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汽車熱傳輸鋁合金復合材料前景廣闊(一)

2012年12月13日 9:15 5518次瀏覽 來源:   分類: 鋁資訊   作者:

  隨著科學技術(shù)的飛速進步、國民經(jīng)濟的高速發(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、文化、科學的可持續(xù)發(fā)展,這就對熱傳導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,應用十分廣泛,幾乎涉及到航天航空、交通運輸、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、社會進步與經(jīng)濟發(fā)展中都起到了一定的作用。
  鋁合金熱傳輸材料的特點熱傳導裝置的應用歷史由來已久,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、比強度高、導電性和導熱性好、塑性優(yōu)良、可加工成各種復雜形狀的材料、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,因此,逐漸成為主要的熱傳導材料,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:
  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.可進行各種表面處理,花色品種多,而且無焊點,裝飾性強,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、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。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)約運輸成本,減輕勞動強度,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)省大量安裝費用。維修也方便,費用低廉。
  6.節(jié)能降耗、使用成本低。當散熱器進出口中心距和熱傳導溫度相同時,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、搬運和維修,具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益,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。而兩者的加工費幾乎相當。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,歐洲達到90%~100%,美國達到70%~80%,日本達到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)上積極進行改進,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行改進,例如為改善因薄壁化導致的強度降低,采用Al-Cu-Mn-Cr-Zr系合金和Al-Mn-Si-Fe系合金;根據(jù)犧牲陽極保護作用改進化學成分來進一步提高耐蝕性;開發(fā)了多層復合材料(Al-Mn涂層結(jié)構(gòu));用釬焊方法進行成分調(diào)整等以達到防蝕目的。這些改進技術(shù)已達到實用階段。
  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)動機散熱器、機油散熱器、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合材料選擇汽車復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合散熱箔帶。
  三層復合鋁合金釬焊箔材應滿足質(zhì)輕、耐腐蝕、熱傳導性好、強度高、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。為達到上述要求,尤其是釬焊性和耐蝕性的要求,鋁合金復合箔材是在3xxx系芯材上雙面包覆4xxx合金(皮材),包覆率為10%~16%。這種復合箔釬焊時無需再施加釬焊料,使鋁合金復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,同時達到汽車輕量化的目的。
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責任編輯:四筆

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