本發明涉及一種冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金，屬于熱交換材料技術領域。
背景技術：
冷凝式燃氣壁掛爐其核心部件的熱交換器為鑄鋁式材料，集燃燒室、煙道、水道于一體。雖然，采用鑄態的吸熱柱具有較大的換熱面積，但是，在制造壁所使用的材料的質量和厚度及各種部件的組裝方法必須滿足，使在合理的壽命期間以及正常安裝和使用條件下，結構和運行特性不出現明顯變化；尤其是，壁掛爐的核心部件熱交換器及燃燒(煙氣)回路的所有部件應承受在正常使用時可能會遇到的機械、化學和熱力的條件。這就要求對于換熱器及之后的管路材料需采用耐腐蝕性較好的鑄鋁合金或進行有效的腐蝕防護。一般通常通過對鑄鋁合金的材料進行改善來提高耐腐蝕性能。
而鋁合金作為一種具有高強度、高導熱、易成型和耐腐蝕材料，通常以3003系和3005系鋁合金為代表的3xxx系列被廣泛應用于汽車及工程機械的冷卻系統，家用商用空調熱交換器等領域。如中國專利申請(cn102011032a)公開了一種用于熱交換器的耐熱鋁合金及其制備方法，其組分和重量百分比為si：0.05～0.12％；mn：1.1～1.5％；cu：0.6～1.0％、mg：0.05～0.4％、fe：0.1～0.4％、zr：0.05～0.2％、ti：0～0.05％，其余為al。其雖具有一定的抗腐蝕性和高抗拉強度性能，但是，由于其硅的含量相對來說呈低含量，整體的抗腐蝕性相對較差；且其主要是應用在空調和汽車換熱器，相對于燃氣壁掛爐上換熱器來說，其在防腐性能上的要求更高，且耐磨性較差。
技術實現要素：
本發明針對以上現有技術中存在的缺陷，提供一種壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金，解決的問題是如何使鋁合金兼具高耐腐蝕性和高耐磨性。
本發明的目的是通過以下技術方案得以實現的，一種壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金，其特征在于，該鋁合金包括以下質量百分數的成分：
si：9.0wt％～12wt％；mg：0.20wt％～0.45wt％；fe：0.25wt％～0.55wt％；cu：0.03wt％～0.05wt％；mn：0.15wt％～0.45wt％；ni：≤0.05wt％；ti：≤0.05wt％；余量為鋁。
本發明壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金加入cu元素能夠對鋁硅合金有顯著的固溶強化作用，通過加入高含量的si元素能夠與鋁、銅和鎳等元素在合金中形成化合物強化相，能夠使具有流動性好和氣密性好的優點，更重要的是通過高含量硅元素起到提高合金耐腐蝕性的效果；鎂元素的加入能夠起到固溶強化相的作用；少量的鈦元素存在，有利于鎂在其中的固溶達到強化的效果。另一方面，由于硅含量較高，在結晶過程中，很容易在合金的表面暴露出硅元素，不利于合金的細化，使耐磨性能會降低。因此，通過加入錳元素能夠使合金內單晶si在凝固過程中達到改性，尺寸變小，更進一步的達到細化晶粒的作用，提高合金的性能，使達到高耐磨的效果。從而實現兼具高耐磨和防腐性能好的效果。
在上述壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金中，作為優選，所述si的含量為10wt％～11wt％。目的是為了使合金中硅的含量更合適，使有利于提高耐腐蝕性的同時兼具高硬度使耐磨性更好的效果。作為進一步的優選，所述mn元素與si元素的質量比為1：4.5～5.0。通過改善錳與硅元素之間的含量關系對合金的硬度有著較直接的關系，從而影響到合金耐磨的性能。
在上述壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金中，作為優選，所述fe的含量為0.3wt％～0.4wt％，所述mn的含量為0.15wt％～0.45wt％。通過改善fe元素與mn元素的含量，可以進一步起到固溶強化相的作用，同時還能夠避免壁掛爐內加熱產生的水質鐵錳含量超標，使用安全性更好。
在上述壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金中，作為優選，所述ni的含量為：0.01wt％～0.03wt％；ti的含量為0.02wt％～0.03wt％。少量鎳和鈦的存在主要是為了細化鑄造組織，減少合金的脆性來提高材料的整體抗拉強度和屈服強度性能，降低冷凝時的不良影響。
在上述壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金中，作為優選，所述鋁合金中zn的含量≤0.1wt％。能夠與加入的硅和錳元素之間起到協同作用，進一步提高合金的防腐性能，且還能夠改善合金的強度性能。
在上述壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金中，作為優選，所述鋁合金中pb的含量≤0.05wt％；sn的含量≤0.05wt％。少量鉛和錫的存在可以進一步提高合金的延展性，便于鑄造。
在上述壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金中，作為優選，所述鋁合金中還含有0.30wt％～1.0wt％的mo；0.5wt％～0.8wt％的sr和0.04wt％～0.06wt％的sic。通過加入鉬、sr和sic目的是為了起到提高合金硬度的性能，使合金具有較好的耐磨性，從而進一步保證合金的耐腐蝕性能。作為進一步的優選，所述mo：sr：sic的質量比為0.3：0.52：0.05。
綜上所述，本發明與現有技術相比，具有以下優點：
本壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金，通過各元素之間的協同作用，能夠實現兼具高耐腐蝕性和高耐磨性的效果；還具有較好的力學性能，使在抗拉強度和屈服強度上也能夠達到較高的力學性能。
具體實施方式
下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明，但是本發明并不限于這些實施例。
實施例1
本實施例中壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金包括以下質量百分數的成分：
si：9.0wt％；mg：0.45wt％；fe：0.55wt％；cu：0.03wt％；mn：0.45wt％；ni：≤0.05wt％；ti：≤0.05wt％；余量為鋁；可以含有不可避免的雜質。
該鋁合金可以直接加工成壁掛爐熱交換器或之后的連接管件(如煙氣或壁掛爐的回路管道)等材料使用。
該鋁合金可以通過以下方法加工而成：
按照以上各原料的質量配比選取材料，將純al、純fe、純si、純銅、純鎂、純銀、純ni，al-mn中間合金進行預熱，預熱溫度為130℃～150℃，經過預熱處理后，將純硅打碎成10mm左右的小塊，然后用鋁箔包起來在200℃左右預熱；
然后，將經過預熱后的純鋁錠放入熔煉爐中，再繼續進行升溫，待爐溫達到750℃時，進行保溫至金屬鋁呈熔融態；使熔融完全后，將經過預熱后的純si、ti和純ni再加入到熔體中，充分攪拌至其熔化完全，再升溫到950℃,并保溫20-25min左右，然后，降溫至850℃后,將經過預熱后的純銅、鈍鎂和al-mn中間合金加入到熔體中，充分攪拌至其熔化完全，并保溫5min左右；待合金熔體溫度降到760℃時，加入0.5wt％～0.8wt％六氯乙烷(c2cl6)進行精煉，去除表面浮渣，保溫10min左右后，進行扒渣；然后，重新升溫加熱到850℃，加入al-p中間合金，p元素加入量為合金總重的0.1％左右，攪拌,保溫15-20min，使al-p中間合金充分熔化完全；然后，將熔體由850℃升溫至1050℃，保溫5分鐘，然后冷卻至850℃；反復三次，進行熔體過熱處理，通過進行過熱處理目的是為了調整合金熔體組織結構，最后保溫在850℃，進行扒渣，大約保溫5分鐘左右，加入的金屬模具的型腔內進行澆鑄，其中，金屬型模具在澆注前需預熱到250℃-350℃，得到相應的鑄態鋁合金；再將得到的鑄態鋁合金在495℃～565℃的溫度條件下，保溫8小時進行固溶化處理，而后放入50℃～80℃水中冷卻；再放入溫度為180℃～200℃的溫度條件下進行時效處理保溫10小時，得到相應的鋁合金。
實施例2
本實施例中壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金包括以下質量百分數的成分：
si：12wt％；mg：0.20wt％；fe：0.25wt％；cu：0.05wt％；mn：0.15wt％；ni：0.03wt％；ti：0.02wt％；余量為鋁；可以含有不可避免的雜質。
本實施例中的鋁合金的具體制備方法同實施例1一致，這里不再贅述。
實施例3
本實施例中壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金包括以下質量百分數的成分：
si：10wt％；mg：0.305wt％；fe：0.35wt％；cu：0.04wt％；mn：0.20wt％；ni：0.04wt％；ti：0.03wt％；余量為鋁可以含有不可避免的雜質。
本實施例中的鋁合金的具體制備方法同實施例1一致，這里不再贅述。
實施例4
本實施例中壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金包括以下質量百分數的成分：
si：11wt％；mg：0.35wt％；fe：0.30wt％；cu：0.04wt％；mn：0.28wt％；ni：0.03wt％；ti：0.02wt％；zn的含量≤0.1wt％；pb的含量≤0.05wt％；sn的含量≤0.05wt％，余量為鋁可以含有不可避免的雜質。
本實施例中的鋁合金的具體制備方法同實施例1一致，這里不再贅述。
實施例5
本實施例中壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金包括以下質量百分數的成分：
si：10.5wt％；mg：0.30wt％；fe：0.34wt％；cu：0.03wt％；mn：0.15wt％；ni：0.02wt％；ti：0.02wt％；zn：0.05wt％；pb：0.02wt％；sn：0.02wt％；mo：0.30wt％；sr：0.5wt％；sic：0.05wt％，余量為鋁可以含有不可避免的雜質。
本實施例中的鋁合金的具體制備方法同實施例1一致，這里不再贅述。
實施例6
本實施例中壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金包括以下質量百分數的成分：
si：11.5wt％；mg：0.40wt％；fe：0.45wt％；cu：0.04wt％；mn：0.25wt％；ni：0.04wt％；ti：0.03wt％；zn：0.08wt％；pb：0.02wt％；sn：0.02wt％；mo：0.8wt％；sr：0.7wt％；sic：0.04wt％，余量為鋁可以含有不可避免的雜質。
本實施例中的鋁合金的具體制備方法同實施例1一致，這里不再贅述。
實施例7
本實施例中壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金包括以下質量百分數的成分：
si：10wt％；mg：0.35wt％；fe：0.45wt％；cu：0.04wt％；mn：0.20wt％；ni：0.05wt％；ti：0.03wt％；zn：0.08wt％；pb：0.02wt％；sn：0.02wt％；mo：0.8wt％；sr：0.7wt％；sic：0.06wt％，余量為鋁可以含有不可避免的雜質。
本實施例中的鋁合金的具體制備方法同實施例1一致，這里不再贅述。
實施例8
本實施例中壁掛爐冷凝燃氣鑄鋁鍋爐熱交換器用高耐腐蝕鋁合金包括以下質量百分數的成分：
si：11.25wt％；mg：0.25wt％；fe：0.35wt％；cu：0.05wt％；mn：0.25wt％；ni：0.02wt％；ti：0.04wt％；zn：0.07wt％；pb：0.03wt％；sn：0.01wt％；mo：0.3wt％；sr：0.52wt％；sic：0.05wt％，余量為鋁可以含有不可避免的雜質。
本實施例中的鋁合金的具體制備方法同實施例1一致，這里不再贅述。
選取上述實施例中得到的相應鋁合金進行相應的性能測試，具體測試結果如下表1所示。
表1：
其中，上述表1中硬度的測試按照gb/t231.1規定的方法操作。
上述表1中的耐蝕性測試是采用以下耐久性測試方法進行試驗，具體為：使用02氣，供水壓力0.1mpa，將冷凝爐設置為采暖模式，在額定負荷下，設置供、回水溫度為50℃/30℃的低水溫工況下，累計連續運行1200h。
同時，采用本發明的鋁合金制成的熱交換器和可能與冷凝水接觸的其他部件材料均能夠達到無明顯腐蝕現象；且經耐久性試驗后，按gb25034—2010中7.9測試采暖系統水阻增加不大于原值的15％；以及經耐久性試驗后，按gb25034—2010中7.2.3進行水路系統密封性試驗，均沒有出現無泄漏、無變形。從上述結果表明本發明的鋁合金具有較好的耐蝕性性能效果。
本發明中所描述的具體實施例僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
盡管對本發明已作出了詳細的說明并引證了一些具體實施例，但是對本領域熟練技術人員來說，只要不離開本發明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。