隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步、國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的大幅度提高與質(zhì)量的明顯改善，以及為了避免或減輕資源和能源的過度消耗、環(huán)境的日趨惡化、地球溫升日趨明顯、生態(tài)環(huán)境日趨破壞等對人類生存與發(fā)展帶來的危害，創(chuàng)造一個人與自然和諧相處的環(huán)境，保持人類社會、經(jīng)濟(jì)、文化、科學(xué)的可持續(xù)發(fā)展，這就對熱傳導(dǎo)材料提出了越來越高的要求。不僅數(shù)量增加，而且品種增多、質(zhì)量要求提高、技術(shù)難度增大。

　　熱傳導(dǎo)裝置、器具或零部件包括散熱器、取暖片、空調(diào)器、汽車水箱等，應(yīng)用十分廣泛，幾乎涉及到航天航空、交通運(yùn)輸、汽車、建筑工程、電子電器、電力能源、家電家具、醫(yī)療文體等所有軍事與民用的各個工業(yè)部門及人民生活的各個方面，在人類文明、社會進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展中都起到了一定的作用。

　　鋁合金熱傳輸材料的特點(diǎn)熱傳導(dǎo)裝置的應(yīng)用歷史由來已久，因此其材料的使用也有上千年的歷史，但是各種材料是在不斷更替和發(fā)展的。從材質(zhì)上來看，世界上目前仍然常用的散熱器有：鋼質(zhì)散熱器、鋁質(zhì)散熱器、銅質(zhì)散熱器、鑄鐵散熱器和其它材質(zhì)或復(fù)合材料散熱器等。從用途上來看，目前主要有功能散熱器和裝飾型散熱器等。由于鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好、塑性優(yōu)良、可加工成各種復(fù)雜形狀的材料、可表面處理成各種顏色、耐蝕性良好、使用壽命長、可回收性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此，逐漸成為主要的熱傳導(dǎo)材料，特別是在功能型散熱器方面鋁質(zhì)材料已成為主流。

　　鋁質(zhì)散熱器與其他材質(zhì)的同類產(chǎn)品相比具有如下的特點(diǎn)：

　　1.耐腐蝕、使用壽命長。鋁合金材料表面可生成一層厚的堅實(shí)的氧化膜，可在pH≤9的采暖水質(zhì)中或汽車水箱中長期使用，而經(jīng)過特殊的表面處理的鋁質(zhì)散熱器可在pH≤12的各種材質(zhì)中長期使用。

　　2.可進(jìn)行各種表面處理，花色品種多，而且無焊點(diǎn)，裝飾性強(qiáng)，美觀耐用，能滿足人們個性化要求。

　　3.使用安全、承壓高。由于鋁合金的比強(qiáng)度、比剛度大大高于銅、鑄鐵和鋼材。即使在厚度較薄的情況下，也能承受足夠大的壓力、彎力、拉力和沖擊力，在搬運(yùn)、安裝、使用過程中，不會出現(xiàn)損傷現(xiàn)象。

　　4.重量輕，便于安裝和搬運(yùn)。在散熱量相同時，其重量只有鑄鐵散熱器的十一分之一、鋼質(zhì)散熱器的六分之一、銅質(zhì)散熱器的三分之一，可大大節(jié)約運(yùn)輸成本，減輕勞動強(qiáng)度，節(jié)省安裝時間。

　　5.安裝簡單、維修方便。由于鋁合金密度小，而且可以加工成各種形狀與規(guī)格的零部件，所以該種鋁質(zhì)散熱器的截面大而規(guī)整，產(chǎn)品組裝、表面處理可一步到位，施工現(xiàn)場可直接安裝，節(jié)省大量安裝費(fèi)用。維修也方便，費(fèi)用低廉。

　　6.節(jié)能降耗、使用成本低。當(dāng)散熱器進(jìn)出口中心距和熱傳導(dǎo)溫度相同時，鋁質(zhì)散熱器比鑄鐵散熱器的散熱量高出2.5倍，又因外形美觀，可不加暖氣罩，可減少熱損失30%以上，成本降低10%以上，鋁散熱器的散熱效果雖然稍遜于銅質(zhì)散熱器，但重量可大大減輕。由于鋁價只有銅價的1/3，因此，可大大降低成本。

　　由上可知，鋁制散熱器是一種節(jié)能環(huán)保型的新型散熱器。外觀美觀、散熱面積大、采熱效果好、抗腐蝕、重量輕、便于安裝、搬運(yùn)和維修，具有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，完全可以替代傳統(tǒng)的鑄鐵、鋼質(zhì)和銅質(zhì)散熱器，市場前景十分廣闊。

　　汽車熱傳輸器的分類及其鋁化趨勢汽車熱傳輸系統(tǒng)主要包括汽車空調(diào)器、水箱、油冷卻器、中間冷卻器和加熱器等。汽車熱交換器位于汽車前端，經(jīng)受雨水、路面揮發(fā)的鹽分、汽車排出的廢氣、沙粒、灰塵和泥漿等的污染，還承受著反復(fù)冷熱循環(huán)和周期性振動。這些對于熱交換器選材、防腐和接合技術(shù)等提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的熱交換器采用銅制造，然而，汽車朝著輕量化方向發(fā)展，同時出現(xiàn)了低成本的加工裝配技術(shù)，使鋁制熱交換器在汽車上的應(yīng)用獲得成功。

　　從鋁的特性看，熱交換器是最適合于用鋁制造的部件。鋁散熱器的質(zhì)量比銅質(zhì)散熱器下降37%～45%，銅材價格約6萬元/t，鋁材2.8萬元/t。而兩者的加工費(fèi)幾乎相當(dāng)。因此，日本和美國的汽車空調(diào)器幾乎完全采用鋁材。散熱器的鋁化率，歐洲達(dá)到90%～100%，美國達(dá)到70%～80%，日本達(dá)到50%～60%，我國也正在大量使用鋁制散熱器，鋁制內(nèi)冷卻器、油冷卻器、加熱器心部等也在迅速普及。

　　根據(jù)輕量化、小型化、提高散熱性、保證防蝕等的需要，汽車熱交換器在結(jié)構(gòu)上積極進(jìn)行改進(jìn)，從帶有波紋的蛇型改為薄壁并流型、德朗杯型、單箱型等。在材料方面也在積極進(jìn)行改進(jìn)，例如為改善因薄壁化導(dǎo)致的強(qiáng)度降低，采用Al-Cu-Mn-Cr-Zr系合金和Al-Mn-Si-Fe系合金;根據(jù)犧牲陽極保護(hù)作用改進(jìn)化學(xué)成分來進(jìn)一步提高耐蝕性;開發(fā)了多層復(fù)合材料(Al-Mn涂層結(jié)構(gòu));用釬焊方法進(jìn)行成分調(diào)整等以達(dá)到防蝕目的。這些改進(jìn)技術(shù)已達(dá)到實(shí)用階段。

　　隨著汽車用散熱器朝小型、輕量、高性能、低成本、耐用等方向發(fā)展，在銅和鋁材的對抗中，鋁質(zhì)散熱器已占優(yōu)勢，汽車用各類散熱器已向鋁制品轉(zhuǎn)化。目前，汽車上各類散熱器是變形鋁合金用量最多的系統(tǒng)，如發(fā)動機(jī)散熱器、機(jī)油散熱器、中冷器、空調(diào)冷凝器和蒸發(fā)器等，主要耗用的鋁材有各種規(guī)格的板、帶、箔、復(fù)合帶(箔)、擠制圓管、扁管和多孔扁管、焊接圓管和扁管，品種規(guī)格多，質(zhì)量要求高。

　　汽車熱傳輸鋁合金復(fù)合材料選擇汽車復(fù)合散熱材料用于制造水箱、冷凝器及蒸發(fā)器。汽車散熱器和空調(diào)冷凝器均由流體管道和散熱帶組成，通過機(jī)械脹管或釬焊法將其裝配而成。其結(jié)構(gòu)材料主要是鋁合金多孔口琴管、扁管、高精度薄壁圓管以及鋁合金三層復(fù)合散熱箔帶。

　　三層復(fù)合鋁合金釬焊箔材應(yīng)滿足質(zhì)輕、耐腐蝕、熱傳導(dǎo)性好、強(qiáng)度高、成形加工性好、可釬焊、節(jié)約貴金屬等綜合性能和多功能的要求。為達(dá)到上述要求，尤其是釬焊性和耐蝕性的要求，鋁合金復(fù)合箔材是在3xxx系芯材上雙面包覆4xxx合金(皮材)，包覆率為10%～16%。這種復(fù)合箔釬焊時無需再施加釬焊料，使鋁合金復(fù)合箔具有良好的釬焊性能和加工性能，從而簡化了散熱器、冷凝器的制造工藝，降低了生產(chǎn)成本，同時達(dá)到汽車輕量化的目的。

　　基體合金應(yīng)采用熔點(diǎn)高、高溫強(qiáng)度適宜、釬焊過程中與焊料結(jié)合性好、彎曲變形小且焊料對其擴(kuò)散影響不大,同時在使用中具有適中的強(qiáng)度和耐蝕性的鋁合金。國外大多數(shù)采用3xxx系合金和6xxx系合金做基體。鑒于我國引進(jìn)設(shè)備的釬焊工藝為氣體保護(hù)焊、Nocolok釬焊和真空釬焊三種,考慮到3xxx系合金具有力學(xué)性能優(yōu)良、釬焊性和耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn),以及多數(shù)使用單位采用3003合金和加Zn的X313合金基體復(fù)合板,因此,選定3003和X313作為基體合金。

　　包覆層合金作為包覆基體合金的釬焊料,應(yīng)該是熔點(diǎn)低、流動性好、浸潤性好。國外常用的包覆層合金是4xxx系合金,如適于氣體保護(hù)焊和Nocolok釬焊工藝的X414、4343、4045、4047和4N43合金;適于真空釬焊工藝的4004、4104和4N04合金。

　　為滿足國內(nèi)各生產(chǎn)線的要求,選擇4043、4045、4N43、X414、4004和4N04六種合金作為包覆層合金。在復(fù)合板的釬焊過程中,包覆層合金的流動性、潤濕性、間隙填充能力、熔蝕性和接頭強(qiáng)度等代表著釬焊質(zhì)量的優(yōu)劣。因此,要嚴(yán)格控制包覆層合金的各主要元素的含量,其主要元素的作用如下:

　　Zn元素的作用:一是可使合金的腐蝕電位降低,添加量越大,電位降低越多,沖制后的散熱片作為陽極優(yōu)先腐蝕,從而保護(hù)介質(zhì)通道;二是降低合金表面氧化膜強(qiáng)度,使其表面容易剝落而全面腐蝕,達(dá)到抑制點(diǎn)蝕的目的。但是,若Zn含量過高,散熱片腐蝕速度過快,會使散熱片失去散熱效果并降低其使用壽命。

　　Si元素的作用:Al-Si合金在共晶點(diǎn)附近其熔點(diǎn)最低可達(dá)到577℃,這是其作為釬焊材料的優(yōu)勢。復(fù)合后,Si元素會因濃度梯度而向基體合金擴(kuò)散,使基體的Mn元素固溶度隨Si含量的增加而降低,并形成富含α[Al(MnFe)Si]彌散體的陽極帶,從而改變了基體中Al和第二相之間的電位差,使腐蝕優(yōu)先發(fā)生在基體的亞表面層,同時Si可以改變釬焊料的流動性,組織均勻細(xì)密,提高釬焊質(zhì)量。

　　Mg元素的作用:包覆層合金中的Mg是保證真空釬焊質(zhì)量必不可少的金屬活化劑、吸氣劑,同時對復(fù)合板的耐蝕性產(chǎn)生一定的影響。腐蝕試驗(yàn)表明,Mg元素的加入使包覆層合金腐蝕電位降低,腐蝕速度加快,有一定的抗點(diǎn)蝕作用。

　　汽車熱傳輸鋁合金復(fù)合帶(箔)生產(chǎn)工藝技術(shù)

　　復(fù)合鋁板帶箔的軋制及精整與普通板帶箔的軋制的主要區(qū)別是:需分別準(zhǔn)備芯材錠坯與軋制包覆皮材板;需對它們進(jìn)行清洗,采用常規(guī)酸堿浸蝕法,以便徹底清除氧化膜,但也可以用清洗劑清洗,雖不能除去氧化膜,但對環(huán)保更好一些。

　　芯、皮材配對是將Al-Si合金板置于芯材錠坯上,可將它們焊于一起也可以不焊,但還是焊接為好,以提高成品率。可采用氬弧焊,將前端與左右側(cè)面基本通焊起來,但不必焊得嚴(yán)密,尾端不焊。熱壓焊的壓下率宜小,以能焊牢最佳。

　　影響三層復(fù)合釬焊箔選材的因素很多,其中釬焊方式是影響選材的關(guān)鍵。不同牌號的芯、皮材的復(fù)合箔各有不同的具體用途,且合金的元素含量根據(jù)不同釬焊工藝而異,材料要滿足多性能要求,性能之間有時又相互制約,需根據(jù)熱交換器的實(shí)際使用要求綜合權(quán)衡取舍。

　　汽車熱交換器總成的釬焊工序?qū)ψ鳛椴ɡ松釒褂玫娜龑訌?fù)合鋁合金箔,除要求具有良好的力學(xué)性能、耐蝕性能和釬焊性能外,還應(yīng)具有良好的抗下垂性能,否則,在600℃左右高溫下釬焊時很容易發(fā)生高溫軟化變形,影響散熱器的性能。

　　國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的復(fù)合鋁釬焊箔的抗下垂性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)證明,在芯材和皮材成分一定條件下,退火后冷加工率是影響復(fù)合箔抗下垂能力的主要因素,在芯材合金中加鋯等有助于提高抗下垂能力。

　　汽車熱傳輸鋁復(fù)合帶(箔)前景可觀

　　隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展,特別是現(xiàn)代汽車輕量化的進(jìn)程,我國的車用熱傳輸鋁合金復(fù)合帶(箔)也獲得了飛速發(fā)展。在1980年代末期,國內(nèi)有東輕、西南鋁等幾家企業(yè)開始研制熱傳輸鋁材,但基本上以進(jìn)口為主。1990年代中期和末期,國內(nèi)一些高校和企業(yè)開始研發(fā)并取得一定成果。1996年瑞典薩帕的熱傳輸公司在上海建立熱傳輸材料專業(yè)生產(chǎn)基地,使我國走上了規(guī)?；a(chǎn)的道路。此后,薩帕二期、無錫銀邦、美鋁(昆山)、濰坊三源、薩新鋁業(yè)、眾興鋁業(yè)、關(guān)鋁鋁業(yè)、運(yùn)城鋁業(yè)、東北輕合金、西南鋁等公司紛紛建廠或擴(kuò)大產(chǎn)能。到目前為止,全國已有生產(chǎn)廠家近30家,產(chǎn)能達(dá)50萬t/a左右。2010年國內(nèi)鋁復(fù)合帶(箔)逾30萬t/a,基本上能滿足國內(nèi)汽車工業(yè)的發(fā)展需求,并有部分出口。

　　熱傳輸鋁合金復(fù)合帶(箔)主要用于汽車工業(yè),并隨著汽車工業(yè)現(xiàn)代化、輕量化的發(fā)展而發(fā)展。目前,世界汽車產(chǎn)量為8000萬輛/a,保有量為8億輛。中國2010年汽車產(chǎn)量1800萬輛,汽車保有量為8000萬輛,并以8%的速度增長。如果以每輛汽車平均消費(fèi)鋁合金復(fù)合帶(箔)7kg左右,那么世界每年需要100萬t/a以上。而中國則可能超過50萬t/a。加上其它行業(yè)的需求,鋁合金復(fù)合帶(箔)的市場前景是十分可觀的。