一種智能冷庫用散熱鋁箔及其制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種智能冷庫用散熱鋁箔，其厚度為0.097±0.003mm，該鋁箔的化學成分按質量百分比計為：Fe：0.8～0.90%，Si：0.6～0.65%，Mn：0.25～0.30%，Mg：≤0.03%，Cu：≤0.03%，Zn：≤0.03%，Sn：≤0.03%，Ti：0.03～0.06%，余量為Al及不可避免的雜質，不可避免的雜質單個含量≤0.05%，不可避免的雜質合計含量≤0.15%。其工藝過程為配料→熔煉→連續鑄軋→冷軋→重卷切邊→冷軋→箔軋→拉彎矯清洗矯直→厚剪分切→成品退火→檢查包裝。該鋁箔的散熱性能優異且抗變形能力、深沖性能和翻邊高度均滿足風冷散熱器的使用要求。
【專利說明】一種智能冷庫用散熱鋁箔及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋁箔及其制造領域，具體涉及一種具有高效散熱性能的鋁箔及其制造方法。
【背景技術】
[0002]智能冷庫主要用于瓜果、蔬菜的保鮮，其貯存溫度直接影響著蔬菜的貯存質量，貯存溫度偏高，蔬菜的水分損耗較大，貯存時間縮短；貯存溫度偏低則會產生“凍害”，造成蔬果損壞。智能冷庫用散熱器主要以風冷散熱器為主，以保證貯存溫度在O?15°C的最佳溫度范圍。
[0003]風冷散熱器與液冷散熱器相比，所采用的冷凝介質不同、熱阻不同，受環境氣溫的影響，風冷散熱器散熱效果有一定的局限性。但是，風冷散熱器結構簡單、安裝簡便、價格低廉、普及性強，仍是市場上的主流選擇。目前，智能冷庫用鋁箔為8011合金，產品狀態為H22狀態，厚度X寬度規格為0.22 X 410mm和0.22 X 345mm，其力學性能為:抗拉強度為115?125MPa，材料延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm。理論上，在等體積風冷散熱器外形下，為進一步提高散熱器降溫效果必須增大散熱面積，而增大散熱面積的有效方法之一，就是在同合金同體積的條件下減薄散熱片即鋁箔厚度以達到降低熱阻提高散熱效果。但是，隨著鋁箔厚度的減薄，散熱器翅片的構件承受應力相應也會減小，在風機1500m/min的高風速下極易發生變形，因此，為保持散熱器翅片構件具有高抗變形和防松動的能力，在減薄鋁箔厚度的同時提高鋁箔的抗拉強度也是本領域技術人員需要考慮的技術難題。此外，在鋁箔減薄的條件下，為保持鋁箔仍具有良好的深沖性能和翻邊高度，必須確保鋁箔具有高的延伸率和杯突值。
[0004]綜上，在減薄招猜提聞其散熱效果的如提下，提聞招猜的抗拉強度，保證其具有聞的延伸率和杯突值以滿足風冷散熱器使用要求是本領域技術人員需要解決的問題。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種散熱鋁箔，特別適于制造智能冷庫風冷散熱器的散熱翅片，能有效提高散熱器的散熱效果，且性能優良，抗變形能力、深沖性能和翻邊高度均滿足風冷散熱器的使用要求。
[0006]本發明所要解決的另一技術問題是提供一種上述散熱鋁箔的制造方法。
[0007]本發明解決上述問題所采用的技術方案為:一種智能冷庫用散熱鋁箔，其厚度為0.097±0.003mm，該鋁箔的化學成分按質量百分比計為:Fe:0.8?0.90%，S1:0.6?0.65%, Mn:0.25 ?0.30%, Mg:彡 0.03%, Cu:彡 0.03%, Zn:彡 0.03%, Sn:彡 0.03%, Ti:0.03 ?0.06%，余量為Al及不可避免的雜質，不可避免的雜質單個含量< 0.05%，不可避免的雜質合計含量彡0.15%。
[0008]進一步地，所述鋁箔的抗拉強度為140?150MPa，延伸率彡20%,杯突值彡7.0mm,25°C時熱導率彡212W/ (m.K)。
[0009]本發明散熱鋁箔的化學成分及含量的設置依據如下:
在 Al 中添加 0.80 ?0.90wt% 的 Fe、0.60 ?0.65wt% 的 Si 和 0.25 ?0.30wt% 的 Mn，合金容易形成FeAl3、MnAl6、a (Al12Fe3Si2)和(Fe、Mn) Al6等二相化合物，可以提高合金的強度和再結晶溫度。a (Al12Fe3Si2)^MnAl6化合物彌散質點對再結晶晶粒長大起阻礙作用，可以有效細化再結晶晶粒，提高合金的抗拉強度；同時，MnAl6還可以溶解雜質Fe，形成(Fe、Mn) Al6化合物，從而減少FeAl3針狀化合物對力學性能的不利影響，保證合金的塑性；另外，(Fe、MrOAl6化合物的電極電位大致與純鋁的電位相等，大大降低了鋁箔內部的電位差，而可提高合金的耐腐蝕性。
[0010]Ti是鋁合金中常用的添加元素，以AlTi5B絲狀形式加入Al熔體，形成Al3Ti和B2Ti相化合物，成為結晶時的非自發晶核，起著細化鑄軋組織的作用，有利于合金塑性的提聞。
[0011]本發明解決另一技術問題所采用的技術方案為一種制造上述智能冷庫用散熱鋁箔的方法，步驟如下:
(1)鑄坯:將符合化學計量比的原料加熱熔煉，鋁液前箱溫度控制在693?697°C之間，之后以750?800mm/min的鑄軋速度連鑄出7.0?8.0mm厚的鑄軋坯料；
(2)壓延:采用冷軋工藝將步驟(I)中制得的坯料首先軋制成3.2?3.8mm厚的冷軋還料，再冷軋制成1.7?2.3mm厚的冷軋還料，進一步冷軋制成0.8?1.4mm厚的冷軋坯料，最后冷軋制成0.53?0.73mm厚的冷軋坯料，經重卷切邊至預設寬度，并再次冷軋至0.32?0.38mm厚，接著進行箔軋生產，依次箔軋至0.17?0.23mm厚、0.12?0.14mm厚和成品厚度的0.097 ± 0.003mm ；
(3)精整:對箔軋至成品厚度的坯料進行清洗矯直和剪切分條，卷曲成所需卷外徑和形狀的鋁箔卷；
(4)退火:將步驟(3)制得的鋁箔卷放入熱處理爐內，在一小時內將爐溫升至230°C，并于230°C爐溫狀態下保溫3小時，再將爐溫提高至300?320°C，保溫26?30小時，接著控制爐溫在0.5小時內下降至180?200°C，然后控制熱處理爐停止加熱，鋁箔卷隨爐冷卻，待鋁箔卷表面溫度低于30°C后出爐，即獲得鋁箔成品；
(5)檢驗包裝:檢驗鋁箔成品的各項性能是否符合技術指標，并對檢驗合格的鋁箔成品進行包裝。
[0012]優選地，步驟(I)中所述連鑄過程中采用四級熔體過濾工藝，四級過濾板目數分別為在線前30pp1、中一 50pp1、中二 60pp1、后70 ppi,以鑄軋坯料橫斷面低倍組織不能有中心偏析為原則，能有效降低鑄軋坯料橫斷面內的氫含量和夾雜物含量，從而增加鋁箔的實際導熱面積，提高散熱性能。
[0013]優選地，步驟(3)中所述清洗矯直采用的是拉彎矯工藝，所述剪切分條采用的是厚箔剪工藝，使制得的鋁箔成品表面平整潔凈，滿足成品鋁箔的平直度小于31，板形優良的質量要求。
[0014]上述智能冷庫用散熱鋁箔的制造工藝不僅提高了鋁箔的變形抗力，還提高了合金的熱導率，有利于增強鋁箔的散熱性能，其工藝特點如下:
物質的散熱性能與其熱阻有直接關聯，熱阻=厚度/熱導率，如果物質的材質不變，那么，熱導率是固定的，厚度越薄，熱阻越小，物質的散熱性也就越好。因此，在同合金同體積的條件下，減薄散熱片厚度，能有效的提高散熱器的散熱效果，本發明所制得的鋁箔較現有鋁箔厚度減薄了一半以上，達到了 0.097 ±0.003mm。
[0015]另外，熱傳導的載體在金屬中是電子，金屬導熱性能的好壞取決于金屬基體晶格點陣排列的規則性，基體晶格點陣排列越規則，導熱電子的自由程度就越大，金屬的散熱能力就好，因此，合金的散熱性能與合金材料內部組織和晶體缺陷分布有關。本發明鋁液前箱溫度控制在693?697°C之間，鑄軋速度控制在750?800mm/min之間，連續鑄軋過程中采用在線前30pp1、中一 50pp1、中二 60pp1、后70 ppi四級臥式熔體過濾，有效降低了鑄軋坯料內的氫含量和夾雜物含量，保證鑄軋坯料橫斷面低倍組織無中心偏析，增加了鑄軋坯料內部的實際導熱面積，有利于鑄軋坯料散熱性能的提高。再有，本發明涉及的壓延和低溫長時退火工藝能將鑄軋變形組織拉長破碎，使基體晶格發生嚴重畸變的鋁箔變形組織以FeAl3> MnAl6, a (Al12Fe3Si2)和(Fe、Mn) Al6等二相化合物的形式析出，彌散分布于晶界，增加析出態的雜質含量而降低固溶態雜質含量，減小晶格畸變，使基體晶格點陣排列比較規則，導熱電子的自由程度變大，從而提高鋁箔的熱導率，增強散熱性能。
[0016]與現有技術相比，本發明的優點在于:本發明提供了一種厚度更薄散熱性能優良的鋁箔，通過合理的成分設置和優化的制造工藝，使該鋁箔在厚度減薄的條件下仍具有優異的抗腐蝕性能和抗拉強度，并保持了深沖用鋁箔良好的延伸率和杯突值，且前述制造工藝與合金內部組織的配合作用亦有利于鋁箔自身導熱性能的提高，具體性能滿足:鋁箔厚度為0.097±0.003mm，抗拉強度為140?150MPa，延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm，25°C時熱導率彡212W/ (m.K)。
【具體實施方式】
[0017]以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0018]實施例1
一種智能冷庫用散熱鋁箔，其厚度為0.094mm，該鋁箔的化學成分按質量百分比計為:Fe:0.8%, S1:0.6%, Mn:0.25%, Mg:彡 0.03%, Cu:彡 0.03%, Zn:彡 0.03%, Sn:彡 0.03%, Ti:0.03%，余量為Al及不可避免的雜質，不可避免的雜質單個含量< 0.05%，不可避免的雜質合計含量彡0.15%。
[0019]上述智能冷庫用散熱鋁箔的制造步驟如下:
第一步，配料、熔煉、鑄軋:按常規生產工藝，進行鋁鐵硅錳合金配料、熔煉，鋁液前箱溫度控制在693°C，鑄軋速度控制在750mm/min，連續鑄軋過程中采用在線前30pp1、中一50pp1、中二 60pp1、后70 ppi四級臥式熔體過濾，以鑄軋坯料橫斷面低倍組織不能有中心偏析為原則，進行連續鑄軋生產可適于冷軋的7.0mm厚的鑄軋坯料；
第二步，冷軋:通過冷軋機將鑄軋坯料軋制到成厚度為3.2mm的冷軋坯料，再將該冷軋還料軋制成1.7mm厚的冷軋還料，之后，再將1.7mm厚的冷軋還料軋制成0.8mm厚的冷軋還料，之后，再將0.8mm厚的冷軋還料軋制成0.53mm厚的冷軋還料；
第三步，重卷:將0.53mm厚的冷軋坯料經重卷機切邊后制成0.53mm厚、1105mm寬的冷軋坯料；
第四步:冷軋:將第三步制得的冷軋坯料進一步冷軋成0.32mm厚；
第五步，箔軋:將0.32mm厚的冷軋坯料箔軋至0.17mm厚的箔軋坯料，之后，再將0.17mm厚的箔軋還料軋制成0.12mm厚的箔軋還料,之后,再將0.12mm厚的箔軋還料軋制成0.094mm厚的箔軋坯料；
第六步，精整:0.094mm厚的箔軋坯料經拉彎矯清洗矯直和厚箔剪剪切分條卷曲成所需卷外徑和形狀的鋁箔卷；
第七步，退火:將鋁箔卷放入熱處理爐內，在I小時內將爐溫從常溫升至230°C，并在2300C的爐溫狀態下保溫3小時，然后再將爐溫提高至300°C，并在300°C的爐溫狀態下保溫26小時，接著控制爐溫在0.5小時內下降到200°C，控制熱處理爐停止加熱，鋁箔卷隨爐冷卻若干小時，待鋁箔卷表面溫度低于30°C后，將鋁箔卷從爐內取出即制得鋁箔卷成品。
[0020]第八步，成品檢查:按智能冷庫用散熱鋁箔主要技術指標進行成品檢驗；
第九步，包裝，將經成品檢驗合格的0.094mm厚鋁箔成品進行包裝，得到鋁鐵硅錳合金智能冷庫用高效散熱鋁箔。
[0021]該0.094mm厚鋁箔強度高、深沖性能好，沖壓制得的鋁箔散熱翅片的翻邊高度高，鋁箔成品力學性能為抗拉強度145MPa，延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm，25°C時熱導率為220W/(m.K)，板型優良，板帶材的平直度小于3 I。
[0022]實施例2
一種智能冷庫用散熱鋁箔，其厚度為0.097mm，該鋁箔的化學成分按質量百分比計為:Fe:0.85%, Si:0.62%, Mn:0.28%, Mg:彡 0.03%, Cu:彡 0.03%, Zn:彡 0.03%, Sn:彡 0.03%,T1:0.045%，余量為Al及不可避免的雜質，不可避免的雜質單個含量< 0.05%，不可避免的雜質合計含量< 0.15%。
[0023]上述智能冷庫用散熱鋁箔的制造步驟如下:
第一步，配料、熔煉、鑄軋:按常規生產工藝，進行鋁鐵硅錳合金配料、熔煉，鋁液前箱溫度控制在695°C，鑄軋速度控制在780mm/min，連續鑄軋過程中采用在線前30pp1、中一50pp1、中二 60pp1、后70 ppi四級臥式熔體過濾，以鑄軋坯料橫斷面低倍組織不能有中心偏析為原則，進行連續鑄軋生產可適于冷軋的7.5_厚的鑄軋坯料；
第二步，冷軋:通過冷軋機將鑄軋坯料軋制到成厚度為3.5mm的冷軋坯料，再將該冷軋還料軋制成1.9mm厚的冷軋還料,之后,再將1.9mm厚的冷軋還料軋制成1.1 mm厚的冷軋還料，之后，再將1.1mm厚的冷軋還料軋制成0.63mm厚的冷軋還料；
第三步，重卷:將0.63mm厚的冷軋坯料經重卷機切邊后制成0.63mm厚、1105mm寬的冷軋坯料；
第四步:冷軋:將第三步制得的冷軋坯料進一步冷軋成0.35mm厚；
第五步，箔軋:將0.35mm厚的冷軋坯料箔軋至0.20mm厚的箔軋坯料，之后，再將0.20mm厚的箔軋坯料軋制成0.127mm厚的箔軋坯料，之后，再將0.127mm厚的箔軋坯料軋制成0.097mm厚的箔軋坯料；
第六步，精整:0.097mm厚的箔軋坯料經拉彎矯清洗矯直和厚箔剪剪切分條卷曲成所需卷外徑和形狀的鋁箔卷；
第七步，退火:將鋁箔卷放入熱處理爐內，在I小時內將爐溫從常溫升至230°C，并在230°C的爐溫狀態下保溫3小時，然后再將爐溫提高至310°C，并在310°C的爐溫狀態下保溫28小時，接著控制爐溫在0.5小時內下降到200°C，控制熱處理爐停止加熱，鋁箔卷隨爐冷卻若干小時，待鋁箔卷表面溫度低于30°C后，將鋁箔卷從爐內取出即制得鋁箔卷成品。
[0024]第八步，成品檢查:按智能冷庫用散熱鋁箔主要技術指標進行成品檢驗；
第九步，包裝，將經成品檢驗合格的0.097mm厚鋁箔成品進行包裝，得到鋁鐵硅錳合金智能冷庫用高效散熱鋁箔。
[0025]該0.097mm厚鋁箔強度高、深沖性能好，沖壓制得的鋁箔散熱翅片的翻邊高度高，鋁箔成品力學性能為抗拉強度150MPa，延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm，25°C時熱導率為215W/(m.K)，板型優良，板帶材的平直度小于3 I。
[0026]實施例3
一種智能冷庫用散熱鋁箔，其厚度為0.1mm，該鋁箔的化學成分按質量百分比計為:Fe:0.9%, S1:0.65%, Mn:0.3%, Mg:彡 0.03%, Cu:彡 0.03%, Zn:彡 0.03%, Sn:彡 0.03%, Ti:0.06%，余量為Al及不可避免的雜質，不可避免的雜質單個含量< 0.05%，不可避免的雜質合計含量彡0.15%。
[0027]上述智能冷庫用散熱鋁箔的制造步驟如下:
第一步，配料、熔煉、鑄軋:按常規生產工藝，進行鋁鐵硅錳合金配料、熔煉，鋁液前箱溫度控制在697°C，鑄軋速度控制在800mm/min，連續鑄軋過程中采用在線前30pp1、中一50pp1、中二 60pp1、后70 ppi四級臥式熔體過濾，以鑄軋坯料橫斷面低倍組織不能有中心偏析為原則，進行連續鑄軋生產可適于冷軋的8.0mm厚的鑄軋坯料；
第二步，冷軋:通過冷軋機將鑄軋坯料軋制到成厚度為3.8mm的冷軋坯料，再將該冷軋還料軋制成2.3mm厚的冷軋還料，之后,再將2.3mm厚的冷軋還料軋制成1.4mm厚的冷軋還料，之后，再將1.4mm厚的冷軋還料軋制成0.73mm厚的冷軋還料；
第三步，重卷:將0.73mm厚的冷軋坯料經重卷機切邊后制成0.73mm厚、1105mm寬的冷軋坯料；
第四步:冷軋:將第三步制得的冷軋坯料進一步冷軋成0.38mm厚；
第五步，箔軋:將0.38mm厚的冷軋坯料箔軋至0.23mm厚的箔軋坯料，之后，再將0.23mm厚的箔軋還料軋制成0.14mm厚的箔軋還料,之后,再將0.14mm厚的箔軋還料軋制成0.1mm厚的箔軋還料；
第六步，精整:0.1mm厚的箔軋坯料經拉彎矯清洗矯直和厚箔剪剪切分條卷曲成所需卷外徑和形狀的鋁箔卷；
第七步，退火:將鋁箔卷放入熱處理爐內，在I小時內將爐溫從常溫升至230°C，并在2300C的爐溫狀態下保溫3小時，然后再將爐溫提高至320°C，并在320°C的爐溫狀態下保溫30小時，接著控制爐溫在0.5小時內下降到180°C，控制熱處理爐停止加熱，鋁箔卷隨爐冷卻若干小時，待鋁箔卷表面溫度低于30°C后，將鋁箔卷從爐內取出即制得鋁箔卷成品。
[0028]第八步，成品檢查:按智能冷庫用散熱鋁箔主要技術指標進行成品檢驗；
第九步，包裝，將經成品檢驗合格的0.1mm厚鋁箔成品進行包裝，得到鋁鐵硅錳合金智能冷庫用高效散熱鋁箔。
[0029]該0.1mm厚鋁箔強度高、深沖性能好，沖壓制得的鋁箔散熱翅片的翻邊高度高，鋁箔成品力學性能為抗拉強度150MPa，延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm，25°C時熱導率為212W/(m.K)，板型優良，板帶材的平直度小于3 I。
【權利要求】
1.一種智能冷庫用散熱鋁箔，其特征在于:其厚度為0.097±0.003mm，該鋁箔的化學成分按質量百分比計為:Fe:0.8?0.90%, S1:0.6?0.65%, Mn:0.25?0.30%, Mg:(0.03%, Cu 0.03%, Zn 0.03%, Sn 0.03%, Ti:0.03 ?0.06%，余量為 Al 及不可避免的雜質，不可避免的雜質單個含量< 0.05%，不可避免的雜質合計含量< 0.15%。
2.根據權利要求1所述的智能冷庫用散熱鋁箔，其特征在于:所述鋁箔的抗拉強度為140?150MPa，延伸率彡20%，杯突值彡7.0mm，25°C時熱導率彡212W/ (m.K)。
3.—種制造如權利要求1所述的智能冷庫用散熱鋁箔的方法，其特征在于:步驟如下: (1)鑄坯:將符合化學計量比的原料加熱熔煉，鋁液前箱溫度控制在693?697°C之間，之后以750?800mm/min的鑄軋速度連鑄出7.0?8.0mm厚的鑄軋坯料； (2)壓延:采用冷軋工藝將步驟(I)中制得的坯料首先軋制成3.2?3.8mm厚的冷軋還料，再冷軋制成1.7?2.3mm厚的冷軋還料,進一步冷軋制成0.8?1.4mm厚的冷軋坯料，最后冷軋制成0.53?0.73mm厚的冷軋坯料，經重卷切邊至預設寬度，并再次冷軋至0.32?0.38mm厚，接著進行箔軋生產，依次箔軋至0.17?0.23mm厚、0.12?0.14mm厚和成品厚度的0.097 ± 0.003mm ； (3)精整:對箔軋至成品厚度的坯料進行清洗矯直和剪切分條，卷曲成所需卷外徑和形狀的鋁箔卷； (4)退火:將步驟(3)制得的鋁箔卷放入熱處理爐內，在一小時內將爐溫升至230°C，并于230°C爐溫狀態下保溫3小時，再將爐溫提高至300?320°C，保溫26?30小時，接著控制爐溫在0.5小時內下降至180?200°C，然后控制熱處理爐停止加熱，鋁箔卷隨爐冷卻，待鋁箔卷表面溫度低于30°C后出爐，即獲得鋁箔成品； (5)檢驗包裝:檢驗鋁箔成品的各項性能是否符合技術指標，并對檢驗合格的鋁箔成品進行包裝。
4.根據權利要求3所述的智能冷庫用散熱鋁箔的制造方法，其特征在于:步驟(I)中所述連鑄過程中采用四級熔體過濾工藝，四級過濾板目數分別為在線前30pp1、中一 50pp1、中二 60pp1、后 70 pp1
5.根據權利要求3所述的智能冷庫用散熱鋁箔的制造方法，其特征在于:步驟(3)中所述清洗矯直采用的是拉彎矯工藝，所述剪切分條采用的是厚箔剪工藝。
【文檔編號】B23P15/00GK104357711SQ201410549549
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】黃善球, 吳丹, 王民生, 劉軍民, 任志峰, 李躍初 申請人:江陰新仁科技有限公司