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一種具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材及其制備方法與應(yīng)用與流程

文檔序號:42132272發(fā)布日期:2025-06-10 17:27閱讀:27來源:國知局

本發(fā)明涉及一種多層鋁合金板材及其制備方法與應(yīng)用,屬于層狀合金制備。


背景技術(shù):

1、復(fù)合鋁板是生產(chǎn)熱交換器的主要材料,通常由三層鋁合金材料復(fù)合而成,由芯層和兩邊皮層組成。芯層通常是aa3xxx合金(al-mn系變形鋁合金),而皮層是aa4xxx合金(近共晶al-si合金)。釬焊過程中,低熔點皮層熔化并潤濕相鄰芯層的表面,冷卻后,熔融皮層再凝固,形成接頭。然而,傳統(tǒng)三層復(fù)合鋁板釬焊過程中由于存在強烈的液固交互作用,難以實現(xiàn)高質(zhì)量接頭。尤其是無法滿足當下大型工程機械發(fā)動機板翅式散熱器所要求的強度、耐蝕性兼顧要求。其主要問題有:一、釬焊過程中,皮層中的si擴散到芯層金屬中,芯層過度溶解,使鋁熱交換器的強度和熱交換性能降低,對其耐腐蝕性能和抗疲勞性能帶來極為不利影響。二、皮層不能為芯層提供有效的保護,腐蝕沿著晶界快速滲透到芯層,最終導致管材穿孔失效。三、由釬焊過程中的固液交互作用引起溶解、熔蝕、等溫凝固以及液膜遷移等現(xiàn)象,降低復(fù)合鋁板的高溫承載能力,導致整體塌陷。四、釬焊過程的液固交互作用會導致焊后組織分布均勻性降低,破壞復(fù)合板材的電位梯度設(shè)計,嚴重損害復(fù)合板材的腐蝕性能。

2、使用防腐層在一定程度上可提高復(fù)合材料的焊后耐蝕性,例如現(xiàn)有技術(shù)有提出使用腐蝕電位更低的aa7072鋁合金充當防腐層皮層,以犧牲陽極的方法保護aa3003mod作為陰極的芯層合金,進而改善耐蝕性。但該方法使用七系鋁合金對加工要求高,并且成本也高。還有現(xiàn)有技術(shù)提出調(diào)整皮層芯層的配比,以減小復(fù)合釬焊鋁材在高溫釬焊時由于al-si合金和al-mn合金相互作用導致的熔蝕和抗腐蝕性變差的問題。然而該種方法僅能提高耐蝕性,無法同時兼顧提升焊后力學性能。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷,本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材,目的是避免液膜遷移等液固交互作用造成的有害影響,獲得力學性能與耐蝕性俱佳的多層復(fù)合鋁板。本發(fā)明的另一任務(wù)在于提供一種具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材的制備方法與應(yīng)用。

2、本發(fā)明技術(shù)方案為:一種具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材,包括依次疊置的第一皮層、中間層、芯層和第二皮層,所述第一皮層和第二皮層為4系鋁合金;

3、所述中間層的合金組成包括重量百分比組分:si:0.5~1,fe:0.2~0.5,cu:0.05~0.1,mn:1.2~2,zn:2~3,ti:≤0.5,余量為鋁;

4、所述芯層的合金組成包括重量百分比組分:si:0.5~1,fe:0.2~0.5,cu:0.2~0.5,mn:0.2~1,mg:0.1~0.3,zn:≤0.05,ti:≤0.5,余量為鋁。

5、進一步地,所述中間層的合金組成包括重量百分比組分:si:0.8~0.9,fe:0.2~0.5,cu:0.05~0.1,mn:1.2~2,zn:2~3,ti:≤0.5,余量為鋁;

6、所述芯層的合金組成包括重量百分比組分:si:0.7~0.8,fe:0.2~0.5,cu:0.2~0.5,mn:0.2~1,mg:0.1~0.3,zn:≤0.05,ti:≤0.5,余量為鋁。

7、進一步地,所述中間層的合金組成包括重量百分比組分:si:0.8~0.9,fe:0.2~0.5,cu:0.05~0.1,mn:1.2~2,zn:2.5~2.6,ti:≤0.5,余量為鋁。

8、進一步地,所述芯層的合金組成包括重量百分比組分:si:0.7~0.8,fe:0.2~0.5,cu:0.2~0.5,mn:0.2~1,mg:0.18~0.25,zn:≤0.05,ti:≤0.5,余量為鋁。

9、進一步地,所述四層鋁合金板材在釬焊后21天的自然時效后屈服強度為80~91mpa,抗拉強度為200~218mpa。

10、本發(fā)明的另一技術(shù)方案為:一種具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材的制備方法,包括以下步驟:

11、按中間層的合金組成以及芯層的合金組成分別熔鑄中間層合金塊和芯層合金塊;

12、從上到下依次按照4系鋁合金塊、中間層合金塊、芯層合金塊、4系鋁合金塊堆疊裝配得到裝配件;

13、將裝配件進行熱軋,然后進行中間退火,再進行冷軋至成品厚度,再進行成品退火。

14、進一步地,所述熱軋后的板坯厚度為2.0~3mm,所述成品厚度為0.20~0.25mm。

15、進一步地,所述熱軋的復(fù)合壓下率為90%~95%。

16、進一步地,所述中間退火是熱軋后的板坯以30~40℃的升溫速率加熱至450~480℃,保溫10~15h后空冷。

17、進一步地,所述成品退火是將成品以30~40℃的升溫速率加熱至420~450℃,保溫12~17h后空冷。

18、進一步地,所述熔鑄中間層合金塊和芯層合金塊后對中間層合金塊和芯層合金塊以升溫速率為30~50℃/h加熱至280~500℃進行均質(zhì)化處理。

19、本發(fā)明的又一技術(shù)方案為:一種具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材的應(yīng)用,將具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材以釬焊溫度為580~620℃進行真空釬焊。

20、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:

21、本發(fā)明的四層鋁合金板材增加了含鋅的中間層,一方面,可阻擋si從皮層向芯層合金滲透,避免了al基體與si顆粒在晶界處的微電偶對導致的al基體在si顆粒周圍優(yōu)先溶解,從而避免產(chǎn)生晶間腐蝕(igc);另一方面,阻止芯層cu向皮層擴散,克服了由于cu向皮層中擴散生成al2cu而加速al基體腐蝕的現(xiàn)象。

22、本發(fā)明的四層鋁合金板材釬焊過程中,含zn的al-mn合金中間層中zn向芯層發(fā)生擴散,優(yōu)化了從含鋅中間層到芯層的電位梯度,使腐蝕模式由點蝕和晶間腐蝕(igc)轉(zhuǎn)變?yōu)閯兟涓g。

23、本發(fā)明的四層鋁合金板材的芯層al-mn合金添加了mg和si,并將mg與si的重量比控制在0.1~0.6的范圍內(nèi),若重量比低于0.1,合金中的gp區(qū)物相的形成會受到限制,從而導致gp區(qū)析出不足,強化效果不明顯。尤其是在低si含量時,mg雖然能形成固溶體,但其析出相的粒度可能較大,導致強化效果不如預(yù)期。若重量比高于0.6,將導致過多的mg沉淀析出,而未能充分與si形成復(fù)合化合物(如mgsi、al2mgsi、al6mgsi)。且過多的mg元素可能導致合金的塑性和韌性降低,影響合金的綜合性能。因此mg與si的重量比0.1~0.6,有助于釬焊后mg和si在自然時效過程中沉淀析出,形成gp區(qū),產(chǎn)生顯著的時效強化效果。經(jīng)過自然時效21天,時效強化效果基本達到峰值,釬焊后四層復(fù)合鋁板的屈服強度提高約50%,抗拉強度提高約25%。此外,第一性原理計算表明,gp區(qū)與al基體之間的腐蝕最小,從而提升力學性能同時兼顧鋁板的耐腐蝕性能。



技術(shù)特征:

1.一種具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材,包括依次疊置的第一皮層、中間層、芯層和第二皮層,其特征在于,所述第一皮層和第二皮層為4系鋁合金;

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材,其特征在于,所述中間層的合金組成包括重量百分比組分:si:0.8~0.9,fe:0.2~0.5,cu:0.05~0.1,mn:1.2~2,zn:2~3,ti:≤0.5,余量為鋁;

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材,其特征在于,所述中間層的合金組成包括重量百分比組分:si:0.8~0.9,fe:0.2~0.5,cu:0.05~0.1,mn:1.2~2,zn:2.5~2.6,ti:≤0.5,余量為鋁。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材,其特征在于,所述芯層的合金組成包括重量百分比組分:si:0.7~0.8,fe:0.2~0.5,cu:0.2~0.5,mn:0.2~1,mg:0.18~0.25,zn:≤0.05,ti:≤0.5,余量為鋁。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材,其特征在于,所述四層鋁合金板材在釬焊后21天的自然時效后屈服強度為80~91mpa,抗拉強度為200~218mpa。

6.一種如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材的制備方法,其特征在于,所述熱軋后的板坯厚度為2.0~3mm,所述成品厚度為0.20~0.25mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材的制備方法,其特征在于,所述熱軋的復(fù)合壓下率為90%~95%。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材的制備方法,其特征在于,所述中間退火是熱軋后的板坯以30~40℃的升溫速率加熱至450~480℃,保溫10~15h后空冷。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材的制備方法,其特征在于,所述成品退火是將成品以30~40℃的升溫速率加熱至420~450℃,保溫12~17h后空冷。

11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任意一項所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材的制備方法,其特征在于,所述熔鑄中間層合金塊和芯層合金塊后對中間層合金塊和芯層合金塊以升溫速率為30~50℃/h加熱至280~500℃進行均質(zhì)化處理。

12.一種如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材的應(yīng)用,其特征在于,將具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材以釬焊溫度為580~620℃進行真空釬焊。


技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有腐蝕電位梯度層狀分布的四層鋁合金板材,包括依次疊置的第一皮層、中間層、芯層和第二皮層,所述第一皮層和第二皮層為4系鋁合金;所述中間層的合金組成包括重量百分比組分:Si:0.5~1,F(xiàn)e:0.2~0.5,Cu:0.05~0.1,Mn:1.2~2,Zn:2~3,Ti:≤0.5,余量為鋁;所述芯層的合金組成包括重量百分比組分:Si:0.5~1,F(xiàn)e:0.2~0.5,Cu:0.2~0.5,Mn:0.2~1,Mg:0.1~0.3,Zn:≤0.05,Ti:≤0.5,余量為鋁。本發(fā)明還公開了其制備方法,包括將合金塊堆疊后進行熱軋、中間退火、冷軋及成品退火,以及公開了其應(yīng)用是在580~620℃進行真空釬焊。本發(fā)明的四層鋁合金板材提升力學性能同時兼顧耐腐蝕性能。

技術(shù)研發(fā)人員:原志鵬,張全成,潘夢潔,王晶振,章建華
受保護的技術(shù)使用者:江蘇常鋁鋁業(yè)集團股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2025/6/9
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