一種稀土鋁合金冷媒型材及其制備方法與流程

本發明涉及一種冷媒型材，特別涉及一種稀土鋁合金冷媒型材及其制備方法。

背景技術：

長期以來冷媒型材是制冷設備制造、安裝、維護中的主要部件，在冰箱、空調、冷凍庫、工業制冷、制熱，汽車制冷等制冷領域是必需的部件。特別是近幾年國民經濟實現了持續快速增長，基礎工程建設及科研工程項目的增長及家用電器的迅速發展，對制冷設備帶來更多的需求，隨之而來的是對冷媒型材需求量增大并提出了更高的要求。

目前制冷領域使用的冷媒型材大多數都是用銅材質制成，少數有使用普通鋁合金或純鋁材質制成的。為此生產冷媒型材需要大量的銅原料，而我國是一貧銅的國家，每年工業所需銅原料大量由進口而來，對國家這一戰略物資的儲備是當務之急。而我國的鋁資源儲備量豐富，以鋁代銅為思路研發一種稀土鋁合金冷媒型材，在制冷領域使用稀土鋁合金冷媒型材將為國家節約大量的銅材，降低產品生產成本。但是，目前尚無稀土鋁合金冷媒型材的報道。

技術實現要素：

本發明的發明目的在于：針對現有技術存在的問題，提供一種稀土鋁合金冷媒型材及其制備方法，該稀土鋁合金冷媒型材比銅材質冷媒型材成本低，但有與銅材質冷媒型材相近的導熱系數及比銅材質冷媒型材更優良的機械物理性能，比普通鋁合金或純鋁材質冷媒型材更高的導熱系數及更好的機械物理性能。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種稀土鋁合金冷媒型材，所述稀土鋁合金冷媒型材的材質為Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其配方組成及重量配比為：Fe＝0.02wt％～0.4wt％，Si＝0.05wt％～0.15wt％，Mg＝0.05wt％～0.12wt％，S＝0.02wt％～0.25wt％，R＝0.005wt％～0.25wt％，余量為Al；所述S為V、Ti、Cr、Mn和Ni中的一種或多種元素組合，所述R為稀土元素中的一種或多種元素組合。

所述Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金的抗拉強度大于等于200Mpa，斷裂伸長率大于等于20％，導熱系數大于等于260W/m.K，平均蠕變速度小于等于6×10^-2％/h，疲勞彎折次數大于等于30。

上述稀土鋁合金冷媒型材的制備方法，包括以下步驟：

(1)按所述Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金的配方將各元素配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，得到熔體稀土鋁合金，再將熔體稀土鋁合金進行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠；

(2)將步驟(1)得到的稀土鋁合金鑄錠依次進行固溶處理、時效處理和軟化處理；

(3)將步驟(2)處理后的稀土鋁合金鑄錠進行軋制，得到制備稀土鋁合金冷媒型材的胚料；

(4)將步驟(3)得到的稀土鋁合金冷媒型材的胚料制成所需的型材，然后將稀土鋁合金冷媒型材退火處理，需精加工的進行精加工，得到稀土鋁合金冷媒型材成品。

作為優選的技術方案，所述步驟(1)中，采用純度為99.5％～99.9％的純鋁作為基體鋁，以添加鋁鐵合金、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁S合金和鋁R合金的方式分別配置Fe、Si、Mg、S和R元素。

作為優選的技術方案，所述步驟(1)中，熔煉溫度為760℃以下，鑄造溫度為680℃以下。

作為優選的技術方案，所述步驟(2)中，固溶處理的溫度為450℃～650℃，時間為45～60min；時效處理的溫度為300℃～480℃，時間為1h～4h；軟化處理的溫度為145℃～160℃，時間為3h～6h。

作為優選的技術方案，所述步驟(4)中，退火處理的溫度為400℃～420℃，時間為18～28h。

本發明的有益效果在于：

本發明采用鋁為基體，添加了微量的鐵，鐵可以改善鋁合金的機械強度和拉伸性能，提高鋁基的抗張強度、屈服極限以及耐熱性能，提高合金的塑性，合金中鋁與鐵析出部分有Al₃Fe，Al₂Fe₃、Al₄Fe₅化合物，經過高溫退火處理使Fe固溶體在鋁基中更小更有序以提高導熱系數，彌散析出相能增強合金的抗疲勞性能和高溫運行的耐熱性能。

本發明還添加了微量的Mg，能很好的改善導熱性能，使得原鋁基材質導熱系數得以顯著提高，同時減少對因加鐵后對導熱系數影響并比原鋁基提高5％～15％導熱系數，又不失去因加鐵對機械物理性能的提高，經過高溫退火處理使Mg固溶體在鋁基中更小更有序以提高導電率。

本發明還添加了微量的S成份，S為V、Ti、Cr、Mn和Ni中的一種或多種元素組合，S成份的加入可以提高合金的強度以及高溫蠕變性能，并能改善抗疲勞性能，有助提高Fe、Mg固溶體在鋁基中有序排列；Ti、Ni還可以改善合金的加工特性，V、Mn可以提高機械強度，提高耐腐蝕性。

本發明還添加了微量的R成份的稀土元素，所述稀土元素R為鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鈧(Sc)和釔(Y)中的一種或多種元素組合；所述R不僅可以提高合金的導熱性能，還能提高合金的抗疲勞性能，延長冷媒型材的使用壽命，提高合金的超塑性及熱學性能，改善合金的焊接性能，顯著提高Fe、Mg固溶體在鋁基中有序排列以增加導熱系數。

本發明通過上述元素成分的良好匹配使其具有較好的導熱與機械物理性能，而制備過程中的固溶處理、時效處理和軟化處理則進一步優化了機械性能與導熱性能；本發明的稀土鋁合金冷媒型材比銅材質冷媒型材成本低，但有與銅材質冷媒型材相近的導熱系數及比銅材質冷媒型材更優良的機械物理性能，比普通鋁合金或純鋁材質冷媒型材更高的導熱系數及更好的機械物理性能，可以在制冷領域使用本發明的稀土鋁合金冷媒型材廣泛替代銅材質冷媒型材。

附圖說明

圖1為制造稀土鋁合金冷媒型材的工藝流程圖；

圖2為稀土鋁合金冷媒管材示意圖；

圖3為稀土鋁合金冷媒板材示意圖；

圖4為稀土鋁合金冷媒閥門示意圖；

圖5為稀土鋁合金對比金相圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，以下所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護的范圍。

實施例1

本實施例制做一種稀土鋁合金冷媒管材，適用于制冷機的室內外機體的冷凝器及散熱器所需的管材，見圖2。

參考圖1所示，稀土鋁合金冷媒管材的制備方法包括以下步驟：

(1)Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其配方組成及重量配比為：Fe＝0.39wt％，Si＝0.05wt％，Mg＝0.05wt％，S＝0.2wt％，R＝0.24wt％，余量為Al；所述S為V，所述R為稀土元素0.12wt％La和0.12wt％Ce的組合；

采用純度為99.8％的純鋁作為基體鋁，以添加鋁鐵合金、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁S合金和鋁R合金的方式分別配置Fe、Si、Mg、S和R元素，按所述Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金的配方將各元素配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為760℃，得到熔體稀土鋁合金，在熔體稀土鋁合金中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min，再將熔體稀土鋁合金進行鑄造，鑄造溫度為650℃，得到稀土鋁合金鑄錠；

(2)首先將步驟(1)得到的稀土鋁合金鑄錠進行固溶處理，固溶處理的溫度為650℃，時間為60min，固溶處理能夠提高鋁合金的機械強度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性；然后對固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠進行時效處理，時效處理的溫度為480℃，時間為4h，通過時效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能；再對時效處理后的稀土鋁合金進行軟化處理，軟化處理的溫度為160℃，時間為6h，在惰性氣體下進行降溫-保溫-降溫過程，軟化處理能夠消除加工過程中的殘余應力；通過上述熱處理優化了稀土鋁合金的機械性能與導熱性能，提高了稀土鋁合金的延展性能與抗疲勞性能，見圖5的金相圖對比；

(3)將步驟(2)處理后的稀土鋁合金鑄錠進行軋制，得到制備稀土鋁合金冷媒管材的胚料；其抗拉強度為210Mpa，斷裂伸長率為25％，導熱系數為270W/m.K，平均蠕變速度為6×10^-2％/h，疲勞彎折次數為36；

(4)將步驟(3)得到的稀土鋁合金冷媒管材的胚料制成所需型號的管材，然后將稀土鋁合金冷媒管材退火處理，退火處理的溫度為420℃，時間為24h，再經過化學、機械、物理等性能的檢驗合格后為稀土鋁合金冷媒管材成品。

實施例2

本實施例制做一種稀土鋁合金冷媒管材，適用于制冷機的室內外機體的冷凝器及散熱器所需的管材，見圖2。

參考圖1所示，稀土鋁合金冷媒管材的制備方法包括以下步驟：

(1)Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其配方組成及重量配比為：Fe＝0.31wt％，Si＝0.07wt％，Mg＝0.055wt％，S＝0.21wt％，R＝0.005wt％，余量為Al；所述S為V，所述R為稀土元素Ce；

采用純度為99.8％的純鋁作為基體鋁，以添加鋁鐵合金、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁S合金和鋁R合金的方式分別配置Fe、Si、Mg、S和R元素，按所述Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金的配方將各元素配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為740℃，得到熔體稀土鋁合金，在熔體稀土鋁合金中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min，再將熔體稀土鋁合金進行鑄造，鑄造溫度為650℃，得到稀土鋁合金鑄錠；

(2)首先將步驟(1)得到的稀土鋁合金鑄錠進行固溶處理，固溶處理的溫度為620℃，時間為60min，固溶處理能夠提高鋁合金的機械強度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性；然后對固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠進行時效處理，時效處理的溫度為470℃，時間為3.6h，通過時效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能；再對時效處理后的稀土鋁合金進行軟化處理，軟化處理的溫度為160℃，時間為6h，在惰性氣體下進行降溫-保溫-降溫過程，軟化處理能夠消除加工過程中的殘余應力；

(3)將步驟(2)處理后的稀土鋁合金鑄錠進行軋制，得到制備稀土鋁合金冷媒管材的胚料；其抗拉強度為225Mpa，斷裂伸長率為24％，導熱系數為266W/m.K，平均蠕變速度為5.8×10^-2％/h，疲勞彎折次數為35；

(4)將步驟(3)得到的稀土鋁合金冷媒管材的胚料制成所需型號的管材，然后將稀土鋁合金冷媒管材退火處理，退火處理的溫度為420℃，時間為23.5h，再經過化學、機械、物理等性能的檢驗合格后為稀土鋁合金冷媒管材成品。

實施例3

本實施例制做一種稀土鋁合金冷媒板材，適用于制冷機的室內外機體的冷凝器及散熱器所需焊接的板材，見圖3。

參考圖1所示，稀土鋁合金冷媒板材的制備方法包括以下步驟：

(1)Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其配方組成及重量配比為：Fe＝0.22wt％，Si＝0.09wt％，Mg＝0.065wt％，S＝0.18wt％，R＝0.11wt％，余量為Al；所述S為0.13wt％Ti和0.05wt％Ni的組合，所述R為稀土元素Y；

采用純度為99.8％的純鋁作為基體鋁，以添加鋁鐵合金、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁S合金和鋁R合金的方式分別配置Fe、Si、Mg、S和R元素，按所述Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金的配方將各元素配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為720℃，得到熔體稀土鋁合金，在熔體稀土鋁合金中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min，再將熔體稀土鋁合金進行鑄造，鑄造溫度為650℃，得到稀土鋁合金鑄錠；

(2)首先將步驟(1)得到的稀土鋁合金鑄錠進行固溶處理，固溶處理的溫度為590℃，時間為55min，固溶處理能夠提高鋁合金的機械強度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性；然后對固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠進行時效處理，時效處理的溫度為450℃，時間為3.3h，通過時效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能；再對時效處理后的稀土鋁合金進行軟化處理，軟化處理的溫度為155℃，時間為5.5h，在惰性氣體下進行降溫-保溫-降溫過程，軟化處理能夠消除加工過程中的殘余應力；

(3)將步驟(2)處理后的稀土鋁合金鑄錠進行軋制，得到制備稀土鋁合金冷媒板材的胚料；其抗拉強度為236Mpa，斷裂伸長率為23％，導熱系數為265W/m.K，平均蠕變速度為5.3×10^-2％/h，疲勞彎折次數為34；

(4)將步驟(3)得到的稀土鋁合金冷媒板材的胚料制成所需型號的板材，然后將稀土鋁合金冷媒板材退火處理，退火處理的溫度為410℃，時間為23h，再經過化學、機械、物理等性能的檢驗合格后為稀土鋁合金冷媒板材成品。

實施例4

本實施例制做一種稀土鋁合金冷媒閥門，適用于制冷機的室內外機體的冷凝器及散熱器所需焊接的閥門，見圖4。

參考圖1所示，稀土鋁合金冷媒閥門的制備方法包括以下步驟：

(1)Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其配方組成及重量配比為：Fe＝0.12wt％，Si＝0.12wt％，Mg＝0.081wt％，S＝0.12wt％，R＝0.02wt％，余量為Al；所述S為V，所述R為稀土元素La；

采用純度為99.8％的純鋁作為基體鋁，以添加鋁鐵合金、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁S合金和鋁R合金的方式分別配置Fe、Si、Mg、S和R元素，按所述Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金的配方將各元素配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為730℃，得到熔體稀土鋁合金，在熔體稀土鋁合金中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min，再將熔體稀土鋁合金進行鑄造，鑄造溫度為650℃，得到稀土鋁合金鑄錠；

(2)首先將步驟(1)得到的稀土鋁合金鑄錠進行固溶處理，固溶處理的溫度為560℃，時間為55min，固溶處理能夠提高鋁合金的機械強度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性；然后對固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠進行時效處理，時效處理的溫度為430℃，時間為3h，通過時效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能；再對時效處理后的稀土鋁合金進行軟化處理，軟化處理的溫度為155℃，時間為5.5h，在惰性氣體下進行降溫-保溫-降溫過程，軟化處理能夠消除加工過程中的殘余應力；

(3)將步驟(2)處理后的稀土鋁合金鑄錠進行軋制，得到制備稀土鋁合金冷媒閥門的胚料；其抗拉強度為201Mpa，斷裂伸長率為22％，導熱系數為262W/m.K，平均蠕變速度為5.1×10^-2％/h，疲勞彎折次數為33；

(4)將步驟(3)得到的稀土鋁合金冷媒閥門的胚料制成所需型號的閥門，然后將稀土鋁合金冷媒閥門退火處理，退火處理的溫度為415℃，時間為22h，為保證所需型號的物理尺寸再經過精加工工藝，再經過化學、機械、物理等性能的檢驗合格后為稀土鋁合金冷媒閥門成品。

本發明的稀土鋁合金冷媒型材，可以是管材、板材、管通、閥門、連接器及其它異型型體的冷媒型材，對于制備不同的冷媒型材，在配方范圍內選擇元素組成及配比。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過參照本發明的優選實施例已經對本發明進行了描述，但本領域的普通技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權利要求書所限定的本發明的精神和范圍。