CN110779375A - 一种用于散热器制造的铝合金复合管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于散热器制造的铝合金复合管及其制备方法，铝合金复合管包括位于中层的铝合金管及分别位于铝合金管内外表面上的铝基纤料层，其制备方法包括以下步骤：制备阶梯型的空心铸锭A1；制备铝基钎料层所需的合金熔液；通过在空心铸锭A1的空心部分及阶梯上方均灌注有合金熔液制备复合铸锭A2；将复合铸锭A2切除掉其下部阶梯部分加工成空心复合铸锭A3，空心复合铸锭A3放入穿孔棒挤压成初始铝合金复合管；经过冷轧和拉伸工序制成铝合金复合管，将铝合金复合管与弯头套接，使用感应焊、火焰焊或炉焊，无需添加钎料及钎剂直接进行钎焊，简化钎焊工序，大大降低生产成本，且钎料层均匀，所形成钎缝美观圆润。

Description

一种用于散热器制造的铝合金复合管及其制备方法
技术领域
本发明涉及钎焊材料技术领域，具体涉及一种用于散热器制造的铝合金复合管及其制备方法。
背景技术
散热器是用来传导、释放热量的一系列装置的统称。目前散热器主要有采暖散热器、计算机散热器，其中，传统采暖散热器，以铸铁散热器、板式散热器为其典型代表，这种材质的散热器环境污染严重，热效率低、传热慢、外观粗陋、笨重。随着科技的发展、生活水平的提高及绿色环境的呼吁，消费者对散热器的使用性能、外观质量要求越来越高，特别是在中华人民共和国***公告10号《关于推广应用住宅建设新技术、新产品的公告》中明文规定：限制和淘汰铸铁散热器的使用。
铝及铝合金管由于密度小，热导率和电导率高（仅列于Ag、Cu、Au之后），在近代工业材料中占有其独特的地位。在人造卫星、火箭、导弹、微波元件、飞机和地面雷达电线、汽车水箱和空调散热器等的制造上，为了减轻重量，降低能耗，提高效率和增强机动性都竭尽可能地以铝代铜，甚至代钢。但是铝及铝合金管在焊接过程中，易出现氧化、气孔、热裂纹、烧穿和塌陷等问题。此类材质是被公认为焊接难度较大的被焊接材料，特别是小径薄壁管的焊接更难掌握。能否取代传统材料的关键在于铝及其铝合金管的焊接，而焊接之精密者首推钎焊。同时，现有铝合金管的钎焊需要在其表面涂覆钎焊材料及钎剂，不易均匀且易脱落，形成钎焊缺陷，影响焊接质量，且焊接过程复杂，工艺处理周期长，使用成本高，制约了其在散热器生产上的应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于散热器制造的铝合金复合管及其制备方法，钎焊时无需涂覆钎焊材料及钎剂，简化钎焊工序、钎焊质量好，且效率高。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种用于散热器制造的铝合金复合管，所述铝合金复合管包括位于中层的铝合金管以及分别位于铝合金管内、外表面的铝基钎料层，所述铝基钎料层与铝合金管为冶金结合。
进一步的，所述铝基钎料层的成分如下，按照质量百分比为： 84.8～92.0%Al，7.5～13.0%Si，0.25～1.0%Cu，0.1～0.2%Zn，其它元素＜1.0%。
进一步的，一种用于散热器制造的铝合金复合管的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备空心铸锭A1：
所述空心铸锭A1由制备铝合金管的基体材料制得，所述空心铸锭A1为阶梯型，且所述空心铸锭A1分为上下两部分，所述空心铸锭A1上部为H1×ФD1，下部为H2×ФD2，内径为d3，所述H1≥H2，D1＜D2；
步骤二、制备铝基钎料层所需的合金熔液；
步骤三、制备复合铸锭A2：
将放置有空心铸锭A1的模具放在模具底托上，并将步骤二制得的合金熔液浇入模具中，使得空心铸锭A1的空心部分及阶梯上方均灌注有合金熔液，冷却后得到复合铸锭A2；
步骤四、加工空心复合铸锭A3：
将复合铸锭A2在400℃退火后，切除掉其下部阶梯部分，并加工成空心复合铸锭A3，所述空心复合铸锭A3的大小为H3×Ф D3，其内径为d0，所述d0＜d3；
步骤五、制备初始铝合金复合管：
将空心复合铸锭A3进行400℃退火后，将其放入挤压模具的穿孔棒，或者用组合模具挤压成外径为d、壁厚为δ的初始铝合金复合管；
步骤六、加工成型：
将制得的初始铝合金复合管经过冷轧和拉伸制成所需要的各种尺寸和形状，得到加工成型的铝合金复合管。
进一步的，所述步骤一中制备空心铸锭A1具体操作方法为：
S1、将制备铝合金管的基体材料熔化后浇铸至模具，冷却后取出得到铝合金铸锭A0，所述模具的大小为H×ФD，其中D=D2，所述铝合金铸锭A0的大小与模具的内腔一致；
S2、将铝合金铸锭A0在550～650℃下进行5～8h退火，最后加工成阶梯型的空心铸锭A1。
进一步的，所述步骤二中合金熔液的制备方法为：将Si和Cu熔炼成B1中间合金，将Zn与Al熔炼成B2中间合金，再将B1、B2中间合金同时放入坩埚内，并置于密闭装置中熔炼成成分均匀的合金熔液。
进一步的，所述步骤五中外径d为3mm～210 mm，壁厚δ为2mm～20mm。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明的铝合金复合管，相对于用于散热器的传统管材（铸铁管、钢管），可大大减轻管材的重量，且能显著降低传统管材在使用过程所带来的污染，铝合金的密度（2.5~2.887g/cm3）远远低于铸铁（6.6~7.7 g/cm3）和钢（7.8~8.5 g/cm3），相同体积的管材，重量约为传统铸铁和钢管材的1/3，使得散热器重量显著降低，且轻便易搬运；
（2）本发明铝合金表面具有一层极为致密的氧化膜，能够充分抵抗大气的侵蚀，又能在旧膜被破坏时随时生成新膜，完全杜绝了传统铸铁引起的环境污染。同时，传统铸铁采暖散热器表面一般喷涂金属银粉漆，有一定污染性，而铝合金管表面的复合层4×××（Al-Si系）钎料与母材色泽一致呈现银白色，无特殊要求时可以裸色，或通过电泳或氧化过程镀成其他颜色，即可降低由喷涂带来的二次污染；
（3）本发明中的铝合金复合管，相对于用于散热器的普通铝合金管，可显著提高管材的耐蚀性和镀覆性，从而提高镀层的结合强度和管材的使用寿命；另外因4×××（Al-Si系）钎料可以进行变质处理，可以大大增加复合层和钎缝的韧性和折弯性能，提高管材的成型性；
（4）本发明的铝合金复合管在制备时将空心复合铸锭A3直接进行挤压，且铝合金复合管在进行套接焊接时，因自身具有钎料复合层，不需要添加钎料和钎剂，与弯头套接直接进行炉焊、感应焊或火焰焊，简化了焊接工序，提高了生产效率，大大降低生产成本，且钎料层均匀，所形成钎缝美观圆润；
（5）本发明复合浇铸工艺形成的复合层是以冶金方式结合，缺陷少，强度高，且该铝合金复合管成形性好，可通过挤压、冷轧及拉伸等工序成型各种规格及形状的铝合金复合管件。
附图说明
图1是本发明空心铸锭A1的结构示意图；
图2是本发明复合铸锭A2的结构示意图；
图3是本发明空心复合铸锭A3的结构示意图；
图4是本发明挤压模具的结构示意图；
附图标记：1、穿孔棒，2、挤压杆，3、挤压筒，4、垫片，5、空心复合铸锭A3，6、挤压模，7、初始铝合金复合管，8、空心铸锭A1，9、复合铸锭A2,10、空心复合铸锭A3，11、铝基钎料层。
具体实施方式
下面根据附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种用于散热器制造的铝合金复合管，所述铝合金复合管共3层，包括位于中层的铝合金管以及位于铝合金管内、外表面的铝基钎料层，所述铝基钎料层与铝合金管通过冶金结合，铝合金复合管中间层可以是Al-Mn系合金，其成分按照质量百分比为：0.60%Si，0.70%Fe，0.005%-0.2%Cu，1.0%-1.5%Mn，余量为Al；铝合金管内外设置的铝基钎料层可以为BAl88Si，其成分按照质量百分比为：11.5%Si，0.3%Cu，0.2%Zn，余量为Al，制备LHJ140/300散热器制造的铝合金复合管（参数如下表1）的方法包括以下步骤：
第一步：制备空心铸锭A1：
将铝合金原料即制备铝合金管的基体材料熔化后浇铸至模具，冷却后得到245mm×Ф90mm铝合金铸锭A0，将浇铸得到的铝合金铸锭A0放在550～650℃箱式电阻炉中进行均匀化退火5～8小时，而后粗加工成上部为240mm×Ф80mm，下部为5mm×Ф90mm、内径为30mm 的阶梯型的空心铸锭A1；
第二步：制备铝基钎料层所需的合金熔液：
分别将Si和Cu制成的B1中间合金、Zn与Al制成的B2中间合金放入坩埚内，再将B1、B2中间合金同时放入坩埚内，将坩埚置于密闭装置中，然后对其进行感应加热至580~620℃，使B1、B2中间合金完全熔化为合金熔液；
第三步：制备复合铸锭A2：
将模具放在模具底托上，并将阶梯型的空心铸锭A1放置于模具中，然后将熔化的合金熔液浇入模具中，即在空心铸锭A1的空心部分及阶梯上方均灌注有合金熔液，冷却后取出复合铸锭A2；
第四步：加工空心复合铸锭A3：
将复合铸锭A2在400℃退火后，切除掉铸锭下部阶梯部分（5mm），并加工成空心复合铸锭A3，如附图所示，所述空心复合铸锭A3外径为90mm，内径为20mm；
第五步：制备初始铝合金复合管：
将空心复合铸锭A3再次进行400℃退火后，将空心复合铸锭A3放入挤压模具的穿孔棒，或者用组合模具挤压成外径64mm，壁厚12mm的初始铝合金复合管；
其中所述挤压模具包括穿孔棒1、挤压杆2、挤压筒3、垫片4、挤压模6，所述空心复合铸锭A310套设在挤压筒3内的穿孔棒1上，所述穿孔棒1远离挤压模6的一端套设有挤压杆2，在挤压筒3和挤压杆2之间固定有垫片4，所述挤压模6位于初始铝合金复合管7出口的一端；
工作过程为：将空心复合铸锭A3放入穿孔棒1，完全推入挤压筒3中，并用垫片4固定于挤压筒3和挤压杆2之间，然后施加挤压力，使得挤压杆2推动空心复合铸锭A3变形流动通过挤压模6，挤压出得到初始铝合金复合管7；
第六步：最后将第五步制得的初始铝合金复合管经过冷轧和拉伸等工序制成所需要的各种尺寸和形状的复合管，外径可为32mm，壁厚可为4.0mm；
第七步：使用时将加工成型的铝合金复合管与弯头套接直接进行炉焊、火焰焊或感应焊，本实施例为将加工成型的铝合金复合管（铝合金复合管大小为300mm×Ф32mm）与180o铝合金弯头（其长半径95mm×短半径64mm×Ф38mm）套接直接进行炉焊、火焰焊或感应焊，无钎料的添加。
表1 LHJ140/300铝合金散热器的复合管参数
本发明的用于散热器制造的铝合金复合管中的中层的铝合金管也可以是2×××、5×××和7×××等系列铝合金，根据工作环境及需求的外形及尺寸可以选用相对性能适合的铝合金。而铝基钎料层也可以根据使用情况及所需钎料特性由Al-Si共晶成分为基的同系列的4×××钎料替换。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于散热器制造的铝合金复合管，其特征在于：所述铝合金复合管包括位于中层的铝合金管以及分别位于铝合金管内、外表面的铝基钎料层，所述铝基钎料层与铝合金管为冶金结合。
2.根据权利要求1所述的一种用于散热器制造的铝合金复合管，其特征在于：所述铝基钎料层的成分如下，按照质量百分比为：84.8～92.0%Al，7.5～13.0%Si，0.25～1.0%Cu，0.1～0.2%Zn，其它元素＜1.0%。
3.根据权利要求1~2任意一项所述的一种用于散热器制造的铝合金复合管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、制备空心铸锭A1：
所述空心铸锭A1由制备铝合金管的基体材料制得，所述空心铸锭A1为阶梯型，且所述空心铸锭A1分为上下两部分，所述空心铸锭A1上部为H1×ФD1，下部为H2×ФD2，内径为d3，所述H1≥H2，D1＜D2；
步骤二、制备铝基钎料层所需的合金熔液；
步骤三、制备复合铸锭A2：
将放置有空心铸锭A1的模具放在模具底托上，并将步骤二制得的合金熔液浇入模具中，使得空心铸锭A1的空心部分及阶梯上方均灌注有合金熔液，冷却后得到复合铸锭A2；
步骤四、加工空心复合铸锭A3：
将复合铸锭A2在400℃退火后，切除掉其下部阶梯部分，并加工成空心复合铸锭A3，所述空心复合铸锭A3的大小为H3×Ф D3，其内径为d0，所述d0＜d3；
步骤五、制备初始铝合金复合管：
将空心复合铸锭A3进行400℃退火后，将其放入挤压模具的穿孔棒，或者用组合模具挤压成外径为d、壁厚为δ的初始铝合金复合管；
步骤六、加工成型：
将制得的初始铝合金复合管经过冷轧和拉伸制成所需要的各种尺寸和形状，得到加工成型的铝合金复合管。
4.根据权利要求3所述的一种用于散热器制造的铝合金复合管的制备方法，其特征在于：所述步骤一中制备空心铸锭A1具体操作方法为：
S1、将制备铝合金管的基体材料熔化后浇铸至模具，冷却后取出得到铝合金铸锭A0，所述模具的大小为H×ФD，其中D=D2，所述铝合金铸锭A0的大小与模具的内腔一致；
S2、将铝合金铸锭A0在550～650℃下进行5～8h退火，最后加工成阶梯型的空心铸锭A1。
5.根据权利要求3所述的一种用于散热器制造的铝合金复合管的制备方法，其特征在于：所述步骤二中合金熔液的制备方法为：将Si和Cu熔炼成B1中间合金，将Zn与Al熔炼成B2中间合金，再将B1、B2中间合金同时放入坩埚内，并置于密闭装置中熔炼成成分均匀的合金熔液。
6.根据权利要求3所述的一种用于散热器制造的铝合金复合管的制备方法，其特征在于：所述步骤五中外径d为3mm～210 mm，壁厚δ为2mm～20mm。
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