CN102134669A - 一种微通道换热器用集流管材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微通道换热器用集流管材料，集流管材料由钎焊层合金和基体合金两层复合而成，钎焊层合金包含以下质量百分比的成份：Si：9-11％、Fe：0.2-0.4％、Cu：0.005-0.05％、Mn：0.005-0.05％、Mg：0.005-0.05％、Cr：0.005-0.05％、Zn：0.3-0.7％、Zr：0.005-0.05％和Ti：0.05-0.10％，其余为Al，钎焊层合金的制备方法包括熔铸、变质处理和铸造工序，基体合金的制备方法包括熔铸、铸造和均质化处理工序，钎焊层合金、基体合金经复合、热轧、冷轧和中间退火工序后得到集流管材料，钎焊层合金晶粒细化效果良好，可使材料钎焊时具有良好的流动性、润湿性、间隙填充能力，中间退火处理后的材料以25％-35％的加工率进行冷加工，该加工率可使材料制管时成型性能良好，集流管钎焊时钎焊层流动性良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种微通道换热器，具体地说，涉及一种微通道换热器用集流管材料及其制备方法，属于金属材料加工技术领域。
背景技术
节能是空调的一项重要指标，换热器作为空调的重要部件，随着现代工业的发展，随着对空调节能的要求越来越高，对换热器用材料的要求也越来越高，单一的铝合金材料已不能满足对节能更高的要求，复合材料制成的微通道换热器成为最佳选择，微通道换热器集流管材料用于生产微通道换热器集流管，该材料技术发展的主要趋势是：
(1)研发高强度材料，保证钎焊后具有高的耐压性能，高温钎焊时具有良好的抗塌陷性能，可将材料减薄，减轻重量，降低成本以及良好的导热性能和耐腐蚀性能；(2)钎焊后表面要光亮光滑，降低微通道换热器结霜的可能性，降低其结霜的频率和除霜的时间，提高热效率。
目前，微通道换热器用集流管材料由二层复合而成，附图示出了二层复合材料的结构，包括底部的基体合金2和上层的钎焊层合金1，钎焊层合金1用作钎焊，基体合金2起强度支撑和散热作用。该材料具有良好的钎焊性能，热传输性能，抗腐蚀性能及加工性能；制造该材料的关键为钎焊层合金1成分的选择调整，钎焊层厚度的设计控制，钎焊层增加润湿性、流动性、晶粒细化的处理。芯材合金成分的选择调整，热处理及轧制工艺的优化技术。
如何获得具有钎焊后表面光滑、焊接良好、强度高、耐压高、导热性能优良、耐腐蚀性能良好的材料，成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。
申请号为2004800208146的中国专利申请文件于2006年8月30日公开了一种高强度铝合金钎焊薄板，该专利申请文件公开了以下内容：该钎焊薄板包含Al-Cu基体和至少一个包覆层，所述基体包含下列组成(以重量百分比计)Cu：1.2-4.0，Mn：0.06-1.5，Mg：0.06-1.5，Si：≤0.5，Zn：≤0.4，Fe：≤0.5，以及可选下列的一种或多种Zr：≤0.25，Cr：≤0.25，V：≤0.25，Ti：≤0.25，余量基本上是铝和附带元素及杂质，所述包覆层包含Al-Si基填料合金并将该包覆层施用到基体的至少一侧上，该钎焊薄板的强度比较高，但不适合高频焊接后做微通道换热器用集流管材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对以上问题，提供一种容易焊接、钎焊后表面光滑、强度高的微通道换热器用集流管材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种微通道换热器用集流管材料，集流管材料由钎焊层合金和基体合金两层复合而成，其特征在于：
所述钎焊层合金包含以下质量百分比的成份：Si：9-11％、Fe：0.2-0.4％、Cu：0.005-0.05％、Mn：0.005-0.05％、Mg：0.005-0.05％、Cr：0.005-0.05％、Zn：0.3-0.7％、Zr：0.005-0.05％和Ti：0.05-0.10％，其余为Al。
本发明上述技术方案进一步优化的方案如下：
所述基体合金包含以下质量百分比的成份：Si：0.1-0.9％、Fe：0.1-0.5％、Cu：0.2-0.3％、Mn：0.9-1.3％、Mg：0.005-0.05％、Cr：0.005-0.05％、Zn：0.005-0.05％、Zr：0.005-0.05％和Ti：0.05-0.10％，其余为Al。
所述钎焊层合金包含以下质量百分比的成份：Si：10.2％、Fe：0.3％、Cu：0.03％、Mn：0.03％、Mg：0.03％、Cr：0.03％、Zn：0.5％、Zr：0.03％、Ti：0.08％和Al：88.77％；所述基体合金包含以下质量百分比的成份：Si：0.5％、Fe：0.3％、Cu：0.26％、Mn：1.1％、Mg：0.03％、Cr：0.03％、Zn：0.03％、Zr：0.03％、Ti：0.08％和Al：97.64％。
微通道换热器用集流管材料的制备方法，包括钎焊层合金的制备方法和基体合金的制备方法，钎焊层合金的制备方法包括熔铸、变质处理和铸造工序，基体合金的制备方法包括熔铸、铸造和均质化处理工序，钎焊层合金、基体合金经复合、热轧、冷轧和中间退火工序后得到集流管材料。
所述钎焊层合金的熔铸工艺为：将铝锭熔化为铝液，按照所述质量百分比控制铝液中成份，然后进行初步精炼。
所述钎焊层合金的变质处理工艺为：将初步精炼后的铝液转入保温炉，在保温炉内精炼30-60min，铝液温度控制在740-770℃，加入相对铝锭重量为0.25-0.35％的变质剂，再精炼15-25min，静置10-15min后铸造成型，得到钎焊层合金。
所述基体合金的熔铸工艺为：将铝锭熔化为铝液，按照所述质量百分比控制铝液中成份，然后铸造成型。
所述基体合金的均质化处理工序为：铸造成型后再进行均质化处理，温度560-580℃，时间5h，得到基体合金。
所述复合工艺为：将钎焊层合金、基体合金焊合，得到焊合的集流管材料，钎焊层合金的包覆率为8％-10％。
将焊合的集流管材料进行热轧、冷轧处理，冷轧处理后的材料进行中间退火处理，金属温度控制在380℃-420℃、保温2-3h，中间退火处理后的材料以25％-35％的加工率进行冷加工，得到成品集流管材料。
本发明采用以上技术方案，与现有技术方案相比，具有以下优点：
(1)钎焊层合金的变质处理工艺中，铝液温度在740-770℃，加入变质剂后，合金的变质效果随变质温度的提高而提高，铝液温度在740℃时提高较快，由于在熔炼过程中合金的氧化吸气随温度提高加大，温度超过760℃时合金的氧化吸气增加较快。为解决吸气问题，加入变质剂后再精炼15-25min，静置10-15min后铸造，钎焊层合金晶粒细化效果良好，可使材料钎焊时具有良好的流动性、润湿性、间隙填充能力。
(2)基体合金铸造成型后再进行均质化处理，能提高材料的综合机械性能。
(3)复合工艺中，钎焊层合金、基体合金焊合后得到焊合的集流管材料，钎焊层合金的包覆率为8％-10％，既能保证钎焊效果又能提高材料钎焊后表面光亮光滑程度。
(4)中间退火处理后的材料以25％-35％的加工率进行冷加工，该加工率可使材料制管时成型性能良好，集流管钎焊时钎焊层流动性良好。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
附图为本发明实施例中微通道换热器用集流管材料的结构示意图。
图中，
1-钎焊层合金，2-基体合金。
具体实施方式
实施例，一种微通道换热器用集流管材料，集流管材料由钎焊层合金1和基体合金2两层复合而成，集流管材料的制备方法包括钎焊层合金1的制备方法和基体合金2的制备方法，钎焊层合金1的制备方法包括熔铸、变质处理和铸造工序，基体合金2的制备方法包括熔铸、铸造和均质化处理工序，钎焊层合金1、基体合金2经复合、热轧、冷轧和中间退火工序后得到集流管材料；
钎焊层合金1的熔铸工艺为：将铝锭熔化为铝液，用直读式光谱分析仪进行化学成份分析，控制铝液中成份，然后进行初步精炼；
钎焊层合金1的变质处理工艺为：将初步精炼后的铝液转入保温炉，在保温炉内精炼30-60min，铝液温度控制在740-770℃，加入相对铝锭重量为0.25-0.35％的变质剂，再精炼15-25min，静置10-15min后铸造成型，得到钎焊层合金1；
基体合金2的熔铸工艺为：将铝锭熔化为铝液，用直读式光谱分析仪进行化学成份分析，控制铝液中成份，然后铸造成型；
基体合金2的均质化处理工序为：铸造成型后再进行均质化处理，温度560-580℃，时间5h，得到基体合金2；
复合工艺为：将钎焊层合金1、基体合金2焊合，得到焊合的集流管材料，钎焊层合金1的包覆率为8％-10％；
将焊合的集流管材料进行热轧、冷轧处理，冷轧处理后的材料进行中间退火处理，金属温度控制在380℃-420℃、保温2-3h；
中间退火处理后的材料以25％-35％的加工率进行冷加工，拉弯矫处理后分切得到成品集流管材料。
钎焊层合金1包含以下质量百分比的成份：Si：9-11％、Fe：0.2-0.4％、Cu：0.005-0.05％、Mn：0.005-0.05％、Mg：0.005-0.05％、Cr：0.005-0.05％、Zn：0.3-0.7％、Zr：0.005-0.05％和Ti：0.05-0.10％，其余为Al。
基体合金2包含以下质量百分比的成份：Si：0.1-0.9％、Fe：0.1-0.5％、Cu：0.2-0.3％、Mn：0.9-1.3％、Mg：0.005-0.05％、Cr：0.005-0.05％、Zn：0.005-0.05％、Zr：0.005-0.05％和Ti：0.05-0.10％，其余为Al。
按照以上方法进行六次试验，试验中钎焊层合金1中各成分的质量百分比如表1所示，基体合金2中各成分的质量百分比如表2所示，成品集流管材料的厚度为1.3mm，所得微通道换热器用集流管材料抗拉强度Rp0.2：145-185Mpa，屈服强度Rm：120-160MPa，延伸率A50mm：6-8％，该性能适合由制管机经高频焊接成集流管，焊接成品率高。经试验，材料成品道次压下率过大，则材料太硬；压下率过小，则材料太软，都不适合制造微通道换热器用集流管。
表1
| 组份 | 试验1 | 试验2 | 试验3 | 试验4 | 试验5 | 试验6 |
| Si(％) | 11 | 10.8 | 10.2 | 9.6 | 9.3 | 9 |
| Fe(％) | 0.4 | 0.35 | 0.3 | 0.3 | 0.25 | 0.2 |
| Cu(％) | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.005 |
| Mn(％) | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.005 |
| Mg(％) | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.005 |
| Cr(％) | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.005 |
| Zn(％) | 0.7 | 0.6 | 0.5 | 0.4 | 0.35 | 0.3 |
| Zr(％) | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.005 |
| Ti(％) | 0.1 | 0.09 | 0.08 | 0.06 | 0.055 | 0.05 |
| Al (％) | 87.55 | 87.96 | 88.77 | 89.54 | 89.995 | 90.425 |
表2
| 组份 | 试验1 | 试验2 | 试验3 | 试验4 | 试验5 | 试验6 |
| Si(％) | 0.9 | 0.7 | 0.5 | 0.3 | 0.2 | 0.1 |
| Fe(％) | 0.5 | 0.4 | 0.3 | 0.3 | 0.2 | 0.1 |
| Cu(％) | 0.3 | 0.28 | 0.26 | 0.24 | 0.22 | 0.2 |
| Mn(％) | 1.3 | 1.2 | 1.1 | 1.0 | 0.95 | 0.9 |
| Mg(％) | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.005 |
| Cr(％) | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.005 |
| Zn(％) | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.005 |
| Zr(％) | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.005 |
| Ti(％) | 0.1 | 0.09 | 0.08 | 0.06 | 0.055 | 0.05 |
| Al(％) | 96.7 | 97.17 | 97.64 | 98.02 | 98.335 | 98.63 |
在变质剂加入量为0.3％、加工率为30％和包覆率为9％的条件下所得微通道换热器用集流管材料的性能比较好，该条件下所得集流管材料的性能如下表：
| 性能指标 | 试验1 | 试验2 | 试验3 | 试验4 | 试验5 | 试验6 |
| Rp0.2(MPa) | 166 | 163 | 160 | 159 | 158 | 155 |
| Rm(MPa) | 154 | 150 | 148 | 147 | 147 | 143 |
| A50mm(％) | 6.7 | 6.7 | 6.8 | 6.8 | 7 | 7 |
用以上试样方法制备的集流管材料经试用焊接成型性良好、钎焊后表面光滑、导热性能优良、耐腐蚀性能良好，符合使用要求，试验3所得集流管材料的效果最好。
用所得集流管材料加工生产换热器，在加工过程中，钎焊层合金的流动性好，容易焊接，焊接后材料表面光滑，比现有材料的效果好。
以上变质剂采用四川兰德高科技产业有限公司生产的铝锶合金变质剂AlSr10，还可以使用佛山市南海三湘铝业材料有限公司生产的铝锶合金变质剂SX-Al-Sr10或扬州市光明稀有金属有限公司的铝锶合金变质剂，还可以使用其它的变质剂，使用铝锶合金变质剂比使用其它变质剂的效果好。
Claims (10)
1.一种微通道换热器用集流管材料，集流管材料由钎焊层合金(1)和基体合金(2)两层复合而成，其特征在于：
所述钎焊层合金(1)包含以下质量百分比的成份：Si：9-11％、Fe：0.2-0.4％、Cu：0.005-0.05％、Mn：0.005-0.05％、Mg：0.005-0.05％、Cr：0.005-0.05％、Zn：0.3-0.7％、Zr：0.005-0.05％和Ti：0.05-0.10％，其余为Al。
2.如权利要求1所述的一种微通道换热器用集流管材料，其特征在于：所述基体合金(2)包含以下质量百分比的成份：
Si：0.1-0.9％、Fe：0.1-0.5％、Cu：0.2-0.3％、Mn：0.9-1.3％、Mg：0.005-0.05％、Cr：0.005-0.05％、Zn：0.005-0.05％、Zr：0.005-0.05％和Ti：0.05-0.10％，其余为Al。
3.如权利要求2所述的一种微通道换热器用集流管材料，其特征在于：所述钎焊层合金(1)包含以下质量百分比的成份：Si：10.2％、Fe：0.3％、Cu：0.03％、Mn：0.03％、Mg：0.03％、Cr：0.03％、Zn：0.5％、Zr：0.03％、Ti：0.08％和Al：88.77％；
所述基体合金(2)包含以下质量百分比的成份：
Si：0.5％、Fe：0.3％、Cu：0.26％、Mn：1.1％、Mg：0.03％、Cr：0.03％、Zn：0.03％、Zr：0.03％、Ti：0.08％和Al：97.64％。
4.如权利要求1-3其中之一所述微通道换热器用集流管材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括钎焊层合金(1)的制备方法和基体合金(2)的制备方法，钎焊层合金(1)的制备方法包括熔铸、变质处理和铸造工序，基体合金(2)的制备方法包括熔铸、铸造和均质化处理工序，钎焊层合金(1)、基体合金(2)经复合、热轧、冷轧和中间退火工序后得到集流管材料。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述钎焊层合金(1)的熔铸工艺为：将铝锭熔化为铝液，按照所述质量百分比控制铝液中成份，然后进行初步精炼。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述钎焊层合金(1)的变质处理工艺为：将初步精炼后的铝液转入保温炉，在保温炉内精炼30-60min，铝液温度控制存740-770℃，加入相对铝锭重量为0.25-0.35％的变质剂，再精炼15-25min，静置10-15min后铸造成型，得到钎焊层合金(1)。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述基体合金(2)的熔铸工艺为：将铝锭熔化为铝液，按照所述质量百分比控制铝液中成份，然后铸造成型。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述基体合金(2)的均质化处理工序为：铸造成型后再进行均质化处理，温度560-580℃，时间5h，得到基体合金(2)。
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述复合工艺为：将钎焊层合金(1)、基体合金(2)焊合，得到焊合的集流管材料，钎焊层合金(1)的包覆率为8％-10％。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于：将焊合的集流管材料进行热轧、冷轧处理，冷轧处理后的材料进行中间退火处理，金属温度控制在380℃-420℃、保温2-3h，中间退火处理后的材料以25％-35％的加工率进行冷加工，得到成品集流管材料。
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