一种平行流冷凝器用集流管料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及热交换器用合金技术领域，更具体的，涉及一种平行流冷凝器用集流管料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来，平行流热交换器由于耐压强度高、热交换面积大、散热效率高等优点，被广泛用作汽车空调和商用空调领域的冷凝器、蒸发器。平行流热交换器是采用表面喷锌挤压多孔管(简称mpe管)、复合翅片箔、高频焊接制成的集流管、堵帽、边板等一起组装、钎焊而成。在590～605℃钎焊温度下，集流管、复合翅片箔、堵帽表面的4xxx合金钎料熔化、流动，冷却后与mpe管等连接成一个整体。
3.集流管是空调系统中冷凝器的重要组成部件之一，空调中的冷媒气体经过压缩机压缩后产生高温高压的气体，通过冷凝器散热冷凝后变为低温高压的液体，进入集流管集流。集流管料的耐腐蚀性能直接影响冷凝器的整体使用寿命。随着热交换器向着小型化、轻量化的方向发展，集流管料的厚度也呈现减薄化趋势，对集流管料的耐压和耐腐蚀性能指标也提出了更高的要求。
4.通常集流管料由外层合金和芯层合金复合而成，其中外层合金的组成为4xxx系铝合金 1wt.％zn，芯层合金为3003系铝合金。外层4xxx合金钎焊材含1wt.％左右的锌，其主要目的是利用锌元素能有效降低铝合金电极电位、优先被腐蚀，从而保护集流管料芯层不被优先腐蚀穿孔，达到延长冷凝器使用寿命的目的。但是在钎焊过程中，外层4xxx 1％zn钎焊层熔化后，在毛细作用下，钎料中的锌随着4xxx钎料部分流到集流管与mpe管连接的焊角处，钎焊后集流管外层残留的实际zn含量将远远低于1％，而且外层钎焊层厚度也会大幅减薄，导致集流管外层、芯层的电位差将大幅减小，钎焊层对集流管芯层的牺牲阳极保护作用将大幅减弱，很难满足平行流冷凝器swaat腐蚀试验长时间不穿孔的要求。
5.因此，需要开发出一种耐腐蚀性更优的平行流冷凝器用的集流管料。


技术实现要素：

6.本发明为克服上述现有技术所述的腐蚀性能差的缺陷，提供一种平行流冷凝器用集流管料。
7.本发明的另一目的在于提供上述平行流冷凝器用集流管料的制备方法。
8.本发明的另一目的在于提供上述平行流冷凝器用集流管料的应用。
9.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
10.一种平行流冷凝器用集流管料，由外层合金和芯层合金复合而成，其特征在于，所述外层合金包括如下质量百分比的组分：硅：0.8～1.3％，铁：0.05～0.25％，铜：≤0.1％，锰：≤0.05％，镁：≤0.03％，锌：0.85～1.15％，钛：≤0.05％；其它杂质合计比例不大于0.15％，铝余量；
11.所述芯层合金包括如下质量百分比的组分：硅：0.05～0.12％，铁：0.05～0.18％，
铜：0.05～0.2％，锰：1.0～1.5％，镁：≤0.03％，锌：≤0.1％，钛：≤0.05％；其它杂质合计比例不大于0.15％，铝余量。
12.发明人研究发现，对于集流管料，外层合金和芯层合金的电位差越大，集流管料的耐腐蚀性能越优。为了进一步提高集流管料外层和芯层的电位差，本发明创造性地突破传统外层4xxx 1％zn合金的限制，将集流管料的外层合金设计为3003mod 1％zn。在实际的平行流冷凝器应用中，本发明的平行流冷凝器用集流管料高频焊接制管后，与带硅层和锌层的mpe管(简称siznflux挤压多孔管)配合使用。虽然集流管的外层合金硅含量较低、高温钎焊时不熔化，即表面不带钎焊层，但是钎焊时siznflux挤压多孔管表面的硅层熔化，一样可以将集流管与挤压多孔管之间的间隙填充饱满连接成一个整体。在钎焊过程中，外层合金不会熔化，钎焊后集流管外层的实际锌含量还是1％左右，而且外层厚度不会减薄，和集流管芯层之间的电位差跟钎焊前相比不会明显下降，仍然可以对集流管芯层起着良好的牺牲阳极保护作用。
13.外层合金中控制锌含量为0.85～1.15％。发明人研究发现，若锌含量降到0.85％以下，集流管料外层和芯层之间的电位差比较小，起不到很好的牺牲阳极保护芯层作用；若锌含量超出1.15％，集流管料外层含锌量过高，将导致外层自身耐腐蚀性变差。
14.外层合金中控制硅含量为0.8～1.3％。发明人研究发现，硅在铝合金中的最大溶解度为1.65％，可以起到很好的固溶强化提高铝合金强度的作用；若硅含量降到0.8％以下，集流管料外层合金中硅的固溶强化提高强度的效果不显著；若硅含量超出1.3％，集流管料外层硅含量过高，可能导致硅不能完全固溶在铝合金基体中，而且还会导致外层自身耐腐蚀性变差。
15.外层合金中控制铁含量为0.05-0.25％。发明人研究发现，若铁含量超出0.25％，容易与硅形成大量富含铁、硅的al-fe-si相，al-fe-si相与铝之间形成局部原电池反应，导致该区域被优先腐蚀掉，形成点腐蚀，从而降低了合金的耐腐蚀性能；由于铝合金使用的原材料99.7％普铝锭中不可避免存在铁、硅等元素，若铁含量降到0.05％以下，则生产成本过高。
16.外层合金中控制铜含量≤0.1％。发明人研究发现，铜可以显著提高铝合金的强度和电极电位，与锌降低铝合金的电极电位正好相反。若铜含量超出0.1％，铜将显著提升外层合金的电极电位，部分抵销了锌元素的牺牲阳极保护作用。
17.外层合金中控制镁含量≤0.03％。发明人研究发现，若镁含量超出0.03％，由于镁在高温钎焊时会蒸发出来，在氮气保护焊时与钎剂(主要成分为kfal4)发生化学反应，容易造成钎焊不良。
18.通过外层合金中的各组分配比协同作用，为平行流冷凝器整体的耐腐蚀性能提高起到了基础性的支撑作用。
19.优选地，所述外层合金中，其他杂质元素单个质量百分比≤0.05％。
20.优选地，所述外层合金包括如下质量百分比的组分：硅：0.84～1.26％，铁0.07～0.23％，铜：≤0.05％，锰：≤0.04％，镁：≤0.02％，锌0.87～1.14％，钛≤0.04％；其它杂质合计比例不大于0.15％，铝余量。
21.更优选地，所述外层合金包括如下质量百分比的组分：硅：0.93～1.13％，铁0.10～0.19％，铜：≤0.05％，锰：≤0.04％，镁：≤0.02％，锌0.94～1.08％，钛≤0.04％；其它杂
质合计比例不大于0.15％，铝余量。
22.传统的3003合金为了获得细小的再结晶晶粒和良好的成形性能，铁硅比通常按3﹕1左右的比例设计，硅含量、铁含量通常分别按0.15～0.25％、0.45～0.65％左右的高含量控制。当硅、铁含量较高时，当外层合金被腐蚀掉后，腐蚀进入3003芯层，芯层腐蚀速度会加快。本发明的芯层合金中，硅含量、铁含量分别降低至0.05～0.12％、0.05～0.18％。通过采用低硅、低铁设计，当腐蚀进入芯层合金后，芯层腐蚀速度将大大减缓，从而进一步延长了集流管料的使用寿命。硅、铁是3xxx铝合金中不可避免的杂质元素，若硅或铁含量降到0.05％以下，则熔炼必须使用高纯度的铝锭原材料，生产成本较高。
23.芯层合金中控制镁含量为≤0.03％；若镁含量超出0.03％，由于镁在高温钎焊时会蒸发出来，在氮气保护焊时与钎剂(主要成分为kfal4)发生化学反应，造成钎焊不良。
24.优选地，所述芯层合金包括如下质量百分比的组分：硅：0.06～0.10％，铁0.07～0.16％，铜：0.07～0.18％，锰：1.02～1.44％，镁：≤0.02％，锌≤0.04％，钛≤0.04％；其它杂质合计比例不大于0.15％，铝余量。
25.更优选地，所述芯层合金包括如下质量百分比的组分：硅：0.08～0.09％，铁：0.09～0.13％，铜：0.09～0.15％，锰：1.14～1.37％，镁：≤0.02％，锌≤0.04％，钛≤0.04％；其它杂质合计比例不大于0.15％，铝余量。
26.优选地，所述平行流冷凝器用集流管料的厚度为1.0～2.5mm。
27.优选地，所述外层合金的厚度为平行流冷凝器用集流管料的厚度的3.5～13％。
28.外层合金的厚度在此比例范围内，既可以保证集流管料的芯层厚度从而保证整体强度，也可以保证钎焊后集流管料外层与芯层之间的电位差不会过小，外层可以对芯层起到良好的牺牲阳极保护作用。外层合金的厚度高于此比例范围时，将会造成芯层厚度不足导致集流管料强度不足；外层合金的厚度低于此比例范围时，外层厚度太薄，外层不能对芯层起到良好的牺牲阳极保护作用。
29.本发明还保护上述平行流冷凝器用集流管料的制备方法，包括如下步骤：
30.s1.按照外层合金和芯层合金的组分含量，分别进行调配，经熔炼、精炼、除气、扒渣、铸造，分别制得外层板锭和芯层板锭；
31.s2.对外层板锭进行锯头、铣面、加热、热轧、剪切，制得外层板块；
32.对芯层板锭进行锯头、铣面，制得待焊合组装的芯层板锭；
33.s3.将清洗后的外层板块和待焊合组装的芯层板锭叠放，采用钢带捆绑，经加热、热轧复合、冷轧、中间退火、再次冷轧、清洗、分切，得到所述平行流冷凝器用集流管料。
34.优选地，所述外层板锭的厚度为400～500mm，所述芯层板锭的厚度为360～500mm。
35.优选地，所述外层板块的厚度为22.5～55mm。
36.优选地，所述铣面控制铣削量为8～10mm/每面。
37.优选地，所述热轧复合为制得3.5～6mm厚度的复合带卷。
38.本发明还保护一种集流管，由上述平行流冷凝器用集流管料经高频焊接制得。
39.本发明还保护上述集流管在平行流冷凝器中的应用，所述平行流冷凝器配有siznflux挤压多孔管。
40.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
41.本发明开发了一种平行流冷凝器用集流管料，经高频钎焊制成集流管后可用于配
有siznflux挤压多孔管的平行流冷凝器。通过外层合金和芯层合金中特定的金属组分含量，使得平行流冷凝器用集流管料的耐腐蚀性大幅改善，钎焊后swaat 700h腐蚀试验平均腐蚀坑深度≤0.12mm。
具体实施方式
42.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
43.除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
44.实施例1～5
45.实施例1～5分别提供一种集流管料，由外层合金和芯层合金复合而成，外层合金和芯层合金的组成见表1，集流管料的制备方法如下：
46.s1.按照外层合金和芯层合金的组分含量，分别进行调配，经熔炼、精炼、除气、扒渣、铸造，分别制得厚度为400～500mm的外层板锭和厚度为360～500mm的芯层板锭；
47.熔炼：熔炼温度控制在740～780℃，待原材料熔化后，搅拌、扒渣、成分取样检测合格后，将铝液倒入静置炉；
48.精炼：在静置炉采用n2精炼10～12分钟，然后搅拌、扒渣、静置5～10分钟；
49.铸造：成分取样检测合格后，静置炉中的铝液经在线除气、过滤，并采用al-ti-b丝在线晶粒细化，铸造成板锭。
50.s2.对外层板锭进行锯头、铣面、加热、热轧、剪切，制得厚度为22.5～55mm的外层板块；
51.对芯层板锭进行锯头、均热、铣面，制得待焊合组装的芯层板锭；
52.铣面控制铣削量为8～10mm/每面；
53.加热：金属温度控制在480～510℃，保持1～3小时；
54.热轧：多道次轧制，终轧温度≥350℃；
55.剪切：冷却至300℃开始切板；
56.均热：芯材板锭均热金属温度控制在600～610℃，保持10～15小时；
57.s3.将清洗后的外层板块和待焊合组装的芯层板锭叠放好(通常外层板块放上面、芯层板锭放下面)，采用钢带捆绑，经加热、热轧复合，制得3.5～6mm厚度的复合带卷，再进行冷轧，中间退火，再次冷轧、清洗、分切，得到集流管料；
58.加热：金属温度控制在480～510℃，保持1～3小时；
59.热轧：多道次轧制，终轧温度控制在260～300℃；
60.冷轧：多道次轧制，轧至中退厚度，退火冷却后，再轧至要求的成品厚度；
61.中间退火：金属温度控制在350～450℃，保持2～3小时。
62.实施例制得的集流管料的厚度为1.5mm，其中实施例1～5的外层合金分别占8.1％、6.3％、7.5％、8.8％、9.6％。
63.表1实施例1～5的外层合金和芯层合金的组分组成(wt.％)
[0064][0065][0066]
对比例1～5
[0067]
对比例1～5分别提供一种集流管料，由外层合金和芯层合金复合而成，外层合金和芯层合金的组成见表2，集流管料的制备方法与实施例相同。
[0068]
对比例制得的集流管料的厚度为1.5mm，其中对比例1～5的外层合金分别占9.5％、7.7％、6.5％、8.3％、9.1％。
[0069]
表2对比例1～5的外层合金和芯层合金的组分组成(wt.％)
[0070][0071][0072]
性能测试
[0073]
对上述实施例及对比例所制得的集流管进行性能测试，具体方法如下：
[0074]
力学性能：对钎焊前、后的集流管料分别进行抗拉强度的测试，钎焊条件为按600℃
×
5min进行高温模拟钎焊，抗拉强度按照gb/t 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行制样、室温下进行测试。
[0075]
耐腐蚀性能：对高频焊接制成的集流管，按600℃
×
5min进行高温模拟钎焊，然后按astm g85-2011试验标准进行swaat 700h腐蚀试验，然后取20个腐蚀点计算平均腐蚀坑深度，腐蚀坑深度越小，说明耐腐蚀性能越优。
[0076]
实施例和对比例的测试结果见表3。
[0077]
表3实施例和对比例的测试结果
[0078][0079]
根据表3的测试结果，可以看出，本发明各实施例的集流管料在钎焊前后均具有良好的力学性能，钎焊前抗拉强度≥164mpa，钎焊后抗拉强度≥115mpa，，满足平行流冷凝器使用的强度要求。
[0080]
根据耐腐蚀性能测试结果，实施例1～5的集流管料经高频焊接制成的集流管钎焊后具有良好的耐腐蚀性能，swaat 700h腐蚀试验平均腐蚀坑深度≤0.12mm。
[0081]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。