鋁合金、鋁鋼復合材料以及冷卻管束的制作方法

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種制備鋁鋼復合材料的鋁合金、鋁鋼復合材料以及冷卻管束。

背景技術：

鋁鋼復合材料是一種金屬層狀結構復合材料，廣泛地用于電力、汽車、廚具、裝飾等領域。鋁鋼復合材料兼具鋁合金優良的耐腐蝕性能和導熱性能以及鋼良好的力學性能等諸多優點，是電站空冷系統核心部件中冷卻管束的基管的主要原材料。為了增加該基管的冷卻強度，在其外表面裝備有翅片，兩者通常采用釬焊方式進行連接。采用鋁鋼復合材料制造的電站空冷系統取代水冷系統，可節約用水75％以上。

目前，工業上使用的釬焊用鋁鋼復合材料為鋁：4a60鋁合金，鋼：08al超低碳鋼。其中，鋁鋼復合材料的成品厚度在1.4～1.6mm之間，作為包覆層的鋁層厚度在0.05～0.09mm之間。由于鋁層采用si含量為0.8％的4a60鋁合金，故而在進行冷卻管束的基管和翅片的釬焊時，還需要復合翅片的覆層提供釬料使得該翅片與該鋁層焊合。因此，現有技術通常使用4xxx/3xxx/4xxx復合翅片與基管的鋁層進行釬焊，單一3xxx合金的翅片在任何條件下均無法與該鋁層成功焊接。

此外，由于鋁對氧的親和力大，鋁層表面往往存在一層致密的氧化膜，導致釬料不能夠很好地在鋁層表面鋪展開來，阻礙了釬料原子和鋁層原子的相互擴散，最終影響釬焊接頭質量；而在焊接過程中，復合翅片有可能發生溶蝕現象，發生溶蝕后，復合翅片強度降低，抗塌性能降低，進而影響復合翅片的散熱效果。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明首先提供了一種制備鋁鋼復合材料的鋁合金，其組分按重量百分比為：9.0％-10.5％的si，1.0％-2.0％的mg，0.8％以下的fe，0.1％以下的mn，0.25％以下的cu，0.2％以下的zn，其余為al和不可避免的雜質。

本發明還提供了一種鋁鋼復合材料，其由覆層和基層復合構成，所述覆層的材料為上述鋁合金，所述基層的材料為鋼。

優選地，所述基層的材料為普碳鋼。

更優選地，所述基層的材料中c的重量百分比為小于0.15％且不為零。

再優選地，所述基層的材料為08al鋼。

還優選地，所述基層的材料的組分按重量百分比為：c為0.1％以下且不為零，si為0.15％以下，mn為0.3％以下，p為0.02％以下，s為0.02％以下，其余為fe和不可避免的雜質。優選地，所述基層的材料的組分按重量百分比為：0.007％-0.08％的c，0.012％-0.14％的si，0.19％-0.27％的mn，0.015％-0.02％的p，0.004％-0.02％的s，其余為fe和不可避免的雜質。

優選地，所述覆層和所述基層通過軋制復合構成所述鋁鋼復合材料。

更優選地，所述覆層厚度為80-100μm。

本發明還提供了一種冷卻管束，所述冷卻管束包括基管和翅片，所述基管至少一部分是由上述的鋁鋼復合材料制成，所述翅片與所述鋁鋼復合材料的覆層連接。

優選地，所述翅片的材料為單一鋁合金。單一鋁合金為3xxx系鋁合金。

本發明提供的鋁鋼復合材料由于覆鋁層為含mg的al-si合金，可以實現真空條件下與單一鋁合金的翅片料進行焊接，并且焊接強度符合要求，高達50mpa(翅片料斷裂)。由于單一合金翅片成材率較復合合金翅片高，且簡化了翅片制備工序，因此使用該鋁鋼復合材料將大大降低翅片成本費用，而且抗塌性能更優，更不會存在溶蝕等問題。

附圖說明

圖1為實施例4制得產品的焊角金相組織圖；

圖2為實施例5制得產品的焊角金相組織圖；

圖3為實施例6制得產品的焊角金相組織圖；

圖4為實施例4制得產品的拉伸結果圖；以及

圖5為實施例4制得產品的釬焊接頭(鋁)和基層(鋼)界面掃描圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案以及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

本發明公開了一種制備鋁鋼復合材料的鋁合金，其組分如表1所示。

表1覆層鋁化學成分(單位：重量％)

本發明公開了一種鋁鋼復合材料，其由覆層和基層復合構成，所述覆層的材料為上述鋁合金，所述基層的材料為鋼。

在一種實施方式中，所述基層的材料為普碳鋼。優選地，所述基層的材料中c的重量百分比為小于0.15％且不為零。更優選地，所述基層的材料為08al鋼。再優選地，所述基層的材料的組分如表2所示。

表2基層鋼化學成分(單位：重量％)

在一種實施方式中，所述覆層厚度為80-100μm。

本發明還公開了上述鋁鋼復合材料的復合方式，所述覆層和所述基層通過軋制復合構成所述鋁鋼復合材料，其通常為冷軋或溫軋。其中，所述冷軋包括以下步驟：

(1)酸堿洗：對覆層和基層進行酸堿洗以去除臟污；

(2)打磨：對基層表面進行打磨以形成硬化層；

(3)冷軋復合：將經過上述步驟(1)-(2)處理后的覆層和基層疊放并固定，采用單道次40％-60％的壓下率進行冷軋復合；

(4)擴散退火：將步驟(3)的冷軋復合產物進行擴散退火即可得到本發明所述鋁鋼復合材料，退火溫度為480-520℃，保溫時間為20-28h，氣氛為氨氣(nh3)。

本發明公開了一種冷卻管束，所述冷卻管束包括基管和翅片，所述基管至少一部分是由上述的鋁鋼復合材料制成，所述翅片與所述鋁鋼復合材料的覆層連接。

在一種實施方式中，所述翅片的材料為單一鋁合金。

在一種實施方式中，所述翅片的材料為3xxx系鋁合金。

本發明還公開了在上述冷卻管束中，所述翅片和所述鋁鋼復合材料的連接方法為真空釬焊。由于本發明的鋁鋼復合材料的覆層為含mg的al-si合金，其可作為釬料。而在真空釬焊過程中，覆層中的mg蒸發來破氧化膜，亦無需釬劑破膜。因此，所述鋁鋼復合材料可以實現真空條件下與單一合金的翅片進行焊接，并且焊接強度符合要求，高達50mpa。

具體地，所述連接方法包括：

(a)預處理：用氫氧化鈉稀溶液清洗所述翅片和所述鋁鋼復合材料以去除油污，用5％硝酸酒精中和殘留氫氧化鈉，清水清洗并烘干；

(b)組裝：將烘干后的所述翅片和所述鋁鋼復合材料組裝；

(c)真空釬焊：組裝后的所述翅片和所述鋁鋼復合材料進行真空釬焊。

其中，采用釬焊爐進行真空釬焊。其真空釬焊制度為：首先線性升溫8-10min至400-460℃，保溫3-5min，再線性升溫10-12min至565-585℃，保溫8-10min，最后線性升溫8-10min至605-615℃，保溫6-10min。

下面參考具體實施例，對本發明進行說明。下述實施例中所取工藝條件數值均為示例性的，其可取數值范圍如前述發明內容中所示。下述實施例所用的檢測方法均為本行業常規的檢測方法。

下述實施例所用覆層的化學成分如表3所示，所用基層的化學成分如表4所示。

表3實施例1-3的覆層化學成分

表4實施例1-3的基層化學成分

實施例1

本實施例提供一種鋁鋼復合材料。

制備過程具體如下：

(11)酸堿洗：對覆層和厚度為3.25mm的基層進行酸堿洗以去除臟污；

(12)打磨：對基層表面進行打磨以形成硬化層；

(13)冷軋復合：將經過上述步驟(1)-(2)處理后的覆層和基層疊放并固定，采用單道次40％的壓下率進行冷軋復合；

(14)擴散退火：將步驟(13)的冷軋復合產物進行擴散退火即可得到本發明所述鋁鋼復合材料，退火溫度為480℃，保溫時間為28h，氣氛為氨氣。

實施例2

本實施例提供一種鋁鋼復合材料。

制備過程具體如下：

(21)酸堿洗：對覆層和厚度為3.25mm的基層進行酸堿洗以去除臟污；

(22)打磨：對基層表面進行打磨以形成硬化層；

(23)冷軋復合：將經過上述步驟(1)-(2)處理后的覆層和基層疊放并固定，采用單道次50％的壓下率進行冷軋復合；

(24)擴散退火：將步驟(23)的冷軋復合產物進行擴散退火即可得到本發明所述鋁鋼復合材料，退火溫度為500℃，保溫時間為26h，氣氛為氨氣。

實施例3

本實施例提供一種鋁鋼復合材料。

制備過程具體如下：

(31)酸堿洗：對覆層和厚度為3.25mm的基層進行酸堿洗以去除臟污；

(32)打磨：對基層表面進行打磨以形成硬化層；

(33)冷復合：將經過上述步驟(1)-(2)處理后的覆層和基層疊放并固定，采用單道次60％的壓下率進行冷軋復合；

(34)擴散退火：將步驟(33)的冷軋復合產物進行擴散退火即可得到本發明所述鋁鋼復合材料，退火溫度為520℃，保溫時間為20h，氣氛為氨氣。

實施例4

本實施例公開了實施例1制備的鋁鋼復合材料和3003鋁翅片進行釬焊。

具體釬焊過程如下：

(4a)預處理：用氫氧化鈉稀溶液清洗所述翅片和所述鋁鋼復合材料以去除油污，用5％硝酸酒精中和殘留氫氧化鈉，清水清洗并烘干；

(4b)組裝：將烘干后的所述翅片和所述鋁鋼復合材料組裝；

(4c)真空釬焊：組裝后的所述翅片和所述鋁鋼復合材料放入釬焊爐進行真空釬焊，其真空釬焊制度為：首先線性升溫10min至460℃，保溫3min，再線性升溫12min至585℃，保溫8min，最后線性升溫10min至615℃，保溫7min。

釬焊后對所得產物進行金相組織及焊角強度評價，焊角組織如圖1，拉伸結果如圖4所示，焊接良好，焊角強度較好，翅片斷裂而非翅片脫離鋁鋼復合材料。可見，該鋁鋼復合材料可滿足使用要求。焊后釬焊接頭和基層(鋼層)掃描結果如圖5所示，可見真空釬焊后鋁鋼界面會有金屬間化合物生成，但是該鋁鋼界面和鍍鋁鋼界面組織類似，其鋁鋼界面靠近鋁側有feal3中間相，靠近鋼側有fe2al5中間相。鍍鋁鋼界面雖然有金屬間化合物的存在，鋁鋼結合仍然很好，故而經真空釬焊后焊角強度較高。此外，該鋁鋼復合材料的覆層(鋁層)和基層的界面掃描結果也與圖4相似，即其鋁鋼界面和鍍鋁鋼界面類似。

實施例5

本實施例公開了實施例2制備的鋁鋼復合材料和3003鋁翅片進行釬焊。

具體釬焊過程如下：

(5a)預處理：用氫氧化鈉稀溶液清洗所述翅片和所述鋁鋼復合材料以去除油污，用5％硝酸酒精中和殘留氫氧化鈉，清水清洗并烘干；

(5b)組裝：將烘干后的所述翅片和所述鋁鋼復合材料組裝；

(5c)真空釬焊：組裝后的所述翅片和所述鋁鋼復合材料放入釬焊爐進行真空釬焊，其真空釬焊制度為：首先線性升溫8min至400℃，保溫5min，再線性升溫10min至565℃，保溫9min，最后線性升溫10min至605℃，保溫9min。

所得產物的焊角組織如圖2。

實施例6

本實施例公開了實施例3制備的鋁鋼復合材料和3003鋁翅片進行釬焊。

具體釬焊過程如下：

(6a)預處理：用氫氧化鈉稀溶液清洗所述翅片和所述鋁鋼復合材料以去除油污，用5％硝酸酒精中和殘留氫氧化鈉，清水清洗并烘干；

(6b)組裝：將烘干后的所述翅片和所述鋁鋼復合材料組裝；

(6c)真空釬焊：組裝后的所述翅片和所述鋁鋼復合材料放入釬焊爐進行真空釬焊，其真空釬焊制度為：首先線性升溫9min至430℃，保溫4min，再線性升溫11min至575℃，保溫9min，最后線性升溫9min至610℃，保溫7min。

所得產物的焊角組織如圖3。

最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。