高铜含量的高强耐蚀稀土铝合金及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种高铜含量的高强耐蚀稀土铝合金及其制备方法和应用，所述铝合金，其材料组成和重量百分比含量如下：0.3-1.5wt％的Si，小于0.7wt％的Fe，0.8-1.2wt％的Cu，0.8-1.8wt％的Mn，0.1-0.3wt％的Zn，0.15-0.3wt％的Sm或0.15-0.3wt％的Y中的一种或两种，余量为不可避免的杂质及Al。本发明的产品能显著减少铝箔材料的针孔，提高了热交换器铝箔材料的成品率。还提高了合金抗拉强度、屈服强度以及抗下垂性。

说明书

技术领域

本发明涉及含稀土元素的铝合金及其制造方法。

背景技术

近年来，交通运输系统、工程冷却系统以及家用商用制冷设备对减排、减耗和环保的追求越来高，其相关产品及零部件也愈加追求轻量、高效和低成本。特别是用量相当大的应用于汽车热交换器的钎焊薄板或翅片，大部分厂家都在开发更窄(宽度)、更矮(高度)、更薄(壁厚)的多孔扁管设计，以实现换热器的紧凑高效。而更轻的重量、更高的效率、更低的成本对钎焊薄板和翅片的力学性能、耐蚀性能提出了更高的要求，具有高强度、长使用寿命的铝合金成为热传输用铝合金的研发热点。

增强热传输用铝合金的强度和耐蚀性能是其能够实现轻量、高效和降低成本的技术关键，只有当热传输用铝合金达到较高的钎焊后强度，且不危害在钎焊后抗下垂性和耐蚀性时，才允许使用具有钎焊后高强度的更薄的散热片，从而与目前使用的产品相比减轻重量。目前国内外铝箔合金生产商的产品的钎焊后强度和耐蚀性均较差，大部分还是停留在采用AA3003铝合金生产热传输材料，其钎焊后屈服强度值只有45MPa左右。

专利CN104271289A公开了一种新HT铝合金体及其制备方法，此铝合金含有较高的Mg含量，钎焊时，较高的Mg含量易扩散引起材料发黑，不适合于热传输材料，并且耐腐蚀性能亦未进行相关研究，不能满足热传输产品对合金强度和耐蚀性日益提高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高铜含量的高强耐蚀稀土铝合金及其制备方法和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。

所述高铜含量的高强耐蚀稀土铝合金，其材料组成和重量百分比含量如下：

0.3-1.5wt％的Si，小于0.7wt％的Fe，0.8-1.2wt％的Cu，0.8-1.8wt％的Mn，0.1-0.3wt％的Zn，0.15-0.3wt％的Sm或0.15-0.3wt％的Y中的一种或两种，余量为不可避免的杂质及Al；

优选的，所述高铜含量的高强耐蚀稀土铝合金，其材料组成和重量百分比含量如下：

0.32-1.48wt％的Si，小于0.7wt％的Fe，0.96-1.11wt％的Cu，0.9-1.7wt％的Mn，0.13-0.21wt％的Zn，0.18-0.22wt％的Sm或0.17-0.22wt％的Y中的一种或两种，余量为不可避免的杂质及Al；

优选地，所述的Al为纯度大于99.85％的纯铝，Zn为工业纯锌；

优选地，所述的Si，Fe为75％的铝铁中间合金，Cu为50％的铝铜中间合金，Mn，Sm为10％的铝钐中间合金，Y为10％中的铝钇中间合金。

所述高铜含量的高强耐蚀稀土铝合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将合金按照配比，进行配料熔炼，制备铸锭；

(2)对铸锭在500℃-550℃下均匀化退火12-14h；

(3)对铸锭切除冒口，然后进行加工铣面；

(4)铣面后在退火炉中加热至470-500℃，保温2-3h后进行热轧，终轧温度310-340℃，轧薄至3-4mm；

(5)然后冷轧成品道次加工率30-40％，轧薄至50-80μm；

(6)然后在360-380℃下退火1-2h。

术语“冷轧成品道次加工率”的定义如下：

冷轧成品轧制过程中，某一道次轧制前后厚度变化量的计算值。设道次加工率为S，比如轧制前厚度为A，轧制一个道次后厚度变为B，那么它的道次加工率即为：S＝(A-B)/A％。

本发明的高铜含量的高强耐蚀稀土铝合金，可用于制备热传输用设备。

本发明的产品添加有较高含量的Cu和稀土元素Sm和Y，可以显著提高合金的强度，且通过加入稀土元素Sm和Y与Cu的合金化，抑制了正电性很高的含铜相的电偶腐蚀作用，使加入高Cu含量的铝合金具有高强性能的同时，保持了较好的耐蚀性能。同时，钐和钇除了具有一般稀土元素所具有的对铝合金脱气，除渣，变质，细晶，提高铝合金强度和耐蚀性的有益作用，而且Sm和Y比其他稀土元素在铝合金中的溶解度大，析出相颗粒细小弥散，不会像加入一般稀土Ce，La的铝合金会形成较粗大的析出相，能显著减少铝箔材料的针孔，提高了热交换器铝箔材料的成品率。

本发明利用多元微合金化元素稀土Y、Sm元素来克服Mn和Fe含量高易形成大颗粒化合物带来不利影响。由于合金加入稀土钇、钐元素，这些元素弥散基体内，形成锰、铁化合物形核核心，导致含锰、铁化合物细化，细小的铁锰化合物阻碍再结晶，提高合金强度和塑形。多余的铁、锰等元素,向高稀土的球状相偏聚,从而使最后凝固的晶界处杂质元素大大降低,净化了晶界,使得晶界处高铁的脆性相减少,晶界强度提高；而晶界处分布的点链状化合物为低铁、含稀土的组成相,塑性接近于铝基体的化合物，使塑性得到改善。而加入稀土Y和Sm形成高熔点稀土钇和钐化合物，这些高熔点稀土化合物腐蚀电位和基体腐蚀电位接近，稀土化合物和和基体电势比较匹配，减少了微电偶腐蚀，使铝箔材料有了很好的耐蚀性。此外，由于稀土元素钐和钇微合金化的弥散、固溶、织构强化等综合强化作用，还可以提高合金抗拉强度、屈服强度以及抗下垂性。

具体实施方式

本发明将借助下面的实施例详细描述，应注意本发明的实施例只是对本发明的内容予以解释说明，并不构成对本发明技术方案的限制。

本发明的实施例和对比例合金的成分如表1所示，符号“-”表示此元素未添加。

表1合金成分组成(wt％)

编号 Si Fe Mn Cu Zn Sm Y Al 实施例1 0.32 0.43 0.90 0.96 0.13 0.18 0.17 余量 实施例2 0.73 0.52 1.58 0.98 0.21 0.19 0.22 余量 实施例3 1.48 0.45 1.70 1.11 0.16 0.22 0.22 余量 对比例1 0.61 0.62 0.86 1.04 0.11 - - 余量 对比例2 0.83 0.52 0.95 - 0.14 0.21 0.18 余量 对比例3 0.82 0.44 0.82 - 0.15 - - 余量

实施例1

制备方法：

(1)将合金按照表1中实施例1成分进行配比，采用常用铝合金熔炼工艺进行熔炼，浇铸成板状铸锭；

(2)然后对铸锭在500℃下均匀化退火14h；

(3)对所述铸锭进行切割铣面，去除冒口和表皮；

(4)铣面后在退火炉中加热至470℃，保温3h，进行热轧，终轧温度310℃，轧薄至4mm；

(5)冷轧，成品道次加工率30％，轧薄至50μm；

(6)然后在360℃下退火2h。

实施例2

(1)将合金按照表1中实施例2成分进行配比，采用常用铝合金熔炼工艺进行熔炼，浇铸成板状铸锭；

(2)然后对铸锭在550℃下均匀化退火12h；

(3)对所述铸锭进行切割铣面，去除冒口和表皮；

(4)铣面后在退火炉中加热至500℃，保温2h，进行热轧，终轧温度340℃，轧薄至3mm；

(5)冷轧，成品道次加工率40％，轧薄至80μm；

(6)然后在380℃下退火1h。

实施例3

(1)将合金按照表1中实施例3成分进行配比，采用常用铝合金熔炼工艺进行熔炼，浇铸成板状铸锭；

(2)然后对铸锭在530℃下均匀化退火13h；

(3)对所述铸锭进行切割铣面，去除冒口和表皮；

(4)铣面后在退火炉中加热至480℃，保温2h，进行热轧，终轧温度320℃，轧薄至3.5mm；

(5)冷轧，成品道次加工率40％，轧薄至60μm；

(6)然后在370℃下退火1.5h。

对比例1-2

合金按照表1中对比例1～2的配比，制备方法同实施例1。

对比例3

合金按照表1中对比例1～2的配比，制备方法同实施例2。

实施例1-2和对比例1-3性能测试结果见表2。

表2中对发明材料和对比例材料进行模拟钎焊后，测试其力学性能及耐蚀性能：

屈服强度、抗拉强度采用GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法检测；

极化电位采用ASTM_G69-97标准检测；

失重率测试采用恒温水浴浸泡试样，试样经过打磨抛光清洗之后，测量出试样的质量(m₀)和尺寸，试样在35℃的恒温水浴中浸泡14天。实验结束后将试样在30％溶度的硝酸溶液中浸泡15min，然后用水清洗，烘干，记录剩余质量(m₁)，失重率为(m₀-m₁)/m₁。

表2实施例和对比例性能测试结果

由上表可见，本发明的实施例1-3与对比例1相比，由于加入了适量的稀土元素钐和钇，耐腐蚀性能得到显著提高；与对比例2相比，由于加入了较高的Cu含量，屈服强度和抗拉强度显著提高；与对比例3相比，由于加入高的铜含量和适量的稀土元素，力学性能得到了显著提升，并且保持了较好的耐腐蚀性能。