CN104919070A - 翅片用铝合金制钎焊片材、热交换器和热交换器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供翅片用铝合金制钎焊片材,其中由铝合金形成的芯材的仅一侧覆盖有由包括Si和Zn的铝合金形成的钎焊材料。所述翅片用铝合金制钎焊片材的特征在于:所述翅片用铝合金制钎焊片材的厚度为0.15mm以下,并且在600℃下的3分钟加热试验中,加热试验后的钎焊片材的芯材侧表面与钎焊材料侧表面之间的电位差是-40至+40mV。本发明能够提供热交换器的翅片用铝合金制钎焊片材,其为芯材的仅一侧覆盖有钎焊材料的翅片用铝合金制钎焊片材,改善了翅片材料的耐腐蚀性,并且相对于管材的耐腐蚀性是优异的。
Description
技术领域
本发明涉及用作翅片材料(fin material)的铝合金制钎焊片材(brazingsheet),所述翅片材料用于通过将铝合金制管材和铝合金制翅片材料钎焊而制造的热交换器,例如散热器、加热器芯、油冷却器、中间冷却器、或者用于汽车空调或室内空调的冷凝器或蒸发器。特别地,本发明涉及显示出优异的耐腐蚀性的用作翅片材料的铝合金制钎焊片材。本发明还涉及显示出优异的耐腐蚀性的热交换器及其制造方法。
背景技术
通过如下制造的热交换器已经广泛地用作汽车热交换器,例如散热器、加热器芯、油冷却器、中间冷却器、或者用于汽车空调的蒸发器或冷凝器:交替堆叠由铝合金形成的挤出的扁平管材(作业流体通路材料)、或通过将钎焊片材(其中芯材覆盖有填充金属)加工为扁平管状而获得的管材,和通过将铝合金基材加工成波纹状而获得的波纹状翅片材料、或其中芯材的各边覆盖有Al-Si-系填充金属的钎焊片材,任选地装配集管材料(header material)、联箱板(header plate)、和作业流体入口管/出口管等,并且将所得组件使用利用氟系焊剂的焊剂钎焊方法或真空钎焊方法钎焊(下文中称为“波纹翅片式热交换器”)。
通过将以间隔堆叠的许多板翅和***板翅中的管材组合而制造的热交换器(下文中称为“板翅式热交换器”),已经广泛地用作空调和冰箱用热交换器。构造板翅式热交换器使得在通过配管循环的制冷剂与接触板翅的空气之间交换热。由于铝重量轻并且显示出优异的导热性和加工性,因此铝已经用作板翅形成用材料。将板翅的表面进行亲水性表面处理以便防止其中翅片之间的空间被由大气中的水蒸气的冷凝产生的水滴堵塞的状况。板翅的表面可以进行拒水性表面处理以致水滴从板翅的表面迅速下落。显示出优异的导热性和加工性的铜已用作管材的形成材料。当制造板翅式热交换器时,堆叠其中以特定的配置形成圆筒状通孔的板翅,并且将管材***圆筒状通孔。通过增加管材的直径使管材的外周面与通孔的内表面接触从而机械地固定管材和翅片。
近年来,用于板翅式热交换器的管材的铜的价格上升,当使用铜管时板翅式热交换器的生产成本增加。因此,已研究使用铝作为管材用材料来代替铜。还可以通过使用铝合金制造管材来改善再循环性。
通过减少板翅之间的间隔增加板翅的总表面积以便改善板翅式热交换器的热交换性能是有效的。然而,空气中的水可能冷凝,并且在操作期间附着至位于蒸发器侧的翅片的表面,板翅之间的空间可能被水滴堵塞。这种现象可以称为“桥连现象(bridge phenomenon)”。当桥连现象发生时,空气流路堵塞,并且热交换性能劣化。因此,通常将亲水性涂料等施涂至翅片材料的表面以便防止冷凝水形成水滴的状况。
当使用铝合金作为管材用材料制造板翅式热交换器时,板翅材料和管材通过使管材扩展(以与使用铜管的情况相同的方式)使得管材粘接至板翅材料,或者将板翅材料和管材使用钎焊翅片钎焊来结合(JP-A-3-138080)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:JP-A-3-138080(权利要求)
发明内容
发明要解决的问题
当通过将其中芯材的仅一侧覆盖有填充金属的铝合金制钎焊片材(翅片材料)钎焊来制造热交换器时,由于用作填充金属的组分的Si残留在翅片材料的表面上(即,包括大量溶解的Si的层残留在翅片材料的表面上),所以表面电位增加。因此,当在翅片(百叶窗)之间形成水桥时,翅片材料的芯材和填充金属的表面之间发生电位差,并且翅片材料的腐蚀量增加。
鉴于上述状况,本发明的目的在于提供用作其中芯材的仅一侧覆盖有填充金属的翅片的铝合金制钎焊片材,所述铝合金制钎焊片材改善翅片材料的耐腐蚀性,并且给管材提供有优异的耐腐蚀性。
用于解决问题的方案
本发明的发明人进行深入研究以解决上述问题。结果,本发明人发现了可以通过利用以已经在特定条件下进行加热试验的钎焊片材的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差落在特定范围内的方式设计的钎焊片材可以改善翅片材料的耐腐蚀性。该发现导致本发明的完成。
根据本发明的一方面,用作翅片的铝合金制钎焊片材包括由铝合金形成的芯材,和由包括Si和Zn的铝合金形成的填充金属,所述芯材的仅一侧覆盖有填充金属,
所述铝合金制钎焊片材的厚度为0.15mm以下,和
已经在600℃下进行加热试验3分钟的钎焊片材的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差是-40至+40mV。
根据本发明的第二方面,热交换器的制造方法包括将通过至少装配翅片材料和由铝合金形成的管材而获得的组件钎焊,所述翅片材料通过将根据本发明的第一方面的铝合金制钎焊片材加工来获得。
根据本发明的第三方面,热交换器通过将通过至少装配翅片材料和由铝合金形成的管材而获得的组件钎焊来获得,所述翅片材料由包括芯材和填充金属的钎焊片材形成,所述芯材的仅一侧覆盖有填充金属,并且钎焊后的翅片材料的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差是-40至+40mV。
发明的效果
本发明的第一方面因而提供了用作翅片的铝合金制钎焊片材,翅片中芯材的仅一侧覆盖有填充金属,所述铝合金制钎焊片材改善翅片材料的耐腐蚀性,并且给管材提供有优异的耐腐蚀性。本发明的第二方面和第三方面因而提供了显示出优异的耐腐蚀性的热交换器。
附图说明
图1为示出根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材的实例的示意性截面图。
图2为示出进行加热试验的试样的配置状态的侧面图。
图3为示出波纹状翅片材料的示意性立体图。
图4为示出其中装配波纹状翅片材料和管材的状态的示意性侧面图。
具体实施方式
根据本发明一个实施方案的用作翅片的铝合金制钎焊片材(下文中可以称为“铝合金制钎焊片材”或“钎焊片材”)包括由铝合金形成的芯材,和由包括Si和Zn的铝合金形成的填充金属,所述芯材的仅一侧覆盖有填充金属,所述铝合金制钎焊片材的厚度为0.15mm以下,并且已经在600℃下进行加热试验3分钟的钎焊片材的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差是-40至+40mV。
根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材用作热交换器用翅片材料,并且包括由铝合金形成的芯材,和由包括Si和Zn的铝合金形成的填充金属,所述芯材的仅一侧覆盖有填充金属。
图1为示出根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材的实例的示意性截面图。图1中示出的铝合金制钎焊片材1具有其中由铝合金形成的芯材2的仅一侧覆盖有由铝合金形成的填充金属3的结构。图1中,附图标记4表示钎焊片材的芯材侧,附图标记5表示钎焊片材的填充金属侧。
根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材中包括的芯材由铝合金形成。芯材的组成不特别限定,并且考虑到用作翅片材料的芯材所要求的性能、与填充金属中包括的各元素的关系、和钎焊(钎焊用加热)后的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差等来适当地选择。
根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材中包括的填充金属由包括Si和Zn作为必要组分的铝合金形成。填充金属中的Si含量和Zn含量考虑到用作翅片材料的芯材所要求的性能、与芯材中包括的各元素的关系、和钎焊后的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差等来适当地选择。填充金属除了Si和Zn之外还可以任选地包括各种元素。
根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材的厚度是0.15mm以下,和优选为0.05至0.15mm。当钎焊片材的厚度超过上述范围时(即,当翅片材料的体积大时),即使腐蚀速度增加,翅片材料也残留,并且牺牲阳极效果也持续一定时间。因此,关于耐腐蚀性的上述问题仅小程度地发生。
根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材的特征在于已经在600℃下进行加热试验3分钟的钎焊片材的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差(芯材侧表面的电位-填充金属侧表面的电位)是-40至+40mV,和优选-20至+20mV。当已经进行加热试验的钎焊片材的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差在上述范围内时,可以减少由于翅片材料(百叶窗)之间形成的水桥而引起的腐蚀量,并且改善翅片材料的耐腐蚀性。如果已经进行加热试验的钎焊片材的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差在上述范围之外,翅片材料的耐腐蚀性可能降低。注意:-40至+40mV的电位差是指-40至0mV和0至+40mV的范围,并且意味着电位差的绝对值是40mV以下。
以下参考图2来描述在600℃下进行3分钟的加热试验。图2为示出进行加热试验的试样的配置状态的侧面图,其中(A)示出加热试验之前的试样,(B)示出加热试验之后的试样。将具有其中芯材12覆盖有填充金属13的结构的钎焊片材试样11悬挂在加热炉内,使得芯材侧表面14和填充金属侧表面15垂直延伸。将钎焊片材试样11在氮气范围中以7.5℃/min的加热速度从450℃加热至600℃(最大温度),在600℃下保持3分钟,并且以15℃/min的冷却速度从600℃冷却至450℃。然后测量芯材侧表面19(即,未覆盖有填充金属的表面)与填充金属侧表面20(即,覆盖有填充金属的表面)之间的电位差(表面19的电位-表面20的电位)。填充金属13由于加热而沿着芯材12的表面向下流动,并且大部分填充金属13移动到芯材12的下部。注意:少量的填充金属13残留在芯材12的填充金属侧表面。
优选的是根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材中包括的填充金属中的Zn含量比芯材中的Zn含量高0.2至3.0质量%、和特别优选0.3至1.5质量%。具体而言,优选的是根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材中包括的填充金属中的Zn含量与芯材中的Zn含量之差(填充金属中的Zn含量-芯材中的Zn含量)是0.2至3.0质量%、和特别优选0.3至1.5质量%。当填充金属中的Zn含量与芯材中的Zn含量之差在上述范围内时,与其中芯材覆盖有已知的Al-Si-系填充金属的钎焊片材的情况相比,可以减少钎焊后的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差。这使得可以容易地控制钎焊后的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差是-40至+40mV(优选-20至+20mV),并且改善翅片材料的耐腐蚀性。如果填充金属中的Zn含量与芯材中的Zn含量之差小于上述范围,则芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差可能在-40至+40mV(优选-20至+20mV)的范围之外,并且芯材可能很大程度地腐蚀(即,耐腐蚀性可能降低)。如果填充金属中的Zn含量与芯材中的Zn含量之差超过上述范围,由于填充金属的表面的电位可能很大程度地降低,所以填充金属侧表面可能充当阳极,并且芯材侧表面可能充当阴极,由此填充金属可能很大程度地腐蚀(即,耐腐蚀性可能降低)。由于来源自填充金属的Zn的量在翅片材料与管材之间的角焊缝(fillet)处增加,所以由于电位的降低,角焊缝可能优先被腐蚀,并且被剥离。注意:Zn含量为0质量%的芯材可以覆盖有填充金属,以致填充金属中的Zn含量与芯材中的Zn含量之差落在上述范围内。
优选的是根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材中包括的芯材由包括选自2.0质量%以下的Mn、1.5质量%以下的Si、1.5质量%以下的Fe、和4质量%以下的Zn之中的一种元素或两种以上的元素,余量为Al和不可避免的杂质的铝合金形成。
芯材中的Mn增加芯材的强度,并且改善耐高温翘曲性。芯材中的Mn含量优选为2.0质量%以下,特别优选0.5至2.0质量%,和仍更优选1.0至1.7质量%。如果芯材中的Mn含量超过上述范围,可能在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且可能削弱轧制加工性。这可能使得难以制造覆盖材料(cladmaterial)。
芯材中的Si与Mn或Fe等形成微细的析出物,并且增加芯材的强度。此外,Si降低Mn的溶解量,并且改善导热率(导电率)。芯材中的Si含量优选为1.5质量%以下,特别优选0.1至1.5质量%,和仍更优选0.3至1.1质量%。如果芯材中的Si含量超过上述范围,则芯材的熔点可能降低,并且在钎焊期间可能容易地发生变形或局部熔融。
芯材中的Fe连同Mn一起增加钎焊前后的翅片材料的强度。芯材中的Fe含量优选为1.5质量%以下,特别优选0.1至1.5质量%,和仍更优选0.3至0.8质量%。如果芯材中的Fe含量超过上述范围,晶粒可能变细,并且熔融的填充金属可能侵蚀芯材。结果,耐高温翘曲性可能降低,并且自腐蚀性可能增加。
芯材中的Zn降低芯材的电位,并且改善牺牲阳极效果。芯材中的Zn含量优选为4.0质量%以下,特别优选0.5至4.0质量%,和仍更优选0.5至3.0质量%。如果芯材中的Zn含量超过上述范围,芯材的耐自腐蚀性可能劣化,并且颗粒间腐蚀敏感性可能增加。
除了上述元素之外芯材可以进一步包括选自0.5质量%以下的Cu、1.0质量%以下的Mg、0.3质量%以下的Zr、0.3质量%以下的Cr、0.3质量%以下的Ti、0.3质量%以下的Sr、1.5质量%以下的Ni、0.1质量%以下的Sn、和0.1质量%以下的In之中的一种元素或两种以上的元素。
芯材中的Cu增加钎焊前后的翅片材料的强度,但是降低耐颗粒间腐蚀性。芯材中的Cu含量优选为0.5质量%以下,特别优选0.05至0.5质量%,和仍更优选0.1至0.3质量%。如果芯材中的Cu含量超过上述范围,翅片材料的电位可能增加,并且翅片材料的牺牲阳极效果可能降低。此外,耐颗粒间腐蚀性也可能降低。
芯材中的Mg通过与Si形成析出物而增加钎焊前后的翅片材料的强度。芯材中的Mg含量优选为1.0质量%以下,特别优选0.05至1.0质量%,和仍更优选0.3至0.6质量%。如果芯材中的Mg含量超过上述范围,芯材的熔点可能降低,并且在钎焊期间可能容易地发生变形或局部熔融。
芯材中的Zr增加钎焊前后的翅片材料的强度,并且改善耐高温翘曲性。芯材中的Zr含量优选为0.3质量%以下,和特别优选0.01至0.3质量%。如果芯材中的Zr含量超过上述范围,可能在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且可能削弱轧制加工性。这可能使得难以制造片材。
芯材中的Cr增加钎焊前后的翅片材料的强度,并且改善耐高温翘曲性。芯材中的Cr含量优选为0.3质量%以下,和特别优选0.01至0.3质量%。如果芯材中的Cr含量超过上述范围,可能在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且可能削弱轧制加工性。这可能使得难以制造片材。
芯材中的Ti使得翅片材料在钎焊前后被层状腐蚀,并且抑制局部腐蚀。芯材中的Ti含量优选为0.3质量%以下,和特别优选0.01至0.3质量%。如果芯材中的Ti含量超过上述范围,可能在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且可能削弱轧制加工性。这可能使得难以制造片材。
芯材中的Sr在钎焊和凝固期间从芯材扩散至填充金属,并且降低钎焊之后填充金属的Si的粒度。芯材中的Sr含量优选为0.3质量%以下,和特别优选0.005至0.3质量%。如果芯材中的Sr含量超过上述范围,可能在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且可能削弱轧制加工性。这可能使得难以制造片材。
芯材中的Ni增加钎焊前后的翅片材料的强度。芯材中的Ni含量优选为1.5质量%以下,特别优选0.05至1.5质量%,和仍更优选0.1至0.5质量%。如果芯材中的Ni含量超过上述范围,晶粒可能变细,并且熔融的填充金属可能侵蚀芯材。结果,耐高温翘曲性可能降低,并且自腐蚀性可能增加。
芯材中的Sn降低芯材的表面电位,并且改善牺牲阳极效果。芯材中的Sn含量优选为0.1质量%以下,和特别优选0.005至0.1质量%。如果芯材中的Sn含量超过上述范围,可能在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且可能削弱轧制加工性。这可能使得难以制造片材。
芯材中的In降低芯材的表面电位,并且改善牺牲阳极效果。芯材中的In含量优选为0.1质量%以下,和特别优选0.005至0.1质量%。如果芯材中的In含量超过上述范围,可能在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且可能削弱轧制加工性。这可能使得难以制造片材。
除了上述元素之外芯材可以进一步包括0.3质量%以下的Ga。芯材中的Ga降低翅片材料的电位,实质上不用降低翅片材料的导热率从而提供牺牲阳极效果。
除了上述元素之外芯材可以进一步包括0.1质量%以下的Pb、Li、Ca或Na。
除了上述元素之外芯材可以进一步包括0.3质量%以下的V或0.3质量%以下的Mo以便改善芯材的强度。除了上述元素之外芯材可以进一步包括0.1质量%以下的B以便防止氧化。
根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材中包括的填充金属由包括Si和Zn作为必要组分的铝合金形成。优选的是填充金属由包括2至14质量%的Si和0.2至7质量%的Zn的铝合金形成,余量是Al和不可避免的杂质。
填充金属中的Si降低填充金属的熔点,并且改善熔融的填充金属的流动性。填充金属中的Si含量优选为2至14质量%、和特别优选6至11质量%。如果填充金属中的Si含量小于上述范围,可能不能实现充分的效果。如果填充金属中的Si含量超过上述范围,熔点可能很大程度地增加,并且加工性可能劣化。
填充金属中的Zn改善牺牲阳极效果。填充金属中的Zn含量优选为0.2至7质量%。如果填充金属中的Zn含量小于上述范围,可能不能实现充分的效果。如果填充金属中的Zn含量超过上述范围,加工性可能劣化,并且由于自然电位的降低导致自腐蚀可能增加。
除了上述元素之外填充金属可以进一步包括选自0.3质量%以下的Sn、0.3质量%以下的In、0.3质量%以下的Sr、1.5质量%以下的Mg、0.8质量%以下的Fe、0.8质量%以下的Ni、0.5质量%以下的Cu、2.0质量%以下的Mn、和0.3质量%以下的Ti之中的一种元素或两种以上的元素。
填充金属中的Sn降低填充金属的表面电位,并且改善牺牲阳极效果。填充金属中的Sn含量优选为0.3质量%以下,和特别优选0.001至0.3质量%。如果填充金属中的Sn含量超过上述范围,在铸造期间可能产生粗糙的结晶产物,并且可能削弱轧制加工性。这可能使得难以制造片材。
填充金属中的In降低填充金属的表面电位,并且改善牺牲阳极效果。填充金属中的In含量优选为0.3质量%以下,和特别优选0.001至0.3质量%。如果填充金属中的In含量超过上述范围,在铸造期间可能产生粗糙的结晶产物,并且可能削弱轧制加工性。这可能使得难以制造片材。
填充金属中的Sr降低钎焊之后的填充金属中Si的粒度。填充金属中的Sr含量优选为0.3质量%以下,和特别优选0.001至0.3质量%。如果填充金属中的Sr含量超过上述范围,在铸造期间可能产生粗糙的结晶产物,并且可能削弱轧制加工性。这可能使得难以制造片材。
填充金属中的Mg通过与Si形成析出物而增加钎焊前后的翅片材料的强度。填充金属中的Mg含量优选为1.5质量%以下,特别优选0.05至1.5质量%,和仍更优选0.3至0.6质量%。如果填充金属中的Mg含量超过上述范围,填充金属的熔点可能降低,并且芯材的侵蚀可能增加。
填充金属中的Fe在填充金属内扩散从而使腐蚀起点分散,并且抑制局部腐蚀。填充金属中的Fe含量优选为0.8质量%以下,特别优选0.05至0.8质量%,和仍更优选0.05至0.3质量%。如果填充金属中的Fe含量超过上述范围,自腐蚀可能增加。
填充金属中的Ni在填充金属内扩散从而使腐蚀起点分散,并且抑制局部腐蚀。填充金属中的Ni含量优选为0.8质量%以下,特别优选0.05至0.8质量%,和仍更优选0.05至0.3质量%。如果填充金属中的Ni含量超过上述范围,自腐蚀可能增加。
填充金属中的Cu增加钎焊之后的角焊缝的电位,并且改善接合部的耐腐蚀性。填充金属中的Cu含量优选为0.5质量%以下,特别优选0.05至0.5质量%,和仍更优选0.1至0.3质量%。如果填充金属中的Cu含量超过上述范围,翅片材料的电位可能增加,并且牺牲阳极效果可能降低。
填充金属中的Mn与Si形成化合物,并且增加腐蚀起点的数量。填充金属中的Mn含量优选为2.0质量%以下,特别优选0.05至2.0质量%,和仍更优选0.1至1.5质量%。如果填充金属中的Mn含量超过上述范围,在铸造期间可能产生粗糙的结晶产物,并且表面裂纹可能在轧制期间发生。这可能导致生产性的降低。
填充金属中的Ti与Si形成化合物,并且增加腐蚀起点的数量。填充金属中的Ti含量优选为0.3质量%以下,和特别优选0.05至0.3质量%。如果填充金属中的Ti含量超过上述范围,在铸造期间可能产生粗糙的结晶产物,并且表面裂纹可能在轧制期间发生。这可能导致生产性的降低。
除了上述元素之外填充金属可以进一步包括0.3质量%以下的Cr、0.1质量%以下的Pb、0.1质量%以下的Li、或0.1质量%以下的Ca。
除了上述元素之外填充金属可以进一步包括0.3质量%以下的Ti或0.01质量%以下的Pb以便使铸造结构微细化。除了上述元素之外填充金属可以进一步包括0.1质量%以下的Na以便使填充金属中的Si颗粒微细化。除了上述元素之外填充金属可以进一步包括0.1质量%以下的Ga以便通过降低填充金属的电位来提供牺牲阳极效果。除了上述元素之外填充金属可以进一步包括0.1质量%以下的Be以便抑制表面氧化物膜的生长。除了上述元素之外填充金属可以进一步包括0.4质量%以下的Bi以便改善填充金属的流动性。
填充金属的厚度考虑到钎焊后的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差、填充金属中的Si含量、翅片与配管之间的接合形状和翅片间距等来适当地选择。填充金属的厚度优选为7μm以上,和特别优选7至30μm。如果填充金属的厚度小于7μm,从填充金属扩散至芯材的Zn的量在钎焊期间可能增加,并且可能难以控制钎焊后的填充金属中包括的Zn的量。因此,优选设定填充金属的厚度为7μm以上,这是由于可以容易地控制钎焊后的填充金属中包括的Zn的量,并且容易地控制钎焊后的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差是-40至+40mV(优选-20至+20mV)。注意:通过调节芯材中的Zn含量、填充金属中的Zn含量、填充金属中的Si含量、钎焊温度和钎焊时间等,即使当填充金属的厚度小于7μm时,也可以控制钎焊后的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差是-40至+40mV(优选-20至+20mV)。
根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材具有其中芯材的仅一侧覆盖有填充金属的结构。具有填充金属的覆盖比在正常范围内适当地选择,并且优选为3至25%。如果具有填充金属的覆盖比小于上述范围,熔融的填充金属的量在钎焊期间可能降低,并且可能不充分地形成角焊缝。如果具有填充金属的覆盖比超过上述范围,熔融的填充金属的量在钎焊期间可能很大程度地增加,并且芯材可能熔融。
根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材通过将芯材的一侧用填充金属覆盖来获得。如下所述可以用填充金属覆盖芯材。具体而言,将具有与包含在根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材中的芯材或填充金属中包含的各元素的组成相同的组成的芯材合金锭块和填充金属合金锭块进行铸造。将芯材合金锭块使用常规方法均匀化,并且将填充金属合金锭块热轧。将均匀化的芯材合金锭块和热轧的填充金属合金锭块重合放置,并且使其热轧从而获得覆盖片材。将覆盖片材冷轧,任选地进行中间退火,并且进行最终的冷轧从而获得铝合金制钎焊片材。将铝合金制钎焊片材对应于产品的宽度切割,并且用作翅片材料。
根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法包括将通过至少装配翅片材料和由铝合金形成的管材而获得的组件钎焊,所述翅片材料通过将根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材加工来获得。
根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法使用的翅片材料通过将根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材加工为翅片材料的形状来获得。
根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法使用的管材不特别限定,只要所述管材为由用于热交换器的铝合金形成的管材即可,并且充当通过其制冷剂流动的制冷剂管道。管材的外侧可以覆盖有填充金属,或者可以不用填充金属覆盖。
当实施根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法时,翅片材料和管材任选地与集管材料、罐材、侧支撑材料、分隔材料、盖帽材料和支架材料等一起装配从而获得组件。
将通过至少装配翅片材料和管材获得的组件在特定温度下钎焊特定时间从而获得热交换器。
当实施根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法时,钎焊温度为590至605℃,并且钎焊时间为1至10分钟。将组件在惰性气体如氮气气氛、氦气气氛或氩气气氛中钎焊。
使用根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法制造的热交换器可以为板翅式热交换器或波纹翅片式热交换器。
例如,使用根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法如下所述制造板翅式热交换器。当制造板翅式热交换器时,将翅片材料加工为板状翅片材料的形状。板状翅片材料通过在铝合金制钎焊片材中形成多个通孔使得内壁(轴环)设置在其中放置管材的区域中,并且提供用于促进在通孔之间的扁平区域中的空气的紊流的多个狭缝来制造。轴环的端部位于给定的高度处,或者向外张开成具有扩展的形状。当板状翅片材料的填充金属侧表面是接触管材的轴环的内侧时,获得牢固的金属接合,制冷剂和空气之间的热传递性能增加,并且改善热交换器的强度。当管材的直径增加,并且机械结合至翅片材料时,或者当在外侧覆盖有填充金属的管材用作所述管材时,可以放置管材使得管材接触板状翅片材料的芯材侧表面。管材的实例包括铜管和铝管等。将许多的板状翅片材料以间隔堆叠,将管材***板状翅片材料中形成的通孔以装配翅片材料和管材,并且任选地装配额外的构件从而获得组件。将组件钎焊以获得板翅式热交换器。
例如,使用根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法如下所述制造波纹翅片式热交换器。图3为示出波纹状翅片材料的示意性立体图。图4为示出其中装配波纹状翅片材料和管材的状态的示意性侧面图。当制造波纹翅片式热交换器时,将翅片材料加工为波纹状翅片材料的形状。例如,图3中示出的波纹状翅片材料21通过将铝合金制钎焊片材1成波纹状,并且在其中芯材侧表面4位于外侧的背脊26(即,其中芯材侧表面4接触管材的区域26)中形成狭缝25来获得。填充金属在钎焊期间流过背脊26(其中芯材侧表面4位于外侧)中形成的狭缝从而形成角焊缝。设计波纹状翅片材料21使得狭缝未形成于其中填充金属侧表面5位于外侧的背脊27(即,其中填充金属侧表面5接触管材的区域27)。管材的实例包括挤出管和弯管等。当使用挤出管作为所述管材时,管材的耐点状腐蚀性通过借助于将锌热喷至挤出管的表面而添加牺牲阳极层或者利用其中牺牲阳极层设置在管道的外表面上的覆盖管来得到改善。当使用弯管作为所述管材时,管材的耐点状腐蚀性通过利用覆盖有牺牲阳极层的片材来得到改善。管材可以为圆管、椭圆管或扁平管等的形状。当使用圆管时,通过在圆管的内表面形成沟槽来改善热交换性能。当使用扁平管时,通过利用具有多个内柱的多口管来改善耐压性和热交换性能。热交换性能通过在管的内壁形成沟槽进一步得到改善。如图4中所示(参见(A)),将波纹状翅片材料21和管材22(扁平管)交替堆叠(装配),并且任选地装配额外的构件从而获得组件。装配波纹状翅片材料21以致背脊26面向下方,而背脊27面向上方。将组件加热从而在其中波纹状翅片材料21的背脊接触管材22的区域中形成角焊缝(即,将组件钎焊)从而获得波纹翅片式热交换器(参见图4中的(B))。注意:其中芯材的各侧覆盖有填充金属的钎焊片材已经用于制造波纹翅片式热交换器。根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法利用其中芯材的仅一侧覆盖有填充金属的钎焊片材(即,根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材)。
根据本发明一个实施方案的热交换器借助于将通过至少装配翅片材料和由铝合金形成的管材获得的组件钎焊来获得,所述翅片材料由包括芯材和填充金属的铝合金制钎焊片材形成,芯材的仅一侧覆盖有填充金属,并且钎焊后翅片材料的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差是-40至+40mV。
用于制造根据本发明一个实施方案的热交换器的翅片材料通过将其中芯材的仅一侧覆盖有填充金属的铝合金制钎焊片材加工为翅片材料的形状来获得。翅片材料可以为板状翅片材料或波纹状翅片材料。可以用于制造根据本发明一个实施方案的热交换器的板状翅片材料和波纹状翅片材料的形状和制造方法是与根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法使用的板状翅片材料和波纹状翅片材料的那些相同的。
用于制造根据本发明一个实施方案的热交换器的翅片材料由其中芯材的仅一侧覆盖有填充金属的铝合金制钎焊片材形成。翅片材料优选通过将根据本发明一个实施方案的铝合金制钎焊片材加工来获得。
用于制造根据本发明一个实施方案的热交换器的管材不特别限定,只要所述管材为用于板翅式热交换器或波纹翅片式热交换器的管材即可。用于制造根据本发明一个实施方案的热交换器的管材是与根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法使用的管材相同的。
根据本发明一个实施方案的热交换器通过将至少翅片材料和管材钎焊来获得。钎焊后翅片材料的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差(芯材侧表面的电位-填充金属侧表面的电位)是-40至+40mV,和优选-20至+20mV。当钎焊后翅片材料的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差在上述范围内时,可以减少由于翅片材料(百叶窗)之间形成的水桥引起的腐蚀量,并且改善翅片材料的耐腐蚀性。如果钎焊后翅片材料的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差在上述范围之外,则翅片材料的耐腐蚀性可能降低。
图4中,钎焊后翅片材料的芯材侧表面是指钎焊之前未覆盖有填充金属的翅片材料的表面29,钎焊后翅片材料的填充金属侧表面是指钎焊之前覆盖有填充金属的翅片材料的表面30。
当制造根据本发明一个实施方案的热交换器时采用的钎焊温度、钎焊时间和钎焊气氛与当实施根据本发明一个实施方案的热交换器的制造方法时采用的那些相同。
以下通过实施例和比较例进一步描述本发明。注意:下述实施例仅为说明目的,并且本发明不限于下述实施例。
实施例
(实施例和比较例)
<钎焊片材的制造>
铸造具有表1或3中示出的组成的芯材铝合金和具有表2或4中示出的组成的填充金属铝合金,并且使用常规方法将其均匀化。将填充金属铝合金的锭块热轧,并且将芯材铝合金的锭块的一侧以10%的比例覆盖有填充金属铝合金的热轧锭块。将所得产物进行热轧、冷轧、中间退火和最终的冷轧,从而获得具有表5、6、9或10中示出的厚度的钎焊片材。
<评价>
1.在600℃下3分钟的加热试验(1)
使用所得钎焊片材制备长度为150mm、宽度为50mm和厚度为0.10mm的试样。将试样悬挂在加热炉内使得芯材侧表面和填充金属侧表面垂直延伸。将试样在氮气氛中以7.5℃/min的加热速率从450℃加热至600℃(最大温度),保持在600℃下3分钟,并且以15℃/min的冷却速率从600℃冷却至450℃。
然后测量芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差。结果示于表7、8、11和12中。
2.钎焊试验(2)
压制所得钎焊片材以获得波纹状翅片材料(宽度:20mm,间距:1.0mm,高度:10mm)。将所得翅片材料与管材(即,用Zn表面处理提供的纯铝多口扁平管)装配从而获得芯(100×100mm)。在将氟系焊剂喷雾至芯之后,将芯在惰性气氛中在600℃(最大温度)下钎焊。芯冷却之后,测量芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差。结果示于表7、8、11和12中。
然后测量钎焊后芯的重量。在使用硅酮密封剂遮盖制冷剂入口和制冷剂出口之后,将芯进行SWAAT腐蚀试验1周。在使用磷酸和铬酸除去腐蚀物之后,将芯干燥。在除去硅酮密封剂之后,测量芯的重量,并且计算重量减少率。结果示于表7、8、11和12中。将因SWAAT腐蚀试验而引起的芯的重量减少率是20%以下的情况评价为可接受的,将因SWAAT腐蚀试验而引起的芯的重量减少率大于20%的情况评价为不可接受的。还检测管材的最大腐蚀深度和翅片的腐蚀状态等。结果示于表7、8、11和12中。
表1
表2
Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti | Sr | Ni | Sn | In | |
a | 10 | 0.2 | 0.2 | ||||||||
b | 10 | 0.2 | 0.3 | ||||||||
c | 10 | 0.2 | 2.0 | ||||||||
d | 10 | 0.2 | 3.0 | ||||||||
e | 10 | 0.2 | 4.0 | ||||||||
f | 10 | 0.2 | 5.0 | ||||||||
g | 10 | 0.2 | 6.0 | ||||||||
h | 10 | 0.2 | 7.0 | ||||||||
i | 2 | 0.2 | 2.0 | ||||||||
j | 14 | 0.2 | 2.0 | ||||||||
k | 10 | 0.05 | 2.0 | ||||||||
l | 10 | 0.8 | 0.5 | 2.0 | |||||||
m | 10 | 0.2 | 0.05 | 2.0 | |||||||
n | 7.5 | 0.2 | 0.5 | 2.0 | |||||||
o | 10 | 0.2 | 0.05 | 2.0 | |||||||
p | 7.5 | 0.2 | 2.0 | 2.0 | |||||||
q | 7.5 | 0.2 | 0.05 | 2.0 | |||||||
r | 7.5 | 0.2 | 1.5 | 2.0 | |||||||
s | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.01 | |||||||
t | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.3 | |||||||
u | 10 | 0.2 | 0.8 | 2.0 | 0.001 | ||||||
v | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.3 | |||||||
w | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.05 | |||||||
x | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.8 | |||||||
y | 10 | 0.2 | 0.6 | 2.0 | 0.001 | ||||||
z | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.3 | |||||||
aa | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.001 | |||||||
ab | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.3 | |||||||
ac | 10 | 0.05 | 0.2 | ||||||||
ad | 10 | 0.2 | 0.1 | ||||||||
ae | 10 | 0.2 | 1.0 |
表3
Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti | Cr | Sr | Zr | Ni | Sn | In | |
BA | 0.8 | 0.2 | 1.2 | 5.0 | |||||||||
BB | 1.6 | 0.2 | 1.5 | 1.5 | |||||||||
BC | 0.8 | 1.6 | 1.2 | 1.5 | |||||||||
BD | 0.8 | 0.2 | 0.6 | 1.2 | 1.5 | ||||||||
BE | 0.8 | 0.2 | 0.4 | 1.5 | |||||||||
BF | 0.8 | 0.2 | 2.1 | 1.5 | |||||||||
BG | 0.8 | 0.2 | 1.2 | 1.1 | 1.5 | ||||||||
BH | 0.8 | 0.2 | 0.5 | 1.5 | 0.4 | ||||||||
BI | 0.8 | 0.2 | 1.2 | 1.5 | 0.4 | ||||||||
BJ | 0.8 | 0.2 | 1.2 | 1.5 | 0.4 | ||||||||
BK | 0.8 | 0.2 | 1.2 | 1.5 | 1.6 | ||||||||
BL | 0.8 | 0.2 | 1.2 | 1.5 | 0.2 | ||||||||
BM | 0.8 | 0.2 | 1.2 | 1.5 | 0.2 |
表4
Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti | Sr | Ni | Sn | In | |
ba | 10 | 0.2 | 0.0 | ||||||||
bb | 10 | 0.2 | 0.1 | ||||||||
bc | 1.9 | 0.2 | 2.0 | ||||||||
bd | 15 | 0.2 | 2.0 | ||||||||
be | 7.5 | 0.9 | 2.0 | ||||||||
bf | 10 | 0.2 | 0.6 | 2.0 | |||||||
bg | 10 | 0.2 | 2.5 | 2.0 | |||||||
bh | 10 | 0.2 | 1.8 | 2.0 | |||||||
bi | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.4 | |||||||
bj | 10 | 0.2 | 1.1 | 2.0 | 0.9 | ||||||
bk | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.4 | |||||||
bl | 10 | 0.2 | 2.0 | 0.4 |
表5
注:术语“填充金属中的Zn-芯材中的Zn”是指“填充金属中的Zn含量-芯材中的Zn含量”。
表6
注:术语“填充金属中的Zn-芯材中的Zn”是指“填充金属中的Zn含量-芯材中的Zn含量”。
表7
1)加热试验后芯材侧表面和填充金属侧表面之间的电位差
2)钎焊试验后芯材侧表面和填充金属侧表面之间的电位差
表8
1)加热试验后芯材侧表面和填充金属侧表面之间的电位差
2)钎焊试验后芯材侧表面和填充金属侧表面之间的电位差
表9
注:术语“填充金属中的Zn-芯材中的Zn”是指“填充金属中的Zn含量-芯材中的Zn含量”。
表10
注:术语“填充金属中的Zn-芯材中的Zn”是指“填充金属中的Zn含量-芯材中的Zn含量”。
表11
1)加热试验后芯材侧表面和填充金属侧表面之间的电位差
2)钎焊试验后芯材侧表面和填充金属侧表面之间的电位差
表12
1)加热试验后芯材侧表面和填充金属侧表面之间的电位差
2)钎焊试验后芯材侧表面和填充金属侧表面之间的电位差
关于试样No.62和试样No.63,电位差小于-40mV,因腐蚀试验而引起的翅片的重量减少量大,这是由于填充金属中的Zn含量低。
关于试样No.64和试样No.65,填充金属快速腐蚀,并且因腐蚀试验而引起的翅片的重量减少量大,这是由于填充金属中的Zn含量与芯材中的Zn含量之间的差大于3.0质量%,并且芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差大于40mV。
关于试样No.66和试样No.67,因腐蚀试验而引起的翅片的重量减少量大,这是由于填充金属中的Zn含量与芯材中的Zn含量之间的差大于3.0质量%,尽管芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差是40mV以下。
关于试样No.68,因腐蚀试验而引起的翅片的重量减少量大,这是由于芯材中的Zn含量大于4质量%。
关于试样No.69,翅片熔融,这是由于芯材中的Si含量大于1.5质量%。
关于试样No.70,因腐蚀试验而引起的翅片的重量减少量大,这是由于芯材中的Fe含量大于1.5质量%。
关于试样No.71,牺牲阳极效果小,并且管道腐蚀,这是由于芯材中的Cu含量大于0.5质量%。此外,因腐蚀试验而引起的翅片的重量减少量大。
关于试样No.72,在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且在轧制期间出现表面裂纹(即,不可能制造完好的片材),这是由于芯材中的Mn含量太高。
关于试样No.73,熔点降低,并且不能实现充分的钎焊,这是由于芯材中的Mg含量太高。
关于试样No.74,在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且在轧制期间出现表面裂纹(即,不可能制造完好的片材),这是由于芯材中的Ti含量太高。
关于试样No.75,在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且在轧制期间出现表面裂纹(即,不可能制造完好的片材),这是由于芯材中的Cr含量太高。
关于试样No.76,在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且在轧制期间出现表面裂纹(即,不可能制造完好的片材),这是由于芯材中的Zr含量太高。
关于试样No.77,翅片很大程度地腐蚀,并且因腐蚀试验而引起的翅片的重量减少量大,这是由于芯材中的Ni含量太高。
关于试样No.78,在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且在轧制期间出现表面裂纹(即,不可能制造完好的片材),这是由于芯材中的Sn含量太高。
关于试样No.79,在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且在轧制期间出现表面裂纹(即,不可能制造完好的片材),这是由于芯材中的In含量太高。
关于试样No.80,由于填充金属中的Si含量太低而不能实现充分的钎焊。
关于试样No.81,不可能制造完好的片材,这是由于填充金属中的Si含量太高。
关于试样No.82,翅片的自腐蚀增加,并且因腐蚀试验而引起的翅片的重量减少量大,这是由于填充金属中的Fe含量太高。
关于试样No.83,翅片的电位增加,并且在管道中出现深深的点状腐蚀,这是由于填充金属中的Cu含量太高。
关于试样No.84,在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且在轧制期间出现表面裂纹(即,不可能制造完好的片材),这是由于填充金属中的Mn含量太高。
关于试样No.85,由于填充金属中的Mg含量太高而不能实现充分的钎焊。
关于试样No.86,在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且在轧制期间出现表面裂纹(即,不可能制造完好的片材),这是由于填充金属中的Ti含量太高。
关于试样No.87,翅片的自腐蚀增加,并且因腐蚀试验而引起的翅片的重量减少量大,这是由于填充金属中的Ni含量太高。
关于试样No.88,在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且在轧制期间出现表面裂纹(即,不可能制造完好的片材),这是由于填充金属中的Sn含量太高。
关于试样No.89,在铸造期间产生粗糙的结晶产物,并且在轧制期间出现表面裂纹(即,不可能制造完好的片材),这是由于填充金属中的In含量太高。
关于试样No.90,由于片材厚度太小而不能实现充分的钎焊。
关于试样No.91,翅片材料残留,并且管道未腐蚀,尽管腐蚀速度高,这是由于片材厚度大(即,翅片材料的体积大)。
附图标记说明
1 钎焊片材
2、12 芯材
3、13 填充金属
4 芯材侧
5 填充金属侧
11 试样
14 加热试验前芯材侧表面
15 加热试验前填充金属侧表面
19 加热试验后芯材侧表面
20 加热试验后填充金属侧表面
21 翅片材料
23 角焊缝
25 狭缝
26 芯材侧表面位于外侧的背脊
27 填充金属侧表面位于外侧的背脊
29 钎焊后的芯材侧表面
30 钎焊后的填充金属侧表面
Claims (7)
1.一种用作翅片的铝合金制钎焊片材,其包括由铝合金形成的芯材,以及由包括Si和Zn的铝合金形成的填充金属,所述芯材的仅一侧覆盖有所述填充金属,
所述铝合金制钎焊片材的厚度为0.15mm以下,和
已经在600℃下进行加热试验3分钟的钎焊片材的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差是-40至+40mV。
2.根据权利要求1所述的铝合金制钎焊片材,其中所述填充金属中的Zn含量与所述芯材中的Zn含量之间的差是0.2至3.0质量%。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金制钎焊片材,其中所述芯材由包括选自2.0质量%以下的Mn、1.5质量%以下的Si、1.5质量%以下的Fe、和4质量%以下的Zn之中一种元素或两种以上的元素,余量是Al和不可避免的杂质的铝合金形成,所述填充金属由包括2至14质量%的Si和0.2至7质量%的Zn,余量是Al和不可避免的杂质的铝合金形成。
4.根据权利要求3所述的铝合金制钎焊片材,其中所述芯材进一步包括选自0.5质量%以下的Cu、1.0质量%以下的Mg、0.3质量%以下的Zr、0.3质量%以下的Cr、0.3质量%以下的Ti、0.3质量%以下的Sr、1.5质量%以下的Ni、0.1质量%以下的Sn、和0.1质量%以下的In之中的一种元素或两种以上的元素。
5.根据权利要求3或4所述的铝合金制钎焊片材,其中所述填充金属进一步包括选自0.3质量%以下的Sn、0.3质量%以下的In、0.3质量%以下的Sr、1.5质量%以下的Mg、0.8质量%以下的Fe、0.8质量%以下的Ni、0.5质量%以下的Cu、2.0质量%以下的Mn、和0.3质量%以下的Ti之中的一种元素或两种以上的元素。
6.一种热交换器的制造方法,其包括将通过至少装配翅片材料和由铝合金形成的管材而获得的组件钎焊,所述翅片材料通过将根据权利要求1-5任一项所述的铝合金制钎焊片材加工来获得。
7.一种热交换器,其借助于将通过至少装配翅片材料和由铝合金形成的管材而获得的组件钎焊来获得,所述翅片材料由包括芯材和填充金属的铝合金制钎焊片材形成,所述芯材的仅一侧覆盖有所述填充金属,
钎焊后的所述翅片材料的芯材侧表面与填充金属侧表面之间的电位差是-40至+40mV,和
形成所述翅片材料的所述铝合金制钎焊片材是根据权利要求1-5任一项所述的铝合金制钎焊片材。
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