CN102554585A

CN102554585A - 铝合金钎焊板料及其制造方法、散热器部件

Info

Publication number: CN102554585A
Application number: CN2010106231923A
Authority: CN
Inventors: 李东飞; 蒋勇敏
Original assignee: Sapa Heat Transfer Shanghai Ltd
Current assignee: Granges Aluminium Shanghai Co Ltd
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2030-12-30
Also published as: CN102554585B

Abstract

本发明提出了一种铝合金钎焊板料及其制造方法，以及利用上述铝合金钎焊板料制造的散热器部件。该方法包括：铸造铝合金铸锭；均匀化所述铸锭，然后冷却，并进行常规的铣面；对所述铸锭进行单面或双面复合铝硅钎料层，以形成复合料；加热所述复合料；热轧并冷轧所述加热的复合料，以形成具有第一厚度的冷轧料；对所述冷轧料进行完全软化退火；以及对所述软化退火的板料进行预拉伸，由此获得具有小于所述第一厚度的第二厚度的最终的铝合金钎焊板料。采用本发明的制造方法获得的板料，具有更多的加工组合，可以以更加灵活的工艺进行加工，而同时能够满足良好的成型性能和钎焊性能。

Description

铝合金钎焊板料及其制造方法、散热器部件

技术领域

本发明涉及铝合金钎焊板料及其制造方法，以及利用上述铝合金钎焊板料制造的散热器部件。

背景技术

目前铝合金钎焊板料已被广泛地用来制作轻型的钎焊热交换器，其工艺可以是无腐蚀性钎剂的可控气氛钎焊或者不使用钎剂的诸如真空钎焊等。

一些散热器的部件，如蒸发器板料、主板、中冷器板料以及油冷气板料，通常要求板料本身具有良好的成型性能，以满足必要的弯折、冲压等成型要求。为了获得这种板料，通常要求对均匀化、加热和退火等生产工艺进行控制，使板料具有细小的晶粒组织和高的延伸率。

这种完全软化退火的板料在随后的使用中因为经历了弯曲、冲压等成型操作，会产生一定量的形变。此范围内的形变在钎焊时通常会带来一些熔蚀问题。这是因为这些随后引入的形变量刚好在铝合金再结晶临界形变量范围之内，在钎焊时，变形的部分在钎料融化前不容易完成再结晶，这样，融化的钎料就会沿着变形的位置渗透到板材的芯材部分，改变芯材的成分和组织。这种现象通常称为钎焊熔蚀。此现象一旦发生，就会严重降低材料的耐腐蚀性能。它还会引起钎焊部件泄露、收缩等一系列问题。为了适应散热器轻型化的发展，板料还在不断地减薄，在这种情况下，如果出现熔蚀问题，会产生更大的负面影响。

因此，板料的芯材不但要求具有良好的成型性，还要具有良好的耐熔蚀性能。目前已有一些避免熔蚀的方法。譬如采用非完全软化的半硬态材料，但这些材料的成型性能都不高，在后续成型时容易出现开裂等问题。也可以对软态材料施加小的变形，来有效减少熔蚀，但在材料减薄后，这种小的变形仍然影响了其成型性能。在线连续退火可以生产出非常细小晶粒的板材，然后施加一个更小的变形量来解决熔蚀问题。但同常规的退火炉相比，连续退火生产线的成本过高。

因此，本技术领域中需要制造出能够解决上述问题的铝合金钎焊板料。

发明内容

本发明的目的是至少部分地解决上面描述的现有铝合金钎焊板料制造过程中存在的问题。

为此，本发明提供了一种制造铝合金钎焊板料的方法，所述制造方法包括依次执行的下述步骤：

a)铸造铝合金铸锭；

b)均匀化所述铸锭，然后冷却，并进行常规的铣面；

c)对所述铸锭进行单面或双面复合铝硅钎料层，以形成复合料；

d)加热所述复合料；

e)热轧并冷轧所述加热的复合料，以形成具有第一厚度的冷轧料；

f)对所述冷轧料进行完全软化退火；以及

g)对所述软化退火的板料进行预拉伸，由此获得具有小于所述第一厚度的第二厚度的最终的铝合金钎焊板料。

本发明还涉及利用上述方法制成的铝合金钎焊板料。

本发明还涉及一种散热器部件，其由利用上述方法制成的铝合金钎焊板料制成。

所述散热器部件包括下述元件中的至少一种：蒸发器板料，主板，边板，中冷器板料，以及油冷器板料。

采用本发明的制造方法获得的铝合金钎焊板料具有很高的延伸率和钎焊后芯材熔蚀残余厚度比，从而可以同时满足良好的成型性能和钎焊性能。

附图说明

图1示出了测量钎焊熔蚀后芯材残余厚度比的方法。

具体实施方式

本发明提供了一种具有良好的成型性能和钎焊性能的AA3XXX铝锰系列的铝合金钎焊板料及其制造方法。此板料可以用于诸如蒸发器、主板、边板、中冷器和油冷气等散热器部件。

根据本发明的铝合金钎焊板料制造方法包括依次执行的下述步骤：

a)铸造铝合金铸锭；

b)均匀化所述铸锭，然后冷却，并进行常规的铣面；

d)加热所述复合料；

f)对所述冷轧料进行完全软化退火；以及

为了评估上述方法制成的最终铝合金钎焊板料的钎焊熔蚀情况，图1示出了钎焊后测量钎焊熔蚀后芯材残余厚度比的方法。图1的左半部分为钎焊前的双面复合铝合金钎焊板料，其中，中间的部分为由铝合金铸锭最终形成的厚度为t_o的芯材，其上下两面为钎焊前的复合铝硅钎料层。图1的右半部分为铝合金钎焊板料钎焊后的情形，其中，中间的部分为钎焊后的芯材，其上下两面为钎焊后的铝硅钎料层，其中铝硅钎料熔蚀到芯材中，使得芯材的厚度由t_o减小到t_r。

钎焊熔蚀后芯材残余厚度比的计算公式为：

芯材残余厚度比＝t_r/t_o×100％

根据上述计算公式，采用本发明的制造方法获得的板料在钎焊后芯材熔蚀残余厚度比可以很高，例如可能达到大于90％，甚至大于95％，如后面提供的数据中详细展示。

在本发明的上述方法中，在步骤g)中对经过了软化退火后的板料进行预拉伸，就获得了最终的铝合金钎焊板料，而不需要对预拉伸后的板料进行任何后续的热处理(例如退火)。这就减少了加工步骤和加工时间。

在本发明的上述方法中，上述铸锭的铝合金可以包含以下成分：铜的重量百分比为0.05-0.8％，锰的重量百分比为0.5-1.6％，硅的重量百分比为最大0.5％，镁的重量百分比为最大0.3％，锌的重量百分比为最大0.2％，锆的重量百分比为最大0.25％，铁的重量百分比为最大0.7％，钛的重量百分比为最大0.3％，余量为铝和不可避免的杂质，每种杂质的重量百分比小于0.05％，总量小于0.15％。

在步骤b)中，所述铝合金铸锭的均匀化温度可以为500-620℃，时间可以为1到24小时；优选地，均匀化温度可以为590-610℃，时间可以为10到24小时。

所述铝硅钎料中硅的重量百分比可以为6-11％。所述铝硅钎料层的复合比可以为6-15％。

在步骤d)中，可以在450-520℃间加热上述所述复合料1-40小时。

在步骤f)中，可以在300-450℃间对所述冷轧料进行10个小时以上的完全软化退火。

在步骤g)中，对所述完全软化退火板料的预拉伸温度可以为室温到250℃之间。

在步骤g)中，对所述完全软化退火板料的预拉伸量可以为4％到7％。

所述钎焊板料在钎焊前的平均晶粒尺寸为20到70微米，在钎焊后的平均晶粒尺寸为40到1000微米。所述钎焊板料在钎焊后的芯材熔蚀残余厚度比大于90％，优选大于95％。

通过在一定温度下对软化退火的材料进行适当的预拉伸，可以有效避免芯材熔蚀问题，同时又能保留材料较高的成型性能，避免开裂等问题。

本发明采用带加热元件的拉力机对板材进行预拉伸模拟。然后做相应的钎焊模拟，在600℃下保温3分钟。并计算钎焊后芯材熔蚀残留厚度，如图1所示。

所述合金中铜的含量(重量百分比)更优地为0.1-0.5％。铜可以有效提高合金的强度，增加芯材的腐蚀电位。但太高的铜会降低芯材的熔点，并引起晶间腐蚀等问题。

所述合金中锰的含量(重量百分比)更优地为0.8-1.5％。锰可以有效地提高芯材的强度和耐腐蚀性能。但太高含量的锰会产生粗大颗粒，破坏材料的成型性能。

所述合金中硅的含量(重量百分比)更优地小于0.2％。硅可以提高材料的强度。更高的硅能与铝、锰等结合生成细小的颗粒，阻止材料再结晶的进行，产生粗大的晶粒，不利于材料成型性能。过高的硅会显著降低芯材的熔点。

所述合金中镁的含量(重量百分比)小于0.3％，铁的含量更优地小于0.5％，Ti的含量小于0.3％，Zn的含量小于0.2％。合金中的镁可以显著提高芯材的强度；太高的铁会产生大颗粒，破坏成型性能；钛具有较好的耐腐蚀性能。

所述合金中钎料复合层中硅的含量不是很重要。它可以是任意AA4xxx系列的合金，硅的含量(重量百分比)为6-11％。此外，钎料中可以添加0.15-1.0％的镁，或者0.5-3.0％的锌以及最多1％的铜。

对于采用本发明的制造方法获得的0.4mm或0.5mm的板料，延伸率可以大于20％，更优地，延伸率可以大于25％。

本发明还提出了一种散热器部件，其利用使用上述方法所制造的铝合金钎焊板料来制成。所述散热器部件包括下述元件中的至少一种：蒸发器板料，主板，边板，中冷器板料，以及油冷器板料。上述各种散热器部件，以及利用本发明的铝合金钎焊板料来制造这些散热器部件的制造方法都是本领域技术人员所熟知的现有产品和技术方案。本领域技术人员可以使用任何已有和将来的方法，使用本发明的铝合金钎焊板料来制造这些散热器部件。

采用本发明的制造方法获得的材料具有更多的加工组合，可以同时满足良好的成型性能和钎焊性能。

下面介绍前面描述的铝合金钎焊板料制造方法的实施例。

采用常规工业规模的DC铸造，生产4种芯材合金铸锭和3种复合层铝硅合金铸锭。本发明的铝合金铸锭成分如下：铜的重量百分比为0.05-0.8％，锰的重量百分比为0.5-1.6％，硅的重量百分比为最大0.5％，镁的重量百分比为最大0.3％，锌的重量百分比为最大0.2％，锆的重量百分比为最大0.25％，铁的重量百分比为最大0.7％，钛的重量百分比为最大0.3％，余量为铝和不可避免的杂质，每种杂质的重量百分比小于0.05％，总量小于0.15％。表1列出了具体的成分，其中A、B、C为采用本发明的制造方法获得的合金，D为参考合金。

表1

上述芯材采用常规工业生产方法在590-620℃下均匀化10-24个小时，然后冷却、进行铣面。对复合层进行铣面、加热、热轧到合适的厚度，并复合到芯材上，其中复合比(每个复合层与复合料总厚度的比率)为6-15％。对上述复合料在450-520℃间加热1-40小时，然后进行热轧复合连接上述两种材料。之后冷轧到一定厚度，并在300-450℃间进行10个小时以上的完全软化退火。然后在室温到250℃间对上述软化退火的材料进行4-7％的预拉伸，获得最终的板料。对上述材料进行常规拉力测试。根据ASTM E112-96标准测量芯材的平均晶粒尺寸。具体测试结果列于表2，表中的RT表示室温。

表2

表3

对预拉伸后的材料做钎焊模拟实验，在600℃下保温3分钟。然后测量常规拉力、芯材熔蚀残余厚度以及平均晶粒尺寸。根据图1所示的测量钎焊熔蚀后芯材残余厚度的方法，计算出的具体结果列于前面的表3。

从实验结果可见，如果材料不经过预拉伸处理，完全软化后具有最高的延伸率。同参考材料D相比，采用本发明的制造方法获得的材料A、B、C均有很高的延伸率。但这些材料在钎焊后均有较明显的芯材熔蚀现象。当在室温下对这些材料进行适当的预拉伸，可以显著减少芯材的熔蚀现象，但同时材料的延伸率下降较明显。而采用在一定温度下的预拉伸，仍然可以保证板材的延伸率大于25％，同时钎焊后芯材残余厚度大于90％。

表4列出了所有具有良好延伸率和芯材熔蚀残余厚度的材料。可以发现，对于材料A，在室温下进行5％的预拉伸，或者在100℃下进行4-6％的预拉伸，或者在150℃下进行5-7％的预拉伸，或者在200℃下进行6-7％的预拉伸均能保证材料的延伸率大于28％，芯材熔蚀残余厚度大于95％。钎焊后，芯材的平均晶粒尺寸大于300微米。对于材料B，在100℃或150℃下进行4％的预拉伸，或者在200℃下进行5-7％的预拉伸可以保证材料的延伸率大于25％，芯材熔蚀残余厚度大于95％。钎焊后芯材晶粒仍较小，平均晶粒尺寸为45微米。对于材料C，在200下进行4-5％的预拉伸，或者在250℃下进行5-7％的预拉伸可以获得28％以上的延伸率，以及95％以上的芯材熔蚀残余厚度。钎焊后芯材平均晶粒尺寸约70微米。对于参考材料D，在100℃下进行5-6％的预拉伸，或者在150℃下进行5％的预拉伸可以获得大于23％的延伸率和较好的芯材熔蚀残余厚度。钎焊后部分晶粒长大，平均晶粒尺寸大于300微米。

以上实验结果表明，对于采用本发明的制造方法获得的A、B、C材料，具有更多的加工组合，可以以更加灵活的工艺进行加工，而同时能够满足良好的成型性能和钎焊性能。

表4

Claims

1.一种制造铝合金钎焊板料的方法，所述制造方法包括依次执行的下述步骤：

a)铸造铝合金铸锭；

b)均匀化所述铸锭，然后冷却，并进行常规的铣面；

d)加热所述复合料；

f)对所述冷轧料进行完全软化退火；以及

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述铸锭的铝合金包含以下成分：铜的重量百分比为0.05-0.8％，锰的重量百分比为0.5-1.6％，硅的重量百分比为最大0.5％，镁的重量百分比为最大0.3％，锌的重量百分比为最大0.2％，锆的重量百分比为最大0.25％，铁的重量百分比为最大0.7％，钛的重量百分比为最大0.3％，余量为铝和不可避免的杂质，每种杂质的重量百分比小于0.05％，总量小于0.15％。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述铝合金中铜的重量百分比为0.1-0.5％。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中，所述铝合金中锰的重量百分比为0.8-1.6％。

5.如权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述铝合金中硅的重量百分比小于0.2％，铁的重量百分比小于0.5％。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在步骤b)中，所述铝合金铸锭的均匀化温度为500-620℃，时间为1到24小时；优选地，均匀化温度为590-610℃，时间为10到24小时。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述铝硅钎料中硅的重量百分比为6-11％。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述铝硅钎料层的复合比为6-15％。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述钎焊板料在钎焊前的平均晶粒尺寸为20到70微米。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，在步骤d)中，在450-520℃间加热上述所述复合料1-40小时。

11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，在步骤f)中，在300-450℃间对所述冷轧料进行10个小时以上的完全软化退火。

12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，在步骤g)中，对所述完全软化退火板料的预拉伸温度为室温到250℃之间。

13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，在步骤g)中，对所述完全软化退火板料的预拉伸量为4％到7％。

14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述钎焊板料在钎焊后的铝合金芯材熔蚀残余厚度比大于90％，优选大于95％。

15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，所述钎焊板料在钎焊后的平均晶粒尺寸为40到1000微米。

16.一种利用权利要求1-15中的任一项所述的方法制成的铝合金钎焊板料。

17.一种散热器部件，其由权利要求16所述的铝合金钎焊板料制成。

18.如权利要求17所述的散热器部件，其中，所述散热器部件包括下述元件中的至少一种：蒸发器板料，主板，边板，中冷器板料，以及油冷器板料。