謝建雄，周沛，朱科杰，謝紅聚，李滔，王順成

(1.廣東星湖新材料有限公司，廣東肇慶526070;2.廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院)，廣東廣州510650)

鋁合金釬焊板是一種高附加值的層狀金屬復(fù)合材料，具有重量輕、耐腐蝕、釬焊性好、熱導(dǎo)性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、電子電器、化工、柴油機(jī)械等領(lǐng)域制造熱交換器，如水箱散熱器、蒸發(fā)器、空調(diào)冷凝器、暖風(fēng)機(jī)、電器元件散熱器等［1－2］。熱軋復(fù)合是目前生產(chǎn)鋁合金釬焊板的主要方法［3－4］，該方法將兩種或多種異類金屬板坯互相疊軋，通過大軋制變形量產(chǎn)生的劇烈塑性變形作用和高溫?zé)嵝?yīng)，使兩種或多種異類金屬板坯產(chǎn)生冶金結(jié)合，獲得鋁合金釬焊板［5－8］。4343/3003/7072 是一種新型的鋁合金釬焊板，與傳統(tǒng)的4343/3003/4343、4045/3003/4045等鋁合金釬焊板相比，4343/3003/7072鋁合金釬焊板具有更好的耐腐蝕性能和釬焊性能。本文采用熱軋復(fù)合工藝生產(chǎn)4343/3003/7072鋁合金釬焊板，研究了鋁合金釬焊板的包覆率、顯微組織和力學(xué)性能。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

熱軋復(fù)合4343/3003/7072鋁合金釬焊板用材料為3003、4343和7072鋁合金扁錠，扁錠外形尺寸為480 mm ×1350 mm ×5500 mm，經(jīng) SPECTORMAXx直讀光譜議測定，3003、4343和7072鋁合金扁錠的化學(xué)成分如表1所示。

4343/3003/7072鋁合金釬焊板的熱軋復(fù)合生產(chǎn)工藝如下:

表1 鋁合金扁錠的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Tab.1 Chemical composition of aluminum alloy ingot

(1)對包覆層4343和7072鋁合金扁錠銑面，去除表面的冷隔層和氧化皮，然后置于加熱爐中加熱至520℃并保溫3h后，熱軋至45mm，剪切成45mm×1280mm×5300mm規(guī)格的包覆層鋁合金，冷卻待用;

(2)將芯材3003鋁合金扁錠置于加熱爐中加熱至600℃并保溫6h進(jìn)行均勻化熱處理，冷卻后銑面待用;

(3)將制備好的包覆層和芯材鋁合金錠進(jìn)行清洗擦拭，去除表面的異物和油污，然后以三明治的方式疊放，并用鋼帶捆緊，形成 480mm×1350mm×5500mm的三明治“復(fù)合錠”;

(4)將復(fù)合配對后的“復(fù)合錠”置于加熱爐中加熱至520℃，保溫3h后，熱軋至7.0mm;

(5)將7.0mm的熱軋復(fù)合板坯進(jìn)行冷軋、拉矯、切邊、410℃ ×2h退火，最終得到厚度為1.5mm的4343/3003/7072鋁合金釬焊板。

對4343/3003/7072鋁合金釬焊板取金相試樣，試樣經(jīng)磨制、拋光和腐蝕后，在LEICA-DMI3000M金相顯微鏡上進(jìn)行顯微組織觀察，測量鋁合金釬焊板包覆層的厚度，并計(jì)算包覆率，即單面包覆層厚度占鋁合金釬焊板總厚度的百分比(包覆率 =A/B×100%)［9］，如圖1所示。在鋁合金釬焊板上沿軋制方向取樣并加工成標(biāo)準(zhǔn)矩形拉伸試樣，如圖2所示，在DNS200型電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸，拉伸速度為2 mm/min，檢測鋁合金釬焊板的抗拉強(qiáng)度和伸長率，在JEOL JXA-733型場發(fā)射掃描電鏡上對拉伸試樣斷口形貌進(jìn)行觀察。

圖1 鋁合金釬焊板包覆率計(jì)算示意圖Fig.1 Schematic illustration of cladding rate calculation of aluminum alloy brazing sheet

圖2 拉伸試樣形貌及尺寸Fig.2 Tensile test sample size

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鋁合金釬焊板的包覆率

圖3為4343/3003/7072鋁合金釬焊板的宏觀組織。鋁合金釬焊板的基體金屬為3003鋁合金，包覆層分別為4343鋁合金和7072鋁合金。從圖3可見，鋁合金釬焊板的復(fù)合界面平整，包覆層厚度均勻，表明鋁合金釬焊板的復(fù)合質(zhì)量良好。鋁合金釬焊板的總厚度為1.5 mm，其中4343鋁合金和7072鋁合金的包覆厚度分別為0.135 mm和0.122 mm，對應(yīng)的包覆率分別為9.0%和8.1%。

圖3 4343/3003/7072鋁合金釬焊板的宏觀組織Fig.3 Macrostructure of 4343/3003/7072 aluminum alloy brazing sheet

2.2 鋁合金釬焊板的顯微組織

圖4為4343/3003/7072鋁合金釬焊板的顯微組織。從圖4可見，鋁合金釬焊板中4343/3003、3003/7072的復(fù)合界面清晰，界面結(jié)合良好，沒有裂紋、夾渣、孔洞等缺陷。

圖4 4343/3003/7072鋁合金釬焊板的顯微組織Fig.4 Microstructure of 4343/3003/7072 aluminum alloy brazing sheet

熱軋復(fù)合前，對基體3003鋁合金和包覆層4343鋁合金、7072鋁合金扁錠都進(jìn)行了均勻化處理和表面預(yù)處理。均勻化處理可以緩解鑄造應(yīng)力，改善鑄造組織，減輕鑄錠內(nèi)部成分偏析，并降低變形抗力。表面預(yù)處理清除了鑄錠表面的氧化層、裂紋、疏松等缺陷，形成了良好的平直金屬界面，有利于熱軋復(fù)合時(shí)基體金屬和包覆層金屬形成緊密的物理接觸，便于原子擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)冶金復(fù)合。

對基體和包覆層鋁合金扁錠進(jìn)行預(yù)熱，提高雙金屬接觸界面處原子的能量。熱軋首道次，采取了較大的壓下量，基體金屬和包覆層金屬表層破裂，新鮮金屬露出并接觸，形成雙金屬間物理接觸。接觸界面處的原子依靠劇烈塑性變形，在接觸面上逐漸接近，直至形成緊密的物理接觸。隨著雙金屬原子距離減小和軋制變形熱效應(yīng)加劇，金屬原子間足以產(chǎn)生弱化學(xué)作用。弱化學(xué)作用越來越強(qiáng)，激活雙金屬接觸表面原子相互作用并形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵，實(shí)現(xiàn)雙金屬間的初步冶金結(jié)合。隨著熱軋復(fù)合工藝的進(jìn)行，基體和包覆層金屬進(jìn)入冶金復(fù)合階段。新鮮金屬原子在大壓力和高溫下穩(wěn)定擴(kuò)散，在基體和包覆層金屬接觸界面處形成元素?cái)U(kuò)散層。隨著原子穩(wěn)定均勻擴(kuò)散和元素?cái)U(kuò)散層厚度加厚，復(fù)合界面強(qiáng)度逐漸提高。最終，熱軋釬焊板達(dá)到等強(qiáng)復(fù)合狀態(tài)，形成具有良好冶金復(fù)合界面特征的鋁合金釬焊板。通過后續(xù)的中間退火和冷軋工藝，形成尺寸精確、表面質(zhì)量良好，界面冶金結(jié)合良好的鋁合金釬焊板。

2.3 鋁合金釬焊板的力學(xué)性能

4343/3003/7072鋁合金釬焊板的抗拉強(qiáng)度為118.62 MPa，屈服強(qiáng)度為 56.21 MPa，伸長率為32.48%。圖5為鋁合金釬焊板的拉伸試樣斷口形貌。經(jīng)掃描電鏡能譜分析，圖5中左側(cè)為7072鋁合金包覆層，中部為3003鋁合金基體，右側(cè)為4343鋁合金包覆層，從圖5可見，基體3003鋁合金斷裂方式為韌性斷裂，韌窩特征明顯，而包覆層4343和7072鋁合金斷裂方式主要為脆性斷裂。

圖5 4343/3003/7072鋁合金釬焊板拉伸斷口形貌Fig.5 Tensile fracture morphology of 4343/3003/7072 aluminum alloy brazing sheet

3 結(jié)論

(1)4343/3003/7072鋁合金釬焊板的復(fù)合界面平整，界面結(jié)合良好，包覆層厚度均勻，其中4343和7072鋁合金的包覆率分別為9.0%和8.1%;

(2)4343/3003/7072鋁合金釬焊板的抗拉強(qiáng)度為118.62 MPa，屈 服 強(qiáng) 度 為 56.21MPa，伸 長 率為32.48%。

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