冷軋復合翅片在熱傳輸領域的應用

（江蘇鼎勝新能源材料股份有限公司，江蘇 鎮江 212141）

熱傳輸領域涉及汽車、工程機械、微通道、PTC、電站空冷、空分、船舶、高鐵、新能源、5G、電信傳輸等領域的空調、換熱系統及部分結構件，其中在汽車領域的交換器主要包括空調系統和換熱系統，空調系統包括：冷凝器、暖風、蒸發器、PTC加熱器等，換熱系統包括：中冷器、水箱、油冷器、新能源電池水冷板等，主要材料構成包括[1]：各種規格鋁合金及鋁合金復合板、帶、箔及部分擠壓管材。過去行業內熱傳輸領域熱交換器用復合翅片鋁箔主要采用“半連續鑄造+熱軋復合”方式，一種新的熱傳輸領域熱交換器用復合翅片鋁箔生產工藝—“連續鑄軋+冷軋復合”短流程生產技術已迅速在熱交換器領域顯示出其良好的應用前景。

1 連續鑄軋+冷軋復合工藝介紹

熱傳輸領域熱交換器用復合翅片是以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，雙面復合6%～14%的Al-Si合金復合層，常見復合層合金如：4343、4045、4004等，其中芯層、上下復合層采用連續鑄軋及后續冷軋加工方式生產，然后經過冷軋復合及后續冷軋加工而成，3層復合翅片其斷面金相圖[4]如圖1所示：

圖1 復合翅片斷面金相示意圖

由于熱傳輸領域熱交換器用復合翅片需要軋波、裝配、釬焊（釬焊溫度≥580℃）及焊后測試，因此要求其具備嚴格的質量控制標準。不僅需要原材料具有良好的表面質量、尺寸公差、端面質量及板型質量，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、焊后強度、焊點質量、抗下垂性能、SWAAT鹽霧試驗耐腐蝕性能等指標要求嚴格。

連續鑄軋+冷軋復合翅片生產工藝如圖2所示。

圖2 連續鑄軋+冷軋復合翅片生產工藝流程

1.1 包覆率檢測

分別取“連續鑄軋+冷軋復合”及“半連續鑄造+熱軋復合”工藝復合翅片中間厚度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方向從操作側至傳動側每隔205mm長度區域中間位置取一樣片，總計共六張方形樣片，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行打磨，磨削面應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行粗磨，待磨掉磨削后，用≥800目的砂紙細磨，磨去所有粗磨痕為止，磨制時采用水、拋光劑進行冷卻和潤滑，將磨好的試樣用水沖洗干凈，在拋光機上拋光，垂直于磨痕進行拋光，拋光至磨痕全無且拋面平整光亮無污物。經拋光后的試樣，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。“連續鑄軋+冷軋復合”包覆率檢測圖片如圖3所示，“半連續鑄造+熱軋復合”包覆率檢測圖片如圖4所示。

通過“連續鑄軋+冷軋復合”包覆率檢測與“半連續鑄造+熱軋復合”包覆率檢測結果，綜合數據如下表1所示。

圖3 連續鑄軋+冷軋復合翅片包覆率檢測金相圖

圖4 半連續鑄造+熱軋復合翅片包覆率檢測金相圖

表1 “連續鑄軋+冷軋復合”與“半連續鑄造+熱軋復合”工藝包覆率檢測結果

通過表1數據可以看出，“連續鑄軋+冷軋復合”較“半連續鑄造+熱軋復合”工藝實測包覆率較平均值最大偏差、實際最大偏差小，包覆率均勻。

1.2 力學性能檢測

取“連續鑄軋+冷軋復合”工藝復合翅片成品樣片，在樣片軋制方向（RD）和橫向方向（TD）的平面內，沿軋制方向取長度為180mm，沿橫向方向取長度為25mm，按照拉伸試樣標準，加工成拉伸式樣。客戶要求抗拉強度為180MPa～220MPa，延伸率大于0.5，檢測結果數據如下表2所示。

表2 “連續鑄軋+冷軋復合”工藝復合翅片成品力學性能檢測結果

1.3 抗下垂值檢測

取“連續鑄軋+冷軋復合”工藝復合翅片成品樣片，在樣片軋制方向（RD）和橫向方向（TD）的平面內，沿軋制方向取長度為100mm，沿橫向方向取長度為22mm，即實驗樣片規格為100mmx22mmx0.08mm，實驗裝置為圖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 抗下垂試驗裝置圖

將該裝置放置在馬弗爐中，根據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，采用數顯游標卡尺測量下垂數據，檢測結果數據匯總如下表3所示。

表3 “連續鑄軋+冷軋復合”工藝復合翅片成品抗下垂值檢測結果

“連續鑄軋+冷軋復合”翅片生產過程中，關鍵點在于原材料制備、復合前表面處理、復合過程、成品前退火及道次加工率。在原材料制備方面，我司具有國內外領先的連續鑄軋生產技術，可根據客戶要求定制開發新合金。目前，行業內金屬表面處理技術已非常成熟，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低于鋼鐵、銅表面硬度。在冷軋復合方面[2]，經過大量試驗研究，我司完全掌握了不同材料的冷軋復合參數，如：軋輥磨削工藝、在線加熱技術、冷軋復合工藝參數、復合效果檢驗辦法、軋輥表面潤滑技術等。在成品前退火工藝及道次加工率方面，利用先進的檢測設備如：蔡司金相顯微鏡、掃描電鏡（SEM）等，結合釬焊原理及熱軋復合翅片工藝，對大小角度晶界、晶粒尺寸、釬焊后翅片熔蝕點及熔蝕深度、擴散層深度及擴散量等指標進行了大量研究，得到了最佳的復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、過程控制及行業經驗借鑒，得到了與熱軋復合翅片性能指標相當的“連續鑄軋+冷軋復合”翅片材料，保證了“連續鑄軋+冷軋復合”技術的先進性和可靠性。

中國鋁加工產業發展經歷了60多年的發展歷史，特別是近20年在國家制造業大發展的背景下，鋁加工產業快速發展，但同時環保問題也異常突出。采用“連續鑄軋+冷軋復合”短流程技術生產釬焊用復合翅片材料不會出現環境污染問題。首先連續鑄軋過程中，配備了先進的煙氣回收系統、鋁灰二次利用系統、廢水回收循環利用系統等，確保連續鑄軋過程中對環境無污染。冷軋復合過程中，配備了砂帶、鋼絲刷、尼龍刷三級表面系統，并配備了在線負壓抽吸裝置，確保打磨過程中產生的鋁粉100%回收，并送熔煉回爐重新利用，確保對環境無污染。同時由于“鑄軋+冷軋復合”短流程技術流程短、能耗低，順應國家節能降耗政策，確保企業可持續發展。

不斷收緊的汽車油耗及排放法規，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]，“連續鑄軋+冷軋復合”短流程技術順應了汽車行業的發展，拓展了鋁合金材料在汽車輕量化中的應用。

2 結論

采用“鑄軋+冷軋復合”短流程技術生產的熱傳輸領域用復合翅片材料極大地促進了熱傳輸領域發展，尤其是促進了汽車輕量化的進程，尤其其流程短、能耗低等優點完全順應汽車工業降本增效需求，必將對新世紀熱傳輸領域發展做出重要貢獻。