一种铝合金散热材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及散热材料领域，特别涉及一种铝合金散热材料及其制备方法。


背景技术：

2.翅片式换热器中的翅片材质一般分为铜、不锈钢及铝合金,大多数换热器采用铝合金作为原材料制造换热器的翅片。这种铝合金材料我们简称为“铝箔”。
3.现有公开号为cn104729344a的中国专利，其公开了板翅式铝合金散热器的生产工艺流程，其特征在于，所述的板翅式铝合金散热器的生产工艺流程的步骤依次为：a)备料：封条、翅片、散热带采用aa3003铝合金，隔板采用343/3003/4343双覆层铝合金，侧护板采用4343/3003单覆层铝合金；b)清洗：对单元零部件进行表面清洗，除去材料表面的油污、氧化皮；c)芯子组装：将各单元零部件依次叠加，叠装完毕后放上夹具，注意装侧护板时带覆层面贴近散热带；d)真空钎焊：将叠装后的芯子放入真空钎焊炉中钎焊，钎焊温度610-625℃，真空度-3(2-4)
×
10pa。
4.上述的专利使用钎焊层合金起到焊接作用，散热器的生产成本提高。因此可以尝试以单层具有加热接合功能的铝合金材来代替利用包覆材的钎焊片。然而，例如在热交换器制造中，若直接使用以单层具有加热接合功能的铝合金材作为管材、翅片材料，则有可能因制造热交换器时的加热而大幅变形，从而无法保证焊接功能。


技术实现要素：

5.针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种铝合金散热材料及其制备方法，以解决背景技术中提到的问题。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种铝合金散热材料，由铝合金形成，该铝合金含有si：2.0～4.0mass％、fe：0.3～2.0mass％，剩余部分由al和不可避免的杂质构成，所述铝合金材中具有0.03～0.5μm的当量圆直径的al系金属间化合物的体积密度为13～1
×
104个/μm3，具有5.0～10μm的当量圆直径的si系金属间化合物在铝合金截面中的面密度为230个/mm2以下。
8.较佳的，所述铝合金进一步含有选自mg：0.05～2.0mass％、cu：0.05～1.5mass％和mn：0.05～2.0mass％中的1种或2种以上。
9.较佳的，所述铝合金进一步含有选自zn：6.0mass％以下、in：0.3mass％以下和sn：0.3mass％以下中的1种或2种以上。
10.较佳的，所述铝合金进一步含有选自ti：0.3mass％以下、v：0.3mass％以下、cr：0.3mass％以下、ni：2.0mass％以下和zr：0.3mass％以下中的1种或2种以上。
11.较佳的，所述铝合金进一步含有选自be：0.1mass％以下、sr：0.1mass％以下、bi：0.1mass％以下、na：0.1mass％以下和ca：0.05mass％以下中的1种或2种以上。
12.较佳的，所述铝合金进一步含有选自be：0.08mass％以下、sr：0.07mass％以下、bi：0.06mass％以下、na：0.09mass％以下和ca：0.05mass％以下中的1种或2种以上。
13.较佳的，所述铝合金进一步含有选自ti：0.2mass％以下、v：0.25mass％以下、cr：0.26mass％以下、ni：2.0mass％以下和zr：0.3mass％以下中的1种或2种以上。
14.本发明还公开了一种铝合金散热材料的制备方法，包括以下步骤：对所述铝合金材用铝合金进行双辊式连续铸造轧制的铸造工序、对轧制板进行冷轧的3次以上的冷轧工序以及在冷轧工序中对轧制板进行2次以上退火的退火工序；全部退火工序中的退火条件为以330～450℃的温度退火5～10小时，最终冷轧阶段的压下率为60％以下；所述铸造工序的双辊式连续铸造轧制中，在轧制板的以铝和氧化铝为主成分且厚度1～500μm的被膜附着于双辊表面的状态下进行轧制，每1mm轧制板宽度的轧制负荷为1500～4000n。
15.综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
16.本铝合金散热材料中在不使用钎焊层合金的情况下，利用材料自身熔化起到焊接作用，可以大大降低散热器的生产成本；本发明涉及的铝合金材是具有与钎焊法等现有的接合方法不同的以单层形式加热接合功能的铝合金材，能够以单层的状态与各种被接合部件接合。而且是尽管接合加热时形成半熔融状态但是耐变形性优异的铝材。由此，可以迎合接合体的制造中成本降低的要求。作为例如如热交换器用翅片材料那样板厚非常薄的材料是有用的。此外，也能够适用于需要精度更高的接合性、尺寸精度的制品。进而，还使具有通过以往的接合方法无法实现的形状的接合体的制造、部件的薄壁化成为可能。
具体实施方式
17.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.实施例1
19.一种铝合金散热材料，由铝合金形成，该铝合金含有si：2.0mass％、fe：0.3mass％，剩余部分由al和不可避免的杂质构成，所述铝合金材中具有0.2μm的当量圆直径的al系金属间化合物的体积密度为10
×
104个/μm3，具有7μm的当量圆直径的si系金属间化合物在铝合金截面中的面密度为230个/mm2以下。
20.其中，所述铝合金进一步含有选自mg：0.05mass％、cu：0.6mass％和mn：0.7mass％中的1种或2种以上。为了提高接合加热中的耐变形性，本发明涉及的以单层具有加热接合功能的铝合金材含有规定量的si和fe作为必需元素。而且，为了进一步提高强度，除了作为必需元素的si和fe以外，进一步添加规定量的选自mn、mg和cu中的1种或2种以上作为第1选择添加元素。其中，当含有这样的第1选择添加元素时，关于al系金属间化合物的体积密度和si系金属间化合物的面密度也如上所述进行规定。
21.其中，所述铝合金进一步含有选自zn：6.0mass％以下、in：0.3mass％以下和sn：0.3mass％以下中的1种或2种以上。cu是固溶于基质中而提高强度的添加元素。若cu添加量超过1.5％，则耐蚀性降低。另一方面，若cu添加量低于0.05％，则上述效果不充分。因此，cu的添加量设为0.05～1.5％。优选的cu添加量为0.1％～1.0％。
22.其中，所述铝合金进一步含有选自ti：0.3mass％以下、v：0.3mass％以下、cr：0.3mass％以下、ni：2.0mass％以下和zr：0.3mass％以下中的1种或2种以上。为了进一步提
高耐蚀性，除了上述必需元素和/或第1选择添加元素以外，进一步添加规定量的选自zn、in和sn中的1种或2种以上作为第2选择添加元素。其中，当含有这样的第2选择添加元素时，关于al系金属间化合物的体积密度和si系金属间化合物的面密度也如上所述进行规定。
23.其中，所述铝合金进一步含有选自be：0.1mass％以下、sr：0.1mass％以下、bi：0.1mass％以下、na：0.1mass％以下和ca：0.05mass％以下中的1种或2种以上。sn和in实现发挥牺牲阳极作用的效果。若各自的添加量超过0.3％，则腐蚀速度变快，自耐蚀性降低。因此，sn和in的添加量分别设为0.3％以下。优选的sn和in的添加量分别为0.05％～0.3％。
24.其中，所述铝合金进一步含有选自be：0.08mass％以下、sr：0.07mass％以下、bi：0.06mass％以下、na：0.09mass％以下和ca：0.05mass％以下中的1种或2种以上。为了进一步提高强度、耐蚀性，除了上述必需元素、第1选择添加元素和第2选择添加元素中的至少任一者以外，进一步添加规定量的选自ti、v、cr、ni和zr中的1种或2种以上作为第3选择添加元素。其中，当含有这样的第3选择添加元素时，关于al系金属间化合物的体积密度和si系金属间化合物的面密度也如上所述进行规定。
25.其中，所述铝合金进一步含有选自ti：0.2mass％以下、v：0.25mass％以下、cr：0.26mass％以下、ni：2.0mass％以下和zr：0.3mass％以下中的1种或2种以上。ti和v除了在基质中固溶而提高强度以外，还具有层状分布而防止板厚方向的腐蚀的进行的效果。若各自的添加量超过0.3％，则产生粗大结晶物，妨碍成型性、耐蚀性。因此，ti和v的添加量分别设为0.3％以下。优选的ti和v的添加量分别为0.05％～0.3％
26.本实施例还公开了一种铝合金散热材料的制备方法，包括以下步骤：对所述铝合金材用铝合金进行双辊式连续铸造轧制的铸造工序、对轧制板进行冷轧的3次以上的冷轧工序以及在冷轧工序中对轧制板进行2次以上退火的退火工序；全部退火工序中的退火条件为以330～450℃的温度退火5～10小时，最终冷轧阶段的压下率为60％以下；所述铸造工序的双辊式连续铸造轧制中，在轧制板的以铝和氧化铝为主成分且厚度1～500μm的被膜附着于双辊表面的状态下进行轧制，每1mm轧制板宽度的轧制负荷为1500～4000n。
27.本铝合金散热材料中在不使用钎焊层合金的情况下，利用材料自身熔化起到焊接作用，可以大大降低散热器的生产成本；本发明涉及的铝合金材是具有与钎焊法等现有的接合方法不同的以单层形式加热接合功能的铝合金材，能够以单层的状态与各种被接合部件接合。而且是尽管接合加热时形成半熔融状态但是耐变形性优异的铝材。由此，可以迎合接合体的制造中成本降低的要求。作为例如如热交换器用翅片材料那样板厚非常薄的材料是有用的。此外，也能够适用于需要精度更高的接合性、尺寸精度的制品。进而，还使具有通过以往的接合方法无法实现的形状的接合体的制造、部件的薄壁化成为可能。
28.实施例2
29.一种铝合金散热材料，由铝合金形成，该铝合金含有si：4.0mass％、fe：1.8mass％，剩余部分由al和不可避免的杂质构成，所述铝合金材中具有0.4μm的当量圆直径的al系金属间化合物的体积密度为6
×
104个/μm3，具有5.0～10μm的当量圆直径的si系金属间化合物在铝合金截面中的面密度为230个/mm2以下。
30.其中，所述铝合金进一步含有选自mg：0.05～2.0mass％、cu：0.05～1.5mass％和mn：0.05～2.0mass％中的1种或2种以上。为了提高接合加热中的耐变形性，本发明涉及的以单层具有加热接合功能的铝合金材含有规定量的si和fe作为必需元素。而且，为了进一
步提高强度，除了作为必需元素的si和fe以外，进一步添加规定量的选自mn、mg和cu中的1种或2种以上作为第1选择添加元素。其中，当含有这样的第1选择添加元素时，关于al系金属间化合物的体积密度和si系金属间化合物的面密度也如上所述进行规定。
31.其中，所述铝合金进一步含有选自zn：6.0mass％以下、in：0.3mass％以下和sn：0.3mass％以下中的1种或2种以上。cu是固溶于基质中而提高强度的添加元素。若cu添加量超过1.5％，则耐蚀性降低。另一方面，若cu添加量低于0.05％，则上述效果不充分。因此，cu的添加量设为0.05～1.5％。优选的cu添加量为0.1％～1.0％。
32.其中，所述铝合金进一步含有选自ti：0.3mass％以下、v：0.3mass％以下、cr：0.3mass％以下、ni：2.0mass％以下和zr：0.3mass％以下中的1种或2种以上。为了进一步提高耐蚀性，除了上述必需元素和/或第1选择添加元素以外，进一步添加规定量的选自zn、in和sn中的1种或2种以上作为第2选择添加元素。其中，当含有这样的第2选择添加元素时，关于al系金属间化合物的体积密度和si系金属间化合物的面密度也如上所述进行规定。
33.其中，所述铝合金进一步含有选自be：0.1mass％以下、sr：0.1mass％以下、bi：0.1mass％以下、na：0.1mass％以下和ca：0.05mass％以下中的1种或2种以上。sn和in实现发挥牺牲阳极作用的效果。若各自的添加量超过0.3％，则腐蚀速度变快，自耐蚀性降低。因此，sn和in的添加量分别设为0.3％以下。优选的sn和in的添加量分别为0.05％～0.3％。
34.其中，所述铝合金进一步含有选自be：0.08mass％以下、sr：0.07mass％以下、bi：0.06mass％以下、na：0.09mass％以下和ca：0.05mass％以下中的1种或2种以上。为了进一步提高强度、耐蚀性，除了上述必需元素、第1选择添加元素和第2选择添加元素中的至少任一者以外，进一步添加规定量的选自ti、v、cr、ni和zr中的1种或2种以上作为第3选择添加元素。其中，当含有这样的第3选择添加元素时，关于al系金属间化合物的体积密度和si系金属间化合物的面密度也如上所述进行规定。
35.其中，所述铝合金进一步含有选自ti：0.2mass％以下、v：0.25mass％以下、cr：0.26mass％以下、ni：2.0mass％以下和zr：0.3mass％以下中的1种或2种以上。ti和v除了在基质中固溶而提高强度以外，还具有层状分布而防止板厚方向的腐蚀的进行的效果。若各自的添加量超过0.3％，则产生粗大结晶物，妨碍成型性、耐蚀性。因此，ti和v的添加量分别设为0.3％以下。优选的ti和v的添加量分别为0.05％～0.3％
36.本实施例还公开了一种铝合金散热材料的制备方法，包括以下步骤：对所述铝合金材用铝合金进行双辊式连续铸造轧制的铸造工序、对轧制板进行冷轧的3次以上的冷轧工序以及在冷轧工序中对轧制板进行2次以上退火的退火工序；全部退火工序中的退火条件为以330～450℃的温度退火5～10小时，最终冷轧阶段的压下率为60％以下；所述铸造工序的双辊式连续铸造轧制中，在轧制板的以铝和氧化铝为主成分且厚度1～500μm的被膜附着于双辊表面的状态下进行轧制，每1mm轧制板宽度的轧制负荷为1500～4000n。
37.本铝合金散热材料中在不使用钎焊层合金的情况下，利用材料自身熔化起到焊接作用，可以大大降低散热器的生产成本；本发明涉及的铝合金材是具有与钎焊法等现有的接合方法不同的以单层形式加热接合功能的铝合金材，能够以单层的状态与各种被接合部件接合。而且是尽管接合加热时形成半熔融状态但是耐变形性优异的铝材。由此，可以迎合接合体的制造中成本降低的要求。作为例如如热交换器用翅片材料那样板厚非常薄的材料是有用的。此外，也能够适用于需要精度更高的接合性、尺寸精度的制品。进而，还使具有通
过以往的接合方法无法实现的形状的接合体的制造、部件的薄壁化成为可能。
38.对实施例1-2的产品以及传统纯铝翅片进行性能比较，以对照组作为参照得到以下结论。
39.表1
[0040] 表面硬度抗压强度实施例1105％122％实施例2112％108％对照组100％100％
[0041]
表2
[0042] 撕裂强度屈服强度实施例1124％112％实施例2118％118％对照组100％100％
[0043]
表3
[0044][0045][0046]
综上可知，本设计的各项性能相比于对照组都得到了较大的提升。
[0047]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种铝合金散热材料，其特征在于：由铝合金形成，该铝合金含有si：2.0～4.0mass％、fe：0.3～2.0mass％，剩余部分由al和不可避免的杂质构成，所述铝合金材中具有0.03～0.5μm的当量圆直径的al系金属间化合物的体积密度为13～1
×
104个/μm3，具有5.0～10μm的当量圆直径的si系金属间化合物在铝合金截面中的面密度为230个/mm2以下。2.根据权利要求1所述的一种铝合金散热材料，其特征在于：所述铝合金进一步含有选自mg：0.05～2.0mass％、cu：0.05～1.5mass％和mn：0.05～2.0mass％中的1种或2种以上。3.根据权利要求1所述的一种铝合金散热材料，其特征在于：所述铝合金进一步含有选自zn：6.0mass％以下、in：0.3mass％以下和sn：0.3mass％以下中的1种或2种以上。4.根据权利要求1所述的一种铝合金散热材料，其特征在于：所述铝合金进一步含有选自ti：0.3mass％以下、v：0.3mass％以下、cr：0.3mass％以下、ni：2.0mass％以下和zr：0.3mass％以下中的1种或2种以上。5.根据权利要求1所述的一种铝合金散热材料，其特征在于：所述铝合金进一步含有选自be：0.1mass％以下、sr：0.1mass％以下、bi：0.1mass％以下、na：0.1mass％以下和ca：0.05mass％以下中的1种或2种以上。6.根据权利要求5所述的一种铝合金散热材料，其特征在于：所述铝合金进一步含有选自be：0.08mass％以下、sr：0.07mass％以下、bi：0.06mass％以下、na：0.09mass％以下和ca：0.05mass％以下中的1种或2种以上。7.根据权利要求4所述的一种铝合金散热材料，其特征在于：所述铝合金进一步含有选自ti：0.2mass％以下、v：0.25mass％以下、cr：0.26mass％以下、ni：2.0mass％以下和zr：0.3mass％以下中的1种或2种以上。8.一种铝合金散热材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：对所述铝合金材用铝合金进行双辊式连续铸造轧制的铸造工序、对轧制板进行冷轧的3次以上的冷轧工序以及在冷轧工序中对轧制板进行2次以上退火的退火工序；全部退火工序中的退火条件为以330～450℃的温度退火5～10小时，最终冷轧阶段的压下率为60％以下；所述铸造工序的双辊式连续铸造轧制中，在轧制板的以铝和氧化铝为主成分且厚度1～500μm的被膜附着于双辊表面的状态下进行轧制，每1mm轧制板宽度的轧制负荷为1500～4000n。

技术总结
本发明公开了一种铝合金散热材料及其制备方法，其技术方案要点是：由铝合金形成，该铝合金含有Si：2.0～4.0mass％、Fe：0.3～2.0mass％，剩余部分由Al和不可避免的杂质构成，所述铝合金材中具有0.03～0.5μm的当量圆直径的Al系金属间化合物的体积密度为13～1


技术研发人员：孙国君
受保护的技术使用者：南通恒金复合材料有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/7/7