冷軋復(fù)合翅片在熱傳輸領(lǐng)域的應(yīng)用

（江蘇鼎勝新能源材料股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212141）

熱傳輸領(lǐng)域涉及汽車、工程機(jī)械、微通道、PTC、電站空冷、空分、船舶、高鐵、新能源、5G、電信傳輸?shù)阮I(lǐng)域的空調(diào)、換熱系統(tǒng)及部分結(jié)構(gòu)件，其中在汽車領(lǐng)域的交換器主要包括空調(diào)系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)包括：冷凝器、暖風(fēng)、蒸發(fā)器、PTC加熱器等，換熱系統(tǒng)包括：中冷器、水箱、油冷器、新能源電池水冷板等，主要材料構(gòu)成包括[1]：各種規(guī)格鋁合金及鋁合金復(fù)合板、帶、箔及部分?jǐn)D壓管材。過去行業(yè)內(nèi)熱傳輸領(lǐng)域熱交換器用復(fù)合翅片鋁箔主要采用“半連續(xù)鑄造+熱軋復(fù)合”方式，一種新的熱傳輸領(lǐng)域熱交換器用復(fù)合翅片鋁箔生產(chǎn)工藝—“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”短流程生產(chǎn)技術(shù)已迅速在熱交換器領(lǐng)域顯示出其良好的應(yīng)用前景。

1 連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合工藝介紹

熱傳輸領(lǐng)域熱交換器用復(fù)合翅片是以Al-Mn合金為芯層，常見芯層合金如：3003、3003+Cu、3003+Mg、3003+Zn、3003+Zn+Zr等，雙面復(fù)合6%～14%的Al-Si合金復(fù)合層，常見復(fù)合層合金如：4343、4045、4004等，其中芯層、上下復(fù)合層采用連續(xù)鑄軋及后續(xù)冷軋加工方式生產(chǎn)，然后經(jīng)過冷軋復(fù)合及后續(xù)冷軋加工而成，3層復(fù)合翅片其斷面金相圖[4]如圖1所示：

圖1 復(fù)合翅片斷面金相示意圖

由于熱傳輸領(lǐng)域熱交換器用復(fù)合翅片需要軋波、裝配、釬焊（釬焊溫度≥580℃）及焊后測試，因此要求其具備嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。不僅需要原材料具有良好的表面質(zhì)量、尺寸公差、端面質(zhì)量及板型質(zhì)量，而且要求原材料組織均勻、性能均勻及良好的成型性，尤其對包覆率均勻性、焊后強(qiáng)度、焊點(diǎn)質(zhì)量、抗下垂性能、SWAAT鹽霧試驗(yàn)?zāi)透g性能等指標(biāo)要求嚴(yán)格。

連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合翅片生產(chǎn)工藝如圖2所示。

圖2 連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合翅片生產(chǎn)工藝流程

1.1 包覆率檢測

分別取“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”及“半連續(xù)鑄造+熱軋復(fù)合”工藝復(fù)合翅片中間厚度0.5mm縱剪切邊后取切邊時取橫幅樣，尺寸如下：0.5mm目標(biāo)厚度×1230mm工序材料寬度*200mm軋制方向長度；以上橫幅樣片1230mm方向從操作側(cè)至傳動側(cè)每隔205mm長度區(qū)域中間位置取一樣片，總計(jì)共六張方形樣片，尺寸為20mm（垂直于軋制方向）*40mm（軋制方向）。

對以上各六張樣片進(jìn)行打磨，磨削面應(yīng)為送檢樣片的橫截面，試樣的被檢查面用銑刀、銼刀或砂紙去掉1mm～3mm，加工成平面，用600目砂紙垂直磨削方向進(jìn)行粗磨，待磨掉磨削后，用≥800目的砂紙細(xì)磨，磨去所有粗磨痕為止，磨制時采用水、拋光劑進(jìn)行冷卻和潤滑，將磨好的試樣用水沖洗干凈，在拋光機(jī)上拋光，垂直于磨痕進(jìn)行拋光，拋光至磨痕全無且拋面平整光亮無污物。經(jīng)拋光后的試樣，用水沖洗，并用無水乙醇擦干表面后，使用電解拋光，拋光后用水沖洗。用無水乙醇擦干表面后，在顯微鏡下檢測包覆率。“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”包覆率檢測圖片如圖3所示，“半連續(xù)鑄造+熱軋復(fù)合”包覆率檢測圖片如圖4所示。

通過“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”包覆率檢測與“半連續(xù)鑄造+熱軋復(fù)合”包覆率檢測結(jié)果，綜合數(shù)據(jù)如下表1所示。

圖3 連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合翅片包覆率檢測金相圖

圖4 半連續(xù)鑄造+熱軋復(fù)合翅片包覆率檢測金相圖

表1 “連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”與“半連續(xù)鑄造+熱軋復(fù)合”工藝包覆率檢測結(jié)果

通過表1數(shù)據(jù)可以看出，“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”較“半連續(xù)鑄造+熱軋復(fù)合”工藝實(shí)測包覆率較平均值最大偏差、實(shí)際最大偏差小，包覆率均勻。

1.2 力學(xué)性能檢測

取“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”工藝復(fù)合翅片成品樣片，在樣片軋制方向（RD）和橫向方向（TD）的平面內(nèi)，沿軋制方向取長度為180mm，沿橫向方向取長度為25mm，按照拉伸試樣標(biāo)準(zhǔn)，加工成拉伸式樣?？蛻粢罂估瓘?qiáng)度為180MPa～220MPa，延伸率大于0.5，檢測結(jié)果數(shù)據(jù)如下表2所示。

表2 “連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”工藝復(fù)合翅片成品力學(xué)性能檢測結(jié)果

1.3 抗下垂值檢測

取“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”工藝復(fù)合翅片成品樣片，在樣片軋制方向（RD）和橫向方向（TD）的平面內(nèi)，沿軋制方向取長度為100mm，沿橫向方向取長度為22mm，即實(shí)驗(yàn)樣片規(guī)格為100mmx22mmx0.08mm，實(shí)驗(yàn)裝置為圖5所示，橫梁長度為250mm，寬度為50mm，高度為105mm，夾放式樣的位置高度為97.7mm。樣品編號為01～05#。

圖5 抗下垂試驗(yàn)裝置圖

將該裝置放置在馬弗爐中，根據(jù)以下的升溫制度升高溫度：室溫20℃～400℃/25min+400℃保溫5min+400℃～600℃/13min+600℃保溫10min，在600℃的最終熱處理后，立刻取出樣片，采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量下垂數(shù)據(jù)，檢測結(jié)果數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤?所示。

表3 “連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”工藝復(fù)合翅片成品抗下垂值檢測結(jié)果

“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”翅片生產(chǎn)過程中，關(guān)鍵點(diǎn)在于原材料制備、復(fù)合前表面處理、復(fù)合過程、成品前退火及道次加工率。在原材料制備方面，我司具有國內(nèi)外領(lǐng)先的連續(xù)鑄軋生產(chǎn)技術(shù)，可根據(jù)客戶要求定制開發(fā)新合金。目前，行業(yè)內(nèi)金屬表面處理技術(shù)已非常成熟，如：鋼鐵、銅表面打磨裝置可有效消除金屬表面氧化膜，而鋁合金表面硬度遠(yuǎn)低于鋼鐵、銅表面硬度。在冷軋復(fù)合方面[2]，經(jīng)過大量試驗(yàn)研究，我司完全掌握了不同材料的冷軋復(fù)合參數(shù)，如：軋輥磨削工藝、在線加熱技術(shù)、冷軋復(fù)合工藝參數(shù)、復(fù)合效果檢驗(yàn)辦法、軋輥表面潤滑技術(shù)等。在成品前退火工藝及道次加工率方面，利用先進(jìn)的檢測設(shè)備如：蔡司金相顯微鏡、掃描電鏡（SEM）等，結(jié)合釬焊原理及熱軋復(fù)合翅片工藝，對大小角度晶界、晶粒尺寸、釬焊后翅片熔蝕點(diǎn)及熔蝕深度、擴(kuò)散層深度及擴(kuò)散量等指標(biāo)進(jìn)行了大量研究，得到了最佳的復(fù)合翅片成品前退火工藝及道次加工率[3]。因此，通過以上工藝研究、過程控制及行業(yè)經(jīng)驗(yàn)借鑒，得到了與熱軋復(fù)合翅片性能指標(biāo)相當(dāng)?shù)摹斑B續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”翅片材料，保證了“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性。

中國鋁加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了60多年的發(fā)展歷史，特別是近20年在國家制造業(yè)大發(fā)展的背景下，鋁加工產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，但同時環(huán)保問題也異常突出。采用“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”短流程技術(shù)生產(chǎn)釬焊用復(fù)合翅片材料不會出現(xiàn)環(huán)境污染問題。首先連續(xù)鑄軋過程中，配備了先進(jìn)的煙氣回收系統(tǒng)、鋁灰二次利用系統(tǒng)、廢水回收循環(huán)利用系統(tǒng)等，確保連續(xù)鑄軋過程中對環(huán)境無污染。冷軋復(fù)合過程中，配備了砂帶、鋼絲刷、尼龍刷三級表面系統(tǒng)，并配備了在線負(fù)壓抽吸裝置，確保打磨過程中產(chǎn)生的鋁粉100%回收，并送熔煉回爐重新利用，確保對環(huán)境無污染。同時由于“鑄軋+冷軋復(fù)合”短流程技術(shù)流程短、能耗低，順應(yīng)國家節(jié)能降耗政策，確保企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

不斷收緊的汽車油耗及排放法規(guī)，不僅造就了火熱的新能源汽車市場，同樣捧熱了一批汽車輕量化材料[5]，“連續(xù)鑄軋+冷軋復(fù)合”短流程技術(shù)順應(yīng)了汽車行業(yè)的發(fā)展，拓展了鋁合金材料在汽車輕量化中的應(yīng)用。

2 結(jié)論

采用“鑄軋+冷軋復(fù)合”短流程技術(shù)生產(chǎn)的熱傳輸領(lǐng)域用復(fù)合翅片材料極大地促進(jìn)了熱傳輸領(lǐng)域發(fā)展，尤其是促進(jìn)了汽車輕量化的進(jìn)程，尤其其流程短、能耗低等優(yōu)點(diǎn)完全順應(yīng)汽車工業(yè)降本增效需求，必將對新世紀(jì)熱傳輸領(lǐng)域發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。