散热软铝管用铝锰合金.pdf

摘要
申请专利号：	CN201110355695.1	申请日：	2011.11.11
公开号：	CN102358927A	公开日：	2012.02.22
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C22C 21/00申请日:20111111\|\|\|公开
IPC分类号：	C22C21/00; F28F21/08	主分类号：	C22C21/00
申请人：	郴州市强旺新金属材料有限公司
发明人：	郭道强; 滕世政; 何柳; 郭道宏; 李建国
地址：	423000 湖南省郴州市有色金属产业园
优先权：
专利代理机构：	长沙永星专利商标事务所 43001	代理人：	周咏;林毓俊
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内容摘要

本发明公开了一种散热软铝管用铝锰合金，所述散热软铝管用铝锰合金由以下成份组成：锰0.8~1.5%；铁0.08~0.2%；硅0.04~0.1%；铜0.01~0.1%；钛0.01~0.05%；铈0.05~0.1%；其余为铝。结合实际生产试验与显微组织分析和力学性能测试，通过控制合金元素的含量，提高了铝锰合金的综合性能，使合金在室温下的伸长率和抗拉强度指标分别达到35%~45%和110~120MPa。

权利要求书

1：一种散热软铝管用铝锰合金，其特征在于由下述组分按重量百分比组成：锰 0.8~1.5% ；铁 0.08~0.2% ；硅 0.04~0.1% ；铜 0.01~0.1% ；钛 0.01~0.05% ；铈 0.05~0.1% ；其余为铝。
2：根据权利要求 1 所述的散热软铝管用铝锰合金，其特征在于由下述组分按重量百分比组成：锰 1.0~1.3% ；铁 0.1~0.15% ；硅 0.05~0.08% ；铜 0.01~0.05% ；钛 0.01~0.03% ；铈 0.05~0.1% ；其余为铝。

说明书

散热软铝管用铝锰合金
    【技术领域】
     本发明涉及一种散热软铝管用铝锰合金，具体涉及一种质轻、价廉，散热性能、耐蚀性能和焊接性能优异的铝锰合金，属于金属材料制造技术领域。背景技术
     从 1900 年出现散热管到现在，无论是在材料或是在结构上，散热设备都取得了巨大的进步。目前，市场上常用的散热管材料一般为铜合金和铝合金，但由于铜合金价格较贵，资源日渐匮乏，且密度大，质量重，在某些应用方面暴露出很多不足，因此，用铝合金制散热管逐渐成为市场的主导。
     目前该领域的研究主要是从散热器的轻量化、小型化、高散热性及防腐蚀等方面出发，对铝质散热器进行结构和材料上的改进。由于铝锰合金具有优良的焊接性能，而强度比工业纯铝约高 30%，且具有与纯铝相近的导热性能和耐蚀性，使其广泛应用于热交换器、空调连接管等结构。传统的热交换器和散热片用铝合金是 3003 等铝锰系防锈铝合金，它们的缺点是在真空钎焊时的加热过程中会产生变形，挠度大，对管体的牺牲阳极效果不佳，通水管体易发生穿孔腐蚀，且强度与塑性指标难以精确控制。发明内容
     本发明的目的是提供一种散热性能优异且具有优良的耐腐蚀性能、焊接性能和成形性能的散热软管用铝锰合金，用于解决现有铝锰合金在真空钎焊时的加热过程中会产生变形，挠度大；对管体的牺牲阳极效果不佳；通水管体易发生穿孔腐蚀；强度与塑性指标难以精确控制等问题。
     本发明的提供的散热软铝管用铝锰合金，由下述组分按重量百分比组成：锰 0.8~1.5% ；铁 0.08~0.2% ；硅 0.04~0.1% ；铜 0.01~0.1% ；钛 0.01~0.05% ；铈 0.05~0.1% ；其余为铝。
     作为本发明的进一步优选，由下述组分按重量百分比组成：锰 1.0~1.3% ；铁 0.1~0.15% ；硅（Si） 0.05~0.08% ；铜 0.01~0.05% ；钛 0.01~0.03% ；铈 0.05~0.1% ；其余为铝。
     本发明的一种散热软铝管用铝锰合金是结合实际生产试验与显微组织分析和力学性能测试，从合金成分出发，在 3003 和 3103 合金的基础上，适当调整合金中锰的含量；在一定范围内降低铜、硅和铁的含量，调整铁、硅比例；并添加少量稀土元素铈，以细化晶粒，减少合金中的脆性相，在提高耐腐蚀性能和导热性能的同时，强度和硬度适当降低，塑性得到提高，提高合金挤压成形性能，减少合金挤压过程中的开裂现象，使合金在室温下的伸长率和抗拉强度指标分别达到 35%~45% 和 110~120MPa。
     锰是本发明合金的主要控制成分。随着 Mn 含量的增加，合金的强度随之提高； Mn 含量过高会影响到合金的铸造性能，过低则会明显降低制品的力学性能。Mn 含量在 1.0~1.3% 范围内时，合金具有较高的强度和良好的塑性及工艺性能。当含量高于 1.3% 时，合金的强度虽有增加，但由于形成大量脆性化合物 MnAl6，合金在变形时容易开裂，塑性降低，从而失去实用价值。
     铁能降低锰在铝中的溶解度，且可溶于 MnAl6 中形成（FeMn） Al6 化合物。（FeMn） Al6 是难溶相，质硬而脆，是铝锰合金中的杂质相。Fe 与 Al 也可生成 FeA13 针状金属间化合物。生产实践证明，合金中加入一定含量的铁能使合金在退火时得到较细的晶粒。铁的最优含量一般控制在 0.01%~0.015% 范围内，否则，形成大量 (FeMn)Al6 相，将导致枝晶偏析和变形不均匀，显著地降低合金的塑性、韧性和工艺性能。硅是有害杂质，硅与锰易形成杂质三元相 Ti(Al12Mn3Si2)，该相也能溶解铁，形成四元相。若合金中铁和硅同时存在，则先形成骨骼状 α(Al12zFe3Si2) 相或针状 β(Al9Fe2Si2) 相，破坏了铁的有利影响。与 β(Al9Fe2Si2) 相相比， α(Al12zFe3Si2) 相硬度小，对基体的割裂轻，有利于压力加工，故希望硅以 α(Al12zFe3Si2) 相形态存在； Si 也能降低 Mn 在 Al 中的溶解度，而且比 Fe 影响大； Fe 和 Si 可以加速 Mn 在热变形时从过饱和固溶体的分解过程，也可以提高一些力学性能。本发明人的研究表明，铁、硅两者质量百分比为 2:1 时，该合金可获得较佳的综合性能。
     合金中含有少量的铜，可显著提高合金的抗拉强度，但是合金的耐蚀性降低，故合金中的铜应低于 0.2%。生产实践证明，铜含量在 0.01~0.05% 时，铝锰合金的力学性能已足够好，可满足散热软管的应用要求。
     为了改善铝锰合金的性能，可以合理加入其它变质元素，使形成的金属间化合物的分布与形态对合金的使用性能产生明显影响。比如，在铝锰合金中加入适量稀土元素 Ce，可以促使析出相呈细小点状均匀分布，提高合金的抗再结晶能力；为了改善合金的微观组织，细化晶粒，可加入适量 Ti 等。总之，合理地选取变质元素含量及搭配好它们之间的相互关系，是获得良好组织和性能的一种重要措施。
     与现有技术相比，本发明提供的散热软铝管用铝锰合金有如下优点： 1、由于适当调整了 Mn 元素的含量，减少了合金中脆性化合物 MnAl6 ；同时降低了 Cu、 Fe、 Si 的重量百分比，并按 2:1 的比例调控 Fe、 Si 重量百分比，有效降低合金中的杂质相，使铝锰合金成形性能更优异，获得较优的综合性能； 2、本发明为散热铝锰合金软管材料，要求具有良好的塑性和适当的抗拉强度，通过优化成分配方，使合金综合力学性能匹配良好，在室温下的伸长率和抗拉强度指标分别达到 35%~45% 和 110~120MPa，完全满足该合金材料的制造与使用要求；
     3、原材料价廉易得，质轻，耐蚀，可作为纯铜和纯铝散热管的理想替代材料，具有良好的应用前景。具体实施方式
     以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。
     实施例 1 以工业纯铝、工业纯锰、 Al-Cu 中间合金、 Al-Fe 中间合金、 Al-Si 中间合金、工业纯镁、 Al-Ti 中间合金、含 Ce45% 的混合稀土为原料，按 Mn 1.1% ； Fe 0.10% ； Si 0.05% ； Cu 0.02% ； Ti 0.015% ； Ce 0.05% ；其余为 Al 的配比配料，在采用电阻炉和粘土坩埚熔炼，经精炼后水平连铸成直径为 10mm 的杆料；杆坯经表面清洗干燥后，无需加热，直接送入国产 LJ300 型铝材连续挤压机内进行挤压成形，利用挤压轮面和轮槽封块之间的摩擦生热，使铝锰合金以连续大剪切变形方式直接通过分流挤压模具挤制出厚度为 2mm，宽度为 16mm，壁厚为 0.4mm 的六孔扁管。制品室温下的伸长率和抗拉强度分别为 44.2% 和 112.3MPa。
     实施例 2 以工业纯铝、工业纯锰、 Al-Cu 中间合金、 Al-Fe 中间合金、 Al-Si 中间合金、工业纯镁、 Al-Ti 中间合金、含 Ce45% 的混合稀土为原料，按 Mn 1.2% ； Fe 0.12% ； Si 0.06% ； Cu 0.03% ； Ti 0.02% ； Ce 0.06% ；其余为 Al 的配比配料，在采用电阻炉和粘土坩埚熔炼，经精炼后水平连铸成直径为 10mm 的杆料；杆坯经表面清洗干燥后，无需加热，直接送入国产 LJ300 型铝材连续挤压机内进行挤压成形，利用挤压轮面和轮槽封块之间的摩擦生热，使铝锰合金以连续大剪切变形方式直接通过分流挤压模具挤制出厚度为 2mm，宽度为 20mm，壁厚为 0.4mm 的九孔扁管。制品室温下的伸长率和抗拉强度分别为 41.8% 和 116.5MPa。
     实施例 3 以工业纯铝、工业纯锰、 Al-Cu 中间合金、 Al-Fe 中间合金、 Al-Si 中间合金、工业纯镁、 Al-Ti 中间合金、含 Ce45% 的混合稀土为原料，按 Mn 1.3% ； Fe 0.14% ； Si 0.07% ； Cu 0.05% ； Ti 0.025% ； Ce 0.07% ；其余为 Al 的配比配料，在采用电阻炉和粘土坩埚熔炼，经精炼后水平连铸成直径为 10mm 的杆料；杆坯经表面清洗干燥后，无需加热，直接送入国产 LJ300 型铝材连续挤压机内进行挤压成形，利用挤压轮面和轮槽封块之间的摩擦生热，使铝锰合金以连续大剪切变形方式直接通过分流挤压模具挤制出外径为 12.5mm，壁厚为 1mm 的圆管。制品室温下的伸长率和抗拉强度分别为 38.1% 和 118.9MPa。
     实施例 4 以工业纯铝、工业纯锰、 Al-Cu 中间合金、 Al-Fe 中间合金、 Al-Si 中间合金、工业纯镁、 Al-Ti 中间合金、含 Ce45% 的混合稀土为原料，按 Mn 0.8% ； Fe 0.08% ； Si 0.04% ； Cu 0.01% ； Ti 0.01% ； Ce 0.05% ；其余为 Al 的配比配料，在采用电阻炉和粘土坩埚熔炼，经精炼后水平连铸成直径为 10mm 的杆料；杆坯经表面清洗干燥后，无需加热，直接送入国产 LJ300 型铝材连续挤压机内进行挤压成形，利用挤压轮面和轮槽封块之间的摩擦生热，使铝锰合金以连续大剪切变形方式直接通过分流挤压模具挤制出外径为 8mm，壁厚为 0.75mm 的圆管。制品室温下的伸长率和抗拉强度分别为 51.6% 和 106.7MPa。
     实施例 5 以工业纯铝、工业纯锰、 Al-Cu 中间合金、 Al-Fe 中间合金、 Al-Si 中间合金、工业纯镁、Al-Ti 中间合金、含 Ce45% 的混合稀土为原料，按 Mn 1.5% ； Fe 0.2% ； Si 0.1% ； Cu 0.1% ； Ti 0.05% ； Ce 0.1% ；其余为 Al 的配比配料，在采用电阻炉和粘土坩埚熔炼，经精炼后水平连铸成直径为 10mm 的杆料；杆坯经表面清洗干燥后，无需加热，直接送入国产 LJ300 型铝材连续挤压机内进行挤压成形，利用挤压轮面和轮槽封块之间的摩擦生热，使铝锰合金以连续大剪切变形方式直接通过分流挤压模具挤制出厚度为 2mm，宽度为 16mm，壁厚为 0.4mm 的六孔扁管。制品室温下的伸长率和抗拉强度分别为 35.6% 和 124.5MPa。6

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1、10申请公布号CN102358927A43申请公布日20120222CN102358927ACN102358927A21申请号201110355695122申请日20111111C22C21/00200601F28F21/0820060171申请人郴州市强旺新金属材料有限公司地址423000湖南省郴州市有色金属产业园72发明人郭道强滕世政何柳郭道宏李建国74专利代理机构长沙永星专利商标事务所43001代理人周咏林毓俊54发明名称散热软铝管用铝锰合金57摘要本发明公开了一种散热软铝管用铝锰合金，所述散热软铝管用铝锰合金由以下成份组成锰0815；铁00802；硅00401；铜00101；钛0010。

2、05；铈00501；其余为铝。结合实际生产试验与显微组织分析和力学性能测试，通过控制合金元素的含量，提高了铝锰合金的综合性能，使合金在室温下的伸长率和抗拉强度指标分别达到3545和110120MPA。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页CN102358943A1/1页21一种散热软铝管用铝锰合金，其特征在于由下述组分按重量百分比组成锰0815；铁00802；硅00401；铜00101；钛001005；铈00501；其余为铝。2根据权利要求1所述的散热软铝管用铝锰合金，其特征在于由下述组分按重量百分比组成锰1013；铁01015；硅005008；。

3、铜001005；钛001003；铈00501；其余为铝。权利要求书CN102358927ACN102358943A1/4页3散热软铝管用铝锰合金技术领域0001本发明涉及一种散热软铝管用铝锰合金，具体涉及一种质轻、价廉，散热性能、耐蚀性能和焊接性能优异的铝锰合金，属于金属材料制造技术领域。背景技术0002从1900年出现散热管到现在，无论是在材料或是在结构上，散热设备都取得了巨大的进步。目前，市场上常用的散热管材料一般为铜合金和铝合金，但由于铜合金价格较贵，资源日渐匮乏，且密度大，质量重，在某些应用方面暴露出很多不足，因此，用铝合金制散热管逐渐成为市场的主导。0003目前该领域的研究主要是从散。

4、热器的轻量化、小型化、高散热性及防腐蚀等方面出发，对铝质散热器进行结构和材料上的改进。由于铝锰合金具有优良的焊接性能，而强度比工业纯铝约高30，且具有与纯铝相近的导热性能和耐蚀性，使其广泛应用于热交换器、空调连接管等结构。传统的热交换器和散热片用铝合金是3003等铝锰系防锈铝合金，它们的缺点是在真空钎焊时的加热过程中会产生变形，挠度大，对管体的牺牲阳极效果不佳，通水管体易发生穿孔腐蚀，且强度与塑性指标难以精确控制。发明内容0004本发明的目的是提供一种散热性能优异且具有优良的耐腐蚀性能、焊接性能和成形性能的散热软管用铝锰合金，用于解决现有铝锰合金在真空钎焊时的加热过程中会产生变形，挠度大；对管。

5、体的牺牲阳极效果不佳；通水管体易发生穿孔腐蚀；强度与塑性指标难以精确控制等问题。0005本发明的提供的散热软铝管用铝锰合金，由下述组分按重量百分比组成锰0815；铁00802；硅00401；铜00101；钛001005；铈00501；其余为铝。0006作为本发明的进一步优选，由下述组分按重量百分比组成锰1013；铁01015；硅（SI）005008；铜001005；钛001003；铈00501；说明书CN102358927ACN102358943A2/4页4其余为铝。0007本发明的一种散热软铝管用铝锰合金是结合实际生产试验与显微组织分析和力学性能测试，从合金成分出发，在3003和3103合金。

6、的基础上，适当调整合金中锰的含量；在一定范围内降低铜、硅和铁的含量，调整铁、硅比例；并添加少量稀土元素铈，以细化晶粒，减少合金中的脆性相，在提高耐腐蚀性能和导热性能的同时，强度和硬度适当降低，塑性得到提高，提高合金挤压成形性能，减少合金挤压过程中的开裂现象，使合金在室温下的伸长率和抗拉强度指标分别达到3545和110120MPA。0008锰是本发明合金的主要控制成分。随着MN含量的增加，合金的强度随之提高；MN含量过高会影响到合金的铸造性能，过低则会明显降低制品的力学性能。MN含量在1013范围内时，合金具有较高的强度和良好的塑性及工艺性能。当含量高于13时，合金的强度虽有增加，但由于形成大量。

7、脆性化合物MNAL6，合金在变形时容易开裂，塑性降低，从而失去实用价值。0009铁能降低锰在铝中的溶解度，且可溶于MNAL6中形成（FEMN）AL6化合物。（FEMN）AL6是难溶相，质硬而脆，是铝锰合金中的杂质相。FE与AL也可生成FEA13针状金属间化合物。生产实践证明，合金中加入一定含量的铁能使合金在退火时得到较细的晶粒。铁的最优含量一般控制在0010015范围内，否则，形成大量FEMNAL6相，将导致枝晶偏析和变形不均匀，显著地降低合金的塑性、韧性和工艺性能。0010硅是有害杂质，硅与锰易形成杂质三元相TIAL12MN3SI2，该相也能溶解铁，形成四元相。若合金中铁和硅同时存在，则先形。

8、成骨骼状AL12ZFE3SI2相或针状AL9FE2SI2相，破坏了铁的有利影响。与AL9FE2SI2相相比，AL12ZFE3SI2相硬度小，对基体的割裂轻，有利于压力加工，故希望硅以AL12ZFE3SI2相形态存在；SI也能降低MN在AL中的溶解度，而且比FE影响大；FE和SI可以加速MN在热变形时从过饱和固溶体的分解过程，也可以提高一些力学性能。本发明人的研究表明，铁、硅两者质量百分比为21时，该合金可获得较佳的综合性能。0011合金中含有少量的铜，可显著提高合金的抗拉强度，但是合金的耐蚀性降低，故合金中的铜应低于02。生产实践证明，铜含量在001005时，铝锰合金的力学性能已足够好，可满足。

9、散热软管的应用要求。0012为了改善铝锰合金的性能，可以合理加入其它变质元素，使形成的金属间化合物的分布与形态对合金的使用性能产生明显影响。比如，在铝锰合金中加入适量稀土元素CE，可以促使析出相呈细小点状均匀分布，提高合金的抗再结晶能力；为了改善合金的微观组织，细化晶粒，可加入适量TI等。总之，合理地选取变质元素含量及搭配好它们之间的相互关系，是获得良好组织和性能的一种重要措施。0013与现有技术相比，本发明提供的散热软铝管用铝锰合金有如下优点1、由于适当调整了MN元素的含量，减少了合金中脆性化合物MNAL6；同时降低了CU、FE、SI的重量百分比，并按21的比例调控FE、SI重量百分比，有效。

10、降低合金中的杂质相，使铝锰合金成形性能更优异，获得较优的综合性能；2、本发明为散热铝锰合金软管材料，要求具有良好的塑性和适当的抗拉强度，通过优化成分配方，使合金综合力学性能匹配良好，在室温下的伸长率和抗拉强度指标分别达到3545和110120MPA，完全满足该合金材料的制造与使用要求；说明书CN102358927ACN102358943A3/4页53、原材料价廉易得，质轻，耐蚀，可作为纯铜和纯铝散热管的理想替代材料，具有良好的应用前景。具体实施方式0014以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。0015实施例1以工业纯铝、工业纯锰、ALCU中间合金、ALFE中间合金、ALSI中间合。

11、金、工业纯镁、ALTI中间合金、含CE45的混合稀土为原料，按MN11；FE010；SI005；CU002；TI0015；CE005；其余为AL的配比配料，在采用电阻炉和粘土坩埚熔炼，经精炼后水平连铸成直径为10MM的杆料；杆坯经表面清洗干燥后，无需加热，直接送入国产LJ300型铝材连续挤压机内进行挤压成形，利用挤压轮面和轮槽封块之间的摩擦生热，使铝锰合金以连续大剪切变形方式直接通过分流挤压模具挤制出厚度为2MM，宽度为16MM，壁厚为04MM的六孔扁管。制品室温下的伸长率和抗拉强度分别为442和1123MPA。0016实施例2以工业纯铝、工业纯锰、ALCU中间合金、ALFE中间合金、ALSI。

12、中间合金、工业纯镁、ALTI中间合金、含CE45的混合稀土为原料，按MN12；FE012；SI006；CU003；TI002；CE006；其余为AL的配比配料，在采用电阻炉和粘土坩埚熔炼，经精炼后水平连铸成直径为10MM的杆料；杆坯经表面清洗干燥后，无需加热，直接送入国产LJ300型铝材连续挤压机内进行挤压成形，利用挤压轮面和轮槽封块之间的摩擦生热，使铝锰合金以连续大剪切变形方式直接通过分流挤压模具挤制出厚度为2MM，宽度为20MM，壁厚为04MM的九孔扁管。制品室温下的伸长率和抗拉强度分别为418和1165MPA。0017实施例3以工业纯铝、工业纯锰、ALCU中间合金、ALFE中间合金、AL。

13、SI中间合金、工业纯镁、ALTI中间合金、含CE45的混合稀土为原料，按MN13；FE014；SI007；CU005；TI0025；CE007；其余为AL的配比配料，在采用电阻炉和粘土坩埚熔炼，经精炼后水平连铸成直径为10MM的杆料；杆坯经表面清洗干燥后，无需加热，直接送入国产LJ300型铝材连续挤压机内进行挤压成形，利用挤压轮面和轮槽封块之间的摩擦生热，使铝锰合金以连续大剪切变形方式直接通过分流挤压模具挤制出外径为125MM，壁厚为1MM的圆管。制品室温下的伸长率和抗拉强度分别为381和1189MPA。0018实施例4以工业纯铝、工业纯锰、ALCU中间合金、ALFE中间合金、ALSI中间合金。

14、、工业纯镁、ALTI中间合金、含CE45的混合稀土为原料，按MN08；FE008；SI004；CU001；TI001；CE005；其余为AL的配比配料，在采用电阻炉和粘土坩埚熔炼，经精炼后水平连铸成直径为10MM的杆料；杆坯经表面清洗干燥后，无需加热，直接送入国产LJ300型铝材连续挤压机内进行挤压成形，利用挤压轮面和轮槽封块之间的摩擦生热，使铝锰合金以连续大剪切变形方式直接通过分流挤压模具挤制出外径为8MM，壁厚为075MM的圆管。制品室温下的伸长率和抗拉强度分别为516和1067MPA。0019实施例5以工业纯铝、工业纯锰、ALCU中间合金、ALFE中间合金、ALSI中间合金、工业纯镁、说明书CN102358927ACN102358943A4/4页6ALTI中间合金、含CE45的混合稀土为原料，按MN15；FE02；SI01；CU01；TI005；CE01；其余为AL的配比配料，在采用电阻炉和粘土坩埚熔炼，经精炼后水平连铸成直径为10MM的杆料；杆坯经表面清洗干燥后，无需加热，直接送入国产LJ300型铝材连续挤压机内进行挤压成形，利用挤压轮面和轮槽封块之间的摩擦生热，使铝锰合金以连续大剪切变形方式直接通过分流挤压模具挤制出厚度为2MM，宽度为16MM，壁厚为04MM的六孔扁管。制品室温下的伸长率和抗拉强度分别为356和1245MPA。说明书CN102358927A。

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