汽车散热器用铝材的腐蚀性能研究
汽车散热器用铝材的腐蚀性能研究[20200413193446]
摘 要
本文针对4343/3Z22/4343、4045/3003+Cu和4045/3Z22/7072三种用于制造汽车散热器的复合钎焊铝箔进行了研究。通过SWAAT实验及开路电位、点蚀电位测量实验初步比较了三种铝箔的腐蚀特点与耐腐蚀性能。在此基础上，通过对铝箔的模拟钎焊实验分析了热处理工艺对三种铝箔的耐腐蚀性能、点蚀电位、开路电位的影响。
实验结果表明在氯化钠溶液中三种铝箔都发生了点蚀。4343/3Z22/4343和4045/3003+Cu两种铝箔的表面点蚀严重而4045/3Z22/7072表面的点蚀较浅。模拟钎焊实验表明热处理工艺使铝箔材料的开路电位和点蚀电位都发生了正向偏移。因此，热处理工艺同时降低了铝箔材料的腐蚀倾向和点蚀敏感性，提高了材料的耐腐蚀性能。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:汽车散热器复合钎焊铝箔热处理腐蚀性能
Key words: Heat exchanger; Composite brazing aluminum foils; Heat treatment; Corrosion property目 录
1.前言 1
1.1汽车散热器简介 1
1.2汽车散热器的结构与材料 1
1.2.1汽车散热器的结构 1
1.2.2散热器材料 2
1.3汽车散热器用复合钎焊铝箔 4
1.4汽车铝制散热器腐蚀与防护研究 4
1.4.1铝制汽车散热器内部腐蚀 5
1.4.2铝制汽车散热器外部腐蚀 5
1.4.3铝制汽车散热器腐蚀防护 6
1.5研究意义和研究内容 7
1.5.1研究意义 7
1.5.2研究内容 7
2.实验部分 8
2.1实验试剂及仪器 8
2.1.1实验原料 8
2.1.2实验试剂 8
2.1.3实验仪器 8
2.2实验方法和路线 9
2.2.1未热处理试样 9
2.2.2热处理试样 10
2.2.3 实验路线 11
3.结果与讨论 12
3.1汽车散热器用铝材的腐蚀性能研究 12
3.1.1散热器用铝材的宏观腐蚀 12
3.1.2 SWAAT实验微观腐蚀深度 13
3.1.3 铝箔的开路电位和点蚀电位 14
3.2热处理对复合钎焊铝箔的影响 15
3.2.1热处理后铝箔材料的宏观腐蚀情况 15
3.2.2热处理后铝箔材料的微观腐蚀情况 16
3.2.3热处理对铝箔电位的影响 17
4.结论 19
参考文献 20
致谢 21
1.前言
1.1汽车散热器简介
汽车散热器是保证汽车发动机正常运行的不可或缺的冷却装置。汽车散热器的工作原理是通过散热管中不停流动的冷却液把发动机运行时产生的巨大热量向周围的环境散发[1]。因此，散热器的散热效率对汽车发动机的性能与使用寿命有很大的影响。散热效率高的散热器能及时将发动机产生的大量热量散发到周围的空间中去从而能使发动机的运行温度保持在合适的区间。汽车散热器的效率对发动机的使用寿命具有重要的影响。现代汽车的散热器大都数都是铝制散热器和铜制散热器。随着汽车工业朝着节能化方向发展，新材料制造的散热器也越来越受到汽车制造商的重视。比如，在满足加工要求的前提下人们也会采用耐腐蚀性能较好的工程塑料来制造散热器。由于铝合金具有优异的导热性、较好的耐腐蚀性能和密度小的特点，因此使用铝合金制造散热器具有一定的优势。现代轿车中常用的散热器是铝制散热器。铝制汽车散热器中的散热水管和散热翅片对散热器的散热效率的有很大的影响。散热水管中流动的是用来和发动机进行热交换的冷却液，散热翅片安装在散热水管之间，能大大地增加散热器的散热面积和散热效率。因为散热管中的冷却介质将携带着的大量的热量传输给与其紧密接触的散热翅片，然后在外界高速流动的气体作用下波浪形状的散热翅片吸收的热量被不断散发出去。冷却介质在散热管中循环不断的流动，保证了发动机能始终保持合适的工作温度。
1.2汽车散热器的结构与材料
1.2.1汽车散热器的结构
波浪状的散热翅片保证了散热器具有足够的散热面积，高导热性的材料保证了散热器的散热效率。装配紧凑的汽车散热器能以最小的安装空间和最轻的质量获得最高的散热效率。
根据散热器芯子的结构将散热器分为管片式和管带式两大类。管片式散热芯子是由散热片及散热管相互组合而成的。散热管外面装了薄的散热片来增加散热器的散热效率。外界高速流动的气体在散热管与散热片之间组成的平行的通道中流过，从而使在散热管内不停循环流动的冷却剂能够很快地冷却汽车发动机。结构紧凑、刚度大的管片式汽车散热器适合用在工作环境差、承受较大振动的工程汽车上。
管带式汽车散热器是将平行排列的散热扁管组装在一起。采用多列散热管的结构形式可以使散热器在有限的空间范围内获得较高的散热效率。管带式散热芯子是由波浪形的散热翅片与散热带相互间隔安装在一起的。散热翅片上密集分布着类似百叶窗的小孔，以破坏流动的空气在散热翅片表面上形成的附着层，从而提高散热器的散热能力[2]。管带式汽车散热器的制造工艺简单、质量轻、结构紧凑。与管片式散热器相比管带式散热器的散热能力更高，但是其强度不如管片式结构的好。两类散热器芯的结构图如图1-1所示：
图1-1 散热器芯子的构造图
1.2.2散热器材料
汽车散热器所工作的环境状况一般非常恶劣。汽车散热器位于汽车前端的进风口，不仅要常常经受日晒雨淋以及公路上沙土、泥浆的污染, 同时还会经受反复的热循环和周期性的振动[3]。另外, 散热管内循环流动的冷却液体可能混有的腐蚀性物质会对散热器造成锈蚀，缩短了散热器的使用寿命。因此, 为保证散热器具有较高的散热效率, 对用于制造散热器材料的性能有如下几点要求: 具有优异的导热性、 具有合适的强度和良好的耐腐蚀性能、良好的加工装配性能及钎焊性能、良好的经济性[4]。
根据散热器不同的用途和工作环境来选择汽车散热器的材料，常用的材料有很多。由于铜和铝具有独特的性能和资源优势。因此，铜和铝是目前最主要的散热器材料。
（1）铜制散热器
在1970年之前，用于制造汽车散热器的主要材料是铜以及铜合金。铜具有优异的导热性能、良好的成形加工性、钎焊性和较好的耐蚀性能。铜所具有的优异的综合性能可以很好的满足散热器对其选材几点要求。因此，铜就成为最佳的散热器选材。但铜的资源问题和价格问题是阻碍铜散热器广泛应用的主要因素。为了进一步提高铜散热器的散热效率，对铜锡散热器进行了一些改进。如采取合金化措施来提高材料利用率，通过向铜中添加微量元素的方法，既能保证铜散热器具有高的散热性能又能提高了散热器的结构强度，从而降低了散热器质量和生产成本。另外，为了提高铜制汽车散热器的耐腐蚀性能也可以采取一定措施对其表面进行一定的防腐处理。 如为防止铜与腐蚀性物质接触，可以采取在铜散热器的表面上覆盖锡金属来提高散热器的耐腐蚀性能。但由于锡的导热率低从而会导致采用锡覆层的铜散热器的散热效率降低，使汽车散热性能有一定程度的下降。
20世纪80年代后期，铝制散热器在大行其道的时候，奥托昆普公司开始出了新一代的制造铜制汽车散热器新技术。该公司开发的铜硬钎焊技术通过采用特殊的铜、锡和磷的钎焊合金，将黄铜和紫铜分别制成的散热管和散热带钎焊成一个紧凑的整体。其工作原理是用奥托昆普公司开发的铜硬钎焊金属填料OKC600 在高温590 ℃～610 ℃熔化，依靠金属毛细管作用力流入焊接间隙，与母体材料发生反应，在交界处形成合金金属连续体，构成高强度的金属一体化结构[5]。
（2）铝制散热器
1970年之后，铝制散热器得到越来越广泛的应用。与铜相比，铝的最大优势是密度小，密度仅为铜的1/3。在体积相同情况下，铝制散热器的质量可以大大降低。同时铝在资源方面比较铜也具有较大的优势，丰富的铝资源使铝制散热器的成本比铜制散热器的成本低。另外，铝和铜相比还具有较好的加工成形性能。尽管铝制散热器具有质量小、成本低、散热性能好等优势，但其自身也存在一些不易避免的缺点。铝制散热器焊接性能差、生产设备投入大等问题一直是散热器制造商面对的主要问题，这些问题在很大程度上限制了铝制散热器的广泛应用。另外，铝制散热器较差的耐腐蚀性能阻碍了铝制散热器在重载汽车、工程汽车上的广泛运用。在1980年代中期开发出铝散热器的钎焊工艺之后，才使铝散热器的大规模应用成为可能。20世纪80年代开始，铝制汽车散热器的运用和制造技术取得了较大的发展，尤其在小型轿车和轻型客车等车型上的应用超过了铜制汽车散热器。如在欧洲市场上铝制散热器占据了50%～60%的市场份额。
摘 要
本文针对4343/3Z22/4343、4045/3003+Cu和4045/3Z22/7072三种用于制造汽车散热器的复合钎焊铝箔进行了研究。通过SWAAT实验及开路电位、点蚀电位测量实验初步比较了三种铝箔的腐蚀特点与耐腐蚀性能。在此基础上，通过对铝箔的模拟钎焊实验分析了热处理工艺对三种铝箔的耐腐蚀性能、点蚀电位、开路电位的影响。
实验结果表明在氯化钠溶液中三种铝箔都发生了点蚀。4343/3Z22/4343和4045/3003+Cu两种铝箔的表面点蚀严重而4045/3Z22/7072表面的点蚀较浅。模拟钎焊实验表明热处理工艺使铝箔材料的开路电位和点蚀电位都发生了正向偏移。因此，热处理工艺同时降低了铝箔材料的腐蚀倾向和点蚀敏感性，提高了材料的耐腐蚀性能。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:汽车散热器复合钎焊铝箔热处理腐蚀性能
Key words: Heat exchanger; Composite brazing aluminum foils; Heat treatment; Corrosion property目 录
1.前言 1
1.1汽车散热器简介 1
1.2汽车散热器的结构与材料 1
1.2.1汽车散热器的结构 1
1.2.2散热器材料 2
1.3汽车散热器用复合钎焊铝箔 4
1.4汽车铝制散热器腐蚀与防护研究 4
1.4.1铝制汽车散热器内部腐蚀 5
1.4.2铝制汽车散热器外部腐蚀 5
1.4.3铝制汽车散热器腐蚀防护 6
1.5研究意义和研究内容 7
1.5.1研究意义 7
1.5.2研究内容 7
2.实验部分 8
2.1实验试剂及仪器 8
2.1.1实验原料 8
2.1.2实验试剂 8
2.1.3实验仪器 8
2.2实验方法和路线 9
2.2.1未热处理试样 9
2.2.2热处理试样 10
2.2.3 实验路线 11
3.结果与讨论 12
3.1汽车散热器用铝材的腐蚀性能研究 12
3.1.1散热器用铝材的宏观腐蚀 12
3.1.2 SWAAT实验微观腐蚀深度 13
3.1.3 铝箔的开路电位和点蚀电位 14
3.2热处理对复合钎焊铝箔的影响 15
3.2.1热处理后铝箔材料的宏观腐蚀情况 15
3.2.2热处理后铝箔材料的微观腐蚀情况 16
3.2.3热处理对铝箔电位的影响 17
4.结论 19
参考文献 20
致谢 21
1.前言
1.1汽车散热器简介
汽车散热器是保证汽车发动机正常运行的不可或缺的冷却装置。汽车散热器的工作原理是通过散热管中不停流动的冷却液把发动机运行时产生的巨大热量向周围的环境散发[1]。因此，散热器的散热效率对汽车发动机的性能与使用寿命有很大的影响。散热效率高的散热器能及时将发动机产生的大量热量散发到周围的空间中去从而能使发动机的运行温度保持在合适的区间。汽车散热器的效率对发动机的使用寿命具有重要的影响。现代汽车的散热器大都数都是铝制散热器和铜制散热器。随着汽车工业朝着节能化方向发展，新材料制造的散热器也越来越受到汽车制造商的重视。比如，在满足加工要求的前提下人们也会采用耐腐蚀性能较好的工程塑料来制造散热器。由于铝合金具有优异的导热性、较好的耐腐蚀性能和密度小的特点，因此使用铝合金制造散热器具有一定的优势。现代轿车中常用的散热器是铝制散热器。铝制汽车散热器中的散热水管和散热翅片对散热器的散热效率的有很大的影响。散热水管中流动的是用来和发动机进行热交换的冷却液，散热翅片安装在散热水管之间，能大大地增加散热器的散热面积和散热效率。因为散热管中的冷却介质将携带着的大量的热量传输给与其紧密接触的散热翅片，然后在外界高速流动的气体作用下波浪形状的散热翅片吸收的热量被不断散发出去。冷却介质在散热管中循环不断的流动，保证了发动机能始终保持合适的工作温度。
1.2汽车散热器的结构与材料
1.2.1汽车散热器的结构
波浪状的散热翅片保证了散热器具有足够的散热面积，高导热性的材料保证了散热器的散热效率。装配紧凑的汽车散热器能以最小的安装空间和最轻的质量获得最高的散热效率。
根据散热器芯子的结构将散热器分为管片式和管带式两大类。管片式散热芯子是由散热片及散热管相互组合而成的。散热管外面装了薄的散热片来增加散热器的散热效率。外界高速流动的气体在散热管与散热片之间组成的平行的通道中流过，从而使在散热管内不停循环流动的冷却剂能够很快地冷却汽车发动机。结构紧凑、刚度大的管片式汽车散热器适合用在工作环境差、承受较大振动的工程汽车上。
管带式汽车散热器是将平行排列的散热扁管组装在一起。采用多列散热管的结构形式可以使散热器在有限的空间范围内获得较高的散热效率。管带式散热芯子是由波浪形的散热翅片与散热带相互间隔安装在一起的。散热翅片上密集分布着类似百叶窗的小孔，以破坏流动的空气在散热翅片表面上形成的附着层，从而提高散热器的散热能力[2]。管带式汽车散热器的制造工艺简单、质量轻、结构紧凑。与管片式散热器相比管带式散热器的散热能力更高，但是其强度不如管片式结构的好。两类散热器芯的结构图如图1-1所示：
图1-1 散热器芯子的构造图
1.2.2散热器材料
汽车散热器所工作的环境状况一般非常恶劣。汽车散热器位于汽车前端的进风口，不仅要常常经受日晒雨淋以及公路上沙土、泥浆的污染, 同时还会经受反复的热循环和周期性的振动[3]。另外, 散热管内循环流动的冷却液体可能混有的腐蚀性物质会对散热器造成锈蚀，缩短了散热器的使用寿命。因此, 为保证散热器具有较高的散热效率, 对用于制造散热器材料的性能有如下几点要求: 具有优异的导热性、 具有合适的强度和良好的耐腐蚀性能、良好的加工装配性能及钎焊性能、良好的经济性[4]。
根据散热器不同的用途和工作环境来选择汽车散热器的材料，常用的材料有很多。由于铜和铝具有独特的性能和资源优势。因此，铜和铝是目前最主要的散热器材料。
（1）铜制散热器
在1970年之前，用于制造汽车散热器的主要材料是铜以及铜合金。铜具有优异的导热性能、良好的成形加工性、钎焊性和较好的耐蚀性能。铜所具有的优异的综合性能可以很好的满足散热器对其选材几点要求。因此，铜就成为最佳的散热器选材。但铜的资源问题和价格问题是阻碍铜散热器广泛应用的主要因素。为了进一步提高铜散热器的散热效率，对铜锡散热器进行了一些改进。如采取合金化措施来提高材料利用率，通过向铜中添加微量元素的方法，既能保证铜散热器具有高的散热性能又能提高了散热器的结构强度，从而降低了散热器质量和生产成本。另外，为了提高铜制汽车散热器的耐腐蚀性能也可以采取一定措施对其表面进行一定的防腐处理。 如为防止铜与腐蚀性物质接触，可以采取在铜散热器的表面上覆盖锡金属来提高散热器的耐腐蚀性能。但由于锡的导热率低从而会导致采用锡覆层的铜散热器的散热效率降低，使汽车散热性能有一定程度的下降。
20世纪80年代后期，铝制散热器在大行其道的时候，奥托昆普公司开始出了新一代的制造铜制汽车散热器新技术。该公司开发的铜硬钎焊技术通过采用特殊的铜、锡和磷的钎焊合金，将黄铜和紫铜分别制成的散热管和散热带钎焊成一个紧凑的整体。其工作原理是用奥托昆普公司开发的铜硬钎焊金属填料OKC600 在高温590 ℃～610 ℃熔化，依靠金属毛细管作用力流入焊接间隙，与母体材料发生反应，在交界处形成合金金属连续体，构成高强度的金属一体化结构[5]。
（2）铝制散热器
1970年之后，铝制散热器得到越来越广泛的应用。与铜相比，铝的最大优势是密度小，密度仅为铜的1/3。在体积相同情况下，铝制散热器的质量可以大大降低。同时铝在资源方面比较铜也具有较大的优势，丰富的铝资源使铝制散热器的成本比铜制散热器的成本低。另外，铝和铜相比还具有较好的加工成形性能。尽管铝制散热器具有质量小、成本低、散热性能好等优势，但其自身也存在一些不易避免的缺点。铝制散热器焊接性能差、生产设备投入大等问题一直是散热器制造商面对的主要问题，这些问题在很大程度上限制了铝制散热器的广泛应用。另外，铝制散热器较差的耐腐蚀性能阻碍了铝制散热器在重载汽车、工程汽车上的广泛运用。在1980年代中期开发出铝散热器的钎焊工艺之后，才使铝散热器的大规模应用成为可能。20世纪80年代开始，铝制汽车散热器的运用和制造技术取得了较大的发展，尤其在小型轿车和轻型客车等车型上的应用超过了铜制汽车散热器。如在欧洲市场上铝制散热器占据了50%～60%的市场份额。
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