家用空调冷凝器复合翅片生产技术改进

黄美艳，王立新，郭飞跃，杨 杰

（乳源东阳光优艾希杰精箔有限公司，乳源 512600）

0 前言

微通道换热器应用从最初的电子元件冷却到汽车空调，然后进入家用、商用制冷空调等领域。所谓微通道换热器，其较为通行、直观的定义为水力直径小于1 mm 的换热器[1-3]。如图1 所示，微通道换热器主要由3部分组成，即内部具有多个平行孔的扁管、集流管（又称头管） 以及翅片[4]。

图1 微通道换热器结构示意图

微通道换热器以其体积小、重量轻、结构紧凑、耐高压、热阻低、热交换效率高等特点受到越来越多的关注，成为相关领域的一个研究热点，其生产技术在汽车空调业已相当成熟，家用空调行业可以借鉴。然而因全铝平行流热交换器的应用环境和工况有别于传统的热交换器，其技术仍然需要持续改进和验证，而铝合金在替代革新过程中的抗腐蚀性能已经引起越来越多人的关注。材料的抗腐蚀性很大程度上决定了产品后期在使用过程中的寿命[5]。汽车空调冷凝器大多布置在汽车头部或侧面、车底，经常被地面灰尘、泥浆或砂石等溅上和侵入，导致冷凝器外表积满灰尘或泥垢，冷凝器管子容易受酸性物质腐蚀而烂穿。同时，汽车在使用过程中的震动也对汽车冷凝器中管、翅片等的设计提出较高要求。而家用空调主要是受到灰尘、雨水的侵蚀，又由于其工作环境相对稳定，不同于汽车能够利用流动空气气流解决其冷凝水珠的搭桥和凝露，所以在相对静止环境中尽量延长空调的使用寿命，设计合理的翅片材料得到翅片与微通道管材最佳的电位匹配以便更好地保护管料并延长其使用寿命是非常必要的。

本文研究在冷凝器翅片钎料合金4343 中加入一定量Cu 元素，制成三层复合铝箔材，利用拉伸试验机、抗下垂性能检测装置、金相显微镜、SWAAT 盐雾腐蚀试验等测试手段对比分析了4343钎焊料合金中加入一定量Cu 元素对复合翅片力学性能、组织及其耐腐蚀性能的影响。

1 试验方法

1.1 材料

将纯铝、Al-Si 中间合金、锰剂、纯Zn等原材料熔铸成4343、4343+0.4%Cu、3003MOD 铸锭后，经过4343/4343+0.4%Cu 皮材切板、焊合、热轧、冷轧、中间退火、箔轧等工艺流程制成0.08 mm 厚的铝箔。合金的化学成分见表1。

表1 试验用铝合金成分（质量分数/%）

1.2 实验条件和过程

为了模拟冷凝器的制造过程，分别将4343+3003MOD 复合铝箔及（4343+0.4%Cu）+3003MOD复合铝箔放在箱式电阻炉进行模拟钎焊热处理（600 ℃，10 min）。将复合铝箔分条后与挤压管等组装成小型微通道冷凝器工件经钎焊后进行SWAAT 盐雾腐蚀试验（100 h、300 h）。

1.3 组织性能检测

取200 mm×25 mm×0.08 mm 规格样片经过镶嵌并机械磨制、阳极覆膜并使用酸性腐蚀液进行腐蚀后用GX51 金相显微镜观察试样的显微组织。拉伸试验在CMT6104 万能拉伸试验机上进行，拉伸起始速度4 mm/min，当位移达到0.5 mm 时，切换速度为10 mm/min；当位移达到2.5 mm 时，切换速度为30 mm/min 至试验结束。每种合金重复做2组拉伸测试，最终结果取平均值。下垂高度使用以下装置检测（见图2），伸出长度为50 mm，每种合金取3 片检测，最终结果取平均值。

图2 抗下垂高度检测装置

2 结果与讨论

2.1 微观结构

4343 铝合金铸态的微观组织金相如图3 和图4 所示，为典型的枝晶组织，由大量树枝状α-Al晶胞和枝晶间针片状的Al-Si 共晶相组成。晶界及晶粒内部分布着白色或灰色针片状的第二相，为β-Al5FeSi 相[6]。在凝固过程中，部分Mn 元素溶入β-Al5FeSi 相中，形成点状或汉字状的α-Al15（Mn，Fe）3Si2相[7-8]。在4343 合金中添加0%~1.0%的Cu 后，铸态组织变化不明显。在Al-Si-Cu合金中，含量低于5.7%的Cu 主要以块状Al2Cu 相或共晶（Al+Al2Cu）相的形式存在，或弥散分布在α-Al 基体中[9]，或以针状Al-Si共晶、β-Al5FeSi 相等为形核点附着在第二相上[10]。

图3 4343铸态组织

图4 （4343+0.4%Cu）铸态组织

2.2 力学性能

4343+3003MOD 及（4343+0.4%Cu）+3003MOD复合铝箔钎焊前后的力学性能见表2。因4343 铝合金在610 ℃×10 min 模拟钎焊过程中被熔化，且只有单面10%的含量，故对基体的力学性影响不大，（4343+0.4%Cu）+3003MOD 复合铝箔的性能稍高。

表2 复合铝箔的拉伸性能

2.3 抗下垂性能

抗下垂性能是一个综合反映复合钎焊铝箔质量的指标，高温钎焊时，熔融的皮材对芯材的熔蚀作用是导致复合箔出现变形和塌陷的重要原因，而钎焊时芯部金属获得何种组织则决定了复合箔抗下垂性能的好坏[11]。两种合金仅皮材不同，芯材相同，故抗下垂性能无明显差异（见表3）。

表3 复合箔的抗下垂性能/mm

2.4 SWAAT 盐雾腐蚀结果

钎焊后外观正常，芯体无收缩变形；翅片焊点明显且无倒翅变形的情况，见图5。

图5 钎焊后芯体情况

冷凝器SWAAT 盐雾腐蚀100 h 后芯体无明显变形，外观无脱翅现象，表面有积盐，取样做金相观察了解腐蚀情况，结果如图6所示。

图6 钎焊后芯体SWAAT 盐雾腐蚀100 h金相组织

从图6 金相图中可以看出，翅片焊点被明显腐蚀，且50%以上翅片焊点脱离，其中4343+3003MOD 复合翅片焊点脱离更严重，翅片根部有明显晶间腐蚀，翅片根部以外无明显晶间腐蚀现象。

统计焊点脱落率见表4，4343+3003MOD 合金脱翅率稍高于（4343+0.4%Cu）+3003MOD。

表4 焊点脱落率

冷凝器SWAAT 盐雾腐蚀300 h 后芯体轻微变形，表明有明显积盐，芯体翅片无破损、粉化、脱落情况。取样做金相分析，观察腐蚀情况，见图7。

图7 钎焊后芯体SWAAT 盐雾腐蚀300h金相组织

从图7 金相图中可见，经SWAAT 盐雾腐蚀试验300 h 后，翅片焊点全部有腐蚀脱离，翅片根部有明显晶间腐蚀。其中4343+3003MOD 合金的非翅片根部可见明显晶间腐蚀，（4343+0.4%Cu）+3003MOD 非翅片根部的晶间腐蚀较轻微。从上述SWAAT 盐雾腐蚀试验结果可见，皮材4343 中加入0.4%Cu后，耐腐蚀性较好。

这是因为：4343 合金在钎焊过程中发生熔化并在表面张力、重力和其它效应的作用下产生流动，形成接头即焊接区（见图8）。铝合金的钎焊区主要由α（Al）固溶体和α（Al）+Si 双相共晶相组成[12-13]。

图8 焊接区

当在4343 合金中添加0.4%的Cu 时，一部分Cu 元素固溶在基体中，起到一定的固溶强化效果，另一部分Cu 元素以Al2Cu 相形式存在，提高了焊接区的强度。同时Cu 能够提高钎焊区的电位，降低钎焊区与翅片间的电位差，防止焊接区过早被腐蚀；另外，Cu 元素能够使点腐蚀变成全面的均匀腐蚀，从而提高整个工件的耐腐蚀性。

3 结论

（1）在复合铝箔的4343 铝合金中添加0.4%的Cu，其微观结构、力学性能及下垂性能基本无差异。

（2）在复合铝箔的4343 铝合金中添加0.4%的Cu 时，SWAAT 盐雾腐蚀结果较4343+3003MOD好，耐腐蚀性能更优，该钎焊料适合于家用空调冷凝器用复合翅片。