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    换热器 用于 散热片 材料
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    摘要
    申请专利号:

    CN200610003020.X

    申请日:

    2006.01.26

    公开号:

    CN1811316A

    公开日:

    2006.08.02

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: F28D1/00(2006.01); F28F21/08(2006.01); F28F19/06(2006.01); B23K1/00(2006.01); B23K35/22(2006.01); C22C21/00(2006.01) 主分类号: F28D1/00
    申请人: 古河SKY株式会社;
    发明人: 铃木义和; 柿本信行; 二宫淳司; 大谷良行
    地址: 日本东京都
    优先权: 2005.01.26 JP 2005-018449; 2005.12.08 JP 2005-354353
    专利代理机构: 北京银龙知识产权代理有限公司 代理人: 钟晶
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200610003020.X

    授权公告号:

    1811316B||||||

    法律状态公告日:

    2010.07.14|||2007.12.19|||2006.08.02

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种换热器,其具有:i)包括三层覆层材料的散热片材料,该三层覆层材料由芯材料和位于芯材料两侧上的硬钎料构成,芯材料由含有0.5-1.8wt%的Mn和0.5-3.0wt%的Zn的铝合金组成,硬钎料由含有6.5-13.0wt%的Si和0.15-0.60wt%的Cu的Al-Si合金组成,和ii)具有Zn富集表面的铝合金管;二者相互钎焊在一起;其中,在钎焊后,芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面上的平均长度是100-1000μm,芯材料的再结晶颗粒在该纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小。这种换热器的散热片接合点和散热片自身的耐久性及其腐蚀后的强度得到了改善。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种换热器,其包括:i)包括三层覆层材料的散热片材料,该三层覆层材料由芯材料和位于芯材料两侧上的硬钎料构成,芯材料由含有0.5-1.8wt%的Mn和0.5-3.0wt%的Zn的铝合金组成,硬钎料由含有6.5-13.0wt%的Si和0.15-0.60wt%的Cu的Al-Si合金组成,和ii)具有Zn富集表面的铝合金管;二者相互钎焊在一起;其中,在钎焊后,芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面上的平均长度是100-1000μm,芯材料的再结晶颗粒在该纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小。

    2.  根据权利要求1的换热器,其中,在钎焊前,所述芯材料的母体晶粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小。

    3.  根据权利要求1或2的换热器,其中,所述硬钎料还含有0.05-0.30wt%的Mn。

    4.  一种散热片,其包括用在权利要求1或2的换热器中的散热片材料,其包括三层覆层材料,该三层覆层材料由芯材料和位于芯材料两侧上的硬钎料构成,芯材料由含有0.5-1.8wt%的Mn和0.5-3.0wt%的Zn的铝合金组成,硬钎料由含有6.5-13.0wt%的Si和0.15-0.60wt%的Cu的Al-Si合金组成;该散热片经过加工和回火后,芯材料的母体晶粒在该散热片材料纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小。

    5.  根据权利要求4的散热片,其中,所述硬钎料还含有0.05-0.30wt%的Mn。

    说明书

    说明书换热器和用于换热器的散热片材料
    技术领域
    本发明涉及具有优异耐久性、耐蚀性的换热器及用在该换热器中的散热片材料。更具体地说,本发明涉及用于汽车用途的换热器,如用于小汽车空调器的冷凝器和蒸发器、油冷却器、散热器等,以及用于该换热器的散热片材料。
    背景技术
    铝合金作为用在汽车等中的换热器材料一直具有重要的地位,因为铝合金通过适当处理后可以达到很高的耐蚀性,并且通过利用钎接金属片的钎焊技术可以有效接合。但是近年来,为了使汽车具有更高的性能和适应生态学的要求,需要改善换热器的性能,使其重量更轻,耐久性更高,还需要能够与其相适应的铝合金材料技术。
    例如,在典型例子为用于小汽车空调器的冷凝器和蒸发器的换热器中,通过将其管、散热片等的壁制得更薄而使其重量更轻。另外,能够提高防腐蚀效果的铬酸盐类化学表面处理由于环境限制而具有逐渐被淘汰的趋势。再者,可能加速腐蚀的几个因素在增加,其典型例子是大量使用融雪剂、环境污染、酸雨等。
    目前使用的汽车用换热器的一种形式是包括下述i)和ii)组合的换热器:i)通过将包覆有硬钎料的钎接金属片折皱而得到的散热片材料,和ii)通过挤压等生产的管;二者通过钎焊技术接合。这种管的目的是使流体如冷冻剂在其中流过,因此,如果由于坑蚀而产生泄漏,则将其用作换热器将是致命的。作为防止管被坑蚀的一种可靠手段,通常使用的方法是通过火焰喷涂等方法在管表面上形成Zn富集层,使这种Zn富集层起到牺牲材料的作用。另外,为了使散热片具有一些牺牲效应,在散热片材料上加入Zn等,以确保管道耐蚀性。
    另外,由于散热片自身的腐蚀而脱落或断裂或者散热片和管之间的接合点的脱落或断裂,因降低了换热性能而会产生问题。在实际应用过程中,还会由于风力、洗涤水流等在散热片上施加外力。因此,必须使其保持一定的强度,即使腐蚀到一定的程度,也不致于使散热片断裂。特别是当散热片的壁很薄时,在技术上要保证接合点和散热片本身的耐久性将更为困难。
    日本特许公开专利申请2004-170061(专利文献1)中公开了防止散热片从管上脱落的方法。在该方法中,如果分别用A、B、C和D表示管的表面部分、管芯部分、散热片和换热器的散热片-管接合点,则为了防止圆角受到严重腐蚀,为了防止散热片脱落,规定了下述关系式:A≤C≤D<B。所用的管由具有选定组成的Al-Mn-Cu合金制成,在其表面上火焰喷涂有Zn,其覆盖率为2-8g/m2。作为用于散热片的表皮材料,使用的是硬钎料,其含有0.1-0.3wt%的Cu和0.1-0.3wt%的Mn。但是,对于显示散热片芯材料的晶粒等的内部结构,却没有特殊的技术考虑。
    上述专利文献1根本没有公开关于散热片自身的腐蚀性,特别是可能对换热器性能造成负面影响如接合点脱落的晶界腐蚀危险性方面的信息,也没有公开相应的防止措施。另外,在工业Zn火焰喷涂中,由于火焰喷涂部分和处理的偶然性,火焰喷涂的覆盖可能不均匀。因此,很可能产生覆盖率高达约10-11g/m2的区域,这高于专利文献1权利要求书中规定的2-8g/m2的Zn火焰喷涂覆盖率。因此,除非能够在即使如此高的火焰喷涂覆盖率下毫无问题地使用该产品,否则就不能说这是一种能够得到稳定的产品质量的一项技术。
    本发明的发明人发现:如果以高覆盖率将Zn火焰喷涂在管上,则不仅会发生散热片的脱落,而且还会加速散热片自身的晶界腐蚀。因此,为了耐受Zn火焰喷涂覆盖率任何实际上的不均匀性,必须使散热片即使在它们由于晶界腐蚀变脆时也不易于受到影响。
    同时,日本特许公开专利申请2004-084060(专利文献2)公开了一种散热片材料(覆层散热片材料),其与管材料有优异的钎焊接合性,还公开了一种使用该材料的换热器。至于晶界腐蚀,专利文献2中记载:通过控制散热片表面的Si浓度和中心厚度可以改善散热片的抗晶界腐蚀性能。如何具体实施该文献中公开的钎焊方法,则没有必要清楚地限定。在公开的一种方法中,钎焊处理时间设置在15分钟以内,优选10分钟以内,在此期间,将散热片材料从450℃加热到钎焊温度(约600℃),然后冷却到焊料的固化温度。该文献公开了下述内容:在使用的散热片中,其芯材料在钎焊前是纤维状显微结构,其芯材料在钎焊后的晶粒大小是50-250μm,其中还记载:芯材料具有这样的显微结构的特征是散热片与管能够良好接合地必要条件。
    专利文献2进一步公开了下述内容:在使用通过将用Zn表面处理的纯铝管与覆层散热片材料接合制备的试验材料的实施例中评价了耐蚀性等性能。但是没有规定对钎焊后的耐蚀性有重大影响的表面Zn覆盖率。专利文献2还公开了用于覆层散热片材料的钎焊材料,其含有0.1wt%或更少的Cu。但是,掺加Cu的具体原因却不清楚,也没有考虑钎焊接点的耐蚀性。
    发明内容
    本发明的目的是,对于通过钎焊接合具有Zn富集表面的管和覆层散热片得到的换热器来说,保证散热片接合点和散热片自身的耐久性及其腐蚀后的强度。本发明的另一个目的是即使在管道Zn火焰喷涂覆盖率稍高时也能实现稳定的性能。
    为了能够得到散热片接合点及散热片自身具有耐久性且即使暴露在腐蚀性环境中被腐蚀后也具有优异强度的换热器,本发明的发明人尝试用各种方法控制与管件接合使用的散热片材料在钎焊加热前后的晶粒结构。结果他们发现:为了特别?;ど⑷绕陨聿环⑸Ы绺炊Vど⑷绕慷?,重要的是不仅要控制换热器各个部分之间的任意组分差或由此导致的任意电位差,而且也要控制散热片芯材料的晶粒结构。
    在本发明中,换热器包括:i)包括三层覆层材料的散热片材料,三层覆层材料由芯材料和位于芯材料两侧上的硬钎料构成,芯材料由含有0.5-1.8wt%的Mn和0.5-3.0wt%的Zn的铝合金组成,硬钎料由含有6.5-13.0wt%的Si和0.15-0.60wt%的Cu的Al-Si合金组成,和ii)具有Zn富集表面的铝合金管;二者相互钎焊在一起;其中,在钎焊后,芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面上的平均长度是100-1000μm,芯材料的再结晶颗粒在该纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小。
    在本发明中,在钎焊前,芯材料的母体晶粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目可以是4或更小。硬钎料还可以含有0.05-0.30wt%的Mn。
    本发明提供的散热片包括用在上述换热器中的散热片材料,其包括三层覆层材料,该三层覆层材料由芯材料和位于芯材料两侧上的硬钎料构成,芯材料由含有0.5-1.8wt%的Mn和0.5-3.0wt%的Zn的铝合金组成,硬钎料由含有6.5-13.0wt%的Si和0.15-0.60wt%的Cu的Al-Si合金组成;该散热片经过加工和回火后,芯材料的母体晶粒在散热片材料纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小。
    在上述散热片中,硬钎料还可以含有0.05-0.30wt%的Mn。
    在本发明的换热器中,散热片的硬钎料的组成是含有0.15-0.60wt%的Cu,或者是除此之外还含有0.05-0.30wt%的Mn。由于Cu或Mn的作用能够使电位升高,所以能够防止由于Zn从管表面扩散导致圆角电位太低。
    另外,在钎焊后,芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面上的平均长度是100-1000μm,从而可以减小晶粒界面,降低晶界腐蚀的发生率。再者,在钎焊后,芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小,从而可以减小在散热片纵向上延伸的晶粒界面,降低晶界腐蚀的发生率。
    在钎焊前,芯材料的母体晶粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小,从而使钎焊后散热片材料的晶粒不容易受到晶界腐蚀。
    作为用在这种换热器中的散热片材料,是通过加工和回火制成的,使得芯材料的母体晶粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小。这样可以形成与钎焊后的芯材料的晶粒一样不容易受到晶界腐蚀的晶粒。
    附图说明
    图1示出如何测定散热片的断裂载荷。
    具体实施方式
    优选实施方案的说明:
    A.用于换热器的散热片材料
    首先描述本发明的用于换热器的散热片材料。
    本发明的用于换热器的散热片材料包括三层覆层材料钎接金属片,该三层覆层材料钎接金属片由芯材料和位于芯材料两侧上的硬钎料构成,芯材料由含有0.5-1.8wt%的Mn和0.5-3.0wt%的Zn的铝合金组成,硬钎料由含有6.5-13.0wt%的Si和0.15-0.60wt%的Cu的Al-Si合金组成?;箍梢杂孟旅娴纳⑷绕牧洗嬲庋纳⑷绕牧希浩浒ㄈ愀膊悴牧锨ソ咏鹗羝?,该三层覆层材料钎接金属片由芯材料和位于芯材料两侧上的硬钎料构成,芯材料由含有0.5-1.8wt%的Mn和0.5-3.0wt%的Zn的铝合金组成,硬钎料由含有6.5-13.0wt%的Si、0.15-0.60wt%的Cu和0.05-0.30wt%的Mn的Al-Si合金组成。
    芯材料中的Mn是对散热片强度有利的组分。如果Mn低于0.5wt%,则钎接金属片可能强度很低,而散热片也可能翘曲,这是不可取的。相反,如果Mn高于1.8wt%,则可能形成粗组成颗粒,无法得到任何均匀状态的金属结构,这是不可取的。Mn含量更优选是0.8-1.6wt%。
    芯材料中的Zn是用于使散热片的电位变小的元素,还具有平衡芯材料和圆角或管表面之间的电位的作用。如果Zn低于0.5wt%,则无法得到足够的使散热片的电位变小的效果。如果高于3.0wt%,则散热片的自身耐蚀性低,这是不可取的。Zn含量更优选是0.9-2.7wt%。
    在钎接金属片的芯材料中,可以含有Fe和Si,这两种元素在普通Al合金中是不可避免地存在的杂质组分。Fe和Si的含量各自优选为0.05-0.4wt%。对于Fe来说,为了使更多的晶粒生长,其含量更优选为0.2wt%或更低。在芯材料中,Cu也是杂质组分,其含量可以是0.05wt%或更低。在芯材料中,还可以含有0.005-0.3wt%的Ti,其通常含在Al合金中用于细化铸锭的显微结构。同样,还可以含有和Ti一起的不大于0.02wt%的B。
    硬钎料中含有的Si具有降低熔点的作用,还有助于使熔融的硬钎料具有良好的流动性。Si含量优选是6.5-13.0wt%。如果低于6.5wt%,则无法得到足够的降低熔点的效果。如果高于13.0wt%,则可能导致其加工性差。
    管材料表面处的Zn扩散并凝聚在与散热片的接合点的圆角,并使圆角电位变小,加速接合点的腐蚀,这是我们不希望的。硬钎料中含有的Cu具有升高电位的作用,从而能够防止由于Zn的扩散和凝聚导致圆角电位太低。Cu在硬钎料中的含量优选是0.15-0.60wt%,如果Cu含量低于0.15wt%,则Cu不能防止由于Zn而导致的圆角电位太低。相反,如果Cu含量高于0.60wt%,则圆角电位可能太高,使其相对于电位低的散热片来说电位差较大,导致散热片过度腐蚀。
    如果因为火焰喷涂的不均匀性,还产生一些区域,其中,火焰喷涂在管表面上以大覆盖率如大至约10-11g/m2的覆盖率进行,则圆角电位会由于Zn而大幅度下降到低值。因此,为了防止这一现象,Cu含量优选是0.31-0.60wt%。
    在用于本发明散热片的钎接金属片的硬钎料中,还可以与Cu一起加入Mn。Mn补充Cu带来的作用,具有防止圆角电位太低的作用。如果Mn含量低于0.05wt%,则这种作用无法得到明显的效果。如果Mn含量高于0.30wt%,由于钎焊时焊料的流动性下降,因而这种含量是不合适的。
    钎接金属片的硬钎料可优选提供在芯材料的两侧上,覆层百分率为5-15%。只要在这个范围内,散热片和管足以牢固地接合在一起。因此,如果符合诸如散热片或管的组成这样的条件,则可以形成具有合适电位的圆角,从而得到良好的耐蚀性。
    在硬钎料中也可以含有Fe,Fe是不可避免地存在的杂质组分,但是,其含量优选是0.6wt%或更低。硬钎料还可以含有0.005-0.3wt%的Ti,其通常加入到Al合金中用于细化铸锭的显微结构。同样,还可以含有和Ti一起的不大于0.02wt%的B。为了改善熔融硬钎料的流动性,还可以向硬钎料中加入0.3wt%或更小含量的Bi。为了使Si颗粒更加细化,可以加入0.1wt%或更小含量的Na或Sr。
    用下述方法生产本发明的散热片材料。
    首先,用传统的半连续铸造法分别铸造作为构成钎接金属片的芯材料和硬钎料的合金板坯。然后通过饰面和预热轧调节厚度,具有这样接合而得到所述覆层百分率的芯材料和硬钎料,通过热轧被覆层和接合,从而制成三层材料。这种热轧的预热优选在400-540℃的条件下进行,停留时间为0.5-15小时。顺便提及的是,对芯材料的均质化处理可以在预热阶段进行,作为上述热轧工序中预热的预备阶段,或也可以在温度为420-540℃、停留时间为0.5-15小时的条件下与预热分开进行,并在饰面工序前进行。
    热轧后进行冷轧,轧制百分率是85-97%,在温度为320-500℃的条件下进行中间退火,时间是0.5-15小时,再以10-60%的轧制压缩比进行最后冷轧,使轧制片成为具有所述厚度并进入加工和回火状态的散热片。作为另一种实施方案,也可以使用另一种方法,其中,在热轧后进行的冷轧中间再加入中间退火,即下面的一个工艺过程:第一次冷轧+第一次中间退火+第二次冷轧+最后中间退火+最后冷轧。在这种情况下,优选地是,第一次冷轧和第二次冷轧的总轧制压缩比是85-97%,第二次冷轧的轧制压缩比是15-80%,第一次中间退火是在温度为320-500℃、时间为0.5-10小时的条件下进行的,最后中间退火是在温度为320-500℃、时间为0.5-10小时的类似条件下进行的,另外,最后中间退火时的轧制压缩比是10-60%。
    从传统上讲,生产假定为纤维状显微结构的散热片材料的生产工艺中,使用了一种方法,该方法在专利文献2中也公开了,其中,生产散热片材料时的退火温度设置为低于再结晶温度。在本发明优选的生产散热片材料的方法中,在最后冷轧前,快速进行的中间退火中完成再结晶,还要使形成的再结晶颗粒尽可能生长,具体来说,在散热片纵断面厚度方向上只存在少量晶粒,在此状态下,随后进行回火冷轧。在适当选择的热轧前的均质化或预热条件、热轧条件、中间退火前冷轧的轧制压缩比及中间退火条件下,再结晶颗??梢栽谥屑渫嘶鹗鄙?。
    然后再将如此形成的钎接金属片切割成所述宽度的长条,将得到的长条折皱成散热片形状。
    B、用于换热器的管
    下面描述用于本发明的换热器的管。
    优选通过火焰喷涂法将管材料的表面制成Zn富集表面。也可以使用诸如化学镀层的方法。用火焰喷涂等的表面覆盖率表示的Zn富集度优选是3-11g/m2。顺便提及的是,如果管表面上的Zn浓度太高,则不仅Zn会扩散和凝结到圆角加速接合点的腐蚀,而且还会促使焊料组分进入散热片的晶粒界面中,促使Si沉积在晶粒界面处,使散热片极易受到晶界腐蚀。
    顺便提及的是,所用管材料的基材合金可以选自纯铝系、Al-Mn系、Al-Mn-Cu系等??梢杂眉费狗ㄉ?,优选使用具有平面形状且在其内部具有多孔流路的管。通过火焰喷涂在其每一个表面上连续形成Zn富集表面。
    作为在管上形成Zn富集表面的方法,可以使用其中用覆层法在表面上形成含有0.7-3%的Zn的铝合金(如7072合金)牺牲材料层的方法??梢允窃诠苣谛纬筛膊惚“宓睦嘈突蛲ü膊慵费剐纬晒艿睦嘈?,二者均可使用。
    C、换热器
    最后描述本发明的换热器。
    本发明的换热器是将上述形成的散热片材料、上述形成的管及其他部件接合后通过钎焊生产的。
    作为钎焊方法,可以优选采用使用焊剂的Nocolock钎焊法。对加热步骤和冷却步骤所需要的时间没有特殊限制,从钎焊操作中400℃时的开始温度达到钎焊温度及焊料的固化完成为止。因此,时间可以优选为7-40分钟。但是,特别是对于短时间处理来说,不优选将加热步骤中的加热速率设置为150℃/min或更大,因为在钎焊后散热片的芯材料的晶??赡芑嵯富?,以致于使散热片受到腐蚀后的强度很低。
    如此钎焊的散热片晶粒结构具有下述性能特征。
    为了保证腐蚀后散热片的强度,在钎焊后,芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面上的平均长度是100-1000μm。散热片的腐蚀主要来自晶界腐蚀。再结晶颗粒的平均长度小于100μm的情况不合适,因为整个散热片上存在许多晶界,从而使散热片易于表面腐蚀,导致其强度在腐蚀后显著下降。另外,在工业上要稳定地形成其中的再结晶颗粒的平均长度大于1000μm的均匀晶粒结构状态也很困难。
    顺便提及的是,钎焊后再结晶颗粒的平均长度是用下述方法得到的值:在光学显微镜下用通常用于观察铝合金晶粒的Barker法观察散热片纵断面,将观察长度10000μm除以该范围内存在的芯材料晶粒个数。如果将形成钎接金属片时的轧制方向定为散热片的纵向,则散热片纵断面就表示沿该方向的断面。
    为了保证腐蚀后散热片的强度,还有如下要求:在钎焊后的散热片中,芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小。在厚度方向上存在的再结晶颗粒数目大于4的显微结构中,存在有许多以散热片纵向延伸的晶粒界面,因此很多组分可以在很宽范围内从聚积在圆角中的熔融钎料中进入晶界,从而促进Si向晶界的扩散,这样就加速了晶界腐蚀。另外,如果厚度方向上存在的晶粒数目大于4,则在晶界腐蚀过程中,特别是在大量存在的晶界三态点处会进行腐蚀,或者是由于腐蚀晶界之间的相互距离很短而使其结成一体,或者是每一个细晶粒脱落或溶解后形成大的空穴,从而使散热片大大脆化。只要在钎焊后,芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小,优选2.5或更小,就可以使晶界腐蚀度很低,腐蚀后的晶界不能相互结合,从而能够保证腐蚀后散热片的强度。
    再结晶颗粒在厚度方向上的平均数目是用下述方法得到的值:在散热片的纵断面中沿厚度方向画线段,将经过这些线段的晶粒数目取平均值。
    为了得到上述钎焊后的晶粒结构已得到控制的散热片,优选使用在钎焊前芯材料的母体晶粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小的散热片。在光学显微镜下用Barker法观察时,这种散热片是在未钎焊(钎焊前)状态下已被充分加工和回火的散热片,并是在其晶粒结构中在厚度方向上很少存在有母体晶粒的散热片,或者是在其晶粒结构中一个母体晶粒占据一些部位的整个厚度的散热片;即,假定其不是所谓的纤维状显微结构。这种母体晶粒是这样一个(一些)晶粒,其中在该工序中最后的再结晶机会中形成的晶粒根据加工槽而被部分分割,在这中状态下晶粒由于加工而封入了应力。从这方面说,不能说母体晶粒是像再结晶颗粒情况下一样几乎没有包含应力的一种晶粒。但是,在这种母体晶粒中,其面积的大部分在靠近由原始晶粒确定的结晶方向的范围内,这在用Barker法通过观察偏振光观察时为具有相同色调的区域而被确认。我们可以这样认为:在钎焊时,在上述晶粒结构中,由于含Mn细微沉积物或固溶体Mn的存在,所以能够防止形成用于生成全新晶粒的任何核,如果少量亚晶体(亚晶粒)保持在有利于其生长的条件下,他们就可以与母体晶粒的老晶粒结合,实际上是在生长,或者是母体晶粒中的应力持续恢复,以形成再结晶颗粒,其具有的厚度基本上与母体晶粒厚度相同且也沿纵向延伸。
    在其中芯材料的母体晶粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目大于4的晶粒结构的情况下,一个母体晶粒在其纵向上被切短,形成不同的晶粒,因此无法得到上述需要的晶粒结构。只要芯材料的母体晶粒在厚度方向上的平均数目是4或更小,优选2.5或更小,则就可以得到这种晶粒结构,其中,在钎焊后,芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面上的平均长度是100-1000μm,且芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小。
    顺便提及的是,母体晶粒在厚度方向上的平均数目是用与上述测定钎焊后再结晶颗粒平均数目相同的方法测定的。
    实施例
    下面给出本发明的实施例和对比例。
    用传统的半连续铸造法制备表1所示的合金板坯。C1-C8是用作散热片用钎接金属片的芯材料的合金,其中的C1-C4是用在本发明中的合金。同样,S1-S10是用作钎接金属片的硬钎料的合金,其中的S1-S4和S7-S9是用在本发明中的合金。
                                                                            表1合金组成  合金  Mn(重量%)  Zn(重量%)  Cu(重量%)  Fe(重量%)  Si(重量%)  Ti(重量%)  B(重量%)  Bi(重量%)  Al  C1  C2  C3  C4  C5  C6  C7  C8  S1  S2  S3  S4  S5  S6  S7  S8  S9  0.85  1.1  1.14  1.31  0.35  2.05  1.07  1.1  Tr.  Tr.  Tr.  0.02  Tr.  Tr.  0.08  0.16  0.24  1.58  2.02  2.05  2.42  1.6  2.21  0.45  3.07  Tr.  Tr.  Tr.  Tr.  Tr.  Tr.  Tr.  Tr.  Tr.  Tr.  Tr.  Tr.  0.04  Tr.  Tr.  Tr.  Tr.  0.26  0.36  0.46  0.38  0.09  0.65  0.41  0.26  0.31  0.19  0.15  0.14  0.16  0.19  0.28  0.15  0.16  0.45  0.43  0.4  0.38  0.42  0.46  0.34  0.35  0.35  0.25  0.28  0.28  0.3  0.26  0.3  0.3  0.28  7.7  7.62  9.8  10.01  7.75  7.64  9.98  7.93  9.81  0.01  0.01  0.08  Tr.  0.01  0.02  0.01  0.01  0.01  0.01  Tr.  Tr.  0.01  0.01  Tr.  0.01  Tr.  0.001  0.001  Tr  Tr.  0.001  0.001  0.001  0.001  0.001  0.001  Tr.  Tr.  0.001  0.001  Tr.  0.001  Tr.  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  0.05  -  -  0.05  -  -  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量  余量
    Tr:痕量(trace),表示含量低于检测下限值。
    用下述方法生产根据表2所示结合的钎接金属片。使用已饰面的芯材料板坯和已预热轧的硬钎料,将后者放在前者的两侧上,以此方式相结合,使其总厚度是约550mm,其厚度比应当能够得到所需的覆层百分率。将其在表3所示的条件下预热,然后热轧以进行覆层接合。然后在表3所示的条件下进行冷轧和中间退火,以得到用作散热片材料的钎接金属片。在表3所示工序B中的预热阶段中,在500℃的温度下均质化处理2小时,作为预备阶段。在工序F中的预热阶段中,在570℃的温度下均质化处理5小时,作为预备阶段。这些预热阶段使用了包括均质化处理的双段加热法。
                                                                                   表2钎接金属片性能  钎接金属片  芯材料  合金  硬钎料  总厚度  (mm)  工艺条件  母体晶粒在厚度方向  上的平均数  合金  覆层百分率  (%)  BR1  BR2  BR3  BR4  BR5  BR6  BR7  BR8  BR9  BR10  BR11  BR12  BR13  BR14  BR15  BR16  BR17  BR18  BR19  BR20  BR21  C1  C2  C2  C2  C2  C2  C3  C4  C2  C2  C2  C2  C5  C6  C7  C8  C2  C2  C2  C2  C2  S1  S1  S2  S2  S3  S4  S2  S3  S2  S2  S3  S3  S2  S2  S2  S2  S5  S6  S7  S8  S9  12  12  10  10  8  8  8  8  10  10  8  8  10  10  10  10  10  10  8  10  10  0.09  0.09  0.09  0.075  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  A  B  C  D  A  A  B  A  E  F  E  F  A  A  B  B  A  B  A  B  B  2.4  2.2  1.8  1.5  2.2  2.4  3.2  3.4  纤维状  5.6  纤维状  6.1  2.6  -  2.4  2.5  2.4  2.4  2.1  2.2  2.0
                                                            表3艺条件  工艺  热轧前的预热条件  用于冷轧和中间退火的条件  A  B  C  D  E  F  500℃下2小时  500℃下2小时  +465℃下1小时  450℃下3小时  465℃下3小时  500℃下2小时  570℃下5小时  +500℃下2小时  冷轧,95%+中间退火,350℃下3小时+最后冷轧,36%  冷轧,95%+中间退火,350℃下3小时+最后冷轧,36%  第一次冷轧,87%+中间退火,400℃下3小时+第二次冷轧,60%  +最后中间退火,400℃下3小时+最后冷轧,40%  第一次冷轧,90%+中间退火,400℃下3小时+第二次冷轧,60%  +最后中间退火,400℃下3小时+最后冷轧,40%  冷轧,95%+中间退火,275℃下3小时+最后冷轧,36%  冷轧,95%+中间退火,350℃下3小时+最后冷轧,36%
    将如此生产的钎接金属片一一折皱,使其如图1所示,散热片高度为8mm,散热片间距为2.5mm,散热片脊条数上下各为4,总共8个脊条,制成散热片1。
    同时,在宽度为16mm、厚度为2mm、由Al-0.3%Cu合金组成的每一个管基材表面上,火焰喷涂Zn,使火焰喷涂覆盖率为6-8g/m2或9-11g/m2,制成图1所示的两个管2。
    用传统的NB钎焊法将如此制成的散热片1上部的四个脊条钎焊在一个管2上,下部的四个脊条钎焊在另一个管2上;制成模拟换热器的各个钎焊样品。在温度为600℃、停留时间为3分钟的条件下进行钎焊时的加热。从400℃加热到钎焊温度的时间、在600℃的停留时间和冷却至硬钎料固化温度(550℃)的时间总共是18分钟。在该过程中,从400℃至550℃的加热速率平均约为40℃/min。
    钎焊后,首先用下述方法评价散热片接合百分率。将脊条数上下各为50,总共100个脊条的散热片在每一个脊条处与管接合。然后将这些接合点机械剥离,将存在有接合痕迹的接合点评价为良好接合点,将显示出这些良好接合点的脊条数与所有脊条数(100个脊条)的比值作为散热片接合百分率。
    然后进行盐酸浸泡腐蚀试验和SWAAT试验(海水加速老化试验),作为腐蚀试验。在盐酸浸泡腐蚀试验中,样品在2.5vol%HCl水溶液中浸泡2小时。在SWAAT试验中,一个循环是用pH为2.8-3.0、温度为49℃的人工海水向样品喷洒30分钟,然后暴露在温度为49℃、相对湿度为98%或更大的环境中,重复360个循环(共720小时)。
    腐蚀后,首先用与上述钎焊后测定接合百分率相同的方法测定散热片接合百分率。然后如图1所示,用拉伸夹具3以D1所示的方向拉伸上面的管2,以与D1方向相反的D2所示的方向拉伸下面的管2,以测定散热片断裂载荷。如果散热片和接合点没有受到腐蚀破坏,则散热片断裂载荷显示出很高的值,如果腐蚀严重,破坏了散热片或接合点,则散热片断裂载荷显示出很低的值。
    表4示出钎焊前后散热片的性能和钎焊后的腐蚀试验结果。
                                                        表4(A)钎焊前后散热片的性能  钎焊前散热片性能  管表面上Zn火焰喷  涂覆盖率(g/m2)  钎焊后散热片性能  钎接  金属片  芯材料  合金  合金  硬焊料  覆层百分  率(%)  总厚度  (mm)  工艺  条件 *1母体晶粒  的平均数目 *2晶粒平均  长度(μm) *1晶粒的  平均数目  散热片接合  百分率(%)  实施例:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  对比例:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  BR1  BR2  BR3  BR3  BR4  BR5  BR5  BR6  BR7  BR8  BR19  BR20  BR21  BR9  BR10  BR11  BR12  BR13  BR15  BR16  BR17  BR18  C1  C2  C2  C2  C2  C2  C2  C2  C3  C4  C2  C2  C2  C2  C2  C2  C2  C5  C7  C8  C2  C2  S1  S1  S2  S2  S2  S3  S3  S4  S2  S3  S7  S8  S9  S2  S2  S3  S3  S2  S2  S2  S5  S6  12  12  10  10  10  8  8  8  8  8  8  10  10  10  10  8  8  10  10  10  10  10  0.09  0.09  0.09  0.09  0.075  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  0.09  A  B  C  C  D  A  A  A  B  A  A  B  B  E  F  E  F  A  B  B  A  B  2.4  2.2  1.8  1.8  1.5  2.2  2.2  2.4  3.2  3.4  2.1  2.2  2.0  纤维状  5.6  纤维状  6.1  2.6  2.4  2.5  2.4  2.4  6-8  6-8  6-8  9-11  6-8  6-8  9-11  6-8  6-8  6-8  6-8  6-8  9-11  6-8  6-8  6-8  6-8  6-8  6-8  6-8  6-8  6-8  234  246  477  421  280  312  266  188  153  155  242  235  248  58  83  55  74  268  215  183  226  219  2.4  2.3  1.7  1.7  1.5  2.0  2.1  2.7  3.0  3.2  2.2  2.3  2.0  4.5  4.3  4.7  5.0  2.2  2.6  2.7  2.5  2.6  100  100  100  100  100  100  100  100  100  100  100  100  100  100  100  100  100  68  100  100  100  100
    *1:厚度方向;*2:纵向
                                                             表4(B)钎焊后的腐蚀试验结果  盐酸浸泡腐蚀试验  SWAAT试验  腐蚀后散热片  断裂载荷(N)  腐蚀后散热片  接合百分率(%)  腐蚀后散热片  断裂载荷(N)  腐蚀后散热片  接合百分率(%)  实施例:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  对比例:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  93  90  113  107  87  101  82  76  73  73  86  93  91  15  22  14  23  -  <10  15  <10  14  97  98  99  92  98  99  93  96  98  99  99  98  97  97  96  96  98  -  23  99  12  99  183  176  207  199  191  196  168  162  160  157  172  177  173  35  47  36  49  -  <10  38  <10  35  99  100  99  95  99  99  96  99  100  100  100  100  99  99  99  99  99  -  26  100  20  100
    如表4所示,在实施例1-13中,选择了合适的合金组成,钎焊后散热片芯材料的再结晶颗粒的平均长度设定为100μm或更大,芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目是4或更小。这样就带来了下述效果:即使在腐蚀试验中,散热片断裂载荷也显示出很高的值,还得到很高的散热片接合百分率。在使用Zn火焰喷涂覆盖率高至9-11g/m2的管的实施例4、7和13中也得到了良好的结果。在这么高的Zn覆盖率情况下,在本发明的任何组成范围内,都可以加入0.31wt%或更多的Cu,或者除Cu外再加入所述量的Mn。这对于保持腐蚀试验后很高的散热片断裂载荷值和接合百分率很有效。
    再来看实施例1-3、6和8-12,这些实施例涉及到使用Zn火焰喷涂覆盖率为6-8g/m2、散热片厚度为0.09mm的散热片的换热器。即使在钎焊后芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面上的平均长度为100-200μm且芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目为2.5-4的实施例8-10中,也能够得到足够高的散热片断裂载荷值。在芯材料的再结晶颗粒在该厚度方向上的平均数目为2.5或更小的实施例1-3、6、11和12中,得到高得多的散热片断裂载荷值。其中,在芯材料的再结晶颗粒在该厚度方向上的平均数目小于2.0的实施例3中,得到特别高的散热片断裂载荷值。在实施例5中,散热片厚度很小,为0.075mm。但是,因为芯材料的再结晶颗粒在该厚度方向上的平均数目小于2.0,所以能够得到很高的散热片断裂载荷值。顺便提及的是,由于芯材料的再结晶颗粒在该厚度方向上的平均数目特别小而得到良好性能的实施例3-5的换热器是用其中进行了两次中间退火的工艺(C和D)生产的换热器。
    另一方面,在对比例1和3中,钎焊前的晶粒结构是纤维状,无法分辨原始的母体晶粒。再者,在钎焊后,再结晶颗粒的平均长度很小,为60μm,且芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目大于4,是很大的数目。结果,因为晶界腐蚀和由于晶界腐蚀结合导致的腐蚀,使得散热片断裂载荷是36N或更小。这是因为,在对比例1和3中,最后冷轧前的中间退火是在低温条件下(表3中的E)进行的,从而使钎焊前的晶粒结构保持为纤维状,使得晶粒在钎焊后不能充分生长。
    在对比例2和4中,在钎焊前,芯材料的母体晶粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目大于5,并且在这种情况下,在钎焊后,再结晶颗粒的平均长度很小,小于90μm,且芯材料的再结晶颗粒在该厚度方向上的平均数目大于4,是很大的数目。结果,因为晶界腐蚀和由于晶界腐蚀结合导致的腐蚀,使得散热片断裂载荷是49N或更小,从而使散热片失去强度。这是因为,在对比例2和4中,在热轧前的中间退火中,均质化加热是在高温条件下(表3中的F)进行的,从而使钎焊前芯材料的再结晶颗粒在散热片纵断面厚度方向上的平均数目很大,使得再结晶颗粒在钎焊后不能充分生长。
    在对比例5中,芯材料中的Mn含量很低,为0.35wt%,导致散热片的强度很低,并且使得通过折皱形成的散热片高度不均匀,从而使初始散热片接合百分率很低,为68%,不值得再做后续的腐蚀试验。
    表4中没有示出的是,在表2的BR14中,芯材料中的Mn含量很高,为2.05wt%,从而在芯材料中形成粗结晶体。结果,在芯材料中不能形成任何均匀的晶粒结构。因此可以断定这些散热片不适合用在换热器中,从而也没有进行钎焊。
    在对比例6中,芯材料中的Zn含量很低,为0.45wt%,使得散热片的电位很低,因为散热片和管之间的接合点受到了腐蚀,所以腐蚀后的接合百分率很低,为26%。顺便提及的是,在这种情况下,虽然散热片要求的强度得以保持,但是接合点处的强度很低,使腐蚀后的散热片断裂载荷很小,小于10N。在对比例7中,芯材料中的Zn含量很高,为3.07wt%,导致散热片的电位极低,使散热片发生腐蚀,所以散热片断裂载荷很小,为38N或更小,从而使散热片失去强度。
    在对比例8中,硬钎料中的Cu含量很低,为0.09wt%,使Zn火焰喷涂管的Zn富集在圆角部位处,使圆角的电位很低,腐蚀后的接合百分率很低,为29%或更小。在这种情况下,腐蚀后的散热片断裂载荷同样很小,小于10N。
    在对比例9中,硬钎料中的Cu含量很高,为0.65wt%,使散热片的电位过低,从而使电位较低的散热片发生腐蚀,所以散热片断裂载荷很小,为35N或更小,从而使散热片失去强度。
    如上所述,可以使用那些合金组成和金属晶粒结构被控制的散热片制造换热器。这样可以改善散热片自身及其与管接合点的耐蚀性和耐久性,有利于生产重量轻的换热器,使表面处理与生态学相适应。

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