。由本發(fā)明實施例實測數據證明本發(fā)明外層合金中組份配方為本發(fā)明芯層乃至鋁合金復合材料整體的耐腐蝕性能、力學性能提高都起到了基礎性的支撐作用，也促進了本發(fā)明鋁合金復合材料的減薄化，并保持其良好的機械加工性能。為配合外層合金的組份改進，進一步提高本發(fā)明復合材料的耐腐蝕性、更好強度、 良好加工性能等多種性能，本發(fā)明復合材料還包括對于芯層組份的如下改進所述芯層合金各組份的質量百分比為硅≤0.5%，鐵≤0.5 WJHOJU1^ji
0.08-0. 25%，鎂< 0. 05%,錳0.7-1.3%，鋅< 0.1%,其他雜質元素合計< 0. 15%,其余為
ρ O芯層合金中控制Cu含量為0. 3-0. 7% ；Cu是提高鋁合金強度最有效的元素之一， Cu在鋁基體中固溶效果好，而且Cu與Al會形成均勻、彌散分布的CuAl2強化相，從而顯著提高鋁合金強度；若Cu含量降到0. 3%以下，則形成的CuAl2強化相較少，不能顯著地提高芯材強度；若Cu含量超出0. 7%，則形成的CuAl2強化相較多，芯材強度得到大幅度提高，但同時整體材料的塑性性能明顯下降，導致最終成品沖壓時可能會出現(xiàn)開裂等缺陷，而且，芯材自身的耐腐蝕性能也大大降低了。芯層合金中控制Mg含量為≤0. 05% ；若Mg含量超出0. 05%，由于Mg在高溫時容易蒸發(fā)出來，在氣體保護焊時與釬劑發(fā)生化學反應，對釬焊造成不良影響。芯層合金中控制Mn含量為0. 7-1. 3% ；Mn能阻止鋁合金的再結晶過程，提高再結晶溫度，并能顯著細化再結晶晶粒。再結晶晶粒的細化主要是通過MnAl6化合物彌散質點對再結晶晶粒長大起阻礙作用。MnAl6的另一作用是能溶解雜質!^e，形成(Fe，Mn)Al6減小!^e 的有害影響；若Mn含量降到0. 7%以下，則形成的(Fe，Mn)Al6、MnAl6K合物彌散質點較少， 不能對再結晶晶粒長大起到充分的阻礙作用，細化再結晶晶粒效果不明顯；若Mn含量超出
1.3%，則形成大量的(Fe，Mn) Al6、MnAl6化合物，對后續(xù)冷變形加工造成困難。芯層合金中控制Ti含量為0. 08-0. 25% ；Ti在鋁基體中主要形成包晶，包晶中間 Ti濃度高，包晶外部Ti濃度低。軋制時，形成層狀結構，Ti呈層狀分布，在有Ti的地方不容易被腐蝕，讓腐蝕在橫向進行，防止深向腐蝕；若Ti含量降到0. 08%以下，則Ti在鋁基體中形成的包晶較少，不能有效起到防腐作用；若Ti含量超出0. 25%，會使11々13質點快速聚集長大，并從鋁液中沉淀出來，起不到非均質形核核心的作用，反而會使晶粒變粗，不利于最終成品的沖壓成型。為配合外層、芯層合金組份改進，進一步提高本發(fā)明復合材料的整體耐腐蝕性等多種整體性能，根據內層較為緩和的工作環(huán)境、且簡化工藝參數的控制，本發(fā)明復合材料還包括對于內層組份的如下改進所述內層合金各組份的質量百分比為硅6.8-8.2%，鐵彡0.4%，銅彡0.25%，鎂 ^ 0. 05%，錳彡0. 05%，鋅彡0. 2%，鈦彡0. 05%，其他雜質元素合計彡0. 15%，其余為鋁。由于內層表面接觸的為基本無腐蝕性的冷媒，因此，合金中ai含量不予嚴格控制。內層合金中控制Mg含量為彡0. 05% ；若Mg含量超出0. 05%，由于Mg在高溫時容易蒸發(fā)出來，在氣體保護焊時與釬劑發(fā)生化學反應，對釬焊造成不良影響。為進一步提高本發(fā)明復合材料的耐腐蝕性等多種性能，優(yōu)化外層及內層合金的組份控制，本發(fā)明復合材料還包括如下改進所述外層或內層合金中，鐵0. 05-0. 4%，銅0. 01-0. 25%。外層或內層合金中控制!^e含量為0.05-0. 40% ；若!^e含量超出0.40%，容易與 Si形成大量富含鐵、硅的Al-Fe-Si相，Al-Fe-Si相與鋁之間形成局部原電池反應，導致該區(qū)域被優(yōu)先腐蝕掉，形成點腐蝕，從而降低了合金的耐腐蝕性能；由于鋁合金使用的原材料 99.7%普鋁錠中不可避免存在!^、5丨等元素，若!^含量降到0. 05%以下，則生產成本過高。同時，外層或內層合金盡量利用適量Cu能形成均勻彌散CuAl2相的強化作用，確保外層或內層鋁合金達到較好強度和耐腐蝕性。為進一步提高本發(fā)明復合材料的耐腐蝕性等多種性能，優(yōu)化芯層合金的組份控制，本發(fā)明復合材料還包括如下改進所述芯層合金中，硅0. 05-0. 5 %，鐵0. 05-0. 5 %。芯層合金中控制!^e含量0. 05-0. 5% ；若！^含量超出0. 5%，！^會與Si、Al形成粗大的 ^Α13、β -AlFeSi相，一方面大大降低材料的塑性性能，導致最終成品沖壓時可能會出現(xiàn)開裂等缺陷，另一方面還會降低芯層的耐腐蝕性能；由于鋁合金使用的原材料99. 7% 普鋁錠中不可避免存在Fe、Si等元素，若!^e含量降到0. 05%以下，則生產成本過高。芯層合金中控制Si含量0.05-0. 5% ；若Si含量超出0. 5%，Si易與Fe、Al形成有害的β-AlFeSi相，一方面大大降低材料的塑性性能，導致最終成品沖壓時可能會出現(xiàn)開裂等缺陷，另一方面還會降低芯層的耐腐蝕性能；由于鋁合金使用的原材料99. 7%普鋁錠中不可避免存在Fe、Si等元素，若Si含量降到0. 05%以下，則生產成本過高。為進一步提高本發(fā)明復合材料的耐腐蝕性等多種性能，優(yōu)化外層、內層、芯層合金的組份控制，本發(fā)明復合材料還包括如下改進所述內層、外層或芯層合金中，其它雜質元素單個質量百分比< 0.05%。為結合生產實際地從層間復合結構方面提高本發(fā)明復合材料的各種性能，進一步發(fā)揮合金組份配方的改進效果，本發(fā)明復合材料還包括對于三層復合結構的如下改進所述外層、內層合金分別占所述復合材料成品總厚度的比例在8-15%范圍。所述鋁合金復合材料的成品厚度為0. 25-0. 43mm。外層和內層合金分別占總厚度的比例按8-15%控制；在此比例范圍內，三層復合材料的兩側釬料熔化后可以將沖壓件、翅片波浪帶連接成一個牢固的整體，既可以保證芯層厚度從而保證整體強度，也可以保證釬焊良好。高于此比例范圍時，一方面會造成芯層厚度不足導致強度不足，同時可能釬料過剩，多余的釬料將造成翅片波浪帶或其他局部熔蝕， 從而降低蒸發(fā)器的整體耐腐蝕性能；低于此比例范圍時，可能造成局部虛焊、漏焊等釬焊不良情況。總而言之，芯層合金成分加銅是提高復合材料強度、減薄厚度最有效的辦法之一。 芯材合金成分加銅能有效提高芯材強度、減薄復合材料厚度；但由于銅的電極電位為正，在外層釬焊層沒有任何保護的情況下，極易受氣候環(huán)境影響形成縱向腐蝕導致散熱片穿孔。 即芯材合金成分加銅雖然能有效提高芯材強度，但卻會致使整體耐腐蝕性能相應下降。為解決此矛盾，本發(fā)明鋁合金復合材料強化了外層的耐腐蝕性能，為采用銅提高芯材強度奠定了更牢固的基礎，同時兼顧散熱片內層適當的耐腐蝕性、機械性能，從而綜合平衡地提高了層疊蒸發(fā)器整體耐腐蝕性能和機械加工等性能，本發(fā)明鋁合金復合材料在減薄基礎上， 抗拉強度提高約13%，耐腐蝕期限增加約15%。相應地，本發(fā)明的另一技術解決方案是一種如上所述汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料的制備方法，其包括如下步驟XI)按照所述外層、內層、芯層合金的組份配比，分別熔煉、精煉、攪拌除氣、扒渣、 鑄造制得厚300-500mm的外層與內層板坯、300-400mm的芯層板坯；X2)對外層與內層板坯進行鋸頭、銑面、熱軋，制得厚45_55mm的板塊，對芯層板坯進行鋸頭、均勻化處理、銑面；上述銑面控制銑削6-10mm/每面；X3)清洗外層、內層板塊和銑面后的芯層板坯，把所述外層、內層板塊與芯層板坯按層次順序捆綁，然后進行加熱、熱軋復合，制得3. 0-6. Omm厚的復合帶卷，經冷軋，制得 0. 25-0. 43mm厚的復合帶材；X4)對所得復合帶材清洗、退火，最后制得所述鋁合金復合材料。本發(fā)明的制備方法，在本發(fā)明特定原料組份配方的基礎上，因地制宜地利用已有生產設備，制得厚度更薄、耐腐蝕性能更優(yōu)良、強度更高、成型性能良好的層疊式換熱器用鋁合金復合材料成品，工藝簡單，實施有效。為進一步優(yōu)化工藝條件，本發(fā)明的方法改進還包括所述步驟X2中的芯層板坯均勻化處理，控制溫度為580-610°C，保溫時間 8-30hr(hr即時間單位“小時”的英文縮寫-下同)；所述步驟X4還包括對所得鋁合金復合材料進行寬度剪切、分條。芯層板坯熱軋復合前均勻化工藝控制在580-610°C溫度范圍、保溫8_30hr ；若均勻化溫度低于580°C，鑄態(tài)組織下的晶界非平衡相和粗大析出相無法完全消除，從面導致后續(xù)變形材料塑性差、性能不均勻、耐蝕性能差。若均勻化溫度高于610°C，很容易發(fā)生板錠過燒問題，不利于加熱控制。580-610°C均勻化，可以有效地改善材料鑄態(tài)組織，消除鑄態(tài)下晶界非平衡相和粗大析出相，提高了材料塑性和耐蝕性能，有利于后續(xù)加工變形。均勻化時間少于》ir，鑄態(tài)下晶界非平衡相和粗大析出相不能充分溶解，均勻化時間超過30hr，增加生產成本。
以下結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施例方式本發(fā)明實施例1-5及本發(fā)明以外的比較例(采用目前市場上普遍的 4343/3003/4343合金制得厚度0. 44-0. 50mm復合帶材)部分組份配比參見表1，熱軋工藝參數參見表2左邊5列。本發(fā)明實施例按照表1所示組份及說明書中配套組份配比分別得內層、外層、芯層的鋁熔體，再通過半連續(xù)鑄造法鑄造制得內層、外層和芯層板坯，然后將用作釬焊層的內層、外層板坯銑面、加熱、熱軋切成板塊制得外層板塊、內層板塊，將芯層板坯均勻化處理、 銑面制得芯塊，清洗外層、內層板塊及芯塊，然后用外層板塊、內層板塊把銑面后的芯塊夾持于中間一起捆綁并進行加熱、熱軋、冷軋，制得復合帶材，將復合帶材清洗、退火和寬度分條，制得0. 25-0. 43mm厚的各種寬度的鋁合金復合材料成品。接著對本發(fā)明實施例及比較例的帶狀復合材料成品，按GB/T 228. 1《金屬材料拉伸試驗第1部分室溫試驗方法》進行制樣、室溫拉伸試驗，測定抗拉強度和延伸率；并按 ASTM G85《Mandard Practice for Modified Salt Spray (Fog) ^Testing》進行無孔 SWAAT 試驗，測定帶狀復合材料成品的耐蝕壽命。測定的結果示于表2右邊3列。表 權利要求
1.一種汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料，是由外層、內層、芯層合金復合而成，其特征在于所述外層合金各組份的質量百分比為硅6. 8-8.2%，鐵<0.4%，銅 ^ 0. 25%，鎂；^ 0. 05%，錳；^ 0. 05%，鋅 0. 7-1. 3 %，鈦；^ 0. 05%，其他雜質元素合計 ^ 0. 15%，其余為鋁。
2.如權利要求1所述的汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料，其特征在于所述芯層合金各組份的質量百分比為硅彡0. 5%，鐵< 0. 5%，銅0. 3-0. 7%，鈦0. 08-0. 25%, 鎂< 0. 05%，錳0. 7-1.3%，鋅< 0. 1%，其他雜質元素合計< 0. 15%，其余為鋁。
3.如權利要求1所述的汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料，其特征在于所述內層合金各組份的質量百分比為硅6. 8-8. 2%，鐵彡0. 4%，銅彡0. 25%，鎂彡0. 05%,錳 < 0. 05%，鋅< 0. 2%，鈦< 0. 05%，其他雜質元素合計< 0. 15%，其余為鋁。
4.如權利要求1或3所述的汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料，其特征在于 所述外層或內層合金中，鐵0. 05-0. 4%，銅0. 01-0. 25%。
5.如權利要求2所述的汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料，其特征在于所述芯層合金中，硅0. 05-0. 5 %，鐵0. 05-0. 5 %。
6.如權利要求1-3之一所述的汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料，其特征在于所述內層、外層或芯層合金中，其它雜質元素單個質量百分比< 0. 05%。
7.如權利要求1-3之一所述的汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料，其特征在于所述外層、內層合金分別占所述鋁合金復合材料總厚度的8-15%。
8.如權利要求1-3之一所述的汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料，其特征在于所述鋁合金復合材料的成品厚度為0. 25-0. 43mm。
9.一種如權利要求1-8之一所述汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料的制備方法，其包括如下步驟XD按照所述外層、內層、芯層合金的組份配比，分別熔煉、精煉、攪拌除氣、扒渣、鑄造制得厚300-500mm的外層與內層板坯、300-400mm的芯層板坯；X2)對外層與內層板坯進行鋸頭、銑面、熱軋，制得厚45-55mm的板塊，對芯層板坯進行鋸頭、均勻化處理、銑面；上述銑面控制銑削6-10mm/每面；X3)清洗外層、內層板塊和芯層板坯，把所述板塊與芯層板坯按層次順序捆綁，然后進行加熱、熱軋復合，制得3. 0-6. Omm厚的復合帶卷，經冷軋制得0. 25-0. 43mm厚的復合帶材；X4)對所得復合帶材進行清洗、退火，制得所述鋁合金復合材料。
10.如權利要求9所述汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料的制備方法，其特征在于所述步驟X2中的均勻化處理，控制溫度為580-610°C，保溫時間8-30hr ；所述步驟X4 還包括對所得鋁合金復合材料進行寬度剪切、分條。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料及其制備方法，鋁合金復合材料是由外層、內層、芯層合金復合而成，而所述外層合金各組份的質量百分比為硅6.8-8.2％，鐵≤0.4％，銅≤0.25％，鎂≤0.05％，錳≤0.05％，鋅0.7-1.3％，鈦≤0.05％，其他雜質元素合計≤0.15％，其余為鋁。本發(fā)明汽車空調層疊式換熱器用鋁合金復合材料及其制備方法能制得厚度更薄、耐腐蝕性能更優(yōu)良、強度更高、成型性能良好的層疊式換熱器鋁合金復合材料成品。
文檔編號B23P17/00GK102534319SQ20121000269
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權日2012年1月5日
發(fā)明者盧超, 王立新, 郭飛躍 申請人:乳源東陽光精箔有限公司